紫禁城琉璃瓦的智慧
2019-11-08 11:10:26      來源:科技日報

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故宮建筑上閃閃發光的琉璃瓦 周乾/攝

作為世界文化遺產的紫禁城,有著無數吸引公眾向往的魅力,而其中主要表現方式之一,就是金碧輝煌壯麗無比的琉璃瓦頂。琉璃亦作“瑠璃”,是用各種顏色的人造水晶為原料,在高溫下燒制而成的工藝品,古人也叫它“五色石”。我國古人早在西周時期就具有琉璃制作技術,而在西漢時期就出現了燒造建筑琉璃的制品,并逐漸應用到了皇家宮殿和廟宇建筑中,在明清時期已得到全面充分的應用。琉璃瓦與普通陶瓦都是用粘土為主要原料,經過原料處理,成型,干燥后,再在高溫下燒成。但琉璃瓦還在瓦胎體表面施加釉料,并進行第二次燒制以獲得光亮而又粘接牢固的釉面層。從化學成分來看,琉璃瓦的主要成分有氧化鉛、二氧化硅、氧化銅等。其中,氧化銅是呈色劑,它采用鉛丹作助熔劑,主要著色劑是煤、銅、錳、鉆等金屬氧化物,在氧化氣氛中燒成,鐵使釉呈黃色,銅使釉呈美麗的翠綠色,錳使釉細紫色,鈷使釉呈藍色等,以形成豐富的色彩。紫禁城在明代建造之初,其屋頂就使用了以黃色為主的各色琉璃瓦。

紫禁城屋頂上的琉璃瓦的使用,有著多方面的科學性。

首先,琉璃瓦有利于提升建筑安全。防水性是琉璃瓦的重要特性,也是琉璃瓦取代普通陶瓦的主要原因。宋朝文學家何薳在《春渚紀聞》卷九《記硯·銅雀臺瓦》有這樣一段關于琉璃瓦的描述:“相州魏武帝故都,所見銅雀臺。其瓦初用鉛丹,雜胡桃油搗之治,火之,取其不滲,雨過干耳”。這說明當時對琉璃瓦的使用,正是利用其不滲水、雨后干燥快、不會增加瓦頂重量等優點。我國古建筑屋頂的材料一般包括琉璃和陶瓦兩種。普通陶質瓦又稱“布瓦”,其質地粗糙,吸水性強。我國的早期古建筑,其瓦頂一般使用陶瓦。雨雪天氣時,瓦片容易吸收大量的水。對于宮殿建筑而言,其一般體量大,瓦的尺寸大,相應吸水多,這無疑在雨雪時期大大增加了屋頂的重量,威脅建筑物的安全。于是古人開始尋找替代普通陶瓦的建筑材料,使得大型宮殿建筑的瓦頂不吸水,而琉璃瓦相應運用而生。琉璃瓦表面施釉,不會吸水,因而不會增加屋頂的重量,從而保護了建筑的安全。正是因為這種原因,琉璃瓦在古建筑尤其是宮殿建筑的屋頂得到了廣泛的應用。

其次,琉璃瓦有利于保持建筑恒溫。紫禁城的建筑冬暖夏涼,有著多種措施,而琉璃瓦的使用,則是其中的主要方式之一。琉璃瓦屬于隔熱性能好的建筑材料,其除了具有較好的強度外,還具有熱阻大、導熱系數小的特性。琉璃瓦的導熱系數和導溫系數都比較小。導熱系數小,則屋外與屋內的熱量交換少;導溫系數小,則屋外低溫不易傳至屋頂內,屋頂內的溫度波動幅度小。不僅如此,琉璃瓦表面涂有光亮的釉層,具有較好的光澤度,可以反射太陽光線,避免陽光直射瓦面造成的劇烈升溫。琉璃瓦的上述特性有利于反射夏天的太陽光,亦有利于阻隔冬天的寒氣滲入,因而有利于保持建筑內部的恒溫。

再次,琉璃瓦有利于防止瓦件風化。普通陶瓦容易在空氣中風化。所謂瓦的風化,即暴露在空氣中的瓦件在外部因素作用下,表面逐漸出現粉末狀或開裂狀的現象。研究表明:鹽分結晶是普通陶瓦破壞的主要原因。雨水降落到普通瓦屋頂后,沿著瓦的孔隙滲入,使瓦中的濕氣增加,逐漸充滿瓦件內部。由于風吹、光照等因素,普通陶瓦中的濕氣會蒸發于大氣中,而可溶鹽無法蒸發而只能滯留于瓦的表面,并產生膨脹力,使得普通瓦變成碎塊或粉末。與普通陶瓦不同,琉璃瓦不存在風化的問題,能夠長久保持完好。其主要原因在于瓦的胎體表面有釉面層。該釉面層相當于提供了一個保護層,阻止了空氣中各種成分尤其是水分的侵入。由于釉面層本身光滑且不吸水,當雨水落到釉面瓦上時,一方面,釉面層的封閉性使得空氣中的水分無法滲入胎體;另一方面,琉璃瓦表面光滑,且在屋頂上有著明顯的排水坡度,因而水流能夠順著瓦面迅速排向地面;基于以上兩種因素,瓦件很快保持了干燥,因而不會滲水,避免了風化的產生。

最后,琉璃瓦有利于屋面保持潔凈。紫禁城的琉璃瓦頂通常是明亮而有潔凈的。在紫禁城的屋頂上,很少看見有鳥糞,其主要原因在于琉璃瓦本身的光滑、明亮及鮮艷的色彩。琉璃瓦表面比較光滑,而鳥類的站立主要靠爪子和接觸面之間的摩擦力來實現,若飛行的鳥類落在瓦頂上休息,其不能在光滑的瓦頂上堅持較長時間,很快就會飛走,因而很少會在瓦面上排泄。琉璃瓦有著明亮的光澤,尤其在太陽下會閃閃發光,而鳥類害怕連續反光的物體,因而很少愿意落在琉璃瓦頂上歇息。紫禁城的琉璃瓦多為鮮艷的黃色,而大面積的鮮艷色彩對鳥類而言會產生較強的刺激效果,使得鳥兒避而遠之。此外,即使偶爾有鳥糞落在瓦頂,由于紫禁城的屋面坡度明顯,而琉璃瓦本身不吸水,雨水降落到瓦頂上時,能夠沿著瓦當迅速排向地面,因而紫禁城屋頂的琉璃瓦面通常是非常潔凈的。對于帝王執政生活的紫禁城建筑群而言,這也在某種程度上節約了清理瓦面的所需的勞力,進而有利于保護皇帝的隱私和安全。

紫禁城屋頂采用琉璃瓦,不僅具有科學性,還能豐富建筑立面效果,突出建筑的功能。我國古建筑專家林徽因女士認為,“本來輪廓已極優美的(古建筑)屋宇,再加以琉璃色彩的宏麗,那建筑的冠冕便幾無瑕疵可指”,可充分說明琉璃瓦的裝飾功能。從功能上講,紫禁城里的琉璃瓦多用黃色,而在古代,黃色正是皇權的體現。大面積的黃色琉璃瓦使得整個紫禁城呈現出金碧輝煌的氣派,體現了皇家宮殿的壯麗和皇權的威嚴。其它顏色的琉璃瓦亦可反映建筑的功能,如藍色的琉璃瓦寓意祭天,綠色的琉璃瓦寓意園林,黑色的琉璃瓦寓意防火等。可以說,琉璃瓦是我國古代科技在建筑上的運用體現,亦能反映我國古建筑豐富的藝術和文化。(作者系故宮博物院研究館員) (科技日報 周乾)

編輯:李穎(實習) 責任編輯:勞學麗

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