基于標準差分析的秦始皇陵青銅馬車零部件生產工藝研究

楊 歡，楊軍昌，姜春萌，楊 戩

(1. 西北工業大學文化遺產研究院，陜西西安 710072； 2. 陜西師范大學歷史文化學院，陜西西安 710062；3. 碑林博物館，陜西西安 710001)

0 引 言

1980年，秦始皇陵封土西側出土兩乘青銅馬車。馬車在出土并完成修復后，因其體型龐大，單乘重量超過1 t，成為我國現存體量最大的青銅器。青銅馬車結構復雜、形制完備，制作工藝精湛，是了解秦時期車馬制度、生產組織、金屬工藝等方面的重要切入點。關于青銅馬車研究頗多，學者對馬車結構、形制、工藝、性質、紋飾等方面研究都有涉及，取得了較多研究成果。縱觀前人研究：青銅馬車結構部分的研究已趨于完備[1-5]；紋飾也大都追溯到文化來源，如楚文化[6-7]；制作工藝的研究中，目前學者認為青銅馬車與同出于秦始皇陵的青銅水禽一樣，主體使用失蠟法鑄造而成[8-9]。

這些重要問題的解決，使人們逐步認識秦與先秦時期的生產與工藝。從現有考古資料與文獻記載可見，先秦時期社會生產要求頗高，加之馬車的制作是一項復雜工程，需要多個不同工種的工匠配合才能完成。《周禮·考工記》云：“故一器而工聚焉者，車為多。”即輪人為輪、輪人為蓋、輿人為車、輈人為輈。此外，對車的每一部分尺寸進行了詳細地規定，如“輪人為蓋，達常圍三寸，桯圍倍之，六寸……”“輿人為車。輪崇、車廣、衡長，三如一，謂之三稱……”“輈人為輈。輈有三度，軸有三理……”。這些規定是否合乎實際，在青銅馬車的研究中，找到了答案。

研究表明青銅馬車嚴格按照秦車的二分之一比例制成，這些統計數據包括當時秦人的平均身高、秦車的長寬以及馬匹骨骼等的對比(表1)[10]。這一制作比例表明，秦時期的馬車生產中確實存在著嚴格的外形要求。由此引發學界對青銅馬車零部件精度的思考，若無嚴格的生產控制，這兩乘馬車不可能在制作比例上達到精確的二分之一。青銅馬車同類部件在生產中是否采用了統一的規格，以及秦時期標準化生產水平等問題，都值得系統研究與分析。

表1 青銅馬車部件與秦陵兵馬俑出土同類器物的尺寸與比值Table 1 Size and ratio of bronze chariots parts and similar objects unearthed from the Qin Terracotta Warriors Pit

除了馬車制作，秦時期對各類手工業者所制作的器物都有嚴格要求，《睡虎地秦墓竹簡·秦律十八種·工律》中記載：“為器同物者，其大小、長短、廣亦必等”[11]。實際生產中是否能達到這一要求，還需要進行數據層面的研究。秦始皇陵出土諸器，代表了秦時期最高生產水平，關于秦始皇陵出土青銅器的標準化問題，引發了學界較多關注。

袁仲一等學者對青銅馬車中的部件進行了標準化水平的研究，認為銅車、銅馬、銅俑等文物，均符合標椎化生產工藝[12]。楊青仔細地考證了秦陵出土青銅馬車與木車上的453個部件，認為在秦代產品質量的標準化有了很大的發展[13]。李秀珍等以俑坑出土的青銅弩機為例，通過大量的測量數據進行統計學分析，評估當時大規模生產中的標準化程度[14]。

上述研究從不同角度論述了秦時期的標準化生產水平，具有重要的參考意義，但關于青銅馬車的研究并未給出具體的數據分析，也缺乏對器物整體標準化水平的統計以及器物金屬成分的數據分析。青銅馬車是秦時手工業生產的代表作，對于其部件標準化的研究，有助于從數據層面認識當時的社會生產水平，觀察馬車是否如《周禮·考工記》所載不同部位與位件，有規定尺寸。本研究通過對青銅馬車中的同類部件，如銅馬、銀鑣等的外形尺寸、青銅部件成分等幾個方面的數值分析，從而整體評估青銅馬車生產中的標準化水平。

1 馬車零部件尺寸標準化水平研究

按照器物功能與精度要求，青銅馬車中的零部件可大致分為兩類：第一類部件對尺寸的精度要求高，必須做到一定的尺寸才可以與其他的零部件裝配，如車輪的輻條等；另外一類部件對尺寸的要求不高，如青銅馬車鞁具中的銀鑣等。與第一類相較第二類部件的標準化程度更能體現出當時的生產水平。

1.1 車輻與蓋弓帽

以二號青銅馬車輻條為例，輪的輪轂與輪牙之間裝有30根車輻。輻的形狀、粗細一致，輻長20.1 cm，其中股長11.5 cm，骹長9.5 cm；骹寬1.5～3.3 cm，厚0.25 cm，骹徑1.1 cm(圖1a)[15]72，車輻上不同部位的尺寸幾乎沒有差別。因輻條兩端連接在輪轂與輪牙中，故只統計其在輪牙與輪轂之間這部分的長度，輻條在鑄造后，為了安裝于輪轂與輪牙之間，應該要進行大量的鑄后加工來保障長度的一致性。此外，輻條近牙一端為骹，圓柱體；近轂一端為股，扁平體(圖1b)。骹與股的分界在裝配時并沒有嚴格要求，但二號車每個車輪的30根輻條的骹、股長度也都保持了統一，長度分別為9.5、11.5 cm。從數據可以看出，輻條不同部位外形尺寸趨于高度標準化。

二號青銅馬車車蓋上使用了38件銀質蓋弓帽，用來鉤掛并固定蓋衣。38件蓋弓帽形制大小相同，均呈口大底小的圓筒形(圖1d)[15]244-245。具體尺寸為：長3.5 cm，口部外徑0.8 cm，內徑0.7 cm，末端徑0.6 cm，在毫米這一級單位中，38個蓋弓帽的尺寸沒有差別[15]244。楊青對一號青銅馬車蓋弓帽進行了測量，發現其納蓋弓一端的最大外徑為8.87 mm，最小為8.17 mm，平均值為8.47 mm，標準差為0.17 mm，標準差與平均值的比值僅為1.9%。可以看出，即使在高測量精度下，弓蓋帽仍然保持非常高的標準化程度。

上述兩種零部件都對尺寸精度要求較高，車輻需要與輪牙、輪轂連接，蓋弓帽則需承納蓋弓。這類器物的尺寸都與整車裝配相關，理應達到相當的制作精度。

1.2 銀鑣與銀環

每套馬勒上都裝配有形制大小相同的銀質馬鑣兩件，銀鑣連接馬絡、承裝銅銜，并防止其在馬口中左右滑動。銀鑣整體為均勻的弧形細條，分置馬口兩側，并貫穿于馬銜兩端的銅環中。兩輛青銅馬車共有16個銀質馬鑣，出土時均保持完整狀態。這些銀鑣外形尺寸相當，一號青銅馬車的銀鑣垂線長15.2 cm、寬0.9 cm、厚0.6 cm，二號青銅馬車的銀鑣整體弧線長17 cm、垂線長15.2 cm、寬0.9 cm、厚0.6 cm。距兩端各5 cm處有兩個扁孔，用以連接兩條勒帶(圖1c)[16]393-407。

銀鑣為實心銀質鑄件，出土時完整。從表2中可以看出，16根銀鑣的最大尺寸差僅為1 mm。除去測量過程中的誤差問題，可以認為這些馬鑣完全使用了一樣的尺寸。與其他尺寸精度要求很高的部件不同，馬鑣的兩端并未銜接其他部件，其尺寸精度并不影響部件功能，在此情況下，銀鑣的尺寸依然保持了高度的一致性。

表2 青銅馬車銀鑣尺寸表Table 2 Size of silver Biao of bronze chariots (cm)

銀環是馬韁中的小型連接部件，兩乘青銅馬車共有28個銀環(圖1e)。楊青對這些銀環的尺寸進行了統計，在28件銀環中，外徑最大尺寸為17.23 mm，最小尺寸為16.74 mm，平均尺寸為16.97 mm，加工誤差小于1.5%[13]。馬鑣、銀環都為銀質鑄造部件，且在功能上并未有尺寸精度的要求，但16根馬鑣其弧度與尺寸幾乎完全相同，銀環在精細測量下的誤差不超過1.5%，可見青銅馬車整體的鑄造精度極高。

(a) 車輪各部位示意圖； (b) 車輻的股與骹[16]圖版96，1； (c) 銀鑣與銅銜裝配關系示意圖[17]253； (d) 蓋弓帽； (e) 銀環[17] 253圖1 青銅馬車零部件Fig.1 Components of bronze chariots

1.3 銅馬

銅馬是青銅馬車中最大的鑄件，從表3中可以看出八匹銅馬的外形尺寸：銅馬身高最高值為93.2 cm，最低為89.8 cm，平均身高為91.7 cm，標準差為0.9 cm，標準差與平均身高的比值僅為1%；銅馬身長的標準差僅為1.9 cm，標準差為1.7%。銅馬為大型空腔青銅器，在鑄造的過程中還使用分鑄、焊接等工藝，在這些復雜的工藝過程中，八匹銅馬的身高、體長仍然保持了高度的一致性。

表3 銅馬身高尺寸數據表Table 3 Height and size of bronze horse

通過以上幾種青銅馬車中同類部件尺寸數據可以看出，盡管青銅馬車中不同零部件的形制各異、材質不同，而且裝配過程中對外形尺寸的精度要求不盡相同，但工匠在生產中都使同類零部件的外形尺寸基本保持一致。有證據表明青銅馬車中銅馬為失蠟法鑄造而成，多件銀質部件上也都有失蠟法工藝痕跡[9]。那一時期的工匠在使用失蠟法鑄造金屬器物時，可以將數十個鑄件的尺寸控制得如此之好，可見在青銅馬車的生產與鑄造中，鑄件的標準化水平已經達到一個相當高的程度。

2 青銅部件材質的標準化研究

青銅馬車出土后，發掘者與修復者對其金屬成分進行檢測后發現，其青銅部件都為銅、錫二元青銅。一號青銅馬車殘件的主要成分為84%～90%的銅，7%～13%的錫，鉛在1%以下，其他雜質元素總量占2%左右[18]。二號車各部件的合金成分為：銅82%～86%，錫8%～12%，鉛0.12%～3.76%，二號車四匹銅馬的合金成分為：銅約占90%，錫6%～9%，鉛0.7%～1%[19]。青銅馬車的主體與殘件成分先后由多位學者進行檢測與分析，數據也大致分為幾組，為了更好地研究青銅部件的成分，本研究將目前已有檢測結果的部件成分含量列表如下(表4)。

表4 青銅馬車部件金屬元素成分表Table 4 Metal composition of bronze chariots parts

(續表4)

由表4可知，同一部位檢測方法不同時，數值稍有差別。同一部件不同位置，檢測結果也不相同。總體來看，兩乘青銅馬車各個部位銅、錫含量相差不大：銅含量區間在81.20%～96.93%，平均銅含量為87.62%；錫含量區間2.53%～15.16%，平均值為9.98%；鉛含量最高值為3.76%，最低值為0，平均值為0.72%。一號車共有樣品36組，平均銅含量為88.8%、錫含量為10.0%、鉛含量為0.6%；二號車共有樣品16組，因其數據的總量均值為95.2%，首先對其做歸一化處理，當數據總量為100%時，二號車銅含量平均值可達到88.5%，含錫量為10.4%，含鉛量為1.0%。可以看出，在數據歸一化處理后，一、二號青銅馬車青銅部件的銅錫含量差別不大。

對于低鉛青銅器，學者約定俗成當含鉛量低于2%的青銅器，其中的鉛來源于銅礦料[20]。研究表明，商周青銅器中的鉛并沒有實質性的功能，在青銅器里添加鉛是為了節約珍貴的銅原料，等級越高的墓葬出土的青銅器含鉛量越小[21]。在婦好墓出土青銅容器中隨機抽取20件，其鉛量平均值低于1%[22]。出土于秦始皇陵區核心位置的青銅馬車不含鉛的結論，進一步支持了這一觀點。

為避免不同數據來源在對比時產生的誤差，本研究選取張小燕文章中的27組數據進行青銅馬車總體成分結構的觀察[18]。這些數據在2 000年使用同一方法獲得，且數據樣品在測試前均經過表面臟污刮削及除銹處理，其測試結果具有相當高的準確性。在這組數據中，有7組為青銅馬車上的細小零部件銅錫比，目前尚不能區分其歸屬車輛，但數據來源部位較清楚。

總體來看，這些數據涵蓋了青銅馬車中不同部位、不同功用的幾大類部件。如一號車車軫含銅量為88.11%，傘蓋含銅量為88.93%，高溫銅焊所使用的焊液含銅量為88.26%，銅纓絡絲的含銅量為88.04%，這幾類部件的位置、機械性能要求以及部件的外形完全不同，但銅錫含量幾乎一致。與此同時，同一部位、功能的部件，含銅量卻存在著一些差異，如一號車左驂馬前腿的銅含量為83.02%，而左服馬的左前腿銅含量則是87.26%。這些數據說明，在鑄造青銅馬車時，各個部位、部件之間的銅錫含量并未有任何規律性的、明顯的差異，銅錫含量都在一個區間內穩定分布。

在對這27組數據總量進行歸一化之后，樣品含銅量平均值為89.80%，含錫量平均值為9.83%，含鉛量均值為0.37%(圖2a)。為了更清楚地認識青銅馬車銅錫成分比例，在得出青銅主體不含鉛的結論之后，將數據中的鉛作為銅的雜質，加入到銅的整體含量中，觀察數據的銅錫比。這些部件中銅含量的均值是90.17%，其中最低值為84.59%，最高為96.71%，銅含量的中位數是89.69%，銅含量的標準差是2.70%。部件錫含量的均值為9.83%，其中最低含量為3.29%，最高為15.41%，錫含量的中位數是10.31%，錫含量的標準差亦是2.70%。兩種成分的總體波動性相等，且數據波動性很小，沒有異常值。從圖2b和表5中可以看出，27組數據中的22組，其銅含量都在88%～92%這一數值區間分布，數據離散度小。

表5 青銅馬車青銅部件銅錫比值Table 5 Ratio of copper to tin in bronze parts

圖2 青銅馬車青銅部件成分示意圖Fig.2 Diagram of metal composition of bronze parts

根據學界對于《周禮·考工記》中“六齊”的研究，目前“鐘鼎之齊”的銅含量大致在83.33%～85.71%之間，“斧斤之齊”的銅含量在80%～80.33%之間，其余不同器類的銅含量則更低[23]。而本研究中所涉及青銅馬車部件上的銅錫比，其數值都落在高于“鐘鼎之齊”的區間內，這些數據表明青銅馬車的銅錫比值，并未按照《考工記》中所記載的“六齊”之說進行配比，不同部件的銅錫比趨向標準化。

近年來，隨著學界對秦始皇陵出土器物研究的進一步深入，得到了更多的青銅器成分數據。楊軍昌等對秦始皇陵K9908坑出土石鎧甲上的青銅卡綴進行了研究，發現其主要成分為銅錫二元青銅[24]。邵安定等通過金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡及能譜分析儀對采自14件青銅水禽不同部位、芯骨以及表面補片的27個樣品進行了分析研究，結果顯示青銅水禽及其芯骨、表面補片均為銅錫二元合金，含錫量在9%～12%之間[25]。在成分上青銅水禽的銅錫比與青銅馬車類似，且二者都使用失蠟法鑄造而成，同出于秦始皇陵的這兩大類青銅器，在工藝與原料上呈現出高度一致性。研究顯示秦始皇統一六國之前，不同時期秦人的器物都含有較多的鉛，秦始皇陵出土的青銅器不僅在器物成分上不含鉛，制作工藝也更為精細[20，26-27]。

3 青銅馬車零部件標準化水平分析

從青銅馬車零部件外形尺寸、青銅成分等數據中可以看出，秦時期的社會生產對馬車主體及其附件的外形尺寸有嚴格要求。工匠在青銅馬車設計與鑄造過程中，也嚴格遵循這些規則，使得青銅馬車在各個方面達到了相當高的標準化水平。

通過對青銅馬車的銅馬、銀鑣、銀環及蓋弓帽等的尺寸分析，發現盡管材質、功能與部位不同，但同類零部件的尺寸總是保持高度一致。那些從功能角度分析，對尺寸精度并無要求的部件，同樣達到了相當的生產精度。目前，所有被統計的零部件外形尺寸的誤差皆小于2%，這一結果表明秦始皇陵器物的生產水平，達到了《里耶秦簡》中所提到的生產要求，高精度的器物尺寸表明秦時期存在著嚴格的標準化生產工藝與組織管理。

在選材上，通過對一、二號青銅馬車五十余處成分數據進行統計發現，青銅馬車的主體材質為銅錫二元青銅，且各個部位銅錫之比趨于近同。使用同一組數據分析發現，銅車部件、銅馬、馬飾與銅焊液的成分基本都含有90%左右的銅，數據總體的標準差在3%以內，表明青銅馬車部件中的銅錫配比并未受到《周禮》所記載的“六齊”因素影響，整體上使用了統一的銅錫比例。

本研究分析歸納與評估了青銅馬車的金屬成分配比與馬車零部件的標準化程度。這一組出土于秦始皇陵的高等級馬車，在設計與制作過程中，對各個零部件成分與外形尺寸有嚴格要求，當時精湛的青銅生產工藝，使這些要求得以實現。本研究中所涉及到的同類零部件外形尺寸都保持高度一致；青銅馬車中所有的青銅部件都為銅錫二元合金，從小型馬車零件到大型部件如銅馬，從薄板部件到青銅焊料，大致都含有10%左右的錫，不同部件成分趨于統一。

秦始皇不僅在疆域上統一六國，還統一了文字、度量衡、貨幣等，使得秦代“車同軌、書同文”。秦始皇陵出土青銅車馬在外形尺寸與器物成分上的高度統一，顯示了當時強大的生產組織與管理能力。而器物成分不含鉛不僅表明了秦始皇身份等級的特殊性，還顯示了當時充足的銅原料供應能力。從青銅馬車零部件生產中可以看出，秦時期的中央官署在生產組織中存在嚴格的管理方式與生產要求，加之工匠高超的技藝，最終實現了青銅馬車零部件生產的高度標準化。

致 謝：在寫作過程中得到陜西師范大學曹瑋教授指導，墨爾本大學楊星博士提供了數據運算方面的幫助，謹致謝忱！