▌刘永加
《四库全书·新仪象法要》所记载的水运仪象台
前段时间，有媒体报道，清华大学成功复制了一千年前北宋的水运仪象台，即天文钟，不久将在要建成的清华科学博物馆展出。
这座水运仪象台被称为世界上最早的机械钟表，是由北宋的天文科学家苏颂等人制造。
据《宋史·苏颂传》，苏颂生于宋真宗天禧四年（1020）十二月，福建泉州南安人。庆历二年（1042）中进士，先任地方官，后改任馆阁校勘、集贤校理等职。宋哲宗时期，先后任刑部尚书、吏部尚书等职，晚年入阁拜相。
苏颂出生在官宦家庭，从小接受了良好的教育以及天文历法的熏陶。其孙苏象先在《魏公谭训》中这样记载：苏颂小时，曾祖母房中就有北极、北斗四圣像，家中还收藏有浑天仪的小样，这都成了他儿时的玩具。
16岁时，苏颂父亲在扬州任通判，让他作《夏正建寅赋》（夏正建寅，是指夏历中以寅月为正月）。赋成，父亲看后也非常满意：“夏正建寅无遗事矣。汝异时当以博学知名也。”
其后的科举考试中，苏颂先后两次以天文历法为内容，写下了《斗为天之喉舌赋》《历者，天地之大纪赋》两篇文章，他利用自己的天文学知识，纵横驰骋，深得主考官的赏识。尤其是在中进士的考试中，欧阳修读后很是感慨，将苏颂列为第一。值得一提的是，当年同榜的还有王安石。
苏颂入朝为官后，遍览皇家藏书，刻苦钻研天文历法知识，为以后制造天文仪器打下了基础。
那时，宋代已经制造过一些大型天文仪器，有至道元年（995）的铜浑仪、大中祥符三年（1010）的龙图阁浑仪以及皇祐三年（1051）的新浑仪等。熙宁年间的科学家沈括对这些仪器进行了改造，取得了一定的进步，但是由于技术受限，精确度不高，已经不能适应观测天象，测定节令和报时的需要。因此，宋廷急需研制更精巧的新仪器，这个责任自然就落到了深谙天文历法的苏颂肩上。
宋哲宗元祐元年（1086）十一月，诏命苏颂制造新的浑天仪。为了更好地研制新的浑天仪，苏颂立即召集天文历法官员，一面收集天文资料，一面开始寻访有天文专长的人才。
他先是发现了精通《九章算术》、掌握“测天之术”的韩公廉，于是奏请皇帝，调韩公廉协助他。接着，苏颂发现了寿州州学教授王沇之，学有专长，将其调入汴京，“充专监造作兼管勾收支官物”。他考察太史局和翰林天文院时，选出“夏官正周日严、秋官正于太古、冬官正张仲宣”等人，与韩公廉同充制度官，“局生袁惟几、苗景、张端，节级刘仲景，学生侯永和、于汤臣测验晷景刻漏等，都作人员尹清部辖指画工作”，也就是由尹清统管全部组织工作。
苏颂上疏奏请宋哲宗设立研制水运仪象台的专门机构——元祐浑天仪象所。皇帝奏准后，各项工作全面展开。从设计图纸到水运实验，从木制模型到观测天体，苏颂都是精心审核，反复试制。
首先，在充分研究前人资料与仪器的基础上，韩公廉初步设计《九章勾股测验浑天书》。苏颂审核后，命韩公廉“造到木样机轮一座”。
元祐三年（1088）五月，制作出了“小样”。宋哲宗与百官对小样的试验都很满意。接着十二月大木样制造完毕，经过充分准备，演示又取得了成功。“闰十二月二日具札子取禀安立去处，得旨置于集英殿。”这是研制的第一阶段，即大木样的研制过程。
第二阶段是铸造铜制的浑天仪。铸造之前，翰林学士许将等人再次检验大木样的测试结果是否准确。“元祐四年三月八日（许）将与周日严、苗景昼夜校验，与天道合，诏以铜造。”
经过三年的精心研制，新的浑天仪终于造成，用铜约两万斤。因为它是由水力推动枢轮起动机器运转，所以称为“水运仪象台”。“元祐七年六月，元祐浑天仪象成，诏三省、枢密院官阅之。”在御前演示和观测实验中，水运仪象台受到宋哲宗以及三省、枢密院、太史局等官员的一致好评。宋哲宗把水运仪象台命名为“元祐浑天仪象”，并指示安放在“合台”，即水运浑象台上。
这座水运浑象台，高35.65尺，约12米，宽21尺，约7米，相当于现在一座四层高的住宅楼房。
《宋史·苏颂传》中记载，“为台三层，上设浑仪，中设浑象，下设司辰，贯以一机，激水转轮，不假人力。时至刻临，则司辰出告，星辰隧度所次，占候则验，不差晷刻，昼夜晦明，皆可推见，前此未有也。”在《宋史·天文志》中也有记载：“上置浑仪，中设浑象，旁设昏晓更筹，激水以运之，三器一机，吻合蹄度，最为奇巧。”
水运仪象台共三层：上层装有由龙柱支撑的浑仪，设有启开顶板，雨雪时封顶，以防对仪器的侵蚀，观测时可以自由拆开。
中层设有浑象，即天球仪，昼夜自动旋转，旋转一周与地球自转一周的时间相同，可准确地再现出不同时刻的实际天象。浑仪的望筒能随被观测的天体同步运动。
下层是报时的五层木楼，能报时报刻，即机械时钟。第一层木楼有三个门，到每个时辰的时初，有穿红衣的木人在中门击鼓。第二层，每逢时初时正，手擎报时牌之木人即出现于中门。第三层专报刻，届时亦有手擎报刻牌之木人出现。第四层木人敲铃，做打更状，报晚间时刻。第五层木人专报日出日入。
水运仪象台不需要人力控制，其动力机械是一个由三十六个水斗和钩状铁拨构成的枢轮，即水轮，枢轮顶端有起到杠杆作用的“擒纵器”。枢轮由水流量和擒纵器控制，按一定的速度运转，进而带动整个仪象台的运转。整座仪器既能观测天文星象，测出日月星辰的位置，又能用于计时报时。构思巧妙，制造精良。
苏颂将浑仪、浑象、司辰三器组合成一个整体，这是水运仪象台的最大特色，也是我国古代天文机械制造史上的一大创造。
绍圣元年（1094）十月，在水运仪象台试用两年之后，宋哲宗再次下诏，校验新旧浑仪的优劣。参与比较的新旧浑仪有四台：“在测验浑仪刻漏所曰至道仪，在翰林天文局曰皇祐仪，在太史局天文院曰熙宁仪，在合台曰元祐仪。”在礼部、秘书省主持下，集新旧浑仪的局官，共同测验。结果，还是苏颂的水运仪象台（即元祐仪）最精密。
水运仪象台铸造竣工后，苏颂奉诏“记其制度”，将其设计原理、全部设计图样以及图样的文字说明汇集成书，撰写了《新仪象法要》一书，书中“凡六十图，图各系说，颇为详悉”，是我国古代第一部最完整、代表宋代最高水平的天文机械及其图样的专著，这部书后来收录到《四库全书》中，得以流传下来。
晚年的苏颂，仍然对星空充满了热爱，他一边观看天空的星象，一边在孙子苏象先的头上、背上用手点画，向子孙们讲解天文学的知识。《魏公谭训》这样记载：“祖父仰瞻星宿躔（chán）度，常于小子首背上提之，使知星命。谓子孙曰：‘悬象昭然如此，汝不虔奉，乃欲求之杳冥乎？’”
宋徽宗建中靖国元年（1101）五月，一代天文科学家苏颂去世，享年81岁。
1956年3月，英国著名科学家约瑟在研究了苏颂的水运仪象台后，写出《中国的天文钟》的论文，给予“水运仪象台”极高评价。他还把苏颂《新仪象法要》一书译成英文，轰动了国外的科学界。他在《中国科学技术史》中说：“苏颂把时钟机械和观察用浑仪结合起来，在原理上已经完全成功。因此可以说他比罗伯特·胡克先行了六个世纪，比方和斐先行了七个半世纪。”
