中國古代有避雷針嗎?那麼多的木質建築,為何雷電都“繞著走”?

在廣袤的中國大地上至今仍保留著許多古色古香、多種多樣的傳統建築。有雄偉大氣、莊嚴肅穆的宮殿廟宇,也有青磚小瓦、精巧秀致的江南園林。

而這些古建築多為木結構,所以在儲存上特別需要花心思。基礎的防蟲防蟻防腐之外,預防自然災害更是重中之重。木質結構的房屋尤其需要預防雷暴,不然一個雷劈下來,就能直接引發火災燒沒一棟屋子。

但是,打雷可不分是古代還是現代,古代沒有避雷針,

為何中國歷史上卻少有建築被雷劈的記錄?

在雷電交加的時候,那時候的人們又是透過什麼樣的形式,來預防建築遭受雷擊的“飛來橫禍”呢?

中國古代有避雷針嗎?那麼多的木質建築,為何雷電都“繞著走”?

最初的階段:迷信“五行”、“水克火雷”

雷可以分為直擊雷、感應雷、雷電波侵入和球雷四種。而最容易對古建築造成危害的則正是直擊雷和球雷,因為這二者最喜歡與木頭接觸。直擊雷是

雷電對樹木直接放電形成的,球雷則是能順著木質的縫隙竄到屋子裡引起爆炸。

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對古人而言,雷電的概念在最初更像是五行之物,屬於五行中的“火”元素。比如中國傳統典籍《易經》中的第二十一卦和第五十一卦,就將雷看作是火雷噬嗑卦,屬於刑罰。

所以在古代人們也會從五行之說上對建築進行裝飾,現存的古建築中大多在屋頂上都會有著龍九子之一螭的、雲紋等代表

“水克火雷”

的樣式。當然,再好的寓意也只是在避雷措施之上的“錦上添花”,真正起到預防雷擊作用的還是落到實處的各種建造方式。

宮殿屋舍避雷——鴟吻裝置

現代的避雷針是利用導線與洩流地網來引導雷電流避免雷擊,而其實早在漢朝我國就出現了與避雷針相似原理的設定——雖然說不清科學原理,但是效果槓槓的。

唐代蘇鶚編撰的《蘇氏演義》中就有寫道:漢武帝修造柏梁殿,有官員給他上書說,有種海里的神獸叫做蚩,蚩的尾巴特別擅長玩水,所以在宮殿屋脊上建一個蚩尾就可以闢火災。

宋代彭乘的《墨客揮犀》中也寫道:“唐代及唐代以前,在建築屋脊的兩端安裝蚩尾或鴟尾的現象就已經十分普遍了。”這裡所說的

鴟尾、與前文提到的蚩尾其實就是避雷針在古代的一種變形設計。

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蚩尾通常安裝在屋脊的主脊和垂脊的銜接處,或者正脊的兩側,表面會有一層

金屬塗層

,裡面則埋上

鐵絲或者銅製品

與地面連線,就能起到把雷電流引到地下的作用。

這些裝置的造型也從最開始的魚尾巴變成了後來的、像是張嘴吞掉屋脊的樣子,它們也衍生出“鴟吻”、“吻獸”等名字。

鴟吻的造型千奇百怪,不僅僅是龍子的造型,還可以是龍、鳳、獅子、天馬、海馬、狻猊、狎魚、獬豸、鬥牛和行什,前面還領著一個騎鳳仙人。而無一意外,這些形象都有著避火、興水、防雷的寓意,屬實是美觀和實用兼具了。

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鴟吻裝置的安裝高峰期是在紫禁城建立之後。據《明史》和《明實錄》的史料記載,僅明朝一朝,故宮便經歷了不下16次的雷擊起火。而因為火災,在這些宮殿之上也就出現了更多起著預防作用的鴟吻裝置。

除了鴟吻造型之外,工匠們還匠心獨具地將其改造運用在宮殿的寶頂尖端上——避雷裝置藏在寶頂和屋架內,位於最高點可以引導雷電,透過內裡裝置把電流引向地面,從外觀上看還有著“銜頂明珠”的美好寓意。

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廟宇佛塔避雷——塔剎

鴟吻多用於宮殿房屋的建築之上,而在許多廟宇和佛塔則採取了與蚩尾有著異曲同工之妙的另一種避雷手段——“塔剎消雷”。塔剎通常是指佛塔最頂上、最明顯的一種裝飾品,本身由剎座、剎身、剎頂和剎杆組成,常見的形狀有相輪、寶瓶以及葫蘆型,

材質則大多都是鐵製的

之所以說塔剎與避雷針有“異”,是因為有些塔從塔頂的塔剎到地面,中間都是空的,沒有放置可以導走電流的任何導體。

這類塔剎消雷的原理,似乎僅僅只是依靠雷電擊中金屬製造的塔剎,從而產生較強的電壓電流,與附近空氣的雷電場互相吸引並中和,以實現消雷目的。

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然而大部分塔剎的設計——居中插入塔身的鐵杵,四周的圓環、月牙、寶珠等裝飾設計,再加上數根用以固定的鐵索,這不妥妥就是一個

古代的“接閃杆”

(俗稱避雷針)嘛。

山西朔州應縣的釋迦塔、湖南洞庭湖畔的慈氏塔的避雷措施都運用了這一原理。居中鐵杵充當避雷針,垂下的鐵索就成了接地的下引線,但凡打個雷,雷電都能被鐵索引到大地,最終悄無聲息歸於寂靜。

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百搭百用避雷——雷公柱

說起古代的避雷措施,雷公柱一定是繞不開的主要內容。如果說蚩尾適用於皇家宮殿或大家府邸,塔剎是為佛塔量身定做的話,那

雷公柱可就是“百搭單品”,隨處適用

了。甭管您是亭臺樓閣,還是殿堂廟宇,就是大街上隨便立一牌坊,都能用得上雷公柱。

雷公柱看起來“貌不驚人”——整體短小,通常是設在牌坊的高架上,或者屋脊的多根柱子匯合的主柱上,使用的木材也不是一般的木材,而是楠木、松樹等

導電性比較好的木材

柱子內插了一根金屬針,一頭朝天可以引雷,一頭通地可以導電,像張口吐珠的龍,又因為古人認為施雷布雨是龍王的工作,因此雷公柱又被稱為

“鎮龍”

設施。

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雷公柱應用的建築中最為出名的就是北京天壇的祈年殿了。祈年殿的雷公柱在殿中“C位”——整座大殿上方寶頂的正中間,向上溝通所謂的“天神旨意”,向下傳達天帝與皇帝的對話。說不準在古時看來,雷電會不會損害祈年殿正是天神對人間帝王功績滿意與否的象徵呢。

而雷公柱的威力有多強呢?1987年8月故宮中的景陽宮因為雷電的暴擊起火,整個宮殿燒了整整3個小時,可燃燒中心雷公柱直徑僅損失了1/4,殿內的主要承重構件損傷深度均不足5釐米,最後僅有景陽宮的屋頂受損比較嚴重。

可想而知,雷公柱不僅承擔了防雷的重要作用,也在支撐房屋建築上“功勳卓著”。

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被動消雷——歸於自然

除了從建築本身做文章,機智的古代人也考慮到了直接從雷電的層面來規避。

雷電是如何產生的呢?雲因為冰晶、水滴和空氣對流產生雲中負荷,正反負荷間出現電位差,達到一定程度後的放電現象就是閃電,爆發出的熱量使空氣膨脹而“爆炸”,爆炸聲就是打雷。

如果說雷電現象就像人在發洩情緒的話,那就一定要有載體接住這些情緒。

如果說“雷公柱”等建設方式是人類在

“主動”

減少雷電的傷害,那麼當雷電擊打下來,自然而然地打向樹木、山峰或者巨型岩石這種

突出的物體

,再透過這些載體引入大地,我們可以將其稱之為“

被動消雷

”,抑或“自然消雷”。

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樹木、山峰、岩石有著較強的

導電性

,當遭到雷電擊打時,它們就會產生電暈電流,將承受到的電暈電荷以較平緩的方式進行釋放出。而且因為存在微量元素能方便聚合電荷,所以河床、礦山、沼澤等地質條件也特別受雷電的“喜歡”。不得不說,

優質的生態環境與土壤的地質環境也成了大自然為保護建築主動承擔起的“避雷”責任。

據說五臺山多年來少有雷電襲擊就是因為其絕佳的

生態環境與地理位置

。首先五臺山的大多寺廟都坐落在半山腰的樹木環抱中,後靠高聳入雲的堅實山崖,四周都是高大可提供遮蔽的樹木,而且隨處可見的溪流、水源,高出一大截的樹木和山體,無一不在雷電爆發時搶先建築一步獲得“青睞”,遭受暴擊。

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上文中提到過的應縣釋迦塔之所以很少遭到“雷電暴擊”,除了自身的“鐵製古剎”外,塔四周的環境也功不可沒:塔身下有壘得極高的土層,土壤的電阻率尤其的小,加上附近還有不少蓄水的地方,所以當雷電降下的時候,它們的第一選擇也不再僅僅是“目光短淺”落在建築之上了,電阻率更低的周圍環境幫助木塔避開致命一擊。

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主動消雷——因“材質”制宜

自然環境替建築承擔雷擊壓力屬於建築的被動消雷的話,那在

建築材料上的有意選擇

就屬於主動消雷的一種了。

古代建築大多是木製結構,本身就屬於絕緣不導電的一種。加上大多都修建在夯實過的磚土基地之上,一方面電流能被匯入土壤,一方面又能隔絕土壤水分保持乾燥和絕緣性。

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但是由於木頭淋雨後一定會變潮溼,而潮溼的木頭則會增加導電性,所以智慧的古代人們琢磨出了

新的建築材料

。比如南朝宋的盛弘之就在他的《荊州記》裡寫道,在東漢時期的湖陽縣,漢光武帝劉秀他外公樊重因為母親害怕打雷,就修了個

石屋子

給她住,那個屋子一直到盛弘之的時代都還在。據此我們可以推測出,樊重建造石屋的應該就是防火、絕緣的大理石一類材質。

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此外,到了後來,隨著技術發展,家底稍微顯赫一些的大戶還用上了琉璃瓦、陶瓷、以及特殊的

銅製金屬瓦片

等材料。武當山大名鼎鼎的“雷火煉殿”就是使用了這樣的材質。這也是中國避雷技術的巔峰之作,不僅實現了避雷目的,還帶給了人們難得一見的奇觀。

首先武當山的雲層條件十分適合聚合電荷,形成雷電雲。而其次這座大殿的瓦片以及部分組成結構都是由銅澆築而成,立在武當山頂,如同扣上了一個碩大的金屬蓋子。

同時因為因為金殿頂棚與地面完全隔絕,雷電引導到了瓦片之上卻無處可去,最終只得在金殿屋頂上來回滾動,而銅在火球的映照下金光閃閃,就像雷火在淬鍊這座大殿,也為它打出了“雷火煉殿”這樣的傳奇名聲。

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法國旅行家戴馬·甘蘭曾在他的遊行札記《中國新事》中記述了中國的鴟吻這一避雷裝備,而這篇1688年的記述相較於富蘭克林的避雷針現世早了近70年。

這足以說明,中國古代人民或許還沒有完全弄清楚所謂的“自然原理”,但並不影響勤勞務實的他們從對大自然的觀察與探索中總結經驗,直接將其應用到生活與建築之中。中國的建築魅力,正因為它是務實與美觀的統一。

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4、高策、孟奮基、楊型健:《自然消雷與五臺山古建築避雷》,科學技術與辯證法。 1992,(02)

5、高策、楊型健:風水理論在古建築防雷中的作用,古建園林技術。 1993,(04)

6、丁士章、吳壽鍠、張蔭榕、韓旭:《應縣木塔的避雷機制》,自然科學史研究。 1990,(02)

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9、周乾:紫禁城古建築防雷的傳統方法,工業建築。 2019,49(05)