明代用來建造紫禁城的石料動輒上百噸，工人竟然有車不使，用旱船;有路不走，靠冰道。有何玄機?中美學者的一項合作研究發現，除了當時的車輛不具備這種載重能力外，在低速重載的情況下，滑動比滾動更省力、更安全。該論文刊登在最新一期《美國科學院院報》上。
明代《兩宮鼎建記》中記載：1557年，重達120噸的石塊乘坐旱船，從房山大石窩地區的采石場出發，沿著人工冰道“滑行”了28天、70公里，最終來到紫禁城。
百噸巨石這一路究竟是如何滑行的呢?論文第一作者、北京科技大學機械工程學院副教授李疆向本報記者詳細還原了石塊“滑”船的場景：工人先是在運送石料的路上每隔一里左右掘一口井，到了隆冬滴水成冰的日子，從井里汲水潑成冰道;運輸時，工人再取井水灑向冰面，讓冰道表面瞬間形成一層“水膜”，再向前拉拽載有石料的旱船。
別小看這層“水膜”，它的作用相當于潤滑劑，使得旱船與冰面之間的摩擦力驟然減小。李疆等人的實驗表明，這種情況下所產生的動摩擦系數僅0.03，而普通冰面是0.22。如果要搬動120噸重的石塊，“冰道+水膜”僅需50人;若是在土路和冰面上，至少分別需要1500人和330人。
李疆表示，不少經典文獻普遍認為，古時以輪式車為代表的滾動運輸方式，比滑動更先進。但是，車輛對路面要求比較苛刻，勢必大興道路，影響到故宮的建造工期。當時北京冬季的平均氣溫在零下5℃左右，冰道既結實又光滑。此外，16世紀末所使用的十六輪車，載重量最高約95噸。而修建紫禁城動用的巨石多為百噸級，最重的一塊是擺放在保和殿后、刻著九龍戲珠的大石雕，超過300噸，比一架波音747還重。用旱船代替輪式車，說明此時古人已經意識到，在低速重載的情況下，“滑”船比拉車更省力、更安全。
還有分析稱，采石場大多位于淺山，運往紫禁城一帶基本是一路下坡，地形上也幫了忙。現在看來，故宮運石路雖是優中選優，仍行之多艱——極限速度只有每秒8厘米，而蝸牛每秒爬行約2厘米。
李疆告訴記者，這項研究源于一次旅游。去年夏天，她與清華大學摩擦學國家重點實驗室副研究員陳皓生，陪同首次來訪的普林斯頓大學機械與航空工程系教授霍華德·斯通參觀故宮，期間三人對大石雕的運輸問題頗為好奇。事后他們查閱文獻，卻未發現從工程科學角度進行相關分析的資料，三人因此決定一探究竟。(記者 史博臻)
原標題：揭秘：古人以“冰道+水膜”運送故宮建造石料
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