
中國古建筑防雷“秘技”
1752年6月的一個(gè)夜晚,美洲費(fèi)城陰云密布,一位中年男子將一只用綢子制成的大風(fēng)箏放到了烏云的底部。隨著男子的手指湊近風(fēng)箏上的銅鑰匙,只見鑰匙與手指之間放出了火花。
這個(gè)試驗(yàn)就是著名的風(fēng)箏試驗(yàn),這個(gè)中年男子就是被后人譽(yù)為 從蒼天處獲得閃電 的本杰明“富蘭克林。大風(fēng)箏幫助人們發(fā)現(xiàn)了 雷就是電 ,從此開啟了西方建筑防雷的歷程。
而翻看浩瀚的文史資料,人們驚奇地發(fā)現(xiàn):早在清朝康熙年間,西方使者安文思就曾記錄過中國古代建筑的防雷 秘技 ,這個(gè)發(fā)現(xiàn)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于富蘭克林的風(fēng)箏試驗(yàn)。
中國在直擊雷防護(hù)技術(shù)上到底有何卓越之處?本網(wǎng)特別邀請國際電工委員會(huì)IEC/TC81(第三工作組)中國專家關(guān)象石,為我們詳解中國古代建筑的防雷術(shù)。
本期嘉賓:國際電工委員會(huì)IEC/TC81(第三工作組)中國專家關(guān)象石
經(jīng)典語錄:“相對(duì)而言,西方的石頭建筑不大怕雷,雷打掉了石頭的一個(gè)邊角,損壞是物理性的。但中國古代建筑上木頭的損壞,就不僅僅是物理損壞,還有可能引發(fā)火災(zāi)?!?BR> “作為我國歷史上現(xiàn)存最久的防雷建筑,慈氏塔的特殊之處在于,這八條鐵鏈至翼角處尚不終止,而是逶迤垂下直到地面。這樣,雷電打上去,就會(huì)順著鐵棍子泄到地上,從而保護(hù)了旁邊的建筑。這鐵杵不就是避雷針(接閃桿)嗎?那鐵鏈不就是引下線并接地了嗎?”
“由此看來,想通過應(yīng)縣木塔近千年毫發(fā)無損來說明"絕緣防雷"機(jī)制似乎是不大可能了?!?BR> 中國古建筑多木制 須比西方更防雷
法國大文豪雨果曾說,西方的建筑史是”一部用石頭寫成的歷史“。也就是說,西方建筑多為”石制“。而中國古代建筑則以”木制“為主。
“相對(duì)而言,西方的石頭建筑不大怕雷,雷打掉了石頭的一個(gè)邊角,損壞是物理性的。但中國古代建筑上木頭的損壞,就不僅僅是物理損壞,還有可能引發(fā)火災(zāi)?!标P(guān)象石說。
自遠(yuǎn)古以來,雷擊便一直造成人和動(dòng)物的傷亡、毀壞了無數(shù)豪華的皇宮、寺塔和民宅。公元762年,一場雷擊引發(fā)的大火,導(dǎo)致西藏拉薩的布達(dá)拉宮內(nèi)1000多間房屋中,絕大多數(shù)被燒毀,僅有曲結(jié)竹普和帕巴拉康兩處幸免。
雷電即使是在現(xiàn)代,對(duì)建筑依舊具有“殺傷力
無獨(dú)有偶,明永樂十九年五月初九(公元1421年),閃電擊中了新近完工的北京紫禁城三大殿奉元殿、華蓋殿、謹(jǐn)身殿。大火在高大的朱紅圓柱上迅速延燒,精致雕琢、彩繪的藻井與支撐的斗拱都付之一炬。一位目擊此景的波斯貢臣描述,當(dāng)時(shí)火焰照耀,看起來直如“十萬火把”。
建國至今,我國也發(fā)生多起重大古建筑災(zāi)情。1957年7月15日,北京十三陵之“首陵”長陵受雷擊起火,周恩來總理知悉后特別指示北京市人民政府組織專家研究解決古建筑防雷問題。1987年8月,北京故宮博物院景陽殿遭雷擊引燃大火,大殿局部被燒毀,還險(xiǎn)些引發(fā)整個(gè)紫禁城的大火。2004年5月,山西省文物保護(hù)單位稷山縣大佛寺大殿被雷擊,受擊點(diǎn)達(dá)13處之多,損失慘重……
慈氏塔:我國歷史上現(xiàn)存最久的防雷建筑
雷火無情,但勞動(dòng)人民用自己的血汗和智慧,給中國古代建筑防雷史留下了一個(gè)個(gè)可供后人研究的典范,其中有的或許是刻意為之,有的則是無心之舉。
江南,湘北,有一泊湖水以天下為懷,以一首“岳陽樓記”為世人傳誦,這就是洞庭湖。慈氏塔正位于洞庭湖邊西南,塔為磚石結(jié)構(gòu),樓閣式,八角七層,通高39米。寶塔巍然聳立,雄視洞庭湖,為“巴陵勝狀”之一。
坐落于洞庭湖邊的慈氏塔
傳說,慈氏塔是一個(gè)叫慈氏的寡婦投資修建。這個(gè)弱小女子,在年輕的丈夫葬身浩渺洞庭之后,便把自己的養(yǎng)老錢,投身在這個(gè)浩大工程之中,為的就是鎮(zhèn)住塔下被神仙鎖住的一條孽龍。而在湖中,還有一個(gè)鐵枷,幾條巨鏈,枷、鏈、塔,守護(hù)著岳陽這座大城。
這幾條“巨鏈”正是防雷的關(guān)鍵。
一般來說,古塔的寶頂中央都會(huì)有一根鐵杵,寶頂上的裝飾物均依其所構(gòu),為固定寶頂,會(huì)用幾條鐵鏈沿寶頂上的垂脊延伸到翼角,因?yàn)槔鶆?,寶頂不?huì)因大風(fēng)、地震而晃動(dòng)。
“作為我國歷史上現(xiàn)存最久的防雷建筑,慈氏塔的特殊之處在于,這八條鐵鏈至翼角處尚不終止,而是逶迤垂下直到地面。這樣,雷電打上去,就會(huì)順著鐵棍子泄到地上,從而保護(hù)了旁邊的建筑。這鐵杵不就是避雷針(接閃桿)嗎?那鐵鏈不就是引下線并接地了嗎?”關(guān)象石說道。
山西應(yīng)縣木塔:“絕緣避雷”可靠不可靠?
有著“中國古建筑斗拱博物館”之稱的山西應(yīng)縣木塔,建于遼代清寧二年,即公元1056年,塔高67.31米,是現(xiàn)存世界上最高、最古老的純木結(jié)構(gòu)建筑。
山西應(yīng)縣木塔外觀
近千年來,應(yīng)縣木塔遭雷擊的文獻(xiàn)記載少之又少。因此,有研究者對(duì)此進(jìn)行實(shí)地考察和高壓模擬實(shí)驗(yàn),提出了“應(yīng)縣木塔絕緣避雷說”。
他們認(rèn)為,應(yīng)縣木塔的塔身與塔剎,如前所述,其塔基是高4米的兩層砌石,塔基下及其周圍地面為當(dāng)年建塔時(shí)修建的7米深嚴(yán)實(shí)夯土(黃土)層。木、磚、土、石和塔基均處于土燥狀態(tài),有極好絕緣性能。地下無低電阻層,因而有“絕緣避雷”的機(jī)制。
然而,2002年9月7日夜的一場雷雨中,木塔便遭了雷擊,直至9月15日,木塔管理人員在清掃時(shí),才發(fā)現(xiàn)塔內(nèi)五層?xùn)|北角輔柱被雷擊。
“發(fā)現(xiàn)時(shí)輔柱的木質(zhì)已經(jīng)被撕裂,雷擊碎的木片飛濺開來,將幾米外的泥塑神像擊損。”作為調(diào)查小組成員,關(guān)象石在事件發(fā)生后曾進(jìn)入木塔內(nèi)勘察。
他繼續(xù)說道,“同行的郝孝智同志冒險(xiǎn)爬上塔頂勘察,發(fā)現(xiàn)在東北方向的鐵鏈下方,塔頂戧脊炸開了一長度一米出頭的一段豁口,炸裂物向脊的兩側(cè)散開?!?BR> “這次的事故成因有可能是,雷打在鐵砂上,順著大鐵鏈往外走,但是鐵鏈承受不住這么大的電流,所以跳電了,電流先是炸裂了塔頂戧脊,然后順著木柱子往下走,但木柱也經(jīng)受不住這么大的電流,所以也導(dǎo)致了輔柱撕裂。由此看來,想通過應(yīng)縣木塔近千年毫發(fā)無損來說明"絕緣防雷"機(jī)制似乎是不大可能了?!标P(guān)象石說道。
雷火煉金殿:已消逝的自然奇景
過去,每當(dāng)雷雨交加時(shí),武當(dāng)山主峰天柱峰絕頂上的金殿周圍便會(huì)雷聲震天,電閃撕地,無數(shù)盆大的火球在金殿周圍來回滾動(dòng)。雨過天睛后,大殿金光燦爛,像被洗過一樣,這一壯麗的景觀被人們稱為“雷火煉金殿”。
“雷火煉金殿”是自然界雷電現(xiàn)象的正常反映,也是我國古代人們獨(dú)具匠心的結(jié)果,一方面有防雷的效果,另一方面又使道教圣地武當(dāng)山更負(fù)盛名。
安裝防雷設(shè)施后“雷火煉殿”便不復(fù)再現(xiàn),世人只能憑想象(圖片來自央視專題片《再說長江》)
此座“金殿”,是在明朝永樂十四年(公元1416年)間,工匠在北京先制成銅片,再將其運(yùn)送到武當(dāng)山金頂,像“組裝家具”一樣焊接而成。
“正因?yàn)檫@種建筑工藝,所以,這個(gè)大的金屬物與地面是絕緣的,雷打上去之后不能泄地,于是轉(zhuǎn)變成了熱能,溫度一高,就好像銅重新回爐,金殿就像新的一樣?!标P(guān)象石如是解釋“雷火煉金殿”。
可惜的是,在1987年5月31日,由于金頂?shù)烙^的電話線遭雷擊造成一定損失后,有關(guān)部門在金殿底座兩側(cè)加裝了兩條扁鋼的引下線,并做了人工接地體,由于雷電流有了泄散入地的通道,這一“雷火煉金殿”的奇觀便不復(fù)再現(xiàn)了。
古代建筑防雷仍面臨難題
相比西方,我國對(duì)于古代建筑的雷電防護(hù)一直都非常重視,國家還曾專門出臺(tái)《古建筑防雷標(biāo)準(zhǔn)》,成為行業(yè)管理規(guī)范。
作為我國《古建筑防雷標(biāo)準(zhǔn)》的起草人之一,關(guān)象石解釋起草目的:“一方面,中國的建筑比西方的建筑年代更為久遠(yuǎn),有很珍貴的文物價(jià)值;另一方面,中國建筑(601668,股吧)本身的結(jié)構(gòu)本身比較復(fù)雜,需要單列標(biāo)準(zhǔn)來說明?!?BR> 寧波保國寺,圖中豎立的綠色鐵棍就是避雷設(shè)施(圖片由關(guān)象石提供)
相對(duì)而言,目前為止,國外還沒有專門的古建筑防雷標(biāo)準(zhǔn),只在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中有一兩句針對(duì)古代建筑的表述,這主要還是跟西方石制的建筑并不大怕打雷有關(guān)。
“古代文物不僅要防御雷擊,還要在安裝防雷設(shè)施時(shí)盡量保護(hù)文物原貌,這就給古建筑防雷增加了難度。”關(guān)象石最后強(qiáng)調(diào)道。面對(duì)變幻莫測的自然災(zāi)害,以及巧奪天工的防雷技藝,國人如何讓這些“千年不動(dòng)產(chǎn)”保值增值,依然值得思考。
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