中国榫卯中的积木拼接原理 中国中国榫卯技术博大精深

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传说春秋时代鲁国工匠鲁班为了测试儿子是否聪明，用6根木条制作一件可拼可拆的玩具，叫儿子拆开。儿子忙碌了一夜，终于拆开了。这种玩具后人就称作鲁班锁。鲁班锁亦称孔明锁、别闷棍、六子联方、莫奈何、难人木等。它起源于中国古代建筑中首创的榫卯结构。这种三维的拼插玩具内部的凹凸部分啮合，十分巧妙。鲁班锁类玩具比较多，形状和内部的构造各不相同，一般都是易拆难装。拼装时需要仔细观察，认真思考，分析其内部结构。

在没有钉子、绳子、接合剂的情况下，你能将六根木条交叉固定在一起吗?这对空间想象能力是一个极大的挑战。两千多年前的鲁班就发明了一种方法，用一种咬合的方式把三组木条垂直相交固定，六根木条分别冠以六艺，中间有缺，缺缺相合，以十字双交卡榫组成。它看似简单，但设计难度相当高，卡榫仅借木条的不同凹槽放置、拼凑，挖槽的密合度稍有不足都可能影响结构稳固度，需将木块大小不一的卡榫精准放置才能组合成功，而且只要抽掉一根木条，整个接合的木块也即散架了。外观看是严丝合缝的十字立方体，动动脑筋可拆解，装上可不是那么容易的。

鲁班锁实际是一种涉及立体几何知识的玩具。通过几何分割，可以组成多种锁定方式。古典数学玩具展见证了中国古代的悠远文明，也为现代人传递了知识与乐趣。其实数学就在我们身边，数学就蕴藏在游戏之中。通过鲁班锁，能让我们领略到科学的奥秘与趣味，也能够学到一些科学的知识与方法。中国古典玩具博大精深，因流传中外、喜者众多而博大，因文明高雅、造型优美、数学底蕴深厚而精深。这类玩具以它开发智力、启迪思维的功能发挥着独特的作用。通过解开鲁班锁可以让我们体验远古智慧，可别让古人留给我们的财富在我们这一代人手中丢失啊。

由于解开这种插接锁要有聪明的头脑，所以又有人称它为“孔明锁”，将它和古代足智多谋的军师孔明联系起来。这种玩具最早见于文字是我国清代一本魔术书《鹅幻汇编》，当时叫“六子连芳”。 英文中常用burr(刺果)来称呼鲁班锁。全称是Six-piece burr puzzle，意为“六根刺的刺果拼凑难题”。美国1857年出版的《魔术师手册》中，就引进了中国的“六子连芳”，可见这种玩具传到国外最少也有近150年的历史。近来，美、英等多国数学家采用电脑发现，6根木条组成的样式多达119963种。可见其奥妙的无穷也。我国民间艺人利用鲁班锁结构制出多种工艺品，如绕线板、筷子筒、烛台、健身球等。另外，近代还有用塑料和木材制造的组合球、组合马、魔方锁扣和镜框等。智玩专家秦筱春致力于鲁班锁的创新，他将传统的六柱式鲁班锁改进为7柱、8柱、9柱、10柱、11柱、12柱，乃至15柱，并由此获国家专利。鲁班锁锁锁相连，就成了新的组合。秦筱春创作的“井字连方”、“连方塔”就是用多个鲁班锁连接而成。2002年国际数学家大会在中国举行，华裔数学泰斗陈省身为中国少年数学论坛题词：“数学好玩”，大会主席吴文俊提出中国的数学“不仅要振兴，更要复兴”，一些国外数学家也提出数学教育与人文教育结合起来能大大提高学习数学的兴趣和能力。也许这些中国古典智力玩具能让中国孩子在游戏中领略我国古代文明的博大精深和中国古代数学之美。

另外，鲁班锁又相传是三国时期诸葛亮根据八卦玄学的原理发明的一种玩具，曾广泛流传于民间。它对放松身心，开发大脑，灵活手指均有好处，是老少皆宜的休闲玩具。孔明锁看上去简单，其实内中奥妙无穷，不得要领，很难完成拼合。

鲁班锁的榫卯结构在建筑上被广泛应用。榫卯结构是一种很普遍使用的木凿技术，起源非常早， 距今约7000年前的浙江余姚河姆渡文化遗址属于新石器时代，就发掘出了大量的结合完好的多种式样的榫卯结构遗物，可以说是我国木构技术史上一件伟大的发明!中国木结构建筑和家具中一直在广泛应用，但二者技术层面上侧重不同，建筑上侧重结构稳定，因为榫卯结构在几个方向都可以开卯口，可以兼顾结合在同一点上不同方向的受力，合拢时成为一个高强度的完美的整体。家具中的榫卯结构则成就了中国含蓄内敛的审美观，接合处由于有略微松动的余地，在结构力学里就是柔性节点而不是刚性节点(比如焊接)，当无数榫卯组合在一起时就会出现极其复杂而微妙的平衡，除了木材延展力外，主要是由于一个个的榫卯富有韧性，不致发生断裂。距今约1000年的著名的辽代山西应县木塔(佛宫寺释迦塔)高达68米，虽历经数次地震、战火侵袭得益于榫卯结构的稳定性仍安然无恙，堪称榫卯结构古代木制高层建筑的典范。

从力学角度看有这么几种方式：铰接、柔性链接、刚性链接。一次一位学者去参观法国埃菲尔铁塔，了解到它并非采用榫卯结构，整个结构中多用螺接(螺栓和螺母链接)便问讲解员：如果不用螺接而是焊接(刚性)在一起是否可以?讲解员的回答相当精彩：如果用焊接方法建造铁塔可能早就断裂破坏了，螺接是一种铰接属于柔性链接，应力可以通过微小位移释放掉，稳定性远好于刚性连接。另外榫卯结构还可以通过构件摩擦和形变可以释放能量。(当然榫卯结构有自身的局限性和缺点，这里略去)

榫卯结构是两物体相互衔接比较直观而原始的方式，二者靠的是木构件的摩擦力链接，因此尺寸必须非常合适，可丁可卯儿。如果用中国古代哲学来看榫是突起物，可以理解为阳;卯口是凹的形状，(贯通了就是卯眼)，可以理解为阴。两者相合是一种阴阳相合。古人也许正是受了动物骨骼和关节中的突起与凹陷的启发，结合阴阳理念发明了榫卯结构，

榫卯结构确实深深地影响着我们中国人的思想，比如有句成语叫作“方枘(音瑞)圆凿(音座)”，出自《楚辞》，(圆凿而方枘兮，吾固知其龃龉(音举与)而难入)，人们在用木料制作器具时，凿出的卯眼叫作凿，削成的榫头叫作枘，凿和枘的大小形状必须完全一致才能合适的装配起来，(圆形的榫头是不能固定在方形的卯眼里的)，后来用此成语比喻双方意见不合，不能相容，配合不好，格格不入。(可简化做枘凿或凿枘)跟它相反的一个词大家就很熟悉了，叫作“丁是丁，卯是卯”，(丁指榫头)讲的是做事严肃认真，一丝不苟。

神奇的鲁班锁不仅是一种休闲娱乐玩具，还在于它把促进人们身心健康发展、启迪智慧的功能贯穿于“寓教于玩”、“寓教于乐”之中，使中华文化以娱乐方式，渗透和传播到人们的日常生活中，传播到世界各地。其实当代很多建筑设计中由于暗合了鲁班锁榫卯结构意义的内含，不但外表美观而且结构合理，比如：

在“鸟巢”正北面的新馆形状像一个巨型魔方，建筑主体就是一个类似鲁班锁的单体正方形。鲁班锁借助结构力学把各种不规则的立体相互连接、咬合在一起。它结合了中国古代的科学思想和现代科技馆的特点，利用若干个积木般的块体相互咬合，使整个建筑呈现出一个巨大的鲁班锁造型。“同时，它也像一个巨型的魔方，中国的鲁班锁和西方的魔方都在新馆的造型中能找到相似之处，取的就是探秘、解锁的寓意。”这也正合了“中西合璧”这一用意，传达了传统与现代完美结合的科学理念和美好向往。希望各位网友在中国科技馆新馆开馆后来参观指导，我们来一起享受科技带给我们的便捷和舒适的生活。谢谢~