紫禁城是怎樣做到防震、防潮和冬季取暖的?古人的智慧真了不起!

2020-08-23     笑語千年

原標題:紫禁城是怎樣做到防震、防潮和冬季取暖的?古人的智慧真了不起!

紫禁城是中國明清兩代的皇家宮殿,是中國古代宮廷建築之精華,是世界上現存規模最大、保存最完整的木結構古建築群。它始建於明永樂十八年,以雄偉 的外觀、絢麗的色彩、優美的造型、精湛的工藝、有序的構架、豐富的景觀,成為我國官式木結構古建築的典範。

8月18日,「紫禁城建成600年紀念券」正式發行。紀念券正背面分別以太和殿和九龍壁的第一條龍為主景;三交六碗菱花窗欞、琉璃磚雕、日晷、龜背紋、江崖海水紋等故宮經典元素分布在紀念券的不同位置。紀念券共計四款規格,包含紀念券單張、二連體、四連體、二十連體。

紫禁城在建築布置和功能上符合封建社會的等級制度,同時又具有均衡變化的藝術效果。1987年被列入世界文化遺產。世界遺產組織對紫禁城的評價是:「紫禁城是中國五個多世紀以來的最高權力中心,它以園林景觀和容納了家具及工藝品的9000個房間的龐大建築群,成為明清時代中國文明無價的歷史見證。」

紫禁城與八卦陰陽學說

紫禁城在整體布局上運用了陰陽理論。太和殿、中和殿、保和殿是皇帝舉行重大儀式的地方,乾清宮、交泰宮、坤寧宮及兩側是后妃們的居所。三大殿的建築雄偉、挺拔,屬陽;後宮建築精巧、含蓄,屬陰。紫禁城東部是皇子們的生活場所,東為陽,寓意萬物生長。西側是太后的生活場所,西是太陽落山的方向,寓意太后到了人生圓滿的階段。

紫禁城的整體布局是依據天上"紫微三垣"確定的。紫微三垣是古代天文星座最重要的組成部分。太微垣是天帝之所處,中有明堂三星,紫禁城之對應的則有太和殿、中和、保和三殿。太微垣有午門、左掖門、右掖門三顆星,紫禁城也有午門、左掖門、右掖門三個大門。太和門南的金水河,對應的也是天上的銀河。

布局上,紫禁城巧妙地將八卦與五行結合。按八卦學說,東方屬木,紫禁城東邊的建築屋頂顏色也以綠色為主。西方屬金,紫禁城西面的建築屋頂瓦面顏色也為金黃色。南邊的午門是紫禁城的正門,飾以代表火的紅色,威嚴而又莊重;北門神武門的瓦面顏色為黑色,旁邊的欽安殿里供著水神玄天上帝,藉以壓制可能發生的火災。

太和殿、保和殿的名字取自《周易》中的"保和大和乃利貞"。"太和"意思就是宇宙萬物和諧一體,"保和"就是保持萬物和諧。中和殿的「中」,不僅是方位上的"中心",還有提醒皇帝處事要"中和、不偏不倚"。

紫禁城的排水系統

紫禁城的排水系統包括建築屋頂、地面和地下三部分。紫禁城自建成至今600年,從未遭受水患,正是得益於其完善的防汛排水系統。

紫禁城屋頂排水主要利用曲面坡度、瓦壟及排水瓦件來實現,地面排水主要通過台基的排水獸、廣場地面的坡度、城牆的排水槽來實現,地下排水則通過縱橫交錯的排水道、暗溝來實現。所有的水最終都流入內金水河。

紫禁城古建築的屋頂都是坡屋頂,雨水均會順著屋頂坡度由上向下排向地面。為達到更好的排水效果,屋頂的坡頂到坡底是一種曲面形式,使得雨水降落到屋頂後能夠迅速往下排,且到坡底位置時,又能夠向前方排出。

紫禁城古建築一般坐落在高高的台基之上,為避免其在雨季因滲水下沉,每層台基的地面都有3% ~ 5%的坡度,能讓上層台基的水排向下層台基。

在太和門廣場、東華門城牆馬道等人員通行較多的區域,台階通向地面形成一種鋸齒形坡道,鋸齒高出坡面約1 cm,各鋸齒間距約為12 cm,台基上雨水順著鋸齒形坡道直接滿鋪向下排向地面,大雨時也不會影響排水。

太和殿廣場正中有一條漢白玉鋪砌的石材路面,稱為「御路」。廣場的雨水首先由御路向東西兩側排到東西側,再順著兩側的明溝向南排到廣場南端,通過一個銅錢形狀的雨水口進入暗溝。由於廣場西高東低,暗溝的雨水最後匯入東南角的涵洞,再由這個涵洞向東直接排入內金水河。

紫禁城的地暖系統

紫禁城冬天禦寒的主要措施是火地,它是一種地下供暖系統,主要由室外操作口、室內地下爐腔、地下煙道和出煙口組成。熱量由地下往上傳遞,有利於保持室內的溫暖。

據《清稗類鈔》記載:「每年十一月初一日,宮中開始燒暖坑,設圍爐,謂之開爐節」。道光皇帝在有首詩寫道:「花磚細布擅奇工,暗熱松枝地底烘。靜坐只疑春煦青,閉眼常覺體沖融。形參鳥道層層接,理悟羊腸面面通。薦以文茵饒雅趣,一堂暖氣著簾櫳」。這裡的「鳥道」、「羊腸」即地下供暖的通道。

火地操作口

紫禁城地暖系統的工作原理是:將柴火或木炭放入爐腔內燃燒,產生的熱源沿著火道路徑,由地下的出煙口排出,在這個過程中,熱量可以加熱地面磚向上輻射,進行傳導,保持室內的溫暖。

紫禁城的爐腔形狀為長方形或橢圓形,一般都位於窗戶里側的地下,爐腔與操作口之間的位置為送碳口,爐腔的上方為鐵架子,主要是為了增加支撐強度,並用於承受燒炭產生的高溫。

燒炭後,熱量沿著主煙道往兩側邊的支煙道擴散,既不影響建築整體外觀,又能起到良好的排煙效果。木炭多為硬木燒成的紅籮炭,質量非常好,燃燒時幾乎不冒煙。

如果天氣太冷,皇帝和妃子們則會躲到「暖閣」中避寒。所謂暖閣,即在有火地的建築內 ,用木隔斷將這部分區域與宮殿建築的其他區域隔開,使之成為一個較為封閉的小空間,能夠保持恆定的溫暖狀態。

除了「火地」之外,紫禁城冬天禦寒的方法還有很多。紫禁城的建築以坐北朝南的朝向為主,門窗在南面設置,屋頂厚重,下有架空的梁架層,有利於隔絕外部寒氣從上部入侵,在一定程度上可在冬天阻擋部分風力。

紫禁城建築的檐部大多向外挑出,並略帶上翹的弧度,稱為挑檐。這種挑檐做法在夏天有利於避免陽光在正午時間照入室內,而在冬天正午時分陽光則恰能照入。冬天的正午時分,陽光正好射入室內,猶如對室內進行了一次陽光加熱,使得屋內暖意洋洋,為在紫禁城建過冬的皇帝營造出了舒適的環境。

紫禁城與抗震

北京地處燕山地震帶與華北平原中部地震帶的交匯處,歷史上曾遭受過多次強震的破壞和影響。紫禁城古建築以木結構為主,自建立以來的近600年時間裡,受到有記載的地震222次,然而關於紫禁城在歷史上因地震遭受嚴重破壞的記載很少,至今依然保持基本完好。

紫禁城很好的抗震性能與它的構造是分不開的。紫禁城建築主要由基礎、柱、斗拱、梁架、屋頂、牆體等部分組成,其中柱與梁採取榫卯節點連接,大木構架為核心受力體系,牆體起圍護作用。

紫禁城建築的基礎一般為三七灰土基礎。三七灰土是一種以生石灰、黏土按質量比3 ∶ 7配製而成的具有較高強度的建築材料。這種灰土基礎的優點在於強度大、吸水性強,黏結強度比較高,能承受上部建築傳來的重量,不會產生土體鬆散。

紫禁城建築的基礎中,都滲入了一定比例的糯米。糯米具有很好的黏性,使得基礎有很好的整體性和柔韌性,地震發生時能產生整體均勻變形,延長建築的晃動周期,錯開地震波的峰值,減小上部建築的破壞。

紫禁城普通立柱的安裝都是柱身垂直立於柱頂石上,而檐柱的安裝則按照側腳做法,形成「八字」狀。這種做法不但使整個建築物顯得更加莊重,而且使建築的柱架體系由直立的平行四邊形變成了八字形。

在發生地震時,立柱與梁之間的榫卯連接使得彼此之間產生相對晃動。如果是平行四邊形體系,在水平外力作用下不斷往復搖擺很容易產生失穩破壞;而八字形體系,側腳之後柱與柱的延長線會相交於一點,整個體系則猶如一個三角形,在水平外力作用下的晃動可使柱頂的卯口與梁端的榫頭擠緊,增強了榫卯節點的受力性能。這在物理學上稱為「三角形穩定體系」。

總結

「故宮學」是以紫禁城為研究對象的一門科學,主要研究紫禁城宮殿建築群、文物典藏、宮廷歷史文化遺存、明清檔案、清宮典籍及故宮博物院的歷史等等,有著豐富深邃的學科內涵。

從故宮學的視野看待紫禁城,不僅對研究古建築、宮廷文物有著重要價值,同時對古代歷史研究有著同樣重要的意義。紫禁城的古建築及在此發生過的人和事,是一個不可分割的文化整體,具有厚重的歷史文化內涵。

2020年是紫禁城建成600年暨故宮博物院成立95周年。「紫禁城建成600年紀念券」作為傳承故宮蘊含的中華優秀傳統文化的載體之一,必將以全新的形式展現故宮文化的深厚底蘊。

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh/fsUNGXQBURTf-Dn557dY.html