材料一
紫禁城作为世界上现存规模最大、保存最完整的古代宫殿建筑群，其规划和设计蕴含着我国古代工匠的诸多科学智慧，而其中重要表现形式之一，即为建筑营造过程中融合的数字智慧。
紫禁城的营造尺寸和体量标准都是有讲究的，比如“斗口”与“材份”。“斗口”是紫禁城古建筑的模数标准。紫禁城内所有的建筑，均以斗口尺寸为基准。所谓斗口，即古建筑斗拱的某个指定位置，该位置的尺寸作为整座建筑尺寸的基准，称为1斗口。比如紫禁城某古建筑，柱子直径为6斗口，柱高为58斗口，那么只要确定1斗口的实际尺寸，檐柱直径、檐柱高度就很容易算出来。紫禁城古建筑梁、柱等所有构件尺寸及建筑的总体尺寸，均由斗口尺寸放大而来。
“材份”是紫禁城古建筑群体量大小确定的参考标准。对于紫禁城建筑整体而言，其建筑构造组成基本相同，但建筑等级高低不同，建筑体量大小也不同。在这种情况下，古代技术人员通过材份制的方法来实现建筑的快速施工。清朝官方的具体做法为，将建筑用材料大小分为十一个等级，每个等级的斗口尺寸不同。对于不同的宫殿建筑而言，只需确定其用材等级，即可确定其建筑体量大小。
“9”和“5”是紫禁城建筑喜欢使用的数字。我国古人把单数称为“阳数”，双数称为“阴数”。而阳数中，“9”是最大的阳数，寓意数量最多；“5”为居中的阳数，寓意包含东、西、南、北、中的全部空间。数字“9”“5”的组合，形成具有特定含义的标记，即“九五至尊”，寓意帝王权威的至高无上。古代工匠在营建紫禁城过程中，巧妙地把“9”“5”融入到建筑中，来体现紫禁城及其使用者的至高地位。比如，紫禁城重要宫殿的建筑如太和殿、保和殿、乾清宫等建筑的平面布局都是长度方向为9间、宽度方向为5间的布局方式，来体现“九五至尊”的思想。作为明清时期我国政治权力的中心，紫禁城前朝三大殿“土”字形大台基在平面布局上也有“九五至尊”的概念。台基南北相距234米，东西相距130米，二者之比也刚好为9：5。这无疑又体现了古代工匠的智慧。
(取材于周乾的《紫禁城数字趣话》)
材料二
紫禁城的布局体现着设计者的诸多智慧。
“________”(甲)的巧思是其中一个明显特征。紫禁城的北面为景山，南面为内金水河。景山是北京城内的制高点，呈东西走向，南北方向狭窄，很像一座屏风。金水河经城隆庙蜿蜒而南，一路弯弯曲曲，过武英殿转而向东，过太和门、文渊阁，从东南角楼下流出紫禁城。金水河不但为紫禁城内的人们提供了排水通道，还和景山相呼应，形成了有山有水、山水协调的审美意象。金水河的河面低于紫禁城的地面，紫禁城的主体部分就建在景山和金水河间的向阳台地上。通过景山和金水河，紫禁城在审美意义上做到了与天地自然的和谐一致。
“负阴抱阳”也是紫禁城布局的一个特色。城内所有重要宫殿面南而立。老子有云：“万物负阴而抱阳，冲气以为和”。意思是世间万物都背阴而向阳，阴阳二气相互作用而形成新的和谐体。紫禁城重要宫殿建筑坐北朝南，且在南面开设大量门窗，在北面则开设较少门窗。这种布局形式有若地理学上的科学意义：我国的黄河流域处于北半球亚热带季风气候最为显著的地区，冬季在亚洲大陆西北内部形成高气压，有长达数月的偏北寒风；夏季高气压中心转向东南太平洋上，来自南方致雨的季风，使得温度上升、暑气逼人。在这种地理条件下，建筑朝正南方向最为适宜，北侧封闭以利于御寒，而南侧开设窗户则利用阳光照射和夏季通风。
紫禁城布局还有一个特点是“________”(乙)。“取正”即建筑布局以南北向为主要轴向方向。这主要源于我国古代工匠依据中国所处的地理位置和自然环境的施工经验总结，即主座朝南，左右对称。“向心”即所有的次要建筑朝向主要建筑。紫禁城所有的古建筑均以四合院形式为主，其主房朝向均为坐北朝南，厢房朝向均为东西向，面临主房而立。这种向心的建筑风格，不仅使得房屋的间距较小，有利于实现交通的便利性，而且能反映中国古代文化中“中为至尊”“尚中尚大”的思想。同时，这种朝向布置体现了紫禁城古建筑在方位的统一性及协调性，毫无杂乱之感。
(取材于周乾的《紫禁城的布局智慧》)
材料三
紫禁城建造者具有丰富的智慧。他们采取多个科学的采光方法，满足建筑内部的采光需求。“坐北朝南”的布局有利于建筑采光。门窗朝南开的建筑布局称为“坐北朝南”。紫禁城古建筑群中重要的宫殿均为坐北朝南，在建筑南侧通开门窗，北部则大部分为墙体，这种布局方式有利于建筑采光。太和殿南立面共有11个开间(开间即在长度方向上的柱距)，每个开间均设有隔扇门或窗。当隔扇门及窗开启时，殿外的光线很容易照射进来。
屋檐起翘有利于光源的引入。紫禁城古建筑屋顶檐部向外挑出(一般为柱高的1/3左右)，并略带上翘的弧度，形成优美的曲线，称为挑檐。这种曲线形屋面檐口上翘的做法，遮蔽阳光少，有利于建筑内部的采光。紫禁城古建筑挑檐做法与现代建筑挑檐有明显区别。现代建筑一般没有大的挑檐，太阳光透过窗玻璃直接进入室内，使室内明亮。在夏季过量光线射入室内同时会带进大量热量，导致空调能耗的上升。因为窗口亮度较高，给室内的人们带来直接眩光和反射眩光的干扰。
相比而言，紫禁城古建筑的大挑檐阻挡了大量直射光经由门窗直接射入殿内，少部分直射光射入建筑地面，经由地面漫反射到殿内其他地方．外部直射光经过挑檐的过滤和遮挡变得柔和。不仅如此，紫禁城古建筑挑檐做法在夏天有利于避免阳光在正午时间照入室内，而在冬天正午时分阳光则恰能照入建筑最深处，以获得建筑内部最佳的采光效果。
建筑内部的材料可反射光源。紫禁城宫殿建筑的采光离不开光线在建筑内部的反射，而这种反射作用主要通过墙体和地面材料进行。
紫禁城建筑内部有光润如玉的金砖地面、朱红的立柱和浅黄色的墙壁，其表面均有光泽，反射率较高；而建筑内部的青绿色的顶棚表面没有光泽，反射率低。前者经光斜向照射时，给人们以质感强烈的感觉，增加了建筑内部的亮度，且由于光影效果，构件表面会出现明暗变化，显出轮廓；后者当阳光照射到其表面上时，则给人们以质感平淡的感觉，表面会反射出较浅的漫射光。另外，光线射入建筑内部后，由于顶棚的反射率低于地面和墙面的反射率，所以投入建筑内部的光线方向是由下向上的，因而建筑内部的下方有若清晰的光影，便于人们在其中活动，而建筑内部的上方给人以柔和之感。这些来自地面的自下而上的光与来自其表面的漫射光，使得紫禁城建筑内部光线亮度适宜，达到视觉与感觉的完美相融。
门窗是建筑内部采光的重要通道。紫禁城建筑的早期，门窗都是用纸裱糊的。所用窗户纸质量上乘，采光及防风御寒效果非常好。从清代康熙朝开始，随着社会的稳定，经济的发展，海关的开放，海上贸易得到发展，平板玻璃也随之输入我国，并开始使用于紫禁城建筑门窗上，玻璃的应用，大大地改善了紫禁城内的采光条件。
(取材于周乾的《朝向+选材+结构，紫禁城里的采光“黑科技”》)
