古老紫禁城的防雷智慧

每年的6到8月，北京會進入雷雨高發(fā)時期。位于北京市中心的紫禁城有著近600年的歷史，期間不可避免地會受到不同類型自然災(zāi)害的襲擊，雷擊就是其中之一。在歷史上，紫禁城有明確記載的雷擊記錄，明代有16次，清代有4次。遭受雷擊的建筑有太和殿、中和殿、保和殿、奉先殿、午門等。這些建筑遭受雷擊的原因，一是由于紫禁城位于北京的落雷帶上。二是其受紫禁城周邊的環(huán)境影響，宮城四周有護城河，處于潮濕環(huán)境中，導(dǎo)電性好，易于接閃；紫禁城地勢北高南低，造成位于南部的三大殿、午門等建筑的地下水位高，更容易遭受雷擊；前朝三大殿位于南部空曠的區(qū)域范圍內(nèi)，且體量高大，這也使得這三座建筑相對于其他建筑更容易遭受雷擊；紫禁城所在區(qū)域的土壤電阻率相對其他區(qū)域要低，更容易聚集電荷，遭受雷擊。三是紫禁城古建筑的立面造型，正脊兩端有正吻，前后坡前部有小獸，攢尖屋頂有突出的寶頂，這些突出部位易受雷擊破壞。

在古代，由于生產(chǎn)力水平低下，人們對雷電缺乏科學(xué)認識，采取的防雷措施多有迷信成分。比如在正吻端部安裝鐵鏈，鐵鏈一端固定在正吻上，另一端固定在屋檐部位的瓦壟上。古人認為該鐵鏈有利于避雷，而某些現(xiàn)代學(xué)者亦認為鐵鏈可有助于放電，實際上這種觀點并不正確，鐵鏈反倒容易引起正吻遭受雷擊破壞。統(tǒng)計表明，在紫禁城古建筑遭受雷擊事件中，吻獸是最容易受雷擊的部位。因為鐵鏈懸空于建筑制高點，其鐵構(gòu)件都未設(shè)置并連接金屬接地體，物理上對地電阻值無窮大，但鐵構(gòu)件正好吸引空間電場形成的雷云電荷，為雷云電荷擊穿空氣放電創(chuàng)造條件。

再比如雷公柱的使用。雷公柱是古代工匠為了避免高聳的建筑遭受雷擊，在攢尖類建筑的木構(gòu)架頂部安裝一根立柱，下部落在一根木梁上；在廡殿類建筑正脊端部的正吻下方安裝一根立柱，其下部亦立在一根梁上，上部則支撐木構(gòu)架端部挑出的脊檁和兩邊的由戧；以上立柱均稱為“雷公柱”，下部支撐的梁則稱為“太平梁”，寓意有著雷公柱和太平梁的護佑，建筑不會遭受雷擊。實際上，這種做法并不科學(xué)。雷公柱是木料所造，紫禁城古建筑所用的木材多以松木為主，屬于絕緣材料，不可能起到接閃作用，這樣屋頂?shù)睦纂姴粫魅氲叵拢允侵苯釉谖蓓斸尫拧?987年8月24日故宮東六宮之景陽宮遭受雷擊的部位正是雷公柱，且引發(fā)的火災(zāi)也是源于雷公柱。

當(dāng)然，紫禁城古建筑防雷措施也有科學(xué)的一面，主要表現(xiàn)為建筑材料為絕緣材料。如紫禁城古建筑屋頂為琉璃瓦，瓦下面為泥背，泥背下則為木質(zhì)材料的椽子、望板、梁架；紫禁城古建筑的大木構(gòu)架以木梁、木柱承重的核心受力體系，墻體起圍護作用，墻體材料為磚石；古建筑柱子下部為石質(zhì)基礎(chǔ)，基礎(chǔ)以下則為碎磚、灰土分層疊加的地基。上述紫禁城古建筑的建筑材料均不易導(dǎo)電，因而有利于減小建筑本身遭受雷擊的可能性。事實上，紫禁城近千座建筑中，近600年來遭受雷擊的多以三大殿、午門等少數(shù)易受雷擊的建筑為主。

1955年8月8日晚，紫禁城午門雁翅樓東北、東南兩角亭遭雷擊，當(dāng)時的文化部文化事業(yè)管理局在午門維修工程的批復(fù)中明確了研究安裝避雷針的問題。自此，故宮博物院各個古建筑開始逐步安裝避雷針和避雷帶裝置。這種現(xiàn)代化的科學(xué)避雷手段，使得紫禁城古建筑遭受雷擊的概率逐漸降到了最低。