宋天貺殿及岱廟的給排水物理學(xué)原理

朱芃芃

摘 要： 古建筑的給排水方法，蘊(yùn)含了簡(jiǎn)單的物理學(xué)原理。通過(guò)實(shí)地考察，探究其中的原理，達(dá)到“古為今用”目的。

關(guān)鍵詞： 天貺殿 岱廟 給排水 斜面原理 給排水管網(wǎng)

1.天貺殿簡(jiǎn)介

天貺殿是岱廟的主體建筑，是泰山神東岳大帝的宮殿，位于岱廟中軸線的中后部，始建于北宋。整座大殿雕梁彩棟，貼金繪垣，丹墻壁立，峻極雄偉，雖歷經(jīng)數(shù)朝，但古貌猶存。大殿面闊9間，進(jìn)深5間，通高22.3米，為重檐廡殿頂，上覆黃琉璃瓦。重檐之間有豎匾，上書(shū)“宋天貺殿”。檐下施以密集的斗栱，紅色大檐柱聳立廊前，采用三交六椀菱花隔扇門(mén)窗。明間和次間內(nèi)槽頂設(shè)藻井，周?chē)┒饭埃酁榉叫翁旎ò?，上繪金色升龍。殿正中祀泰山神，像高4.4米，頭頂冕旒，身著袞袍，手持圭板，儼然帝君，龕上懸清康熙皇帝題“配天作鎮(zhèn)”匾，與此相對(duì)的明間大門(mén)內(nèi)上懸乾隆皇帝題“大德曰生”匾。在殿內(nèi)的東、北、西三面墻壁上繪有巨幅壁畫(huà)《泰山神啟蹕回鑾圖》，具有極高的歷史、藝術(shù)和美學(xué)價(jià)值，壁畫(huà)高3.3米，長(zhǎng)62米，描繪了泰山神出巡的宏偉畫(huà)面，回鑾的盛況。這場(chǎng)面正是宋真宗當(dāng)年封禪泰山的真實(shí)寫(xiě)照，是我國(guó)珍貴的歷史文化遺產(chǎn)。大殿殿前露臺(tái)高筑，雕欄環(huán)繞，云形望柱齊列，玉階曲回，氣象莊嚴(yán)，中置明代鐵鑄大香爐和宋代兩大鐵桶；兩側(cè)有御碑亭，內(nèi)立乾隆皇帝謁岱廟詩(shī)碑。天貺殿周?chē)┮原h(huán)廊，形成一個(gè)大院落，把一座重檐廡殿頂?shù)拇蠼ㄖo緊地懷抱著，更激起了人們對(duì)天貺殿的崇仰。富麗堂皇的天貺殿，與北京故宮太和殿、曲阜孔廟大成殿并稱(chēng)“中國(guó)古代三大宮殿”[1]。

2.天貺殿的給排水

大殿的屋頂采用的是重檐廡殿頂，它是中國(guó)古代建筑中等級(jí)最高的屋頂形式，有一條正脊和四條垂脊，早期的瓦吸水性很強(qiáng)，很容易造成滲漏；后來(lái)瓦的品質(zhì)得到提升，吸水率降至3%，與瓷器相當(dāng)，“改進(jìn)版”的瓦，輔以金屬、琉璃和錫等材料，使中國(guó)傳統(tǒng)的屋頂成為“防雨能手”。天貺殿屋頂屋脊用的都是琉璃瓦，這大大減少了雨水的滲入，保護(hù)屋頂?shù)牧?、檁免受雨水之害，從而延長(zhǎng)了整個(gè)大殿的壽命。屋頂前后左右都是一個(gè)斜坡，形成四個(gè)斜面。四面都采用高屋脊、大坡度的設(shè)計(jì)，靠近屋脊兩側(cè)的坡度超過(guò)60°，而在檐部的坡度不足30°，這就利用陡坡使水急下，再因慣性沖出檐外。沖出屋檐外的雨水做斜下拋運(yùn)動(dòng)，因此殿后的雨水被拋在殿基的下面，而不會(huì)產(chǎn)生“尿墻”現(xiàn)象。在天貺殿的兩側(cè)，雨水會(huì)落在石臺(tái)上，石臺(tái)面內(nèi)高外低，落下的雨水在重力的作用下向外流動(dòng)，石臺(tái)的外緣處固定有石板、石柱雕刻的護(hù)欄，而護(hù)欄的下面留有矮長(zhǎng)的溢流口，使得雨水在重力的作用下加速流到平臺(tái)的下面。殿前的雨水，落到大殿前的寬闊的二重臺(tái)上，二重臺(tái)也是北高南低，雨水在重力的作用下迅速流向平臺(tái)的邊緣，從雕刻石爛下的溢流口流到二重臺(tái)的下面。由此可以看出，無(wú)論是殿頂?shù)呐潘€是殿下的排水，都充分利用物理學(xué)中“斜面”的原理，水在“斜面”上有向下的加速度，利用“水往低處流”這一簡(jiǎn)單的物理學(xué)原理，使得雨水及時(shí)迅速地排走，遠(yuǎn)離建筑物，從而保護(hù)古建筑，這樣的設(shè)計(jì)原理，經(jīng)受了千年中大暴雨的洗禮，被證明是可靠的。再看天貺殿地基的構(gòu)造，用較大的石塊砌起了約1.2米高的地基，比后面、側(cè)面的墻寬出了約2米，和殿前巨石鋪平的二重臺(tái)連在了一起，這樣的設(shè)計(jì)經(jīng)受住了殿外特大暴雨形成大積水的考驗(yàn)，使得天貺殿猶如平地上拔起的堅(jiān)固堡壘，千年巋然不動(dòng)。

天貺殿的給水方式呢？在大殿的前方兩側(cè)，有兩口生鐵鑄造的大鐵缸，它們的體積巨大，這主要是用來(lái)防火的，也可以說(shuō)是天貺殿最原始的消防設(shè)施。它和北京紫荊城內(nèi)的巨型大缸的作用是相同的，不同的是紫荊城內(nèi)的大缸更多罷了。

（1）岱廟簡(jiǎn)介

岱廟位于山東省泰安市泰山南麓，俗稱(chēng)“東岳廟”，始建于漢代，是歷代帝王舉行封禪大典和祭拜泰山神的地方。壇廟建筑是漢族祭祀天地日月山川、祖先社稷的建筑，體現(xiàn)了漢族作為農(nóng)業(yè)民族文化的特點(diǎn)。壇廟建筑的布局與構(gòu)建同宮殿建筑一致，建筑體制略有簡(jiǎn)化。岱廟創(chuàng)建于漢代，至唐時(shí)已殿閣輝煌，在宋真宗大舉封禪時(shí)，又大加拓建。岱廟南北長(zhǎng)405.7米，東西寬236.7米，呈長(zhǎng)方形，總面積96000平方米，其建筑風(fēng)格采用帝王宮城的式樣，周環(huán)1500余米，廟內(nèi)各類(lèi)古建筑有150余間。岱廟的主體建筑是天貺殿，岱廟與北京故宮、山東曲阜三孔、承德避暑山莊的外八廟，并稱(chēng)中國(guó)四大古建筑群。岱廟總體布局上按照唐宋以來(lái)祠祀建筑中最高標(biāo)準(zhǔn)修建，采用了以三條縱軸線為主，兩條橫軸線為輔，均衡對(duì)稱(chēng)，向縱橫雙方擴(kuò)展的組群布局形式。岱廟南起舊泰城南門(mén)，北至南天門(mén)中軸線上。岱廟以其內(nèi)部建筑排列布局來(lái)展示儒家禮制觀念，整個(gè)建筑群以一條南北向的縱軸線為中心，均衡地橫向擴(kuò)展。位于中軸線上的主體建筑有：遙參亭大殿、岱廟坊、正陽(yáng)門(mén)、配天門(mén)、仁安門(mén)、天貺殿、中寢宮、厚載門(mén)。仁安門(mén)與天貺殿之間有東西環(huán)廊聯(lián)系，構(gòu)成岱廟的中心封閉院落。其主體建筑——天貺殿位于高大的雙層品級(jí)臺(tái)上，東環(huán)廊的中間為鼓樓，西環(huán)廊的中間為鐘樓。天貺殿建在中軸線偏后點(diǎn)，面闊九間，重檐廡殿頂，等級(jí)最高；后寢宮面闊五間，單檐歇山頂，低一個(gè)等級(jí)；配天門(mén)、仁安門(mén)面闊五間，單檐歇山頂，為門(mén)的形式，又低一個(gè)等級(jí)[2]。

（2）岱廟的給排水

岱廟城墻的墻體下寬上窄，這樣的建筑結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固，增強(qiáng)了抗震能力，城墻的四個(gè)角上，設(shè)計(jì)了四個(gè)角樓，按八卦各隨其方而名：東北為艮，東南為巽，西北為乾，西南為坤。南面為正陽(yáng)門(mén)，北面為厚載門(mén)。門(mén)樓、角樓的排水方式與天貺殿的排水方式有大同小異之別。城墻的上面有約2米的通道，通道的地面外高內(nèi)略低，每隔一定距離就有長(zhǎng)約0.5米的石槽鑲嵌在墻內(nèi)，而石槽的排水口探出墻約0.2米，石槽下面的磚墻內(nèi)縮一定尺寸，石槽排除的雨水直落地面，以防“尿墻”。如果遇大雨，則城墻的人行通道就成了最大的排水溝，讓雨水迅速排到庭院中，這也是利用了“斜面原理”。古人的設(shè)計(jì)，通盤(pán)考慮了小雨和暴雨的不同排水方式，設(shè)計(jì)周到細(xì)致，嘆為觀止。整座岱廟，位于泰山腳下，地勢(shì)自然北高南低，古代設(shè)計(jì)師利用“斜面原理”，充分體現(xiàn)了“水往低處流”這一簡(jiǎn)單的物理學(xué)原理，從北到南在三縱軸線旁修地表的排水明渠，前后庭院有涵洞相連，形成整個(gè)庭院的排水網(wǎng)絡(luò)，主軸線上的明渠寬且深，擔(dān)負(fù)干渠的作用，整個(gè)排水官網(wǎng)無(wú)需暗渠排水。當(dāng)然，院內(nèi)植被也會(huì)吸收一定量的雨水，院內(nèi)方磚的吸水性也是排水的方式之一。相反，紫禁城地勢(shì)相對(duì)平坦，院內(nèi)地下有大量的暗渠排水。這是兩個(gè)建筑群排水方式的最大不同。

3.結(jié)語(yǔ)

縱觀岱廟的歷史，岱廟曾因地震而毀壞，也因戰(zhàn)火而毀壞，但是從未因雨水而沖垮，這就說(shuō)明包括天貺殿在內(nèi)的大大小的古建筑的給排水設(shè)計(jì)方案，既經(jīng)歷了大小雨水的考驗(yàn)，又經(jīng)歷了歷史的檢驗(yàn)，它必將給我們今天的給排水設(shè)計(jì)者提供更多的有價(jià)值設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。如今的岱廟已在整個(gè)院內(nèi)鋪設(shè)了給水管道，直接取自市政供水，給水管管徑120mm。在院內(nèi)同時(shí)鋪設(shè)了污水管道。消防用水設(shè)計(jì)流量為30l/s，取自消防水泵房。為保護(hù)古建筑，特別配備了消防設(shè)施：設(shè)有火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警器系統(tǒng)并連入泰安市遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，室外消火栓17具、各類(lèi)滅火器具186具、手抬機(jī)動(dòng)泵3臺(tái)（型號(hào)JBQ4.6/8）、室外消防水池1座、景觀水池3處、深井2眼，并設(shè)有從正陽(yáng)門(mén)到天貺殿的消防車(chē)道。這樣形成了完整科學(xué)的給水排水管網(wǎng)，防患于未然，永保岱廟平安[3]。

參考文獻(xiàn)：

[1]百科用戶.天貺殿[EB/OL].http：//baike.sougou.com/v228130. htm.

[2]蟲(chóng)小米.岱廟[EB/OL].http：//baike.sougou.com/v8441.htm.

[3]楊旭東.談泰山岱廟給水消防改造[J].山西建筑，2015（9）：131-132.