佘杨靳 吴翔 李绪航 顾洛溦

【摘 要】历史的发展表明：任何一个时代，其最新的科技往往首先应用于军事装备制造领域，军事技术的进步在科技上呈现领导性的意义。一个时代的军事技术水平往往反映了该时代的科技发展水平。军事装备技术的研究对于探究中国古代科学技术史，发掘先民的造物智慧来说至关重要。同时，宋朝是我国古代科技发展的一个高峰，通过宋代的军事装备探究其背后的设计思想，发掘宋代先民的造物智慧，给与现代科技发展以启发。

【关键词】宋朝；军事技术；机械设计思想；先民造物智慧

【中图分类号】TH122 【文献标识码】A 【文章编号】1007—4198（2023）01

一、受社会背景和古代学术思想的影响

（一）受社会背景的影响

挽弓射箭、不但是宋元时期每个官兵必备的武艺，而且也是宋太祖赵匡胤、抗金名将岳飞和韩世忠超越一般官兵的本领。所以南宋殿前司官属华岳说：“军器三十有六，而弓为称首：武艺一十有八，而弓为第一。”弓箭在宋朝军事中一度被列为最重要的兵器，究其原因在于当时的社会背景。

宋朝，北方幽云十六州反复易主，西北在吐蕃的不断侵蚀下，优质的牧场早已不复存在。没有了充足的战马，普通的步兵方阵在少数民族战马的冲击下自然不堪一击。于是宋朝被迫把购置战马的钱，全部投入了高效率弓弩箭的研发与制作中。在《武經总要》中记述了十八种箭，四种弓，六种弩，七种床弩，足以见得宋朝弓弩手装备的豪华，宋朝弩箭的射程也超过了唐朝，宋朝弓箭手的平均射程是80步（约96米），弩手的平均射程达到了200步（约240米）。更有三弓床弩（又称“八牛弩”）射程有七百步之远（约840米）。

澶渊之战，宋军在城头安设床子弩。辽军攻城，守弩兵士惊，匆忙中击牙发弩，箭矢雷动而出，不意正中辽军阵内的主将萧挞凛，登时毙命。

由此可见宋朝弓弩的快速发展与当时宋朝的社会背景有着千丝万缕的联系。

（二）受古代学术思想的影响

纵观我国古代哲学发展的脉络，大致可划分为先秦子学，两汉经学，魏晋玄学，隋唐佛学和宋明理学等几个主要时期。这些学术思想都是社会发展到一定阶段的结果。宋代理学之形成亦无外乎，亦不过是顺应了封建国家中央集权统治的新要求。

宋代理学中包含很多对儒学的理解，但它们有很多共同点：首先，确立了以“理”为宇宙万物本质的本体论哲学观，突出强调“理”为万事万物的最高存在；其次倡导“性即理”、“格物致知”，以建立“性与天道合一”的理学思想体系。虽然宋代理学中的“理”被归结为某种神秘力量的客观唯心主义，但是它又重视精致的先验论认识论，以“格物致知”为基本命题概念，讲究“穷理”，认为“理在先，气在后，虽未有物而已有物之理”。[1]

宋代理学主张万事万物之存在与运动皆遵天理，天理有万物之有。而且人们应该学习事物原理来获取知识，并穷究事务之理，有一种不断探究的精神。在这一思想背景下，宋朝是中国代科学技术发展的顶峰，中国古代著名的“四大发明”，三大发明都是宋朝首先产生或使用的，并产生了以《武经总要》和《翠微北征录》为代表的军事技术类著作，有关军事器械技术类着作部分图例清晰，注释讲解科学，合理。足见它和宋代理学的思想相通（如图1、图2）。

甚至在21世纪的今天，某大学的校训就是“穷究于理，成就于工。”足以可见当时宋代理学不乏先进可取之处。

二、效仿自然、借用自然

仿生设计学是近代以仿生学，设计学为基础的新兴边缘学科，在设计学中占有重要地位。它是把自然界万事万物中的形态，色彩，声音，功能，结构等要素作为研究目标，并将这些特征原理选择性地运用于设计过程之中所做的设计工作，从而为设计工作提供了新思路，新原则，新方法，新途径。

（一）仿功能

《武经总要》第十卷中提到了“巢车”，谓之：“竿之高下，以城为准。使人藏屋中，下窥城中事。远望如鸟巢，故谓之巢车也。”人们把战争中居于高处用来观测敌情的侦查工具称为巢车，源于鸟是自然界中飞的最高的动物，鸟巢也常常建在高处。“巢车”的构造如鸟巢之高，站得高忘得远，就是仿功能。[2]

（二）仿形意

第十三卷中的“骑兵旁牌”在迎敌面画出虎形，取“山大王”威慑之意。“虎车”“豸车”这一类冲击战车的正面也作出虎豸这类猛兽的外形，在冲击的过程中配上士兵呐喊和鼓声从视觉听觉上冲击敌人的心理防线，这就是仿形意。

（三）仿构造

《武经总要》中的“竹飞梯”“尖头木驴”“勾撞车”“拒马枪”等等都采用了稳定的“山形”，模仿了山上尖下宽的结构来增加机械的稳定性，这便是仿山的构造。

（四）借用自然

第十卷中提到了“火车”，“右火车，以两轮车，中为炉，上施锅，满盛以油，烧炭火，锅令沸，仍四面積薪，推至城门楼下，纵火而去。敵必下水洪之，油得水，其焰益高，则楼可燃也。”宋人制作“火车”借用火来破敌，与借用风力的帆、借用水力的驱动水轮有异曲同工之妙。[2]

三、标准化和系列化

（一）标准化

宋朝在汴京建立了大规模的兵器生产作坊，即南、北作坊，又建立了弓弩院，专门生产各类刀枪甲具和远射兵器。两作坊的工匠多大七八千人，宋太祖更是每隔十天查核一次各种兵器的质量。如此庞大的规模和上级领导的审查下，必须要有一个统一的要求和标准。

《武经总要》中对器具的描述大多带有详细的单位，比如对“单梢炮”的描述：单梢炮，用前后脚柱四（前长一丈八尺，上出山口六寸，裹以铁叶……由此可见宋人已经对器具的设计和制造具备了标准化的思想。

（二）系列化

系列化设计是指对同一类产品的结构形式和主要参数规格进行规划以适应不同需求的一种形式。系列化设计的思想往往伴随着复杂的设计流程，它不仅仅要考虑器械本身的各种因素，还要考虑器械在战争使用中的实际情况，在得到将领的需求反馈和士兵的使用反馈后进行系列化设计。

《武经总要》中最典型的就是“炮”的设计，在《武经总要》中的“炮”指的是投石工具。

除“炮”之外，弓弩也根据功能需要进行了系列化的设计。

除了上表所列的“炮”“弩”之外“弓”“箭”“梯”等等也进行了系列化的设计以应对不同的场合和功能需求。由此可见宋代的机械设计已经完全具备了系列化的设计思想。

四、构造求简，制作求易，操作求便

（一）构造求简，制作求易

《武经总要》卷十开头有一句话：“用兵之法，全国为上，破国次之；全卒为上，破卒次之。此謂用谋以降敌，必不得已，始修车橹，具器械，三月而后成；踊土距堙，又三月而后已。”宋人攻敌先用谋略，谋略不成再用三个月造车橹器械，再三个月造土山。通常攻城器械体积庞大，不易随军携带，攻城时所用的器械常常是现造现用，所以也就导致了工程器械的构造不能过于复杂，制作过程不能过于繁琐，制作材料不能过于稀少。这也就造成了武经总要中的器械大多采用简单的机械原理构造来达到最重要的功能，制作材料也大多采用能在野外常见的木质材料，只有在需要其他功能时才附加其他材料，比如在绪棚顶面和侧面蒙上铁皮，涂上湿泥土以起到防火作用。

（二）操作求便

从《武经总要》来看宋人对武器操作的要求，操作“炮”通常要求数十人至数百人“拽”，1—2人定放，操作“弩”通常要求数人至数十人“张”，人在武器操作中主要起到提供动力的作用，而有操作性含量的工作常常只有个别士兵，所以器械的操作要求也较简单。

五、形制

形制的设计思想最早的应用是用来区分封建阶级的，帝王公卿的服装、住处、马车等等通过形制的差异来体现阶级的差异。而《武经总要》中形制的设计思想主要体现在盔甲上。

（一）将军甲胄

从整体上看，两宋时期的将军甲胄继承了五代时期的传统，在唐代曾经风行一时的明光铠以及护项都没有被再次起用，以绢甲形制改革的两件式套装成为了新的主流。这种所谓的套装，主要由以下几个部分组成：保护头颈部的兜鏊，保护肩部的披膊，甲胄的主体，护臂，抱肚以及胫甲或者长靴，这和五代时期的甲胄构成没有太大的差别。这在《武经总要》中有如下描写：“右有铁、皮、纸三等，其制有甲身，上缀披膊，下属吊腿，首则兜鍪顿项。”

其中兜鏊主要是用来保护将领的头部的，而在五代时期，由于护项逐渐被弃用，因此在兜鏊的下部被加装了用来保护脖子的顿项，宋代的兜鏊也沿用了这种做法。而起主要防护作用的兜体，除了在外部纹饰上略有不同之外，其形状和功能都是比较相似的，为了让其固定，在其下方一般还有专门的织物系带。

（二）士兵甲胄

前面提到了两宋时期将领的甲胄构成，从中我们可以看出其在身体保护方面还是十分全面的。但是对于普通士兵来说，这样的防护装备未免太过昂贵，因此其甲胄构成和将领之间有着较大的区别。

首先在头部防护上，普通士兵并没有兜鏊这样的护具，他们一般都会在头上戴着笠子。笠子主要有缨饰，笠体以及系带构成。这种笠子对于箭矢的防护能力十分有限，只能起到基础的保温以及区分敌我的作用。

而在铠甲主体上，士兵和将领之间的差距也十分明显。在北宋时期，士兵的铠甲一般为铁甲，其甲片的用料以及锻造方式和前面提到的乌锤甲有明显区别，其防护能力也相对较差。而且其在两片胸甲的连接处也缺乏其他覆盖，这让士兵的胸口存在防护盲区。

六、从实践中迭代设计

中国古代的机械设计者多数是匠人，他们常常担任从设计经制造、装配、安装的工作。这些实践使他们脑海中储存很多机械设计信息，有助于为满足不同的新的设计要求而改进已有的机械，其中许多通过创新设计成为新的机械。

宋朝的登城梯已经从最初的版本发展出众多新型号，列如：“蹑头飞梯”在梯子上层加一段独竿竹，中间加上转轴，在攻城时更容易将云梯立起来，原文曰“竿首贯双轮，取其附城易起”。除此之外还有“云梯”，将登城梯置于车上，驱车至城下则可以直接登城，由于梯子是固定在车上，守军无法轻易地将梯子推到。登城梯的发展都是为了满足新的需求，适应具有挑战性的使用环境。

七、结语

宋代先民的造物智慧中值得我们学习和思考的地方不止于此，还有很多内容值得深思学习。在当代追求人与自然和谐发展的前提下，不断思考和探索，真正优秀的设计是要经过时间的考验，而不是仅仅着眼于当下利益。同样，优秀的设计作品是能够跨越时间、空间与人产生共鸣。所以在我们进行设计工作时，要谨记实践求真、以人为本、与自然和谐相处，从而提高我们的设计作品质量。

参考文献：

[1]无用道人的杂货铺.中国古代儒学最后的辉煌——宋代理学[EB/OL].[2020—02—06].https：//baijiahao.baidu.com/s？i d=1657608837251220811&wfr=spider&for=pc.

[2]（宋）曾公亮，等，撰.武经总要前集（上）[M].郑诚，整理.长沙：湖南科学技术出版社，2017.

作者简介：佘杨靳（1997—），男，汉族，安徽合肥人，南京工业大学，研究方向为设计学；吴翔（1996—），汉族，安徽合肥人，南京工业大学，研究方向为设计学；李绪航（1997—），男，汉族，安徽宿州人，南京工业大学，研究方向为设计学；顾洛溦（1997—），男，汉族，江苏南通人，南京工业大学，研究方向为设计学。