关于古代起重机的注释

2025年09月26日

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关于古代起重机的注释

A.G.德拉克曼（A.G.DRACHMANN）

亚里士多德已经知道滑轮和绞盘，他在《机械》中写道：“在建造建筑物时，他们很容易提升很重的物体，因为它们从一个滑轮移动到另一个，接着又移到绞盘和杠杆上，这同使用很多滑轮的效果是相同的。”［1］

如果不是几个作者直接描述阿基米德是三滑轮和复合滑轮的发明者，我们很可能怀疑他是否知道这种复合滑轮。众所周知，阿基米德用它来论证关于在干旱土地上拖拉载满重物的带有3个桅杆的船，并用带有非常长的螺旋的绞盘独自完成这项工作［2］。用这种连接方式，几乎可以得到无限的力量，这也让他声称，如果给他一个固定的支点，他就可以撬动地球[2]。在阿基米德的发明中，很多用来防御罗马对叙拉古的进攻（边码714）。这台强大的起重机非常有威力，敌人对它相当敬畏。它在阿基米德死后被废弃，三滑轮仍在各地使用，长螺旋却消失了。

维特鲁威对于提升重物有很多描述［3］。最普通的形式就是由两个坚固横梁组成的起重机，依靠被固定在桩基上的三四个支柱来定位，顶部用夹钳连接，在地面分开，很像现代的人字形起重架（图602），重物用三滑轮提起，绞盘装配有固定在臂上的轴承。我们不知道重物在水平方向是如何移动的，两个臂的起重机依靠支柱仅能在一个水平面上移动，三滑轮可由5个槽轮的复合滑轮来取代。

图602　维特鲁威起重机的复原图。

如果要提升更重的重物，就不得不使用更重的起重机，它依靠自己的绞盘拉紧靠后的树桩上的绳索——绳索连着桩基和起重机顶端的滑轮组，将起重机竖起来。维特鲁威说，当绞盘转动时，“它会自己竖起来，没有任何危险”。但是他没有看到，只有当起重机稍微离开地面时才能被竖立起来。当起重机的顶部高于操作者的头部时，就会有危险。一旦搭建起来，必须用绳子和支柱将它系到桩基上才安全。

如果这种装配太重，就使用一种有齿轮的绞盘，代替起重机底部的绞盘，把鼓形的圆桶通过支柱安装到轮轴上。绳子的中段系在下面滑轮的圆环上，绳子的两端穿过上、下滑轮组（这需要花点时间），然后分别系到圆桶两边的轮轴上，缠绕在圆桶上的绳子连接到一个辘轳，当辘轳转动的时候，负载被“徐缓地、安全地”提升起来。另一种方法是将辘轳换成“更大的轮子”，安装在中间或者一端，负载靠“踏车者”更快地抬起来。

分别保存在拉特兰宫［4］和卡普阿博物馆［5］的两幅浮雕，告诉我们什么是“更大的轮子”和“踏车者”。拉特兰宫的浮雕中有一支单桅杆，由支柱支撑并有三滑轮或复合滑轮组，杆子的旁边是一个巨大踏车，有5个人在里面工作（图603）。卡普阿的浮雕中，踏车好像是和杆子分开的，只有两个人在其中操作（图578）。

维特鲁威声称还有其他的办法可以快速地抬起重物，但只有行家才会操作。负载和杆子上面使用了3个滑轮组，3条绳子由3组人牵引着，为了防止事故发生，显然必须遵守纪律和命令。只有一个杆子在使用，维特鲁威说，这套工具是很有用的，因为它可以将负载任意地放在左右两侧。他注意到，所有这些工具不仅仅使用在建筑中，还应用在船舶的装载和卸载中，这里同样利用了靠螺栓摆动的水平横梁。此外，滑轮组还进一步用于在陆地上拖拉船只。

维特鲁威还讲述了一些解决特殊问题的独创方法。在运输以弗所的狄安娜神庙的巨大立柱柱身过程中，必须通过一段平地，这里土质太软，货车无法通行。因此，承建商凯尔辛普雷（Chersiphron）在柱子的两端钉上铁钉，构筑了足够长的、可以从一端到达另一端的框架，这样就可以用牛来拉动圆柱，像巨大的碾草坪机一样。

当问题涉及搬运柱头时，凯尔辛普雷的儿子梅塔吉恩（Metagenes）更前进了一步。他将柱头的方形端嵌入到12英尺高的轮子中，同样用牛来拖拉。后来，一个叫帕科尼乌斯（Paconius）的人试图用另一种方法来做同样的事情，结果白白浪费了金钱。他把一块12英尺×8英尺×16英尺的石块放在15英尺高的轮子上，不到一英尺的四周放置了两指粗的棍子，在棍子上缠着绳子，让牛来拉绳子，结果没有成功。这些不是移动重物的一般方法，维特鲁威只是把它们描述为聪明的发明。

继生活在奥古斯都时代的维特鲁威之后，我们就要提到希罗了，他大约生活在公元前70年。他在著作《机械学》［6］第2册中记述了5种“简单的工具”，分别是绞盘、杠杆、滑轮、楔子和螺旋，它们是将作用在较长距离的较小的力转化为作用在较短距离的较大的力的5种机械要素。希罗展示了如何用它们来举起重物。在《机械学》第3册中［7］，他给出了实际应用中的一些装置实例。我们知道，一部起重机可能有1根、2根、3根或者4根桅杆。单桅杆的起重机有一根坚固的横梁，比重物的起重高度稍高，垂直地安装在木制平台上，由三四根支柱固定。为了加固，将一条绳子在它上面缠绕很多圈——大约12圈，这些横梁也是要爬到桅杆上面的人的立足处。一幅图画中显示，这些线圈在桅杆上形成了单螺线——原文显示它就像鱼竿上的绳子一样。一个滑轮固定在桅杆的顶端，另一个固定在重物上，绳子用手或用与桅杆分离的绞盘拉动。当石头升到足够高时，就可松开一根支柱，使得桅杆可以向下倾斜直到将石头安放在墙上。如果倾斜的桅杆还够不到，就将石头安放在滚筒上用杠杆撬到指定位置。接下来，用与平台连接的绳子将桅杆牵引到另一个地点，以便举起另一块石头。支柱可以按照需求放松和拉紧。

图603　公元100年，罗马陵墓纪念碑浮雕的一部分。可以看到用来建造纪念碑的巨大踏车中有5个人。复合滑轮和移动纪念碑用的杆子都显示得很清楚。

如果起重机需要有两根桅杆，它们就会被安装在一种叫作槛的装置上，像阿拉伯文本一样，我们借用希腊文中的“槛”（threshold）一词。两根桅杆向内倾斜其高度的五分之一，顶端由一块木制件连接，上面固定着滑轮。它们的底部和槛固定在一起，绳索由人力或畜力来拉动，两根桅杆用支柱来支撑。

三桅杆起重机有3根支柱，顶端连接在一起矗立在地上，滑轮固定在顶端。这样的起重机坚固稳定，但只能应用于在起重机可以放置的地方吊装重物。

四桅杆起重机用来吊装非常重的物件，4根桅杆被垂直安装并构成一个正方形。它们的顶部通过稍短一些的木制件连接，由两根倾斜的横梁在它们的交点上负载滑轮。

完成以上描述后，希罗作出了一个非常有趣的评论：在装置起重机时，应该避免使用钉子和插销，重物越重越要使用绳索，不要试图用钉子将木料连接在一起。

如果需要举起的重物是建筑用的巨大石块，则可以用绳子来吊装。希罗描述了几种不需要将绳子从石块下面绕过的吊装方法，这样就可以将石块一次吊装到位。被他称为“吊耳”的一种是用一个坚固的铁环，底部可以安装在石料上的一个底切的（上面小底下大）孔中，一块木头被塞入旁边将它固定住（图604）。另一种建筑方法也和底切孔旁边的孔有关。两个吊环螺栓安装在两个底切的孔中，第三个平螺栓安装在前两个螺栓的中间固定它们，然后将一个铁索穿过所有3个吊环充当起重的把手（图605）。也有把3个或4个铁钩安装到石头内部的孔中并由木横梁来固定，这被模糊地描述为“小龙虾”。希罗建议在这些设计中小心地选用铁质部件，它们不能太坚硬，那样就会变脆，也不能太柔软，那样就会弯曲，绝不能折叠、扭曲和有裂缝。这样的情况非常危险，因为石头不仅会掉下来，而且可能会砸到工人。维特鲁威也频频提到他的方法是安全的，很明显当时的承建商对他的工人照顾得很好。

和维特鲁威一样，希罗也陆续介绍一些特殊问题的解决方法。例如，沉重的石块需要从采石场经由一个陡峭的下坡道运送到截石机那里。工匠们为此开辟了两条路，使用两辆四轮货车，下面的一辆装载废料，上面的一辆装载石料。一条长绳通过滑轮连接这两辆货车，并由牛来向上牵引配重。为将一个沉重石柱从基座向上方抬起，需要将一条绳子穿过两个滑轮，连在一个作为平衡负重的容器上，然后向容器中添加石料直到石柱被抬起来。如何将所有这些东西移动到另外一个地方并没有介绍，有人猜想手稿的这一部分被损坏了，或者要解决的问题就是修理基座，不需要移动石柱。为了将重物移动到浮舟上进行水路运输，可以将浮舟装上沙袋。当重物安全放置到船上以后，解开沙袋放出沙子，浮舟就可以浮在水面上。如果地震使墙倾斜了，这里还有一种使墙恢复垂直的发明。在墙的倾斜方向与墙平行的壕沟中安放一块坚固的木板，由小横条连接起来的坚固横梁紧靠着木板，在墙的另一边用带有滑轮的绞盘可以将倾斜的墙恢复到原来的位置。

图604　希罗的用于抬起石头的吊耳。

当吊耳放置到切底的孔中后，一个木块插入到它的旁边固定住它。

图605　希罗的三重挂耳。

一旦平头的中央有眼栓安装到位，外侧的两个有眼栓就稳稳地固定在底切的孔中。横穿的销子用于提升。顶端和楔子在原文中没有提及，但它们应该是必要的安全预防措施。

就像在其他地方谈及的那样，这里没有使用到齿轮，只提到3种简单的机械，分别是绞盘、杠杆和滑轮。但是，古代的技师显然知道如何改变和组合它们，从而实现不同的目的。