陳 悅

(中國科學院自然科學史研究所,北京 100190)

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《新儀象法要》的圖說表達

陳 悅

(中國科學院自然科學史研究所,北京 100190)

《新儀象法要》是中國古代以“圖說”方式表達技術(shù)與科學知識傳統(tǒng)的杰出代表。文章對該書“圖”與“說”的內(nèi)容和表達方法條分縷析,具體探討其較為完整的繪制系統(tǒng),以及繪制者的闡釋邏輯。指出該書全面呈現(xiàn)了水運儀象臺的基本構(gòu)造原理和功能,其“圖說”及所表達的技術(shù)知識具有較高的可行性與可信性。作為宋代技術(shù)繪圖的典范,《法要》為技術(shù)圖像表達法的逐漸形成,以及系統(tǒng)化和專門化做出了重要示范。

《新儀象法要》 技術(shù)圖 圖說 圖像表達

儀器和機械等“器物”體現(xiàn)著人類的技術(shù)發(fā)明與才智。以文字、圖像等形式表達器物的技術(shù)與科學知識,逐步形成技術(shù)規(guī)范,甚至形成理論知識。中國古代發(fā)展了以“圖說”的方式表達技術(shù)與科學知識的傳統(tǒng),《新儀象法要》(以下簡稱《法要》)是其中的杰出代表。《法要》是中國現(xiàn)存最詳細的古代天文儀器“圖說”,它以63幅繪圖,結(jié)合文字,全面解說了集機械、儀器、甚至建筑為一體的復雜裝置。本文主要討論《法要》作者表達水運儀象臺構(gòu)造原理的“圖說”之法。

1 技術(shù)圖說傳統(tǒng)與《法要》的成書

中國古代技術(shù)“圖說”的源頭來自繪畫藝術(shù)與文字描述?！皥D”如東漢的壁畫《車馬出行圖》(圖1),對馬車的繪畫明顯采用了斜投影的繪法,視點也比平視略有提高；而戰(zhàn)國時期的手工藝官書《考工記》,則以文字記錄了手工業(yè)各工種規(guī)范、生產(chǎn)技術(shù)、制造工藝、營建制度等。

圖1 車馬出行圖[9]

中國古代早期的科技文獻基本以文字表達為主,即便提到機械和器具圖像,圖也多已佚失。到11世紀北宋中期,“圖”與文字說明逐漸結(jié)合,形成專門的技術(shù)“圖說”[1],成為中國人表達器物和技術(shù)知識的新傳統(tǒng)。同時,北宋風俗畫對技術(shù)知識的刻畫也達到相當高的寫實水平,成為一種重要的表達技術(shù)和科學知識的途徑。如《清明上河圖》(圖2)以散點透視法細致地展現(xiàn)出北宋技術(shù)圖景,其中有建筑、橋梁、內(nèi)河船舶、車輛、生活用具及其他器物,顯示出技術(shù)繪圖法在繪畫中的滲透。對復雜技術(shù)實踐的描繪,如果僅有圖而無文字,讀者只能獲得表象知識,難以進行精確復原；如果僅有文字而無圖,即使具備數(shù)據(jù)、形制、原理說明這些關(guān)鍵信息,也難以達到直觀呈現(xiàn)。對技術(shù)圖說而言,“圖”與“說”結(jié)合,互為表里地完整記錄技術(shù)實踐,將設計者和工匠的知識進行融合和表達,更利于復雜技術(shù)的理解、復原和傳播。古代技術(shù)“圖說”,是現(xiàn)代包含機械制圖在內(nèi)的工程專業(yè)制圖出現(xiàn)之前最為有效的技術(shù)說明。

關(guān)于中國古代技術(shù)圖,現(xiàn)有研究并不多,主要集中于對部分農(nóng)具和工程圖學史的研究[2],后者多以現(xiàn)代工程圖學的概念和理論為視角梳理中國古代技術(shù)圖的成就?！斗ㄒ返南嚓P(guān)研究數(shù)量較多,內(nèi)容涵蓋全篇譯注、版本?？?、機械原理、歷算功能、計時功能等[3- 7],然而卻少有從其技術(shù)圖說視角做出的專論[8]*已有論文較為籠統(tǒng)地以現(xiàn)代機械制圖的各項標準來歸類《法要》內(nèi)容,強調(diào)其標準化水平,不過較少對圖做具體分析。,本文特以此為切入點進行解析。

圖2 《清明上河圖》局部

水運儀象臺是由北宋蘇頌(1020～1101)在精通天算和制作機巧之器的韓公廉、專長儀器的王沇之等人的協(xié)助下,主持建造的一套天文觀測-演示-計時裝置。韓公廉先就樞輪(水輪)裝置進行計算,并制成模型；得到蘇頌認可后,1088年先后主持建造水運儀象臺的小木樣(元祐三年五月)和大木樣(元祐三年十二月)。1092年(元祐七年六月)裝有銅制天文儀器等實用裝置的儀象臺正式建成,被置于汴京(今開封)西南角的“合臺”。[10]

《法要》是關(guān)于水運儀象臺的建筑、裝置的機械構(gòu)造、零部件的圖說。其內(nèi)容大體包含總圖、局部圖、零部件簡圖,以反映臺體和裝置的結(jié)構(gòu)、布局、傳動機構(gòu)、裝配關(guān)系等,是有關(guān)水運儀象臺構(gòu)造的重要技術(shù)文件([6],3頁)。

《法要》初稿完成于元祐三年閏十二月二日(1089年l月16日)至元祐四年三月八日(1089年4月21日)之間。[11]紹圣三年(1096年)“元祐渾儀所”又修一稿,是關(guān)于銅制水運儀象的設計圖和說明文字,其對第一稿所做修改或許導致了后世傳本中圖樣的差別[12]?，F(xiàn)存《法要》的版本主要沿承兩條脈系,一為以南宋乾道八年(1172年)吳興施元之刻本為底本的三卷本系統(tǒng),一為明抄本《儀象法纂》一卷本。([11],267頁)兩個版本中的技術(shù)繪圖,不僅數(shù)量差別較大,而且繪圖手法和細節(jié)也存在諸多區(qū)別,抄本不應是摹制的《法要》副本?！秲x象法纂》繪圖較之《法要》筆法粗疏隨意,本文主要關(guān)注內(nèi)容更全面的三卷本《法要》，本文所引《法要》圖均據(jù)此本[13]。

對于水運儀象臺的圖說與建造之間的先后關(guān)系,也就是,究竟先設計繪圖,還是先制成裝置,或者是邊制作邊繪圖,學界一直未有定論。筆者認為,要說操作順序為先繪出設計圖,以圖指示工匠制作,這還缺乏明確的證據(jù)。實際上,中國古代試制新裝置,都要經(jīng)歷一個探索和試錯的過程,先為一套復雜機械裝置繪制設計圖的做法似乎過于超前。較為可能的情況是,先制作后繪圖,或者邊制作邊繪圖。水運儀象臺的建造在先,并不排除某些制作過程中繪制過草圖,草圖后來被收入《法要》。按照實際裝置,邊繪制、整理圖,邊寫文字說明,這對《法要》作者來說是比較容易做到的。

《法要》的撰寫目的決定了其內(nèi)容和形式。蘇頌的“進儀象狀”表明,此書是為呈獻皇帝閱覽而作?！皥D說”形式,直觀扼要,準確地表達了儀象臺的“法要”,即制作方法的要義。

2 《法要》之圖說

《法要》施元之本,“書首列進狀一首,上卷自渾儀至水趺共十七圖，中卷自渾象至冬至曉中星圖共十八圖，下卷自儀象臺至渾儀圭表共二十五圖。圖后各有說?！盵14]書中三卷繪圖和文字內(nèi)容的安排與水運儀象臺上下布局相對應。水運儀象臺是一座棱臺結(jié)構(gòu)建筑,上有木構(gòu)裝置,以水作為動力驅(qū)動機械裝置,從而達到天文鐘的功能。其中的天文鐘部分,由棱臺上、中、下三層分別安放的渾儀、渾象和報時裝置組成,對應著天象觀測、演示和計時三種功能。下文依原文次序,將各功能區(qū)塊加以分解,具體分析其圖說內(nèi)容。

2.1 渾儀

《法要》卷上為關(guān)于放置于臺頂?shù)臏唭x的圖說,繪圖共計17幅。渾儀由三重儀構(gòu)成,每重儀又由多個環(huán)組成。相關(guān)圖說可歸為儀類、環(huán)類和其余零部件三類。

儀類圖包含渾儀全圖、六合儀、三辰儀、四游儀(圖3～圖6)。六合、三辰、四游儀由外而內(nèi)套疊安置,形成渾儀的觀測部分。

圖3 渾儀

圖4 六合儀

圖5 三辰儀

圖6 四游儀

環(huán)類繪圖包含天經(jīng)雙環(huán)、陰緯單環(huán)、天常單環(huán)、三辰儀雙環(huán)、赤道單環(huán)、黃道雙環(huán)、四象單環(huán)、天運單環(huán)、四游儀雙環(huán),共9幅(圖7～圖15)。順序由六合儀上各環(huán),到三辰儀,再至四游儀各環(huán),依次繪制。

圖7 天經(jīng)雙環(huán)

圖8 陰緯單環(huán)

圖9 天常單環(huán)

圖10 三辰儀雙環(huán)

圖11 赤道單環(huán)

圖12 黃道雙環(huán)

圖13 四象單環(huán)

圖14 天運單環(huán)

圖15 四游儀雙環(huán)

其余部件繪圖包括望筒直距、龍柱、鰲云、水趺(圖16～圖19)。望筒直距是置于四游儀上用于窺望的部件。樞輪驅(qū)動四游儀隨天同步運轉(zhuǎn),使四游儀上的望筒自動跟蹤觀測目標,這個設計是后世轉(zhuǎn)儀鐘(便于恒穩(wěn)觀測的機械轉(zhuǎn)動天文儀器)的雛形[15]。龍柱、鰲云用作渾儀的支柱,水趺是兼顧水平和圭表作用的底座。

圖16 望筒直距

圖17 龍柱

圖18 鰲云

圖19 水趺

以渾儀觀測天象,是中國古代一直沿用的方法。唐代李淳風在《隋書·天文志》中對前趙孔挺制作的渾儀做過具體的文字描述,是現(xiàn)存最早的關(guān)于渾儀具體結(jié)構(gòu)的確切記載?，F(xiàn)存南京紫金山天文臺的渾儀(圖20),是明正統(tǒng)年間仿制北宋制式的渾儀的實物遺存。而《法要》中的繪圖,則是最早的存世渾儀圖,其圖說均可與文獻及存世渾儀實物相印證。

圖20 紫金山天文臺的渾儀[16]

2.2 渾象

《法要》卷中是對置于儀象臺中部的渾象的說明,包含有渾象、渾象六合儀(含渾象地柜)、渾象赤道牙3幅繪圖(圖21～圖23)以及用于對照參看的14幅星圖和四時昏曉中星圖。

渾象由渾象球、六合儀、地柜、傳動裝置四部分構(gòu)成。渾象的3幅繪圖,依次展示了球形渾象和地柜組成的外觀全貌,渾象外安置的六合儀與地柜的分解結(jié)構(gòu),以及渾象的中心部件——渾象及安于其上的赤道牙與動力來源(天輪)的齒輪構(gòu)成的傳動機構(gòu)。其中,最后一幅渾象赤道牙圖,在描繪機構(gòu)部件外觀的同時,展示了天輪與赤道牙嚙合從而驅(qū)動渾象的原理。

圖21 渾象

圖22 渾象六合儀

圖23 渾象赤道牙

北宋前早已存在關(guān)于流水驅(qū)動渾象的文字說明,如有關(guān)東漢張衡、唐一行的渾象的記載,而《法要》給出了具體圖示。

在渾象構(gòu)造圖后附有多幅標記于渾象之上的星圖(圖24～圖28)。渾象與星圖,“俯仰之異也”。置于最先的是近天極的紫微垣星圖。次是平展開來的東北方、西南方中外官星圖。再次者是“北極圖”和“南極圖”,將平展的官星圖從中腰截開,上、下半部分別與北天極紫微垣星圖、表明南天極無星圖記錄的空白相拼合。為了能夠與圓形的南北天極星圖自然拼接,平展圖必須經(jīng)變形處理為兩端對接的環(huán)形圖,即所謂“天形如蓋,即天心為蓋之杠軸,列舍如蓋之撩輻,分布十二次舍之度數(shù)”。最后是多幅為授民事、頒政令所參考的中星圖。

圖24 渾象紫微垣星圖

圖25 渾象東北方中外官星圖

圖26 渾象西南方中外官星圖

圖27 渾象北極圖

圖28 渾象南極圖

馬王堆漢墓出土的石刻星圖、敦煌星圖這些早期的平面星圖,除將北天極附近的紫微垣星圖投影在圓圖上之外,其余星均按分野依次以橫圖繪出?！斗ㄒ匪L紫微垣星圖與早期星圖相比,雖然星的數(shù)量不同,但繪圖的布局大致相近,將渾象北極、南極圖繪為圓形圖,使星圖更具“合天形”的效果。

總體而言,《法要》星圖的投影、布列和繪制方法與之前區(qū)別不大,因非本文關(guān)注重點,不再贅述。

2.3 水運儀象臺

圖29 水運儀象臺

《法要》卷下是對水運儀象臺的總體構(gòu)造和對放置于儀象臺下部的報時及傳動裝置具體結(jié)構(gòu)的解說,繪圖共計23幅。

卷下第一幅圖為“水運儀象臺”(圖29),是全臺的外觀總圖。其描繪內(nèi)容包括：(1)水運儀象臺的整體外觀與布局,用來觀測、演示、報時儀器由上至下放置,其中置于臺頂用以觀測的渾儀覆以可脫摘板屋,演示和報時裝置分別在臺體之內(nèi)的上部和下部；(2)由天池、平水壺形成的漏刻部分本應隱藏于臺體之內(nèi),繪圖卻將板壁剖開描繪,這種繪圖的功效類似于現(xiàn)代制圖的剖視。“水運儀象臺”圖與后續(xù)各圖按照由表及里的繪圖順序,這一順序與觀者的視覺認識過程相一致,卻與建造者通常由里及表的制作工序不同,說明這些圖應是水運儀象臺建造完成之后繪制的。

2.4 運動儀象制度

卷下第二幅圖為“運動儀象制度”(圖30)。與其他繪圖以儀器、部件等命名的做法有所不同,此圖是關(guān)乎各裝置“運動”的“制度”。“運”是運轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)動之意,“動”指活動、移動等狀態(tài)的變化。動力、傳動及控制裝置之“運”導致觀測、演示儀器之“動”。“制度”,按相關(guān)圖說的內(nèi)容推知,應指基本構(gòu)造的標準、規(guī)范及制作方法。

圖30 運動儀象制度

“運動儀象制度”圖,與水運儀象臺外觀總圖相對應,以描繪臺體內(nèi)部的主要儀器、部件、傳動裝置、控制裝置為主,相當于水運儀象臺的裝配總圖。而其相應的“說”,先由樞輪、機輪開始,再天柱、天束、地極、天池、平水壺、退水壺、升水上下輪,具體解說了各部件如何裝配、安放位置、部件數(shù)量等內(nèi)容,屬于動力和傳動部分；最后介紹了天衡、天關(guān)、天權(quán)、關(guān)舌、天條、格叉、樞權(quán)、天鎖等部件各自的位置,與別的部件的聯(lián)動關(guān)系以及起到的作用,這屬于傳動控制部分?？梢?“運動儀象制度”圖涵蓋了儀象臺的核心機構(gòu)和全盤布局的內(nèi)容,說明了如何以“水運”傳動并控制各儀器定時運轉(zhuǎn)。

就繪圖而言,“運動儀象制度”圖的復雜程度較其他圖更高,具體體現(xiàn)在如下幾點：(1)具有非常顯著的散點透視特點,如樞輪為正視圖,八重機輪和退水壺則是視點提高的正投影,臺架、胡梯、壺架、天池、平水壺、地柜、地極、地足雖均類似于現(xiàn)代的軸測圖卻左、右視點不一,這種根據(jù)需要調(diào)整視角作圖的方式,是中國傳統(tǒng)繪畫的重要特點；(2)全圖不僅將“水運儀象臺”圖的外部裝飾去除,而且將整個臺體剖開,將內(nèi)部裝飾、建筑結(jié)構(gòu)和遮擋一并去除,以剖視圖的方式凸顯內(nèi)部關(guān)鍵裝置及相互關(guān)系；(3)外形規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)或裝置多采用平行投影；(4)繪圖將位于外圍的部件進一步向外移出,如胡梯、天池、平水壺、地極等均不在其實際應在的位置,如此處理不僅給觀者以空間舒朗感,而且可使各部分的描繪更為清晰,減少擋礙。

2.5 司辰(報時裝置)

運動儀象制度之后,繪圖分別具體刻畫報時裝置、傳動及動力裝置、控制裝置三個部分。首先描繪的是安放于臺體前方下部用于演示的報時裝置。

相關(guān)繪圖包含總體外觀圖、內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖、分層圖、各層輪圖。其中,外觀圖命名為木閣(圖31),繪圖對稱、規(guī)整,是典型的界畫。晝夜機輪圖(圖32)是木閣去除外部裝飾后展示出的內(nèi)部機械構(gòu)造,此部分是報時裝置的核心傳動裝置,各輪對應著各層報時演示部件。機輪軸圖(圖33)展示傳動裝置的支架和主軸(即天柱),主軸由兩塊拼合的“天束”束于中間,可以轉(zhuǎn)動。

主軸有8個機輪貫于其上。其中天輪與撥牙機輪為重要的傳動輪。最上端的天輪(圖34)與渾象赤道牙嚙合,帶動渾象轉(zhuǎn)動。撥牙機輪(圖35),則將來自樞輪的動力通過天柱傳給貫于其上的其他各輪。

圖31 木閣

圖32 晝夜機輪

圖33 機輪軸

圖34 天輪

圖35 撥牙機輪

后附六層報時裝置圖,將每層建筑外觀圖和相應層的轉(zhuǎn)輪成組地展示出來(圖36～圖44)：最上一層晝時鐘鼓輪演示時初(搖鈴)、刻(擊鼓)、時正(叩鐘),二層晝夜時初正司辰輪演示時初(服緋司辰執(zhí)牌出)、時正(服紫司辰執(zhí)牌出),三層報刻司辰輪演示刻至(服綠司辰執(zhí)牌出),四層夜漏金鉦輪通過擊鉦示意日入后每更每籌直至日出,五層夜漏司辰輪以司辰執(zhí)牌演示對應于四層擊鉦的更籌時刻?？倛D中木閣四、五層安置于同一檐楣下,在層圖中二者也一并繪出。

圖36 第一層

圖37 晝時鐘鼓輪

圖38 第二層

圖39 晝夜時初正輪

圖40 第三層

圖41 報刻司辰輪

圖42 第四、五層

圖43 夜漏金鉦輪

圖44 夜漏司辰輪

2.6 驅(qū)動及傳動裝置

《法要》描繪的驅(qū)動裝置主要指“樞輪”(圖45),樞輪是用以驅(qū)動渾儀、渾象、計時裝置轉(zhuǎn)動的一個水輪,其下是盛水的退水壺。以立式水輪驅(qū)動天文儀器,是對傳統(tǒng)做法的承襲。[17]

傳動裝置以“鐵樞軸、天柱、天轂”(圖46)示意。樞軸是由樞輪向天柱傳動的軸,天柱是向渾儀、渾象以及報時裝置傳動的立軸,天轂是支柱向渾儀和渾象傳動的臥軸。三個軸上都帶有齒輪,圖中以上輪、中輪、下輪、地轂、前轂、后轂等小字標出傳動齒輪的位置,各部件在繪圖中的布局和橫豎位置關(guān)系,簡潔地展示出傳動裝置的結(jié)構(gòu)關(guān)系、安置方式和傳動原理。

圖45 樞輪、退水壺

圖46 鐵樞軸、天柱、天轂

2.7 控制裝置

《法要》的控制裝置由動力水源、樞輪轉(zhuǎn)動的控制裝置、退水循環(huán)三部分構(gòu)成。

動力水源來自于天池、平水壺(圖47)。天池是退水被提升到最高處后流入的盛水裝置,平水壺與天池相連,水流入平水壺后逐漸平緩。二者均起到調(diào)節(jié)水流量的作用。從平水壺流出,注入樞輪的水保持晝夜均勻。實際上,平水壺就是中國傳統(tǒng)的漏刻,圖47在平水壺頂部中央繪出準水箭,它隨水面升降。水運儀象臺就是通過“以平其水而均其漏”而獲得了水源動力的均勻輸送。漏刻是具有悠久歷史的計時工具,在《法要》之前,燕肅的蓮花漏已經(jīng)十分復雜,除二級補償式結(jié)構(gòu)外還加設裝置使出水流量保持穩(wěn)定[18]。

樞輪轉(zhuǎn)動的控制裝置,也是水運儀象臺的核心控制機構(gòu),繪于“天衡”圖中(圖48)。在控制樞輪轉(zhuǎn)動和停頓的裝置系統(tǒng)中,天衡是連接各部件的平衡桿。天衡圖描繪了包含天衡在內(nèi)的控制裝置及各部件的位置,同時,結(jié)合文字,解說了柱間橫桄上兩鐵頰貫關(guān)軸以使其自由轉(zhuǎn)動,以及通過天衡、天權(quán)、樞衡、樞權(quán)、關(guān)舌、格叉、左右天鎖以完成樞輪均勻地間歇轉(zhuǎn)動的原理?？刂蒲b置的“天關(guān)”部分在“運動儀象制度”圖里有詳細描述。對于集中繪于“天衡”圖中的定時調(diào)控樞輪轉(zhuǎn)動的各部件,相應文字只說明了其安放位置,對于最反映驅(qū)動和制動的機巧部件的關(guān)聯(lián)部分卻未給出具體說明。書末尾的“儀象運水法”一段文字倒是對“水運之制”做了再次說明,但未對機構(gòu)的動作多費筆墨。驅(qū)動與制動部件的制作,或許涉及較多具體調(diào)試的內(nèi)容,在實踐中更多地依賴工匠,這些內(nèi)容難以繪圖和文字描繪。盡管如此,水運儀象臺的控制裝置是其所有機械構(gòu)件中最主要的創(chuàng)造,融入了漏刻、天平、秤漏、桿系等多種力學和機械知識。

“升水上下輪”圖(圖49)按照觀者的實際視覺認識,描繪如何利用人力驅(qū)動筒車,將從退水壺流入下水壺中的水提升至天河的高度。提水裝置采用了位置一上一下的兩級筒車,上輪與河車同軸,人力運轉(zhuǎn)河車帶動上輪轉(zhuǎn)動,同時河車撥牙與下輪撥牙相扣,下輪被帶動旋轉(zhuǎn)。圖中上、下輪周突出的柱狀體為戽斗,白點和河車外周的短柱體表示撥牙?！昂榆?、天河”圖(圖50)將升水上、下輪、河車各輪拆分平鋪描繪,又以軸測圖視角加繪天河。河車外周的長柱體為把手,外力施加其上,升水上下輪便將水提升至天河,最后注入天池。此二圖為一組,前者為總圖,后者是重要部件圖,繪圖視角有明顯區(qū)別。

圖47 天池、平水壺

圖48 天衡

圖49 升水上下輪

圖50 河車、天河

2.8 渾儀圭表

圖51 渾儀圭表

圭表主要用于測定一周年的時間、冬至和夏至的日期、所在地點的正南正北等。圭有時周設水準,用來定水平。水運儀象臺的設計者將圭表的功能加載于渾儀底座之上,使一儀多用。

卷下目錄中的最后一節(jié)“渾儀圭表”與傳動裝置并無關(guān)系,或許是因其與渾儀、渾象、計時幾項儀器功能不同而單列出來。其繪圖(圖51)是在渾儀水趺中間多畫出一條橫置的、厚度與水趺相同的圭表部分,圭表表面并未繪出二十四節(jié)氣等標示。與渾儀水趺圖(圖19)相比較,兩圖中水趺的一些細節(jié)存在差異,如十字交叉的天門外圈及外圍立面的繪法、四角水斗的立面尺寸、繪畫視角的變化,兩圖應是分別繪出的,且俯視與透視繪法混用。

2.9 目錄未有之圖說

未見于目錄的繪圖有4幅,主要描繪區(qū)別于之前樞輪帶動天柱的另一種運轉(zhuǎn)渾儀、渾象、報時裝置的傳動機構(gòu)。其部件名稱有的與前文提到的相同,但安放位置、功用卻不盡相同。

4幅圖依次繪制渾象天運輪、鐵天軸、天梯(鏈條)、天托。渾象天運輪圖(圖52)繪出渾象球、與渾象球共同貫穿于“樞軸”的天運輪、與天運輪相銜的天軸和天輪。天輪帶動天軸,天軸帶動天運輪旋轉(zhuǎn),渾象球便隨之旋轉(zhuǎn)。鐵天軸圖(圖53)將渾象天運輪圖中難以描畫清楚的天軸部分單獨繪出,并展示了安置之法。天梯圖(圖54)描畫了不同于樞輪傳動的另一種的傳動核心裝置,即“鐵括”聯(lián)成一個周圈,上、下環(huán)掛在“上轂”和“下轂”之上。天梯每運動一括,天運環(huán)轉(zhuǎn)動一牙,從而轉(zhuǎn)動三辰儀。天托圖(圖55)是天梯圖上端“天托”的放大圖。很顯然,這種傳動方式是以鏈傳動驅(qū)動儀象,即在齒輪系中插入了一個鏈條(天梯)和兩個鏈輪[19]。

圖52 渾象天運輪

圖53 鐵天軸

圖54 天梯

圖55 天托(此原圖，誤印反了)

通過47幅圖說(其中技術(shù)圖43幅)及4幅目錄未提及的圖說,《法要》表達了水運儀象臺的基本構(gòu)造原理,包括動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，以及作為工作部分的計時-演示-觀測系統(tǒng)。建筑結(jié)構(gòu)并未單獨具體說明,應不是該書主要的描述對象?？梢?工藝和建筑均不屬于作者的“法要”。

《法要》的圖說,全面呈現(xiàn)了水運儀象臺的形制和功能,其順序安排和側(cè)重關(guān)注的內(nèi)容反映出作者的闡釋邏輯。《法要》的繪圖邏輯可以圖示(圖56)扼要展示。實際上,落實于筆端的闡釋邏輯與水運儀象臺驅(qū)動原理的設計思路(圖57,以水流傳動為邏輯順序)并不一致。前者的邏輯充分反映了作者表達知識的方法,與觀者的觀察過程更為相近。

圖56 水運儀象臺的繪圖邏輯

圖57 傳動原理[20]

水運儀象臺歷經(jīng)靖康之禍(1127),被攻占汴京(今開封)的金人拆運至金中都大興府(今北京),后來未能再按原貌組裝成器。此后,中國人也沒有再制作復雜程度類似的機械裝置。至20世紀,學界逐漸認知水運儀象臺在機械工程創(chuàng)造方面的成就,進行了深入研究,并嘗試對其復原。經(jīng)過劉仙洲[21,22]、王振鐸[23]*1957—1959年,王振鐸按1∶5最先復原水運儀象臺模型,推斷樞輪的葉片是固定在輪輞上的斗。、坎布里奇[24]*1962年坎布里奇(J.H.Combridge)進行復原,認為樞輪斗式葉片在輞上可轉(zhuǎn)動。、韓云岑[25]*1987年,韓云岑發(fā)表了另一種轉(zhuǎn)斗式葉片的推測圖。、土屋榮夫[26]*土屋榮夫1997年在長野縣諏訪市復原水運儀象臺。、林聰益[27]*通過對水輪秤漏裝置的研究和設計,完成了水運儀象臺的復原。、陳凱歌[28]*1996年,陳凱歌復制了用水流演示的水運儀象臺。、孫小淳等學者的努力,基本上復原出水運儀象臺。水運儀象臺的成功復原,證明《法要》圖說及其所表達的技術(shù)知識的可行性與可信性,其所含技術(shù)信息比較充分,由此亦可確知,《法要》圖說與宋代實際成功運轉(zhuǎn)的裝置是一致的。在近代工程圖成熟之前,《法要》是成功表達復雜技術(shù)知識的一部杰作。

3 表達“法要”的圖說之法

3.1 圖說的布列

《法要》“圖”、“文”相配的布局方式,將北宋圖與文字相輔的“圖說”表達方式提高到空前的水平。書中繪圖的尺寸一般較大,布局為右圖左文。全書圖說的排序是渾儀、渾象、計時和運動裝置,其中每一部分又采用整體外觀、整體機械構(gòu)造、成組構(gòu)件、單一構(gòu)件的解說順序,由總體概況至局部,逐步展開。

按繪制和說明對象的宏觀與微觀、繁與簡的特征,圖說可分為4類：(1)整體圖,即對儀象臺整體或者單獨儀器裝置的整體繪圖,例如水運儀象臺、渾儀、渾象、木閣圖等,反映了運動關(guān)系與裝配關(guān)系；(2)零部件圖,如各儀器上的環(huán)、輪、龍柱、鰲云、水趺、河車、天河等,具體描繪其結(jié)構(gòu)；(3)組合圖,是對由零件組合而成并形成一個整體功能單元的對象的繪圖,如六合儀、三辰儀、四游儀、渾象赤道牙、晝夜機輪、機輪軸、機輪退水壺、天池平水壺、天衡、升水上下輪等,可視為局部裝配圖；(4)“組合圖+零部件”圖,即在一幅繪圖中除組合圖外,另單獨繪有相關(guān)構(gòu)件的圖,如渾象六合儀、“鐵樞軸、天柱、天轂”,反映核心裝配關(guān)系和關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)。

3.2 圖面的布局

為突出表達水運儀象臺及各裝置的構(gòu)造,同時保證圖面的疏密平衡和比例恰當,《法要》繪圖經(jīng)常采用將局部拆開、省略、挪動等繪制方法。拆開,是指去除外部裝飾和遮蓋,或者將裝配圖中的零部件在同圖間隔繪出或另圖單獨繪出。挪動,是指一幅繪圖中某些局部,為避免彼此遮擋,被從原有位置移開至側(cè)旁加以描繪的情況。

具體而言,圖面主要有4種布局：(1)部件結(jié)構(gòu)被上下分離開進行描繪,如渾象六合儀、升水上下輪圖；(2)將裝配圖和去除某些部件后的構(gòu)架圖分別繪出,如晝夜機輪和機輪軸圖,以展現(xiàn)被八重機輪遮蓋住的輪軸和支架結(jié)構(gòu)；(3)將外觀圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖分別描繪,如水運儀象臺和運動儀象制度圖,前者繪出展露在外的形式,后者描繪內(nèi)部結(jié)構(gòu)、零部件位置和相對比例(比例關(guān)系在零部件分圖中是無法展現(xiàn)的),還特別將左側(cè)胡梯、右側(cè)天池和平水壺、下側(cè)地極和地足從主圖拆分開,緩解了復雜圖面的局促感,使各部分更加明晰；(4)將部件與相關(guān)零件在同一圖中繪出,如天柱、天轂圖中,天轂應與天柱上輪相銜,上輪被省略,天轂以類似軸測圖的形式單獨繪出,在展示其結(jié)構(gòu)的同時,平衡了幅面上的留白。

圖面布局的不同處理,不同繪圖對同一裝置、部件的描繪,使水運儀象臺各部分的結(jié)構(gòu)關(guān)系得到更全面的展現(xiàn)。若以晝夜機輪軸和機輪軸兩圖配合來看,便可獲知八重機輪“并冠于軸上”,天束將機輪軸束于兩板中心的孔洞中,機輪軸下尖端由鐵樞臼承托。又樞軸圖中樞輪轂在樞輪軸的運轉(zhuǎn)帶動下,撥動天柱下輪,從而使天柱運轉(zhuǎn)。同樣的,天衡圖雖描繪的是傳動裝置,其核心樞輪卻以別圖另繪。靈活的繪圖布局,簡省了很多說明文字。

3.3 繪圖的投影方法

工程技術(shù)圖反映繪者具備的透視知識、平面幾何和立體幾何知識的水平。平面幾何對于宋人而言已不具備挑戰(zhàn)*中國古代的正投影、側(cè)投影的畫法技巧,早在青銅器的紋飾上就已有充分體現(xiàn)。,立體幾何的表達則體現(xiàn)了繪圖者對幾何投影的理解和表達能力?！斗ㄒ防L圖采用的投影方法主要有以下特點：

首先,對簡單零部件較多采用正投影,卷上的幾種儀和各環(huán)、望筒直距、卷下的各輪均為正視圖。

其次,對于結(jié)構(gòu)重復度較高的建筑外觀描繪,采用平行投影,并將視點提高,如木閣總圖以及各層分繪圖,產(chǎn)生較好的立體效果。

其三,對相對簡單的部件和組合部件,采用平行投影或類似軸測圖的畫法,如鰲云支柱是將視點放低的軸測圖繪法,水趺圖采用視點提高的平行投影,機輪軸圖(除機輪軸和樞臼的正視圖外)屬于軸測圖繪法,晝夜機輪圖則是機輪軸圖附加八重機輪,并將視點提高的正視圖。

再者,對于組合部件、儀器和傳動裝置這些復雜器物的繪制,采用散點透視方法,也就是在一幅圖中對描繪對象的不同部分采取不同視角。散點透視一般用于描繪空間跨度較大或者結(jié)構(gòu)復雜的事物,能夠靈活且充分地表現(xiàn)各部分。散點透視繪圖的投影方式無一定之規(guī),描繪時根據(jù)技術(shù)表達的需要做選擇。如渾儀的儀體和裝飾龍身為正視圖,而底座水趺是平行投影,且視點提高到令水趺的交叉角度幾乎為直角的程度(接近于俯視圖)；渾象圖上部的渾象球為視點提高的正投影圖,地柜為軸測圖；水運儀象臺圖中,下部臺體、上部星板架、天池、平水壺、渾象為軸測圖,木閣和渾儀卻為正投影圖；運動儀象制度圖的臺架、胡梯、壺架、天池、平水壺、地柜、地極、地足均為軸測圖,樞輪為正視圖,八重機輪和退水壺則采用視點提高的正投影。

零部件的不同部位、儀器上的不同部件,其投影視角并不統(tǒng)一,甚至會出現(xiàn)正好相反的情況。如水趺的十字交叉部分選取視角很高,接近俯視圖,而其側(cè)面則以比平視稍高的視點繪出平視圖；水運儀象臺和運動儀象制度兩幅圖中,水趺則被直接繪為類似立起的交叉支架,這應是將渾儀圖縮略變小后的處理,然而卻放大了原本就存在的視角沖突。同樣的,渾儀圭表圖中圭表視角也比水趺十字交叉部分視角要低。又如水運儀象臺圖中,臺體和星板架的右向軸測圖與渾象、天池、平水壺左向軸測圖的方向正好相反。運動儀象制度圖中,臺架、胡梯為右向的軸測圖,壺架、天池、平水壺、地柜、地極、地足為左側(cè)的軸測圖,臺架立柱的投影角度與整體臺架也正好相反。這些投影方向不一致的原因,多半是由于總圖是由各零部件圖拼合而成,總圖的透視方式由各零部件圖樣的透視圖拼合而成,一般情況下,零部件各自的繪圖都以最易呈現(xiàn)其結(jié)構(gòu)的視角進行繪制。臺架立柱的投影角度與整體臺架正好相反的原因,應是畫工繪制建筑構(gòu)架圖時形成的習慣,將所有立柱、底座統(tǒng)一繪制為左側(cè)軸測圖,天衡圖中的立柱、龍柱圖中的底座、天柱圖中的底座均是如此。

另外,少數(shù)繪圖采用了一定的透視法繪制。如水趺圖中十字底座表現(xiàn)為近大遠小,天池、平水壺、壺架的寬度又有明顯近小遠大的特征。

可見,《法要》圖的繪制者已具備通過正投影和斜投影的平行投影法表現(xiàn)建筑、機械、器物的繪圖知識和能力,并具有一定的透視投影的觀念。對不同部件采用不同視角,同一幅圖以組合多種視圖進行繪制,說明復雜工程圖的表達趨于多樣化。

值得注意的是,《法要》多幅圖同時包含平面和立體的繪畫方式,這表明繪圖者對待不同描繪對象選擇了平面或立體的不同表現(xiàn)手法。不同的選擇反映出繪圖的表達目的和繪畫對象本身的某些特點。除龍柱、鰲云、木閣內(nèi)的人偶這類裝飾作用較突出的構(gòu)件之外,《法要》繪圖均以幾何圖形作為基本要素和單元。無論結(jié)構(gòu)簡單的部件,還是復雜裝置,都通過平面或立體的幾何作圖展現(xiàn)實物原來的基本結(jié)構(gòu)。平面圖與立體實物,前者是知識的記錄,后者是實用的物化形態(tài)。

就《法要》和水運儀象臺而言,平面圖與立體模型孰先孰后,仍值得討論。一般情況下,實踐經(jīng)驗豐富的工匠根據(jù)平面圖,不難想象其結(jié)構(gòu),如具備其他信息,如尺寸、部件功能等,結(jié)合工匠的意會知識(即默會相傳的實踐經(jīng)驗積累的知識),便能夠完成各裝置及儀象臺立體結(jié)構(gòu)的建造。然而,就當時工程的準備和建造流程和水平來說,特別是對于還要另出新意的工程,必然要經(jīng)過摸索和試驗,因而先建造儀象臺及各裝置的實物構(gòu)造、再進行繪圖,即由立體結(jié)構(gòu)到平面圖的次序,似乎更符合古代工匠的實踐傳統(tǒng)。

3.4 線條、陰影和比例

《法要》中的繪圖線條均為實線,多數(shù)采用單線勾勒。從或圓或方的形狀和線條的規(guī)整性來看,畫師應使用了規(guī)、矩、界尺這些工具進行繪制。線條除普通粗細外,特定部位以粗線描繪。粗線一般出現(xiàn)在具有傳動功能的輪上,如“渾象赤道牙”圖中的天輪輪輞、卷下“運動儀象制度”和“晝夜機輪”圖中的輪輞，以及“天輪”、“撥牙機輪”等圖中的輪輞以雙環(huán)表示,內(nèi)外環(huán)的線條有粗細之別。經(jīng)辨別各輪的功能和結(jié)構(gòu),可以發(fā)現(xiàn),凡外環(huán)繪成粗線的輪輞(如天輪、下輪),其上不帶齒,要通過輪輻與其他輪或球上的牙嚙合傳動；若外環(huán)以細線描繪,則表示外側(cè)裝有牙(齒)或者裝飾物(如撥牙機輪、司辰輪等)。

除以粗線區(qū)分結(jié)構(gòu)外,圖中有些部位以陰影成片涂黑。其作用可分為三類：(1)凸顯建筑結(jié)構(gòu)或成片板材,如“水運儀象臺”圖中繪有紋飾的板面、木閣的底、平水壺、樞輪的退水壺、升水上下輪的輪面。陰影在一定程度上能夠表現(xiàn)立體感,特別是退水壺的描繪,陰影與留白分別表示外與內(nèi)；(2)展現(xiàn)實物的形式構(gòu)成,如天輪、撥牙機輪、鐘鼓輪等的輪輻,輪輻沿放射狀越向外越寬,若未涂黑陰影,輪輻可能被誤認為數(shù)量加倍的細線；(3)表示所盛之物的狀態(tài),如天池圖中天池以四方體表示,陰影上部流線形邊沿夸張地突顯出流水落入天池激起的波瀾。

對于部件本身,采用粗細兩種線條和局部陰影涂黑的繪畫方式,避免了用統(tǒng)一線條繪畫時易引起的誤解,能體現(xiàn)不同部位的質(zhì)地、區(qū)分不同部件,也有助于平面繪圖表現(xiàn)立體感。兩種方式的運用,均表明繪者對增強單色插圖表現(xiàn)力的嘗試,這也是制圖方法和規(guī)范的一定延伸。

技術(shù)繪圖及其技法脫胎于繪畫,形似是其基本要求之一,比例對于形似至為關(guān)鍵。成書約在公元前1世紀的《周髀算經(jīng)》“七衡圖”后有云：“凡為此圖,以丈為尺,以尺為寸,以寸為分?！盵29]這是關(guān)于作圖比例的最早文字記載,表明古人對于繪圖比例的一定之規(guī)已有所認識?！斗ㄒ凡⑽淳唧w提及繪圖比例的內(nèi)容,不過繪圖對各部件和裝置的大小比例都做出了安排。比照“說”中給出的實際尺寸,繪圖中部件的比例關(guān)系為：卷上中環(huán)類除“陰緯單環(huán)”稍偏小外,其他各環(huán)繪圖的大小比例與文字說明的尺寸基本相符,望筒直距、龍柱、鰲云、水趺的比例與尺寸相近；卷下所繪各輪的大小差別不大,未體現(xiàn)出文字說明給出的尺寸差別；渾儀、渾象、水運儀象臺、運動儀象制度等圖中,各部件比例關(guān)系和文中給出的尺寸均相符?！斗ㄒ分卸喾鶊D具有典型的界畫特征,如水運儀象臺、運動儀象制度、木閣、水趺等圖,表現(xiàn)出更加細致的比例關(guān)系和規(guī)律的紋樣標準。

與《法要》同時代的《營造法式》“舉折之制”篇,以明確的比例繪制建筑圖,“總諸作看詳”篇又云：“造作工匠,詳悉講究規(guī)矩,比較諸作厲害,隨物之大小,有增減之法?！薄翱丛斠蛞?其逐作。造作各件內(nèi),或有須于畫圖可見規(guī)矩者,皆別立圖樣,以明制度。”[30]說明技術(shù)繪圖中規(guī)矩、圖樣、制度的講究,以及工匠諳熟按比例建造之法?！斗ㄒ分小皥D”的作用如出一轍,呈現(xiàn)了水運儀象臺的“制度”。

3.5 “說”與“圖”的互補

就繪制水平和技術(shù)知識的表達而言,《法要》的繪圖本身還不足以全面反映所繪復雜裝置的各項規(guī)格標準,但文字解說(“說”)可補“圖”的不足?！斗ㄒ贰罢f”的內(nèi)容包含結(jié)構(gòu)、尺寸及材質(zhì)、部件連接關(guān)系和裝配方法、裝置功能以及儀器功用幾方面,對于舊有天文儀器(如渾儀、六合儀、水趺、渾象)一般會追溯其沿革。

關(guān)于結(jié)構(gòu)的描述,除對“圖”已繪出的零部件加以說明外,對未能呈現(xiàn)的零部件的結(jié)構(gòu)及其上下、內(nèi)外的位置關(guān)系、環(huán)面周天度數(shù)及晝夜百刻的標識,給出了詳細說明。

尺寸和材質(zhì)是建造必需的信息,尺寸是《法要》“說”的重要內(nèi)容,材質(zhì)介紹得相對簡略?！罢f”列出卷上除四象單環(huán)外的各類環(huán)、望筒直距、龍柱、鰲云、水趺、渾象六合儀、渾象球、木閣,卷下的各類輪、退水壺、樞輪軸、天柱、升水上下輪和壺、河車、天河、圭表的具體尺寸。根據(jù)需要,尺寸的量度有所不同：對環(huán)類,一般給出直徑、闊(環(huán)面寬度)、厚；對輪和河車給出直徑,對上安有牙者給出牙數(shù)(即齒輪的齒數(shù)),對特殊的樞輪標明輪輻數(shù)；對球類給出直徑；對直距給出長、闊、厚,對望筒給出長和方(兩端方掩的邊長、孔徑)；對龍柱、鰲云給出高；對水趺給出長、高、闊以及水道的深、水斗口的邊長和十字交叉處天門的邊長；對退水壺、升水上下壺給出長、闊、深、高；對木閣、天河給出高、長、闊等。通過尺寸的標注,反映建造的技術(shù)要求。

水運儀象臺零件、部件之間的連接關(guān)系和裝配、功用及原理,特別是復雜結(jié)構(gòu),需要依賴對應的“說”加以闡釋。如運動儀象制度圖的說明,描述了樞輪、機輪、樞梁、天梁、天束、地足、樞臼等機械部件相互連接和傳動過程中的關(guān)聯(lián),天池、平水壺、退水壺、升水上下輪、天河之間通過水流的關(guān)聯(lián),并簡要說明了通過天衡、天權(quán)、樞衡、樞權(quán)、關(guān)舌、格叉、左右天鎖完成樞輪勻速傳動的原理。該段“說”涉及內(nèi)容遠遠超出“圖”所反映的部件和部件間的關(guān)聯(lián)性,而且需與天衡圖對照理解。又如天柱、天轂、樞軸圖的說明,澄清了未畫于圖中的樞輪軸與樞輪轂、樞梁,以及鐵仰月承托的關(guān)系。

《法要》的“說”,間或有對制作工藝的描述。中國古代書籍一般很少詳述某種裝置的制作工藝。宋仁宗康定元年(1040)奉敕編修的兵書《武經(jīng)總要》中的兵器圖和武器制造圖就熟練運用軸測投影、平行投影、等角軸測投影繪法,精細的繪圖使描繪對象得以呈現(xiàn)得較為立體,其文字扼要說明了尺寸、形狀、安裝位置、零部件性能、器械功能等事項,然而鮮有提及工藝。又如成書元中統(tǒng)四年(1263)的《梓人遺制》,繪圖包含零件圖和總體裝配圖,采用等角投影繪制并靈活選取有利的投影方向,其文字除介紹機具形狀、尺寸、結(jié)構(gòu)、裝配等外,還包含少量制作方法的內(nèi)容,但具體事項仍多有不明?！惰魅诉z制》、官修的《武經(jīng)總要》與《法要》不同,更多屬于匠書,因而有關(guān)工藝的內(nèi)容更側(cè)重工匠實際操作的需求,可起直接的指導作用。《法要》較少描述裝置的制作工藝,一方面是出于供皇帝閱覽的原因,另一方面則是來自工藝自身在實現(xiàn)過程中的默會特點,即具體工藝大多是工匠十分熟悉而不需詳解的知識,而某些特別的意會知識又是撰書者難付諸文字或者了解不多的。

4 結(jié) 語

作為宋代技術(shù)繪圖的典范,水運儀象臺的繪圖將“圖”作為表達技術(shù)和科學知識的重要語言,同時附以“說”進行必要的闡述說明,在中國古代圖像表達史上占有重要地位。

《法要》的“圖”表明繪者已形成比較完整的繪制系統(tǒng)：(1)依據(jù)水運儀象臺各儀器的功能劃分進行分卷繪圖說明,體現(xiàn)建造工程具有明確的總體規(guī)劃；(2)作為功能單元的觀測、演示、計時裝置,先以總圖展示全貌,再拆解為部件加以具體描繪,或由上至下、由表至里,或由繁至簡；(3)多種投影方式共用,特別是復雜的組合圖呈現(xiàn)出多種視角,這是繪圖者展現(xiàn)描繪對象全貌的努力嘗試,也是中國傳統(tǒng)繪畫的一個特點；(4)在運用普通線條描繪之外,多幅圖兼用粗線條和暗影,以達到突出質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、立體感等特定目的和功用；(5)主要部件均有具體尺寸標注?？梢哉J為,水運儀象臺的技術(shù)圖已能夠較好地展現(xiàn)大型復雜裝置的整體設計。

以《法要》為代表的技術(shù)書籍,不僅脫離了“收書不收圖”的書籍編撰傳統(tǒng),更以技術(shù)繪圖為主線、文字描述為補充說明的形式,達到了當時技術(shù)圖說的頂峰,形成新的技術(shù)書籍的圖說傳統(tǒng)。就“圖”而言,《法要》的圖突破了以“圖畫形象”為核心、從視感出發(fā)進行繪畫的示意傳統(tǒng),而以整體結(jié)構(gòu)、部件、零件分繪的方式,有意識地采用平行投影甚至透視法描繪機械對象,甚至一定程度地遵循比例制圖,表明其繪者不僅從定性上了解描繪物體遵循的視覺規(guī)律,還清楚地知道如何初步定量地描畫不同位置和大小的物體。而《法要》以“說”補“圖”之不足,基本上能夠做到將水運儀象臺整體及各部分的結(jié)構(gòu)、尺寸、材質(zhì)以及機械構(gòu)件的傳動原理描述清楚?！皥D”與“說”的配合,進一步完備了裝置的制作工藝特點、裝配方法等技術(shù)事項,完整呈現(xiàn)了整體設計思想和表達方法。

值得注意的是,《法要》不是現(xiàn)代意義上的設計書,也非制造手冊。《法要》之“法”的含義不僅限于方法、做法,也有標準、制度、原理之意。所謂“法要”,便是此“法”之綱要?！斗ㄒ返木幾?其意義不僅在于當時能夠讓皇帝對水運儀象臺有全面的了解,而且能夠讓后人做出成功的復原,這說明《法要》對“法”的介紹是比較詳實的,而不限于“要”的界定。然而需要承認,《法要》的圖說仍存在不足之處,如機械裝置的某些細節(jié)部分缺少相應繪圖,也未進行足夠的文字說明。特別是關(guān)于定時調(diào)控樞輪轉(zhuǎn)動的控制裝置天衡的圖過于簡單,僅描繪了安放位置,而相應文字對于怎樣利用格叉、受水壺、關(guān)舌、天條、天衡、天鎖等部件的聯(lián)動來定時地控制樞輪每一輪輻的停留和動作,僅粗略地描述了驅(qū)動和制動的機巧裝置。繪圖及文字的關(guān)鍵信息存在的部分缺失或模糊之處,也恰是導致后世對水運傳動裝置存有爭議的主要根源?！斗ㄒ纷髡呶唇o予充分說明,或許是認為此類信息屬技術(shù)人員設計和工匠手藝的范疇,其缺失并不妨礙皇帝閱覽。而這又從側(cè)面反映了圖說與建造孰先孰后的復雜性,也就是,關(guān)鍵機械裝置的設計方案在建造過程中經(jīng)歷多次試錯、修正和改動,最終未被記錄下來。考慮該書撰寫的目的,對技術(shù)細節(jié)的追究,難以求全責備。

此外,技術(shù)繪圖源于繪畫,《法要》使用繪圖工具頻繁地、多角度地變換繪畫視角,采用拆分、挪移的手法展現(xiàn)裝置結(jié)構(gòu),顯然已脫離了張揚靈氣與情趣的一般繪畫,而顯露出特殊的匠人氣息。以《法要》為代表的技術(shù)繪圖,正在從經(jīng)驗性、直觀性地描摹實物對象向系統(tǒng)化、專門化地描述技術(shù)的方向發(fā)展,逐漸形成一類新的繪圖方法,即技術(shù)的圖像表達法。

致謝本文得中國科學院自然科學史研究所張柏春研究員、孫烈副研究員的寶貴修改建議,謹此致謝。

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12 管成學.《新儀象法要》版本源流考[J]. 古籍整理研究學刊,1988, (3): 2～4.

13 蘇頌.新儀象法要[M]//中國科學技術(shù)典籍通匯·技術(shù)卷(一).鄭州：河南教育出版社，1994.

14 《新儀象法要》提要[M]//景印文淵閣四庫全書.第786冊.臺北：臺灣商務印書館,1983.80.

15 伊世同.蘇頌[C]//金秋鵬.中國科學技術(shù)史(人物卷).北京：科學出版社, 1998.329～338.

16 中國科學院紫金山天文臺網(wǎng)站：http://pic.cas.cn/pic_pmo_cas/ztfm/200908/t20090814_2401870.html.

17 張柏春.中國傳統(tǒng)水輪及其驅(qū)動機械[C]//中國科學院自然科學史研究所,中國科學院傳統(tǒng)工藝與文物科技研究中心編. 鑒古證今——傳統(tǒng)工藝與科技考古文萃.合肥：安徽科學技術(shù)出版社,2014.569～588.

18 華同旭.中國漏刻[M]. 合肥:安徽科學技術(shù)出版社,1991.84～86.

19 劉仙洲.我國古代在計時器方面的發(fā)明[J]. 清華大學學報(自然科學版),1975,(2): 20～48.

20 陸敬嚴,華覺明主編.中國科學技術(shù)史(機械卷)[M]. 北京：科學出版社,2000.299.

21 劉仙洲.中國在原動力方面的發(fā)明[J]. 機械工程學報,1953，(1): 3～34.

22 劉仙洲.中國在傳動機方面的發(fā)明[J]. 機械工程學報,1954，(1): 1～39.

23 王振鐸. 揭開了我國“天文鐘”的秘密——宋代水運儀象臺復原工作介紹[J]. 文物參考資料,1958,(9): 5～9.

24 Needham J.ScienceandCivilisationinChina[M]. vol.4, part II. Cambridge: Cambridge University Press, 1965.

25 中國古代計時器[M]//中國大百科全書總編輯委員會. 中國大百科全書·機械工程.北京：中國大百科全書出版社,1987.917～919.

26 山田慶兒,土屋榮夫.復元水運儀象臺：十一世紀中國の天文観測時計塔[M]. 株式會社新曜社,1997.

27 林聰益.古中國擒縱調(diào)速器之系統(tǒng)化復原設計[D]. 臺南：臺灣成功大學,2001.

28 陳凱歌.蘇頌水運儀象臺復原記[J].鐘表,2003，(2): 38～42.

29 周髀算經(jīng)[M]//錢寶琮點校.算經(jīng)十書.北京：中華書局，1963.46.

30 李誡編修，梁思成注釋.營造法式注釋[M].上卷.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1983.14.

Pictorial and Descriptive Representation of Xin Yixiang Fayao

CHEN Yue

(InstitutefortheHistoryofNaturalSciences,CAS,Beijing100190,China)

XinYixiangFayao(StandardEssentialsoftheNewArmillaryClock) of late 11 century is an outstanding work, which expresses the technological and scientific knowledge of Chinese tradition by means of the method of pictorial and descriptive representation. This paper makes a detailed analysis of the main content and the way of representation of the illustrations and description in the book, and discusses the logic of the author’s representation.XinYixiangFayaocomprehensively presents the basic constructional principles and functions of the armillary clock, its illustrations and description, as well as the represented technological knowledge in a highly practicable and credible way. As a paragon of technological illustration in the Song Dynasty,XinYixiangFayaoplayed an important role in the gradual formation, even in its specialization, of the method of representing technological knowledge.

XinYixiangFayao,technological illustrations,illustration and description,pictorial and descriptive representation

2015- 10- 27；

2016- 05- 16

陳悅,1977年生,北京市人,副研究員,研究方向為中西科技交流史、技術(shù)圖像史、電力史。

N092∶P1- 092

A

1000- 0224(2016)03- 0253- 20