（三）技术科学

（三）技术科学宋元时代出现了好多种技术专书。我国古代文化史中的技术科学部分逐渐形成了。这些技术专书中有论建筑技术的《木经》和《营造法式》，有论冶炼技术的《浸铜要略》，有论织机技术的《梓人遗制》，有论制盐技术的《熬波图咏》，还有论造船技术的船式、船样诸书。《武经总要》中则收集了有关军事技术的纪录。《新仪象法要》是一部论述天文仪器制造技术的专书。这些专书的出现，充分说明了宋元时代在建筑、冶炼铸造、纺织、制盐、造船等技术各方面都有较高的水平。关于宋代的农业技术和工业技术上的三大发明即活字印刷术、指南针用于航海和火药用于制造火器，已见另章（见本书第五册），这里不再重述。建筑——北宋初，工匠喻皓著《木经》三卷，其中规定屋架尺度以梁的跨度为准，阶基高度以柱高为准，后人都依以为法。喻皓和画师郭忠恕参加了九八九年（端拱二年）所完成的开宝寺塔的建筑工作。一一○三年（崇宁二年），李诫集合了建筑工匠的智慧，并依据他自己从事建筑的经验，编成《营造法式》一书，这是我国古代建筑科学的一项宝贵遗产。《营造法式》中的大木作制度首先提出用材的标准，共分八种，这样木材的使用就能控制。其次对于梁、柱和斗拱作了详细的介绍和分析。为了增加建筑物的稳定性，书中记载了柱的“生起”和“侧脚”的方法。生起是由中心到四角的柱逐渐增加柱高。侧脚是外围的柱脚稍微向内侧倒斜一些。这样都使建筑物重心向内，使梁、柱、枋的结合更加紧密。梁的截面规定高与广的比例是十五比十（即三比二，3/2=1.5），这和现在计算上要求比例为（＝1.4142），误差很小。斗拱是由方形的斗和近似弓形的拱累叠而成，介于梁和柱之间。根据建筑物的大小，斗拱分好几层，逐层向外挑出，形状上大下小，好象一个托座。前面挑出屋檐，后面承托梁架。斗拱是我国古代建筑中比较复杂的结构部分。斗拱有放在柱头的、柱间的和房屋四周转角的，各有专门的名称。对屋顶则有“举折”的制度，即规定各种结构的坡度标准。《营造法式》中的小木作制度，是包括门窗、栏杆、天花板、楼梯等各件的制造方法和用材规格。还有佛殿中的转轮藏，设计巧妙，整个转轮利用中心一根立轴转动。宋胡寅《斐然集》上说：“载以机轮，推而转之。”立轴上下都用铁制器械困住。转轮分七格，每格放佛经的经匣，轮轴运转，可检阅所需要的佛经。四川江油窦圌山云岩寺内发现南宋初期制作的飞天藏，仍保存了北宋时代的建造手法。飞天藏又叫星辰车，也是轮藏的一种，据研究已有轴承的装置。小木作还制造各种器械和木样。北宋最有名的器械是指南车和记里鼓车。指南车和记里鼓车北宋以前已有发明，但制法失传。一○二七年（天圣五年），燕肃重新设计制造指南车，卢道隆设计制造记里鼓车。一一○七年（大观元年），吴德仁又设计制造指南车。尺寸规范都有详细记载。这是我国古代对齿轮系的高度运用。用两个齿数相同的齿轮，中间嵌入一个中轮，便能按同一速度和同一方向运转。记里鼓车是用轮轴机械量度地面距离的特有装置。欧洲到十七世纪才有类似的计步计的发明。《营造法式》还记录了当时木工所用的一些新工具，其中有起线刨子，为加工门窗复杂线脚之用；又有窄锯，为锯曲线时用；又如雕锼的锼，专用来雕缕空花纹。《营造法式》中的窑作制度，记录了烧窑技术。据《宋会要》记载当时有东西窑务，内工匠分为瓦匠、砖匠、装窑匠、火色匠、粘胶匠、鸱兽匠、青作匠、积匠、窑匠、合药匠十类。《营造法式》内的分工也大致相同。其中火色是掌握火候。粘胶指粘瓦粘砖之类。鸱兽指造鸱尾和兽头等琉璃制品之类。青作是烧青瓷。积匠和窑都指垒窑工作。合药即合琉璃药，指配釉料的方法。冶炼和铸造技术——苏颂《图经本草》中说到，江南、西蜀凡有炉冶的地方都有铁。锻家烧铁赤红，在砧上打铁，有打落细皮屑的叫铁落，俗名铁花。铁矿石初炼出来铸■（音写xiě。铸造方法）器物的叫生铁。再三销拍，可以作金属薄片的叫熟铁。生熟相和用来作刀剑锋刃的叫钢铁。锻灶中飞出如尘，紫色而轻虚，可以磨莹铜器的叫铁精。对北宋锻铁生产过程，记载完备无遗。其中铁精即三氧化二铁，现代还用来作为金属宝石等器抛光之用。销拍就是炒炼。生熟相和制造钢铁，就是沈括《梦溪笔谈》中所说的灌钢或团钢法。宋朝在铜的生产上，除一般矿冶外，还采用了胆水浸铜法。一○三五年（景祐二年），宦官阎文应献计给许申“以药化铁成铜”。后二年，钱逊奏报：“信州铅山产石碌，可烹炼为铜。”浸铜法是把生铁锻成若干薄铁片，如鱼鳞状排列在胆水槽中，浸的时间短则五天，长则十天。要看胆水的浓度而定。浸后，胆矾的铜离子被金属铁取代，形状如赤煤附在原铁片的周围。把它取出刮下来，在炉中“烹炼”三次便成铜。当时的生产指标大约是铁二斤四两得铜一斤。槽中没有被化的铁片可保留，另外加新铁片，再为浸制。用这种浸铜法生产铜，世界上以我国为最早。这是水法冶金技术的起源，是宋朝人民向自然界索取铜原料的一项重大发明。绍圣年间，当时管理饶州兴利场的张潜曾总结了工匠们胆水浸铜的经验，写有《浸铜要略》一书，原书失传，现只保存了一篇序言。宋朝有许多大型铸件，其中有针灸铜人，铜制浑仪、铜鼎等。宋徽宗时所铸的九鼎共重二十二万斤，即每鼎重二万多斤。留传到现在的北宋大型铸件有山西太原晋祠金人台的大铁人等。这些大型铸件说明了当时铸造工艺的技术水平。宋朝的铸造工艺仍为传统的泥型铸造、失蜡铸造和砂型铸造。关于失蜡铸造，南宋赵希鹄的《洞天清禄集》说：“古者铸器，必先用蜡为模。”这“古者”当指北宋以前的方法。关于砂型铸造，据记载南宋初仁和县出橐籥沙，可用来做鼓铸之模。《游宦记闻》中也提到蕲春钱监有沙模作。沙模就是砂型。太原晋祠的大铁人实物上有明显的接缝，一般失蜡法都是整铸，没有分段的必要。又大铁人胸部及小腿上都雕刻文字，砂型铸造本身强度低，不受雕刻，所以不象用砂型，很可能是用泥型铸造法。铸造这样的大铸件，熔炼和浇注技术也是关键所在。《绍熙云间志》记载一○二四年（天圣二年）铸造铜钟，说：“洪炉启而祝融奋怒，巨橐扇而飞廉借力”，对掌握大炉的操作技术，十分形象。“俄而烟飞焰歇，豁然中度，华钟告成，厥功斯就”，浇注过程相当迅速。一一○五年（崇宁四年）铸九鼎，也是“熔冶之夕，中夜起视，炎光属天，一铸而就。”由此可以推测到北宋浇注设备的程度。制盐技术——一是海盐的煎取技术，二是井盐的汲取技术。一三三○年（元至顺元年）陈椿所著的《熬波图咏》对海盐煎取术记载十分详细。《熬波图咏》中的“铸造铁拌图”是宋元时代高炉型的一种。图中提供了全套设备的图样，用风箱来鼓风。风箱的设施又见于北宋《武经总要》中的“行炉图”。王祯《农书》内的水排图也用到风箱。宋元时代风箱的发明是我国鼓风设备的一项重要发展。这种形式的风箱一直流传到现在。《熬波图咏》中最值得称赞的就是莲管秤试法。先把卤水分为四等，第一等是原盐卤，盐分为百分之百。第二等是三分盐卤一分水，比例为百分之七十五。第三等是一半盐卤一半水，刚好是百分之五十。第四等是一分盐卤二分水，比例是百分之三十三。然后用石莲子四枚浸过，放在一个盛水的竹管内，竹管口上用竹丝隔好不令莲子漾出。分别放在四等卤水中作试验。凡是四个莲子都浮起来的是第一等卤水，都沉下去的是第四等卤水，如果立浮于面的则看深浅程度可定为第二等或第三等。这样定出一个标准，便可以检验所得的卤水可煎或不可煎。这种道理与现在用浮沉子测量液体比重的意义大致相同。井盐的汲取，以四川为最盛。北宋四川盐井有大口井和小口井两种。大口井沿袭旧制。小口井则为北宋所发明，称为卓筒井，简称筒井。用困刃钻凿井口如碗口大，深达数十丈，用大竹去节作套管以保全井壁，用皮囊汲取盐卤。筒井后来叫竹井，钻掘技术仍是在北宋的基础上加以发展的。开掘盐井时，有硫化氢气体危害性极大。后蜀广政二十三年（九六○年），陵州陵井井口冒出毒气，“毒气上如烟雾，炼匠人皆死”。这毒气就是硫化氢。北宋时通过观察，从实践中认识到这种毒气能溶于水，凡雨天可免中毒，故发明在井下设置水盘滴水，以保证安全施工，解除危害。造船——宋代造船，已根据船样打造。船样又叫船式。一○○○年（咸平三年），造船务匠项绾等曾献转海船式。船样有的是编成图册以供选用。有的是设计船型，制成模型，然后制造。有的即据实体仿造。一二○三年（嘉泰三年），池州秦世辅先造新样铁壁铧嘴船和平面海鹘战船两种，经过试验后确属快便。宁宗下诏，三衙江上诸军如要修造战船都照池州船样。凡定船样时都考虑到船舶的总体布置，为了防止船舶部分破坏而影响整体，已有密舱的设备。船型根据需要各有区别。沿海航行和远洋航行船型不同。南宋沿海航行已有防沙平底船。一一五八年（绍兴二十八年），福建路安抚转运司言，鱽鱼船只是明州上下浅海去处，风涛低小，可以差使；如果福建广南出海航行，则海道深阔，非明州沿海可比，所以要另制船样，造尖底海船使用。一九七四年，福建泉州湾后堵港西南海滩发掘出一艘南宋时代木造海船，尖底，有十三个船舱，分舱密室的残形还依稀可见。船中还发现大量香药、铜钱等。可见这是一艘航行于我国南海一带的货运海船。据记载，宋朝以“料”作为船舶载重的计量单位。最小的般为五十料，最大的达五千料。福建泉州出土南宋海船大概内河船行的民船和战船在五百料以内，沿海航行、远洋航行的则在四百料以至五千料不等。漕运纲船，每五百料船二十五只，或四百料船三十只，叫一纲。一纲可载重一万二三千石。船舶主要结构尺寸大致也根据料的标准而定。如三百料的长四十五尺阔十尺，八百料的长七十尺阔十八尺等。宣和年航行到高丽的海船，“客舟”长一百多尺阔二十五尺，“神舟”长阔三倍于客舟，更为高大了。南宋初，陈傅良论“治大舟”，对控制船舶航行的三大重要部分：推进、操纵和系泊装置都有阐述。关于推进方式，宋朝船舶主要仍是风帆。徐兢说宣和时到高丽的船，“舟行终不若驾风之快也”。当时航行时风正、风偏和风息，都以大帆或小帆调节使用。南宋初，还大量制造车船，用车轮作推进装置。杨太起义军曾以车船大败宋军。踏车回旋，横冲直撞，将宋军人船数百只尽碾没入水。建炎中，乎江造船场造八橹战船、四橹海鹘船等。乾道时，建康造船场造一车十二桨四百料战船。冯堪造多桨战船，一艘用桨四十二枚，橹和桨都是传统的推进工具。关于操纵机构，主要是船尾舵。南宋后期已知道“柁与船首，适得其平”，因为如果舵太长或太短都妨害了操纵船舶的航行。宋朝海船的船尾舵有正舵大小二等，在远洋航行时还用到副舵。系泊设备主要是矴（碇）。海船用矴可重达千斤，“千斤铁矴系船头，万丈滩中得挽留。”近山抛泊叫抛矴或放矴。还有游矴在风涛紧急时应用。掌管舵的叫舵手，掌管矴的叫碇手。北宋熙宁中已设置船坞，修治长二十余丈的龙船。南宋乎江府一带有藏船屋，是为保护船只避免在露天受自然界的损害而制造的。据《金史》记载，当时还创造了滑道下水法。船舶造成后，用新的秫秸铺在地上，又用大木头在两旁夹紧，乘霜滑拉动，这样不很费力的下入水中。据南宋周密《癸辛杂识》记载，遇海船搁浅时，一种方法是把船装的货取出，以减轻负重，如还无效，便缚排求活。这都是利用了浮力的道理。北宋怀丙曾用两船架起沉入河中的铁牛，也是利用浮力。宋张商英《佛国禅师文殊指南图赞》有海船图，并说：“酌海深浅，于其远近，望月观星，知来识往。”“酌海深浅”是测深，“于其远近”是测程，“望月观星”是天文航海，“知来识往”是熟知海道。海船的制造与航海技术的发达是分不开的。纺织——纺织技术分纺和织两方面，宋元时代纺的技术以元王祯《农书》中记载的水转大纺车为其代表，织则以元初薛景石《梓人遗制》集其大成。水转大纺丰是在纺的工艺上以水力代替人力的创举。原来纺车都用手摇，后来发明了脚踏纺车，有三个锭子。王祯《农书》中已记有五个锭子的脚踏纺车。山于水力的应用，元代出现了有三十个锭子的大纺车。王祯说：“车纺工多日百斤，更凭水力捷如神。”水转大纺车的锭子是直立的，改变了手摇和脚踏纺车中锭子横排的形状，这样便于操作而少占用空间。现在的纺纱机中纺锭也是直立，可能就是从这种大纺车发展而来。《梓人遗制》有一二六三年段成已的序，说明这是元初的作品，是薛景石总结元以前的织机构造而写成的专书。序文中说道：“其所制作，不失古法，而间出新意。”“求器图之所自起，参以时制，而为之图。”“每一器必离析其体而缕数之，分则各有其名，合则共成一器。”现在所知，《梓人遗制》是世界上论织机构造最早的一部专书。技术专著的编纂，是宋元时代技术科学的一个特点。《梓人遗制》中列举四种木织机，一是华机子，即提花机。一种是立机子，即立织机。一种是罗机子，即专织纱罗纹织物的木机。一种是小布卧机子，即织一般丝麻原料的另一种木机。《宋会要·食货》记宋初置有机抒院，每人管机三四张。又记九九八年（咸平元年）绩锦院旧有锦绮机四百余张。这应当包括了提花机及其他木织机。这样的规模已是很不小了。