（设计艺术学专业论文）中国古代计时器设计研究.pdf

中文摘要 时间与人类生活息息相关 对时间的测量具有极其重要的意义 现代计时工具 种类非常丰富 诸如钟表 手机 腕表等 在中国古代 人们也以独特的方式把握 时间 如立杆测影 下漏定昏明 凭仪辩时刻等 从而为国计民生服务 工欲善其事 必先利其器 计时仪器是时间测量的工具 要取得精确的时间 测量值 必须依靠专门的 具有一定精度的计时仪器 从最古老的立表测日影长度 开始 中国古代计时仪器随着社会的发展 科学技术的不断进步 逐步发展演变成 圭表 日晷 漏刻 机械计时器等计时器 此外 还有油灯钟 蜡烛钟 更香等其 他计时器 通过对古代计时器的研究 可以发现这些计时器除有较为实用的测时功 能外 还蕴含着丰富的设计思想以及隐藏于 物 背后的文化价值观念等 本文是在对古代计时器种类 构造 原理等研究基础上 着重分析计时器的造 型形式 装饰风格等 由此探究计时器这一 物 后的设计观念 如时空观 时辰 观 数进制 天圆地方 宇宙观 等等 计时器在设计过程中 还注重材料的运用 与测量精度之间的关系 使材料与工艺达到完美结合 此外 在讲究科学 实用的 测量基础上注重对计时器审美的追求 饰以龙纹 莲花 白兔等纹样 并体现出中 国古代计时器中特有的象征意义 在结合计时器构造及其工作原理的基础上 巧用 木偶击鼓 击钲 来增加计时器报时的趣味性 本文将一个自然学科领域中的天文学专业课题 纳入到设计学研究范畴 在以 往科学技术史中专门研究古代计时器类型的基础上 深入研究计时器产生缘由 时 空观念 设计观念等 力图用交叉学科的知识 探索中国古代计时器的设计思想和 观念 关键词古代计时器 时空观 设计观 a b s t r a c t a b s t r a c t t i m ei sc l o s e l yr e l a t e dt ot h ee v e r ya s p e c to fh u m a nl i f e s ot i m em e a s u r m e n t i sv e r yi m p o r t a n t t h e r ea r er i c hv a r i e t yo ft i m i n gd e v i c e s s u c ha sc l o c k t e l e p h o n e a n dw r i s t w a t c h i nt h ea n c i e n tc h i n a p e o p l eh a ds p e c i a lw a y so ft i m i n gt os e r v et h e n a t i o n a le c o n o m ya n dt h ep e o p l e sl i v e s w h i c hi n c l u d e ss h a d o wm e a t h o do ft h e h e i g h t t ok n o wt h et i m eb yf u n n l ea n dm i l a r ys p h e r e y s h a r pt o o l sm a k eg o o dw o r k t h et i m i n gd e v i c e sa r et h et o o l st om e a s u r et i m e o b t a i n i n ga c c u r a t en u m e r i c a lv a l u ed e p e n d ss p e c i a l i z e da n da c c u r a t et i m i n g m e a s u r e s w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs o c i e t ya n ds c i e n c ea n dt e c h n o l o g y t h ea n c i e n t c h i n at i m e m e a s u r i n gt o o l sh a v eg r a d u a ll yd e v e l o p e d f r o mm e a s u r i n gs h a d o w m e a t h o do ft h eh e i g h tt og n o m o n s u n d i a l m a c h i n et i m e ra n do t h e rt i m e m e a s u r i n g t o o l s i na d d i t i o n t h e r ea r eo t h e rt i m e m e a s u r i n gt o o l ss u c ha so i ll a n t e r n c l o c k c a n d l ec l o c k w a t c hi n c e n c e t h r o u g ht h es t u d yo ft h ea n c i e n tt i m e m e a s u r i n g t o o l s i tc a nb ef o u n dt h a tb e s i d e st h ep r a c t i c a lf u n c t i o no ft i m e m e a s u r i n g t h e r ea r e r i c hd e s i g np h i l o s o p h ya n dc u l t u r a lv a l u e sh i d i n gb e h i d et h eo b je c t s o nt h eb a s i co ft h es t u d yo ft h ek i n d s t u c t u r ea n dp r i n c i p l eo fa n c i e n t t i m e m e a s u r i n gt o o l t h i sa r t i c l ee m p h a s i z e si t sm o d e l i n gs t y l e sa n dt h ea d o r n m e n t s t y l e st os t u d yt h ed e s i g np h i l o p h yo fi t s u c ha si d e ao fs p a c ea n dt i m e n u m b e r s y s t e ma n dt h ew o r do u t l o o k so fh e a v e nr o u n da n de a r t hs q u a r e i nt h ed e s i g n p r o c e s so ft i m e m e a s u r i n gt o o l i te m p h a s i z e t h er e l a t i o no fm a t e r i a la n d m e a s u r e m e n tp r e c i s i o nt ot h ep e r f e c tm a r r i a g eb e t w e e na r ta n dt e c h n o l o g y i n a d d i t i o n o nt h eb a s i co fs c e n t i f i ca n dp r a c t i c a lm e a s u r m e n t i ta l s oe m p h a s i z e st h e a e s t h e t i cp u r s u i t i ti sd e c o r a t e dw i t h p a t t e r n so fd r a g o n l o t u sa n dw h i t er a b b i t w h i c he m b o d yt h e s p e c i a lt r a d i t i o n a ls y m b o l i cm e a n i n g o fa n c i e n tc h i n a t i m e m e a s u r i n gt 0 0 1 o nt h eb a s i co fi t ss t r u c t u r ea n dp r i n c i p l eo fw o r k i ti n c r e a s e s t h ei n t e r e s to f t e l l i n gt i m eb yu s i n gt h ep o p p e tp o u n d i n gd r u ma n dc y m b a l t h i sa r t i c l ei n t e g r a t e sa na s t r o n o m yi s s u eo fs c i e n c ea r e ai n t ot h es t u d yo f a r t i s t i ca r e a o nt h eb a s i co fc o n c e n t r a t i o no ft h et y p eo fa n c i e n tt i m e m e a s u r i n g t o o lo ft h ep a s ts t u d yi nh i s t o r yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y i ti n t e n s i v es t u d i e st h e c a u s ec o m i n gi n t ob e i n g s p a c e t i m ec o n c e p ta n dd e s i g nc o n c e p t a n di ts t r i v e st o e x p l o r et h ed e s i g nc o n c e p ta n di d e ao fa n c i e n tc h i n at i m e m e a s u i n gt o o li ni n t e r i i i l j 尔人学硕十学何论文 d i s c i p l i n a r ys c i e n c em e t h o d k e y w o r d sa n c i e n tt i m e m e a s u r i n gt o o l s p a c e t i m ec o n c e p t d e s i g nc o n c e p t i v 原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下 独立 进行研究所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论文不包含 任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果 对本文的研究作出 重要贡献的个人和集体 均己在文中以明确方式标明 本声明的法律责 任由本人承担 论文作者签名 丝盘左 日期 鲨望 兰 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留 使用学位论文的规定 同意学校 保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被 查阅和借阅 本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或其他复制手段保存论文 和汇编本学位论文 保密论文在解密后应遵守此规定 论文作者 纽新虢颦日 期 2 哆 堑 第1 幸绪论 一i 1 i 鼍曼皇皇曼 鼍 1 1 研究背景及现状 第1 章绪论 天文学是自然学科中发展得最早的 1 7 学科 恩格斯在分析自然科学发展系列 时曾经指出 必须研究自然科学各个部门的顺序发展 首先是天文学 游牧民族和 农业民族为了定季节 就已经绝对需要天文学 我国是天文学发展最早的国家之 一 当我们的祖先还处在以采集和渔猎为生的时代 就已经对寒来暑往 月亮的圆 缺 植物的生长 成熟和动物的活动规律 即物候 有了一定的认识 当逐渐进入 以农牧业为生的时代时 人们已经开始凭借物候来掌握农牧业的季节时令了 在经 年累月的劳动实践中 人们发现物候和天象的周期变化有密切地联系 于是 人们 开始注重观察星象 这时的观测目标 首先就是太阳 从此 人们有了通过立杆测 影的方式来测量时间的阶段 中国古代天文学在1 6 世纪之前一直处于世界领先地位 时间测量作为古代天文 学的一个分支 也取得了令人瞩目的成就 历代天文志以及天文学方面的书籍都有 记载 计时器作为时间测量的专用工具 是必不可少的 对计时器的类型 原理等 方面的研究资料较多 如 中国古代科学史纲 中国古代天文学成就 中国古 代科学技术史 等 正是前辈们对古代计时器的细致研究 为本文的撰写提供了丰 富的文献资料 对古代计时器的研究 从目前所掌握的文献资料来看 可以分为以下几类 一 将它作为一种天文仪器 囊括于天文学领域进行研究 这类文献对计时器的研究一 般注重类型 构造 科学技术等方面 如卢嘉锡 路甬祥主编的 中国古代科学史 纲 北京天文馆编的 中国古代天文学成就 李约瑟的 中国古代科学技术史 常福元的 天文仪器志略 等 二 在一些介绍中国传统历法方面的专著中也有关 于计时器的相关记载 如蒋南华的 中国传统天文历术 李穆南的 探索时空的天 文历法 等 三 时间计量是计量学的重要研究内容之一 在计量学领域中也有计 时器的相关介绍 如关增建的 计量史话 丘光明的 计量史 翟造成的 时间 的计量 等 四 对计时器的某一种类做专题研究 主要研究其构成原理以及如何 l d 东人学硕卜学化论文 应用等 如华同旭的 中国漏刻 刘福昌的 日晷 李志超的 水运仪象志中 国古代天文钟的历史 等 这些文献的研究视角一般多为研究计时器本身的工作机 能 而将计时器纳入到设计学的研究范畴 从艺术审美的角度作系统论述及研究的 文章和专著还未曾发现 1 2 研究对象及目的 天文仪器的研制是天文学发展的基础 作为测量时间的专用工具 古代计时器 在天文学中占有举足轻重的地位 本论文的研究对象为 中国古代计时器 有必要 在行文之前对此作一界定 从最古老的测时工具 表开始 随着社会的不断进步 计时精度的不断需要 逐渐发展出测时类计时器 如圭表 日晷等 守时类计时器 如漏刻 更香 蜡烛 等 还有机械计时器 它是集测时 守时 报时 演示于一体的天文仪器 如开元 水运浑天 水运仪象台等 对于机械计时器 本文只研究其测时 守时及报时系统 部分 其他不作涉及 1 6 世纪末 欧洲传教士进入中国 试图传播教义 为了扩大影响 立稳脚跟 他们向中国人介绍欧洲的科技 传教士将欧洲的数学 天文学 地理学 机械技术 等传入中国 欧洲钟表技术就是从这个时候传入中国的 从此欧洲天文学及其仪器 技术陆续传入明清两朝 并且直接影响了具有特殊地位的皇家天文事业 在此需要 说明的是 本文的研究对象不包括传教士带入中国的欧洲钟表 也不包括受欧洲技 术影响而制造出的带有明显欧洲特征的中国钟表 本文的研究目的是通过对计时器本身所具有的独特造型形式 装饰风格 材料 属性 工艺技术等方面的分析 挖掘出其背后所蕴含的一些关乎文化 观念等之类 的东西 诸如中国人所独有的时空观 时辰观 伦理观 审美观 设计观等 1 3 研究意义 随着现代科学的不断发展 不同学科之间的联系越来越密切 学科之间的交叉 融合已成为现代科学发展的一个趋势 与之相对应 在研究方法上也出现了使用多 门学科的研究方法去研究原属另 i 学科的对象 使不同学科的研究方法和研究对 象有机地结合起来 在学科交叉中找到兴趣点 2 第1 币绪论 皇 曼 苎 詈苎皇 ii 皇 皇曼 曼 苎皇 皇皇詈曼曼 曼皇 皇 曼 本文将一个原属自然学科的研究对象纳入到设计学的研究范畴 在对计时器类 型 构造等研究的基础上 深入研究计时器中所蕴含的时空观念 造物思想 伦理 思想等 增加了计时器专题研究的内容 同时 计时器中所蕴含的优秀的设计思想 对当今的设计也具有一定的启示意义 另外 对古代计时器的设计研究 也旨在探 求多学科之间的研究方法 为交叉学科的研究提供 定的参考 3 山东人学硕i 学位论文 注释 1 中共中央马克思恩格斯列宁斯大林著作编译局编 马克思恩格斯选集 第3 卷 m 北京 人民 出版社 1 9 7 2 5 1 0 4 第2 章古代计时器的产牛 j 发展 第2 章古代计时器的产生与发展 2 1 古代计时器的产生 人们对时间的观念感觉可能与生俱来 但用来测定时间的仪器却并非如此 其 产生和发展与人类的实践活动息息相关 古代人们在长期的生活和生产实践中 通 过对一些自然现象的不断观察 逐渐掌握了日升日落 星辰出没 月亮圆缺 寒来 暑往 草木荣枯等周期性的变化规律 于是萌发出运用这种稳定的周期现象 作为 时间 尺码 的想法 以此为契机便出现了各式各样的计时仪器 关于计时器的产 生原因 本文认为主要有以下几点 一 以农时安排农事是古代社会的首要任务 时间的重要性是不言而喻的 中国是一个以农耕文明著称的国度 具有悠久的 农耕文化 按照农时安排农事 是古代社会的首要任务 古代民生的主业是 靠天吃饭 的农业 农业生产与游牧业 工商业不同 农 作物的播种 培育 生长 成熟等都要依赖阳光 雨水等自然气候条件 人们只有 掌握自然气候变化的规律 才能为农业生产服务 但这些气候条件具有季节特性 因此 只有准确掌握季节时令 才能不误农时 才能及时耕作 从而保证收获 尚 书 舜典 中的 食哉唯时 就指出解决民食问题的关键是把握时令 不违农时 是农业生产的第一要诀 在古代文献中 关于 农时 的记载还有很多 如 吕氏春秋 审时 就提出 凡农之道 厚之为宝 n 1 意指大凡农耕的原则 重视农时是最宝贵的 并以当时 主要粮食作物禾 黍 稻 麦 麻 菽为例 详细说明了这六种作物在 得时 先 时 后时 的不同生长状况下所产生的效果 指出 得时 者 稼兴 米多 味甘 服之耐饥 有益健康 远胜于 失时 者 王祯在 农书 授时 一书中 对掌握农时的重要性进行专门论述 并附有具体的要领 西汉 汜胜之书 记载了 旱地耕地栽培原理 并提出了以 趣 趋 时 为首的命题 明代马一龙在 农说 中提出的 知时为上 理论 也是将 农时 放在农业生产的首位 等等 这些文 献都从不同角度指出了掌握农时对农业生产的重要性 l i j 东人学硕t j 学1 口论文 在一个以农业为生存主业的社会里 农事活动的季节特性决定了人们对天时的 依赖 在依自然而生的先民那里 人们因生计的需要特别关注天时的变化 那么 用来测量天时的专用工具 计时器便必不可少 正是因为农时对农事具有指导性 的意义 计时仪器才得以产生并发展开来 敬授人时 是统治者治政之本 是古代政令的主要内容 时间就是权力 谁控制了时间体系和对时间的解释 谁就控制了社会生活 中 国古代皇家对天文和历法的垄断 就显示了这一真理 中国古代的历法工作 一方面服务于农业生产和人民的日常生活 另一方面又 是上层建筑的一部分 在中国的政治观念中 敬天 是政治的根本 而历法被认为 是传达天意 这根源于古代人类的思想意识 他们认为四时的变化 来自于上天的 神秘安排 上天具有掌握时间的威权 并以此来安排人事的秩序 人们的活动应当 顺从天时 循时而动 敬天顺时 成为当时社会的主导思想 因而在这种 敬天 思想的指导下必然重视历法 历法对于农业生产来说 具有首要的意义 由于系统的天文历法只被少数统治者所掌握 一般民众无力也无权去探究时序 的变化 因此制历颁历就被视作上承天意 下御万民的权利象征 这一点对于在很 大程度上依靠人工灌溉的农业经济来说 尤为千真万确 冰雪的消融 河道沟渠的 涨落以及多雨的季风季节的终始 都必须预先发出警报 硷1 从某种意义上说 一个 地区 一个民族用谁的历法就意味着承认谁的统治权 因此 君王在对天时掌握的 同时 即意味着他拥有管理民政的权力 所以 历象日月星辰 敬授人时 口3 一 向是统治者治政的根本所在 而要观测天象 修订出较为精密的历法 就必须要有 较好的天文观测仪器 自然也包括计时仪器 三 计时器是中国古代主要的天文仪器 中国古代天文学曾经在很长一段时间内处于世界领先地位 法国著名的中国学 家马伯乐把中国天文学取得的成就归结为 特别依赖于天文仪器的进步 1 反过来 说 中国天文学的发展 极大地促进了计时器的发展 在长期的生活和生产实践中 人们认识到时序的变化与天体的运行具有密切的 联系 因此只要掌握了天体运行的规律 就能掌握时序的周期变化 天文观测是掌 握天体运行规律的基本手段 而对天体运行的观测必须 善假于物 即要利用观测 仪器 元代郭守敬说 历之本 在于测验 而测验之器 莫先仪表 隋1 在他看来 6 第2 节古代汁时器f 1 勺产乍 j 发展 历法的根本是实际观测 但是进行观测必须要使用仪器 工欲善其事 必先利其器 说得也是这个道理 辽史 历象志下 对天文计时仪器就有专门陈述 日又晷景 月有明魄 斗有建除 星有昏旦 观天之变而制器候之 川叼因此 制器尚象 乃天 文家之首务 这就促进了古代对天文观测仪器 包括计时仪器 的研制工作 天文观测虽然是天文学最基本和首要的工作 但它却离不开时间计量 古人把 用日晷 漏刻测量时间的工作看成是一切天文测量的根本 隋书 天文志上 就有 相关记载 揆日晷 下漏刻 此二者 测天地 正仪象之本也 州羽 新五代史 司 天考一 中也进一步说明了日晷 漏刻等计时器的作用 晷 漏正 则日之所至 气之所应得之矣 聆3 也就是说 只有将日晷 漏刻制作完美 测量准确 才能进行 其他天文测量 确保得到正确的结果 例如 人们在研究地球自转长期加速问题时 就要用到古代的日食 月食等天象记录史料 而要有效地使用这些资料 就必须搞 清观测记录的时间误差 即要搞清当时计时仪器的精确度 此外 天文观测中一直执著追求高精度数值 也使计时器需要不断地进步 受 深惜毫厘 以全求妙之准 n 们这种测量观念的影响 人们对时间度量单位也越分 越细 如对晷影的测量 其度量单位有丈 尺 寸 分 厘 毫等 毫无疑问 对 时间单位划分得越细 要求计时器地运行就越稳定 也就必须把计时器做得更完善 更准确 故有 历代以来 经营考核 不厌求祥 1 之说 因此 天文学的发展 极大地促进了对计时器的研究 提高了计时器测量的精确度 四 计时机构的发展 推动了计时器的不断更新 中国历代统治者出于巩固其统治的需要 都对计时工作相当重视 导致了计时 机构的不断发展 同时大大促进了计时器的发展 以漏刻为例 自秦汉以后 朝廷 中设有三套班子分管漏刻计时工作 分别属于天文机构 皇宫和皇太子 唐朝天文 计时管理机构最为庞大 其中 乾元年间专职从事计时工作的人员竟近7 0 0 人 有 挈壶正2 人 司辰7 0 人 漏刻典事2 2 人 漏刻博士9 人 漏刻生3 6 0 人 典钟1 1 2 人 典鼓8 8 人 楷书手2 人 亭长4 人 掌固4 人 n 羽此外 历朝历代除在京城设 置鼓楼 钟报时外 在州 郡 府 县治所在地也都设有报时系统 庞大的计时机 构 从一个侧面反映出中国古代计时工作的重要地位 从一定意义上来说 计时机 构的不断发展 大大推动了计时器的研制工作 促使计时器在计时技术上以及计时 器类型上得以不断更新 7 t l i 东人学7 西 f 学1 矗论文 五 遵守时间是进行社会活动的基本前提 遵时是中华民族的传统美德 它是各种社会活动顺利进行的基本前提 中国是 一个礼仪之邦 历代统治者非常讲究 礼治 各朝代都有一系列的礼仪制度 而这 些礼仪必须严格按照既定时间举行 因此 只有在统一的时间标准下 各种社会活 动才能有条不紊地进行 这就要求有精确的计时器以及统一的计时标准 古代人类十分重视遵时 并把计时工作作为法制的一部分 例如 明代彭九思 漏壶记 载 我朝酌古准今 法制愈各 既立司天台以窥天象 颁玉历以授人时 复令天下郡邑立钟 鼓楼 置铜壶 以窥天地四时气候之运转 敬天勤民 n 3 1 一个 国家要想很好地生存与发展 就必须制定严明的法制 并且要有明确的时间观念 在军事活动中 遵时守法 更是硬道理 占有绝对地位 史记 司马穰苴列 传 载 穰苴既辞 与庄贾约日 旦日日中会於军门 穰苴先驰至军 立表下漏 待 贾 贾素骄贵 以为将己之军而己为监 不甚急 亲戚左右送之 留饮 日中而贾 不至 穰苴则仆表决漏入 行军勒兵 申明约束 约束既定 夕时 庄贾乃至 穰 苴日 何后期为 贾谢日 佞 夫亲戚送之 故留 苴日 将受命之日 则 忘其家 临军约束 则忘其亲 援袍鼓之急 则忘其身 今敌国深侵 邦内骚动 士卒暴露于境 君寝不安席 食不甘味 百姓之命皆悬於君 何谓 乎 军正问 日 军法 期而后至者云何 对日 当斩 庄贾惧 使人驰报景公请救 既往 未及反 于是遂斩庄贾以徇三军 三军之士皆振栗 n 们 上段讲述的是庄贾身为三军监军 却因为没有遵守时间而被斩首示众 以立军 威 如此因不守时而受处罚的例子 古代典籍中多有记载 正是由于古代社会对遵 守时间的重视 才促进我国计时工作的不断发展和完善 促使计时器得以不断进步 2 2 古代计时器的基本类型 古代计时器的基本类型主要有三种 测时类计时器 守时类计时器和机械计时 器 测时类计时器主要是指通过观测日影变化来计时的计时器 如圭表 日晷等 守时类计时器是指不以天象的运行规律为依据 仅凭借某种专属工具来计量时间的 计时仪器 如漏刻 更香等 机械计时器 是指集测时 守时 报时 演示于一体 8 第2 帚古代计时嚣的产生弓发展 曼 詈 曼 i ii i i 皇 曼曼 鼍量量曼 皇詈 苎 鼍 鼍曼 曼 曼鼍 的综合仪器 如开元水运浑天 水运仪象台等 2 2 1 以测时为主的计时器 a 圭表 圭表是我国最原始 最古老 最简单的测量日影的天文仪器 根据日影的长度 来测定时间 圭表是由 表 发展而来 主要由表和圭相互垂直组成 在古代天文 学史上占有非常重要的地位 表 又称 髀 檠 碑 竿 棹 臬 等 是直立于地的杆子或柱 子 在立杆见影方法出现前 在相当长的时间内人们利用自然物观察日影的变化 并无专用的 特制的杆 通过长时间的观察与总结 人们想到在平地上直立一根杆 或柱子 这杆或柱便成了早期的 表 于是 出现了人工立杆测影的历程 从传统文献和研究来看 最早使用的是表 用于观察其从日出到日落的影子变 化 其后才出现圭 圭是表下端南北方向的水平尺 又被称为量天尺 圭在 说文 解字 中的解释是 做成上圆下方的美玉 公侯伯子男所执之圭有九寸 七寸 五 寸之不同 n 朝圭在这里是指度量身分的尺子 圭的长短就是各人身分的标志 作为 测影仪器的圭在 周礼 中已有记载 书中多次出现了 土圭 和 土圭之法 二 词 并记载了土圭的制造及用途 据 周礼 冬官 考工记 郑玄释 土 为 土 犹度也 因此 土圭即度圭 是量度日影长度的天文仪器 土圭一般为石质 平放 于地 南北方向 用以量度每日中午日影的长短变化 以定四时 土圭之制见于 周 礼 共四处 其一 见于 地官 大司徒 以土圭之法 测土深 正日景 以求 地中 其二 见于 春官 冯相氏 冬夏致日 春秋致月 以辨四时之 这里 的 冬夏致日 郑玄将其解释为立八尺表于地中 以土圭测夏至及冬至日的日影长 度 其三 见于 夏官 土方氏 土方氏 掌土圭之法 以致日景 以土地相宅 而建邦国度鄙 其四 见于 考工记 玉人 土圭 尺有五寸 以致日 以土地 口叼由此可见 以土圭测影的方法在周代已普遍使用 制造圭表的材料有木质 铜质等 铜制圭表将表和圭两部分相对固定在一起 避免了两者相对位置的变化 增强了圭表的稳定性 人们只要能准确地将圭面水平 安置在南北方向上就可以正常工作了 古代的铜制圭表还有一座现存于中国科学院 紫金山天文台 是清代重修的明代铜圭表 它是在八尺铜表的基础上另加了一段弯 9 曲的铜板重组而成 在铜板的中央部位有一个小孔 阳光可以透过该孔投影在圭面 上 根据其所在位置即可获知表影长度 圭面上有水槽 町以注水来检查圭面是否水平 其上而还精致地刻有长 度标记 可以非常方便地读取表影的k 度 图2 1 圭表的结构虽然简单 功能却很多 圭表早期的主 要功能有定方向 定时刻 定节气 定地域等 1 圭 表的最扔用途是确定方向 此章节注重圭表测时的功 能 故关于圭表定方向的详细介绍详见33 计时器体现 的 空问观念 2 确定时刻 除确定方位外 圭表 还利用一天表影方向的变化来判断时刻 通过观测表影 角度的变化 从闩出 r 中到日落 以定出一天之内的 时问 这种 表 加上一个刻有放射状时刻线的圆形石 盘 就演变发展成后来的日晷 3 确定节气 利用圭 图2 1 清任明代铜圭表 表测定太阳 f 午时表影的长短 可以确定节气 进而推求回归年的长度 夏至时 太阳的视赤纬大 表影最短 冬至时 a 阳视赤纬小 表影最长 春分 秋分时则 位于它们二者之间 所以 人们通过测量日影的长度就可以确定冬至 夏至 春分 缺分的节气 还可以通过冬至 夏至同影的长度 进而推算出一回归年的长度 我 国早在周代已使用圭表确定冬至和夏至了 周礼 春官 中已有 圭表 以至四 时同月 1 的电载 4 确定地域 利用圭表测定地域 是通过观测不同地点夏至日 j 下午同影长度的不同来丈量大面积的土地 关于圭表定地域的功能在 周礼 地官 有记载 几建邦国以土圭土其地 而制其域 古人认为夏至日在南北两地用八 尺表测r 影 若影长相差一寸 两地应相差一千里 这可以说是天文大地测蜃方法 的萌芽 但是这种 千里差一寸 的随法被唐代曾一行用实测证实是不可靠的 b 日晷 r 晷是根据开影位置的变化来测量时间的 主要由晷针 晷面和晷座组成 闩 晷按照晷面所放的位置不同 分为赤道式日晷 地平式开晷 立晷 斜晷等 最常 见的是赤道式几晷和地平式r 晷 我固传统的日晷是一种赤道式f 晷 图2 2 赤道式同晷 其晷面一般为石质 晷面和地球的赤道面平行 换言之 晷面和 地平而成一角度 这一角度随着地理纬度的不同而变化 在晷面中心安装一根垂直 于晷面的指针同地球自转轴的方向平行 晷 面的上下两面均刻有子 n 寅 卯 辰 r 巳 午 未 申 酉 戌 亥1 2 个时辰 刻 度均匀 图2 3 太阳出来后 晷针的影子 落在哪个时辰的刻度上 即说明此时是什么 时辰 每年春分以后 取影计时需看晷面正 面的影 秋分以后需看晷面背面的影 跟圭 表不同的是 用只晷测定时间不是根据同影 的长度 而是根据同影的方向 在一天内 晷针针影随着太阳运转而移动 其在刻度盘 上的t l 同位置就可以表示出一天中较为精确 图2 2 北京敢宫太和殿前的日晷 的不同时刻 南柬曾敏行在 独醒杂志 中就对这种赤道式r 晷作过详细的介绍 南仲尝谓 古人揆景之法 载之经 传 杂说者不一 然止皆较影之短长 宴与漏刻未尝相应也 其在豫章为晷影 图 以木为规 四分其广而系其一 状 如缺月 书辰刻于其旁 为基以荐之 缺上而圆下 南高而北低 当规之中 植钺以为表 表之两端 一指北极 一 指南极 春分以后视北极之表 秋分以 后视南极之表 所得晷影与漏刻相应 自负此图以为得古人所未至 予尝以其 制为之 其最异者 二分之r 南北之 表皆无景 独其侧有景 以其侧应赤道 春分以后同入赤道内 秋分以后同出赤 图2 3 刻有刻度的日晷晷面 道外 二分日行赤道 故南北无景也 其制作穷颐如此 从曾敏行的记述中我们可以清楚地了解赤道式同晷的原理和结构 其设计制作 较简便 且在不同地方 只要调节晷面的倾斜度与当地天赤道面重合就可以使用了 如果将其制成便于携带的式样 它可以在相当太的范围内使用 为了抵御风雨侵蚀 纛 山东人学硕f j 学位论丈 后来人们逐渐把木质缺圆形晷面改为石质整圆形晷面 地平式日晷的晷面水平放置 晷针不是垂直与晷面 而是呈倾斜状指向北天极 晷针与晷面之间的夹角为北极星的地平高度 亦即当地的地理纬度 同时晷面上的 刻度也不均匀 本文主要论述我国传统的赤道式日晷 故地平式日晷在此不作详细 介绍 2 2 2 以守时为主的计时器 漏刻是中国古代最重要的计时仪器之一 在中国古代各类计时仪器中 漏刻的 使用历史最为悠久 也最为重要 它的出现解决了圭表 日晷只能在有太阳的晴天 使用 而在阴天和黑夜就发挥不了作用的难题 漏 指漏壶 简单地说就是底部带有一个泄水小孔的容器 刻 指时间刻度 带有时间刻度的标尺叫箭 箭刻或箭尺 与漏壶配合使用 随壶水的漏出不断反映 不同的时刻 漏刻计时的基本原理是利用均匀水流导致的水位变化来显示时间 在不同时期 漏刻有着不同的名称 如漏 漏壶 挈壶 刻漏 浮漏 铜壶滴 漏等 从材质上 可分为玉漏 铜漏 玻璃漏等 从用途上 可分为田漏 马上漏 刻 行漏舆等 从结构形制上 可分为秤漏 碑漏 几漏 灯漏 盂漏 莲花漏 宫漏 辊弹漏等 随着社会的发展 漏刻 一词的含义也越来越广 它不仅指水时 计漏刻 也指火时计漏刻 如香漏 以及沙漏等 虽然名称不同 材质不同 用途 不同 形式也随着年代的推移有所变化 但是其运行原理是基本不变的 a 水时计漏刻 我们通常所说的 漏刻 指的就是水时计漏刻 它是以水为工作物质的计时仪 器 漏刻在中国的起源甚早 关于漏刻的起源 据 隋书 天文志 载 昔黄帝创 观漏水 制器取则 以分昼夜 汹1f h 此可知 漏刻起源于黄帝时代 这一点在梁代 漏刻经 中也有记载 漏刻制作 盖肇于轩辕之日 宣乎夏商之代 心妇意指漏 刻起源于黄帝时代 夏商时期得到很大发展 虽然我们不能确定漏刻是否起源于黄 帝时代 但从考古发掘等研究成果来看 漏刻的起源是非常早的 此外 古人还认 为漏刻的发明 是从观察容器漏水的现象中得到启发的 这是合乎情理的 考古发掘表明 在我国新石器时代早期 距今1 0 0 0 0 年 许多地区就已能制作 1 2 第2 章古代计日器 p 艇k 陶器 盛水的陶器在使用中可能会因残损而漏水 而漏水的多少与所经时i 白 有着对 应关系 返就是以墉壶柬计时的实践基础 久而久之 古人产生了用这种漏水的陶 器来计量时间的概念 后来 人们从漏水的壶发展为专f l o 造有孔的漏壶来计量时 间 史书上关于漏壶的记载 最早见于 周札 夏官司马 凡军事 悬壶以序聚柝 意思是说 每当遇到军事行动 都要用漏壶来定敲击梆子的时问 从而对部队发 号施令 从中可以看出当时漏壶在军事行动中起到的重要作用 早期漏刻的形式一般比较简单 只有一只简单的壹 壶的底部开有一小口 使 用方法是把壶装满水 然后任其泄流 泄完一壶为一单位时 b j 如果需要 再将壶 灌满 重复使用 这种单壶泄水型漏壶 只适应十对计时的精确性要求不高的场台 为了计时方便 人们便在漏壶的壶壁上刻划一止匕用来表示时刻的标记 当承面高度 降低到某一标记时 人们就可以耜略地读出所对应的 时刻 但这种方法还是不很方便 后来人f j 叉作了进 一步地改进 将一根刻划有时刻标记的木条或竹竿竖 直插入壶内 通过察看壶内木条被水面浸淹的部位 然后根据木条 竹竿上的时刻标记就可方便地读出时 刻 这种方法又称淹箭法 在长期的实践中 人们发现由于水对木条或竹竿 的附着力 要准确读出水淹到的刻度是有一定困难的 所以又发明了沉箭法 人们用竹或木片做成小托子 即 箭舟 浮在水面上 小托子上竖立一支竹或术尺 即 箭尺 再在漏壶卜加一有孔的盖 使竹 木 尺从孔 中插进去 随水位的不断降低而下降 人们通过观测 8 2 单4 嚣湍 单壶泄水型沉箭漏 盖口遮到的刻度线 就可以很方便地读出时间了 图24 浮箭注的发明 是漏刻发展史上的一个重要突破 它比前两种方法要进步得多 使用浮箭法的漏刻由两只漏壶组成 一只供水壶 一只受水壶 因壶内装有箭尺 叉称箭壶 受水壶承接由供水壶流下的水 安在箭舟上的箭尺随着壶内水位的上升 随之上浮 人们就可以凭借浮上来的刻度线来读取时间 宋代杨甲所编著的 六经 图 中有关于浮箭漏的最原始的形式 图2 一j 后汉书 律历志下 也有已载 孔 壶为漏 浮箭为刻 下漏数刻 以考中星 昏明生焉 浮箭漏使箭尺和漏壶脱离 山东人掣 为两部分 从而解决了沉箭漏流速不 均的问题 它不仅使漏刻计时精确度 大大提高 也为漏刻进一步地发展创 造了条件 但人们发现在给供水壶添水前 后 水压会随着水位的变化而发生改 变 致使滴水的速度也发生变动 因 而计时误差就相对较大 后来 为了 图2 石宋代燕肃莲花漏 弥补计时误差的需要 人们通过增加供水壶的个数 来保持最下一级供水壶内的水 位稳定 于是出现了二级 三级等多级浮箭漏 以确保计时的准确性 人们除利用增加漏壶的级数外 还采用漫流系统来提高计时精度 宋代燕肃发 图2 5 最原始的浮箭漏 明的 燕肃莲花漏 首次采用了漫流系统 从结构上看 它与二级浮箭漏的不同之处在于在第二级供水壶 即图2 6 中下匮 的侧面 设有 减水盎 竹注筒 铜节水小筒三物 乜引 用来保持水位的平稳 其下匮有一个分水孔 当下匮中 的水面超过分水孔时 水就会通过竹注筒流到减水盎中 这 样 只要上匮注入下匮的水量稍大于下匮流出的水量 就可 以保持下匮水面的稳定性 这在很大程度上消除了水位变化 对流量的影响 提高了计时精度 在水时计漏刻中有一种特 殊类型的漏刻 秤漏 它是利用秤来称量流入受水壶中水 的重量的变化来计量时间的 秤漏是由北魏道士李兰于公元 5 世纪发明的 对秤漏的介绍很多史书中都有记载 如唐代 徐坚 初学记 中记有李兰 漏刻法 以器贮水 以铜为 渴乌 状如钩曲 以引器中水 于银龙口中吐入权器 漏水 一升 秤重一斤 对经一刻 瞄1 此外 梁代沈约 袖中记 玉海 宋史 隋 书 等文献中也有秤漏的描述 根据 职官分纪 一书对秤漏的记载 秤漏主要由 天河 渴乌 铜壶和铜覆荷 箭尺 鸡竿 白兔等组成 秤漏与其他漏刻最明显的 不同之处就是用秤称水计时这种独特的显时系统 使用秤漏可以提高灵敏度 获得 更细致的时间分划 漏水一升 秤重一斤 时经一刻 一斤水对应一古刻 那么 1 4 一两就是i l o 刻 这样计时的精确度就会随着秤的精度的提高而提高 秤漏发明后 很快流传开来 自隋唐至北 宋 一直都是主要的天文计时 仪器 图2 7 b 火时计漏刻 除利用水流来计时外 古 代民问还利用燃香来计量时 问 火时计漏刻主要是指香 漏 它是利用烧香来计时的仪 器 香漏 又称 香篆 更 香 即用能长时间持续均匀 图2 7 南北朝李兰秤漏 燃烧的香来显时 根据香的遗留部分判断时刻 最迟在六朝时 中国就有用香计时的记载 奉和春夜应令诗 曰 烧香知夜漏 刻烛验更筹 啪1 北宋沈立有 百刻香印 五更印刻 的记载 1 洪刍 香谱 有 百刻香 近世尚奇者作香篆 其文准十二辰 分一百刻 凡燃一昼夜已 元 代郭守敬制有柜香漏 屏风香漏 明 清时期 无论是陆地还是海船上 使用香漏 计时的记裁更是十分寻常 香漏一般做得很长 并被盘旋或压制成各种图案 如 福 寿 喜 等字 样 上面标以时问刻度 晟长者可连续使用f 几天 有的甚至可燃一个月 北宋时 已出现制作更香的香模 明代用嘉胄 香乘 中则收录了1 3 种更香印模 还附有制 香工序与配方 如果在香盘上某时某刻的地方 用线挂些小金属球 盘香下放一金 属盘 当盘香烧到该处时 会属球便落到金属盘上 发出 砰 的一声响声t 报知 人们时刻 具有现代闹钟的妙用 因此得名为 火闹钟 民间就有一种 龙舟香漏 它除有计时功能外 还具备定时闹钟的功能 图2 8 此外 明代周晖 二续金陵 琐事 中还记有一种 定时炉 其主体为一香炉 炉中伸出1 2 支管子代表1 2 时 炉中设有机关 并焚以香束 每当到达某一时辰时 相应的小管就往外冒烟 这种 定时炉 其实也是香漏的一种 由于香的价格便宜 即使平民百姓 也能使用 因而它的流传也就异常广泛 更由于可随身携带 还被用于行进中的 车船 车队和商旅等 c 沙漏 沙漏也是最古老的计时仪器之一 沙漏 又称 沙壶 沙钟 沙钟计 等 它以沙代水 根据流沙来计量时 日j 与水时计漏刻在原理匕无很大区别 沙 圈2 8 龙舟香嗣 漏的出现 克服了水时计漏刻在严寒季节因水易结冰而不能正常工作的缺点 简单的沙漏山两个倒置的锥形容器组成 中 日j 有一细颈相通 图2 9 上面容 器中的沙子田重力作用 流入下而容器 根据下面容器流入沙子的高度或容量柬计 量时间 沙流完后 上下容器互置 即可继续使用 循环往复 最早发明沙漏的是明代詹希元 他发明 图2 9 沙漏 了一套 血轮沙漏 明史 天文志 载 明初 詹希元以水漏至严寒水冻辄不能行 故以沙代水 然沙行太疾 末协天运 乃以 斗轮之外复加四轮 轮皆三十六齿 在明 代宋濂 五轮沙漏铭 的序文中 对五轮沙 漏的结构作了较为详细的介绍 由此我们可 知 血轮沙漏由沙池 斗轮 斗轮的圆周上 均匀地固定有1 6 只沙斗 减速齿轮组 时 刻显示四部分组成 细沙储放于沙池巾 通过沙池底部的4 t l 漏出 当沙池中漏出 的细沙注入某一沙斗时 便会引起斗轮重心倾斜而使其转动起来 从而带动其他齿 轮的转动 沙漏运行时 便会带动一只盘面刻有1 2 时辰和昼夜百刻标志的测时时盘 来指示时刻 其显示系统与近代指针式钟表的情况完全类似 只是它没有分针和秒 针而己 冈21 0 同时 并驱动两个木偶以击鼓鸣钲来报时 其实 五轮沙漏也属 于机械计时器 它在形式上已非常接近现代的机械钟 第2 章古代计时器的产牛与发展 i i l 曼 曼 皇 曼 鼍 曼 曼 曼 苎 鼍曼 曼鼍曼 曼 曼 沙漏也有自身的缺点 如沙子的质量 不好 诸如带土 就会很容易发生阻塞现 象 致使测时不准 为了克服这个弱点 明代中期周述学对五轮沙漏进行了进一 步地改造 通过加大流沙孔来增加沙流 量 并相应添加几组调速齿轮来提高沙漏 的计时精度 不过 总体来讲沙漏的准确 性要差于水时计漏刻 但因其携带方便 从而被广泛用于航船 教会等场所来计量 时间 2 2 3 以机械装置为主的计时器图2 1 0 詹希元五轮沙漏复原模型 中国古代还存有机械计时器 但这里的机械计时器不是指西方的机械钟表 而 是指具有时间计测功能的天文仪器 以机械装置测时的计时器主要是用水做动力 以驱动机械结构来计时 我国最早的机械计时器是和天文仪器结合在一起使用的 早在东汉时期张衡发 明的天文仪器 水运浑象 中就安有测时功能的机械装置 晋书 天文志 载 至 顺帝时 张衡又制浑象 具内外规 南北极 黄赤道 列二十四气 二十八宿 中 外星官及日月五纬 以漏水转之于殿上 室内星中出没与天相应 因其关戾 又转 瑞轮莫荚于阶上 随月虚盈 依历开落 啪1 从上述这段文字中我们可以得知张衡应 用漏壶原理 用水做为动力系统来运转天文仪器 水运浑象 其上附有计时装置 并将其与 瑞轮荬荚 装置连在一起 通过奠荚的开阖向人们显示具体的日期 关 于莫荚 详见3 2 1 古代人类掌握时间的方式 物象 张衡的水运浑象使水钟 逐渐走上机械时钟的阶段 初步具备了机械计时器的作用 其中的机械计时部分要 比欧洲最早出现的机械时钟早1 0 个世纪 随后 历代都相继制作了附设有计时装置的仪器 在唐宋两代 机械计时器得 到了进一步地发展 唐代 曾一行与梁令瓒共同设计制造的 开元水运浑天仪 是 世界上最早能自动报时的仪器 仪器两旁各站有一木质小人 每过 n 小人就敲 仪器一下 其计时报时系统和近代时钟的机械原理非常一致 这种能够自动报时的