《長安十二時辰》花萼樓外老子造型燈樓結構解析

摘要：由雷佳音、易烊千璽、週一圍等主演的《長安十二時辰》馬上就要接近尾聲了，鬼才親王馬伯庸塑造了一個萬邦來朝的盛唐景象，高達150尺的老子造型燈樓，是盛唐的標誌之一。本文根據電視劇情展示的燈樓結構，結合製作方“北斗工作室”繪製的燈樓造型圖，對燈樓結構進行簡單的力學解析。通過優酷視頻截取了近百張圖片，幾十段視頻，以成本文。燈樓總體結構基本合理，但在某些細節，特別是關鍵零部件“麒麟臂”的設計卻不符合基本的力學原理。

關鍵詞：長安十二時辰，燈樓，花萼樓，力學，麒麟臂，盛唐

1、引言

《長安十二時辰》中的燈樓是貫串整個故事的一個重要標誌。週一圍飾演的龍波（蕭規）一開始的目標就是這個高達150尺（50m）的老子造型燈樓。從一開始狼衛入長安，運送、製作闕勒霍多，到抓得狼衛意外爆破狼衛據點，再到裝傻的何孚僱傭龍波利用闕勒霍多襲擊右相林九郎，再到右相與太子的黨派之爭，劇情步步深入，而闕勒霍多的真正載體——上元節燈樓——才慢慢揭開。

張小敬根據龍波留下的一小片竹片，最終查到闕勒霍多就在燈樓的麒麟臂中，龍波一夥想把上元節的標誌——老子造型的燈樓——變成一顆巨型炸彈。燈樓主體結構是毛竹，依靠水力啟動。啟動後，孔明燈飛出，老子頭像顯現，同時12根麒麟臂伸開開來，美輪美奐，如下圖。

本文基於電視劇情展現出來的燈樓結構，結合製作方“北斗工作室”繪製的燈樓造型圖，對燈樓總體結構、動力機構等進行簡單的力學解析，較為詳細分析燈樓的關鍵部件——麒麟臂的力學行為，指出劇中麒麟臂設計的不當之處。

1、燈樓總體結構

劇中稱燈樓總高度150尺（50m），大概是現代建築17層樓那麼高。古代這麼高的建築唯有塔與之匹敵了，比如雷峰塔總高約72m，其中國塔身45.8m。這種高層建築在古代都需要一個較大的基座，以承受自重。歷史上，盛唐的花萼樓是皇家的專用樓閣，總高度35.3m，約12層樓那麼高。古代沒有電梯，至少要爬30m左右（約10層）才能到達頂樓。一口氣爬1層樓，作為年邁的聖人，相信還是比較艱難的。

劇中，燈樓與花萼樓對比如上圖，燈樓略高一些，從這個角度來看燈樓總高度50m，似乎差不太多。但是，劇中燈樓的設計方“北斗工作室”給出的燈樓總高度圖缺是70m，是對面花萼樓高度的兩倍。從劇情畫面的展示效果來看，顯然是不合適的。所以北斗工作室提供的70m總高度是為了儘量展現燈樓的內部結構，給出一個自認為合理的數據。但是，作為劇中人物設計者毛順，肯定不會設計這麼高，因為花萼樓的高度已經擺在那了。50m的總高度可以說是聖人在30米高的花萼樓頂樓上欣賞的最佳高度。

燈樓的主體結構是毛竹，這在劇中隨處可見。竹節狀的毛竹具備了較為優良的力學性能：輕而韌。實際上毛竹這種材料在建築上利用的非常廣泛，早期的腳手架多是毛竹，後來才改成鋼管。哪怕在盛唐時期，想要造50m高度的純鋼管結構仍然是不容易的一件事。所以，毛竹就是最佳的建築材料，而不僅僅是因為其中空可以裝闕勒霍多。

隨著高度的增加，燈樓的自重也將會增加。燈樓底部承受的力最大，因此，劇中看到，底部並不是用毛竹搭建，而是實際的磚石建築，磚石的承壓能力要比毛竹大多了。燈樓的底下2層（約10m）是磚石建築，上層毛竹的自重主要應該都作用於這兩層的磚石上。內部四根支柱（內部灌滿了闕勒霍多），由毛竹製成，直接從底到頂，同時也分擔著一些上部毛竹結構的自重。

除了主體結構毛竹外，為了美觀，燈樓外部有大量的裝飾。比如下部的荷花，中部的青山，頂部的祥雲和老子。這些裝飾由於並不用來作為承力結構，同時也為了減輕結構的整體自重，用竹條編出外形框架，再用布蒙上。

2、燈樓的動力機構

毛順設計的燈樓由於一些活動裝置，特別是麒麟臂的伸展，需要動力。再缺少電力的古代，除了人力，就只有水力了。劇中，張小敬通過水路進入燈樓內部，被路人甲所救。路人甲指著這個大轉輪說：整個燈樓造價400萬，這個大轉輪佔了大半。這裡佔了大半花費的當然不僅僅是這個大轉輪，而是指整套動力傳輸系統。

由閘門控制水流，推動總動力機構的大輪，然後通過齒輪、鏈條等機構，將動力上傳至麒麟臂等機構，推動整座燈塔的正常運行。劇中有大量的齒輪鏡頭，各式各樣，實現各種傳動的功能。值得一提的是，劇組貼心的設計了一組齒輪，以實現錐齒輪改變動力方向的功能，如下圖。

但是，劇組設計齒輪的時候，顯然忽略了一個非常重要的地方，如下圖。直齒輪開孔可以減輕自重，現代工業中也很常見。但是開成下圖的1/4圓孔，是絕對不可行的。圖示的齒輪在工作過程中，會在孔洞的尖角處產生非常大的應力集中，所以這種齒輪根本無法長期工作。

劇中另外一個比較酷炫的，就是到處”飛行“的火球了。燈樓啟動後，火球到處滾動，以觸發機關，推動人馬雕像前進。這個過程雖然酷炫，但是並不實用。因為火球具備的能量有限，能觸發機關，但是卻無法推動雕像前進。而且，這個過程可控性較差，很容易出現失誤。這種雕像的前進、麒麟臂的伸展，依然靠的主動力系統通過帶傳動驅動。

3、燈樓的麒麟臂力學解析

麒麟臂可以說是整劇的一個核心。張小敬通過一片毛竹碎片，找到匠人復原出麒麟臂的拼接圖。實際上，這種毛竹的拼接不僅僅用於麒麟臂上，為了延長杆的長度，都採用這種拼接方式。如下圖，將兩個毛竹加工成互相卡扣的結構，並用方形插銷防止錯位。這種結構與古代木匠榫卯結構異曲同工。能夠很好的固定兩者。在當時的技術水平下，這種拼接是最好的選擇。但是也有缺點。榫卯結構在實心的木頭上見的很多，

竹子結構由於是空心的，真正受力的就是竹子的厚度，因此這種麒麟臂受力無法太大，否者竹子就會裂開。實際上，竹子外圈纏繞布條，可以大大提高其承受能力，不過劇中並沒有展現。

前面說所，儘管這種拼接方式存在弱點，但是可以通過多跟麒麟臂疊加來增加其承受能力。然而，劇中一個明顯的不合理之處在於，捆綁的麒麟臂拼接位置全部集中在一處，如下圖紅圈處。

麒麟臂需要將代表12天尊的閣樓伸出，麒麟臂基本處於水平狀態。它的簡化模型如下圖，左端與燈樓主體連接，簡單起見我們認為其實固定支座（實際上是固定鉸鏈），右端連接閣樓，將之簡化為向下的力，可見整根麒麟臂是作為一根梁使用的。作為梁的麒麟臂，上部分受拉，下部分受壓。在毛竹拼接的地方，由於開了孔，不可避免產生應力集中，所以拼接區是梁的薄弱環節。劇中，

將拼接區集中在了一個橫截面上，這就讓麒麟臂的承載能力大打折扣了。

正確的做法應該是：1）毛竹數量分配儘量上下相同，讓毛竹的受力上下均勻；2）毛竹的插銷（定位）孔，儘量圓滑，不要做成劇中的方形，以減小應力集中；3）外層纏繞布條，提高毛竹的垂直纖維方向的強度。4）每一根毛竹的拼接區都應該保持一定的距離，將梁的薄弱環節儘量分散開。

4、總結

《長安十二時辰》的細節廣為人所稱讚，設計刻畫出的老子造型燈樓更是美輪美奐。燈樓採用的毛竹材料，更加的輕便，同時具有一定的結構強度，是燈樓製造的理想材料。燈樓總體結構可圈可點，基本符合力學的設計準則，結構強度上有一定的保證。但是，在某些細節上，違背了力學的原理。如齒輪的1/4圓形開孔，無法保證長時間運行。麒麟臂上拼接區域集中在一起，大大降低了麒麟臂的結構強度。

最後，有一個小疑問：伏火雷除了在麒麟臂中，在四根立柱中同樣裝有伏火雷。毛順說炸了他，就能就廣場上的人，張小敬二話不說就把他炸了。可是，立柱中的伏火雷依然存在。最後，整座燈樓都燒了，為何沒有發生爆炸?