万历初年石茂华筑城
万历时期固原城池的修筑，既不同于成化时期杨冕主持修筑的城池，也不同于弘治时期秦纮主持修筑的固原外关城，更不同于景泰二年修补式的筑城，其筑城理念不一样，手法不一样，所用材料更不一样。万历时期固原城的修筑，是土胎外城墙砖石包砌，由固原陕西三边总督石茂华主持修筑。他在给朝廷的奏折[35]里，申报了精细的砖包城所花费的各种用料、人工费用及饮食费用等预算，规划了固原城墙砖石包砌的详尽实施方案。明代固原城修筑的顶峰时期就是这次修筑的固原砖包城，城池雄伟险峻，预算的精准、工艺的精湛、施工的质量等都达到了一个绝对的高度，使固原真正成了北方的名城重镇。
1.砖石包墙
《宣统固原州志·舆地志》载：陕西三边总督石茂华“以土筑不能垂远，乃甃以砖”。实际上，不仅是“以土筑不能垂远”，时势的要求也是当时的必然。可能在明朝正统以前，砖块尚未被用于修筑城墙。
城墙砖包，在明代是一个节点。明朝为了北部沿边的军事防御和边塞要地的战略安全，采纳休宁人朱升“高筑墙，广积粮，缓称王”的建议，不但将都城和重要防御城池修筑得十分坚固，而且大多用砖石包砌。同时，火器技术的提升，也要求城池修筑在传统土筑的基础上有新的改进，因此新的建筑材料——砖石被广泛运用于城墙的包砌。不仅南京、北京的城墙、长城用砖包砌，一部分沿边的军事地理位置重要的州、县的城垣也用砖石包砌。[36]宁夏镇城，地处防御蒙古兵锋南下的一线，其城池已先于固原城而砖包。宁夏镇黄河以东长城沿线的重要城堡，如红山堡、兴武营、安定堡等这些临边的军事防御城堡，皆为砖包城。然而固原城墙包砖却相对滞后，主要是出于两种原因。一是明代中期以前，固原属于腹地，是陕西三边总督驻节之地，尚未成为蒙古兵锋南下的要冲。明代成化年开始，防御形势发生了变化。二是固原为军政首脑驻节之地，不但固原镇总兵、陕西三边总督驻节在这里，每年秋防季节，陕西巡抚也移驻这里。这里需要一种威严的军事存在，陕西三边总督府是掌控西北沿边军事防御的指挥中枢；这里同样需要安全防御，控扼着蒙古兵锋南下的多个通道。
万历初年石茂华出任陕西三边总督时期的砖包城墙，是最能体现固原城雄伟险峻、固若金汤的城池建筑样式。万历三年（1575年），“石公茂华，始甃以砖，高三丈六尺，周凡十三里七分，遂称雄镇”[37]。至此，一座规模宏大的砖包城雄踞原州大地。
2.奏折里的砖包墙
固原城进行砖石包砌前，石茂华做了大量实地考察。他认为：“固镇地方土性委绵，筑墙颇坚，臣等再三体访，咸谓城垣以土筑为便。”但他却提出固原城要用砖石包砌，因为“固原镇城系四镇总汇重地，兵马经屯要区，城垣外面应用砖石包砌”[38]。固原城实施砖石包砌工程耗资巨大，石茂华在给朝廷进呈的专章奏折里有十分详尽的说明，包括整个工程概算，是固原砖包城修筑的蓝本。石茂华在《毅庵总督陕西奏议》卷二里，留下了这份十分珍贵而又详尽的文献：
据固原兵备道副使晋应槐呈，查得道属城堡除白马城、下马关、红古城堡今已修理完固，堪以保障外……固原镇城系四镇（延绥、宁夏、甘肃、固原）总汇重地，兵马经屯要区，城垣外面应用砖石包砌。总计周围并敌台瓮城长一十三里七分，共二千四百六十六丈，高三丈，女墙高六丈。根基砌用石条五层，每条阔一尺五寸，厚六寸，入土二层，明露三层，入里四行，墙内钉石五千丈，共用石条五万四千三百二十丈。从石至顶砖砌二丈八尺，每砖一个长一尺二寸，阔六寸，厚二寸五分，该砖一百一十二层，下截入里七行，约二十八层；中截以上入里六行，约二十八层，五行约二十八层，四行约二十八层。收顶，每丈用砖五千一百二十六个，及平墁、女墙、水道等项约用砖一百二十万，通共用砖一千三百八十四万七百一十六个。其石条于离城七十里地名扯木硖采打，每一丈该工价银二分，共该银一千八十六两四钱；每一丈二尺该载运脚价银五分，共银二千二百六十三两三钱五分。烧造砖坯用匠二十名，就在本城四面立窑。每匠一名每日提调军夫三十名，做坯每军一名日做一百个，计用军六百名，每日共做坯六万个。每军日给盐菜银五厘，匠作日给口粮盐菜银二分三厘，每日夫匠该银三两四钱六分，每砖一万该用口粮盐菜银五钱七分六厘六毫计，该二百三十一日共用银七百九十八两五分六厘。每烧砖一万用炭二百石，共用炭二十七万六千八百一十四石三升，于离城八十里地名石炭沟取运。每二石五斗该载运脚价银六分，共银六千六百四十三两五钱六分。计砖一万，通前口粮盐菜载炭脚价银五两三钱七分六厘六毫，共该银七千四百四十一两六钱一分六厘。每砖石一丈用灰一斗三升，大约入里层数、女墙水道等项共用灰一十万石，亦于石炭沟取石烧灰。用灰匠二十名，每名日给口粮盐菜银二分三厘，军夫二百名每名日给盐菜银五厘，约用银四百两。每灰三石该载运脚价银六分，共该银一千九百九十九两九钱八分。包砌每六十丈作一工，每工用泥匠二十名，每名日给口粮盐菜银二分三厘，计该四十一工，大约每工半月可完，共该银二百八十二两九钱。一齐起二工，以次修砌，中间阴晴寒暖难以预料，通计三年可完。
共用人夫于本城，不论士夫军民，一体轮派，不给工食口粮及应用杙架、麻绳、做砖木模、筛、桶、锹、䦆，犒劳米肉，临时设。通计砖石灰炭工价、脚价、口粮盐菜等项共用银一万三千四百七十四两二钱四分六厘，查得固原州仓见贮陕西布政司解到修城银一千八百八十三两六钱七分，修城还官银二百一十五两八分，固原州库贮西安等府解到民壮银五千九百三十两七钱，修盖营房余剩银二千七百六十两二钱八分，通共一万七百八十九两七钱三分，堪以动用，尚少银二千六百八十四两五钱一分六厘无从措处，相应于布政司收贮万历二年商税银内照数仓动支凑用，或将前银趁秋成籴米贮仓，候来春兴工之日，以米抵银给散夫匠，庶出入易明，稽考有据。但工程浩大，军夫内临时有该量犒以盐菜或调外处军夫协修，有该给以口粮者难以预算数目，听督抚于应动粮银内处给。[39]
从以上预算报告中的详细内容看，砖石包砌的固原城，周长一十三里七分，城墙高三丈六尺，其中明露基石三层，每层石条厚六寸，计一尺八寸。城墙二丈八尺，女墙六尺。在这个总体框架里，砖包城所用墙基石条数量，石条的长度、厚度、宽度，砖坯的长度、厚度、宽度都有具体数据要求。同时工艺要求极高，基石两层入土，三层外露，包括墙基石条入土的行数，石条下面是很深的三合土作地基。北京城的城墙，三合土地基2米以上。[40]依此类推，固原城墙地基的三合土应该在1米以上。从现存的城墙遗址看，砖包墙面呈现一定比例的坡度，连续的砖层收分成阶梯式砌筑，城墙土胎由夯土层构成，间或有用以加固的砖层。按设计将二丈八尺高的墙体划分为上下两段，每砌28层砖就有变化，主要是看镶入城墙的砖的行数。墙体下段的28层砖镶入墙体的砖有7层，中段以上每28层，镶入墙体砖的层数逐渐减少。城墙顶部有女墙和垛口。这种施工技艺，不但使城墙包砌得更加坚固，也带给城墙美的视角，使其看上去与天穹映衬，线条布局舒展，墙体收分有度，耸立稳固。
砖包城墙整个费用的预算十分精确。每项材料获取的成本是多少、运输成本是多少、取材在什么地方，都作过考察和有所指向，都预算得清清楚楚。有民间传说，固原砖包城与西安砖包城城墙用砖预算，固原多了3块，西安少了3块。传说归传说，但我们从固原砖包城的精细设计与用料预算，看到了固原城使用砖石材料的精准性。
《毅庵总督陕西奏议》里关于“修筑固原城”的专折奏议呈送文字约1200字，是时任固原陕西三边总督石茂华上奏朝廷修筑固原州城砖石包城墙的完整折子。奏议大致内容包括：第一，提出修筑固原城的原委，因固原镇城是陕西四镇的中枢之地，是兵马经屯的要区；第二，设计了固原城外城砖石包砌的总体格局，包括城墙、女墙的高低、砖石的长宽厚度、砖石修筑的具体工艺；第三，砖石制作、材料取自何地、包括炭瓦灰等的工价和脚运价，工匠的口粮、盐菜等费用；第四，有施工规划，逐段完工，除却阴晴寒暑等时间，三年完成砖石包城墙任务；第五，军队是工程的主力，但本城的其他士大夫军民，也都要轮流上工地，而且所用的简单工具如绳、木桩、筛子、水桶、铁锹、䦆头之类，全部自带，对于他们的辛勤劳动，以犒赏的形式表达谢意；第六，预算十分精细和精准；第七，砖石包砌所用银两皆由固原州城储备的几项款项中预支，不够部分也有措置的办法。由储存于固原州的其他款项银两看，西宁、西安府的相关款银都在固原州库存放，可见当时固原在西北的重要地位。
明代万历固原城墙的修筑与砖包，其设计与预算的准确精细，再现了近500年前古人的方略与智慧。修筑砖包城的整个过程，《万历固原州志·固原镇新修外城碑记略》里有概要性记载：
陕西西北有镇曰固原，弘治中从守臣请增筑内外城，宿重兵守之。军民土著，城以内不能容，乃渐徙外城。外城又单薄，聚土为垣，岁久更废。
万历二年，总督毅庵石公至，有增甃意。巡抚文川郜公以防秋至，见与毅庵公合，遂会议改筑。兵备副使晋君应槐遂请心身任之。晋君以忧去，代者为刘君伯燮。督视二年，以迁去。亡何，郜公召还朝，而代者为嵩河董公，代刘君者为郭君崇嗣。董公复从中相继调督察之。
至五年秋八月，城成。高三丈六尺，袤二千一百一十七丈，崇墉垒雉，鳞次上下，环以水马二道各若干。而剏角楼、敌台、铺房、牌坊各若干座，表之。越岁，郜公复受命总督固原并得理其未备。于是，固原内外城屹然如金汤。
万历八年五月，大学士马自强[41]
《固原镇新修外城碑记略》记载了固原砖包城修建的动因，尤其是修建过程中具体负责施工官员的更替。修筑固原砖包城，石茂华计划三年完工，“务于万历四年终通完。固原镇城工程艰大，倘有未尽事宜，仍容臣等临时区处，其于万历五年终完报俱”[42]。依《固原镇新修外城碑记略》所载，工程最终于万历五年（1577年）秋八月竣工。
3.刻在石头上的文字(https://www.daowen.com)
石茂华在奏折里写道：“包砌每六十丈作一工，每工用泥匠二十名，每名日给口粮盐菜银二分三厘，计该四十一工，大约每工半月可完，共该银二百八十二两九钱。一齐起二工，以次修砌。”固原砖包城分段施工，在实施的过程中，可能还有变通的地方。固原城西北角城墙保存完好，石茂华奏折里设计的城墙的基石石条是5层，经考察，每层厚度与文献记载一样。露出地面的石条上刻有文字，文字就刻在第一至第三层上：第一层书“中壹”，第二层为“营百”，第三层是“起丈”，三层文字上下垂直对齐，表述由右向左。把上下三层文字竖行联起来读，即为“中营起，壹百丈”，意思是从刻字处起往前一百丈城墙，是由中营来完成的。如果这样理解没有错舛的话，那么我们可由此推测出修建砖包固原城过程中的一些细节，包括一些相关信息。
第一，明代万历年间修建固原砖包城墙工程，是由驻防固原的军队来实施完成的，而不是差派农民。明代军队建制是卫、所制，固原镇辖4卫（多时6卫）4所；驻固原陕西三边总督辖甘肃、宁夏、延绥、固原4镇，可直接调拨的军队人数较多。营，是明代军队的基层建制。清代驻防固原城的军队就有前、后、左、中、右营，这是明代驻军的沿袭。
第二，明代万历年间修建固原砖包城的过程，是由军队按照营的建制实施包段修建的。现在已无法考察当时具体参与修建工程的情况，残留下来的固原城西北角城墙还有200余米，恐怕再找不到这类刻有标志性说明的文字了。就目前看到的文字“中营起，壹百丈”，已能说明明代固原砖包城墙的修建就是由不同营制的军队来分段完成的。同时，东门的城门楼、瓮城（月城），南城门的城门楼、瓮城等，应该也是由同样的“某营”驻军来承担完成的。
第三，刻在城墙基石上的“中壹、营百、起丈”六字，每层两字，每字直径约十公分，楷体，“丈”字右边还多刻出一点，也是当时书写的一种形式。整体上看，不仅字的结构很好，而且雕刻时下刀锋利，棱角清晰，笔势颇具功力，非出自一般书写者与雕刻者之手。当时的人能将基石上的文字处理到如此程度，可以想见固原砖包城（包括城门楼）的坚固与施工过程的精细。
4.石材与原料
石茂华主持修筑的固原城，设计十分缜密精细。修筑城池所用的石材与燃料取自哪里，石茂华在《毅庵总督陕西奏议》里只说到地名，没有涉及方位，也是一个需要探讨的话题。固原砖包城所用城砖，是就地烧制；墙基所用石材，亦取自当地。取材涉及扯木硖、石炭沟两处地方，这两处地理方位与固原城的距离均不清晰。奏议里载石材（基石）取自离城70里的扯木硖，烧砖所用燃料取自离城80里地的石炭沟。《万历固原州志》里有扯木堡这个地名，在州城东北40里处，但距离不合。明代人张雨在《边政考·固原靖兰图》[43]里，标明有扯木硖这个地名，而且在那里设有“扯木硖墩”以驻军，地理位置在固原城东北。依《边政考·固原靖兰图》记载，既有“扯木硖”，又有“扯木硖墩”驻军，地名与地理位置应该是准确的，只是固原州城东北并没有出产这类石材。
固原境内有石材资源的地方名为“打石峡”，民间称为“打石沟”。《民国固原县志》记载：固原东南有“打石峡”，即今彭阳县店洼村。过去农村所用石磨、石碾、石碌碡等皆出自这里，至今仍在开发利用。如果翻越黄峁山，穿越任山河古道，走青石峡捷径，距离固原城的里数与史籍记载相近。“扯木”是否“打石”之误？不能确定。石炭沟离固原城80里，固原境内的石炭燃料在固原城东北炭山，但炭山距离固原城远于80里，里数也不相吻合。固原属于黄土高原地理环境，石材、燃料皆为稀缺之物，对此《万历固原州志》也没有明确记载。
固原城城墙主体为干打垒，墙体外围用砖石包砌。城墙砖虽是固原城周围造窑就地烧制，砖上没有类似于“铭文”的装饰，但设计长宽也体现了一种特殊的规制。砖石所用之浆为石灰糯米浆，类似于后世的水泥，至今完好无损。墙基石石条上的文字，不只记录了砖包城墙的过程，还弥补了史籍记载的某些不足。中国古代的城墙是有层级的，有京城、王城、府城、县城等，固原城墙也是有层级的。固原城是“回”字形内外城，10道城门已超越了“州城”的空间层级。
城砖作为建筑材料出现之前，中国北方的城池都是土墙包围。明代北京皇城，是在正统初年才包上城砖的。换句话说，明朝正统以前还没有以砖甃城墙者。北京的城砖上面都印着制作者的窑址和工匠的姓名。从找到的最早的城砖上的文字看，都在明成化年间（1466—1487年）。[44]所以，固原城砖包工程实施较晚。
5.砖包城费用
城池修筑作为一项重要的公共工程，需要投入巨大的人力、物力、财力，其资金筹措与劳动力的调动等都体现出各种错综复杂的政治社会关系。明代筑城，单就筑城经费而言，其来源有三：一是来自官方的划拨，其中包括直接的国库拨款——帑金和地方公费，其形式是以工代赈；二是摊征于民，以“按亩起科”“输财于粮”的附加税形式来筹措；三是来自私人的捐助，这类捐助通常来源于地方官员和本地绅士。
修筑城池自古就是一项主要的徭役负担。明代前期劳动力的使用多为“力役”的形式，中后期随着商品经济的发展，劳动力雇用的形式开始出现。固原城池的修筑主要还是由卫所军队来完成。劳动者的经费的负担，主要是通过“输财于粮”“计亩征材”等附加税的形式摊征于民，前提是“不妨农时”。明代万历时期，固原砖包城的修筑费用源于朝廷专项或地方筹措划拨，看不出由其他渠道获取经费。
6.北方名城
万历固原城修筑并砖包已是明朝的后期。明朝灭亡后，留下的是一座崭新的固原砖包城。
明代建筑材料在生产方面出现了创新，砖的应用更加广泛，砖筑城墙的技术也大为提升，不仅南京、北京的城墙用砖包砌，长城用砖包砌，部分州、县城垣也用砖包砌[45]，有效缓解了火器攻击对传统土筑城墙的威胁。万历三年固原城墙用砖石包砌，既顺应了城池军事防御的要求，也体现了总督石茂华的国家视野，使固原成为明清以来中国北方的名城。《民国固原县志》里写道：“陇右名城无出其右者。”
固原镇在体现其军事防御价值的同时，镇城建设亦颇具特色。固原镇城，有指挥西北千军万马的陕西三边总督衙门，有雄壮苍凉的砖包城墙，城墙遗存仍展示着昔日的辉煌，是明代著名的城市。[46]一是明代陕西三边总督驻节固原，统一调度西北四镇（延绥、宁夏、甘州、固原）军队，在边境防御过程中起过重要作用。二是固原镇总兵驻节固原，陕西巡抚每年秋防移驻固原。三是固原城自身的影响力。固原城的修筑始于汉代，历代都有过程度不同的修缮，尤其是明代的扩筑使其成为雄踞西北的重镇，“回”字形的里外城，10道城门（东城、南城增加了三道瓮城，增加了三道城门）结构形态的城门布局，在全国也属罕见。再加上外城用砖石包砌，固若金汤，十分壮观，大大提升了城池的防御能力。四是固原城所在的地理空间赋予了固原城以存在价值。固原城地处汉唐以来著名的萧关古道要隘，为古丝绸之路东段北道必经之地，中原农耕文化与西域中亚文化、草原游牧文化在这里交融碰撞，留下了丰富的文化遗存。近40年考古出土的重大发现，一再证实着固原城在历史上的影响力。
城门和城墙承载着城市巨大的身躯。整座城市的生活大都集中在城门一带，城门洞狭窄且长。夜幕降临时，城门就会紧闭；黎明时分，厚重的木门慢慢地打开。中国的城池，通常在北城墙正中不留城门，而且与南城墙上的城门也不对应。北京的城墙正中没有城门，只在两侧开有城门，宁夏镇城的北面城门也是这样。固原城的北门直接开在城墙东北角，因为北门一直被视为城防的最重要城门，对城市的进攻也多来自于这个方向。据《嘉靖固原州志·固原州城图》标记，驻节固原的陕西三边总督府就在城北，兵备道、左营、右营等兵营也都设在城北。
固原城的地形，总体是西北高、东南低，清水河由东南环城而过，防御的重点在东南。由于地形的关系，内外城东北角城墙的走向为不规则形。由明《嘉靖固原州志》与清《宣统固原州志》卷首固原州城图比照来看，固原城的修筑也体现了这些特点。嘉靖时期固原城的格局已经定型，内外城东西南北四面都是两道城门。万历时期，石茂华主持修建砖包固原城墙的同时，为进一步提升固原城的军事防御能力，给内城东门增加了一道瓮城，使东门成为三道城门；给南门内外增加了两道瓮城，使南门成为四道城门，但内城北门封闭，只留有外城的北门。内城西南角，城墙走向亦呈现不规则形，外城为直角。万历三年，陕西三边总督石茂华主持修筑固原城并砖包，这是固原城的最后定型。内城周围九里三分、高三丈五尺，外城周围十三里七分、高三丈六尺，形态完整，样式壮观。[47]固原古城是一座集政治、军事、文化于一体的城池，至今还保留着城西北角明代古城墙的原貌。它的军事意义结束了，但文化意义还在延伸。它是最能体现固原厚重悠久的历史文化的地面物质遗存，也是一处能看得见摸得着的历史文化遗迹。