宋天贶殿及岱庙的给排水物理学原理

朱芃芃

摘 要： 古建筑的给排水方法，蕴含了简单的物理学原理。通过实地考察，探究其中的原理，达到“古为今用”目的。

关键词： 天贶殿 岱庙 给排水 斜面原理 给排水管网

1.天贶殿简介

天贶殿是岱庙的主体建筑，是泰山神东岳大帝的宫殿，位于岱庙中轴线的中后部，始建于北宋。整座大殿雕梁彩栋，贴金绘垣，丹墙壁立，峻极雄伟，虽历经数朝，但古貌犹存。大殿面阔9间，进深5间，通高22.3米，为重檐庑殿顶，上覆黄琉璃瓦。重檐之间有竖匾，上书“宋天贶殿”。檐下施以密集的斗栱，红色大檐柱耸立廊前，采用三交六椀菱花隔扇门窗。明间和次间内槽顶设藻井，周围施斗拱，余为方形天花板，上绘金色升龙。殿正中祀泰山神，像高4.4米，头顶冕旒，身着衮袍，手持圭板，俨然帝君，龛上悬清康熙皇帝题“配天作镇”匾，与此相对的明间大门内上悬乾隆皇帝题“大德曰生”匾。在殿内的东、北、西三面墙壁上绘有巨幅壁画《泰山神启跸回銮图》，具有极高的历史、艺术和美学价值，壁画高3.3米，长62米，描绘了泰山神出巡的宏伟画面，回銮的盛况。这场面正是宋真宗当年封禅泰山的真实写照，是我国珍贵的历史文化遗产。大殿殿前露台高筑，雕栏环绕，云形望柱齐列，玉阶曲回，气象庄严，中置明代铁铸大香炉和宋代两大铁桶；两侧有御碑亭，内立乾隆皇帝谒岱庙诗碑。天贶殿周围施以环廊，形成一个大院落，把一座重檐庑殿顶的大建筑紧紧地怀抱着，更激起了人们对天贶殿的崇仰。富丽堂皇的天贶殿，与北京故宫太和殿、曲阜孔庙大成殿并称“中国古代三大宫殿”[1]。

2.天贶殿的给排水

大殿的屋顶采用的是重檐庑殿顶，它是中国古代建筑中等级最高的屋顶形式，有一条正脊和四条垂脊，早期的瓦吸水性很强，很容易造成渗漏；后来瓦的品质得到提升，吸水率降至3%，与瓷器相当，“改进版”的瓦，辅以金属、琉璃和锡等材料，使中国传统的屋顶成为“防雨能手”。天贶殿屋顶屋脊用的都是琉璃瓦，这大大减少了雨水的渗入，保护屋顶的梁、檩免受雨水之害，从而延长了整个大殿的寿命。屋顶前后左右都是一个斜坡，形成四个斜面。四面都采用高屋脊、大坡度的设计，靠近屋脊两侧的坡度超过60°，而在檐部的坡度不足30°，这就利用陡坡使水急下，再因惯性冲出檐外。冲出屋檐外的雨水做斜下抛运动，因此殿后的雨水被抛在殿基的下面，而不会产生“尿墙”现象。在天贶殿的两侧，雨水会落在石台上，石台面内高外低，落下的雨水在重力的作用下向外流动，石台的外缘处固定有石板、石柱雕刻的护栏，而护栏的下面留有矮长的溢流口，使得雨水在重力的作用下加速流到平台的下面。殿前的雨水，落到大殿前的宽阔的二重台上，二重台也是北高南低，雨水在重力的作用下迅速流向平台的边缘，从雕刻石烂下的溢流口流到二重台的下面。由此可以看出，无论是殿顶的排水还是殿下的排水，都充分利用物理学中“斜面”的原理，水在“斜面”上有向下的加速度，利用“水往低处流”这一简单的物理学原理，使得雨水及时迅速地排走，远离建筑物，从而保护古建筑，这样的设计原理，经受了千年中大暴雨的洗礼，被证明是可靠的。再看天贶殿地基的构造，用较大的石块砌起了约1.2米高的地基，比后面、侧面的墙宽出了约2米，和殿前巨石铺平的二重台连在了一起，这样的设计经受住了殿外特大暴雨形成大积水的考验，使得天贶殿犹如平地上拔起的坚固堡垒，千年岿然不动。

天贶殿的给水方式呢？在大殿的前方两侧，有两口生铁铸造的大铁缸，它们的体积巨大，这主要是用来防火的，也可以说是天贶殿最原始的消防设施。它和北京紫荆城内的巨型大缸的作用是相同的，不同的是紫荆城内的大缸更多罢了。

（1）岱庙简介

岱庙位于山东省泰安市泰山南麓，俗称“东岳庙”，始建于汉代，是历代帝王举行封禅大典和祭拜泰山神的地方。坛庙建筑是汉族祭祀天地日月山川、祖先社稷的建筑，体现了汉族作为农业民族文化的特点。坛庙建筑的布局与构建同宫殿建筑一致，建筑体制略有简化。岱庙创建于汉代，至唐时已殿阁辉煌，在宋真宗大举封禅时，又大加拓建。岱庙南北长405.7米，东西宽236.7米，呈长方形，总面积96000平方米，其建筑风格采用帝王宫城的式样，周环1500余米，庙内各类古建筑有150余间。岱庙的主体建筑是天贶殿，岱庙与北京故宫、山东曲阜三孔、承德避暑山庄的外八庙，并称中国四大古建筑群。岱庙总体布局上按照唐宋以来祠祀建筑中最高标准修建，采用了以三条纵轴线为主，两条横轴线为辅，均衡对称，向纵横双方扩展的组群布局形式。岱庙南起旧泰城南门，北至南天门中轴线上。岱庙以其内部建筑排列布局来展示儒家礼制观念，整个建筑群以一条南北向的纵轴线为中心，均衡地横向扩展。位于中轴线上的主体建筑有：遥参亭大殿、岱庙坊、正阳门、配天门、仁安门、天贶殿、中寝宫、厚载门。仁安门与天贶殿之间有东西环廊联系，构成岱庙的中心封闭院落。其主体建筑——天贶殿位于高大的双层品级台上，东环廊的中间为鼓楼，西环廊的中间为钟楼。天贶殿建在中轴线偏后点，面阔九间，重檐庑殿顶，等级最高；后寝宫面阔五间，单檐歇山顶，低一个等级；配天门、仁安门面阔五间，单檐歇山顶，为门的形式，又低一个等级[2]。

（2）岱庙的给排水

岱庙城墙的墙体下宽上窄，这样的建筑结构更坚固，增强了抗震能力，城墙的四个角上，设计了四个角楼，按八卦各随其方而名：东北为艮，东南为巽，西北为乾，西南为坤。南面为正阳门，北面为厚载门。门楼、角楼的排水方式与天贶殿的排水方式有大同小异之别。城墙的上面有约2米的通道，通道的地面外高内略低，每隔一定距离就有长约0.5米的石槽镶嵌在墙内，而石槽的排水口探出墙约0.2米，石槽下面的砖墙内缩一定尺寸，石槽排除的雨水直落地面，以防“尿墙”。如果遇大雨，则城墙的人行通道就成了最大的排水沟，让雨水迅速排到庭院中，这也是利用了“斜面原理”。古人的设计，通盘考虑了小雨和暴雨的不同排水方式，设计周到细致，叹为观止。整座岱庙，位于泰山脚下，地势自然北高南低，古代设计师利用“斜面原理”，充分体现了“水往低处流”这一简单的物理学原理，从北到南在三纵轴线旁修地表的排水明渠，前后庭院有涵洞相连，形成整个庭院的排水网络，主轴线上的明渠宽且深，担负干渠的作用，整个排水官网无需暗渠排水。当然，院内植被也会吸收一定量的雨水，院内方砖的吸水性也是排水的方式之一。相反，紫禁城地势相对平坦，院内地下有大量的暗渠排水。这是两个建筑群排水方式的最大不同。

3.结语

纵观岱庙的历史，岱庙曾因地震而毁坏，也因战火而毁坏，但是从未因雨水而冲垮，这就说明包括天贶殿在内的大大小的古建筑的给排水设计方案，既经历了大小雨水的考验，又经历了历史的检验，它必将给我们今天的给排水设计者提供更多的有价值设计思想和设计方法。如今的岱庙已在整个院内铺设了给水管道，直接取自市政供水，给水管管径120mm。在院内同时铺设了污水管道。消防用水设计流量为30l/s，取自消防水泵房。为保护古建筑，特别配备了消防设施：设有火灾自动报警器系统并连入泰安市远程监控系统，室外消火栓17具、各类灭火器具186具、手抬机动泵3台（型号JBQ4.6/8）、室外消防水池1座、景观水池3处、深井2眼，并设有从正阳门到天贶殿的消防车道。这样形成了完整科学的给水排水管网，防患于未然，永保岱庙平安[3]。

参考文献：

[1]百科用户.天贶殿[EB/OL].http：//baike.sougou.com/v228130. htm.

[2]虫小米.岱庙[EB/OL].http：//baike.sougou.com/v8441.htm.

[3]杨旭东.谈泰山岱庙给水消防改造[J].山西建筑，2015（9）：131-132.