紫禁城的环境科学

　　北京故宫是明清两代的皇宫，开始经营在1406年，1420年建筑完成。从宏伟的皇城正门——天安门起已是宫殿的开始，再往南伸长到中华门的千步廊，往北到屏障全宫的景山，都是和宫城宫殿联成一个整体的，是一座规划整齐的建筑群。
　　在皇城正门内的建筑，像劳动人民文化宫（明清两代的太庙）、中山公园（明清的社稷坛）不计算在內，只就紫禁城以内来计算，它的面积是七十四万多平方米，建筑物有八千六百六十多间。
　　我国成群的建筑物，下水道都有规划系统，故宫这样大的建筑群，排水沟道是与地上建筑物整体规划起来的，有干线、有支线、有分水线、有汇合线，最后水出“巽方”，与北京市水道合为一流。它的干沟，是用大砖垒砌沟帮，工字铁活对面支顶，沟底青石铺墁，在过去是每年春季淘挖一次，要求是“起挖淡泥，通顺到底”八个字，还有专司此事的沟董世家，这些沟道已是五百多年的工程了。
　　在紫禁城内有长12000米的河流，它从西北城角引入紫禁城的护城河，水从城下涵洞流入，顺西城墙南流，由武英殿前东行迤逦出东南城角与外金水河汇合。这道河流对于紫禁城内千株松柏起了灌溉的作用。在调节空气和消防利用上都有好处。在夏季又是全宫城中雨水排泄的去处，故宫中雨水排泄管道，在开始设计全宫规划时有一个整体的下水系统安排。它的原设计图虽然已看不见了，可是现存的沟渠管道，除被地上建筑物变革而被破坏一部分外，经实际疏通调查发现它的干道、支道、宽度、深度都是比较科学的。遇有暴雨各殿院庭雨水都能循着排水系统导入紫禁城中的河流里，然后迂回出城汇入外金水河东出达于通县运河流域。因此在宫中无积水之患。明代开凿的筒子河宽52米，深6米，长3.8公里。不但增加了宫城防御，而且主要功能是排水干渠和调蓄水库两重功能。蓄水量可达118万立方米，相当一个小水库。即使紫禁城内出现极大暴雨，日降雨量达225毫米，同时城外洪水围城，筒子河水无法排出城外，紫禁城内水全部流入筒子河，也只使筒子河水位升高一米左右。
　　至于给饮水问题，五百多年前的设计完全依赖凿井取天然泉水。三大殿九万六千多平方米面积不设一井，内廷东西六宫及其他若干建筑群，每一宫院至少有井两口或三口。值班人员和警卫人员区设井更密。由于凿井工程的需要，在故宫里又出现了为数不少的小型屋顶井亭建筑，成为宫苑中一种特殊的建筑结构。同时，小亭饰以皇宫彩画，小巧玲珑。井亭不仅是生活用水所需，也是一种特殊的建筑艺技陈设。
　　宫中取暖设备有两种，一是炭盆，二是地下火道。火道又名火炕，是和建筑连在一起，在殿内地面下砌筑火道，火口在殿外廊上。入火道斜坡上升处烧特种木炭，烟灰不大。火道有蜈蚣式及金钱式，即主干坡道两旁伸出支道若干，这样使热力分散两旁，全室地面均可温暖；火道尽头有出气孔，烟气由台基下出气洞散出。这种办法在皇宫中一直使用了四五百年。在殿内地面上则利用炭盆供热。由于宫殿高大，为了冬季居住得舒适，凡是寝宫都利用装修隔扇阁楼将室内高度降低，将殿内空间缩小，即所谓暖殿暖阁之类。
　　宫中采光只靠菱窗小洞，光线细微。此外，只能依靠宫灯，点蜡。到了17世纪初期，玄烨成立养心殿造办处，设立多品种工艺作坊。其中有玻璃作坊。估计宫殿安装玻璃窗应在此时。
　　从文献上看，明清两代在修缮工程中有一套完整的组织。他们有设计的、估算的、结算的、监工的、验收的、采木的、采石的及其他多种建筑材料分工经理人员，组织齐全。现在北京还住着专任估算的“算房刘”家，设计兼烫样的“样式雷”家，管理下水道的“沟董”家，烧瓦件的“琉璃赵”家，他们都是几百年来子孙相传的世职。
　　（单士元/文，摘自《故宫营造》）