《中国通史》

第三卷 上古时代(上册)·第五节 先秦时代的手工业技术

  
第五节 先秦时代的手工业技术

  以上各节分别论述了秦以前各历史时期手工业商业及货币的发展。现专就先秦时期手工业在技术方面的成就,进行比较系统的论述。因为要说得系统些,难免有与上各节重复的地方。

  纺织

  我国早期纺织物,主要是麻布和丝绸。从新石器时代起,已普遍剥取野生麻类纤维,用手搓或陶、石纺轮加捻,续接成线。原始的织造技术是从编席、结网发展而来,采用腰机编织成布,如陕县庙底沟、华县泉护村出土布痕每平方厘米有经线、纬线各十根左右。属于浪清文化的浙江吴兴钱山漾遗址中,发现用芒麻织成平纹的细麻布,比疏朗的粗麻布质量要好。周代麻的栽培与纺织已达相当水平。《左传》成公九年引佚诗说:“虽有丝麻,无弃管蒯”,表明使用了多种纺织原料。陕西泾阳高家堡周初墓所出麻布有较紧密的组织。战国时,封建生产关系建立,农民的个体经济具有农业与家庭手工业相结合的特点,开始形成男耕女织的分工,纺织技术更加普及,所谓“一夫不耕,或受之饥,一女不织,或受之寒”。民间所生产和服用的主要是麻类织物,贵族和商人才穿着丝绸。

  养蚕、缫丝和织丝以我国为最早,并且在相当长的时间内是唯一掌握这种技术的国家。在距今约五千年的饯山漾遗址中,发现了绢片和丝带,经鉴定,蚕丝为家蚕所产,绢片经纬密度为每厘米48根。由于蚕丝坚韧,富有弹性,且是长纤维,利用这一特点,可使经线密而纬线疏。平纹织物用经线显示畦纹,斜纹织物用作表面浮线,提花织物用来显花。殷代甲骨文有“系”、“丝”等象形字,不少青铜器包有丝织物残片,经鉴定有用较高技术织成的菱形花纹的暗花绸即“缔”或“文绮”。暗花绸的花纹是三上一下的斜纹组织,由经线显花,需用十几个不同的棱口和十余片综。因此,当时必定已有简单的提花装置。又,商代已有刺绣,宝鸡西周前期■伯墓织物中的刺绣是采用辫子股绣的针法。《禹贡》、《诗经》、《左传》多处提到蚕桑和丝,养蚕有蚕室和蚕架,丝织物有罗、纨、绮、縠、锦、绣多种。西周重器毛公鼎铭文有“■”字,郭沫若以为即“经”的初文,象《诗经·小雅·大东》“杼柚其空”,是指织机上卷经线和织物的这类机构。《考工记》记载染色分煮、冻、暴、染四道工序,“■人”专司“湅丝”,“湅帛”。“湅帛”是“以栏为灰,渥淳其帛,实诸泽器,淫之以蜃”,即除漂白外,还要除去丝表面所附丝胶,使更富光泽和柔软(“栏”是楝木,“蜃”是蛎灰)。染料有矿物质和植物质两种,加用殊砂染红色、空青染绿色,靛蓝染蓝色,茜草染绛色等。染色方法有浸染和画缋两种。《豳风·七月》:“爱求柔桑”,说明周代陕西宝鸡、岐山一带气候较今温暖湿润,适于种桑、饲蚕,丝织业较为发达。长沙出土的战国丝织物有绢和锦,经线密度为每厘米80根,纬线密度每厘米44根,有朱条暗花、对龙、对凤等复杂纹样。

  化工

  早在原始社会时期,人们已逐步积累了一些化学知识,掌握了某些化工技术。

  火是人们最早利用的天然能源。自然界的可燃物通过化学变化释放出热能,给人以温暖和光明,使原始人获得熟食和免受野兽侵袭。距今约170万年的元谋人已知用火,这是世界上迄今所知最早的用火遗迹之一。周口店北京猿人已知保存火种,在猿人居住的洞穴中有厚达6米的灰烬堆积。

  从使用天然火到人工取火是人类的一大发明。摩擦生火是最早的取火方法,例如用木料互相摩擦或用燧石互击并由易燃物引燃。这些人工取火的技术,是由木器、石器加工过程中摩擦生热获得启示而产生的。《庄子·外物》:“木与木相摩则然”,《韩非子·五蠹》及其他古籍中也有“钻燧取火”的记载。这类取火技术在近代仍为一些少数民族所使用,如黎族的钻木法,苦聪族的锯竹法等。人工取火使人们第一次支配了一种自然力,实现了机械能向热能的转化,从而大大增加了开发自然的能力。由于火的发明才使得许多重要发明如制陶、冶金的出现成为可能。

  陶器的发明是人类第一次改变天然物的本来性质。它的发明是制作技术的一个重大突破。陶器既可用作生产工具(纺轮、陶刀、陶锉等),又可广泛用作生活器具(储存谷物的陶缸、陶罐、以及日常使用的鼎、■、豆等炊事用器、食具等)。《周书》说:“神农耕而作陶”,正表明陶器的发明和人们农业定居生活的需要以及从耕作、营造等活动中认识粘土的性能有着密切的关系。

  最早的陶器可能是在编制容器上涂沫粘土,经晾干,烘烤后而成,其后,逐步掌握了粘土成型及烧制等技术。早在仰韶时期,人们已能烧制灰陶和红陶,又用矿物质绘制图案,焙烧后成为彩陶(见图1)。陶土经选取、晒干、破碎、沤泡、揉制、存性等工序,成为具有良好塑性的泥料。所得陶器有“泥质陶”、“细泥陶”等类,质地远较原始的粗陶为优。为加强泥料抗裂抗变形性能,在陶土中掺入砂粒,称为“夹砂陶”。早期制坯用手工捏塑或用泥条盘筑,仰韶时期已使用慢轮修整。烧制技术也从原始的堆烧发展到竖穴窑(火室直接位于窑室之下),或更先进的横穴窑(火室与窑室分开),如西安半坡遗址所出这两种窑都由火口、火室、火道、窑箅、窑室构成。龙山时期的制陶业有很大发展,广泛采用快轮制坯,陶窑结构更为完善,据出土陶片测定,烧制温度可达1000℃。当焙烧后期,于高温时将窑室顶部密封并使水份由项部渗入窑室,使窑内氧气不足,成为还原性气氛,则陶土中的氧化铁还原为氧化亚铁(FeO),从而得到着名的黑陶。山东、河南等地所出厚仅1毫米的薄胎黑陶(蛋壳陶),标志着该时期制陶业的高度技术水平。在龙山文化晚期还出现了以瓷土(高岭土)为原料的自陶以及着釉技术。在此基础上,商代中期已有原始瓷器,如郑州二里冈商代遗址所出这类器物,经用现代科学手段检测,证实它们已具备瓷器的基本特征即用瓷土作胎,表面着釉。但原料纯度、烧结温度均偏低,故称作原始青瓷。近年来在甘肃灵台,陕西西安,河南安阳、洛阳,安徽屯溪,江苏丹徒、吴县等地的商、西周遗址中,都发现了这类原始瓷,烧成温度高达1100—1200℃,器表均施有石灰釉。春秋战国时期的原始青瓮续有发展,如浙江绍兴战国墓所出大批青釉器,质地致密,器形规整,多仿照青铜器的形制制作。它们是早期青瓷的先声,对于瓷器在中国的独特发展有着重大的意义。

  酿酒是淀粉质发酵糖化酒化的过程,这一化工技术最初是由粮食储存中的发酵现象得到启示而产生的。用谷物酿酒有可能始于新石器时代晚期,到商代已较普及。商人饮酒之风甚盛,青铜和陶质的酒器种类繁多。《尚书·说命》记商王武丁和傅说的对话,其中提到:“若作酒醴,尔惟鞠蘖”,“蘖”即是制酒用的酵母。《礼记·月令》说:“仲冬……乃命大酋,秫稻必齐,曲蘖必时,湛炽必浩,水泉必香,陶器必良,火齐必得,兼用六物,大酋兼之,无有差货。”这段文字生动地叙述了酿酒过程的六个要素。曲蘖中的酵母菌是很敏感的微生物,如水中有杂质将影响菌类的作用,制酒时所用容器和温度控制也很重要,所以说“水泉必香”,“陶器必良”,“火齐必得”。曲能使糖化和酒化结合起来同时进行,用曲酿酒是我国特有的酿酒技术,欧洲到十九世纪九十年代才从中国的酒曲中分离出毛霉,建立由淀粉发酵的酒精制作技术。

  漆的使用也以我国为最早,漆是漆科木本植物漆树的分泌物。漆汁中含有水份,称为生漆,经日晒脱水后成为熟漆。漆液经化学变化能在器物表面形成薄膜,具育保护和美化器物的作用。《韩非子·十过》说:“尧禅天下,虞舜受之,作为食器……流漆墨其上。”近年来,辽宁、山西、江苏等地都出上有新石器时代晚期的木胎漆器或在陶器上有漆绘,证明以上传说是有根据的。庄子曾任漆园吏的官职。春秋战国时期,漆器制作和漆绘技术有较大提高,湖北江陵、河南信阳等地战国墓葬中所出大批精美的彩绘漆器即其代表作。秦汉以后,日常用具逐步由漆器代替了青铜器。

  在生产实践和日常生活中,人们逐步积累了各种物质的性能及其变化的知识,从而概括为对事物本原的某种朴素认识。《尚书·洪范》提出水、火、木、金、土为五行,《国语·齐语》:“以土与金木水火杂,以成百物”,说明战国时期兴起的五行学说,在初是由耕作、制陶、冶金、酿酒等物质交互作用与变化得到的朴素唯物主义观点,如郭沫若所说:“稼稿作甘,是由酒酿得来。……金属能给人以辛味”①。五行学说所反映的各种自然现象的相互对立与联系,也具有朴素的辩证性质,如火能烁金,斧斤可以伐木,等等。这些对后世哲学思想、科学技术观念以及医学、炼丹术的发展,都有着深远的影响。从这一意义上,可以认为,五行学说是我国古代物质理论的肇端,在化学发展史上具有重要地位。

  建筑

  远古祖先曾“构木为巢”或在天然洞穴中居住。新石器时代在黄土高原已普遍建造半地穴式房屋,顶盖用树枝构筑,屋内设火塘,沼泽地带则有干栏式建筑。木结构的广泛应用和框架式结构的高度发展是我国古代建筑技术最突出的特点。殷代甲骨文已有“■”(高)、“■”(京)、“■”(亨),屋顶均为人字形,下有墙、柱,屋盖可能用茅草铺成(所谓“茅茨土阶”)。《考工记》说商人“四阿重屋”,说明殷商已有四坡二层的复杂建筑形式。河南偃师二里头早商遗址发现大型宫殿遗迹,郑州商城宫殿夯土台基长80米,进深14.5米,柱础用石料或铜质,建筑物本身由木梁、柱、门窗和夯土墙构成,用立柱、横梁组成骨架,全部重量由柱子承接,传到地西,墙体不承重而只起隔断的作用。自商周到清代三千多年间,我国建筑技术基本是朝着这个方向发展的。无论哪种木结构,构件主要用榫卯接合。这种榫卯结构,早在浙江河姆渡遗址的干栏式建筑中已经采用有方形、圆形的榫,长方形、圆形的卯,有的构件上既有凹榫,又有卯眼。长沙战国墓葬中,棺椁方木榫卯有插榫、银锭、齿形三种形式,说明这种建筑结构乃是我们先人的独立创造。

  古代建筑的宏大规模和技术进步,突出表现于城市的建筑和规划。传说鲧已筑城,近年河南登封王城岗和山西夏县东下冯都发现了年代相当于夏朝的城堡遗迹,均由夯土筑成。郑州商城夯土墙现存高度有四米,最高达9米,基底宽6米,夯层厚8—10公分。据勘探,整个城墙长七公里,略成方形,均版筑而成。洛阳周代都邑呈不规则方形,南北长3300米,北墙长近3000米,主要建筑物在中部偏南,和《考工记》“方九里”,“王宫居中”的记述相符。战国城邑方圆千丈,户以万计,如齐国临淄有七万户,分内、外城;燕国的燕下都也分内、外城,东西长8300米,南北长4000米,主要建筑物安排在城的中轴线上,成为主次分明,左右对称的完整建筑群,城内还有陵墓区、手工业作坊区等。

  1978年,河北平山中山王墓出土金银错兆城图铜版,长94厘米,宽48厘米,为中山王、后陵墓群的总体设计规划平面图,约按三百分之一的比例绘制。

  建筑材料的发展对建筑工程有重要的意义。西周已用瓦,如召陈村遗址的三座房屋周围都有瓦片堆积,有板瓦、筒瓦等,西安客省庄遗址还出土有屋脊用的人字瓦。春秋以后,瓦的使用更为普遍。秦国还有青铜铸造的“全杠”,作为梁柱结点和装饰之用。

  水利

  原始社会末期,我国已出现防洪工程。传说共工氏“壅防百川,堕高堙庳”,①“鲧障洪水”②,就是把高处的泥土、石块搬下,在离河一定距离的低处,修筑土石堤埂,挡住洪水的漫延。后来大禹发现这种办法在许多地区行不通,于是他“因水以为师”,③把治水方法由“壅”改为“疏”。他“决江疏河,通之四渎,致之于海,大小相受,百川顺流,各归其所。然后人民得去高险,处平土”。①这种疏导办法,比共工氏和鲧采用的壅防法前进了一步,由消极防洪改为积极治河,经过疏浚的河道,排水能力增加,防洪的效果也好多了。②龙山文化时期已出现了城市防洪、排涝工程。1980年,在河南淮阳县城东南四公里的平粮台发现了一处古城遗址。城墙南门道下发掘出三条陶制排水管道,成倒置品字形铺设。陶管分粗、细两端,细端扣入粗端,粗端直径0.27—0.32米,细端直径0.23—0.26米,每节长0.35—0.45米不等。这座古城从防洪的城廓到排涝的地下管道,组成了一套完善的水利工程体系。

  河南省登封县告城镇1980年发掘出一处战国时期的古城,距今约有二千三百多年。当时为了解决城市供水问题,从山的北边引来河水,通过埋设在地下的陶制输水管道输入城市。输水管道过山的一段,埋设在凿成的岩石壕沟内。陶管每节长0.59—0.61米,两端粗细不一,大口套小口,节节相扣,粗端直径0.17—0.18米,细端直径0.13—0.14米。管道中间每隔一段有一个三通管,支管口伸出地面,上边用特制的带孔的盖罩住,也有用卵石压住的,以调节水压。还有一处为四通管,一个支管口内有木板插式闸门槽,可以用木板闸门止水。口下有一大陶缸,水直接流入缸内。两条管道的联接处设有阀门坑。整个工程形成了一套完善的自来水设备,其设计是非常巧妙的。③在殷墟卜辞中,有用于灌溉的水利工程“畎”、“浍”等字;有引水灌田和筑堤防水以工商都的记录。如:“丁己卜,殻贞:黍田年鲁?贞:z保黍年?z弗保黍年?”(《乙》七七八一)。此辞的“年鲁”即年成嘉善之义。“z”即后世之“<”字,即“畎”、“甽”,田亩中之沟洫也。又如:“戊午卜,争贞:水其福■(兹)邑?七月。”(《乙》三一六二)。此辞卜“水”而日“福兹邑”,可见不会是洪水泛滥之“水”,而应是可以造福于人之“水”,在当时的历史条件下,只能解释为灌溉农田以保证年成丰收之“水’。殷人不仅“作沑,、“导洹”,引水灌溉,而且还筑堤作圩以防水患,保护居邑与农田。卜辞有“方商”之辞:“曰卯贞:今日令方商?”(《碎》二三○)。“辛卯贞:于今月令方商,”(《人》二三六三),“丁已卜,贞:“王令并方商?”(《甲》七二七)。“方商”,就是筑堤防水以卫商都。①水利事业经过商和西周的发展,到春秋战国时期出现了一个规模空前的发展高潮。这个时期兴建的水利工程大致可分为灌溉、运河、堤防这三类。大型灌溉工程的修建始于春秋末,到战国最为兴盛,主要工程有芍陂、漳水十二渠、都江堰、郑国渠等。

  芍陂是古代的大型蓄水灌溉工程(今称水库),位于安徽省寿县安丰城南,又叫安丰塘,是公元前六世纪末由楚国令尹孙叔敖主持修筑的。芍陂的设计很巧妙。它恰当地利用当地东、南、西三面较高而北面低洼的地形特点修筑,“陂有五门,吐纳川流”。②陂周约百里,灌田近万顷,民得其利。

  漳水十二渠是大型农田灌溉渠道,由魏国邮令西门豹主持修建。各渠设有调节水量的水门,郦道元说是“一源分为十二流,皆悬水门”①。

  都江堰是举世闻名的大型灌溉工程,在四川省灌县。是秦昭王(公元前306一前251年)时蜀守李冰主持修建的。整个工程由分水鱼嘴、宝瓶口、飞沙堰三个部分组成,有灌溉、防洪的作用。都江堰修成后,使成都平原大约三百万亩良田得到灌溉,成了“水旱从人”,“沃野千里”②的天府之国。两千多年来,经历代劳动人民的精心维护,至今仍发挥着重要作用。

  郑国渠是公元前246年由韩国的水工郑国为秦国设计开凿的。他“凿泾水自中山西邸瓠口为渠,并北由山东注洛三百余里……溉泽卤之地四万余顷,收皆亩一钟”。渠成,“关中为沃野,无凶年”。③春秋战国时期,魏在黄河以南的荥阳,楚在汉水、云梦,吴在江、淮、太湖,齐在山东淄,济等地都开挖了运河。其中以邗沟和鸿沟规模较大。

  公元前486年,吴国为了北上争霸,便在邗地(今江苏扬州东南)筑城,并向北开运河,经射阳湖至末口(今江苏灌南县北)与淮河相通,成为邗沟。

  魏惠王(公元前369—前318年在位)为称霸中原,加强与宋(国都在今河南商丘市)、郑(国都在今河南新郑)、陈(国都在今河南淮阳)、蔡(国都在今安徽凤台)等的联系,从河南荥阳开运河引黄河水向东南流,与淮河水系沟通,形成鸿沟。

  堤防至迟西周已出现。《国语·周语上》说:“防民之口,甚于防川,川壅而溃,伤人必多。”可见西周堤防已有一定规模。春秋战国时期,堤防已很普遍,甚至造成“壅防百川,各以自利”的局面①。秦统一六国以后,才“决通川防,夷去险阻”②,结束了这种混乱局面。

  在水利工程理论方面,《管子·度地》论述了堤防设计、施工、保护等技术问题,提出防的横断面形状要“大其下,小其上”,成梯形。这样不致于产生滑坡。堤防施工的季节要在“春三月,天地干燥……山川涸落……故事已,新事未起”的时候,农闲时节,天气干燥,土地含水量比较适宜,此时施工质量好,枯水季节,可取河滩上筑堤,可以起到疏浚河床的作用。堤防修成后,还要“树以荆棘,以固其地,杂之以柏杨,以备决水”。对水流的各种特性也有所认识,认为“水之性,以高走下则疾,至于漂石;而下向高,即流而不行”。对指出渠首工程位置要选择在上游水位高的地方,这样才能“高其上,领瓴之”。为了保证渠水畅通无阻,必须保证渠道有合适的坡降,即“尺有十分之,三里满四十九者,水可走也”。这个坡降相当于千分之一。

  关于有压管流的水性,《管子·度地》也有论述:“水之性,行至曲必留退,满则后推前。地下则平行,地高即控。”又描述了渠道水流行进中的两种破坏性水力现象:“杜曲则捣毁。杜曲激则跃,跃则倚,倚则环,环则中,中则涵,涵则塞,塞则移,移则控,控则水妄行。”

  采矿

  我国的采矿业始自旧石器时代,由最初无意识拾取石头逐渐发展到选取和挖掘石料。新石器时代中期,在华北和华南都出现了采石场。山西省怀仁县鹅毛口采石遗址年有许多三迭纪侵入的煌斑岩墙、岩床和凝灰岩层,这些岩石质地坚韧,经开采、加工制作成各种石器①。广东南海县西樵山采石场有坚硬致密的霏细岩,在脉岩谷坡上留下了从原生地层中开采石料后形成的七个洞穴,反映了比较熟练的开采技术。在未使用金属工具的条件下,石器制作者利用岩石热胀冷缩的特性,点燃柴草,将脉岩表面烘烤至灼热,然后泼水使之骤冷以加剧崩裂,再用工具沿裂缝撬下石块。长期开采的结果,造成了这些洞穴。现在洞穴里还保存有大量的灰烬、炭屑、脉岩鳞片、烧石以及洞壁上的火烧、剥离痕迹。从地层里开采原料是人类制作工具史上一大进步。②距今四千多年的甘肃齐家文化和有些地区的龙山文化中,发现多件红铜制成的小件器物。③河南偃师二里头早商遗址,出土了我国较早的青铜文物。比二里头稍晚的二里岗中商遗址,出土了比二里头更多更大的青铜器,说明商代的早、中期,铜、锡、铅矿的开采已有一定规模。

  在殷商卜辞中有“丹”字,甲骨文作■。《说文》云:“丹,巴越之赤石也,■象采丹井,·象丹形”。可见丹字正是掘矿井采矿石的象形表意字,应是矿字之初文。另一卜辞有:“壬子卜,斫氐,■启(■),只(获)?”氐与底通,《释名》“地,底也”。“斫氐”即斫地。■为古疾字异体,其义为亟速,谓斫地速启,则有所收获也。此辞乃记开矿之事。“斫氐”又可解释为在山岩之下开矿。因此,这条卜辞的大意是:在这里的岩下斫掘,可以很快打开坑道,取得矿物吗?①西周已有管理采矿业的政府机构。《周礼·地官》载:“■(古矿字)人掌金玉锡石之地而为之厉禁以守之,若以时取之,则物其地图而授之。”西周的矿业种类大致有陶土、金属矿产、玉石及其他石料。《礼记·曲礼下》说:“天子之六工,曰土工、金工、石工、木工,兽工、草工,典制六材。”六工之中,前面三种跟矿业紧密相连。

  西周的坑采技术,以湖北大冶铜绿山大岩阴山七号矿体发掘的古矿井遗址最为典型。这里发掘出来的群井,一个采区就有22个。这些群井大体上都是方井,净断面为45×45平方厘米或60×60平方厘米。支护形式为间隔支护,距离为40—60厚米,井框木为带榫的套接方式,榫口一律凿成方形。井框外,四壁先背一层竹蓆,竹蓆内间格敷有直径4—5厘米的木枝条。盲井与竖井的支护方式相同。群井的井深一般为20—30米左右。平巷的断面形状、尺寸及支架结构形式与竖井相同,统属脉内沿脉巷道,随矿体的走向而变化,常常与数个竖井相连通。总之,这个时期的井巷开凿还属于初级阶段,井小、巷短,井多、巷少。竖井与平巷规格划一,支架均为样接,间隔式支护。巷道断面狭小,人在里面工作只能爬行或蹲坐。这样,劳动效率自然不高,生产能力和开采规模都小,井巷服务时间短。主要挖掘工具是铜锛,其他工具则是木制的。除了大冶铜绿山外,内蒙古昭盟林西县大井古铜矿遗址,也是西周时期的。这里井深只有七八米至十七八米,不如铜绿山的井深,这是才从露采转向坑采的反映,属于坑采的初级阶段。

  到春秋战国时期,坑采技术有了很大的发展。铜绿山古矿井在春秋时期已成功地使用了竖井、斜井、平巷联合开拓,初步形成了地下开采系统。斜井的出现,在坑采技术上是一大进步。因为斜井的掘进施工和支护技术都是难度较大的。当时斜井的倾角由25°至70°不等,因地而异。斜井的作用不仅可以沿矿体倾斜延深采挖富矿,节省工程,而且还有探矿的作用。平巷的支护方式比西周时期有了明显的进步,不再采用有底梁的框架,使平巷支护区别于竖井。平巷的净断面由西周的45×45平方厘米扩大到80×l00平方厘米,净断面几乎增大了三倍。竖井断面出现了矩形,这比正方形断商的并筒进步。矩形井筒的有效断面利用率高,能抵抗较大的侧向压力。竖井虽然仍以群井的方式布设,但最大井深已达到64米,比西周时增长了一倍,延深到潜水面以下8—10米。典型的开采工具是大铜斧,每个重3.5公斤。其余的工具则是木槌、木锹、木铲、船形木斗、木瓢、竹篓、竹篮等。船形木斗近似元宝形,全长35.2厘米,宽14厘米、高7厘米,它是淘洗矿石的工具,类似今天的淘金斗。这时已运用了重力选矿法,以此来鉴定矿石品位的高低,确定井巷的开掘方向。照明用于竹篾片燃点。

  战国时期普遍使用铁工具,采掘和支护技术都较春秋时期有进步,基本上摆脱了乱采乱挖的局面。以铜绿山仙人座一号矿体第24勘探线的古矿井为例,它的开采系统已相当完整,开挖竖井到一定深度,便向两边掘进中段平巷,在中断巷道的中部或一端,下掘盲井直达采矿场。竖井断面虽多为方形,但支护很讲究,采用经过精细加工的方木(或圆木)密集式垛盘支护,框木以方木(断面为10×20平方厘米)为主,接头为单平面亲口接■,架设起来稳固持久,可以同现代的木结构井架相媲美。井筒深度一般为50—60米,井底掘出有3米深的水窝,类似现代的井底水仓。有几个比较大的竖井延深到潜水面以下28—30米。由原始地貌推算,井深足有80—98米。竖井断面比春秋时期的大。竖井是交通孔道,把矿石和地下水提出地面,把井巷支护送到井下,都要经过竖井。提运工具是辘轳、大绳和木钩。深的竖井,又分成几段,即掘一段竖井,挖一段平巷。每个平巷都装有辘轳,这样逐级提升运送,接力完成。竖井与巷道连通的地方,修筑“马头门”,四角的立柱很粗大,三方用木板(或细木棍)封闭,一方与巷道连通。

  此时的斜井(斜巷)别具一格,呈阶梯式向下延伸,就象是由“浅井”和“短巷”衔接而成。这种斜井,适用于次生富集带的探矿和采矿,还可以作为中段平巷的联络道,斜井支护采用鸭嘴与亲口混合结构建筑。巷道底部敷设地梁,地梁两端砍出台阶状的榫口,榫上立两根上端带杈的立柱,树权上以鸭嘴结构架设横梁。在紧贴横梁之下的两杈之间,以亲口结构嵌入内撑木。这样,就由五大件组成一节鸭嘴与亲口混合结构的方框支架(完全棚子)。这种方框支架,两节或三节为一级,沿矿层倾斜向下延伸。在横梁上面,有排列整齐的细木根或圆木,上面再铺一层大小不一、排列杂乱的木板,这样就构成了顶棚。斜巷两侧立柱外,以细木棍或木板作背板,背板外面还堵有一层藤条编织的蓆,封闭严实。这样能使空气自然对流。坑内浊气、热气沿着斜巷顶部外溢;冷的比较新鲜的空气从斜巷底部流入,直到工作面。在古代没有抽风设备的情况下,斜巷的设计是很适用的。采矿使用的工具有铁斧、四棱铁钻、铁锤、铁耙、六角形铁锄、凹字形铁口锄、木槌等。铁矿的开采与铜矿大致相同,河北省兴隆县曾发现战国的古铁矿坑。①

  冶金

  金属的冶炼、加工和金属工具的使用,是人类从蒙昧到文明的转折点。后来组成华夏族的炎黄、东夷和苗蛮等族都有关于冶金的远古传说,甘肃东乡出土有距约今四千七百年的青铜刀。迄今所知资料表明,中国的冶金技术是中华民族的独立创造,而不是从西方、北方传入的。

  冶铜术的兴起是在新石器时代晚期的龙山文化时期。古代文献有不少关于禹铸九鼎的传说,从近年来考古发掘看,夏代已能熔铸青铜。居住在今河南濮阳的昆吾族,就是以制陶、铸铜着称的一个部落。把铸铜和制陶联系在一起,表明冶铜术确是在制陶技术发展的基础上兴起的。陶窑的修筑、使用、燃料(木炭)的制备,燃烧技术的改进以及对陶土性能的认识,都为铜的冶炼和铸造作了准备。河南登封、山西夏县等处出上铜容器残片和铜镞,表明夏代已进入青铜时代。

  河南偃师二里头出土的早商青铜器有铜镞、铜凿、铜铃等小件工具与器物,并且有铜爵数件,说明当时青铜冶铸技术已具一定水平。

  商代中期,青铜铸造技术进一步发展,以郑州二里岗为代表,已有爵、斝、鼎、盉等成组礼器。1974年郑州张寨出土的方鼎两件,一重62.25公斤,另一重84.25公斤,已是相当大型的铜铸件,经检验为铅青铜铸成,含铅17%,锡3.6%,熔铜设备是用内外涂抹草拌泥的大口陶尊和陶缸。

  盘庚迁殷后,以安阳殷墟为中心,铸铜技术臻于鼎盛。瑰丽壮伟的司母戊大鼎是典型代表。它重达87.5公斤,是上古最重的青铜铸件,投入铜料在千斤以上。能够成功地熔铸这样的大型器物,说明殷代手工业生产具有较大规模。

  出土和传世的殷商青铜器数以万计,主要是礼、乐、兵、车四大类。这些精巧的青铜制品,具有根高的历史的、学术的、艺术的价值,在国际上享有盛誉。古代希腊多用失蜡法制作艺术铸件。经过认真细致的考察,在现已鉴定的商和西周铜器中,并未发现使用失蜡法的确证,就是湖南宁乡出土的着名的四羊尊也是用陶范铸造的。从单范到双面范又发展到用多件范、芯组合成复合铸范,进而采用分铸法,这是陶范铸造从低级到高级的发展序列。有些商周青铜器之所以能获得复杂的形状,关键在使用了分铸法,或先铸器身再在器上合范铸出附件(如器把、兽头等),或先铸好附件,再镶嵌在陶范内与器身一起铸作成器,工艺构思十分巧妙。

  冶铸业是商代最重要的手工业部门,近年来辽宁喀左、江西清江等地都发现了商代青铜器。在这个基础上。西周青铜铸造又有所发展,王室、各诸侯国以至贵族都拥有铸造作坊,出土铜器的地点比商代更加广泛,如甘肃凌源、江苏丹徒、安徽屯溪等处均有发现,数量上也远超过前代。

  西周前期铜器形制多直接继承殷商风格,其后有较明显的改变,花纹趋于简易、流畅,器壁渐成轻巧,具有质朴、实用的特点。到了春秋时期,特别是春秋中叶以后,由于生产力的进一步发展,封建制开始取代奴隶制,表现于青铜冶铸技术也有重大的变化,即从原先较为单一的范铸技术转变为综合运用浑铸、铸接、失蜡法、铸焊(锡焊、铜焊),红铜镶嵌、错金银等多种金属技术的新工艺系统,代表性产品有曾侯乙大型编钟群和青铜尊、盘等。就制作方式来说,先铸附件后铸器身的分铸形式有很大发展,成为主流。这种方法利于分工合作,因而有较高的生产率,器件的结合也较为牢固,是适合于社会生产的要求的。同时,在器形、纹饰方面有不少新的变化,突破了殷商西周的传统格局,如新郑彝器就突出地表现了这种特点,到战国时期更发展了印模、叠铸等批量生产技术,不少器物壁薄轻巧,质朴无华,更为实用。随着生产发展和经验积累,这一时期有关青铜冶铸的文献纪述明显增多。《考工记》除记载“攻金之工”六种及其具体分工以外,又详述编钟部位名称、尺度比例、熔铸铜器时的火色变化和“六齐”合金配比。后者被誉为世界最早见于文字记载的合金配制法则,实物检验表明,这一法则是具有科学性和客观实在性的。又如《荀子·强国篇》以“刑范正、金锡美、工冶巧、火齐得”为获得优质铸件的四大工艺要素;《吕氏春秋·别类篇》提出“金柔锡柔,合二柔以为刚”的观点,都是人们通过长期实践对青铜冶铸技术具有规律性认识的反映。

  在冶铜术高度发达的基础上,冶铁术逐步在冶铜业内部产生了。河北藁城商代中期铁刃铜钺的出土,是近年来考古发掘和冶金史的重大发现。经有关单位反复鉴定,证实铁刃是用含镍较多的天然的陨铁经加热锻打成形后,嵌在陶范内,和铜钺本体在浇注时铸接在一起的。它说明,我国至迟在公元前十三四世纪就已发现和使用了天然铁。诗《秦风》:“驷■孔阜”,《逸周书·王会解》:“玄钺”,郭沫若曾释为“铁”和铁质(铁刃)武器。将这些文献记载和实物相印证,对探索冶铁术在我国的发生、发展有重要的意义。

  从目前考古发掘所得实物资料看,最早的铁器出自甘肃、湖南、江苏等地,年代为春秋晚期。湖南长沙出有钢剑。江苏六合程桥春秋晚期墓葬出土的铁条和铁块,经检验,铁条由块炼铁锻打成形,铁块是白口铁铸成的。这说明熟铁和生铁在我国大体上出现于同一历史时期。欧洲在公元十四世纪才使用生铁,在这以前,冶铁业主要地以块炼铁为原料,钢是由块炼铁渗碳获得的。而我国冶铁技术则从一开始就有着自己的发展特点。生铁的早期出现与广泛应用,是我国冶铁术的重大成就,影响极为深远。

  春秋晚期的铁器多是小件的刀、锥、臿、削等工具、农具。到了战同时期,随着生产关系的变革,冶铁业迅速发展起来。《管子·地数篇》载出铜之山四百六十七、出铁之山三千六百零九,可见人们对铁矿资源的重视和了解程度。管仲相齐时“官山海”,已对铁的开采、生产实行管理,临淄东周冶铁遗址面积达十数万平方米。战国中期以后,铁器的使用已遍及当时的七国疆域,农具有犁、锄、臿、铲、镰,手工工具有斧、凿、锥、削等。铁器取代铜、石、木、蚌器成为主要的生产工具,标志着社会生产力有了划时代的发展,也是战国经济繁荣、出现百家争鸣的兴盛局面的物质基础。

  战国已娴熟地使用铸铁柔化技术,将脆硬的白口铸铁坯件,经高温退火成为黑心韧性铸铁,例如洛阳铁铲、长沙铁臿等,经检验是以铁素体和珠光体为基体,石墨作团絮状析出,质量比白口铁和灰口铁都要好。石家庄两件战国铁斧都经过脱碳处理,表层成为钢的组织,内部仍为莱氏体,保留着生铁的组织。欧洲十八世纪才有韧性铸铁,黑心韧性铸铁在十九世纪于美国试制成功。我国韧性铸铁的生产比欧美要早二千多年,这是铸铁生产工具能在战国广泛使用的一个关键,对社会的贡献是十分巨大的。

  随着生产规模的扩大和对铁器需要量的增长,战国已用铁范大批铸作农具、手工工具和车具。1953年河北兴隆出土的燕国铁范八十七件,其中有斧、凿、镰、锄等类,有一范可同时铸两件的,还使用了即在现代也不能轻易得到成功的金属型芯铁芯,技术水平之高实为惊人。此外,战国已用铜范铸造布币,开后代用铜范、铁范铸币之先声。

  战国时期频繁的军事行动,促进了炼钢技术的发展。块炼铁渗碳制钢是这一时期钢铁技术的另一项重大成就。对河北易县燕下都遗址所出铁兵器进行的检验,证实戟、剑等武器是用块炼铁经渗碳后锻打而成,有的还在高温下淬火,得到很硬的马氏体,是目前所知我国最早的淬火钢剑。过去,一般都认为战国炼铁技术以楚国和吴越地区为最先进(如苏秦所说“楚之铁剑利”①以及传统中的干将莫邪等),燕下都钢剑、钢戟的发现,证明炼钢术在北方地区,也有较高水平。

  铁工具的广泛使用也使战国青铜器出现新的面貌,辉县赵固墓等处出土的水陆攻战铜鉴等器物,花纹刻划极为精细,不是钢铁工具很难办到。这个时期的错金银器鎏金器件也比春秋时期大为增多。另一方面,很多战国铜器壁薄、素面,表现了铸铜技术的提高,并进一步向商品生产方向发展,产品有铜镜等。

  除中原地区外,各边远地区和少数民族居住区域,受商周青铜文化影响,冶铜术也有不同程度的发展,并且具有各自的地方特点。例如云南剑川海门口氏族部落的冶铜业已较为发达,铜器有斧、刀、凿、鱼钩、钠和装饰品。四川地区在殷周时期,冶铜术也有一定水平,如新繁水观音以及忠县出土的铜器所示,其后发展成有高度成就的巴蜀青铜文化。北方草原地区所用青铜器如方銎斧、有翼镞和矛等,均与殷周铜器有类似之处,这些地区常出土石制铸范。在殷周奴隶制发达期间,江苏、安徽的湖熟文化正处于原始社会末期,但在中原文化带动下,已能铸造和中原相同类型的铜刀、铜镞、鱼钩等。这些都证明中华民族青铜文化的统一性也促成了统一的铁器文化的早期形成。

  交通、运输工具

  古代陆上交通用的主要工具是车,创始于原始社会时期。《淮南子》载:黄帝时代人们因“见飞蓬转而知为车”①。这种说法似乎不大符合技术发明的规律。车的发明过程较可能是由徒手搬运重物发展至用圆木棍垫在下面拖拉重物,从而导致车轮和车的发明。最初的车轮是由一块整木制成,称为“辁”,以后逐渐发展成有辐条的轮子。从河南安阳孝民屯、大司空村等处发掘的车马坑看,有辐条的轮子至迟在商代就已发明(见图一)。车马同坑,说明已用马力挽车。车的形制为双轮、独辕,上有车舆(车箱),并配有铜■、轭和当卢、铃等马具。周代的车制与商代相类似,但又进了一步。尤其是战车发展很快。据《史记》所载,在公元前十一世纪牧野之战中,周武王的大军就有“戎车三百乘,虎贲三千人,甲士四万五千人”②。《考工记》记载了周代兵车、田车、乘卒等多种车制,并对各种车辆的车轮、车辕、车舆制造材料、尺寸大小及制造工艺做了详细记述,例如车辆如何装配才能结实,车轮直径应当多大,才能使马拉省力等等都有详细介绍。其中特别强调车轮要造得尽可能地圆,以使轮子与地面的接触尽可能地小(“微重”),从而使车子走得快(“戚速”)。③原始的水上交通工具是桴和舟。桴即竹筏或木筏,是由几根粗竹或树干綑扎而成;舟即独木舟,是用火和石斧把大圆本挖成凹形而造成。所谓“刳木为舟,剡木为楫”,即是指此而言。独木舟在浙、闽、江、蜀等省曾多次出上,有尖头尖尾的,有方头方尾或敞尾的。虽然所出上的最早年代为春秋时期,但陶制的船型物在新石器时代的遗址中则多有发现。浙江河姆渡、钱山漾等处新石器时代的遗址中均发现有木桨,说明早在五至七千年前就已有舟楫的发明。商代甲骨文中已有舟字,写作“■”,形状象一只由多块木板联接而成的木板船。由独木舟发展成木板船,是造船技术的一大进步。西周以后船舶技术发展很快,开始出现“并舟”。通常是两舟相并,称为“舫”,亦称“方舟”。《尔雅》说:“天子造舟,诸侯维舟,大夫方舟,士特舟,庶人乘泭。”①这里说的是周代制度。“造舟”是由多条船并联而成,犹如水上浮桥,较为安稳,仅由天子乘坐:“维舟”是由四条船相并而成,由诸侯乘坐:“特舟”是单舟:“泭”同桴,即筏。至春秋战国时期,船舶已用于水战。吴、越、楚、齐四国都有强大的水师,拥有各种类型的战船。据《越绝书》载,吴国的战船有大翼、小翼、突冒、楼船、桥舡等数种,“大翼者当陵军(陆军)之重车,小翼者当陵军之轻车,突冒者当陵军之冲车,楼船者当陵军之行楼车,桥舡者当陵军之轻足骠骑也”②。吴国还有大型的战舰——艅艎,是王侯指挥水战时乘坐的。河南汲县出土的战国铜鉴上,绘有一组水陆攻战图。其中××层者为楼船,下层众多水手奋力划桨,上层立有战士多人,或弯弓射箭,或持盾挥戈,生动逼真。

  机械

  尖劈、杠杆、轮轴是古代的几种简单机械。这些机械的特点是能以小力做大功,可以提高劳动效率,因而用途十分广泛。

  尖劈的发明最早。石器时代的人们就知道,越尖的石块越锋刊,石刃的夹角越小,割刮食物时就越省力。进入商周时期以后,更用青铜或铁制成各种尖劈状的工具和兵器,如锄、铲、镰、斧、镞、剑、刀、矛等等,这些工具和兵器的创制,增强了人类改造自然的能力,促进了社会生产力的发展。

  杠杆的出现也十分早。当原始人用木棍撬起或抬起重物时,杠杆知识就开始积累了。传说神农氏“斫木为耜,揉木为耒”,耒耜的使用,即是杠杆知识的应用。更为普遍亦更为典型的杠杆机械是桔槔和衡器。

  桔槔是一种提挈重物或向深井打水的机械。《庄子》中记有颜渊的话:“子独不见桔槔者乎?引之则俯,舍之则仰”①。又载子贡的话:“有械于此,一日浸百畦,用力甚寡而见功多……凿木为机,后重前轻,挈水若抽,数如泆汤,其名为槔”②。桔槔的形制是在井旁或渠边的高柱上,横支一根长木,长木前端用长绳悬一空小桶,后端綑扎一重物(如石块)。将前端绳索往下一拉,水桶就可打水;然后把手放松,由于后重前轻,水桶便被提上来了。这种机械要比完全靠人力提水,轻易得多,因而得到广泛的应用。近代农村中,仍有采用桔槔打水的,墨家还用桔槔来高举烽火,所谓“其事急者,引而上下之”。

  衡器是称量物体重量的器具,发明较早。传说帝舜时代就有了。《尚书·舜典》载:“协时月正日,同律度量衡。”衡器有等臂秤(天平)和不等臂秤两种。1954年长沙左家公山出土的战国木衡是等臂秤①,而传为安徽寿县出土的战国时期的“王”铜衡,则可能是不等臂秤②。衡器所据的原理是两边力矩相等而达平衡的杠杆原理。对于等臂秤(天平),权(法码)的重量与物的重量相等;对于不等臂秤,重物与重臂(重物至支点的距离)之乘积等于权(秤铊)与力臂(权至支点的距离)之乘积。墨家学派曾阐述了不等臂秤的工作原理,墨家把重臂叫做“本”,把力臂叫做“标”,权的重量比物的重量轻,对此,墨家指出,若要这种秤“相衡”的话,必须“本短标长”③,可见墨家已知杠杆原理:重×本=权×标。这比古希腊阿基米德于公元前三世纪发现杠杆原理要早一个多世纪。

  此外,有关滑轮、轮轴等杠杆机械的利用,先秦古籍中亦有所记载。据说公输般曾建议季康子造转动机关安葬其母,这转动机关可能就是辘轳;《墨子》“备高临”也提到当时有一种连弩之车,曾用辘轳引弦张弩。《墨经》中还记载了以斜面配合滑轮或轮轴来起重的实验情形。在大冶铜绿山古矿冶遗址中,也发现用辘轳提升矿石的遗迹。

  

  ①郭沫若:《中国古代社会研究》,第143页,科学出版让,1960年。

  ①《国语·周语下》。

  ②《国语·鲁语上》。

  ③《淮南子·原道训》。

  ①陆贾:《新语·道基》。

  ②《中国水利史槁》编写组:《中国水利史稿》上册,第41页,水利电力出版社1979年版。

  ③贺维周:《从考古发掘探索远古水利工程》,载《中国水利》,1981年第十期。

  ①温少峰、袁庭栋着:《殷墟卜辞研究——科学技术篇》第206页,四川省社会科学出版让1983年版。

  ②《水经·肥水注》。

  ①《水经·浊章水注》。

  ②《华阳国志·蜀志》。

  ③《史记·河渠书》。

  ①《汉书·沟洫志》。

  ②《史记·秦始皇本纪》。

  ①贾兰坡、龙玉柱:《山西怀仁鹅毛口石器制造场遗址》,载《考古学报》1973年第二期。

  ②黄慰文等四人:《广东海南县西樵山遗址的复查》,载《考古》1979年第四 期。

  ③甘肃博物馆,《甘肃武威皇娘娘台遗址发掘报告》,载《考古学报》1960年第 二期。

  ①温少峰、袁庭栋着:《殷墟卜辞研究——科学技术篇》第353—354页,四川省社会科学出版社1983年版。

  ①杨文衡:《我国古代采矿技术史(坑采)》,载《中国古代史论丛》,福建人民出版社,1982年第二辑。

  ①《史记·范睢蔡泽列传》。 ①《淮南子·说山训》。

  ②《史记·周本纪》。

  ③《考工记·轮人》。 ①《尔雅·释水》。

  ②《越绝书》逸文。

  ①《庄子·天运》。

  ②《庄子·天地》。

  ①战国等臂木衡,见《全国基建工程中出土文物图录》。

  ②战国不等臂秤“王”铜衡。见《文物》1979年第4期第74页,刘乐瑞文。

  ③《墨子·经说下》。

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