台灣光華雜誌 1996年6月 第116頁
文•陳雅玲
宋朝的水運儀象台，是中國古代最精密的天文儀器，一天二十四小時的誤差小於一百秒，追蹤觀測天象的功能，比西方進步好幾百年。然而近一千年來，古今中外沒有人真正重建成功過，包括英國的中國科技史學家李約瑟。
三年前，難題卻被台中自然科學博物館的幾位研究人員解開了…。
（宋紹興年間）
蘇攜這日在家，忽聞奸相秦檜駕臨。原來，秦檜是來宣讀皇上詔書，命蘇攜為朝廷重建一座「元祐渾天儀象」。
這是座精密的天文觀測報時儀器，又叫「水運儀象台」，北宋元祐三年，由其當時官拜刑部尚書、精通律曆的父親蘇頌，帶領一批曉算數、有巧思的官員工匠製作完成的。集觀測、演示、報時等功能於一身，是當今世上最進步的天文儀器。
它的主結構共有三層，上層是用來觀測天文的「渾儀」，中層是演示天體運行的「渾象」，下層是報告時辰的「司辰」，全部「貫以一機，激水轉輪，不假人力」。精密的程度，「占候則驗，不差晷刻」。
最上層的渾儀一共有三層十二個環，上面都有刻度，由渾儀上可以直接對應出二十四節氣的位置，極為實用。而由窺管，可以直接讀出所觀測的星球所在，進而定出它的座標。渾儀上面還有一個大齒輪，和整座儀象台的傳動系統連結，所以負責觀測天象的司天監，可以用渾儀來同步追蹤太陽或恆星的移動。
只可惜這水運儀象台造好不過才三十九年，金人攻陷汴京，全被拆了運到燕京。但或許因為金人不懂組裝，據說最後成了廢棄之物。
幸而蘇頌在儀象台建成之後，寫了一部《新儀象法要》，以文字和大量的機械圖，記述各構件的形制、材料、尺寸，以及整體的構聯方式。
得到詔書後，蘇攜趕緊回老家找出父親舊著，只是研究經年不得要領，他聽說大學者朱熹家裡有渾儀，對水力運轉制度也頗有研究，就前去請益，但還是沒辦法復原成功。
原來雖然《新儀象法要》附有全圖、分圖、詳圖六十多幅，但記載最明確的是渾象，其他有關尺寸的部份卻是缺漏甚多。「書裡關鍵之處被刪掉了，恐怕是為了保密的緣故，」朱熹最後這麼斷言。
歷史的誘惑
大陸學者指出，蘇頌的水運儀象台，是一把研究古代天文和天文儀器的鑰匙。中國自張衡以來，天文儀器多裝有自動化機械，可惜沒有留下記錄，只在歷代天文志裡簡單記載；至於星圖，宋以前的也多遺失不存。但水運儀象台卻具體呈現了中國古代在這方面的成就。
英國李約瑟也在一九五六年三月「自然」雜誌上發表的文章中說：「在七世紀到十四世紀間，中國有製造天文鐘的悠久傳統。」他並認為，中國天文鐘裡的擒縱器裝置，歐洲在十七世紀才有。
雖然儀器精巧，但是文獻記錄不夠詳盡，難免啟人疑竇：如果中國真的早在一千年前就有那麼進步的天文儀器和時鐘，為什麼後人反而做不出來呢？
為了解開這個謎，大陸、日本、李約瑟都曾經嘗試復原過，卻無法說成功：大陸的東西，大家都沒看過它真正運轉；日本筑波博覽會上，只復原出樞輪及報時部份；李約瑟則在早期做過樞輪的模型，後來卻不知何故而擱置下來。
這「歷史的誘惑」，在七年前台中國立自然科學博物館「中國科學廳」建館時，又再度復活。這次被「勾引」的，是當時的館長漢寶德。
中國的「水文化」
當初博物館中國廳的設計，是由日本丹青社得標。漢寶德解釋，那時兩岸學術交流尚未開放，研究中國科技史的資料雖然很多，但台灣這邊看不到，而日本卻可以取得大陸的一手資料。「一開始，丹青社是要放一台清朝天文台的渾儀，我不同意，那座渾儀是外國人做的，我認為它的裝飾性大於科學意義，」他說。
後來，丹青社提了第二次企畫案。結合中國天文、工藝、機械、建築等先進技術的水運儀象台被提出後，立刻得到漢寶德的青睞。就是它。
「不論是從科學的觀點、歷史的觀點，還是民族文化的觀點，復原水運儀象台都很有意義。」現已轉任台南藝術學院籌備處主任的漢寶德說，中國是擅長用水的民族，水是最常被使用的動力，譬如農業水利灌溉的水車，「水運儀象台代表中國水的文化；渾象、渾儀，則可以看到中國人對天的觀念，是中國人心靈的展示。」
不過，由於當時水運儀象台還沒有人完全復原成功過，丹青社打算將案子交給以製作鐘錶聞名的精工社做，以現代的電子裝置來讓報時系統運轉，而且索價超過一億元。
漢寶德明白復原古科技並不容易，加上開館時間壓力緊迫，為了確保屆時不會「開天窗」，只好同意他們。案子報教育部後，沒想到科技顧問室請了幾位科技史專家會商，結果學者並不支持。理由一是太貴；二是「日本人其實也沒有做成功過。」
就在這時，承包科博館工程的營造廠發生財務危機，硬體無法如期完工，開館時間勢必延誤；但同時，水運儀象台復原出來的時間壓力也沒那麼大了。「我改變主意，與其找日本人做，學者一大堆話，做出來也沒什麼光榮；還不如乾脆自己試試看。」漢寶德不服氣地說。
古文「有看沒有懂」
漢寶德手上的牌，其實只是他在台大城鄉所的學生、當時在科博館擔任助理研究員的郭美芳。她在科博館將案子委託精工社的過程中一直參與，對水運儀象台的瞭解，大概是當時國內最深入的。漢寶德派給她一位展示組的技士王永信配合執行，並撥了兩名木工幫忙製作模型，幾個人就這麼展開了日本人索價一億元的任務。
對電腦十分在行的王永信來說，做個模型並不難，難在復古。
「如果用現代的方法解決這些問題，真是太容易了，」王永信記得當時館長漢寶德叫他參與復原計畫時，他拍著胸脯說沒問題，例如水流大小，只要裝一個微處理器控制水筏，要多精確就可以多精確。沒想到漢寶德急忙搖手，「千萬不可以這樣搞，我們是要復原，要以古代的方法來做。」
既然要復原，就不能不先把原來的設計弄清楚。「當初看《新儀象法要》的時候，最痛苦，」王永信提起這件事，就是一臉苦瓜相，「每個字都認識，連在一起就看不懂了。」
據他猜測，由《新儀象法要》上蘇頌自稱「臣頌」來看，這部書是蘇頌完成工程之後，寫給皇帝看的「報告」。「既然是內行寫給外行看的，寫得太清楚也沒有用。」但要復原怎麼辦呢？「我們就要從『已知』推算『未知』啦，」王永信說。
像是機械部份，蘇頌畫的多是簡圖，而非真正可以據以施工的工程圖。郭美芳在研究出平面簡圖的立體構造，以及構件間如何搭組後，畫出尺寸完整的草圖，交由當時在建築研究所就讀的工讀生謝志鴻畫成電腦圖。
「只畫草圖，尺寸畢竟無法那麼精密，才差零點幾公分兩個齒輪就無法咬合，」郭美芳說，在這部份，現代的電腦倒是幫了大忙。在最後製作階段，她則請成大機械系教授陳鐵城幫忙，她將齒輪的大小、轉速列出，由陳鐵城計算齒輪的齒數。
小公務員的天方夜譚
對研究所時代修過中國建築，念過文言文、熟悉古代建築圖的郭美芳來說，讀《新儀象法要》並不困難，她反而藉著一讀再讀，看出蘇頌當初設計時的諸多巧思，破解了許多謎團。（見「水運儀象台的運轉原理」）
但是單憑一己之力，郭美芳也無法很快找到關鍵。受水壺究竟長得什麼樣子？天鎖又是怎麼運作的呢？幸好來義務幫忙的學弟吳明學因在航發中心任職，對零組件構造和材料特性很有經驗，在千頭萬緒中幫她理出一個脈絡；再加上她到英國參加慶祝李約瑟九十大壽的學術研討會時，結識了大陸科技史專家，在他的幫助下，大陸資料源源而來。
有了資料，她更詳細研讀大陸發表過的研究報告，和《新儀象法要》仔細比對，看差異在哪？會造成什麼影響？這麼做有什麼不恰當？這樣一步步架構出雛形，關鍵漸漸明朗。「我絕對是踩在別人的基礎上做出來的。」她說。
破解設計圖固然不容易，但是原理豁然開朗後，也並沒有解決所有的問題。就以材質為例，必須每個構件的容量、重量一致，才能掌握水量的穩定。但是取材自大自然的竹子、木材，哪有粗細、紋理疏密一模一樣的呢？
郭美芳最苦惱的，也就在這個部份，「我確信水運儀象台可以很精準，但前提是必須有很精準的工人，這對古代的皇帝是有可能的，但對我一個小公務員，是天方夜譚。」
新作的古蹟
幸好在科博館，她的兩個老闆──館長漢寶德，以及主任高振華，無論在會議上、簽呈上，只要是她提出的要求，都儘可能支持。「他們在公務體系中給予我最大的彈性，」對此，郭美芳至今仍感念不忘。而在技術上，過去漢寶德在古蹟修復方面的多年經驗和人脈，也大大派上用場。
今天觀眾到科博館參觀，印象最深的是那古色古香的木結構建築，還有五層木閣中，逢辰打鐘、遇刻擊鼓的小木人們。
負責這部份復原工作的，是從事古蹟修復已有二十多年歷史的慶仁營造廠。由於《新儀象法要》這部份只有一個大概的圖樣，因此郭美芳把工作交給負責人林瑞雄的時候，除了繪出各層斗拱形制、標出主要尺寸外，其他一概由他發揮。
「這是從來沒有的挑戰，非常有意思，」事隔三年，仍保存著當初設計資料的林瑞雄解釋，大木結構的內部空間有限，木料要怎麼上去得先想好，否則錯一步就得拆了重來。另外，古代不用釘，要用哪一種榫頭才恰當？書上不可能畫出來，這也得全憑經驗與功力了。
不過無論怎麼努力，時空移轉，要百分之百復原，不但不可能，也不一定必要。
例如報時的人偶，郭美芳為了考據，從宋磚到繪畫、墓壁畫，所有當時的造型都替他找來了。她在寄來的資料旁，還有過這麼一段評論：「此圖可做雕木範本，但他哥兒倆許是雙胞胎。好像愛吃肥肉──胖了一點。可否商請雕師酌予減肥，頭、身的比例也要修正一點──腿太短了！如此，該員方能錄取──付之司辰之職。」後來林瑞雄果然將人像的臉頰修瘦、腰身提高，現在水運儀象台上的木偶造型，就是這樣來的。
古代造型、現代材質
此外，水運儀象台在材質上也無法完全復古。
根據宋史天文志，水運儀象台在做成大木樣後，翻製成銅，共用銅「兩萬斤」（約為現在的一萬兩千公斤）。但是科博館在復原時，遇到經費、時間，以及製作上的問題。首先，銅的價錢高，若全部翻製成銅，預算不足。此外，翻成銅，至少費時兩年，科博館不能等；最嚴重的是，銅太重，光是一個渾象上的赤道環，就兩百多公斤。如果渾儀、渾象全用銅做的話，「就得用吊車吊上去。這等於要先做水運儀象台，再蓋科博館。」承包製作渾象、渾儀的藝術工作者林健成說。
問題是，科博館已經「生米煮成熟飯」了，總不能拆了重蓋吧？那有什麼可以替代呢？一般要仿銅，都是在不飽和聚酯樹脂（FRP）上面噴上金漆，但這樣不夠逼真，而且一段時間就會「脫皮」；為了達到更好的效果，林健成把金屬粉末放在一種耐酸耐鹼、永不氧化的塑鋼中，用手工塑成所需要的形狀，再把表面打亮，看起來外觀就完全像是銅。
事實上，要翻銅的話，郭美芳認為，要有一座煉銅廠來配合才可能。「許多部份需要的銅，合金成分都不相同。像是受水壺，需要不易生鏽的；齒輪部份，需要不易磨損的。中國古代煉銅的技術已經達到顛峰，我們現在得有一個銅的研究機構來實驗，才可能達到標準。」
五色珠變成紅黑配
雖然不是按照宋朝的材質復原，但在斟酌一些造型、圖案時，本身是中國建築專家的漢寶德也提供了不少意見。例如龍爪幾指？怎麼彎才是宋朝的形制？
渾象上星宿的位置是否正確，則請擁有天文博士學位的清大歷史研究所教授黃一農來檢查。這裡又發生了一個困擾：根據《新儀象法要》，渾象上的星座，是用「五色珠」來點的；但古書沒有彩色印刷，只能看見黑或白。在無從參考哪顆星用哪種顏色下，只好以紅黑兩色的人工瑪瑙替代。
儀象台還有一樣沒有按照宋朝復原的部份：少了一個屋頂。這是因為宋朝的水運儀象台是建在戶外，而科博館的這一座卻在大廳裡面。那當時何不也建在室外，讓觀眾親自上台，用渾儀觀察星象，再與中層的渾象相對照，不就更能印證古人的智慧了嗎？若是為了保護這座精巧的天文儀器而非建在室內不可，那也可以在大廳的屋頂開個玻璃天窗呀！
可惜這樣的「異想天開」太過後見之明，因為科博館是先蓋硬體，才有軟體的；另一個因素則是北宋京城開封府所在的緯度和台灣也大不相同，看到的天象就無法和渾象上面演示的相吻合了。
必須捨古就今的，還有齒輪的部份。因為「我們只能靠機械，不可能用人力去切割出古代齒輪的形制，」郭美芳說。幸好主要的齒輪，用現代的機械都可以切出相同的齒數，只有一個例外；但長期運轉下來，還是會造成誤差，無法精準。
做到最後，郭美芳深深感到，「水運儀象台一定是確有其物，絕不是蘇頌編出來的，否則書上的尺寸不可能說得那麼精準。而且就是要照這尺寸來做，否則各構件間彼此會卡到。」
原型機擺烏龍
到最後拼裝的階段了。這時每個人心裡都七上八下，這東西究竟能不能運轉？轉起來究竟準不準？等組裝完成，一天果然轉一圈，大家心裡的大石才放下。
然而時間還是太緊迫，開館時，展示的這架水運儀象台是研究用的原型機，沒有翻製成真正的成品，因此運作得不很穩定。像是木頭遇水膨脹，樞輪經常卡住，不然就是擒縱器失效，一下子跌好幾格，停不住，水漏得滿地。
改善工程不斷進行，今年六月，汲水系統要更換材質，將目前由木頭、竹筒製作的部份改為鍍上青銅色的鋁合金，以保持給水的穩定；此外，過去由於博物館人力不足，「不可能像古代皇宮一樣，整天派個人在那裡打水，」所以將受水壺倒下的水直接回收到給水系統，而非如蘇頌所設計，讓倒下的水流掉，再由人力不斷添水。
為了忠於原作，今年六月也將裝上離合器，平時仍是讓水回收，但展演時，就可以把馬達關掉，讓觀眾自己打水，體會宋朝的這座小型天文台當年是怎麼運轉的。
完成了這座整合多項技術，全世界第一個全尺寸、完全復原運轉的水運儀象台，為科博館帶來了國際間的矚目。承包渾象、渾儀的林健成，連日本博物館都來尋求合作。
只是一只超大型咕咕鐘？
國內觀眾的反應也是非常熱烈，今年春節連續假期科博館為慶祝開館十週年，舉辦「中國的科學與技術」展示區最受觀眾歡迎的展品票選活動，結果水運儀象台名列第一。但是經常在現場維修展品的王永信坦承，觀眾多是走馬看花，來到台下張望一番，拍張照片就走，「頂多把它當成一件藝術品，對它整個內涵並沒有真正瞭解的興趣。」
對於這樣的中國古科技，到底展示的目的是什麼？一般人只看到它的造型精巧、建築宏偉，還是在「外行看熱鬧」的層次。就好像看咕咕鐘的小鳥出來報時而已，有點辜負了復原這座古代天文台的目的。
這也正是學者黃一農不盡滿意的地方：「科博館不只應該復原出它的硬體，對於復原過程中遇到的困難，研究人員是如何解決的，乃至於古代天文官如何在這座天文台工作？如果能拍成多媒體幻燈片，讓觀眾在硬體之外，還能接觸到這些，那收穫絕對不止於此，」黃一農說，一個成功的博物館，要滿足各個年齡階層的需求，小學生能玩得盡興，高中生也能滿足旺盛的求知慾。
當然，要求全，還有許多可努力的。不過比起國內其他正在興建籌畫中的國家級博物館，例如高雄的科學工藝博物館也有一個中華科學廳，但所有展品都是委託日本設計公司製作的，科博館這次成功的創舉絕對值得肯定。
「古調雖自愛，今人多不彈」，在中國古代科技產品中，水運儀象台恐怕是現今由國人復原成功少數的例外了。
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