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中國的古建筑都是如何防雷的?

文章編輯:【杰林計算機科技】發布日期:2019-07-10 11:54:49

中國古建筑因為材料的原因,絕大多數難以長存。作為主要構件的木材,既怕水,又怕火。而這非人為因素的火,多半因雷擊而起。歷史上鼎鼎有名的第一高塔,洛陽永寧寺塔,便是被雷電所擊而葬身火海。《洛陽伽藍記》對此有過記載:「永熙三年(534 年)二月,浮圖為火所燒,帝登凌云臺望火,遣南陽王寶炬、錄尚書長孫稚將羽林一千救,赴火所,莫不悲惜,垂淚而去。火初從第八級中,平旦大發。當時雷雨晦冥,雜下霰雪。百姓道俗,咸來觀火,悲哀之聲,振動京邑。時有三比丘赴火而死。火經三月不滅,有火入地尋柱,周年猶有煙氣。」

古代的塔,往往是城鎮建筑群中最高的建筑,自然是雷電經常光顧的對象,不少毀于雷擊。哪怕是代表了當時最高技術水準的皇家建筑,也頻繁遭雷電侵襲,光北京紫禁城就發生過好幾次因雷擊引發的火災。天壇祈年殿、明長陵的祾恩殿、頤和園的文昌閣等,都在近代遭遇過雷擊。

與此相比,像佛光寺建筑、應縣木塔這些古老的木構能留存至今,在歷史上也沒有過雷擊的記載。僅僅是因為巧合,還是確有特別的避雷措施呢?

拿我們熟悉的五臺山來說,此處海拔高,云層低,夏日雷電活動頻繁,按理來說應該更容易遭受雷擊,但與北京相比,關于雷擊的記載少了很多。這背后到底有什么神奇之處呢?下面我們就來一一分析古建筑防雷的各種因素。

一、自然環境

1、自然消雷

所謂自然消雷是指地表的感應電荷在雷云電場的作用下,通過尖凸物如樹木、山峰、巖石建筑物等產生電暈電流,將雷云所帶的部分電荷以緩和方式釋放,從而降低該區域內發生雷擊的概率。

像五臺山這種山勢起伏不定,林木覆蓋廣的環境,便是自然消雷的好地方。明代的《清涼山志》中便有多處雷雨天氣出現「神燈」的記載,很可能就是電暈電流放電產生的閃光。

舉個例子,五臺山的佛光寺,坐落在半山腰,后面就是高聳的山巖。雷雨天,這些山巖的尖端能產生電暈電流,可有效地放電,消除雷擊。除此之外,大殿周圍的磚塔(部分分布在更高的山坡上)和高大的松樹也能有效起到緩和放電的效果。在這樣的環境下,佛光寺的建筑在雷云出現時就始終處于一個弱電場區,仿佛置于一個保護罩之中,最大限度地消除了雷擊。

對此相對,若建筑處在地勢較高的空曠地帶,則容易遭受雷擊。坐落在高大臺基上的天壇祈年殿和紫禁城三大殿便是反面例子。

2、雷擊的選擇性

雷擊是有選擇性的,而地質環境通常是雷擊選擇的主要因素。首先,土壤電阻率小的地點,如河床、池沼、金屬礦床等地區,易于積聚大量的電荷,容易遭受雷擊。其次,土壤電阻率突變的地點,如巖石與土壤的銜接地段,易受雷擊。還有便是更高更凸出的物體相對容易遭受雷擊。

五臺山常見的櫟樹,是典型的深根樹木,連接濕潤的深層土壤,容易成為雷擊的對象,而山中的泉眼、小溪,也是雷電經常光顧之處,在它們的「保護」之下,建筑就不那么容易招致雷電之災了。

屹立近千年的應縣木塔幾乎沒有雷擊記載,而在其周邊雷擊事件并不少見,被傳為「水不能淹,火不能焚,雷不能擊」的神塔。有學者進行了研究,發現塔周圍直到七米深仍然是建塔時的夯土層,夯土層很堅實,非常干燥,表明塔所在位置土壤電阻率較大。同時木塔周圍一百至兩百米內有水塘。這種地質環境很可能是木塔難以遭到雷擊的主要原因。

二、建筑結構

1、絕緣避雷

在南北朝時期,就有關于避雷室的記載。見于孟奧的《北征記》:「凌云臺南角一百步,有白石室,名避雷室。」以及盛弘之的《荊州記》:「湖陽縣,春秋蓼國,樊重之邑也,重母畏雷,為母立石室,以避之,悉以文石為階砌,至今猶存。」

此處的避雷室,為石室,據推測很有可能用的是防火、絕緣的大理石。說明古人對于絕緣體有一定的認識。

就中國古代的木構建筑來說,其本身的電阻率都比較高,除少量構件為金屬外(而且金屬構件如鐵釘等大都較小,且不連通),絕大多數都是絕緣體。而這些木材或金屬構件又大都用桐油及各種油漆漆過,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絕緣作用 。

古代的房屋通常建在磚石臺基上,除其本身有絕緣性外,也阻隔了土壤中的水分侵入建筑,提高了其本身的電阻。

屋頂上正脊兩端的鴟吻為整個建筑最高的凸起物,相對容易被雷電擊中。然而它們一般是琉璃或陶制的,即使遭到雷擊,也不易引起火災。屋頂的瓦面亦如是。

歷史上就有很多雷擊損毀屋頂構件,但并未引起火災的記載,正是建筑本身的絕緣性所致。

2、塔剎消雷

許多木塔頂部的塔剎都是金屬做的,而從塔剎到地面,通常沒有導體聯通,可見塔剎并不是現代避雷針式的設施。但有研究表明,這種塔剎在雷電場中可以產生較強的電暈電流,起到消雷的作用。有不少文獻記錄了雷雨天可見塔尖閃光的現象,極有可能是塔剎的放電。

古建筑防雷其實涉及到很多因素,至少從現有的研究考察來看,我國古代多半還是被動防雷,這與古人對雷電的認識也是相符的。其中建筑的位置和周邊自然環境影響比較大,在風水理論中有一定反映,當然多為經驗的產物。而絕緣避雷的效果有限,所謂比西方早許多年的避雷針也只見于零星記載,真實性存疑,至少沒有得到廣泛應用,否則也不至于宮殿、佛塔頻頻因雷擊而焚毀。

總而言之,某些古建筑能在漫長的年月中逃過天火,自有其道理,但若說我國古代對雷電研究有多么深入,避雷技術有多么厲害,那可就過于牽強了。

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