宋朝軍事裝備的機械設計思想

佘楊靳 吳翔 李緒航 顧洛溦

【摘 要】歷史的發(fā)展表明：任何一個時代，其最新的科技往往首先應用于軍事裝備制造領域，軍事技術的進步在科技上呈現(xiàn)領導性的意義。一個時代的軍事技術水平往往反映了該時代的科技發(fā)展水平。軍事裝備技術的研究對于探究中國古代科學技術史，發(fā)掘先民的造物智慧來說至關重要。同時，宋朝是我國古代科技發(fā)展的一個高峰，通過宋代的軍事裝備探究其背后的設計思想，發(fā)掘宋代先民的造物智慧，給與現(xiàn)代科技發(fā)展以啟發(fā)。

【關鍵詞】宋朝；軍事技術；機械設計思想；先民造物智慧

【中圖分類號】TH122 【文獻標識碼】A 【文章編號】1007—4198（2023）01

一、受社會背景和古代學術思想的影響

（一）受社會背景的影響

挽弓射箭、不但是宋元時期每個官兵必備的武藝，而且也是宋太祖趙匡胤、抗金名將岳飛和韓世忠超越一般官兵的本領。所以南宋殿前司官屬華岳說：“軍器三十有六，而弓為稱首：武藝一十有八，而弓為第一。”弓箭在宋朝軍事中一度被列為最重要的兵器，究其原因在于當時的社會背景。

宋朝，北方幽云十六州反復易主，西北在吐蕃的不斷侵蝕下，優(yōu)質的牧場早已不復存在。沒有了充足的戰(zhàn)馬，普通的步兵方陣在少數(shù)民族戰(zhàn)馬的沖擊下自然不堪一擊。于是宋朝被迫把購置戰(zhàn)馬的錢，全部投入了高效率弓弩箭的研發(fā)與制作中。在《武經總要》中記述了十八種箭，四種弓，六種弩，七種床弩，足以見得宋朝弓弩手裝備的豪華，宋朝弩箭的射程也超過了唐朝，宋朝弓箭手的平均射程是80步（約96米），弩手的平均射程達到了200步（約240米）。更有三弓床弩（又稱“八牛弩”）射程有七百步之遠（約840米）。

澶淵之戰(zhàn)，宋軍在城頭安設床子弩。遼軍攻城，守弩兵士驚，匆忙中擊牙發(fā)弩，箭矢雷動而出，不意正中遼軍陣內的主將蕭撻凜，登時斃命。

由此可見宋朝弓弩的快速發(fā)展與當時宋朝的社會背景有著千絲萬縷的聯(lián)系。

（二）受古代學術思想的影響

縱觀我國古代哲學發(fā)展的脈絡，大致可劃分為先秦子學，兩漢經學，魏晉玄學，隋唐佛學和宋明理學等幾個主要時期。這些學術思想都是社會發(fā)展到一定階段的結果。宋代理學之形成亦無外乎，亦不過是順應了封建國家中央集權統(tǒng)治的新要求。

宋代理學中包含很多對儒學的理解，但它們有很多共同點：首先，確立了以“理”為宇宙萬物本質的本體論哲學觀，突出強調“理”為萬事萬物的最高存在；其次倡導“性即理”、“格物致知”，以建立“性與天道合一”的理學思想體系。雖然宋代理學中的“理”被歸結為某種神秘力量的客觀唯心主義，但是它又重視精致的先驗論認識論，以“格物致知”為基本命題概念，講究“窮理”，認為“理在先，氣在后，雖未有物而已有物之理”。[1]

宋代理學主張萬事萬物之存在與運動皆遵天理，天理有萬物之有。而且人們應該學習事物原理來獲取知識，并窮究事務之理，有一種不斷探究的精神。在這一思想背景下，宋朝是中國代科學技術發(fā)展的頂峰，中國古代著名的“四大發(fā)明”，三大發(fā)明都是宋朝首先產生或使用的，并產生了以《武經總要》和《翠微北征錄》為代表的軍事技術類著作，有關軍事器械技術類著作部分圖例清晰，注釋講解科學，合理。足見它和宋代理學的思想相通（如圖1、圖2）。

甚至在21世紀的今天，某大學的校訓就是“窮究于理，成就于工?！弊阋钥梢姰敃r宋代理學不乏先進可取之處。

二、效仿自然、借用自然

仿生設計學是近代以仿生學，設計學為基礎的新興邊緣學科，在設計學中占有重要地位。它是把自然界萬事萬物中的形態(tài)，色彩，聲音，功能，結構等要素作為研究目標，并將這些特征原理選擇性地運用于設計過程之中所做的設計工作，從而為設計工作提供了新思路，新原則，新方法，新途徑。

（一）仿功能

《武經總要》第十卷中提到了“巢車”，謂之：“竿之高下，以城為準。使人藏屋中，下窺城中事。遠望如鳥巢，故謂之巢車也?！比藗儼褢?zhàn)爭中居于高處用來觀測敵情的偵查工具稱為巢車，源于鳥是自然界中飛的最高的動物，鳥巢也常常建在高處。“巢車”的構造如鳥巢之高，站得高忘得遠，就是仿功能。[2]

（二）仿形意

第十三卷中的“騎兵旁牌”在迎敵面畫出虎形，取“山大王”威懾之意。“虎車”“豸車”這一類沖擊戰(zhàn)車的正面也作出虎豸這類猛獸的外形，在沖擊的過程中配上士兵吶喊和鼓聲從視覺聽覺上沖擊敵人的心理防線，這就是仿形意。

（三）仿構造

《武經總要》中的“竹飛梯”“尖頭木驢”“勾撞車”“拒馬槍”等等都采用了穩(wěn)定的“山形”，模仿了山上尖下寬的結構來增加機械的穩(wěn)定性，這便是仿山的構造。

（四）借用自然

第十卷中提到了“火車”，“右火車，以兩輪車，中為爐，上施鍋，滿盛以油，燒炭火，鍋令沸，仍四面積薪，推至城門樓下，縱火而去。敵必下水洪之，油得水，其焰益高，則樓可燃也。”宋人制作“火車”借用火來破敵，與借用風力的帆、借用水力的驅動水輪有異曲同工之妙。[2]

三、標準化和系列化

（一）標準化

宋朝在汴京建立了大規(guī)模的兵器生產作坊，即南、北作坊，又建立了弓弩院，專門生產各類刀槍甲具和遠射兵器。兩作坊的工匠多大七八千人，宋太祖更是每隔十天查核一次各種兵器的質量。如此龐大的規(guī)模和上級領導的審查下，必須要有一個統(tǒng)一的要求和標準。

《武經總要》中對器具的描述大多帶有詳細的單位，比如對“單梢炮”的描述：單梢炮，用前后腳柱四（前長一丈八尺，上出山口六寸，裹以鐵葉……由此可見宋人已經對器具的設計和制造具備了標準化的思想。

（二）系列化

系列化設計是指對同一類產品的結構形式和主要參數(shù)規(guī)格進行規(guī)劃以適應不同需求的一種形式。系列化設計的思想往往伴隨著復雜的設計流程，它不僅僅要考慮器械本身的各種因素，還要考慮器械在戰(zhàn)爭使用中的實際情況，在得到將領的需求反饋和士兵的使用反饋后進行系列化設計。

《武經總要》中最典型的就是“炮”的設計，在《武經總要》中的“炮”指的是投石工具。

除“炮”之外，弓弩也根據(jù)功能需要進行了系列化的設計。

除了上表所列的“炮”“弩”之外“弓”“箭”“梯”等等也進行了系列化的設計以應對不同的場合和功能需求。由此可見宋代的機械設計已經完全具備了系列化的設計思想。

四、構造求簡，制作求易，操作求便

（一）構造求簡，制作求易

《武經總要》卷十開頭有一句話：“用兵之法，全國為上，破國次之；全卒為上，破卒次之。此謂用謀以降敵，必不得已，始修車櫓，具器械，三月而后成；踴土距堙，又三月而后已。”宋人攻敵先用謀略，謀略不成再用三個月造車櫓器械，再三個月造土山。通常攻城器械體積龐大，不易隨軍攜帶，攻城時所用的器械常常是現(xiàn)造現(xiàn)用，所以也就導致了工程器械的構造不能過于復雜，制作過程不能過于繁瑣，制作材料不能過于稀少。這也就造成了武經總要中的器械大多采用簡單的機械原理構造來達到最重要的功能，制作材料也大多采用能在野外常見的木質材料，只有在需要其他功能時才附加其他材料，比如在緒棚頂面和側面蒙上鐵皮，涂上濕泥土以起到防火作用。

（二）操作求便

從《武經總要》來看宋人對武器操作的要求，操作“炮”通常要求數(shù)十人至數(shù)百人“拽”，1—2人定放，操作“弩”通常要求數(shù)人至數(shù)十人“張”，人在武器操作中主要起到提供動力的作用，而有操作性含量的工作常常只有個別士兵，所以器械的操作要求也較簡單。

五、形制

形制的設計思想最早的應用是用來區(qū)分封建階級的，帝王公卿的服裝、住處、馬車等等通過形制的差異來體現(xiàn)階級的差異。而《武經總要》中形制的設計思想主要體現(xiàn)在盔甲上。

（一）將軍甲胄

從整體上看，兩宋時期的將軍甲胄繼承了五代時期的傳統(tǒng)，在唐代曾經風行一時的明光鎧以及護項都沒有被再次起用，以絹甲形制改革的兩件式套裝成為了新的主流。這種所謂的套裝，主要由以下幾個部分組成：保護頭頸部的兜鏊，保護肩部的披膊，甲胄的主體，護臂，抱肚以及脛甲或者長靴，這和五代時期的甲胄構成沒有太大的差別。這在《武經總要》中有如下描寫：“右有鐵、皮、紙三等，其制有甲身，上綴披膊，下屬吊腿，首則兜鍪頓項?！?/p>

其中兜鏊主要是用來保護將領的頭部的，而在五代時期，由于護項逐漸被棄用，因此在兜鏊的下部被加裝了用來保護脖子的頓項，宋代的兜鏊也沿用了這種做法。而起主要防護作用的兜體，除了在外部紋飾上略有不同之外，其形狀和功能都是比較相似的，為了讓其固定，在其下方一般還有專門的織物系帶。

（二）士兵甲胄

前面提到了兩宋時期將領的甲胄構成，從中我們可以看出其在身體保護方面還是十分全面的。但是對于普通士兵來說，這樣的防護裝備未免太過昂貴，因此其甲胄構成和將領之間有著較大的區(qū)別。

首先在頭部防護上，普通士兵并沒有兜鏊這樣的護具，他們一般都會在頭上戴著笠子。笠子主要有纓飾，笠體以及系帶構成。這種笠子對于箭矢的防護能力十分有限，只能起到基礎的保溫以及區(qū)分敵我的作用。

而在鎧甲主體上，士兵和將領之間的差距也十分明顯。在北宋時期，士兵的鎧甲一般為鐵甲，其甲片的用料以及鍛造方式和前面提到的烏錘甲有明顯區(qū)別，其防護能力也相對較差。而且其在兩片胸甲的連接處也缺乏其他覆蓋，這讓士兵的胸口存在防護盲區(qū)。

六、從實踐中迭代設計

中國古代的機械設計者多數(shù)是匠人，他們常常擔任從設計經制造、裝配、安裝的工作。這些實踐使他們腦海中儲存很多機械設計信息，有助于為滿足不同的新的設計要求而改進已有的機械，其中許多通過創(chuàng)新設計成為新的機械。

宋朝的登城梯已經從最初的版本發(fā)展出眾多新型號，列如：“躡頭飛梯”在梯子上層加一段獨竿竹，中間加上轉軸，在攻城時更容易將云梯立起來，原文曰“竿首貫雙輪，取其附城易起”。除此之外還有“云梯”，將登城梯置于車上，驅車至城下則可以直接登城，由于梯子是固定在車上，守軍無法輕易地將梯子推到。登城梯的發(fā)展都是為了滿足新的需求，適應具有挑戰(zhàn)性的使用環(huán)境。

七、結語

宋代先民的造物智慧中值得我們學習和思考的地方不止于此，還有很多內容值得深思學習。在當代追求人與自然和諧發(fā)展的前提下，不斷思考和探索，真正優(yōu)秀的設計是要經過時間的考驗，而不是僅僅著眼于當下利益。同樣，優(yōu)秀的設計作品是能夠跨越時間、空間與人產生共鳴。所以在我們進行設計工作時，要謹記實踐求真、以人為本、與自然和諧相處，從而提高我們的設計作品質量。

參考文獻：

[1]無用道人的雜貨鋪.中國古代儒學最后的輝煌——宋代理學[EB/OL].[2020—02—06].https：//baijiahao.baidu.com/s？i d=1657608837251220811&wfr=spider&for=pc.

[2]（宋）曾公亮，等，撰.武經總要前集（上）[M].鄭誠，整理.長沙：湖南科學技術出版社，2017.

作者簡介：佘楊靳（1997—），男，漢族，安徽合肥人，南京工業(yè)大學，研究方向為設計學；吳翔（1996—），漢族，安徽合肥人，南京工業(yè)大學，研究方向為設計學；李緒航（1997—），男，漢族，安徽宿州人，南京工業(yè)大學，研究方向為設計學；顧洛溦（1997—），男，漢族，江蘇南通人，南京工業(yè)大學，研究方向為設計學。