第6章 罗马时期的发明与创新（3）
第94讲：古罗马斗兽场
在罗马的城市布局中，中心广场（Forum）占据着举足轻重的地位，贯穿了从共和时代至帝国时代的漫长历史。位于巴拉丁山（Palatine）、卡比托利山（Capitoline）与基里纳尔山（Quirinal）环抱的低洼地带，罗马城核心区域相继建造了一系列宏伟的广场，共同构成了令人叹为观止的广场群。这些广场的演变轨迹，不仅映射了建筑风格的变迁，更是政治体制从共和制向帝制转型，乃至皇帝被神化这一历史进程的体现，呈现出建筑与政治之间紧密相连、相互影响的关系。[1]
01｜ 罗马斗兽场结构
古罗马的斗兽场的建设始于公元70至72年间，正值维斯帕先皇帝的统治时期。遗憾的是，这位皇帝于公元79年辞世时，斗兽场仅展现至第三层的轮廓。然而，其子提图斯于次年，即80年，圆满地完成了这一建筑建设。在随后的多米蒂安（或称弗拉维安）皇帝时代，这座圆形剧场经历了数次精心改建，因此被赋予了“弗拉维安圆形剧场”的美誉。
斗兽场的资金来源颇为特殊，它源自于耶路撒冷围城战役中获取的丰富战利品。而建造过程中，大量犹太囚犯承担了繁重的体力劳动，但对于技术要求较高的部分，则由维斯帕先皇帝亲自挑选的一支精英团队完成，这支队伍汇聚了罗马顶尖的艺术家、画家、建筑师及工程师。
图：罗马斗兽场示意图[2]
选址方面，斗兽场巧妙地坐落于帕拉丁山、埃斯基林山与凯利安山环抱的山谷之中，这一地带曾是罗马大火后，尼禄皇帝所建奢华宫殿（Domus Aurea）的遗址。
罗马斗兽场的名字为“Colosseo（意思是巨大的）”，这里曾举行节目表演，即狩猎表演和角斗。斗兽场占地面积约2万平方米，最大直径为188米，小直径为156米，圆周长527米，围墙高57米，这座庞大的建筑可以容纳近九万人数的观众。
图：斗兽场剖面图
古希腊的大剧场依山修建，处理层层叠叠的台阶成为建筑的难题，高台阶的支持只能靠山坡而实现。舞台两面的疏散通道的问题也难以解决。
图：古希腊的大剧场
罗马斗兽场把楼梯密集地排列在比较狭小的空间里，上下的楼梯有很多，且四通八达，人们可以不用翻越人工搭成的“山”而进入剧场，便于人们疏散，楼梯不露在墙体外。
斗兽场另外一个创新是拱形的运用，拱形可以将来源于顶部的重量由两边墙体分散开来。连续的拱形结构加固了整体结构且省材省料。
图：斗兽场侧面结构
围墙共分四层，前三层均有柱式装饰，依次为多立克柱式、爱奥尼柱式、科林斯柱式。
古典希腊建筑的风格分为多利克式(Doric)、爱奥尼亚式(lonie)和科林斯式(Corinthian)，其主要特征体现在支撑屋顶的石柱上。石柱通常由柱基、柱身和柱首三部分组成。
多利克柱式是最早出现的样式，其特点在于没有柱基，柱身自下而上逐渐缩小，中间部分略为凸出，表面刻有凹槽，柱顶连接着方形的柱冠。巴特农神殿采用了这种柱式。
爱奥尼亚柱式则设计得更为细长和匀称，配有柱基，柱身凹槽紧密且深邃，柱顶为涡卷形状，檐壁还装饰有浮雕饰带。胜利女神神殿与厄瑞克修姆神殿都选用了这种石柱。
科林斯柱式在爱奥尼亚柱式的基础上进一步发展，增加了更为华丽的装饰元素，是最后出现的柱式。它同样具备柱基，但柱顶或柱首部分装饰有花草集结状的图案。雅典的宙斯神殿便是这一柱式的代表。后来，科林斯柱式被罗马帝国广泛采纳，并在意大利地区流行开来。
图：古罗马斗兽场立面柱式示意简图
入场体验方面，当时每位观众手持的门票上，都标注有与入口门楣数字相匹配的编号，以及通往各自座位的清晰指引。观众席依据社会等级划分，共分为五个区域，由宽敞的走廊进行分隔。最尊贵的元老席位紧邻竞技场边缘，而骑士及其他社会阶层则依次向上分布，直至最顶层的平民区域（summa cavea）。
斗兽场内是阶梯型看台，看台约有60排，当年分为三个等级区域：底层为第一区，是皇室、贵族、骑士阶级的座位，如元老、长官、祭司等；二层是第二区，为市民席；最高层也就是第三区，是平民区。其实第三区上部还有两层，一层是专为妇女们保留的，再上面一层则是一个较大的平台，供下等观众站着看表演。
竞技场的地面铺设了木质地板，其上覆盖着一层细软的沙子，既保证了比赛的顺利进行，也减轻了角斗士与动物的冲击伤害。而竞技场下方，则隐藏着一个由隧道、走廊与地窖构成的庞大网络，它们曾是存放角斗士、奴隶、武器、比赛设备及动物笼子的重要场所。
图：社会的缩影，观众席严格根据社会阶级来划分
图：中间凸出的拱门是皇室成员入口
02｜斗兽场混凝土材质
斗兽场的存在依托于混凝土的强大，很多从前无法完成的宏伟的建筑结构由于混凝土的广泛应用而变得可能。大斗兽场的主要承重体系全由料石砌成，内部为凝灰岩，外部包砌了一种浅灰白色的石灰华（travertine），拱顶和上层内墙应用了较轻的混凝土。大斗兽场并没有大量采用当时最先进的拱券结构及混凝土材料，但它无疑是古罗马建筑的集大成者，其分层“叠柱式”秩序及成熟的券柱式造型成为罗马和文艺复兴建筑师效仿的典范。
图：一二层用巨型石柱，三层以上全用混凝土，结构坚固
基础：混凝土与火山石的组合。斗兽场的基础采用了混凝土与火山石的结合。古罗马人利用火山灰，即火山喷发后留下的细灰、石灰和碎石按比例混合，创造出了一种前所未有的建筑材料——混凝土。这种材料不仅强度高、耐久性好，还能在凝固过程中逐渐增强，为斗兽场提供了坚不可摧的基础。而火山石的加入，其独特的孔隙结构和优良的抗压性能，使得基础部分更加稳固，能够抵御地震等自然灾害的侵袭。
拱顶：混凝土与浮石的结合。斗兽场的拱顶采用了混凝土与浮石的独特组合。浮石，作为火山喷发时产生的多孔岩石，质轻而坚固，非常适合用于减轻拱顶的重量，同时保持足够的结构强度。古罗马工程师们利用浮石的这一特性，将其与混凝土混合使用，构建出了一个个宏伟而轻盈的拱形结构。这些拱形结构相互支撑，形成了斗兽场独特的穹顶，既保证了空间的开阔与通透，又确保了建筑的稳固与安全。
墙：凝灰岩与灰华石的组合。斗兽场的墙壁是凝灰岩与灰华石的组合。凝灰岩，一种由火山灰、岩屑和晶屑组成的岩石，其质地坚硬、色泽均匀，非常适合用于建筑外墙的装饰。古罗马工匠们将凝灰岩雕琢后镶嵌在墙体之中，形成了错落有致的纹理和图案。
03｜火山灰的引用与拱形建筑
为什么古罗马斗兽场能够历经时间的考验依然伫立在罗马的市中心？
这与建筑材料有很大关系：石灰华石块石块内部的金属连接装置在古罗马斗兽场中使用的水泥掺入了一种特殊的成分：除了石灰、岩屑和细沙混合物外，还有维苏威火山的一种红色火山灰。这种特殊的材料使古罗马斗兽场使用的水泥具有异常强固耐久的性能。石灰华是一种非常坚硬的大理石，是沉积岩的一种。
补充材料：古罗马混凝土工艺[3]
古罗马时代的砂浆中多使用火山灰（pozzolana，在那不勒斯地区能大量得到），比现代水泥更经久耐用抗震，并且抗咸水腐蚀。古罗马混凝土甚至能在水下继续凝固。
混凝土技术利用熟石灰和一种在维苏威火山地区发现的粉尘物（Pozzolana）与水混合制成的具有高粘性的糊状物。加入了火山凝灰岩的罗马混凝土具有超强的抗化学腐蚀性，而维苏威火山地区的粉尘物（Pozzolana）使得罗马混凝土即使在海水中也能够迅速凝结硬化。加州大学伯克利实验室的科学家们研究了古代海洋混凝土的矿物成分。他们发现使用了石灰和火山岩的混合物。这就形成了灰浆和火山凝灰岩。为了进一步增加强度，将砂浆置于海水中。水分子使石灰水化，石灰与灰发生化学反应，将它们粘合在一起。这就形成了一种强大的钙-铝-水合硅酸盐。
古罗马建筑师维特鲁维在《建筑十书》中讲到了混凝土建造港口设施的方法：用木桩做成无底的大型沉箱，放入水底，然后注入混凝土，让其在水中硬化。
古罗马浇筑混凝土主要有两种办法。一种是用薄砖砌成外壳，中间浇筑上混凝土。尼禄的金屋（Domus Aurea）遗址中可以看到这种做法。另一种则是直接以木板做成架子，浇筑完成后拆掉木板，外面再抹一层灰泥，同样看不出里面的混凝土。许多建筑圆形穹顶就是这么制造的。
图：古罗马浇筑混凝土工艺[4]
尽管混凝土使得建筑的限制大大减少，并且不需要采石过程，加快了工期，但依然有其局限。首先，混凝土要保证强度承力需要掺足够的石料，石料增加导致的重量增加，必然影响建筑可承受的最大跨度。另外，混凝土干燥硬化需要时间，而含火山灰罗马混凝土干起来的时间是以星期计的。
古罗马人创造了三种影响深远的建筑结构：券拱（barrel vault）、十字拱（groin vault）、圆顶（dome）。[5]
补充材料：古罗马混凝土为什么坚固耐用？[6]
关于坚固耐用的原因，美国波士顿麻省理工大学的一个研究小组在《科学》子刊《科学进展》杂志发表一篇论文称，这种古罗马的混凝土竟然有自我再生的特性。该研究显示，古罗马水泥配方涉及石灰，火山灰和火山凝灰岩的使用，这些物质通过海水活化，然后再将这种混合物使用在需要的地方，随后硬化。古罗马水泥与今天的水泥相比，配方大有不同，今天最常见的水泥实际上是通过高温的黏十和石灰石、石膏等的混合物，俗称熟料。当代的水泥与古罗马的水泥相比显然有许多优势，但在耐用方面完全无法和古罗马的相媲美。因为现代混凝土使用寿命在50年至100年之间，超过就注定会垮塌，因此如果不拆除重建，那么就需要持续维护。
图：古罗马水泥配方
研究人员在实验室中对混凝土块样本模拟制造了小裂痕，并观察到石灰石碎片与水发生反应，溶解后再次结晶，从而填补了微裂缝和微裂纹。
图：古罗马混凝土的自我修复
补充资料：19世纪前欧洲建筑发展脉络
参考资料
[1] 陈志华：《外国建筑史：19世纪末叶以前》第4版，中国建筑工业出版社 2010 年版，第 76 页。
[2] 资料来源：https://jianzhushi.gdut.edu.cn/wggdjzs/glmjz/glmjzjdal.htm。
[3] 资料来源： http://www.cbcurtis.net/benedict/Humanities%20Site/roman_republic.html。
[4] 图片来源：http://www.romanaqueducts.info/picturedictionary/pd_onderwerpen/concrete2.htm。
https://media.cntraveler.com/photos/5a9463b1723a834885e15455/4:5/w_767,c_limit/Domus.jpg。
[5] en.wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Roman_concrete
[德]赫尔穆特·施耐德, 古希腊罗马技术史
John Henry Middleton, The Remains of Ancient Rome (A. and C. Black, 1892)
Cementitious materials of the ancient world (Comm. Hum. Litt. Vol. 128)
资料来源：https://artnarchaeology.wordpress.com/roman-concrete/。
[6] 资料来源：https://www.cineseitalia.com/news/read-htm-tid-362134.html。
- 往期课程 -
《创新的历程》第三季（古罗马-拜占庭篇）
