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試想一下沒有工程師的世界。
不會有摩天大樓、鋼、電梯、房屋和倫敦地下的排水系統（不敢想象）。沒有碎片大廈。不會有電話、網路和電視。沒有汽車，甚至是推車——可能有也沒用，因為沒有道路和橋樑。我們沒有東西穿：不會有人將獸皮縫成衣服。沒有覓食的工具，沒有保證安全的火源，沒有土坯房和木屋。
工程是人類文明的一部分。當然，烏鴉也會把鐵絲彎成鉤子鉤取食物，章魚也會用椰子殼保護自己，但至少到目前為止，人類還是略高一籌。工程學給我們提供了必需品——食物、水源、住房和衣服——還提供了種植糧食、創造文明、飛向月球的方法。
工程學“構建”了我們的生活，塑造了我們生活、工作、存在的空間。
本文節選自《建造》，已獲得出版社授權刊發
2001 年 9 月 11 日，整個世界目睹了兩架飛機撞向紐約世貿中心大樓的恐怖場景。當時大學還沒開學，我正在洛杉磯度假，並計劃第二天就飛去紐約。我癱坐著，看著新聞中雙子塔在被襲擊一小時後轟然倒塌，震驚不已。幾天之後我直接回了倫敦，感到整個世界已經發生了改變。
作為一名工程師，我認為，這恐怖的一天發生的事情對於摩天大樓的設計和建造產生了深遠的影響。瞭解造成大樓坍塌的結構問題後，我驚訝地發現，災難不僅僅是飛機的撞擊導致的，也歸咎於隨之產生的大火。
令人歎為觀止的摩天大樓在紐約比比皆是，但世貿中心的雙子塔（1973 年投入使用）則是城市裡最具標誌性的建築。視覺上，兩座塔造型非常簡潔——鳥瞰平面是一個正方形，高 110 層。每一幢都有一個由鋼柱構成的巨大核心筒。但保證大樓穩定的並不是這個鋼架——而是像“烏龜殼”一樣的外骨架。
©Carol Highsmith
垂直的柱子分佈於正方形四邊，間隔一米多，每一層以梁相連線。柱與梁共同組成了一個堅固的框架，與之前看到的“小黃瓜”的結構很相似，只不過框架是四邊形而非三角形。梁和柱之間的銜接也很牢固。外框架保證建築穩定，並抵禦風力。
力透過其他路徑傳導，建築的重量就能找到新的支撐。
飛機撞上塔樓時，外骨架被撞開了巨大的口子，破壞了很多柱子和樑架。實際上工程師對於可能發生的飛機撞擊已有規劃。他們模擬了一架波音 707 飛機（大樓建造時最大的民用飛機機型）撞上大樓會發生什麼情況，並對設計做出了相應調整。梁和柱的連線處增加了額外的強度，即使一部分結構被破壞，重量也能找到其他的支撐：它們會繞過破壞的部位往下傳導。
撞擊雙子塔的飛機並不是三十年前工程師設想的波音 707，而是更大的波音 767，攜帶的航空燃料也更多。撞擊發生後燃料起火，飛機部件、辦公桌和建築裡其他可燃物迅速燃燒，讓鋼柱溫度變得非常高。鋼在高溫下的效能非常差：構成物質的微小粒子會變得非常活躍而加速運動，在常態下粒子間堅固的連線在高溫下就變得脆弱。連線變弱意味著金屬變軟，因此高溫下的鋼比低溫下的鋼要脆弱，能夠承受的力也小很多。
9 月 11 日這天，撞擊洞周圍的柱子承受著比平時更大的力，因為它們不僅要支撐自己的重量，還要分擔一旁被撞毀的柱子原本承受的重量。鋼柱和樓板樑架原本都塗了一層由礦物纖維製成的特殊塗料，用以隔絕大火產生的高溫，防止鋼筋溫度過高。但飛機的撞擊和拋射而出的碎片將保護塗料刮開，暴露了大面積的鋼筋，使大樓外殼一圈的柱子溫度升得更高。
構成核心筒的鋼柱溫度也高得不同尋常。核心筒由兩層石膏板（由兩層厚紙板夾著一層石膏製成）與建築其他部分隔離。設想的是辦公區域的火災無法穿透這層板到達核心筒，人們就可以透過這一片安全區到達樓梯逃生。但現在石膏板被破壞，導致核心筒的柱子受到影響，設計的逃生通道也暴露出來。
核心筒越來越脆弱，當溫度達到約 1000 攝氏度時，它們無法承受重量而斷裂。
最後柱子全面坍塌，使得其支撐的上部結構屈服於重力。柱子上的樓板往下掉，掉落產生的力又造成進一步坍塌。一個接一個——就像坎寧鎮悲劇中的多米諾效應，但規模更大、更令人震驚——所有的樓層都塌陷了，塔樓整個坍塌。防火措施——塗料和石膏板——與大火的規模和強度相比根本不值一提。
U.S. Navy photo by Chief Photographer's Mate Eric J. Tilford.
從那一天開始，摩天大樓的設計就發生了改變。現在我們要確保逃生通道得到更好的保護。最簡單的方式是用混凝土而非鋼來建造核心，如此，將大火與安全區隔離的就不是脆弱的石膏板，而是實心而堅固的混凝土牆。
混凝土並不是很好的導熱材料：它很難傳遞熱量，這意味著需要很久才能使混凝土升溫。但是為了使其更堅固，我們需要在混凝土中加入鋼筯。鋼是極好的導熱材料，這就給工程師提出了一個難題。在大火中，鋼筋溫度會升高，並很快在整個材料中傳導，而其周圍的混凝土溫度則提升得很緩慢。高溫的鋼比溫度較低的混凝土膨脹得更多，導致混凝土的外表面產生裂縫而崩開。這與往厚玻璃杯裡倒熱水，杯子會破裂是一個道理。內層玻璃溫度升高而膨脹，但外層依然保持低溫。與混凝土一樣，玻璃也不是很好的導熱材料。隨著內層膨脹，擠壓溫度更低的外層，杯子最終就會破裂。
透過實驗和檢測，我們能夠知道透過混凝土將熱量傳導至鋼筋，以及鋼筋升溫導致混凝土裂開需要多長時間。這樣我們就可以將鋼筋埋得更深，保證在混凝土外層開裂之前大火就可以被撲滅。這也為人們透過混凝土核心筒中的通道逃生贏得了時間，消防員可以在這段時間裡控制火勢，保證結構不坍塌。建築越高越大，逃生所需的時間就越長，鋼筋就需要在混凝土裡埋得越深。只需幾釐米就可以產生巨大的差別。
混凝土核心筒因而起到了兩個作用：保證建築在風力作用下保持穩定，同時也構成了建築裡安全的逃生通道。今天，即使用外框架結構來抵抗風力（即不需要中央核心筒），也通常會設定混凝土牆保護逃生通道。保護鋼柱樑不受大火侵蝕的技術也大大提高：今天的防火板和防火油漆（會在溫度升高時膨脹，將金屬包裹隔絕）比之前的效能更強。它們能夠防止鋼材料過快升溫，使其保持穩定。
對工程學來說，從災難中學習十分重要：工程師的工作之一就是不斷提高，努力建造出比之前更好、更堅固、更安全的建築。