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卓越的中国古建筑防雷技术

日期:2020-04-15 16:05 人气:
 
 
 
  一提起避雷针,人们都会浮想联翩,脑海中出现这样一幅生动的画面:250多年前的美洲费城阴云密布,一位勇敢的中年男子冒着生命危险,将一只用绸子制成的大风筝放到了乌云的底部。这只风筝的独特之处在于其顶端安装了一小片金属板,又用丝线和细铁丝将金属板连到铁丝尽头的一把铜钥匙上。过了一阵,只见丝线上的毛毛头全都竖了起来,那位男子的手指凑近了铜钥匙,只见钥匙与手指之间放出了火花。这个男子扔掉手中风筝的丝线大叫起来:“我捉住了!”
 
  这就是本杰明·富兰克林于公元1752年进行的有名的风筝试验。试验证实了“雷就是电”,不久费城的某高大建筑物上立了一根连接大地的铁棍子,这就是被译为“避雷针”的防雷装置——接闪器。为表彰富兰克林伟大的功绩,人们在其墓碑上镌刻着这样的一句话:“从苍天上取得闪电,从暴君处夺得民权。”
 
  而翻看中国浩瀚的文史资料后,人们会惊奇地发现:有着五千年悠久历史的文明古国,中国不但有造纸、火药、指南针和活字印刷这四大发明,同时也是直击雷防护技术上的领先者。
 
慈氏塔:防雷技术的应用比富兰克林试验早五百年!
 
  在烟波浩渺的洞庭湖畔有一幢世人皆知的岳阳楼。岳阳楼素有“洞庭天下水,岳阳天下楼”之称,更因宋代大政治家、文学家范仲淹名赋《岳阳楼记》和千古传诵的名句“先天下之忧而忧,后天下之乐而乐”而广为人知。但是我们关注的目光却移向湖滨一座并不显眼的砖塔——慈氏塔。该塔始建于唐朝开元年间(公元713~741年),后于宋朝淳祐年间(公元1241~1252年)重修。修建过程中经费不足,民间有一寡妇慈氏因倾心向佛,不惜破家赞助。塔建成后便被人们称为慈氏塔。
 
  这座塔并不太高,塔身连座仅高39米,但是造型高拔挺秀,塔为八角七级。各层塔檐下无斗拱,用迭涩作法,每层四面有小佛龛,每面转角处有四方形倚柱。宝塔顶为八角攒尖,并由复钵、相轮、宝盖、圆光等件组成。这与一般佛塔并无大异。值得关注的是:在一般塔的宝顶中央均有一铁杵,宝顶上的装饰物均依其所构,为固定宝顶,会用几条铁链沿宝顶上的垂脊延伸到翼角,因为拉力均匀,宝顶不会因大风、地震而晃动。慈氏塔的特殊之处在于:这八条铁链至翼角处尚不终止,而是逶迤垂下直到地面。这铁杵不就是避雷针(接闪杆)吗?那铁链不就是引下线并接地了吗?这种防雷技术的实际应用要比富兰克林试验的年代早了五百年!
 
龙舌金属条:美观和实用巧妙契合
 
  清朝康熙大帝崇尚西方科学技术,在他周围聚集了不少教授和西方科技的传教士,如利马窦、南怀仁、白晋等。
 
  其中一葡萄牙人安文思自1640年来华,在华37年间,经历了顺治帝的赏识和康熙帝的呵护。其死后,康熙帝还为他撰写了墓碑碑文,举行了隆重的葬礼。安文思在1688年前后完成了两本著作:《论中国的文字和语言》和《中国的十二大奇迹》。1953年洛德·罗伊在其撰述的《镜中的中国》一书中征引了安文思书中许多内容,如中国古建筑物的防雷,原文如下:“用琉璃瓦做成的屋顶犹如玻璃一样闪亮。屋角以动物头上角须形式直指天空,这些动物是以该帝国中最受尊崇的龙装饰的。屋顶的形状类似于汉代人曾经居住过的帐篷。帐篷固定在一个矛状物上,它们的各个角度是向上弯曲而指向天空。现在以砖瓦砌成的屋顶仍然模仿汉代人的建筑。巨兽的舌头指向空中,其腹内穿过金属条,金属条一端插入地里。这样,当闪电落在屋上或皇宫时,闪电就被龙舌引向金属条通路,并且直奔地下而消散,因而不致伤害任何人。人们可以清楚地看到,这个民族极有智慧,他们知道,如何以自己的劳动成果将美和实用结合在一起,如何将聪明睿智寓于精致的工艺之中。”
 
  关于中国的古建筑,在梁思成先生的《中国建筑史》一书中按《营造法式》所表述,其屋顶形制,可分为庑殿、歇山、挑山、硬山、卷棚、攒角等,又按建筑物的层数分为单檐、重檐和多檐。在最高级别的庑殿和歇山式建筑物上,为显示其尊贵同时又起到瓦筒钉帽作用而使用了吻兽,如最高级别的太和殿上,除正脊两端各有一重4吨的正吻外,在垂脊端上有由嘲凤(龙子之一)、凤、狮、海马、天马、狎鱼(鳖)、狻猊(披头)、獬豸和和斗牛九件吻兽加上带队的骑在小兽上的仙人(行什,猴的形状)组成一队吻兽。安文思所指的龙舌金属条,应该是把角的嘲凤的舌头,这是接闪器。腹内的金属条即引下线,且其另一端插入地中(接地)。这与富兰克林的外部防雷装置完全一样。而安文思所说的“美和实用结合在一起”,则体现了中华民族的“极有智慧”。因此,如果从1652年算起,中国的防雷技术应用要比富兰克林的试验早上一百年。
 
  遗憾的是,这一经典目前在中国大地上都不见踪迹。故宫里没有,其他地方也尚未找到,大概是历史翻修时工匠们不解其作用而被破坏。
 
“吻兽”之争:引雷还是避雷?
 
  在中国古代建筑中,还有两处值得一提。一处是位于湖北武当山上的“金殿”,自明朝永乐十四年(公元1416年)由北京制成并运到武当山主峰天柱峰金顶现场焊接完成。这座高5.5米、面阔5.8米、全为铜铸镏金重檐庑殿式仿木构的铜殿一直是武当镇山之宝,并伴有“雷火炼金殿”之奇观。每到雷雨天,常有闪电光顾。电闪雷鸣之后,不仅殿顶和铜墙经雨水冲刷后光彩熠熠,连殿内铜柱上的锈迹都会消失,好像被回炉冶炼了一次。这一奇迹完全是由于金殿的顶部铜板远远大于国家和国际标准中接闪器的厚度所造成。在雷电击中金殿的铜构件时不致将其熔化,雷电流的行进波在巨大的铜结构中反复震荡发热并散热,这一过程会将铜锈熔化,使铜体光亮如新。
 
  可惜的是,在1987年5月31日,由于金顶道观的电话线遭雷击造成一定损失后,有关部门在金殿底座两侧加装了两条扁钢的引下线并做人工接地体后,由于雷电流有了泄散入地的通道,这一“雷火炼金殿”的奇观便不复再现了。
 
  另一处则是应县木塔。在台湾物理学家林清凉和大陆学者戴念祖合著的一册物理学史著作中论述了中国古建筑的防雷,对“吻兽消雷说”提出了异议,称这些吻兽“更大的可能是引雷,而不是避雷。否则,难以解释古建筑中大量的寺塔、屋宇被雷电烧毁的事实”。该文中提及“近年,有研究者对山西应县木塔长期未遭雷击破坏的原因进行实地考察和高压模拟实验,提出了应县木塔绝缘避雷说。这是颇有意义的工作结论”。由此,得出“绝缘避雷说”。殊不知这一假设首先是建立在“应县木塔长期未遭雷击破坏”的前提下的。应县木塔建于辽代清宁二年(公元1056年),是现存于世最古老、最高的木塔,高67.31米,宝顶上有一个高14米的铁刹及固定用的八条铁链,这些可做接闪用的金属物并未接地。2002年9月7日,一次闪电击中了这些金属物体,由于雷电流大,无法实现行进波在铁链间的发热散热,产生的高电压便对脊瓦和顶层的辅柱闪络,将垂脊炸开了一条长1.1米,深0.25米的豁口,辅柱木质也遭撕裂,长约1米,宽10厘米。应县木塔遭雷击的事实再一次反驳了“消雷论”和“绝缘避雷说”。如果说建筑物对地绝缘了便能防雷的话,那么,如何解释富兰克林针发明以前大量对地绝缘的古建筑,如欧洲“石头的艺术”和中国“木头的艺术”遭雷击毁坏的事实呢?
 
  如果有闲暇去北京故宫逛逛的话,会发现修复中的太和殿顶的“面纱”已经揭开。大殿上除了复原正脊和垂脊上的避雷带(应改称接闪导线)外,在前后的坡面上新增了三条闪闪发光的铜带,这样大殿的接闪网比以前更密了,大殿的防雷安全也更可靠了。不仅如此,天坛的祈年殿、颐和园的佛香阁、北海的白塔、布达拉宫的殿顶都新增了防雷装置。在它们的护卫下,我国造型峥嵘、具有高度文化科研和欣赏价值的古建筑将在电闪雷鸣之中屹立,安如泰山。(来源于2008年11月3日《中国气象报》 作者:关象石)