故宮（紫禁城）是明清皇帝的居所，內(nèi)設(shè)有多種服務(wù)于帝后宮廷生活的建筑措施或設(shè)施。本次講座，我們將基于史料與科學(xué)相結(jié)合的分析方法，解讀古代宮廷生活設(shè)（措）施的科技、文化和歷史內(nèi)涵。從歷史角度來看，這些設(shè)施在追求設(shè)計(jì)科學(xué)、造型精美、使用方便的同時(shí)，體現(xiàn)了我國古代工匠的卓越智慧和高超技藝，堪稱我國優(yōu)秀的建筑文化遺產(chǎn)。

光影：倦勤齋的通景畫

建于清乾隆三十八年（1773年）的倦勤齋位于今故宮珍寶館的北端，為乾隆帝退位后的休閑場(chǎng)所。倦勤齋內(nèi)部裝飾的最重要特點(diǎn)，就是通景畫在西四間的運(yùn)用。

通景畫屬于大型貼落畫，是清乾隆時(shí)期宮廷內(nèi)盛行的一種室內(nèi)裝飾繪畫。通景畫的主要工藝特點(diǎn)為宮廷畫師首先在尺寸很大的紙、絹上作畫，然后將其貼滿整個(gè)室內(nèi)的墻面或頂棚，且整個(gè)墻面（頂棚）表現(xiàn)出同一主題。倦勤齋內(nèi)的通景畫由意大利畫家郎世寧與他的學(xué)生共同完成，由20多張畫拼接而成，鋪貼面積達(dá)170平方米，是世界上現(xiàn)存規(guī)模最大的通景畫。

倦勤齋室內(nèi)的通景畫由西墻、北墻、頂棚的通景畫共同組成。其中，西墻繪制的是斑竹（有紫褐色或淡褐色斑點(diǎn)的竹子）搭設(shè)的院墻，院墻后還有蔥郁的樹林和高聳的遠(yuǎn)山；北墻繪制的是斑竹搭設(shè)的透空籬笆墻，墻中開設(shè)月亮門，墻后有宮殿，在藍(lán)天白云的映襯下顯得金碧輝煌，宮殿前還有形態(tài)優(yōu)雅的丹頂鶴和翩翩起舞的喜鵲；頂棚繪制的是斑竹架搭設(shè)的藤蘿，似乎鋪滿在庭院中，片片綠色的藤蘿葉之間，下垂著一串串紫色的藤蘿，且當(dāng)觀者站在藤蘿架下時(shí)，會(huì)注意到串串紫藤蘿向自己傾斜，呈現(xiàn)出搖搖欲墜的狀態(tài)，給人身臨其境之感。以上不同的繪畫內(nèi)容均有著不同的吉祥寓意，如竹子寓意生命常青，喜鵲寓意喜臨門，紫藤蘿寓意子孫綿綿等。

倦勤齋的通景畫源于西方的全景畫。全景畫是18世紀(jì)時(shí)期英國出現(xiàn)的一種繪畫形式，其主要特點(diǎn)即通過四周的墻面或整個(gè)頂棚來展示連續(xù)性的場(chǎng)景。當(dāng)全景畫用于頂棚時(shí)，又被稱為天頂畫。全景畫的繪制方法為焦點(diǎn)透視法，其畫法特點(diǎn)為：畫面上的所有平行線按一定規(guī)律“消失”在畫面上或畫面外的某個(gè)特殊位置。在歷史上，西方全景畫于清中期由傳教士引入中國，與清廷內(nèi)的貼落畫相結(jié)合，最終形成了中國特色的通景畫，并在乾隆時(shí)期得到了繁榮，其產(chǎn)生的視覺效果在當(dāng)時(shí)也具有立體性和震撼性。

另一方面，西方的全景畫與東方的通景畫也有著明顯的區(qū)別：全景畫的繪畫主題多與宗教活動(dòng)有關(guān)，而通景畫以中國山水、花鳥風(fēng)景為主題；全景畫采用陰影投射及明暗對(duì)比方法進(jìn)行繪畫，畫面明暗反差比較強(qiáng)烈，而通景畫的畫面多以明亮色為主，其主要原因在于當(dāng)初乾隆帝認(rèn)為陰暗的光線會(huì)污損畫面；全景畫由畫師采用西方顏料直接在墻面或頂棚作畫，而通景畫則是由畫師采用傳統(tǒng)的礦物顏料首先在絹、紙上畫好，然后裱糊到墻面或頂棚上。

故宮倦勤齋內(nèi)的通景畫裝飾借助于透視理論，將西方透視繪畫方法摻入中國傳統(tǒng)繪畫風(fēng)格中，并巧妙地運(yùn)用于宮廷室內(nèi)裝飾，產(chǎn)生了一種視像錯(cuò)覺的藝術(shù)效果，成為東西方文化交流和融合的一種表現(xiàn)形式。

采光：布局、反宇與材料選擇

建筑采光是紫禁城帝王日常生活的重要保障。紫禁城古建筑有多個(gè)引入室外光源的采光方法，主要表現(xiàn)為建筑坐北朝南的布局、屋檐反宇做法、建筑材料的反光及透光等。

紫禁城內(nèi)重要的宮殿均采用“坐北朝南”的布局形式，這是非常有利于采光的。所謂“坐北朝南”，即建筑的門窗均設(shè)在建筑的南立面，建筑北立面僅僅設(shè)出入通道，大部分區(qū)域?yàn)閴w。古人認(rèn)為南方代表光明，古代帝王的寶座坐北朝南，《周易·說卦》亦載有“萬物皆相見，南方之卦也”的說法，說明面南的重要性。從地理學(xué)角度而言，我國位于北半球區(qū)域，北回歸線穿過了我國的南部地區(qū)。相應(yīng)的，我國大部分區(qū)域處于北溫帶，該區(qū)域的日照特點(diǎn)為太陽從東偏南的方向升起，而又從西邊方向落下。“坐北朝南”的建筑布局方式，有利于建筑最大限度地接受光照，因而有利于建筑采光。

屋檐反宇的做法，非常有利于室內(nèi)采光。紫禁城古建筑屋頂做法一般為挑檐形式，即由屋檐向外挑出柱高的1/3的尺寸。不僅如此，屋檐出挑時(shí)，其端部略帶上翹的弧度，在外觀上產(chǎn)生優(yōu)美弧度的視覺效果。這種挑檐做法稱為“反宇”。挑檐的“反宇”做法不僅有著“天人合一”的建筑意境，而且有利于建筑內(nèi)部采光。若挑檐不做成“反宇”形式（現(xiàn)代建筑挑檐多為這種做法），則外部光線直接進(jìn)入室內(nèi)，容易產(chǎn)生眩目之感，且在夏季容易造成室內(nèi)溫度過高；而紫禁城古建筑采用“反宇”的挑檐形式，使得部分照射到屋檐的光受到了阻擋，另有部分直射入室內(nèi)的光，由地面漫反射作用，再使得建筑內(nèi)部獲得采光。這種被過濾后的光線自然、柔和，給人以舒適之感。不僅如此，“反宇”還有利于紫禁城古建筑的室內(nèi)夏天不過于熱、冬天不過于冷，體現(xiàn)了古人營建智慧。

紫禁城古建筑的室內(nèi)建筑材料有助于采光，其方式主要包括透光和反射光。從透光角度講，紫禁城宮殿建筑的隔扇、檻窗在早期采用高麗紙封護(hù)，這種紙經(jīng)油浸泡，不僅具有良好的防風(fēng)、防潮功能，且紙張由綿繭或桑皮制作而成，因而透光性很好。清雍正元年，養(yǎng)心殿后寢宮窗戶上安裝了玻璃，此后紫禁城內(nèi)的宮殿建筑門窗逐漸安裝了玻璃，其有著更好的耐久性和透光性，更有利于室內(nèi)采光。而從反射光角度而言，淺色的墻體有利于室內(nèi)反光。室內(nèi)紅色立柱和灰色金磚地面在施工中有涂刷桐油的工序，因而表面均有光澤，可產(chǎn)生良好的反光效果。不僅如此，由于外部光線是由上至下照入室內(nèi)的，因而建筑內(nèi)部的下方會(huì)顯示出清晰的、良好視覺效果的光影，這種光影提供的光照效果柔美，且提供了充足的光照，以利于皇帝或?qū)m廷其他人員開展各種活動(dòng)。

納涼：冰的儲(chǔ)存

北京的夏天炎熱，冰塊為紫禁城內(nèi)帝后消暑納涼的重要物品。相應(yīng)的，紫禁城內(nèi)有專門藏冰的冰窖5座。每座冰窖均為半地下式建筑做法，而地下較厚的泥土層有利于保持冰窖內(nèi)溫度的恒定；冰窖的墻壁厚達(dá)2米，有利于產(chǎn)生隔熱效果；冰窖的頂棚做成起拱的磚券形式，頂棚上的屋頂則做成硬山形式，屋頂與頂棚之間的架空層有利于阻斷外部的熱量通過屋頂向室內(nèi)傳遞。上述建筑特點(diǎn)使得置入冰窖內(nèi)的冰塊始終保持在恒定的溫度范圍內(nèi)。此外，冰窖的條石地面考慮了排水坡度，坡度最低點(diǎn)位于冰窖墻角，該位置設(shè)有排水口，使得冰塊融化后的水通過排水口流入暗溝，再匯入附近的集水井。

紫禁城內(nèi)每座冰窖藏冰5000塊，每塊冰的尺寸為0.5米見方。冰塊的采取一般由專人負(fù)責(zé)。他們會(huì)在冬至?xí)r，在紫禁城護(hù)城河、北海、金水河、中南海河湖附近劃定一塊區(qū)域，倒入干凈的水，待水結(jié)冰后，在夜間將冰剔鑿成塊，運(yùn)送至冰窖。選在夜間采冰，是因?yàn)榭梢员荛_日曬，減小冰塊融化的可能性。第二年的五月一日至七月三十日，皇帝會(huì)下令將冰塊從冰窖運(yùn)出，分別賞賜給后宮及大臣、太監(jiān)等人，用于制冷或作為冰鎮(zhèn)飲品的原料。由于冰窖內(nèi)部的溫度有十幾度，因此不可避免有部分冰塊在五月一日前融化，但古人早已有所準(zhǔn)備。如《周禮》載有“令斬冰，三其凌”，其中“三其凌”就是儲(chǔ)藏三倍所需要的冰塊的意思。紫禁城的冰窖建筑及藏冰方法，滿足了帝王在炎熱夏天避暑納涼的要求，其建筑技藝亦是古代工匠勤勞和智慧的體現(xiàn)。

冬暖：無煙囪的“火地”供暖

明清處于我國的“小冰期”時(shí)期，即歷史上的第四個(gè)寒冷期階段，冬天非常寒冷，且歷經(jīng)時(shí)間長，達(dá)一百五十余天，室外的最低氣溫可降至零下30攝氏度?？墒菍?duì)于紫禁城的皇帝而言，他們樂于在紫禁城里過冬，且有多位皇帝留下了“墨寶”來描述紫禁城里冬日室內(nèi)的溫暖。比如乾隆皇帝弘歷曾寫有詩文《冬夜偶成》，其中載有“人苦冬日短，我愛冬夜長”；道光皇帝旻寧撰寫的《養(yǎng)正書屋全集》，其中載有“形參鳥道層層接，理悟羊腸面面通。薦以文茵饒雅趣，一堂暖氣著簾櫳”。在這里，“鳥道”“羊腸”即為地下供暖的通道。以上說明，紫禁城的宮殿里有供暖系統(tǒng)，使得帝王及其家眷在冬日里感到非常的溫暖舒適。

實(shí)際上，紫禁城的供暖系統(tǒng)位于地面之下，稱為“火地”。這種地下供暖系統(tǒng)與現(xiàn)代社會(huì)的水地暖、電地暖或暖氣片供暖有著異曲同工之處。其供暖原理為：在檻窗（矮墻上的窗戶）外側(cè)有操作口，檻窗的里側(cè)有火爐，二者深度均為地面以下1米左右。宮廷服務(wù)人員站在操作口內(nèi)燒火，火爐產(chǎn)生的熱量蔓延至地下預(yù)設(shè)的四通八達(dá)的通道，加熱地面磚，再由地面磚把熱量散發(fā)到室內(nèi)，使得室內(nèi)溫度升高，達(dá)到了供暖的需求。

操作口位于室外，不僅不影響室內(nèi)人員的生活，而且服務(wù)人員還可隔著玻璃觀察室內(nèi)的供暖效果，以便及時(shí)增減炭火。室外操作口在冬天以外的季節(jié)不使用時(shí)，通常蓋上一個(gè)蓋板，以防止小動(dòng)物鉆入。對(duì)于火爐產(chǎn)生的熱量（夾雜少量煙霧），其在地下擴(kuò)散后，仍從地下的專門小口中排出，該出煙口位于室外臺(tái)明階條石的下部。出煙口也用了銅錢紋的鏤空磚雕堵塞，即美觀，又實(shí)用，還能防止小動(dòng)物鉆入。這種做法，成為“紫禁城的冬天燒炭取暖，但不見一個(gè)煙囪”的原因，反映了古代工匠的智慧。需要說明的是，紫禁城里也是有煙囪的，坤寧宮西北角就有一個(gè)煙囪，不過這是清代故宮進(jìn)行薩滿教祭祀活動(dòng)時(shí)煮豬肉排煙的通道，無關(guān)冬季取暖。

火地在地下的熱量擴(kuò)散通道稱為“蜈蚣道”。之所以用該名稱，是因?yàn)檎麄€(gè)火地的排煙系統(tǒng)猶如一只多足“蜈蚣”：爐腔產(chǎn)生的熱量，沿著由外向內(nèi)的主煙道傳遞；主煙道兩側(cè)又伸出很多分支，稱為“支煙道”，使得熱量又沿著支煙道向兩側(cè)傳遞；最終由支煙道端部的通道（與主煙道平行）排出至出煙口。為保證熱量充分向室內(nèi)傳遞，各個(gè)煙道做成坡道形狀，其中近檻窗處的坡道地面標(biāo)高最低，越往里則標(biāo)高逐漸增高，以符合熱量向上傳遞的原理。當(dāng)熱量經(jīng)過在地下的全面擴(kuò)散后，出煙口時(shí)已經(jīng)非常少了，整個(gè)過程就是對(duì)地面的加熱過程?；鸬?zé)嵩此璧奶繛?ldquo;紅籮炭”，產(chǎn)于河北易縣等地，由硬木燒制而成，其特點(diǎn)為“氣暖而耐久，灰白而不爆”（見明代宦官劉若愚所著《明宮史》卷二），且炭灰可用于皇帝恭桶的污穢襯墊用。

傳音：地井與藻井的運(yùn)用

賞戲?yàn)槊髑宓弁踔饕獖蕵沸蓍e活動(dòng)之一。紫禁城內(nèi)共有十余個(gè)戲臺(tái)，而位于寧壽宮花園內(nèi)的暢音閣則是紫禁城內(nèi)最大的戲臺(tái)。暢音閣共有三層，從下往上分別稱為壽臺(tái)、祿臺(tái)和福臺(tái)，每層戲臺(tái)面積約為200平方米，三層戲臺(tái)共可納千名演員同時(shí)表演。

戲劇演員表演時(shí)，大臣及后妃們坐在暢音閣東西兩側(cè)的長廊內(nèi)，皇帝則坐在暢音閣對(duì)面的閱視樓內(nèi)觀看。由于閱視樓與暢音閣之間有數(shù)十米長的間隔，那么演員表演時(shí)發(fā)出的聲音，以及樂器伴奏的聲音如何清晰地傳到皇帝的耳朵里呢？這主要依賴于暢音閣的古代“音響”系統(tǒng)。該系統(tǒng)由暢音閣地下室的地井、一層頂棚正中的藻井，以及閉合的庭院空間組成。

暢音閣一層壽臺(tái)的地板之下設(shè)有地下室，內(nèi)有空井4個(gè)和水井1個(gè)。它們布置在這里，可產(chǎn)生共鳴效果。共鳴的物理學(xué)原理在于，任何物體都有一個(gè)固有的振動(dòng)頻率，當(dāng)外來振動(dòng)的頻率與物體固有頻率相同時(shí)，可形成強(qiáng)度很大的激勵(lì)作用，使得物體產(chǎn)生幅度很大的振動(dòng)。對(duì)于暢音閣而言，當(dāng)臺(tái)上的演員或樂器發(fā)出聲音時(shí)，若聲音的頻率與空井振動(dòng)的頻率“合拍”，則聲音就會(huì)被放大傳出去。4個(gè)空井有4個(gè)固有頻率，與演員或樂器產(chǎn)生“合拍”的概率很大，從而產(chǎn)生擴(kuò)音效果，猶如戲臺(tái)的“音響”。

其實(shí)早在戰(zhàn)國時(shí)期，利用地下空井產(chǎn)生擴(kuò)音的方法就在軍事上得到了運(yùn)用。如《墨子·備穴》載：“令陶者為罌，容四十斗以上，固順之以薄革，置井中，使聰耳者伏罌而聽之。”說的是命令工匠制作容量為四十斗以上的陶罐，罐頂蒙皮，然后放入井內(nèi)；當(dāng)敵人挖隧道時(shí)，傳過來的聲音可在罐頂放大，因而能被偵探到。

設(shè)置水井的功用，主要是借助其產(chǎn)生混響效果。所謂“混響”，類似于回聲，即聲波發(fā)出后遇到障礙時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射；當(dāng)聲源停止后，若干個(gè)反射聲波混合在一起持續(xù)一段時(shí)間，即產(chǎn)生“混響”效果?；祉憣?duì)于聲音的效果有著重要意義，如果沒有混響，那么人聽到的聲音就會(huì)聽起來比較干澀。另外，不同的場(chǎng)合，混響的最佳時(shí)間并不相同。水井的水位高低不同，可產(chǎn)生不同的聲波反射及混響效果，通過調(diào)節(jié)，能夠使得在故宮看戲的帝王后妃獲得最佳聽覺感受。

暢音閣一層頂棚正中有藻井。藻井向上凹進(jìn)，外觀猶如一個(gè)大喇叭。站在舞臺(tái)上的演員發(fā)出的聲音，傳到藻井位置，會(huì)形成匯聚，再集中反射出去。反射的聲音一方面得到了放大，猶如喇叭的擴(kuò)音功能一樣；另一方面反射的聲音與演員的源聲進(jìn)行混合，同樣能產(chǎn)生混響效果。這也是位于閱視樓內(nèi)的皇帝能清晰聽到戲曲聲的重要原因。

此外，暢音閣與兩側(cè)長廊、閱視樓形成幾乎封閉的圍合空間，使得戲臺(tái)上的聲音始終在圍合區(qū)域內(nèi)傳播與反射，而磨磚對(duì)縫的墻體和光亮的琉璃瓦又減少了聲音的吸收，以上有利于皇帝獲得清晰的聲音效果。

浴德：故宮保存的元代建筑

紫禁城里的古建筑一般以木結(jié)構(gòu)為主，其建筑造型極具東方韻味。然而，在武英殿的西側(cè)，有一座奇特的建筑，其由磚砌筑而成，且無論是內(nèi)飾還是外觀，均表現(xiàn)出濃郁的阿拉伯風(fēng)情：圓拱形四面相交的室內(nèi)墻體，圓拱形的屋頂，上帶圓拱形的玻璃罩。這是紫禁城里極為少見的元代建筑，且表現(xiàn)出阿拉伯建筑風(fēng)格。該建筑的名稱為“浴德堂”。那紫禁城里面為什么會(huì)有一座元代的西方建筑呢？據(jù)史料記載，波斯建筑師亦黑迭兒丁曾與光祿大夫劉秉忠等負(fù)責(zé)建造元大都，并參與元朝宮殿的建設(shè)，建造了諸多的阿拉伯風(fēng)格建筑。紫禁城建立在元皇宮的基礎(chǔ)上，而明成祖朱棣由南京遷都至北京前，下令蕭洵拆除元代皇宮，并安排專人在元代皇宮遺址上建造紫禁城。而蕭洵在拆除元代皇宮時(shí)，將浴德堂保留下來了。

蕭洵所著《元故宮遺錄》載有“臺(tái)東百步有觀星臺(tái)，……臺(tái)西為內(nèi)浴室，有小殿在前”，可說明浴德堂是一座浴室。浴室內(nèi)平面為正方形形狀，邊長約為4米，墻上貼有白色瓷磚，方磚鋪墁地面。建筑內(nèi)部造型的主要特點(diǎn)為四面墻壁在3.1米高度時(shí)開始往上起拱，使得屋頂內(nèi)部呈穹隆狀。由于建筑內(nèi)部沒有使用一根梁，因而浴德堂又俗稱為“無梁殿”。整個(gè)浴室的重量完全由四面墻體承擔(dān)，使得室內(nèi)的空間自由得以充分發(fā)揮。另外穹頂?shù)纳戏?，有高約1米的帶天窗玻璃圓頂，以利于采光。

關(guān)于浴德堂在明清時(shí)期的用途，有很多說法，其主要用途之一仍為帝王浴室。為滿足皇帝的沐浴需求，浴德堂對(duì)供水、采光、恒溫等方面都有所考慮。沐浴需要熱水，熱水的水源來自浴德堂西墻外的水井。服務(wù)人員從水井中取水，并通過穿墻而過的高架石槽，將井水引入浴德堂北部的灶房?jī)?nèi)。灶房的南墻與浴德堂的北墻為同一堵墻，且在墻高1米處開設(shè)洞口，埋設(shè)銅管。灶房?jī)?nèi)有大鍋一口，服務(wù)人員將引入的井水加熱，再用勺子舀出，使之從銅管流入浴德堂內(nèi)，這樣的話，皇帝就獲得了沐浴用的熱水。采光方面，浴德堂的光線主要通過屋頂?shù)牟ＡТ┤?，建筑?nèi)部四面墻體均為白色瓷磚墻，僅在南面設(shè)置曲尺形出入口。這種建筑設(shè)計(jì)形式不僅保護(hù)了帝王的隱私，而且對(duì)室內(nèi)采光有利。盡管光線僅從頂部射入，但是白色的瓷磚有很強(qiáng)的光反射性能，因而室內(nèi)采光是非常充分的。需要說明的是，元朝崇尚白色，如《元史·百官志》載有“窯廠，大都四窯廠領(lǐng)匠夫三百余戶，營造素白琉璃瓦”。恒溫方面，浴德堂各面墻壁厚度均達(dá)1米，足以保持室內(nèi)溫度恒定；浴德堂曲尺形的出入口，使得外部的風(fēng)邪很難直接侵入；頂部的玻璃罩還包括側(cè)面天窗，既滿足換氣需求，又幾乎不影響室內(nèi)的溫度變化。此外，研究人員經(jīng)過勘察發(fā)現(xiàn)，浴室地板下還有鐵板，鐵板下有火地系統(tǒng)，冬天有專人在室外生火，加熱鐵板（地板），保持了室內(nèi)的溫暖。

從滿足帝王后妃日常生活角度來看，紫禁城宮殿建筑的上述各種生活設(shè)施集科學(xué)性、簡(jiǎn)潔性、高效性等多種優(yōu)點(diǎn)于一體，是我國古代優(yōu)秀的建筑科技、文化和藝術(shù)的反映。