2023年11月7日星期二，清华大学科学博物馆举行了一场特别公开讲座。讲座题目为《水运仪象台的复原问题--在翻斗与定斗争议之外》，报告人是清华大学科学博物馆高级研究专员林聪益。
科博高级研究专员林聪益先生做报告
本次讲座聚焦水运仪象台复原中的核心问题——“翻斗-定斗”之争。
“翻斗”与“定斗”是两种枢轮复原方案，其区别在于：翻斗方案的受水壶可以独立于枢轮而转动，定斗方案的受水壶固定于枢轮之上无法自由转动。
早在20世纪60年代，李约瑟（Joseph Needham）、康布里奇（John H. Combridge）和伯斯塔尔（Aubrey F. Burstall）就针对该问题展开过争论，结果是：翻斗方案在后世复原中占据上风，而定斗方案则连同其首位实践者伯斯塔尔一起被遗忘。
然而，在90年代以后，占据主流的翻斗方案引起了部分学者的质疑。李志超、孙小淳、唐晓强等人以定斗方案制作了1/3大小的水运仪象台，再次把“翻斗-定斗”之争带入学界视野。
报告人首先回顾了“翻斗-定斗”之争的历史经过，肯定了唐晓强教授对枢轮结构所作的创新。报告人认为，如选择定斗方案，则该设计是应当被优先考虑的。
科博馆员、水运仪象台复原课题组成员以及科学史系博士后等聆听报告
报告人随后表达对翻斗方案的支持，并对学界中存在翻斗的质疑作出了回应。目前对翻斗方案的质疑主要在于“受水壶的转轴在原书中没有被记载”。报告人对此作出了三点回复：
一．“没有文字记述”，从工程设计来说，就是多了一个自由度，即代表任何可行设计都可采用(翻斗和定斗都行，只要达到其功能即可)。
二．但从功能来说，受水壶就是一个振荡器（注：振荡器是均匀周期性运动的产生装置，擒纵机构是运动的控制机构，二者组成擒纵调速器。擒纵调速器靠震荡装置的周期运动，使擒纵机构保持精确与规律的间歇运动，从而实现调速作用），所以受水壶必须要动，而且是产生等时性周期运动。相关的原文记载有“枢衡、枢权各一，在天衡关舌上，正中为关轴于平水壶南北横桄上，为两颊以贯其轴，常使运动。首为格叉，西距枢轮受水壶，权随于衡东，随水壶虚实低昂。”
三．翻斗在计时精度和动力两方面优于定斗。从计时精度角度来说，在翻斗方案中，计时精度由受水壶、枢衡、平水壶等组成的秤漏装置决定。在定斗方案中，除以上部件外，枢轮、天柱、浑仪、浑象、昼夜机轮等之间的传动和摩擦都要被考虑进来。而就工程设计来说，计时精度的影响参数越少越好。
从动力角度来说，在定斗方案中，必须克服整个传动系统(尤其是枢轴、天柱、机轮轴、浑象极轴、浑仪极轴等转轴)的静摩擦力才能启动枢轮（枢轮是间歇运动）——也就是说启动定斗方案枢轮所需的力比翻斗方案大得多。然而，枢轮承担着向全台输出动力的重要功能。这一动力需求量很大，如果力更多地用于克服静摩擦力的话，就很难带动浑仪、浑象等各部件转动了。这一问题在不用现代轴承的时代更为突出。
在对比完两种方案在机械构造上的优劣之后，报告人着重强调了翻斗方案的历史意义。
首先需要明确的是，无论翻斗还是定斗，都需要一个振荡器来产生均匀周期性运动。只不过定斗方案把整个枢轮都纳入振荡器结构之中，翻斗仅把单个受水壶纳入振荡器结构之中，是以后者才会在机械上具备前述提到的几个优点。但为什么把受水壶单独作为振荡器的翻斗结构更加合理呢？因为其枢衡机构与天池、平水壶形成了一个“定时秤漏装置”。“秤漏”是中国古代机械中发展史中重要的一环。从“定时秤漏装置”的角度来解读枢轮结构，不仅符合水运仪象台的历史背景，更揭露出中国古代擒纵调速器的模式。报告人强调，必须要以擒纵调速器的功能这一角度来理解枢轮机构的构造和运动，这一点是非常重要的。
在从机械和历史两个角度对比了翻斗定斗两种方案的优劣之后，报告人以大量实验数据和影像资料等向观众介绍了自己所制作的1:1青铜枢轮模型的情况，并提出了在实践中发现的两个问题：一是枢轮的动力可能不够，二是在翻斗过程中，水可能会溅到地面。
针对这两个问题，报告人在原有的翻斗方案基础上作了进一步创新，认为原书中的“洪”并非一般学者所说的“成对木辐的合称”，而是“一种水斗的结构”。
报告人指出，“洪”的古意为“大水”，这暗示了“洪”实际上是用来积蓄大水、提升枢轮输出扭矩的。而原书对“洪”不着一字解释，这说明“洪”在该处的意思在古代是为人习知的。因此，可以根据传统水车结构和“如何夹持受水壶的需求”来设计“洪”，“洪”的大小可以根据整个系统的动力需求来加以调整。
具体而言，新方案的受水壶在翻转后，水流入枢轮上的“洪”内，而不是像传统翻斗方案那样被直接倒入退水壶。这既增加了枢轮的动力，也让水不至于流到地面。
报告人将新方案总结为“枢轮同时具有定斗和翻斗的特征，作动相关联，但功能各异，各司其职”。“定斗”意指“洪”固定在枢轮上，枢轮因而得以成为一“动力水轮”。“翻斗”意指受水壶可以独立于枢轮而转动，枢轮可以被看作一擒纵调速器。
最后，报告人介绍了新方案“洪”概念的一个应用——“天圆地方-观象授时装置”。
参会人员就报告展开讨论。
报告结束后，与会师生进行了热烈讨论。吴国盛老师认为，报告人从机械角度清楚地分析了两种方案的优劣；并且，将动力功能和擒纵功能分开考虑，是新方案的一个重要创新。游战洪老师高度评价了报告人关于“洪”的分析，认为对关键术语的考证是复原中的一大关键。王哲然老师从《新仪象法要》原文“每受水一壶过，水落入退水壶”出发，提出了对报告人结论的一点疑问。徐思源同学认为，报告人已从机械学和历史背景出发，充分论证了翻斗成立的必要性和合理性，但新方案对“洪”的解读还可以进一步商榷；在复原中，“天梯”传动系统也是值得考虑的一个方向。
集体合影
【供稿：研究部；审核：王哲然】
