周 乾

（故宮博物院 故宮學研究所，北京100009）

位于北京市中心的紫禁城（今故宮博物院）有房屋九千余間，為明清帝王執(zhí)政及生活場所。紫禁城內(nèi)的宮殿建筑歷經(jīng)600年保存完好，在遮風避雨、抵御自然災害等方面，有著牢固的建筑構(gòu)造。［1-2］而從滿足日常生活角度而言，明清時期帝后及大量宮廷服務人員在其中生活，除了滿足日常衣食住行的必備物資外，建筑附屬設施的可靠、完善是極其重要的生活保障。從建筑科技角度而言，古代雖然沒有高科技設施（備）來滿足上述宮廷生活的日常需求，但是古代工匠依據(jù)長期的實踐經(jīng)驗和建筑智慧，巧妙地利用簡單的科學原理，來建造滿足帝后日常生活的建筑設施。相對而言，現(xiàn)有關于我國古代建筑設施的科學性研究成果較少。基于此，本文對紫禁城的防暑、御寒、采光、沐浴、看戲等日常生活所需的宮廷生活設施進行探討，分析其科學性，以推進古建筑的保護和研究。

一、避暑設施科學性研究

北京夏季氣溫高，容易中暑，［3］建筑的避暑設施極其重要。紫禁城西部隆宗門的斜對面，有五座聯(lián)排建筑，為冰窖所在位置，用于藏冰。［4］每座冰窖的建筑形制完全相同：為半地下室式結(jié)構(gòu)，長約11米，寬約6米，條石地面，端部設排水口，以備冰塊融化后的水排到室外附近的井內(nèi)；墻體厚約2.0米，其下堿為高約1.5米的條石，上身為高約2.6米的磚砌體；墻體之上的外部做成硬山屋頂形式（圖1），內(nèi)部則為磚砌圓拱（圖2）。建筑不設窗，僅在南北兩側(cè)開設大門，作為搬運冰塊的出入口。清代冰窖的建筑做法一般為［5］：柏木樁基礎，基礎之上用豆渣石做柱礎和地面，地面之上的墻體下部為條石、上部為城磚，且無論是條石還是城磚，都采用舊料。此外，豆渣石為具有藥用功能的礦石，能去除水中的細菌和雜質(zhì)。［6］

圖1 冰窖北立面

圖2 冰窖內(nèi)部

冰窖的藏冰或用于室內(nèi)制冷，或用于冷凍新鮮食物，或用于宮廷人員消暑食用。紫禁城內(nèi)在清代有冰窖五座，每座藏冰5 000塊，每塊冰為近似正立方體形狀，邊長為0.5米，乾隆朝《欽定大清會典一》卷七十四亦載有“紫禁城內(nèi)窖五，藏冰二萬五千塊”［7］。這些冰塊一般由宮中專職人員（清宮設滿漢冰窖監(jiān)督各1人）負責，在冬至前準備好。這些專職人員命差役在筒子河、北海、中南海等河湖周邊預先留出一塊空地，倒入干凈的水。待水結(jié)冰后，再由差役進行切割，并運送至宮中冰窖。在古代，采冰又名“打冰”（圖3），且在夜間進行。如晚清文人富察敦崇著《燕京歲時記》載有“冬至三九則冰堅，于夜內(nèi)鑿之，聲如鏨石，曰打冰”［8］。之所以選在夜間“打冰”，其主要原因在于夜間的冰未受日曬，更加易于保存。存儲的冰塊一般在第二年的五月初一至七月三十日使用。此外，藏于冰窖的冰塊在存儲期間會融化部分，但剩余的冰塊足以滿足宮內(nèi)使用需求。古人早有“備用”冰塊的經(jīng)驗，如《周禮注疏卷第五》載有“凌人掌冰正，歲十有二月，令斬冰，三其凌”［9］，其中“三其凌”即為“儲藏三倍冰量”的含義。

圖3 打冰

夏天炎熱時節(jié)，紫禁城冰窖內(nèi)的藏冰塊可用于“冰箱”制冷。紫禁城里的冰箱與現(xiàn)代冰箱不一樣，其外觀為一個盒子，主要制冷設備不是現(xiàn)代冰箱的壓縮機，也不用電，而是利用冰塊，其制冷方式具有綠色環(huán)保特點，且制冷效果也很好。［10］圖4為明萬歷藍琉璃釉竹節(jié)方冰箱。琉璃又名“五色石”，是在高溫下將水晶琉璃母石熔化而成的一種結(jié)晶體。燒制后的琉璃外觀晶瑩剔透，精致而又細膩，在古代被視為藝術(shù)佳品。我國早在西周時期就掌握了琉璃制作技術(shù)。［11］圖4中的冰箱形狀為方斗形，上部略大，為琉璃燒制而成，外觀呈藍色，中部和底部各有一道竹節(jié)紋。該冰箱的主要制冷構(gòu)造為：蓋板及四壁厚3厘米左右，冰塊放入后，不會很快熔化；頂板有4個銅錢形狀的通氣孔，使得冰塊熔化后冒出的冷氣由上述位置傳入室內(nèi)；底部有排水口，冰塊融化后產(chǎn)生的水迅速排出，流入冰箱下方預先放好的盆中；冰箱高約0.6米，中部可設架空隔板，隔板下部放冰塊，上部放瓜果，使得冰塊融化時，產(chǎn)生的涼氣既可以使得瓜果降溫，又可以使得室內(nèi)涼爽。

圖4 明萬歷藍琉璃釉竹節(jié)方冰箱

在炎熱的夏季，紫禁城部分院落內(nèi)搭設涼棚，以獲得避暑效果。［12］涼棚為臨時性建筑，其搭設一般由內(nèi)務府負責。搭設后的涼棚可以遮擋陽光、且因為空間開闊，因而有利于空氣流動，產(chǎn)生降溫作用。如圖5所示為紫禁城西六宮之長春宮涼棚燙樣，該燙樣制作于咸豐九年（1859）左右。［13］由圖可知，長春宮庭院里的涼棚高出四面建筑一大截，足以遮擋大量陽光；“人字坡”形狀的屋頂頂棚形成架空層，使得屋頂上的熱量很難傳入涼棚的頂棚以下空間；涼棚四周又設有通透的高窗形成空氣對流，涼棚的上述構(gòu)造形成紫禁城帝王夏季避暑的便利設施。需要說明的是，燙樣為工匠用紙、竹片、秫秸等材料制作成的三維建筑模型，專門呈送給皇帝御覽，待皇帝批準后，再用于指導施工。

圖5 長春宮涼棚燙樣（局部）

二、御寒設施科學性研究

明清時期我國北方處于歷史上的第4個寒冷時期，冬天異常寒冷，最低溫度可降至零下30度。［14］然而對于紫禁城里的帝王而言，他們覺得紫禁城的冬天非常溫暖，甚至有皇帝作詩表達舒適愜意的心情。如乾隆帝的《冬夜偶成》載有“人苦冬日短，我愛冬夜長”［15］，道光帝的《養(yǎng)正書屋全集》載有“花磚細布擅奇工，暗熱松枝地底烘”［16］等。明清帝王之所以喜歡在紫禁城里過冬，主要原因在于紫禁城里有特殊的供暖系統(tǒng)——火地。“火地”顧名思義，就是用火的熱量使得地面升溫，并進一步使得室內(nèi)升溫的一種供暖方法。這種供暖方法的最大特點在于熱量從地磚下面?zhèn)鬟f并循環(huán)，不占據(jù)室內(nèi)空間。

圖6—圖7為紫禁城古建筑火地平面、橫剖面示意圖。［17］由圖6可知，服務人員在室外燒火，熱量由室內(nèi)正中向內(nèi)擴散，期間加熱地磚，剩余熱量再由兩側(cè)的出煙口排出。地磚下面四通八達的火道俗稱為“蜈蚣道”。由圖7可知，服務人員的操作口在檻墻（窗戶下的矮墻）外側(cè)；而制造熱源的炭火則在檻墻里側(cè)，且為火地系統(tǒng)的最低點；炭火燃燒后產(chǎn)生的熱沿著逐漸向上的坡道蔓延，并逐漸加熱坡道上部的地磚層，使得地面溫度逐漸升高，并進一步使得室內(nèi)溫度升高。

圖6 故宮古建筑火地平面示意圖

圖7 故宮古建筑火地剖面示意圖

服務人員的操作口位于窗戶外面的地面以下，尺寸一般為0.8 m×0.8 m×1 m（長×寬×高）。在明代，紫禁城負責燒炭的人員由惜薪司安排，清代由內(nèi)務府營造司安排。服務人員進入操作口，可往室內(nèi)地下的爐腔燒炭火。操作口在不使用時會被厚木板蓋上，可防止小動物鉆入，并有利于宮中人員在室外行走，見圖8。操作口在室外，且服務人員站在操作口內(nèi)，可隔著窗戶看見室內(nèi)，便于與室內(nèi)使用人員交流，并及時增減炭火，以保證室內(nèi)溫度的適宜。另操作口設在室外，還有利于避免火源產(chǎn)生的煙霧在室內(nèi)蔓延或其他安全隱患。地下熱量經(jīng)過主、支煙道擴散到室內(nèi)地下的各個位置，然后回轉(zhuǎn)，通過室外臺基下的出煙口排向室外。出煙口與操作口的位置關系見圖8。由于火源產(chǎn)生的絕大部分熱量已在室內(nèi)地下擴散，因而從出煙口排出的熱量已經(jīng)非常少了。需要說明的是，出煙口相當于紫禁城古建筑的“煙囪”，而這種煙囪位于建筑地面之下的臺明部位，顯得非常的隱蔽。另由圖8可知，“煙囪”的出口采用鏤空紋飾的磚砌筑，既實用又美觀，體現(xiàn)了古代工匠的智慧。此外，紫禁城古建筑火地燒炭實際不會產(chǎn)生多少煙霧。這是因為，紫禁城里取暖使用的木炭，是一種用通州、大興、易州一帶山中硬木燒成的紅籮炭。明朝宦官劉若愚所著《酌中志》載有：“凡宮中所用紅籮炭者，皆易州一帶山中硬木燒成，運至紅籮廠，按尺寸鋸截，編小圓荊筐，用紅土刷筐而盛之，故名曰‘紅籮炭’也。每根長尺許，圓徑二三寸不等，氣暖而耐久，灰白而不爆”。［18］由此可知，紅籮炭質(zhì)量好，燃燒不會產(chǎn)生煙霧，而木炭燃盡產(chǎn)生的炭灰，還被收集起來，用于馬桶、便盆中的襯墊物。［19］

圖8 出煙口與操作口的位置關系

三、采光設施科學性研究

室內(nèi)是紫禁城內(nèi)的帝后日?；顒拥闹饕獔鏊?，而充足的光線來源則是他們開展各種活動的重要保障。古代并沒有先進的照明設備，工匠們在營建紫禁城建筑時，依靠自己的智慧，巧妙地采取各種措施（設施），最大幅度地將自然光引入室內(nèi)，來滿足室內(nèi)的采光需求。下面對紫禁城古建筑室內(nèi)采光的方法進行解讀。［20］

其一是建筑整體采取“坐北朝南”的布局形式。所謂“坐北朝南”，即房子位于北側(cè)，房屋背朝北，門開在南側(cè)。我國自古以來建筑多以“坐北朝南”布局形式為主。如《詩經(jīng)》載有“噲噲其正，噦噦其冥。君子攸寧”，［21］意即建筑內(nèi)部采光效果好，白天非常明亮，夜里顯得光明，君王住在里面會感到安寧。紫禁城里重要的宮殿建筑均為坐北朝南的布局，這種布局有利于自然光源的進入。如圖9所示的太和殿南立面中，其開間為11間（在古建筑領域中，長度方向的柱距被稱為“開間”），各開間均有采光用的隔扇或檻窗。當這些門窗均處于開啟狀態(tài)時，即可獲得充足的光源。“坐北朝南”布局的科學依據(jù)在于：［22］我國處于北半球地帶，大部分領土位于北回歸線以北，太陽升起的方向是東偏南，而降落的方向是向西，期間陽光是南向斜射入室內(nèi)，因而建筑在南向開設門窗時，有利于納入光線。

圖9 太和殿南立面

其二是建筑屋檐有利于外部光線的進入。紫禁城古建筑的屋檐一般為挑檐做法，即屋頂在屋檐部位向外出挑，同時向上曲翹，形成優(yōu)美的曲線造型，如圖10所示。這種曲翹的挑檐形式，使得無論在夏天還是冬天，都有利于光線進入室內(nèi)，且有利于保持室內(nèi)恒溫。［23］在夏天時，太陽的照射角約為76度；早上太陽升起時，室外溫度較低，太陽照度較弱，太陽照進室內(nèi)最深處；隨后太陽漸漸升起，室外溫度逐漸升高，陽光強度增大，但室內(nèi)照射范圍逐漸減小；至正午時太陽照射角約達到76度，光線最強，但其通過曲翹的屋檐后，僅能進入門外位置，見圖11。挑檐阻擋了大量光線直射入室內(nèi)，避免了室內(nèi)亮度過大，亦滿足了“避暑”需求。在冬天時，太陽的照射角度約為27度，早上太陽升起時，陽光逐漸照入室內(nèi)，室內(nèi)光線逐漸增強；到正午時，太陽照射角達到27度左右，且通過曲翹的屋檐恰好能照射到室內(nèi)最深處，挑檐有利于陽光直射入室內(nèi)最深處，見圖12，很大程度上滿足了采光和“冬暖”需求。

圖10 起翹的屋檐

圖11 夏天正午太陽的照射范圍

圖12 冬天正午太陽的照射范圍

其三是殿內(nèi)的墻體和地面材料有利于光源反射。石灰是我國古代應用較早的膠凝材料，其顏色白亮，有利于反射光線，古人多用于室內(nèi)墻壁抹灰，并具有較好的室內(nèi)采光效果。如《說郛》載有：“土人以石灰圬壁，及未干時以滑石末拂拭之，光瑩如玉”，［24］意即當?shù)鼐用裼檬曳鬯Ρ?，趁著石灰粉未干，再在墻壁上抹滑石粉，那么墻壁就會發(fā)出像白玉一樣的亮光。又如《閑情偶寄》載有：“石灰堊壁，磨使極光，上著也；其次則用紙糊，紙糊可使屋柱窗楹共為一色”，［25］意即石灰刷過的墻又白又亮，這是屋內(nèi)明亮的主要原因，如沒有石灰，用白紙糊墻壁，也可以產(chǎn)生較好的反光效果。紫禁城建筑內(nèi)部的墻壁多用淺白色石灰，亦有采用紙糊墻板的內(nèi)立面做法，有利于室內(nèi)采光，由于工藝原因，建筑內(nèi)部的立柱、地面均采用桐油涂刷，表面有著鮮艷的光澤，亦有利于反光，增加室內(nèi)的亮度，建筑內(nèi)部的青綠色頂棚表面則沒有光澤，反射率低。上述室內(nèi)建筑材料產(chǎn)生的整體采光效果為：帝后在建筑內(nèi)活動時，光線由上往下投射，下方有著清晰的光影（圖13），而上方的光線非常柔和，總體在視覺上產(chǎn)生相融的效果。

圖13 太陽光在太和殿金磚地面產(chǎn)生的反射

隔扇和檻窗是光線進入建筑內(nèi)部的重要通道。紫禁城內(nèi)建筑早期的門窗洞口均采用高麗紙糊。這種紙以綿繭造成，色白如綾，且在制作過程中有一道放在油中浸泡的工序，因而既有利于透光，又有利于防潮。清康熙時期，隨著海上貿(mào)易的發(fā)展，平板玻璃開始由西歐進入宮廷，［26］并逐漸應用于紫禁城內(nèi)的門窗上。據(jù)檔案記載，雍正帝為養(yǎng)心殿室內(nèi)采光方便，于元年（1723）十月初一日下諭旨，令工匠在后寢宮安裝玻璃，即“窗外做三面窗罩一個……面安玻璃，頂、后面或安板子，或做窗戶穿堂。北邊東西窗玻璃二塊，高一尺八寸五分，寬一尺四寸七分亦可、寬九寸七分亦可”［27］。由此可知，養(yǎng)心殿是紫禁城最早安裝了玻璃用于采光的建筑。自此，平板玻璃在紫禁城建筑中逐漸廣泛應用（圖14）。相對于高麗紙而言，平板玻璃的透光率、耐久性要更好，因而進一步改善了建筑內(nèi)部的采光條件。

圖14 紫禁城隔扇上的玻璃

由上可知，紫禁城建筑內(nèi)部的采光，主要通過合理布置建筑朝向，利用曲翹的屋檐、透光性較好的門窗洞口封護材料來納入光線；利用反射性能較好的墻體、地面材料來反射光線，使得室內(nèi)達到最佳的采光效果。

四、沐浴設施科學性研究

沐浴是古代宮廷生活的重要組成內(nèi)容。紫禁城西部武英殿的后院有浴德堂（圖15），其主要功能之一即為帝王沐浴的場所。［28］這座建筑與紫禁城里其他建筑風格差異很大，具有明顯的土耳其風格：磚砌的墻體，穹窿頂，屋頂有天窗。文獻載有“臺東百步有觀星臺……臺西為內(nèi)浴室”［29］，其中的“浴室”即為浴德堂。浴德堂的設計源于一名波斯（今伊朗）建筑師之手，其名字叫亦黑迭兒丁。亦黑迭兒丁是元世祖忽必烈時期的一名留居我國的西域建筑師，得到元世祖的信任。至元四年（1267），亦黑迭兒丁與光祿大夫劉秉忠執(zhí)掌修建元大都，并將我國古建筑理念與伊斯蘭教、喇嘛教、蒙古建筑風格結(jié)合起來。［30］在對元大都的規(guī)劃設計過程中，亦黑迭兒丁參照蒙古汗國首府哈拉和林城的建筑風格，設計出多座伊斯蘭教風格建筑，浴德堂即為其中之一。［31］元朝被滅亡后，朱棣下令拆毀元大都宮殿，但浴德堂幸運地保留下來，直至現(xiàn)在。

圖15 浴德堂前殿匾額

浴德堂的建筑風格與公元十世紀左右的阿拉伯澡堂風格有著諸多相似之處。文獻載有“環(huán)繞著一個居中的大廳，大廳上面，罩著一個圓屋頂，屋頂周圍鑲著許多圓形的小玻璃窗，讓光線透進來”［32］。浴德堂的浴室也位于建筑內(nèi)的中心位置，其平面形狀接近方形，邊長約為4米，見圖16。浴室的頂棚也是穹窿形，其做法為四面墻體在離地面一定高度起拱，拱直徑為浴室四邊對角線的長度，然后各拱相交于浴室正上方，見圖17。穹頂正上方有高為1米的玻璃頂棚，其平面投影亦為圓形，見圖18。需要說明的是，浴德堂浴室墻體四面全部貼上白色瓷磚，且所有墻體上不設梁，墻體重量完全由四面拱承擔，保證了浴室內(nèi)部空間的充足，因而又被稱作“無梁殿”［33］。

圖16 浴德堂平面示意圖

圖17 浴德堂浴室內(nèi)景（局部）

圖18 浴德堂的玻璃屋頂

為滿足皇帝的沐浴需求，浴德堂有著多個科學的保障設施。

首先，浴德堂的熱水供應充足而又方便。浴德堂西側(cè)院墻外面，有水井一口，見圖16。井口直徑約為0.2米，其位置在離地面約為2米的高臺上，挨著井口有長方形蓄水槽及逐漸向下傾斜的長條形引水槽，見圖19。引水槽向東曲折延伸，穿過院墻，貼著浴德堂后檐墻繼續(xù)向東延伸，至灶房北墻時轉(zhuǎn)折穿墻進入灶房，見圖16。由于灶房地面比井口低2米，因而水源由于重力原因而流入灶房非常方便。灶房內(nèi)有銅鍋一口，可對井水進行加熱。灶房南墻（亦浴室北墻）有盛熱水石槽一個，石槽底部有一根銅管穿墻進入浴室內(nèi)，見圖20-圖21。由此可知，服務人員在灶房對井水進行加熱，至適當溫度后舀至石槽內(nèi)，石槽內(nèi)的水經(jīng)過銅管流入了浴室，帝王在沐浴時就可以獲得源源不斷的熱水。上述熱水供應系統(tǒng)，巧妙地利用井口與地面的高差，采取簡單的工具即滿足了帝王沐浴所需的熱水需求。

圖19 水井與水槽

圖20 銅鍋與盛熱水石槽

圖21 浴室北墻

其次，浴室內(nèi)的采光亦得到保障。浴室內(nèi)的采光來源主要源于穹頂正中的采光玻璃窗戶。該玻璃窗戶的直徑約為0.6米，光源由室內(nèi)頂棚照射進來后，不僅可營造一種莊嚴虔誠的氛圍，而且通過墻壁上白色的瓷磚進行反射，使得室內(nèi)有充足的光源。需要說明的是，浴室墻壁上不開設窗戶，一方面有利于保護帝王的隱私，另一方面有利于保證浴室內(nèi)部的溫度不產(chǎn)生驟變。另外，元代的宮殿建筑磚瓦顏色與明代不同，元代宮殿建筑用色崇尚白色。如文獻載有“窯廠。大都四窯廠領匠夫三百余戶，營造素白琉璃瓦”［34］。從物理學角度講，白色是復色光，是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫這七種顏色組成的，一個不透明物體會吸收與它不同的光而反射與它相同的光，所以白色能反射所有的光，表現(xiàn)出很好的反射效果，浴德堂浴室內(nèi)白色的瓷磚增加了浴室內(nèi)部的亮度。

其三，浴德堂浴室有著良好的恒溫措施。保證帝王在沐浴時恒定的環(huán)境溫度，是帝王免受邪風涼氣侵擾的重要前提。從圖16所示的平面布局來看，浴室的位置在前殿、灶房之間，皇帝若要進行沐浴，從大門進去后，要曲折穿過幾道門方可到達浴室。這種出入通道的平面由于彎折的尺子，不利于通風，有利于保持浴室內(nèi)部的溫度恒定。不僅如此，浴室周邊的墻體厚達1米，有著良好的隔熱效果。再者，浴室地下是有地暖的，以利于帝王冬天沐浴。地暖的具體做法為：方磚地面下面有鐵板一層，鐵板下面為架空的磚砌溝槽，溝槽端部通向浴室西側(cè)的燒火間（圖16）。［35］燒火間燒火產(chǎn)生的熱量通過架空溝槽傳遞給鐵板，鐵板的傳熱性能好，直接向上傳給地面磚，地面磚再將熱量向室內(nèi)擴散，因而浴室的內(nèi)部非常溫暖。

五、休閑設施科學性研究

明清帝后的主要娛樂活動之一就是看戲。故宮里面的戲臺較多，但體量最大的要數(shù)暢音閣。暢音閣位于故宮東部寧壽宮區(qū)域，包括上、中、下三層，每層的建筑面積約200平方米，且一層戲臺下還有地下室，最多可容納千人同時表演，可謂古代的“國家大劇院”（圖22）。暢音閣兩側(cè)為長廊，是后妃及大臣看戲場所；對面是閱是樓，為皇帝看戲場所。閱是樓與暢音閣之間，是一個約一百平米的小廣場。為保證皇帝能夠清晰地聽到樂器的伴奏和演員的發(fā)聲，暢音閣有著優(yōu)良的“音響”系統(tǒng)，以下進行解讀。

圖22 暢音閣大戲臺

首先是空井的共振效果。［36］暢音閣一層內(nèi)側(cè)有臺階通地下室，地下室有5個井，4角各1個，為空心井；中心有1個，為水井。由于地下室頂板為木板（即一層舞臺地面），而當?shù)叵率业某鋈腴T口關閉后，這5口井相當于密封的木頂“共鳴箱”，可產(chǎn)生擴音效果。其中，空心井通過共振擴音。在日常生活中，共振現(xiàn)象很普遍，一個簡單的例子是晃動的秋千在較小的外力作用下可產(chǎn)生較大幅度的搖擺。其原理在于：兩個振動的物體具有相同或相近的頻率。［37］暢音閣地下室的空間也相當于一種“秋千”，而各種表演的樂器則相當于“外力”，當二者的頻率合拍時，空井便會產(chǎn)生共振效果。但是與秋千的擺動僅與某種頻率合拍，而暢音閣演員發(fā)聲或樂器伴奏時，則有多個頻率的振動，因而在地下室設置4個空井，可與多個頻率的聲波產(chǎn)生共振作用，因而產(chǎn)生了聲音放大效果。［38］這種共振原理早在戰(zhàn)國時期就得到過運用。如《墨子·備穴》載有“令陶者為罌，容四十斗以上，固幎之以薄皮革，置井中，使聰耳者伏罌而聽之，審知穴之所在，鑿穴迎之”［39］。即守城的士兵們把空陶器用蒙皮包起來，每個陶器的容積不小于四十升，然后把這些陶器在城墻下每隔一定距離埋設一個，當敵人有挖攻城隧道的動靜時，蒙皮的陶器會產(chǎn)生共振并把聲音放大，守城的士兵就能很容易聽到，并采取抵抗措施。上述蒙皮的陶器、地下空井的共振機理一致，可反映古人的智慧。

其次是水井的混響及藻井的擴音效果。如前所述，封閉的空井可產(chǎn)生共振效果，而井中有水時，則可以產(chǎn)生混響效果。所謂混響，即聲源發(fā)聲停止后的一段時間內(nèi)，由于聲音的多次反射，仍能被人聽到效果?；祉懣梢允孤曇糇兊悯r活，更具有臨場感，增強了聲音的潤色。當水井中有水時，有利于聲波的反射；［40］水位高低的不同，產(chǎn)生反射的音效各異。除此之外，在暢音閣一層戲臺頂棚的正中，有一個上方向的上凹造型，稱為藻井（圖23）。研究表明：與不設藻井的平頂相比，藻井不僅有裝飾作用，在舞臺中還起到擴音效果。［41-42］其擴音原理為：其凹形面有利于將聲音匯集，再集中反射出去，使得演唱者的聲音更加圓潤，同時也有利于遠處的觀眾獲得更好的欣賞效果，類似于傳聲筒。其實，我國古代傳聲筒制作，即“傳聲筒者，截竹筒兩枚，空其兩端，各以一面用皮紙冒之……相去數(shù)丈，屬口者隨意言語”［43］，即利用與藻井類似的聚音原理制作而成。

圖23 暢音閣藻井（仰視）

再次，暢音閣整體院落的封閉布置方式亦有利于產(chǎn)生較好的音響效果。從院落布局來看，戲樓、長廊、閱是樓形成相對封閉的空間（圖24），演員的說唱聲及樂器的伴奏聲從舞臺發(fā)出時，經(jīng)過空井、水井、藻井的擴音、聚音作用，傳向院落，并經(jīng)過建筑立面的反射作用傳到帝后、大臣耳中，期間聲音產(chǎn)生的損失較少。另外，紫禁城墻體多為表面光亮的磨磚對縫做法，門窗立柱上有光亮的油飾彩畫，均有利于聲波的反射。在圍合式結(jié)構(gòu)所形成的環(huán)狀密封環(huán)境下，戲臺、長廊、閱是樓等多元體對聲音混響時間指標有著較大影響：即演員的聲音通過上述建筑形成多次、多因素、多角度的反射，使得聲音能量在幾乎無損情況下傳播，并產(chǎn)生不同的混響效果，增加聲音的空間感和美妙感。［44］

圖24 暢音閣院落東視

由上可知，紫禁城內(nèi)暢音閣雖然沒有先進的擴音設備，但是古代工匠巧妙地在地下室安裝了擴音、混響設施，并利用建筑造型來產(chǎn)生聚音效果，利用建筑布局來產(chǎn)生傳音效果，滿足了宮廷人員的欣賞需求。

紫禁城內(nèi)有著多個滿足帝王日常生活需求的設施，如采用冰窖、冰箱和涼棚滿足防暑需求，采用火地來滿足御寒需求，采用合理布置建筑朝向、有效的透光及反光材料來滿足采光需求，采用巧妙地引水、加熱和恒溫設施來滿足沐浴需求，采用空井、水井、藻井及封閉式的建筑布置來滿足賞戲需求等。上述生活設施構(gòu)造簡單，使用科學合理，體現(xiàn)了我國古代工匠的建筑智慧。