故宫九龙壁重吨是如何运到故宫的？(故宫内的九龙壁)

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墙。我们经常在一些电视剧里看到，在一些大家庭里，不是一个房间，也不是一个客厅，而是一堵墙挡住了外面的视线。这是影壁。故宫的影壁是九龙壁，但九龙壁的

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，不禁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霍华德·柊司在《美国国家科学院学报》上发表研究报告，指出中国在古代建造紫禁城时，使用水作为润滑剂拖运重达300吨的巨石，再次用现代科学方法向世界展示了中国。

中国古人不在冰上拖巨石？

古代紫禁城由明朝皇帝朱迪于永乐四年(公元1406年)修建，永乐十八年(公元1420年)竣工。它在1557-1561年和1597-1627年因火灾重建了两次。据说最初的建造涉及23万工匠和数百万农民工，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。故宫用的巨石有几万块，其中最大的一块是放在保和殿后面的九条游龙大石雕，重约300吨。《丁健双宫记》中曾简要记载，隆冬时节，长石雕被拖上人工冰道。

尽管龙石雕的拖运过程从未被详细记录和科学论证，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，运到了故宫。由此，我们可以对机械工程的历史有所了解"因为中国的轮子在公元前1500年就已经完全发达，所以中国古代还没有人力在冰上拖巨石的情况"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空工程系教授霍华德·柊司参观故宫，探讨大型石雕运输中的润滑问题。事后，他们查阅文献，却没有发现从现代工程科学的角度对相关性分析的研究，于是决定一探究竟。

据姜立介绍，明朝人已经认识到，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。通过对比发现，这种运输方式比传统的木撬棍、滚筒和普通的冰润滑更省力，更适合当时北京的环境条件。因此，通过比较滚动和滑动的摩擦系数，研究人员表明这种方法是合理的。

理论上，由于冰面比木面更坚实光滑，故宫的建造者制作了人工冰道，使作为巨型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。根据古代的记载和合理的计算，姜立等人从现代实验的角度估计，同样的方式运输123吨巨石所需的工匠人数不到300人，因此可以推断，运输300吨巨石的人数不可能超过太多。然后，他们计算出在木板上拖运123吨巨石所需的人数为354人，接近预期人数，但显然在运输300多吨的九龙壁时很可能会失败。再者，可以推断当时最可行的方法是铺设冰道，在上面拖巨石。这种方便的方法和北京的气候环境有关。与长期处于热带地区的埃及相比，北京有利用冰寒冬季的天然优势。据古籍记载，运送巨石的时间是冬至前后。15、16世纪，北京1月平均气温低于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，以确保冰道的用水。

润滑剂背后的科学

根据巨石到故宫的距离和时间，专家估计拖动一块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，在冰道和板之间形成润滑剂。因此，姜立等人研究出了除摩擦热之外能使水膜产生并维持的其他方法，即拉时直接在前方泼水，这在古埃及也有记载。根据现代物理学的研究，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，但作为润滑的水膜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8厘米的低速滑行，也只会有很小的摩擦力。因为在明代北京白天零下3.7摄氏度的条件下，水不可能在2分钟内完全结冰，所以水膜可以维持，保证运输。当然，古人也可能用热水来延缓结冰。因此，研究人员可以得出一个结论，在拖运故宫九龙壁时，他们不仅使用了制作冰道的方式来减缓摩擦，还在冰道上泼水作为长途运输的润滑剂。

我国科技史著名研究者李约瑟曾指出，中国古代没有建立以西方数学为基础的科学体系，中国古代的先进技术是经验体系，几乎不能称之为科学。然而，当我们站在那里凝视故宫，学者们用现代科技手段重新审视故宫的建造技术时，我们不禁被祖先的智慧所折服。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。"