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紫禁城琉璃瓦的智慧

  作为世界文化遗产的紫禁城,有着无数吸引公众向往的魅力,而其中主要表现方式之一,就是金碧辉煌壮丽无比的琉璃瓦顶。琉璃亦作“瑠璃”,是用各种颜色的人造水晶为原料,在高温下烧制而成的工艺品,古人也叫它“五色石”。我国古人早在西周时期就具有琉璃制作技术,而在西汉时期就出现了烧造建筑琉璃的制品,并逐渐应用到了皇家宫殿和庙宇建筑中,在明清时期已得到全面充分的应用。琉璃瓦与普通陶瓦都是用粘土为主要原料,经过原料处理,成型,干燥后,再在高温下烧成。但琉璃瓦还在瓦胎体表面施加釉料,并进行第二次烧制以获得光亮而又粘接牢固的釉面层。从化学成分来看,琉璃瓦的主要成分有氧化铅、二氧化硅、氧化铜等。其中,氧化铜是呈色剂,它采用铅丹作助熔剂,主要着色剂是煤、铜、锰、钻等金属氧化物,在氧化气氛中烧成,铁使釉呈黄色,铜使釉呈美丽的翠绿色,锰使釉细紫色,钴使釉呈蓝色等,以形成丰富的色彩。紫禁城在明代建造之初,其屋顶就使用了以黄色为主的各色琉璃瓦。

  紫禁城屋顶上的琉璃瓦的使用,有着多方面的科学性。

  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。宋朝文学家何薳在《春渚纪闻》卷九《记砚·铜雀台瓦》有这样一段关于琉璃瓦的描述:“相州魏武帝故都,所见铜雀台。其瓦初用铅丹,杂胡桃油捣之治,火之,取其不渗,雨过干耳”。这说明当时对琉璃瓦的使用,正是利用其不渗水、雨后干燥快、不会增加瓦顶重量等优点。我国古建筑屋顶的材料一般包括琉璃和陶瓦两种。普通陶质瓦又称“布瓦”,其质地粗糙,吸水性强。我国的早期古建筑,其瓦顶一般使用陶瓦。雨雪天气时,瓦片容易吸收大量的水。对于宫殿建筑而言,其一般体量大,瓦的尺寸大,相应吸水多,这无疑在雨雪时期大大增加了屋顶的重量,威胁建筑物的安全。于是古人开始寻找替代普通陶瓦的建筑材料,使得大型宫殿建筑的瓦顶不吸水,而琉璃瓦相应运用而生。琉璃瓦表面施釉,不会吸水,因而不会增加屋顶的重量,从而保护了建筑的安全。正是因为这种原因,琉璃瓦在古建筑尤其是宫殿建筑的屋顶得到了广泛的应用。

  其次,琉璃瓦有利于保持建筑恒温。紫禁城的建筑冬暖夏凉,有着多种措施,而琉璃瓦的使用,则是其中的主要方式之一。琉璃瓦属于隔热性能好的建筑材料,其除了具有较好的强度外,还具有热阻大、导热系数小的特性。琉璃瓦的导热系数和导温系数都比较小。导热系数小,则屋外与屋内的热量交换少;导温系数小,则屋外低温不易传至屋顶内,屋顶内的温度波动幅度小。不仅如此,琉璃瓦表面涂有光亮的釉层,具有较好的光泽度,可以反射太阳光线,避免阳光直射瓦面造成的剧烈升温。琉璃瓦的上述特性有利于反射夏天的太阳光,亦有利于阻隔冬天的寒气渗入,因而有利于保持建筑内部的恒温。

  再次,琉璃瓦有利于防止瓦件风化。普通陶瓦容易在空气中风化。所谓瓦的风化,即暴露在空气中的瓦件在外部因素作用下,表面逐渐出现粉末状或开裂状的现象。研究表明:盐分结晶是普通陶瓦破坏的主要原因。雨水降落到普通瓦屋顶后,沿着瓦的孔隙渗入,使瓦中的湿气增加,逐渐充满瓦件内部。由于风吹、光照等因素,普通陶瓦中的湿气会蒸发于大气中,而可溶盐无法蒸发而只能滞留于瓦的表面,并产生膨胀力,使得普通瓦变成碎块或粉末。与普通陶瓦不同,琉璃瓦不存在风化的问题,能够长久保持完好。其主要原因在于瓦的胎体表面有釉面层。该釉面层相当于提供了一个保护层,阻止了空气中各种成分尤其是水分的侵入。由于釉面层本身光滑且不吸水,当雨水落到釉面瓦上时,一方面,釉面层的封闭性使得空气中的水分无法渗入胎体;另一方面,琉璃瓦表面光滑,且在屋顶上有着明显的排水坡度,因而水流能够顺着瓦面迅速排向地面;基于以上两种因素,瓦件很快保持了干燥,因而不会渗水,避免了风化的产生。

  最后,琉璃瓦有利于屋面保持洁净。紫禁城的琉璃瓦顶通常是明亮而有洁净的。在紫禁城的屋顶上,很少看见有鸟粪,其主要原因在于琉璃瓦本身的光滑、明亮及鲜艳的色彩。琉璃瓦表面比较光滑,而鸟类的站立主要靠爪子和接触面之间的摩擦力来实现,若飞行的鸟类落在瓦顶上休息,其不能在光滑的瓦顶上坚持较长时间,很快就会飞走,因而很少会在瓦面上排泄。琉璃瓦有着明亮的光泽,尤其在太阳下会闪闪发光,而鸟类害怕连续反光的物体,因而很少愿意落在琉璃瓦顶上歇息。紫禁城的琉璃瓦多为鲜艳的黄色,而大面积的鲜艳色彩对鸟类而言会产生较强的刺激效果,使得鸟儿避而远之。此外,即使偶尔有鸟粪落在瓦顶,由于紫禁城的屋面坡度明显,而琉璃瓦本身不吸水,雨水降落到瓦顶上时,能够沿着瓦当迅速排向地面,因而紫禁城屋顶的琉璃瓦面通常是非常洁净的。对于帝王执政生活的紫禁城建筑群而言,这也在某种程度上节约了清理瓦面的所需的劳力,进而有利于保护皇帝的隐私和安全。

  紫禁城屋顶采用琉璃瓦,不仅具有科学性,还能丰富建筑立面效果,突出建筑的功能。我国古建筑专家林徽因女士认为,“本来轮廓已极优美的(古建筑)屋宇,再加以琉璃色彩的宏丽,那建筑的冠冕便几无瑕疵可指”,可充分说明琉璃瓦的装饰功能。从功能上讲,紫禁城里的琉璃瓦多用黄色,而在古代,黄色正是皇权的体现。大面积的黄色琉璃瓦使得整个紫禁城呈现出金碧辉煌的气派,体现了皇家宫殿的壮丽和皇权的威严。其它颜色的琉璃瓦亦可反映建筑的功能,如蓝色的琉璃瓦寓意祭天,绿色的琉璃瓦寓意园林,黑色的琉璃瓦寓意防火等。可以说,琉璃瓦是我国古代科技在建筑上的运用体现,亦能反映我国古建筑丰富的艺术和文化。

  (作者系故宫博物院研究馆员)

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