匠心獨具的古代避雷設施

●王祖遠 文 周周 編

中國古建筑的避雷設施有的與世界上近代的避雷針有些相似之處，是世界上近代的避雷針的原型；有的卻有著明顯的自己民族的文化傳統(tǒng)和科學風格。

說到中國古建筑的避雷設施，就不可避免地要談到世界上近代的避雷針。近代世界上最早的避雷針是美國人富蘭克林于1760年在費城裝配的。富蘭克林在1747年至1765年期間反復做了大量科學實驗，對萊頓瓶的功效和放電現象進行了深入的觀察和分析，并由此轉到對天空雷電的研究。他為了弄清雷電現象，在1752年6月的一個雷電交加的日子里做了電風箏實驗，這就是著名的“費城實驗”。

絕緣避管

在古代，人們從雷電對物質作用時所表現出的導電效果中，初步獲得了一些有關導體和絕緣體的感性認識。人們從對落雷現場的觀察中了解到雷電可通過金屬，而不能夠通過草木漆器，并且雷火遇到水不僅不滅，反而更加猛烈。他們從落雷現場中看到雷火燒裂了寺廟屋頂上的鐵剎，熔化了佛像臉上的金粉涂面，而干燥的木制窗戶在雷火中保持原樣，漆器也沒有燒焦。鋼質寶刀在皮刀鞘中熔為液體，而皮刀鞘原封未動。大樹雖為木質，但由于在雨中打濕了，雷火也把大樹撕裂了幾處。人們從這些事實中領悟到在修樓建塔時，只要用雷電不能通過的材料，并使地基也難于導電，這樣的建筑是不容易遭雷擊的。

例如，山西省雁北地區(qū)應縣西北部的佛宮寺內有一座建于遼代的木塔，就是基于這種“絕緣避雷”機制建成的，歷時千年而未毀。此塔于公元l056年建成，總高67.31米，是我國最高的木結構建筑，也是應縣的最高建筑。塔周圍是黃土層，縣城底下千米深處，不見礦也不見水，全是黃土層，土質干燥，同時土層愈深愈硬。整個雁北地區(qū)長年濕度較低，并且整個應縣至今未發(fā)現重要礦藏，地下也無低電阻層。這種長年濕度較低、土質干燥的高電阻特性，保證了木塔塔基有較好的絕緣性能。人們在建塔時讓塔基更干燥，塔身更絕緣（當然古人還沒有明確的絕緣概念），以便使塔基、塔身形成一個絕緣整體。因此，在壘塔基時，做到塔基有很好的封閉性，不讓淺層少量地下水浸入塔基，并借鑒我國北方建房時所采用的干打壘的經驗，在塔基里面夯土，使夯土層里面長年保持干燥。在構筑塔身時，整個構架全部為木結構，除底層及塔剎處有部分塔磚外，全部為木料。除塔剎外，也沒有其他金屬物（包括鐵釘等）。塔身外形具有很好的防雨效果，保證木質構件長年干燥，各層塔檐伸出7米或更多一些，兩層間高度差為8.8米左右，雨雪天氣不會將側面打濕。由于塔基塔身的材料具有一定的電氣絕緣性能，同時又不容易因雨水或地下水而破壞，絕緣避雷就不成問題了。

山西省雁北地區(qū)應縣西北部的佛宮寺內有一座建于遼代的木塔

“鎮(zhèn)龍”與避雷

從我國傳統(tǒng)的五行、八卦學說解釋，八卦中“震”卦為“雷”。將八卦與方位相結合時，則有“南離、北坎、東震、西兌”的規(guī)定，又有“南屬東雀、北屬玄武、東屬青龍、西屬白虎”的說法，認為“雷從龍”。這樣，古人們就把“雷”與“龍”聯(lián)系起來。為了避免建筑物被雷擊，就必須建造避雷設施，就要安裝“鎮(zhèn)龍”設施。

我國古建筑上有許多“鎮(zhèn)龍”的設施，實為避雷裝置。這些“鎮(zhèn)龍”裝置與近代的避雷針的避雷原理相同。我國一些古塔的尖端常涂一層有色金屬膜，采用容易導電的材料與直通到地下的塔心柱相連，柱下端又與貯藏金屬的“龍窟”相連。還有許多古建筑物的屋頂有龍的裝飾物，它的頭仰向天空，張著嘴，向上伸出的舌頭是一根尖端的金屬芯子，另一端和埋藏在地下的金屬相連，能讓雷電跑到地底下去而不損壞建筑物。另外，在許多古塔與宮殿上設置“鴟尾”，在屋頂上設置動物狀的瓦飾，在高大殿宇里常設有“雷公柱”之類的避雷柱。這些設施都與大地相通，形成了良好的導電通道。

湖北隨州厲山會館的龍鳳日月旗桿有避雷作用，會館從來沒有遭過雷擊。公元1190年至1209年金章宗在位時，他每年4月到8月都要上萬壽山頂去避暑。為了讓山頂的建筑具有避雷效果，他在萬壽山絕頂廣寒殿旁設置了幾丈高的鐵桿，上端安裝尖的金葫蘆，用鐵鏈系好，并通過鐵桿與大地相通，以便達到“鎮(zhèn)龍”防雷的目的。武則天為了同樣的目的，也曾在五臺山的臺頂建了鎮(zhèn)龍鐵塔，中臺臺頂南面有三座鐵塔，其北面一塔形狀像覆鐘，周長四抱多點；中間一塔為四角狀，1丈多高；南邊的一塔呈圓形，8尺多高。

“雷火煉殿”與防雷

何為“雷火煉殿”？過去，每當雷雨交加時，武當山主峰天柱峰絕頂上的金殿周圍雷聲震天，電閃雷鳴，無數盆大的火球在金殿周圍來回滾動，雨過天睛后，大殿金光燦爛，像被洗過一樣，道士們認為這是天帝為了保持金殿的圣潔不被污染而進行的天工洗煉，從而使金殿更加完美。其實“雷火煉殿”是自然界雷電現象的正常反映，也是古人獨具匠心的結果，一方面有防雷的效果，另一方面又使道教圣地武當山上出現了如此壯觀的奇景。

湖北隨州厲山會館舊址的龍鳳日月旗桿，現矗立于歷山鎮(zhèn)小學。

“雷火煉殿”

武當山地處華中腹地，氣候溫和，土壤肥沃，雨量適中，南北植物均能在這里生長，數千種植物組成的茫茫林海，郁郁蔥蔥，終年長青。武當山主峰天柱峰，海拔1612米，登上天柱峰絕頂，人們仿佛進入了云端。雷雨天，云層與天柱峰絕頂更近，落雷時有發(fā)生。在這樣一座道教圣地的深山絕頂上建筑大殿，既要表現“雷公雨師”顯靈的玄妙色彩，又要使建筑物有防雷效果。1416年秋，古代勞動人民在天柱峰絕頂上建筑了金殿。金殿高5.54米，長4.4米，寬3.15米，不僅規(guī)模宏大，而且全為銅鑄鎏金。重檐迭脊，翼角飛舉，脊飾珍禽異獸，堪稱銅鑄工藝的奇跡。武當山重巒迭嶂，氣候多變，異?；靵y的風向使云層之間摩擦頻繁而帶有大量電荷。金殿建在天柱峰絕頂上，是一座龐大的導電體。每當大量帶電積雨云向金頂運動時，云層與金殿頂部之間形成了巨大的電勢差，又因為金殿頂部除脊飾外，曲率都不太大，當電勢差達到一定數值時，就會使空氣電離，產生電弧，這就是閃電。同時強大電弧使周圍空氣劇烈膨脹而爆炸，于是電弧發(fā)生變形而形成火球，并發(fā)出雷鳴，便出現了“雷火煉殿”的奇觀。但是脊飾本身曲率較大，在一定程度上又起到了避雷針的作用，在電勢差過大的時候，能使部分電荷放電，不會由于“雷火煉殿”的程序過猛而使金殿受壓變形。

金殿歷經500多年風雨雷電，至今仍輝煌燦爛，凸顯著我國幾千年來的優(yōu)秀文化傳統(tǒng)和中華民族特有的科學風姿。