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中国古代车舆价值挖掘及复原研究

2017-10-13

马家塬墓地出土的战国车辆是集中了木工、金工、漆工、机械、皮革制作、玻璃态材料制作等多种工艺技术的系统工程,是古代机械制造工艺水平的集中代表,对其制作工艺的研判及复原研究,对了解中国古代工艺、技术和文化的发展具有极为重要的意义。长期以来,学界对古代交通的研究侧重于制度和经济贸易,忽视了一些交通设施和交通工具的发明创造和进步,在很多问题上还存在空白,或者有些发明已经被认识,但源流不清。在车辆的复原和复制上,细部信息不清,在车辆连接的细部结构上尤其存在较多问题。因此,有必要对中国古代车辆所蕴含的信息进行全面科学的提取,搞清车辆的细部结构,科学、准确地使用原材料和原工艺实现车辆的复原和复制,全面挖掘车辆的科学、历史、技术和艺术价值。

“中国古代车舆价值挖掘及研究”项目以甘肃张家川回族自治县马家塬墓地出土的车辆为主要研究对象,系统整理和研究了各地已出土车辆的考古资料,对古代马车的起源及早期发展脉络进行了梳理,开展了车辆遗迹的现场解剖发掘、翻模和实验室精细发掘及文物保护修复,利用人工绘图、高清照相以及三维扫描等方法对发掘所获得的车辆形制、结构、装饰、车辆构件的尺寸、连接方式等信息进行了全面记录和最大限度的提取,对残留车辆木胎的木表面髹漆材料、金属构件和饰件以及肉红石髓珠、绿松石珠、玻璃和汉蓝、汉紫、铅白等珠饰的种类、成分、成形和装饰工艺等进行了综合研究。运用三维建模技术实现了马家塬战国墓地部分车辆的数字模拟复原,并进行了力学性能分析。在对木工、金工、车辆制作等传统工艺调查的基础上,按原工艺和原材料完成2辆典型随葬车辆的实物复原工作,并制作了三维视频用于展示。该项目主要完成单位有甘肃省文物考古研究所、北京大学考古文博学院、陕西省考古研究院、西北工业大学、北京东方艺珍花丝镶嵌厂、河北省承德金枋传统艺术开发有限公司、荆州文物保护中心。主要完成人有王辉、谢焱、邓天珍、林怡娴、陈建立、赵西晨、刘兵兵。项目实施时间为2011年9月至2015年12月。

一、马家塬墓地概况

马家塬墓地在甘肃张家川县西北17千米的木河乡桃园村北约200米的马家塬上,墓地面积约2万余平方米。马家塬墓地自2006年开始考古发掘,发掘工作现仍在进行中。马家塬墓地以独特的墓葬形制、装饰华丽的车辆、复杂的人体装饰和服饰以及出土的一大批珍贵文物而著称。该墓地的发掘反映了战国时期西戎文化的面貌,是研究西戎文化、秦戎关系、早期中西文化交流以及古代工艺与技术的重要资料,尤其为中国古代车辆的发展、演变的研究及复原和复制提供了不可多得的实物资料。

马家塬墓地绝大多数墓葬中随葬有车辆或车器,仅有1座墓葬未见。九级阶梯的墓葬中随葬车辆达5辆之多,小型墓葬中仅随葬有1辆车或不随葬车。随葬车辆均为单双轮车。车辆装饰的华丽程度也依墓葬级别的高低而不同。迄今为止,共发现车辆51辆。马家塬墓地出土的车辆不仅数量多,而且种类繁多、形制多样、装饰华丽。这些大型墓葬中随葬的车辆相互叠压放置,埋藏状况复杂。

二、车辆复原研究

(一)车辆遗迹的发掘、解剖、翻模及信息的全方位提取

车辆遗迹的发掘和解剖是车辆复原的首要基础。通过对车辆遗迹的发掘和解剖,项目组对车辆的结构、各部位的连接方式有了充分的认识,发现了有文献记载但无实物证据的伏兔、飞铃等的实物证据。绘制了车辆遗迹图,运用摄影、摄像、三维扫描等记录方式,科学、准确、详实、最大限度地记录了车舆解剖所获的相关信息,建立了马家塬车舆形制、结构、装饰等多方面信息的数据库,为后期复原车辆提供了科学、准确、详实的第一手考古资料。

(二)车辆遗迹及出土文物保护

为使出土车辆得到切实有效的保护,并为文物保护提供科学依据,自马家塬墓地发掘开始即进行了全面的出土环境现场检测和监测,主要包括车辆及其饰件的保存状况、虫害、微生物、土壤土质分析调查,有害气体、粉尘和温湿度监测,紫外线监测和霉菌菌种鉴定等内容。

在车辆遗迹发掘清理、临时性现场保护、保护性搬迁提取、实验室解剖清理和文物保护修复等工作中,始终坚持考古发掘、科学检测、文物保护相互协同开展的工作模式,根据车辆出土现场和实验室解剖发掘保护过程中出土的各类文物的保存状况,有针对性地设计了保护方案并有效实施,达到了信息完整提取和出土文物长久保存的目的,形成了文物出土和现场文物保护的整套工作流程。

(三)车辆制作材料的检测、分析及制作工艺研究和认知

马家塬车辆的车饰种类繁多,结构复杂。为达到使用原材料和原工艺进行车辆复原和复制的目的,项目组对考古现场出土的各类车构件和装饰品进行了全面的科学检测和分析,科学准确地了解了车辆制作材质和各类材料的详细成分。所采用的方法主要有红外光谱、气质联用、拉曼光谱、偏光显微镜、扫描电镜、激光剥离等离子发射质谱、体视显微镜、金相显微镜和X射线光谱等。经检测分析发现,马家塬墓地车辆主体所采用的木材主要为榆木、柳木和榄仁;金饰品的成分为金银铜的合金;银饰品中含有少量金和铜;铜饰品为锡青铜,多使用镀锡工艺;铁饰品铁器的金相组织分析结果显示,少数铁器由生铁铸造而成,多数铁器为锻造制品,有铸铁脱碳钢和块炼渗碳钢两种材质,铁基和金银相结合的制作工艺应属于早期的金银工艺;珠饰为肉红石髓、汉紫、汉蓝和铅白。

(四)系统梳理与车辆相关的文献资料和实物资料,理清车辆发展和演变的脉络

在相关地区进行了实地考察。召开了专家论证会,对发掘和解剖所获得的车辆结构信息进行了全面讨论和确认,以保证车辆复原和复制时车辆结构的准确性。

(五)车辆数字模拟复原

通过传统车舆制作工艺的调查和研究,结合和参考其他地区出土商周时期车舆的形制,利用现场解剖发掘和实验室精细解剖发掘所获车辆结构信息数据,实现了马家塬墓地出土车舆的数字化复原,为实物复原工作提供了依据。根据数字模拟复原的成果,绘制了详细的车辆制作工程图。确定了相应的制作和装配工艺流程。

(六)车辆实物复原

依据在发掘、解剖和文物保护过程中提取的原始信息,确定车辆制作材料,研究制作工艺,在调查和研究传统车舆制作工艺的基础上,按原工艺、原材料完成了2辆典型随葬车辆的实物复原工作。

车辆主体制作所使用的木材在制作前进行了相应的防翘、防开裂和防变形烘干等处理,保证车辆制作完成后不再发生翘、裂和变形。车辆主体所使用木材是存放3年以上的榆木。经用高温蒸,待木材全部湿透,保持10小时以后,再进入烘干窑内进行烘干,烘干后剔除有结子、靠近外皮的部分以及易弯曲的型材后使用。部件制作完成后,按照车体力学与结构关系组装成型。依据解剖发掘所发现的车辆各部件之间的结构关系,分别使用龙凤榫、楔钉榫、燕尾榫、插榫和皮条绑缚等传统工艺进行连接。

车辆金属饰件制作方面,在成分分析和工艺研究的基础上,按照相应的工艺流程进行了复制。依据分析结果,使用含金量93%的金,99.9%的银和99.9%的锡为原料。其中金银饰件的制作工艺流程为熔炼金银、倒板压金银箔、錾刻、振压、剔金银。锡饰件的制作工艺流程为熔炼化锡、倒板、压锡片和手工镂空。

结合多项检测手段分析了马家塬汉蓝、汉紫和铅白料珠的化学成分、微观结构及铅、锶同位素比值,并在借鉴国外学者模拟制备埃及蓝容器与珠饰成果的基础上,进行了汉紫、汉蓝和铅白珠子的复制。复原出几种可行的烧制工艺,并以一种低温、超高助熔剂(铅)的二次烧制工艺快速高效地完成了大量料珠的复原烧制。全部珠子均为手工成型,烧制容器也采用手制陶器而非现代实验室刚玉坩埚,烧制温度在50摄氏度的范围内波动而非严格控制在10摄氏度以内。车辆的髹漆使用土漆,以传统大漆工艺经六道工序完成。

在完成车辆主体制作和各类饰件制作后,最后将车辆饰件附着于车辆相应的安装部位,完成车辆制作。

(七)力学测试

为了充分揭示马家塬墓地出土车辆制作工艺中所蕴含的科学性,进一步挖掘其科学价值。项目组再次复制了车、车轮和车舆等车辆的主要受力部件,搭建了应变测试平台,对静载荷作用下车辆的应力应变进行了测试,并将有限元计算结果与实际测量结果进行了对比分析。

通过ANSYS有限元分析和实际测量得到的数据,得知车辆可以承受200千克的重量,即2000N的静载荷,大于两个成年人体重(约150千克)。通过静力学测试可以确定车辆能够满足载人要求。从结构和受力特征上来看,随葬车辆应该是按照当时实际载人车辆1:1的比例来加工制作的。车辆上大量的金饰、银饰、铁饰、锡饰及珠饰中,除折角形金银型铁饰件有一定加固作用外,其他饰件并无实用价值,仅仅是为了使车辆显得更加华丽富贵,并在一定程度上影响和削弱了车辆本来的实用性,凸显了其礼仪属性。通过复原车辆并进行静力学分析,发现古人在独马车的设计与制造上具有很强的科学性,相关工艺与木材的特性结合非常紧密。

三、项目取得的成果

通过现场发掘和解剖、出土车辆的保护修复、车辆构件和饰件的成分分析和制作工艺研究对马家塬墓地出土的豪华车辆进行了数字模拟复原,遵循原材料、原工艺的原则复制了该墓地出土的车辆2辆,并制作了三维动画视频用于展示。

出版了《马家塬墓地金属制品技术研究——兼论战国时期西北地区文化交流》《西戎遗珍——张家川马家塬墓地出土文物》和《清水刘坪》3部著作。发表了《马家塬墓地出土表面富锡铜器的初步研究》《先秦时期金珠颗粒制品的考古发现与初步研究》《甘肃张家川马家塬墓地2010—2011年发掘简报》《戎狄之旅——内蒙、陕北、宁夏、陇东考古考察笔谈》《甘肃发现的两周时期的胡人形象》等研究论文多篇。

通过项目实施培养研究生多名。策划并举办了《秦与戎——早期秦文化考古成果展》。

四、社会经济效益

项目系统梳理了古代车辆的文献及实物资料,提高了车辆解剖发掘工作水平,最大限度地提取了原始信息。通过传统工艺和现代科技的结合,实现了车辆的实物及模拟复原,充分揭示了其中蕴含的科学和技术发明创造信息,建立的古代车辆复原和复制的完整体系具有示范意义。通过项目的实施,打造了一支多学科综合研究的团队,达到了田野考古、文物保护和展示利用相结合的目标,充分挖掘了中国古代车辆所蕴含的文化、历史、科技和艺术价值。

该项目田野考古、实验室检测分析、文物保护和公众考古紧密结合的研究模式得到学界重视,所获研究和复原成果在北京、兰州和西安等地展览多次,并举办了相关内容的讲座,得到学界和公众的一致好评。2016年5月,在台北“故宫博物院”举办了项目成果展览及公众推广活动,取得了良好的社会效益。未来项目组将在已取得成果的基础上实现马家塬出土车辆的全面复原和复制,建设中国古代车辆展示博览园,进一步推动相关文化产业的发展。