說到中國(guó)古建筑的避雷設(shè)施，就不可避免地要談到世界上近代的避雷針。近代世界上最早的避雷針是美國(guó)人富蘭克林于1760年在費(fèi)城裝配的。富蘭克林在1747年至1765年期間反復(fù)做了大量科學(xué)實(shí)驗(yàn)，對(duì)萊頓瓶的功效和放電現(xiàn)象進(jìn)行了深入的觀察和分析，并由此轉(zhuǎn)到對(duì)天空雷電的研究。他為了弄清雷電現(xiàn)象，在1752年6月的一個(gè)雷電交加的日子里做了電風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)，這就是著名的“費(fèi)城實(shí)驗(yàn)”。他把一只裝有尖導(dǎo)體的風(fēng)箏放入天空，風(fēng)箏的索引線掛在萊頓瓶充電的鐵絲上面。雨水打濕了索引線，云層中的電沿著它傳進(jìn)了萊頓瓶。等雨停后，富蘭克林拆下萊頓瓶，然后按照通常使萊頓瓶放電的方法使它放電，結(jié)果萊頓瓶果真放電了，跟用摩擦電機(jī)充電的萊頓瓶放電的情形一樣。這樣就證實(shí)了云層中的電和摩擦電有同一種性質(zhì)。1750年7月富蘭克林提出了避雷針的設(shè)想。他建議將一根上端尖銳的鐵桿涂上一層防銹物，安裝在房屋的最高處，沿著房屋的墻壁直通地里，或安裝在船桅桿頂端，沿著桅桿向下直至將其尾部拋入水中。這樣，當(dāng)摩擦帶電的云層在安裝了接地尖導(dǎo)體的屋頂或桅桿上面飄過時(shí)，尖導(dǎo)體可以把帶電云層上的電荷釋放出來。因此，富蘭克林說，“尖導(dǎo)體”對(duì)于人類“有些用處”。當(dāng)時(shí)人們很快接受了富蘭克林的建議，于是在歐、美洲特別是在英、法兩國(guó)安裝避雷針蔚然成風(fēng)。
中國(guó)古建筑的避雷設(shè)施有的與世界上近代的避雷針有些相似之處，是世界上近代的避雷針的原型；有的卻有著明顯的自己民族的文化傳統(tǒng)和科學(xué)風(fēng)格。
絕緣避雷
我國(guó)古代人們從雷電對(duì)物質(zhì)作用時(shí)所表現(xiàn)出的導(dǎo)電效果中，已初步獲得了一些有關(guān)導(dǎo)體和絕緣體的感性認(rèn)識(shí)。人們從對(duì)落雷現(xiàn)場(chǎng)的觀察中了解到雷電可通過金屬，而不能夠通過草木漆器，并且雷火遇到水不僅不滅，反而更加猛烈。例如，他們從落雷現(xiàn)場(chǎng)中看到雷火燒裂了寺廟屋頂上的鐵剎，熔化了佛象臉上的金粉涂面，而干燥的木制窗戶在雷火中保持原樣，漆器也沒有燒焦。鋼質(zhì)寶刀在皮刀鞘中熔為液體；而皮刀鞘原封未動(dòng)；大樹雖為木質(zhì)，但由于在雨中打濕了，雷火也把大樹撕裂了幾處。人們從這些事實(shí)中領(lǐng)悟到在修樓建塔時(shí)，只要用雷電不能通過的材料，并使地基也難于導(dǎo)電，這樣的建筑是不容易遭雷擊的。
例如，山西省雁北地區(qū)應(yīng)縣縣城西北部的佛宮寺內(nèi)有一座建于遼代的木塔，就是基于這種“絕緣避雷”機(jī)制建成的，歷時(shí)千年而未毀。此塔公元1056年建成，總高67.31米，是我國(guó)最高的木結(jié)構(gòu)建筑，也是應(yīng)縣的最高建筑。塔周圍是黃土層，縣城底下千米深處，不見礦也不見水，全是黃土層，土質(zhì)干燥，同時(shí)土層愈深愈硬。整個(gè)雁北地區(qū)長(zhǎng)年濕度較低，并且整個(gè)應(yīng)縣至今未發(fā)現(xiàn)重要礦藏，地下也無低電阻層。這種長(zhǎng)年濕度較低，土質(zhì)干燥的高電阻特性，保證了木塔塔基有較好的絕緣性能。古代人們?cè)诮ㄋ䲡r(shí)索性使塔基更干燥，塔身更絕緣(當(dāng)然古代人們還沒有明確的絕緣概念)，以便使塔基、塔身形成一個(gè)絕緣整體。因此，在壘塔基時(shí)，做到塔基有很好的封閉性，不讓淺層少量地下水浸入塔基，并借鑒我國(guó)北方建房時(shí)素采用干打壘的經(jīng)驗(yàn)，在塔基里面夯土，使夯土層里面長(zhǎng)年保持干燥。在構(gòu)筑塔身時(shí)，整個(gè)構(gòu)架全部為木結(jié)構(gòu)，除底層及塔剎處有部分塔磚外，全部為木料。除塔剎外．也沒有其他金屬物(包括鐵釘?shù)?。塔身外形具有很好的防雨效果，保證本質(zhì)構(gòu)件長(zhǎng)年干燥，各層塔檐伸出7米或更多一些，兩層間高度差為8.8米左右，雨雪天氣不會(huì)將側(cè)面打濕。塔檐與水平線的夾角約為21°到22°，與現(xiàn)代絕緣子中裙的結(jié)構(gòu)相似，僅是塔檐尺寸上小下大而已。由于塔基塔身材料具有一定的電氣絕緣性能，同時(shí)又不容易因雨水或地下水而破壞，絕緣避雷就不成其問題了。
“鎮(zhèn)龍”與避雷
從我國(guó)傳統(tǒng)的五行、八卦學(xué)說解釋，八卦中“震”卦為“雷”。八卦與方位相結(jié)合時(shí)，則有“南離、北坎、東震、西兌”的規(guī)定，又有“南屬東雀、北屬玄武(龜蛇)、東屬青龍、西屬白虎”的說法，認(rèn)為“雷從龍”，這樣，我國(guó)古代人們就把“雷”與“龍”聯(lián)系起來。為了避免建筑物被雷擊，就必須建造避雷設(shè)施，就要安裝“鎮(zhèn)龍”設(shè)施。我國(guó)古建筑上有許多稱為“鎮(zhèn)龍”的設(shè)施實(shí)為避雷裝置。
這些“鎮(zhèn)龍”裝置與近代的避雷針的避雷原理相同。我國(guó)一些古塔的尖端常徐一層有色金屬膜，采用容易導(dǎo)電的材料與直通到地下的塔心柱相連，柱下端又與貯藏金屬的“龍窟”相連。還有許多古建筑物的屋頂有著一種叫做龍的裝飾物，它的頭仰向天空，張著嘴，向上伸出的舌頭是一根尖端的金屬芯子，另一端和埋藏在地下的金屬相連，能讓雷電跑到地底下去而不損壞建筑物。另外，在許多古塔與宮殿上設(shè)置“鴟尾”，在屋頂上設(shè)置動(dòng)物狀的瓦飾，在高大殿宇里常設(shè)有所謂“雷公柱”之類的避雷柱。這些設(shè)施都與大地相通，形成了良好的導(dǎo)電通道。
在古建筑上裝置尖端金屬物使其具有避雷功能的史實(shí)很多，我們?cè)倥e兩三例。湖北隨州厲山會(huì)館的龍鳳日月旗桿有避雷作用，會(huì)館從來沒有遭雷擊。公元1190年至1209年金章宗在位時(shí)，他每年4月到8月上萬壽山頂去避暑。為了山頂?shù)慕ㄖ哂斜芾仔Ч�，他在萬壽山絕頂廣寒殿旁設(shè)置幾丈高的鐵桿，上端安裝尖的金葫蘆，用鐵鏈系好，并通過鐵桿與大地相通，以便達(dá)到“鎮(zhèn)龍”防雷的目的。武則天為了同樣的目的，也曾在五臺(tái)山的臺(tái)頂建了鎮(zhèn)龍鐵塔，其中中臺(tái)臺(tái)頂南面有三座鐵塔，其北面一塔形狀象覆鐘，周長(zhǎng)四抱多點(diǎn)；中間一塔四角狀，1丈多高；南邊的一塔呈圓形，8尺多高。
“雷火煉殿”與防雷
所謂“雷火煉殿”是指這樣一種情景。過去，每當(dāng)雷雨交加時(shí)，武當(dāng)山主峰天柱峰絕頂上的金殿周圍雷聲震天，電閃撕地，無數(shù)盆大的火球在金殿周圍來回滾動(dòng)，雨過天睛后，大殿金光燦爛，象被洗過一樣，道士們認(rèn)為這是天帝為了保持金殿的圣潔不被污染而進(jìn)行的天工洗煉，從而使金殿更加完美。
“雷火煉殿”是自然界雷電現(xiàn)象的正常反映，也是我國(guó)古代人們獨(dú)具匠心的結(jié)果，一方面有防雷的效果，另一方面又使道教圣地武當(dāng)山上出現(xiàn)了如此壯觀的情景。
武當(dāng)山地處華中腹地，氣候溫和，土壤肥沃，雨量適中，南北植物均能在這里生長(zhǎng)，數(shù)千種植物組成的茫茫林海，郁郁蔥蔥，終年長(zhǎng)青。武當(dāng)山主峰天柱蜂，海拔1612米，登上天柱峰絕頂，人們仿佛進(jìn)入了云端。雷雨天，云層與天柱峰絕頂更近，落雷時(shí)有發(fā)生。在這樣一座道教圣地的深山絕頂上建筑大殿，既要表現(xiàn)“雷公雨師”顯靈的玄妙色彩，又要使建筑物有防雷效果。1416年秋，我國(guó)古代勞動(dòng)人民在天柱峰絕頂上建筑了金殿。金殿面闊進(jìn)深均為三間，高5.54米，長(zhǎng)4.4米，寬3.15米，不僅規(guī)模宏大，而且全為銅鑄鎏金。重檐迭脊，翼角飛舉，脊飾珍禽異獸，堪稱銅鑄工藝的奇跡。武當(dāng)山重巒迭嶂，氣候多變，異�；靵y的風(fēng)向使云層之間摩擦頻繁而帶大量電荷。金殿建在天柱峰絕頂上是一座龐大的導(dǎo)電體。每當(dāng)大量帶電積雨云向金頂運(yùn)動(dòng)時(shí)，云層與金殿頂部之間形成了巨大的電勢(shì)差，又因?yàn)榻鸬铐敳砍癸椡猓识疾惶�，�?dāng)電勢(shì)差達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，就會(huì)使空氣電離，產(chǎn)生電弧，這就是閃電。同時(shí)強(qiáng)大電弧使周圍空氣劇烈膨脹而爆炸，于是電弧發(fā)生變形而形成火球，并發(fā)出雷鳴，這就出現(xiàn)了“雷火煉殿”的奇觀。但是脊飾本身曲率較大，在一定程度上又起到了避雷針的作用，在電勢(shì)差過大的時(shí)候，能使部分電荷放電，不會(huì)由于“雷火煉殿”的程序過猛而使金殿受壓變形。
金殿歷經(jīng)500多年風(fēng)雨雷電，至今仍輝煌燦爛。它突出地表現(xiàn)了我國(guó)幾千年來的優(yōu)秀文化傳統(tǒng)和中華民族特有的科學(xué)風(fēng)姿。
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