紫禁城的環境科學

北京故宮是明清兩代的皇宮，開始經營在1406年，1420年建筑完成。從宏偉的皇城正門——天安門起已是宮殿的開始，再往南伸長到中華門的千步廊，往北到屏障全宮的景山，都是和宮城宮殿聯成一個整體的，是一座規劃整齊的建筑群。

在皇城正門內的建筑，像勞動人民文化宮（明清兩代的太廟）、中山公園（明清的社稷壇）不計算在內，只就紫禁城以內來計算，它的面積是七十四萬多平方米，建筑物有八千六百六十多間。

我國成群的建筑物，下水道都有規劃系統，故宮這樣大的建筑群，排水溝道是與地上建筑物整體規劃起來的，有干線、有支線、有分水線、有匯合線，最后水出“巽方”，與北京市水道合為一流。它的干溝，是用大磚壘砌溝幫，工字鐵活對面支頂，溝底青石鋪墁，在過去是每年春季淘挖一次，要求是“起挖淡泥，通順到底”八個字，還有專司此事的溝董世家，這些溝道已是五百多年的工程了。

在紫禁城內有長12000米的河流，它從西北城角引入紫禁城的護城河，水從城下涵洞流入，順西城墻南流，由武英殿前東行迤邐出東南城角與外金水河匯合。這道河流對于紫禁城內千株松柏起了灌溉的作用。在調節空氣和消防利用上都有好處。在夏季又是全宮城中雨水排泄的去處，故宮中雨水排泄管道，在開始設計全宮規劃時有一個整體的下水系統安排。它的原設計圖雖然已看不見了，可是現存的溝渠管道，除被地上建筑物變革而被破壞一部分外，經實際疏通調查發現它的干道、支道、寬度、深度都是比較科學的。遇有暴雨各殿院庭雨水都能循著排水系統導入紫禁城中的河流里，然后迂回出城匯入外金水河東出達于通縣運河流域。因此在宮中無積水之患。明代開鑿的筒子河寬52米，深6米，長3.8公里。不但增加了宮城防御，而且主要功能是排水干渠和調蓄水庫兩重功能。蓄水量可達118萬立方米，相當一個小水庫。即使紫禁城內出現極大暴雨，日降雨量達225毫米，同時城外洪水圍城，筒子河水無法排出城外，紫禁城內水全部流入筒子河，也只使筒子河水位升高一米左右。

至于給飲水問題，五百多年前的設計完全依賴鑿井取天然泉水。三大殿九萬六千多平方米面積不設一井，內廷東西六宮及其他若干建筑群，每一宮院至少有井兩口或三口。值班人員和警衛人員區設井更密。由于鑿井工程的需要，在故宮里又出現了為數不少的小型屋頂井亭建筑，成為宮苑中一種特殊的建筑結構。同時，小亭飾以皇宮彩畫，小巧玲瓏。井亭不僅是生活用水所需，也是一種特殊的建筑藝技陳設。

宮中取暖設備有兩種，一是炭盆，二是地下火道?；鸬烙置鹂唬呛徒ㄖB在一起，在殿內地面下砌筑火道，火口在殿外廊上。入火道斜坡上升處燒特種木炭，煙灰不大?；鸬烙序隍际郊敖疱X式，即主干坡道兩旁伸出支道若干，這樣使熱力分散兩旁，全室地面均可溫暖；火道盡頭有出氣孔，煙氣由臺基下出氣洞散出。這種辦法在皇宮中一直使用了四五百年。在殿內地面上則利用炭盆供熱。由于宮殿高大，為了冬季居住得舒適，凡是寢宮都利用裝修隔扇閣樓將室內高度降低，將殿內空間縮小，即所謂暖殿暖閣之類。

宮中采光只靠菱窗小洞，光線細微。此外，只能依靠宮燈，點蠟。到了17世紀初期，玄燁成立養心殿造辦處，設立多品種工藝作坊。其中有玻璃作坊。估計宮殿安裝玻璃窗應在此時。

從文獻上看，明清兩代在修繕工程中有一套完整的組織。他們有設計的、估算的、結算的、監工的、驗收的、采木的、采石的及其他多種建筑材料分工經理人員，組織齊全。現在北京還住著專任估算的“算房劉”家，設計兼燙樣的“樣式雷”家，管理下水道的“溝董”家，燒瓦件的“琉璃趙”家，他們都是幾百年來子孫相傳的世職。

（單士元/文，摘自《故宮營造》）