摘要：由雷佳音、易烊千玺、周一围等主演的《长安十二时辰》马上就要接近尾声了，鬼才亲王马伯庸塑造了一个万邦来朝的盛唐景象，高达150尺的老子造型灯楼，是盛唐的标志之一。本文根据电视剧情展示的灯楼结构，结合制作方“北斗工作室”绘制的灯楼造型图，对灯楼结构进行简单的力学解析。通过优酷视频截取了近百张图片，几十段视频，以成本文。灯楼总体结构基本合理，但在某些细节，特别是关键零部件“麒麟臂”的设计却不符合基本的力学原理。

关键词：长安十二时辰，灯楼，花萼楼，力学，麒麟臂，盛唐

1、引言

《长安十二时辰》中的灯楼是贯串整个故事的一个重要标志。周一围饰演的龙波（萧规）一开始的目标就是这个高达150尺（50m）的老子造型灯楼。从一开始狼卫入长安，运送、制作阙勒霍多，到抓得狼卫意外爆破狼卫据点，再到装傻的何孚雇佣龙波利用阙勒霍多袭击右相林九郎，再到右相与太子的党派之争，剧情步步深入，而阙勒霍多的真正载体——上元节灯楼——才慢慢揭开。

《长安》海报

张小敬根据龙波留下的一小片竹片，最终查到阙勒霍多就在灯楼的麒麟臂中，龙波一伙想把上元节的标志——老子造型的灯楼——变成一颗巨型炸弹。灯楼主体结构是毛竹，依靠水力启动。启动后，孔明灯飞出，老子头像显现，同时12根麒麟臂伸开开来，美轮美奂，如下图。

灯楼启动

本文基于电视剧情展现出来的灯楼结构，结合制作方“北斗工作室”绘制的灯楼造型图，对灯楼总体结构、动力机构等进行简单的力学解析，较为详细分析灯楼的关键部件——麒麟臂的力学行为，指出剧中麒麟臂设计的不当之处。

灯楼不同阶段效果图

1、灯楼总体结构

剧中称灯楼总高度150尺（50m），大概是现代建筑17层楼那么高。古代这么高的建筑唯有塔与之匹敌了，比如雷峰塔总高约72m，其中国塔身45.8m。这种高层建筑在古代都需要一个较大的基座，以承受自重。历史上，盛唐的花萼楼是皇家的专用楼阁，总高度35.3m，约12层楼那么高。古代没有电梯，至少要爬30m左右（约10层）才能到达顶楼。一口气爬1层楼，作为年迈的圣人，相信还是比较艰难的。

灯楼与花萼楼高度对比

剧中，灯楼与花萼楼对比如上图，灯楼略高一些，从这个角度来看灯楼总高度50m，似乎差不太多。但是，剧中灯楼的设计方“北斗工作室”给出的灯楼总高度图缺是70m，是对面花萼楼高度的两倍。从剧情画面的展示效果来看，显然是不合适的。所以北斗工作室提供的70m总高度是为了尽量展现灯楼的内部结构，给出一个自认为合理的数据。但是，作为剧中人物设计者毛顺，肯定不会设计这么高，因为花萼楼的高度已经摆在那了。50m的总高度可以说是圣人在30米高的花萼楼顶楼上欣赏的最佳高度。

“北斗工作室”给出的70m的灯楼

灯楼的主体结构是毛竹，这在剧中随处可见。竹节状的毛竹具备了较为优良的力学性能：轻而韧。实际上毛竹这种材料在建筑上利用的非常广泛，早期的脚手架多是毛竹，后来才改成钢管。哪怕在盛唐时期，想要造50m高度的纯钢管结构仍然是不容易的一件事。所以，毛竹就是最佳的建筑材料，而不仅仅是因为其中空可以装阙勒霍多。

灯楼的毛竹结构

随着高度的增加，灯楼的自重也将会增加。灯楼底部承受的力最大，因此，剧中看到，底部并不是用毛竹搭建，而是实际的砖石建筑，砖石的承压能力要比毛竹大多了。灯楼的底下2层（约10m）是砖石建筑，上层毛竹的自重主要应该都作用于这两层的砖石上。内部四根支柱（内部灌满了阙勒霍多），由毛竹制成，直接从底到顶，同时也分担着一些上部毛竹结构的自重。

灯楼分层结构

除了主体结构毛竹外，为了美观，灯楼外部有大量的装饰。比如下部的荷花，中部的青山，顶部的祥云和老子。这些装饰由于并不用来作为承力结构，同时也为了减轻结构的整体自重，用竹条编出外形框架，再用布蒙上。

灯楼的轻质装饰

2、灯楼的动力机构

毛顺设计的灯楼由于一些活动装置，特别是麒麟臂的伸展，需要动力。再缺少电力的古代，除了人力，就只有水力了。剧中，张小敬通过水路进入灯楼内部，被路人甲所救。路人甲指着这个大转轮说：整个灯楼造价400万，这个大转轮占了大半。这里占了大半花费的当然不仅仅是这个大转轮，而是指整套动力传输系统。

灯楼的总动力机构

由闸门控制水流，推动总动力机构的大轮，然后通过齿轮、链条等机构，将动力上传至麒麟臂等机构，推动整座灯塔的正常运行。剧中有大量的齿轮镜头，各式各样，实现各种传动的功能。值得一提的是，剧组贴心的设计了一组齿轮，以实现锥齿轮改变动力方向的功能，如下图。

锥齿轮功能

但是，剧组设计齿轮的时候，显然忽略了一个非常重要的地方，如下图。直齿轮开孔可以减轻自重，现代工业中也很常见。但是开成下图的1/4圆孔，是绝对不可行的。图示的齿轮在工作过程中，会在孔洞的尖角处产生非常大的应力集中，所以这种齿轮根本无法长期工作。

实际工程不会出现这种开孔的直齿轮

剧中另外一个比较酷炫的，就是到处”飞行“的火球了。灯楼启动后，火球到处滚动，以触发机关，推动人马雕像前进。这个过程虽然酷炫，但是并不实用。因为火球具备的能量有限，能触发机关，但是却无法推动雕像前进。而且，这个过程可控性较差，很容易出现失误。这种雕像的前进、麒麟臂的伸展，依然靠的主动力系统通过带传动驱动。

火球的传递，以触发机关

3、灯楼的麒麟臂力学解析

麒麟臂可以说是整剧的一个核心。张小敬通过一片毛竹碎片，找到匠人复原出麒麟臂的拼接图。实际上，这种毛竹的拼接不仅仅用于麒麟臂上，为了延长杆的长度，都采用这种拼接方式。如下图，将两个毛竹加工成互相卡扣的结构，并用方形插销防止错位。这种结构与古代木匠榫卯结构异曲同工。能够很好的固定两者。在当时的技术水平下，这种拼接是最好的选择。但是也有缺点。榫卯结构在实心的木头上见的很多，竹子结构由于是空心的，真正受力的就是竹子的厚度，因此这种麒麟臂受力无法太大，否者竹子就会裂开。实际上，竹子外圈缠绕布条，可以大大提高其承受能力，不过剧中并没有展现。

麒麟臂的拼接

前面说所，尽管这种拼接方式存在弱点，但是可以通过多跟麒麟臂叠加来增加其承受能力。然而，剧中一个明显的不合理之处在于，捆绑的麒麟臂拼接位置全部集中在一处，如下图红圈处。

麒麟臂拼接集于一处，降低整体强度

麒麟臂需要将代表12天尊的阁楼伸出，麒麟臂基本处于水平状态。它的简化模型如下图，左端与灯楼主体连接，简单起见我们认为其实固定支座（实际上是固定铰链），右端连接阁楼，将之简化为向下的力，可见整根麒麟臂是作为一根梁使用的。作为梁的麒麟臂，上部分受拉，下部分受压。在毛竹拼接的地方，由于开了孔，不可避免产生应力集中，所以拼接区是梁的薄弱环节。剧中，将拼接区集中在了一个横截面上，这就让麒麟臂的承载能力大打折扣了。

麒麟臂力学简图

正确的做法应该是：1）毛竹数量分配尽量上下相同，让毛竹的受力上下均匀；2）毛竹的插销（定位）孔，尽量圆滑，不要做成剧中的方形，以减小应力集中；3）外层缠绕布条，提高毛竹的垂直纤维方向的强度。4）每一根毛竹的拼接区都应该保持一定的距离，将梁的薄弱环节尽量分散开。

4、总结

《长安十二时辰》的细节广为人所称赞，设计刻画出的老子造型灯楼更是美轮美奂。灯楼采用的毛竹材料，更加的轻便，同时具有一定的结构强度，是灯楼制造的理想材料。灯楼总体结构可圈可点，基本符合力学的设计准则，结构强度上有一定的保证。但是，在某些细节上，违背了力学的原理。如齿轮的1/4圆形开孔，无法保证长时间运行。麒麟臂上拼接区域集中在一起，大大降低了麒麟臂的结构强度。

烧完的灯楼

最后，有一个小疑问：伏火雷除了在麒麟臂中，在四根立柱中同样装有伏火雷。毛顺说炸了他，就能就广场上的人，张小敬二话不说就把他炸了。可是，立柱中的伏火雷依然存在。最后，整座灯楼都烧了，为何没有发生爆炸?