酒窖起先是请荷兰人雷德勿设计，张弼士指派侄子张成卿督办建造，耗时两年建成，但在1901年由于渗水而坍塌。接着又进行改建，张成卿与来自奥地利的酿酒师拔保男爵决定采用铁梁拱连、钢砖砌墙，但这些铁梁钢砖却难以承受潮湿的环境，锈蚀程度日甚一日，最终毁于1903年5月的一场洪水。面对两次失败，张成卿集思广益，决定放弃西法，采用中国传统建筑的石头发碹结构，墙壁用大青石砌成，墙体内再以石头填充，蜿蜒而下的螺旋梯亦用永不锈蚀的石条所造，并在窖内设计了排水系统，延至1905年冬初才告竣工。据当时估算，若再以纲铁材料建造，工料成本需银元50余万；而用土法建造，仅用银元20余万。只是在建造过程中，张成卿积劳成疾，每天得让工人用小推车送他到酒窖工地监督施工细节。为建酒窖，张成卿耗尽心血，英年早逝，享年仅42岁。
张裕百年地下大酒窖深达7米，共有8个拱洞，总面积1976平方米，整体方位北距海岸不到两百米，低于海平面仅一米有余，却能坚如磐石、固若金汤。1907年的《商务官报》曾记载：“即此酒窖一项，振勋（张弼士别名）改图数次，始乃成功。而将成功时，各国工程师前来观者俱为诧异，竟谓中国人有此绝大本领焉。”
张裕百年地下大酒窖最早的橡木桶，是从奥地利和意大利买来橡木板材自行加工的。这批板材的树龄有百余年，锯开的板材陈放3年，经日晒雨淋，直到寄生出野山蘑菇，并呈黑色，才被张裕选来制桶。据史料记载，至1908年，张裕已有7种规格的橡木桶共计430只。尤其引人注目的是，在张裕百年地下大酒窖，至今还矗立着3只被称为“亚洲桶王”的橡木桶：桶高3米，桶宽3.1米，两端直径2.6米，容量15000公升。这样一桶葡萄酒可以分装750毫升标准瓶2万瓶，如果你从20岁开始每天喝一瓶，需要到75岁才能喝完.
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