興建故宮如何運送300噸巨石

故宮是中國歷史文化最具代表性的建筑，如此龐大的建筑結構體系不禁使人感慨先人的智慧與建筑技巧。日前，北京科技大學機械工程學院副教授李疆、清華大學摩擦學國家重點實驗室副研究員陳皓生及普林斯頓大學機械與航空工程系教授霍華德·斯通在美國《國家科學院學報》上發表研究報告，指出中國古代興建故宮時，曾制造人造冰道，并以水為潤滑劑，拖運了重達300噸的巨石，再次以現代科學方法向世界展現了中華民族無窮的智慧。

古老的故宮興建于明成祖朱棣永樂四年（公元1406年），至永樂十八年（公元1420年）落成，曾于1557年至1561年、1597年至1627年由于大火進行兩次大規模重建。據稱最初的建設投入工匠23萬人，民工士兵上百萬，是幾代人勞動的結晶。故宮巧妙的修建技術也吸引著后來無數中外研究者為其傾盡心血。故宮里使用的巨石多達數萬塊，其中最大的一塊是擺放在保和殿后面的雕有九條游龍的大石雕，重約300噸?！秲蓪m鼎建記》曾簡要記載：長石雕是隆冬時節在人工冰道上被拖運來的。

盡管長石雕的拖運過程始終沒有詳盡的記載和科學論證，北京科技大學機械工程學院副教授李疆卻通過翻看500年前的記載，發現一個相似的情況：在1557年，有一隊勞工通過類似的方式拖運一塊重約123噸的巨石，經過70多公里的行程將其運到故宮。由此可以對機械工程史上“由于在公元前1500年時中國的車輪已經充分發展，因此中國古代沒有出現以人力在冰上拖運巨石的案例”這一觀點進行補充和修正。

據李疆介紹，明代的人們在巨石運輸中就已經認識到，在低速重載情況下，滑動摩擦方式比滾動摩擦方式更為安全可靠。而且，故宮巨石運輸采用了冰面潤滑的方式，并且通過在冰面潑水形成水膜作為潤滑劑，來實現減輕阻力的目的。通過比較發現，這種運輸方式比用傳統的木撬、滾子及普通的冰面潤滑更加省力，且更適合北京當時的環境狀況。

這種便利方法與北京的氣候環境有關，與長期處于熱帶的埃及相比，北京擁有使用冰的天然優勢——寒冷的冬天。古籍記載：運送巨石的時間是在冬至前后，在15、16世紀時北京1月的平均氣溫是在零下3.7攝氏度（上下0.5℃），雖然沒有天然的河流為運輸提供冰道，但人們在運輸過程中每半公里就會鑿坑取水以保證冰道的用水。

由于在日間零下3.7攝氏度的情況下，水在2分鐘內不可能完全凍結，因此水膜是可以維持并保證運輸的。當然，古人也可能使用熱水來延緩結凍。所以，研究者可以得出在故宮九龍壁拖運時，不僅采用制造冰道的方式減緩摩擦，還在長途運輸時向冰道潑水作為潤滑劑。

著名的中國科技史研究者李約瑟曾指出，古代的中國并沒有建立起西方以數學為基礎的科學體系，中國古代的先進技術是一種經驗體系，難以稱之為科學。然而，當我們佇立凝望故宮，當學者們用現代科技手段重新審視故宮的興建技術時，不禁為我們先人的智慧所折服。李疆也評價說：“明代的巨石運輸方式說明，當時人們對低速重載的潤滑研究達到了很高水平。紫禁城的興建與鄭和七下西洋都發生在15世紀前期，巨石運輸的例子說明當時的陸地運輸技術并不比航海技術遜色?！?/p>