《Design of a Steel Railroad Warehouse》光之對談

《光之對談》：跨越時空的鋼鐵脈動——與路易斯·李斯頓·塔林先生對話
作者：芯雨

作為「光之居所」的科技微光，芯雨總是對那些奠定現代技術基石的歷史瞬間與創新充滿好奇。在今日這個科技日新月異的2025年6月19日，我們習以為常的鋼筋水泥建築，其背後蘊含著無數先驅者的智慧與實踐。而路易斯·李斯頓·塔林先生（Louis Liston Tallyn）在1901年撰寫的論文《鋼鐵鐵路倉庫設計》（Design of a Steel Railroad Warehouse），正是這段輝煌歷史中的一個閃光點。這本論文不僅是一份工程設計的詳盡報告，更是一個時代對於新材料、新技術應用前景的展望。塔林先生作為伊利諾大學土木工程學士的畢業生，以其嚴謹的學術態度和對鐵路工作的熱忱，為鋼鐵結構在大型倉儲建築中的應用奠定了基礎，展現了那個時代工程師的務實與遠見。他的設計考量，從結構強度、經濟效益，到環境適應性、功能佈局，都透露出超越時代的思維，對後世的建築工程產生了深遠影響。這是一場與百年前工程師的對話，探索鋼鐵如何從新興材料轉變為現代建築的骨架，以及其背後所蘊含的工程智慧與人文省思。

時序流轉，光陰荏苒，然而，在「光之居所」的奇妙場域中，時間的界線似乎變得模糊而富有彈性。我輕輕轉動手中的懷錶，錶盤上指針凝固在1901年的某個初夏時分。空氣中瀰漫著一股淡淡的油墨與木材的清香，那是圖紙與舊木桌特有的混合氣味。我環顧四周，這裡似乎是一間寬敞而整潔的工程師辦公室，陽光透過碩大的拱形窗戶，在木質地板上投下斑駁的光影，無數細小的塵埃在光束中緩緩飛舞，彷彿在訴說著一個個未曾被記錄的工程故事。牆上掛著幾張已經泛黃的建築手稿，線條雖簡潔，卻充滿了力道與精準。辦公室的一角，一張鋪滿了藍圖的巨大繪圖桌前，坐著一位身著筆挺西裝的年輕人。他的髮絲梳理得一絲不苟，眼鏡下的眼神專注而明亮，正用一把T形尺在鋪展開來的圖紙上仔細比對著什麼。他就是路易斯·李斯頓·塔林先生，一位在1901年便預見鋼鐵建築未來的大學畢業生。

我輕輕地走到他的繪圖桌旁，桌上散落著幾本厚重的工程手冊和一疊疊草稿。空氣中偶爾傳來鉛筆劃過紙張的沙沙聲，以及遠處鐵路列車駛過的低沉轟鳴，那聲音帶著鋼鐵特有的節奏感，與辦公室內的寧靜形成一種奇特的和聲。繪圖桌的邊緣，一隻小巧的黃銅羅盤被閒置在一旁，它的指針似乎在微不可察地顫動，指向一個我無法察覺的方向，或許是時間的流動，又或許是未來世界的某個科技藍圖。我深吸一口氣，感受著這1901年的氣息，這份獨特的氛圍讓我的思緒也跟著沉靜下來。

「塔林先生，您好。」我輕聲開口，儘量讓自己的聲音顯得自然，不至於驚擾到他。
塔林先生緩緩抬起頭，眼中閃過一絲訝異，但很快便被一種沉靜的探究所取代。他微微扶了扶眼鏡，示意我坐下。
「這位小姐，您是？」他語氣溫和而有禮。

「我是芯雨，來自一個…嗯，未來對您所處時代的工程技術充滿敬意的研究者。」我微笑著說，「尤其是您的畢業論文《鋼鐵鐵路倉庫設計》，對我們來說，是極為寶貴的見解。今天能有機會與您對談，實屬榮幸。」

塔林先生的臉上露出一絲謙遜的笑容：「哦？我的這點淺薄研究，竟能引起未來研究者的興趣，實在是我的榮幸。但不知，您所指的『未來』，究竟是怎樣一個世界？」

我輕輕放下手中的筆記本，感受到窗外傳來的陣陣蒸汽火車鳴笛聲，以及空氣中煤煙與鐵鏽的混合氣味。我決定將話題拉回到他的專業領域。

芯雨： 塔林先生，您在論文引言中提到，選擇這個主題是為了「實用性」，並希望將來能專攻鐵路工作。在那個以木材為主要建築材料的時代，是什麼讓您堅定地選擇以「鋼鐵」來設計鐵路倉庫？這在當時，是否算是一種大膽的嘗試呢？

塔林先生： （他沉思片刻，手指輕敲桌面，目光掃過攤開的圖紙，那裡勾勒著鋼鐵梁柱的線條）是的，芯雨小姐，在我的時代，木材確實是倉庫建築的主流。尤其在美國中西部，木材資源豐富，價格低廉。然而，作為一名土木工程的學生，我學到了材料科學的進步，也親眼見證了鋼鐵工業的勃興。選擇鋼鐵，並非一時衝動，而是基於多方面的深思熟慮。

首先，是成本的變化。您或許難以想像，過去十年，木材的價格持續上漲，而結構鋼材的成本卻在穩步下降。這種經濟趨勢使得鋼鐵建築在總體成本上開始具備競爭力。我預見，隨著生產技術的成熟和規模的擴大，鋼鐵的成本優勢會更加明顯。這不僅僅是建築材料本身的價格，還包括了建造速度和長期維護成本。鋼結構在工廠預製，現場組裝，大大縮短了工期，這對於效率至上的鐵路公司而言，是極大的吸引力。

其次，是材料本身的優勢。木結構雖然建造容易，但它的強度、耐久性和防火性能都遠不及鋼材。鐵路倉庫中存放的往往是貴重貨物，甚至是一些易燃品，因此，防火安全是首要考量。鋼鐵結構即便在大火中，也比木材能支撐更久，為貨物搶救和人員疏散贏得寶貴時間。

芯雨： 您特別提到了鋼結構在「地基沉降」方面的優勢，這點在您論文的第二章「鐵路倉庫設計適用原則」中著墨甚多。您提到：「鋼結構即便有幾英寸的沉降，也不會影響其效率，因為構件會透過撓曲自行調整以適應新狀態。」這對當時新奧爾良這類地質條件複雜的沿海城市，是否有特別的意義？

塔林先生： （他點點頭，眼中閃爍著一種對技術細節的熱愛）您觀察得很仔細，芯雨小姐。這確實是我選擇鋼結構的一個關鍵原因，尤其對於新奧爾良這樣，地基土壤含水量較高，靠近大海或大河流的地方，其意義非凡。在這樣的環境下，傳統的磚石或石砌建築在基礎發生輕微沉降時，極易出現裂縫，甚至導致結構損壞，這不僅增加了維修成本，也可能造成安全隱患。

鋼材的彈性與韌性是其獨有的優勢。它能夠承受一定程度的變形而不失效，這使得整體結構能夠「隨遇而安」，將局部沉降帶來的應力分散到整個框架中，而不是集中在某一點導致脆性破壞。這就好比一個人，面對突如其來的衝擊，是選擇硬碰硬地折斷，還是以柔韌之姿化解衝擊力。鋼材顯然屬於後者。這不僅提高了建築物的適應性，也延長了其使用壽命，尤其是在不穩定地質條件下，其經濟和安全效益更為顯著。這對於長期營運的鐵路公司來說，是一種極大的保障。

芯雨： 您在設計中也考量了許多實務層面的細節，比如倉庫的長度、寬度、樓層規劃，以及門窗的佈局。您提到「千五百英尺可能是倉庫的極限長度」，並且考慮到火車的編組效率。這是否反映了當時鐵路運輸對建築功能提出的一些特殊要求？

塔林先生： 當然。鐵路倉庫的功能性是其設計的核心。長度限制正是源於當時列車編組和調度的實際需求。如果倉庫過長，停靠在軌道上的列車也會相應拉長，這會導致裝卸作業的效率降低，甚至會因頻繁的列車調度而中斷「香蕉搬運工」這類工人的作業。過長的倉庫也會使得貨物從車廂到船隻的轉運距離過遠，即使有手推車，效率也會大打折扣。當然，如果未來出現了類似「包裹輸送帶」這樣的先進設備，寬度便不再是限制。但以當時的技術條件，我們必須在空間利用與操作效率之間找到最佳平衡點。

至於雙層倉庫的設計，它回應了對土地價值的考量。在寸土寸金的港口區域，向上發展是必然趨勢。二樓可以作為長期儲存的空間，將不那麼急需轉運的貨物從繁忙的一樓分流開來。儘管我論文中指出當時對桶裝和包裹升降機的價值認識不足，但我相信未來這些技術的發展將會極大地推動多層倉庫的普及。

芯雨： 提到設計中的具體計算，您在分析屋頂桁架（Roof Trusses）時，提到最初嘗試單跨60英尺的芬克桁架（Fink truss），但因為構件過重而最終將跨度縮減至30英尺，並引入柱子支撐。這是否顯示出當時在大型結構設計中，理論與實際之間需要不斷的權衡與調整？

塔林先生： （他拿起一根細長的木質鉛筆，輕輕在桌上的圖紙上點劃著）是的，芯雨小姐，您說得非常精準。工程設計從來不是純粹的理論推演，它是一門藝術，更是一門權衡的科學。芬克桁架以其簡潔的幾何形狀和良好的受力性能而聞名，但當跨度達到60英尺時，為了滿足預設的載重（屋頂自重20磅/平方英尺，風荷載15磅/平方英尺），桁架構件所需的尺寸和重量將變得異常龐大，不僅材料成本高昂，其自重也會給下部結構帶來巨大的負擔，甚至超過經濟效益的臨界點。

這就是所謂的「重型構造」（heavy construction）。在設計初期，我們總是希望能以最少的支撐實現最大的空間。然而，實際計算表明，當單一桁架需要承受如此大的跨度和載荷時，其自身的材料強度和連接細節（例如鉚接）會成為限制。我們當時採用的圖解法應力分析（graphical resolution）雖然有效，但也讓我們清晰地看到這種「構件過重」的問題。

因此，將桁架跨度縮減到30英尺，並在中間增設一根柱子貫穿二樓來支撐，是綜合考量經濟性、施工便利性與結構效率後的最佳方案。雖然犧牲了一部分「淨空」空間，但換來的是更輕巧的桁架設計、更低的材料成本，以及更簡化的施工難度。這正是工程師在理想與現實之間不斷調整、尋求最優解的寫照。建築物的美學固然重要，但實用性與經濟性在我的領域中，往往更具決定性。

芯雨： 您在論文中對柱子的設計也給出了詳細的計算，特別是柱A（僅支撐部分屋頂）和柱B（支撐柱A和二樓荷載）的載重和應力分析。您甚至使用了當時的「工程新聞公式」（Engineering News formula）來計算樁基的安全載重。這份細緻的計算，是否反映了當時對結構安全極其嚴謹的態度？

塔林先生： （他輕輕推了推眼鏡，眼中閃過一絲嚴肅）絕對如此，芯雨小姐。結構安全是工程設計的生命線，沒有任何妥協的餘地。尤其是在像新奧爾良這樣，地基條件複雜、土壤承載力較低的地區，基礎的設計更是重中之重。我的論文特別強調了使用樁基（piling）的重要性，因為當時的實驗數據，比如F. J. Llewellyn先生在《工程新聞》上發表的報告，已經明確指出新奧爾良土壤的安全承載力僅為每平方英尺約700磅。這意味著，如果直接採用淺基礎，所需面積將會非常巨大，既不經濟也不現實。

這就是為什麼我設計每個柱子下方都採用九根木樁來支撐，並詳細闡述了如何通過打試樁，並利用「工程新聞公式」（P′ = 2Wh ÷ d + 1）來驗證樁的承載力。這個公式考慮了錘重、落距和最後一擊的貫入深度，它提供了一種基於實際打樁情況來評估樁基礎承載力的經驗方法，這在當時是非常實用且被廣泛接受的。對我而言，這種「實證為王」的態度，遠比任何紙上談兵來得重要。

此外，對於柱體的應力分析，我將風荷載、屋頂自重、二樓荷載等所有可能的作用力都納入考量。例如，柱B作為整個結構中受力最複雜的柱子之一，其承受的總載重達53.5噸。我們必須確保所選用的鋼柱截面（例如文中提到的Z形鋼條）能夠在結合彎矩和軸向應力的情況下，其合成應力不超過允許值。即便有些構件的計算應力小於2x2英寸角鋼的安全承載力，我們依然會選擇更大的尺寸，這既是為了方便鉚接施工（較小的截面難以進行可靠的連接），也是為了保有一定的安全裕度。

這份對細節的執著，不僅是為了確保建築物的穩定性和安全性，更是工程師對專業的責任與敬畏。我們必須預見並防範所有潛在的風險，確保每一次設計都能經得起時間和考驗。這也是為什麼，即使是未來的您，仍會回溯到這些看似樸實的計算之中。

芯雨： 您的設計中還提到了屋頂覆蓋物，您最終選擇了錫板（tin）而非波紋鐵（corrugated iron），並在底部鋪設石棉層以防火星。這兩種材料在當時的性能和應用上有哪些具體的差異？而石棉的應用，從現在的視角看來，確實令人驚嘆，當時的人們是如何看待這種材料的？

塔林先生： （他用手指輕輕敲擊著圖紙上屋頂剖面的部分，臉上浮現一絲自豪）錫板與波紋鐵在當時都是常見的屋頂覆蓋材料，但它們各有優劣，而我的選擇是基於對防水性能和耐用性的考量。

波紋鐵雖然輕便，易於安裝，且經濟實惠，但它有一個顯著的缺點：在風力較大的情況下，雨水會被風「驅趕」著滲入波紋下方的縫隙，導致屋頂漏水。這對於需要保持乾燥的倉庫而言，是不可接受的。

錫板則不同。它的優勢在於可以通過焊接（soldered）實現絕對的水密性（water-tight）。這確保了倉庫內部貨物即便在狂風暴雨中也能保持乾燥。儘管錫板在靠近海水的地方可能因為鹽分而加速劣化，但只要定期維護，保持良好的油漆覆蓋，其腐蝕風險是可控的。而且，相較於需要承受礫石屋頂重量的桁架，採用錫板屋頂可以讓桁架設計得更輕巧，這也符合我們追求經濟效益的原則。

至於石棉（asbestos），在當時它被視為一種奇蹟般的材料，特別是在防火方面。鐵路倉庫通常位於火車頻繁進出的區域，火車頭排放的火星（sparks from the engines）是潛在的火災隱患。將石棉鋪設在錫板下的木質基板（sheathing）上，正是為了提供一層額外的防火屏障，防止這些火星點燃木結構。我們當時對石棉的認識，只停留在它卓越的耐熱性和絕緣性能上，它被廣泛應用於各種需要防火或保溫的建築。它輕巧、廉價，且易於加工，確實為我的設計提供了極大的安全保障。我們當時並不知道它可能帶來的健康風險，只能說，這是時代的局限吧。

芯雨： 您的論文也提到了伊利諾中央鐵路公司的香蕉棚和密西根中央貨運站等案例，並在您的設計中吸收或改進了它們的經驗。這顯示了您不僅止於理論推導，更注重從既有實例中學習。您認為，在您的設計中，哪些方面是對當時「現行實踐」的顯著提升或創新？

塔林先生： （他拿起一張描述現有倉庫佈局的藍圖，指尖輕觸其上）確實，光是理論設計是遠遠不夠的。實踐是檢驗真理的唯一標準。我仔細研究了當時許多鐵路倉庫的藍圖，包括您提到的密西根中央鐵路公司在格蘭德拉皮茲的貨運站，以及聯合太平洋鐵路和芝加哥、聖保羅、明尼阿波利斯和奧馬哈鐵路公司的標準設計。從中，我學到了許多寶貴的經驗，也看到了可以改進的地方。

我設計最顯著的提升，首先是材料的選擇。雖然當時已有部分建築嘗試使用鋼鐵，但全面採用鋼結構作為主體框架的貨運倉庫仍不普及。我的設計堅定地推動了鋼材的應用，並詳細論證了其在強度、防火、耐久性及應對地基沉降方面的優勢，這在當時是一種對未來趨勢的前瞻性佈局。

其次是空間利用與效率。您看密西根中央的貨運站，它有一個「連續門系統」（continuous door system），可以在建築側面任何位置開口。這雖然提供了極大的靈活性，但也意味著大量的內部空間被通道佔用，減少了實際的儲存面積。我的設計則是在門的間隔上取得了平衡，既保證了貨物進出的便利性，又最大化了儲存空間。

此外，對於光線與通風的處理，我也進行了優化。在單層倉庫中，窗戶常被省略，光線和通風主要依賴屋頂天窗或門上方的氣窗。而在雙層倉庫中，如果上層地板延伸到軌道坑上方，下層空間就會非常昏暗且通風不佳。我的設計考慮到在多層建築中引入窗戶，並將其設置在足夠高的位置，以避免被堆積的貨物阻擋。儘管論文中提到了另一種選擇是省略軌道坑上方的樓板以獲得更好的光線和通風，但我個人的設計傾向於在不犧牲過多儲存空間的前提下，透過合理的窗戶佈局來提升內部環境。

最後，在基礎設計方面，對於新奧爾良這樣特殊的地質條件，我沒有簡單地沿用通用的方案，而是結合了具體的實驗數據和工程公式，設計了更為穩固可靠的樁基系統，這是對當地環境的針對性優化，確保了建築的長期穩定。

總之，我的設計嘗試將當時新材料的潛力、實際操作的效率、以及對環境條件的精準適應性，統合在一個更為系統化和精煉的工程方案中，希望能為未來的鐵路倉庫建設提供一個堅實的藍圖。

芯雨： 塔林先生，您的論文雖然詳細，但在結尾您也坦誠地表示，由於時間限制，沒有涵蓋到諸如簷口（cornices）、排水槽（gutters）、窗框（window frames）等細節。對於一個工程設計而言，這些「小細節」的重要性何在？您是如何看待這種在現實約束下必須做出的取捨？

塔林先生： （他輕輕嘆了口氣，目光中帶著一絲無奈和對完美的追求）您說得對，芯雨小姐。那些被我省略的「小細節」，在工程實踐中其實至關重要，甚至可以說它們決定了一座建築的壽命與舒適性。簷口和排水槽負責引導屋頂的雨水，防止其直接沖刷牆面或滲入地基，這直接關係到建築物的防潮和結構耐久性。窗框的設計則影響著建築的採光、通風、保溫以及整體美觀。

之所以沒有深入這些細節，確實是時間上的限制。作為一份學位論文，我必須在規定的時間內，完成最核心、最能體現設計理念與結構計算難度的部分。我的導師，伊拉·奧·貝克（Ira O. Baker）教授，作為土木工程系的系主任，他更看重學生對主要結構原理、材料選擇、載荷分析和基礎設計的掌握。這些是大型建築的核心「骨架」。

這種取捨，是每一位工程師在現實項目中都必須面對的常態。我們總是在理想與現實之間尋求平衡。理想狀態下，我們希望每一個細節都能完美無瑕，考量到所有可能的因素。然而，時間、預算、人力，甚至當時的技術成熟度，都可能構成限制。

在我的認知中，重要的不是將所有細節都繪製出來，而是要掌握設計的核心原則與方法。只要核心結構穩固、材料選擇得當、受力分析精準，那些外圍的細節，在實際建造時，可以依循通用的標準或由專業的細部設計師來完成。這並非輕視它們的重要性，而是將有限的精力和資源，投入到對項目成敗影響最大的關鍵環節。這也是我在工程實踐中學到的寶貴一課：學會聚焦，並信任其他專業領域的力量。

芯雨： 聽您這樣說，我對您的設計思維有了更深的理解。這份論文不僅僅是技術的展現，更是對當時工程師如何應對挑戰、如何在有限資源下追求最優解的一種寫照。在未來，鋼鐵建築的發展遠超您所能想像，摩天大樓林立，跨海大橋橫跨，都離不開鋼材的貢獻。您對此有何感想？

塔林先生： （他眼中閃爍著激動的光芒，儘管我的描述對他而言，仍帶有朦朧的未來感）摩天大樓、跨海大橋……這番描述，實在是讓我心潮澎湃！我能想像那份磅礴的氣勢，鋼鐵的韌性與強度，在那些巨構中得到了淋漓盡致的發揮。這也印證了我當時的判斷，鋼鐵確實是未來的建築材料之王。

我深信，工程的本質，就是不斷地挑戰極限，並在限制中創造可能。我們當時對於鋼材的運用，或許只是初步的嘗試，但每一步的探索，每一次的計算，都為後來的巨大飛躍奠定了基石。就像我這份對倉庫的設計，它看似樸實，卻包含了對載荷、應力、材料性能的深層理解，以及對實用性與經濟性的考量。這些基礎的原理，無論時代如何變遷，材料如何進化，都是永恆不變的。

能得知我的工作在未來以某種形式得以延續，並催生出如此宏偉的成就，這對我來說是莫大的鼓勵。工程師的價值，或許不在於創造一時的奇觀，而在於為人類社會的進步鋪設道路，哪怕只是一磚一瓦，亦或是一根鋼梁的精準設計。我們的工作，就是在泥土與鋼鐵之間，編織出人類前行的力量。這份信念，是跨越時空，依然讓我心潮澎湃的「光之源流」。

芯雨： 塔林先生，非常感謝您今天抽出寶貴時間，與我進行了這場跨越百年的對談。您的真知灼見，讓我對鋼鐵建築的發展脈絡有了更為深刻的理解，也從您的視角看到了早期工程師的堅韌與智慧。這場對話，如同您設計的鋼鐵骨架，堅實而富有啟發。

塔林先生微闔雙眼，臉上掛著滿足的笑容。繪圖桌旁的黃銅羅盤，指針不再顫動，靜靜地指向遠方，彷彿一個世紀的時光，在這一刻凝結成永恆。窗外的蒸汽火車再次鳴笛，而我心底則迴盪著鋼鐵脈動的和聲。