过山车的诞生：废弃铁路的华丽转身

有人说，游乐场是世界上最正直的地方，在这里会让人看到孩子们纯真的笑容，这种力量就像安徒生童话，发挥着它的余热给人们正能量，教给人们真善美，更是我们成年人遗忘的美好记忆

游乐场是现实中的梦之国，所有我们现在看到的奇异世界都是因为这个地方，接着刚刚过去的儿童节我们就来说说游乐场里必不可少的一个项目——过山车，看看你曾经的记忆是如何发展、建造的

关于过山车

过山车是一种游乐场游乐设施，乘客坐在连接在一起的车厢上，车厢则沿着一对由木头或钢结构支撑的轨道行驶

在运行过程中，这些车厢依次连接并运行在轨道上，当车厢到达斜坡的顶部时，它们沿着轨道开始下落，在重力的作用下通过一系列的下降、上升和旋转向前推进

最后，车厢回到起始点刹车，游客下车，新游客乘坐，过山车被许多人认为是所有游乐园中最令人兴奋的游乐设施

历史

过山车的起源可能可以追溯到14世纪的俄罗斯，在那里，雪橇是一种很受欢迎的冬季活动，它的流行程度自诞生起就变得火热，以至于一些喜欢这项活动的人虽然居住在地势相对平坦的地区，但是也丝毫没有影响到人们对它的热情

于是俄罗斯人通过他们的双手，用冰雪建造了一些人工雪山，然后建造配套的带有楼梯的高架木塔来上到雪山顶部

俄罗斯人的过山车雏形

只需要花一点点钱购买门票，就可以爬上楼梯来到人工雪山顶部，坐着着雪橇享受速度与激情

到了18世纪，许多开发这种游乐设施的老板觉得这样的方式收到季节的限制，于是为了将这种娱乐方式的赚钱潜力扩大到冬季以外的几个月

他们在原来的雪橇下装上轮子，用木头建造的高低起伏的斜坡来取代原来的用冰建造的斜坡，同时，在设施的周围装上了许多灯笼，以便夜间照样运行

改进的设施以适应不同的季节

来自法国的游客看到了他们称之为“Russian Mountains”的这些游乐设施，并将这个想法带回了法国

第一个轮式过山车于1804年在巴黎开放，过山车的热潮迅速蔓延到整个法国，随着游乐设施的普及，很多运营商开始通过建造更快、更刺激的过山车来获得游客的亲睐

第一个轮式过山车在巴黎开放

但是不幸的是，安全设备的发展跟不上过山车速度的飞快提升，事故在当时的过山车设施中很常见，到19世纪中期，越来越多的意外发生以及人员的伤亡接连出现，法国的过山车设施一个接一个地被拆除

我们现在来回顾过山车的发展历史，如果没有美国已经废弃的运煤铁路，那么过山车的发展可能就会戛然而止，我们现在也不会有这种乐趣了

The Mauch Chunk倾斜铁路于19世纪初在宾夕法尼亚州建造，用于将煤从山顶的矿山运到下面运河的驳船上

Mauch Chunk倾斜铁路

骡子把空车拖到山上，之后依靠重力把装满的车厢和骡子一起带回来，1874年，采矿作业停止，这条原本用来运矿石的铁路开始运送观光者而不是煤炭

1853年的Mauch Chunk

这趟一个半小时的往返行程只需花费了一美元，推出后立即获得了成功，而且这条铁路一直运送乘客到1938年才关闭

Mauch Chunk倾斜铁路作为一个旅游景点的成功，为几个类似的小型游乐园游乐项目提供了灵感

在美国，1884年， LaMarcus Thompson在Coney Island（康尼岛是位于美国纽约布鲁克林区的半岛，地处纽约布鲁克林区南端，是美国最早的大型游乐城）上建造了他的一个名为“Gravity Pleasure Switchback Railway”的游乐设施

Switchback Railway

乘坐的人

只需五美分，游客就可以乘坐，从一个高处的起点滑行到终点，途中会经过一系列由木头支架支撑的较为平缓的斜坡，在另一端，车厢会被切换到一条平行的轨道上进行回程

Coney Island上的第二辆过山车是1884年末Charles Alcoke设计的，这次的轨道蜿蜒盘旋，同时Charles Alcoke建造的过山车也是第一个使用椭圆形设计的轨道，进入车厢后游客们侧身坐在敞开式的长椅上，并以19公里/小时的速度疾驰而过

1885年，Phillip Hinkle在Coney Island上建造了第三座过山车，与之前不同的是Phillip Hinkle的过山车配备了一个链式升降机，可以把过山车的车厢带到高处的起点

这样的好处是游客可以直接在地面上车，不需要自己费劲走到高处，用户体验改善了不止一点点

过山车的发展在20世纪20年代达到了顶峰，当时美国有1500多个木制过山车投入使用，但20世纪30年代的经济大萧条和之后爆发的二战让过山车迅猛发展的势头渐渐放缓，数以百计的游乐场一夜之间关闭

之后这些木制过山车要么年久失修，要么就是被拆毁，直到1959年迪斯尼在迪斯尼乐园开设了“the Matterhom Bobsled ride”，现代钢制过山车的设计才开始发展

迪斯尼的“the Matterhom Bobsled ride”

据估计，到20世纪90年代末，美国有200多个大型的过山车设施开始投入使用，而且之后每年都会有更多过山车投入使用

2000年5月，“the Millenium Force”（千禧力量）在俄亥俄州雪松点公园开放，“千禧力量”保持了10项世界记录，其中一项是耗时最长、圈地最广——2分20秒内走过的轨道，圈起来的话覆盖了5.2万平方米

“the Millenium Force”（千禧力量）

Millenium Force的乘坐体验

Millenium Force的乘坐体验

Millenium Force的乘坐体验

于2010年11月4日开放的Formula Rossa是目前世界上最快的过山车，它位于阿联酋阿布扎比法拉利世界乐园，尽管它的高度只有52米，但它能在5秒内从0km/h加速到240kmh，并且在加速系统上还借鉴了航空母舰

位于阿联酋的“Formula Rossa”过山车

设计

过山车的设计是整个设施的灵魂所在，因为每个过山车都是独一无二的，所以每个细节都必须进行设计

首先，过山车的设计者必须考虑它的受众人群划分，如果过山车是为小孩设计的，那么高度落差会较小，同时弯道会比较平缓，车厢的速度也会比较慢

一些家长、成年人则通常希望有更多的转弯和适度的力量，同时速度也会有一定的要求，而那些追求刺激的人更想要极限的高度和速度

较为平缓一些的设施

过山车的速度

另外，设计人员必须考虑过山车的可用空间，过山车不仅占用了大量的地面空间，而且还会占用了大量的空中空间

设计师们会观察选址周边的地形、周围的其他游乐设施、电力线、通道、湖泊、树木和其他障碍物

过山车在设计修建的时候就需要考虑到周边的地形、其他建筑等因素

一些游乐园因为其他设施较多，那么在新的过山车选址修建的时候就会因为考虑空间的使用而设计成穿过现有的游乐设施和一些道路

设计师的下一个目标是为过山车实现一种独特的感觉，设计师可以利用多种技术提供令人难忘的旅程

比如可以使初始坡度变陡，或使提升链的速度变慢，以提高乘客的惊悚感，一旦上了斜坡，第一个落差通常是最陡的，因此是最快也是最刺激的

巨大的落差也更刺激

另外的一些下落坡道可以设计成中间有一个简短的扁平部分，称为“double dips”，那些突然过渡到平坦轨道或突然向上的轨道衔接被称为“slammers”

因为在经过这些地方的时候会让游客感觉被压在了车厢座位上，同时载着游客的过山车会贴近地面行驶，给人一种加速的错觉

钢结构过山车的出现让乘坐体验也发生了变化，在一些现代过山车上，乘客是悬坐在轨道下面，而不是在铁轨上

在另一些过山车中，游客则是站着而不是坐着，而有些过山车直接没有轨道，车厢在凹槽中自由滚动，就像雪橇滑道一样

过山车的大部分实际设计和布局都是在计算机上完成的，第一个斜坡的高度必须严格计算，以便为车体提供足够的能量，使其在整个行驶过程中始终向前推进，然后返回起点

计算机辅助设计帮助设计师完成设计和布局

载重车辆在轨道上每个点施加的水平力和垂直力都必须进行计算，以确保支撑结构是足够进行支撑的，同样，关于乘客在行驶过程中每个点的受力也必须计算

受力分析

一般情况下，游客在全程所受的重力加速度应不超过3.5g（其近似标准值通常取为9.8m/s），因为这是大多数人认为可以忍受的极限

由于每个新建过山车通常包含一个或多个新的未经测试的特性，因此需要为测试和评估其可行性制造样机和模型

样机安装在制造商工厂，装有仪器的称重试验车以所需的速度通过试验段，根据这些测试，设计师可以在最终产品制造之前来进行更符合安全特性和使用体验的修改

当设计、计算和测试完成后，使用计算机辅助绘图（CAD）程序为建造新过山车所需的数千个部件中的每一个部件绘制详细的图纸

建造

过山车的实际物理结构可在工厂或游乐园现场进行，具体取决于过山车的类型和尺寸，大多数钢制过山车在工厂分段建造，然后用卡车运到现场安装，而大多数木制过山车都是在现场逐件建造的

示意图

用来安装支撑结构的底座上有孔，而木制模具则用来定型底座的混凝土，在一些土壤沙化严重的地区，大木桩可以作为底座打入地面，而不是使用灌注混凝土

示意图

底座完成后，开始建造支撑结构，几乎所有钢制过山车的零件都是在工厂完成制造，然后运完施工现场

在工厂里，每个支架的零件被切割并焊接成所需的形状，使用夹具将它们彼此固定在正确的方向上

如果需要复杂的三维弯曲，可以在由计算机信息控制的液压弯管机中完成，而在木制过山车上，支架材料通常作为未加工木材运至现场，单个部件在现场切割和组装

在主支撑结构就位后，安装轨道，在钢制过山车上，轨道部分在工厂制造，支柱和管状轨道焊接在轨道支架上

区段运到现场后，吊运到位，轨道端部滑动在一起，然后将各部分用螺栓固定在主支撑结构上，并相互固定

而在木质过山车上，沿着整个运行过程，在主支撑结构顶部安装木系杆，六到八层的扁平木板纵向安装在两排系梁的顶部，以形成轨道的层压底座，钢轨本身则是由长而平的钢条拧入木底座形成的

过山车的每一辆车都是在工厂里制造的，副车架部件都是通过切割和焊接完成，车身由铝冲压或玻璃纤维模压制成

示意图

然后固定在副车架上，座垫可以从泡沫中切割，安装在底座上，并用内饰覆盖，运转轮和导向轮用锁紧件固定到位，并安装了刹车片、防回滚装置和其他安全部件

最后，安装电气布线用于照明，整个设施开始涂装，然后建造上车点、安装相关标志，并将景观美化到位

过山车的设计和构造受到许多政府安全法规的保护，使用的材料必须满足一定的强度要求，实际施工也需要定期检查，每天，过山车必须在投入运行前进行彻底检查

而在整个过山车设施向公众开放之前，车体中会放入加重了的沙袋并通过几次的运行以确保一切正常，同时政府安全检查员在批准运营之前进行最终审查