小时候，妈妈经常教育说：“走路要小心窨（yìn）井盖，一定要绕开走！”于是乖巧的我（小时候）很听妈妈的话，走在路上时很小心地搜索并避开这些铁疙瘩。“寻找”得多了，发现一个现象，好像更多的窨井盖是圆形的。于是，在我的小脑瓜子里就产生这样一个疑问：“为什么窨井盖会是圆的？”

但首先，作为一个头秃的工科生，基于科学的严谨性，必须指明一点，并不是所有窨井盖都是圆形的。因其用途不同，存在着或方形、或圆形的窨井盖。只不过圆形的窨井盖占了大多数，所以引起了“特别关注”。

如此时间长了，看了很多窨井盖后，发现这个小东西的背后似乎大有门道。它们一般是牢牢地“嵌在”地上，在表面上会有各式的花纹，并在中间写出这个窨井的用途，例如“污”、“雨”，当然也有“电”或者别的。

图源：https://image.baidu.com/search

看上去很笨重的窨井盖，是怎么安放在马路上的呢？

施工工人先是把一个嵌有圆形基座的水泥构件放在路面上，再在路面上铺上柏油（当然要避开窨井），最后把圆形窨井盖放在基座上。那么，为什么看到的窨井盖是圆形的呢？关于这个问题，其实有很多合理的解释，不过这次，将从安全可靠性、施工便利性和经济效益性这三方面进行分析。

01

安全可靠性

如果仔细观察，会发现圆形窨井盖多用于地下水窨井，并可能出现在人行道、广场甚至是机动车道上。当机动车驶过的时候，不可能会像小时候的“我”一样，轻巧地“跃过”或“绕过”窨井盖，故而会对窨井盖施加一定的压力。

图源：腾讯视频

窨井盖的受力传递给圆环形的底座，然后再传给圆环柱形的井壁。而圆环柱形正是井壁最能承受周围的压力的形状，并且无论从哪个方向施加压力，在忽略制造和施工导致的误差前提下，都直接转化为结构体内部的压力，因此基于圆环柱形设计圆形窨井盖的经济性和安全性都比较高。再加上由于窨井盖的直径必然大于它的基座（否则窨井盖会掉入窨井），井盖沿周长均匀等边搁置，无论从哪个角度翻转，井盖都不会掉入窨井，故而能保证行人和车辆的安全。

图源：https://www.cnshuzhijinggai.com/

至于方形井盖，多用于电缆井盖板和电缆沟盖板，这类井多设置于人行道或者花坛等日常载荷不大的场景，并且这类井一般不深，故而井盖对抗压性的要求不如放置在机动车道的下水井盖那么高。

02

施工便利性

窨井盖一般具有复杂的结构，除去我们经常能见到的外表面，其朝井一侧即背面一般分布着交错的加强筋，以保证整个井盖的强度，因此井盖的体积并不小。

图源：https://image.baidu.com/search/detail?

而最常用于制造井盖的材料之一是球墨铸铁，其具有密度大、硬度高、强度高、耐腐蚀等优秀特质，十分适合制造用于高负荷场合的窨井盖，例如放置在主干道路上。因其密度大，整个窨井盖会非常重，这就对施工增加了一定难度。也许会有人说，施工单位可以用吊车将井盖吊起或者放置，再重的井盖都不会产生影响，但是这会大大增加施工的成本。而圆形的窨井盖，则方便工人从装运车辆卸下窨井盖后，将其“滚”至预定的位置，而且当放置在窨井盖基座上时，直接放置即可，不用像放置方形窨井盖时那般必须对准某条边，如此大大简化了施工过程，也降低了日常维护时对设备的要求。

图源：https://www.cnshuzhijinggai.com/

03

经济效益性

在每个城市都有大量的下水管道，要安置大量的窨井以满足日常检修等需求，因此需要慎重考虑其经济性。一般情况下，在市政施工时，深井需要在材料用量最少的基础上，尽量提供给工人最大的井内活动空间。在同等周长的情况下，圆的面积最大，且圆环柱形受力特性具有独特优势，所以在使用相同材料构造深井时，圆环柱形的构造方式能提供更大的井内空间。而要能够保证窨井盖盖住深井，那么井盖面积应略大于深井的截面积，故而使用了和深井截面形状一致的圆形井盖。如果使用了方形井盖，为了保证通过性，需要方形的内切圆面积与深井截面积相当，则需要更多的材料制造井盖，对成本的需求也会增加。

正方形的内切圆

当然，导致窨井盖是圆的也许还有其他不同的原因。但不管是什么原因导致了圆形窨井盖占了多数，又或者是生活中发现的其他的问题，在寻找答案的过程中多思考一下，就会发现身边的世界其实很有趣，尤其是城市中容易被忽视的细微之处，背后会大有学问。

作者：Ralf 一个将要头秃但仍在头秃道路上前进的工科男

编辑：舱

鸣谢：上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司 高级工程师 尤嬿为本文提供科学性审核

转载内容仅代表作者观点

不代表中科院物理所立场

来源：上海科技馆

编辑：Paarthurnax