复原“木牛”“流马”的尝试

李冰李金坡

(北京市通州区运河中学 北京 101100)

2010年7月初，笔者参观成都“武侯祠”时，见到了许多能工巧匠做的“木牛”“流马”，萌生了自己也做一个的想法.于是认真研读了历史文献和众多专家学者的研究文章，并参考网上的一些 “木牛”“流马”实物图片，形成了自己的想法，做出了 “木牛”“流马”模型，如图1.按其行走的方式，取名为“摆动式步行机”.

图1 “木牛”“流马”实物模型

1 摆动式步行机的构造与运行机理

摆动式步行机的主要部件：车厢、车辕、车轴、一对活动腿脚(可以绕轴转动)、一对固定腿脚(与车厢固定在一起)，如图2所示.脚的底部做成弧形，使整车成为一个不倒翁.车箱中间有隔板，将车厢分成前后两部分，以便前后合理分配装载物.调整车的重心，使车在不同斜坡路面都呈不倒翁状态，以便在不同路面上都能“省力”行走.

图2 摆动式步行机结构示意图

步行机车轴安装在车的中轴线上端.前后“车足”组成的弧形顶端也在中轴线上，与重力作用线“重合”.根据杠杆原理，用很小的力便可以搬动车辕使其前后摆动.拉动步行机迈步前行时，支持力作用线偏离重力作用线不大，仍可以用很小的力驱动步行机.

一般步行机行走时重心会上下移动，需要外力克服重心做功.另外，步行机行走时一“动”一“停”，运动过程中的动能不能充分利用.摆动式步行机底部弧形的长脚很好地解决了这一问题.行进中利用摆动，将动能转化成重力势能贮存起来，回摆时再转化成动能.因此，人力驱动摆动式步行机行走在平地或较平缓的斜坡路面时，非常省力.

特别是走下坡路时，将车子的重心调整到车的后部，因车处在斜坡上，重心与两脚接触点(中心)仍在一条竖直线上.行走时，车子摆起来，先后仰，再前倾，前倾至水平位置时，前脚接触不到地面，自然会向前“迈一步”落地.由于整车的重心下降了，重力势能转化为更多的动能，补充机械能的消耗.回摆后仰时有足够的能量后仰至前脚抬起的角度.重复前面的动作，自动下行.如果重心不合适，或坡度太小，稍加辅助便可行走.

上坡时将车子的重心调整到偏前的位置，行走与走平地相似，只是费力一些.

2 对于“木牛”“流马” 的研究

历史上关于“木牛”“流马”的记载文字很少.人们对这些描述的理解有很大的不同，主要的原因是没有做出与古人描述相符的实物;一些做出的实物也没有得到大家的认同.我们的理解如下.

(1)“木牛”“流马”是否是两种不同的运输工具

历史文献中对“木牛”的描述侧重功能和形态，对“流马”则侧重的是尺寸.综合历史文献，“木牛”“一脚四足”，“流马”“前后四脚”;“木牛”与“流马” 应该是两种不同的运载工具.“木牛”“流马”是同一个人设计并使用，用途都是运粮，工作原理应该相差不多，一脉相承.“流马”是“木牛”的改进版，结构更合理.二者载重不一样，“木牛”“载一岁粮”，“流马”装两个“二斛三斗”.它们都应是一种省力运载机械，只是“载多行少”,运输效率都不高，没有流传下来.也可能因为“宜可大用，不可小使”，空载时不如载重时好用.另外，结构简单，制作方便，而且是一次性运输机械.将军粮运到前线后，车就成了烧火做饭的燃料，不适于民用.

(2) “木牛”“流马”是“轮车”还是步行机

后汉三国时期，轮车技术在我国已相当成熟；双辕车、独轮车已经被广泛应用.如果诸葛亮的“木牛”“流马”是带轮的车就不是创新，不会被史学家记录.我们见到的我国古代的车有独轮和双轮两种.因为古代的载重车“轮”和“轴”是一体的(20世纪初还被广泛使用)，双轮车转向很困难，四轮车更是不可思议.另外，使用过小推车的人都知道，推车上坡时虽然费力，但几个人合作可以拉拽行走.下坡时靠人力拉拽很难控制载重车的速度.难以想象一个独轮车或四轮车装了几百斤军粮行驶在秦岭的栈道上，“上山下岭，各尽其便”.再者，带轮的车“载多行快”，一天走五十里不在话下，不可能是“载多行少”.综上所述，“木牛”“流马”不应是带轮的运载机械，而是我们所不知道的一种省力机械.做出一个新的更省力的运载机械是复原“木牛”“流马”的关键.

有人这样描述秦岭栈道：“古代的栈道并不陡峻.原来古代人开通褒斜栈道是非常聪明的.他们选择了在秦岭山中最缓的一条道路，不知不觉就上了山，然后不费劲就下去了，很像现在的盘山公路.”摆动式步行机正适用于这类道路.“载多而行少”， “宜可大用，不可小使”.它很可能与诸葛亮的运行原理相同.

3 对“木牛”“流马”的理解

(1)对“木牛”“流马”结构解读

一脚四足——有一个(对)活动牛腿(脚)，其他不动的腿不算数;四只脚(足).

头入领中——弯曲的牛头“长”在后面的车厢中，没有脖子.牛头的作用除装饰外还可掩藏制动机关.

舌著于腹——舌头固定在“腹”上.如果照“造木牛流马法”理解，舌头应该是一个挂钩，用于拴牛鞅,如图3.

图3 “木牛”“流马”中的牛舌

如果它的功能如《三国演义》所描述的是控制手柄，如笔者制作的步行机，舌头是固定在腹中连杆上的，则辅助部件有与车轴相连的牛舌连杆.活动腿脚与车轴、牛舌、连杆固定在一起，运行时一起摆动.牛舌实际上是一个挂钩.当扭转牛舌挂在车厢前端的横杠上，整车不能再走动.这一功能是按《三国演义》中的描述做的，实际意义不大.

载多而行少，宜可大用，不可小使——与当时普遍使用的运载车辆相比载重量大，但行走慢.满载使用比空车使用更好.为了证明摆动式步行机比带轮的车省力，同时也是为了证明其实用性，我们做了一个与现代小推车差不多大小的步行机，装载150多公斤，一个人很容易驱动.如果不是考虑车子本身的承重，可以装载更多.

曲者为牛头——牛头是弯曲的，可能仅是一个装饰.

双者为牛脚——牛腿是一对.

横者为牛领——车厢前部有一个横杠称为牛领，其功能有可能是辅助驾驭.

转者为牛足——牛足的底部是弯曲的弧形.

垂者为牛舌——牛舌的安装方向向下.

曲者为牛肋——应该是车厢两旁的护栏，主要的承重部件(模型是由车厢板代替).

立者为牛角——牛角向上，可能是控制小车转向的操纵手柄，也可能只有装饰作用.

摄者为牛鞦轴——车辕末端的小立柱.用于拉车或是控制车转弯.

牛仰双辕——“木牛”“流马”走路的形态，一抬头(车摆起来)车就走起来.

人行六尺，牛行四步——这是“木牛”“流马”走路的步子大小；六尺约1.5 m.

载一岁粮，日行二十里，而人不大劳——描述 “木牛”“流马”的功能.载一岁粮应该是一个大概的数，在250～300 kg左右，容积在0.4 m3.

(2)流马尺寸解读

“肋”及各孔位置,如图4,图5.

图4 “肋”的各孔位置

图5 “木牛”“流马”中“肋”的示意图

形制如象，径面四寸三分.孔径中三脚杠——孔径中是说双肩榫，三脚杠是说每对腿上有三根橕子.版方囊二枚——前后两个方形箱子，可以调节重心，这是自动行驶的关键.笔者的模型中没有做成两个，只是分成了前后两部分，这样结构才合理.文献中给的“方囊”尺寸是其内径，换算(1尺=24.2厘米)成现代的尺寸合0.1 m3,能装粮食150市斤左右，与两个“二斛三斗”差不多.

靬长四寸，径面四寸三分——这块手掌大小的皮子，像是轴上的垫，或绑在车两端的手垫.

图6 制作的“流马”模型

关于“流马”的制作，我们用10 cm为一尺制作模型，如图6.完全按照文献尺寸制作.整体也做成不倒翁.与“木牛”的差别主要是前腿活动，走路步子更大，走得更快.后轴偏中心后面，这样便于上坡行走.下坡时加了“后载克”这个“平衡物”，调节合适也能自动行走.