隨著電影《流浪地球》的熱映，越來越多的人開始對科幻感興趣，也開始想像如果我們未來居住在太空的某一處，我們的工作乃至專業又能為這個新家園做些什麼？作為一個土木工程行業裡的小編，今天咱們就來談談土木工程在太空建築領域將起到什麼作用！
在進入話題之前，我們先了解一下太空建築領域是指什麼？如果是指脫離星球表面的建築，那麼土木工程師們還有發揮的空間嗎？相信許多學土木工程行業的同學在開學的第一天老師都說過一句話：土木工程是和重力做鬥爭的科學！為什麼這樣說，一張圖帶你了解房子建造所需要的力：
圖片來源於知乎 如有侵權聯繫刪除根據萬有引力定律，地球表面任何物體都有向地球中心下落的趨向，支撐物體所帶的壓力和材料本身自帶的拉力，都是為了對抗地球本身所帶的力。所以再複雜的建築，再離譜的結構，再設計失誤的工程，只要放到無重力環境下，統統不是問題！為什麼呢？因為牛頓第一定律規定如下：
任何物體都要保持勻速直線運動或靜止狀態，直到外力迫使它改變運動狀態為止。
這句話換個方式說，就是在沒有外力的情況下，你把東西擺在什麼地方，它就會留在什麼地方。你想要什麼結構，擺就是了。在人類可預見的建築尺度內，太空建築不需要考慮什麼力學問題。國際空間站那個奇奇怪怪的樣子都沒有出問題，何況人類日常住的方盒子？讀書的時候，老師應該也反覆說過，力學是咱們的看家本事，結構力學是壓箱底保命工夫。現在好了，沒了重力，所有主荷載都歸零了。你的看家本事演給誰看？
圖片來源於360圖片 如有侵權聯繫刪除不過，沒了力學，還有設計麼。比如說多大的房間讓人住著舒適，消防通道最低的寬度是多少，多少居民需要設置一處廁所……但這都是建築設計，是建築學的範疇。務必記住，建築學不是建築工程 ！前者研究讓房子漂亮、舒適、合理，是獨立的學科，後者才是我高大上土木工程的一部分。無重力環境不僅廢掉了考慮力學的建築工程，同時也廢掉了路橋、隧道（廢話）、巖土等分支。建築學倒是因為不再考慮力學限制，會得到前所未有的發展空間。
因為沒有重力的地方，人人都是建築師兼工程師呀！
進一步說，土木工程發展了幾千年。也不光要考慮地球重力帶來的問題。比如說隧道工程，既需要考慮挖洞的力學問題，也要考慮給礦井設備留空間，考慮礦井內的交通流。礦井是在三維空間內盤旋的（尤其是'地下無軌礦山），這一點很像三維空間的通道；礦井需要考慮氧氣和廢氣的傳輸，這一點也像太空站。所以，土木工程的許多附屬技巧在太空也算用得上。但務必記住，土木工程是在重力限制下發展這些技巧的，好比帶著鐐銬跳舞。你帶著30斤的腳銬練習了10年跳舞，解開鐐銬的時候並不比普通人的起點高多少，所以也不要指望靠這點小技巧吃飯。
圖片來源於知乎 如有侵權聯繫刪除當然了，太空中也不是沒有力學問題。比如說太空站要自旋，就有離心力問題。房屋之間要保證基本的結構穩定，所以也要維持一定的拉力和壓力。飛行器要進入離開太空城市，有一個作用力和反作用力的關係。但這些力學，大多是涉及到可變的荷載，尤其是在三維空間可變的荷載，複雜程度遠大於當前土木工程討論的荷載，數量級則遠小於當前土木工程對付的荷載。所以很難直接把地面上的技術延伸過去。土木工程面臨的抗風、抗水流問題雖然是可變荷載，但似乎太空中沒有相應密度的流體衝擊。（否則如何算太空？）想來想去，最適合延伸到宇宙空間的土木工程力學，應該是抗震時考慮的振型問題。因為只有在地震的時候，地球才會輸出可變的荷載。這貌似能幫助我們考慮太空中的建築振動問題。但類似問題，機械力學和船舶工程考慮的更多、更充分，也輪不到土木工程師去發揮……
隨著科技的不斷發展，未來誰也說不準，如果真的到了流浪地球的哪一天，或許我們就能找到替代「重力」的物質出現，到時候土木工程的還是會成為重要的存在。
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作者：馬前卒
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