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中国科学技术史稿（修订版） [:1701078142]
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五 《考工记》——手工业技术规范的总汇
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《考工记》的产生
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随着手工业生产的发展，人们积累了丰富的经验。为生产更多更好的手工业产品，手工业内部分工的细密化和手工业技术的规范化与科学化，就成了这一时期手工业发展的突出特点。春秋末年齐国人的著作《考工记》就很好地反映了这一发展趋势。
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据《考工记》称，当时“国有六职”——王公、士大夫、百工、商旅、农夫和妇功，表明手工业者在社会上占有较重要的地位。他们以“审曲面势，以饬五材，以辨民器”为己任，担负着各种手工业的生产任务。仅据《考工记》所载，当时的官府手工业包括有三十项专门的生产部门，“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，抟埴之工二”，它涉及运输和生产工具、兵器、乐器、容器、玉器、皮革、染色、建筑等项目，每一项目又有更细的分工。如车辆的制作，除所谓“车人”外，还有专门造轮子的“轮人”，专门制车厢的“舆人”和专门制造车辕的“辀人”等。这种官府手工业生产专门化、内部分工越来越细的倾向，是手工业生产发展的结果，反过来，它对手工业技术的提高与手工业生产的进一步发展，又有着深远的影响。《考工记》记述了三十项手工业生产的设计规范、制造工艺等技术问题，是一部有关手工业技术规范的汇集。这显然是从大量的直接的生产经验中总结出来的，对手工业生产有一定的制约和指导意义，是手工业生产发展到一定阶段的产物，代表着当时技术发展的水平。更为可贵的是，作者不拘泥于一般经验的叙述，对其中若干技术环节还进行了科学的概括，力图阐明其内在的科学道理，使人们的认识向前推进一步。
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车辆的制造
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商周时候王室、贵族主要用来作战和狩猎的车的形制已比较精巧。商代的车系由车辕、车舆和轮、轭等部分构成。各部分再细分，加上马具和辔饰，其名目有几十种之多。现已发现的商代后期车马坑，都是车马同坑，说明这些车是用马拉的。
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《考工记》记述了一套比较完整的官府制车工艺及规范。它首先对车的关键部件——轮子提出了一系列技术要求和进行检验的手段。第一，“规之以视其圆”，“欲其微至也。无所取之，取诸圆也”，“不微至，无以为戚速也”，即用规精细地校准轮子，视其外形是否正圆，因为不正圆，轮子与地的接触面就不可能尽可能的小，也就转不快。第二，“萭之以视其匡也”，就是说轮子平面必须平正，检验时将轮子平放在同轮子等大的平整的圆盘上，视其是否彼此密合。第三，“县之以视辐之直也”，即用悬线察看相对应的辐条是否笔直。第四，“水之以视其平沉之均也”，即要将轮子放在水中，看其浮沉是否一致，以确定轮子的各部分是否均衡。第五，一辆车的两个轮子的尺寸大小和轮重都要相等，其方法是“量其薮以黍，以视其同也；权之以视其轻重之侔也”。第六，轮子的整体结构必须坚固，即所谓“欲其朴属”【19】。第七，毂的粗细、长短要适宜。“行泽者欲短毂，行山者欲长毂，短毂则利，长毂则安”【20】，也就是依据利转和稳定的原则，对不同用途的车辆，选用毂的不同尺寸。第八，“轮已崇，则人不能登也；轮已庳，则于马终古登阤也”【21】，即要求轮子的直径要适中，因为太大，人上下就不方便，太小，马拉起来就吃力，好像经常在上坡一样。第九，对轴要求材料美好，坚固耐久，转动灵便，这就是所谓“轴有三理：一者以为微也，二者以为久也，三者以为利也”【22】。第十，必须及时选用坚实的木料，即所谓“斩三材，必以其时”【23】，等等。由此可见，技术的要求是很严格的，其考虑十分周全细密，而且又是十分符合科学道理的。如其中第一项说的就是要使滚动摩擦阻力降到最低限度的问题。根据滚动摩擦的理论，滚动时的阻力和轮子的半径成反比，所以第八项是这一理论的直观经验的朴素描述。另外，《考工记》还对车舆材料的选择及连接方法，车辕、车架的制作，对不同用途车辆的要求等问题分别进行了描述。这些都反映了当时车辆制作技术的很高水平。从已发掘出土的商周战车来看，存在着用材比例不合理、重心高等设计方面的缺欠，而《考工记》提出的制作车轮工艺的十项准则，已消除了这些缺欠，这正是商周以来归纳长期制车和用车经验得到的结果。
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图3－7 陕西长安张家坡第二号车马坑周代车辆复原图
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图3－8 山东嘉祥洪山出土的制车轮汉画像石
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弓箭的制作
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关于弓箭的制作，有“弓人”和“矢人”、“冶氏”的专门分工，其制造的程序各有十分细致的技术规定。书中对于弓的各个部件分别作了深入的考察，特别注重材料的选择，如弓干的制作，就排比了七种材料的优劣，指出“柘为上，檍次之，檿桑次之，橘次之，木瓜次之，荆次之，竹为下”【24】。这显然是经过反复摸索实践而得到的经验总结。“弓人”对于如何增加弓干的弹力以射远，如何增加射速，如何加固和保护弓体等问题作了探索，反映了人们材料力学知识的增长。
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对不同用途的箭矢，如“矢人”所做的用以战争的兵矢，用于弋射的田矢，“冶氏”所做的用于田猎的杀矢，其镞的长短、大小，铤的长短，铁管的设置，都有不同的比例规定。对于箭矢在飞行过程中起平衡和定向作用的羽毛的设置，则利用各个箭干在水中的浮沉程度，查明质量分布的情况，再酌情处理，即“水之，以辨其阴阳，夹其阴阳，以设其比，夹其比，以设其羽”，让箭矢重心位置适当而利于飞行，使“虽有疾风，亦弗之能惮（扰乱）矣”。它还进一步研究了箭矢在空中飞行时，因重心和羽毛设置不当，引起的各种不正常情况，指出“前弱则俛（往下冲），后弱则翔（往上翘起），中弱则纡（绕弯），中强则扬（扬起），羽丰则迟（速度变慢），羽杀（少）则趮（不稳定）”，这是关于飞行物体的重心、形状同重力、空气阻力之间的关系以及箭矢飞行轨道的早期探索，而对箭矢制作的具体技术规定，正是建立在这一科学的考察基础之上的。【25】
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钟、鼓、磬等乐器的制造
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我国古代的乐器仅《诗经》中记载的就有29种之多。周时按乐器的不同材料分为金、石、木、土、革、丝、竹、匏八种乐器，史籍上称为“八音”。编磬是我国独有的乐器，编钟的出现在世界各民族中也以我国为最早。春秋战国时期，箫和笛已相当流行，弦乐器中除了琴和瑟以外，还有筝。人们已在音乐实践中形成了七音和十二律的音阶体系，对于弦线和钟、鼓、磬等乐器的发音要素也作了可贵的物理探讨。《考工记》的记述就是其中之一。
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《考工记》不但记述当时盛行的钟、鼓、磬等乐器的制作技术，而且还明确指出钟声的来源系由于钟的振动所致，钟声的频率高低、音品则与钟的厚薄以及形状、大小和合金成分有关。“薄厚之所震动，清浊之所由出，侈（钟口大而中央小）弇（钟口小而中央大）之所由兴，有说，钟已（太）厚则石（声不易发），已薄则播（散），侈则柞（咋咋然之咋，声大而易发出），弇则郁（声郁滞而不易出），长甬（柄）则震（震动得厉害）”。而钟、鼓不同的形状，会给人带来很不相同的声音感觉。“大而短，则其声疾而短闻”，“小而长，则其声舒而远闻”。【26】这些从长期制作乐器的过程中总结出来的对声学问题的定性描述，远远超出了为乐器规定某种尺寸等的技术规范的意义，它已经为人们较自觉地对钟鼓的形状或厚薄做适当调整，使之达到预想的要求，提供了理论上的依据。同样，对磬，《考工记》也作了科学的总结，指出磬体的厚薄同发声高低间的关系，并明确提出了调音的方法，“已上，则摩其旁，已下，则摩其端”【27】。这就是说如果磬体太厚，发声因而太高，就把磐石磨得薄一点；如果磬体发声太低，就磨它的两端，使磐体相对地变得短而厚。
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1978年，考古工作者在湖北随州发掘了约公元前433年的曾侯乙墓，出土了编钟、编磐、鼓和瑟等八种乐器共124件。其中钟65件，每一钟在规定的两个部位敲击均能发出两个有一定谐和关系的音，它们构成了一套齐备的可供旋宫转调的十二个半音的系统。在钟的隧部和右鼓部位大多分别标有该钟所发音的音阶名。钟的口径大小不等，厚薄各异，甬的长度殊别，这便是为赋予各钟以不同的音而设计的；有的钟口还留有经过摩擦的痕迹，说明为校准音阶等的需要，它们又经过了仔细的加工调试。这些不但印证了而且超过了《考工记》的有关文字记载的科学内容，说明这一时期人们的造钟技术和音律知识已达较高水平。
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图3－9 湖北随州出土的战国初年曾侯乙墓编钟
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练丝、染色和皮革加工技术
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有关练丝、染色和皮革加工技术，《考工记》均作了记述。当时的练丝法是把丝麻布帛放在楝木灰和蜃灰汁里浸渍，利用灰渍中的碱性溶液清除油垢和去掉丝麻上残余的胶质，然后清洗脱水。白天利用阳光曝晒漂白，晚间浸于井水中，利用井水溶解丝胶。如此反复数次，即可完成这一工序。这是丝麻和丝麻织物染色前的预处理工艺，对于提高染色质量是至关重要的。当时的染色法有多次浸染的套色法，是把准备染色的丝麻毛纱或织物分几次先后浸入溶有一种或多种不同色彩染料的容器内，从而得到某一颜色的不同深度的近似色或其他各种新的颜色。所谓“三入为纁，五入为緅，七入为缁”【28】指的就是这种浸染法。纁为深红色，是三次浸入红色染料而成；若将它又放入黑色染料浸染二次，便为緅（带红光的浅黑色）；再多浸二次则为缁（深黑色）。这种方法虽然比较麻烦，但效果却比较好，所以直到近代，我国的染色手工业犹多沿用。关于制革，《考工记》记载了皮革质量的鉴定方法，进而讨论了得到色泽“茶白”、质地“柔而滑”，各部分缓急均匀、缝制工整的加工处理方法，反映了皮革加工技术的进步。【29】
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城市和宫室的规划设计
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