故宮每天吸引著成千上萬的人前來參觀。而我有幸于2003年7月從北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)，被招入故宮博物院工作。22年來，我潛心學(xué)習(xí)和實(shí)踐，從科學(xué)研究到文化傳承，感受頗豐。

有幸入宮就職的工科男

我的專業(yè)是防災(zāi)減災(zāi)與防護(hù)工程，側(cè)重于建筑力學(xué)分析。2003年畢業(yè)那會(huì)兒，正值故宮博物院剛啟動(dòng)整體維修工程，每年通過近1個(gè)億人民幣的經(jīng)費(fèi)投入，來完整、徹底地對(duì)部分古建筑進(jìn)行修繕保護(hù)。位于故宮中心的太和殿，是故宮整體維修的最重要工程。我有幸參與了太和殿結(jié)構(gòu)分析工作（圖1），先后開展了太和殿三次間正身順梁榫頭下沉與加固分析、太和殿西山挑檐檁大變形安全評(píng)估、太和殿山面扶柁木榫頭下沉及支撐加固分析、太和殿藻井下沉及爬梁開裂分析等力學(xué)分析。這些太和殿的大修前“體檢”工作，從安全角度為太和殿大修提供了重要的施工依據(jù)。

太和殿大修工程之后，我又陸續(xù)對(duì)中和殿、英華殿、神武門、角樓、乾隆花園建筑群、建福宮建筑群等三十余座建筑開展了力學(xué)評(píng)估、科學(xué)研究；2008年又赴汶川災(zāi)區(qū)，開展古建筑震后受損及抗震加固評(píng)估；2016年與英國(guó)雄獅電視臺(tái)合作，在我的母校北京工業(yè)大學(xué)進(jìn)行了故宮古建筑抵抗10.1級(jí)地震試驗(yàn)（圖2），證明了在極端烈度地震作用下，中國(guó)古建筑“墻倒屋不塌”的民間傳言是可信的。十幾年來，我積累了較為豐富的古建筑力學(xué)理論、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，發(fā)表論文近200篇，并于2021年獲得國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

可是，身處中華文化遺產(chǎn)大寶庫中的我，在長(zhǎng)期的工作實(shí)踐中，注意到力學(xué)不是我在故宮唯一的專注方向。

故宮歷史文化

需要被正確解讀

進(jìn)宮參觀的絕大部分公眾，都有導(dǎo)游陪同。很多的導(dǎo)游知識(shí)水平有限，但又因?yàn)椴煌脑?，未能掌握故宮歷史文化的基本常識(shí)。因而他們?cè)诮o公眾講解知識(shí)、解答公眾疑問時(shí)，往往憑空造出了很多臆想的內(nèi)容。

比如，2015年5月的一天上午，我推著自行車，由東向西穿過午門北廣場(chǎng)時(shí)，注意到一位導(dǎo)游興高采烈地指著太和門屋頂神獸，給游客們講它們的來源。導(dǎo)游說：在很久以前，天上有很多神仙，他們?cè)谝黄鹱鲇螒?，累了后就下凡到人間，落在屋頂上，變成了神獸，這就是故宮屋頂上為什么有很多神獸的原因。我一聽大吃一驚，這不是胡說八道嗎？

故宮古建筑屋頂?shù)纳瘾F，最初的功能是保護(hù)屋脊的釘子。為什么這么說呢？因?yàn)樾奔篂槲菝鎯蓚€(gè)坡的交線，既有坡度，鋪瓦的泥巴也非常厚。這使得這個(gè)位置的瓦件，容易在自重作用下產(chǎn)生下滑，并導(dǎo)致雨水滲入。為了防止瓦件下滑，古代工匠用釘子來固定這個(gè)部位的瓦件。然而，裸露的釘子很容易在空氣中銹蝕，而且雨水很容易沿著釘子滲入屋頂基層。因此，古代工匠便給釘子戴了個(gè)“帽子”，這個(gè)帽子就是走獸造型，材料與瓦件相同。唐宋以來，建筑等級(jí)的明確化，使得屋頂不同數(shù)量的神獸，反映出建筑的等級(jí)。神獸數(shù)量越多，建筑等級(jí)越高。這就是故宮屋頂上有數(shù)量不等的神獸原因（圖3）。

前幾天一位院領(lǐng)導(dǎo)與我談話中，提及近期有導(dǎo)游胡亂講故宮文化，說“故宮建筑里的豬血是用來鎮(zhèn)邪”的。這位領(lǐng)導(dǎo)知道我寫過豬血在古建筑中應(yīng)用的文章，希望我做好科普。

我在網(wǎng)上查了關(guān)于故宮豬血的傳聞，確實(shí)傳得邪乎。“故宮為何要在5點(diǎn)關(guān)門？每年用60噸豬血鎮(zhèn)邪？背后的真相是什么”；“每年用60噸豬血刷墻？背后的真相是什么”；“傳言每年用30噸豬血鎮(zhèn)邪，龍椅詛咒是真是假”……這些標(biāo)題個(gè)個(gè)吸引眼球，但都違反了豬血運(yùn)用的常識(shí)。故宮建筑里的豬血不是用來鎮(zhèn)邪的，更不是刷在墻上，與龍椅詛咒也沒有任何關(guān)系。

故宮古建筑里包含了豬血，而豬血主要用在木構(gòu)件的地仗層。地仗是由豬血、磚灰、面粉、桐油、麻等材料調(diào)制而成的灰漿，且由若干灰漿層疊加而成。地仗包裹在木基層的表面，有利于避免木構(gòu)件遭受日曬、雨淋、蟲咬等破壞。其中，豬血以血料的方式被科學(xué)運(yùn)用到地仗中，發(fā)揮了極其重要的作用。血料由新鮮的豬血與石灰在常溫下配制而成。

血料在故宮古建筑地仗施工中，有著豐富的運(yùn)用，以常見“一麻五灰”做法為例說明?！耙宦槲寤摇惫に嚨奶攸c(diǎn)為：從木基層到地仗的最外層，主要用五種灰漿、一次麻。其工藝流程為：木基層處理→汁漿→捉縫灰（第一種灰漿）→通灰（第二種灰漿）→使麻→壓麻灰（第三種灰漿）→中灰（第四種灰漿）→細(xì)灰（第五種灰漿）→磨細(xì)鉆生。五種灰漿均為油滿：血料：磚灰按體積比配置而成，具體比例為：捉縫灰—1：1：1.5、通灰—1：1：1.5、壓麻灰—1：1：3、中灰—1：2：3.5、細(xì)灰—1：10：20。此處“油滿”是由灰油、面粉、石灰水按一定比例調(diào)配而成，為調(diào)制地仗灰的膠結(jié)材料，“滿”即各種材料配齊的意思；灰油則是由生桐油、土籽面、樟丹粉按一定比例混合，熬制而成。需要說明的是，在地仗施工過程中，油滿為主要膠結(jié)材料，血料為輔助膠結(jié)材料。

上述工序中，“汁漿”即在木基層表面刷油漿，以利于地仗灰與木基層粘接；其中，油漿材料體積比為油滿：血料∶清水—1∶1∶10。“使麻”即在通灰層表面刷粘麻漿，然后將麻類植物的纖維粘在上面，以防止地仗開裂；其中，粘麻漿的材料體積比為油滿：血料—1：1。由此可見，在故宮古建筑地仗施工時(shí)，幾乎用到的每種灰漿都包括了血料。

在公眾中普及錯(cuò)誤的知識(shí)，類似例子非常的多?！肮蕦m地基有十五層磚”、“故宮里有九千九百九十九間半的房間”、“皇帝在太和殿上朝”、“太和殿廣場(chǎng)不種樹是為了防刺客”“角樓有九梁十八柱七十二脊”、“景山下面有煤”等等，這些說法都缺乏科學(xué)或歷史依據(jù)，因而都是錯(cuò)誤的，都需要被正確解讀。

不光是導(dǎo)游，有的專家學(xué)者，也會(huì)出現(xiàn)對(duì)故宮建筑文化錯(cuò)誤解讀的情況。這并不是說他們本身的專業(yè)能力弱，而是他們?cè)诠蕦m文化領(lǐng)域內(nèi)，確實(shí)知識(shí)儲(chǔ)備量不足，但又要發(fā)表觀點(diǎn)，這樣難免就會(huì)出現(xiàn)失誤。

故宮古建筑有著博大的文化和歷史內(nèi)涵，需要去弘揚(yáng)和傳承，但是其根本前提就是需要準(zhǔn)確地對(duì)她進(jìn)行解讀。故宮歷史文化不能亂講，要有可信依據(jù)。這種依據(jù)源于史料查詢、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、科學(xué)試驗(yàn)等求實(shí)的手段。

故宮學(xué)者不能偏科

作為一名力學(xué)專業(yè)背景的研究員，我深刻意識(shí)到，故宮的每座古建筑，古建筑的每個(gè)構(gòu)件，包含的知識(shí)肯定不是單一的。研究好古建筑的歷史文化，對(duì)力學(xué)研究也是有一定的促進(jìn)作用的。以古建筑斗拱為例來進(jìn)行說明。

斗拱是我國(guó)特有的古建筑組成構(gòu)件，是位于柱頂之上、屋檐之下，由斗形、弓形的木構(gòu)件在縱橫方向搭扣連接，而后在豎向又層層疊加起來，形成的一道道組合，外形猶如撐開的傘狀（圖4）。

我曾經(jīng)開展過太和殿斗拱的水平抗震性能研究，通過水平低周反復(fù)加載方法，對(duì)太和殿一層、二層的六種斗拱進(jìn)行了抗震測(cè)試，獲得了斗拱的力—變形滯回曲線及骨架曲線、延性性能、耗能參數(shù)、剛度退化規(guī)律，以及恢復(fù)力曲線等重要抗震參數(shù)，對(duì)斗拱的科學(xué)保護(hù)具有重要參考意義。

但問題來了。斗拱在什么時(shí)候出現(xiàn)的，在歷史發(fā)展過程中有何演變特點(diǎn)，太和殿斗拱有何藝術(shù)及文化特征，有何美學(xué)特點(diǎn)？

實(shí)際上，斗拱構(gòu)件的成形與我國(guó)古建筑演變密切相關(guān)。斗拱至少在我國(guó)漢代就出現(xiàn)了。在宮殿建筑中，早期的斗拱往往采用斜撐的木柱來支撐寬大的屋檐，斜撐分別設(shè)于屋檐的前后方。而為了避免落地的斜撐受雨水侵蝕，其下支點(diǎn)便離開了地面，稱為短斜撐，并隨著審美需求逐漸被彎曲的木料替代，形成了今天斗拱的橫向重要構(gòu)件——翹。同時(shí)，為了增強(qiáng)柱頂部位支撐屋檐的強(qiáng)度，柱頂之上又增加了斗形木塊，形成了坐斗。不僅如此，木塊上方沿著屋檐方向疊加長(zhǎng)方形的墊木，這些長(zhǎng)方形的墊木因?qū)徝佬枰饾u變成弓形，形成了今天斗拱縱向的重要構(gòu)件——拱。

斗拱除了具有優(yōu)秀的力學(xué)性能外，還包含了豐富的藝術(shù)文化特征。斗拱在屋檐之下，整體排列有序，并表現(xiàn)為富有節(jié)奏和韻律的變化。斗拱的造型之美還體現(xiàn)在均勻?qū)ΨQ性，即指斗拱的各個(gè)構(gòu)件高度、寬度基本相同，僅在長(zhǎng)度及外形上根據(jù)整體需要而有不同差別。不僅如此，斗拱在造型上還有統(tǒng)一協(xié)調(diào)之美。斗拱還體現(xiàn)了我國(guó)古建筑精湛的制作工藝。

當(dāng)我把斗拱的上述藝術(shù)、文化內(nèi)涵與抗震性能結(jié)合起來開展研究時(shí)，才算較全面地研究斗拱。

研究好故宮的歷史文化，不僅有助于開展故宮建筑力學(xué)研究，并有助于解答公眾關(guān)心的問題。以故宮地基做法為例進(jìn)行說明。

關(guān)于故宮的地基做法，如前所述，網(wǎng)上大量流傳為“七上八下十五層磚”。作為一名力學(xué)學(xué)者，我一看就知道這種說法肯定不對(duì)，因?yàn)樗`反了力學(xué)常識(shí)。建筑地基的深度和做法，與建筑的體量及重量、建筑所處的地質(zhì)環(huán)境特征等因素密切相關(guān)，不能一統(tǒng)而論。

首先要查一下這個(gè)說法怎么來的。民國(guó)章乃煒的《清宮述聞》里有這么一句話：“紫禁城內(nèi)砌地磚橫豎七層，一切工作俱派民間（清康熙四十年十一月諭旨）?！币簿褪钦f，康熙皇帝曾下令在宮中砌地磚，橫豎各七層。但這份諭旨在民間傳來傳去變了味，成了“故宮的地基有十五層磚”。

其次，紫禁城地基的建造離不開歷史背景，因?yàn)樗窃谠蕦m遺址上進(jìn)行的。不難發(fā)現(xiàn)：紫禁城（故宮）的地基，屬于人工地基做法，而不是利用天然土做地基。

再次，故宮地基的構(gòu)造做法、力學(xué)性能研究，離不開上述史料積累。這是因?yàn)椋喝斯さ鼗c天然地基的受力性能，差別是很大的。不僅如此，結(jié)合史料查詢和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，不難獲得故宮地基的真實(shí)做法。

故宮古建筑地基的下部做法一般為一層碎磚、一層灰土的交替使用（圖5），每層碎磚的厚度約為0.1米，每層灰土的厚度也是約0.1米，總厚度在1.2米至3.1米之間，有專家戲稱該地基做法為“千層餅”。從材料角度講，灰土由生石灰與黃土按3：7的比例混合而成，由于生石灰具有吸水后強(qiáng)度增大的優(yōu)點(diǎn)，因而灰土基礎(chǔ)不僅強(qiáng)度較高，而且具有一定的防潮性能。紫禁城古建筑的灰土層地基中還摻有“糯米汁”，即用糯米熬成的汁灑在灰土里。其優(yōu)點(diǎn)在于：糯米具有很好的黏性，可以將灰土牢牢地黏固在一起，形成一個(gè)整體，猶如一個(gè)面糊團(tuán)團(tuán)，不會(huì)因?yàn)榇箫L(fēng)、大震而松散。地基中地碎磚層也是很講究的，它并非僅僅是將磚敲碎放入地基中，而是將碎磚過篩子，去掉粒徑較大的顆粒，再將余下均勻一致的細(xì)料夯實(shí)成地基層，這有利于地基本身的平整和密實(shí)。另外，故宮的地下水比較豐富，如果建筑建造在有地下水的位置，那么古代工匠會(huì)使用水平與豎向木樁。其中，豎樁底部穿透地下水層而抵達(dá)堅(jiān)硬的巖石層上，頂部則安放成排的水平樁，水平樁之上仍為“千層餅”的地基做法。

紫禁城里面最重要的建筑太和殿，建筑本身地基構(gòu)造復(fù)雜。太和殿建立在高達(dá)8.13米的三層臺(tái)基之上，且建筑自身底部也有0.96米高的基座，也就是說，太和殿地面比太和殿廣場(chǎng)地面至少要高出10.09米。1977年故宮中和殿安裝避雷針時(shí)，工程技術(shù)人員通過鉆探和地質(zhì)勘查方式，獲得了前朝三大殿（太和殿、中和殿、保和殿）地面至地下15.6米深處的地基分層做法。由于三大殿地基做法相同，因此可以知道太和殿地面以下有3層磚，厚0.4米；往下為厚度約為1.1米的石頭層；下面是0.5米厚的灰土層；往下再為總厚度約為4米的碎磚與灰土的交替層，也就是前面所說的“千層餅”層；再往下就是厚度約為6.7米的碎卵石與碎磚的交替層；再往下就是柏木樁和填土的交替層。木樁的主要目的就是將樁尖穿透淤泥層，抵達(dá)堅(jiān)硬的巖石層上。太和殿地基究竟有多深，目前尚未知。

綜上所述，“故宮地基十五層磚”這個(gè)說法，沒有任何科學(xué)依據(jù)。如果我們用碎磚、灰土層來描述故宮地基的分層，且考慮碎磚、灰土的厚度各為0.1米，那么，故宮的小體量建筑，地基按2米深計(jì)算的話，那么碎磚、灰土各十層，共二十層；體量中等的建筑，地基按4米深計(jì)算的話，那么碎磚、灰土各二十層，共四十層；前朝三大殿地基深度至少15.6米，碎磚、灰土的層數(shù)那就更多了。

由此可見，作為一名力學(xué)學(xué)者，學(xué)習(xí)故宮歷史文化，不僅可以避免偏科造成的知識(shí)尷尬，而且對(duì)力學(xué)研究還有促進(jìn)作用。

歷史文化研究

近年來，我以治學(xué)的態(tài)度研究故宮的歷史文化，有了些許收獲。下面以我在上海人民出版社出版的3本書為例。

《太和殿》是一本關(guān)于故宮古建筑構(gòu)造解讀的圖文書，2021年出版。我以故宮內(nèi)極具代表性的建筑太和殿為對(duì)象，基于深入淺出的語言、豐富具體的照片，結(jié)合我長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和研究，對(duì)太和殿的基礎(chǔ)、柱架、榫卯節(jié)點(diǎn)、斗拱、裝修、梁架、屋頂、墻體等建筑構(gòu)造，以及太和殿的建筑陳設(shè)、建筑歷史、建筑修繕保護(hù)等內(nèi)容進(jìn)行了較為全面的解讀，從建筑技藝、建筑藝術(shù)、建筑文化等方面，向讀者展示了太和殿極其豐富的歷史文化。

太和殿屋頂為中國(guó)古建筑最高等級(jí)的重檐廡殿形式，不僅凸顯出建筑的雄偉和壯麗，而且具有深遠(yuǎn)的出檐、凹曲的屋面、反宇的檐部，集美學(xué)與采光、排水等實(shí)用功能于一體，體現(xiàn)出古代工匠的建筑智慧。

《故宮建筑細(xì)探》是一本解讀故宮建筑細(xì)節(jié)的書，2023年出版。我從規(guī)劃角度，探討了紫禁城9999.5間房及內(nèi)金水河的布置、建筑材料的運(yùn)輸、千層餅地基等科學(xué)性；從設(shè)計(jì)角度，分析了紫禁城古建筑立柱、門窗、色彩、數(shù)字、3D模型、報(bào)警系統(tǒng)等的科學(xué)性；從技術(shù)角度，挖掘了榫卯連接、透風(fēng)、貼金、琉璃、通景畫等的科學(xué)性；從防災(zāi)角度，剖析了紫禁城古建筑防震、防雷、防火、防蟲、排水等的科學(xué)性；從生活角度，解讀了紫禁城古建筑為帝后提供防暑、御寒、采光、通風(fēng)、計(jì)時(shí)、洗浴、娛樂等的科學(xué)性。

“風(fēng)水”是我國(guó)古建筑文化的重要組成內(nèi)容，是滿足建筑使用者需求的環(huán)境設(shè)置。我歸納了故宮古建筑布局包含的風(fēng)水內(nèi)容，與公眾分享其中蘊(yùn)含的古代“陰陽和諧” “天人合一”的文化內(nèi)涵。

《故宮里的神獸》是一本講故宮神獸文化的書，2025年出版。我解讀了故宮內(nèi)不同類型的神獸，如以龍生九子、甪端、犼、鳳、烏鴉等為代表的鎮(zhèn)殿神獸，以獅子、獬豸、椒圖、欽安殿旗桿座海底異獸像等為代表的辟邪類神獸，以螭吻、押魚、行什等為代表的防災(zāi)類神獸，以貓、狗、蟋蟀、豹子等為代表的寵物類神獸，以鹿、麒麟、大象、蝙蝠等為代表的納福類神獸等。盡管寫的對(duì)象是神獸，但內(nèi)容比較全面，不限定于神獸本身的功能介紹，而且包含了歷史、文化、藝術(shù)、科學(xué)等功能的科普。

歷史方面，如“故宮里的龍生九子”這部分，對(duì)歷史上不同時(shí)期“龍生九子”的說法進(jìn)行了概括，包括西漢劉歆的“九條龍子”、南朝范曄的“九隆”、北宋陸佃的“人化龍”、明朝陸容的“古諸器物異名”等。

文化方面，如“太和門前銅獅為何有鎮(zhèn)殿作用”這部分，解讀了獅子（圖6）的鎮(zhèn)宅文化：獅子是佛的化身，釋迦牟尼說法都是“獅子吼”，可以驅(qū)趕邪惡，帶來光明；獅子佩戴的銅鈴和瓔珞在佛教中均有驅(qū)邪護(hù)法的作用；獅子被古人認(rèn)為是“百獸之王”，各種惡獸不敢靠近等。

作為故宮的一名學(xué)者，力學(xué)專業(yè)是我的根基，在未來肯定是要繼續(xù)扎實(shí)推進(jìn)學(xué)術(shù)研究。而作為故宮魅力的核心——中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，也逐漸成為我科研日常的重要組成部分。