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中国木拱桥之我见 方拥

                                      

方拥
（载于香港《建筑业导报》改版后第2期，总第327期）
Abstract: The phenomena of architecture have not been conditioned absolutely by either the material strength or technical competence at all times. A subjective intention is present frequently in building, and preference of architect between structure and form is usually not confined to objective reality. In the traditional Chinese architecture, many phenomena are as a result of choice through careful consideration, not of either short of material supplies or inferior technique. For examples, constructors insisted on making use of earth and timber, owners paid much attention to general layout, and ministers advocated the idea to make palace simplified. To deal with the culture of architecture, we have not to judge arbitrarily which is excellent and which is inferior. In the realm of technology, we have to introspect some conclusions those had been prevalent from long before. On the one hand, science and culture imported from Europe are not wholly as advanced as we imagined, on the other hand, ancient successes of China may not entirely deserve excessive commendation.

一、有柱的梯形木拱桥
在山东、河南和四川出土的汉代画像石上，常可见有柱支撑的三跨折板梯形木拱桥。这类桥的外观类似折边拱券，结构分类则应归于边跨斜升、中跨高平的多跨支柱梁式桥。中跨离水较高的原因，显然在于桥下有船通航。画像石上此类桥梁图形颇为常见，足以说明曾经流行。东汉桥梁的实物不存，文献语焉不详，画像石图案便是推测当时结构的主要依据。
汉代水上交通发达，高大楼船的通航，需要桥下高耸空间。《汉书·薛广德传》：“（元帝）酎祭宗庙，出便门，欲御楼船。广德当乘舆车，免冠顿首曰：宜从桥。??张猛进曰：臣闻主圣臣直，乘船危，就桥安。”汉元帝于前48～33年在位，便门在央宫西侧，出门过濠即临皂河。北上渭水之阳的宗庙，既可车马取道陆路，也可舟船顺流皂河。两相比较，陆路安全而舒适不足，水路反之。汉代大一统，车马与舟船的畅通同等重要。可是二者之间存在矛盾，桥梁是车马过河的必备，却是大船通航的障碍。如此，低平近水的梁式桥，必须加以改造。
梁的出现在桥之前。人类观察树干的自然倒伏，再故意地伐木为梁，是顺乎情理的。西安半坡新石器遗址环绕宽、深均达到5米多的濠沟，居民出入，势必凭借横梁。或小木拼接成功，或大木独自造就。《诗经·大雅》：“亲迎于渭，造舟为梁。”当河流过宽过深时，周人的对策是建造舟桥。《史记·苏秦传》：“尾生与女子期于梁下，女子不来，水至不去，抱柱而死。”柱在其下且可让人抱紧，可能是木构两跨支柱梁式桥，梁字古形大约就是其摹写。传说此梁在今陕西蓝田县，俗呼“蓝桥”。《说文解字·梁》：“用木跨水也，即今之桥也。”东汉时中原桥梁的名称已从“梁”向“桥”转变，也许还包含从水平向梯形或拱形的转变。
二、无柱的梯形木拱桥
支柱抬升桥面，使楼船得以通航，却带来自身与船碰撞的问题，张猛进曰“乘船危”大概就包含这层意思。自汉代开始，人们致力于清除桥下障碍。
在汉代画像石上，间或刻有无柱的三跨折板梯形木拱桥。如山东嘉祥县东汉武氏祠第六室下层石刻“水陆攻占图”、山东临沂县白庄汉墓石刻“车骑出行图”，都刻绘得十分清晰。不过包括桥梁专家在内的很多人，对其持有怀疑。从一般结构着眼，这类桥梁难以成立，因而似乎不可能有过实物。
无柱的三跨折板梯形木拱桥的结构的确存在问题；但超越结构，则不难发现汉人对无柱高耸桥梁的强烈追求。在此追求的长期激励下，后代叠梁木拱桥的出现只剩下技术上的一步之差。历史告诉我们，实用需要是技术发明之母。汉至宋代一千年中，中国各地木工就此可能都曾做过努力，山东人付出更多。并非偶然，巧夺天工的发明后来真的在山东得以弘扬。
三、弧形的拱桥
提升桥面的另一办法是建造弧形的拱桥。郭沫若研究甲骨文，释形似拱桥的一字为蜺（虹的一种）。李亚农推论，殷商时期已有石拱桥。工程专家们多持反对意见，金大钧认为铜器时代无法进行精确的石材加工，故不可能建造石拱券。由于缺乏实证，中国拱券源于何时至今仍为悬案，但工具说亦难以令人信服。古埃及精确的石建筑、古西亚成熟的砖拱券都完成于铜器时代。
祁英涛认为中国已知最早的拱券实例是，战国末年洛阳韩君墓的石门。依据是先前欧洲传教士的记述，实物已经不存。在1950年后发掘的洛阳战国古墓中，从未发现过石拱券，故多数专家认为实证不足。西汉留下了实物，在武帝元朔二年（前127）朔方郡（今乌兰布和沙漠）墓葬中，出土用楔形砖砌筑的弧形拱顶。此墓年代在张骞凿空以前，又为早期中西交通的可贵实证。
东汉时，地下墓室普遍采用长方形的筒拱结构。不少学者认为，将其跨度加大用于地上桥梁，应该说没有太大困难。可是东汉拱桥的实物从未发现，而采用折板梯形结构的地下墓室却从此时沿用很久。
在山东嘉祥与河南新野出土的汉画像砖上，刻有单孔裸拱桥，不过难以将其视为石拱桥的摹写。从图上看，桥面很薄，近地两端略呈反弓状，似为独木弯曲而成，与砖石砌筑的拱桥差距较大。
《水经注·卷十六》引朱超石《与兄书》：“桥去洛阳宫六七里，悉用大石，下圆以通水，可受大舫过也。题其上云：太康三年（282）十一月初就功，日用七万五千人，至四月末止。”又引晋干宝《搜神记》：“太康末??。凡是数桥，皆累石为之，亦高壮矣，制作甚佳，虽以时往损功，而不废行旅。”这是可信文献记载最早的一批石拱桥。
四、无脚桥、飞桥、虹桥、叠梁拱桥与贯木拱桥
北宋界画发达，桥梁是常见题材，有些支柱桥与汉画中的梯形木拱桥相似；有些支柱桥呈弧形。无论梯形还是弧形，支柱都严重妨碍大船通航。在仰赖水运的都城，桥下支柱与漕船碰撞的问题，甚至成为朝廷关注的焦点。《续资治通鉴长编·卷148》：“内殿承制魏化基言，汴水悍激，多因桥柱坏舟，遂献无脚桥式，编木为之，钉贯其中。诏化基与八作司营造，至是，三司度所费功逾三倍，乃诏罢之。
魏化基所献“无脚桥式”的细节不得而知，推测类似600多年前甘肃出现的“飞桥”或“河历”。《水经注·卷二》引《秦州记》：“枹罕有桥夹岸广四十丈。义熙中（405～418）乞佛于河上作飞桥，桥高五十丈，三年乃就。”又引段国《沙洲记》：“吐谷浑于河上作桥，谓之河厉。长百五十步，两岸累石作基陛，节节相次，大木纵横，更镇压两边俱平，相去三丈并大材以板横次之，施勾栏甚严饰。”更早河北也有过类似尝试但未成功，《晋书·石季龙载记》：“（295～349）又纳解飞之说，于邺正南投石于河，以起飞桥。功费数千亿万，桥竟不成。”以上“飞桥”与“河历”结构大约皆为伸臂梁式，其高、宽尺度或有夸张。
礼失而求诸野。北宋末年，困扰朝廷问题的最终解决得力于社会下层。《渑水燕谈录·志》：“青州城西南皆山，中贯洋水限为二城。先时跨水植柱为桥。每至六、七月间山水暴涨，水与柱斗，率常坏桥，州以为患。明道中（1032—1033）夏英公守青，思有以捍之。会得牢城废卒有智思，垒巨石固其岸，取大木数十相贯，架为飞桥无柱，至今五十余年桥不坏。庆历中（1041—1048）陈希亮守宿，以汴桥屡坏，率常损官舟害人，乃命法青州所作飞桥。至今沿汴皆飞桥，为往来之利，俗曰虹桥。”《宋史·陈希亮传》：“乃以为宿州，州跨汴为桥。水与桥争，常坏舟。希亮始作飞桥无柱，以便往来。诏赐缣以褒之，仍下其法。自畿邑至于泗州，皆为飞桥。”
“虹桥”中最精美的一座在汴京东门外。《东京梦华录·河道》：“中曰汴河，自西京洛口分水入京城，东去至泗州入淮，运东南之粮。凡东南方物自此入京城，公私仰给焉。自东水门外七里，至西水门外，河上有桥十三。从东水门外七里曰虹桥，其桥无柱，皆以巨木虚架，饰以丹艧，宛如飞虹。其上下土桥亦如之。”。
居于名画《清明上河图》长幅中心位置的，正是流传千古的虹桥。唐寰澄推测其“净跨约20米，拱矢约5米，宽约8米”，并先后名之为“叠梁拱桥”和“贯木拱桥”。鉴于表意的准确，本文倾向于“叠梁拱桥”。
五、现存木拱桥杰作
两宋之际，随着汴京的衰微，木拱桥在中原地区趋于湮灭。近世学者以为再也见不到这种桥梁的实物，直至1980年代重新发现。1994年笔者在闽北、浙南一带调查，目验实物近40座，确信存在的共约200座。这个地区木材丰富、沟壑纵横、人烟稀少，具备木拱桥得以建造并留存至今的必要条件。
闽浙现存木拱桥中年代最早的，约可溯至南宋。有人以为朝廷迁都临安后，这里成为畿辅之地，中原虹桥随之到来。如此推论不无疑点，一方面北宋青州未必就是虹桥技术上的源头；另一方面，已知闽浙木拱桥的主事工匠，多来自距杭州较远的闽北，而不是较近的浙南。
在福建屏南县寿山乡霍童溪上，现存一座令观者惊心动魄的木拱桥。龙井桥单跨22米，宽4.8米。桥南清嘉庆碑记：“吾乡之南二十里许，有龙井桥，不知昉自何代。询之父老及遗碑，大约创自炎宋，亦究无实录，终回禄于乾隆年间，今岁缘首等募缘重建，属志于余。”《屏南县志》载：“龙井桥在坑里北，其桥两山相映，万木森立，俯视桥下，龙井喷浪如玉。”桥藏于深山峡谷，密林中几不可见。其形势极为险峻，桥腹距水面高约30米，据乡民称水下还有30米。
木拱桥的源流扑朔迷离。近代留存实物的，还有甘肃临夏、渭源和兰州地区，方圆不过150公里。耐人寻味的是，北朝文献中就有这一带建造“飞桥”及“河历”的记载。2000年夏，笔者在临夏附近的大夏河上，果然看见一座伸臂梁加斜撑的木桥，其跨度不到20米，但完全印证了《沙洲记》中关于“河历”的记述不虚。
偶然露出的蛛丝马迹表明，中国木拱桥的调查尚不全面。前几年，笔者与闽南和东北朋友闲聊，意外得知他们儿时都曾玩过筷子游戏，实际上就是搭建木拱桥模型。2003年4月1日，在中央电视第10台有关1931年长春万宝山日军的图片报道中，隐约出现一座与兰州例接近的实物。推测木拱桥在全国过去或现在的分布地可能更为广泛。
六、桥上廊屋
桥上廊屋的起源很早，最初或为强化结构，或为防雨防潮。木材保持干燥状态，可以经久不腐；时干时湿，最易损坏。《四川通志》记三公桥：“桥可十几丈，桥上架梁，梁上竖屋。不意结构才完，而汪公以未任去，??逾年而屋未复，雨晒阳曝，桥梁几蠹。今太守杨公捐俸购木，植易陶瓦，命工匠覆盖如是。”
刘敦桢考证，桥上廊屋可能上溯到春秋战国，唐白居易在“修香山寺记”中，曾提及寺桥一所、连桥廊七间；南宋李嵩在其“水殿纳凉图”上绘有廊桥；临安的丰乐桥上有重楼，为朝士们聚会游饮之所。张择端所绘汴京虹桥上没有廊屋，原因当在于应急，不求坚固永久。廊屋功能的衍伸是供人驻足观赏，尤当秋高气爽之时，凭栏远眺，葱翠满目，心旷神怡。廊屋侧面的常见处理是加腰檐，外观与重檐相似。在降雨量较大地区，则有必要完全用鱼鳞板封闭起来。
先功利而后艺术是人类活动的一般规律。在偏僻乡间，桥上廊屋可能有更多功能，供神佛、设集市，亦为行者歇脚的避风港，特别在聚落附近，廊屋大空间常常是乡民聚会的主要场所。在中国，修桥铺路是名垂青史的大功德，原因就在于此。
七、结构与材料
古代桥梁的结构，大体分为横梁和拱券两类。由于木、石材料强度与自重的局限，梁式桥的单跨长度一般仅为7～10米，超过10米易受弯折断。多跨桥的长度较大，但在水中不论立柱还是筑墩，施工总是困难；桥墩过密，又经不起洪流冲刷。
中国古代木梁的最大跨度是13米，石梁跨度可达20多米。如漳州宋代虎渡桥，梁长23.7米，宽1.7米，高1.9米，重量超过200吨。巨型石梁的安装，只有在沿海河口，利用潮水涨落才可能完成。如果跨度更大，其下又为深谷湍流，支柱无法筑造时，伸臂梁是可行的结构方式之一。在木结构中，这种做法与斗拱相似；在石结构中，便为叠涩。四川木里彝族自治县有一座木伸臂梁式桥，近人实测净跨为48米，堪称奇迹。斗拱和叠涩受到中国人喜爱的原因可能是，其空间效果与石拱相埒，受力仍符合木材本性。
在实际工程中，经济和坚固是不可忽视的。木伸臂梁式桥的材料耗费太大，因此除了在特殊需要又有足够木材的情况下方能成立。半圆形石拱桥，据统计数百座中多数净跨略大于10米。原因主要在于半圆拱的矢高使桥面坡度过陡，不利于车马上下。以拱跨与矢高之比计，半圆为2.00，比值越小坡度越陡，越大越缓。验之古代石拱桥，南方常为2.32～2.56，北方略大，极限是安济桥5.12。现存木拱桥的跨矢比多为6.00，绝对超过石拱桥。推算当跨度在20～30米之间时，桥孔高度为4米上下，下可容舟船，上利于车马。宋代虹桥跨度正在20米左右。《宋会要》：“大中祥符八年（1015）马元方请浚汴河，中流阔五丈深五尺。”河中流宽约16米，桥宽理应稍大。
八、木拱桥与中国文化
当先民为寻找食物和蔽所而奔忙，面临无可回避的溪流或峡谷时，桥梁的建造势在必行，虽然最初可能是几块石头或一根树干。随着技术提高，桥梁结构趋于复杂；可是桥梁形态的演进，并不完全受制于技术高低。纵观历史，用楔石砌筑拱券的技术在罗马和汉帝国皆已近乎完善，随后却南辕北辙。在欧洲直至近代，石拱券堪称建筑的经典符号；在中国，则始终未被完全接受。宋代最具代表性的两种大跨度承重结构，即城门顶部三折的梯形横楣以及与其相似的叠梁木拱桥，实为传统文化抵抗外来影响的鲜明体现。唐画《雪山朝霁图》中有一座弯板构成的三折石拱桥，则反映了技术折衷状态。
石拱券在中国历经尝试而不成主流，关键可能是其外观上的唐突。欧洲石拱桥从半圆开始，后来发展出割圆。中国相反，早期墓室拱、画像石刻拱以及石拱桥大多为割圆，后期渐多半圆。这也许与中国传统哲学的平和性格有关。较之半圆，割圆总显得扁平一些，温和一些，且接近于习惯的横梁。它与结构理性并不相悖，根据计算，割圆拱比半圆拱受力更合理。
若非张择端，木拱桥技术成就可能很快成为谜团。就在朝廷表彰建桥功臣之际，李诫奉诏修撰《营造法式》，竟然一字不提木拱桥。祖先轻视器物，致使不少发明失载，技术革新往往周而复始，可能是中国科技先赢后输于西洋的根本原因。
讨论至此，我们务必打住而后深思，中国技术史上“非不能是不为也”的事例颇多。代代如此，也许出自更为深远的考虑。谁能否认，崇尚简朴进而排斥“奇技淫巧”的生活方式，未曾受到类似生态整体主义的天人合一思想的驱动呢？
汉以降2000年，中国建筑未曾象欧洲那样弃木取石，无疑出于深思熟虑后的审慎选择，而非拙劣技术使然。梁柱结构在中国传统建筑中永不衰歇的生命力，在于其对木材的良好适应。张良皋说得好，“把建筑之‘砖石化’看作‘进化’的同义语，这是不正确的。”事实上，中国先民加工石材的手艺之精，从来就不逊于西方。商周玉雕、汉魏石刻，甚至唐宋仿木高塔，在材料使用不尽合理的情况下，结构和造型两方面成就，皆令人叹为观止。
以当下观点看，中国传统建筑在空间尺度的突破上似乎过于拘谨。然而作为杆件组合的空间结构，我们的木拱与金属网架十分接近，完全可能在大跨度房屋建筑中使用。分析表明：就局部受力看，拱架中各杆件皆承受一或两点集中荷载；就整体着眼，恒载导致形态趋平，故各杆件内皆存在轴心受压力。由此推论，若忽略风力等动载在杆件中产生的扭矩，杆件只受弯、剪及轴向压力，受力状态近似于简支梁。部件似梁，整体似拱，梁柱和拱券两种结构的优点在此都得到了充分利用，在一定意义上说，木拱桥真可谓中体西用的绝妙表现。

【参考文献】
1．张驭寰，《中国建筑技术史》，科学出版社，1986年。
2．唐寰澄，《中国古代桥梁》，文物出版社，1987年。
3．[英]约翰·B·沃德－珀金斯《罗马建筑》，中国建筑工业出版社，1999年。
4．唐寰澄，《中国科学技术史·桥梁卷》，科学出版社，2000年。
5．张良皋，《匠学七说》，中国建筑工业出版社，2002年。

2004年8月16日 畅春园
方拥，北京大学建筑学研究中心教授

【作者: 五只老虎】【访问统计:】【2005年10月5日 星期三 10:42】【注册】【打印】