【科技文明探源】

    ◎本报记者 吴叶凡

    榫卯是中国传统木作的一种接合方式。它广泛应用于各类木制建筑、家具中，是我国古代工匠伟大的发明创造。作为我国古代科技成果的重要代表，榫卯对东亚地区的传统木制建筑产生深厚影响。榫卯结构的建造思想，成为古人留给今人的一笔宝贵财富。

    历史绵延千年

    榫卯结构中，榫是指凸出部分，也称榫头。卯是指凹进部分，又称椎眼、椎槽。最基本的榫卯就是将榫插入卯中，实现构件的相连。这一接合方式在我国已有上千年的应用和发展历史。

    中国科学院自然科学史研究所研究员姚大志介绍：“考古发现，在距今7000年前的河姆渡文明时期，就已经出现了榫卯结构的木构件。”这些榫卯结构既出现在河姆渡遗址保存的干栏式木构建筑上，也存在于器把、小棒等木制工具中。

    在河姆渡出土的上百件榫卯木构件中，榫的类型多种多样，包括梁头榫、燕尾榫、双叉榫等，其中有两件榫截面长宽比例为4:1，结构符合受力要求，被后世称为“经验截面”。

    在干栏式木构建筑上应用的榫卯有六类之多，包括柱头和柱脚的榫卯、平身柱与梁枋交接榫卯、转角柱榫卯、受拉杆件带销钉孔的榫卯、栏杆榫卯、企口板。其中，企口板一直沿用至今并不断发展。

    而后的几千年，榫卯结构不断完善，形成了多个应用、发展高峰。

    在建筑领域，唐代的佛光寺大殿、辽代的应县木塔是榫卯结构应用的典型案例。姚大志介绍，应县木塔建于公元1056年，是世界上现存最高的古代木构建筑。全塔主体由数万个木构件搭建而成，900多年来，历经多次地震却始终屹立不倒，很大程度上归功于榫卯结构的设计。

    在家具领域，明代榫卯家具把中国传统家具推向发展顶峰，形成的明式家具风格至今仍被人们所推崇、模仿。榫卯非遗传承人王震华介绍，明代，受郑和下西洋影响，性坚质细的硬木进入中国。相比于软木，硬木伸缩性小、耐受性差，榫大卯小则易开裂，榫小卯大则易脱落。因此，榫卯必须制作得更为精细。在这一时期，匠人们不断提高榫卯制作技艺和应用水平，制作出的家具能够不用一钉一胶，实现构件合理连接。家具不仅外观精巧，而且结构科学。

    结构“牢而不固”

    从屹立千年的木塔到美观实用的家具，几块普通的木头因榫卯变得如此牢靠，原因何在？王震华认为：“榫卯利用错位、限位、避让的设计理念，让构件柔性组合在一体，达到‘牢而不固’的效果。”

    错位，简单理解就是留间隙，这也是榫卯结构最显著的优点。很多人认为榫卯是严丝合缝的连接，实则不然。王震华介绍：“榫与卯之间存在一定间隙，有一定的灵活性。这一伸缩余量不仅提高了建筑抵抗地震的能力，也延长了家具的使用寿命。”

    木材会因为温度、湿度的变化而形变。榫卯的间隙，正是为了适应木材热胀冷缩的物理特性，让家具适应季节变化，避免因膨胀或收缩产生开裂或松动。而对于建筑，榫卯间隙让建筑连接的节点如同弹簧一样，能够发生一定的形变。当地震发生时，建筑通过变形吸收一部分地震波带来的冲击，尽管看似因摇晃产生了结构变形，但只要不折榫、不拔榫，就能“晃而不散，摇而不倒”。应县木塔经历了多次地震而不倒的原因就在于此。

    限位，可以理解为限制榫卯构件的位置移动。王震华介绍，从三维象限角度分析，榫卯通过榫与卯形状的恰当组合、销和销孔的运用，限制了构件位置水平方向的移动。而对于榫卯在垂直方向，即在构件导入方向的移动，木制建筑大多使用重力进行锁定，北方的木制榫卯家具则使用鱼鳔胶进行固定。避让是指榫卯构件彼此避让，不在一个交点相遇，影响家具的美观和坚实。

    在数千年的演变过程中，榫卯结构逐渐应用于不同材质，如石桥上用于连接石块的腰铁、牌坊上的石斗拱结构等；也形成了插肩榫、燕尾榫、楔钉榫等不同结构形式。但在王震华看来，无论是何种材质与形式，本质上都是“错位、限位、避让”理念的体现，人们应抓住榫卯的基本构造原理，按需应用，因需而变。

    “例如，在家具上，主要存在面板连接、面与面连接、点的连接、三个构件组合等应用场景。榫卯就是根据不同的连接需求，变化不同的样式。最简单、最实用的榫卯，就是最好的榫卯。”王震华说。

    工艺传承至今

    时至今日，木质榫卯结构的建筑逐渐被钢筋水泥取代，榫卯家具也不再常见，但榫卯的设计思路依旧被应用在众多场景中——小到人们常用的笔盖、大到现代航空发动机，榫卯结构其实一直在人们身边。

    例如航空发动机的叶片与轴的连接，并不是通过铆钉或焊接的方式来完成。仔细观察可以发现，叶片按一定形状插进轴上的凹槽，两者间留有一定空隙。在高速运转的过程中，空隙既让叶片在一定范围内能够自由滑动，实现动态平衡，也留给了叶片随温度变化发生膨大或缩小的空间，避免了因离心力或热胀冷缩等导致的叶片损坏。这一设计与榫卯结构有异曲同工之处。

    相似的应用例子还有很多。姚大志介绍，鲁班锁运用了榫卯结构，中国科学技术馆新馆建筑外形采用了鲁班锁的形式，并荣获中国建设工程鲁班奖；2010年，上海世博会的中国国家馆“东方之冠”，在设计上使用了传统建筑斗拱榫卯结构。在土木工程领域，钢制榫卯式毂节点成为一种装配形式灵活的金属构件连接方式。“榫卯在现代设计和工业领域仍具价值。”姚大志说。

    在王震华看来，榫卯作为一种集文化特征与科学理性于一体的传统工艺，其深厚文化内涵值得人们不断挖掘传承。

    从文化哲学角度看，榫卯结构牢而不固，正是我国传统哲学思想的体现。一凹一凸之间，达到巧妙的平衡，看似矛盾实则互补对方之缺，这就是中国“和”的思想体现。

    从文化审美角度看，姚大志认为，由于木制榫卯结构的应用等原因，建筑和家具等物品拥有了统一的美学特征。虽然欧洲也有木构建筑，但石结构的古代神庙和中世纪教堂往往被视为该地区建筑典范。这使得西方将建筑和家具分为两个不同的领域，也形成了与东方不同的审美情趣。

    榫卯是中国传统木作的技术“基因”，体现着东方审美和文化传统。如今，榫卯看似与现代生活保持了一定距离，但这并不妨碍人们对榫卯的认可和喜爱。随着国潮持续升温，人们对榫卯的关注程度也在不断提升。“我相信，榫卯一定会以多种形式获得运用，不断地被传承下去，陪伴在一代又一代中国人的身边。”姚大志说。