故宫的九龙壁有多重 古代的时候是如何运送这块巨石的 故宫的九龙壁有多重 古代的时候是如何运送这块巨石的

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去过故宫的人应该都见过故宫有九龙壁。所谓的九龙壁是一种影壁，是一种用来遮挡视线的古墙。我们经常在一些电视剧里看到，在一些大房子里，前门不是房间，也不是客厅，而是一堵挡住外面视线的墙，也就是影壁。故宫的影壁是九龙壁，但九龙壁总重量达到300吨。古人是怎么把这么重的东西运到故宫的？

故宫是中国历史文化中最具代表性的建筑。如此庞大的建筑结构体系，让人感受到祖先的智慧和建筑技巧。2014年11月4日，北京科技大学机械工程学院副教授姜立、清华大学摩擦学国家重点实验室副研究员陈浩生、普林斯顿大学机械与航空空工程系教授霍华德·柊司在美国《国家科学院院刊》上发表研究报告，指出中国古代修建紫禁城时， 人造冰道被制造出来，水被用作润滑剂来运输重达300吨的巨石，这些巨石又一次通过现代科学方法呈现在世人面前

中国古人不在冰上拖巨石？

紫禁城建于明朝开国皇帝朱迪永乐四年，永乐十八年完成。1557-1561年和1597-1627年因火灾两次大规模重建。据说最初的建设涉及23万工匠和百万民工，是几代人劳动的结晶。紫禁城巧妙的建造技术也吸引了无数中外研究者为之付出心血。故宫使用了数万块巨石，其中最大的是一尊九幽龙的大型石雕，重约300吨。《两宫记》中曾简要记载，隆冬时节，长石刻被拖上人造冰道。

虽然没有详细的记录和科学证明，但北京科技大学机械工程学院副教授姜立在500年前查看记录时发现了类似的情况:1557年，一群工人以类似的方式拖着一块重约123吨的巨石，经过70多公里的路程，把它运到了紫禁城。因此，我们可以补充和修正“中国古代没有因为公元前1500年中国的车轮已经完全发达而用人力在冰上拖动巨石的情况”这一观点。

滑动摩擦比滚动摩擦更安全可靠

去年夏天，姜立和清华大学摩擦学国家重点实验室副研究员陈浩生带着第一次来中国的普林斯顿大学机械与航空空工程系教授霍华德·柊司参观故宫，讨论大型石雕运输中的润滑问题。事后他们查阅了文献，没有发现任何从现代工程科学角度对相关性分析的研究，于是决定去了解一下。

姜立认为，明朝人认识到，在低速重载的情况下，滑动摩擦比滚动摩擦更安全可靠。而且紫禁城巨石的运输采用冰润滑的方式，通过在冰上泼水形成水膜作为润滑剂来达到降低阻力的目的。对比发现，这种运输方式比传统的木橇、压路机、普通冰润滑更省力，更适合当时北京的环境条件。因此，通过比较滚动和滑动的摩擦系数，研究人员表明这种方法是合理的。

从理论上讲，由于冰面比木面更坚硬光滑，紫禁城的建造者曾经制作过人造冰道，使木板作为巨石垫与冰面接触，大大减小了摩擦力。根据古籍和合理的计算，姜立等人估计，用同样的方法运输123吨巨石所需的工匠人数不到300人，因此可以推测，运输300吨巨石的人数不能超过太多。然后，他们计算出用木板拖123吨巨石所需的人数为354人。虽然接近预期数字，但300多吨九龙壁的运输显然有可能失败。进一步可以推断，当时最可行的方法是铺设冰道，在冰道上拖拽巨石。这个方便的方法和北京的气候环境有关。与长期处于热带的埃及相比，北京有着利用冰寒冬天的天然优势。据古代记载，搬运巨石的时间在冬至前后。15、16世纪，北京一月平均气温为-3.7摄氏度。虽然没有天然河流为运输提供冰道，但人们在运输过程中每隔半公里就会挖洞，为冰道获取水。

润滑剂背后的科学

根据巨石被运到紫禁城的距离和时间，专家估计，拖动一块123吨的巨石平均需要的速度为每秒8厘米。这样低的速度，再加上非常小的摩擦力，不会使冰面自动融化成水，从而在冰道和木板之间形成润滑剂。因此，姜立等人研究了除了摩擦生热之外，还能产生和维持水膜的其他方法，即牵拉时直接将水溅到前面，古埃及也有类似记载。现代物理学研究表明，在冰上低速运动的物体摩擦力远大于高速运动的物体摩擦力，但接近于零时水膜润滑的摩擦力很小。所以即使溅水作为润滑剂，在8厘米每秒的低速下也只会有很小的摩擦力。由于明代北京在-3.7摄氏度的条件下，水不可能在2分钟内完全冻结，水膜是可以维持和运输的。当然古人也可能用热水来延缓结冰。因此，研究人员可以得出结论，在故宫九龙壁的拖运过程中，不仅采用了制作冰道的方式来减缓摩擦，而且在长途运输过程中，水也被浇在冰道上作为润滑剂。

中国科学技术史著名研究员李约瑟曾指出，中国古代没有建立以数学为基础的西方科学体系，中国古代的先进技术是经验体系，很难称之为科学。但是，当我们站在凝望故宫的时候，当学者们用现代科技手段重新审视故宫的建造技术时，不禁会被先人的智慧所折服。姜立还评论说:“明代巨石的运输方式表明，当时人们对低速重载润滑的研究达到了很高的水平。紫禁城的建造和郑和七下西洋发生在15世纪初。巨石运输的例子说明，当时的陆路运输技术并不逊色于航海技术。”