进而，更精确地说：在同一座建筑中分类明晰地使用三种铜合金，这是对中国传统中“刚柔并济”的复合材料技术思想的继承和应用。无论材质如何变化，其核心思想都是“刚柔相济”的基本原理。谈到了包括“刚柔”在内的多对范畴，这是较早将“刚柔相济”作为哲学概念进行讨论的记载。综上所论，昆明太和宫铜殿的材料设计是在“六齐”与“刚柔并济”的材料观念下进行的，这是技术思想和哲学概念的双重理论指导。......
2023-10-18
中国古代金属建筑：合金配比与构件性质|六齐技术思想继承
【摘要】：表10-3武当山小铜殿材料铜、锡、铅成分比例与构件性质对应分析注：TD01-16属于铅基铜合金，不纳入比较。
（1）小铜殿构件的合金配比与构件性质的关系
小铜殿不同部位间，铜与锡的比例差异较大，分布于3∶1～10∶1的区间；铜与铅的比例分布于2.4∶1～5.9∶1的区间；锡与铅的比例则比较稳定，分布在1∶1～1∶2.5的区间内。考虑到未进行表面除锈处理，因此检测所得数据中铅、锡的含量很可能比金属基体的高，但其反映的不同构件间的总体含量变化趋势应当还是有意义的。
通过分析各部位的铜锡含量比例、铜铅含量比例（表10-3），初步发现铜锡比、铜铅比与建筑构件的性质很可能存在一定的对应规律：结构功能越强的构件，其铜锡比、铜铅比越高；其中铜锡比表现出尤为明显的规律性。
表10-3 武当山小铜殿材料铜、锡、铅成分比例与构件性质对应分析
注：（1）TD01-16属于铅基铜合金，不纳入比较。（2）TD01-11、TD01-14是同一构件的不同部位。
唐宋以后，中国传统木构建筑多采用框架结构，其建筑的结构荷载主要由柱、梁等结构构件承担，而墙、门窗装修等只承担围护、分隔空间的功能，俗称“墙倒屋不塌”（硬山搁檩的建筑除外，其山墙为承重墙）。据此，小铜殿的构件可根据受力情况分成三组：围护构件、一般结构构件、重要结构构件。
小铜殿的结构荷载由六根铜柱承担，通过柱础传递到基础，因此其柱、柱础是重要结构构件。抱框主要的功能是分割立面，同时也承担了一定的檐檩荷载，是一般结构构件；屋面板本属于围护构件，但铜殿的屋面板综合了椽、瓦、板，可算作一般结构构件；槅扇属于围护构件，但前檐槅扇的边梃需支撑整块槅扇的结构，可算作一般结构构件。其余的槅心、山花板不承重，则为围护构件。
图10-3中，纵轴为小铜殿材料的铜锡比、铜铅比，横轴为建筑构件的性质（反映构件受荷载的不同）。该图反映出：第一，随着构件性质由“围护”向“结构”变化，铜锡比、铜铅比均不断提高；这三类构件的数据之间有着较为明显的分界。第二，铜锡比的增加相比铜铅比的增加，显示出更为清晰的与构件性质变化的正比例对应规律：构件的结构作用越重要，其铜锡比就越高。
虽然构件的含铜量大体来说呈现随构件结构性的增加而增加的趋势，但从表10-2可以看出，其增加过程中一直存在着反复。因此，小铜殿的铸造工匠很可能是通过控制铜与锡的比例而非铜的绝对含量，来分别铸造不同结构功能的构件的。
建立模型，将数据导入GIS表达，则更可清楚看出构件铜锡比、铜铅比与构件功能之间的关系，如图10-4、图10-5。根据本章第一节第2部分第（2）点所述，铜殿的同种构件应当是统一规格化批量铸造的，因此同种构件的合金成分应当是相同的——这从小铜殿的构件也可以看出来：虽然由于检测精度所限，同一种构件不同个体的检测数据有所差距，但这个差距是在合理的较小浮动范围内的。从图10-4就可以看出来，例如槅扇和槅扇边梃的铜锡比，虽然有3.0～4.6的差异，但仍然是在“围护构件”的数据区间内，不会突破到“重要结构构件”的数据区间内。因此，可以根据图10-4，推测出图10-6。
中国以锡为主要合金元素的Cu-Sn-Pb三元合金系初步确立于商代晚期。冶金史学者何堂坤指出：“以锡为主要合金元素的Cu-Sn-Pb三元合金系的形成和确立，是整个青铜技术的关键和核心，也是整个青铜文明的技术关键和核心。……在古代世界的许多地方，这一合金技术的确立或稍晚，或发展水平较低，更未形成规范了的合金规律。”武当山元代小铜殿的铸件，正体现出中国青铜文明的技术传统。
图10-3（1） 铜锡比与构件性质的对应关系
图10-3（2） 铜铅比与构件性质的对应关系
★ 表示根据现代建筑学理解，该项目成分配比不符合其构件性质。如穿插枋主要起拉结作用，应属一般结构构件。但当时的工匠也可能根据其位置（槅扇与山花板之间）而将其理解为围护构件。(www.chuimin.cn)
小铜殿的铸造工匠有意识地将重要结构构件的铜锡比控制在8∶1以上，同时将其中最重要的构件——柱的含铅量控制在10%～15%范围内，以保证良好的铸造性能。无论他们的配比是否符合力学性能的最优配比（以现代的标准考量，锡含量尚可，铅含量略高[13]），至少说明：元代的铜殿建造者清楚地认识到不同建筑构件在房屋结构中承担着不同的功能性质；在配制建筑材料时，他们有意识地根据建筑构件承担功能的不同来进行了配比，以平衡铜殿的造价和建筑品质。
（2）技术思想来源：“六齐”理论
根据制作对象的性质来调整青铜合金成分的配比，这一意识在中国冶金史上由来已久，战国时《考工记》记载的“六齐”规律就是世界上最早的青铜合金规律总结[14]。
“金有六齐，六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐；五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金而锡居一，谓之戈戟之齐；三分其金而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金而锡居二，谓之削杀矢之齐；金锡半，谓之鉴燧之齐。”[15]
“六齐”列举了钟鼎、斧斤、戈戟、大刃等六类不同器物所需的六种锡青铜配比，指出不同器物应当使用不同的合金成分。它通过调整合金中的铜锡比，来调整铸件的机械性能和外观效果。从鉴燧到钟鼎，金锡比逐渐升高。“六齐”的规定大体反映了相关器物使用性能与合金成分的关系，以及人们对器物的性能要求，与现代技术原理相符，在中国技术史和世界技术史上都占有重要的地位。
图10-4 小铜殿构件Cu∶Sn分析图
图10-5 小铜殿构件Cu∶Pb分析图
图10-6 小铜殿构件Cu∶Sn推测图
虽然对“六齐”中具体的比例阐释历来多有学术争鸣；而且，对出土青铜器的成分分析表明，“六齐”并未真正指导战国时期青铜器的铸造——“六齐”规定的含锡量普遍嫌高，据此无法造出适用的器物——但是，正如何堂坤指出的，“六齐”成分与现代科技认识的Cu-Sn二元相图及性能曲线在多组成分、多个特殊位置上相合，说明它“是一种试验资料的反映和归纳”，具有“理想化色彩”，具有重要的学术价值[16]。
可见，“六齐”规定的具体数值姑且不论，它至少明确地表明，最晚到战国时期，冶铸匠师对锡青铜的机械性能随铜锡比变化而变化，熔铸不同性能要求的器件时需相应选用不同合金成分，已有了明确的认识。相对工艺规范而言，它更多地体现出技术哲学的意味。
这样的技术哲学一直影响到了14世纪的元代，冶铸匠人面对他们可能之前从未造过的铜殿，根据构件的受力性质把合金配比的做法运用其中。这一方面见证了中国传统冶铸技术的千年流传发展，另一方面也是反映中国传统工匠对金属建筑材料运用水平的直接证据，具有重要的科学价值。
笔者并无意于检验小铜殿的合金成分数据与“六齐”的规定在数值上的耦合度，而主要目的在于为小铜殿合金配比与构件性质对应的现象找到“六齐”的技术之源。笔者也深知由于检测精度、样本数量的局限，上述现象和结论仍值得慎重审视。但考虑到其可能具有的价值和意义，兹将分析过程列出如上，有待今后进一步的检验和论证。
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