暮鼓晨钟里的古代科学I古都

「钟楼·鼓楼」

在没有钟表的古代，老北京四九城里有个报时中心，就是钟鼓楼。“鼓楼击鼓定更，钟楼撞钟报时。”人们听着钟鼓声起居劳作，这就是“暮鼓晨钟”。 

北京钟鼓楼始建于元至元九年（1272年），处于元大都的中心位置。据《元一统志·大都路》载：“（至元）九年二月改号大都，迁居民以实之，建钟鼓楼于城中。”鼓楼，初名“齐政楼”，取齐金、木、水、火、土、日、月七政之意。上设漏壶鼓角，在中心阁稍西；钟楼在鼓楼之北，阁四阿，檐三重，悬钟于上，声远愈闻之。

在《马可·波罗行纪》中也有钟鼓楼的记载：“城之中央有一极大宫殿，中悬大钟一口，夜间若鸣钟三下，则禁止人行，除产妇与病人需要外，无人敢通行道中。纵许行者，亦须挟灯火而出。”

于是，钟鼓楼担负起了那时整个城市的报时功能：“其上则昼谨时刻，夜严鼓角。所以警动其民之观听而时其作息之节。”曾到过大都的元代诗人张宪亲身感受后，写下了诗句予以赞美：“层楼拱立夹通衢，鼓奏钟鸣壮帝畿。”这句诗表现出了当时元大都街道建筑的巍峨，以及钟鼓鸣奏下的帝都气势恢弘的景象。

元代的钟鼓楼后来毁于战火。明代于永乐十八年（1421年）新建了钟鼓楼，这是两座单体的墩台式建筑，位于北京中轴线最北端。可惜的是，明代钟鼓楼曾两次毁于火。清代重建时，为防止火灾采用了砖石无梁拱券式结构建设。 

鼓楼里设置了用于定更的二十五面大鼓，其中一面主鼓，二十四面群鼓，群鼓是按照二十四节气而设置的；钟楼上悬挂一口报时大钟，最先是永乐初年铸造的一口大铁钟，悬挂于钟楼二层，钟体通高4.4米，钟下口直径2.4米，重约25吨，因钟声不够洪亮，发挥不出为京城撞钟报时服务的功能。于是，在此后的永乐年间，重新铸造了一口永乐报时铜钟，将那口铁钟换了下来。这口永乐大铜钟，钟体通高7.02米，直径3.4米，厚度0.245米，重约63吨，堪称“古钟之最”。钟体高大呈圆状，为铜锡合金铸造，具有良好的硬度及韧性，声音洪亮，且延展性好，延长音多，所以声音悠长传播至远。

如此巨大的铜钟，在科技并不发达的古代，人们是如何铸造的呢？我们不妨看一下明末科学家宋应星在《天工开物》中的记载，当时铸造大型钟需要“掘坑深丈几尺，燥筑其中如房舍，诞泥作模骨，其模骨用石灰三和土筑……凡火铜至万钧，非手足所能驱使，四面筑炉，四面泥作槽道，其道上口承接炉中，下口斜低以就钟鼎入铜孔，槽旁一齐红炭炽围。洪炉熔化时，决开槽梗（先用泥土为梗塞住），一齐如水横流，从槽道中视注而下，钟鼎成矣。”这个记载就给我们解开了那时铸造大钟的谜团。可见，当时没有大型熔炉条件下，铸造几十吨重的大钟，均需采用地坑造型群炉熔铸的方法来进行，可见古人的智慧也是不简单的。

如此重的铜钟，那时又没有起重设备，是怎么挂上去的呢？有史学家研究发现，在古代建设钟楼，一般都是用堆土的方式往上吊钟的，人们在钟楼两侧用土堆成和钟楼一样高的斜坡，然后靠人力把大钟拉上去，等大钟安装完成后再把下面的土堆移走。为了方便拖拉大钟，人们还会利用冬天泼水结冰的方法进行施工，这样能减少摩擦，拖拉省力。 

钟鼓楼用于定更、报时的器具都是精心设置的。据《日下旧闻考》载：“鼓楼上置铜刻漏，制作极为精妙，故老相传，以为宋朝故物。其制为铜漏壶四：上曰天池，次曰平水，又次曰万分，下曰收水。中安铙神，设机械，时至，则每刻击铙者八，以壶水满为度，涸则随时增添，冬则用温水。”鼓楼上设置刻漏是为了计算时间，到了时间，就开始击鼓撞钟。

清代报时方法是：定更及亮更，皆先击鼓后撞钟，其二更至四更则只撞钟不击鼓。乾隆后改为只在夜里先后击鼓撞钟报两次更，即戌时（19时至21时）称作定更，就是人们听到后可以休息了；寅时（3时至5时）称作亮更，人们听到即可以起床了。钟鼓敲击方法一样，俗称“紧十八，慢十八，不紧不慢又十八”，快慢相间计六次，总共计一百零八声。

钟鼓楼报时职能隶属于銮仪卫管辖，这个銮仪卫是负责皇帝出行仪仗和皇帝保卫工作的机构，总管为正一品武官。据《钦定大清会典》载：“率校尉鸣金伐鼓、夜则值更。神武门外钟鼓楼，设更鼓晨钟，每夜派校尉承值。”每晚值班的銮仪卫校尉，戌时定更，司鼓校尉以“对灯”为号，钟声响，城门关，交通断，叫“净街”。

“九门八典一口钟”，是老北京过去常说的一句谚语，意思是北京内城的九个城门启闭，都要听钟楼的钟声为信号；皇城和紫禁城的更夫也要听钟楼的钟声行动；大臣上早朝，三更起床，四更到午门外朝房等候，五更上朝，进入午门上早朝，均要以此为信号。

清代重建钟鼓楼时，乾隆皇帝为此专门写了《御制重建钟楼碑记》，其中对当时钟楼撞钟报时的情形，有过生动形象的描述：“当午夜严更，九衢启曙，景钟发声，与宫壶之刻漏，周庐之铃柝，疾徐相应。清宵气肃，轻飙远扬，都城内外，十有余里，莫不耸听。”这里，乾隆皇帝是说，当时的钟声能够传到十余里远。

果真如此吗？中国科学院声学研究所曾运用现代科学仪器，对钟楼报时铜钟的钟声进行过两次测量，结果表明：当敲钟声音为50分贝时，无高大建筑阻挡的情况下，可以在近4公里处听到钟声；如果加大到110分贝时，可在10公里处听到钟声。

元明清时期，北京钟楼周围并无高大建筑物，如果用力敲响铜钟，显然可以在10公里以外听到。乾隆皇帝所言“都城内外，十有余里，莫不耸听”，应不虚也。