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北宋时期汴京城 (今河南开封)商业和手工业特别发达,人口多达120
万,是10至12世纪世界上最大的城市。汴京城是一座南北略长的长方形都
城,中心部位为宫城,周围20里。又有内城和外城共3层,外城周围40里,
共有城门12座,水门6座。汴河、蔡河、五丈河、惠通河流经城内,河道和
街道交叉处建有各种桥梁,仅汴河上就有13座。汴京城在城市建筑上打破了
唐代里坊制度,居民坊巷由封闭式变为开放式。城内出现了商业街,有的商
业街与住宅相互交叉。街道两边二层楼房很多,临街建楼,建设商店等。商
业活动早晚不停,经常有夜市,十分热闹。汴京城对城市防火和绿化比较重
视,公共游乐场所也有所增加。这表明,汴京已是一座新型城市。由于宋代
战乱频仍,城防工程也极为严密:外城城壕宽10多丈,每个城门都设瓷城,
跨河部位建立铁闸门,城墙每百步还设马面、战棚。此外,南宋的临安城(今
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浙江杭州)、元大都 (今北京)城市建筑也很有特色,是当时世界上最繁华
的城市。
由于中国有着长期的建筑实践,北宋时对建筑技术作了一次总结。熙宁
年间(1068—1077)开始组织编修建筑技术的规范,于元佑六年(公元1091
年)完成了《元佑法式》的编写。可惜该书“只有料状,别无变造用材制度,
其间工料太宽,关防无术”。因此李诫在哲宗绍圣四年(公元1097年)奉敕
重修。
李诫 (?—1110)字明仲,管城县(今河南郑州)人。他在任将作监期
间,用了3年时间,于1100年编成《营造法式》一书,1103年刊行。《营
造法式》对历代工匠流传的经验以及当时的建筑技术成就作了全面系统的总
结,是当时中原地区官式建筑的规范。李诫在将作供职13年,亲自主持过一
系列大工程的修建,而且他不耻下问,亲自和工匠们一起逐项推敲研究建筑
技术。因此,《营造法式》成为一代定制,不朽之作。
《营造法式》正文34卷。其中《总释》、《总例》2卷,内容主要是统
一名称,统一文例,使有关建筑的专有名词和术语标准化;又有《制度》13
卷,叙述木、石、砖、瓦、泥、彩绘等诸作活计的规格、形制和作法;《功
限》10卷,叙述估计工期或制订工程定额的法则;《料例并工作等第》3卷,
叙述工程用料的估算法,并根据活路的复杂程度对各工种(木、石、砖、瓦)
内部进行等级划分。书中李诫根据“有定式而无定法”的编书方针,使建筑
工艺标准化。最后是6卷图样,共有房屋仰视平面图、横剖面图、局部构件
组合图、部件图、构件构造图、彩图、雕饰图、施工仪器图等多种,让使用
者一目了然,便于施工。《营造法式》标志着宋代建筑技术向标准和定型方
向的发展,贡献很大。
宋元时期桥梁建造技术已经纯熟,出现了不少技术上的突破。仅按结构
分,出现了拱桥、梁桥、悬桥、伸臂桥、开会桥数种。如果这些形式经过组
合变幻,还能生出许多巧妙的新形式。宋元时期桥梁建筑兴盛的原因是与工
商业发展的需要密切相关的。这时期建造的桥梁数量很多,特别是在宽阔水
面造了不少大中型桥梁,形成了中国历史上的一个建桥高潮时期,在桥梁史
上占有很重要的地位。其中最著名的桥梁有泉州洛阳桥、汴京拱桥和金代中
都 (北京)的芦沟桥等。
泉州洛阳桥在今福建省泉州市晋江、惠安两县交界的洛阳江入海处,宋
名万安渡石桥。桥长360丈,宽1。5丈,分47孔,建于北宋仁宗皇佐五年(公
元1053年)四月,嘉祐四年 (公元1059年)十二月竣工,由泉州知州蔡襄
主持修造。洛阳桥位于洛阳江入海口,江面开阔,水急浪高。为了解决桥梁
基础问题,建造时首创了“筏形基础”的方法:在江底抛掷数万立方巨石,
筑成宽20米、长1里的石堤,然后在石堤上建筑桥墩。为了解决桥基和桥墩
的联结稼固问题,建桥工匠们巧妙构思了“种蛎固基”的方法,利用海生动
物牡蛎的石灰质贝壳附着在石块间繁殖生长的特性,在桥墩和桥基间大量种
植牡蛎,使桥墩、桥基的石块通过牡蛎壳相互联结成坚固的整体。桥梁的安
装采用了“浮运法”:先用船载石梁到桥下适当位置,潮落时,将石梁稳置
在桥墩上。洛阳桥的建造凝聚了中国古代劳动人民的智慧,其中创立的许多
方法,至今在桥梁工程中还广泛地使用着。
汴京(今河南开封市)虹桥建于北宋,是这一时期木拱桥的代表作。用
木梁相接成拱,不用支柱,既易架设又便于通航。虹桥的组合是以木梁交叠
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而成,是一种“叠梁拱”,又称之为“虹梁结构”。其整体造型轻盈,犹如
飞虹飞越河上,构造又比较简单,构件能按尺寸预制,装拆都很迅速便捷。
这种长跨径木桥是桥梁建筑中的杰作,在世界桥梁史上也是十分罕见的。
芦沟桥在北京西南郊,约建于金世宗大定二十九年(公元1189年),此
后曾多次重修。芦沟桥为联拱式石桥,造型美观,坚实稳固,沿用至今。曾
被马可·波罗誉为“世界上最好的、独一无二的桥。”
(5)冶金技术
近年来,考古发现了大量的唐代金银器饰。这些器饰尤其银器质地优良,
这表明隋唐时期冶银术的进步。
中国含银的辉银矿(AgS)往往与方铅矿(pbs)共生。因此,中国古代
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的银往往是从含银的辉银矿和方铅矿的共生矿中,先炼成粗铅,再提炼出银。
根据1971年发掘的章怀太子李贤墓中6块炼银渣块的化验分析,以及宋代赵
彦卫的《云麓漫钞》记载,有人推测唐代采用的可能是“吹灰法”的工艺:
先采取黑色银矿石——辉银矿,然后根据铅和银能互相熔解的特性,在炼银
时“入铅”,即加入足够的金属铅,在冶炼中把矿石中的银全部析出,再利
用铅的比重较大,而与渣滓分离,然后继续炼铅银合金,使铅氧化生成氧化
铅(PbO),从而析出银。这种炼银方法就是“吹灰法”。吹灰法的使用提高
了银的纯度和回收率,是古代比较先进的炼银方法。
唐代银器不仅质地优良,而且人们已经能够使用简单的车床进行切削、
抛光,焊接、铆、镀、刻凿等工艺技术也达到了较高的水平,因此唐代的金
银器饰加工精美、造型优美,品质优异,一直为后人所赞颂。
到了宋元时期,有色金属矿和黑色金属矿的开采都有更大的发展。当时
全国有14处金场56处银场,有的银矿、铜矿甚至有10万人日夜开采。北宋
立国后四、五十年,铁年产量较唐代约增加了4倍,铜增加3倍,锡增加1
倍,金增加1倍,铅增加4倍。这极大地促进了冶金技术的发展。
宋元时期,中国冶金技术的重要成就在于强化炼铁炉的生产以提高产
量,因此鼓风技术、燃料、筑炉技术均有很大进步。当时已有木风箱的前身
——木风扇。木风扇由2人以上使用。开闭木箱盖板以鼓风,盖板以及木箱
与风管的连接处均有一个活门,一为进风口,一为出风口。盖板扇动,两扇
活门交替开闭,同时两具木风扇交叉使用,因此可以连续鼓风。这种木风扇
结构牢固,体积庞大,所以风量、风压都显著提高,从而强化冶炼过程,大
大提高钢铁产量。欧洲出现同类的鼓风技术要晚五六百年。中国也最早使用
煤炼铁。据苏轼作的《石炭行》,我们可以知道,早在1078年,徐州利国监
附近发现煤矿,用来炼铁,效果很好,节约了大量的木炭。欧洲使用煤炭炼
铁则是18世纪的事情了。当时中国筑炉技术也很发达。炼铁炉所用耐火材料
有瓶砂 (碎陶瓷末)、白色耐火土和炭屑等。合成较好的耐火材料后,再加
小麦穗和泥作为配用材料和粘结剂,既能抵抗炉渣浸蚀,又能耐较高温度。
元代陈椿的《熬波图》曾经描述过当时的一种化铁炉:炉形炉口小,能减少
热量损失;上口小而下部炉膛大,更能使炉料顺行,避免悬料事故;炉子下
部收口,使热量集中有利于熔铁;炉脐上的窍和溜与近代炼铁炉也比较相似。
这种化铁炉每化1斤铁用1斤炭,燃料耗用量很节约,可见化铁炉的结构还
是比较合理的。
宋代还推广胆铜法,以提高铜的产量。宋代张甲的《浸铜要录》详细记
载了胆水浸铜的工艺技术,是一部冶金技术的专著。11世纪末,何薳《春渚
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记闻》记载了白铜的生产技术。这些也都是中国古代冶金技术的光辉成就。
(6)造船技术
中国造船历史非常悠久,早在上古时代就出现了筏和独木舟。到了春秋
战国时期,造船技术已有相当规模,内河航运已然很发达,甚至能作近海航
行。中国造船体系的形成大约是在秦汉时期。汉代生产楼船的技术很成熟,
而且出现了船尾舵、高效率的推进工具帆等,还能进一步有效利用风帆,作
印度洋沿岸的远航。再经过魏晋南北朝时期的发展,为隋唐宋元时期中国造
船技术的高度发展奠定了物质基础。
唐代是宋元时期造船技术高度发达的准备阶段。唐代李皋发明了车船。
李皋车船的意义在于它把船舶推进器的运动方式由平动变为转动,由断续作
用变为连续作用,为实现船舶机械化迈出了重要一步。可惜,这样重要的发
明在唐朝一直销声匿迹,默默无闻,只是到了宋代才有了重要进展。唐代出
现的海鹘船的命运也是如此,到宋代才大量制造各种新型海鹘船。
造船技术在宋元时期的发展和当时的社会背景是分不开的。由于宋代在
京城大量屯驻禁军,物质供应,特别是粮食供应成为当务之急。当时交通运
输主要依赖水运,为此宋初建国即疏浚河道以通水运。以后大约每年还海运
江淮米300多万石入京城,这极大地刺激了对船舶的需要。此外,宋元时期
工商业很发达。原材料的周转,商品的流通也需要依靠船舶水运。当时凡靠
江河溪流能通航的州县,往往工商业也因此繁荣昌盛。因此,宋元时期的水
运是国家的命脉。
为此,宋代在全国各处修建官船场。江淮以南,广东、福建等沿海地区
甚至每州都有自己的官船场。官船场主要由监官、正匠和兵级组成。监官由
政府派充,是管理人员;正匠是政府以招募的名义拘收的技术工人;兵级是
由厢兵中调归船场使用的杂力役。官船场规模往往很大,估计生产人员在400
人左右。此外也有一些私船场也从事船舶制造。因此,宋