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中国的古建筑都是如何防雷的?

文章编辑:【杰林计算机科技】发布日期:2019-07-10 11:54:49

中国古建筑因为材料的原因,绝大多数难以长存。作为主要构件的木材,既怕水,又怕火。而这非人为因素的火,多半因雷击而起。历史上鼎鼎有名的第一高塔,洛阳永宁寺塔,便是被雷电所击而葬身火海。《洛阳伽蓝记》对此有过记载:「永熙三年(534 年)二月,浮图为火所烧,帝登凌云台望火,遣南阳王宝炬、录尚书长孙稚将羽林一千救,赴火所,莫不悲惜,垂泪而去。火初从第八级中,平旦大发。当时雷雨晦冥,杂下霰雪。百姓道俗,咸来观火,悲哀之声,振动京邑。时有三比丘赴火而死。火经三月不灭,有火入地寻柱,周年犹有烟气。」

古代的塔,往往是城镇建筑群中最高的建筑,自然是雷电经常光顾的对象,不少毁于雷击。哪怕是代表了当时最高技术水准的皇家建筑,也频繁遭雷电侵袭,光北京紫禁城就发生过好几次因雷击引发的火灾。天坛祈年殿、明长陵的祾恩殿、颐和园的文昌阁等,都在近代遭遇过雷击。

与此相比,像佛光寺建筑、应县木塔这些古老的木构能留存至今,在历史上也没有过雷击的记载。仅仅是因为巧合,还是确有特别的避雷措施呢?

拿我们熟悉的五台山来说,此处海拔高,云层低,夏日雷电活动频繁,按理来说应该更容易遭受雷击,但与北京相比,关于雷击的记载少了很多。这背后到底有什么神奇之处呢?下面我们就来一一分析古建筑防雷的各种因素。

一、自然环境

1、自然消雷

所谓自然消雷是指地表的感应电荷在雷云电场的作用下,通过尖凸物如树木、山峰、岩石建筑物等产生电晕电流,将雷云所带的部分电荷以缓和方式释放,从而降低该区域内发生雷击的概率。

像五台山这种山势起伏不定,林木覆盖广的环境,便是自然消雷的好地方。明代的《清凉山志》中便有多处雷雨天气出现「神灯」的记载,很可能就是电晕电流放电产生的闪光。

举个例子,五台山的佛光寺,坐落在半山腰,后面就是高耸的山岩。雷雨天,这些山岩的尖端能产生电晕电流,可有效地放电,消除雷击。除此之外,大殿周围的砖塔(部分分布在更高的山坡上)和高大的松树也能有效起到缓和放电的效果。在这样的环境下,佛光寺的建筑在雷云出现时就始终处于一个弱电场区,仿佛置于一个保护罩之中,最大限度地消除了雷击。

对此相对,若建筑处在地势较高的空旷地带,则容易遭受雷击。坐落在高大台基上的天坛祈年殿和紫禁城三大殿便是反面例子。

2、雷击的选择性

雷击是有选择性的,而地质环境通常是雷击选择的主要因素。首先,土壤电阻率小的地点,如河床、池沼、金属矿床等地区,易于积聚大量的电荷,容易遭受雷击。其次,土壤电阻率突变的地点,如岩石与土壤的衔接地段,易受雷击。还有便是更高更凸出的物体相对容易遭受雷击。

五台山常见的栎树,是典型的深根树木,连接湿润的深层土壤,容易成为雷击的对象,而山中的泉眼、小溪,也是雷电经常光顾之处,在它们的「保护」之下,建筑就不那么容易招致雷电之灾了。

屹立近千年的应县木塔几乎没有雷击记载,而在其周边雷击事件并不少见,被传为「水不能淹,火不能焚,雷不能击」的神塔。有学者进行了研究,发现塔周围直到七米深仍然是建塔时的夯土层,夯土层很坚实,非常干燥,表明塔所在位置土壤电阻率较大。同时木塔周围一百至两百米内有水塘。这种地质环境很可能是木塔难以遭到雷击的主要原因。

二、建筑结构

1、绝缘避雷

在南北朝时期,就有关于避雷室的记载。见于孟奥的《北征记》:「凌云台南角一百步,有白石室,名避雷室。」以及盛弘之的《荆州记》:「湖阳县,春秋蓼国,樊重之邑也,重母畏雷,为母立石室,以避之,悉以文石为阶砌,至今犹存。」

此处的避雷室,为石室,据推测很有可能用的是防火、绝缘的大理石。说明古人对于绝缘体有一定的认识。

就中国古代的木构建筑来说,其本身的电阻率都比较高,除少量构件为金属外(而且金属构件如铁钉等大都较小,且不连通),绝大多数都是绝缘体。而这些木材或金属构件又大都用桐油及各种油漆漆过,一方面使材料不易受潮,保持干燥,另一方面也能起到一定的绝缘作用 。

古代的房屋通常建在砖石台基上,除其本身有绝缘性外,也阻隔了土壤中的水分侵入建筑,提高了其本身的电阻。

屋顶上正脊两端的鸱吻为整个建筑最高的凸起物,相对容易被雷电击中。然而它们一般是琉璃或陶制的,即使遭到雷击,也不易引起火灾。屋顶的瓦面亦如是。

历史上就有很多雷击损毁屋顶构件,但并未引起火灾的记载,正是建筑本身的绝缘性所致。

2、塔刹消雷

许多木塔顶部的塔刹都是金属做的,而从塔刹到地面,通常没有导体联通,可见塔刹并不是现代避雷针式的设施。但有研究表明,这种塔刹在雷电场中可以产生较强的电晕电流,起到消雷的作用。有不少文献记录了雷雨天可见塔尖闪光的现象,极有可能是塔刹的放电。

古建筑防雷其实涉及到很多因素,至少从现有的研究考察来看,我国古代多半还是被动防雷,这与古人对雷电的认识也是相符的。其中建筑的位置和周边自然环境影响比较大,在风水理论中有一定反映,当然多为经验的产物。而绝缘避雷的效果有限,所谓比西方早许多年的避雷针也只见于零星记载,真实性存疑,至少没有得到广泛应用,否则也不至于宫殿、佛塔频频因雷击而焚毁。

总而言之,某些古建筑能在漫长的年月中逃过天火,自有其道理,但若说我国古代对雷电研究有多么深入,避雷技术有多么厉害,那可就过于牵强了。

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