科普博覽：紫禁城裏的“滅火槍”

清代造辦處製作的水龍模型
故宮博物院供圖
博覽薈
周 乾
紫禁城建築多為木結構承重，而木材為易燃材料，因而防火極其重要。明清時期，紫禁城的滅火工具除了雲梯、鉤子、水桶等傳統工具外，還有一種借助機械作用的“滅火槍”，稱為激桶。紫禁城裏的激桶有兩種形式：唧筒和水龍。其中，唧筒在宋朝已得到應用。
唧筒在清宮檔案中又被稱為“岔子激桶”。故宮博物院現藏唧筒多為銅製，呈下粗上細的中空長筒狀，由內外套筒、噴水頭、支腳、連杆、皮製活塞、閥門等部件組成。內筒被抽出後，整個唧筒的長度可達2米。最裏層內筒的頂部固定了噴水頭，最外層套筒底部有數十個小孔，用於汲水。支腳用於架立唧筒。連杆與活塞相連，位於底部套筒內，用於吸水及噴水。閥門一般有兩個，為銅片或軟皮，分別控製進水和出水。唧筒往往與水桶配合使用。建築失火時，救火人員將唧筒支腳張開，立在水桶中，並將外套筒底部置於水中，將噴水頭對準火點，通過手動前後推拉底部內筒，使其帶動活塞往複運動。活塞前行使得筒內的氣體體積增大，氣壓小於水壓，進水閥門開，水由底部套筒中的小孔吸入；活塞後行使得筒內的氣體體積減小，氣壓大於大氣壓，出水閥門開，水由噴水頭射出。唧筒每裝一次水即可使用一次，射程可達20米，但出水量小。唧筒的優點是便於攜帶，單人即可操作。
水龍在清宮檔案中被稱為“西洋激桶”，且在清中期起，逐漸取代了唧筒。如中國第一曆史檔案館藏《內務府堂呈稿》載有：嘉慶二十年（1815年）六月初五宮內各等處安設西洋激桶三十一架，叉（岔）子激桶一架，共計三十二架。故宮博物院現藏清宮內務府造辦處製作的水龍模型，是當時成批製造水龍前的小樣。水龍在構造上主要由水箱體、銅缸、活塞、閥門、鐵杆、壓梁、將軍柱、出水管等構件組成。其中，水箱體相當於水龍的外殼，且底部有抬杠，便於搬運。銅缸為圓柱形，共四個，均位於水箱體內，相互間有軟管及閥門相連；兩個銅缸用於存水，另兩個銅缸內有活塞，用於吸水。活塞由圓形銅塊與數層軟皮擠壓而成。活塞被固定在一根豎向鐵杆端部，而鐵杆的另一端則與壓梁固定。壓梁為一根長木梁，功能相當於人力擠壓活塞的杠杆。將軍柱位於水箱體中部位置，底部與水箱體固定，頂部與壓梁鉸接連接，相當於杠杆的支點。出水管位於將軍柱旁邊，為豎向銅管，管底有軟管與吸水缸相連，管頂可再接自由轉動的水平管，以利於向各個方向噴水。
水龍的出水原理與唧筒相同，即通過活塞往複運動來吸水與噴水。然而，水龍的便利性、科學性及機械化程度更高。唧筒活塞的受控方向為前後向，救火人員反複操作後手部容易疲勞；而水龍活塞的受控方向為上下向，不僅便於救火人員操作，而且可借助人體重量產生更大的下壓力。唧筒僅能單人操作，產生的出水力小；水龍可多人控製壓梁兩端操作，產生的出水力大。唧筒通過手動直接推拉活塞，操作範圍小；水龍則通過杠杆間接控製活塞，操作範圍大。唧筒的出水力為手動推拉力直接產生，僅與推拉力相關；水龍的出水力由杠杆的力矩平衡產生，不僅與手動力成正比，而且與力臂密切相關。手動力的作用位置位於壓梁端部，距離支點長，因而作用力臂長；與活塞相連的鐵杆位於支點附近，因而出水力臂很小。此外，唧筒僅能單向噴水，水龍則可以向各個方向噴水。《遠西奇器圖說》評價水龍（水銃）為“火力正勝，人不可近，但有此器，則五六人可代數百人之用，又不空費一滴之水，不拘多高、多遠，皆可立到”，可說明其優越性。
（作者係故宮博物院研究館員）
本文來自：科技日報



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