中國古建筑在排水系統上展現出了令人贊嘆的智慧。那么,這些古老建筑究竟是如何實現高效排水的呢?是依靠完善的屋頂設計,還是精妙的地面與臺基構造,亦或是獨特的墻體設計?實際上,我國古人在古建筑排水方面有著諸多巧妙的構思。
一些排水理念、方法和系統,歷經千年,至今仍然為后人帶來寶貴的啟示。已知的中國最早且最為完備的城市排水系統,源自距今約4600年的新石器時代晚期。那時,河南淮陽平糧臺龍山時代城址出土的一組陶質地下排水管道,便展現了高超的排水技術。這些管道設計精巧,節節相扣,管道兩端還巧妙地利用高差與排水溝相連通,其完備的排水設施令人嘆為觀止。
▲陶質地下排水管道
在古代,木結構建筑是主流,這類建筑在潮濕環境中容易受損。然而,古人們憑借智慧,在沒有現代科技的情況下,依然成功解決了防水防潮的問題。這得益于他們完善的排水系統。
排水,對于建筑來說,是一項至關重要的考量。在古代選城址時,人們就會精心規劃城市的水系渠道,確保雨水和污水能迅速排入大河,同時滿足特殊天氣的泄洪需求。合理的排水系統能有效防止房屋因水積聚而受損,從而延長建筑的使用壽命。在古代的大型建筑群中,溝渠排水是主要方案。例如,秦咸陽宮殿的考古發掘顯示,建筑群地面已設有系統排水工程,雨水和生活污水都集中流入類似于現代砂井的排水池。這些排水池底部涂抹草泥土以防滲水,同時設有陶制下水管和一定坡度的水管,使污水能迅速流入干渠。
▲咸陽宮遺址中出土的地漏及排水管
以北京故宮為例,其排水系統同樣別具匠心。在每一座宮殿的院內,都精心設置了排水支溝,而宮城墻下則布局了集水干溝。北部的雨水會匯聚到神武門內的干溝,并流入西邊的護城河;南部的雨水則分別流入金水河,最終流向東南角的護城河。整個宮城的溝道都設計了適宜的排水坡度,確保了70公頃的故宮無積水之憂,從而保持了全宮地坪的干爽。
此外,故宮地面上那些形狀似銅錢的孔洞,被人們形象地稱為“錢眼”。這些“錢眼”不僅是排水系統的進水口,還承擔著將屋頂排出的水流引入排水溝渠的重要任務。
▲巧妙的排水設計
若建筑周邊缺乏水系,溝渠所匯集的積水將何去何從?別擔心,這里巧妙地設計了一套獨立的排水系統。它通過地面上的進水口,將積水引入地下的豎井。這些豎井并非孤立的,而是相互連接,形成一個排水網絡。雨水進入豎井后,再流入涵洞,利用青磚出色的滲水性,與地下水系統相連通,從而實現了有效的排水。
屋頂的排水設計
屋頂,作為建筑頂部的承重與圍護結構,其設計對排水至關重要。在我國古代建筑中,屋頂的設計最初便旨在擋雨。高聳的屋脊、陡峭的坡度,以及兩側坡度的巧妙布置,共同構成了傳統的屋頂排水系統。靠近屋脊兩側的坡度超過60°,而檐部的坡度則控制在30°以內,這樣的設計使得雨水能夠迅速沿坡面下滑,并借助慣性沖出檐外,從而有效地排走了積水。
為了確保排水順暢,中國傳統建筑屋頂采用了多種瓦片搭接方式。其中,橫排相鄰的瓦片一俯一仰,這種技巧被稱為陰陽瓦或合瓦屋頂。上方的瓦片稱為蓋瓦,下方的則稱為底瓦,它們相互搭接形成了瓦溝。這樣,雨水便能沿著蓋瓦流向瓦溝,最終通過瓦溝排出屋面。這些精心設計的屋面瓦片搭接方式,都旨在更迅速地排走雨水。
此外,屋頂的建筑材料也經過精心挑選,以滿足排水需求。早期的瓦片吸水性較強,不利于雨水外排,且容易發生滲漏。然而,隨著技術的進步,瓦的品質得到了顯著提升,其吸水率降低至僅3%,與優質的瓷器相當。結合金屬、琉璃和錫等材料的應用,古代建筑的屋頂因此具備了出色的排水性能。
▲瓦屋面
除了采用瓦片進行屋面鋪設外,古代建筑還運用多種防水材料來增強整體防水效果。這些材料,如灰背、泥背和護板灰,是由石灰、麻刀(植物纖維)以及青灰(含雜質的石墨)等混合而成的漿料。其使用方法與現代的水泥砂漿相似,被涂抹在屋頂的接縫或關鍵節點上,固化后形成堅固的防水層。
地面與臺基
那么,從屋頂排出的水流最終又流向了何處呢?為了確保雨水不會在地面堆積,中國古建筑通常采用抬高臺基的方法。據偃師二里頭商代宮殿的考古發現,臺基甚至可以高出地面一米以上。這樣的高臺基設計不僅使建筑遠離地下水位,保持地面的干燥,還有利于陽光的照射和空氣的流通,從而有效地防止了地面的潮濕。這一設計理念在歷代建筑中得到了廣泛的應用,并成為中國古代建筑的一大特色。
▲古建筑臺基與地面防潮
為了進一步增強臺基和地面的防潮能力,古代建筑師們不斷創新。在陜西岐山臺陳的西周遺址中,就已經出現了鋪卵石為散水的做法,旨在減輕雨水對臺基或墻根的侵蝕。戰國時期,這一做法得到了進一步發展,臺基或外墻根四周開始使用磚或卵石、三合土等材料,構筑出具有一定坡度的斜面,以便向外排水。
三合土地面是古代建筑中廣泛采用的一種經濟實惠的防潮地面。在鋪筑過程中,適量摻加鹽鹵可以增強地面的密實度,從而有效防止地面開裂,并起到隔潮作用。此外,磚地面也是古代建筑的主要地面形式之一。為了進一步提升防潮效果,高級鋪地磚面層下部通常會設置防潮墊層。例如,秦咸陽宮殿就發掘出一種在印紋方磚面層下墊紅燒土瓦礫層的做法,而后來則更多采用砂墊層,其厚度從7-8厘米到40多厘米不等。到了明清時期的北京故宮,“架空金磚”的做法更是將防潮性能提升到了新的高度,其磚下有空氣層,磚縫間用桐油和白面擠縫,表面再攢一道桐油,從而確保了出色的防潮效果。
▲故宮金磚地面
墻體在古代建筑中扮演著重要的角色,其防水性能直接影響著建筑的使用壽命。在先秦時期,版筑墻和土坯墻是常用的墻體材料,但它們的防水性能相對較差。為了增強墻體的防水能力,人們在墻的下半部增加了厚度,以抵御雨水和地下水的侵蝕。例如,秦都威陽一號宮殿的發掘報告顯示,當時采用了在土坯墻上涂抹摻有黍(或粟)基的泥層,再覆蓋一層麥糠拌細泥,最后用白色石灰質材料粉刷的方法,顯著提高了墻面的防水性能。
此外,挑檐作為古建筑中的一項重要構造,也被廣泛用于護墻。挑檐的深遠設計能夠有效地遮擋雨水,保護墻面免受侵蝕。在盤龍城商代宮殿遺址中,就已經出現了回廊和腰檐的設計;而廣州出土的漢明器則證實了當時已有硬山挑檐和排山溝滴的應用。明清時期的建筑中,拔檐磚和博風等墻頂構造也被視為一種有效的護墻措施。特別是在西南多雨地區,民居的土坯墻還采用了“披蓑衣”的方法,即在墻內每隔一定水平距離夾入茅草,并砌加瓦片滴水線,進一步增強了墻面的防水能力。
▲古建筑排水智慧
通過深入研究古代建筑中的排水理念和方法,我們能夠汲取古人的智慧,為當今城市排水系統的改進與完善提供有益的啟示。