故宫国宝九龙壁一公斤

故宫九龙壁重300吨，古人如何把这么重的东西运送到故宫？

去过故宫的人应该都见过，故宫里有个九龙壁。所谓九龙壁就是影壁的一种，影壁是古代用来遮挡视线的一种墙。我们经常在一些电视剧里看到，在一些大房子里，前门不是房间或者客厅，而是一堵墙，挡住了外面的视线，这就是影壁。故宫的影壁是九龙壁。然而，九龙壁的总重量达到300吨。古人是怎么把这么重的东西运到故宫的？

故宫是中国历史文化中最具代表性的建筑。如此庞大的建筑结构体系，不能不让人感受到祖先的智慧和建筑技艺。2014年11月4日，北京科技大学机械工程学院副教授姜立、清华大学摩擦学国家重点实验室副研究员陈浩生、普林斯顿大学机械与航空空工程系教授Howard middot柊司在《美国国家科学院学报》上发表研究报告指出，中国古代修建故宫时，制造了人工溜冰鞋，以水为润滑剂拖运一块重达300吨的巨石，用现代科学方法再次向世界展示了中华民族的无限智慧。

中国古人不在冰上拖巨石？

古代紫禁城建于明朝朱迪永乐四年(公元1406年)，完成于永乐十八年(公元1420年)。因火灾于1557-1561年和1597-1627年两次重建。据说最初的建设投入了23万工匠和数百万民工，是几代人劳动的结晶。故宫别出心裁的建造技术也吸引了无数中外研究者投身其中。故宫博物院使用的巨石有上万块，其中最大的是保和殿后放置的一座有九个游龙雕刻的大石雕，重约300吨。《两宫丁健》中曾简要记载，隆冬时节，这条长长的石雕被拖上了人工冰道。

虽然关于龙石雕的搬运过程没有详细的记录和科学证明，但北京科技大学机械工程学院副教授姜立通过查阅500年前的记录发现了类似的情况:1557年，一群劳动者以类似的方式拖运了一块重约123吨的巨石，经过70多公里的旅程将其运往故宫。因此，它可以对机械工程史有所帮助 由于中国的轮子在公元前1500年就已经完全发展起来，所以中国古代还没有人力在冰上拖运巨石的案例 对这一观点进行了补充和修正。

滑动摩擦比滚动摩擦更安全可靠。

去年夏天，姜立和清华大学摩擦学国家重点实验室副研究员陈浩生带着首次访华的普林斯顿大学机械与航空工程教授Howard middot。柊司参观了紫禁城，讨论大型石雕运输中的润滑问题。查阅文献后，他们没有发现任何从现代工程科学角度的相关分析研究，于是决定一探究竟。

据姜立介绍，明朝人就已经认识到，在低速重载的情况下，滑动摩擦比滚动摩擦更安全可靠。而且故宫的巨石运输采用冰润滑的方式，通过在冰上泼水形成水膜作为润滑剂来达到减少阻力的目的。通过比较发现，这种运输方式比传统的木橇、滚筒、普通冰润滑更省力，更适合北京当时的环境条件。因此，通过比较滚动摩擦系数和滑动摩擦系数，表明该方法是合理的。

从理论上讲，由于冰面比木面更坚实光滑，故宫的建造者制造了人工冰道，使作为巨石垫的木板与冰面接触(而不是古埃及用木板铺路来实现木板之间的接触)，大大减少了摩擦力。根据古籍记载和合理计算，姜立等人从现代实验的角度估计，用同样的方法运输123吨巨石所需的工匠人数不到300人，因此可以推测，运输300吨巨石的人数不可能超过太多。然后，他们计算出轨道为354时，需要用木板拖运123吨巨石的人数。虽然接近预期的数量，但显然在运输300多吨的九龙墙时很可能会失败。可以推断，当时最可行的方法是铺设冰道，在冰道上拖巨石。这种方便的方法和北京的气候环境有关。与长期处于热带的埃及相比，北京有利用冰的天然优势 mdash mdash寒冷的冬天。据古代记载，运送巨石的时间在冬至前后。15、16世纪，北京1月平均气温零下3.7摄氏度(上下0.5度)。虽然没有天然河流为运输提供冰道，但人们会在运输过程中每隔半公里挖洞取水，以确保冰道的供水。

润滑剂背后的科学

根据巨石运送到故宫的距离和时间，专家估计拖动一个123吨重的巨石所需的平均速度为每秒8厘米。这么低的速度，加上极小的摩擦力，不会让冰面自动融化成水，从而在冰道和木板之间形成润滑剂。因此，姜立等人研究了除摩擦生热外产生和维持水膜的其他方法，即在提拉时直接在其前方倒水，这在古埃及也有记载。根据现代物理学研究，冰上低速运动物体的摩擦力比高速运动物体的摩擦力大得多，但水膜润滑的摩擦力在接近于零时是很小的。所以在泼水做润滑剂的情况下，即使以每秒8cm的低速滑动，也只会有很小的摩擦力。由于明代北京白天零下3.7摄氏度，水不可能在2分钟内完全结冰，水膜得以维持和输送。当然，古人也可能用热水来延缓结冰。因此，研究人员可以得出结论，在故宫九龙壁拖运时，不仅制作了冰道以减缓摩擦，还在冰道上浇上水作为长途运输的润滑剂。

中国科技史著名研究者李约瑟曾指出，中国古代没有建立以数学为基础的西方科学体系，中国古代的先进技术是经验体系，很难称之为科学。然而，当我们站着凝视故宫，学者们用现代科技手段重新审视故宫的建造技术时，不禁被我们祖先的智慧所折服。姜立也评论说: 明代漂石的运输方式，说明当时人们对低速重载润滑的研究达到了很高的水平。紫禁城的建造和郑和七下西洋都发生在15世纪初。巨石运输的例子说明，当时的陆路运输技术并不逊色于航海技术。