高 策 楊東東 吳文清

(山西大學(xué) 科學(xué)技術(shù)史研究所，太原 030006)

1 問題的緣起

中國古建筑避塵是一種較為普遍的現(xiàn)象。對(duì)于這種“蜘蛛不結(jié)網(wǎng)、梁上無灰塵”的景象，因普通人無法做出科學(xué)解釋，民間素有建筑內(nèi)部裝有“避塵珠”法器的說法。從實(shí)地調(diào)研來看，具有避塵功能的古建筑多以佛教寺院建筑為主，建筑內(nèi)部“無塵”也是佛教文化的象征。

寺院建筑作為佛國凈土的物化形式，是凸顯佛教凈土文化的無言載體。寺院建筑的“無塵”環(huán)境，是凈土的具體體現(xiàn)，也是一種無聲教化，其意是使被世俗煩惱困擾的人們，在清雅潔凈的環(huán)境里感受自身的清潔本性，為人們指引一條返本還原、徹見心性的修行之路。同時(shí)，寺院建筑的“無塵”也影響和改變著僧人凈土信仰的心理和行為?！侗A經(jīng)·諸菩薩本授記品第四之一》記述了文殊菩薩對(duì)寺院建筑無塵的愿望：“合十方無量為一佛剎，真紺琉璃為地，無塵土石沙穢惡荊棘?！盵1]《法華經(jīng)》卷3中也記述了寺院建筑應(yīng)該具有的樣貌：“其佛國土甚為清凈，無有礫石、荊棘、穢濁之瑕，山陵溪澗。普大快樂。”[2]

隨著對(duì)“無塵土石沙”潔凈場(chǎng)所的理念追求，寺院建筑避塵環(huán)境的營造逐漸發(fā)展為比較完善的系統(tǒng)理論，乃至今天全國尚有多處具有避塵功能的寺院建筑遺存。然而，由于中國古代特殊的歷史條件和古人重綜合而輕分析的特點(diǎn)，寺院建筑如何做到具有避塵功能，未見于文獻(xiàn)記載，成為一種“隱形”的實(shí)踐活動(dòng)。[3]

本文選取具有典型性避塵現(xiàn)象的山西隰縣千佛庵作為研究對(duì)象。該建筑群設(shè)計(jì)獨(dú)特、工藝考究，尤其是大雄寶殿的懸塑，歷經(jīng)300余年，依然金碧輝煌、一塵不染。以研究壁畫佛塑見長的著名畫家潘潔茲(1915—2002)在觀賞大雄寶殿時(shí)感嘆：“朱明陳跡尚如新，入眼平生嘆未有?！苯艹龅淖诮填I(lǐng)袖趙樸初(1907—2000)為大雄寶殿題詞：“東土西方微塵不隔，人間天上萬象莊嚴(yán)。”[4]都對(duì)大雄寶殿內(nèi)部的潔凈現(xiàn)象贊嘆有加。為深入分析千佛庵建筑的避塵現(xiàn)象，筆者從環(huán)境與方位、空間布局與氣流組織方式、大雄寶殿的貼金彩繪懸塑與內(nèi)部空間環(huán)境等方面進(jìn)行系統(tǒng)分析，以期對(duì)千佛庵建筑避塵機(jī)理做出合理的解釋，進(jìn)而完善中國古代建筑史的理論體系研究。

2 千佛庵的山川形勢(shì)與歷史沿革

生態(tài)環(huán)境選擇思想是我國古代建筑選址理念的核心，明清時(shí)期的寺院建筑生態(tài)選擇思想已達(dá)到泛濫的局面。[5]始建于明末清初的千佛庵在營造潔凈場(chǎng)所的實(shí)踐體系中，地形地貌起到了支撐作用。在千佛庵的歷史沿革中，始終堅(jiān)持因地制宜的自然觀和環(huán)境平衡的生態(tài)觀，創(chuàng)造出藏風(fēng)聚氣的優(yōu)質(zhì)空間環(huán)境。

2.1 千佛庵的山川形勢(shì)

千佛庵坐落在隰縣城西1 000米處的鳳凰山腰。隰縣全境屬黃土高原殘塬溝壑區(qū)，地形東北高、西南低，海拔大部分在950米至1 300米。東部紫荊山最高峰海拔2 012米，為呂梁山在晉西南地區(qū)第一高峰，南部胡城村最低海拔760米，相對(duì)高差1 252米?？h內(nèi)溝壑縱橫，連綿起伏，由兩川、七塬、八大溝組成；1 000米以上的溝道有1 124條，溝壑密度達(dá)3.4千米/平方千米，呈條狀地貌特征(圖1)。由于地形起伏多變，高差較大，對(duì)局部地表沉積物、植被類型、水熱的再分配、山丘風(fēng)場(chǎng)的影響較大，形成生物氣候條件在整體與局部的明顯差異。

圖1 隰縣地形圖(作者依據(jù)中國地質(zhì)數(shù)據(jù)云繪制)

古代寺院建筑生態(tài)環(huán)境選擇思想始終強(qiáng)調(diào)一個(gè)整體的環(huán)境模式。千佛庵所在的鳳凰山并非孤山獨(dú)峰，乃是唐戶塬南北走向西坡底塬的東西向一個(gè)分支，與西坡底塬呈丁字形狀。鳳凰山山頂最高海拔約1 045米，山頂長約100米，寬從10米至40米不等，呈尖嘴狀。千佛庵坐西向東，處于鳳凰山尖嘴狀地形的最前端，海拔約1 010米，南北兩側(cè)為陡坡；南坡的坡度為1∶1，垂直高度約25米，坡度角約為60°，溝進(jìn)深約150米，溝淺無水；北坡的坡度為1∶0.6，垂直高度約40米，坡度角約為73°，溝進(jìn)深約300米，有泉涌出。兩溝在鳳凰山前交匯，形成一處開闊的谷地，谷地樹木茂密，濃蔭蔽日。北側(cè)溝谷的泉水在谷地匯聚，自然生成放生池。千佛庵南北兩翼是與鳳凰山同向的兩道山梁，南側(cè)山梁海拔約1 025米，北側(cè)山梁海拔約1 030米，兩道山梁高翹遠(yuǎn)伸與千佛庵呈環(huán)抱姿態(tài)奔突于紫川河岸，阻擋了西北強(qiáng)風(fēng)的入侵。距離紫川河約100米的谷地東面谷口是千佛庵局部環(huán)境自然通風(fēng)的進(jìn)出口。整體來看，千佛庵局部地形是一個(gè)較為封閉式的生態(tài)環(huán)境單元，后有高起的山脈，前有池水環(huán)繞，左輔右弼護(hù)，具有“藏風(fēng)、聚氣、得水”俱佳組合的特征，各部分借助能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)，相互影響和依存，形成具有自我組織和自我調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)。(圖2)

圖2 千佛庵局部地形3D示意圖(作者依據(jù)千佛庵局部地形繪制)

2.2 千佛庵的歷史沿革

清光緒二十四年(1898)刊本《續(xù)修隰州志》卷2《重修千佛庵記》記載：“嘗謂千佛庵之在隰，允稱負(fù)郭之第一勝剎也。庵在郡西北鳳凰山之巔。地最聳翠幽雅。洞口石篆庵名曰‘千佛’。而由洞而上重門，題額曰‘道入西天’，郡人因有小西天之號(hào)?！盵6]坐落在鳳凰山的千佛庵自古以來就享有盛譽(yù)，因坐西面東，重門題額“道入西天”和佛經(jīng)中的西天虛實(shí)呼應(yīng)，故民國三年(1914)，僧人顯學(xué)(1851—1935)修復(fù)寺院時(shí)，將山門題額“千佛”易名“小西天”。([4]，33頁)

千佛庵始建于明崇禎二年(1629)。崇禎十六年(1643)隰州州判楊季淳(生卒年不詳)所撰《千佛庵碑記》記載：“東明師真所謂開山祖也!晚而至隰，相成西北隅一山，負(fù)乾向巽，形類鳳凰。……鑿崖取道，幽徑耳。出徑而登，得平曠地，序所謂刳阜拓境者此也。甃無梁殿三間，中龕諸佛，前綴以軒，旁翼以廡，對(duì)面韋陀殿三間，……峰頂有小筑，為摩云閣?！跓o梁之上，復(fù)構(gòu)層殿五間?！?([4]，94頁) 在明萬歷年間，五臺(tái)山火場(chǎng)寺僧東明(生卒年不詳)游至隰縣，見縣城西北山形似鳳凰，風(fēng)水極佳，便以鳳凰山為名，募集資金和召集工匠，終于在1629年開始營造如西方極樂凈土般清雅潔凈的寺院建筑。初期的營構(gòu)，有下院的無量殿、南北的經(jīng)舍(南邊經(jīng)舍現(xiàn)為接待室)、韋陀殿(現(xiàn)為僧舍，前置較小韋陀殿以供養(yǎng)韋陀神像)，前院的摩云閣和上院的大雄寶殿也初步完工。據(jù)康熙四十八年(1709)刊本《隰州志》卷24《千佛庵碑》記載：“老僧猶以兩廡未周，佛像尚缺，復(fù)謀與其徒興秀，孫隆鑒，將重興版筑，棲妙果于香城?！盵7]僧人東明去世后，徒興秀(生卒年不詳)和徒孫隆鑒(生卒年不詳)依據(jù)初期的建筑空間布局規(guī)劃，上院增加了文殊、普賢兩殿和大雄寶殿的懸塑，前院也增加地藏殿以及鐘、鼓兩樓，形成以大雄寶殿為主體且較為封閉的建筑空間組合格局。(圖3)

圖3 千佛庵建筑空間布局平面示意圖

此后，千佛庵雖經(jīng)歷代修舊補(bǔ)缺，但整體建筑格局并未發(fā)生變化。千佛庵坐落在土質(zhì)的鳳凰山腰且三面臨溝，易受雨水的侵蝕。據(jù)史料記載，清代的修葺主要為護(hù)坡、以石鋪院、以磚包山門內(nèi)外及摩云閣下土壁、修復(fù)個(gè)別建筑的破損；民國三年的修繕主要為山下建石橋、遍植樹木、補(bǔ)臨崖磚欄及其破敗之處，對(duì)大雄寶殿的殘破現(xiàn)象進(jìn)行了修飾；中華人民共和國成立后的維護(hù)始于1986年，主要為山體加固、填補(bǔ)塌方、風(fēng)景區(qū)的配套建設(shè)，對(duì)大雄寶殿存在的隱患進(jìn)行了落架大修。([4]，32-35頁)

3 千佛庵的生態(tài)環(huán)境因素

千佛庵所處的生態(tài)環(huán)境對(duì)建筑的粉塵污染有至關(guān)重要的影響?，F(xiàn)代空氣潔凈技術(shù)的研究[8]表明，建筑的選址直接影響建筑物表面和內(nèi)部的粉塵污染情況，相關(guān)因素主要包括綠化、濕度和風(fēng)。

3.1 綠化的影響

植物凈化是重要的防塵措施。[9]清代宋劻(生卒年不詳)撰《重修千佛庵記》記載：“兩腋幽壑，數(shù)種古樹，洵有道者所樂棲，亦達(dá)士之所共適也。閑步溪橋，木向榮而泉始流。”([6]，182頁) 民國金福海(生卒年不詳)撰《小西天禁樵碑》記載：“周圍遍植樹株，今則廟貌煥然，樹木蒼翠，稱本縣名勝之冠?！?[4]，94-106頁) 通過實(shí)地調(diào)研和場(chǎng)地衛(wèi)星圖的觀察，千佛庵周圍自然植被覆蓋率達(dá)70%以上；林木類占自然植被面積的60%，主要分布在谷地和兩側(cè)溝谷濕地；灌草叢類占自然植被的40%，主要分布在鳳凰山和兩側(cè)山梁的坡面。千佛庵生態(tài)環(huán)境中的植被覆蓋率和植被種類空間分布狀態(tài)起到了很好的滯塵作用。(圖4)

圖4 千佛庵周圍植被分布簡圖(作者依據(jù)實(shí)地調(diào)研和場(chǎng)地衛(wèi)星圖繪制)

樹葉表面自身結(jié)構(gòu)對(duì)粉塵顆粒物具有滯留、吸附和黏附的作用。不同樹種間滯塵量有明顯差異。影響葉片滯塵能力的因素主要為葉片表面的溝狀組織和粗糙度、氣孔密度和開口大小、茸毛密度和分布特征。千佛庵周圍林木為針闊葉混交林，以榆樹、松樹、柏樹、柳樹、椿樹、刺槐、火炬樹、楊樹為多。依據(jù)樹種葉表微結(jié)構(gòu)與滯塵能力的關(guān)系研究[10-13]，千佛庵周圍數(shù)量居多的林木都表現(xiàn)出較強(qiáng)的滯塵效應(yīng)(表1)。

表1 千佛庵周圍樹木葉片滯塵特征

鳳凰山和兩側(cè)山梁的坡面為沖洪積亞砂土、亞黏土和砂卵石層。灌草植被增加了坡面土壤的緊實(shí)度，風(fēng)蝕的幾率變小，不易形成粉塵顆粒物污染的來源。進(jìn)入谷地的外來粉塵顆粒物受地形的限制，其擴(kuò)散過程需要經(jīng)過兩側(cè)山梁的多次反射作用。灌草植被的存在，使得坡面表層的粗糙度變大，較多粉塵顆粒物會(huì)被灌草植被吸附和滯留。在較為平緩的坡面，灌草叢類與針闊葉林混生，在林木葉片滯納的粉塵顆粒物受降雨、風(fēng)等自然因素沉降后，灌草植被阻止了二次揚(yáng)塵起浮現(xiàn)象的產(chǎn)生。

3.2 濕度的影響

吸濕性是環(huán)境空氣中粉塵顆粒物的主要性質(zhì)。[14]《隰州志》卷11《寺觀》記載：“紫水從北來，繞城而南，奔騰沖激十里至石家莊。地益下，流益駛，其勢(shì)不可遏?！谑侵莩侵畾?，聚而不散，磅礴郁積，無沙飛石走之患?！?[7]，162頁) 隰縣地處中緯度，氣候干燥，降水少，常形成水熱失調(diào)和塵土飛揚(yáng)的現(xiàn)象。貫穿隰縣南北的紫川河提供水汽抑制周圍塵土飛揚(yáng)，作用顯著。1981—2010年的累年月最多降水量(圖5)和累年月平均相對(duì)濕度(圖6)的數(shù)據(jù)顯示，鳳凰山一帶累年月最多降水量呈跳躍式曲線變化，累年月平均相對(duì)濕度變化卻相對(duì)平穩(wěn)。除植被的蒸騰作用，距鳳凰山約100米的紫川河人字閘蓄水工程和谷地放生池也起到了增加周圍環(huán)境相對(duì)濕度的關(guān)鍵作用。當(dāng)相對(duì)濕度越大時(shí)，空氣中水蒸氣的氣壓就越高，粉塵顆粒物會(huì)與固體接觸界面或其它粉塵顆粒物之間的接觸部位會(huì)產(chǎn)生液體橋，液體橋產(chǎn)生的液體橋聯(lián)力會(huì)將兩者相互粘附到一起，限制了粉塵顆粒物的相對(duì)滑移，有效阻止了外來粉塵顆粒物進(jìn)入千佛庵建筑內(nèi)部的幾率。

圖5 1981—2010年累年月最多降水量

圖6 1981—2010年累年月平均相對(duì)濕度

在相對(duì)濕度穩(wěn)定的情況下，粉塵顆粒物的凝結(jié)沉降速度與粉塵顆粒物表面親疏水性有關(guān)，即粉塵顆粒物表面親水性越強(qiáng)，環(huán)境濕度對(duì)粉塵顆粒之間作用力的影響越強(qiáng)。[15]據(jù)《隰州志》卷24《藝文》記載：“自后山川滌滌，即有霡霂，額頃即止，沙飛土燥如故?！盵16]隰縣干燥性氣候和自古以來的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，使得其粉塵顆粒物釋放源以地表起塵為主。鳳凰山一帶塬面地表土質(zhì)主要為風(fēng)積黃土且以垂直地帶性分布，海拔1 300米以上的土層表面均覆蓋有5—10厘米的腐殖質(zhì)層，土質(zhì)穩(wěn)定；海拔1 300米以下土體深厚，土質(zhì)疏松多孔，無明顯腐殖質(zhì)層，在長期干旱的情況下，土壤團(tuán)塊分裂較快，團(tuán)塊變小，地表粉塵顆粒物起動(dòng)摩阻風(fēng)速變小，導(dǎo)致鳳凰山一帶低層空氣中的粉塵顆粒物主要為親水性碳酸鈣質(zhì)結(jié)核或中類鈣質(zhì)結(jié)核的土壤粒子。([4]，5-48頁) 親水性碳酸鈣類粉塵顆粒物的坍塌角隨濕度變化較快，水蒸氣在其表面易形成厚度較大的水膜，增加粉塵顆粒物之間的相互附著性，使得氣流與粉塵顆粒物表面的接觸面積增加，產(chǎn)生的摩擦阻力和重力變大，粉塵自然降落較為顯著。

3.3 風(fēng)的影響

風(fēng)是大氣傳播粉塵顆粒物的主要途徑。1981—2010年累年月平均風(fēng)速的數(shù)據(jù)顯示，鳳凰山一帶累年月平均最大風(fēng)速為2.4 m/s，累年月平均最小風(fēng)速為1.5 m/s，平均值為1.8m/s，累年月平均風(fēng)速較小且較為穩(wěn)定(圖7)。由于隰縣復(fù)雜多變的地形和較多突出的山脈阻礙了大氣邊界層的流動(dòng)，導(dǎo)致氣流流動(dòng)發(fā)生大尺度的分離和回流，增強(qiáng)了風(fēng)的湍急強(qiáng)度，提高了風(fēng)的流動(dòng)速度。[17]1981—2010年累年月日最大風(fēng)速日數(shù)的數(shù)據(jù)顯示，鳳凰山一帶累年月日最大風(fēng)速≥5.0m/s日數(shù)均在15天以上，在風(fēng)沙日較多的3月、4月、5月超過25天，風(fēng)速的間歇性增強(qiáng)效果顯著且持續(xù)時(shí)間較長(圖8)。依據(jù)粉塵顆粒物(除沙塵暴)在大氣中的濃度與總排放量成正比，而與風(fēng)速成反比，風(fēng)速增加一倍，下側(cè)風(fēng)的粉塵顆粒物濃度則減少一半的原理([8]，82頁)，在平均風(fēng)速較小的情況下，間歇性的強(qiáng)風(fēng)使得處在南北走向西坡底塬的鳳凰山上層空氣的粉塵顆粒物濃度一直處于較低狀態(tài)。

圖7 1981—2010年累年月平均風(fēng)速

圖8 1981—2010年累年月日最大風(fēng)速≥5.0m/s日數(shù)

千佛庵在局部環(huán)境中的位置減弱了風(fēng)攜帶的粉塵顆粒物含量。千佛庵南北兩道山梁的東面缺口是風(fēng)攜帶粉塵顆粒物進(jìn)入谷地的唯一入口，造成局部環(huán)境的風(fēng)向頻率主要受東風(fēng)的影響。在2019年8月21日11時(shí)至22日11時(shí)，鳳凰山一帶存在明顯的東風(fēng)，即有風(fēng)從谷地缺口吹入谷內(nèi)。(圖9)

圖9 2019年8月21日至22日24小時(shí)整點(diǎn)風(fēng)力風(fēng)向?qū)崨r

采用Fluke 985空氣塵埃粒子計(jì)數(shù)器(福祿克公司，美國)，計(jì)數(shù)效率0.3μm的粒子為50%，0.45μm以上的粒子為100 %(根據(jù) ISO 21501)，樣本入口為等向性運(yùn)動(dòng)探頭，在千佛庵外部蓮花廣場(chǎng)、谷地陸地和千佛庵山門的中心位置，手持Fluke 985面向東方，各取4L的空氣體量。同時(shí)采用TM840M數(shù)字風(fēng)速儀(香港泰克曼公司，中國)，采樣速率大約1秒1次，傳感器為加硬軸承風(fēng)扇傳感器，在Fluke 985同等測(cè)量位置和時(shí)間內(nèi)進(jìn)行風(fēng)速測(cè)量，得出數(shù)據(jù)如表2。

表2 不同位置下的風(fēng)速和粉塵顆粒物測(cè)量

測(cè)量數(shù)據(jù)表明，風(fēng)自蓮花廣場(chǎng)到千佛庵山門的流速變大，風(fēng)所攜帶粉塵顆粒物的粒徑和數(shù)量明顯減少。究其緣由，當(dāng)東風(fēng)流經(jīng)谷口時(shí)，因谷口狹窄使得氣流過流面積減小，氣流被擠壓，導(dǎo)致進(jìn)入谷地風(fēng)的流速增大，粉塵顆粒物濃度含量變小。千佛庵距離谷地垂直高度約25米，隨著高度的增加，風(fēng)到達(dá)千佛庵周圍的流速繼續(xù)變大，促使千佛庵建筑周圍的粉塵顆粒物濃度含量持續(xù)變小。

3.4 地形環(huán)境中氣流分布模擬

為更加深入了解千佛庵局部環(huán)境具有良好的氣流分布，結(jié)合鳳凰山一帶的氣候資料、地理信息和千佛庵局部地形空間形態(tài)，以計(jì)算流體力學(xué)分析方法(CFD)模擬千佛庵局部地形氣流分布狀況。在不影響區(qū)域氣流大致走向的前提下，以千佛庵谷地東面谷口進(jìn)風(fēng)作為可分辨風(fēng)場(chǎng)，風(fēng)速設(shè)置為全年最大平均風(fēng)速2.4m/s，采用κ-ε方程湍流模型[18]，應(yīng)用流體仿真軟件Fluent(2021 R1版本)進(jìn)行模擬分析。(圖10)

圖10 千佛庵地形環(huán)境氣流分布圖

千佛庵地形環(huán)境氣流分布模擬結(jié)果顯示，當(dāng)外部氣流經(jīng)狹窄谷口順利進(jìn)入千佛庵局部環(huán)境后，氣流速度有明顯增加的趨勢(shì)。在谷地空曠地帶，氣流保持運(yùn)行暢通的狀態(tài)；到達(dá)建筑山腳的氣流出現(xiàn)明顯的分流現(xiàn)象，分別流向千佛庵建筑兩側(cè)溝谷；南北兩側(cè)山梁周圍的氣流因運(yùn)行受阻，部分氣流繞行，與來流發(fā)生碰撞，氣流速度逐漸提高；因千佛庵山腳氣流與南北兩側(cè)氣流均匯聚于千佛庵建筑兩側(cè)溝谷，造成兩側(cè)溝谷氣流發(fā)生碰撞，氣流速度聚然提高。

4 千佛庵建筑群空間布局對(duì)氣流和粉塵顆粒物的影響

千佛庵建筑群總面積僅有1 100多平方米，在極其有限的空間內(nèi)，建有房屋20余間，并以洞為門，把前院、下院、上院分隔并連通。整體布局雖以傳統(tǒng)建筑軸線為引導(dǎo)，左右對(duì)稱，但未呈方整封閉的風(fēng)格，而是采用回環(huán)曲折、參差錯(cuò)落、忽而洞開、忽而幽閉的設(shè)計(jì)賦予了千佛庵建筑群多樣的空間層次感，不但阻礙了外部氣流攜帶粉塵顆粒物的入侵，而且有利于建筑群內(nèi)部氣流的流通和粉塵顆粒物的輸出。(圖11)

圖11 千佛庵建筑全景3D示意圖(作者依據(jù)實(shí)地測(cè)量繪制)

4.1 建筑群空間布局中氣流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

千佛庵前院是視野開闊且平面呈尖嘴狀的院落，院落頂層的摩云閣為建筑群的最高點(diǎn)，兩側(cè)洞門連通下院，也是建筑內(nèi)部氣流的主要通風(fēng)口。外來氣流在前院會(huì)出現(xiàn)分流的狀況，此時(shí)氣流趨于穩(wěn)定。氣流在到達(dá)兩側(cè)洞門所在墻壁的進(jìn)面后，由于壁面的限制和氣流的連續(xù)性，有一部分氣流向反方向運(yùn)動(dòng)，從而在兩個(gè)洞門外面形成回流區(qū)，部分較大粉塵顆粒物沉積下來。同時(shí)由于兩側(cè)溝谷中山谷風(fēng)的快速運(yùn)動(dòng)，對(duì)周圍氣流產(chǎn)生卷吸作用，回流區(qū)的部分氣流被卷吸形成上升的渦流，阻止了部分氣流攜帶較小粉塵顆粒物從兩側(cè)洞門入侵下院。

前院通往下院兩側(cè)洞門的氣流運(yùn)動(dòng)形式以射流為主。北側(cè)“疑無路”外部門洞高2.3米，寬1.4米，深1米，轉(zhuǎn)折深度2.8米，內(nèi)部門洞高1.7米，寬0.5米(圖12)。南側(cè)“別有天”外部門洞高2.5米，寬1.2米，深1.2米，轉(zhuǎn)折深度2.8米，內(nèi)部門洞高1.8米，寬1米(圖13)。洞門平面呈L形且外寬內(nèi)窄，似現(xiàn)在高效過濾器阻隔分離微粒氣道的設(shè)計(jì)，迎面的阻力可以有效地對(duì)射入氣流中的粉塵顆粒物進(jìn)行攔截捕集。([8]，193頁)

圖12 “疑無路”洞門示意圖

圖 13 “別有天”洞門示意圖

下院是一個(gè)四方院落，長約15米，西面為無量殿，東面為韋馱殿和僧舍，北面為藏經(jīng)閣，南面為接待室，形成一個(gè)閉合的庭院。依據(jù)流體力學(xué)原理，下院氣流因前院兩側(cè)門洞通風(fēng)的原因，氣流流層極不穩(wěn)定。在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，由于粘滯性而在流層之間產(chǎn)生切應(yīng)力。按照流速與氣流截面關(guān)系的定理：

S1V1=S2V2=常數(shù) (S—截面積;V—流速)

北側(cè)“疑無路”外部門洞與內(nèi)部門洞的截面積比值較大，流速明顯增大，切應(yīng)力為順流向；南側(cè)“別有天”外部門與內(nèi)部門洞的截面積比值較小，流速變化相對(duì)較小，氣流進(jìn)入為逆流向；順流向和逆流向的氣流易在下院中央形成氣流渦體。由于流速較大流層與渦體旋轉(zhuǎn)方向一致，流速較小流層與渦體旋轉(zhuǎn)方向相反，使得流速較大流層的流速更大，流速較小流層的流速更?。涣魉僭龃蟮牡胤綁毫p小，流速減小的地方壓力增大，形成垂直于流向的壓差。當(dāng)該壓差足以克服阻力后，就推動(dòng)渦體脫離原流層，沖向臨近流層([8]，267-270頁)，千佛庵正門的位置和外部氣流充當(dāng)了鄰層的作用(圖14)。下院具備了流層中形成渦體并沖入鄰層這兩個(gè)條件，且空間較小，氣流對(duì)周圍環(huán)境的卷吸作用較強(qiáng)，可以迅速有效地排出氣流本身和院內(nèi)因焚香產(chǎn)生的粉塵顆粒物。

圖14 下院氣流渦體示意圖

下院無量殿右側(cè)為通往上院的通道，通道為僅容一人的圓形洞門，且通道的出口沒有直接通向上院，而是蜿蜒轉(zhuǎn)折通向了上院的文殊殿內(nèi)，這樣的設(shè)計(jì)極大地限制了氣流攜帶的粉塵顆粒物從下院上串至上院。上院同樣是一個(gè)方形院落，不同的是只有三面聚合，西面的大雄寶殿、北面的文殊殿、南面的普賢殿形成一個(gè)相對(duì)閉合的風(fēng)影區(qū)環(huán)境，氣流的運(yùn)動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定。千佛庵前院摩云閣建筑為建筑群最高點(diǎn)，高度約15米，與上院大雄寶殿的直線距離約20米，間距約為前院摩云閣高度的1.3倍。依據(jù)現(xiàn)代建筑氣候?qū)W原理[19]，當(dāng)建筑為行列式中的平行排列布局時(shí)，在風(fēng)的流動(dòng)方向上必須有較大建筑間距，才能使風(fēng)的損失最小化。建筑之間所需的間隔較大，一般要求達(dá)到前幢建筑高度的4—5倍。同時(shí)下院較高的松柏使局部環(huán)境內(nèi)迎面而來的風(fēng)偏轉(zhuǎn)向上，越過上院，創(chuàng)造出上院相對(duì)封閉的空間環(huán)境，外部粉塵顆粒物多數(shù)被阻隔在上院以外沉降。在上院的氣流運(yùn)動(dòng)方面，由于氣流流動(dòng)的連續(xù)性和流體間的相互補(bǔ)充，加之上院相對(duì)封閉的空間環(huán)境和兩側(cè)山谷風(fēng)的影響，氣流容易產(chǎn)生渦體交換，使得上院氣流流動(dòng)狀態(tài)基本為垂直向上，將氣流攜帶的粉塵顆粒物和大雄寶殿前焚香產(chǎn)生的粉塵顆粒物自動(dòng)擴(kuò)散到高層快速流動(dòng)的氣流之中，使得大雄寶殿所在的上院環(huán)境的粉塵顆粒物含量最少。

4.2 建筑群空間布局中的粉塵顆粒物測(cè)量

鳳凰山一帶四季特征明顯，春季為4月至7月，多風(fēng)少雨，蒸發(fā)量大，風(fēng)沙日較多。為了驗(yàn)證千佛庵空間布局結(jié)構(gòu)下的氣流攜帶粉塵顆粒物狀況，2019年5月13日，筆者手持Fluke 985空氣塵埃粒子計(jì)數(shù)器，對(duì)蓮花廣場(chǎng)、谷地、山門以及建筑群的相關(guān)位置各取4L的空氣體量進(jìn)行粉塵顆粒物測(cè)量，得出數(shù)據(jù)如表3。

表3 千佛庵環(huán)境和建筑結(jié)構(gòu)下的粉塵顆粒物測(cè)量

粉塵顆粒物粒徑和數(shù)量的數(shù)據(jù)顯示，蓮花廣場(chǎng)到谷地的粉塵顆粒物含量變化顯著。對(duì)照表2中相關(guān)數(shù)據(jù)，可以看出：春季蓮花廣場(chǎng)的粉塵顆粒物含量比夏季大，而谷地氣流中的粉塵顆粒物含量無明顯變化，說明較為封閉的地形和地形內(nèi)部的生態(tài)環(huán)境凈化功能起到很大的作用。表3數(shù)據(jù)還顯示，山門的粉塵顆粒物含量反而比進(jìn)入下院正門的粉塵顆粒物含量小，驗(yàn)證了下院渦流攜帶粉塵顆粒物從正門排出的判斷；前院與下院氣流中的粉塵顆粒物粒徑變化表明，前院阻擋了氣流中較大粒徑的粉塵顆粒物；由于外側(cè)洞門氣流存在回流區(qū)，氣流的碰撞重疊，導(dǎo)致“疑無路”與“別有天”的外側(cè)洞門氣流中粉塵顆粒物含量比內(nèi)側(cè)洞門大。前院與上院的粉塵顆粒物含量差異較大，主要是由于上院較為閉塞的空間，粉塵顆粒物多數(shù)被阻隔在上院以外；下院與上院氣流中的粉塵顆粒物含量表明，下院的粉塵顆粒物含量對(duì)上院空間環(huán)境的影響較小，上院氣流容易與山谷風(fēng)產(chǎn)生渦體交換，氣流的垂直向上作用使得粉塵顆粒物的自我擴(kuò)散較為顯著。

在長期無降水和未打掃院落的情況下，在前院、下院和上院地面中心和兩側(cè)位置各選取1平米的范圍，將其地面灰塵用樣品袋進(jìn)行收集和稱重，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：單位面積地面灰塵沉積量分別為前院2.47g/m2、下院1.55g/m2、上院1.39g/m2。三個(gè)院落單位面積地面灰塵沉積量存在較明顯的下降，原因是前院空間開放，地面沉積灰塵最多；下院空間封閉，雖長期有燒香產(chǎn)生粉塵顆粒物，但由于氣流渦體對(duì)周圍環(huán)境的卷吸作用，地面沉積灰塵較少；上院空間氣流穩(wěn)定且以上升氣流為主，地面沉積灰塵最少。

灰塵中會(huì)包含大量的Si、C、O等元素，也會(huì)含有少量的K、Ca、Mn、Fe等金屬元素，不同來源的灰塵金屬元素組成不同，塵粒通常具有和母料相同的金屬元素，因此可通過金屬元素組成的對(duì)比推測(cè)粉塵顆粒物的來源。采用手持式合金分析儀Genius 5000XRF光譜儀(江蘇天瑞儀器股份有限公司，中國)，檢測(cè)對(duì)象為粉末，探測(cè)器為25mm2、SDD探測(cè)器，探測(cè)器分辨率最低可達(dá)139eV，檢測(cè)時(shí)間為30秒，對(duì)鳳凰山一帶的黃土、千佛庵下院焚香池內(nèi)的香灰以及三個(gè)院落收集的灰塵進(jìn)行半定量測(cè)量分析。測(cè)試前先將樣品室內(nèi)自然風(fēng)干后研磨成粉末，過200目篩，稱取樣品2g左右，采用半自動(dòng)壓樣機(jī)，將其壓制成以聚乙烯粉末鑲邊襯底直徑2cm的餅狀測(cè)量圓片，測(cè)量結(jié)果如表4。

表4 灰塵的金屬元素分析

由表4可知，鳳凰山一帶黃土粒子富含K、Ca、Mn、Fe金屬元素，三個(gè)院落的灰塵樣品都受到周圍黃土層風(fēng)化產(chǎn)生粉塵顆粒物的影響；前院灰塵樣品中的金屬元素主要為K、Ca、Mn、Fe且含量遠(yuǎn)多于千佛庵下院焚香池內(nèi)香灰樣品中的金屬元素含量，可判斷前院地面灰塵主要受外部黃土粒子的影響；下院灰塵樣品中的金屬元素除了受黃土粒子的影響，其中微量的Ba、Hf、Ta、Pb、Hg、Ti主要來源于焚香池的香灰，可判斷下院地面灰塵中含有大量的香灰粉塵顆粒物；上院灰塵樣品中的金屬元素同樣含有香灰樣品中微量的Ba、Hf、Pb，可判斷上院地面灰塵中也有部分香灰粉塵顆粒物。

4.3 建筑群空間布局中的氣流分布模擬

為更好的驗(yàn)證千佛庵寺院建筑群空間布局中存在的氣流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法(CFD)對(duì)千佛庵建筑群氣流環(huán)境進(jìn)行三維數(shù)值模擬。依據(jù)實(shí)地測(cè)量千佛庵建筑群的外形尺寸，建立三維計(jì)算建筑模型(圖15)。結(jié)合千佛庵建筑群周圍地形，應(yīng)用三維湍流κ-ε方程中Realizable湍流模型[20]。根據(jù)千佛庵建筑群門洞尺寸，計(jì)算了建筑群各空間2米以下的環(huán)境風(fēng)場(chǎng)(圖16)。

圖15 千佛庵建筑群三維計(jì)算模型

圖16 Realizable湍流模型速度矢量圖

依據(jù)千佛庵建筑群的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和Realizable湍流模型速度矢量圖，千佛庵建筑群最大寬度約40米，最高建筑約15米，距北側(cè)山梁約140米，距南側(cè)山梁約110米，阻塞比Rb不足0.01%，滿足了阻塞比小于3%的要求[21]，建筑群周圍和建筑群內(nèi)部空氣流通性能非常好。前院平面因呈尖嘴狀，氣流分流現(xiàn)象顯著；因受兩側(cè)溝谷的影響，建筑群兩側(cè)氣流速度遠(yuǎn)大于初始?xì)饬鞯乃俣?；前院有明顯氣流經(jīng)門洞進(jìn)入下院，下院出現(xiàn)有渦流現(xiàn)象；下院有較弱氣流經(jīng)門洞流入上院，受兩側(cè)溝谷的垂直熱力差和氣流回流產(chǎn)生的速度逆壓梯度的影響，上院氣流與外部氣流相互置換，也出現(xiàn)了一定的渦流現(xiàn)象。

結(jié)合千佛庵建筑群空間布局中氣流運(yùn)動(dòng)分析、粉塵顆粒物測(cè)量實(shí)驗(yàn)以及三維氣流模擬，可以得出：在優(yōu)質(zhì)的生態(tài)環(huán)境中，千佛庵建筑群的空間布局對(duì)凈化建筑空間環(huán)境起到了重要的作用。前院建筑形制有效地對(duì)外來粉塵顆粒物進(jìn)行了攔截捕集；下院建筑空間產(chǎn)生的渦流現(xiàn)象具有排出粉塵顆粒物污染的能力；上院建筑處于前院與下院建筑的保護(hù)中，且上院建筑空間環(huán)境中氣流具有攜帶粉塵顆粒物向外擴(kuò)散的功能。

5 千佛庵大雄寶殿內(nèi)部結(jié)構(gòu)與避塵機(jī)制

大雄寶殿是上院的主建筑，也是千佛庵的主體建筑，面闊五間，進(jìn)深六椽，前檐插廊，總面積169.6平方米。關(guān)于大殿內(nèi)懸塑的潔凈現(xiàn)象，有學(xué)者認(rèn)為懸塑沒有落塵是因?yàn)樵谕繉硬牧侠飺饺胩厥獠牧蟍22]；王哲士主編的《小西天志》認(rèn)為大雄寶殿佛閣以上懸塑人物，按場(chǎng)景要求就勢(shì)前傾，與粉塵顆粒物下落的垂直方向形成一定角度，巧妙地避開了粉塵顆粒物的直接墜落，把正面可能沾染的粉塵顆粒物留給了懸塑的背后([4]，85頁)。事實(shí)上，大雄寶殿殿內(nèi)懸塑表面并不是絕對(duì)不染塵，而是隨著高度的增加，上層懸塑表面和背后的粉塵顆粒物逐漸減少，主要原因?yàn)橘N金彩繪懸塑的幾何傾斜、殿內(nèi)氣流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和殿內(nèi)常年較高的濕度。

5.1 殿內(nèi)貼金彩繪懸塑分析

明清時(shí)期彩塑的制作工藝已非常完善，懸塑使寺廟藝術(shù)更加具有表現(xiàn)力。千佛庵懸塑是現(xiàn)存最具代表性的彩塑之一，它以獨(dú)特的表現(xiàn)形式，大大拓展了以往彩繪泥塑表現(xiàn)凈土世界的境界，被譽(yù)為中國雕塑藝術(shù)史上的“懸塑絕唱”。[23]從懸塑表面潔凈度分析，貼金、彩繪及其傾斜的結(jié)構(gòu)都具有抗粉塵顆粒物污染的作用。

物體表面存在表面自由能，表面自由能相對(duì)較高的物體表面非常不穩(wěn)定，很容易吸附周圍的粉塵顆粒物。[24]金具有良好的物理自潔性和化學(xué)穩(wěn)定性，與粉塵顆粒物所含元素的親和力較弱，降低了懸塑泥胎表面自由能，使得大雄寶殿懸塑表面自由能一直處于相對(duì)較低的狀態(tài)。[25]同時(shí)，貼金工藝改變了泥塑表面的親水性，增強(qiáng)了疏水性，使得懸塑表面比較干燥，降低了對(duì)粉塵顆粒物的吸附能力。物體表面吸附粉塵顆粒物的多少還受物體表面粗糙程度的影響，提高物體表面光潔度，可以減少粉塵顆粒物的附著。通過對(duì)大雄寶殿懸塑殘損斷面的觀測(cè)和分析[26]得知，懸塑在用粗泥塑造形體后，依次疊加細(xì)泥棉花層、紙層和白底層，經(jīng)過多次打磨和拋光后，懸塑胎體本身已經(jīng)特別光滑，利于貼金工藝的實(shí)施和進(jìn)一步改善泥胎本身的光潔度。

大雄寶殿懸塑作品除了大量采用貼金工藝外，還在懸塑外表和房梁繪有絢麗的彩畫。古代彩繪的施工離不開膠礬水，膠礬水是由白礬、水膠(由動(dòng)物骨骼熬制成的膠)、清水按一定比例調(diào)制而成。通常用于彩繪的白礬與水膠質(zhì)量比為1∶1，水的摻和量根據(jù)需要確定。在彩畫的基層做好后刷一層膠礬水，可以使基層的底色與染色互不混淆吸附，有利于彩畫紋飾清晰地黏印在基層表面。現(xiàn)代科學(xué)研究表明，適當(dāng)量的白礬形成膠體后，具有吸水、干燥、防腐、抑菌等效果，能起到有效防止基層中的石灰等材料返堿并與彩繪顏料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，弱化與殿內(nèi)空氣中粉塵顆粒物的粘附等作用，從而長久保證彩繪顏色的干凈和鮮艷。[27]

大雄寶殿佛閣以上的懸塑藝術(shù)之所以至今保存完好，色彩艷麗如新，原因也表現(xiàn)在懸塑的幾何傾斜上。殿內(nèi)氣流中的粉塵顆粒物在懸塑表面上的沉積方式以擴(kuò)散沉積為主，在相同時(shí)間和同等粉塵顆粒物濃度的條件下，粉塵顆粒物在懸塑表面的沉積量取決于粉塵顆粒物和物體表面的接觸面積，接觸面積愈大，自然沉積的粉塵顆粒物越多。([8]，213-220頁) 大雄寶殿懸塑結(jié)構(gòu)采用了透視中的“近縮法”，即有意縮小離視者近的部分，從下往上逐步膨大，且按場(chǎng)景要求的動(dòng)作，就勢(shì)前傾，將高處人物塑造成俯視的狀態(tài)。懸塑均向前傾斜3°—8°，正表面與粉塵顆粒物的接觸只在單點(diǎn)上有效，減少了有效的接觸面積，粉塵顆粒物的沉積量相應(yīng)較少。同時(shí)懸塑的背面貼金，阻止了粉塵顆粒物在懸塑背面長時(shí)間停留產(chǎn)生的吸附作用，較大的接觸面積使得粉塵顆粒物更利于團(tuán)聚成較大的粉塵顆粒物，在殿內(nèi)氣流垂直或渦體運(yùn)動(dòng)時(shí)，部分粉塵顆粒物在氣流和自身重力的影響下，自然沉降的效果也較為顯著。

5.2 殿內(nèi)的氣流狀態(tài)

根據(jù)單向流潔凈室作用原理，要使得全室的含塵量較低，就要確保送風(fēng)口粉塵顆粒物濃度較低，且進(jìn)入室內(nèi)后能迅速被稀釋。([8]，279頁) 大雄寶殿唯一送風(fēng)口為大殿的正門，門寬1.1米，高3.1米，因殿前為風(fēng)影區(qū)，主要受上升氣流與外部氣流相互置換擴(kuò)散的影響，氣流中的粉塵顆粒物含量較低，送風(fēng)速度和過程較慢。大雄寶殿殿內(nèi)寬14.9米，進(jìn)深9.5米，高7.3米，氣流進(jìn)入殿內(nèi)后由于擴(kuò)散面較大，參與稀釋的風(fēng)量與送入殿內(nèi)的通風(fēng)量比值較高，通風(fēng)效果好，起到了混摻稀釋作用，符合單向潔凈室特性。

氣流之間的相互撞擊能夠顯著強(qiáng)化粉塵顆粒物之間的微觀混合，達(dá)到提高粉塵顆粒物去除效果的目的。[28]大雄寶殿殿內(nèi)以全景式、立體式藝術(shù)方式，塑造了不同時(shí)空的眾多人物、情節(jié)和場(chǎng)景，總體上以5個(gè)佛龕將大殿分為5個(gè)部分，各部分之間通過山石的環(huán)列、樹木的交錯(cuò)、屋宇的掩映、祥云的銜接，又彼此連接成一個(gè)整體。在佛龕前后，又以多根立柱組成豎向承重網(wǎng)，通過巧妙的鏤空連接，塑有眾多殿堂樓閣和懸塑人物，疏密有致地覆蓋了大殿的大半空間。氣流在上下運(yùn)動(dòng)中，勢(shì)必因殿內(nèi)結(jié)構(gòu)起伏變化而彼此發(fā)生碰撞，將會(huì)有較小的回流、漩渦在懸塑間產(chǎn)生，吹動(dòng)和混合內(nèi)部結(jié)構(gòu)沉降的粉塵顆粒物，將建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部原來含粉塵顆粒物濃度較高的氣流沖淡。由于上下氣流的靜壓差作用和外部氣流的卷吸作用，被稀釋氣流形成一個(gè)空氣活塞，沿著大雄寶殿這個(gè)“氣缸”向下推進(jìn)，把含粉塵顆粒物濃度高的氣流由入風(fēng)口擠出殿外，達(dá)到凈化殿內(nèi)空氣的作用。

5.3 殿內(nèi)的濕度分析

通過增加粉塵顆粒物表面濕度，將較小粉塵顆粒物凝結(jié)成大粉塵顆粒物加以脫除，是現(xiàn)代室內(nèi)除塵的主要方式。由于周圍環(huán)境相對(duì)濕度較高，加之大雄寶殿較為封閉，殿內(nèi)常年相對(duì)濕度為60%左右。大殿內(nèi)的水蒸氣容易在粉塵顆粒物之間發(fā)生凝結(jié)，大大增加了粉塵顆粒物之間的作用力，降低了殿內(nèi)粉塵顆粒物的可浮性。

粉塵顆粒物間隙飽和蒸汽壓的不同與粉塵顆粒物表面不飽和力場(chǎng)的作用，粉塵顆粒物表面和粉塵顆粒物間隙都會(huì)凝結(jié)或者吸附一部分水蒸氣，在粉塵顆粒物表面形成一層水膜，濕度越大，則水膜越厚。大雄寶殿內(nèi)部常年較高的濕度，使得水蒸氣在粉塵顆粒物間隙的飽和蒸汽壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常情況下的飽和蒸汽壓，在毛細(xì)凝結(jié)的作用下，會(huì)在粉塵顆粒物間隙的接觸點(diǎn)處形成環(huán)狀的液相橋聯(lián)，液橋力會(huì)成為殿內(nèi)粉塵顆粒物混合為較大粉塵顆粒物的主要作用力。同時(shí)依據(jù)粉塵顆粒物的表面物理吸附研究[29]，一方面由于殿內(nèi)的粉塵顆粒物多為細(xì)小顆粒，粉塵顆粒物粒徑越小，粉塵顆粒物表面能越大，對(duì)水蒸氣的吸附作用越強(qiáng)，越傾向于團(tuán)聚；另一方面由于殿內(nèi)氣流的碰撞、回流及渦流作用，增加了粉塵顆粒物與水蒸氣之間的物理吸附速度，吸附具有無選擇性，吸附后的吸附質(zhì)沿著固有的運(yùn)動(dòng)方向位移，產(chǎn)生重復(fù)性的多層吸附，導(dǎo)致粉塵顆粒物在摩擦阻力和重力的影響下沉降效果顯著。

5.4 殿內(nèi)粉塵顆粒物測(cè)量結(jié)果分析

為了測(cè)量殿內(nèi)氣流中的粉塵顆粒物含量，2019年5月13日，使用Fluke 985空氣塵埃粒子計(jì)數(shù)器，以殿內(nèi)地面中心和左右佛臺(tái)為測(cè)量點(diǎn)，在1—5米高度分別取4L的空氣體量進(jìn)行粉塵顆粒物測(cè)量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在同一高度不同位置氣流中的粉塵顆粒物含量無明顯變化，在垂直高度上變化比較顯著(表5)。

表5 大雄寶殿不同高度下的粉塵顆粒物測(cè)量

數(shù)據(jù)顯示，以大雄寶殿氣流進(jìn)出口的門高3米為分界線，上層氣流的粉塵顆粒物含量和粒徑明顯小于下部氣流的粉塵顆粒物含量和粒徑，說明殿內(nèi)氣流的撞擊運(yùn)動(dòng)和較高的相對(duì)濕度使得粉塵顆粒物的自降和向外排出效果顯著。

為了分析大雄寶殿殿內(nèi)粉塵顆粒物樣貌特點(diǎn)，用樣品袋收集了殿內(nèi)佛臺(tái)上長期沉積的灰塵。采用SEM掃描電子顯微鏡(日立公司，S-4800，日本)，儀器設(shè)定為冷場(chǎng)發(fā)射源，加速電壓0.5—30kV，最小分辨率1nm(15 kV)，對(duì)灰塵樣品進(jìn)行分析。首先對(duì)灰塵樣品進(jìn)行噴金，然后放入樣品臺(tái)，抽真空后進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)選擇2 500倍樣品進(jìn)行拍照。(圖17)

圖17 灰塵樣品的主要樣貌特征(二次電子像)

圖像顯示，樣品表面都有大量沉積的粉塵顆粒物且形狀都不規(guī)則。相關(guān)研究表明[30]，不規(guī)則帶棱粉塵顆粒物更容易促使液膜薄化和三相潤濕周邊的形成，有利于粉塵顆粒物之間的相互吸附，從而降低可浮性。圖17中a、b、c表面已凝聚眾多細(xì)小粉塵顆粒物。該類粉塵顆粒物表面粗糙且微孔隙較多，有利于水蒸氣液體小質(zhì)點(diǎn)的填充，在表面形成厚度較大的水膜，增加粉塵顆粒物間的相互附著性，同時(shí)在殿內(nèi)氣流的攪動(dòng)下，粉塵顆粒物之間的接觸面積和頻率增加，產(chǎn)生多層次的重復(fù)吸附現(xiàn)象，在摩擦阻力和重力的影響下，有利于殿內(nèi)粉塵顆粒物的自然降落。圖17d粉塵顆粒物表面較光滑，受毛細(xì)作用力粘附較弱，但表面仍吸附有微細(xì)粉塵顆粒物，表明殿內(nèi)表面光滑的大粒徑粉塵顆粒物仍對(duì)小粒徑粉塵顆粒物具有凝集作用。圖17e粉塵顆粒物表層具有顯著的氧化等化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象，該粉塵顆粒物表面飽和度較小，具有較強(qiáng)的親水性，且表面凹凸較大，易于充當(dāng)?shù)顑?nèi)粉塵顆粒物之間混合凝聚的粘接劑。

5.5 殿內(nèi)氣流分布模擬

為更加深入的研究千佛庵大雄寶殿殿內(nèi)氣流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)方法(CFD)，通過SIMPLE算法和標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型數(shù)值[31]進(jìn)行模擬研究。為簡化模型，對(duì)大雄寶殿內(nèi)部眾多的貼金彩繪懸塑采用有限體積法進(jìn)行數(shù)值模擬?？紤]到上院氣流主要受上升氣流與外部氣流相互置換擴(kuò)散的影響，大雄寶殿內(nèi)部送風(fēng)速度不宜過高，以1m/s進(jìn)行三維氣流數(shù)值模擬分析。(圖18)

圖18 殿內(nèi)氣流分布圖

由大雄寶殿內(nèi)部氣流分布模擬發(fā)現(xiàn)，大雄寶殿內(nèi)部高大的空間使得氣流進(jìn)入殿內(nèi)的流線曲徑較大，流線接近平行，殿內(nèi)氣流短時(shí)間內(nèi)未經(jīng)流體質(zhì)點(diǎn)的交換。隨著時(shí)間的變化，外部氣流充滿全殿水平截面，呈明顯層狀分布，上下流層發(fā)生了垂直于流體運(yùn)動(dòng)方向的波動(dòng)。在殿內(nèi)貼金彩繪懸塑較多區(qū)域，氣流相向流動(dòng)撞擊，在撞擊區(qū)域形成湍動(dòng)和布朗運(yùn)動(dòng)。由于殿內(nèi)空間整體層流的擾動(dòng)，撞擊后的氣流形成徑向射流或紊流，對(duì)殿內(nèi)貼金彩繪懸塑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生新的撞擊，氣流速度有變大趨勢(shì)且局部空間產(chǎn)生較小的渦流現(xiàn)象。

整體上分析，千佛庵大雄寶殿內(nèi)部的潔凈現(xiàn)象是殿內(nèi)貼金彩繪懸塑和殿內(nèi)空間環(huán)境因素共同作用的效果。殿內(nèi)貼金、彩繪、傾斜3°—8°的懸塑具有顯著的不易粘附粉塵顆粒物的性能。殿門狹窄、內(nèi)部空間較大以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使殿內(nèi)氣流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有助于稀釋和排出殿內(nèi)環(huán)境空氣中粉塵顆粒物。同時(shí)，較高的殿內(nèi)環(huán)境濕度強(qiáng)化了滯留在殿內(nèi)環(huán)境空氣中粉塵顆粒物之間的作用力，導(dǎo)致粉塵顆粒物無法長時(shí)間漂浮在殿內(nèi)環(huán)境空氣中，沉降效果顯著。

6 結(jié) 論

通過對(duì)山西隰縣千佛庵寺院建筑避塵現(xiàn)象多角度、全方位、系統(tǒng)性的研究，得出以下結(jié)論：

(1)千佛庵寺院建筑高度體現(xiàn)著人與自然和諧共享的設(shè)計(jì)理念。雖無資料顯示千佛庵避塵機(jī)制是主動(dòng)設(shè)計(jì)的，但其環(huán)境選址和建筑布局都巧妙地利用了環(huán)境的形態(tài)、地勢(shì)、河流、植被等自然條件，整個(gè)建筑群與自然環(huán)境渾然一體，建筑形制、避塵效果都達(dá)到了建筑設(shè)計(jì)的極佳效果，營造潔凈場(chǎng)所、追求凈土文化的主動(dòng)意識(shí)十分明顯。

(2)千佛庵寺院建筑的避塵機(jī)制是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。千佛庵建筑避塵機(jī)制并不是單一技術(shù)的運(yùn)用，而是諸多技術(shù)模塊及其關(guān)聯(lián)互動(dòng)形成的功能性效果。建造者從氣流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，環(huán)境濕度與粉塵顆粒物濃度、粉塵顆粒物粒徑的關(guān)系等方面，整體性、層級(jí)化地解決建筑避塵問題，不僅與早期都江堰體現(xiàn)的系統(tǒng)工程思想相吻合，而且更為精確、更具目的性。

(3)千佛庵寺院建筑避塵機(jī)制具有示范意義和價(jià)值。千佛庵大雄寶殿具有古代皇室寺院般的高超藝術(shù)表現(xiàn)力，滿堂懸塑采用貼金彩繪工藝展現(xiàn)西方極樂世界，實(shí)現(xiàn)了藝術(shù)與避塵的完美結(jié)合。整體來看，千佛庵是佛教寺院建筑的理想形態(tài)，在建筑理念、藝術(shù)追求、避塵機(jī)制等方面對(duì)寺院建筑的修繕、保護(hù)與興建具有較好示范作用。2016年，江蘇宜興福善寺觀音殿的保護(hù)修繕就應(yīng)用了此避塵研究的理論。(1)對(duì)千佛庵避塵現(xiàn)象研究的過程中，有幸參與山西大學(xué)美術(shù)學(xué)院彭景躍老師對(duì)江蘇福善寺觀音殿的保護(hù)修繕工程。為使其建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)免遭粉塵顆粒物污染，應(yīng)用到了此避塵研究理論。

(4)寺院建筑避塵現(xiàn)象是一個(gè)有待深入研究的領(lǐng)域。在中國古代建筑中，與千佛庵類似具有避塵現(xiàn)象的建筑還很多，比如寧波保國寺、紹興平陽寺、西寧塔爾寺、峨眉山離垢園等，其避塵機(jī)制也并不一致，需要采用多樣化的方法和手段深入探索。期望本文對(duì)此類研究有所啟示，希冀同仁共同拓展和豐富該領(lǐng)域的研究。