柔韧的智慧
作者 王艺
发表于 2023年10月

一九五三年,新中国年轻的桥梁设计师、武汉长江大桥的设计者之一唐寰澄在《清明上河图》里发现了汴河上结构特殊的木拱桥,正应《东京梦华录》所载“虹桥”之称。这一发现曾轰动一时,引发了世界桥梁史学界对木拱桥的研究兴趣。唐先生也从此将毕生精力投入中国古代桥梁技术史的研究,完成了《中国科学技术史·桥梁卷》《中国石拱桥》《中国木拱桥》等重要科技史著作。

唐寰澄和当时的很多技术史学者都曾经认为,《清明上河图》中的木构拱桥在历史上早已被更为坚固耐用的石拱桥所取代,在世界各地都绝迹了。但之后随着新中国文物普查工作的展开,在闽、浙、赣、湘、鄂、川等省的深山地区相继发现了各种形式的木结构桥梁,不但有古代建造的木拱桥在持续使用,还有世代相传的工匠在继续建造这种桥梁。唐寰澄先按照文献所记“大木相贯”的说法,将之命名为“贯木拱”桥,后又根据其构造原理,名之曰“编木拱”桥。二00九年,“中国木拱桥传统营造技艺”列入联合国教科文组织“亟需保存的非物质文化遗产名录”。

二0二一年,新一代建筑史学者刘妍的《编木拱桥—技术与社会史》(以下简称《编木拱》,文中引文凡未注出处者,皆引于此)一书出版。这位留学德国的年轻学者没有像常规的技术史写作那样,直接从传世文物和图像资料出发进行类型学分析,而是通过复原古罗马现实场景下的实际需求和技术条件,对恺撒在《高卢战记》中以文字形式记载的莱茵桥进行推测和复原,弥合文字与图像实物的分离、炫耀性的征服记录与实用中的技术知识的分离,厘清了中世纪以来研究恺撒建造学的误解,指出恺撒的莱茵桥正是一种编木拱桥。更进一步,刘妍回到中国的闽浙山区,考察在真正的生产生活中持续使用至今的中国木拱桥。除了完成对大量文字和图像资料的爬梳工作,她还在山涧之间、急流之上,实地测绘了一座又一座古代和现代用相同技术建造的编木拱桥;在工作室内完成了建筑专业学生拿手的模型制作;更带着人类学者的眼界和历史学者的深思,深入当地社会生活的历史与现实,不止一次地全程参与造桥匠人的实际营造工作。她得以完成这样一部从外部和内部,从历史和当下的各个立足点出发,深入探究“编木拱桥这个不断闪现在人类历史的各个时间、不同角落的奇特、罕见现象”的“特殊的技术史与社会史”。

解释编木拱桥这一现象何以奇特而罕见,需要兼顾技术史和社会史的分析。刘妍所考察的闽浙山区村落,自明代以来,对山区自然资源的开发利用,养活了较大密度和数量的人口,在人烟稀少的深山地区常见的溜索、链索桥无法满足这里相对频繁和大负重的物流需要,而山地条件又不适于建造平原或缓坡丘陵地区惯用的石拱桥,于是,编木拱这种可以满足深涧幽谷之间大跨度、强负重、易架设这些苛刻条件的奇特技术成为必然选择,而东南山地丰富的林木资源正可为之提供充足的建造原料。

如此高超、有效的技艺何以罕见?刘妍通过对比东西方木作传统在应对跨度问题时所使用的“编木拱”和“桁架”这两种选择之间的差异,回答了这个问题:“桁架与编木拱,均是将较短的杆件组合起来以形成较大跨度”;“针对桁架结构力学特征的科学研究,是现代结构科学的基础。‘理想’桁架拉、压分明的受力特征,可以方便地简化为抽象模型进行分析计算,因此桁架理论是结构科学的理论基石之一”;与之相对,“编木拱虽然为拱形结构,却兼具拱与梁的结构特征,并会随边界条件的变化而在两者之间转化”,其“力学特征复杂而不明朗”。

刘妍多次深度参与到桥匠家族的建造工作,从备料开始,全程观察、记录,学习工匠们不画图纸,不算公式,在造桥过程中现量现做,甚至现下料的“手手相传”的隐秘知识,试图以结构科学读解工匠的语言和操作,揭开这种“暧昧不明” 的力的秘密。她发现,编木拱桥的“梁木正是通过编织关系相互别压、制约,每一根‘编织’姿态的纵向梁木都是受弯构件。结构的内力以弯矩的形式分担在编木拱的各个构件成员上”;“抽度/ 牛头撞的作用类似于一种预应力。在建造完成后,由于木材的收缩和结构的逐渐松弛变形,预应力会随着时间的推移而逐渐释放”;并认识到,“这些产生于施工过程、不断变化的内力,是采用现代结构理论对木拱桥进行结构计算与分析的难点。准确的计算需要建立在对结构现状的细致考察与密切监测上”。简而言之,有一点可以明确:编木拱构造的受力方式与木质纤维依靠其天然的柔韧性所发挥出的力学性能密不可分,这是一种只有木头才能编织出的结构。反之,桁架結构中的木杆仅仅是一个几何结构中的部件,替换成其他材料,依然有效。

本文刊登于《读书》2023年10期
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