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说到中国古建筑的避雷设施，就不可避免地要谈到世界上近代的避雷针。近代世界上最早的避雷针是美国人富兰克林于1760年在费城装配的。富兰克林在1747年至1765年期间反复做了大量科学实验，对莱顿瓶的功效和放电现象进行了深入的观察和分析，并由此转到对天空雷电的研究。他为了弄清雷电现象，在1752年6月的一个雷电交加的日子里做了电风筝实验，这就是著名的“费城实验”。他把一只装有尖导体的风筝放入天空，风筝的索引线挂在莱顿瓶充电的铁丝上面。雨水打湿了索引线，云层中的电沿着它传进了莱顿瓶。等雨停后，富兰克林拆下莱顿瓶，然后按照通常使莱顿瓶放电的方法使它放电，结果莱顿瓶果真放电了，跟用摩擦电机充电的莱顿瓶放电的情形一样。这样就证实了云层中的电和摩擦电有同一种性质。1750年7月富兰克林提出了避雷针的设想。他建议将一根上端尖锐的铁杆涂上一层防锈物，安装在房屋的最高处，沿着房屋的墙壁直通地里，或安装在船桅杆顶端，沿着桅杆向下直至将其尾部抛入水中。这样，当摩擦带电的云层在安装了接地尖导体的屋顶或桅杆上面飘过时，尖导体可以把带电云层上的电荷释放出来。因此，富兰克林说，“尖导体”对于人类“有些用处”。当时人们很快接受了富兰克林的建议，于是在欧、美洲特别是在英、法两国安装避雷针蔚然成风。 中国古建筑的避雷设施有的与世界上近代的避雷针有些相似之处，是世界上近代的避雷针的原型；有的却有着明显的自己民族的文化传统和科学风格。 绝缘避雷 我国古代人们从雷电对物质作用时所表现出的导电效果中，已初步获得了一些有关导体和绝缘体的感性认识。人们从对落雷现场的观察中了解到雷电可通过金属，而不能够通过草木漆器，并且雷火遇到水不仅不灭，反而更加猛烈。例如，他们从落雷现场中看到雷火烧裂了寺庙屋顶上的铁刹，熔化了佛象脸上的金粉涂面，而干燥的木制窗户在雷火中保持原样，漆器也没有烧焦。钢质宝刀在皮刀鞘中熔为液体；而皮刀鞘原封未动；大树虽为木质，但由于在雨中打湿了，雷火也把大树撕裂了几处。人们从这些事实中领悟到在修楼建塔时，只要用雷电不能通过的材料，并使地基也难于导电，这样的建筑是不容易遭雷击的。 例如，山西省雁北地区应县县城西北部的佛宫寺内有一座建于辽代的木塔，就是基于这种“绝缘避雷”机制建成的，历时千年而未毁。此塔公元1056年建成，总高67.31米，是我国最高的木结构建筑，也是应县的最高建筑。塔周围是黄土层，县城底下千米深处，不见矿也不见水，全是黄土层，土质干燥，同时土层愈深愈硬。整个雁北地区长年湿度较低，并且整个应县至今未发现重要矿藏，地下也无低电阻层。这种长年湿度较低，土质干燥的高电阻特性，保证了木塔塔基有较好的绝缘性能。古代人们在建塔时索性使塔基更干燥，塔身更绝缘(当然古代人们还没有明确的绝缘概念)，以便使塔基、塔身形成一个绝缘整体。因此，在垒塔基时，做到塔基有很好的封闭性，不让浅层少量地下水浸入塔基，并借鉴我国北方建房时素采用于打垒的经验，在塔基里面夯土，使夯土层里面长年保持干燥。在构筑塔身时，整个构架全部为木结构，除底层及塔刹处有部分塔砖外，全部为木料。除塔刹外．也没有其他金属物(包括铁钉等)。塔身外形具有很好的防雨效果，保证本质构件长年干燥，各层塔檐伸出7米或更多一些，两层间高度差为8.8米左右，雨雪天气不会将侧面打湿。塔檐与水平线的夹角约为21°到22°，与现代绝缘子中裙的结构相似，仅是塔檐尺寸上小下大而已。由于塔基塔身材料具有一定的电气绝缘性能，同时又不容易因雨水或地下水而破坏，绝缘避雷就不成其问题了。 “镇龙”与避雷 从我国传统的五行、八卦学说解释，八卦中“震”卦为“雷”。八卦与方位相结合时，则有“南离、北坎、东震、西兑”的规定，又有“南属东雀、北属玄武(龟蛇)、东属青龙、西属白虎”的说法，认为“雷从龙”，这样，我国古代人们就把“雷”与“龙”联系起来。为了避免建筑物被雷击，就必须建造避雷设施，就要安装“镇龙”设施。我国古建筑上有许多称为“镇龙”的设施实为避雷装置。 这些“镇龙”装置与近代的避雷针的避雷原理相同。我国一些古塔的尖端常徐一层有色金属膜，采用容易导电的材料与直通到地下的塔心柱相连，柱下端又与贮藏金属的“龙窟”相连。还有许多古建筑物的屋顶有着一种叫做龙的装饰物，它的头仰向天空，张着嘴，向上伸出的舌头是一根尖端的金属芯子，另一端和埋藏在地下的金属相连，能让雷电跑到地底下去而不损坏建筑物。另外，在许多古塔与宫殿上设置“鸱尾”，在屋顶上设置动物状的瓦饰，在高大殿宇里常设有所谓“雷公柱”之类的避雷柱。这些设施都与大地相通，形成了良好的导电通道。 在古建筑上装置尖端金属物使其具有避雷功能的史实很多，我们再举两三例。湖北随州厉山会馆的龙凤日月旗杆有避雷作用，会馆从来没有遭雷击。公元1190年至1209年金章宗在位时，他每年4月到8月上万寿山顶去避暑。为了山顶的建筑具有避雷效果，他在万寿山绝顶广寒殿旁设置几丈高的铁杆，上端安装尖的金葫芦，用铁链系好，并通过铁杆与大地相通，以便达到“镇龙”防雷的目的。武则天为了同样的目的，也曾在五台山的台顶建了镇龙铁塔，其中中台台顶南面有三座铁塔，其北面一塔形状象覆钟，周长四抱多点；中间一塔四角状，1丈多高；南边的一塔呈圆形，8尺多高。 “雷火炼殿”与防雷 所谓“雷火炼殿”是指这样一种情景。过去，每当雷雨交加时，武当山主峰天柱峰绝顶上的金殿周围雷声震天，电闪撕地，无数盆大的火球在金殿周围来回滚动，雨过天睛后，大殿金光灿烂，象被洗过一样，道士们认为这是天帝为了保持金殿的圣洁不被污染而进行的天工洗炼，从而使金殿更加完美。 “雷火炼殿”是自然界雷电现象的正常反映，也是我国古代人们独具匠心的结果，一方面有防雷的效果，另一方面又使道教圣地武当山上出现了如此壮观的情景。 武当山地处华中腹地，气候温和，土壤肥沃，雨量适中，南北植物均能在这里生长，数千种植物组成的茫茫林海，郁郁葱葱，终年长青。武当山主峰天柱蜂，海拔1612米，登上天柱峰绝顶，人们仿佛进入了云端。雷雨天，云层与天柱峰绝顶更近，落雷时有发生。在这样一座道教圣地的深山绝顶上建筑大殿，既要表现“雷公雨师”显灵的玄妙色彩，又要使建筑物有防雷效果。1416年秋，我国古代劳动人民在天柱峰绝顶上建筑了金殿。金殿面阔进深均为三间，高5.54米，长4.4米，宽3.15米，不仅规模宏大，而且全为铜铸鎏金。重檐迭脊，翼角飞举，脊饰珍禽异兽，堪称铜铸工艺的奇迹。武当山重峦迭嶂，气候多变，异常混乱的风向使云层之间摩擦频繁而带大量电荷。金殿建在天柱峰绝顶上是一座庞大的导电体。每当大量带电积雨云向金顶运动时，云层与金殿顶部之间形成了巨大的电势差，又因为金殿顶部除脊饰外，曲率都不太大，当电势差达到一定数值时，就会使空气电离，产生电弧，这就是闪电。同时强大电弧使周围空气剧烈膨胀而爆炸，于是电弧发生变形而形成火球，并发出雷鸣，这就出现了“雷火炼殿”的奇观。但是脊饰本身曲率较大，在一定程度上又起到了避雷针的作用，在电势差过大的时候，能使部分电荷放电，不会由于“雷火炼殿”的程序过猛而使金殿受压变形。 金殿历经500多年风雨雷电，至今仍辉煌灿烂。它突出地表现了我国几千年来的优秀文化传统和中华民族特有的科学风姿。 |
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