中國榫卯中的積木拼接原理 中國中國榫卯技術博大精深

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傳說春秋時代魯國工匠魯班為了測試兒子是否聰明，用6根木條制作一件可拼可拆的玩具，叫兒子拆開。兒子忙碌了一夜，終于拆開了。這種玩具后人就稱作魯班鎖。魯班鎖亦稱孔明鎖、別悶棍、六子聯方、莫奈何、難人木等。它起源于中國古代建筑中首創的榫卯結構。這種三維的拼插玩具內部的凹凸部分嚙合，十分巧妙。魯班鎖類玩具比較多，形狀和內部的構造各不相同，一般都是易拆難裝。拼裝時需要仔細觀察，認真思考，分析其內部結構。

在沒有釘子、繩子、接合劑的情況下，你能將六根木條交叉固定在一起嗎?這對空間想象能力是一個極大的挑戰。兩千多年前的魯班就發明了一種方法，用一種咬合的方式把三組木條垂直相交固定，六根木條分別冠以六藝，中間有缺，缺缺相合，以十字雙交卡榫組成。它看似簡單，但設計難度相當高，卡榫僅借木條的不同凹槽放置、拼湊，挖槽的密合度稍有不足都可能影響結構穩固度，需將木塊大小不一的卡榫精準放置才能組合成功，而且只要抽掉一根木條，整個接合的木塊也即散架了。外觀看是嚴絲合縫的十字立方體，動動腦筋可拆解，裝上可不是那么容易的。

魯班鎖實際是一種涉及立體幾何知識的玩具。通過幾何分割，可以組成多種鎖定方式。古典數學玩具展見證了中國古代的悠遠文明，也為現代人傳遞了知識與樂趣。其實數學就在我們身邊，數學就蘊藏在游戲之中。通過魯班鎖，能讓我們領略到科學的奧秘與趣味，也能夠學到一些科學的知識與方法。中國古典玩具博大精深，因流傳中外、喜者眾多而博大，因文明高雅、造型優美、數學底蘊深厚而精深。這類玩具以它開發智力、啟迪思維的功能發揮著獨特的作用。通過解開魯班鎖可以讓我們體驗遠古智慧，可別讓古人留給我們的財富在我們這一代人手中丟失啊。

由于解開這種插接鎖要有聰明的頭腦，所以又有人稱它為“孔明鎖”，將它和古代足智多謀的軍師孔明聯系起來。這種玩具最早見于文字是我國清代一本魔術書《鵝幻匯編》，當時叫“六子連芳”。 英文中常用burr(刺果)來稱呼魯班鎖。全稱是Six-piece burr puzzle，意為“六根刺的刺果拼湊難題”。美國1857年出版的《魔術師手冊》中，就引進了中國的“六子連芳”，可見這種玩具傳到國外最少也有近150年的歷史。近來，美、英等多國數學家采用電腦發現，6根木條組成的樣式多達119963種。可見其奧妙的無窮也。我國民間藝人利用魯班鎖結構制出多種工藝品，如繞線板、筷子筒、燭臺、健身球等。另外，近代還有用塑料和木材制造的組合球、組合馬、魔方鎖扣和鏡框等。智玩專家秦筱春致力于魯班鎖的創新，他將傳統的六柱式魯班鎖改進為7柱、8柱、9柱、10柱、11柱、12柱，乃至15柱，并由此獲國家專利。魯班鎖鎖鎖相連，就成了新的組合。秦筱春創作的“井字連方”、“連方塔”就是用多個魯班鎖連接而成。2002年國際數學家大會在中國舉行，華裔數學泰斗陳省身為中國少年數學論壇題詞：“數學好玩”，大會主席吳文俊提出中國的數學“不僅要振興，更要復興”，一些國外數學家也提出數學教育與人文教育結合起來能大大提高學習數學的興趣和能力。也許這些中國古典智力玩具能讓中國孩子在游戲中領略我國古代文明的博大精深和中國古代數學之美。

另外，魯班鎖又相傳是三國時期諸葛亮根據八卦玄學的原理發明的一種玩具，曾廣泛流傳于民間。它對放松身心，開發大腦，靈活手指均有好處，是老少皆宜的休閑玩具。孔明鎖看上去簡單，其實內中奧妙無窮，不得要領，很難完成拼合。

魯班鎖的榫卯結構在建筑上被廣泛應用。榫卯結構是一種很普遍使用的木鑿技術，起源非常早， 距今約7000年前的浙江余姚河姆渡文化遺址屬于新石器時代，就發掘出了大量的結合完好的多種式樣的榫卯結構遺物，可以說是我國木構技術史上一件偉大的發明!中國木結構建筑和家具中一直在廣泛應用，但二者技術層面上側重不同，建筑上側重結構穩定，因為榫卯結構在幾個方向都可以開卯口，可以兼顧結合在同一點上不同方向的受力，合攏時成為一個高強度的完美的整體。家具中的榫卯結構則成就了中國含蓄內斂的審美觀，接合處由于有略微松動的余地，在結構力學里就是柔性節點而不是剛性節點(比如焊接)，當無數榫卯組合在一起時就會出現極其復雜而微妙的平衡，除了木材延展力外，主要是由于一個個的榫卯富有韌性，不致發生斷裂。距今約1000年的著名的遼代山西應縣木塔(佛宮寺釋迦塔)高達68米，雖歷經數次地震、戰火侵襲得益于榫卯結構的穩定性仍安然無恙，堪稱榫卯結構古代木制高層建筑的典范。

從力學角度看有這么幾種方式：鉸接、柔性鏈接、剛性鏈接。一次一位學者去參觀法國埃菲爾鐵塔，了解到它并非采用榫卯結構，整個結構中多用螺接(螺栓和螺母鏈接)便問講解員：如果不用螺接而是焊接(剛性)在一起是否可以?講解員的回答相當精彩：如果用焊接方法建造鐵塔可能早就斷裂破壞了，螺接是一種鉸接屬于柔性鏈接，應力可以通過微小位移釋放掉，穩定性遠好于剛性連接。另外榫卯結構還可以通過構件摩擦和形變可以釋放能量。(當然榫卯結構有自身的局限性和缺點，這里略去)

榫卯結構是兩物體相互銜接比較直觀而原始的方式，二者靠的是木構件的摩擦力鏈接，因此尺寸必須非常合適，可丁可卯兒。如果用中國古代哲學來看榫是突起物，可以理解為陽;卯口是凹的形狀，(貫通了就是卯眼)，可以理解為陰。兩者相合是一種陰陽相合。古人也許正是受了動物骨骼和關節中的突起與凹陷的啟發，結合陰陽理念發明了榫卯結構，

榫卯結構確實深深地影響著我們中國人的思想，比如有句成語叫作“方枘(音瑞)圓鑿(音座)”，出自《楚辭》，(圓鑿而方枘兮，吾固知其齟齬(音舉與)而難入)，人們在用木料制作器具時，鑿出的卯眼叫作鑿，削成的榫頭叫作枘，鑿和枘的大小形狀必須完全一致才能合適的裝配起來，(圓形的榫頭是不能固定在方形的卯眼里的)，后來用此成語比喻雙方意見不合，不能相容，配合不好，格格不入。(可簡化做枘鑿或鑿枘)跟它相反的一個詞大家就很熟悉了，叫作“丁是丁，卯是卯”，(丁指榫頭)講的是做事嚴肅認真，一絲不茍。

神奇的魯班鎖不僅是一種休閑娛樂玩具，還在于它把促進人們身心健康發展、啟迪智慧的功能貫穿于“寓教于玩”、“寓教于樂”之中，使中華文化以娛樂方式，滲透和傳播到人們的日常生活中，傳播到世界各地。其實當代很多建筑設計中由于暗合了魯班鎖榫卯結構意義的內含，不但外表美觀而且結構合理，比如：

在“鳥巢”正北面的新館形狀像一個巨型魔方，建筑主體就是一個類似魯班鎖的單體正方形。魯班鎖借助結構力學把各種不規則的立體相互連接、咬合在一起。它結合了中國古代的科學思想和現代科技館的特點，利用若干個積木般的塊體相互咬合，使整個建筑呈現出一個巨大的魯班鎖造型。“同時，它也像一個巨型的魔方，中國的魯班鎖和西方的魔方都在新館的造型中能找到相似之處，取的就是探秘、解鎖的寓意。”這也正合了“中西合璧”這一用意，傳達了傳統與現代完美結合的科學理念和美好向往。希望各位網友在中國科技館新館開館后來參觀指導，我們來一起享受科技帶給我們的便捷和舒適的生活。謝謝~