風車是古人成功利用自然力的一項重要發明。中國的立帆式大風車在世界風車史上獨樹一幟，其構造原理迥異于歐洲和西亞的風車。這種風車巧妙利用了船帆，能夠適應各種風向，用于驅動水車——龍骨車。操作者可以根據風力大小，升降若干個風帆。風帆的構造和升降操作與中國船帆技術同出一轍。在風車的運轉過程中，每面立帆都能繞桅桿轉動，調節迎風角度。也就是說，風帆具有自動迎風的功能，無論風從哪個方向吹來，風帆在一半的行程里都自動迎風。考諸史料，風力龍骨水車的構造和尺寸在14世紀中葉的明初已經定型；清代初期，江蘇寶應一代農民已廣泛使用立軸式風力龍骨水車來提水灌溉稻田；18世紀以來的文獻對立軸式風力龍骨水車在江浙及沿海地區應用于農田灌溉、澇災、鹽田的記載更多；且對于構造和用法的描述更加翔實。到20世紀六七十年代，隨著現代水泵在農村的廣泛應用，大風車逐步被淘汰，淡出人們的視野。

1982年中國風力資源調查時，調查人員在鹽城市阜寧縣溝墩的鹽田中發現有一臺已經損壞無法運轉的立帆式大風車，該風車為流傳至今的最后一臺大風車。2004年，中國科學院自然科學史研究所和南臺科技大學的合作者正式商定風車復原制作計劃，并最終于2006年7月在江蘇射陽縣海河鎮制成一架大風車和一架龍骨車。近期，由山東科學技術出版社出版的《中國立帆式大風車的復原》即呈現了此次大風車的研制。

圖1 復原的中國立軸式風力龍骨水車實景圖

自12世紀以來，大風車技術的發展日趨注重日常制造、維護和使用。大風車整座機器的結構相當簡潔、穩固，可以說是多一桿則嫌累贅，少一桿則不穩，卻又不至于崩塌。而且它也能根據當地的地理環境和氣候風場，發展出適當尺寸規模的風力龍骨水車，成為一種全機械化的提水機器。正因為它能不用人力地解決農田灌溉和鹽田提水問題，在有充分風源的地方，容易推廣和普及，并在當地形成一個產業，如蘇北地區，大大影響了人民的生活，所以大風車不僅代表一種技術，也代表一種文化。

大風車代表一種技術

立帆式大風車及其驅動的龍骨水車所形成的立軸式風力龍骨水車技術（簡稱大風車技術）是中國傳統灌溉技術的集大成者，可以反映出中國古代技術的一些特點，包含技術的創新性和綜合性，以及技術的適用性（因地制宜）和廣泛性（一器多用）。

1.技術的創新性——龍骨水車的風力運用技術

龍骨水車之所以能夠普及與推廣，除了其灌溉能力強，主要在于其鏈條傳動的動力是以旋轉運動方式輸入，容易運用不同的動力源，故能衍生不同動力的龍骨水車形式，從拔車、踏車、牛轉翻車、水轉翻車，以及風力翻車，都是在技術上不斷地創新。其中，在風力運用的設計與技術上，其創新超越以往，主要在于其能夠克服和操控風之大小與方向的捉摸不定。因此，大風車的技術創新體現在兩個方面，一是自動迎風設計，二是轉速控制設計。下面分別敘述。

（1）自動迎風的設計。

如何掌控風向的變化，是設計風車所要面臨的一個關鍵技術問題。

相較于同時代同樣有著悠久歷史的荷蘭臥軸式風車，立帆式大風車有自身的特點和優勢。而荷蘭風車安裝在塔身的頂篷上，可以用長桿操控旋轉頂篷。如果風向改變，則由人力推動長桿以轉動頂篷，使得風葉能四面迎風。中國立帆式大風車的設計無論是風從哪個方向吹來或風向的任意轉變，都能使風帆主動地自動迎風。這與立帆式大風車的風輪設計和八面帆的擺置有關。

風輪的設計。立帆式大風車的風帆技術來自中國的船帆工藝，但大風車的風帆在迎風的功能上比船帆更有所創新。這個創新就是立帆式大風車具有八棱柱狀的框架結構的風輪設計（圖2）。即將中國船帆的設計與工藝，運用到大風車的風輪上，以達到自動迎風的功能。正所謂“大將軍八面威風，小桅子隨風轉動，上戴帽子下立針”。

圖2 裝配中的立帆式大風車

風帆的擺置。桅子上的風帆之所以能隨風轉動，自動迎風受力，是因為每張帆以桅繩套在桅子上，并以桅子為軸分成長邊和短邊，帆腳索系在其長邊的篷竹端，另一端則系在鄰邊的桅子和剪上。每張風帆在順風時其帆腳索受力拉直，使整個風帆迎風受力，以產生扭矩。當風帆初轉入逆風時它仍有受力，之后風帆則與風向平行，以減少受風面積和阻力。故無論風從哪個方向吹來，風帆在風輪旋轉半圈以上的行程里都能自動迎風受力，推動大風車旋轉。

（2）轉速控制的設計。

大風車可視風力大小，通過調整升降升帆索和收放帆腳索來調節帆的高低與帆的受力角度，改變帆的受風面積，讓風車保持在安全范圍內運轉。若風力過大，應停止使用。否則，轉速超過風車及水車的容許上限值時，整個大風車系統將會嚴重受損。立帆式大風車轉速控制設計分述如下。

帆腳索。利用帆腳索的長短可控制風帆的受力角度，改變受風面積。根據我們的復原分析可知，當風帆與柭擔夾角為18度時（帆長邊未過柭擔）的整個運轉過程產生的扭矩最大。因此，帆腳索太長或太短都會使風車轉速變慢。

升帆索。風帆高度是利用系在升帆索上的掛繩套在柭擔外端來固定，若要調整風帆高度，則只要將掛繩沿著升帆索向下或向上調整并系緊即可，這樣便容易控制風帆的受風面積，亦即所謂“微風則全張之，疾風則半張之”。

停車設計。若風車運轉過快或出現安全問題欲急停車時，操作人員可以站在大風車外環的定點，將掛繩拔離柭擔，風帆將逐一落下，大風車便能立即減速，并慢慢停下來。

2.技術的綜合性

大風車技術的綜合性表現在制造、機械及動力等方面。

（1）制造的綜合性。

大風車制作技術主要是木作技術，亦包含鐵件的鍛造和鑄造、絞線制作，還有草繩和風篷的編織、布帆的裁縫及組裝技術。其中，組裝技術又包含立車心時的力學原理的應用技術、立桅子的吊桿應用及整個風輪組裝工序的設計。

（2）機械的綜合性。

大風車本身就是綜合性高的機器系統，需要進行結構設計，配置多種軸承和傳動機構，以及使用各種聯結方式。例如，大風車的旋轉軸承形式有三，即公轉和母轉的頂針軸承、車心軸套與將軍帽的滑動軸承、釧與游子的曲面軸承。大風車還有各種傳動機構，如大齒輪和旱撥的齒輪傳動，跨軸的軸傳動，龍骨與水撥、杌掇子的鏈條傳動，用于風帆升降的（升帆索和提頭的鈴鐺）繩索滑輪機構。再者，大風車也使用了許多種聯結方式，如木作的榫卯結構（如車輞）、鐵件的鉤接（如柭擔內端鐵鉤與撬盤、撐心的鐵鉤與花盤、大纜的鐵鉤與將軍帽的鐵閂子）、鐵絲的捆綁（如軟吊與金剛鐲、鐵絲與將軍帽的鐵閂子和天扁擔）、草繩的結繩（如篷帆之駕繩、桅繩、各種草繩的結繩）。

（3）動力的綜合性。

立軸式風力龍骨水車主要動力來源是風能，若無風或風力不足，亦須有可以使用水牛等畜力或人力來驅動的設計。尤其是吊柭擔的設計須提供安置水牛的空間，讓水牛可以在大風車內拉動柭擔。大風車也要考慮單人可以直接推動柭擔或多人同時推動的實際情況。這種同時保有風力、畜力和人力等三種動力輸入的設計是一種杰作。

3.因地制宜

“因地制宜”也是大風車技術體現出的一個特點，這一特點幾乎貫穿了立軸式風力龍骨水車整個制作和使用的過程，涉及就地取材、季風盛行及河渠密布等情況，分述如下。

（1）就地取材。

本次復原大風車與其龍骨水車的要求是以“原汁原味”的傳統材料來制作。材料包含杉木與桑木、蒲草和稻草，以及其他材料如竹、柳木……其實它們都是取用當地生長且材料特性合適的材料。

在蘇北制作大風車與水車的主要木料是杉木與桑木，因早期這兩種木材在當地容易取得。在本次復原旱撥和水撥等輪轂所用尺寸較大的桑木原材購得不易，但20世紀50年代前，桑樹在蘇北尤其是里下河地區,處處可見。事實上，自秦漢以來栽桑養蠶已成為江蘇農家的重要副業，到清代里下河地區的蠶桑生產更發達，是揚州、高郵絲綢原料的產地。古人在房前屋后常種植桑樹、梓樹，正是以“桑梓”代指家鄉的由來。故在古代的農桑社會，這種制作大風車所需要干徑大且樹齡五六十年以上的桑木是比較容易找到的。

本次復原的大風車風帆先是用布料制成的，而在蘇北人的傳說中，只有三國時期的劉備才用布來制作風帆，這個說法體現出在當地人眼中，用布做風帆是何等奢侈。更確切地說，香蒲草才是制作風帆材料更好、更符合地域特色的選擇，故以往用來做風帆的材料主要是香蒲草和稻草。稻草是制作草繩的原料。江蘇太湖、里下河地區歷來都是中國著名的稻米產區，稻草隨手可得。

香蒲草（圖3）是多年生宿根性沼澤草本植物，在蘇北地方的湖岸、河灘、渠旁、沼澤地等水邊，常成叢成片生長。植株一般高2m左右，有的高達3m以上。莖圓柱形，直立，質硬，中實且輕。葉扁平帶狀，長可達2m，寬2～3cm，光滑無毛，非常適合用來制作風帆。

圖3 香蒲草

香蒲草成熟在深秋時期，正值蘇北的農閑時節，此時也是大風車維護整修或制造的時期。農家在這段農閑時期，對香蒲草進行采收、去根及除泥，晾曬數日，待莖葉不潮不脆即可使用。曬干后，它可用草繩編織成篷帆。編織方法與織席類似，香蒲草為緯線，經線則用草繩，便于上下升降和折疊。

（2）季風盛行。

蘇北在夏季盛行東南季風，冬季則是東北季風。里下河地區年平均風速約為2.7m/s，而濱海地區年平均風速為5.3m/s左右,故根據當地風力資源可制作高8m、直徑10m的大風車，并用8張長4.5m、寬2m的篷帆，或長4m、寬2m的布帆來配合。這樣尺寸大小的大風車以當地風力資源，在農田地區至少可以帶動1臺龍骨水車，而在濱海鹽田地區則可以帶動2臺龍骨水車。

《鹽法通志》卷三十六載曰：“一風車能使動兩水車。譬如，風車平齒輪居中，馭駛兩水車豎齒往來相承，一車吸引外溝水，一車吸引由汪子流于各溝內未成鹵之水。”一臺龍骨水車置于引水溝上，當潮漲時，海水涌進引水溝，龍骨水車將大量海水抽進汪子（蓄水區）。另一臺龍骨水車置于導水溝上，可將汪子內經過陽光照射的蒸發而成的含有鹽分的海水（鹽度5%）引入導水溝，送進蒸發池。根據當地的氣候和風力條件，大風車是適合當地的技術。

（3）河渠密布。

蘇北，特別是里下河地區，地勢低洼，地下水位高，湖蕩相連，水網稠密，曾是蘇北淡水沼澤濕地最集中分布的區域之一。在1980年之前，該地區的農業活動常利用龍骨水車進行引水和排水的工作，而大風車的運用大大地解決了農業發展最關鍵的問題——灌溉。

4.一器多用

“一器多用”是一種典型的古代技術特征，而龍骨水車就是這樣一個代表，其功能主要有：農業灌溉，用于農田抗旱與高田提灌；排除積水，用于排澇、低田排水；水利用途，用于從人工渠道汲水以通運河；鹽業抽水，用來抽取海水以曬鹽。在我國沿海鹽場，以及江蘇太湖和里下河地區更是運用大風車技術于龍骨水車上，使此種立帆式風力龍骨水車更有效率地使用在不同的場景中，故其“一器多用”的特性和功能更加彰顯。

大風車代表一種文化

傳統技術，除工藝本身外往往還包含民俗、信仰等文化內容。大風車的文化包含漁民的生活習俗與帆船文化、性別分工與傳宗接代的性別文化，以及產業化的灌溉文化。

1.帆船文化衍生至風車文化

大風車的風帆設計源自船帆工藝，故帆船文化也影響了大風車文化，涉及祭祀、掛旗、貼對聯等風俗。分述如下。

（1）祭祀與掛旗。

江蘇漁民的生活習俗與帆船文化中需要祭祀的場合有二。其一“交船酒”儀式：完成造船后，在交船儀式中，船匠要為新船舉行祭祀儀式，求取平安、順利；在新船下水時，則鳴放鞭炮。其二“裝網”儀式：江蘇地方稱出海捕魚為“裝網”，漁民出海裝網時，在習俗上需舉行祭祀儀式，求平安、豐收。裝網祭祀有三項內容，即掛旗、殺豬、焚香紙。船匠將門旗掛在桅桿頂上，旗上書寫“天后圣母，順風相送”。

大風車組裝前也要舉行祭祀儀式。2006年7月13日早晨，工頭陳亞準備好祭品，包括豬頭、豬腳、豬尾巴，筷子、三把香及鞭炮。開始組裝前，陳亞將車心石放置在預定位置，在車心石旁設一小香案，上置鐵供盤，并在鐵供盤正中央放置豬頭。豬頭下巴兩旁擺豬前蹄兩只，豬尾巴安置在豬頭正后方，一雙筷子放在豬右耳朵旁。工頭陳亞主祭，焚香祭拜后，他將三炷香插立在車心石上，隨后鳴放鞭炮（圖4、圖5）。同時，工頭陳亞與張柏春研究員共同動土，寓意開工。待儀式結束后，工匠們便開始正式組裝風力龍骨水車，并在車心頂端的天扁擔處系掛上風向旗（圖6）。

圖4 陳亞師傅布置祭祀儀式現場

圖5 祭祀儀式的貢品及大風車公轉

圖6 工匠系風向旗

上述祭祀的內容其實是江蘇地區的帆船文化中“交船酒”和“裝網”祭祀儀式的縮影。其中，在車心頂端掛風向旗與出海“裝網”時在桅桿頂上掛“門旗”一樣，除有觀測風力與風向的實際功用外，都有祈求“順風相送”和“順風富貴”之意。因此，祭祀和掛旗都是風車文化衍生自帆船文化的證據之一。

（2）對聯。

江蘇漁民需要裝飾或打扮漁船，并張貼對聯的場合主要有：新船的“交船酒”儀式，在船的前后上下都有船對，其中在桅桿上書“大將軍八面威風”；過年的迎春“掛彩”，除在大桅桿頂端掛上新的紅色順風旗外，船身各部位貼上不同的春聯。迎春“掛彩”時，船中間大桅桿聯書“大將軍八面威風”，船頭二桅桿聯書“二將軍開路先鋒”，船尾三桅桿聯書“三將軍順風相送”。

陳亞老師傅完成大風車的組裝后，在車心上張貼“大將軍八面威風”的對聯（圖7）。這與上述江蘇漁民在船只主桅桿上書寫“大將軍八面威風”對聯的習俗相同。由此可見，大風車的車心被視為有如同漁船的大桅桿一樣的重要性。大風車車心上書“大將軍八面威風”對聯具有三重意義：其一，同漁船的對聯一樣，為祈求大風車運轉平順與平安、豐收；其二，“大將軍八面威風”的對聯可視為風車文化衍生自帆船文化的線索之一；其三，喻示大風車的八面風帆可接受四面八方的來風，自動迎風運轉。

圖7“大將軍八面威風”聯

2.性別文化

中國傳統文化蘊含了“男主外、女主內”的性別分工，以及以男性為主的傳宗接代觀念等的性別文化。大風車的制作及其相關文化呈現了這種性別文化。

在整個大風車和龍骨水車的制作和組裝過程中，風篷或布帆都是由女性來編織或縫制的，木作加工和組裝以及鐵件的鑄造和鍛造等核心技術則由男性掌握和完成，由此形成制作大風車的性別分工。根據記載，蘇北的木匠店大多由男性專營，規模大者成為木匠作坊，能雇傭木匠；規模小者常為夫婦合作，自產自銷。大風車的尺寸大，木匠作坊才能制作，因此風車木工的技術自然集中于男性手中。編織業為當地農民的副業，分散在農村各地，多是婦女在農忙之余編織產品，編織產品包括蒲包、蒲鞋、蒲席、蒸籠墊及蒲篷等。

在本次田野調查中，團隊采訪了曾經管理大風車的劉于柱師傅，了解到早期社會對于大風車底部的公轉有一個迷信的說法。公轉是在車心石上支撐車心母轉的鐵柱軸承，因其形似男性生殖器官（圖8），當地人相信把這塊鐵器放在家里的床頭可以保佑生育男性后代。如果沒人看守風車，這塊鐵件容易被竊，由此可以反映出當時蘇北社會以男性為主的傳宗接代觀念是根深蒂固的。

圖8 大風車的公轉（下）和母轉（上）

3.產業化文化

龍骨水車一度是中國主要的提水與灌溉裝置。在沿海的鹽場以及江浙地區的農田，因當地有豐富的風力資源，故風力龍骨水車被普遍使用。長久以來，這些地方形成了大風車產業化的灌溉文化。

當地看管過大風車的劉于柱師傅說：“以前風車主要有立帆式大風車、五撥（臥軸）風車、牛拉風車、滾子風車、人工風車5種，風車的使用與日常管理都需要有專人負責。風車通常在3～4級風下使用，每分鐘轉5～6圈。如果超出正常轉速或黑風來臨，需要及時下降帆的高度或調節帆腳繩來保護風車。大風車一天澆灌稻田50～60畝，其他風車澆灌30～40畝。風車的使用時間通常在每年的6—9月。風車不需使用時，將帆放下收起或用其他遮陽物將帆蓋好以便延長使用壽命。”因此，每部風車都要有專人負責看管，使用時須隨時關注風力的變化，并兼顧安全等因素。即要因應風力大小來調整風帆的角度和高度；若風力不足時，則必須改用牛拉或人力推動大風車。

沿海鹽場整年都需要使用風力龍骨水車提水，而稻作區的農田主要是在清明到白露期間使用，其中6—9月間更是提水量大的灌溉期，之后則是大風車的維護期。在維護期利用農閑工匠進行大風車和水車的整修，包含風篷的修護和制作。

蘇北地區的大風車的使用數量非常大。以里下河地區為例，該地區耕地超過1000多萬畝，以每一大風車每日灌溉60畝稻田的能力估算，所需的大風車便是數以萬計，故而當地形成了大風車的相關產業鏈，如大風車的制造和修護技術對于木工、編織和鐵工等產業的需求，以及大風車運轉所需要的專業管理員。

相較人力龍骨水車，大風車的制造與維護成本高，并非一般小農可以承擔的。大風車一般為大地主、富裕鹽商所有，或為農村集體合作互助制作、使用，如明代童冀的《水車行》曾說：“一車之力食十家，十家不憚勤修車。但愿人常在家車在軸，不愁禾黍秋不熟。”故蘇北人以前對財主的衡量標準是“家中有房、船、牛、車”，其中的“車”便指驅動龍骨水車的大風車。