宋天貺殿及岱廟的給排水物理學原理

朱芃芃

摘 要： 古建筑的給排水方法，蘊含了簡單的物理學原理。通過實地考察，探究其中的原理，達到“古為今用”目的。

關鍵詞： 天貺殿 岱廟 給排水 斜面原理 給排水管網

1.天貺殿簡介

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，雖歷經數朝，但古貌猶存。大殿面闊9間，進深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“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窗。明間和次間內槽頂設藻井，周圍施斗拱，余為方形天花板，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”匾，與此相對的明間大門內上懸乾隆皇帝題“大德曰生”匾。在殿內的東、北、西三面墻壁上繪有巨幅壁畫《泰山神啟蹕回鑾圖》，具有極高的歷史、藝術和美學價值，壁畫高3.3米，長62米，描繪了泰山神出巡的宏偉畫面，回鑾的盛況。這場面正是宋真宗當年封禪泰山的真實寫照，是我國珍貴的歷史文化遺產。大殿殿前露臺高筑，雕欄環繞，云形望柱齊列，玉階曲回，氣象莊嚴，中置明代鐵鑄大香爐和宋代兩大鐵桶；兩側有御碑亭，內立乾隆皇帝謁岱廟詩碑。天貺殿周圍施以環廊，形成一個大院落，把一座重檐廡殿頂的大建筑緊緊地懷抱著，更激起了人們對天貺殿的崇仰。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“中國古代三大宮殿”[1]。

2.天貺殿的給排水

大殿的屋頂采用的是重檐廡殿頂，它是中國古代建筑中等級最高的屋頂形式，有一條正脊和四條垂脊，早期的瓦吸水性很強，很容易造成滲漏；后來瓦的品質得到提升，吸水率降至3%，與瓷器相當，“改進版”的瓦，輔以金屬、琉璃和錫等材料，使中國傳統的屋頂成為“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，保護屋頂的梁、檁免受雨水之害，從而延長了整個大殿的壽命。屋頂前后左右都是一個斜坡，形成四個斜面。四面都采用高屋脊、大坡度的設計，靠近屋脊兩側的坡度超過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動，因此殿后的雨水被拋在殿基的下面，而不會產生“尿墻”現象。在天貺殿的兩側，雨水會落在石臺上，石臺面內高外低，落下的雨水在重力的作用下向外流動，石臺的外緣處固定有石板、石柱雕刻的護欄，而護欄的下面留有矮長的溢流口，使得雨水在重力的作用下加速流到平臺的下面。殿前的雨水，落到大殿前的寬闊的二重臺上，二重臺也是北高南低，雨水在重力的作用下迅速流向平臺的邊緣，從雕刻石爛下的溢流口流到二重臺的下面。由此可以看出，無論是殿頂的排水還是殿下的排水，都充分利用物理學中“斜面”的原理，水在“斜面”上有向下的加速度，利用“水往低處流”這一簡單的物理學原理，使得雨水及時迅速地排走，遠離建筑物，從而保護古建筑，這樣的設計原理，經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造，用較大的石塊砌起了約1.2米高的地基，比后面、側面的墻寬出了約2米，和殿前巨石鋪平的二重臺連在了一起，這樣的設計經受住了殿外特大暴雨形成大積水的考驗，使得天貺殿猶如平地上拔起的堅固堡壘，千年巋然不動。

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

（1）岱廟簡介

岱廟位于山東省泰安市泰山南麓，俗稱“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，體現了漢族作為農業民族文化的特點。壇廟建筑的布局與構建同宮殿建筑一致，建筑體制略有簡化。岱廟創建于漢代，至唐時已殿閣輝煌，在宋真宗大舉封禪時，又大加拓建。岱廟南北長405.7米，東西寬236.7米，呈長方形，總面積96000平方米，其建筑風格采用帝王宮城的式樣，周環1500余米，廟內各類古建筑有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，并稱中國四大古建筑群。岱廟總體布局上按照唐宋以來祠祀建筑中最高標準修建，采用了以三條縱軸線為主，兩條橫軸線為輔，均衡對稱，向縱橫雙方擴展的組群布局形式。岱廟南起舊泰城南門，北至南天門中軸線上。岱廟以其內部建筑排列布局來展示儒家禮制觀念，整個建筑群以一條南北向的縱軸線為中心，均衡地橫向擴展。位于中軸線上的主體建筑有：遙參亭大殿、岱廟坊、正陽門、配天門、仁安門、天貺殿、中寢宮、厚載門。仁安門與天貺殿之間有東西環廊聯系，構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臺上，東環廊的中間為鼓樓，西環廊的中間為鐘樓。天貺殿建在中軸線偏后點，面闊九間，重檐廡殿頂，等級最高；后寢宮面闊五間，單檐歇山頂，低一個等級；配天門、仁安門面闊五間，單檐歇山頂，為門的形式，又低一個等級[2]。

（2）岱廟的給排水

岱廟城墻的墻體下寬上窄，這樣的建筑結構更堅固，增強了抗震能力，城墻的四個角上，設計了四個角樓，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。南面為正陽門，北面為厚載門。門樓、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，通道的地面外高內略低，每隔一定距離就有長約0.5米的石槽鑲嵌在墻內，而石槽的排水口探出墻約0.2米，石槽下面的磚墻內縮一定尺寸，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”。古人的設計，通盤考慮了小雨和暴雨的不同排水方式，設計周到細致，嘆為觀止。整座岱廟，位于泰山腳下，地勢自然北高南低，古代設計師利用“斜面原理”，充分體現了“水往低處流”這一簡單的物理學原理，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，形成整個庭院的排水網絡，主軸線上的明渠寬且深，擔負干渠的作用，整個排水官網無需暗渠排水。當然，院內植被也會吸收一定量的雨水，院內方磚的吸水性也是排水的方式之一。相反，紫禁城地勢相對平坦，院內地下有大量的暗渠排水。這是兩個建筑群排水方式的最大不同。

3.結語

縱觀岱廟的歷史，岱廟曾因地震而毀壞，也因戰火而毀壞，但是從未因雨水而沖垮，這就說明包括天貺殿在內的大大小的古建筑的給排水設計方案，既經歷了大小雨水的考驗，又經歷了歷史的檢驗，它必將給我們今天的給排水設計者提供更多的有價值設計思想和設計方法。如今的岱廟已在整個院內鋪設了給水管道，直接取自市政供水，給水管管徑120mm。在院內同時鋪設了污水管道。消防用水設計流量為30l/s，取自消防水泵房。為保護古建筑，特別配備了消防設施：設有火災自動報警器系統并連入泰安市遠程監控系統，室外消火栓17具、各類滅火器具186具、手抬機動泵3臺（型號JBQ4.6/8）、室外消防水池1座、景觀水池3處、深井2眼，并設有從正陽門到天貺殿的消防車道。這樣形成了完整科學的給水排水管網，防患于未然，永保岱廟平安[3]。

參考文獻：

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

[2]蟲小米.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.