本文来自微信公众号：格致论道讲坛（ID：SELFtalks），作者：周乾（故宫博物院研究馆员），图片：作者提供，原文标题：《80万工匠进入深山老林，只有一半人回来，只为寻找建设紫禁城的楠木 | 周乾》，题图来源：视觉中国
大家好，我是周乾，来自故宫博物院。今天我要和大家分享一座建筑——太和殿。
和太和殿的不解之缘
故宫是明清皇家的宫殿，红墙黄瓦、金碧辉煌。当我们从午门进入故宫，穿过太和门，到达太和殿广场的时候，就会注意到故宫里最为重要的一座建筑——太和殿。这座建筑处于故宫最核心的位置。
我和太和殿有着不解之缘。2003年，我于北京工业大学硕士毕业，有幸被选“进宫”。而就在这一年，太和殿大修开始了。
▲ 大修中的太和殿
太和殿的初建时间是1420年，从1420年到2003年这五百多年里它历经沧桑。它在历史上至少遭受过五次火灾，也就经历过五次复建。我们今天看到的太和殿是清康熙三十四年、即1695年由一位老匠师梁九复建的。从那时到2003年间隔了三百年，这三百年里太和殿没有受过任何扰动。
我是学土木工程的力学专业的，故宫博物院的专家很多，但是力学专业的比较少。所以领导对我很赏识，我一来就让我爬架子上了顶棚。当我第一脚踩到太和殿顶棚上的时候，大家猜一猜是什么感受？整个顶棚都是灰，厚度高达30厘米，积累了300年的灰。领导很高兴地拍了拍我的肩膀说：“小周，你很荣幸，你闻到了300年的灰。”
那么，太和殿是做什么用的呢？可能有的人会说：“在电视剧里，太和殿是皇帝上朝的地方。” 其实，太和殿是明清皇帝举行国家重要仪式，比如皇帝登基、皇帝大婚、皇帝生日等等的场所，一年开不了几次。同时，它还是明清时期国家的门面。
非常有幸，是我毕业后接触的第一个工程就是太和殿大修。我当时的想法就和现在刚毕业的大学生一样，觉得可以凭借自己的专业去进行计算和分析。
当时很多老工匠告诉我，古建筑和新建筑有着很大的区别，尤其是中国古建筑。它的核心承重材料是木材，以榫卯形式进行连接。榫就是两个相邻的构件中的一个构件的端部伸出一截；卯就是另外一个顶部挖出一个口子用于榫头插入的构件。榫卯连接形成了中国古建筑连接的最根本特征。
太和殿的木材历经时间长久，难免会变形、开裂和扭曲，所以不能死板地将在学校所学的知识用到太和殿的修缮或者加固上。
有一位老专家曾经给我解释：“如果你是一位刚毕业的医生，这时候来了一位一百岁的老爷爷，他能吃饭，睡觉也睡得挺好，就是背有点驼。作为医生，你不能说老爷爷的背驼了，就用学到的知识把它夹直了，这样是不行的。”
在太和殿的大修过程中，在老专家的指导下我查阅了大量的资料，发现并感觉到对于古建筑的修缮和保护的根本前提就是不能扰动，或者是最小程度的扰动。
▲ 太和殿三次间正身顺梁榫头下沉与加固分析
上面的照片就是太和殿中出现的典型力学问题，叫做三次间正身顺梁榫头下沉。我们采取的方法就是给它加一根“拐杖”，这样能够使得这个榫卯接点不再下沉，对它整体结构的扰动就很小。而且我们进行了监测，直到现在加固效果依旧非常良好。
▲ 在太和殿屋顶的工作照
从2003年进入故宫到现在已经有18年了，我深深地感觉到，太和殿并不纯粹是古建筑的力学精华，它在建筑艺术、建筑造型、建筑美学和建筑技艺等方面代表着我国古代工艺的最高水准。
材料运输充满古人的智慧
太和殿在第一次营建的时候使用的是楠木，它气味芬芳，不怕虫子也不怕糟朽。那么，这些楠木是怎样进入紫禁城的呢？
▲ 太和殿大殿内景
楠木产于我国四川、云南、广西、贵州、山东和山西等地区。在紫禁城营建之初，皇帝下命令让80万工匠去这些地方的深山老林里找楠木。
这些楠木所在的深山老林里有虎豹出没，蛛网大如罗盘，也就是蜘蛛网比车轮还大。根据文献记载，砍伐的工匠“入山一千，出山五百”，有一千人去砍木头，只有五百人回来，剩下的人都死在山上了。
▲ 北京通州漕运码头
这些工匠找到楠木后，要在第二年7月山洪爆发的时候把楠木砍倒，顺着山洪把楠木推下山，然后漂到附近的小河中。接着，由这些小河汇入京杭大运河，再由京杭大运河让它们漂到北京通州漕运码头。木材运送到通州漕运码头后，再用骡车运到紫禁城的太和殿工地。
我们看到的紫禁城所有的楠木都是这么漂过来的，所以有种说法是“故宫是漂来的宫城，太和殿是漂来的宫殿”。
可能有人会问：“这个木材漂过来，丢了怎么办？”根据史料记载，沿路都有官员值守，还可能有20%左右的楠木不知所踪。
▲ 木材的水路运输演示图
其实在现代生活中，我们可能还会看到这样漂来的木材运输方式，那么包括太和殿在内的故宫的木材就是这样漂来的。
但是楠木有个致命的缺点，它的生长周期是300年。这就为我们今天看到的太和殿里的松木埋下了伏笔。经历无数次的火灾与创伤，在第五次复建太和殿的时候，已经没有大尺寸的楠木了。
▲ 太和殿金砖地面
太和殿的地面用金砖铺设。金砖地面不是金子做的砖，而是源于苏州相城区陆慕御窑村的一种砖。这个地方产的泥巴叫做澄泥，没有杂质。在明朝的时候，皇帝就指定在这个地方造砖。
这个砖制造起来非常麻烦，从取土、采泥、制坯到阴干，需要39道工序，烧制一年半才能出窑。而且它的成品率极低，一窑只能产出两到三块砖。对比而言，现在有些地方的烧窑，从采泥到出窑只要10天。所以，金砖的烧制工艺极其苛刻。
烧制完成后，也是通过水运的方式，从京杭大运河运到通州漕运码头，再运到太和殿工地。
金砖的铺墁也很苛刻复杂。比如它有一道工序——泼墨钻生。砖运到现场之后，需要经过复杂的加工切割和严格的按线铺墁，然后把红木、黑矾、烟子三种材料放到热水里面煮开，分两次浇在砖面上，目的是要让砖面发黑、发亮。
浇完之后要钻生，钻生就是将桐油熬开后倒到砖面上，让油渗到砖的接缝以及孔隙里，使它不暴露在空气中。而后用砖灰沾着多余的桐油后刮掉，再用蜡磨平，最后用吃饭用的香油打磨光亮。
太和殿里有4718块金砖，经过六百年依然光亮如新，敲之声音清脆，断之无孔。它是我国古建筑铺墁地面的最高水准。
太和殿前有三层台基，被称为三台，是太和殿的基座。我们都知道，中国古建筑的宫殿比较低矮，一般都是一层或者两层。那么，要怎样才能显示出它的雄伟呢？太和殿就是标杆：它建立在高高的台基之上，衬托出它的雄伟和威严。
它的台基座层是优美的曲线轮廓，这种曲线轮廓叫做须弥座。须弥是印度佛教用语，发音为Sumeru，寓意为宇宙最为稳固的地方。须弥座其实就是菩萨宝座，而须弥山就是喜马拉雅山。古代的工匠把须弥座的样式用到太和殿的基座上，足以表达他们对这座建筑稳固长久的热切期盼。
▲ 北京房山大石窝村
从古代科技角度来讲，石材的运输也充满着古代工匠的建筑智慧。为什么这么说呢？上图中所展示的石材是汉白玉，源于现在房山的大石窝村。直到今天，房山大石窝村仍然在为故宫、天坛、颐和园等皇家宫殿园林的古建筑修缮提供石料。
大石窝村离紫禁城有多远？大概有70千米的距离。现在交通工具比较发达，开车两个小时就能到达。但如果是在六百年前，从房山运输硕大的石头所花费的时间则要长得多。
这些石头有多大呢？一般都是十六七米长，两三米宽，厚约两米，重约两百吨。在六百年前，工匠是怎么把这么厚的石头运到紫禁城的呢？他们巧妙地运用了摩擦学原理。
▲ 旱船的使用
在寒冬时节，先用木头搭成一个简易的框架，再顺着坡度把石头推到框架上。接着，在房山大石窝村到紫禁城的沿路每隔一里地挖一口井，从井里取水洒在路上让它结冰。两万多位民工、两千多头骡子拽着这块石头，通过冰面上行旱船的方法把它慢慢地拖到紫禁城。实际上，将一块石料从房山大石窝村运到紫禁城需要28天。
传统艺术与科学技术的融合
我们再来看看太和殿的平面，它长64米，宽36米，长宽比是9∶5。在中国古代的传统文化中，“九五”寓意皇帝，太和殿的尺寸寓意这个建筑是皇帝所专用。
▲ 太和殿的平面图
太和殿的立面造型是坐北朝南，所有的门和窗都是面向南方，北面只有正中间设置的出行通道，两边都是墙。这与我国古代道家的哲学思想高度吻合。根据老子《道德经》记载：“万物负阴而抱阳，冲气以为和”，即万事万物只有面向阳光，才能达到方方面面的和谐。《易经·说卦传》记载：“圣人南面而听天下，向明而治”，即建筑朝南有利于治理国家。
▲ 太和殿立面：坐北朝南，负阴抱阳
这有没有科学依据呢？当然是有的。因为我国处于北半球亚热带季风气候最为显著的地带，夏天多刮南风，冬天多刮北风。在夏天的时候，把门和窗打开有利于通风，保持大殿内的凉爽。在冬天的时候，后面都是墙，所以不会很冷。另外，我国的地理位置使得太阳早上从东南升起，下午从西南下降。所以，面朝南方有利于在一年中获得最充分的阳光。
▲太和殿三台近照：千龙吐水（蚣蝮）
在太和殿的三层台基的望柱底部，望柱即栏板之间矮小的柱子，有1142个龙头的造型。它叫做蚣蝮，是龙生九子之老六，具有排水的功能。
太和殿这1142个龙头在夏天暴雨时节会产生同时排雨的壮观效果，称为千龙吐水。千龙吐水的造型与太和殿这种皇权的氛围高度融合。龙头巧妙地探出台基之外，避免台基本身遭受雨水的浸泡，体现了科学与艺术的高度融合。
太和殿的立面设计是很讲究风水的。有人会说：“风水不是迷信吗？”其实，风水不完全是迷信，它有迷信的成分，也有科学的成分，而更多的是文化的成分。
▲太和殿立面：百尺为形（1尺＝0.32米）
我先来解读一下太和殿的立面。在风水中，建筑的高度不宜超过百尺，一尺0.32米，百尺就是32米，太和殿高28.6米，就在这个范围之内。为什么要这么设计？因为这么高有利于近距离欣赏太和殿的建筑之美。试想一下，现在我们走在高楼林立的大街上，如果仰着头看两边的高楼大厦，就会很别扭。
▲“天圆地方”的宇宙观
太和殿还包含着古代浓厚的天人合一、象天法地的哲学思想。我们可以发现，太和殿的地面到屋顶的连线与它的上檐到屋顶形成的圆，构成了天圆地方的造型，它的四个角点的连线也构成了天圆地方的造型，它具有中华文化特色的建筑之美与古人天人合一思想的高度且完美的结合。
▲太和殿屋顶：重檐庑殿式
太和殿的屋顶形式叫做重檐庑殿顶，是中国古建筑屋顶形式的最高等级，极显壮观与辉煌。
▲太和殿斗拱
太和殿的柱顶之上，屋檐之下有方形、长条形纵向、长条形横向的物体一层一层往上叠，像一个个倒立的三角形，我们称之为斗拱。斗拱的形状美观，出挑均匀、一致、有序，而且实现了立柱和屋檐的完美过渡，形成了建筑之美。同时，斗拱把屋顶的重量传给立柱，再传给地基，形成了稳固之美。斗拱和前面提到的榫卯都是中国古建筑的精粹。
▲太和殿明间6根蟠龙金柱：皇权与豪华
在古建筑领域，四根立柱围成的空间被称为一间房。太和殿的明间，即正中间的那间房，有六根蟠龙金柱。这六根立柱都是松木做的，因为当时没有大尺寸的楠木了。松木的外表做了油饰，油饰的最外皮刷了一层黄金，形成了我们所看到的黄色。
每个立柱上都有一条蟠龙，它是用石灰加胶，然后通过软管内装沥粉，顺着已经刻好的图案涂上去的，形成一种凸凹之美。
▲太和殿藻井与轩辕镜：皇权与四方六合
另外，在太和殿明间顶棚的上方，有四边形向八角形再向圆形层层往上凹的结构，上面中央伸出一个龙头，龙头下面是一个大球，周边还有六个小球，我们称之为藻井。
藻井在古代是灭火的象征，被称为“镇物”。太和殿的藻井不仅是为了防火，因为它有龙头和圆球，所以还是皇帝正统性的象征。
藻井上的圆球叫做轩辕镜，它的材料是玻璃。古人认为，当宝座上坐的是假皇帝的时候，轩辕镜会掉下来砸死他。历史上有两个人最相信这个传说，就是李自成和袁世凯。
李自成没有在太和殿登基，而是在太和殿以西300米的武英殿登基。他在逃走之前听从宰相牛金星的建议，学霸王项羽火烧阿房宫，烧掉了包括太和殿在内紫禁城70%的建筑。
袁世凯剽窃辛亥革命果实，想造一个“洪宪”帝国。他把太和殿改名为承运殿，还把太和殿的瓦刷成红色，皇帝的宝座也扔了，做了一个西式大沙发。然后在登基的时候，为防止太和殿的轩辕镜掉下来砸他，还偷偷摸摸地把座位往后挪了3米，这个痕迹现在还在。
紫禁城仅此一例
去故宫参观时，我们可以看到几乎每座建筑的屋顶上都有小兽，而且都是单数，可能是一个、三个、五个、七个和九个。但是太和殿的屋顶上有十个小兽，分别是：一龙、二凤，三狮子，四天马、五海马、六狻猊、七押鱼、八獬豸、九斗牛、十行什。
▲太和殿屋顶有10个小兽
古建筑的屋脊部位是由两个坡屋面相交形成的，它的泥巴比较厚，瓦放上去会下沉。聪明的古代工匠就会用钉子把瓦钉在泥巴上，这样瓦就不会下沉。但是钉子暴露在空气中容易锈蚀，于是工匠们就在钉子上面套不同的动物造型。尤其是唐宋之后建筑等级的明显化，使得屋顶的小兽数量越多，也能够显示出它的建筑等级越高。
▲龙：天子化身，寓意帝王，皇权象征
▲凤：百鸟之王，寓意天下飞禽
这些小兽有什么含义呢？含义非常丰富。
比如龙是天子化身，寓意帝王；凤是百鸟之王，也是皇后的象征。关于龙凤的含义，我曾写过一本书《故宫古建神兽文化》，书里提到在宋朝之前凤代表男性，宋朝之后凤才表示女性。
▲狮子（卷毛）：百兽之王，寓意天下走兽
狮子和后面要讲的狻猊很相似，狮子有卷毛，寓意天下走兽，为百兽之王。
▲天马（有翅膀）：古代神兽
▲海马（无翅膀）：古代神兽
天马有翅膀，是古代的神兽，是汉民族最重要的图腾之一，可腾云驾雾，为战神。而海马就没有翅膀，可纵横四海，英勇忠诚。
▲狻猊（披肩）：与狮子同样威猛，吃虎豹
▲押鱼（有鱼鳞）：海中神兽
其实古人认为狻猊就是狮子，但刚才我讲了狻猊和狮子有区别。它们的区别在于狮子是卷毛，狻猊是披肩，它与狮子同样威猛，吃虎豹。
押鱼是海中的神兽，能够灭火防灾。故宫的古建筑最怕火，所以这上面的五脊六兽都是为了防火。
▲獬豸（独角，后背有刺）：俗称独角兽，古代神兽，象征刚正不阿
▲斗牛（牛头）：龙的一种，常蜿蜒道路旁及金鳌玉栋坊之上，为镇水兽
獬豸在古代是司法公正的象征，很多高校门口的雕塑就是獬豸。它最开始是独角的神羊，然后发展为神牛、神马，包括故宫博物院天一门前也有一个獬豸，它寓意护卫皇权。
斗牛是一种龙，盘旋在路边或者屋顶上，为镇水兽。
▲行什（猴）：雷震子——防雷的象征
最后一个是行什，在紫禁城中只有太和殿有行什，仅此一例。行什是一个猴状的神兽，它的造型就是雷震子，根本目的是防雷。太和殿在历史上的命运非常沧桑，至少3次遭遇了雷击造成建筑焚毁，太和殿屋顶的正吻在历史上被雷劈过17次。正吻就是正脊两端的龙头造型，正脊就是前后两个坡的交线。
太和殿在1679年，也就是清康熙十八年遭受火灾后，1695年清康熙三十四年开始复建。当时的负责人叫做梁九，当时他已经70多岁了，凭着自己的记忆做了一个太和殿模型。因为很多年轻的工匠都没有见过太和殿，不知道怎么做。
在复建太和殿的时候，梁九突然发现没有大尺寸的楠木，尽管康熙皇帝下令向全国征集楠木。这个时候，梁九向康熙皇帝提建议，把太和殿的面宽布局，即长度方向由9间变成11间。在明代的时候太和殿是9间，在总平面尺寸不变的情况下，由9变成11间，紫禁城也仅此一例。一方面它的房间数量增多了，另一方面小尺寸的楠木就被用上了。
当大木构架立起来，屋面的坡起来的时候，梁九突然发现，因为9间房变成了11间房，使得太和殿四个转角的位置空出来一个位置，而且这个位置恰好能放一块瓦。
于是，梁九又找到了康熙皇帝，问能不能再放一个小兽。在中国的古建筑中，小兽的数量只能是单数。康熙皇帝心想都到这步了，就问梁九放什么。梁九表示太和殿在历史上总是遭受雷击，那就把雷神爷给请下来。于是，行什雷震子的造型放到了太和殿的屋脊上。
▲仙人
上图中所示的仙人不属于小兽，关于它在网上有特别多的说法，什么“姜子牙的小舅子”，“齐湣王的化身”。其实，它的学名叫迦陵频伽，是佛教中的妙音鸟，在宋朝之前是没有的。在宋朝李诫写的《营造法式》里面，明确提出了在斜脊的正前方要放一个妙音鸟，造型叫迦陵频伽，它是人身鸟羽。
我在故宫工作了18年，大家知道我每天在宫中行走，路过太和殿时的感受吗？我是充满着敬畏的，因为它太博大精深了。
以太和殿为代表的故宫的古建筑，代表着中国建筑的文化、科学、艺术、技术等方面的最高水准，是一本大的活字典，永远学不完，而我以后也会继续努力下去。
本文来自微信公众号：格致论道讲坛（ID：SELFtalks），作者：周乾