中国古代技术创新

节”作用。几十种不同的“榫卯”,按构合作用来归类,大致可分为三大类型:

一类主要是作面与面的接合,也可以是两条边的拼合,还可以是面与边的交接构合。另一类是作为“点”的结构方法。主要用于作横竖材丁字结合,成角结合,交叉结合,以及直材和弧形材的伸延接合。还有一类是将三个构件组合一起并相互连结的构造方法,这种方法除运用以上的一些榫卯联合结构外,都是一些更为复杂和特殊的做法,在古代的建筑以及一些益智品中可以体会到榫卯结构的特点。

斗拱是中国古代建筑上特有的构件,它就是利用榫卯结构进行拼装,在我国已有两千多年的历史。斗拱在中国古建筑中起着十分重要的作用,主要有三个方面:一、它位于柱与梁之间,起着承上启下,传递荷载的作用。二、它向外出挑,可把最外层的桁檀挑出一定距离,使建筑物出檐更加深远,造形更加优美、壮观。三、它构造精巧,造形美观,如盆景,似花篮,又是很好的装饰性构件。

鲁班锁亦称孔明锁,起源于中国古代建筑中首创的榫卯结构。鲁班锁不使用任何接合剂或铁钉,由六根短木组成,分别冠以六艺,中间有缺,缺缺相合,以十字双交卡榫组成。它看似简单,但设计难度相当高,卡榫仅借木条的不同凹槽放置、拼凑,挖槽的密合度稍有不足都可能影响结构稳固度,需将木块大小不一的卡榫精准放置才能组合成功,而且只要抽掉一根木条,整个接合的木块也即散架了。

在这里,观众朋友可以动手拼装斗拱、鲁班锁和榫卯,快来体验一下吧。

33、赵州桥

赵州桥又名安济桥,坐落在河北省南部的洨河上,洨河流经赵县。建于隋代大业年间(公元605-618年),由著名匠师李春设计和建造,距今已有1300年的历史,是当今世界上现存最早、保存最完善的古代敞肩石拱桥。

赵州桥长50.82米,高7.23米,宽9.6米,跨度为37.37米,呈大弧形石券横跨洨河上,经历了洪水、地震等自然灾害的袭击,一直没有间断过为南北交通运输服务。它的设计创新主要表现在以下几个方面:(1)采用圆弧拱形式,改变了我国大石桥多为半圆形拱的传统。实现了低桥面和大跨度的双重目的,桥面过渡平稳,车辆行人非常方便,而且还具有用料省、施工方便等优点。(2)采用敝

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肩。增加泄洪能力,节省大量土石材料,减轻桥身的自重,增加了造型的优美,减少主拱圈的变形,提高了桥梁的承载力和稳定性。(3)单孔。采用河心不立桥墩,使石拱跨径长达37米之多,这是我国桥梁史上的空前创举。

赵州桥处处都体现了中国古代工匠们的聪明才智,象赵州桥这样古老的大型敞肩石拱桥,在世界上相当长的时间里是独一无二的。在欧洲,公元14世纪时,法国泰克河上才出现类似的敝肩形的赛雷桥,比赵州桥晚了700多年,而且早在1809年这座桥就毁坏了。

当您触摸屏幕内赵州桥上的相应结构点时,静态模型上相应的部位会亮起,同时,您可以在屏幕内观看了解赵州桥构造的相关知识。

34、建筑材料展示

中国古代建筑在世界上有着悠久的历史,上古时代人们使用土、草、木等天然建筑材料,后来出现了人工烧制而成的建筑材料—砖和瓦。砖和瓦的出现,无疑是土木工程发展史上的一次大的飞跃。

瓦出现于西周初期,嵌固在屋面,解决了屋顶防水。瓦分筒瓦和板瓦,考究的房屋用筒瓦盖瓦垄,一般房屋全用板瓦。檐口处筒瓦头称瓦当,板瓦头称滴水。中国古代宫殿以及讲究的房屋屋顶用屋脊骑缝压盖,以防漏雨。位于前后两坡接缝部分的屋脊称正脊,正脊两端的瓦件宋代称鸱尾、龙尾,清代称正吻。自正脊两端向下垂的屋脊称垂脊,垂脊下端瓦件宋代称兽头,清代称垂兽,脊端的小瓦兽宋代称蹲兽,清代称走兽。斜至屋角的脊称角脊。歇山屋顶自垂脊下端以45°斜垂至屋角的屋脊称岔脊。岔脊末端排列一队小兽,小兽的数目以建筑物规模等级而定。小兽排列顺序是:仙人、龙、凤、狮、海马、天马、狎鱼、狻猊、獬豸、斗牛和行什。

琉璃瓦是用光亮、不渗水的黄、绿、兰等颜色的彩釉涂于陶瓦表面烧制而成的。琉璃瓦在北魏时开始使用,到唐代用得很普遍,宋时亦盛。琉璃瓦最初只用于檐脊不用于整个殿顶,到了宋代才出现了满铺琉璃瓦的殿顶从而使建筑物增加了绚丽华贵的色彩。

砖的出现比瓦要晚的多,最早的砖有方形的、曲形的和空心的。方砖多用于铺地面或屋壁四周的下部。铺地砖没有纹饰,包镶屋壁的砖多带有几何图案,还

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有雕刻有收获、猎渔、煮盐、宴乐等图案的画像砖。战国时期,未经过红砖、红瓦阶段,就有质量较高的青砖、青瓦出现,并出现了花纹砖和空心砖。汉代出现印有人物或其他花纹的贴面砖。汉代以后木构架建筑的墙壁逐步以砖代替原来的夯土和土坯砖。早期砌砖用泥浆,南宋加入石灰,宋代有用糯米汁调白石灰浆砌,明清建筑砌砖用白灰浆或白灰泥浆,重要建筑也用糯米白灰浆。

砖瓦的出现让人类开始广泛的、大量的建造房屋和城市防御工程。由此,土木工程也得到了飞跃的发展。在18世纪近代工业生产出钢筋混凝土出现之前,砖瓦一直是主要的建筑材料。

有兴趣的观众可以手动触摸展区内的建筑物件,如城墙墙壁中突出的墙砖、金砖、琉璃瓦等,多媒体屏幕上将向您演示相关的知识内容。

35、帆

风帆,是推船前进的工具,与桨、橹、篙不同的是,帆利用自然界的风作为动力,不受人力的局限。中国的风帆出现在战国时期,到了汉代则获得广泛应用。通过《太平御览》卷七七一引《南州异物志》关于风帆的构造和使风技术的记载可以得知:第一,汉代由于船舶长而载量大,已经开始使用多桅多帆;第二,帆为卢头木的叶子所织成,迄今虽不确知卢头木为何种植物,但从后世使用的由蒲叶和篾片织成的帆来看,这用卢头木叶织成的帆当属于硬帆;第三,用植物叶织成的帆,厚而硬,可利用侧向风力:第四,汉代已经注意到多帆的相互影响,要随时调节帆的位置和帆角,更要因风力的大小而调节帆的面积。

我国的风帆出现的时间比西方至少晚两千年,但没经历西方漫长的横帆阶段一开始就发展可转动的纵帆。东汉出现的平衡纵帆是中国的独创,这种帆在桅前后面积的比例不同,使风的压力中心移至桅后,而又距桅杆很近,故帆的转动较省力。这种帆的出现,标志着中国木帆船逆风航行能力已达到成熟阶段。

中国风帆的出现和使用,虽然较国外为晚,但因有船尾舵与之相配合,加之中国风帆的特点,再就是最晚从汉代起,就有相当成熟的使帆技术。相比之下,虽然西方的帆出现得很早,但缺乏舵的配合,可以看出中国的帆船远远领先于全世界。

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36、尾舵

中国在东汉时期就已经发明了舵,舵是用以改变和保持船舶航行方向的设备,它由浆演变而来。东汉刘熙的?释名?中记载:“其尾曰柁。柁,拖也,在后面拖曳也。且言弼正船使顺流不使戾也。”就是说,舵是拖在船尾,起着掌握航向,使船不偏离航向的作用。

舵一般由舵柄、舵杆和舵叶三部分组成,均用硬质木材制成。航行中的船舶,水流在舵叶上产生横向作用力,根据船舶的航向转动舵叶,使船舶产生回转力矩,保持所需航向。在实际操作过程中,人们对舵进行了不断的改进和创新。在公元2—4世纪,出现了适合我国船舶尾部结构的垂直舵;晋代,在顾恺之的“洛神图”中,已出现了升降舵;到了宋唐,出现了平衡舵和开孔舵。北宋“清明上河图”上画有升降舵、平衡舵及船只的航行情况。

帆船尾舵的应用是造船技术上的一大进步。宋代泉州造的海船已经应用尾舵了。当时阿拉伯帆船还在使用侧舵,不会应用尾舵。至十三世纪后期,阿拉伯人的帆船才开始应用尾舵。欧洲人的帆船应用尾舵就更晚了。从文献资料和出土的宋代古船来看,都证明:宋元时期泉州的造船业非常发达,造船技术十分先进,居于当时国内以至世界的领先地位,为世界造船业的发展与“海上丝绸之路”的繁荣做出了卓越贡献。

37、郑和大航海

六百多年前,明朝航海家郑和率领庞大舟师于1405—1433年28年间七下西洋,拉开了人类走向远洋的序幕。郑和率领的船队是一支举世无双的舰队。27800名中国人分乘208艘船舰,驶向两个大洋。郑和下西洋的历史之久、规模之大、航程之远与抵达国家和地区之多,是当时世界上任何国家都无可比拟的,比欧洲航海家哥伦布、达伽马的远洋航行时间早了半个多世纪。

郑和船队规模之大,航程之远,均为世界首创。船上除了大量水手和将士之外,还有许多种技术人员,如负责领航的“必长”,军匠、民匠、水手长、翻译、外交官、文书等,各种人员相互配合。郑和所用的船多为底平,吃水浅、适航性能耗,桅多帆高的沙船。船上装有增加稳定性的批水板、梗水木,遇风浪时减轻船摇晃的“太平篮”。而且还使用了可以灵活升降的舵以及先进的水密隔舱技术。

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