宋代测水平技术——“水平法”与“旱平法”辨析*

周　龙，仪德刚

(内蒙古师范大学 科学技术史研究院，内蒙古 呼和浩特　010022)



宋代测水平技术
——“水平法”与“旱平法”辨析*

周龙，仪德刚

(内蒙古师范大学 科学技术史研究院，内蒙古 呼和浩特010022)

《武经总要》和《营造法式》是目前所知最早以图示法解释水准仪的文献，但1985年出版的《中国古代建筑技术史》认为《武经总要》所附的水平图存在错误后，后续学者在研究宋代的水准仪时多引其观点，并认为宋代的水准仪主要传承自唐代.笔者在前人研究的基础上，结合原始文献资料，重新探讨《武经总要》所附的水平图；并进一步对《营造法式》中被前人忽略的水准旱平测量方法进行分析，客观评价了宋代水准仪较唐代的创新性.

水平图；《武经总要》；《营造法式》；旱平法

0　引言

现代的水准仪是一种量测观测点高程差的测量仪器，主要用于工程现场的水平测量.中国古代早期的水准测量器工具的记载多较为简便，直到唐代，水准仪才初具雏形，称其为“水平”[1]，并对“水平”这种测量水准的仪器及其使用方法在文献中进行了具体描述.关于宋代水准仪的研究，前人多认为其传承自唐代，在测量使用方法上，唐宋区别不大，并且宋代书籍《武经总要》*前人主要引用的是清文渊阁四库全书版的《武经总要》.所附的《水平图》存在制图错误[2-4].关于这个问题值得进一步推敲，仅凭一个版本的资料配图就认为宋代文献在水准仪的制图上存在错误，是不够严谨的.另外，前人研究忽略了宋代建筑定平过程中水准仪的部分具体操作细节，致使其认为宋代水准仪的使用方法同唐代没有区别.笔者尝试以现存所见《武经总要》的三个不同版本，结合《神机制敌太白阴经》和《营造法式》对宋代军事水准仪的制图做详细考察；探讨《营造法式》记载的两池“水平”和“旱平”测量方法，论证宋代的水准仪的创新性.

1　《武经总要》三个版本所附《水平图》对比

现存的《武经总要》主要有三个版本，分别是清文渊阁四库全书本、明金陵书林唐福春刻本和明正德据南宋绍定本重刻本.笔者比对了三个版本记载的水平内容，发现文字并无区别，但是所附的水平图存在差异，图1～3为三个版本的水平图.

图1　清文渊阁四库全书版的《武经总要》水平图

图2　明金陵书林唐富春刻本的《武经总要》水平图

图3　明正德据南宋绍定本重刻本的《武经总要》水平图

目前学界对《武经总要》水平图的批判主要是清文渊阁四库全书版的配图*中国科学院自然科学史研究所编的《中国古代建筑技术史》，冯立昇的“中国古代的水准测量技术”，乔迅翔的“试论《营造法式》中的定向、定平技术”，朱诗鳌的“漫话古代水准测量”以及宋鸿德和张儒杰等编著的《中国古代测绘史话》都指出四库全书版《武经总要》的水平图存在错误.，认为文字和图并不相配.

水平者木槽长二尺四寸，两头中间凿为三池.池横阔一寸八分，纵阔一寸三分，深一寸二分.池间相去一尺五寸，间有通水渠，阔二分，深一寸三分.池各置浮木，木阔狭微小于池，箱厚三分.上建立齿，高八分，阔一寸七分，厚一分.槽下转为关脚，高下与眼等.以水注之，三池浮木齐起，眇目视之，三齿齐平，则为天下准，或十步，或一里，乃至数十里，目力所及，置照板、度竿，亦以白绳计其尺寸，则高下丈尺分寸可知，谓之水平.[5]

上述文字描述了水平的部件和尺寸，结合《武经总要》三个版本的水平图分析，确实存在图不对文的部分，例如四库全书版将浮木的朝向画错了，明代的两个版本并没有体现出浮木的立齿，那么《武经总要》中的配图是否全部都是错误的，关于这个问题，要从文字记载上探究.

《武经总要》开篇的《仁宗皇帝御制序》里提到了书籍的修纂原则“虑泛览之难究，欲宏纲之毕举”，即书籍编撰之初就立志将其编成一部百科全书性质的军事教科书，所以书中内容存有抄录其他书籍的情况.实际上《武经总要》水平的描述抄录于唐代李筌的《神机制敌太白阴经》.

水平槽长二尺四寸(水平者木槽长二尺四寸)，两头中间凿为三池.池横阔一寸八分，纵阔一寸(一寸三分)，深一寸三分(一寸二分).池间相去一尺四寸(一尺五寸)，中间有通水渠，阔三分(二分)，深一寸三分.池各置浮木，木阔狭微小于池，空(厚)三分.上建立齿，高八分，阔一寸七分，厚一分.槽下为转关脚，高下与眼等.以水注之，三池浮木齐起，眇目视之，三齿齐平，以为天下准，或十步，或一里，乃至十数里，目力所及，随置照板、度竿，亦以白绳计其尺寸，则高下丈尺分寸可知也.[6]

上述引文括号内是笔者加注的《武经总要》的描述，通过比对发现，《武经总要》记载的水平同《神机制敌太白阴经》的水平基本一致，从这点可看出《武经总要》中的水平内容的确是抄录的《神机制敌太白阴经》，尺寸相差的地方应是源于抄录过程中的失误导致，并非唐宋度量衡的区别，如果是因为度量衡标准的改变而作的修改，那么《武经总要》里水平的所有尺寸应当全部按相同的比例变动，但在比对中，发现只有个别的尺寸存在不同.汪小虎的《古代军中计时法再议》一文也提到过“《武经总要》有些内容抄录《太白阴经》，其数据差异，乃是缘于传抄讹误”[7].所以《武经总要》实际记载的是唐代的水平，然而唐代的兵书并没有水平的配图，即《武经总要》抄录了文字部分，制图却是编者自绘，这样出现图不对文的情况也就能够理解了，那么《武经总要》中的图是否具备研究性，反映的是宋代的水准仪，还是编者根据唐代的文字内容揣摩所画.这个问题可结合宋代李诫编的《营造法式》来探讨，该书也附有《水平图》，可供参照.

《营造法式》是一部明定建筑设计标准、使用材料和施工定额等作用的建筑规范书籍[8]，由北宋将作监少监李诫主持编纂而成.书中总卷部分引用了《周官·考工记》、《庄子》和《管子》中的史料来解释定平的理论依据，继而在壕寨制度部分详细分析了定平的具体操作方法，其中有水平的详细描述和配图(图4)*各版本《营造法式》中水平的记录不存在区别..

定平之制：既正四方，据其位置，于四角各立一表，当心安水平.其水平长二尺四寸，广二寸五分，高二寸；下施立桩，长四尺；安纂在内.上面横坐水平，两头各开池，方一寸七分，深一寸三分.或中心更开池者，方深同.身内开槽子，广深各五分，令水通过.于两头池子内，各用水浮子一枚.用三池者，水浮子或亦用三枚.方一寸五分，高一寸二分；刻上头令侧薄，其厚一分，浮于池内.望两头水浮子之首，遥对立表处，于表身内画记，即知地之高下.若槽内如有不可用水处，即于桩子当心施墨线一道，上垂绳坠下，令绳对墨线心，则上槽自平，与用水同.其槽底与墨线两边，用曲尺较令方正.[9]

图4　《营造法式》水平图[12]

从上述水平的文字描述中，可看出《营造法式》水平中间的垂线位置、墨线以及水浮子都与图上所绘一致，配图(图4)确切反映了当时建筑使用的水平样式.虽然《营造法式》是一部建筑书籍，但将其同《武经总要》中的文字比对，发现两本书中记载的水准测量原理是相同的，且两书成书年代仅相差六十年左右，所以结合《营造法式》中的水平图来分析《武经总要》中的水平图是可取的，将其与《武经总要》三个版本的水平图比对，明代金陵书林唐富春刻本和明代正德据南宋绍定本重刻本的水平图同《营造法式》中的水平图最为接近，图上水平中央的垂绳和浮木与《营造法式》中所绘基本一致，另外从明版水平图中持照板的人物服饰来看，其幞头的花纹图案与晋祠宋代塑像中的花纹大体相同，而唐人的幞头前端一般不绘图案且幞头上端多向前倾[10]，所以明版《武经总要》中的水平图应是按照宋代的水准测量仪器所绘，并不是编者根据唐代的文字记录揣摩所绘.

前人对《武经总要》水平图的批判是不合理的，以唐文和宋图比对，本身就是错误，况且《武经总要》的编者中并不都是专业性很强的军事人才[11]，在校对书中所附大量的图片时，可能无法注意到图片和文字不同的小细节，但水平图必然是有样本参考，不可能是揣摩文字所绘，因为仔细阅读文字部分，可以发现虽然描述得很详细，但是关于水平的很多细节(比如垂绳)并没有涉及，仅凭文字绘出这样复杂的工具，基本不可能实现，所以前人对《武经总要》中水平图的纠正是不具备说服力的，并且在纠错前也没有探究清楚《武经总要》各版本的水平图，一开始引用的就是一个错误的版本，自然造成研究困难.希望后续学者在探讨《武经总要》中的水平问题时，不再引用四库全书版，以明版的水平图为准.

2　《营造法式》中的“旱平法”分析

《营造法式》中的定平小节，描述了宋代建筑施工过程中的水准测量技术，前人在对这部分内容研究时，忽视了旱平测量的细节，继而认为宋代的水准测量技术同唐代区别不大.

唐代的水准测量离不开水，《神机制敌太白阴经》云“以水注之，三池浮木齐起，眇目视之，三齿齐平，以为天下准”，说明水准仪主要通过静止的水面和浮木相配合建立水平视线.这种方法到了宋代仍然使用，《武经总要》和《营造法式》中都有此类方法的描述.但是在《营造法式》中，还记载有一种旱平测量的方法.

若槽内如有不可用水处，即于桩子当心施墨线一道，上垂绳坠下，令绳对墨线心，则上槽自平，与用水同.其槽底与墨线两边，用曲尺较令方正.[9]

上述文字描述了宋代建筑施工在不能用水的情况下采取的水准测量方法，运用的是铅垂线与水平面垂直的原理，于水准仪支座中央施放一条墨线，另在水准仪中间位置挂垂绳，当垂绳与墨线相对平行时，即说明水准仪处于水平状态，为了增加精确度，凹槽底部和墨线相连的两边还需用曲尺校正，看是否保持直角，以防水平局部发生形变，造成测量误差.这种旱平的测量方法可说是宋代水准测量技术的一大突破，《营造法式》定平节记载的真尺也是运用的这一原理.

凡定柱础取平，须更用真尺较之.其真尺长一丈八尺，广四寸，厚二寸五分；当心上立表，高四尺，广厚同上.于立表当心，自上至下施墨线一道，垂绳坠下，令绳对墨线心，则其下地面自平.其真尺身上平处，与立表上墨线两边，亦用曲尺校(较)令方正.[9]

图5　《营造法式》真尺图[9]

真尺是检验基础表面是否水平的工具，通过垂绳和墨线配合判断地平，这与水平旱平测量的原理相同，当垂绳和墨线平行时，说明真尺下部贴着的地面水平.可见宋代能熟练运用铅垂线找水平面，不再局限于通过水来建立水平面.

古人很早就认识到铅垂线与水平面垂直，《周髀算经》载“平矩以正绳”[12]便是用矩和铅垂绳的配合使矩水平，但在现有的文献资料中，《营造法式》是最早记录运用铅垂线和水平面关系进行水准测量的古籍，清代的《河工器具图说》还根据铅垂线水平面垂直的原理设计出一种旱平仪[13].因此，宋代的水准测量技术并不是像前人所说的同唐代区别不大，而是具有创新性，并且对水准仪进行了部分改进.

宋代出现了只有两个水池的水平，并在仪器上添加了垂绳和墨线，《营造法式》载“上面横坐水平，两头各开池，方一寸七分，深一寸三分……于桩子当心施墨线一道，上垂绳坠下，令绳对墨线心”[9]，而唐代使用的是三池水平，没有两池水平、垂绳和墨线的文献记录.两池与三池的区别，在于浮木的个数，当往水平的凹槽内注水时，三个浮木浮起能自检浮木的上表面是否位于一个水平面，如果是两个浮木，则无法察觉，因为两点能确定一条直线，却无法保证这条直线水平，当浮木因为含水量不同造成质量差别或者重心偏移时，两个浮木浮起所确定的直线会出现小的水平偏差，在肉眼不易察觉这种偏差的情况下进行测量，就会随着距离的增加，逐渐放大误差，最后影响测量的结果，所以唐代的水平没有采用两池的结构.两池水平适合不注水的旱平水准测量方法，因为旱平法采用的是铅垂线与水平面垂直的原理，只要垂绳和墨线对齐平行，就能达到水平状态，浮木放置于水平的凹槽内，其上表面自然处于一个水平面，这样只需两个浮木就可以测量，但宋代并不全是两池水平，《营造法式》小字记载 “用三池者，水浮子或亦用三枚”，说明三池的水平仍然在使用.旱平法较水平法的便捷性主要体现在水浮子的运用上.

水浮子在水平法中的运用主要是借助浮力，古人很早就认识浮力现象，并一直尝试运用.《春秋正传》曰：“造舟于河”[14]，就是利用舟船浮于水面的现象解决一些横向较宽河流的交通运输问题.《考工记·轮人》载：“揉辐必齐，平沈必均”，“水之，以视其平沈之均也”[15]记录了匠人在工艺技术中利用物体浮于水面的现象检验部件的结构密度是否均匀.《三国志》云：“置象大船之上，而刻其水痕所至，称物以载之，则校可知矣”[16]则讲述了借用浮力称重.水准测量的水平法依靠水浮子浮起建立水平面，原理是相同形状的等质量物体浮于水面时，若其重心一致，则上表面处于同一水平面，因此水浮子需要满足形状、质量以及重心等内在条件，才能在浮起时确保其上表面位于同一水平面.当使用时间较长时，各水浮子可能因为浮木的含水率不同而出现质量差别，所以水浮子还需要携带多枚已作备用，另在使用过程中需考虑风力等外在因素对水浮子的干扰问题，因此水浮子在水平法测量中限制较多，测量前的准备时间较长.旱平法对水浮子的要求则不高，因仪器通过垂绳和墨线的配合已经水平，所以只需水浮子的形状尺寸一致，放入做工水平的凹槽内，水浮子上表面则自然水平，且水浮子不会受到含水量和风力因素的干扰.从这一点看，宋代旱平法比唐代水平法在操作过程中更简便.

3　结语

在研究中国古代技术史的发展问题时，常会遇到资料版本问题的困扰，特别是图示说明的文献资料，往往因版本不同，所附的图形也存在差异，关晓武就针对《天工开物》所附《琢玉图》进行过考究[17]，因此广大技术史研究人员首先要尽可能地多收集所研究对象的相关文献资料，在掌握一定的专业知识后，逐一核实文献资料的真实性，选取最能反映当时技术的文献资料展开研究工作.

前人在对《武经总要》的水平图研究时，多数参考的是清四库全书版，由于此版本的水平图存在绘制错误的问题，使得前人在研究过程中产生了困扰，认为图不对文，并对水平图进行了改正.实际上，问题主要在于文献的选取和解读，《武经总要》水平的描述抄录于《神机制敌太白阴经》，而后者并没有水平的附图，因此《武经总要》的水平图只可能是依据宋代的水准仪样本所绘，研究的重点应该是确认附图是否真实反映了当时的水准测量仪器，而不应该是附图的改正，因为改正后的水平图也无法被证实.结合宋代另一本记录水平的文献《营造法式》，可以确认明版的《武经总要》附图接近宋代的水准仪描述，而清四库全书版的水平图目前没有与之对应的文献记载，因此《武经总要》水平图应以明版为准.

对于技术史的研究，需要一定的专业知识来辅助.缺乏对应的技术理论，在对史料的解读过程中，会出现技术难以理解，新技术点被忽略或者技术解读错误的可能.前人在研究《营造法式》当中的水准测量方法时，因为对这种专业性的知识不够精通，从而忽略了旱平法对于水准测量的意义，没有注意到宋代水准仪结构的局部变化是为了旱平法而修改，进而错误地认为宋代的水准仪传承自唐代，同唐代区别不大.实际上宋代的水准仪同唐代相比，有细节上的改进，在水准测量的使用方法上新创了不注水的旱平法进行水准测量，较水平法更便捷，但因为学者缺乏专业的知识体系，理解不了这些技术的进步之处，从而忽略了这些技术发展的闪光点.

工具的发展，反应技术的演变过程，对工具的研究，能加深对技术的理解，促进认知当时运用工具从事生产行业的发展状况，希望本论文能对相关研究起到一点抛砖引玉的作用.

[1]中国科学院自然科学史研究所.中国古代建筑技术史[M].北京:科学出版社，2000:515.

[2]李祯.中国传统建筑木作工具[M].上海:同济大学出版社，2004.

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[4]朱诗鳌.漫话古代水准测量[J].武汉水利电力学院学报，1978(Z1).

[5](宋)曾公亮.武经总要:卷十一[M].清文渊阁四库全书版.

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[7]汪小虎.古代军中计时法再议[J].中国科技史杂志，2013(1).

[8]柳和城.《营造法式》版本及其流部述略[J].图书馆杂志，2005(6).

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[11]姜勇.《武经总要》纂修考[J].图书情报工作，2006(11)：131-135.

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[14](明)湛若水.春秋正传:卷二十九[M].清文渊阁四库全书版.

[15](清)戴震.考工记图:卷上[M].清乾隆纪氏阅徽草堂刻本.

[16](西晋)陈寿.三国志:卷二十魏书二十[M].百衲本景宋绍熙刊本.

[17]关晓武.《天工开物》所附《琢玉图》考[J].中国科技史杂志，2014(4)：459-470.

[责任编辑黄祖宾]

[责任校对苏琴]

Level Surveying of Song—The Discrimination Between"Water"and"No Water"

ZHOU Long, YI De-gang

(InstitutefortheHistoryofScienceandTechnology,InnerMongoliaNormalUniversity,Hohhot010022,China)

"General Military" and "To create a French" is the earliest known graphical methods to explain the water level of literature, but in 1985 published "History of Ancient Chinese technology architecture" that "General Military" accompanying diagram level presence after the error, subsequent scholars in the study of the Song multi Level cited their views, and that the water level is mainly inherited from the Song of the Tang Dynasty. In this paper, based on previous studies, combined with the original documents, re-examine the "General Military" accompanying diagram level; and further "To create a French" standard measuring method is dry flat predecessors neglected to analyze objectively evaluation of the Tang Dynasty Song Level relatively innovative.

horizontal diagram; "General Military"; "To create a French"; leveling without water

2015-12-02.基金项目：国家自然科学基金项目(11262016).

周龙(1989-)，男，内蒙古师范大学科学技术史研究院硕士研究生，研究方向：技术史；仪德刚(1971-)，男，内蒙古师范大学科学技术史研究院教授，博士生导师，研究方向：物理学史、技术史和科技战略.

N09: TH761

A

1673-8462(2016)02-0025-05