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在汉代炒钢和百炼钢的基础上，南北朝时期制钢技术出现了新的突破，《重修政和经史证类备用本草》卷四玉石部引陶弘景语“钢铁是杂炼生作刀镰者”，这是最早明确记载用生铁和熟铁合炼成钢（即灌钢）的文献资料。东汉王粲《刀铭》“灌辟以数”，晋张协《七命》“乃炼乃烁，万辟千灌”，这些词句似乎表明类似的工艺可能在汉末、晋代已经出现。北齐的綦母怀文用灌钢法造宿铁刀，“其法，烧生铁精以重柔铤，数宿则成钢。以柔铁为刀脊，浴以五牲之溺，淬以五牲之脂，斩甲过三十札”【62】。这是一种和铸铁脱碳、生铁炒炼不同的新的制钢工艺。“生”指的是生铁，“柔”指的是熟铁，先把含碳高的生铁溶化，浇灌到熟铁上，使碳渗入熟铁，增加熟铁的含碳量，然后分别用牲尿和牲脂淬火成钢。牲畜的尿中含有盐分，用它作淬火冷却介质，冷却速度比水快，淬火后的钢较用水淬火的钢硬；用牲畜的脂肪冷却淬火，冷却速度比水慢，淬火后的钢比用水淬火的钢韧。从这里可以看出，不但炼钢技术有较大的发展，淬火工艺也有了提高。灌钢法在坩埚炼钢法发明之前，是一种先进的炼钢技术，对后世有重大的影响。
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冶铸中的鼓风技术，在这时期也有了重大的进步。三国时魏国的韩暨在官营冶铁工场中推广应用水排，计其利益比马排、人排增加了三倍。这种鼓风水排，节省了人力、畜力，提高了生产效率，为后代所流传使用。当时水排的样式和构造，文献没有记述，但与同时期的水碓、翻车比较，应是一种轮轴传动的装置。元时的《王祯农书》中记载有水排的式样，可作为复原这时期水排构造的参考。
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佛教建筑
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这时期佛教的盛行导致了寺院建筑的大量出现。例如，三国时代南京有寺院680处，北魏时洛阳一地的寺院就有一千多处，各州郡计有寺院三万所。这些寺院建筑的布局，基本上仿照西周以来的宫室布局，只多了一个佛塔建筑。北魏时的佛塔都建造在寺院的中心，这是我国寺院早期布局的方式。到了唐代一般将大佛塔布置在大殿之前，也有的建在寺侧，构成塔殿并列的形式。宋代则把塔建在大殿之后。
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图5－7 嵩岳寺塔
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在寺院里建造佛塔起源于印度，塔即是“Stupa”，译为“屠波”，它的原形是一个半球体，和现在藏传佛教的佛塔相近。塔式建筑传入中国后，与中国固有的楼阁建筑很快结合起来，成为中国的楼阁式塔。现存的塔式建筑，凡是高大的塔都是楼阁式的。嵩岳寺塔是我国现存最早的著名寺塔。
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嵩岳寺塔建于河南省登封县嵩山南麓的一个山坳中，平面呈十二角形，内部八角，共十五层，高四十多米。它建于北魏，是一座内部为楼阁式，外部为密檐式的砖塔。塔下层的倚柱和佛龛形式是古印度风格，出檐用砖迭涩挑出，呈凹形曲线。整个塔身有较合理的收分，线条柔和圆润，虽是用砖建成，却没有给人生硬的感觉。此塔至今已历时一千四百多年，几经地震等自然灾害仍巍然屹立，说明了我国古代匠师建造高层建筑的设计和技术水平是相当高的。
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佛教建筑的另一种类型是石窟寺。它是依山崖陡壁而开凿出来的洞窟，工程浩大，雕刻精美。石窟寺亦渊源于印度，随同佛教的传播而在中国出现。我国的大型石窟，如云冈石窟、敦煌石窟、麦积山石窟、龙门石窟、天龙山石窟、响堂山石窟等，分布在新疆、甘肃、辽宁、河南、河北、山西、山东、浙江等地。这些大型石窟都开凿于5世纪中叶到6世纪后半叶的一百二十年间。我国现存的石窟群远较印度为多，仅敦煌莫高窟一处就有六百多个洞窟，而且结合中国传统的建筑特点，成为独特的石窟建筑。
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图5－8 云冈石窟
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石窟建筑形式多样。云冈石窟长约一千米，共有大小四十几个洞窟，其式样大多采用椭圆形平面，窟顶为穹隆式，前部开一个门，门上开窗，后壁中央雕刻出一个巨大的佛像，最高达15.6米，左右雕有较小的佛像，窟外为木结构的殿廊。敦煌莫高窟平面都呈方形，每洞分前后二室，中间有中心柱，四周布满塑像和壁画，外部亦设木构殿廊。由于石窟本身就是由人工开凿而成的一种建筑形象，同时在窟壁上都雕绘有殿宇、楼阁、亭台、佛塔以及房屋等多种建筑形象，因而从中可以反映出当时的建筑面貌，为建筑史的研究提供了宝贵的资料。
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九 机械制造的新成就
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马钧及其成就
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马钧，字德衡，曹魏时扶风（今陕西兴平东南）人，是这时期出现的一位伟大机械发明家，时人曾称颂他“巧思绝世”。他生活在曹魏时期，当时的统治集团对机械发明很不重视，更谈不上了解机械制造的意义，因而他一生受到权势们的歧视，郁郁不得志。但他刻苦自学，不尚空谈，专心致志地钻研机械设备，因而取得了机械制造方面杰出的成就。他的成就，最突出的是改进织机和发明（或改进）翻车。当时的绫机中，“五十综者五十蹑，六十综者六十蹑”，综是使经线分组一开一合上下运动，以便穿梭的机件，蹑为踏具，这样的绫机笨拙而效率低。马钧感到原有这种绫机“丧功费日”，“乃思绫机之变”，对旧绫机进行改进，把50蹑、60蹑的绫机都改成12蹑，使操作简易方便，提高了生产效率。这种新绫机很快就得到推广应用，促进了丝织业的发展。据《后汉书·张让传》载，在马钧之前约半个世纪的东汉人毕岚曾“作翻车”，供洒道之用。毕岚的翻车是否就是后世的龙骨水车，不得而知。而马钧所作的翻车，则无疑是用于农业排灌的龙骨水车。其结构精巧，“灌水自覆，更入更出”，可连续不断地提水，效率比其他提水工具高得多，“其巧百倍于常”，运转轻快省力，儿童都可操作。所以，马钧应是供农业上排灌之用的龙骨水车的发明者，至少可以说他是继毕岚之后，对翻车作了极重要的改革，并首次用于农业排灌的创新者。翻车问世后，受到了社会上的普遍欢迎，迅速得到推广，并沿用了一千多年。在近代水泵发明之前，翻车是世界上最先进的提水工具之一，它对于灌溉农田，发展农业生产，发挥了巨大的作用。
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马钧还制成了久已失传的指南车。关于马钧作指南车的问题以及和高堂隆、秦朗在宫廷上的争论，史书有很生动的描写。其后的祖冲之曾将一辆只有外壳的指南车，增补了内部的机构，予以修复。但它们都缺乏具体的机械结构的记述，历代史书关于记里鼓车和指南车的记载也都比较简略。直到宋代，燕肃在1027年，吴德仁在1107年，又先后制造了指南车和记里鼓车，《宋史》详细地记载了它们的内部构造。据此，我们始得知历代指南车与记里鼓车的具体结构。
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图5－9 指南车复原图
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指南车以简单的结构，就能使木人的手臂始终指向南方，关键就在于传动机构或联或断的设计。当车辆偏离正南方向，向左（即向东）转弯时，车辕前端向左移动，而后端就向右（即向西）移动，即将右侧传动齿轮放落，使车轮的转动能带动木人下大齿轮向右转动，从而恰好抵消车辆向左转弯的影响，使木人手臂所指方向不变，仍指向南方。车辆向正南方向行驶时，车辆和木人下大齿轮是分离的，因此木人不受车轮转动的影响，指南车具有这种能自动离合的齿轮系（现称差动齿轮系），其技巧高于记里鼓车。记里鼓车有一套减速齿轮系，始终与车轮同时转动，其最后一根轴在车行一里或十里时才回转一周，再经过传动机械，令木人击鼓以计所行里程。我国古代记里鼓车，尤其是指南车是古代巧妙的自动化机械，结构均很简单，构思十分灵巧，它体现了我国机械制造的高度水平，是我国古代技术的卓越成就。
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此外，马钧还改进了连弩和发石车。他又曾利用机械传动装置，创造了以木为轮、以水为动力的“变巧万端”的水转百戏。【63】这些也都表明了马钧在传动机械研究方面的很深造诣。
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运输工具
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三国以前，陆上运输所用的车辆，多数是双轮车。双轮车只适用于平地的大道上行驶，在山间小道上就无法使用。三国时，蜀汉在与曹魏的战争中，由于山道运粮困难，运输工具亟待解决。这时，蒲元发明了独轮车——“木牛”，“廉仰双辕，人行六尺，牛（指‘木牛’）行四步，人载一岁之粮也”【64】。这也就是后世所传说的“木牛”。这种独轮车适用于在崎岖小道上行走，一千多年来一直被广泛使用。