工程灾难史

会飘的大厅:一九八一年堪萨斯城凯悦酒店天桥

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堪萨斯城/列涅萨城中心凯悦酒店

第 1 节七点零五分,还挂着一座桥

一九八一年七月十七日的傍晚,堪萨斯城凯悦酒店(Hyatt Regency)那座五层高的中庭里站着近一千六百人,大多数人不知道自己正踩在一排只算过一次、而且算错了的吊杆下面。

这是本地每周五的“茶舞会”:下班换上正装,来中庭喝一杯,跳两支大乐队伴奏的曲子,当晚还有一场摇摆舞比赛。七点零四分,乐队奏起艾灵顿公爵(Duke Ellington)的《Satin Doll》。

一分钟后,人堆里响起金属裂开的声音。十一岁的道尔顿·格兰特(Dalton Grant)后来在本地电视采访里说,那声音“像一根大树枝折断”。

中庭上方悬着三座天桥,分别连起南北两翼的第二、第三、第四层。钢、混凝土和玻璃拼成,看上去浮在半空。第四层那座正压在第二层那座头顶上,两座之间靠一排钢吊杆连着;第三层那座偏在一边,自己一套悬挂,跟另外两座没有关系。

那天晚上,第二层桥上站着约四十人,第三层更多,第四层还有十六到二十个。三十四岁的马克·威廉姆斯(Mark Williams)在一层吧台前排队,头顶就是第二层桥。他后来回忆,当时脑子里只剩下一个念头:“我一点都不疼。肾上腺素是种神奇的东西。”

十九点零五分,第四层桥的吊杆连接处断了。桥先往下沉了几英寸,停住,随后整座垮下来,砸在下面那座桥上,两座一起落到大厅地面。

大厅本来有灯。为了防止起火,电力被切断,只剩断裂的电线在积水里滋啦作响。喷淋管被砸破,水灌进中庭,混着尘土。四十二层那家旋转餐厅里有食客说,感觉像一次爆炸。

救援干了十四个小时,由堪萨斯城急救医疗系统的负责人约瑟夫·韦克勒(Joseph Waeckerle)指挥。三十四辆消防车和急救车、五家医院的医生陆续赶到。

酒店的底层展厅做了临时停尸间,门前的车道和草坪做了分诊区。能自己走的人被请出酒店,好让救援队腾出手来;伤重到救不回来的,医生告诉他们实情,然后注射吗啡。

消防队的手动千斤顶抬不动那些钢梁。广播里一喊,本地的施工企业和建材商就把设备送来了:液压千斤顶、手电、空压机、风镐、混凝土锯、发电机,起重机把吊臂从大厅的窗户伸进去。副消防队长阿内特·威廉姆斯(Arnett Williams)后来这样回忆那晚:

“他们说,‘要什么拿什么’。我不知道那些人的设备后来有没有都还回去。但从来没人跟我们要过账,也从来没人寄过账单。”

凌晨四点三十分,马克·威廉姆斯被从废墟里拖出来。他在下面压了九个半小时,两条腿脱臼,脚踝歪到自己耳朵旁边,中途水涨上来,差点淹死。他是最后一个活着被救出来的人。

(人数各家记法不同:美国国家标准局官网页面写一百一十三人死亡、一百八十六人受伤;密苏里州法院的判决书写一百一十四人死亡、至少一百八十六人受伤;多数报道用一百一十四死、二百一十六伤。本文取后者。救援时长另有“十小时”的记法,指的是最后一名生还者获救的时间点。)

Crown Center 中庭

第 2 节一座会飘的大厅

那座大厅从画第一根线起就不是为了实用,是为了让堪萨斯城在外人眼里换个样子。

一九七〇年代中期的堪萨斯城,在别人嘴里还是“牛的交易场”。市中心的皇冠中心(Crown Center)是贺卡公司贺曼(Hallmark)的房地产项目,业主是它的子公司皇冠中心再开发公司。他们要在那里立一座四十层的酒店当门面,工程一九七六年立项,一九七八年五月动工。

凯悦这个牌子从六十年代起就靠“开阔气派的中庭”立身。给堪萨斯城的版本是一座玻璃顶的五层中庭,把酒店塔楼和会议楼连在一起,长约四十五米,宽约三十六米,三座天桥横跨其中。

野心的落点在“轻”。桥底下不许有柱子,整座桥从上面吊下来:中庭屋顶的钢梁上挂吊杆,吊杆穿过桥底下的箱型梁,用螺母顶住。箱型梁是把两片槽钢(截面像方方正正的字母 C)面对面沿纵向焊成一体的空心梁,截面是方的。

那个年代流行“边设计边施工”(fast-track),图纸没画完就先开工,好抢工期,凯悦也是这么发包的。《堪萨斯城星报》(The Kansas City Star)后来形容当时的氛围是“高失业、通胀和两位数的利率,压着建筑商去抢合同、赶着把工程干完”。

凯悦自己就出过一次事。一九七九年十月十四日,还没开业,中庭顶上的玻璃屋顶塌了约二百五十平方米,起因是北端一个屋顶连接件失效。没有人受伤。内部和外来各做了一轮复核,都指向钢与混凝土交接处的匹配问题。屋顶修好,这件事被当成一次性故障翻了过去。

一九八〇年七月一日,酒店开业。周五傍晚的中庭很快成了本城的社交地标,人们来跳舞、来拍照,来看底下那层人。

住在城里的人当时不知道,同一批图纸上还留着一处更安静的改动,两年多前就已经落定,此刻正悬在舞池上方。

(中庭尺寸的英尺制原文为长一百五十英尺、宽一百一十七英尺、高五十英尺;工程造价另有“五千万美元”一说。)

第 3 节两根短杆替掉一根长杆

塌掉的原因说穿了只有一件:一根贯穿两座桥的长吊杆,被换成了两根短的,而换的那一刻,没有人把这个改动重新算一遍。

一九七八年十二月,总承包商把中庭钢结构的制作与安装分包给堪萨斯城的哈文斯钢铁公司(Havens Steel Company)。

按结构事务所 Gillum-Colaco(后来改名 G.C.E. International)出的图,第二层桥和第四层桥共用一串贯通吊杆:一根钢杆从屋顶的支架一直垂到第二层桥,中途穿过第四层桥底下的箱型梁,在第四层的位置拧一个螺母把它托住,在杆的下端再拧一个螺母托住第二层。

哈文斯不认这个做法。理由很实在:螺母得从下端往上拧,那么第四层以下的一整段杆都得先车出螺纹;而吊装第四层桥的时候,这段裸露的螺纹很容易被碰坏,螺母就拧不上去了。

一九七九年一月到二月,哈文斯提出改成两根:上面一根从屋顶吊住第四层桥,下面另起一根,从第四层桥的箱型梁吊住第二层桥,两根横向错开约四英寸。

区别在哪?原来的吊杆像一根长绳,第四层桥的箱型梁是被绳子穿过去的,并不承担下面那一座的重量。

改完之后,第四层桥的箱型梁成了第二层桥的挂点,它得同时扛住自己和吊在自己底下的那一座。原来每个连接点按设计传递二十点三千磅的力,改完之后变成四十点七千磅(约一百八十一千牛)。翻倍。

位置也糟。吊杆穿梁的那个孔,正好开在两片槽钢的纵向焊缝上。焊缝本就是这根空心梁最弱的地方,螺母和垫圈又把全部力压在这个孔口周围的一小圈钢上。

美国国家标准局(National Bureau of Standards,即今天的 NIST)七月二十一日进场。第二年五月,技术报告出来,编号 NBS BSS 143。研究人员把那个连接件在实验室里照着做了一份,加压测试:这个节点的极限承载力约十八点六千磅,而当时要求它承受的是四十点七千磅。

报告里更冷的一句还不是这个。即使按原设计的“一根贯通杆”来做,这个节点也只有规范要求的约六成。这座桥从图纸阶段起就没有留出余量。NBS 认定破坏的起点,是第四层桥中间那根箱型梁东端的连接处。

(NBS 首席调查员爱德华·普弗朗(Edward Pfrang)给出的结论是:当晚桥上的荷载只要减到三分之一,它一样会塌。)

接下来是几分钟里的连锁。第四层桥的螺母先在箱型梁的下翼缘上把它顶穿,桥往下沉了几英寸;螺母被上翼缘挡住,停了一下;上翼缘也裂开,整座桥落下去,砸中下面那座;两座一起落到大厅。第三层那座因为自成一套悬挂,留在原地。

那天是星期五。距那处改动落定,已经过去两年半。

(时间线各家记法:分包合同签于一九七八年十二月十九日;改动发生在一九七九年一月到二月之间,具体日期无记载。NBS 报告初版一九八二年五月,编号 NBS Building Science Series 143。)

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第 4 节谁在算这张图

事后追下来,施工、制图、盖章,每一步都留下了文件。那份文件里没有一道关于这个连接的计算。

第一处松动在制作者和设计者的边界上。哈文斯交出去的是“施工详图”(shop drawing),按行业分工,这种图只是把设计意图翻译成车间语言,不重新设计结构。

哈文斯没有结构工程师执照,却把吊杆的受力方案改了。在一九八四年的听证上,哈文斯说他们当时打电话给 G.C.E. 报备并获得了同意;G.C.E. 说从来没有接到过这个电话。

第二处松动在结构工程师这一侧。本项目的项目工程师丹尼尔·邓肯(Daniel M. Duncan)被问到那个双吊杆改动,前后六次回答不影响安全。G.C.E. 交给哈文斯的是初步图,哈文斯把它当成了定稿图。吉勒姆后来说过一句:“出事那处连接,从来没有被设计过。”

第三处最沉。G.C.E. 在证词里说,他们在施工阶段三次要求派一名驻场工程师,查核工地上所有的加工制作;业主皇冠中心再开发公司以增加费用为由,没有采纳。几个月后,正是这家业主把人请进那座中庭,并允许客人走上三座天桥看舞。

图审那一环也没拦住。送到市政厅存档的图和实际建成的不是一回事。

这件事是《堪萨斯城星报》挖出来的:报纸请结构工程师韦恩·利什卡(Wayne G. Lischka)以记者身份进场,他拿市政厅的蓝图比对废墟照片,发现节点细节对不上,于是报纸先于官方报告把方向指向箱型梁连接处。几个月后,NBS 的实验室结论跟他一致。

这次报道让《星报》和它的姐妹报《堪萨斯城时报》拿下了一九八二年的普利策地方报道奖。

还有一处更轻的松动。施工期间有人注意到箱型梁在变形,绕开了那一段路,没有人上报。

一九七九年那场屋顶垮塌本来该是一次铃响。它指出钢与混凝土交界有问题,G.C.E. 表态要复查中庭全部钢连接。这次复查到底做了多深,调查材料没有交代。

一九八四年二月,密苏里州建筑师、专业工程师与土地测量师委员会正式起诉吉勒姆、邓肯和 G.C.E.。第二年,那场行政听证开了二十七天,最后写成四百四十二页的裁决,其中一百八十条编号事实认定。一九八五年十一月,行政法官詹姆斯·多伊奇(James B. Deutsch)认定三人“重大过失、行为不当、执业不专业”。

裁决书里关于邓肯的用词是“对其作为项目工程师的专业职责有意识的漠视”,关于吉勒姆的用词是他对执业责任表现出“一种漫不经心”。章是他盖的,图却不是他复核的。

一九八六年,委员会吊销了吉勒姆、邓肯和事务所的执照;一九八八年,密苏里州上诉法院维持原判。此后他们在堪萨斯、得州等地也失去执业资格,美国土木工程师学会取消了事务所的会员资格。

刑事那条路没走通。一九八六年的审判判所有被告无罪:重大过失在那时的法律里不是一项罪。

辩方律师劳伦斯·格拉贝尔(Lawrence B. Grabel)说,当事人“震惊且沮丧”,并称这道裁决等于是在说,结构工程师要对设计、制作和施工的每一个环节负责,“哪怕他并不设计所有这些项目,也不在工地上、没有控制施工质量的权力”。

代表州执照委员会出庭的律师帕特里克·墨菲(Patrick Murphy)的回应只有一句:“这道裁决确认了专业结构工程师对建筑安全的责任。”

Kansas City Star 普利策奖

第 5 节一枚印章的价钱

事故之后,钱和执照在两条线上分别结算。

一百一十四人中,一百一十一人当场死亡,三人在送医后不治,另有二百多人受伤。救援者的账没人替他们结。

废墟里有伤者的腿被工字梁压住,外科医生用链锯截肢,花了二十分钟,那人后来还是死了;救援者也时常得先切开遗体,才能把活着的人弄出来。那晚操作风镐的工人里有“乡下人”比尔·奥尔曼(“Country” Bill Allman),后来自杀。一批救援者多年靠一个非正式互助小组撑着。

钱的部分,数字很大,落地很慢。三百多起民事诉讼,索赔总额合起来约三十亿美元;一九八二年一月,保险公司已经同意准备至少一亿五千一百万美元用于庭外和解;贺曼公司最终赔付超过一亿四千万。

最大的一笔和解金是一千二百万美元,给了一位当时站在第二层桥上的女士,萨莉·费尔斯通(Sally Firestone),她失去了四肢的活动能力。当晚在场的一千六百名住客,每人无条件得到一千美元,一千三百多人接受。

没有任何一名被告承认法律责任,也没有人因此坐牢。

行业的规矩改在这几处:

  • 一九八五年十月,美国土木工程师学会(ASCE)通过一项政策:钢结构的全部结构设计,包括连接件,责任归“记录在案的结构工程师”,不因为连接件是制作方提出的、或由制作方画的详图而转移。
  • ASCE 在一九九〇年出版了一套工程质量指南,把设计责任怎么分、各方怎么沟通写成了条文。
  • 同行评审在一些城市和州成了复杂项目的强制动作:另找一家事务所,把设计和计算从头看一遍。
  • “特殊检查”进入规范,今天的国际建筑规范(IBC)第十七章管的就是这件事:关键焊缝、连接件、螺栓扭矩,要有结构检查员在场看着做。
  • 堪萨斯城的建筑审查部门独立成建制,编制翻倍,每栋在审的建筑配一名工程师从头跟到尾。

那批吊杆直径一点二五英寸;《大众机械》二〇二一年的复盘文章里,有工程师认为至少该到一点七五英寸。箱型梁也本该换成工字形截面。这两条都是事后判断,写在这里只是为了记住那条沟有多宽。

案子还进了课堂。它成了美国工程教育认证体系里结构、材料、伦理几门课的必讲案例,亨利·佩特罗斯基(Henry Petroski)在《工程师是人文主义者》(To Engineer Is Human)里把它当成核心一章。一九八三年,这条事故在美国国会的一场争论里被引用,用来反对里根政府撤掉国家标准局下属一个机构的计划。

楼本身修得很快。酒店在同年十月一日重新开门,离出事不到三个月;中庭只留一座由柱子支撑的桥,其余两座永久拆除,屋顶加固,改造花了五百万美元。一九八三年,当地部门说这栋楼“可能是全国最安全的”。

一九八七年它改了名字,二〇一一年起叫堪萨斯城皇冠中心喜来登酒店。二〇一五年十一月十二日,在天桥正对面的医院山公园(Hospital Hill Park),天桥纪念基金会(Skywalk Memorial Foundation)攒了十年凑够五十五万美元,立起一座碑。

第 6 节先别站到它下面

那套“设计方出图、制作方改图、业主省钱不派人看”的分工,今天没有消失,只是换了地方。

悬挂结构还在大批量使用:商场中庭的连廊、入口雨棚、幕墙挂板、吊顶、体育场的悬挑看台,都是靠“上面挂着下面”活着。连接件仍然是这条链上最便宜也最容易被动的一环。

二〇〇六年七月,波士顿中央干道隧道(Big Dig)一块吊顶板坠落,砸中一辆车,车内一名女乘客死亡;美国国家运输安全委员会(NTSB)查下来,是吊挂用的环氧锚栓在长期受力下缓慢蠕变,而设计时按短时荷载取的参数。

后加荷载这件事至今每天都在发生。屋顶上加一套空调机组、吊顶里多挂一层灯、二次装修多铺一层石材,都是当年那座桥遇上的同一类事。规范补上的是制度,人的习惯不在规范里。

这套制度到底补住了没有,行业里没有定论。有人认为分包体系把“谁算连接件”切得更细,责任反而更容易掉在缝里;也有人认为同行评审加现场特殊检查已经堵上了这个洞。两边都没有公开的统计能证明自己,本文不替任何一边下结论。

普通人能拿走的东西只有一条,而且不用懂力学。

抬头看一眼。如果你所在位置的正上方是一段悬着的连廊、吊顶或者挂板,而它看起来在往下沉、在轻轻晃、接缝处掉灰或开裂,先退到最近的柱子或承重墙边,再告诉现场的人。别停在它下面拍照。

难点从来不是判断,是开口。Hyatt 那年夏天有人看见箱型梁在变形,绕开了那段路,没有说。

吉利姆后来去各地给工程师讲课,说他是想“把他们吓得魂飞魄散”。二〇〇一年,他对着一屋子听众讲,那处错误“任何一个工程一年级的学生都能看出来”。他还说过另一句,跟图纸无关:“这是一场我一年三百六十五天都在想的悲剧。我每次走进一栋公共建筑,都会想起它。”

天桥纪念碑 Hospital Hill

第 7 节出处

  • 美国国家标准局(NBS)技术报告《Investigation of the Kansas City Hyatt Regency Walkways Collapse》,NBS Building Science Series 143,1982 年 5 月;NIST 官网案件页(结论:箱型梁与吊杆连接件承载力不足;破坏起于第四层桥中间箱型梁东端)。
  • 密苏里州行政听证委员会裁决,行政法官 James B. Deutsch,1985 年 11 月(442 页,180 条编号事实认定);密苏里州上诉法院判决(1988 年,卷宗 744 S.W.2d 524 起)对裁决的确认,含“一百一十四人死亡、至少一百八十六人受伤”“起于一九八四年二月的起诉”等表述。
  • 弗吉尼亚大学 Online Ethics Center 案例库《Hyatt Regency Walkway Collapse》(含 G.C.E. 三次申请驻场工程师被业主以费用为由拒绝、Havens 与 G.C.E. 关于电话批准的各执一词、一九七九年十月十四日屋顶垮塌)。
  • 《纽约时报》1985 年 11 月 16 日报道《Engineers Are Held at Fault in ’81 Hotel Disaster》(Deutsch 裁决与双方律师表态)。
  • 《大众机械》(Popular Mechanics)2021 年 8 月《Why the Hyatt Regency Building Collapse Was So Deadly》(道尔顿·格兰特与马克·威廉姆斯证词、Sally Firestone 和解金额、Gillum 2001 年言论)。
  • 《堪萨斯城星报》1981—1982 年调查报道(记者 Wayne G. Lischka 以结构工程师身份核查市政厅存档图),1982 年普利策地方报道奖。
  • 美国土木工程师学会(ASCE)1985 年 10 月政策声明与 1990 年工程质量指南;国际建筑规范(IBC)第十七章“特殊检查”条文沿革。
  • 亨利·佩特罗斯基《To Engineer Is Human》。
  • 美国国家运输安全委员会(NTSB)关于 2006 年 7 月波士顿中央干道隧道顶板坠落的调查(环氧锚栓长期蠕变)。
  • 存疑与分歧另见正文各节括注:伤亡数字(113/186 与 114/216)、救援时长(十四小时与十小时)、单座天桥自重(二十九吨、三十二吨、三十六吨各说)、工程造价、吊杆直径应为一点七五英寸属事后判断、施工工人见梁变形未上报属回忆性记述。

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  1. 七点零五分,还挂着一座桥
  2. 一座会飘的大厅
  3. 两根短杆替掉一根长杆
  4. 谁在算这张图
  5. 一枚印章的价钱
  6. 先别站到它下面
  7. 出处