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“小数据”面前的大失误(下)

来源:《百科知识》 编辑:陈仁政 时间:2019-08-20

“小螺母”引出“大灾难”—凯悦酒店“走廊惨剧”

世界十大知名酒店品牌之一—凯悦酒店于1980年在美国密苏里州堪萨斯城的市区建成。这座五星级酒店共40层,总高150米,造价0.5亿美元(大约折合为2019年的1.5亿美元)。酒店的得意之作之一,是玻璃屋顶下面宽44米、高15米的中庭。中庭天花板下悬挂着长约37米、重约29吨的两层“空中走廊”—能让观众以最佳角度欣赏表演的平台。

1978年5月,凯悦酒店开建;1980年7月1日,酒店如期正式高调开幕。次年7月17日傍晚,大约1600名观众如潮水般涌进凯悦酒店,观看在中庭举办的茶舞大赛。19时3分,大赛正式开始。不少观众站在走廊的平台上观看,有的还在平台上随着舞曲的旋律愉快地“翩翩起舞”—要在场外“和参赛选手共舞”,过一把“演员瘾”。没想到,两分钟之后的19时5分,随着一声巨响,平台突然坠毁,酿成114人死亡、至少186人(一说216人)受伤的惨剧。

1984年11月的调查结论表明,这次“走廊惨剧”的主要原因之一是建造时因为“疏忽大意”而造成的一个“小错误”。下面,用简化了的、钢杆悬挂的两层平台的一个局部来说明这个“小错误”。

“走廊惨剧”现场

当初设计用来悬挂两层平台的,是直径约为32毫米的一根长钢杆,把它固定在天花板上垂吊下来,再和两颗螺母连接,固定平台。但是,在改变设计和施工时,它们被换成相同直径和材料的两根短钢杆和3颗螺母。这样,本来每一根长杆上的每一颗螺母只需承担一层平台与观众的重量,在改成两根短杆之后,每一颗螺母就需要承担两层平台与观众的重量—增大到“不堪重负”的两倍。事故后,天花板下的钢杆全都完好无损并在原地“坚守岗位”,可见,“小错误”不是因为钢杆的抗拉强度不够,而是出在平台、钢杆与螺母的连接处—包括螺母与平台之间的“铁垫件”(其作用类似今天的垫圈—增大螺母与平台接触处对平台表面的受力面积,从而减小平台表面受到的压强,避免平台被破坏)。于是,不堪重负的螺母裂开……

为什么要把一根长杆换成两根短杆呢?据说是为了避免“麻烦”。如何避免“麻烦”呢?答案多少有点莫名其妙但又“顺理成章”:不但在一根长杆的中部刻出螺纹,要比在两根短杆的两端分别刻出螺纹更“麻烦”,而且在制作、运输与安装时,用一根长杆连着两层平台比用两根短杆“麻烦”。

一根长杆上的每一颗螺母只需承担一层平台之重(左图),两根短杆上的每一颗螺母需承担两层平台之重(右图)
短杆与螺母的结合处裂开

2008年7月27日,《堪萨斯日报》以“对许多人而言迟到的纪念”为标题,来悼念27年前的这场“美国建筑史上最严重的建筑结构灾难”—“走廊惨剧”的罹难者。同年,人行天桥纪念基金会还举办了筹资活动,用筹得的资金在距离凯悦酒店一个街区即大约1千米之处,建造了一座花园和一座喷泉来纪念罹难者。2015年11月12日,酒店街对面的公园内建成了一个纪念馆以纪念惨剧罹难者。

而今,虽然“物是”,但已“人非”—在依然富丽堂皇的凯悦酒店(几经翻修之后于2011年更名为皇冠中心堪萨斯城喜来登酒店)第40层楼的休息室里,人们照样细细品味着精美可口的饮料,静静地凝望天上的熠熠星光……难觅当年那场惨剧的一丝踪影。不过,对于经历过惨剧的幸存者及其亲友来说,却有永远挥之不去的伤痛……

计量单位换算惹“麻烦”—探测卫星“葬身太空”

1998年12月11日,一枚“H2”型火箭腾空而起—运载着一颗探测火星气象的卫星“火星气候轨道器”(MCO),美国国家航空航天局(NASA)预定它在1999年9月23日抵达目的地。

然而,NASA失望了—研究人员惊讶地发现,MCO没有进入预定的火星轨道,而是在远远低于预定的高度被错误释放,最终陷进了火星大气层,很快就不见踪影而“葬身太空”。

为什么经验丰富的NASA,这次却让MCO“误入歧途”呢?

经过紧急调查,NASA的官员发现问题竟然出在MCO上的一些资料,没有把有关软件中的英制计量单位准确地转换成公制计量单位—错误来自承包该工程的洛克希德·马丁空间系统公司。

原来,对于计量单位,包括太空工业在内的美国企业,使用的是略异于传统英制的美式英制,喷射推进实验室则使用公制;承包商理应把英制都转换成公制,以便喷射推进实验室每天两次启动小推进器来调整太空船的航向。导航员认定启动小推进器的力是以公制的“牛顿”为单位。不料,承包商提供的资料,却是以英制的“磅”为力的单位,结果导致太空船的航向出现微小偏差。日积月累,终于“差之毫厘,失之千里”。

这个“小偏差”造成了巨大的经济损失—价值0.36亿美元(连同一起探测的“火星极地着陆器”MPL等共1.25亿美元)的MCO打了“水漂”!当然,还有其他损失。

这次卫星的“失踪”,有其背后的原因。美国在度量衡领域的“一国两制”,迫使人们无时不进行反复的“计量单位换算”。而在大量的换算中,因为“四舍五入”造成误差的次数必然增多。

戴高乐机场2E候机厅顶棚主体结构的三维模型与事故现场

当然,因为忽略细节,在航空、航天、宇航领域引出的“麻烦”,远不止“经济损失”—还有“殒命太空”。美国航天飞机“挑战者”号和“哥伦比亚”号,先后在1986年1月28日和2003年2月1日“机毁人亡”,各有7名宇航员殒命。这两次悲剧的原因并不是因为什么重大错误:前一次仅仅是一个密封圈破裂;后一次是外部燃料箱中的一块隔热泡沫碎片脱落,而这块碎片击中了航天飞机的左翼,使热防护部件形成裂孔,导致超高温气体在航天飞机重返大气层时进入了机体……

安全系数小了“一点”—4人魂断戴高乐机场

2004年5月23日,法国戴高乐机场2E候机厅E50门附近的一部分顶棚坍塌,造成包括两名中国公民在内的4人不幸遇难,另有3人受伤,经济损失与声誉损失自然不在话下。

坐落在巴黎的该机场经过7年的计划与建设,于1974年启用,是欧洲主要的航空中心,也是法国主要的国际机场。于是,该机场的设计师保罗·安德鲁一下子被推上了风口浪尖。那么,坍塌的原因何在呢?

2005年2月15日,法国“戴高乐机场2E候机厅坍塌专门事故调查委员会”表示,发生该候机厅顶棚坍塌的事故原因有多个方面,而主要原因是一个“细节”被忽略—设计时的“应对偶然性安全事故的冗余量系数小了一点”。

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