王福諄

（廣東工業(yè)大學材料學院，廣東廣州511400）

“我國古代大型鑄銅文物”系列文章之十八古代大型計時儀器

王福諄

（廣東工業(yè)大學材料學院，廣東廣州511400）

簡單介紹了我國古代計時儀的種類、功用以及所采用的材料，并詳細敘述了圭表、銅壺滴漏等古代大型計時儀器的有關情況。

古代；計時儀器；鑄銅

古代人們通過太陽、月亮的升起和運行，以確定時間的早晚，同時，在觀察日、月運動的時候，人們還進一步去測定日、月、星辰等天體的位置，以及星辰到達天空中某個位置的時間，這就發(fā)展了天文學，同時也發(fā)明和制造了不少天文儀器和計時儀器，所以，早期的計時儀器是和天文儀器密切相關的。人們利用這些天文儀器和計時儀器，就能精確測量天體，掌握季節(jié)和時間的變化，以制訂歷法，促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。我國古人最早發(fā)明和應用的計時儀器，叫做“圭表”，就是利用太陽射影的長短來判斷時間的。古人還發(fā)明了利用太陽射影的方向來測量時間的儀器，則稱為“日晷”，二者統(tǒng)稱為太陽鐘。但是，太陽鐘在陰雨天和夜間，失去了效用，所以，我國古代又發(fā)明了漏壺和沙漏等計時儀器。后來，人們還應用機械原理設計了計時器，包括利用流體力學計時和利用機械傳動結(jié)構(gòu)計時的兩類計時器。

關于古代計時儀器的用途，除了和古代天文儀器一起，用來觀察和測定日、月、星辰等天體的運動和位置，以及到達的時間，掌握季節(jié)和時間的變化，以制訂歷法，促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之外，我國古時還利用漏刻等計時儀器和鐘、鼓等鳴放器，作為報時裝置，使人們知道有關時間的信息。有關這方面的最早記載是，東漢蔡邕的《獨斷》中所寫“夜漏盡，鼓鳴則起，晝漏盡，鐘鳴則息?！边@表明，在東漢時，古人就已經(jīng)利用“漏刻”和鐘、鼓來報時，以催促人們起床或休息。漢代之后，在歷代皇宮和州府的鐘鼓樓內(nèi)，也有設置銅制的漏刻，即銅壺滴漏，以便和鐘、鼓組成報時系統(tǒng)。據(jù)資料[1]介紹，“北京鼓樓的二層，原有一銅壺滴漏，相傳為宋代制造”。“元大都時，就設有鐘鼓樓，明代的鐘鼓樓更加宏偉高大，故北京的暮鼓晨鐘已流傳了七百多年”。元、明、清三代，都規(guī)定北京的鐘鼓樓要報更，報更時，一般是“先擊鼓，后撞鐘108聲”。由此可見，古代北京就是利用銅壺滴漏和鐘、鼓組成的報時系統(tǒng)，來向北京人報告時間，并統(tǒng)一人們的起居和有關行動。

至于古代計時儀器的材料，主要還是用銅來鑄造的。早期的“圭表”，是由直立于平地的石柱作“表”，由平放并伸向正北方的石板作“圭”，組合而成。漢代開始，“圭表”則采用銅材。1965年，江蘇儀征縣出土的一塊銅圭表，是東漢時期制造的，為現(xiàn)存最早的小型銅圭表。但一般銅“表”，高為八尺，屬大型銅圭表，現(xiàn)存的圭表，則是保存于南京紫金山天文臺和北京古觀象臺內(nèi)的明、清銅制圭表。日晷是由圭表演變而來，是把一根銅針垂直裝在一個石制圓盤（即晷面）的中心，成為定時刻的專用儀器。而古代的漏刻，是一種比日晷用途更大的計時儀器，它利用漏壺和刻箭來計時。不僅計時，還可用來守時，而且，不受氣候影響。漏刻都是銅制造的，所以也叫銅壺滴漏?，F(xiàn)存最早的銅漏刻，是20世紀60、70年代，在河北滿城、陜西興平、內(nèi)蒙伊克昭盟杭錦旗三地，先后出土的3件西漢青銅漏壺。但它們都是小型的單漏壺，而古代大型的成組銅壺滴漏，現(xiàn)存的則有4件：中國歷史博物館保存的1件元代銅壺滴漏（廣州市博物館有復制品）、南京博物院的1件明代銅漏壺和北京故宮保存的2件清代銅壺滴漏。至于古人應用機械原理設計的計時器，則是將計時儀器和天文儀器合成一個裝置的大型儀器，例如：“水運渾天儀”、“水運儀象臺”等大型天文儀器。而第一個脫離天文儀器獨立出來的機械計時器，是元代郭守敬制造的大明殿燈漏，它是一個水力發(fā)動的機械報時鐘，而且能夠自動報時[2]。這類儀器所用的材料比較多樣，但仍以銅為主。下面將分別對宋代水運儀象臺以及現(xiàn)存的明代圭表和元代、清代銅壺滴漏等古代大型計時儀器，進行較詳細的敘述。

1　宋代的水運儀象臺

我國古人在先后制造出渾儀、渾象等天文儀器和各種計時儀后，就嘗試將天文儀和計時儀組合成一個裝置，以觀測和演示天象。例如：東漢著名的科學家張衡，創(chuàng)制了“水運渾天儀”，其主體是渾象，增設了地平環(huán)和子午環(huán)，采用齒輪系統(tǒng)，把渾象和漏壺連接起來，利用漏水的力量使儀器均勻轉(zhuǎn)動，把天空中日、月、星辰的周日運動演示出來。唐開元十一年（723年），著名天文學家僧一行和梁令贊合作，用銅、鐵制成新的黃道游儀，這架“水運渾天”，比張衡的“水運渾天儀”又有了新的發(fā)展，“注水激輪，令其自轉(zhuǎn)，一晝夜而天運周。外絡二輪，綴以日、月，令得運行，每天西旋一周，日車行一度，月行十三度十九分度之七，二十九轉(zhuǎn)有余而日月會，三百六十五轉(zhuǎn)而日周天”[3]，可見，這臺將渾天儀和漏壺連成一體的大型天文儀，已是多么先進。而宋代蘇頌和韓公廉合作創(chuàng)制的“水運儀象臺”，則是將“水運渾天”這類大型天文儀器的制造水平推向最高峰，是這類天文儀中最雄偉、最復雜和最先進的。

宋代元祐元年（1086年），宋哲宗命蘇頌制造渾儀。蘇頌和韓公廉合作，于元祐三年（1088年）開始，到元祐七年（1092年），終于創(chuàng)制了古代最雄偉的大型天文儀器“水運儀象臺”，該儀器實為一小型天文臺，全臺分三層裝置：下層是水輪和銅壺滴漏的機械，為報時系統(tǒng)；中層裝設渾象；上層裝設渾儀，且有可以開閉的屋頂?！捌渲圃熘h出前古”[4]。水運儀象臺高三丈五尺余，寬二丈一尺，是一座上狹下廣的木建筑。最上層是可以開閉屋頂?shù)哪疚?，里面放置一座銅制的渾儀，用來觀測天象；中間部分的室內(nèi)，放置一臺渾象，可以隨時演示天象；下層的報時系統(tǒng)，既包含銅壺滴漏計時儀器，又有水輪和一套比較復雜的齒輪傳動裝置，還有提水裝置，由人力推動河車，帶動升水上輪和下輪（筒車），將水提到天河（受水槽），注入天池（蓄水池），儀器的平水壺能保持水位恒定，并通過一定截面的水管，向樞輪（水輪）上的受水壺流泄恒定流量的水，推動樞輪，樞輪通過傳動齒輪，帶動晝夜機輪、渾象和渾儀。值得一提的還有：下層的報時裝置中，有五層小木閣，木閣中都有報時的小木人，根據(jù)不同時刻，輪流出來報時?？梢?，這一帶報時裝置的大型天文儀器，已是多么先進，在900多年前，的確是走在世界的前列。

可惜，東漢的“水運渾天儀”，唐代的“水運渾天”，以及宋代蘇頌和韓公廉的“水運儀象臺”等，都早已不存。不過，蘇頌等于宋代紹圣初年（1094年—1097年）著的《新儀象法要》，則載有“水運儀象臺”的總圖和部件圖多幅。北京古觀象臺根據(jù)有關資料仿制了一座宋代蘇頌和韓公廉的“水運儀象臺”，使我們終于能大飽眼福，看到了古代這臺包含有計時儀和報時裝置的大型天文儀器的真貌。

2　元代的銅壺滴漏

當世界各國還在采用“日觀太陽，夜觀星辰”的原始計時法時，我國就已發(fā)明一種叫“漏刻”的計時儀器，這是一種利用水的浮力作用來計時的儀器，較為科學，且不受天氣好壞的影響，由于其主要依靠漏壺和刻箭二大部件，故名“漏刻”，也叫銅壺滴漏。初時的漏刻都是小型的單壺結(jié)構(gòu)，計時尚不夠正確，以后，逐漸改進為二級漏壺，直到四級漏壺。根據(jù)考古發(fā)現(xiàn)，在西漢時期（公元前206年—8年），我國就已較普遍使用單壺結(jié)構(gòu)的漏刻，在河北滿城、陜西興平、內(nèi)蒙伊克昭盟杭錦旗三地的漢墓中，都出土過小型的單漏壺。到唐、宋時期，已出現(xiàn)成組的四級漏壺，計時就很精確了?，F(xiàn)存北京中國歷史博物館的元代銅壺滴漏，是我國現(xiàn)存最早的大型成組型銅壺滴漏，原是廣州城的遺物，故廣州博物館有復制品，見圖1所示。元代銅壺滴漏是由4個漏壺組成，即四級漏壺，安放在階梯式的座架之上，通高2.64m，鑄于元代延佑三年（1316年）。最上層的銅壺叫日壺（日天壺），高75.5 cm，口徑68.2 cm，底徑60 cm，容量217 L；第二層銅壺叫月壺（夜天壺），高58.5 cm，口徑54.5 cm，底徑53 cm，容量117 L；第三層銅壺叫星壺（平水壺），高55.4 cm，口徑44 cm，底徑39 cm，容量63 L，平水壺是保持水位恒定的重要部件；最下層的銅壺，叫受水壺，高75 cm，口徑32 cm，底徑31 cm，容量49 L.各壺都有銅蓋，前三壺的下部，都有一個滴水龍頭，依次滴水入下一壺，最后的受水壺，其銅蓋的中央，插銅尺一把，長66.5 cm，上刻十二時辰，由下往上，為子時、丑時、寅時、……直到亥時，一個時辰相當于現(xiàn)代2 h，在銅尺前，又插放一支木制浮箭，下有浮舟。當水滴入受水壺后，浮舟逐漸上浮，其上木箭也跟著上浮，箭頭所指，就可知道時間，當水與壺平，箭刻盡，則正好一晝夜，即過了24 h.所以，任何時候，都可讀出所處的時間。為什么元代銅壺，在第三層平水壺的銅蓋上，還鑄有一尊龜蛇銅像呢？這是因為儀器計時的正確性，主要取決于平水壺的水面是否能確保平穩(wěn)不變，古人在平水壺蓋上鑄一尊龜蛇銅像，龜蛇即玄武，亦即象征管水的真武帝君，故其用意就是，請真武帝君來管水，平水壺的水面就能確保平穩(wěn)不變，也就能保證計時正確，這當然是當時人們帶有迷信和神話色彩的思想在作怪了，不過，龜蛇銅像倒增添了儀器的藝術性，使銅壺滴漏更美觀了。

圖1　元代銅壺滴漏

元代銅壺滴漏，原置于廣州城的拱北樓，是元朝都元帥馬連忽捐鑄，由南海作頭冼運行，杜平盛鑄造制成。清代中葉，著名天文學家陳灃，在其《拱北樓時辰香贊》一文中，對延佑銅漏壺制作和計時的精確，曾大加贊賞[5]。說明從元代到清代中葉，500多年來，銅壺滴漏的計時，一直在正常進行。只是由于現(xiàn)代時鐘的逐漸普及，依靠銅壺滴漏的計時作用，已無必要，就退出了歷史舞臺。1919年，廣州拆城墻開馬路時，已不再計時的元代銅壺滴漏，就從拱北樓移置到越秀山鎮(zhèn)海樓內(nèi)，后由廣州市博物館保存，1959年，調(diào)北京中國歷史博物館，廣州市博物館則陳列其復制品。至于全國各地原有的古代銅壺滴漏，由于近100多年來，外敵入侵，戰(zhàn)亂頻繁，并且銅壺滴漏已不再用作計時，所以，大多已損壞丟失，保存至今已寥寥無幾，因此，廣州的元代銅壺滴漏，不僅是一件非常珍貴的古代科學儀器，也是一件非常珍貴的大型鑄銅文物。

3　明代的圭表

圭表是我國古代以太陽為觀測對象的計時儀器，結(jié)構(gòu)簡單，由表和圭組合而成，“表”就是直立于平地的桿，“圭”就是正南北方向平放的尺，表和圭相互垂直，組合在一起，就成圭表。古人除了利用圭尺上的表影長度，來定時刻以外，圭表的主要用途，則是通過測量正午時的表影長度，以測定節(jié)氣和年長。最初的圭表較簡單，它的表是一根直立于平地上的竹竿或石柱，再加上一個正南北方向平放的尺，就組成圭表，漢代開始，改為銅制圭表。現(xiàn)今保存下來的古代圭表非常之少，1965年，江蘇儀征縣石碑村東漢墓中出土的一塊銅圭表，表高只有八寸（漢尺），合19.2 cm，圭長一尺五寸（漢尺），合34.5 cm，是現(xiàn)存最早的小型銅圭表。而南京市紫金山天文臺保藏的一塊明代大型銅圭表，見圖2所示，則是現(xiàn)存最早的大型銅制圭表。明代銅圭表原來也是裝在北京古觀象臺內(nèi)的，1933年時，因受到日本侵略軍進逼華北的影響，才轉(zhuǎn)移到南京紫金山天文臺的。

圖2　明代圭表

明代銅圭表，長為5.17m，寬0.88m，高3.2m，鑄于明正統(tǒng)四年（1439年）。古代使用的圭表，一般表高為八尺，這大概從先秦時期開始，就逐步形成的標準高度。元代天文學家郭守敬，對圭表的高度，大膽地作了革新，增長了表高，以減少相對誤差，提高觀測精度，在河南省的登封觀星臺，郭守敬創(chuàng)制的特大型圭表，稱為“高表”，“表”高四丈，是銅制品，而“圭”是石條，長一百二十八尺，曾對天文觀測作出巨大貢獻，現(xiàn)在，銅表雖已無存，但石圭仍完好保留著。所以，明代銅圭表的高度也比“表高八尺”有所增加，銅圭表上直立的銅柱就叫做“表”，表高達到3.2m，正南北方向平放的尺就是“圭”，其主要用途，是根據(jù)正午時，日光在圭尺上表影的長度，來測定回歸年的日數(shù)和二十四節(jié)氣等。這是因為地球繞太陽公轉(zhuǎn)，所以，每天正午時表影的長短也隨之變化，每年夏至日，正午的表影最短，冬至正午的表影最長，根據(jù)變化規(guī)律，就可測出一年二十四個節(jié)氣，以及全年的天數(shù)。這樣，利用銅圭表的測量結(jié)果，就成為我國古代制定歷法的重要手段。早在春秋末期，古人就利用圭表測量日影的方法，測定出回歸年長度為365.25日，并由此誕生了《四分歷》，這在2000多年前已是很了不起的事了。但使用時間一長，就發(fā)現(xiàn)了誤差，所以，以后的歷法，將歲實天數(shù)進行修正，逐步提高了歷法的精度，到元代郭守敬等人在制定《授時歷》時，根據(jù)實測，采用歲實365.242 5日的數(shù)值，這是當時世界上最精密的數(shù)值。到明代末年，邢云路利用改進的圭表，精心實測，終于測得歲實為365.242 19日，這是一個更為精確的數(shù)值。而明代的銅圭表，就是我國古代測定節(jié)氣和年長，制定和改進歷法的最好實物證據(jù)，是極其珍貴的大型文物。

4　清代的銅壺滴漏

關于清代的銅壺滴漏，現(xiàn)在也只有存放在北京故宮內(nèi)的二座了：一為清乾隆十一年（1746年）制造的銅壺滴漏，存于交泰殿；另一為清嘉慶四年（1799年）制造的銅壺滴漏，藏在故宮博物院的鐘表館內(nèi)。這二座清代銅壺滴漏比元代的四級漏壺又進了一步，是由5個漏壺組合而成，計時精度更高，制作得更精致、更美觀，而且，保存得很好。

交泰殿是故宮后三宮中位于中間的一座宮殿，是一座正方形滲金圓頂?shù)膶m殿，殿正中設有皇帝的寶座，殿內(nèi)收藏著清代帝后的御用璽寶和勛臣黃冊，在大殿的左側(cè)，陳設一座乾隆年間制造的成組銅壺滴漏，儀器各部分當然是由銅鑄造而成，但儀器放置在精雕細刻的木樓閣內(nèi)，故看起來更加美觀，而且保存得更好，見圖3所示。該儀器由5個漏壺組合而成，通高達到5m多，是乾隆十一年（1746年）時，仿明朝的銅壺滴漏制作而成的，由侍監(jiān)二人

圖3　清代銅壺滴漏

專司保護并檢驗時刻。關于其組成和運行等情況，在清乾隆十二年（1747年）修訂的《清文獻通考。象緯考》中記載得很詳細：“（乾?。┦荒晁脑?，重制壺漏成。以銅為播水壺，方形，承以木架。上曰日天壺，面寬一尺九寸，底寬一尺三寸，高一尺七寸。水欲常滿。次曰夜天壺，次曰平水壺，形制遞減一寸。在平水壺后稍下，曰分水壺，形制如平水壺。又為受水壺，圓形，置架前地平上，曰萬水壺，徑一尺四寸，高三尺一寸。壺皆有蓋。播水壺前面近下，皆為龍口玉滴，依次漏于受水壺。又平水壺后面近上穿孔，泄于分水壺，以均水平漏。受水壺上為銅人，抱箭，長三尺一寸，攜兩晝夜時刻。上起午正，下盡午初。壺中安箭舟，如銅鼓形。水長舟浮，則箭上出。水盈箭盡，則泄之于池”[6]。從上面的記述可看出，清代銅壺滴漏比元代銅壺滴漏，又作了一個改進，那就是在平水壺后面，多放置一個銅壺，稱作分水壺，當平水壺水面高于規(guī)定值，則可通過孔道將水泄于分水壺，以保證平水壺水面之平穩(wěn)不變，從而，保證儀器計時的正確。所以，清代銅壺滴漏，已不再像元代銅壺滴漏那樣，請真武帝君幫忙，而是靠設置分水壺，使銅壺滴漏的計時精確度真正提高了一步，是很科學的。

［1］朱英麗，曾貽萱.北京鐘鼓樓［M］.北京：北京美朮攝影出版社，2003.

［2］北京天文館.中國古代天文學成就（八、中國古代的計時儀器）［M］.北京：北京科學技術出版社，1987.

［3］王仲犖.隋唐五代史（下冊）［M］.上海：上海人民出版社，1990.

［4］周寶珠，陳振.簡明宋史［M］.北京：人民出版社，1985.

［5］路平.廣州風物（第九章巧奪天工的計時器）［M］.廣州：廣東科技出版社，1987.

［6］傅振倫.故宮掌故（銅壺滴漏篇）［M］.上海：上海文化出版社，1991.

Ancient Big Hour-count Instruments

WANG Fu-zhun
（Faculty ofMaterials，Guangdong University of Technology，Guangzhou 511400，China）

I n this paper，the kinds of Chinese ancient hour-count instruments，their functions and materials applied are concisely introduced.The gnomons and copper clepsydras etc.ancient big hour-count instruments are described in detail.

ancient，hour-count instrument，foundry copper.

TG24文獻標識嗎：A

1674-6694（2015）04-0059-04

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2015.04.021

2015-03-20

王福諄（1937-），男，江蘇昆山市人，教授。