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单霁翔揭秘故宫强大排水系统

艺术前沿 人民网 2016年07月26日 15:40 A-A+ 二维码
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近日,近600岁的紫禁城,因京城连日大雨成为关注焦点。特别是从7月19日凌晨至20日夜间,北京遭遇长达55个小时的降雨天气过程,是2016年入汛以来最强降雨,全市平均降雨212.6毫米,城区平均降雨274.0毫米,均超过了2012年“7·21”特大暴雨过程,为多年所罕见。雨后,媒体争相传播一组故宫雨景照片,不仅展示了难得的“千龙出水”场景,特别是大暴雨时故宫博物院内地面未出现明显积水,更显示出故宫完善的排水系统和强大排水能力。人们一方面,感叹古人建筑营造的智慧与匠心,另一方面,也赞美今人保护遗产的执著与悉心。

古人建筑营造的智慧与匠心

故宫博物院院长单霁翔介绍称,紫禁城建造之初,对排水系统进行了精准测量、精密设计和精细施工。京城北依燕山、东临渤海,地形北高南低,因此水向东南流。紫禁城的地面顺应北京地区地理环境,整体走势亦呈北高南低、中间高两边低,而且略有坡度。其中紫禁城北门神武门地平标高46.05米,南门午门地平标高44.28米,竖向地平高差约2米,这一坡降为自然排水创造了有利条件,使积水能缓慢排泄。紫禁城内的排水沟渠全部通向内金水河。内金水河又与紫禁城城墙外侧52米宽的护城河相连,之后同周边的外金水河、中南海等水系相通,这些水系同时兼有排水功能,相对整个排水体系来说,紫禁城排水系统是北京城区排水系统的第一级,这是昔日皇家地位的体现。

内金水河河水从神武门西侧的水闸流入,经寿安宫西墙外,南至武英殿东折,经太和门、文渊阁前,至东华门内南侧的水闸流出,与外金水河汇合,即所谓“来自乾方,出自巽方”。由此可见,内金水河自西北向东南,流经大半个紫禁城,在紫禁城东南角流出,汇入护城河,护城河又与北京城水系相连,消纳紫禁城的雨水。在此基础上,紫禁城整个排水系统经过统筹规划,设计营造了主次分明、明暗结合的庞大人工排水网络,疏通各个宫殿院落的排水系统有干沟、支沟,有明沟、暗沟,有涵洞、流水沟眼等众多排水设施。

紫禁城内总的雨水走向,是东西方向的雨水汇流入南北干沟内,然后流入内金水河。紫禁城排水系统分为三类,分别是建筑排水、地表径流、地下暗沟。雨水降落时,一部分雨水落到建筑上,沿着建筑屋顶琉璃瓦落到地面,之后雨水会顺着明沟流到地下暗沟沟口,还有一部分雨水直接形成地表径流,顺地面坡度流入院落和房基四周的石槽明沟,明沟若遇有台阶或建筑物,则从“沟眼”穿过,汇入暗沟。地下暗沟纵横交错、四通八达,雨水排入暗沟以后,再由支沟汇集到干沟,经干沟排入内金水河。历年固定时间淘挖养护,几百年来排水效果良好,无论雨量多大,并无积水之弊。

故宫前三殿的排水功能格外引人注目。太和殿、中和殿和保和殿前后排列,坐落在一个8米多高的工字型台基上,台基面积25000平方米,分为三层。在台基四周栏杆底部,有排水的孔洞,每根望柱下还有一个雕琢精美的石龙头,其口内为凿通的圆孔,也是主要的排水口。三层共有龙头1142个。雨水逐层下落,使得台面无积水。值得一提的是,台基底部的石龙头也称螭首或角兽,是用于须弥座转角处和望柱外缘之下的排水构建,多镌刻成龙首形,具有很好的装饰作用。从螭首龙头孔中流水,在大雨时如白练,小雨时如冰柱,在暴雨时,会呈现“千龙出水”景象,蔚为壮观。三台雨水逐层向下流,院内地面留有泛水坡度,北高南低,绕四周散水都有石槽明沟,在台阶下有石券涵洞接通干沟,使流水顺利通过,最后排入内金水河。

今人保护遗产的执著与悉心

单霁翔说,作为故宫人,既为紫禁城的智慧营造而感到骄傲,更认识到保护文化遗产的责任重大。“我们开展了一系列研究、保护工作,使紫禁城的排水功能永葆青春。”

故宫的防洪排水系统已经经历了将近六百年的时间,历朝历代都有一些改建和维修,需要经常研究目前的功能状况。近年来,故宫博物院启动了故宫排水系统专项课题研究,为故宫排水系统的科学管理和利用打好科学研究的基础。每次降雨过程都是最好的发现问题时机,故宫博物院利用雨季,投入专业人员,到现场记录排水情况,绘制并汇总全院积水点分布图。根据分布图更为全面深入地分析积水原因,研究综合解决方法。

故宫排水系统专项课题研究中,故宫博物院专家通过实地走访调查研究,发现部分区域原有的古代雨水系统,经过不同朝代叠加的建设活动,而有所损坏或难以发挥原有功能,就此提出修复方案,进行功能恢复。但是总体来看,经过重新修建的部分比例很小,主要在原来没有排水系统的位置修建了新的排水管线,大约占总量不到10%,大多位于故宫的边缘地带。因此可以说,目前故宫博物院的排水系统基本是采用原有古代雨水系统。

故宫的排水系统研究除了众所周知的排水渠道外,还计划对故宫区域内不同类型的地面铺装的渗、滞和透水能力进行研究,最终评估其绿色排水设施的排水能力(海绵能力),这样可以有助于我们对故宫整体排水能力有全面和科学的认识,同时也可以对海绵城市的相关研究提供数据支持。

进一步完善排水系统功能

现代的气候特征,特别是全球气候变化,使建造于古代的故宫排水设施面临新的挑战。因此,古代雨水系统能否满足当前的雨水量排放,成为重点监测和研究的问题。

单霁翔介绍说,2015-2016年,故宫博物院开展了古代雨水系统试点区域调研项目,此次调研项目范围包括西六宫部分区域(永寿宫、翊坤宫、储秀宫所在院落),养心殿及乾清门前广场区域(养心殿院落及乾清门、隆宗门前广场整个区域)。初步评估结果显示:调研区域内各类雨水口共64个,形式分为七大类:其中数量最多的是单孔立式无格栅类型,占总数的53%;其次是双孔立式,占25%;带格栅的仅占11%。调研项目分析了每一处雨水口的过水面积功能和状况。并按照目前城市所用格栅式雨水口的设计要求进行折算,单格面积几乎全都超过了设计规范所建议的最大值,因此现有故宫内这些区域雨水口结构尺寸,均可以满足雨水排放的要求。

紫禁城古代排水设施是故宫世界文化遗产的重要组成部分,应该和故宫古建筑一样得到精心呵护。为时18年的故宫古建筑整体保护修缮工程将古代排水系统保护纳入其中,正在稳步推进实施。故宫博物院通过与古建筑维修工程相结合的方式,对雨水系统进行维修保养。2014-2015年,故宫博物院慈宁宫、寿康宫、慈宁花园开放项目维修时,对三个区域的雨水系统也进行了整体保养修缮。在此次大雨中,这三个区域排水管线均运行正常,未发现堵塞现象。

随着故宫社会功能的增加和强化,在保护和保留原有雨水系统的同时,需要建设完善的污水排放系统,实现雨污分流排水系统建设。目前故宫博物院内部排水系统已经形成雨污分离的两套排水系统,污水系统是同市政管网相连的单独管线,排水系统仅用于排除雨水。同时,紫禁城宫殿建筑密集,路面多为砖石铺设。几十年来,大量地面铺装改为水泥地面和沥青路面,不利于排水和渗水。故宫博物院从2015年开始逐步将全院的水泥地面和沥青路面改为砖石材料的传统建筑材料,不但使景观环境得到改善,更使排水和渗水功能得到加强。

故宫博物院正在实施的“平安故宫”工程中,包括基础设施改造,力图在确保安全、统一规划的前提下,对现有基础设施进行全面升级改造,实现优化管理,方便维护和检修,以期及时发现问题,消除隐患,以完善、先进的基础设施为故宫安全奠定坚实基础。其中通过疏浚、整理原有排水系统,精确核算排水能力,做好防止倒灌措施,充分发挥排水系统的作用。(张鸿腾)

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