古代桃坪羌寨建筑光学原理运用初探

2015-12-06 10:43:33，桃坪羌寨的羌文化研究者王嘉俊  5D080083.jpg  保存到相册

上传时间: 2015-12-31 15:40

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桃坪羌寨民俗博物馆馆长、羌文化研究者王嘉俊作古代桃坪羌寨建筑光学原理应用初探的报告

⊙作者：王嘉俊

　　美丽的桃坪羌寨风光明媚，气候宜人，历史悠久，羌文化底蕴深厚。它拥有高大、雄伟、设计精巧的古建筑群，是羌式建筑的精品、绝版和活化石，它的迷宫、碉楼和地下水网蜚声世界，“东方古堡”的美名传遍四面八方，吸着千千万万国内外游客和专家学者。
　　桃坪羌寨旅游开发始于1996年，如今已是国家AAAA级景区，曾分别于2002年和2006六年被确定为省级和国家级文物保护单位，2010年和2011年又获“中国十大古村”和“中国景观村落”称号，2008年被列入世界文化遗产申报预备名录。
　　盛名之下，一个问题摆在人们面前：为什么世界上的多处类似古堡早就成为“一片废墟”而“东方古堡”却能“千年长存”且“人丁兴旺”？
　　笔者经多年考证形成以下观点：自汉至清，随着边塞局势的稳定，军事重心逐步西延，桃坪作为军亊要塞的功能随之减弱。由于要塞地处交通便利，出产丰富，适合人居之地，原有功能自然而然地逐歩向适应生产、生活的类型转变。而世界上大多数类似古堡如格鲁吉亚山区和意大利南部山区古堡因不具备上述条件而在完成其军事使命后逐步被废弃。
　　为免除兵灾匪患，新增人口均须在要塞内安置。为了生存，先民们采用了包括运用光学原理在内的各种技术手段，完美解决了由于人口增多，楼房高度密集，房屋与道路重迭所造成的采光难问题。随着采光问题的解决，空气流通的问题也随之解决。借助羌人高超建筑技艺和当地所产特殊建筑材料，“迷宫”式巷道得以形成，它拥有方便生活，防备兵灾匪患，坚固防震等诸多功能。综上所述“东方古堡”完全具备“千年长存”且能“人丁兴旺”的必要条件。
　　经多年观察研究，本文就古代羌人在“东方古堡”内部建没中为解决采光问题所表现出的高超建筑技艺和所运用的光学原理在四个方面提出自已的见解。

一：“波角勿”的采光原理及应用
　　“波角勿”为古羌语，直译为“石洞”、“石头作的洞”或“墙洞”，意译为“窗”，准确翻译为“斗型窗”。古堡内建筑物墙体厚度一般都在60厘米以上，第一层底部多数超过一米。窗口外小内大，内侧的上边与过梁齐平，两边呈八字形张开，下边张开角度超过两侧，无窗台。“波角勿”以其特殊形状使窗口能在不同时间，不同季节，不同的太阳轨道高度为室内纳入阳光，最大限度增大光柱在窗内空间里的转动角度，延长阳光在窗内空间里的停留时间，同时通过阳光在黑暗空间内的漫射和空间内物体的反射解决室内和巷道中的照明，
　　“波角勿”在古堡内的应用非常广泛，它出现在巷道深部、拐弯处；出现在巷井周边人家的小屋中；出现在古堡内最需要光线的每一个地方。
　　桃坪的碉楼碉房均坐北朝南，房的东面、南面、西南角设有数量、大小、角度不等的“波角勿”，上午、中午和下午的阳光通过这些“波角勿”射入房屋内，形成整个白天的自然采光系统。
　　“波角勿”在时钟、节令与历法上的应用充分体现了古代羌人的智慧，同时也给后世的研究者提供了重要的研究课题与十分宝贵的素材。一些古宅的墙上或柱上刻录着一些线条，那是“波角勿”里的阳光到达过的印记。老人们会为年轻一代的儿孙们指认哪是夏至，哪是冬至，哪是清明，哪些刻痕代表着哪种作物的播种时间。还会教他们一些有关口诀，因为清明是谷物播种时节，是一年中最重要的节令，它的“冬至百六是清明”口诀经过汉译流传至今，其它节气则必须通过释比或通晓天文历法之人用掐指推算法（“铁板算”）加以确定。
　　羌语“墨司底略戈古底”的直译是“太阳来到天中间”、“正午”。因我国地处北半球，正午即是太阳通过“波角勿”测定的行至最北端的那一刻。以这一刻为基准便可测定一天中的各个时辰；而在特定日期通过“波角勿”绘制室内阳光轨迹捕捉宇宙中太阳运行轨道上的一些点，从而确定一年中的其它节令也是顺理成章的亊情。

二：巷井的布局与用光
　　“巷井”是一个新提出的概念，在过去对古堡内部布局的研究中未见有人提及。古堡内的干道如T形，横线为东西大道，通往外界，竖线为南北主巷道，通往杂谷脑河大桥。所有碉楼与碉房都分布在横线上方和竖线两侧的地方，十三条巷道呈叶脉状分布，它们沿地面向东、南、西三个方向穿行，联结着所有建筑单元和出口，十个巷井坐落在叶脉和它们的的分支点上。
　　巷井之壁由四幢或多幢房体组成，其北部与西部为主要受光面；井口形状有正方形、长方形与7字形；因所涉房屋高度不等，井口亦呈高低不平；井口直径三至五米；井深在五至十五米之间。
　　巷井底部是通往各个方向的巷口，有两面通的“端巷子”、“弯巷子”，有三面通的“三岔路”和四面通的“十字口”，是古堡内部的交通枢纽。
　　巷井底部光线由井口供给，阳光经井壁反射而散布，上强下弱，多数巷井在盛夏之时阳光都不能直射底部，因此巷口光线较暗，只能满足短巷通行之需，巷长则必需在适当之处另开巷井或增设“波角勿”以补充光线。井壁之西、北两面所渉房屋均设“波角勿”以解决居所内的光线需求。
　　除了提供光源，无论白天或夜晚，巷井在迷宫里都起着类似灯塔的导向作用。

三：巷道的成因、建修法则与用光
　　根据考证，古堡的早期阶段，建筑物主要为军亊服务，巷道较少，且明巷居多。随着人口增加，在古堡内新建房屋和采用“靠墙立柱”、“挖眼搭木”在明巷上方搭建房屋的情况越来越多；为扩建房屋，搞“上房下路”将房子向空中发展，使房子和道路重迭。以上三种扩建方式就是巷道的成因。
　　在古堡内建筑物高度密集的情况下，人们无论采取哪种方式扩建房屋，必须遵循的原则是保证公众的顺利通行，因此，只有找到合适的光源，才能达到这个目的。如果出现新建巷道过长、拐弯甚至连续拐弯的情况，“波角勿”巳不能满足须求，则必须加设巷井或采取更为特殊的办法，古堡内晒坝大巷与回风巷就是这方面的典型例证。

四：特殊巷道的用光与通行技巧
　　穿行在古堡巷道中，深深感到先民们在营造之时的良苦用心，由衷赞叹他们的聪明才智。
　　晒坝大巷起于古堡的东南方，西行十五米，南墙上有三个距地1.2米的“波角勿”，至三十米处，一面90度的弧形墙将巷道转往北方，自弧形墙向北行十五米与一条由西向东的巷道会合。巷的起点、转点与终点构成反7字形，若将起点与终点用虚线连接则是一个类似直角三角形的图案。
　　转弯处西墙上有一个距地面约1米的小“波觉勿”，墙的背面是一个羊圈，羊圈西墙上也有个同样的“波觉勿”。若将两窗之间连线，其延长线刚好与东巷南墙上的三个“波觉勿”交汇。当陌生人由东进入巷口，走到有光线的“波觉勿”地段后，多数人见眼前一片漆黑都将余下路段视为畏途，而当地人却会在此时脱离巷的中心线靠左而行，然后微微弯腰，两眼平视，使眼睛处于两窗之间连线的延长线上，根据三点一线原理，眼前始终都会显现一个不甚明亮的光斑或窗户，趋光前行15米达弧形墙。此时右侧可闻流水之声，循声右转可见15米开外的北巷口，溯光而行即可出巷。
　　再以晒坝大巷为例，由于它的入口在冬至和夏至两个日出点之间，一年中接受阳光的时间最长，光线与地面的夹角也最小，因此，弧形墙得到反射光的几率最多，时间最长，照度也最强。随着太阳的升高与西行，光线遂步离开巷口转向东巷的背面，弧形墙亮度因此也逐步变弱，待太阳行至一定角度，阳光经北巷口前面高墙反射而使弧形墙再次受光。
　　先民们利用平行光能在银幕上投影的原理，以移动被投影物体而非使用小孔成像或凸镜对焦的方法，通过观察影像达到知晓被投影物体位置的目的。假设一人上午由东巷口入，此时弧形墙等同于电影银幕，同步呈现其身影，随着行进，影像由大到小，由虚到实，直到与实际轮廓基本相等，北巷近转角处的人可根据影像情况随时判断对方与银幕的距离从而决定避让措施；下午由北巷口进入，道理与此相同。如果天气晴好，中午前后“银幕”上还会同时出现来自两个方向投影的奇观。
　　晒坝大巷的设计与天象中的月食原理相吻合，他们将巷口的光源作为太阳，转角处的“银幕”当作月亮，行走者当作地球，所不同的是宇宙中是三个运动着的星体，地球从中间横向而过，故而使月食这种天象稀少而短暂；而晒坝大巷中的“太阳”和“月亮”是固定的，是移动着的人或物体以自身的投影将自己的位置告诉了对方。
　　羌族文化博大精深，羌族建筑是她的骄傲，它以精湛的技艺，宏伟的气势成就了“东方古堡”美名。在古堡建设和发展中以顺应自然，天人合一的精巧设计，利用光学原理，借助高超的建筑技艺和特殊的建筑材料，使得汉时“邛笼”“千年长存”直至今天仍“人丁兴旺”。
　　由于水平原因，本文所涉内容仅是一些现象与民间版本，未能进行进一步的研究与推演，谬误之处在所难免。诸如“波角勿”、古羌历法、巷井概念的提出对“东方古堡”研究的意义、关于晒坝大巷所构成的类直角三角形勾边、股边长短、方向、反光物角度与季节的关联等一系列问题都需要专家的指导与完善，
　　《初探》属粗糙之作，愿作引玉之砖，栖凤之木，争鸣之由，在羌学研究百花齐放，百家争鸣之中变作一杯土一撮泥，这便是它的初衷。

　　2015年12月5日

谢谢王老师的来稿，现补上他宣读本论文时我拍摄的视频：

[视频]王嘉俊：古代桃坪羌寨建筑光学原理应用初探

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