【中國第一木塔】雁門關附近結構複雜的高塔,歷經火燒雷擊地震千年不倒

在今天山西晉北雁門關附近的應縣,存留著一座由遼代興建的木塔,至今已佇立近千年。

相比於其他地方不斷出土的地下文物,這種地上文物顯得格外不同尋常。

試想一下,一個純木建築克服火災、雷擊、戰亂、蟲蛀以及風吹雨淋,屹立1000年到現在,這本身就是個奇蹟。

作為世界上最古老的地上建築,應縣木塔做到了。

元大德九年四月,大同路發生6.5級強烈地震,有聲如雷,波及木塔。

元順帝時,應州大地震七日,塔旁舍宇皆倒塌,唯木塔屹然不動。

350年前明王朝時,山西靈丘一帶曾發生烈度為9級的強震,房屋倒坍,人死幾千,而木塔無損。

1926年,山西軍閥混戰,對塔炮擊200餘發,塔身彈痕累累,有多次擊中後燃燒起火,可是很快「自行」熄滅。

近代,邢台、唐山、大同、陽高一帶的幾次大地震,均波及應縣。

木塔大幅度擺動,風鈴全部震響,持續一分多鐘,過後木塔仍巍然屹立。

無情的雷擊、陳年累月的塞外狂風,都曾給木塔施加淫威,兵荒馬亂,戰火硝煙,也僅使木塔小受皮外傷。

這就是頑強的應縣木塔。

應縣木塔本名叫做佛宮寺釋迦塔,是中國現存最高最古老的一座木構塔式建築,也是唯一一座木結構樓閣式塔。

它始建於遼清寧二年(1056),到金明昌六年(1195),歷時140年才修建完畢,達到今天的規模。

塔高67.31米,相當於今天二三十層樓的高度,底層直徑30.27米,呈平面八角形。

第一層立面重簷,以上各層均為單簷。共五層六簷,而每層內平座形成暗層,實際上共9層。

這座塔結構之復雜、構件之繁多、用料之多,到目前為止,中國沒有1個人能夠完全搞清楚它的結構。

為了方便理解,我們用搭積木來簡單比喻一下這座塔構造。

搭積木首先要要有各種形狀的構件。

當年,搭建這個木塔的構件尺寸不多,只有6種,而且,這6種在目前現代力學觀點來看,竟能完美符合受力特性。

往上支撐的構件主要是柱子,一共658根,其中主柱312跟,直徑560mm~640mm;輔柱346根。

橫著支撐的叫闌額及普拍枋(見圖)一共304根。

▲樑栿(用於連接柱子和闌額及普拍枋的構件)248根;鋪作層枋子(就是我們現在說的斗拱)4800個(截面尺寸約為255mmx170mm)

▲櫨斗(就是斗拱最下部)424個

▲散斗(其他重要部件))大約9000個

首先,先用柱子和闌額及普拍枋把基礎框架搭起來。

但是這樣搭起來肯定不固定,所以就用梁栿固定住柱子和闌額及普拍枋。

為了能夠承受更大的重量,再把斗拱放在柱子和闌額及普拍枋交叉的地方;然後再把櫨斗和散斗加上去,最後搭建木塔就是這個樣子:

九層木塔結構,其中有四個結構層為平坐層,也稱為「暗層」,夾在各明層之間,是一個中空的雙層環狀結構。

在平坐層內柱子之間和內、外角柱之間架設不同方向的斜撐,形成桁架結構(TRUSS)。

全塔共使用400餘攢不同類型的斗拱,平面則采取內、外兩圈八邊形立柱,內圈主柱8根,外圈主柱24根,形成內外雙層套筒式的平面結構。

內柱環繞的空間是佛堂,內外柱之間的空間稱為外槽,是供朝拜禮佛活動的通道,稱為外槽。

外槽外面是各層出挑的平坐,外槽內由扶梯可供上下。

說起來好像很簡單,但是要知道應縣木塔光斗拱就60多種,我們用數學方法計算一下,就知道構件之間的組合會有多複雜了。

古人解決建築問題的智慧,即使在今天看來也覺得不可思議。

木塔底層回廊外簷由24根木柱支撐,在靜止時下層每根柱負荷120噸,可是柱下石礎根本沒有巢臼,木柱斷面直接平立於石礎之上。因此在應縣當地,有24根木柱輪流間歇的說法。

在防雷問題上,更是讓人驚愕於古人的建築科技。不受雷擊和它高達10米的金屬塔剎有關。

塔剎全為鐵件制成,有覆缽,相輪,露盤,月牙,寶珠等,略顯亮光,中心有鐵軸一根,插入梁架之內,周設8根鐵鏈繫緊,迄今完好無損。

從20世紀70年代發展起來的一種防雷裝置,現代消雷器的原理看,應縣木塔的塔剎是一個很典型的「傘形離子發生器……法拉第籠上蓋」。

因此,可使木塔千年不受雷擊。

事實上也是如此,木塔四周在雷雨天常有雷擊現象。

僅本世紀50年代,在離塔100米左右的地方就有兩次雷擊,但木塔卻安然無恙。

塔內明層都有塑像,頭層釋迦佛高大肅穆,頂部穹窿藻井給人以天高莫測的感覺。

頭層內槽壁面有六尊如來畫像,比例適度,色彩鮮豔,六尊如來頂部兩側的飛天,更是活潑豐滿,神采奕奕,是壁畫中少見的佳作。

二層的壇座是方形的,上面塑有一佛、二菩薩和兩身脅侍。

從第二層開始,以上每層都有塑像。

三層壇座是八角形,上塑四方佛。

四層塑佛像和阿難、迦葉、文殊、普賢像。

五層本尊為毗盧舍那如來佛,周圍有八大菩薩。

塑像的題材和內容相當豐富。

▲第三層供奉了分別朝向四面的四尊佛像,與印度或東南亞的四面佛應該具有同樣的意義,表示四方佛或佛光普照的意思。

應縣木塔內部的空間設計完全是為了佛教祭祀,每一層的中心空間都擺放佛像,特別寬大。

遼代的優秀匠師繼承了漢、唐以來重台樓閣的民族建築形式,充分利用傳統建築技巧的同時,又對建築傳統做了一些改進,創造出如此宏偉的木構建築。

應縣木塔是研究中國古代高層建築形式與結構的寶貴實物。

利用塔心無暗層的高大空間布置塑像,以增強佛像的莊嚴,是建築結構與使用功能設計合理的典範。

應縣木塔上的題記留名很多,其中明朝兩位皇帝都留有題字。

一位是明成祖朱棣於永樂四年(1406年)北征時,親筆題寫了「峻極神功」四個字,匾額掛在第五層南面的外簷。

另一位是明武宗朱厚照於正德三年(1508)到應縣,登塔賞宴時,題「天下奇觀」四個字,匾額掛在第四層南面的外簷。

在這個匾額的兩邊,還各有一塊豎的小匾額,左邊是「金城」二字上下排列、右邊是「雁塔」二字上下排列。

唐朝時設置金城縣,當時應縣為應州,應州下轄金城縣,所以有「金城」的名稱。

秦漢時期,應縣地處雁門郡,故應縣木塔被稱為「雁」。

現存的匾額中,書體較好的是第一層南面大門上的,清康熙六十一年(1722)立的「萬古觀瞻」匾額,以及第三層東南面清宣統三年(1911)應州知事任緒瀛寫的「曖極於天」匾額。

從文物的角度而書,價值最高的是第三層南面的「釋迦塔」木牌,不僅書法漂亮,匾額上還有應縣木塔幾次修繕的年代記錄,對考證木塔歷史是相當珍貴的史料。

除了匾額以外,應縣木塔上的對聯同樣具有很高的藝術和文物價值,其中的內容主要是對木塔的讚賞。

應縣木塔的歷史將近一千年,在這漫長歲月裡,木料難免有些腐爛或變形,人們也曾經多次修繕過木塔。

應縣木塔第三層的「釋迦塔」牌匾記載,木塔曾先後在金代的明昌六年(1195)增修,元延佑七年(1320)加修,明正德三年(1508年)、清康熙六十一年(1722)、清同治五年(1866年)修繕,塔內、寺內的佛像也進行過修繪。

這座千年木塔目前面臨一個非常嚴重的問題——它歪了。

歪到什麼程度呢?比比薩斜塔還要嚴重。

搭建木塔底部一些支撐構件受損嚴重,尤其是它成為了旅游景點之後。

中共建政初期,應縣曾在塔內召開「萬人大會」,每層都安裝了喇叭,坐滿了人。

你可以想像一下,這座木塔要承受多大的重量。

在它千年的生命中,這可能是木塔承受的最重一次壓力。

後來,應縣木塔名聲大噪,慕名而來的遊客們越來越多,登塔的遊客也越來越多。

很多遊客來到應縣木塔的主要目的,就是看看這個木塔是不是真的這麼結實——每登一個台階就使勁跺一次腳。

既然歪了,那就修唄。

這事兒民國政府真幹過,結果後來再也沒人敢修了。

1934年,民國政府對木塔進行了一次「大維護」,拆除了各層間的泥夾牆和斜戧,換成了現在的門和窗,大大降低了各層的抗側移剛度和承載能力。

這次維修,影響到了木塔的整體結構,留下了不少遺憾。

但是,現在的應縣木塔不修不行了,塔內存在柱身及柱頭開裂、柱腳劈裂等300餘處殘損。

7位中國最頂尖院士集中在一起開會,討論怎麼修這座塔,共有4個方案:

1.「全拆了再修」:這個倒可以,但是有個問題——拆完了沒有一個人會組合呀!

2.「建造一個新的結構去支撐」:相當於給木塔做一個腳手架,但是這個工程量不亞於再建一座木塔……而且最重要的,是會極大影響木塔的整個景觀。

3.「把完好三到五層吊起來,修底下受損部分」。 這個方案倒是可行,但是這個可能會破壞木塔的原有結構。

4.「小補小修,現狀加固」:在不改變木塔整體結構的前提下,糾正木塔殘損最嚴重的部位。 最後的結論是:不修,這塔還能再堅持一段時間。

直到現在,也沒有人敢接修繕應縣木塔這個燙手山芋,因為,沒有一個人敢負這樣的責任。它實在太珍貴了。

目前能做的,就是趕緊去看看這個國寶。

以下內容來自《星球研究所》(微信id:xingqiuyanjiusuo),

用一系列動畫具體展示應木塔的構造。

在大部分人的印象中

中國傳統的木結構建築並不高大

帝王的居所多數僅為10米-20米高

一般的民宅更是不過數米

▼傳統木結構建築,制圖@王博/星球研究所

但是位於山西省朔州市應縣的

佛宮寺釋迦塔

(俗稱應縣木塔)

是個例外

它始建於距今約1000年的遼代

高達65.84米

相當於一幢20多層的現代高樓

是世界上現存最高的木結構古建

中國史籍曾記載過高度超過百米的木塔,可惜早已蕩然無存、難以考證。

2017年以來,奧地利、挪威等地才開始建造更高的木結構建築,用現代技術打破了應縣木塔的紀錄。

▼下圖為應縣木塔與現代建築高度對比,制圖@張靖/王博/星球研究所

它採用全木結構搭建

不用一顆鐵釘

3000噸木制構件

互相咬合構成塔身

1500人

可以同時登上木塔

第一層的每根木柱平均負重高達

110噸

而且這一負重

自公元1056年木塔建成

已持續近千年

▼應縣木塔主要承重框架,制圖@張靖/王博/星球研究所

千年間

其他類似的木塔

或毀於天災、或失於人禍

唯有應縣木塔存於世間

40餘次地震

200餘次槍擊炮轟

無數次電閃雷擊

強震不倒、炮擊不毀、雷擊不焚

堪稱「中國第一木塔」

它為何如此強悍?

為什麼建?

1000年前的中國

宋遼對峙、兵連禍結

應縣由遼國控制,時名應州

距離戰事不斷的兩國邊境只有20千米

▼應州位置示意圖,制圖@張靖/星球研究所

宋遼戰戰和和

邊境一帶民生凋敝

作為古代的超級工程

木塔基本不可能由民間募資而成

而極有可能與一個顯赫的家族有關

即遼國蕭姓後族四房之一的

拔里氏國舅少父房

木塔興建前後

該房陸續出了三位皇后、三位封王

權勢如日中天

堪稱遼國第一後族」

▼應縣木塔內部繪制的供養人像,據學者張暢耕推測,上方三人分別為聖宗欽哀皇后蕭耨斤、興宗仁懿皇后蕭撻里、道宗宣懿皇后蕭觀音,下方三人為家族中三位男性封王

這支後族出自應州

在家鄉修建高塔

不僅可以彰顯「一門三後、一家三王」的榮耀

為家族祈求福報

還可以眺望邊境動向

發揮軍事價值

於是

公元11世紀中葉

木塔正式動工

全木世界

對於這樣一項古代的超級工程

歷史沒有留下太多信息

我們甚至不知道設計者是誰?

建造者又是誰?

但木塔精妙絕倫的構造顯示

他們一定是當時最優秀的建築匠師

首先

匠師們用石料砌成巨厚的塔基

僅深入地下部分就達2米

總厚度更是超過6.4米

相當於3~4個人的身高

▼塔基厚度示意,制圖@張靖/星球研究所

塔基的地上部分

分為上下兩層

上層為八邊形、下層為正方形

對應「天圓地方」

四面再各伸出月台

形成一個穩定的大十字結構

▼塔基布局,制圖@張靖/星球研究所

塔基表面預留若干柱礎

用於承接木柱

▼塔基與柱礎布局,制圖@張靖/星球研究所

緊接著

56根木柱分為三圈

被放置在柱礎之上

形成一張八角形的柱網

▼第一層柱網布局,制圖@張靖/星球研究所

柱子最高可達9米

▼木柱高度示意,制圖@張靖/星球研究所

柱與柱之間再通過「枋」「梁」橫向互連

從建築正上方俯視

它們共同構成了一個「筒體」

大大提高了建築的穩定性

▼梁柱枋結構示意圖,制圖@張靖/王博/星球研究所

除此之外

柱網外圍還砌以2米厚的土牆

土牆將木柱緊緊包裹

使之更加堅固

▼第一層木柱與土牆示意,制圖@張靖/星球研究所

之後

一種中國建築特有的構件出場了

即斗

它由多個小型木塊鋪疊而成

▼斗栱結構示意,制圖@張靖/星球研究所

可以承上啟下

連接各層柱、梁、枋

▼斗栱與柱梁枋連接示意,制圖@張靖/星球研究所

也可以懸挑屋簷

▼第一層的斗栱與屋簷,制圖@張靖/星球研究所

應縣木塔共使用斗栱54種、480朵

為中國現存古建築之最

堪稱「斗栱博物館」

當大風、地震來臨時

斗栱就像一個可松可緊的彈簧

可以吸收動能

保護主體結構不受侵害

從下向上仰望

一朵朵斗栱宛如一簇簇盛開的蓮花

在塔身上熠熠生輝

古人稱之為

「百尺蓮開」

▼斗栱,制圖@張靖/星球研究所

至此

應縣木塔的第一層便修建完成

第一層之上

是一種由支撐木構成的環狀結構

▼暗層結構示意,制圖@張靖/星球研究所

該結構被屋簷遮擋

從外部無法看出

形成暗層

▼第二層的暗層示意,制圖@張靖/星球研究所

暗層之上再鋪設梁、柱、枋以及斗栱

是為明層

暗層明層結合

這便是應縣木塔的第二層

▼第二層的明層示意,制圖@張靖/星球研究所

之後各層亦按此方式復制疊加

最終形成了五明四暗的塔身

▼塔身示意圖,制圖@張靖/星球研究所

四個暗層的作用也就此顯現

它們有如四道金箍

可以有效約束塔身

防止位移變形

▼暗層分布,制圖@張靖/星球研究所

最後

一個八角形的塔頂覆蓋其上

▼塔頂,制圖@張靖/星球研究所

各種宗教法器

從下至上依次排列

中間由鐵剎串聯

每當電閃雷鳴時

鐵剎充當起避雷針

四周八條鐵鏈成了引雷的引下線

庇佑木塔安然度過轟雷掣電

▼塔頂解析圖,制圖@張靖/王博/星球研究所

塔基、塔身、塔頂

一座巧奪天工的木塔就這樣拔地而起

▼應縣木塔全景圖,制圖@張靖/星球研究所

分別代表顯宗和密宗的26尊佛像

被安放於塔內

從第一層高約10米的釋迦牟尼佛

到第五層的毗盧遮那佛

禮佛者從一層的顯宗

逐層拜到五層的密宗

完成顯密圓通

▼塔內諸佛,制圖@張靖/王博/星球研究所

整座塔中

釋迦牟尼佛最為重要

木塔因此得名釋迦塔

▼釋迦塔上最大的牌匾,攝影師@李睿

未來安在?

應縣木塔創造了一個建築奇跡

卻沒能保佑第一後族的長盛不衰

木塔建成後的第19年

公元1075年

第一後族的成員們陷入內鬥

精通詩詞的皇后蕭觀音

被誣陷寫作淫詞《十香詞》

因而被賜死

▼應縣木塔內疑似的蕭觀音像

又過了50年

連大遼也不復存在

只有木塔屹立不倒

靜觀人世間風雲變幻、冷暖無常

▼應縣木塔,攝影師@北武

百千斗栱

盛開如花

▼攝影師@圖蟲創意

歷朝歷代

收獲無數讚譽

▼攝影師@劉樂俊

今天的應縣木塔

雖然仍舊保持著良好的外觀

但畢竟年代久遠

風雨侵蝕、木材老化、人為損壞

各層出現不同程度的傾斜

▼第三層的傾斜狀況,圖片源自@圖蟲創意

一些木構件的彎曲開裂

更是觸目驚心

▼攝影師@李睿

雖然我們可以進行小範圍的修修補補

但如何讓它繼續挺立千年

才是學者們最頭疼的難題

最激進的方案被稱為

「落架大修」

即將木塔構件全部拆卸下來

維修更換後重新組裝

但是哪些更換?更換到什麼程度?

如果歲月刻畫的滄桑都被去除

它還是那個應縣木塔嗎?

最保守的方案被稱為

「木塔全支撐」

即在木塔內外豎立起全新的鋼結構框架

幫助木塔衰弱的身體支撐起載荷

如同安裝了義肢

但是鋼結構將侵入木塔的原有空間

取代原有的結構體系

木塔也將不再是一個鮮活的有身體

而成了一個死氣沉沉的標本

折衷的方案被稱為

「上部抬升」

即將不需要維修的三層以上部分整體抬升

將受損最嚴重的第一層、第二層

拆卸下來落架大修

該方案兼具前兩個方案的優點與缺點

但是被抬升的部分

是否還能毫發無損地放歸原處呢?

無論哪種方案

都是一種痛苦的抉擇

但是如果不做抉擇

也許有一天

這個僅存的木塔也將不復存在

▼制圖@張靖/星球研究所

主要參考文獻:

李世溫等《應縣木塔》

陳明達《應縣木塔》

侯衛東等《應縣木塔保護研究》

康鵬《遼道宗朝懿德後案鉤沉》

史風春《遼朝後族諸問題研究》

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