公元4世纪

曾经辉煌无比的罗马帝国

由于政权腐败、反奴隶制斗争、外族入侵等危机

濒临灭亡

于是330年

罗马皇帝君士坦丁把帝国的首都

迁到了罗马东边的小镇拜占庭（Byzantium）

并将此处更名为君士坦丁堡

罗马与君士坦丁堡

这里纽结欧亚

贯通地中海与黑海

相较罗马而言易守难攻

同时手工业、商业也更加发达

君士坦丁雄心勃勃

企图利用东方的财富

打造一个全新的东部罗马

铸有君士坦丁头像的金币

395年

罗马正式分裂成东、西两个帝国

意大利及其以西地区为西罗马

首都为罗马

以东部分为东罗马

首都在君士坦丁堡

395年，东、西罗马帝国疆域图

479年

西罗马灭亡

西欧陷入了一团混乱之中

随后基督教也逐步开始分裂

西罗马地区信奉天主教

东罗马称正教（或东正教）

各有教廷教宗

正当西罗马残破衰败之时

东罗马凭借着与地中海沿岸、黑海沿岸

甚至是东亚的商贸往来和文化交流

迎来了一个新的辉煌

拜占庭时期的君士坦丁堡复原图

不过今天的故事要从一场暴乱说起

公元520年～532年

城乡平民发生了暴动

他们焚烧了君士坦丁堡的元老院

一部分皇宫

还有城内最重要的大教堂

旧教堂的遗骸，该教堂由狄奥多西二世在415年建成

查士丁尼大帝在平息了这场

极有可能撼动他统治的暴乱后意识到

他迫切需要一个

能重新建立民众信心

且能让闲散人员有事可做的宏大工程

很显然

在当时的情境下

最理想的大工程便重建大教堂

查士丁尼希望借机树立威信

恢复昔日荣光

而新教堂的落成

就是这个时代最具象征意义的里程碑

查士丁尼大帝

532年2月

旧教堂的清理工作开始

新教堂预备动工

此时离旧教堂被烧毁仅一个月

查士丁尼显得迫不及待

他找到了几何学家以及力学理论家

特拉列斯的安提莫斯

and教授物理学、写作穹顶技术著作的

米利都的伊西多尔

来负责教堂的设计与施工

还勾勒了理想中的教堂蓝图

有一个无与伦比的大穹顶

并表示希望教堂能在五年完工

他们的名字太难记了，以下简称老安和老伊。老伊长这样，老安没图

尽管老伊和老安都不是专业的建筑家

但设计出的教堂不容小觑

这是一个集中式的教堂

教堂中央四根粗壮的墩柱拔地而起

勾勒出一个长70米、宽30多米

高达60米的中央大厅

两边是一系列的廊道

教堂顶端是一座壮观的大圆顶

教堂布局图

这方案挺气派吧

业主查士丁尼也感到很满意

但说句实话真是太！难！搞！了！

要知道

当时的建造工程还在以经验为主导

并未形成一套完整的建筑体系

在建筑过程中

工程师们往往需要反复的实验

以此达到优异的效果

教堂剖面图，注意看第一层的小门，可以想像教堂真的非常高大

如此巨大穹顶

横跨面积超乎想象

并且需要完全离开墙壁的支撑

显然是没有任何前人的经验可以参考

在这样的情况下

如何把大圆顶架在墩柱构成的方形基座上

成了当下最大的挑战

基座示意图，制图@兰泽玉

首先考虑理想方案

如果把圆顶直接架上去

只能架在基座圆拱的最高点

将圆顶直接置于基座上示意，制图@兰泽玉

这肯定不行

不仅稳定性差

而且没有额外的支撑

圆顶必然会龟裂

最后向内崩塌 

率先龟裂的将是没有支撑的部分，制图@兰泽玉

老伊和老安发明了一种

全新的方法来克服难题：

用弧三角填充基座，以此支撑圆顶

弧三角是凹形的

在方形的基座上

形成圆顶所需要的圆形底座

也可以看作圆顶的外延

弧三角放置位置示意图，它的学名叫做帆拱，制图@兰泽玉

它不仅在圆顶和墩柱间作为过渡

同时能抵消一部分圆顶向外扩张的力

帮助把圆顶的重量导入支撑柱墩

再导向地面

穹顶与帆拱的力的传导示意图，制图@兰泽玉

然而，即便有了帆拱

还是不能完全抵消

大圆顶底部向外扩张的水平推力

久而久之

墩柱及大圆顶便会支撑不住

向外扩张，进而垮塌

把圆顶直接放在地面比较好理解，两端放上支撑物，就可与水平推力相抗衡；但圆顶架在高空中情况就复杂得多

老伊和老安想出了新法子来对付

在大圆顶底端的圆拱上

造出两个半球顶平衡它的侧推力

它们的侧推力又由更小的半球去平衡

这样一来

不仅形成了层层叠放的力的平衡体系

还能拓宽大殿的长度

穹顶两端增加半穹顶和小穹顶，制图@兰泽玉

这还不够

在墩柱的外侧

圆拱型的长廊形成了教堂的扶壁

它们也在帮忙

把圆拱的力传到地面

扶壁，制图@兰泽玉

当他们解决完前面的问题

终于到了封顶时刻

但又出现了一系列麻烦

首先需要选用质轻

且强度大的材料打造穹顶

然后

考虑到这些年来底座有所变形

只能打造一座比较浅的椭圆形圆顶

使圆顶架在上面

这样圆顶便可以横跨长短不一的尺寸

同时浅圆顶上面开窗，营造一种神圣的氛围

接着在教堂的外侧

衔接着墩柱建起一系列的大扶墙

这同样是为了

把墩柱的外推力转移到地面

使教堂尽量保持现状

大扶墙在后来几个世纪间都在增加

五年之后教堂终于完工

公元537年12月26日

查士丁尼大帝和大主教

率领一支庄严的队伍

举行圣索菲亚大教堂落成典礼

查士丁尼走进金碧辉煌的大堂

独自走上讲台举起双臂高呼：

“荣耀归上帝，他教导我完成如此伟大的工程！喔！所罗门王呀，我终于胜过了你！”

请在脑海中把四个尖塔去掉，它们的故事后面再说

要如何形容教堂的壮丽？

一个直径33米的大穹顶

置在60余米的高空中

若干个向四面延伸开去的半穹顶

逐个缩小、层层涌起

将中心高达55米的中央穹顶的统率地位

烘托到了极致

南北向空间被廊道划分

形成一种隔而不断的效果

使整个教堂的内部空间

显得既集中统一又曲折多变

正如查士丁尼的宫廷史学家写道：

人们无论何时进入这个教堂做祷告，他们都会马上理解这件杰作并非出自任何人力或技巧......

于是他们的精神仰望上帝并得到升华，他们感到主并不遥远，而且一定十分喜欢住在这个主亲选的地方。

简言之

老伊和老安创造了

以拱门、扶壁、小圆顶等设计

来支撑和分担穹顶重量的建筑方式

以及在这个体系下的集中式开放型空间

他们不是青出于蓝

而是创造了一座空前的结构体

然，世事无常

在第四次十字军东征期间

拉丁基督教徒占领了君士坦丁堡

教堂遭到了洗劫和亵渎

并成为了天主教教堂

拜占庭人重夺君士坦丁堡后

大教堂已显得相当破败

他们重新装修了教堂

西面的四道扶壁大概就是在这时加建

十字军进入君士坦丁堡

公元1453年

土耳其人攻克了君士坦丁堡

将此地更名为伊斯坦布尔

延续了千年的拜占庭帝国就此灭亡

穆罕默德二世及其军队进入君士坦丁堡

不过土耳其人并没有破坏大教堂

他们很喜欢这个宏伟的建筑

决定“占为己有”

不仅把大教堂改成清真寺

巩固了圆顶和拱顶、摆正圆柱

改变建筑内外的装潢

墙上穹顶上全是阿拉伯语的装饰

还在角上加建了呼唤穆斯林们

按时举行礼拜的授时塔

或者叫“邦克楼”

有请四个尖塔登场

并且仿照它的样式

建立多座新的大清真寺

其中最有名的

便是伊斯坦布尔地标建筑之一的

蓝色清真寺

蓝色清真寺与圣索菲亚大教堂，你能分得清吗？

如今的圣索菲亚大教堂

已经成了一座博物馆

这或许是它最好的结局

我们站在当下

回想千年前的老伊和老安

也依然会慨叹他们的精彩创造

这个在修建圣索菲亚大教堂过程中

摸索出的全新建筑形制

对欧洲建筑甚至是东方建筑

都产生了非常巨大的影响

从它滋生出来的大穹顶

在许多城市里都构成了天际线的中心

嗯，这一切都是为了大穹顶！

图片来源：

VCG、unsplash、wiki、pixabay

参考文献：

外国古建筑二十讲. 陈志华. 三联书店

旅途上的建筑. 郭学明. 机械工业出版社

远古工程的巡礼 II. 美国国家地理 纪录片