跨越文明：秦汉时期的机械传奇

时代背景——统一帝国对造物设计的影响

秦统一六国后，吸收了其他五国的优秀文化，综合而形成为我国古代文化的一个主要源流。秦汉时期的能工巧匠，创造了许多精巧的生产和生活工具，为推动社会进步和发展生产做出了重大贡献。

科学仪器

在汉代，铜除了用来制造各种生活器皿外，也用于制造各种科学仪器。如天文仪器漏壶、圭表、浑天仪以及地动仪、指南车等。

候风地动仪

浑天仪

浑天仪操作复原图

东汉张衡设计制作的青铜浑天仪能演示天象，并制造了世界上第一架候风地动仪。张衡利用机械原理，尤其是在齿轮技术的应用方面，已经达到了很高的准确性和可靠性。不仅有精巧的合乎科学的结构，而且如中间的“都柱”和“八上可以划分为三个时期。

西汉 铜漏壶

圭表的结构

圭表是中国古代科学家发明度量日影长度的一种天文仪器，圭表有两个部分组成，即“圭”和“表”。所谓“表”就是直立在地面上的标杆，用于测量地面的日影；而“圭”就是指刻板，用于测量表所投影出来的日影的长度。

农业工具

秦朝是铁农具承上启下的年代，秦的墓葬中出土了大量的铁制农具、手工工具和生活用具。秦的铁铧犁比战国的“V”字形犁夹角小而犁面隆起，省时省力。

汉初，冶铁业的迅速发展，取代了铜、石、木器。西汉中期冶铁业进入第二次大发展，钢铁生产的量和质都有很大的提高。铁器种类急剧增加，有耒、耜、犁、铧、耰、镢、锸等整地农具8种；耨、镩、锄、钱（铲）、铫等耕草农具5种：、镰、枷、杷等收割脱粒农具4种：杵、臼、碓、砻、石靡（硙）等谷物加工农具5种；还有灌溉农具桔槔等，另外，还有相关文献中提到翻车、辘轳（定滑轮式辘轳）、扬扇、碾、耱、壁、耧等近30种。出土文物及相关资料已经证明，汉代的铁制农具，不仅在中原一带普遍推广，而且许多边远地区也得到广泛应用。

汉代铁农具 1974年河南三门峡市出土，河南省文物考古研究院藏

汉代铁制农具

（耨）[nòu]秦代。（锄草的农具）

翻车 东汉 刮板式连续提水机械

龙骨水车 始于东汉，三国改进 排水灌溉的机械设施

锸[chā]汉 掘土的工具

播种耧车

战国时期就有了耧车。汉武帝时，在一脚耧和二脚耧的基础上，设计发明了三脚耧，大大提高了播种效率。它是现代播种机的雏形。

耒耜[lěi sì]

我国很早就发明了耒耜，当人们设法利用畜力助耕时，耒耜就向犁转化。战国时期出现了铁制的耕犁。

木犁 用于农田或旱地的耕作

汉代，二牛抬杠式的耕犁已经普遍使用，犁上还专门装置了用于翻土碎土的犁壁。这一重要发明设计欧洲直到11世纪才出现，而我国在汉代就有了犁壁的装置，比欧洲早了近1000年。

东汉陶井栏 西昌经久出土

新莽铜卡尺 国家博物馆藏

世界上最早的游标卡尺

西汉青铜鎏金骑士牛虎贮贝器 纽约大都 会博物馆藏

车马

车马在数千年来曾在华夏生活中占据过举足轻重的地位，无论是劳动生产还是战争，都是不可或缺的重要工具与装备，其数量的多寡与质量的优劣，经常成为衡量某一时期的社会发达与落后、国势强盛与衰弱的重要标准。自先秦起独輈车与双辕车就是主要运输工具，秦汉时期的独輈车与双辕车又有车制革新，用途增加。东汉以后，双辕车基本取代了独輈车。双辕车的结构，除辕变为两根外，其他各部位与独辅车基本相同。

立车和安车复原图

立车

1980年12月陕西临潼秦始皇陵西侧陪葬坑出土的两辆铜车，较为真实地反映了秦朝车辆的设计和制造情况。其中一辆车为“立车”也称为小车、轺车，是周秦时期最主要的车型。立车为双轮单辕，立车上的武器用焊、卡、缚等各种方法约束起来。此车可能是一种用于仪仗的战车，立车上的伞盖设计为活动的，可以根据需要取下或安上。立车的伞盖有22根盖弓。由于不同用途的需要，车盖并不是完全固定在车上。立车车盖之柄是插在一高柄铜座上，便于装卸。

安车

秦汉时期是交通工具设计的一个重要发展时期。考古工作者在秦始皇陵西侧发掘出两部秦代铜车马。这两部铜车一部为立车，即立乘之车；另一部为安车，是坐乘之车。安车车轮为多辐条的双轮，由四马驱动，可承受较大重量。安车的设计特色主要在于车箱，是秦朝王公贵族及老人乘坐的车辆。车箱分前、后两室，前室是御手所用，后室为车主所居，车箱有窗有门，开窗则凉，闭窗则温，可以根据不同天气，不同环境需要随时开关。故俗名“輼輬车”。

指南车（复原模型）

车上有木人立于正中，启动之前先将木人右手拨指南方，由于齿轮系统的作用，不论车向及车速如何转换，木人所指方向均不变。按功能来讲，指南车实际上应称为定向车，预先将木人手臂指向无论哪一个方位，它都将恒定地指向原先设立的方向。由指南车内部结构图可以看出，指南车的内部利用了滑轮、藤线和两组差动齿轮。指南车不同于指南针等利用地磁效应而定向，它是依靠机械的精密传动将左右两车轮的旋转输入运动传递到输出的杆件——木人之上来达到定向的目的。

指南车工作原理图

指南车是中国古代用来指示方向的一种机械装置。与利用地磁效应而闻名天下的指南针不同，指南车利用了差速齿轮原理，根据车轮的转动，由车上木人指示方向。不论车子转向何方，木人的手始终指向南方。世界著名科技史学家、汉学家李约瑟赞它为“世界上第一个自适应系统”。

汉代壁画中的记里鼓车

记里鼓车工作图解

记里鼓车的记程功能是由齿轮系完成的。车中有一套减速齿轮系，始终与车轮同时转动，其最末一只齿轮轴在车行一里时正好回转一周，车子上层的木人受凸轮牵动，由绳索拉起木人右臂击鼓一次，以示里程。

记里鼓车（复原品）

记里鼓车，又称记里车、大章车，中国古代用来记录车辆行过距离的马车，构造与指南车相似，车有上下两层，每层各有木制机械人，手执木槌，下层木人打鼓，车每行一里路，敲鼓一下，上层机械人敲打铃铛，车每行十里，敲打铃铛一次。

舟船

秦汉时期的造船业，是我国古代造船业三大发展时期之一，这与当时的经济和大规模的军事行动有关。秦始皇曾以50万大军进攻“百越”，历时3年。汉代水陆运输十分发达，内河漕运十分忙碌，海上航运的范围更大，北起日本海，南到马六甲海峡，西至孟加拉湾，都有中国的船队。当时已有较完备的水军体制，可见造船业非同一般。汉武帝乘坐的船，号称“可载万人，上起宫室”，堪称造船设计与技术初步成熟的标志。

汉代楼船模型

汉代兴起的楼船，主要特征是具有多层上层建筑。据古书记载，一层叫舱，二层叫庐，三层叫飞庐，最高层为爵室，就是现在的指挥台。它高大巍峨，是水师作战的指挥舰。

汉代陶船 1954年广州郊区出土

在墓出土的明器陶船。通高 16厘米，长 54厘米。这是一艘内河航船。艏艉狭，中宽，底平。上层分前、中、后三舱，均有篷盖。两舷铺有撑篙的走道。艏悬碇。

东汉时期制楼舱式陶船

楼船 盛于汉代，高的可达几十米。第一层称为庐（住房）；第二层因高居于上，称为飞庐；最上层称为雀室，是船上的瞭望台，可派士兵在里面观察、警戒。楼船身高体大，具有威慑力，一般用作指挥船，但因其行动不够灵活，在水战中，必须有其他战船互相配合。

走舸 是汉末一种轻便、航速快的战船。其船舷上有矮墙，作战时有助于防御。两边船桨较多，故船速快。

舫 汉代时出现的一种用于游玩宴饮，观赏水景的船只，有的是两船合并，称为舫舟，也称“方舟”。后代中国建筑中出现仿照船的造型，建在园林水面上的建筑物舫，处身其中宛如乘船荡漾于水泽之中。