深藏故宫里的古老“3D打印”技术

紫禁城（今故宫博物院）拥有世界上现存规模最大、保存最完整的木结构古建筑群，含有房屋9000多间。这些古建筑以雄伟的外观、优美的造型、绚丽的色彩、精湛的工艺、有序的构架等特点闻名于世，体现了我国古代工匠高超的技艺及聪明智慧。

我们知道，紫禁城是皇帝的执政和生活的场所，紫禁城古建筑的建造，是要经过皇帝事先批准的。可是很少有人知道，皇帝批准建造一座宫殿之前，是需要审核它们的实物模型的。这种实物模型，就是烫样。

烫样，也称“烫胎合牌样”“合牌样”，就是指古建筑的立体模型。之所以被称为“烫样”，其主要原因在于有的部位在制作时需要熨烫成型。古建筑烫样一般用纸张、秫秸、油蜡、木头等材料加工而成。制作烫样的工具包括簇刀、剪刀、毛笔、蜡板、水胶、烙铁等。其中，水胶主要用于粘合不同材料，烙铁主要用于将材料进行熨烫。

紫禁城古建筑烫样最开始由皇家指定的民间工匠制作。在清代，出现了制作烫样御用皇家机构，即样式房。该机构功能犹如现在的建筑设计院，主要负责皇家建筑的设计与施工。而在设计的初期阶段，则需制作出建筑烫样，供皇帝参考。烫样可用于建筑群模型，也可用于建筑单体模型，还可用于建筑局部模型。

与现代高科技的计算机辅助制作三维模型（如3D Studio Max辅助设计）和高科技3D打印技术生成的模型相比，紫禁城古建筑烫样尽管在模型尺寸的精确性方面较弱，但有着诸多的优点，集古代建筑科学和营建技艺于一体，并主要体现在模型的直观性、简易性和修改的便利性等方面。

紫禁城古建筑的烫样的直观性，表现在直接给皇帝展示拟建造建筑的三维效果，这种效果全面而又丰富，实现宫殿建筑形象性和具体性的完美结合。由于一般建筑平面图无法使皇帝获得建筑造型、内外空间、构造做法等准确信息，因而需要制作烫样来展示拟施工模型的效果，且烫样是根据建筑的设计情况制作，并标注有详细尺寸，因而又具有科学性。

烫样最大的特点是可以通过向皇帝展示拟建造建筑的大样，以缩微实体的方式来表现建筑样式，可显示出建筑的整体外观、内部构造、装修样式、彩画做法、细部尺寸等内容，以便皇帝做出修改、定夺决策。制作好的烫样具有层叠性和灵活性，各个构件之间互不影响，彼此有所联系又各自独立，其屋定、柱子、门窗甚至内部陈设的桌椅、几案、床榻等每一个小部件都是活动的，每一块小板子都能移动，从里到外将建筑结构和形态表现得十分明确。

烫样不同于现代建筑模型，现代建筑模型仅能反映建筑外观，且一般没有具体的尺寸；烫样则是按比例制作，尺寸具体详细。烫样比一些高科技手段建造的模型更直观，因为它不仅能展示建筑外观状况，而且还能方便的展示建筑内部的构造特征、装饰样式和彩画做法。故宫博物院现藏烫样80余件，其内容涵盖圆明园、万春园、颐和园、北海、中南海、紫禁城、景山、天坛、清东陵等处的实物模型。它们是研究紫禁城建筑历修缮或复建的重要参考依据，更是研究紫禁城历史、古代科学和技术的直观资料。

烫样具有简易性。烫样的制作不需要依赖复杂的建模技术、高科技的辅助设备或大量的资金即可实现。紫禁城古建筑烫样的制作包梁、柱、墙体、屋顶、门窗等部分。

同时，工匠会在不同的建筑构件表面，贴上含有设计者姓名、建筑名称、控制尺寸、施工要点等信息的标签。制作好的烫样，皇帝认可之后，样式房方可依据烫样绘制施工设计画样，编制做法说明，支取工料银两，进而招商承修，开工建设。上述模型制作所需材料造价低廉，加工简单，实物效果好，易于在实际工程中指导施工。

当然，紫禁城古建筑烫样的科学价值不仅仅如此。烫样技术纠正了紫禁城古建筑工匠“纯经验”的传统错误观念，说明我国古代建筑工匠不仅具有建筑施工技艺，而且具有立体模型表达能力，有助于今天的人们全面了解、掌握我国古建筑从设计到施工的各个过程的建筑理论、设计方法、科学技术等信息。

烫样技术改变了我国传统的古代建筑“见物不见人”的弊病。一般人认为紫禁城古建筑往往是建筑工匠的技艺成就，却往往对于它们的设计者姓名、设计理念、设计依据、设计技术等信息是一无所知的。烫样模型给人以较为清晰的信息，便于人们了解、研究建筑实物的来源，并作为古建筑设计、修缮、研究参考的依据。

烫样作为建筑营建情况的最可靠记录，还有助于从材料、尺寸、样式、工艺等角度全面研究我国古代建筑的营造技艺。因此，紫禁城古建筑的烫样反映了我国古代建筑技术的科学性，亦体现了古代工匠的高超的技艺。

（作者系故宫博物院研究馆员）