中国古代建筑的防雷保护外文翻译资料

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中国古代建筑的防雷保护

Jun Hu^#1 , Chen Li^#2

电力系统国家重点实验室，电气工程系，清华大学北京100084，中国

¹hjun@tsinghua.edu.cn，²lichen-315@163.com

摘要：雷电现象长期以来一直是人们关注的焦点。对古代中国人来说，闪电对他们的木结构建筑构成了很大的威胁。这篇文章表明，几百年前，中国古代可能已经采取了一些措施来保护他们的建筑免受雷击。根据现有文献，古建筑中的一些设施起到了避雷针的作用。并介绍了一种神秘的防雷机制的防雷效果。

1. 介绍

雷电现象长期以来一直是人们关注的焦点。它带来了人类最大的进步：在雷击引起的自然火灾之后，火的应用。从那时起，闪电的力量就深深地扎根于我们祖先的头脑中，这可以从无数与闪电有关的神话中找到。

另一方面，闪电会对人类造成重大损害。对古代中国人来说，闪电对他们的木结构建筑构成了更大的威胁。根据史料记载，中国古代许多建筑被闪电摧毁。例如公元843年，扬州乃至整个淮南地区最高的建筑七陵塔被雷击烧毁。这座佛教神殿持续了两个多世纪，自此便消失了。因此，防雷是中国古代建筑师必须考虑的一个重要因素。

1. 中国古代防雷史

早在战国时期(公元前475年至公元前221年)，中国祖先可能意识到闪电是可以避免的。根据盛洪志的“荆州志”记载，当时有“防雷室”，是用巨石做成的。当然，这种密室不能真正起到防雷的作用。它之所以建造，只是因为古人相信石头非常坚固，不能被闪电劈裂。中国古代并没有把闪电的物理性质具体化。

为了避免雷击，避雷针是最有效的手段。人们普遍认为，第一根避雷针是本杰明bull;富兰克林在1760年安装的。然而，一些历史记录表明，类似的防雷装置在中国早在富兰克林的开创性之前就已经出现了。

避雷针必须有三个特点：第一，它的目的必须是防雷；第二，它的顶部必须是金属尖端；第三，金属尖端必须连接到地面。有证据表明，在一些中国古代建筑中确实存在这样的物体[1]。

“左传”是一本古老的史书，它告诉我们，在中国古代，人们点燃的火被称为“火”，而上帝点燃的火则被称为“灾难”。上帝点燃的“灾难”就是我们现在所说的闪电。中国文学中有许多“灾难”的记载，例如“汉书”中有几十个这样的记载，如汉文帝第二年(公元前178年)“魏阳宫遭灾祸”，“柏梁台”是在太初第一年(公元前104年)遭受“灾祸”冲击而形成的。当柏梁台重建时，巫师南志向汉武帝提出，在屋顶上安装“猫头鹰尾”可以防止“灾难”。庞元英在宋代的“文昌志”(约公元1000年)中曾讨论过这一点，可以这么说：猫头鹰尾巴是一种生活在东海的龙，喷水可以带来雨水。它以猫头鹰般的尾巴命名。柏梁台被“灾难”摧毁后，一位巫师提出了将猫头鹰尾雕像放在屋顶上的方法。在屋顶上安装雕像的传统被保留了下来。图1是屋顶上的“猫头鹰尾巴”雕像。从轮廓上看，这种雕像类似于屋顶上的突出物，在一定程度上可以吸引闪电。然而，安装与地面没有关系，这使得它不是一个完整的避雷针。

图1 屋顶上有一尊猫头鹰尾巴雕像

除了猫头鹰尾巴外，中国古代许多建筑的屋顶上还有其他动物形状的瓷砖饰物，屋顶上的一些装饰品如图2所示。

图2 屋顶上的一系列装饰物

在这些装饰品中，有一种“嘴兽”，头朝上，舌头伸出来。一般来说，这些动物的舌头有金属涂层。尽管这些“嘴兽”的形状不同，但它们的共同点是一个指向天空的金属尖端，如图3所示。尽管当时人们不知道其真正的科学依据，但很明显，这种装置与尖端放电有关，可以吸引闪电来保护建筑物。更重要的是，在一些建筑物中，金属尖端是用金属细电线与地面相连的。因此，这种装置可以作为避雷针。

图3 “嘴兽”的舌头指向天空

在中国历史上，除了这类屋顶上的装饰外，还有几个关于不同防雷装置的记录。

唐代，武则天皇后(公元624年至公元705年)在五台山修建铁塔，以镇压日本僧人恩宁在游记中所记载的“五百恶龙”。公元840年开城第五年，他到五台山学习佛法。在后来的旅行中，他多次提到由于“恶龙”，五台山有很多闪电。“五台山中心，五百条恶龙躲在这里呼吸风暴。一年四季，雷雨和冰雹永不停息。”

在山顶上，他看到了武则天皇后建造的镇龙铁塔。他说：“山顶上有三座铁塔。一个像巨大的铃铛，腰相当于四个人拥抱在一起。中塔有四个角，高十尺（中国人的脚）。南面的那个是圆的，有八尺高。他们是武则天皇后为镇压这座山而建造的。”

“灭龙”怎么能和“防雷”联系起来呢？根据中国古代的观点，雷声跟随龙，这意味着雷鸣(或闪电)与龙是分不开的。为了避免建筑物被闪电摧毁，必须采取措施镇压龙。因此，五台山上的铁塔，在现代看来，可视为避雷针。

明朝成立后，朱元璋皇帝曾派大臣到北京摧毁前王朝的宫殿。其中一个仆人把他的个人经历记录在一本书里。在他的书中，他描述了朱元璋皇帝在万寿山广汉宫旁边建造的“龙顶铁棒”：“上面有几根齐高的铁棒，上面有三个金葫芦，铁链系在上面。这是朱元璋皇帝为了压制龙池而建立的。”

朱元璋皇帝的统治从1190年到1209年，每年夏天，他到寿山去享受那里的凉爽的天气。由于夏季雷电频繁，特别是当皇帝在广汉宫时，应考虑防雷。铁棒顶部的金葫芦呈尖头状，铁棒与顶端和地面相连。因此，这种“龙压杆”可被视为原始避雷针。

虽然这些“避雷针”似乎是没有目的，或者只是中国古代的经验性装置，但也有文献表明，古代中国人可能知道避雷针的内在机制。

17世纪，葡萄牙耶稣会传教士Gabriel de Magalhatilde;es来到中国。在他的“中华帝国的新历史”一书中，可以看到一些建筑物的装置接近现代避雷针。并解释了安装它们的原因。“hellip;hellip;宫殿的屋顶是由巨大的动物hellip;装饰的。这些巨型动物的舌头指向天空，它是由金属棒组成的，金属棒穿透动物的腹部，并一直延伸到地面。当闪电击中宫殿时，它会被金属舌引到地面，然后消散。这样，人和建筑物就都受到了保护”。

Magalhatilde;es在中国生活了30多年，他的记录不仅重要，而且可信。因此，毫无疑问，闪电是可以进行传导和消除的，这是那时候中国人的知识。在当时，可以说，避雷针的概念在中国出现得比富兰克林早。

上述所有“防雷设施”仅存于史料中，现已不可见。这些雕像或铁塔的消失可能是因为后来的建筑师不知道它们的真正效果。但是，今天还存在着一座具有更成熟防雷设施的中国建筑[2]。

西石塔建于唐代开元时期(公元713年-公元741年)，重建于宋代春游时期(公元1241年至公元1252年)。塔高39米，采用砌体结构，如图4所示。

图4. 西塔

和其他宝塔一样，西塔中间有一个铁支柱，西塔上的所有装饰都是在支柱上建造的。为了固定西塔，几条铁链被绑在屋顶的拐角上。

值得注意的是，西石塔的八根铁链并不在屋顶上，而是一直延伸到地面。因此，形成了几根接地线。如果闪电击中了宝塔，那么巨大的雷电流就会传到地面，从而保护了塔。由于这种独特的设计，这座宝塔很可能保存了几百年。

1. 关于中国古代防雷机制的一个争议观点

在中国，许多古建筑几千年来几乎从来没有被雷击过。这些建筑物没有任何防雷装置，甚至上面提到的古老设施。防雷机理一直是研究人员争论的话题。

一个典型的例子是山西应县的一座木塔。宝塔建于公元1056年，始建于公元1195年。它是中国最古老的木结构展馆式建筑.几千年来，宝塔仍然完好无损，如图5所示。

最令人惊讶的是，这座宝塔在历史上，它从来没有被闪电阻挡过。然而，根据现代闪电理论，该地区平均年雷电日数约为40天，宝塔的雷击次数将超过200次。一些研究人员认为，这座建筑可能是受到隔热性能的保护[3-5]。

图5.应县的木塔

宝塔由基础、主体和屋顶三部分组成。宝塔的地基是用砖块、灰浆、木材和夯土等材料建造的。这些材料具有良好的绝缘性能。这个地区的土壤电阻率也很高。此外，该地基具有优良的防水、防震性能，避免了水的渗透和绝缘性能的退化。因此，整个地基是一个绝缘体。同样，主体是由绝缘材料制成的。此外，各层的檐从主体延伸。类似于现代绝缘子串，这种结构可以防止木墙被雨水淋湿。从而保证了主体的绝缘性能。至于屋顶，用金属材料建造尖塔，但是尖塔和地面没有任何关系。总的来说，宝塔具有良好的绝缘性能，相信这使它免受雷击。

然而，这种关于的绝缘防雷的观点，仍然是一个假设。许多人质疑这种观点的合理性[6].一个主要的反驳是，绝缘性能不能改变这样有一个事实，即高层建筑比地面更容易吸引闪电。许多结构和材料相似的木结构建筑遭到了雷击，如上面提到的七灵塔。因此，为什么应县塔从未遭雷击，至今仍是个谜。

1. 结语

介绍了中国古代几种可能的防雷设施。从这些史料中可以看出，几个世纪前，中国古人曾刻意或无意地努力避免雷电的破坏。虽然古代中国人不太懂防雷原理，可能只是为了迷信而建造这些设施，但事实证明，他们是用自己的经验和智慧与闪电作斗争的。

参考文献

[1] Dai Nianzu, Ed., History of Science and Technology in China: Physics Volume. Beijing, China: Science Press, 2001.

[2] Guan Xiangshi, “Lightning Disasters and Development of Lightning Protection Technology,” China Meteorology News, November 9 th ,2006.

[3] Ding Shizhang, Wu Shouhuang and Zhang Yinrong, “Discussion on Lightning Protection Mechanism of Yingxian Wooden Pagoda,”Journal of Xirsquo;an Jiaotong University, vol. 22, no. 6, pp. 111-113.December 1988.

[4] Ding Shizhang, Zhang Yinrong and Han Xu, “An Initial Study on the Lightning Mechanism of Some Ancient Pagodas in China,” Journal of Shanxi University (Nat. Sci. Ed.), vol. 12, no. 2, pp. 238-239, 1989.

[5] Ding Shizhang, Wu Shouhuang , Zhang Yinrong and Han Xu,“Lightning Protection Mechanism of Yingxian Wooden Pagoda,”Studies in the History of Nature Sciences, vol. 9, no. 2, pp. 139-144.1990.

[6] Gao Ce, “On Lightning Protection Mechanism of Yingxian Wooden Pagoda: Discussion with Ding Shizhang, etc,” Studies in the History of Nature Sciences, vol. 11, no. 4, pp. 333-337. 1992.

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