《清明上河图》中埋藏的科技秘密

前段时间，人们在故宫博物院门前排队等候观赏《清明上河图》的新闻轰动一时。不少人为
了一睹国宝风采，不惜耗上六七个小时来排队等待。这并不奇怪，《清明上河图》就像中国的
一个文化 符号，不管看不看得懂，远远地看上一眼都是好的。

除了表现北宋人民的生活、生 产、商业贸易等真实面貌和经济状况外，《清明上河图》中
还隐藏着一些中国古代先进的科学技术。
结构巧妙的木拱桥
看过《清明上河图》的人，对画面正中的这座拱桥都不会陌生。 桥上接踵而行的人流，
桥下穿梭的船只，一派热闹非凡的城市生活图景扑面而来。
那么，这区区一座拱桥有什么特别的呢？
我们不妨先来简单认识一下“拱桥”这种形态优美的建 筑。其实，拱桥的历史非常悠久，
早在公元前100年左右，世界上第一座拱桥阿尔坎塔拉桥就出现在了 古罗马，还有我国闻名
遐迩的赵州桥，也在隋朝就完成了修建。它们都以优美的外观和稳固的结构著称。 当然，它
们还有一个显著的共性――都是用石头做的。
为什么古代大多数拱桥都是石头 做的呢？这个道理不难理解，因为桥面所受的压力会转
化分散到桥身两侧，最后作用到两边的地基上，所 以，这就要求拱桥两边的基础非常扎实，
材料的抗压能力强，而石头刚好可以满足这个条件。
其实在人类历史上，除了石头之外，木材也是建造桥梁最原始的材料之一。相比于石头，
木 材拥有重量轻、抗震性能好、加工方便等优势。最早的木桥是以独木桥的形式出现的，即
在水上或峡谷两 端搭设一根简单的木头，如今，在许多小河上我们还能看到这种形式简易的
桥梁。
那么 ，能不能效仿石拱桥，也用木头造出这种形态美观的木拱桥呢？显然，如果按照前
文所述石拱桥的原理修 建木拱桥，那桥估计建好没多久就会塌了。毕竟，要比结实程度和抗
压能力，木头实在没什么竞争优势。
可是，《清明上河图》中的这座拱桥恰恰就是用木头做的。难道这是张择端自己凭空臆想
出来的吗？
据历史资料记载，中国的第一座木拱桥出现在北宋。最早的文献记载如《宋会要》中所
说： “北宋天禧元年（公元1017年）正月，罢修汴河无脚桥。”《续资治通鉴长编》中也有记
载：“多因 桥柱坏舟，遂献无脚桥式，编木为之，钉贯其中。”
文中所描述的中国第一座“编木为之”的“ 无脚桥”，正是《清明上河图》中展示的这座
造型独特、犹如一弯长虹的汴河虹桥！
那 么，汴河木拱桥又是如何建造的呢？《渑水燕谈录》中用“取大木数十相贯，架为飞
桥”，简单描述了虹 桥的桥梁结构。而通过后来建筑学家和桥梁学家的分析研究发现，汴河虹
桥的建造技艺非常精湛，其结构 精密而巧妙。从整体上看，虹桥的主拱由两个系统组成，它
们通过横梁交叉搭置、相互承载，形成了拱形 的整体结构，并通过拱上建筑的传递，承担桥
面传下来的荷载。为了增强桥的整体稳定性，两个系统之间 还设置了5处横梁，以此加强其
横向连接，形成整体，共同承担桥面的负荷。
简单地说 ，工匠们充分利用了木材的抗压、抗弯以及抗拉等性能，将木头有组织地编制
在一起，形成拱形结构，并 实现了在有较大跨度的同时兼备较强的承重能力。
看来，张择端不仅没有凭空“捏造”，而且在 《清明上河图》中，对虹桥的写实描绘几乎
将虹桥的结构完全还原了出来！
公元150 2年，也就是在汴河虹桥出现后的485年，意大利超级天才达?芬奇也“脑洞”
大开地绘制了一座木头 小拱桥的图样，但他不知道的是，早在几个世纪前，中国人就做到了。
由于木材本身有容易腐朽 、耐久性能差等缺点，并且由于自重较轻，容易被洪水冲垮，

木拱桥很难留存下来，包括 《清明上河图》中展示的汴河虹桥也不复存在了。但值得骄傲的
是，中国木拱桥的营造技艺已被列入《世 界非物质文化遗产名录》。
算盘的起源
中国是算盘的故乡，现在世界上包括日 本、美国一些国家所使用的算盘，都是源出中国
的。因此，人们往往把算盘的发明与中国古代的“四大发 明”相提并论。和木拱桥的制造工
艺一样，珠算也已经被列为“人类非物质文化遗产”。
然而，中国是什么时候开始使用算盘的呢？从清代起，就有许多学者进行了考证。但由
于缺少足够的证据 ，算盘的起源问题至今仍然众说纷纭。
有一些学者认为，算盘应该是起源于东汉。因为，中国古 代书籍上最早出现“珠算”这
个名词，就出自东汉数学家徐岳所著的《数术纪遗》。但是，也有许多学者 认为，此书描写的
珠算，充其量不过是一种记数工具，与后来我们所说的能够进行复杂运算的算盘并不是 一回
事。
此外，还有一部分学者认为，真正意义上的算盘是在元朝出现的。这种观点主 要源于元
代陶宗仪所著的《南村辍耕录》：“凡纳婢仆，初来时曰擂盘珠，言不拨自动；稍久，曰算盘< br>珠，言拨之则动；既久，曰佛顶珠，言终日凝然，虽拨亦不动。”文章风趣生动地把不同资历
的奴 婢比作不同类型的算盘。学者认为，此文中描述的算盘与现代真正意义上的算盘差不多。
所以，说算盘起 源于元代也不无道理。
但是，随着新证据的发现，算盘出现的年代又给人们带来了新的惊喜！
一直以来，人们都认为，最早出现的描绘算盘图样的作品，是16世纪时的看图识字类书
籍 《对象四言》。然而，一个偶然的机会，有学者意外地在一幅北宋纪实类画卷中看到了“算
盘”的身影， 没错，它就是《清明上河图》――在画卷最左端，有一家名为“赵太丞家”的
药铺，药铺正面柜台上赫然 放着一个算盘。
后来，珠算专家将画面摄影放大，确认画中之物就是与现代使用的算盘形制类似 的算盘。
也就是说，《清明上河图》是已发现的最早出现算盘的图画。而《清明上河图》中所描绘的景< br>象是北宋时期的汴州，所以，其实最迟在公元1000年左右，算盘就已经出现了，比起之前学
者 认为的元朝要早200多年。 那么，《清明上河图》中关于算盘场景的描绘真的靠谱
吗？
通常，在中国古代到药店抓药时，必须持有中医所开的药方，然后由药铺熟悉价格的店
员计 算出总价。比如，甘草三钱、黄连二钱（旧时1斤=16两，1两=10钱）。而中药汤剂的
配方大都十 分复杂，一服中药由十几味甚至二十几味药配成是常有的事。所以，计算起价格
来就比较烦琐。这样，药 店里就必然要有使用起来得心应手的计算工具。
在古代中国，充当这个工具的正是算盘。在《清 明上河图》中，算盘出现的位置正好是
药铺，所以，它是合情合理也值得相信的。当然，如果要说算盘出 现的时间比北宋更早，那
就需要新的历史资料来佐证了。
肩套式挽具
在《清明上河图》中，不仅有惟妙惟肖的人和物，就连动物身上都有可以琢磨的亮点。
比如，大街上拉车 的驴。一头驴有什么可看的？别急，再看看驴身上的挽具。
什么是挽具？简单地说，就是套在马 或驴身上，用来牵着它们进行运输的工具。那么，
《清明上河图》中驴的挽具有什么特别的吗？想要知道 它究竟有多“牛”，我们不妨先来看看
古代国外的挽具长什么样。
读过有关古罗马社会 、历史著作的人，往往会对埃及船只运送谷物到罗马有深刻印象，
没有埃及的谷物，罗马人就会挨饿。很 多人不禁会问，为什么不从意大利运谷物到罗马，却
要选择从埃及走水路运输呢？答案很简单――因为没 有一种挽具能将马车与马套在一起，把
意大利农业区的谷物运到罗马。

直到公元8世纪，西方挽马的唯一手段还是“项前肚带挽具”――把皮带勒在马的喉部。
这是一种很不合 理的方法，“勒喉”意味着马一旦使出最大力气就会窒息而死。
由于局限于使用这种可悲的挽具 ，所以人们无法让马拉车运输，同时，也在骑兵战中加
剧了局势的混乱。不论马和骑手多么好，远距离骑 马都会遇到严重的障碍。尤其是劣马，在
行进中不仅容易疲劳，而且走着走着就会陷入半死不活的状态。
中国在挽具的使用上比西方先进太多。很早以前，聪明的中国人就改用了胸带挽具――
用绳 子套住马的胸部和锁骨，把负重交由胸部承担。如此一来，马在牵引车辆的时候，不仅
不会被勒死，还能 使出更大的力量。
但这种挽马的方法又给车辆带来了一些问题，比如，车的结构要求更复杂了― ―需要再
增加一根长而弯曲的?b（安在大车上的工具）。更重要的是，它把车的重心增高了，使得车在
快速转弯时容易发生翻车事故。所以，胸带挽具还需改进。
由于马最有力的部位在肩胛 ，于是，后来更加科学的肩套便出现了――马的受力点挪到
两肩肩胛部位。对马来说，这种设计使其发力 更容易，也增加了发力效率。对车来说，类似
辕、?b等多余部件也可以省去，而且大大降低了车的重心 ，提高了车的平稳性。
在《清明上河图》中，我们不难发现，这4头驴都采用了肩套式挽具。后 来，这种发明
也逐渐传到欧洲，但那也是一两百年后的事了。
你看，仅仅一幅《清明上 河图》中就暗藏了这么多世界领先的“高科技”。可见，宋朝不
仅是绘画的黄金时代，其科技水平在当时 的世界也毫不逊色。