中国建筑工艺与科技的引领

现存的宋代以前的单层木构建筑中，三开间的殿堂有10余栋，占有50%的比例，从其平面布局来看，虽然皆为三间，但在进深方向的安排有所不同，大体可以分为两类：

第一类室内仅仅划分成前后两间，即放置一排内柱：有的位置居中，实例如天津独乐寺山门（图5-5a、b）。有的从山面看前后分作三间，室内仅有位置靠后的一列内柱，实例如山西平遥镇国寺大殿、河北新城开善寺大殿、河北涞源阁院寺文殊殿（图5-6a、b）、山西平顺龙门寺大殿（图5-7a、b）、山西晋城青莲寺大殿（图5-8a、b），山西高平开化寺大殿（图5-9）等。这些殿宇室内皆为彻上明造，内柱高低不同，有的与外檐柱同高，有的内柱升高。构架中铺作除在外檐一周设置之外，在内柱柱头部位大多做了简化。它们在外檐具有较为完备的铺作层，在内檐尚未形成铺作层，在抵抗外力的能力方面较弱。

图5-5a　天津独乐寺山门剖面图

图5-5b　天津独乐寺山门平面图

图5-6a　河北涞源阁院寺文殊殿剖面图

图5-6b　河北涞源阁院寺文殊殿平面图

图5-7a　山西平顺龙门寺大殿剖面图

图5-7b　山西平顺龙门寺大殿平面图(www.xing528.com)

图5-8a　山西晋城青莲寺大殿剖面图

图5-8b　山西晋城青莲寺大殿平面图

第二类室内在进深方向作三间，形成四内柱的做法，实例如福建福州华林寺大殿（图5-10）、浙江宁波保国寺祥符殿、福建莆田玄妙观三清殿等。这些殿宇内柱皆升高，构架中除外檐一周设置铺作之外，在四内柱上除设有柱头铺作之外，其他部位还设有各种不同形式的铺作，借此加强内外柱之间的联系，受力状况较第一类有所改善。

然而深入的分析一座建筑构架的受力能力如何，还应具体到每一个受力构件的承载力如何，是否具有科学性，使用肥梁胖柱的木构建筑，不仅会浪费材料，而且未必受力性能好，关键是受力构件本身的断面形式是否科学。

图5-9　山西高平开化寺大殿剖面图

图5-10　福建福州华林寺大殿剖面图

祥符殿拱、枋用材断面的高宽比为3∶2，大多数梁栿构件如三椽栿、乳栿的高宽比在3.46∶2，这样的断面比例反映了最高的出材率，同时可以达到最理想的受力效果。据18世纪末至19世纪初的一位英国科学家托马斯·杨（Thomas.Young）在研究木梁受力状况时，通过实验得出的结论是：“木梁断面高宽比为∶1时强度最高，∶1时刚性最好，1∶1时稳定性最好。”^[18]但是在他之前，西方的科学家并未认识这一点。翻开材料力学发展史即可看到，在欧洲文艺复兴时期，达·芬奇曾提出：“任何被支撑而能自由弯曲的物件，如果截面和材料都均匀，则距支点最远处，其弯曲也最大”，并进一步指出“两端支撑的梁的强度与其长度成反比，而与其宽度成正比”（这里的“宽度”一词意思即梁的断面高度）。后来到了17世纪，伽利略又提出：“任一条木尺或粗杆，如果他的宽度较厚度为大时，则依宽边竖立时，其抵抗端裂的能力，要比平放时为大，其比例恰为厚度与宽度之比。”^[19]伽利略的认识比达·芬奇进了一步。但这两位科学家的论点还仅仅停留在一般的力学概念上，而中国的工匠在11世纪建造建筑所采用的拱枋、梁栿，对构件高宽比有了明确的比例数值，使其不但具有最高的出材率，而且具有较好的强度和刚度。更令人惊讶的是它们早于托马斯·杨的实验数据几百年。

从上述祥符殿与《营造法式》制度的诸多惊人的相同之处，可以认为它代表11世纪初最先进的木结构技术，例如用材制度，是当时采用的最具有科学性的一种结构模数制，它是一种双向尺寸，即受力构件的横断面，“材”的断面比例关系至关重要。被官方颁布并海行全国的建筑《营造法式》所吸纳，成为产生中国优秀建筑典籍的基础，作为指导全国官式建筑工程的技术标准。其中有些内容不但指导着中国木构建筑的发展，而且在世界科学史上闪烁着光辉。

国际著名科学史家李约瑟博士曾经指出：中国在19世纪以前科学技术成就领先于世界几百年。美国的费正清博士称“宋代是伟大的创造时代”^[20]。北宋建造的保国寺及祥符殿正是这个伟大创造时代的产物。