热点 | 紫禁城古建筑防火的科学之道

　　2019年4月15日傍晚（法国时间），位于法国首都的世界文化遗产巴黎圣母院发生大火。尽管火势虽最终得到了控制，但这座具有800多年历史的大教堂三分之二的屋顶遭到破坏，最具标志性的93米高的哥特式尖塔，在大火中轰然倒塌时，木质框架基本被烧毁，玫瑰窗也在火灾中爆炸。尽管该建筑有可能在未来得到复建，但是其原真性和历史性已很难再次体现。可以认为，巴黎圣母院的的火灾是人类历史文化遗产的重大价值损失，无法用金钱衡量。巴黎圣母院的大火，给全球的文化遗产防火保护敲响了警钟。
　　同样是世界文化遗产，且同样含有大量木质建筑材料的明清紫禁城（今北京故宫博物院）拥有世界上现存规模最大、保存最为完整的木结构古建筑群，含建筑9000余间。这些始建于明朝永乐十八年（1420）的古建筑不仅核心受力骨架的材料以易燃的木材为主，而且其内外檐还绘制有大量的易燃性油饰彩画，建筑防火极其重要。尽管近600年来紫禁城古建筑曾经因为雷击、人为失火或纵火而产生过火灾，但是历代帝王极其重视防火，建筑工匠则在施工中采取了多种科学的防火措施，使得紫禁城古建筑群至今基本完好。下面介绍部分紫禁城古建筑部分典型的科学防火措施。
　　其一，防火墙的使用。如太和殿为紫禁城最为重要的宫殿，其在历史上曾遭受过数次火灾，我们今天看到的太和殿为清康熙三十六年（1697）年所建，工程负责人为梁九。其建造背景为：清康熙十八年（1679）农历十二月初三，六名烧火的太监在紫禁城西北角的御膳房用火不慎，诱发大火。大火从御膳房直接向南串，跨过乾清门广场，然后拐了个弯，从保和殿蔓延到太和殿，使得太和殿被烧毁。十九年后，太和殿开始复建。梁九为避免再次发生别的建筑火势蔓延到太和殿的情况，将太和殿原有的两端木质斜廊改成了砖砌的卡墙，见图1。这样一来，别的建筑发生火灾时，就很难波及到太和殿。太和殿两端的卡墙是我国最早的防火墙。

图1  太和殿西侧的卡墙（红墙）
　　紫禁城中另一种防火墙较为常见，用于硬山屋顶的后檐墙，见图2。这种屋顶类型的建筑在紫禁城古建筑群中的地位非常低，为太监、宫女的值守用房。这种建筑在雍正之前，其前后檐均开设门窗，以便采光及通风。然而由于太监、宫女在建筑内常常生火照明、做饭、取暖时经常诱发火灾，且极易蔓延至附近建筑。基于此，雍正五年（1727）起，雍正下令所有的这种用房的后檐墙一律不得开设门窗，以利于防火。这种规定在紫禁城实施后，逐渐形成了中国古建筑后檐墙的一种施工工艺，称为封护（后）檐。封护檐就是紫禁城常见的一种防火墙。

图2  封后檐墙
　　其二，内金水河的弯弯曲曲的平面布局。紫禁城外有方正形状的筒子河（护城河），其主要目的是为了防御外敌入侵。紫禁城内亦有河流，称为内金水河。尽管内金水河围绕紫禁城周圈布置，但其形状弯弯曲曲，尽量接近部分宫殿建筑，这也属于紫禁城古建筑的防火做法。其目的有二：一是切断火源的蔓延路径，如文渊阁前的内金水河，见图3。文渊阁是乾隆皇帝专贮第一部精抄本《四库全书》的场所，建筑防火意义重大。为彻底切断可能存在的火势蔓延，乾隆下令将文渊阁建在内金水河的北侧，使得南侧建筑一旦着火，则受阻于内金水河。二是利用水源来扑火。紫禁城宫殿建筑众多，而仅有的70多口井不能满足所有建筑的灭火水源需求。因此，内金水河的布局弯弯曲曲形状，尽量靠近部分重要的宫殿建筑，以利于及时有水源进行灭火。如明代文献《酌中志》里面有关于内金水河的这么一段记载：“非为鱼泳在藻以资游赏，亦非故为曲折以耗物料，恐意外回禄之变，此河实可赖”，又举例说：“天启四年(1624)六科廊灾，六年武英殿西油漆作灾，皆得此水之力”。

图3  文渊阁前的内金水河
　　其三，水缸的利用。紫禁城有铜质或铁质的水缸231口，分布在多个宫殿建筑前，如图4所示太和殿前的铜缸。水缸的利用，主要是为了灭火。如前所示，部分宫殿建筑离水井或内金水河的水源较远，一旦发生火灾，需要尽快的取水灭火。为了达到这种要求，紫禁城不少宫殿前中设置铜缸、铁缸，其主要意图就是用来防火。这些大缸平时贮满清水，宫中一旦失火，即可就近取水灭火。因此，它们又被称作“吉祥缸”、“太平缸”。为了防止大缸里的水冬季结冰，每到十月至翌年二月，都要在缸外套上棉套，缸上加盖，气温特别低时，还要在缸下烧炭加温。由此可知，水缸的运用，可以达到及时灭火的取水要求。

图4  太和殿前铜缸
　　其四，材料的替换。为阻挡火源，部分宫殿建筑的木质屋架部分被石材取代。如乾清宫东侧的基化门与龙光门之间、乾清宫西侧的端则门与凤彩门之间（图5），其建筑后檐墙上的梁、柱、枋、斗拱、椽子和望板等木构件全部用石料雕刻而成，且上面亦有彩画，远观建筑表面与其它木质建筑无异。这种用不易燃烧的石材代替木材，且进行了精细化处理，外观与其它建筑差别不大，功能上更有利于减小建筑产生燃烧的可能性。

图5  凤彩门的石质梁架
　　另紫禁城东六宫的灵沼轩，其前生为延禧宫。由于延禧宫在历史上遭受过多次火灾，因此在1908年复建时，隆裕皇太后听从太监小德张的建议，在延禧宫盖一座“不怕火的建筑”，且还能满足皇宫休闲娱乐的需求，并取名为“灵沼轩”。其设想构造为：地下一层、四周建有条石垒砌的水池，计划引金水河水环绕；地上两层，底层四面当中各开一门，四周环以围廊，主楼每层9间，四角各附加1小间，合计39间；殿中为4根盘龙铁柱，顶层面积缩减，为5座铁亭；四面出廊，四角与铁亭相连。重建后的延禧宫是一座水晶琉璃世界，帝后闲暇之时，可徜徉其中，观鱼赏景。然而，由于清政府国力空虚，再加上辛亥革命爆发，因而灵沼轩开工3年后即停工，一直搁置至今，见图6。今天我们看到的灵沼轩就是未完工的状态。尽管灵沼轩至今尚未完工，其建造理念和所用的材料是具有一定科学性的，因为无论采用的钢材还是石材，其着火点都远高于木材，且水源的引进，非常有利于灭火。

图6  灵沼轩照片
　　明清紫禁城古建筑采取的各种防火措施，是它们基本完好至今的重要保障。可以认为，这些古建筑的多数防火措施是合理而又有效的，不仅能作为当下文化遗产保护或修复的参考依据，更能体现出古代工匠的勤劳和智慧。
（作者为故宫博物院研究馆员，原文载于《科技日报》2019年4月19日第8版）