(一)對(duì)《考工記》中水準(zhǔn)施測(cè)的考證
水準(zhǔn)儀的發(fā)明和應(yīng)用
    戰(zhàn)國(guó)初年成書的《周禮•考工記》①中有一段關(guān)于城市建設(shè)如何確定方位和平整土地的記載，其中有“水地以縣(懸)”的說(shuō)法。什么是“水地以縣”?東漢有名經(jīng)學(xué)家鄭玄(127～200)注解說(shuō)，“于四角立植而縣，以水望其高下。高下既定，乃為位而平地”②。即在建筑場(chǎng)地四角立四根木柱，然后用水平法觀測(cè)它們的高度。四角地面高程確定后，再根據(jù)建筑物各個(gè)部位對(duì)地面高程的要求去平整開挖。

    《考工記》的記載和鄭玄的解釋并不是惟一的。《漢書•律歷志》有“繩直生準(zhǔn)”句。三國(guó)吳人韋昭注解說(shuō)：“立準(zhǔn)以望繩，以水為平”。與鄭玄對(duì)《考工記》“水地以縣”的解釋相一致。魏明帝太和六年(232)在許昌造景福殿，何晏(190～249)作賦，稱其規(guī)制嚴(yán)整。其中有“制無(wú)細(xì)而不協(xié)于規(guī)景，作無(wú)微而不違于水臬”句。唐李善于顯慶三年(658)作注稱：水臬之水即水準(zhǔn)，測(cè)高下；臬即晷表，測(cè)方位③。是當(dāng)年宮殿建筑應(yīng)用水準(zhǔn)定平的實(shí)例。

    《考工記》所說(shuō)的定平方法是怎樣實(shí)施的呢?唐代永徽年間(650～655)太學(xué)博士賈公彥說(shuō)：在工地四角立柱，用懸吊的垂球來(lái)左右校正柱身的正直。接下來(lái)他又說(shuō)：

    柱正，然后去柱遠(yuǎn)，以水平之法遙望。柱高下定，即知地之高下。然后平高就下，地乃平也。④
無(wú)獨(dú)有偶，北宋元祜年間將作監(jiān)的主管官員李誡(?～1110)引證當(dāng)時(shí)建筑施工中的慣常做法，對(duì)《考工記》“水地以縣”的理解與賈公彥如出一轍。他說(shuō)：

    “今來(lái)，凡有興建，須先以水平望基四角，所立之柱，定地平面，然后可以安置柱石，正與經(jīng)傳相合。今謹(jǐn)按《周禮•考工記》修立下條。”⑤進(jìn)一步證實(shí)了漢唐間經(jīng)學(xué)家對(duì)“水地以縣”注解的真切。

    那么，“以水望其高下”究竟用的是什么儀器?鄭玄、韋昭和賈公彥都沒(méi)有說(shuō)明。從他們對(duì)水準(zhǔn)施測(cè)的具體方法有明確的解釋，而對(duì)所用儀器卻語(yǔ)焉不詳，可見這種儀器構(gòu)造簡(jiǎn)易和司空見慣。其實(shí)簡(jiǎn)易的水準(zhǔn)測(cè)量只要用類似臉盆大小的容器，就可以直接從容器水面用目力抄平，也可以在容器兩端分別放置一個(gè)浮標(biāo)施測(cè)，⑥因此，不必在**注解中多作解釋。清代經(jīng)學(xué)家戴震(1723～1777)也認(rèn)為，《考工記》中定平所使用的水準(zhǔn)儀只不過(guò)是一個(gè)長(zhǎng)條形中間裝水的盤子，即“以器長(zhǎng)數(shù)尺，承水”①，概如以上推測(cè)。②

    ①參見聞人軍，考工記譯注，上海古籍出版社，1993年，第152頁(yè)。
    ②《周禮注疏》，十三經(jīng)注疏本，上海古籍出版社，1990年，第641頁(yè)。商務(wù)印書館1955年出版的戴震《考工記圖》第97頁(yè)，對(duì)此段文字?jǐn)嗑渥?ldquo;于四角立植，而縣以水，望其高下，高下既定，乃為位而平地”。在“而縣以水”前后斷句誤，從下引之賈公彥疏中可見。
    ③梁•昭明**：《文選》卷十一，景福殿賦，四部備要本。
    ④《周禮注疏》，十三經(jīng)注疏本，上海古籍出版社，1990年，第641頁(yè)。
    ⑤宋•李誡：《營(yíng)造法式》序目，商務(wù)印書館，1933年，第28頁(yè)。
    ⑥清代乾隆間李世祿，《修防瑣志》卷2，水利珍本叢書本，第62頁(yè)。其中載有簡(jiǎn)易水平量測(cè)方法：“用大水盆一個(gè)，徑約二尺余者，或水缸或長(zhǎng)木桶更妙，傾水于內(nèi)……”這種簡(jiǎn)易水準(zhǔn)量測(cè)起源當(dāng)甚早。

    (二)戰(zhàn)國(guó)秦漢之際大規(guī)模水準(zhǔn)測(cè)量實(shí)踐

    如上推斷的可靠性如何?我們可以用當(dāng)年水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)踐來(lái)印證?！兑葜軙?bull;程典》載：“慎嗅地必為之圖，以舉其物，物其善惡，度其高下，利其陂溝……”⑧也就是說(shuō)，周代所繪之地圖必須包括地面相對(duì)高程，提供水利工程建設(shè)等應(yīng)用。再往后一些，大規(guī)模水利工程的水準(zhǔn)測(cè)量見于《漢書•溝洫志》記載的有多處。例如，西漢征和年間，為解除黃河泛濫對(duì)今河南、河北、山東等地的威脅，齊人延年曾上書建議將黃河自中游向東改道入渤海。他說(shuō)，“可案圖書，觀地形，令水工準(zhǔn)高下，開大河上領(lǐng)，出之胡中，東注之海”④，時(shí)在公元前90年?？梢?，當(dāng)年不僅水利建設(shè)需要水準(zhǔn)測(cè)量，而且已有專業(yè)的水利工程師(水工)負(fù)責(zé)施測(cè)。元光六年(公元前129)大司農(nóng)鄭當(dāng)時(shí)建議在關(guān)中開挖總長(zhǎng)300多里的漕渠時(shí)，也曾“令齊人水工徐伯表”⑤。顏師古解釋“表”字說(shuō)，“巡行穿渠之處而表記之，今豎標(biāo)也”，漢武帝征和三年(前90)搜粟都尉桑弘羊建議在西域?qū)嵭?*屯田，其前期工作即“圖地形，通利溝渠”⑥，其中也必然有水準(zhǔn)測(cè)量的內(nèi)容。尤其是元狩至元鼎年間(前120～前110)在引洛水的龍首渠施工中，要開挖一條穿越商顏山的隧洞。隧洞長(zhǎng)10多里，兩端不通視，采用豎井法施工(詳見第三章第四節(jié))，更必須依賴準(zhǔn)確的水準(zhǔn)和方位測(cè)量才能進(jìn)行。類似的例子還有一些。⑦這些工程實(shí)踐充分證明，當(dāng)年不僅有了水準(zhǔn)測(cè)量，而且已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的精度。

    圍的攀山越嶺的水利建設(shè)，確定輸水以及輸水渠道所要求的適當(dāng)坡度，必須保證較高精度的水準(zhǔn)測(cè)量，只靠原始的挖掘水溝來(lái)測(cè)量高程是不可思議的。可以肯定地說(shuō)，至遲在戰(zhàn)國(guó)之際，可攜帶的水準(zhǔn)儀已被普遍應(yīng)用。
 
    (三)古羅馬時(shí)期的水準(zhǔn)儀

    歐洲水準(zhǔn)儀在維特魯威的《建筑十書》中有明確記載，有兩種形制。**種是常見的應(yīng)用水平原理的條形水槽，即在木板上做出“長(zhǎng)五尺，寬一指，深一指半的溝，在那里裝水。這時(shí)，如果水平均地接觸上緣，就了解它是水平的”①。**種類似我國(guó)明清時(shí)期河工上使用的旱平，即利用與鉛垂垂直的原理找平的儀器(見后)。

    ①清•戴震：《考工記圖》，商務(wù)印書館，1955年，第97頁(yè)。
    ②20世紀(jì)80年代在甘肅秦安大地灣遺址考古中曾發(fā)現(xiàn)過(guò)一個(gè)長(zhǎng)30多厘米，寬4.5厘米的陶制條形盤，其年代距今5000～7000年。有人認(rèn)為，它是我國(guó)*早的水準(zhǔn)儀。若是，它將是目前所見到的世界上*古老的水準(zhǔn)儀了。參見《文物》1986年**期圖版貳和《人民日?qǐng)?bào)》(海外版)1986年8月7日第四版。
    ③  《逸周書•程典》，叢書集成本，第44～45頁(yè)。該書收錄了公元前11世紀(jì)周文王至公元前6世紀(jì)周靈王期間的古史料，個(gè)別地方雖有后人摻入之史實(shí)，也不晚于戰(zhàn)國(guó)?！吨芏Y》記大司徒的職責(zé)是“掌建邦之土地之圖與其人民之?dāng)?shù)，以佐王安擾邦國(guó)”，所記與《逸周書》類似。見《周禮注疏》，十三經(jīng)注疏本，第148頁(yè)。
    ④《漢書．溝洫志》，二十五史河渠志注釋，第23頁(yè)。
    ⑤《漢書•溝洫志》，二十五史河渠志注釋，第17頁(yè)。
    ⑥《漢書•西域傳》卷96下，上海古籍出版社二十五史本，第363頁(yè)。
    ⑦《三國(guó)志．魏志．牽招傳》載，黃初六年(225)前后，牽招在雁門郡(治今山西代縣西南)任太守，城內(nèi)飲用井水，頗咸苦，居民每天需往返七里擔(dān)水飲用。牽招主持修建引水工程，“準(zhǔn)望地勢(shì)，因山陵之宜，鑿原開渠，注水城內(nèi)，民賴其益”。
 

圖　2-31　古羅馬時(shí)代的水準(zhǔn)儀

 

    在柯比(Richard Shelton Kirby)和華盛頓(Sidney Withington)等所著的有世界影響的《土木工程史》一書的第四章中，專門介紹了古羅馬的兩種水準(zhǔn)儀，其中利用水面自動(dòng)水平原理的叫作dioptra，作者說(shuō)：“對(duì)dioptra的描述非常模糊，人們一直不知為何物，直到1912年一名測(cè)量工程師在古羅馬廢墟上發(fā)掘出了dioptra殘存的金屬部分，才破譯了這種儀器的結(jié)構(gòu)。它的主體是一個(gè)金屬槽，金屬槽由一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸盤支撐，這個(gè)槽可以水平也可以俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)，可以量測(cè)目力所及的距離并有相當(dāng)高的精度。”②見圖2-31。對(duì)照《建筑十書》關(guān)于木槽水準(zhǔn)儀的記載，可見1912年發(fā)現(xiàn)的金屬水準(zhǔn)儀與木槽水準(zhǔn)儀的原理和構(gòu)造完全相同，只是更為精巧罷了。

    ①維特魯威的《建筑十書》作于公元前32年至前22年之間，原文不久佚失，只流傳下來(lái)抄本。抄本在中世紀(jì)被發(fā)現(xiàn)，并被用來(lái)指導(dǎo)建筑的設(shè)計(jì)，文藝復(fù)興時(shí)期，仍然作為古建筑的設(shè)計(jì)規(guī)范。關(guān)于水準(zhǔn)測(cè)量的部分在《建筑十書》第八書的末尾。參見高履泰中譯本，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1986年，第189頁(yè)。
    ②  R.Kirby，S.WithingtOn，Engineering in History，Lmperial CiVilizatiOn，Dover Publications，inc，New York，1990，P82．

    柯比等認(rèn)為，在公元前500年至公元前300年古希臘文明已達(dá)到相當(dāng)高的水準(zhǔn)。羅馬人占領(lǐng)后，繼承了古希臘人的發(fā)明，并加以改進(jìn)，可見木槽水準(zhǔn)儀與金屬水準(zhǔn)儀之間的繼承關(guān)系?？梢哉J(rèn)為，我國(guó)戰(zhàn)國(guó)之際的水準(zhǔn)儀與歐洲人的水準(zhǔn)儀相比，它們發(fā)明時(shí)間相近，原理相同，形制相仿，只是尺寸大同小異，工藝上有所差別而已。古羅馬的水準(zhǔn)儀用金屬制造，有螺桿與齒輪傳動(dòng)，用以轉(zhuǎn)動(dòng)方向和調(diào)節(jié)俯仰，較為**和方便。

    古羅馬人之后，測(cè)量?jī)x器停滯了10多個(gè)世紀(jì)。在中世紀(jì)漫長(zhǎng)的黑夜之后，科學(xué)以夢(mèng)想不到的力量，一下子重新興起并迅速發(fā)展，直到18世紀(jì)出現(xiàn)了現(xiàn)代水準(zhǔn)儀，水準(zhǔn)儀器制造才出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。

    據(jù)說(shuō)，埃及人在公元前6世紀(jì)建造運(yùn)河時(shí)，也曾使用過(guò)長(zhǎng)6米的槽形水準(zhǔn)儀。