引水之事理——明代翻车功能设计研究.pdf
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1、目的 对明代引水工具翻车的功能设计进行分析与研究,探究其背后的设计特征与造物思维方式。方法方法 综合多方文献资料,以明代翻车的分类为基础,对翻车使用的功能、功效以及背后的造物逻辑进行定性与定量分析,并进一步探究翻车背后的造物观念与事理关系。结论结论 明代翻车功能设计可分为引水而灌和引水而泄 2 种方式,不同种类翻车的工作效率相差较大,其中牛转翻车与风转翻车效率最高。明代翻车功能的适人性具体可表现为其体感的适人性、使用视觉的适人性以及使用制度的适人性。明代翻车设计从“引水”之“事”出发,在当时的技术条件下产生传统脚踏翻车、牛转翻车等“物”,这背后蕴藏着造物者工役俱省、随地所宜、凭智巧先的设计思维
2、方式,即事之“理”。关键词:明代翻车;功能性;设计研究;思维方式 中图分类号:TB472 文献标识码:A 文章编号:1001-3563(2023)S1-0408-07 DOI:10.19554/ki.1001-3563.2023.S1.060 1 明代翻车的分类 明代翻车即龙骨车,从唐代出现开始,历经了宋元的发展定型时期,至明代,翻车基本继承了元代翻车的形制和种类。这点在对比明代徐光启的农政全书、宋应星的天工开物和元代的王祯农书就可以发现,徐光启书中的农具图谱大部分直接继承了王祯农书中的农具图,宋应星书中的翻车、筒车、辘轳等器具的造型也与较早时代王祯农书中的造型一致。明代翻车的类型一般按照动力
3、来源划分,可划分为人力翻车、牛转翻车、风转翻车、拔车这几类。虽说动力不同,但它们都属于翻车家族,有着翻车的基本结构。人力翻车是翻车种类中应用最广泛的一个,其又被称为龙骨车。苏东坡的无锡道中赋水车中形容的就是这种人力翻车,“翻翻联联衔尾鸦,荦荦确确蜕骨蛇”1。天工开物、王祯农书及农政全书中人力翻车的造型插图均为双人使用型,人力翻车见图 1。根据农政全书介绍,翻车是明代农民灌溉田地的常用器具,车身是用木板做成的槽,整体长度约为 2 丈(6.67 m)长,宽度不等,大约 4 寸至7 寸(13.3 cm 至 23.3 cm),整体高度约 1 尺(0.33 m)。人力翻车还可分为手转翻车和脚踏翻车,两者
4、引水原理基本相同,只是形制大小有些差别。手转翻车即用手的转动来带动翻车的运动,手转翻车也被称为“手 图 1 人力翻车(手转翻车与脚踏翻车)车”“拔车”,明代应用较多的为脚踏翻车,即踏车。水转翻车的基本原理和人力翻车一样,是以水为动力来源的翻车,结构与牛转翻车相似。其又可分为卧轮式和立轮式 2 种,可依据不同的使用情形选择。图 2 水转翻车 第 44 卷 S1 期 王乔萌,等:引水之事理明代翻车功能设计研究 409 卧轮式水车见图 2,主要结构分为 2 部分,提供动能的转轮和依靠动能取水的龙骨车。立轮翻车在王祯农书中也有描述“若作立轴,当别置水激立轮。其轮辐之末,复作小轮,辐头稍阔,以拨车头竖轮
5、。”1立轮式水车即将卧轮式水车的 2 个卧轮直立起来,吸收水流冲击动能的轮子立于水中,其上架设小轮通过齿轮与车头的竖轮相接,从而转动龙骨车。畜力翻车指借助畜力来转动翻车,中国传统农业社会的畜力翻车主要借助耕牛的力量,故又被称为牛转翻车。王祯农书中有“牛转翻车,如无流水处用之用牛拽转轮轴,则翻车随转,比人踏功将倍之。”1由此可以看出牛转翻车常在水流平缓或没有流水的地方使用,其主要结构为卧轮,类似于水转翻车的形制,只是将水转翻车的下轮去掉,换成拴牛的木棒。畜力翻车图 3。图 3 畜力翻车 风转翻车即用自然界风产生的动能驱动翻车运转来提水,其基本原理同水转翻车相似,风吹动风车叶片转动产生的动能需要通
6、过齿轮衔接传递给翻车。我国古代以“风”为动力的水利机械早在宋元时期就已经出现,只是记载不甚详细。南宋刘一止有诗:“老龙下饮骨节瘦,引水上溯声呷呀。初疑蹙踏动地轴,风轮共转相钩加。”2风力翻车到了明代才得以广泛运用,其形制又可分为立轴式风车和卧轴式风车,明代文献中常见的主要是立轴式大风车。如宋应星在天工开物水利中提到“扬郡以风帆数扇,俟风转车,风息则止”3。风转翻车见图 4。图 4 风转翻车 2 明代翻车的功能 张道一先生指出:“人们制造物品,都是带着具体的实用目的的,所谓物以致用,物尽其用”4器物的发明与使用总是为了解决特定的生活问题,翻车的设计也不例外。明代的翻车设计有很多用途,如灌溉、排水
7、、济漕、制盐、等,如此分类过于繁杂,因而本节以“水”为主体,根据翻车对“水”这一事物的利用方式将明代水车的功能分为引水而灌、引水而泄,翻车的功能见图 5。图 5 翻车的功能 2.1 引水而灌 明代翻车作为水车的 1 种,其基本的功能就是引水,引水而灌指的是水车将引来的水用于灌溉农田或灌溉其他需要水的地方,如济漕、制盐、养鱼。1)灌农田抗旱保墒 这是明代翻车应用最多的场景,文献中也多有记载,现列举如下:别集公移卷二中有“民以食为天,而耕种以水利为但水利之政,各省莫不举行,而四川乃独尽废,一遇旱乾,束手待毙。职此故也,仰各掌印官即查本轴县原额塘堰开塘设堰,以资灌溉。仍举立堰长或保长有行止者督理其间
8、。如溪涧相隣者,或挽以筒车,或汲以龙骨,务使旱乾有备,秋成不失。”5明代的四川洪雅、名山县地区水利设施不完善,百姓遇到旱灾只能坐以待毙,于是政府下令各级官员统计、修缮水利工程,并设置堰长、保长等职位监督水利设施建设。农田旁有溪水河流的,百姓就使用筒车或龙骨车(即翻车)为农田汲水,保证秋日的收成。可见明代政府对水利十分重视,翻车在各地区的推广程度已十分广泛。福建地方志八闽通志中有“成化间亢旱,乡人车水溉田”6,“惠州岁旱,偁教民以牛车汲水入东湖以溉田。”6等语句,说明牛转翻车、脚踏翻车等不同类型的水车在福建各地区已经得到了广泛运用。此外,嘉靖年间的南宁府志,崇祯年间的廉州府志等众多地方志中都有车
9、水灌田,或者車水救旱的记载,此处不详细列举。这表明在明代不管410 包 装 工 程 2023 年 4 月 是山地还是平原地区,农田灌溉或田地抗旱都已经广泛地使用了翻车。2)灌运河济漕通航 翻车引水而灌,在明代除了灌溉农田之外,还可将水引灌至运河,从而保证漕运的功能。如明代张国维的吴中水利全书中记载了利用翻车灌溉运河的一段史实。“今运河不通舟揖遂率民车四十二,管车梁溪之水以灌运河。五日,河水通流,舟揖往来。”7该段文字记录了熙宁八年(公元 1075 年)天气大旱,运河水枯竭,河内舟船无法行进。单锷提出将军堰和运河之间距离很近,古人如此设置就是为了在运河干旱之时将梁溪的水引到运河中以实现济漕通航。
10、于是率领老百姓架设翻车四十二架,齐心协力踏车将梁溪之水灌入运河。五天之后,运河水位上涨,水流通畅,河中舟船可自由往来。另外,明代王宠的制南旺水车记略中记载了正德己巳年的春天大旱,运河不通,官员军兵以翻车济运河的事件:“东西堤有湖水,其出无穷,潆回百五十里,佥宪陈公之所浚,正为今日也。但比漕河窊而下,可挽而不可放耳。曰:运官,尔其为我严闸座。曰:属吏,尔其为我置水车。曰:漕卒,尔其为我每艘一丁以激水,不用命者毋货。由是,三日之内,千余艘皆可挥而走矣。”8 3)灌鱼塘屯塘养鱼 翻车引水还可以用来灌溉鱼塘,保证鱼的生活用水,这种使用方式在宋代就已经出现。陆游有诗鱼池将涸车水注之 描绘了人们使用翻车引
11、水灌鱼塘的场景。“清波溜溜入新渠,邻曲来观乐有余。试手便同三日雨,满陂已活十千鱼。”9“试手便同三日雨”表现了翻车工作的效率之高,鱼塘干涸许久,经由翻车车水之后宛如连下三日的雨,鱼塘中的鱼有了水源以后“满陂已活十千鱼”。这也说明翻车作为车水工具一定程度上赋予了人们抵御自然灾害的力量。明代也有使用翻车灌鱼塘的记载。明宫史5卷中有“护城河者,自北闸口分流,经内官监白桥且宫后苑鱼池之水,慈宁宫鱼池之水,各立有水车房用驴拽水车由地琯以运输,咸赖此。”10明代的护城河围绕着皇宫,承担着重要的作用。天启四年的时候宫内六科廊着火,天启六年的时候武英殿的油漆作着火都依靠的是护城河水来救火。除此之外,宫内鱼塘中
12、的用水也要依靠这条河流,鱼池旁会设置水车房,专门设置驴拽水车,汲取护城河的水来灌溉鱼塘。这里提到鱼塘汲水的工具驴拽水车就是畜力翻车的一种,将驴转动轮轴的力量转化为龙骨车轮轴转动的力量。2.2 引水而泄 引水而泄指的是翻车的排水功能。按照积水程度,排水可以分为 2 种:其一是农田由于地势问题而进行的排水,主要是低田排水;其二排水是自然灾害下的排涝抗汛,主要是雨灾或洪灾发生时的排水。明代排水主要运用的工具就是翻车即龙骨车。1)低田排水 明代的平原与湖泊地区,田地高低落差较大,地势较低的田块常因积水漫入而需要排水。对于平原湖区或者圩田的百姓来说,使用水车排出低田多余的水分,保障庄稼的正常生长很是重要
13、。因为田间的积水多为静止的,无法使用筒车,故低田车水主要使用人力踏车。百姓为了保证收成必须不辞辛劳,全力向外车水。明代胡奎有诗伤田家就描绘了低田百姓的辛苦生活。“低田水深愁没稻,高垄地乾多草。地势由来苦不平,农家辛苦何时了。低田车水出下塘,高垄翻江朝夕忙。秋来雨多禾耳黑,县吏索租催上倉。东家借米依程限,剜却心头医得眼。宁教借米倍还人,莫遣打门官吏瞋。”11明代为了发展农业开辟了更多的圩田,因而圩田水利就成了很关键的问题。明代沈岱的吴江水考增辑中也有“按圩岸田塍关系水旱最切。高田车水而入也,赖其如筐而承,毋令洩(通泄)也。低田车水而出也,赖其如垣而捍,毋令侵也。昔人谓有一尺之堤障一尺之水,是巳无
14、此,而田蚀于水谓之坍湖,水积于田谓之抛荒。”12圩田的堤坝与田塍(田埂)修筑关系农田水利状况,因而显得很是重要。高田需要汲水而入,因而高田的田塍修筑要保证水不能泄出。低田需要百姓用水车将田中的水泄出,因而低田的田塍建造要保证不能有水侵入。2)抗汛排涝 抗汛排涝所用的水车也是翻车,人力翻车是这当中最为常见的。明代农民如若遇到连日的水灾或者水涝就要进行田地排涝,这种情况下积水较多,仅凭一家之力常常无法与自然抗衡。明代沈岱的吴江水考增辑 中有“今当欲蒔之先巳耕之后,一遇淫雨潦涨,必多集桔槔以戽,乙名曰大輣,车动量以数,盖计田派人,计人派车,计车料水,建标立限,时验刻量,更番戽塌,日夜无休。”12淫雨
15、连日不休农田内涝严重时为了拯救农田谷物,就会号召全部村民,收集现有的桔槔戽斗等汲水工具,调集附近所有的翻车参与农田车水。具体来讲,每家根据自己田地数量的多少派出劳动力,根据劳动力多少来安排水车的数量。为了保证每个人的工作量还会建立车水标准,画出水位线,时刻有人测量水位。明代苏州地区也有很多利用翻车排涝的记载,吴江县地势低洼,每年春夏之交梅雨不断,大面积农田被积水淹没,这时农村家家户户会集结水车等汲水工具共同参与排涝工作13。3 明代翻车的功效 古代文献中有不少记载都提到了翻车的使用效率。宋应星天工开物中有“大抵一人竟日之力,灌田五亩,而牛则倍之。其浅池、小浍,不载长车者,第 44 卷 S1 期
16、 王乔萌,等:引水之事理明代翻车功能设计研究 411 则数尺之车,一人两手疾转,竟日之功,可灌二亩而已。”3这当中提到了牛力转盘(牛转翻车)、人力翻车(脚踏翻车)、手转翻车(拔车)三种翻车。脚踏翻车每天可以灌溉农田五亩,而牛转翻车每天灌溉农田数量是脚踏翻车的两倍,故其每天可灌溉十亩田地。手转翻车效率较低,每天可灌溉农田两亩左右。因而可得出翻车的工作效率:牛转翻车人力翻车手转翻车。明代徐光启的 泰西水法 中有记载“龙骨之制,日灌水田二十亩,以四三人之力。旱岁倍焉,高地倍焉。驾马牛,则功倍,费亦倍焉。”14三四个人使用翻车每天可以灌溉田地 20 亩,平均每个人灌溉田地为 5 亩至 6.6 亩。“驾
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