六百年屹立不倒,故宮是如何做到的?

科普中國-科普融合創(chuàng)作與傳播 2021-05-10

  出品:科普中國

  制作:之遙科普

  監(jiān)制:中國科學院計算機網(wǎng)絡信息中心

  故宮建成于1420年,至今已有600多年的歷史,見證了明、清兩朝,以及中華民國的興衰往事。尋常房屋,使用壽命往往只有50年到80年。故宮是如何做好防災工作,在經(jīng)歷這么長時間的風風雨雨后,依然屹立至今的呢?

  故宮的防災需求,主要集中在防火、防雷、防震三塊。

  故宮博物院

 ?。▓D片來源:故宮博物院官方網(wǎng)站)

  古人智慧:封建王朝也有滅火噴水槍

  故宮是以木質(zhì)為主的建筑,最主要的防災需求是防火。故宮從建成至北平解放,共遭遇了60多次火災。封建王朝時期,火災的主要原因是雷擊起火,以及燃放爆竹起火。歷史上,故宮遭遇了五次特別大的火災:

  1420年故宮建成,次年(明永樂十九年)故宮就因為雷擊發(fā)生大火,奉天殿、華蓋殿、謹身殿全部在大火中被燒毀。

  1557年(明嘉靖三十六年),故宮再次慘遭雷擊,除了三大殿之外,奉天門、文武樓、午門等建筑也全部葬身火海。

  1597年(明萬歷二十五年),紫禁城發(fā)生大火,太和殿、中和殿、保和殿以及乾清宮、交泰殿、坤寧宮全部被燒。這次火災發(fā)生的原因不詳,歷史學家推測是宮女太監(jiān)偷竊宮內(nèi)財物后故意縱火,以便脫罪。

  1644年(明崇禎十七年),李自成攻陷北京后,在撤離故宮前用一把大火焚毀了武英殿、建極殿、英華殿、南熏殿、四周角樓和皇極門以外的全部建筑物。

  1923年(中華民國時期),建福宮因太監(jiān)用電操作失誤,漏電導致大火。但據(jù)推測,這場大火也可能是因為太監(jiān)想要偷盜故宮內(nèi)珍寶,故意所為。

  統(tǒng)計故宮歷次火災,我們可以發(fā)現(xiàn),清朝時期發(fā)生的大型火災數(shù)量顯著高于明朝。這是因為清朝統(tǒng)治者加強了故宮的防火防災工作,對故宮進行了更好的保護。

  清朝入關以后,從康熙皇帝開始,就在故宮內(nèi)設置了二百多人的防火班。防火班的傳統(tǒng)工作方式可以概括為十二字口訣:“冬鑿冰、夏注水、春除草、秋清葉”。這十二字口訣可謂字字珠璣,沿用至今。

  冬鑿冰,是指將故宮中金水河上的冰面破開,以免冬日需要用水滅火,卻無水可取。

  夏注水,是往故宮308口鐵、銅、鎏金銅大缸里儲水。相信去故宮游玩過的讀者都見過故宮內(nèi)的一口口大缸。如果火災發(fā)生,消防班能第一時間調(diào)用這些大缸內(nèi)的水源,用于滅火工作?,F(xiàn)如今,故宮內(nèi)有了更為先進的消防系統(tǒng),為了保護游客的安全,這些缸內(nèi)也就不再儲水了。

  春除草、秋清葉,是指春秋兩季草木茂盛,消防班要及時清理掉草木落葉等可燃物,消除火災隱患。

  激桶滅火 (圖片來源:搜狐新聞)

  此外,清朝時期,故宮內(nèi)還配置了云梯、火鉤、激桶、木制抬龍等多種防火工具。例如其中的激桶,與現(xiàn)在的水槍非常類似。宮殿如果發(fā)生火災,人力將水桶抬至宮殿周圍,防火班將激桶置于水桶之中,通過活塞作用將水抽進激桶,再用力下壓,讓水柱噴射而出。激桶的揚程最高可達20米,可謂是消防神器。

  雍正皇帝在位之時,還在故宮內(nèi)設置了多重防火墻。雍正皇帝命工匠將木墻改造成磚石防火墻,將故宮分隔為多個不同區(qū)域,從而保證失火時,火災只會在小范圍內(nèi)蔓延。

  今人智慧:建國后僅經(jīng)歷1次火災

  前文說到,故宮在建國之前已遭遇了大大小小60多次火災。而建國之后,故宮只在1987年因雷擊遭遇了一次火災。建國以來故宮是怎么做到這么強的防火能力的呢?

  首先,建國之后,故宮的管理人員對故宮來了個徹頭徹尾地“大掃除”。故宮內(nèi)所有易燃的文物,有的經(jīng)過了重重裝裱保護,有的放入專門的文物庫房內(nèi)進行保存。此前后宮生活所用的褥子、毯子等易燃物,也都在保護后,放入織繡庫房內(nèi)進行保存。工作人員還對故宮室外的樹枝、落葉、雜物垃圾等可燃隱患進行打掃。不僅如此,新中國成立后,工作人員花了足足兩年的時間,將故宮中所有的瓦片揭開,將瓦片中所有的草根、草籽、落葉等可燃物清理干凈。完成清理后,工作人員再把瓦片上的縫隙封上,避免再有草籽進入。早期的“大掃除”工作,為后續(xù)的故宮防火工作打好了堅實的基礎。

  1970年,經(jīng)周總理批示,故宮內(nèi)進駐了一支消防中隊,專門負責故宮的消防工作。消防戰(zhàn)士每天要對故宮進行巡查,定期對消防設施進行檢查和保養(yǎng)。每名新來的消防戰(zhàn)士,都要經(jīng)過嚴格的訓練。消防戰(zhàn)士需要在三個月內(nèi)熟悉故宮的全部地形,包括游客們可以參觀到的部分,以及封閉未開放的區(qū)域。當有火情發(fā)生時,要保證能在2-3分鐘趕到火災發(fā)生現(xiàn)場。英勇的消防戰(zhàn)士,為故宮的防火工作提供了軟件條件。

  故宮內(nèi)的消防員(圖片來源:搜狐新聞)

  隨著科技的發(fā)展,故宮的防火硬件設施也日漸趨于完美。

  故宮博物館目前配備有極強大的防火監(jiān)控系統(tǒng),包含五個中控室、65面大屏幕、3300個高清攝像頭、5674個智能感煙點式探測器和113臺吸氣式火災探測器??梢哉f,如果故宮中任何位置出現(xiàn)一丁點火苗,故宮消防人員都能第一時間收到消息,并前往現(xiàn)場進行處理。

  故宮還配備了豐富的消防設備用于及時滅火。故宮現(xiàn)有高壓消防栓94個、市政消防栓73個,滅火器4866個,可謂是“十面埋伏”,能將火災隱患扼殺在襁褓之中。

  考慮到珍稀文物可能會被水槍損傷,故宮內(nèi)還配備了高端的氣體滅火裝置。氣體裝置會釋放大量的阻燃氣體,可以迅速充滿房間,讓火苗失去氧氣。不過阻燃氣體同樣會讓人無法呼吸,因此氣體滅火裝置會先檢測屋內(nèi)情況,保證人員全部撤離后,才會開始啟動。

  除此之外,消防戰(zhàn)士還通過涂刷溶劑飾面型防火涂料和水基防火阻燃料,來對建筑的可燃木結(jié)構(gòu)進行燃阻處理。

  扎實豐富的防火設施,給故宮的防火工作提供了最堅固的硬件基礎。

  最后,嚴格的防火規(guī)定,也是故宮防火工作的重要一環(huán)。故宮內(nèi)全面禁煙,禁止使用明火。故宮里的餐廳和消防中隊使用的都是電熱鍋,以免明火產(chǎn)生火災隱患。即使是施工維修殿宇,也不允許在殿宇內(nèi)直接使用電力設備,必須用金屬圍擋,以免形成火源引發(fā)火災。

  軟硬件兼顧,面面俱到的防火措施,讓故宮自建國以來,遠離了火災的威脅。

  防雷措施:藝術與實用兼顧

  雷擊,是導致火災最常見的原因。封建王朝時期,統(tǒng)治者在故宮頂部設置鐵鏈,以進行導電防雷。但因科學知識水平所限,鐵鏈并沒有設置接地,反而成為了雷災的源頭。

  1955年起,故宮博物院開始采用現(xiàn)代科技手段來進行防雷。工作人員給故宮博物院的大部分建筑物安裝了避雷針與避雷帶,以實現(xiàn)全方位的避雷效果。在安裝避雷設施的時候,工作人員從美觀的角度出發(fā),采用不同形式的避雷針、避雷帶,將線路盡量隱藏在建筑結(jié)構(gòu)之中,以保持建筑物原有的藝術氛圍??茖W的避雷知識,是故宮在建國以后做好避雷工作的主要原因。

  故宮頂部的鐵鏈與避雷帶

  (圖片來源:搜狐新聞)

  防震措施:集古人智慧之大成

  故宮的木質(zhì)結(jié)構(gòu),本身就具有較好的防震功能。木材屬于柔性材料,材質(zhì)均勻且富有彈性。發(fā)生地震時,木材能很好地吸收和消耗地震波的能量,并且具有較強的恢復形變能力,在水平地震作用下可以產(chǎn)生較大的側(cè)向變形而不致斷裂破壞。此外,故宮的建筑中有很多榫卯結(jié)構(gòu)和斗拱結(jié)構(gòu),在地震發(fā)生時,可以產(chǎn)生較大的位移,吸收較多的能量。

  除此之外,故宮的建筑地基為碎石和夯土交替筑成,僅挖掘出來的部分,就各有18層之多,像是一個“千層餅”,在地震發(fā)生時,可以層層消耗地震能量。

  故宮的地基中還加入了糯米。摻入糯米的古建灰漿具有強度大、韌性好、防滲性好、防腐性好等優(yōu)點,進一步加強了建筑的防震性能。

  故宮的柱子并非插入地底,發(fā)生地震時,柱子和柱底石之間能發(fā)生相對滑動,從而消耗地震能力。不僅如此,故宮的柱子不是直上直下的,而是與地面之間存在一定傾角,形成了類似三角形的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),更容易在地震中保持穩(wěn)定性。

  木質(zhì)結(jié)構(gòu)優(yōu)秀的抗震能力,以及古人精巧的抗震結(jié)構(gòu)設計,是故宮能抵抗十級大地震的主要原因。

  故宮內(nèi)的分層地基

  (圖片來源:搜狐新聞)

  綜合來看,故宮是集古人智慧之大成的成果,在設計之初,古人就已經(jīng)考慮到了它的防震性能。

  建國以來,工作人員結(jié)合先進的科學知識,從軟硬件等多個角度出發(fā),切實做好了故宮的防雷與防火工作,才讓故宮真正做到在災害面前“無懈可擊”。

  這也啟示了我們,平時要時刻了解最新的科學防災知識,面對自然災害時做到冷靜鎮(zhèn)定,正確應對,才能更好地做好防災工作,保護自己的生命與財產(chǎn)安全。

責任編輯:王超

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