秦朝武器强大到逆天,制造误差只有几微米,它是怎样做到的?
  • 2017年03月23日 http://www.js0573.com 信息来源:新浪历史

  作者:爵至彻侯

  商鞅变法后,秦国虎狼之师开始了他们东出崤函,蚕食鲸吞六国的征程,经历近一百三十年的厮杀,天下诸侯尽并兼于秦。考察秦军的战绩,武备情况是其中一个角度,恩格斯指出“暴力的胜利是以武器生产为基础的,而武器生产本身又是以一般生产力为基础的。”战国晚期的秦军武器如何,是否较之他们的敌人更有优势呢?


  自1974年秦始皇陵兵马俑坑集中出土一批秦兵器以来,关于秦兵器的研究,都发现了秦国兵器的两个方面的特点,一是标准化制式化,这体现了秦兵器制造工业在设计指导和管理思想上的先进性,二是青铜兵器的绝大占有比例,较之普遍认识的战国时代铁器大发展大普及的历史背景看,又反映出相对“落后”的一面。如果把秦兵器放在更广阔的背景下进行分析,或可得出较为合理的解释。独步一时的“标准化”——秦兵器在标准化制造方面的成就有多高?

  “标准化”之所以被视作秦兵器的先进性特征,是因为它一般来说是近代工业时代到来后发展成熟起来的概念。现代的工艺标准化包含如下几个方面,首先是在有意识地对重复性的对象,以统一、简化、协调、最优化为原理,制定出标准,实现产品系列化,通用化,组合化和模块化。

  以秦兵马俑坑出土的秦兵器为观察对象,如数量最多的青铜箭镞,4万枚箭镞中,只有7支与其它形制不同,在同型式的箭镞中,随机抽取172枚,同一镞不同主面的相应尺寸误差仅为几微米,同一镞和不同镞的主面轮廓的不重叠误差分别小于0.15和0.16mm。与箭镞配合使用的发射器具弩机,从全部28套中抽取13套,发现各零件尺寸亦基本相同,特别是销和销孔的间隙配合有较高精度,零件互换不成问题。

 
箭镞范

  秦国取得高度成就的制度原因

  那么,在近代工业出现之前,秦人是如何实现了如此高水平的标准化兵器制造的呢?除了众所周知的秦国“物勒工名,以考其诚”的严格法律管理规定的保障外,至少还有如下原因。

  首先,从制度层面看,标准化是战国时代国家行政管理制度运作的必然要求。战国时代,随着宗法组织的不断瓦解,国家管理模式转向为集权的官僚行政模式,这一模式在技术方面的一个特征是以文书为载体,以实现国家对社会资源尽可能广泛高效的控制和汲取为目的,因此在管理的方方面面,都必然要求尽可能地推行标准化以实现对管理对象的直观量化,以提高效率。

  在以农战两方面为战国国家主要目的的要求下,首先是制定了统一的度量衡标准。并将其运用于田租征收并扩大到社会生活的方方面面,为此,战国国家制作了较为精确的度量衡标准器,并以制定相应法律保证其推行于全国,如上海博物馆藏商鞅方升,铭文为“十六寸五分寸一为升”实测容积为202毫升,为考虑到在实际使用时,不同谷物有不同的堆密度,在秦简中特别规定了黍粟、粝米、麦和水在同重量下的不同体积以便于换算。

  同时在标准器管理上,也以法律形式规定地方官员必须定期校准所使用的度量衡器,如有误差则予以相应惩罚。另外,度量衡标准一经制定既长期稳定,乃至我们在汉代的《九章算术》中依然可见“程粟一升”的容积与商鞅方升一致。长期稳定有效的度量衡标准管理,是实现各手工业门类生产标准化的基础。

  武器标准化与战术效能

  其次,在战争实践中,优化武器性能以实现战术上的最佳效能的需要。自商代以来,青铜兵器迅速普及,到春秋时代之前,因为国家规模较小,战争规模有限,各国作战对象作战环境的不同,青铜兵器的式样表现为在历时性上长期不变,而在共时性上不同地区样式差异较大的特点。

  例如地处中原的晋、周、卫、郑,宋,他们的作战区域就是黄河中下游平原地区,作战形式是以车战为核心,故而戈这种兵器较为发达,而地处南方山林水泽密布地区的楚,吴,越,则因地形限制,作战形式多是分散近战,故用于近距离格斗的剑就比较发达。

  随着春秋时代大国渐渐兼并周边诸小国,大国间的跨区域作战增多,以及进入战国时代以后列国争霸中军事与外交并举的形态出现,特别是随着编户齐民进程的深化和扩大,征兵范围扩大到全体编户民后,军队编成的多样化,构成对武器性能的新要求,加快了在战争中武器更新换代的速度。

  以戈为例,三晋的戈,从春秋后期开始,基本脱离了西周以来主流的圭援戈的形制,而代之以长胡曲援戈,这种新样式的戈,在南土诸国也出现了,只是胡长不同,代之以多个戈编组为戟的形式,这种改型有利于增加戈头与柲之间的接触面,增强稳定性,同时强化了戈在勾杀伤方面的性能,而又不损失戈锋在刺方面的性能。

  但秦在春秋晚期以来,困于关中,作战对象较为单一,除偶尔与三晋的小规模冲突以外,主要作战对象依然是泾渭上游的戎狄诸部,故春秋型秦戈一直保持西周圭援戈的形态直至商鞅变法。

  值得注意的是,随着考古工作获得的实物资料的增多,我们发现秦的物质文化形态在商鞅变法发生的战国中期发生了整体的断裂式剧变,上自贵族使用的铜礼器,下至平民使用的日用陶器,几乎一瞬间改变了面貌,武器当然也是如此,春秋型秦兵器突然就被淘汰了,兵器形制迅速三晋化。

  还是以戈为例,从大良造鞅之造戟开始,到惠文王,昭襄王时代的诸多“上郡守”戈,秦戈形制沿着三晋戈的发展路径不断改良更新换代,这既反映了商鞅变法的彻底性,即中央到地方的政令贯彻统一,又反映了随着秦作战对象范围的扩大,武器更新换代的及时。

 

秦兵器演变

  另一方面,秦军事思想在战争实践中,要求武器标准化以实现战术目标的实现,战国时代,兵民合一的体制要求所有适龄男性编户民可以在战时立即转农为兵,为实现这一目的,在平时就会定期组织军事训练,这种训练以法律规范自什伍至屯,校,操,将各自队伍的指挥和战斗岗位,重组织协同而轻单兵搏击,所以武器越是制式化标准化,对预定战术效果的达成就越有保证。

  《六韬》说,万人之军“戎车四百八十四乘,强弩六千,戟盾二千,矛盾二千,修治攻具,砥砺兵器巧手三百人。”这个配置中,步兵强弩占了绝大多数,而持戟矛这类长兵器的步兵,则除了配属战车外围以外,组成严整方阵。

  以秦兵马俑所展现的阵型为例,规模最大的一号坑,前端三排轻装弩射步兵,两翼又各有弩射步兵,其后为长兵方阵与车兵相间,各单元间皆见军吏俑,可以大概推知当时的作战方式为,以主力为正,前排弩兵先轮替远射,而后长兵器方阵向敌正面压迫,又以战车作为骨干进行冲击,同时以配置在秦俑一号坑侧翼的二号坑,作为“奇兵”,以轻装弩射兵作为犄角配合远距离杀伤前进中的敌阵侧翼,继之以集中编组的机动兵种:轻车、骑兵从敌兵侧翼发动冲击。

 

一号坑阵型图

  在这样一套战术中,对于弩兵、戟矛步兵的战术要求一定是弩的杀伤范围稳定,方能在准确接敌距离发动攻击,戟矛步兵一定要排比长兵整齐划一,步调一致,方能实现对敌阵的正面有效压迫,故而对这些兵器的长短,重量,必须要求一致。

  特别是对于弩兵而言,它的特点是精准,但上弦慢,为扬长避短,镞是否标准,关系到精准的达成,同时,为了满足最优杀伤效果,秦军配置了至少三种不同的弓弩用于不同纵深梯次的弓弩兵,如前排往往是轻型臂张弩,中排又有需双人配合上弦的,射程达前者两三倍的蹶张弩,而后又有精度不如弩,但射速高于弩的弓兵用于密集射杀抵近敌兵。

  这种配置催生了秦弓弩兵器的不同标准规格,据现在发现的秦镞规格来看,大概分为四种规格系列,经测量,不同规格之间的尺寸差等,初步运用了标准化生产中的等比数列概念,接近于现代标准化生产中的R10优先数系。

 

秦弩兵

  青铜兵器比铁制兵器更易实现标准化

  最后,战国时代的青铜兵器和铁兵器的不同生产工艺,造成了若要实现大规模标准化生产,必选青铜的结果。

  人工冶铁在春秋时代发生以来,铁器作为当时先进生产力的标志登上历史舞台,到了战国时代,冶铁技术进一步成熟,铁器制造规模进一步扩大,特别是我国先秦时代别具特色的渗碳制钢术的发明应用,使得这一新材料很快投入军事领域,战国时代对钢铁武器性能的优越已经有了比较清楚的认识,如《荀子·议兵》:“宛钜铁釶,惨如蜂虿”、《史记·范雎蔡泽列传》中,秦昭王说“吾闻楚之铁剑利”。

  然而,新生的钢铁武器虽然性能优越,但是在生产工艺上却与技术成熟的青铜铸造工艺不同,若要发挥钢铁兵器既韧且强的特性,非要经过锻打成钢才可以,而铁的延展性,决定了在锻打多把武器的时候,很难保证不同件之间的尺寸形态一致,或为了求得规格的一致,需要多次手工修正,因而需要耗费更多时间和更多人力,特别是对于箭镞这种消耗量大,但单体体积小的兵器而言,锻打难度更高。

  青铜的生产工艺为模范铸造,只需一件标准器制模,然后翻制多个范型,即可一次批量浇铸出多个一致的铸件,再经过简单的销磨修整,即可达到同批产品误差极小的要求。特别是,观察战国到秦代的青铜兵器的刃部,可见细密规整平行的磨痕,说明这些青铜兵器在修磨阶段,应该是使用了简单机械砂轮的打磨开刃工艺,从这个角度看,显然青铜兵器较之当时的铁兵器更满足标准化生产中的简化原则。

  基于战术运用的需求,以及秦强调社会生产生活方方面面纳入程式化行政管理的要求,兵器生产以铜为先就成了必然选择。在大规模步兵集团作战为主流战阵方式的战国中后期战争中,武器装备整体上的标准化自然比单一武器的高性能更优先,秦先进的标准化武器制造管理,与采用性能相对落后的青铜,实是这一逻辑下的两面。

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