“我国古代大型铸铜文物”系列文章之十八古代大型计时仪器

王福谆

（广东工业大学材料学院，广东广州511400）

“我国古代大型铸铜文物”系列文章之十八古代大型计时仪器

王福谆

（广东工业大学材料学院，广东广州511400）

简单介绍了我国古代计时仪的种类、功用以及所采用的材料，并详细叙述了圭表、铜壶滴漏等古代大型计时仪器的有关情况。

古代；计时仪器；铸铜

古代人们通过太阳、月亮的升起和运行，以确定时间的早晚，同时，在观察日、月运动的时候，人们还进一步去测定日、月、星辰等天体的位置，以及星辰到达天空中某个位置的时间，这就发展了天文学，同时也发明和制造了不少天文仪器和计时仪器，所以，早期的计时仪器是和天文仪器密切相关的。人们利用这些天文仪器和计时仪器，就能精确测量天体，掌握季节和时间的变化，以制订历法，促进农业生产。我国古人最早发明和应用的计时仪器，叫做“圭表”，就是利用太阳射影的长短来判断时间的。古人还发明了利用太阳射影的方向来测量时间的仪器，则称为“日晷”，二者统称为太阳钟。但是，太阳钟在阴雨天和夜间，失去了效用，所以，我国古代又发明了漏壶和沙漏等计时仪器。后来，人们还应用机械原理设计了计时器，包括利用流体力学计时和利用机械传动结构计时的两类计时器。

关于古代计时仪器的用途，除了和古代天文仪器一起，用来观察和测定日、月、星辰等天体的运动和位置，以及到达的时间，掌握季节和时间的变化，以制订历法，促进农业生产之外，我国古时还利用漏刻等计时仪器和钟、鼓等鸣放器，作为报时装置，使人们知道有关时间的信息。有关这方面的最早记载是，东汉蔡邕的《独断》中所写“夜漏尽，鼓鸣则起，昼漏尽，钟鸣则息。”这表明，在东汉时，古人就已经利用“漏刻”和钟、鼓来报时，以催促人们起床或休息。汉代之后，在历代皇宫和州府的钟鼓楼内，也有设置铜制的漏刻，即铜壶滴漏，以便和钟、鼓组成报时系统。据资料[1]介绍，“北京鼓楼的二层，原有一铜壶滴漏，相传为宋代制造”。“元大都时，就设有钟鼓楼，明代的钟鼓楼更加宏伟高大，故北京的暮鼓晨钟已流传了七百多年”。元、明、清三代，都规定北京的钟鼓楼要报更，报更时，一般是“先击鼓，后撞钟108声”。由此可见，古代北京就是利用铜壶滴漏和钟、鼓组成的报时系统，来向北京人报告时间，并统一人们的起居和有关行动。

至于古代计时仪器的材料，主要还是用铜来铸造的。早期的“圭表”，是由直立于平地的石柱作“表”，由平放并伸向正北方的石板作“圭”，组合而成。汉代开始，“圭表”则采用铜材。1965年，江苏仪征县出土的一块铜圭表，是东汉时期制造的，为现存最早的小型铜圭表。但一般铜“表”，高为八尺，属大型铜圭表，现存的圭表，则是保存于南京紫金山天文台和北京古观象台内的明、清铜制圭表。日晷是由圭表演变而来，是把一根铜针垂直装在一个石制圆盘（即晷面）的中心，成为定时刻的专用仪器。而古代的漏刻，是一种比日晷用途更大的计时仪器，它利用漏壶和刻箭来计时。不仅计时，还可用来守时，而且，不受气候影响。漏刻都是铜制造的，所以也叫铜壶滴漏。现存最早的铜漏刻，是20世纪60、70年代，在河北满城、陕西兴平、内蒙伊克昭盟杭锦旗三地，先后出土的3件西汉青铜漏壶。但它们都是小型的单漏壶，而古代大型的成组铜壶滴漏，现存的则有4件：中国历史博物馆保存的1件元代铜壶滴漏（广州市博物馆有复制品）、南京博物院的1件明代铜漏壶和北京故宫保存的2件清代铜壶滴漏。至于古人应用机械原理设计的计时器，则是将计时仪器和天文仪器合成一个装置的大型仪器，例如：“水运浑天仪”、“水运仪象台”等大型天文仪器。而第一个脱离天文仪器独立出来的机械计时器，是元代郭守敬制造的大明殿灯漏，它是一个水力发动的机械报时钟，而且能够自动报时[2]。这类仪器所用的材料比较多样，但仍以铜为主。下面将分别对宋代水运仪象台以及现存的明代圭表和元代、清代铜壶滴漏等古代大型计时仪器，进行较详细的叙述。

1　宋代的水运仪象台

我国古人在先后制造出浑仪、浑象等天文仪器和各种计时仪后，就尝试将天文仪和计时仪组合成一个装置，以观测和演示天象。例如：东汉著名的科学家张衡，创制了“水运浑天仪”，其主体是浑象，增设了地平环和子午环，采用齿轮系统，把浑象和漏壶连接起来，利用漏水的力量使仪器均匀转动，把天空中日、月、星辰的周日运动演示出来。唐开元十一年（723年），著名天文学家僧一行和梁令赞合作，用铜、铁制成新的黄道游仪，这架“水运浑天”，比张衡的“水运浑天仪”又有了新的发展，“注水激轮，令其自转，一昼夜而天运周。外络二轮，缀以日、月，令得运行，每天西旋一周，日车行一度，月行十三度十九分度之七，二十九转有余而日月会，三百六十五转而日周天”[3]，可见，这台将浑天仪和漏壶连成一体的大型天文仪，已是多么先进。而宋代苏颂和韩公廉合作创制的“水运仪象台”，则是将“水运浑天”这类大型天文仪器的制造水平推向最高峰，是这类天文仪中最雄伟、最复杂和最先进的。

宋代元祐元年（1086年），宋哲宗命苏颂制造浑仪。苏颂和韩公廉合作，于元祐三年（1088年）开始，到元祐七年（1092年），终于创制了古代最雄伟的大型天文仪器“水运仪象台”，该仪器实为一小型天文台，全台分三层装置：下层是水轮和铜壶滴漏的机械，为报时系统；中层装设浑象；上层装设浑仪，且有可以开闭的屋顶。“其制造之精，远出前古”[4]。水运仪象台高三丈五尺余，宽二丈一尺，是一座上狹下广的木建筑。最上层是可以开闭屋顶的木屋，里面放置一座铜制的浑仪，用来观测天象；中间部分的室内，放置一台浑象，可以随时演示天象；下层的报时系统，既包含铜壶滴漏计时仪器，又有水轮和一套比较复杂的齿轮传动装置，还有提水装置，由人力推动河车，带动升水上轮和下轮（筒车），将水提到天河（受水槽），注入天池（蓄水池），仪器的平水壶能保持水位恒定，并通过一定截面的水管，向枢轮（水轮）上的受水壶流泄恒定流量的水，推动枢轮，枢轮通过传动齿轮，带动昼夜机轮、浑象和浑仪。值得一提的还有：下层的报时装置中，有五层小木阁，木阁中都有报时的小木人，根据不同时刻，轮流出来报时。可见，这一带报时装置的大型天文仪器，已是多么先进，在900多年前，的确是走在世界的前列。

可惜，东汉的“水运浑天仪”，唐代的“水运浑天”，以及宋代苏颂和韩公廉的“水运仪象台”等，都早已不存。不过，苏颂等于宋代绍圣初年（1094年—1097年）著的《新仪象法要》，则载有“水运仪象台”的总图和部件图多幅。北京古观象台根据有关资料仿制了一座宋代苏颂和韩公廉的“水运仪象台”，使我们终于能大饱眼福，看到了古代这台包含有计时仪和报时装置的大型天文仪器的真貌。

2　元代的铜壶滴漏

当世界各国还在采用“日观太阳，夜观星辰”的原始计时法时，我国就已发明一种叫“漏刻”的计时仪器，这是一种利用水的浮力作用来计时的仪器，较为科学，且不受天气好坏的影响，由于其主要依靠漏壶和刻箭二大部件，故名“漏刻”，也叫铜壶滴漏。初时的漏刻都是小型的单壶结构，计时尚不够正确，以后，逐渐改进为二级漏壶，直到四级漏壶。根据考古发现，在西汉时期（公元前206年—8年），我国就已较普遍使用单壶结构的漏刻，在河北满城、陕西兴平、内蒙伊克昭盟杭锦旗三地的汉墓中，都出土过小型的单漏壶。到唐、宋时期，已出现成组的四级漏壶，计时就很精确了。现存北京中国历史博物馆的元代铜壶滴漏，是我国现存最早的大型成组型铜壶滴漏，原是广州城的遗物，故广州博物馆有复制品，见图1所示。元代铜壶滴漏是由4个漏壶组成，即四级漏壶，安放在阶梯式的座架之上，通高2.64m，铸于元代延佑三年（1316年）。最上层的铜壶叫日壶（日天壶），高75.5 cm，口径68.2 cm，底径60 cm，容量217 L；第二层铜壶叫月壶（夜天壶），高58.5 cm，口径54.5 cm，底径53 cm，容量117 L；第三层铜壶叫星壶（平水壶），高55.4 cm，口径44 cm，底径39 cm，容量63 L，平水壶是保持水位恒定的重要部件；最下层的铜壶，叫受水壶，高75 cm，口径32 cm，底径31 cm，容量49 L.各壶都有铜盖，前三壶的下部，都有一个滴水龙头，依次滴水入下一壶，最后的受水壶，其铜盖的中央，插铜尺一把，长66.5 cm，上刻十二时辰，由下往上，为子时、丑时、寅时、……直到亥时，一个时辰相当于现代2 h，在铜尺前，又插放一支木制浮箭，下有浮舟。当水滴入受水壶后，浮舟逐渐上浮，其上木箭也跟着上浮，箭头所指，就可知道时间，当水与壶平，箭刻尽，则正好一昼夜，即过了24 h.所以，任何时候，都可读出所处的时间。为什么元代铜壶，在第三层平水壶的铜盖上，还铸有一尊龟蛇铜像呢？这是因为仪器计时的正确性，主要取决于平水壶的水面是否能确保平稳不变，古人在平水壶盖上铸一尊龟蛇铜像，龟蛇即玄武，亦即象征管水的真武帝君，故其用意就是，请真武帝君来管水，平水壶的水面就能确保平稳不变，也就能保证计时正确，这当然是当时人们带有迷信和神话色彩的思想在作怪了，不过，龟蛇铜像倒增添了仪器的艺术性，使铜壶滴漏更美观了。

图1　元代铜壶滴漏

元代铜壶滴漏，原置于广州城的拱北楼，是元朝都元帅马连忽捐铸，由南海作头冼运行，杜平盛铸造制成。清代中叶，著名天文学家陈沣，在其《拱北楼时辰香赞》一文中，对延佑铜漏壶制作和计时的精确，曾大加赞赏[5]。说明从元代到清代中叶，500多年来，铜壶滴漏的计时，一直在正常进行。只是由于现代时钟的逐渐普及，依靠铜壶滴漏的计时作用，已无必要，就退出了历史舞台。1919年，广州拆城墙开马路时，已不再计时的元代铜壶滴漏，就从拱北楼移置到越秀山镇海楼内，后由广州市博物馆保存，1959年，调北京中国历史博物馆，广州市博物馆则陈列其复制品。至于全国各地原有的古代铜壶滴漏，由于近100多年来，外敌入侵，战乱频繁，并且铜壶滴漏已不再用作计时，所以，大多已损坏丢失，保存至今已寥寥无几，因此，广州的元代铜壶滴漏，不仅是一件非常珍贵的古代科学仪器，也是一件非常珍贵的大型铸铜文物。

3　明代的圭表

圭表是我国古代以太阳为观测对象的计时仪器，结构简单，由表和圭组合而成，“表”就是直立于平地的杆，“圭”就是正南北方向平放的尺，表和圭相互垂直，组合在一起，就成圭表。古人除了利用圭尺上的表影长度，来定时刻以外，圭表的主要用途，则是通过测量正午时的表影长度，以测定节气和年长。最初的圭表较简单，它的表是一根直立于平地上的竹竿或石柱，再加上一个正南北方向平放的尺，就组成圭表，汉代开始，改为铜制圭表。现今保存下来的古代圭表非常之少，1965年，江苏仪征县石碑村东汉墓中出土的一块铜圭表，表高只有八寸（汉尺），合19.2 cm，圭长一尺五寸（汉尺），合34.5 cm，是现存最早的小型铜圭表。而南京市紫金山天文台保藏的一块明代大型铜圭表，见图2所示，则是现存最早的大型铜制圭表。明代铜圭表原来也是装在北京古观象台内的，1933年时，因受到日本侵略军进逼华北的影响，才转移到南京紫金山天文台的。

图2　明代圭表

明代铜圭表，长为5.17m，宽0.88m，高3.2m，铸于明正统四年（1439年）。古代使用的圭表，一般表高为八尺，这大概从先秦时期开始，就逐步形成的标准高度。元代天文学家郭守敬，对圭表的高度，大胆地作了革新，增长了表高，以减少相对误差，提高观测精度，在河南省的登封观星台，郭守敬创制的特大型圭表，称为“高表”，“表”高四丈，是铜制品，而“圭”是石条，长一百二十八尺，曾对天文观测作出巨大贡献，现在，铜表虽已无存，但石圭仍完好保留着。所以，明代铜圭表的高度也比“表高八尺”有所增加，铜圭表上直立的铜柱就叫做“表”，表高达到3.2m，正南北方向平放的尺就是“圭”，其主要用途，是根据正午时，日光在圭尺上表影的长度，来测定回归年的日数和二十四节气等。这是因为地球绕太阳公转，所以，每天正午时表影的长短也随之变化，每年夏至日，正午的表影最短，冬至正午的表影最长，根据变化规律，就可测出一年二十四个节气，以及全年的天数。这样，利用铜圭表的测量结果，就成为我国古代制定历法的重要手段。早在春秋末期，古人就利用圭表测量日影的方法，测定出回归年长度为365.25日，并由此诞生了《四分历》，这在2000多年前已是很了不起的事了。但使用时间一长，就发现了误差，所以，以后的历法，将岁实天数进行修正，逐步提高了历法的精度，到元代郭守敬等人在制定《授时历》时，根据实测，采用岁实365.242 5日的数值，这是当时世界上最精密的数值。到明代末年，邢云路利用改进的圭表，精心实测，终于测得岁实为365.242 19日，这是一个更为精确的数值。而明代的铜圭表，就是我国古代测定节气和年长，制定和改进历法的最好实物证据，是极其珍贵的大型文物。

4　清代的铜壶滴漏

关于清代的铜壶滴漏，现在也只有存放在北京故宫内的二座了：一为清乾隆十一年（1746年）制造的铜壶滴漏，存于交泰殿；另一为清嘉庆四年（1799年）制造的铜壶滴漏，藏在故宫博物院的钟表馆内。这二座清代铜壶滴漏比元代的四级漏壶又进了一步，是由5个漏壶组合而成，计时精度更高，制作得更精致、更美观，而且，保存得很好。

交泰殿是故宫后三宫中位于中间的一座宫殿，是一座正方形渗金圆顶的宫殿，殿正中设有皇帝的宝座，殿内收藏着清代帝后的御用玺宝和勋臣黄册，在大殿的左侧，陈设一座乾隆年间制造的成组铜壶滴漏，仪器各部分当然是由铜铸造而成，但仪器放置在精雕细刻的木楼阁内，故看起来更加美观，而且保存得更好，见图3所示。该仪器由5个漏壶组合而成，通高达到5m多，是乾隆十一年（1746年）时，仿明朝的铜壶滴漏制作而成的，由侍监二人

图3　清代铜壶滴漏

专司保护并检验时刻。关于其组成和运行等情况，在清乾隆十二年（1747年）修订的《清文献通考。象纬考》中记载得很详细：“（乾隆）十一年四月，重制壶漏成。以铜为播水壶，方形，承以木架。上曰日天壶，面宽一尺九寸，底宽一尺三寸，高一尺七寸。水欲常满。次曰夜天壶，次曰平水壶，形制递减一寸。在平水壶后稍下，曰分水壶，形制如平水壶。又为受水壶，圆形，置架前地平上，曰万水壶，径一尺四寸，高三尺一寸。壶皆有盖。播水壶前面近下，皆为龙口玉滴，依次漏于受水壶。又平水壶后面近上穿孔，泄于分水壶，以均水平漏。受水壶上为铜人，抱箭，长三尺一寸，携两昼夜时刻。上起午正，下尽午初。壶中安箭舟，如铜鼓形。水长舟浮，则箭上出。水盈箭尽，则泄之于池”[6]。从上面的记述可看出，清代铜壶滴漏比元代铜壶滴漏，又作了一个改进，那就是在平水壶后面，多放置一个铜壶，称作分水壶，当平水壶水面高于规定值，则可通过孔道将水泄于分水壶，以保证平水壶水面之平稳不变，从而，保证仪器计时的正确。所以，清代铜壶滴漏，已不再像元代铜壶滴漏那样，请真武帝君帮忙，而是靠设置分水壶，使铜壶滴漏的计时精确度真正提高了一步，是很科学的。

［1］朱英丽，曾贻萱.北京钟鼓楼［M］.北京：北京美朮摄影出版社，2003.

［2］北京天文馆.中国古代天文学成就（八、中国古代的计时仪器）［M］.北京：北京科学技术出版社，1987.

［3］王仲荦.隋唐五代史（下册）［M］.上海：上海人民出版社，1990.

［4］周宝珠，陈振.简明宋史［M］.北京：人民出版社，1985.

［5］路平.广州风物（第九章巧夺天工的计时器）［M］.广州：广东科技出版社，1987.

［6］傅振伦.故宫掌故（铜壶滴漏篇）［M］.上海：上海文化出版社，1991.

Ancient Big Hour-count Instruments

WANG Fu-zhun
（Faculty ofMaterials，Guangdong University of Technology，Guangzhou 511400，China）

I n this paper，the kinds of Chinese ancient hour-count instruments，their functions and materials applied are concisely introduced.The gnomons and copper clepsydras etc.ancient big hour-count instruments are described in detail.

ancient，hour-count instrument，foundry copper.

TG24文献标识吗：A

1674-6694（2015）04-0059-04

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2015.04.021

2015-03-20

王福谆（1937-），男，江苏昆山市人，教授。