中國古建築是怎麼防雷的?_風聞
观察者网用户_227909-2019-05-17 16:00
【作者斜陽君(知乎)授權轉載】
中國古建築防雷大部分還是被動防雷,主要分兩方面看:
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雲電場的作用下,通過尖凸物如樹木、山峯、岩石建築物等產生電暈電流,將雷雲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。
像五台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。

五台山佛光寺文殊殿,周圍林木繁盛
舉個例子,五台山的佛光寺,坐落在半山腰,後面就是高聳的山岩。雷雨天,這些山岩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(部分分佈在更高的山坡上)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,佛光寺的建築在雷雲出現時就始終處於一個弱電場區,彷彿置於一個保護罩之中,最大限度地消除了雷擊。

佛光寺東大殿,前有松樹,後有山岩,消雷效果極佳
對此相對,若建築處在地勢較高的空曠地帶,則容易遭受雷擊。坐落在高大台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
雷擊自有其選擇性,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,如河牀、池沼、金屬礦牀等地區,易於積聚大量的電荷,容易遭受雷擊。其次,土壤電阻率突變的地點,如岩石與土壤的銜接地段,易受雷擊。還有便是更高更突出的物體相對容易遭受雷擊。
五台山常見的櫟樹,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,而山中無處不在的泉眼、小溪,也是雷電經常光顧之處,在它們的「保護」之下,建築就不那麼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並不少見,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,非常乾燥,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。

應縣木塔,建於清寧二年(公元 1056 年)
二、建築結構
1、絕緣避雷
在南北朝時期,就有關於避雷室的記載。見於孟奧的《北征記》:「凌雲台南角一百步,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。説明古人對於絕緣體有一定的認識。
就中國古代的木構建築來説,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,保持乾燥,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台基上,除其本身有絕緣性外,也阻隔了土壤中的水分侵入建築,使其整體能保持較高的電阻。
建築屋頂上正脊兩端的鴟吻為整個建築最高的凸起物,相對容易被雷電擊中。然而它們一般是琉璃或陶製的,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,但並未引起火災的記載,正是建築本身的絕緣性所致。

屋頂上巨大的琉璃鴟吻(大同華嚴寺大雄寶殿)
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,可見塔剎並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。許多金屬製的寶瓶、寶頂,也有同樣的作用。

應縣木塔巨大的金屬塔剎(梁思成攝)
古建築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。其中建築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"高策、楊型健:《風水理論在古建築防雷中的作用》" 。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於零星記載,真實性存疑,至少沒有得到廣泛應用,否則也不至於宮殿、佛塔頻頻因雷擊而焚燬。
總而言之,某些古建築能在漫長的年月中逃過天火,自有其道理,但若説我國古代對雷電研究有多麼深入,避雷技術有多麼厲害,那可就過於牽強了。