百年谜团 揭紫禁城建造之谜

紫禁城（Forbidden City）是中国明、清两代24个皇帝的皇宫。明朝第三位皇帝朱棣在夺取帝位后，决定迁都北京，即开始营造紫禁城宫殿，至明永乐十八年（1420年）落成。依照中国古代星象学，紫微垣位于中天，乃天帝所居，天人对应，是以皇帝的居所又称紫禁城。那么它是怎样建造的呢？

北京紫禁城占地面积724250平方米，还没把护城河与城墙的绿化带计算在内。宫殿建筑总面积达163，000㎡。紫禁城是一座长方形的城池，南北长961米，东西宽753米，四周有高10米多的城墙围绕，城墙的外沿周长为3428米，城墙外有宽52米的护城河，是护卫紫禁城的重要设施。城墙四边各有一门，南为午门，北为神武门，东为东华门，西为西华门。

建筑法式是指以木构架为主要结构方式的中国古代建筑向标准化、定型化发展中形成的一整套专项制度。北宋崇宁二年（1103年）刊行的《营造法式》是关于宫室、坛庙、官署、府第等建筑的设计、施工和用料的规范。据此，现代建筑史家将古建筑房屋的各部分及其构件的规格尺寸、比例关系和做法要求等简称为“法式”。

城墙的四角有四座设计精巧的角楼。紫禁城宫殿都是木结构、黄琉璃瓦顶、青白石底座，饰以金碧辉煌的彩画。其平面布局，立体效果，以及形式上的雄伟、堂皇、庄严、和谐，都可以说世上罕见的。集中国古代建筑艺术之大成，是中国二千多年专制社会皇权思想的集中体现。与中国历代皇宫一样，故宫的总体规划和建筑形制完全服从并体现了古代宗法礼制的要求，突出了至高无上的帝王权威。

紫禁城宫殿的建筑法式在继承以往标准化、定型化传统的基础上又有所发展。清雍正十二年（1734年）颁行的《工程做法》是针对包括宫殿建筑在内的房屋建筑修造的条例规范，将宫殿修造的法式要求进一步制度化。明清宫殿的建筑法式较之以往更为完整、详尽、实用，在地盘布局、台基栏杆、大木构架、屋顶式样、墙体形制、内外装修及油饰彩画等诸多方面都有明晰规定。建筑法式的制度化，一方面标志着建筑体系的高度成熟，有利于提高工作效率，强化工程管理，但另一方面也有僵化的趋势，使建筑设计者的创造力受到极大的限制。

北京紫禁城筹建于明成祖永乐（公元1404年～公元1424年）五年，兴建于永乐十五年至十八年。整个营造工程由侯爵陈圭督造，具体负责是规划师吴中。从明永乐五年（公元1407）年起，明成祖集中全国匠师，征调了二、三十万民工和军工，经过14年的时间，建成了这组规模宏大的宫殿组群。清朝沿用以后，只是部分经过重建和改建，总体布局基本上没有变动。

清代宫殿修造，由内务府会同工部共同掌管。内务府设营造司，负责紫禁城的修缮事宜。营造司设“样房”和“算房”，负责设计图纸，制作“烫样”和估算工料。雍正十二年（1734年），由工部刊行《工程做法》，作为坛庙、宫殿、仓库、城垣、寺庙、王府等房屋建筑设计、施工、工料核算的准绳。建筑施工总计十一个专业，约二十余个工种，分工明确，各有所司。主要有木、瓦、石、扎、土、油漆、彩画、裱糊等八大专业。各专业相互配合，共保工程质量。

中国工人发明了一种超级有效的方法，能够移动巨大的石头长达69千米以建造中国着名的紫禁城。追溯到紫禁城建造时期，也就是1406年左右的记录表明，工人们会利用人造的道路网络从采石场拖拉100吨重的石头至69千米远的紫禁城。然而，600年后，工程师们解释了水井和冰冻的道路系统如何使石头更滑更易移动，这种方法比其它替代方法要更有效的多。中国北京和美国普林斯顿大学的专家们相信工人们在人造的道路上每隔500米挖一口井，以获得水源倾倒在冬天结冰的道路上，同时也用作润滑。据称这些工人们是自己拖拉这些巨石的。

工程师们计算出移动石头的不同方式所产生的摩擦力，包括利用圆木作为滚筒——据称这种方法被用于建造很多古代石碑。研究小组的计算显示在冰上滑动石头并利用水来润滑是最有效地方法，期刊《科技新时代》这样报告称。工程师小组表示，600年前北京的冬天非常寒冷以至于道路都结冰了，但也因为太寒冷冰无法在托运石头的木制雪橇底部以及冰冻道路层表面之间形成单独的好的润滑水层。然而，科学家们认为工人在冰上倾倒了足够多的温水以至于它们能够保持液态并帮助雪橇的滑动变得更容易。

工程师们计算出在没有温水的情况下，需要338名男子拖动这123吨重9.5米长的巨石。然而，如果利用温水润滑冰冻的道路，那么只需要46名男子就能完成相同的工作。计算中采用的石头的重量和三维效果图来自于1557年书写的一份文档，当时这项巨大的建造项目已经竣工。现代工程师认为，在水润滑的冰冻道路上拖动雪橇比利用圆木滚动巨石更有效。在这篇发表在期刊《美国国家科学院院刊》上的文章中，研究作者表示圆木滚动的摩擦系数是0.2至0.4，而利用水冰滑动的方法摩擦系数只有0.2。

此外，专家还表示滑动雪橇比利用圆木更加简单，因为与制造木板层并操纵圆木滚动以及巨石相比，制造一条光滑的冰冻道路明显更加简单。在那个时期，带轮子的车辆还无法支撑巨大石头的重量，据工程师们这样表示。他们认为手推车能够拉动的最大重量是95吨。冰冻的道路和工人比骡子和手推车更可靠，尤其是据称紫禁城的建筑师们非常担心这昂贵巨石的安全性。

故宫是中国古代宫殿艺术的集大成之作，也是世界上最宏伟的宫殿建筑群之一。大批工匠、百姓为此付出了极大心血，甚至牺牲了无数人的生命，可惜都湮没无闻了。对于今天的我们来说，故宫更像是几百年前建筑家们的一次“集体汇报演出”，是中华民族集体智慧的体现。