我国单曲柄辘轳普遍应用的年代考

史晓雷  张柏春

［摘要］

    辘轳是一种利用轮轴原理进行汲水的简单机械，其主要构件有支架、轴、辊轮、曲柄及绳索。有的学者认为我国汉代已经出现单曲柄辘轳的说法是靠不住的。从现有的考古与文物资料看，在北宋中晚期的绘画与墓葬壁画中均发现了单曲柄辘轳，据此判断我国单曲柄辘轳至晚在北宋中晚期已经普遍应用。

［关键词］单曲柄辘轳；普遍应用；滑车；壁画

［作者简介］史晓雷（1979—），男，中科院自然科学史研究所2007级博士生，方向：技术史；张柏春（1960—），男，中科院自然科学史研究所研究员，研究方向：技术史。（北京 100010）

我国古代“辘轳”起初主要指滑车，有时也指绞车，后来才指曲柄辘轳。早期“辘轳”的写法有鹿卢、椟栌、犊轳等^［1］。东汉郑玄注《礼记·檀弓下》“公室视丰碑”句：“丰碑，斫大木为之，形如石碑，于椁前后四角树之，穿中于间为鹿卢，下棺以繂绕。天子六繂四碑，前后各重鹿卢也。”^［2］这里的“鹿卢”显然是指滑车（定滑轮）。唐代杜佑在《通典》中对春秋时期的“巢车”做解释时说，“以八轮车，上树高竿，竿上安辘轳，以绳挽板屋止竿首，以窥城中”。^［3］这里的“辘轳”明显也指滑车。古代兵书《六韬·军用》“渡沟堑”篇云，“飞桥一间，广一丈五尺，长二丈以上，着转关辘轳八具，以环利通索张之。”^［4］这里的“辘轳”只能理解为绞车。到了元代，王祯《农书》已经明确区分了“辘轳”与“滑车”[①]，“辘轳”已专指曲柄辘轳。

本文所论的“辘轳”系利用轮轴原理进行汲水的简单机械。其主要构件有支架、轴、辊轮、曲柄及绳索。王祯《农书》“农器图谱·灌溉门”“辘轳”目云[②]：

“辘轳，缠绠械也。《唐韵》云：圆转木也。《集韵》作椟轳，汲水木也。井上立架置轴，贯以长毂，其顶嵌以曲木；人乃用手掉转，缠绠于毂，引取汲器。或用双绠而逆顺交转所悬之器，虚者下，盈者上，更相上下，次第不辍，见功甚速。凡汲于井上，取其仰俯则桔槔，取其圆转则辘轳，皆挈水械也。然桔槔绠短而汲浅，独辘轳深浅俱适宜也。”^［5］

图1 王祯《农书》所绘辘轳图

这里王祯谈到两种辘轳，一种是单曲柄辘轳，一种是双辘轳。插图所绘是一架单曲柄辘轳，这至少说明了我国在14世纪初已经有单曲柄辘轳。那么在我国古代这种单曲柄辘轳究竟出现于何时，或者说目前能够判定其最早出现于何时？结合出土的考古资料与古代的绘画作品，做一番考查是必要的。

首先应当把曲柄辘轳与滑车区分开来。汉代的画像石、画像砖、墓葬壁画或者出土陶井上发现了很多滑车。尽管从物理意义上讲，滑车与辘轳均可以归结为杠杆，但是其区别也很明显。滑车的本质是一个定滑轮，在汲水的过程中它并不省力，只是改变了力的作用方向。而曲柄辘轳，手柄回转半径大于辊轮的半径，当利用曲柄把动力作用于辊轮上时，本质上是一个省力的装置。刘仙洲指出，汲水工具由桔槔向前发展的两步是：第一步发展是应用滑车，把向上用力改变为向下用力；第二步的发展是由滑车改为辘轳，因为滑车只能变换用力的方向，便于用力，而辘轳则有省力的功用。^［6］图2是辽宁辽阳三道壕发掘的西汉墓葬壁画中的“汲水图”，^［7］井架上显然是一个腰鼓形的滑车。目前，还未发现汉代有单曲柄辘轳图像的考古证据，科技史界至少有两位前辈认为汉代之前或汉代已经出现辘轳，这种说法是靠不住的。

一位是张春辉先生。他在其《中国古代农业机械发明史（补编）》中说，“将滑车形式略作改变，就成辘轳。最早所见为出土西周实物”。^［8］这里张先生已经区分了滑车与辘轳，但他所言的西周实物，是指1988年江西瑞昌铜岭古铜矿遗址发掘出的滑车。专家已经指出，“铜岭遗址出土的一些滑车都没有装柄，所以都是滑车，即现代所称的滑轮”。^［9］可见，张先生认为西周已经出现辘轳的说法无法成立。

另一位是戴念祖先生。他认为辘轳首见于汉代画像石。“它（辘轳）虽然大约在春秋战国之际问世，但有关其形制的绘画最早见于汉画像石。在井架上安装一根两头大、中间细的圆木（也就是滑轮），在圆木端侧插入一根弯曲的铁条，这就是曲轴，俗称拐把；悬吊水桶的绳索的另一端在绕过辘轳后被系紧在辘轳上。画面①（图3）表现了一人正在摇动曲轴汲水。”^［10］笔者认为戴先生就此画像石图像存在误解，这幅图中汲水器具不是曲柄辘轳，而是滑车。该汲水图属于1978年山东嘉祥县宋山村发掘的九块画像石中第五块石的一部分，考古发掘简报的解释是“井上不设桔槔，而装一辘轳”。^［11］因为现代考古界对“辘轳”与“滑车”仍常混用，发掘简报对该器具是滑车还是曲柄辘轳的判断是模糊的。从汲水器具的形制上判断，井架横梁上的腰鼓形滑车与汉代出土的其他滑车一致；更重要的是，如果按戴先生所言，右边站立人所持的是一根铁条（曲柄）的话，那么这种曲柄机构最多完成近似一个圆周，因为滑车右方的支架会阻碍“曲柄”继续旋转。如果要形成连续旋转的话，就必须再把铁条拆下来绕过右支架而后插入滑车孔继续旋转，而后循环往复。这样，岂不太繁琐了！可见，右方站立人手持的不会是曲柄，而应该是汲水的绳索。只是绳子画得有些僵硬，才导致了误读。

图2 三道壕墓葬壁画中的汲水图           图3  嘉祥县宋村画像石上的汲水图

实际情况是，汉代以至以后很长历史时期内，并未留下确凿的有关单曲柄辘轳的图像资料。

李约瑟（Joseph Needham）在其《中国科学技术史》第四卷“物理学及相关技术”第二分册“机械工程”中谈到“井上辘轳”，他自称引用了17世纪《天工开物》中的一幅单曲柄辘轳图。^［12］刘仙洲完成的《中国机械工程发明史》选取的图片也是同一幅插图（图4）。^［13］需要要指出的是，李约瑟和刘仙洲都受到了陶湘本或世界书局本《天工开物》[③]的误导，把原本出自元代王祯《农书》中的单曲柄辘轳认为是出自明代宋应星的《天工开物》。崇祯十年（1637年）的《天工开物》初刻本中并没有单曲柄辘轳的插图。而1313年刊行的王祯《农书》绘有单曲柄辘轳图。

图4 刘仙洲引用的辘轳图         图5 裴家堡壁画中的汲水及炊事图

尽管李约瑟与刘仙洲都十分关注着考古资料中的科技史料，但是他们均未参考1955年第4期《考古通讯》发表的“山西绛县裴家堡古墓清理简报”中的单曲柄辘轳图（图5）^{［14］[④]}。到了2000年，由陆敬严、华觉明主编的《中国科学技术史·机械卷》，才利用了山西绛县裴家堡金墓壁画中所绘的单曲柄辘轳图，从该墓发掘的买地券中，仅能判定墓的年代为金代（1115年至1234年）。这样，我国单曲柄辘轳使用的年代就提前了一些。不过2004年出版的《中国机械工程发明史（第二编）》中“农业机械”部分，依然没有利用裴家堡金墓壁画中的材料。事实上，之前已经有了更早的考古证据。遗憾的是，技术史研究者没有注意这些资料。

除裴家堡金墓壁画外，金代壁画中又发现了两例单曲柄辘轳。1994年考古工作者在山西长子县小关村发现了金代壁画墓。在墓室的东壁南侧绘有一妇女挑水图，其身旁有一水井，井上有一单曲柄辘轳（图6）。“此墓纪年为大定十四年，即公元1174年，正是金代兴盛时期。”^［15］此后在1999年发现的山西屯留宋村金代壁画墓的东壁门右侧再次发现了单曲柄辘轳。“东壁门右侧绘挑水图，画面上有一妇人，身穿黄色开襟衫，肩挑扁担正在走路。门窗之间还绘出水井，井旁有井架和辘轳。”^［16］金代壁画墓中单曲柄辘轳的相继发现，证明了至少在金代中期单曲柄辘轳已经普遍。

图6 小关村金代墓东壁南侧壁画

2009年秋季的某日，笔者在欣赏北宋张择端的《清明上河图》（石渠宝笈三编本）时，发现图中圆口井的上方正是一架曲柄辘轳（图7^［17］）。如果按目前一般认为的该画作于北宋政和至宣和年间的话，即1111年到1125年，那么我国出现单曲柄辘轳的年代又可以提前到北宋末了[⑤]。有关《清明上河图》的论著汗牛充栋，却没有人注意到这一架不起眼的曲柄辘轳。周宝珠在《〈清明上河图〉与清明上河学》中曾提到这架辘轳，“图中绘有两口井，一口在菜田中，圆口，有辘轳，主要用于浇地”，但并没有继续展开。^［18］

图7 《清明上河图》中的单曲柄辘轳

如果这样的话，至少在北宋末年，辘轳已经比较常见，那么在北宋的壁画等作品中就有可能找到单曲柄辘轳，笔者顺藤摸瓜，结果令人欣慰，在考古发掘资料中，又找到了两例单曲柄辘轳的证据。

第一例是1981年长治市博物馆考古工作者在长治市故漳乡故漳村清理的一座宋墓。在南壁东部砖雕中有一汲水图（图6），“画面上雕刻一头梳妇髻、身着襦裙的女子，其旁雕刻水井、辘轳，女子摇辘汲水”。^［19］考古学者谨慎地认为这座墓的年代为宋代，但也提供了两点年代参考，“南壁墓门两侧武士着装与长治市五马村宋元丰四年[⑥]墓中的武士戎装雷同，但帽翅形制还保留了隋唐时期武士头盔帽翅的风格”，^［20］“此墓镶砌的乐人伴奏图、舞蹈图虽为二块砖雕，但从表现形式上看，应是一幅散乐图，是较为难得的音乐舞蹈资料。它与河南白沙宋赵大翁墓[⑦]乐舞壁画相比，只是壁画与砖雕之别，人物分工与表演形式较为一致”。^［21］

图8 故漳村宋墓砖雕汲水图

第二例是1988年在山西长治市北郊故漳乡的故县村发掘了两座宋墓，其中一号墓（M1）的南壁所绘舂米图中妇人的身后，绘有一井，“井上带有辘轱”（图7）[⑧]，仔细看该辘轳，是一单曲柄辘轳。一号墓并未发现纪年性物品，但在同时发掘的二号墓（M2）中出土一方墓志，上有宋神宗元丰元年（1078年）的纪年。考古工作者认为“两座墓相距约10米，形制结构与壁画内容基本相同。由此推测，两墓的建造时间相隔不会太久，均为北宋时期”。^［22］

图9 故县村宋墓M1南壁壁画

综上，可以断定在北宋中晚期我国的单曲柄辘轳已经普遍，或者说至晚在11世纪下半叶单曲柄辘轳已经普遍。当然，这仅是当前技术史的一个阶段性认识而已。随着考古文物不断的发掘，这一论断可能会被改写。笔者希望科技史界充分重视和利用已有的考古文物资料，不断地更新旧说。

参考文献

［1］张春辉，等．中国机械工程发明史发明史（第二编）［M］．北京：清华大学出版社，2004．76．

［2］礼记［M］．（汉）郑玄注．宋淳熙四年（1177年）抚州公使库刻本．

［3］陆敬严，华觉明．中国科学技术史·机械卷［M］．北京：科学出版社，2000．54．

［4］六韬［M］．盛冬铃译注．石家庄：河北人民出版社，1992．125．

［5］（元）王祯．王祯农书［M］．王毓瑚校．北京：农业出版社，1981．338—339．

［6］刘仙洲．中国古代农业机械发明史［M］．北京：科学出版社，1963．48—49．

［7］李文信．辽阳发现的三座壁画古墓［J］．文物参考资料，1955，5：33．

［8］张春辉．中国古代农业机械发明史（补编）［M］．北京：清华大学出版社，1998．33．

［9］卢本珊，等．铜岭商周矿用桔槔与滑车及其使用方式［J］．中国科技史料，1996．17（2）：77．

［10］戴念祖．文物与物理［M］．北京：东方出版社，1999．8—9．

［11］嘉祥县武氏祠文管所．山东嘉祥宋山发现汉画像石［J］．文物，1979，9：3．

［12］（英）李约瑟．中国科学技术史·第四卷物理学及相关技术·第二分册机械工程［M］．鲍国宝，等译．北京：科学出版社，1999．380．

［13］刘仙洲．中国机械发明史（第一编）［M］．北京：科学出版社，1962．21．

［14］张德光．山西绛县裴家堡古墓清理简报［J］．考古通讯，1955，4：图版拾柒．

［15］长治市博物馆．山西长子县小关村金代纪年壁画墓［J］．朱晓芳，等执笔．文物，2008，10：68．

［16］山西省考古研究所，长治市博物馆．山西屯留宋村金代壁画墓［J］．朱晓芳，等执笔．文物，2008，8：68．

［17］（宋）张择端．清明上河图［M］．张安治著．北京：人民美术出版社，1979．2．

［18］周宝珠．《清明上河图》与清明上河学［M］．开封：河南大学出版社，1997．54．

［19］［20］［21］朱晓芳，等．山西长治市故漳村宋代砖雕墓［J］．考古，2006，9：31—39．

［22］朱晓芳，王进先．山西长治故县村宋代壁画墓［J］．文物，2005，4：59．