筑梦成长 | 《清明上河图》中，藏了哪些北宋科技？

撰文 / 史晓雷（中国科学院自然科学史研究所）

从技术史的视角欣赏北宋画家张择端的《清明上河图》时，能发现哪些有趣的细节呢？

框架锯——省料小能手

在画面的一个十字路口附近一棵大树旁，修理铺的两个伙计一个跨在长凳上刨木，一个正在用木棰敲打置于地上的车轮轮辋（车轮外周）。在长凳前端的地上，可以清晰地看到一把框架锯。

框架锯是一种“工”字形锯。“工”字形的木框一侧安装锯条，另一侧用绳带连接起来，然后把木棍一端插到绳带中间绞几下，另一端搭到“工”字形木框的中柱上，从而把锯条绷紧。

《清明上河图》中出现的这把锯，是中国最早的框架锯形象，说明当时已被百姓普遍使用。在框架锯出现之前，锯木工具有手锯和弓形锯，这两种锯由于结构的特点，无法胜任大型木料的纵向加工。框架锯的出现，是中国古代木工技术发展史上的重大突破，不但使大型板材的加工简单易行，还能节省许多木料，提高木材利用率。

平衡舵——省力小帮手

《清明上河图》中的船舵从形态上看属于平衡舵。平衡舵的舵杆轴线后移，使得一部分舵叶位于舵轴的前侧。舵靠自身转动推动水，水对舵叶产生反作用力，从而改变船只航行方向。而平衡舵因其舵轴两侧均有舵叶，所以转动起来更省力。而且，汴河船只上的舵不但是平衡舵，还是升降舵。从船只尾部与舵叶之间悬吊连接的绳索可知，舵可以升降。那么当船只行驶到浅水区时，把舵升起来，就能避免触底损坏。

隐蔽而重要的小工具——辘轳

画中还有一件更不起眼的提水器具——辘轳。辘轳在画面上很隐蔽，轻易不会被发现。在整幅画面靠右侧的上端人群旁边有片田地，田地中间有一口水井，水井上架设了一件辘轳。《清明上河图》中的这件辘轳表明当时辘轳已经普遍被人们应用在生活中，具有重要的历史意义。

辘轳是一种利用轮轴原理的省力机械，在北宋之前广泛使用的汲水工具有桔槔和滑轮。桔槔和滑轮使用的历史非常漫长，因为在许多汉代出土文物中都能看到它们的身影，可知在汉代已经被人们普遍使用。桔槔就是一根杠杆，一端捆缚石头或别的重物，一端悬挂汲水用具（比如木桶），这样当从井中向上提水时就会省力。滑轮本质上虽然并不省力，但改变了力的方向，汲水者站着就可以完成操作，减轻了劳动强度。自从辘轳发明和使用之后，滑轮的使用场景就明显少了。

《清明上河图》中像这样可以“以小窥大”的细节还有许多。比如汴河上的虹桥不设墩柱，以巨木伸臂叠架，结构轻盈，是中国最早的木拱悬臂桥样式；再比如街道上各种形式的车辆，牛车、驴车、独轮车等，车辆结构和驾驶方式各具形态，为考证当时的交通工具提供了形象资料；画中还有两处出现了杆秤的身影，为考察中国古代度量衡发展史提供了依据。除了带给大家艺术审美上的愉悦，它还像一座知识宝库，通过许多不起眼的画面细节，反映了那个时代的物质文明和技术特色，留待大家去探寻、去挖掘。

知识链接

辘轳为什么可以省力气

G为水桶的重量，H为辘轳轴的半径，F为手摇柄处所用的力（即提水的力），L为用力点到辘轳轴中心的距离。据杠杆原理：FL=GH，因此F=GH/L，可见若L为H的两倍，那么提升水桶所用的力就为水桶重量的一半。

本文来自《知识就是力量》杂志，原标题为《以小窥大——藏在<清明上河图>中的北宋科技》，作者史晓雷，有删改，转载请注明来源。

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