四、设计制造“七宝灯漏”

《授时历》完成，以及大量有关新历的资料整理结束，这已是至元后期了。也就是到了忽必烈晚年时期，此时，朝政腐败，民不聊生，暴动和起义相继而起。在这种形势下，太史院和司天台的业务当然难于继续有所做为， 只是奉行着逐年编历与日常观测的例行公事。但是，郭守敬具有多方面的才能，除了当时政府又要他参与都城的水利工程外，他还在机械制造和机械传动装置等方面下功夫，特别是在同天文学有密切联系的计时仪器制造上，进行了辛勤的工作。虽然这里也有继承前人的创造，但是它们也反映出中世纪时代我国机械制造的水平。

这时期，郭守敬制作过一座“七宝灯漏”。那是一座时钟。虽然主要是为了取悦于元世祖忽必烈，给其享乐的生活添加一件富丽堂皇的摆设，但它的构造确是不简单的。

这“七宝灯漏”，实际上是一架原动力为水力的精密的机械时钟。整个灯漏高 1 丈 7 尺，约 5.3 米。它的主体是一个大“灯球”，内部分成 4 层， 各起各的作用。

顶部最高一层内，四方环列着“四神”，即代表日、月以及天上列宿中在天球上相差半周的参宿与辰宿。它每天自东向西转动一周，表示天体在做周日运动。第三层，按东、西、南、北方向布置着苍龙、白虎、朱鸟、灵龟， 即代表 28 宿的四象的活动模型。它们按一定的时刻跳跃，舞蹈和鸣叫，与周日旋转运动相呼应。第二层四周刻有每日一百刻度的度数，又团团排列着代表 12 时辰的木制“12 神”。每神手中各执一块写明时辰名称的“时牌”， 按时在一定门口出现，报告那时正是什么时辰。另外再有一个木人，立在门口，一直用手指明着刻数；当时是何时何刻一望便知。底层四角又是四个各执乐器的木人。每个时辰分“初”和“正”两段，每段各有四刻。这一层的木人，逢初刻鸣钟，到二刻打鼓，至三刻敲锣；最末四刻时击铙钹。一般说， 在日常生活中，白天六辰还较容易区分，而每辰再细分的八刻则往往吃不准。以时牌报时，配以不同的声响报刻，这样巧妙的一具时钟，确是相当完美。

灯漏的动力装备，是一组水力机械。用水车注入水壶，通过类似漏壶的一组水箱，使一个水位恒定的漏壶中的水均匀地流出，依次冲击激动一个枢轮。枢轮旁边装有一套轮轴装置。利用凸轮机构与齿轮系统，使轮轴传动装置的一重重机轮带动灯球内四层中不同的物象，作出不同的反应。尤其是第三层内的四象模型，能按时鸣叫与舞跃，这是前所未曾有过的。

毫无疑问，机械传动装置内装有控制速度的擒纵器，使走速均匀，计时准确；并且还装有相当复杂的凸轮机构和齿轮系统，以带动这一整套的传动装置。

灯球上面，有一道“中梁”；中梁之上还设有一道“曲梁”。

曲梁上面刻有水槽，用以定水准。中部安设“云珠”一颗。左右两旁， 分别布置“日球”与“月球”各一颗。曲梁两端用龙首作装饰，梁摆动时， 能够口吻张开，目珠转动，好似凝视着曲梁架上的水平位置是否左右平准。云珠下面另挂一颗“大珠”，位于其下的中梁上左右盘旋着两条龙，成双龙戏珠之象。两龙又能随大珠的摇摆而俯仰转动，好象是在昂首察看水槽内的水是否平均稳定。这两根梁，两个龙头和两条龙都非为了单纯装潢而虚饰的，

而是供校正这座水力机械时钟的水平状态之用的。它好象具有自动反映校正水平的工作过程的性能。

“七宝灯漏”框架用的材料是以金子为主要成份的合金。灯球的四面都点缀着各种珠宝与金银饰物，华丽非凡。忽必烈得到它，非常高兴，将它安放在皇宫正殿大明殿上，因而又称为“大明灯漏”。元代，每逢皇帝即位、元旦朝贺、生日祝寿，册立皇后或太子，诸王与外国使节来朝及其它重大庆典，都在大明殿举行仪式。最高封建统治者，就是用点燃这座辉煌的灯漏来烘托那盛大典礼气氛的。

这种水力传动的机械装置，创始于 2 世纪前半期的张衡。经过唐代较多的改进，11 世纪末，北宋苏颂，韩公廉等人曾制造过一座雄伟高大的水运仪象台，高近 12 米。它上层安装浑仪，中层设浑象，底层有一座五层木阁，通过水力传动机构，能自动报时、报刻和夜漏更等，并能摇玲、扣钟、击鼓、打锣，以声响报道时刻。七宝灯漏，自然是承唐宋旧制而作，它基本上同水运仪象台下部木阁内的计时机制相同。可是，北宋复灭以来，南宋初年在临安考虑重作一座时，已无人能理解苏、韩二人的构造原理，也没有人能够看懂苏颂的遗著。苏、韩原器在金初迁燕京后早已毁损。郭守敬能重新制造出来，还增添新的内容，这是不简单的。况且，比欧洲 1386 年方出现的第一台机械时钟，终究还要早一个世纪。不难看出，郭守敬确实具有卓越的才能， 对数学和机械学都有着深厚的基础。

这段时期，郭守敬还试制过木牛和流马，进呈给忽必烈。凡看过小说《三国演义》的，都知道诸葛亮六出祁山伐魏的末期，曾制造过木牛、流马的故事。据史书记载，诸葛亮于蜀汉建兴 9 年（231 年）第五次出兵时，开始以木牛试作运输工具，下一年制造更多的流马和木牛。至建兴 12 年（234 年） 他去世那年，第六次再出祁山，在艰险难行的栈道上使用大量木牛、流马， 运送粮草及军用器材。但是这种木牛、流马的形状到底是怎样的？它的构造和性能又如何？却一向缺乏详细的记述。宋代，曾有人阐释道，木牛就是前面有两条车杠的小车子，流马即独轮推车。因为蜀道的山路崎岖险阻，大车难行，用这类小车子运粮，行动反倒便捷灵活，易于控制掌握。郭守敬进献的木牛流马，当时看到的人说，它们“虽不尽得诸葛旧制，亦自机妙”，使用起来甚为灵巧方便吧！

时光流逝，至元年间的末期，郭守敬已经六十岁左右了。回顾他的壮年时代，他曾在河工水利上作出过一番成就；中年以后，相当一段时间内，又在天文历法与仪器制造上做出了划时代的贡献。授时历的制订工作告一段落后，在负责太史院日常业务之外，他的精力又投入到大都城市建设的水道工程方面。这工作，即使到今天，仍有一定的参考价值。