编织的力与美

大笨钟

编木拱桥的建构原理
来源：科学时报  作者：魏刚

本报记者 魏刚

自人类诞生以来，如何突破河流、沟壑的阻碍和屏障，到达新的地域，一直是人们追求的目标。于是，桥梁应运而生。随着人们知识与经验的积累，为了跨越更宽的河流，承担更重的荷载，各种造桥技术开始在实践中运用和完善。
从《清明上河图》引出的研究
1954年，桥梁专家唐寰澄在北京故宫看到首次公开展出的《清明上河图》，意识到图中所绘的汴水虹桥是一种尚未被学界所知的结构独特的古代桥梁。20世纪80年代，以茅以升、唐寰澄为首的桥梁研究者“发现”了福建东北部和浙江西南部毗邻的山区存在着大量与《清明上河图》中的汴水虹桥相似的古代木构桥梁。
经过数代桥梁、建筑学家近30年的研究，人们对浙闽木拱桥的形制、结构、技术和历史都有了较为充分的认识。普遍认为浙闽木拱桥与宋代汴水虹桥在技术上有着密切的亲缘关系，由于浙闽交界地区山陵广布、交通闭塞，使这种千年前即已出现的结构建造工艺得以保留流传。这种以“编织”为特色的精巧结构，达到了中国古代桥梁工匠智慧与技艺的高峰。
旅德学者、慕尼黑工业大学建筑考古学博士候选人刘妍致力于中国木拱桥的研究。她通过田野调研、模型制作以及亲身参与桥梁建造，力图深入揭示这种桥梁的建筑与结构特点。自从十余年前，在清华大学读本科的第一课“土木工程概论”上接触到编木拱桥后，刘妍就一直关切于编木拱桥的研究。她在接受《中国科学报》记者采访时表示，编木拱桥，就是把木材彼此纵横相交、咬合，有点像编织藤筐一样，编织起来，形成拱状结构，用较小的木材实现较大的跨度。
历史的演变
南京大学建筑与城市规划学院副院长赵辰在接受《中国科学报》记者采访时介绍，在我国，编木拱桥主要分布在浙南、闽东北的山区中，目前还留存有100多座。尽管具体的诞生时间很难考证，但是，基本可以确定编木拱桥是这个地区的产物。因为，任何建筑形态都与地域特点分不开。在浙南、闽东北的山区，常年多雨，溪流较多，水流湍急，为了解决交通问题，当地的人们往往就地取材，建造具有一定跨度的编木拱桥。而到了水流平缓的平原地区，由于用平梁桥一样可以解决交通问题，于是，费工、费材的编木拱桥就消失了。
关于编木拱桥的发展演化历程是这样的，最早的桥梁是木平梁桥。随着跨度的增加，对桥梁的结构有了新的要求，于是在木平梁桥的梁下两边各多了一根斜向桥墩的支撑木梁，形成八字型，这就是八字斜撑木桥。比如位于浙江省泰顺县横坑乡池源村的泰顺池源桥。之后，为了保证在大跨度下桥梁的坚固，又在八字支撑的基础上，增加了人字支撑，也就是从桥平梁中心向桥墩各伸出一个木梁，形成八字与人字混合支撑。比如位于浙江省绍兴市新昌县的新昌梅树板桥。这些与目前浙南、闽东北保留的三节苗、五节苗结构的编木拱桥（泰顺文兴桥、溪东桥等）都有一定的延续关系。

复杂的建造工艺

其实，编木拱桥并不都是古桥，在如今的浙江、福建，仍然有工匠在建造。去年，刘妍在做编木拱桥的资料收集工作时，曾经在浙江省庆元县生水塘村亲自参与了一座新的编木拱桥的建造过程。
“主墨”师傅是庆元县大济村的吴复勇师傅。建桥的第一步，在两山夹一沟的山涧中，石工师傅们先在两边山石上建好石砌桥墩。然后，木工工地上，按照预先设计好的尺寸加工“苗杆”、“牛头”，再开槽、锯榫头、打卯孔。之后，在山涧中间用钢管搭好脚手架。工匠们有的爬上脚手架，有的在地面互相配合，先从桥墩处建起，将一根根加工好的木材在空中拼接、编织。先形成“三节苗系统”，再在它为基础“编”入“五节苗系统”。结构建好后，再铺上桥板，搭建桥廊。数天后，一座9根“苗杆”，桥面宽6米，跨度16米的编木拱桥就横跨在山涧之上。刘妍说，根据师傅们介绍，这样的编木拱桥十分结实，承载相当于小轿车重量的静荷载都没问题。
今天，像吴复勇这样的建桥工匠在浙闽地区还有好几位。他们的技艺有的是靠祖辈相传，有的是自学成才。但不管哪一种，在今天的研究者介入之前，他们的技艺都没有书面记载，更多的存在记忆中。
就地取材 因材施用
除了建造技艺神秘外，编木拱桥对所用木材也有很高要求。
赵辰告诉《中国科学报》记者，编木拱桥的用材根据结构不同分为两种，一是“苗杆”等直的杆件多用纤维纹理直顺的冷杉木，而连接“苗杆”的“牛头”，由于上面要打许多榫孔以便与“苗杆”进行榫卯连接，所以就要求木材坚实细密，在多方受力下不开裂，于是多用硬木，比如老松木，以及纤维纹理扭曲的樟木等。以前的编木拱桥所用木材只会进行干燥处理，而不做专门的防腐处理，近年来新建造的编木拱桥开始用刷桐油的方法进行木材防腐。
编木拱桥能历经数百年岿然不动，从结构构造上，主要得益于拱桥的榫卯结构。从结构上看，编木拱桥的受力是从上往下，受力越大，榫卯越会不断压紧。所以在编木拱桥建造时，工匠往往在榫卯处留有余量，随着使用年代的延长，榫卯越压越紧，桥也变得越来越坚固。其次，编木拱桥多建于山涧河道中，那里通风良好，木材不易腐烂。另外一个重要原因是，编木拱桥是蓑衣式的全身披挂。拱桥上的廊屋并非只是为行人遮风避雨和美观，它的一个重要作用就是遮挡雨水、保护木材，即使在桥身上，也有大量的护板。这种全方位的保护，减少了编木拱桥被雨水侵蚀的几率。

独特的力学结构

刘妍告诉记者，从建筑力学角度看，编木拱桥的优点在于它不是简单的结构体系，而是多种结构组合在一起的。它既不是完全的拱，但又趋近于拱。对于整体结构，近似于拱的机制使得垂直荷载受力被分解成对两侧基础的侧推力化解到两边山石上。而对于每一根“苗杆”，仍然存在不小的受弯应力，而木材正是良好的受弯材料。它用了“编织”技术，使跨度变得更大。历史桥梁中现存最大跨度的编木拱桥净跨达37米。它的“编织”机理与榫卯节点，使得对于整个结构，桥面上荷载越大，桥下的承载力就越强，结构也就越稳定。
赵辰指出，编木拱桥在结构上也有不足，那就是承受侧向水平力较差。如果发生地震，产生的横向移动，就会对编木拱桥造成影响。实际上，很多毁掉的编木拱桥多是被洪水冲垮的。就是因为冲下来的洪水中有木料、牲畜、家具，当洪水水面超过桥墩时，由于桥的横向受力有限，往往禁不住洪水中夹带物的冲击。尽管，在建造中多用“苗杆”收分和在木拱与桥面间辅以“剪刀苗”、“青蛙腿”等辅助构件抗侧向力，但仍然强度不够。
另外，受材料限制，编木拱桥的桥面往往做不宽。由于一排“苗杆”与另一排“苗杆”之间要进行穿插编织，所以“苗杆”的直径受限制。而杉木的缓慢生长特性，也导致大直径杉木并不好找。一般的编木拱桥多由9～11根“苗杆”支撑，桥面宽度不超过8公尺。但这种桥面宽度和桥梁跨度在当地已经完全够用，这也再次证明，编木拱桥是一种地域性很强的桥梁形态。
那么编木拱桥的结构是否可以移植到其他材料的桥梁建设中呢？赵辰告诉记者，如果只是纯粹的编织技术，进行转化是完全可能的，但是除编织外，木材之间的榫卯连接工艺，却是其他材料难以实现的。

在建筑材料和工艺日新月异的今天，编木拱桥的重建与保护究竟有怎样的意义呢？
刘妍认为，对编木拱桥的保护和研究，更多的是一种技艺传承。作为我国民间造桥技艺的顶峰之作，有必要进行针对性的收集与整理。
赵辰指出，桥梁都是公共建筑，与当地的村落、山水、道路紧密相关。因此，对编木拱桥的保护就是对当地自然山水和人文历史的保护。而对编木拱桥的研究与再造，也有着深刻的社会学意义。现在许多地方大规模改造，过去的乡土气息已经荡然无存。这里的人们，尤其是年轻人，失去了心灵的寄托，而又无法融入打拼的城市中，这种“中间人”的感觉会造成一定的社会问题。
编木拱桥这些有地域特色的乡土桥梁就是当地文化传承的标志。把这些标志研究透、保护好，有助于重建人们的心灵港湾。乡土桥梁建筑的回归，会使离家的人们找到心灵的归宿。

本版图片均为刘妍摄