中国古代金属建筑材料设计的智慧：透过检测数据揭示的成果

本章基于大量的XRF分析数据，首先判别明确了各个铜殿、铜塔的合金成分。在此基础上，将铜殿、铜塔置于冶金铸造史的历史发展进程中、放在科技史中考量。一方面，总结其科学价值及其在技术史上的意义；另一方面，本书探究的不仅是数据、合金种类，更重要的是数字背后的经验、思想、智慧，是以技术史的方法为工具来进行建筑理论的探讨，从而继续深入对传统建筑科技水平的认识和评价。

此时，铜殿的成分数据就不再是一组组干枯的数字，而成为我们透过工程现象，探讨设计理念和理论的钥匙。

检视本章的研究进程，本书采用的技术路线是上述研究取向得以顺利进行的关键。XRF分析看似是材料学的研究方法，但本书以建筑史研究的眼光来设计检测和分析方法，辅以GIS表达平台，以跨学科的研究方法形成了突破。正是由于采取了以建筑构件为基本单位来进行分析的方法，也只有以这样的方法，才能观察到像昆明铜殿铜合金分布这样的重要现象。进而，研究才能深入到材料设计这一层面，才得以进一步对中国传统技术哲学和材料观念进行探讨。

本章讨论的材料观，将建筑看做一个完整的作品，对材料的选用有整体的理念和策略。这里的材料设计既有基于传统技术理论的、出于材料机械性能表现的谋划，也有更高层面的，带有理想化色彩或哲学意味的设计。无论是对“六齐”的延续，还是对“刚柔并济”的应用，都有着这两个层次的意义——首先是技术智慧、传统经验的传承和应用，体现的是材料应用的水平和传统科学技术的成就；更进一步，是出于整体设计理念和哲学概念，带有一定理想色彩的追求和阐释，表达的是传统建筑设计的理论高度和丰富内涵。

此外，我们看到：铜殿、铜塔的设计建造者在建造铜殿、铜塔这种比较独特、非主流的建筑（与传统木构建筑相比）时，无论是在材料设计上，还是在细节的建造手法上，都比较纯熟。冶金技术思想和具体手段的引入和纯熟应用，提示我们当时的铸匠可能在整个建造团队中起到了主导地位。

至于铁塔的XRF分析，虽然本书从略，但以构件为单位进行测试分析仍然是有意义的。例如第三章展示了笔者所做的一项工作，即以锰（Mn）的含量来判断梅州千佛铁塔的南汉原件和当代补铸件，其识别的准确度相当可靠。这项分析对这种不进行标识的复原工程来说尤其具有意义^[50]。

【注释】

[1]个别案例除外。如1998年昆明冶金研究院受云南省文化厅及园林局委托，曾为清洁金殿表面而做过金殿殿身材料成分分析，并发表论文称金殿为青铜铸造。但实际上这个认识是不全面的。详见本章第六节。

[2]Reginald Fleming Johnston. From Peking to Mandalay: A Journey from North China to Burma through Tibetan Ssuch’uan and Yunnan. London: J.Murray, 1908. 104; Edward C. Baber.Travels and Researches in Western China. London: John Murray, 1882.140; Virgil C. Hart. Western China: A Journey to the Great Buddhist Centre of Mount Omei. Boston: Ticknor and Company,1888：240-245

[3]D.C. Baker: Tai Shan: An Account of the Sacred Eastern Peak of China(reprinted by Cheng Wen Publishing Company, Taipei 1971), originally 1924

[4]Needham J, with the collaboration of Wang L and Lu G D. Science and Civilisation in China. vol.4:pt.3.Cambridge: Cambridge University Press,1971：142

[5]Joseph Needham, The Development of Iron and Steel Technology in China,London: Published for the Newcomen Society by W. Heffer, 1964：71。李约瑟在介绍碧霞祠青铜瓦时，补充说“有文献认为是黄铜或红铜”，可见对此问题是在意的。

[6]此方面近年较重要的文章如周卫荣. 黄铜冶炼工艺在中国的产生与发展[J]，见：国学研究. 第10卷，北京：北京大学出版社，2002：315-331

[7]中国大百科全书（矿冶卷）[M]. 北京：中国大百科全书出版社，1984：639-641。本节中关于现代冶金工业中各种铜合金名称的定义均引自此。

[8]卢嘉锡总主编，赵匡华、周嘉华著.中国科学技术史（化学卷）[M]. 北京：科学出版社，1998：179-187

[9]何堂坤. 中国古代金属冶炼和加工工程技术史[M]. 太原：山西教育出版社，2009：343

[10]当代研究见赵匡华. 我国历代“黄铜”考释[J]. 自然科学史研究，卷6（4）：323-331。历史文献见慧琳《一切经音义》卷三九：“鍮石似金。又云：西域以铜铁杂药合为之。”卷六十：“鍮石似金而非金，西戎蕃国药炼铜所成。有二种鍮石，善恶不等；恶者较白，名为灰折；善者较黄，名为金折……亦名真鍮，俗名‘不博金’是也。”此药当指炉甘石。这是唐代文献关于西域人工点化黄铜的记载。“真鍮”当是西域所产颜色较黄，质地较好的黄铜。独孤滔《丹方鉴源》卷上：“武昌铜出鄂州白慢，可点丹阳银及鍮石。”卷上第二，《道藏》第596册。《宣德鼎彝谱》：“仅有暹罗王剌迦满蔼所贡良铜，厥号风磨，色同阳迈，朕拟思惟所用，堪铸鼎彝，以供郊坛、太庙、内廷之用。”［明］吕震《宣德鼎彝谱》，见：丛书集成初编[M]：第1544册. 北京：中华书局，1983：1

[11]韩汝玢，孙淑云，李秀辉，等. 中国古代铜器的显微组织[J]. 北京科技大学学报，2002(02): 223

[12]何堂坤. 中国古代金属冶炼和加工工程技术史[M]. 太原：山西教育出版社，2009：151

[13]“在铜锡铅三元合金中，含锡12%～13%青铜中加入6%的铅时，总的力学性能较好”。引自Chase W T. “Ternary Representations of Ancient Chinese Bronze Compositions Archaeological Chemistry II”,Advances in Chemistry Series 171 [M].Washington, D C: American Chemical Society, 1978，转引自韩汝玢，孙淑云，李秀辉，潜伟. 中国古代铜器的显微组织[J]. 北京科技大学学报，2002：(02): 223。韩汝玢等同时指出：“在古代武器和刃具制作中，到目前为止，尚不能认为古代工匠是有意识制作符合上述铅锡含量的制品。”

[14]华觉明. 中国古代金属技术——铜和铁造就的文明[M]. 郑州：大象出版社，1999：280；何堂坤. 中国古代金属冶炼和加工工程技术史[M].太原：山西教育出版社. 2009：138

[15]考工记被编入《周礼》，以补《周礼·冬官》，现在一般认为是东周时期齐国的官书。见郭沫若. 考工记的年代与国别[C]. 开明书店二十周年纪念文集，1947

[16]何堂坤. 中国古代金属冶炼和加工工程技术史[M]. 太原：山西教育出版社. 2009：138-150

[17]铸造有色合金及其熔炼联合编写组. 铸造有色合金及其熔炼[M]. 北京：国防工业出版社，1980：4-5；周卫荣. 黄铜冶炼工艺在中国的产生与发展[J]，见：国学研究. 第10卷，北京：北京大学出版社，2002：315-331

[18]World Heritage List Wudang [EB /OL]. http://whc.unesco.org/archive/advisory_body_evaluation/705.pdf，2012-2-15

[19]韩汝芬. 姜寨第一期文化出土黄铜制品的鉴定报告. 见：姜寨——新石器时代遗址发掘报告[M]. 北京：文物出版社，1988

[20]锌易挥发，在原始条件下，黄铜冶炼技术本身是有一定难度的。孙淑云等曾做过多次模拟冶炼试验，认为用天然氧化铜矿（孔雀石）和天然氧化锌矿（含铅的凌锌矿）混合冶炼，或用天然铜锌共生矿冶炼均能得到黄铜，前者的锌含量与出土的原始黄铜含量相近。但这两种方法都需要细致的冶炼过程，史前时代能炼出黄铜，其偶然性很大。见：北京钢铁学院冶金史组. 中国早期铜器的初步研究[J].考古学报，1981（3）：287-302

[21]赵匡华，张慧珍. 中国古代炼丹术中诸药金、药银的考释与模拟试验研究[J]. 自然科学史研究，1987，6（2）：105-122。日华子是五代末至宋初的炼丹家和医药学家。《日华子点庚法》收入宋人汇集的《诸家神品丹法》卷六，见：道藏：第19册[M]. 文物出版社，上海书店，天津古籍出版社，1988：241-246

[22]周卫荣. 黄铜冶炼工艺在中国的产生与发展[J]，见：国学研究. 第10卷，北京：北京大学出版社，2002：315-331(www.chuimin.cn)

[23]周卫荣. 黄铜冶炼工艺在中国的产生与发展[J]，见：国学研究. 第10卷，北京：北京大学出版社，2002：315-331；周卫荣，樊祥熹，何琳. 中国古代使用单质锌黄铜的实验证据——兼与M. R. Cowell商榷[J]. 自然科学史研究，1994，13（1）：60-64

[24]周卫荣. 我国古代黄铜铸钱考略[J]. 文物春秋，1991（2）：18-24

[25]［宋］洪迈. 容斋随笔三笔. 卷十一. 第四页. 见：四部丛刊续编[M]：第52册. 上海：上海书店，1984

[26]［明］陈仁锡《潜确居类书》卷九十三，《格致镜原》卷三四，亦引见：四库禁毁书丛刊[M].子部. 13-315；子部.14-16

[27]［唐］释圆照集《代宗朝赠司空大辨正广智三藏和上表制集》卷五，见：大正新修大藏经，第52册 No. 2120

[28]［清］王茂荫撰. 王侍郎奏议. 卷三. 影印上图藏清光绪十三年刻本.第二十五页至二十七页。见：续修四库丛书：史部第500 册

[29]周卫荣. 黄铜冶炼工艺在中国的产生与发展[J]，见：国学研究. 第10卷，北京：北京大学出版社，2002：315-331。铜钱检测数据可参见赵匡华，周卫荣，郭保章等. 明代铜钱化学成分剖析[J]. 自然科学史研究，1988, 7（1）:54-65

[30]据山西省古建筑保护研究所对西塔、铜塔的分析：“使用DX-95能谱仪对文物进行的无标样定量分析表明：东塔基体成分是以铜、砷、铅为主的铅砷青铜，西塔的基体是以铜、锡、铅和少量的砷的锡铅青铜。”分析结果与本书相差很大。但该报告并未公布具体数据和取样部位。此处存疑，特录出待进一步研究。见：乔云飞. 五台山显通寺铜塔的保护设计[J].文物世界, 2005(05): 72-74

[31]霍海峻. 修复大型铜塔的探索[J].中国博物馆，1995（3）：86-89

[32]何堂坤. 中国古代金属冶炼和加工工程技术史[M]. 太原：山西教育出版社，2009：609-610

[33]何堂坤. 中国古代金属冶炼和加工工程技术史[M]. 太原：山西教育出版社，2009：608-613

[34]何堂坤. 中国古代金属冶炼和加工工程技术史[M]. 太原：山西教育出版社，2009：608-613

[35]具体数据可参见赵匡华，周卫荣，郭保章等. 明代铜钱化学成分剖析[J].自然科学史研究，1988，7（1）: 54-65

[36]［明］申时行等修, [明]赵用贤等纂. 明会典. 影印明万历内府刻本.见：《续修全库全书》编纂委员会.续修四库全书：第789-792册[M]. 上海：上海古籍出版社，1995～1999

[37]［明］王圻撰《续文献通考》，影印明万历三十年松江府刻本，见：续修四库全书：第761-767册[M] . 上海：上海古籍出版社

[38]“水锡”在不同文本中，可解释为锡（Sn）或锌（Zn）。此处“水锡”何解，冶金史界存在争议。何堂坤认为是锌，赵匡华、周卫荣等认为是锡。本书今从水锡为锡说。相关认识见何堂坤. 中国古代金属冶炼和加工工程技术史[M]. 太原：山西教育出版社.2009.607；赵匡华，周卫荣，郭保章等.明代铜钱化学成分剖析[J]. 自然科学史研究，1988, 7（1）: 54-65；周卫荣.中国古代用锌历史新探[J]. 自然科学史研究 1991，10 (03)：259-266等。

[39]据《工部厂库须知》，红铜每斤价银八分五厘，水锡每斤价银八分，二火黄铜每斤价银八分一厘。红铜与水锡配炼成的青铜显然贵于二火黄铜。见何士吉《工部厂库须知》卷十，卷七，卷六，见: 续修四库全书：第878册[M].上海：上海古籍出版社，1995～1999

[40]原文：“对金殿的材质取样，样品总面积为200平方厘米。采用扫描电镜及X-衍射仪分析，其结果为：基本成分(%)；Cu60；Pb32；Fe3；余量为As……等。表面成分：二氧化硅、氧化铜、硫化铜、氧化铅、碳酸铜、氢氧化铜、氧化铁及大量的油污、尘埃等等。从成分分析结果判断其为铜-铅合金，属于铅青铜，接近现行标准QPb30的成分。”见：高玲.古铜殿表面处理方式[J]. 云南化工，1998(3): 49

[41]张剑葳，周双林. 昆明太和宫金殿研究[J]. 文物，2009(9): 73-87

[42]何堂坤. 中国古代金属冶炼和加工工程技术史[M]. 太原：山西教育出版社，2009：542。该书此节何堂坤对“刚柔相济”的复合材料技术思想有较为详尽的论述。本书关于“刚柔相济”复合材料技术思想的论述皆受其启发。

[43]贾兰坡，盖培，尤玉柱. 山西峙峪旧石器时代遗址发掘报告[J]. 考古学报，1972（1）：39-58

[44]甘肃省博物馆文物工作队等. 永昌鸳鸯池新石器时代墓地的发掘[J].考古，1974（5）：299-308

[45]河北省博物馆等. 河北藁城台西村的商代遗址[J]. 考古，1973 (5): 266-271；北京市文物管理处. 北京市平谷县发现商代墓葬[J]. 文物，1977 (11):1-8.

[46]何堂坤. 中国古代金属冶炼和加工工程技术史[M]. 太原：山西教育出版社，2009：215-216

[47]［宋］沈括. 梦溪笔谈[M]. 卷十九. 北京：中华书局，1957

[48]“故宫古建筑木构件树种配置模式研究”课题组. 故宫武英殿建筑群木构件树种及其配置研究[J]. 故宫博物院院刊，2007 (4): 6-27。另可参见“故宫古建筑木构件树种配置模式研究”课题组. 故宫古建筑木构件树种数据库的设计与实现[J]. 故宫博物院院刊，2011（05）：105-117。

[49]数据来源同前注。但需要指出的是，敬思殿的检测结果分布并不如武英殿那样特点明显——这与其作为后殿有关，木材不敷使用时，需要首先保证主殿。敬思殿整体使用的软木松占样本总数的58.1%，超过了其他较高强度的木材。即便如此，强度较高的落叶松和云杉还是优先在主要结构构件上使用。如柱、三架梁、五架梁等主要结构构件使用的落叶松占同类样本数的24.2%，使用的云杉占样本数的36.4%，这两者总数达60.6%；而使用的软木松占样本数的33.3%。随梁、天花梁等次要承重构件使用的软木松占到了样本数的50%。斗栱中使用软木松的则占到样本数的75%。

[50]经过XRF分析，广州光孝寺东塔塔身的当代补铸件也被识别出来。但该塔补铸的部分均刻有当代的铭文，如果仔细观察，是可以直接识别的。