在排水方面,用木制水槽组成井下排水系统,将水先引到井下积水坑,再用桶提出井外,初步解决了矿井积水问题。
在提运方面,采用分层提升方法,即掘一段竖井,挖一段平巷,每个平巷都装有辘轳等提升工具,将50 多米深处的积水和矿石分级接力提运到井口上。
在巷道支护方面,用直径5~20 厘米左右的圆木,采用榫接和搭接相结合的木支架形式,有效地承受了巷道的顶压、侧压和底压。直到2000 多年后的今天,有的巷道的支架还相当牢固。
在矿石开采方面,当时已经掌握了某些找矿方法。不仅懂得了通过观察自然铜、孔雀石的颜色、光泽来找矿,而且还能利用简单器具来测定矿石品位,决定采掘方向。井下发现的船形木盘,可能就是用于重力选矿这一目的的。从矿井中斜巷、平巷的分布可以看出,当时确实是沿着矿石富集、品位高的方向进行采掘的。在采矿方法上,当时采用的是分段上行采掘法,即从矿层底部自下而上逐层开拓平巷,对已采矿石在井下即行初选,把碎石、泥土和贫矿就地充填废井,以保证运出的大多是富矿,同时也减少了井下运输和提升的工作量。
铜绿山古矿井的发掘,生动地展示了我国春秋战国时期金属采矿业的发展规模和技术水平所达到的高度。
三、土木工程和手工业技术(一)土木工程春秋战国时期,由于农业的发展,战争和商业贸易的需要以及铁器的推广应用,兴起了一个规模空前的大型水利设施修建的高潮。这些水利设施包括灌溉工程、运河工程和堤防工程。这些工程对当时农业和社会的发展起到了积极的作用。这一时期城市和宫殿建设的规划设计,也有了一定的准则。1. 灌溉工程西周时我国已有引水灌溉的记载。《诗经·小雅·白桦》有诗句:"■池北流,浸彼稻田。"■池是渭水支流■水的上源,所灌稻田在今西安西南,周都丰镐附近。而大型灌溉工程的修建,始于春秋之末,盛于战国,是当时实施重农政策的一个重大措施。其中最主要的有芍陂(què bēi,音鹊杯)、漳水十二渠、都江堰和郑国渠四大工程。(1)芍陂芍陂是古代淮河流域较早兴建的一座大型蓄水灌溉工程,位于今安徽寿县安丰城南,又叫安丰塘,是公元前6 世纪末楚国令尹孙叔敖领导修筑的。水库巧妙地利用了当地东、南、西三面较高,北面低洼的地势状况,利用天然湖泊在四周筑堤,引■水经白芍亭东积而成湖。《水经注·肥水注》说陂堤长二、三百里,"陂有五门,吐纳川流"。说明可能已有闸门设施。东汉时可灌田万顷。由于芍陂及附近其他陂塘的兴建,水稻种植得到很大发展,使这一带富庶起来。
(2)引漳十二渠战国初期,各诸侯国变法图强,大力发展农业。魏国要地邺(今河北临漳县西南四十里邺镇)位于太行山东部冲积平原上。漳水从此地流过,雨季时河水宣泄不畅,常泛滥成灾。魏文侯(公元前446-前397 年在位)时李悝等推行变法,在公元前422 年任西门豹为邺令。西门豹沉重打击了当地劣绅和女巫勾结玩弄的借水灾向百姓勒索钱财、残杀少女的"河伯娶妇"迷信活动,领导百姓在漳河上修建了12 道低滚水坝,开凿了12 条大渠,引水灌溉漳河右岸土地。《水经注·浊漳水注》载:"一源分为十二流,皆悬水门。"以水闸调节水量,变水害为水利。经过大约100 年,魏襄王时任史起为邺令,又大兴引漳灌邺工程,将大片盐碱地变成水稻田,使魏国河内地区更加富庶。(3)都江堰都江堰在四川灌县,是举世闻名的古老而宏伟的灌溉工程。堰古称"湔堋"、"湔堰"、"都安大堰"等,宋代才有人始称"都江堰",取名于成都江(即"都江"),指过成都的府河及锦江。
都江堰是秦昭王(公元前306-前251 年)时蜀郡守李冰领导人民修筑的。渠首堰工在今灌县旁的岷江上,渠道遍布成都平原各县。从1949 年以前的工程布局可看出,它是由分水工程(分水鱼嘴)、开凿工程(宝瓶口)、闸坝工程(人字堤、百丈堤、内外金刚堤和飞沙堰)三部分组成的一个有机整体。
在灌县西北岷江江心洲筑成的分水鱼嘴,把岷江分为内外二江,西面的外江为岷江正流,沿江筑有堤坊;东面的内江是引水于渠,由宝瓶口控制引水流量的大小,流入成都平原上密布的农田灌渠。百丈堤起到导流和护岸的作用。
宝瓶口可能是在早于李冰二、三百年的蜀相开明所修工程的基础上,劈开玉垒山建成的渠首工程。①宝瓶口左岸是玉垒山,右岸为离堆。现宽20 米,高40 米,长80 米,可使足够的内江水量由此流入灌渠体系。
闸坝工程包括调节内江水量的溢洪道"飞沙堰"和一整套闸坝设施。飞沙堰长约180 米,堰身的高度可使汛期入内江的洪水和大量沙石由堰顶泄入外江,即所谓"低作堰";人字堤护岸兼溢流,可以补飞沙堰溢洪之不足。工程规划相当完善,分水鱼嘴、宝瓶口和飞沙堰三项主要工程联合运用,互相配合,一般可保证大水时二江分流比例为内四外六,洪水不致冲入内江成灾;枯水时二江分流比例为内六外四,足敷灌溉之用。
鱼嘴和堤防的修筑都是就地取材,用当地盛产的竹子编成巨大的竹笼,装填卵石,沉积堆迭而成,施工简便,节省费用,工效显宏。
据《华阳国志·蜀志》载,在分水鱼嘴附近曾立三石人于岷江、外江、内江水中,起着水尺的作用,以量水位的高低,从而测定内江的进水流量,及时进行调节,使"水竭不至足,盛不没肩"。1974 年和1975 年,在外江曾先后掘得石人二枚。另载李冰作石犀5 枚,其二深埋于内江,以作为都江
① 姚汉源对此说有疑,见姚著《中国水利史纲要》,水利电力出版社1987 年版第47 页注(一)。堰岁修"深淘滩"的控制高程,使河床有一定的深度和过水断面,以保证河床可以安全通过较大的洪水流量。
都江堰的规划、设计和施工,都具有较高的科学性和创造性。都江堰的建成,使成都平原大约300 万亩良田得到灌溉。《水经·江水注》称:"蜀人旱则借以为溉,雨则不遏其流。故记曰:'水旱从人不知饥馑,活野千里,世号陆海,谓之天府也'。"
(4)郑国渠郑国渠是秦始皇元年(公元前246 年)在关中引泾水兴修的大型灌溉工程,是由原籍韩国的一位名叫郑国的水工设计领导为秦国开凿的。渠首在仲山西麓瓠口(今陕西泾阳县西北50 里的谷口),引泾水东流注入洛水,全长300 多里,用了十多年时间才完工,工程十分壮观。
郑国渠的设计体现了较高的水流水文学知识。谷口是泾水进入渭北平原的一个峡口,东面是广阔的平原,地形西北略高,东南稍低。渠首选在这里,使整个水利工程自然形成一个全部自流灌溉系统。引水口选在谷口泾河凹岸稍偏下游处,正是河流流速最大的地方,增大了渠道的进水量,并使水中大量富有肥效的细泥也进入渠道以进行"粪灌"(淤灌)。引水口处上层由凸岸流向凹岸的水流和下层由凹岸流向凸岸的水流形成的横向环流,既在上层增大了引水口的进水量,又在下层使较重的粗沙冲向凸岸,避免了粗沙入渠堵塞渠道。
据《史记·河渠书》称,郑国渠的修建,"溉泽卤之地四万余顷,收皆亩一钟"。泾水泥沙含量大,引用灌溉,其淤泥可作为肥料。秦亩1 亩等于今0.288 市亩,四万余顷秦亩合今115 万市亩。渭北平原远古为通海湖泊,土带卤性,引渠水淤灌压碱可成为良田。1 钟为秦六斛四斗,即640 秦升,合今2.2 石,即200 多斤。这使"关中为沃野,无凶年。秦以富强,卒并诸侯"。①2. 运河工程春秋战国时期开凿了很多运河。魏在黄河以南的荥阳(今河南郑州西北),楚在汉水和云梦诸湖泊,吴在江淮太湖,齐在山东淄、济等地,都开有运河以通水运。其中最著名的是邗沟一荷水和鸿沟。
(1)邗沟-荷水邗沟是我国历史上第一条有确切开凿年代记载的大运河。公元前486年,吴王夫差为北上争霸,首先要创造交通运输条件,便在邗地(今江苏扬州东南)筑城,南接长江,向北利用各湖泊河道疏通开凿,在今淮安东北入淮水。后来屡经改道整修,一直是沟通江淮的主要运河。
开邗沟后3 年,吴又继续向北开凿,在"商鲁之间"开了一条运河,名荷水,使沂水(泗水支流)、古济水相连通。于是吴兵船只便可从长江出发,由邗沟北上经泗水,再由荷水通济水至黄河。
(2)鸿 沟战国中期,魏占据了今河南省东北大部。为称霸中原,魏惠王(公元前370-前319 年在位)九年(公元前362 年)迁都大梁(今河南开封)。为加强与宋(今河南商丘)、郑(今河南新郑)、陈(今河南淮阳)、蔡(今安徽凤台)等地的联系,于次年开凿鸿沟。从河南荥泽引黄河水入圃田泽(今
① 《史记·河渠书》。
中牟县西),再向东开至大梁城北。惠王三十一年(公元前340 年)再由大梁城北继续东开,并向南转。
鸿沟向东一支后称■(古作■)渠,下游至彭城(今徐州)入泗,由春秋郑地通曹、宋等地;■水之南为睢水,自浚仪县由鸿沟分出,东流入泗,经宋、楚地;鸿沟南支西汉时名狼汤渠,南至陈县以南入颖水,魏惠王时陈属楚。
当时鸿沟运渠最为重要,地处中原,四通八达,沿运道有许多城市。大梁、荥阳等地,秦汉时为东西方向粮食水运输送的要地。
大型水利工程的修建,包含了测量、选线、规划、施工等一系列技术问题。《管子·度地》对水利工程技术经验作了概括。文称:"夫水之性,以高走下则疾,至于漂石;而下向高,即流而不行。"它还对水流受阻产生的水文现象和水力现象作了观察描述,为运用水流规律治理水害提供了理论根据。关于渠首工程位置的选择,文中提出了"高其上,领瓴之"的原则,就是要抬高上游水位,以便让水顺利流入于渠。它还具体说明:"尺有十分之,三里满四十九者,水可走也。"即在3 里长距离内,渠底若能降落四十九寸,相当于1/1000 的坡度,即可保证渠水畅流无阻。这是非常宝贵的修渠经验。3. 堤防工程春秋战国时期,人们为了防治洪水,在黄河边修建了不少堤防工程,这些工程还兼作御敌防犯或进攻邻国之用。
在堤防修筑的实践中,人们逐渐积累了不少经验知识。《韩非子·喻老》说:"千丈之堤以蝼蚁之穴溃",指出了动物穿穴造成渗漏和大堤溃决的危害。
《考工记·匠人》和《管子·度地》还记载了堤防设计、施工、保护的技术问题。如关于堤防横断面的形状,《度地》篇指出要"大其下,小其上",这种形状既可保证不致产生滑坡,也符合水的侧压上小下大的规律。《匠人》篇更具体说:"凡为防,广与崇方,其■参分去一,大防外■。"郑玄注曰:"崇,高也。方,犹等也。■者,薄其上。"就是说堤防的顶宽为底宽的三分之二;"大防外■"可使大防受力后具有更高的稳定性,这与现代"重力坝"的原理是相符的。
关于堤防施工的时间,文中指出宜在"春三月,天地干燥,。。山川涸落,。。故事已,新事未起"之时进行。《管子》还提出,大堤上要"树以荆棘,以固其地,杂之以柏杨,以备决水"。
4. 城市和宫室的规划设计《考工记》中对城市和宫室规划设计的准则作了初步的总结。在《考工记·匠人》中记述天子都城的制度是:"匠人营国,方九里,旁三门,国中九经九纬,经涂九轨,左祖右社,面朝后市。"现已挖掘的春秋战国时期的城市遗址,如晋国侯马、古晋城、燕国下都、赵国邯郸的规划方式,基本相同,都采取方形城郭、正角交叉街道的方式。
《礼记》中记述周代的"五门"(皋门、应门、路门、库门、雉门)和"三朝"(大朝、外朝、内寝)的制度,在后世的宫殿、寺庙和住宅的规划中,都有很大的影响。
《考工记》和《礼记》中还有关于城市与宫殿建筑的记述。如关于粮仓和城的围墙,《考工记》指出:"■■仓城,逆墙六分"。■(qūn)为圆形谷仓,■(liáo)为古代一种小屋。这里说在建筑仓、城时,围墙的截面应呈底宽于顶的形状,其高与外■的比例应为6∶1,以保证墙体能够抵抗住谷粒等储存物的侧压力。
1978 年在河北平山县战国时代的中山国中山王■墓出土了一块金银错"兆域图"铜版,是一幅为建筑中山王和王后陵墓群而作的总体规划设计平面图。"兆域图"长94 厘米,宽48 厘米,大约是按1/500 的比例绘制的。墓主人中山王■的埋葬时间在公元前310 年左右。图版的中心部分东西方向排置三个各"方二百尺"的大"堂",中间为"王堂",西为"王后堂",东为"哀后堂"。东端和西端各有一个"方百五十尺"的小"堂"。大堂之间相隔百尺,小堂距大堂八十尺。"丘足"(即墓坡的坡足)与大堂之间的"丘平者五十尺,其坡五十尺"。丘足之外的长方形"内宫垣"将各"堂"围起。内宫垣北外侧东西排置四个各"方百尺"的"宫",宫门南开朝向内宫的墓"堂"。宫外的长方形"中宫垣"将整个墓群围起。"兆域图"是迄今所见我国最早的一幅建筑组群的设计规划图。
(二)器械制造春秋战国时期,在农业发展的基础上,手工业生产也得到了长足的发展,积累了丰富的手工业技术经验。春秋末期成书的《考工记》,对春秋时期手工业生产的工艺和技术规范作了记述,真实具体地反映了当时手工业发展的水平。
《考工记》卷首称,当时"国有六职":"坐而论道,谓之王公;作而行之,谓之士大夫;审曲面势,以饬五材,以辨民器,谓之百工;通四方之珍异以资之,谓之商旅;伤力以长地则,谓之农夫;治丝麻以成之,谓之妇功"。这里把"百工"与王公、士大夫、农夫等相提并论,表明手工业者在社会上已占有重要地位。《考工记》记述了当时手工业的30 个生产部门:"攻木之工七,攻金之工六,攻皮之工五,设色之工五,刮摩之工五,搏埴之工二。"工种涉及到运输和生产工具、兵器、乐器、容器、玉器、皮革、染色、建筑等项目,包括了当时手工业的主要工种,每个工种内又有更细的分工。它反映了当时手工业高度发展、生产专门化和内部分工越来越细的趋势。有关生产制造工艺和设计规范的内容,我们将分别在有关部分叙述。
1. 车辆的制造早在商代,我国已能制造相当完备的两轮车。车由车辕、车舆和轮、轭等部分组成,车轮有辐条,加上马具和辔饰,极为精致华美。周代已采用油脂作轴承的润滑剂,用于车战和贵族狩猎的车形制已相当精巧。但从发掘出土的商周战车来看,还存在着用材比例不合理、重心偏高等缺陷。
春秋战国时期,车辆制造有很大发展。各国除拥有大量战车之外,贵族和平民乘坐和运输用的车辆种类已很多。如辂车(天子、诸侯所乘马车)、辇(人推挽之车,帝、后所乘)、轩车(大夫所乘轻便马车,又称巢车)、■轩车和轺车(使臣所乘轻车)、■车(载灵柩的四轮丧车)、■■车(可坐卧的车)、辎车(载辎重之 车)、广车和■车(兵车)、■车(有屏蔽的兵车)、■■车(四轮车上立木架,蒙以生牛皮,下可容10 人,作攻城之用)、连弩之车(三轮,装并连之两弩,人推行,以辘轳引弩,守城用)等等。牲口(多用马)拉的车一般为独辕(■),双轮,因此一部车叫一"辆"。春秋以前战争以车战为主,故"军"字从"车"。战车的左右轴端还可装以利刃。
《考工记》对官府制车工艺及规范,作了比较完整的记述。车轮是车辆的关键部件,车轮在地面上的滚动,会出现摩擦、施力方向不同等力学现象,从而影响车子的运动。《轮人》篇指出:"凡察车之道,必自载于地者始也,是故察车自轮始。凡察车之道,欲其朴属而微至。不朴属,无以为完久也;不微至,无以为戚速也。""朴属"就是坚固结实;"微至"即轮与地面的接触面积小。接触面积大,就难以快转;接触面积小,容易转得快。所以在《考工记》的《轮人》、《车人》、《■人》诸篇中,对车轮的制作和检验,提出了一系列技术要求。
首先,要用规精细地校准轮子的外形,使它尽量接近于理想的圆。
其次,轮子的平面必须平正。检验之法为:将轮子平放于与轮子等大的圆形平台上,观察是否彼此密合。
第三,用悬垂比较各个辐条是否笔直。
第四,将轮子放入水中,看各处的浮沉是否一致,以确定其各部分是否均衡。
第五,以量具测两个轮子的尺寸大小和轻重,以求相等。
第六,轮子的整体结构必须坚固。
第七,毂的长短粗细要适宜,要根据车辆的用途和行车地形选择车毂的尺寸。
第八,车轮的高度一定要适宜,使车在平地上运行时车辕大体保持水平状态。即与马的高低相适应。
第九,车轴必须选材精美,坚固耐用,转动灵便。
第十,制造车辆,必须选用适时采伐的坚实木材,即所谓"斩三材,必以其时"。
此外,《考工记》还对车辕、车架的制作,各个部件的连接方法以及不同用途的车辆的要求等作了分别叙述。《庄子·天道》记载齐桓公时(公元前685-前643 年)一个叫轮扁的著名车匠对齐桓公说:"■(斫)轮,徐则甘而不固,疾则苦而不入,不徐不疾,得之于手而应于心,口不能言,有数存焉于其间。"这是说做轮子太宽了松垮不坚固,太紧了装配不上,必须不宽不紧,这是有数理要求的。从这些记载可以看出,当时车辆的制造技术,已达到很高的水平,对各个部件都有周密严格的技术规定;而且已经认识到其中的一些科学道理,并能够自觉地加以应用了。这正是对商周以来我国制车和用车的丰富经验的科学概括。
2. 简单机械的制造在古代,提挈重物是一件相当费力的工作。墨家在对斜面进行研究的同时,还设计了一种提升重物的装置。这个装置称为"车梯",是一个装有滑轮的前低后高的斜面车。绳子绕过滑轮,一端绕在轮轴上,另一端拴住被提升的重物;当车梯前进时,重物就会沿斜面不断升高,从而节省了人力。春秋时期,我国运用桔槔即提水杠杆已很普遍。农民用桔槔从深塘、河渠或井里把水提到高处进行灌溉。杠杆原理在春秋末到战国初期,还被广泛用于制造天平、秤、剪刀、锄刀、手钳、脚踏碓等。辘轳也是应用杠杆原理的变化形式制造出的一种提升工具。到春秋战国时期,辘轳已得到普遍使用,并成为从矿井中提升矿石和向井下运送支护木料的重要工具。
3. 军械兵器的制造春秋战国时期,各诸侯国互相攻占兼并,战争频繁,军事技术和兵器制造发展很快。《墨子·备城门》以后诸篇,集中反映了这一历史状况。《备城门》篇述及的攻城器械有:钩(钩梯,像建筑上用的活动脚手架),■(人推车辆,上装铁头巨木,用以冲破城门),梯(云梯),■■等。守城用的器械有:连弩之车,转射机(可能是装有立轴的弩,可向各个方向转动发射),橐龠(施放烟雾的鼓风皮囊)等。
春秋战国时期的基本兵器是所谓"五戎"或"五兵"。《■梁传·庄公二十五年》注明"五兵"即矛、戟、钺、■(同盾,即藤牌)、弓矢。《礼记·月令·季秋之月》注明"五戎"谓"五兵",即弓矢、殳(竹制八棱而尖的兵器)、矛、戈、戟。《吕氏春秋·季秋纪》说:"是月也,天子乃教于田猎,以习五戎。"注曰:"五戎,五兵,谓刀、剑、矛、戟、矢也。"我国古人对于弹力器具的使用,最早当是弹弓,后来才发明了射箭的弓和弩。《吴越春秋》上有"弩生于弓,弓生于弹"的记载。
关于弓箭的制造,《考工记》记载当时已有"弓人"、"矢人"、"冶氏"的专门分工,各个部件的制作都有很详细的技术规定。在弓的制造上,特别注意弓干所用材料的选择。《弓人》篇指出:"柘为上,■次之,■桑次之,桔次之,木瓜次之,荆次之,竹为下。"篇中还就如何增加弓干的弹力以射远,如何增大射速,如何加固和保护弓体等作了论述,其中包括了一些材料力学的知识。
我国弩的发明比西方早13 个世纪。弩机大约是在春秋时期发明的,它是在弓的基础上经过改进而制造的一种强力武器。上古时期随着弓箭的发展,弓的力量已经相当强大。但因它是直接利用人的臂力操纵的,既受臂力的限制,也不能长时间张弓以待,这就需要在弓上添装一个"延时装置",既可把一人或多人的力量储备起来,又可延迟发射时间,以便捕捉最有利的发射时机,于是便创造了弩机。
一般的弩机,四周有"郭"(外壳),郭中有"钩金",其一端为"牙",可钩紧弓弦,另一端可有"望山"(瞄准器)。"牙"下连结"悬刀"作为扳机。使用时先把弦拉开扣在弩机的牙上,扳动悬刀将牙缩下,弦就会把箭射出。比起在射箭时才临时拉开的弓来,弩则起到了储备弹力的作用。
最初,弩和弓一样是用一个人手臂的力量拉开的。战国以来,则出现了装有连杆和脚踏的、用脚蹬方式将踏脚压到地就可将弓拉开的偏架弩,又叫"神臂弓"。据说用它可将箭射出300 步远,能穿透铠甲上的几层铁片,威力很大。此外还有用绞车开弦的"车弩",将两张或三张弓合成一个弩的"床子弩",储备人力和弹力的作用就更加明显了。到了战国中期,我国制造的铜弩机已经比较进步了。汉代以后,由于"望山"上有了刻度,使弩射击的准确性得到很大提高。
关于箭矢的制造,《考工记》将它分为用于战争的"兵矢",用于弋射的"田矢"和用于田猎的"杀矢"。按照它们的用途,分别对它们的镞的长短、大小,铤的长短和铁管的设置,规定了不同的比例。为了保证箭在空中飞行时保持稳定,就需要在箭杆上合适地安装上起平衡和定向作用的羽毛。《矢人》篇说明了利用箭杆在水中沉浮的状态判明其质量分布情况和各部分的比例,再确定羽毛的装设,即"水之,以辨其阴阳;夹其阴阳,以设其比;夹其比,以设其羽。"这就可以保证重心位置适当,"虽有疾风,亦弗之能惮(扰乱)矣"。如果箭杆、箭羽的轻重和重心设置不当,就会影响箭在空中的飞行状态:"前弱则■(fǔ,同俯),后弱则翔(翘起),中弱则纤(绕弯),中强则扬;羽丰则迟,羽杀则■(失稳)。"这是对箭体结构(大小、重量分布)与飞行状态之间关系的出色的技术总结。
4. 乐器的制造我国古代在乐器的制作上有许多发明和创造。《诗经》上记载,西周时乐器就有29 种。其中弹弦乐器有琴和瑟。吹奏乐器有埙、■、箫、管、篪(chì,管状横吹)、笙6 种。打击乐器有鼓、磬、■(gāo,大鼓)、贲、应、田、县鼓、鼍(tuó)鼓、■(táo,摇鼓)、钟、镛、南、镇、缶、雅、■(hù)、圄(yǔ)、和、弯、铃、簧等21 种。
从这些乐器可以看出,古人已能运用各种质地的材料来制造乐器。西周时按不同材料把乐器分为八大类,称为"八音",即土曰埙,匏(páo)曰签,皮曰鼓,竹曰管,石曰磬,金曰钟,木曰■,丝曰瑟。这表明当时人们已经知道金属、木头、陶土、皮革、石头、丝织物体、植物等均能发声和传声,而且有不同的音色。
春秋战国时期,箫和笛已相当流行,弦乐器中有琴、瑟和筝。1978 年在湖北随县发掘的约公元前443 年的曾侯乙墓出土了编钟、编磬、鼓和瑟等8种乐器共124 件。其中有总重量达2500 余公斤的64 件编钟,分三层八组挂在铜木钟架上。上层的叫钮钟,中、下层的叫甬钟。各个钟的口径大小、厚薄和甬的长短各不相同,这是按照不同音阶的需要设计制作的。研究表明,每个甬钟在镌刻着标音位置的两个部位敲击,能发出两个有一定谐和关系的乐音;在每个钟的隧部和右鼓部位多标有该钟发音的音阶名称。这套编钟音色优美,音域很宽,可跨5 个八度,音阶结构和现在C 大调七声音阶极为相似,构成了一套完备的可供旋宫转调的12 个半音系统。这个情况表明,当时乐器的发声已由不定音发展到固定音,七音和十二律的音阶体系已经形成。曾侯乙墓中的其他乐器也有重要的科学研究价值。如其中的笙有12 管、14 管、18 管3 种不同规格,是我国最早的系列竹簧乐器。曾侯乙墓的排箫和篪在我国是首次出土,出土的琴也是迄今年代最早并较为完整的文物。
从文献记载和文物发掘的材料来看,早在春秋以前,我国的敲击乐器、吹奏乐器、管乐器和弦乐器已很完备,人们从音乐实践中已经懂得了用调节管弦的长短来改变音律;掌握了利用共鸣作用和管内空气柱的振动作用使簧片等发出各种不同的声音。
5. 著名工匠随着小手工业技术的普遍提高,春秋战国时期也出现了许多著名的工匠和技术家。
鲁班是春秋末、战国初年的一位土木建筑和军事技术家。鲁班复姓公输,名般。因他是鲁国人,"般"与"班"同音,故被称为鲁班。约生于周敬王十三年(公元前507 年),卒于周贞定王二十五年(公元前444 年);出身于世代工匠的家庭,从小就学会了各种木工手艺和建筑技术。
鲁班的发明创造很多,《事物绀珠》、《物原》和《古史考》等古籍记载,木工使用的曲尺(矩)、墨斗、刨子、钻子、凿子等工具,传说都是鲁班发明的。鲁班发明的锁,机关藏于锁内,必须用专门配备的钥匙才能开启。民间还传说鲁班由于被山上一种长有许多小细齿的草叶划破手掌而发明了锯(另一种说法是轩辕发明锯)。据《世本》所载,鲁班还发明了"■",即一种石磨,解除了人们用臼杵舂米捣麦的笨重劳动,2000 多年来成为中国农村碾米磨粉的唯一工具。
《墨子·鲁问》篇记载:"公输子削竹木以为鹊,成而飞之,三日不下。"另传他还制成了由木人驾御而自动行走的机动木车马。这些带有神话色彩的传说,正是对鲁班高超技艺的夸张渲染。
在兵器方面,据《墨子·公输》记载,鲁班曾被楚惠王聘为楚国的大夫,"为楚造云梯之械成,将以攻宋"。这种攻城用的长梯比楼车还高,故称为云梯。鲁班还制造了水战用的"钩强"(又名"钩拒"),都是很有威力的军事器械。
墨子,名翟,相传原是宋国人,后长期住在鲁国,约生活于公元前468年至前370 年间,是墨家学派的创始人。墨翟曾习儒学,后另立新说,聚徒讲学,以兼爱、非攻、尚贤、尚同、天志、明鬼、节用、节葬、非乐、非命为"墨家之学"的中心思想,形成与儒家并称"显学"的学说。现存的《墨子》荟萃了他的思想观点和科学学说。
墨家学派的成员大多来自社会下层,是小手工业者、小私有生产者的代表,有较丰富的技术知识和钻研精神。墨翟自己也出身于劳动者家庭,当过制造车辆器具的工匠,是一位躬身实践并善于总结生产技术经验的人。他作过宋国的大夫。他广泛接触社会各阶层的人士,特别是和"农与工肆之人"有密切联系。
墨子"好学而博",善于思考,有一手精湛的手艺技巧。他于顷刻之间就能将三寸之木削成一个能承重600 斤的轴承。他还曾用木料制造过木鸢(yuān,音渊,即鹰),能在空中翱翔一天。他制造的守城器械比同时代的鲁班还要高明。据《墨子》记载,当他得知楚国利用公输般制造的云梯等攻城器械即将攻打宋国时,便星夜兼程赶到楚都,劝说楚惠王放弃攻宋的打算,并在楚王面前以皮带围作城墙,用小木板作攻守器械,与公输般进行了攻防演习。公输般使用不同的器械和方法攻城,墨子就用不同方法守城。如一个用云梯攻,一个就用火箭烧毁云梯;一个用撞车撞城门,一个就用滚木擂石砸撞车;一个挖地道,一个就用烟薰。待公输般九套攻城方法使尽,墨子的防御器械和策略还有余,并说明他已派禽滑■等三百弟子用这些器械和方法在宋国作了防御部署。楚惠王知道打胜宋国没有希望,不得不放弃了攻宋的企图。
《庄子·人■世》篇载,宋元公(公元前531-前517 年在位)时,有位名叫匠石的著名木工,带领徒弟到齐国去。路过曲辕时见到一棵巨树,"其大蔽牛,■之百围,其高临山十仞而后有枝",观者如市,匠石却不顾而行。他的徒弟说从未见过如此美材,先生为何行而不视。匠石回答说:"勿言之矣,散木也。以为舟则沉,以为棺■则速腐,以为器则速毁,以为门户则液■(流出树脂),以为柱则蠹,是不材之木也,无所可用,故能若是之寿。"《庄子·徐无鬼》又载,一位叫作郢人的高明的泥水匠,在粉刷房子时鼻端溅上一滴白灰浆,薄如蝇翼。他让匠石把白灰砍去。"匠石运斤成风,听而斫之,尽垩而鼻不伤,郢人立不失容"。这两则故事,说明匠石鉴别木材与运用工具的高超技艺,真是到了出神入化的地步。后人因以"斫鼻"比喻技巧卓越。
(三)纺织、染色、皮革加工技术我国是世界上最早发明养蚕和丝织的国家。相传黄帝之妻嫘祖发明养蚕取丝,这反映了我国丝织业生产的悠久历史。到春秋战国时期,蚕桑丝绸业已有很大发展,缫丝、纺纱、织造和染整的成套工艺和手工机器逐步完善,这是我国手工机器纺织业的形成时期。
1. 丝织《禹贡》记载,黄河中下游的兖州、青州、徐州、豫州和长江中下游的荆州、扬州,都盛产丝绸。近几十年来出土的春秋战国时期的丝织品,无花纹的有绡、纱、■(绉纱)、缟、纨;有花纹的有绮和锦等。还出土了丝绵被、丝绳、丝带和刺绣等,充分反映了当时丝织业发展的高水平。如■是用强拈丝作经纬线,再使其退拈收缩弯曲,从而在织物表面显现出美丽的绉纹。说明丝工们已经发现了蚕丝的这种独特性能,利用一定的缫丝技术,巧妙地设计织造出这种富有弹性又轻盈透明的丝织物。1957 年在长沙左家塘一座战国楚墓中出土的一块浅棕色绉纱手帕,经纬线密度为38×30 根/厘米■2,其轻薄程度相当于现在的真丝乔其纱。
早在4000 多年前,我国古人已经能够织出具有简单几何图案的斜纹织品,这说明我国早就发明和使用了提花机。
在古埃及和古希腊,主要以麻、毛为纺织原料,用竖式织机进行织造。
但用竖机织斜纹只能靠双手挑织,费工费时,非常复杂。因此西方把由丝绸之路运去的绚丽多彩的中国丝绸,看作是出自神人之手的织物。直到六、七世纪,西方才辗转得到中国提花机的制造方法,开始织出较复杂的提花织物。18 世纪末、19 世纪初,法国人杰夸德(1752-1834 年)才利用当时工业革命中发展起来的机械制造的技术条件,改革制造出了新的提花机(即现在各国通用的提花织机龙头机)。
织造丝绸的原料丝的来源有野蚕,也有家蚕。战国晚期的《尔雅·释虫》中记载,野蚕有樗(chū,音出,即臭椿)蚕、棘蚕、栾蚕、■蚕4 种;家蚕只有蟓一种,即今之桑蚕。《荀子·蚕赋》是一篇专论养蚕技术的科学诗。缫丝是织造丝绸的第一道工序。据《礼记·祭义》记载,当时是把蚕茧放入热水里进行缫丝的。蚕茧必须经过松解和抽引,并将所含的丝胶等杂物清除掉,才能得到柔软细长、有光泽的蚕丝,其方法就是把蚕茧放在沸水中煮烫脱胶,并用小木棍把散开的浮丝挑起合缕抽引出来。
练丝是对蚕丝的进一步处理和漂白,未练的丝叫生丝,已练的丝叫熟丝。《考工记》记载了完整的练丝技术。《■氏》载:"■氏■(练)丝,以说水沤其丝七日,去地尺暴之。昼暴诸日,夜宿诸井,七日七夜,是谓水■。"■水即以木灰渗滤之水,■水中的碳酸钾溶液可以溶脱生丝上的丝胶;经过说水沤过的丝再经日光中紫外线的作用和多次浸洗,就会使蚕丝更加柔软并能提高白洁度,更易染色。
织好的丝麻布帛也可以练。《■氏》载:"■帛,以栏(楝)为灰,渥淳其帛,实诸泽器,■之以蜃,清其灰而漉之,而挥之,而沃之,而漉之,而涂之,而宿之,明日沃而漉之。昼暴诸日,夜宿诸井,七日七夜,是谓水■。""蜃"指蜃灰,是烧成的蛤灰,即生石灰。这段话说,将丝绸放在浓楝树叶灰水里浸透,再放在光滑的容器里用石灰水浸泡,待碳酸钙等沉淀后取出脱水,涂上石灰静置过夜。第二天再浇水脱水,最后再进行七日七夜的井水浸泡,即完成练帛程序。
德国斯图加特西北20 公里高村,前些年在一个克尔特部落首领的墓中,发掘出死者衣物上来自中国的丝绣品,其年代约在公元前550 年前后。这是中国的丝织品在公元前6 世纪传到欧洲的确证①。古希腊人以"丝国"(seres)
① 参见仓孝和:《自然科学史简编》,北京出版社1988 年版,第257-259 页。称呼遥远的丝绸的产地,尽管他们在很长时期内并不知道这个国家在哪里。1976 年以来,先后在新疆乌鲁木齐市鱼儿沟和坤县发掘出的丝织品印痕和残片表明,在距今2300 年到3000 年以前,中原地区的丝织品已传至西域。所以很可能在"丝绸之路"开辟以前,已经由中亚、波斯传到了西欧。
2. 麻、葛的纺织葛藤和大麻、苎麻的纤维,是我国古代重要的纺织原料。利用麻类纤维纺织,在我国可以追溯到仰韶文化时代。
大麻也叫火麻,雌雄异株,雄的叫■,雌的叫苴。■麻的韧皮纤维比较柔细,可以织出精细的织品,是我国古代做衣服的重要原料;苴的纤维较粗硬,织品也较粗糙,主要用于制做绳索和丧服。春秋战国时期,丝绸一般只许贵族穿用;我国历来敬老,平民年过五十的也可穿丝绸。一般平民主要是穿麻葛织成的布,故称平民为"布衣"。
麻葛都属韧皮植物,它们的韧皮是由植物胶质和纤维组成的。要利用其纤维进行纺织,必须先作脱胶处理。《诗经》里有"葛之覃兮,施于中谷,维叶莫之,是刈是■,为■为■。"这不仅描写了葛的形态,而且说明把葛刈回之后要用煮(■)的办法进行脱胶,然后把得到的粗细不同的葛纤维分别织成■或■。
对于大麻和苎麻,简单地用煮的办法进行脱胶就不行了。《诗经》说:"东门之池,可以沤麻。彼美淑姬,可以晤歌。""东门之池,可以沤苎。"诗中描写了妇女们一边沤麻一边唱歌的生动情景。这诗说明,大麻是采用"水沤法"进行脱胶的,即把麻浸在池塘里沤三、五天至十多天,即可脱胶,这是利用池水中天然繁殖的微生物分泌的果胶酶分解麻皮中的胶质,使纤维分散而且柔软。
脱胶之后的纤维,要进行清洗、晒干、扒麻、分梳、纺织。葛麻纤维纺线,当时主要用纺坠。《诗经·小雅·斯干》有"乃生之女,载弄之瓦"。这个"瓦"即指陶质的纺坠。幼小的女孩,就让她玩纺坠,从小就训练纺麻的技巧。所以后世将生女叫作"弄瓦"。
对于麻织品的质量,当时已有统一的纱支标准。计算纱支的单位叫"升"。周代的麻布,布幅一般为二尺二寸(合现在一尺五寸),若含80 根经线,就叫一"升"。专供丧服之用的为3 升,奴隶们穿的是7 升的粗布,15 升的缌布是作吉服的材料,最细的30 升的布专用于制冕。这种轻纱的经线密度已达每厘米50 根,相当于今天的府绸了。
3. 毛织品和皮革加工《诗经·豳风》称:"无衣无褐,何以卒岁。"这是说平民如果没有粗毛布衣,就难以过冬。褐即指这种粗毛布的颜色,说明当时毛织品的穿用已很普及了。《尔雅·释音》载当时养羊很普遍,有吴羊、夏羊、■羊等不同的品种。粗毛织品主要是平民穿的,高级的细毛布是贵族穿用的。