從樣式雷平格圖，探尋中國傳統建築設計的秘密
演講人：王其亨 演講地點：中國科學院自然科學史研究所 演講時間：2018年11月
我們本期講座的主題，是關於中國傳統建築設計理念與方法。中國古代建築是否經過設計或如何設計，這個問題曾長期困擾國內外學術界，歷來眾說紛紜，也導致了如今我們知道各時期建築形式與做法的演變，卻很難闡發設計程序和方法，尤其是其設計思想與理論。
1930年，萬餘件清代「樣式雷」建築圖檔入藏當時的北平圖書館等機構，相關整理和研究隨即展開。近年來，隨著國家自然科學基金的持續資助，相關研究逐步深入。現在學者們已經發現，清代皇家建築作為賡續中國古代傳統的重要文化遺產，它從選址、規劃設計、到施工，都有縝密的運作程序；而負責皇家建築設計兩個多世紀的「樣式雷」各代傳人，均能十分嫻熟靈活地運用豐富多彩的圖學語言，包括各種富於現代意義的投影法及圖層方法等，翔實表達其創作理念並指導施工，充分彰顯了中國古代哲匠的非凡智慧。也正因如此，2007年清代樣式雷建築圖檔被聯合國教科文組織（UNESCO）列入《世界記憶》名錄。
在這些樣式雷建築圖檔中，存在著大量的平格實例，我認為，這是解開中國傳統建築設計程序、設計方法及其理念的鑰匙。
下面我們就從樣式雷建築圖檔中的平格圖入手，了解中國傳統建築設計程序和方法的秘密所在，並力圖釐清它的歷史淵源及發展脈絡。
王其亨，1947年生。天津大學建築學院建築歷史與理論研究所學科帶頭人，博士生導師，國家級教學名師。長期從事中國古代建築歷史及理論的教學和研究，在古建築測繪、明清皇家陵寢與園林、古代建築圖學、清代樣式雷建築圖檔、傳統建築設計理論和方法、文化遺產保護實踐與理論等學術領域居於國內領先地位。
從數碼單到格子本再到平格
古人在複雜山地上做平面、豎向設計，既要考慮地形地貌、地質資源，還需儘量減少人工幹預，併兼顧景觀和氛圍的最優。其首要環節就是必須精準描繪地形。而「平格」方法最直觀的應用方式，就是對平面尺寸的統計和把握，通過「平格」可計算相關平面面積，為選址和規劃設計提供重要依據。
圖1：樣式雷建築圖檔中的「數碼單」
已有樣式雷建築圖檔中，存有大量的文字「數碼單」（圖1）。測量地形時需先用白灰從穴中（地宮棺床中心）即基址中心向四面畫出方格網，方格尺寸視建築規模而定，一般每格五丈。然後測量灰線網格上各交點的標高，穴中標高稱為出平，高出的叫上平，低下的稱下平；最終形成計量描述地形的文本。記錄某個剖面高下的文本，叫「平子單（底）」，也就是我們看到的數碼單；綜匯全部高程數據的文本，叫「格子本」（圖2）。
圖2：樣式雷建築圖檔中的「格子本」
除了「平子單」「格子本」，在現存清代樣式雷家藏建築圖檔中，還有大量按比例繪示格網、交點處標註高程數據的畫樣，稱「平格樣」。由此可推敲建築平面布局，或按相應高程圖即「平子樣」作豎向設計，便利於核算工程量和控制施工。如同治六年《南海形式［勢］圍長圖》（圖3），圖上繪十丈見方的平格，通過統計「整格」與「破格」的數量，快速準確地計算清淤土方。不僅如此，作為水下工程，需選擇冬季作業，在冰面上畫格，然後打洞立杆測錘。這也是中國古代測量技術史中極為重要的機械化測量方法。
圖3：同治六年（1867年）《現在南海形式[勢]圍長圖》，圖中滿繪10丈見方格網，用於計算清淤土方
作為一種計量方法，平格不僅用於清代皇家建築選址勘測，而且在規劃設計、施工設計中也被普遍採用。如普陀峪定東陵神道碑亭內龍蝠碑的兩個比較性的設計方案（圖4），可清楚看到運用平格作圖，以不同的數字比來推敲龍蝠碑側立面比例的過程。
圖4：普陀峪定東陵神道碑亭龍蝠碑立樣
此方法不僅適用於單體設計乃至細部設計，對大規模建築組群關係的完善也起到直接的推動作用。如國家圖書館收藏的清乾隆四十九年（公元1784年）《圓明園內圍河道地盤全圖》覆蓋百尺平格（圖5），依靠平格尺度結合傳統風水理論的「形勢」說法，可以直觀地把握各建築群之間的視距關係及空間尺度，使空間圍合獲得完整的效果，富於人情味和親切感。
圖5：乾隆四十九年（1784年）《圓明園內圍河道地盤全圖》，圖中滿繪10丈見方格網
平格的豐富含義
在眾多樣式雷圖檔中，在相同的實質內容和圖學表達形式下，「平格」曾有多種叫法，例如：抄平格子，抄平格子樣，抄平格子尺寸樣；抄平子格子樣，平子格子，平子格，平格子；抄平格圖；抄平尺寸方格樣等。
比較而言，以「平格」叫法最為概括，其中包括「平」和「格」兩個最本質的要素。
平格的本質含義，第一是「平」。在樣式雷圖檔中，特指水平、抄平或抄水平、抄平子，就是用水平即水準儀勘測地形高差：確定一個水平面，據以測量相關控制點的高下尺寸。其實質，就是地表高程測量。這項工作，實際是以水平投影為正方形的格網即所謂「格」為基礎，逐一測量並記錄落實到地表上的網格線各個交點的高程。
在樣式雷圖檔中，格，就是打方格，也叫打格子、格方。包括：在地表上按一定的水平投影尺寸（常用五丈，或十丈、二十丈），用白灰畫出正方形格網，這一工作也叫「灰線」。然後，逐一測量並記錄格網各交點的高程；在圖紙上按一定的比例尺畫出對應的正方形格網，記錄格網各交點高程測量數據，並據此進行建築規劃設計。
樣式雷建築圖檔中的「平格」樣或「平格」圖，在選址勘測、規劃布局、建築設計以及施工等環節，曾得到非常廣泛的運用。一是用作建築選址時地形的計量勘測，竟完全契合當代數字地面高程模型（DEM）的核心理念；二是用於建築規劃設計尤其是組群布局，融匯了傳統風水的「形勢」說，類同當代日本學者蘆原義信針對建築外部空間設計提出的「外部模數理論」，但比之更完備的是平格還用於豎向設計；三是用於施工設計，相當現代地形圖或DEM，可以便利於核算工程量及控制施工。這樣精審的模數網方法，顯然比世界史上已知的所有傳統模數設計方法更深刻、更完備也更先進。
平格的運作實例
清代皇家建築尤其是陵寢的設計事務，通常始自選址。當時，樣式房匠人即供役相關工程設計的建築師，要隨有關官員和風水師等人一併赴現場勘察風水，統籌生態、景觀及工程地質、環境容量等要素，確定基址並展開相應的規劃設計。
在選址中，需要十分注重建築人文美與山水自然美的有機結合。例如清朝鹹豐皇帝的定陵，其基址（穴位或明堂）以及中軸線（山向），經過全面詳縝地權衡底景、對景等各方面景觀因素，才能最終優化確定。
在選址並酌擬設計方案時，要進行「抄平子」即地形測量，如前面所講，從穴中向四面畫出經緯方格網，方格尺度視建築規模而定；然後測量網格各交點的標高，最終形成定量描述地形的「平格」。由此可推敲建築平面布局或按相應高程「平子樣」做豎向設計。
比如，慈安、慈禧太后的定東陵在選址規劃、設計和施工就運用平格方法。陵寢所在地的自然地形中間是深達六米的衝溝。設計人員經過一次次精確地勘測以及局部測量，形成平格圖。在此基礎上做組群布局，經多次調整，最終確定平面及豎向的設計方案。在最後的方案中，我們可以看到，中間的溝壑作為洩洪的馬槽溝，兩邊也利用天然衝溝的設計，減慢流速，既將地面工程量減到最小，同時兼顧景觀。然後基於精準的地形數據和此基礎上完成的設計方案，製作成「燙樣」，也就是建築模型，包括呈現組群布局的「全分樣」（圖6），以及呈現每個單體設計的「個樣」，待皇帝審閱批准後就可以進入施工程序。
圖6：普祥峪普陀峪「全分燙樣」
平格的源流
古代相關文獻的記載和實物遺存表明，清代樣式雷建築圖檔中採用的平格方法有著深厚的歷史淵源，也曾影響了日本、韓國的傳統建築文化。其中，還涉及中國古代數學、計量學、製圖學的發展脈絡。
1.中國早期計裡畫方實例
中國古代就有「計裡畫方」的傳統，實質就是「按照一定比例畫方」的方格網製圖方法。比如現存的北宋《禹跡圖》，就是按此方法繪製而成。
關於宋代「畫方」的運用在文獻中也多有記載。如《宋史·藝文志》中《九州格子圖》一卷，《玄象隔子圖》一卷。《續資治通鑑長編》也有「司天監丞邢中和上所藏《古今天文格子圖》」的信息。而錄入《永樂大典》的金代《大漢原陵秘葬經》用「格子圖」表述墓葬選址規劃中有關方位及尺度權衡的規則，就是格子圖用於規劃設計的較早例證了。
2.中國方格圖法在其他國家的影響及流傳
日本現存的一批公元8世紀古地圖和建築規劃設計圖，正是採用我國的「方格圖法」繪製而成，表明這種圖學方法的實際運用，至少可追溯到相當於我國唐代的歷史時段。
比如日本奈良東大寺正倉院藏有8世紀的田圖20種，最早繪製於公元751年，最晚則在公元767年。表示條裡的方格（每方一町）中記有坪的編號和東大寺所有的土地面積。我們可以看到，方格越過山地在全圖上展開，說明條裡的劃分和土地起伏無關，只是以地表水平位置為統一掌握的坐標。而日本天平勝寶八年（公元756年）《奈良東大寺山界四至圖》是日本現知最早的寺廟圖，是敕命確定寺院範圍時繪製，右下方記載此事和負責人。朱色方格覆蓋圖面，河流和道路為平面，山峰和建築為立面，圖四面題寫東、西、南、北，字頭向內。繪製於同一年的《奈良東大寺講堂院配置圖》是日本現知最早的建築配置圖，即建築組群的規劃設計圖，是營造東大寺時繪製的，表現了講堂、僧房及食堂等的總體平面配置。作為基準線的方格覆蓋圖面，每格方1寸，代表實長1丈，即10尺，相當於比例尺1∶100。
古代韓國建築規劃設計也曾普遍運用方格模數網。
另外，現存馬可·波羅從中國攜回的世界地圖，其女兒莫瑞塔（Moreta）標定為公元1288年，被稱為《莫瑞塔·波羅地圖》，摹繪自遼代地圖，其範圍西至直布羅陀海峽，東至阿拉斯加半島，涵蓋千島群島、堪察加半島、白令海峽、阿拉斯加等地域。這是中國「畫方」或「方格」地圖傳入西方的最早實例。
3.中國方格圖的起源與製圖六體
中外學者大多認為，這種「畫方」即「計裡畫方」的方法實際起源於夏商周「井田制」的國土規劃方法。西晉的裴秀在其《禹貢地域圖》序中結合此方法，並綜合其他要素總結出繪製地圖的基本原則，即「製圖六體」：「製圖之體有六焉。一曰分率，所以辨廣輪之度也。二曰準望，所以正彼此之體也。三曰道裡，所以定所由之數也。四曰高下，五曰方邪，六曰迂直，此三者各因地而制宜，所以校夷險之異也。」按文義，「分率」的實質就是當代製圖（地圖，建築設計圖，機械設計圖等）理論所謂的「比例」——圖中圖形與實物的線性尺寸之比。不過，按其所說的「所以辨廣輪之度」，「廣輪」出自《周禮·地官·大司徒》：「以天下土地之圖，周知九州之地域廣輪之數。」唐代賈公彥疏引東漢馬融謂：「東西為廣，南北為輪。」由此看來，裴秀所謂「分率」，還兼顧了方位意義。作為全人類最早的關於地圖測繪的理論系統，「製圖六體」還曾被後續的唐代賈耽、宋代沈括、元代朱思本和明代羅洪先等學者推崇和繼承。
在這裡需要注意的是，清初著名學者胡渭曾參與康熙《大清一統志》編纂和繪製地圖，並精研中國古代地理，繪有大量歷史地圖。他為詮解古代地理學元典《禹貢》而撰《禹貢錐指》，不但指出地圖畫方即「計裡畫方」實源自上古的「井田制」；而且對裴秀的製圖六體首推「分率」，強調：「今按分率者，計裡畫方，每方百裡、五十裡之謂也。」就是說以一定比例畫方。胡渭的論斷，從康熙朝以來樣式雷的「平格」圖中也可獲得確證：其計量勘測和製圖的操作基礎，正是按比例畫方。
4.中國方格圖與西方製圖技術交流
公元17世紀，西方按地球經緯度測繪地圖的方法經由耶穌會士傳入中國，並在清康、雍、乾三朝大規模應用，但中國傳統的計裡畫方地圖，仍然應用不輟。在清代內務府輿圖房檔案中，中式地圖稱為「方格圖」，西式地圖則稱為「斜格圖」。
尤其是在康熙五十五年（公元1716年）依平格法繪成《大清中外天下全圖》，據文獻記載「至本朝中外一統，久道化成，康熙丙申歲（康熙五十五年，即公元1716年），遣使臣遍歷各省，用儀器考北極高度，繪中外輿圖，每方百裡。自北距南二百裡，則北極高一度；自南距北二百裡，則北極低一度；距百裡，則半度；餘各有差，以順天為中宮，縱橫百裡，上應天度，南北相懸，東西各別。閱圖者，一考北極高度，一考天星分野，一考道途遠近，一考各地界限，一考山川脈絡，一考江河源流，分之則每省各為一圍，別一顏色，無相雜也，合之則中外共為一張，經緯其度，實相聯也。洵稱美善之規，□為金玉之寶也夫。」可知，其平格法理念與本初子午線一致。康熙五十八年（1719）繪成《皇輿全覽圖》，首次發現地球為扁球體。而乾隆二十五年（1760）《皇輿全圖》，則規模更大，已繪至北極。
5.方格圖在中國古代諸多領域的應用
中國古代，方格網的應用不僅限於計裡畫方的製圖方式，在數學、軍事、音韻學、音樂乃至遊戲領域都有應用。如東漢末年趙爽（字君卿）運用九宮格證明公元前二世紀《周髀算經》勾股定理的「弦圖」和「日高圖」等數理推算，便採用了方格網的方法，明代顧應祥的《弧矢算數》中也有「虛隅圖」，同時代的朱載堉在《律學新書》中則運用模數化方格網來研究圓與方形線度和面積的數學關係，可以看到這種方法在中國古代幾何計算方面曾長期傳承；在北宋《武經總要》中，多幅軍陣圖採用了九宮式格網；北宋邵雍《皇極經世書·觀物篇》用方格表述語音反切，南宋鄭樵《通志略》的語音表，則用方格坐標系統來標定各個漢字的元音、輔音及尾音「分度」並按樂符分類；在音樂記錄方面，中國古代有方格記譜法，與五線譜屬於同一體系；中國古代發明的圍棋和象棋也是方格網方法具體應用的範例。而在勘測、規劃和建築設計方面，當代出土的2300年前中山王陵《兆域圖》（圖7）就已經隱含了「百尺為形、千尺為勢」的平格機理。
圖7：中山王陵《兆域圖》
綜上所述，無論是從實際運作還是從歷史源流來看，可以推斷，兩千多年來，中國人延續運用這種方法，長期領先世界測量史和圖學史，堪稱奇蹟。
《光明日報》（ 2019年01月12日 10版）
[責編：王麗媛]