《清明上河图》中埋藏的科技秘密

曾筱琳

前段时间，人们在故宫博物院前排队围观《清明上河图》的新闻轰动一时。不少人为了一睹国宝风采，不惜耗上六七个小时来排队等待。这并不奇怪，《清明上河图》就像中国的一个文化符号，不管看不看得懂，远远地看上一眼都是好的。

除了表現北宋人民的生活、生产、商业贸易等真实面貌和经济状况外，在《清明上河图》中还埋藏了一些中国古代先进的科技生产力。

技艺精湛的木拱桥

看过《清明上河图》的人，对画面正中这座拱桥都不会陌生（见题图）。桥上接踵的人流，桥下畅通的船只，一派热闹非凡的城市生活图景扑面而来。

那么，这区区一座拱桥有什么特别的呢？

我们不妨先来简单认识一下“拱桥”这种形态优美的建筑。其实拱桥的历史非常悠久，早在公元前100年左右，世界上第一座拱桥阿尔坎塔拉桥就出现在了古罗马，还有我国闻名遐迩的赵州桥，也在隋朝就完成了修建。它们都以优美的外观和稳固的结构著称。当然，它们还有一个显著的共性——都是用石头做的。

为什么古代大多数拱桥都是石头做的呢？这个原理不难理解，因为桥面所受的压力会转化分散到桥身两侧，最后作用到两边的地基上，所以，这就要求拱桥两边的基础非常扎实，材料的抗压能力强，而石头刚好可以满足这个条件。

其实在人类历史上，除了石头之外，木材也是建造桥梁最原始的材料之一。相比石头，木材拥有重量轻、抗震性能好、加工方便等优势。最早的木桥是以独木桥的形式出现的，即在水上或峡谷两端搭设一根简单的木头。如今，在许多小河上我们还能看到这种形式简易的桥梁。

那么，能不能效仿石拱桥，也用木头造出这种形态美观的木拱桥呢？显然，如果按照前文所述石拱桥的原理修建木拱桥，那桥估计刚建好没多久就塌了。毕竟，要比结实和抗压能力，木头实在没什么竞争优势。

可是，《清明上河图》中这座拱桥恰恰就是用木头做的。难道这是张择端自己凭空臆想出来的吗？

据历史资料记载，中国的第一座木拱桥起源于北宋。最早的文献记载如《宋会要》中所说的“北宋天禧元年正月，罢修汴河无脚桥”。《续资治通鉴长编》也记载：“桥柱坏舟，遂献无脚桥式，编木为之，钉贯

其中。”

而文中所描述的中国第一座“编木为之”的“无脚桥”，也正是《清明上河图》中展示的这座造型独特，犹如一弯长虹的汴河虹桥！

那么，汴河木拱桥又是如何建造的呢？《渑水燕谈录》中用“取大木数十相贯，架为飞桥”简单描述了虹桥的桥梁结构。而通过后来建筑学家和桥梁学家的分析研究发现，汴河虹桥的营造技艺非常科学，其结构精密而巧妙。从整体上看，虹桥的主拱由两个系统组成，它们通过横梁交叉搭置、相互承托，形成了拱形的整体结构，并通过拱上建筑的传递，承担桥面传下来的荷载。为了增强整体稳定性，两个系统之间还设置了五处横梁，以此加强其横向连接，形成整体，共同承担桥面负荷。

简单地说，工匠们充分利用了木材的抗压、抗弯以及抗拉等性能，将木头有组织地编制在一起，形成拱形结构，并实现了较大跨度和承重能力。

看来，张择端不仅没有凭空“捏造”，在《清明上河图》中，他对虹桥的写实描绘几乎将虹桥的结构完全还原了出来！

公元1502年，也就是在汴河虹桥出现后的485年，意大利超级天才达·芬奇也脑洞大开地绘制了一座木头小拱桥的图样，但他不知道的是，早在几个世纪前，中国人就做到了。

但由于木材本身缺陷，如容易腐朽，耐久性能差，并且由于自重较轻，容易被洪水冲垮等原因，木拱桥很难留存下来，包括《清明上河图》中展示的汴河虹桥也不复存在了。但值得骄傲的是，中国木拱桥的营造技艺已被列入世界非物质文化遗产名录。

算盘的起源

中国是算盘的故乡， 现在世界上包括日本、美国一些国家所使用的算盘，都是中国体系的。因此，人们往往把算盘的发明与中国古代四大发明相提并论。和木拱桥制造工艺一样，珠算也已经被列入人类非物质文化遗产。

然而，中国是什么时候开始使用算盘的呢？从清代起，就有许多学者进行了考证。但由于缺少足够的证据，算盘的起源问题至今仍然众说纷纭。

有一些学者认为，算盘应该是起源于东汉。因为，中国在书籍上最早出现“珠算”这个名词，就是东汉数学家徐岳所作的《数术纪遗》。但是，也有许多学者认为，此书描写的珠算，充其量不过是一种记数工具，与后来我们所说的能够进行复杂运算的算盘并不是一回事。

此外，还有一部分学者认为，真正意义上的算盘是从元朝开始出现的。这种想法主要源于元代陶宗仪所著的《南村辍耕录》——“凡纳婢仆，初来时曰擂盘珠，言不拨自动;稍久，曰算盘珠，言拨之则动;既久，曰佛顶珠，言终日凝然，虽拨亦不动。”文章风趣生动地把不同资历的奴婢比作不同类型的算盘。学者认为，文中描述的算盘就与现代真正意义上的算盘差不多了。所以，说算盘起源于元代也不无道理。

但是，随着新证据的发现，算盘出现的年代又给人们带来了新的惊喜！

一直以来，人们都认为，最早出现的描绘算盘图样的作品是16世纪时的看图识字类书籍《对象四言》。然而，一个偶然的机会，学者们意外地在一幅北宋纪实类画卷中看到了“算盘”的身影，没错，它就是《清明上河图》——在画卷最左端，有一家名为“赵太丞家”的药铺，药铺正面柜台上赫然放着一架算盘。（编者注：见图中白圈处）

后来，经珠算专家将画面摄影放大，确认画中之物就是与现代使用的算盘形制类似的算盘。也就是说，《清明上河图》是最早出现的带有算盘的图画。而《清明上河图》中所描绘的景象是北宋时期的汴州，所以，其实最迟在公元1000年左右，算盘就已经出现了，比起之前学者们认为的元朝要早了200多年。

那么，《清明上河图》中关于算盘场景的描绘真的靠谱吗？

通常，在中国古代到药店抓药时，必须持有中医所开的药方，然后由药铺熟悉价格的店员计算出总价。比如，甘草三钱、黄莲二钱。而中药汤剂的配方大都十分复杂，一服中药多达十几味或二十几味是常有的事。所以，计算起价格来就比较繁琐。这样，药店里就必然要有得心应手的计算工具。

而在古代中国，充当这个工具的正是算盘。在《清明上河图》中，算盘出现的位置正好是药铺，所以，它是合情合理也值得相信的。当然，算盘出现的时间是否可能更早于北宋，这就需要新的历史资料来佐证了。

肩套式挽具

在《清明上河图》中，不仅有惟妙惟肖的人和物，就连动物身上都有可以琢磨的亮点。比如，大街上拉车的驴。一只驴有什么可看的？别急，再看看驴身上的挽具。

什么是挽具？简单地说，就是套在马或驴身上，用来挽着它们进行运输的工具。那么，《清明上河图》中驴的挽具有什么特别吗？要想知道它究竟有多“牛”，我们不妨先来看看古代国外的挽具长什么样。

读过古罗马著作的人往往会对埃及船只运送谷物到罗马有深刻印象，没有埃及的谷物，罗马人就会挨饿。很多人不仅会问，为什么不从意大利运谷物到罗马，却要选择从埃及走水路运输呢？答案很简单——因为没有一种马挽具能把意大利农业区的谷物运到罗马。

直到公元8世纪，西方挽马的唯一手段还是“项前肚带挽具”——把皮带勒在马的喉部。这是一种很不合理的方法，“勒喉”意味着马一旦使出最大力气就会窒息而死。

由于他们局限于使用这种可悲的挽具，马力既无法用于拉车运输，而且在骑兵战中也加剧了局势的混乱和相互残杀。不论马和骑手多么好，远距离骑马都会遇到严重的障碍。尤其是劣马，在行进中不仅容易疲劳，而且走着走着就会闷塞至半死不活状。

而中国在挽具上则比西方先进太多。很早以前，聪明的中国人就改用了胸带挽具——用绳子套着胸部和锁骨，把负重交由胸部承担。如此一来，马在牵引车辆的时候不仅不会被勒死，而且也能发出更大的力量。

但这种挽马的方法又给车辆带来了一些问题，比如，车的结构要求更复杂了——需要再增加一根长而弯曲的辀（安在大車上的工具）。但更重要的是，它把车的重心增高了，使得车在快速转弯时容易发生翻车事故。所以，胸带挽具还需改进。

由于马最有力的位置在肩胛，于是后来，更加科学的肩套便出现了——马的受力点挪到两肩肩胛部位。对马来说，这种设计使其发力更容易，也增加了发力效率。对车来说，类似辕、辀等多余部件也可以省去，而且大大降低了车的重心，提高了车的平稳性。

在《清明上河图》中，我们不难发现，这四头驴都采用了肩套式挽具。后来，这种发明也逐渐传到欧洲，但那也是一两百年后的事了。

你看，仅仅一幅《清明上河图》中就暗藏了这么多领先于时代的“高科技”。可见，宋朝不仅是绘画的黄金时代，其科技水平在当时也毫不逊色。

（选自《大科技·百科新说》2015年第12期，荐稿人：李中一）