- 編木拱橋:技術與社會史
- 劉妍
- 2540字
- 2021-12-10 19:13:05
二、圓滿之橋
偵探之旅
遺憾的是,在漢庭頓日本園的檔案中,關于圓月橋的建造,除了前文提及的橋名與定制時間外,再無任何早期記錄留存。河合東一郎對圓月橋的設計思考與建造方案,并沒有留下任何圖紙或者文字。他是如何構思,又為什么選擇了這樣一種奇特的結構?又是如何付諸實施的?所有這些問題,我們只能親臨現場,在建筑遺構上搜集蛛絲馬跡,來尋找破解之途。
2013年6月,圓月橋建成百周年之際,尚在慕尼黑工業大學攻讀建筑考古學博士學位的我自德國赴美,對漢庭頓日本園進行了為期三周的訪問,按照德語區建筑考古學的調研方法,完成了一系列1∶15比例尺的精細測繪圖(圖2-10~圖2-12)。兩年后,我于2015年6月重訪日本園,針對其間復原研究中的疑點對圓月橋進行了補充考察。
圓月橋呈弧形,結構高度近3米,凈跨8.34米,總寬2.37米,總體近南北走向。橋面以下的結構部分分為編木拱與曲木拱兩層,曲木拱搭架在編木拱上(圖2-13)。編木拱由縱(沿跨度走向)、橫(垂直跨度方向)方梁交織(圖2-14,圖2-15)。所有方木截面尺寸相同。縱梁排布在橫梁兩端,各自形成一道拱列。整個結構分為左右兩列編木拱。每列編木拱又分為內、外兩組縱木。水平橫木夾在縱木間。
曲木拱安放在編木拱的橫木上,由三道曲木梁組成,分別在編木拱兩側及中央。
曲木拱上鋪橋面板,橋板上設臺階。制作橋板與臺階的木板厚度相同。臺階的寬度與高度隨拱面走勢變化(圖2-16)。
欄桿同樣呈曲線形,與橋身整體曲率相適。欄柱底部通過圓形木銷與曲木拱固定。
編木拱拱腳下埋有水泥墊塊作基礎。拱腳外側設巨石,深埋地下,形式上作為登橋的石階,結構上作為橋基,抵消拱結構的側推力。
營造尺
在圓月橋的測繪工作中,我們面對的第一個直接問題是,應該用什么尺子來做測量?

圖2-10 圓月橋測繪圖:東立面圖

圖2-11 圓月橋測繪圖:平面圖(拱架俯視)

圖2-12 圓月橋測繪圖:拱架橫剖面圖(左圖:南半部,右圖:北半部)
今天的東亞與歐洲都使用公制度量衡,但美國,一如一個世紀之前,仍然使用英制。因此當我在美國補購測繪工具,與從歐洲(德國)(17)攜帶過去的工具材料就會不匹配。究竟使用哪一把尺子,對于測繪者而言,工作的便利與習慣是一個重要的決定因素,但更為根本層面的問題是,在河合東一郎本人的設計與建造中使用了哪種尺制。唯有弄清這一點,才能最為準確地記錄與還原圓月橋的設計意匠與制作方式,并減小手工測繪中的誤差。

圖2-13 圓月橋結構構成

圖2-14 圓月橋下部結構(2013)
(從北面拍攝)
明治時期(1868—1912)的日本使用傳統尺制即“和制”,1和尺折合30.3厘米。和制在日本沿用至1924年,但1885年日本已加入國際單位體系條約,并在1890年后推行國際單位制。河合東一郎于1898年離開日本,在他的匠人生涯中,當對三種尺制均有接觸,甚至都很熟悉。
“尺”在根本上是一種模數(基本長度單元),在匠人的設計與加工中,出于操作便利,一定會使用整數化的尺寸數值作為構件與某些整體關系的基本尺度。為了確認圓月橋營造中的用尺長度,我首先校核了結構中最重要的構件單元——構成編木拱的方木。我對每根方木均在不同位置多次取點,測量其截面邊長,各個方木數據差異微小,總體分布約在14.7~15.2厘米之間。其中15.15厘米是一個多次出現的尺度。這個尺寸在公制與英制中都非整數。但在和制中正合一尺之半——五寸之數。整寸邊長的方梁在日本橋梁建設中亦為常用,例如“日本三奇橋”之猿橋使用的“六寸方”(18)。由此可知,河合在營造中使用了傳統日式木工尺。

圖2-15 圓月橋編木拱與曲木拱的構造

圖2-16 圓月橋模型
可見臺階隨坡度變化
(圖片來源:作者制作、拍攝。模型現收藏于德國慕尼黑德意志博物館)

圖2-17 月圓橋構件尺度分析(單位:和寸)
但是在圓月橋的其他構件上,用三種尺制校核構件自身規格的各個數據(表2-1),則表現得瑣碎而無甚規律。從這些數據中,我們可以得出幾個基本觀察結果:
(1)需要特別設計、手工加工的主要結構組分——編木拱和曲木拱構件,與和尺較為吻合。
(2)所有板材(包括橋面板和臺階)厚度統一為4.1厘米,可能出自批量化的工業生產。
(3)欄桿諸構件尺度關系僅部分與和尺擬合。有趣的是,欄桿構件與和尺模數吻合的數據都體現在立面上(圖2-17),而剖面上的數據,即欄桿構件的厚度,并不相合。這似乎說明,圓月橋制作中難度最大的構件——欄桿,其立面尺度是經過推敲的,亦即說明,圓月橋的形象,是基于立面圖來設計的。
十全圓滿
但是當繼續用公制、和制、英制三套尺制檢查圓月橋整體的幾何尺度(表2-2)時,可以發現,現代橋梁設計中常用的主要幾何參數——跨度與矢高,在圓月橋上均非整數——它們并非設計中的控制因素。而圓月橋近乎完美的圓弧形式,提示我們檢查圓弧對應的幾何參數。如此,圓月橋的圓弧以120度為圓心角,而曲木拱的內緣位置(19),圓弧半徑剛好5米,則相應的整圓以10米為直徑(圖2-18)。
表2-1 圓月橋主要構件尺寸表

注:粗體為與和制相吻合的構件尺度
表2-2 圓月橋立面圓弧幾何數據

注:粗體為與和制相吻合的構件尺度

圖2-18 圓月橋立面的幾何分析(單位:和寸)
河合東一郎接到的圓月橋建筑任務,是一項以“滿月”為名的“命題作業”。但是,他放棄了簡單以弧形曲木構造的日本傳統,轉而挑戰一種極為特殊罕見的新奇結構,亦因此為這座橋刻上了鮮明的個人印跡。但受限于編木機制,圓月橋難以通過直觀的半圓形態實現“滿月”意象。而細察結構構成,會發現用心的藝術家在其他層面留下了絲絲入扣的匠心,表達對于“圓滿”意象的追求。
東亞文化中,滿月是“圓滿”的象征。數字“十”與“圓”具有同樣寓意。受中國文化影響,日語中也有“十全”“円満”之謂,表示完善美滿。圓月橋的編木拱由十根縱木與十根橫木組成。每根方木邊長均為五寸。以此看來,以十米為直徑的圓弧線、對數字“十”的追求絕非巧合,而是刻意的設計匠心。相似的,拱橋的圓心角在日本的幾何審美中亦占有席位,著名的“日本三奇橋”之錦帶橋便用60°作為木拱圓心角,以追求拱跨與半徑相等的幾何效果(20)。圓月橋的120°圓心角是出于同樣的幾何意義上的整數追求。
圓月橋立面幾何的另一個特點,更加體現了設計者的用心:橋拱的南北拱腳有約23厘米的高差(北低南高)。這意味著若將橋身做對稱設計,中央的平梁會顯著傾斜。而今天的橋體形態,中央平梁近乎水平,兩端僅有5厘米左右的高差,肉眼很難覺察。為此,南北兩側的縱梁并不等長,有14厘米的長度差。相應的橫梁亦不等高。