第七节  工具设计

一、车辆设计

 

                                  图3- 76 甲骨文“车”字

 从甲骨文“车”字可看出我国商代的两轮车已有一辕、一衡、两轭（ě）、一舆。《考工记》记载：古车载车部分的车厢叫“舆”，舆两边立的栏杆和木板叫“倚”用作凭倚远望，前面手扶的横木叫“轼”，车轮中心一个有孔的园木叫“毂（gǔ）”，用以贯轴，车轮边框叫辋，连接辋与毂的是辐，辐条一般30根，但数量有多有少，驾车部分的构件主要有辕、轭，车舆上有木棍支撑的伞式盖子。

        

    

                                              图3-77 秦马车

 

三国马均发明了指南车。汉代单辕车减少，双辕车居多，车类型有大发展主要用于载人装货，汉皇乘坐的马车叫“辂（lù）路车”“金银车”、张衡发明了鼓车，由自动击鼓的次数计算路程，三国时蜀汉的蒲元发明了独轮车。南北朝时出现了十二头牛驾驶的大型车辆，车船是明清时期主要的交通运输工具，这时期车辆制造有了一定的进步。明代有八匹骡马的四轮大车，可载重两顿半。另有一种前面用驴拉，后面人推的“双缱独轮车”，上有拱形席顶，既可载客，又能载货，适用于长途运输。清代又发明了利用风力挂帆的独轮车。乾隆时为运输一块巨型玉料，曾特制一辆轴长10余米的特大型车，用一百多匹马拉，上千人推运。明代后期出现军用专车，将火器装在战车上作为活动堡垒，颇像如今的坦克，还专门成立了车营。清代又出现了“铁甲车”，称为“铁桥”，有四轮，车厢覆盖铁叶作为防卫。

 

二、船舶设计

浙江河姆渡出土的木桨表明，早在7千年以前，中国人就走向了海洋。中国早在公元2世纪就已发明和使用了船尾舵，比西方早了约一千年。商代甲骨文已有“帆”字，秦汉是我国造船业发展的第一高峰，汉代已发明了布帆、橹、舵，出现高10余丈楼船，广东东汉墓出土的陶船有锚有舵，三国吴国所造战船就有五层高的，载人3000，水密舱壁在公元410年的晋代已出现，1258年马可·波罗曾将这一技术传入欧洲。到南朝江南已出现1000吨的大船，《南齐书·卷五二》说到，南齐科学家祖冲之“又造千里船，于新亭江试之，日行百余里” 的浆轮船舶，唐宋是我国造船史第二个高潮，漕运和国内外贸易促进了造船业的兴旺。隋代水师的五牙大战舰，高10余丈，可乘800人。隋炀帝南下所乘的龙舟四层高达4.5丈，20丈长，中间两层就有120个房间，随行船只有数千艘。唐代为漕运的需要，在扬子县（扬州）、浙东、洪州、嘉州、金陵等地设立船场。宋朝为出使朝鲜造了1500吨的“神舟”，我国的船舶设计至明朝达到第三次高潮，各种船型类型繁多，从船头形状分可分为尖首和方首，从船底分为尖底和平底。郑和七下西洋表明中国古造船技术一直在世界上处于领先水平，多桅多帆、平衡舵、披水板、减摇龙骨等都是中国首创。尤其船尾舵、水密舱壁、车轮舟和指南针更可称为中国造船史上的四大发明，是中国对世界造船技术的重大贡献。从船舶所造地分可分为福船（福建）和广船（广东）最为著名。

    

         图3--79三国战船                           图3-80 郑和宝船

  三、科学仪器工具设计

东汉时张衡用青铜制作浑天仪，能演示天象，并制成世界上第一架候风地动仪。所做的浑天仪是一种演示天球星象运动用的表演仪器。它的外部轮廓有球的形象，合于张衡所主张的浑天说，故名之为浑天仪，尊外八条含铜珠的龙及龙头下面设置的相应蟾蜍，使整个地动仪都如一个精巧的工艺品。

中国的日晷，史料中最早的记载出自《汉书》。日晷本义是指日影，是使用太阳的位置来测量时间的一种设备，日晷可以分为地平式日晷、赤道式日晷、子午式日晷和卯酉式日晷等等。在地面垂直立一根叫做“表”的杆子，用一种名为土圭的标尺测量地面上杆影的长度，后来两者结合，将圭制为有刻度的槽，槽中容表，合称圭表。

                         

                                                                                                                                                                                                                                                                               图3- 81 张衡发明的浑天仪

                            

                                               图3 -82日晷

                 

 

                                      图3-83元延祐“铜壶滴漏”

     元延祐三年(公元1316年)造，铜壶滴漏是中国现存最早的复式漏壶。

四、纺织工具设计

  三国时期机械制造家马钧改革提花绫机。旧绫机是多踪多蹑（踏具）机，五十综者五十蹑，六十综者六十蹑，经马钧改革后可用十二片蹑控制六十余片综，可能采用了两条踏板控制一看综“综合提综法”。     

     

    

                     

       图3-84整经车                                 图3-85《农政全书》中的络车

将一定根数的经纱按规定的长度和宽度平行卷绕在经轴或织轴上的工艺过程。经过整经的经纱供浆纱和穿经之用。整经要求各根经纱张力相等，在经轴或织轴上分布均匀，色纱排列符合工艺规定。 原始的整经用手工进行。中国春秋战国时期在丝织生产中采用耙式整经。元代《梓人遗制》中记载了经耙整经法。

绕在缫（sāo）丝车丝軠上的丝呈绞状，在加工前首先要把它转绕到丝筒上，才便于加工成经线和纬线，这一步骤称为络丝。秦汉至唐多用手转籰子络丝，宋代以后则出现了绳拉单籰“扯铃”式络丝车。

唐宋在手摇缫车的基础上发展出脚踏缫车，它在丝軠的曲柄处接上连杆并和脚踏杆相连。这样索绪、添绪和迴转丝軠就可以由同一个人分别用手和脚来进行了。

                  

       图3-86  黄道婆改进的三锭脚踏纺棉车                图3- 87元代南缫丝图

    

                     图3—88山东临沂汉墓的手摇纺机    

                       图3- 89汉中轴踏板斜织机

                          

  汉代纺织技术发展迅速，出现了各种不同功能的织机，主要有斜织机、多综多蹑花织机、束综提花机、罗织机、立织机等，后又发明了多综多蹑提花机，传说巨鹿（今河北平乡）人陈宝光之妻是当时丝织巧匠，她曾在大司马霍光家里传授“蒲桃锦”和“散花绫”的织造技术。她所用的绫锦织机有120综、120蹑。

      

 图3-90 元代布机                                                               图3-91开化寺北宋立机

                        

 

 

 

    图3-92 明提花机                                 图3-93 宋元大纺车

 

五、农具设计

   高效的取水设备和机具是水车，也叫“翻车”、“龙骨车”、“水 蜈蚣”。它出现于东汉、三国之际，最初只用来浇灌园地，后来被水田区的农民广泛采用。元代王桢《农书》里记载 的水转翻车、牛转翻车、驴转翻车、高转筒车，构造比较复杂，效率比较高，高转筒车可以把水引到十丈以上高的地方。

耒耜是犁普遍使用前的主要耕具。春秋战国在一些地区普及使用。汉武帝时赵过推广“二牛三人耕”的耦犁，有犁辕、犁梢（犁 柄）、犁底（犁床）、犁衡、犁箭等部件。犁壁（又叫犁镜或犁碗）在汉代已广泛使用。汉代的犁是直辕长辕犁，耕地时回头转弯不够灵活，经过不断改进，到唐代创制了新的曲辕犁，又叫作“江东犁”。中国犁又被称作框形犁，是因为犁体由床、柱、柄、辕等部分构成，呈框形的原故。比起地中海勾辕犁、日耳曼方形犁、俄罗斯对犁、印度犁、马来犁等，它的优点是操作时犁身可以摆动，富有机动性，便于调整耕深、耕幅，且轻巧柔便，利于回转周旋，适于在小面积地块上耕作。宋代发明了踏犁和犁刀，明代又发明了几种人力犁。除犁以外的翻土工具还有钁和铁搭等。甘肃嘉峪关市发现的魏晋墓室壁画中有耙和耱的形象 。广东连县西晋墓中出土的陶水田犁耙模型，犁和耙都用牛牵引。水田操作使用的耖，魏晋时南方也已较普遍地使用了。

耧车为汉武帝时搜粟都尉赵过大力推广的新农具，山西陆枣园西汉晚期墓室壁画上有一人在挽耧下种，其耧车正是三脚耧。

                                      

 

                                          图3- 94王帧《农书》秧马

 中耕除草农具中一类是钱、铲和铫，构造大同小异，实质是同一种农具。《说文解字》十四：“钱，铫也，古农器。”这类农具需运 用手腕力量贴地平铲以除草松土，也可用来翻土。另一类是耨、镈和锄，春秋战国时已有了铁锄，耘是水田用的除草、松土农具。王 祯《农书•农器图谱•钱镈门》中有耘图。宋、元之际的《种莳直说》中第一次记载了耧锄。这是一种用畜力牵引的中耕除草和培土农具。
     收获农具中王桢《农书•农器图谱》中记载的由麦钐、麦绰等组成的芟麦器，是一种比较先进的收获小麦的农具。谷物收割脱粒后，利用比重和风力把秕壳与籽粒分开的办法很早就使用了。河南济源县泗涧沟汉墓出土的陶风车模型，说明至迟西汉晚期已经发明了清理籽粒，分出糠秕的有效工具。风车把叶片转动生风和籽粒重则沉、糠秕轻则飏的经验巧妙地结合在同一机械中，确是一种新颖的创造。

六、伞、蓑衣与扇艺设计

 传说春秋末年鲁班的妻子云氏就想做一种能遮雨的东西。她把竹子劈成细条,在细条上蒙上兽皮,样子很像“亭子”,而且收张自如,真是“收拢如棒,张开如盖，这就形成了以后的伞。古代伞是在“盖”的基础上形成的，秦始皇陵彩绘铜车马上的伞，此伞可调节角度遮光，可旋转伞柄或取下伞柄作矛，而伞也就成了一个巨大的盾，被称为世界上最早的双连环机关。 早期的伞是用树叶或草编织成的,后来出现了用油纸和竹片做的伞,用丝绸做的伞，2000年前,就出现了有完整骨架、能开能合的伞。在公元前十一世纪的西周时就有了用帛制成的伞。到春秋时伞的制作有了改进。宋代伞的种类增多，吴自牧《梦粱录》记载临安（杭州）的制伞业有大小黄罗伞、青凉伞、红绿小伞、方伞、大伞等，以丝绸制作的伞估计占据着主流，《清明上河图》画有大遮阳伞。1747年旅行家乔纳斯·汉韦(1712年一1786年)从中国将纸伞带入了英国。

 四川泸州分水油纸伞、北京若水堂油纸伞、江西清华大自然工艺伞、江西甲路油纸伞、三河古镇油纸伞、浙江余杭的纸伞、湖南长沙的油纸伞、福建福州油纸伞、云南腾冲荥阳油纸伞等都是著名油纸伞。

文献记载的蓑衣是在 2000 多年前的周代出现，我国殷商时期的甲骨文对蓑衣就已经有了记载。唐代诗人柳宗元《江雪》诗：孤舟蓑笠翁，独钓寒江雪，描绘了穿蓑衣，戴斗笠的老翁在独木舟上垂钓时的情景。蓑衣，是用草或棕制成的一种雨具。

 今天的丧服是由古代的草衣、蓑衣演变而来的叫“斩蓑服”，后来有了葛麻的布制成的衣服后，人们在祭奠时，身穿祖先的服装是寻求祖先先灵的保佑，儿孙晚辈要穿上祖先的服装可以全家及家族平平安安，于是将葛麻的服装的下摆用刀斩成无缝的状况，仿制草衣、蓑衣的祖先时代，在胸前或腰间挂一束麻线，这就是后来所说的“披麻戴孝”。

蓑衣也作为一种仪式存在江浙部分地区，盖新房子到“上梁”时正厅中间的“正梁”会用蓑衣包裹，喻示龙跃腾达。蓑衣还会被挂在墙上用于镇邪驱魔。

扇子在古代作为障尘蔽日的用具，用以拂尘取凉。扇子实物出现东周、战国铜器上刻画的两件长柄大扇。殷周时期,统治者们已把扇子用于仪仗之中。战国、两汉,一种半规形“便面”成为扇子的主流。其形似单扇门,故又称“户扇”“便面”。魏晋南北朝相继出现“麈尾”、“麈尾扇”、“羽扇”及“比翼扇”，隋唐出现“麈尾”使用范围小，之后“纨扇”起而代之,逐渐流行开来。对称式纨扇出现后,历代沿用而不衰,并成为我国传统风格的扇型。