采光、控溫與傳音:故宮生活設施的幾個(gè)考量因
演講人:周乾 演講地點(diǎn):國家圖書(shū)館文津講壇 演講時(shí)間:2020年9月
故宮(紫禁城)是明清皇帝的居所,內設有多種服務(wù)于帝后宮廷生活的建筑措施或設施。本次講座,我們將基于史料與科學(xué)相結合的分析方法,解讀古代宮廷生活設(措)施的科技、文化和歷史內涵。從歷史角度來(lái)看,這些設施在追求設計科學(xué)、造型精美、使用方便的同時(shí),體現了我國古代工匠的卓越智慧和高超技藝,堪稱(chēng)我國優(yōu)秀的建筑文化遺產(chǎn)。
倦勤齋室內的通景畫(huà)資料圖片
光影:倦勤齋的通景畫(huà)
建于清乾隆三十八年(1773年)的倦勤齋位于今故宮珍寶館的北端,為乾隆帝退位后的休閑場(chǎng)所。倦勤齋內部裝飾的最重要特點(diǎn),就是通景畫(huà)在西四間的運用。
通景畫(huà)屬于大型貼落畫(huà),是清乾隆時(shí)期宮廷內盛行的一種室內裝飾繪畫(huà)。通景畫(huà)的主要工藝特點(diǎn)為宮廷畫(huà)師首先在尺寸很大的紙、絹上作畫(huà),然后將其貼滿(mǎn)整個(gè)室內的墻面或頂棚,且整個(gè)墻面(頂棚)表現出同一主題。倦勤齋內的通景畫(huà)由意大利畫(huà)家郎世寧與他的學(xué)生共同完成,由20多張畫(huà)拼接而成,鋪貼面積達170平方米,是世界上現存規模最大的通景畫(huà)。
太陽(yáng)光在宮殿灰色金磚地面產(chǎn)生的反射資料圖片
倦勤齋室內的通景畫(huà)由西墻、北墻、頂棚的通景畫(huà)共同組成。其中,西墻繪制的是斑竹(有紫褐色或淡褐色斑點(diǎn)的竹子)搭設的院墻,院墻后還有蔥郁的樹(shù)林和高聳的遠山;北墻繪制的是斑竹搭設的透空籬笆墻,墻中開(kāi)設月亮門(mén),墻后有宮殿,在藍天白云的映襯下顯得金碧輝煌,宮殿前還有形態(tài)優(yōu)雅的丹頂鶴和翩翩起舞的喜鵲;頂棚繪制的是斑竹架搭設的藤蘿,似乎鋪滿(mǎn)在庭院中,片片綠色的藤蘿葉之間,下垂著(zhù)一串串紫色的藤蘿,且當觀(guān)者站在藤蘿架下時(shí),會(huì )注意到串串紫藤蘿向自己傾斜,呈現出搖搖欲墜的狀態(tài),給人身臨其境之感。以上不同的繪畫(huà)內容均有著(zhù)不同的吉祥寓意,如竹子寓意生命常青,喜鵲寓意喜臨門(mén),紫藤蘿寓意子孫綿綿等。
倦勤齋的通景畫(huà)源于西方的全景畫(huà)。全景畫(huà)是18世紀時(shí)期英國出現的一種繪畫(huà)形式,其主要特點(diǎn)即通過(guò)四周的墻面或整個(gè)頂棚來(lái)展示連續性的場(chǎng)景。當全景畫(huà)用于頂棚時(shí),又被稱(chēng)為天頂畫(huà)。全景畫(huà)的繪制方法為焦點(diǎn)透視法,其畫(huà)法特點(diǎn)為:畫(huà)面上的所有平行線(xiàn)按一定規律消失在畫(huà)面上或畫(huà)面外的某個(gè)特殊位置。在歷史上,西方全景畫(huà)于清中期由傳教士引入中國,與清廷內的貼落畫(huà)相結合,最終形成了中國特色的通景畫(huà),并在乾隆時(shí)期得到了繁榮,其產(chǎn)生的視覺(jué)效果在當時(shí)也具有立體性和震撼性。
另一方面,西方的全景畫(huà)與東方的通景畫(huà)也有著(zhù)明顯的區別:全景畫(huà)的繪畫(huà)主題多與宗教活動(dòng)有關(guān),而通景畫(huà)以中國山水、花鳥(niǎo)風(fēng)景為主題;全景畫(huà)采用陰影投射及明暗對比方法進(jìn)行繪畫(huà),畫(huà)面明暗反差比較強烈,而通景畫(huà)的畫(huà)面多以明亮色為主,其主要原因在于當初乾隆帝認為陰暗的光線(xiàn)會(huì )污損畫(huà)面;全景畫(huà)由畫(huà)師采用西方顏料直接在墻面或頂棚作畫(huà),而通景畫(huà)則是由畫(huà)師采用傳統的礦物顏料首先在絹、紙上畫(huà)好,然后裱糊到墻面或頂棚上。
故宮倦勤齋內的通景畫(huà)裝飾借助于透視理論,將西方透視繪畫(huà)方法摻入中國傳統繪畫(huà)風(fēng)格中,并巧妙地運用于宮廷室內裝飾,產(chǎn)生了一種視像錯覺(jué)的藝術(shù)效果,成為東西方文化交流和融合的一種表現形式。
采光:布局、反宇與材料選擇
建筑采光是紫禁城帝王日常生活的重要保障。紫禁城古建筑有多個(gè)引入室外光源的采光方法,主要表現為建筑坐北朝南的布局、屋檐反宇做法、建筑材料的反光及透光等。
暢音閣大戲臺資料圖片
紫禁城內重要的宮殿均采用坐北朝南的布局形式,這是非常有利于采光的。所謂坐北朝南,即建筑的門(mén)窗均設在建筑的南立面,建筑北立面僅僅設出入通道,大部分區域為墻體。古人認為南方代表光明,古代帝王的寶座坐北朝南,《周易·說(shuō)卦》亦載有萬(wàn)物皆相見(jiàn),南方之卦也的說(shuō)法,說(shuō)明面南的重要性。從地理學(xué)角度而言,我國位于北半球區域,北回歸線(xiàn)穿過(guò)了我國的南部地區。相應的,我國大部分區域處于北溫帶,該區域的日照特點(diǎn)為太陽(yáng)從東偏南的方向升起,而又從西邊方向落下。坐北朝南的建筑布局方式,有利于建筑最大限度地接受光照,因而有利于建筑采光。
屋檐反宇的做法,非常有利于室內采光。紫禁城古建筑屋頂做法一般為挑檐形式,即由屋檐向外挑出柱高的1/3的尺寸。不僅如此,屋檐出挑時(shí),其端部略帶上翹的弧度,在外觀(guān)上產(chǎn)生優(yōu)美弧度的視覺(jué)效果。這種挑檐做法稱(chēng)為反宇。挑檐的反宇做法不僅有著(zhù)天人合一的建筑意境,而且有利于建筑內部采光。若挑檐不做成反宇形式(現代建筑挑檐多為這種做法),則外部光線(xiàn)直接進(jìn)入室內,容易產(chǎn)生眩目之感,且在夏季容易造成室內溫度過(guò)高;而紫禁城古建筑采用反宇的挑檐形式,使得部分照射到屋檐的光受到了阻擋,另有部分直射入室內的光,由地面漫反射作用,再使得建筑內部獲得采光。這種被過(guò)濾后的光線(xiàn)自然、柔和,給人以舒適之感。不僅如此,反宇還有利于紫禁城古建筑的室內夏天不過(guò)于熱、冬天不過(guò)于冷,體現了古人營(yíng)建智慧。
紫禁城古建筑的室內建筑材料有助于采光,其方式主要包括透光和反射光。從透光角度講,紫禁城宮殿建筑的隔扇、檻窗在早期采用高麗紙封護,這種紙經(jīng)油浸泡,不僅具有良好的防風(fēng)、防潮功能,且紙張由綿繭或桑皮制作而成,因而透光性很好。清雍正元年,養心殿后寢宮窗戶(hù)上安裝了玻璃,此后紫禁城內的宮殿建筑門(mén)窗逐漸安裝了玻璃,其有著(zhù)更好的耐久性和透光性,更有利于室內采光。而從反射光角度而言,淺色的墻體有利于室內反光。室內紅色立柱和灰色金磚地面在施工中有涂刷桐油的工序,因而表面均有光澤,可產(chǎn)生良好的反光效果。不僅如此,由于外部光線(xiàn)是由上至下照入室內的,因而建筑內部的下方會(huì )顯示出清晰的、良好視覺(jué)效果的光影,這種光影提供的光照效果柔美,且提供了充足的光照,以利于皇帝或宮廷其他人員開(kāi)展各種活動(dòng)。
納涼:冰的儲存
北京的夏天炎熱,冰塊為紫禁城內帝后消暑納涼的重要物品。相應的,紫禁城內有專(zhuān)門(mén)藏冰的冰窖5座。每座冰窖均為半地下式建筑做法,而地下較厚的泥土層有利于保持冰窖內溫度的恒定;冰窖的墻壁厚達2米,有利于產(chǎn)生隔熱效果;冰窖的頂棚做成起拱的磚券形式,頂棚上的屋頂則做成硬山形式,屋頂與頂棚之間的架空層有利于阻斷外部的熱量通過(guò)屋頂向室內傳遞。上述建筑特點(diǎn)使得置入冰窖內的冰塊始終保持在恒定的溫度范圍內。此外,冰窖的條石地面考慮了排水坡度,坡度最低點(diǎn)位于冰窖墻角,該位置設有排水口,使得冰塊融化后的水通過(guò)排水口流入暗溝,再匯入附近的集水井。
紫禁城內每座冰窖藏冰5000塊,每塊冰的尺寸為0.5米見(jiàn)方。冰塊的采取一般由專(zhuān)人負責。他們會(huì )在冬至時(shí),在紫禁城護城河、北海、金水河、中南海河湖附近劃定一塊區域,倒入干凈的水,待水結冰后,在夜間將冰剔鑿成塊,運送至冰窖。選在夜間采冰,是因為可以避開(kāi)日曬,減小冰塊融化的可能性。第二年的五月一日至七月三十日,皇帝會(huì )下令將冰塊從冰窖運出,分別賞賜給后宮及大臣、太監等人,用于制冷或作為冰鎮飲品的原料。由于冰窖內部的溫度有十幾度,因此不可避免有部分冰塊在五月一日前融化,但古人早已有所準備。如《周禮》載有令斬冰,三其凌,其中三其凌就是儲藏三倍所需要的冰塊的意思。紫禁城的冰窖建筑及藏冰方法,滿(mǎn)足了帝王在炎熱夏天避暑納涼的要求,其建筑技藝亦是古代工匠勤勞和智慧的體現。
冬暖:無(wú)煙囪的火地供暖
明清處于我國的小冰期時(shí)期,即歷史上的第四個(gè)寒冷期階段,冬天非常寒冷,且歷經(jīng)時(shí)間長(cháng),達一百五十余天,室外的最低氣溫可降至零下30攝氏度??墒菍τ谧辖堑幕实鄱?,他們樂(lè )于在紫禁城里過(guò)冬,且有多位皇帝留下了墨寶來(lái)描述紫禁城里冬日室內的溫暖。比如乾隆皇帝弘歷曾寫(xiě)有詩(shī)文《冬夜偶成》,其中載有人苦冬日短,我愛(ài)冬夜長(cháng);道光皇帝旻寧撰寫(xiě)的《養正書(shū)屋全集》,其中載有形參鳥(niǎo)道層層接,理悟羊腸面面通。薦以文茵饒雅趣,一堂暖氣著(zhù)簾櫳。在這里,鳥(niǎo)道羊腸即為地下供暖的通道。以上說(shuō)明,紫禁城的宮殿里有供暖系統,使得帝王及其家眷在冬日里感到非常的溫暖舒適。
周乾故宮博物院研究館員,故宮古建專(zhuān)家
曾獲華夏建設科學(xué)技術(shù)獎一等獎。主持省部級以上課題數十項,發(fā)表學(xué)術(shù)論文、文章200余篇,出版著(zhù)作9種。
實(shí)際上,紫禁城的供暖系統位于地面之下,稱(chēng)為火地。這種地下供暖系統與現代社會(huì )的水地暖、電地暖或暖氣片供暖有著(zhù)異曲同工之處。其供暖原理為:在檻窗(矮墻上的窗戶(hù))外側有操作口,檻窗的里側有火爐,二者深度均為地面以下1米左右。宮廷服務(wù)人員站在操作口內燒火,火爐產(chǎn)生的熱量蔓延至地下預設的四通八達的通道,加熱地面磚,再由地面磚把熱量散發(fā)到室內,使得室內溫度升高,達到了供暖的需求。
操作口位于室外,不僅不影響室內人員的生活,而且服務(wù)人員還可隔著(zhù)玻璃觀(guān)察室內的供暖效果,以便及時(shí)增減炭火。室外操作口在冬天以外的季節不使用時(shí),通常蓋上一個(gè)蓋板,以防止小動(dòng)物鉆入。對于火爐產(chǎn)生的熱量(夾雜少量煙霧),其在地下擴散后,仍從地下的專(zhuān)門(mén)小口中排出,該出煙口位于室外臺明階條石的下部。出煙口也用了銅錢(qián)紋的鏤空磚雕堵塞,即美觀(guān),又實(shí)用,還能防止小動(dòng)物鉆入。這種做法,成為紫禁城的冬天燒炭取暖,但不見(jiàn)一個(gè)煙囪的原因,反映了古代工匠的智慧。需要說(shuō)明的是,紫禁城里也是有煙囪的,坤寧宮西北角就有一個(gè)煙囪,不過(guò)這是清代故宮進(jìn)行薩滿(mǎn)教祭祀活動(dòng)時(shí)煮豬肉排煙的通道,無(wú)關(guān)冬季取暖。
火地在地下的熱量擴散通道稱(chēng)為蜈蚣道。之所以用該名稱(chēng),是因為整個(gè)火地的排煙系統猶如一只多足蜈蚣:爐腔產(chǎn)生的熱量,沿著(zhù)由外向內的主煙道傳遞;主煙道兩側又伸出很多分支,稱(chēng)為支煙道,使得熱量又沿著(zhù)支煙道向兩側傳遞;最終由支煙道端部的通道(與主煙道平行)排出至出煙口。為保證熱量充分向室內傳遞,各個(gè)煙道做成坡道形狀,其中近檻窗處的坡道地面標高最低,越往里則標高逐漸增高,以符合熱量向上傳遞的原理。當熱量經(jīng)過(guò)在地下的全面擴散后,出煙口時(shí)已經(jīng)非常少了,整個(gè)過(guò)程就是對地面的加熱過(guò)程?;鸬責嵩此璧奶繛榧t籮炭,產(chǎn)于河北易縣等地,由硬木燒制而成,其特點(diǎn)為氣暖而耐久,灰白而不爆(見(jiàn)明代宦官劉若愚所著(zhù)《明宮史》卷二),且炭灰可用于皇帝恭桶的污穢襯墊用。
傳音:地井與藻井的運用
賞戲為明清帝王主要娛樂(lè )休閑活動(dòng)之一。紫禁城內共有十余個(gè)戲臺,而位于寧壽宮花園內的暢音閣則是紫禁城內最大的戲臺。暢音閣共有三層,從下往上分別稱(chēng)為壽臺、祿臺和福臺,每層戲臺面積約為200平方米,三層戲臺共可納千名演員同時(shí)表演。
戲劇演員表演時(shí),大臣及后妃們坐在暢音閣東西兩側的長(cháng)廊內,皇帝則坐在暢音閣對面的閱視樓內觀(guān)看。由于閱視樓與暢音閣之間有數十米長(cháng)的間隔,那么演員表演時(shí)發(fā)出的聲音,以及樂(lè )器伴奏的聲音如何清晰地傳到皇帝的耳朵里呢?這主要依賴(lài)于暢音閣的古代音響系統。該系統由暢音閣地下室的地井、一層頂棚正中的藻井,以及閉合的庭院空間組成。
暢音閣一層壽臺的地板之下設有地下室,內有空井4個(gè)和水井1個(gè)。它們布置在這里,可產(chǎn)生共鳴效果。共鳴的物理學(xué)原理在于,任何物體都有一個(gè)固有的振動(dòng)頻率,當外來(lái)振動(dòng)的頻率與物體固有頻率相同時(shí),可形成強度很大的激勵作用,使得物體產(chǎn)生幅度很大的振動(dòng)。對于暢音閣而言,當臺上的演員或樂(lè )器發(fā)出聲音時(shí),若聲音的頻率與空井振動(dòng)的頻率合拍,則聲音就會(huì )被放大傳出去。4個(gè)空井有4個(gè)固有頻率,與演員或樂(lè )器產(chǎn)生合拍的概率很大,從而產(chǎn)生擴音效果,猶如戲臺的音響。
其實(shí)早在戰國時(shí)期,利用地下空井產(chǎn)生擴音的方法就在軍事上得到了運用。如《墨子·備穴》載:令陶者為罌,容四十斗以上,固順之以薄革,置井中,使聰耳者伏罌而聽(tīng)之。說(shuō)的是命令工匠制作容量為四十斗以上的陶罐,罐頂蒙皮,然后放入井內;當敵人挖隧道時(shí),傳過(guò)來(lái)的聲音可在罐頂放大,因而能被偵探到。
設置水井的功用,主要是借助其產(chǎn)生混響效果。所謂混響,類(lèi)似于回聲,即聲波發(fā)出后遇到障礙時(shí)會(huì )產(chǎn)生反射;當聲源停止后,若干個(gè)反射聲波混合在一起持續一段時(shí)間,即產(chǎn)生混響效果?;祉憣τ诼曇舻男Ч兄?zhù)重要意義,如果沒(méi)有混響,那么人聽(tīng)到的聲音就會(huì )聽(tīng)起來(lái)比較干澀。另外,不同的場(chǎng)合,混響的最佳時(shí)間并不相同。水井的水位高低不同,可產(chǎn)生不同的聲波反射及混響效果,通過(guò)調節,能夠使得在故宮看戲的帝王后妃獲得最佳聽(tīng)覺(jué)感受。
暢音閣一層頂棚正中有藻井。藻井向上凹進(jìn),外觀(guān)猶如一個(gè)大喇叭。站在舞臺上的演員發(fā)出的聲音,傳到藻井位置,會(huì )形成匯聚,再集中反射出去。反射的聲音一方面得到了放大,猶如喇叭的擴音功能一樣;另一方面反射的聲音與演員的源聲進(jìn)行混合,同樣能產(chǎn)生混響效果。這也是位于閱視樓內的皇帝能清晰聽(tīng)到戲曲聲的重要原因。
此外,暢音閣與兩側長(cháng)廊、閱視樓形成幾乎封閉的圍合空間,使得戲臺上的聲音始終在圍合區域內傳播與反射,而磨磚對縫的墻體和光亮的琉璃瓦又減少了聲音的吸收,以上有利于皇帝獲得清晰的聲音效果。
浴德:故宮保存的元代建筑
紫禁城里的古建筑一般以木結構為主,其建筑造型極具東方韻味。然而,在武英殿的西側,有一座奇特的建筑,其由磚砌筑而成,且無(wú)論是內飾還是外觀(guān),均表現出濃郁的阿拉伯風(fēng)情:圓拱形四面相交的室內墻體,圓拱形的屋頂,上帶圓拱形的玻璃罩。這是紫禁城里極為少見(jiàn)的元代建筑,且表現出阿拉伯建筑風(fēng)格。該建筑的名稱(chēng)為浴德堂。那紫禁城里面為什么會(huì )有一座元代的西方建筑呢?據史料記載,波斯建筑師亦黑迭兒丁曾與光祿大夫劉秉忠等負責建造元大都,并參與元朝宮殿的建設,建造了諸多的阿拉伯風(fēng)格建筑。紫禁城建立在元皇宮的基礎上,而明成祖朱棣由南京遷都至北京前,下令蕭洵拆除元代皇宮,并安排專(zhuān)人在元代皇宮遺址上建造紫禁城。而蕭洵在拆除元代皇宮時(shí),將浴德堂保留下來(lái)了。
蕭洵所著(zhù)《元故宮遺錄》載有臺東百步有觀(guān)星臺,……臺西為內浴室,有小殿在前,可說(shuō)明浴德堂是一座浴室。浴室內平面為正方形形狀,邊長(cháng)約為4米,墻上貼有白色瓷磚,方磚鋪墁地面。建筑內部造型的主要特點(diǎn)為四面墻壁在3.1米高度時(shí)開(kāi)始往上起拱,使得屋頂內部呈穹隆狀。由于建筑內部沒(méi)有使用一根梁,因而浴德堂又俗稱(chēng)為無(wú)梁殿。整個(gè)浴室的重量完全由四面墻體承擔,使得室內的空間自由得以充分發(fā)揮。另外穹頂的上方,有高約1米的帶天窗玻璃圓頂,以利于采光。
關(guān)于浴德堂在明清時(shí)期的用途,有很多說(shuō)法,其主要用途之一仍為帝王浴室。為滿(mǎn)足皇帝的沐浴需求,浴德堂對供水、采光、恒溫等方面都有所考慮。沐浴需要熱水,熱水的水源來(lái)自浴德堂西墻外的水井。服務(wù)人員從水井中取水,并通過(guò)穿墻而過(guò)的高架石槽,將井水引入浴德堂北部的灶房?jì)?。灶房的南墻與浴德堂的北墻為同一堵墻,且在墻高1米處開(kāi)設洞口,埋設銅管。灶房?jì)扔写箦佉豢?,服?wù)人員將引入的井水加熱,再用勺子舀出,使之從銅管流入浴德堂內,這樣的話(huà),皇帝就獲得了沐浴用的熱水。采光方面,浴德堂的光線(xiàn)主要通過(guò)屋頂的玻璃穿入,建筑內部四面墻體均為白色瓷磚墻,僅在南面設置曲尺形出入口。這種建筑設計形式不僅保護了帝王的隱私,而且對室內采光有利。盡管光線(xiàn)僅從頂部射入,但是白色的瓷磚有很強的光反射性能,因而室內采光是非常充分的。需要說(shuō)明的是,元朝崇尚白色,如《元史·百官志》載有窯廠(chǎng),大都四窯廠(chǎng)領(lǐng)匠夫三百余戶(hù),營(yíng)造素白琉璃瓦。恒溫方面,浴德堂各面墻壁厚度均達1米,足以保持室內溫度恒定;浴德堂曲尺形的出入口,使得外部的風(fēng)邪很難直接侵入;頂部的玻璃罩還包括側面天窗,既滿(mǎn)足換氣需求,又幾乎不影響室內的溫度變化。此外,研究人員經(jīng)過(guò)勘察發(fā)現,浴室地板下還有鐵板,鐵板下有火地系統,冬天有專(zhuān)人在室外生火,加熱鐵板(地板),保持了室內的溫暖。
從滿(mǎn)足帝王后妃日常生活角度來(lái)看,紫禁城宮殿建筑的上述各種生活設施集科學(xué)性、簡(jiǎn)潔性、高效性等多種優(yōu)點(diǎn)于一體,是我國古代優(yōu)秀的建筑科技、文化和藝術(shù)的反映。
《光明日報》( 2020年10月31日10版)
來(lái)源: 光明網(wǎng)-《光明日報》