烟花三月，正是春暖花开的时节，在翠枝绿叶的掩映下，一片红砖瓦、燕尾脊格外醒目。这是晋江五店市传统街区，以保存完好的闽南特色红砖建筑“皇宫起”著称，一群中学生正在这里研学旅行。有道是，“红砖白石双坡曲，出砖入石燕尾脊，雕梁画栋皇宫式”，正当同学们为“皇宫起”红砖古大厝的建筑形貌之美啧啧称赞时，人群中的张嘉焜，却盯着那“人”字型的屋顶入了神……

　　古人修建“皇宫起”多为就地取材，不过是红土、砂石、蚵壳灰等寻常材料，为何能在台风频袭的闽南地区屹立上百年而不倒？屋顶上薄薄的几层瓦片，为何能承受人踩踏行走而不破损？只有单层高度的低矮房间，为何冬暖夏凉宜于居住……这一串问题，在张嘉焜心里扎下了根。眼前这个造型奇特的大屋顶，究竟隐藏着什么样的科学奥秘？强烈的好奇心和求知欲驱使着这个少年，从五店市回来后，他马不停蹄地走访了数位从事仿古建筑工程的老师傅和园林设计院的专家。原来，他眼中的那“人”字型屋顶，学名为“双坡曲”，正是闽南古民居有别于国内外其他民居建筑的最大特点。

　　古人一定在“双坡曲”里埋下了防风的“密码”！找到线索的张嘉焜倍感兴奋。这个几代闽南人摸索出来的神奇屋顶，用到了什么样的科学原理？“老师告诉我们，想做好科技创新，一定要敢于去作科学猜想，多一些头脑风暴，联想法、破除法、逆向思维法都可能带来突破。”沿着这样的思路，张嘉焜日思夜想，试着用一把把科学的“钥匙”反复验证，直到在夏令营活动中玩过的无人机，浮现在他的脑海中。无人机的螺旋桨凸面向上，使得它得以运用物理学中的“伯努利原理”，摆脱地球吸引飞向天空；“皇宫起”屋顶的“人”字形截面形状，正好与无人机螺旋桨方向相反——凸面向下。如果按照“伯努利原理”进行逆向思维，此时气流对屋面的压力是向下的，风力越大，向下的作用力也就越大，意味着屋顶就越不容易被大风掀起！

　　“开锁”尝试

　　作出了大胆的科学猜想后，仿佛找到了“钥匙”的张嘉焜，开始了“开锁”的尝试。首先是设计制作合适的实验模型，“皇宫起”建筑往往有好几进，什么样的模型才是最相似的？在对建筑实物进行进一步观察分析后，张嘉焜发现大屋顶最“吃风”（闽南语中承受风力的意思）的位置是主体建筑的中厅部位。于是，他到市区几处“皇宫起”建筑实地勘测了主体建筑的外形尺寸，比如中厅屋顶的最高、低点尺寸，地面投影长、宽等，再按30比1的比例设计出一个缩小的中厅模型。接着，就是采用控制变量等方法进行系列的实验验证。他借用了学校保卫科的强力风扇，向物理实验室借来电子秤和手持式风速仪，初步的实验证实了原来的猜想：木制中厅模型在无风静态下对电子秤压力约为866克力，而在7m/s左右的水平风力作用下，电子秤读数为875克力左右，说明“双坡曲”屋顶受到的气流作用力是向下的。对于这样的结果，张嘉焜并没有满足，为了证明“双坡曲”屋顶的抗风性比其它形制的屋顶好，他又做了一组对比实验：制作两个相同尺寸的中厅模型，区别在于一个是“双坡曲”屋顶，一个是斜面屋顶，然后在相同角度用相同风力吹向模型。数据显示，“双坡曲”屋顶模型对电子秤的压力明显大于斜面屋顶。经过多组实验现象和数据分析，充分说明了“皇宫起”建筑的“双坡曲”屋顶比其它形制建筑具有更好的抗风性。

　　收获成果

　　这段“探秘”经历，让张嘉焜摘得第十七届泉州市青少年科技创新大赛科技创新项目一等奖、泉州市青少年贤銮科技奖优秀青少年科技创新项目奖，并推荐参加省赛。打开了一把“锁”的他，继续手持科学“钥匙”一一破解着其他谜题：建筑工人在“双坡曲”屋顶上行走自如，并非因为他们练就了“轻功”，而是因为屋顶上安装有“走砖”，利用的是物理学上增大接触面积以减小瓦片承受压强的原理；“皇宫起”建筑冬暖夏凉，应用的是物理学上的“康达效应”，屋顶凸面向下夏天能够将气流引向瓦片底部，有利于热空气排出，冬天则因为房屋朝向热气不易散发……“目前这些还只是我的猜想，正在思考用什么样的实验方法来验证”，张嘉焜时刻不忘科学的严谨性。

　　从研究微波传感技术，到应用于防酒驾控制系统；从观察节气变化，到制作24节气变化成因演示仪；从对广瀚夜空的向往，到“解惑观察四季星空”的创新发明……一路走来，张嘉焜凭借着对科学的执着追寻，揽获世界知识产权组织奖最佳青少年发明奖、第22届全国发明展览会暨第二届世界发明创新论坛金奖、第23届全国发明展览会青少年金奖、第24届全国发明展览会发明创业奖项目奖金奖、中国宝武青少年发明奖、第32届省青少年科技创新大赛一等奖、福建卢嘉锡青少年科技创新奖、福建省贤銮科学教育基金专项奖、第34届省青少年科技创新大赛二等奖等一系列重量级的奖项。正如他的名字“焜”所寓意的那样，这位“追光少年”，将在科学灯塔的指引下，在创新之路上步履不停、再撷新星。