在中國科學技術館“華夏之光”展廳，一台指南車靜靜立在展台。觀眾手握手柄，推動指南車，車子左轉右轉，其上的人偶卻始終指著同一個方向。在現代人看來，這個裝置很是平常，然而對古人來說，它卻稱得上是頗為超前的機械裝置發明。

指南車的緣起與發展

提起指南車，不得不提起黃帝大戰蚩尤的故事。相傳，雙方戰於涿鹿，蚩尤造出漫天濃霧，令黃帝及其軍隊迷失了方向。一籌莫展之時，黃帝手下一個名叫“風后”的部下提議制造指南車。靠著指南車，黃帝率領軍隊辨別方向、殺出重圍，一舉擊敗蚩尤。

讀到這個故事，現代讀者肯定會意識到，當時的條件恐難制造指南車，這是傳說，並非信史。在古代，關於指南車的發明也確有爭論。

《三國志·魏書》就記錄過這樣一個故事，三國時期的魏明帝時，給事中馬鈞與常侍高堂隆、驍騎將軍秦朗在朝堂上爭論，后二者認為此前並無指南車，馬鈞卻不這麼看。高、秦二人向明帝秉明后，下詔令馬鈞制作指南車。於是馬鈞奉旨將其制造出來。

“又不可以言者也，從是天下服其巧矣”，《三國志·魏書》記載，馬鈞造指南車的精妙難以形容，從此天下人都佩服他手巧。中國科學技術館助理研究員戴逸華指出，史籍中關於指南車發明較為明確的記載就是這條史料。可惜，這一具有實用性的工巧並未得到相應重視。據史料記載，西晉末年，馬鈞制造的指南車遺失了。

幸運的是，各個政權對指南車興趣不減，不少人都在嘗試復原指南車。

在北方，十六國時期的后趙君主石虎、后秦君主姚興都曾命令臣子制造指南車。417年，南朝劉宋的武帝劉裕滅后秦，得到了指南車。據記錄南朝劉宋歷史的《宋書》記載，這個指南車“設木人於車上，舉手指南。車雖回轉，所指不移”，車上有個木人，手指向南方。車子轉向了，但木人手指方向不變。《宋書》轉而又說，“機數不精，雖曰指南，多不審正。回曲步驟，猶須人功正之”，即劉裕獲得的指南車，制造技術不夠精密，雖能指南，大多時候卻無法准確指正，在轉彎或調整步伐時，仍需依靠人力校正。

到北魏時期，太武帝拓跋燾執政，馬岳也曾奉命制成指南車。

在南方，南朝劉宋順帝劉准在位時，后來的南齊開國君主蕭道成輔政，他派祖沖之按古法重制指南車。《南齊書》講，祖沖之“改造銅機，圓轉不窮，而司方如一”﹔《宋書》則記載，“其制甚精，百屈千回，未嘗移變”。也就是說，祖沖之以銅制指南車，無論如何轉動，都始終指向同一個方向。

北宋年間，宋仁宗天聖五年（1027年），工部郎中燕肅制造指南車﹔宋徽宗大觀元年（1107年），內侍省官員吳德仁又對燕肅指南車進行改良。他們所造指南車的內部構造，被較為具體地載入《宋史·輿服志》，這也有助於后世對指南車內部結構和機械原理有更多的了解。

“先啟之乘”的威儀象征

為什麼許多君主都想擁有指南車？

不妨先看史料對指南車外形的形容。《晉書》寫道，“駕四馬，其下制如樓，三級﹔四角金龍銜羽葆﹔刻木為仙人，衣羽衣，立車上”，指南車以四匹馬為牽引，車廂部分有如樓閣，分為三層﹔車廂四角有金龍銜著鳥羽裝飾的華蓋﹔木制仙人身穿羽衣，站在車上。

《南齊書》的記錄略有不同，指南車由牛牽引，身披天衣的木制仙人站在布幔遮蓋的車廂裡。車頂四角都立有龍子竿，懸挂著孔雀尾羽，車輪漆著彩色，以銅為裝飾。二者對指南車的形容雖有出入，但相同的是，指南車外形十分華麗。

《晉書》接下來又寫，“大駕出行，為先啟之乘”。而《宋書》曰，“大駕鹵簿，最先啟行”。“大駕”和“鹵簿”都是指皇帝出行的車馬儀仗，因此這兩句話是說，皇帝出行的儀仗隊列當中，指南車最先啟動出發。

想象一下，一輛華美氣派且有“仙人指路”的指南車行駛在儀仗最前面，盡顯帝王的威儀尊嚴。許多歷史學者認為，擁有指南車不僅是為了延續這項制造技術，更是希望借此宣揚朝廷自身的正統與皇權。

同濟大學教授、科技史學家陸敬嚴曾說，指南車不用來實測方向，更不用於引導實戰，這就導致它的外形可以豪華精致而尺寸龐大，且對定向准確和操縱簡便的要求不高﹔甚而至於，復雜的操作反而可以增添皇家的威嚴與排場。

展現中國古代科學智慧

雖說古代皇家出於自身考慮才制造指南車，但對后世而言，它的運行機制無可辯駁地展現了中國古代機械技術的卓越成就。戴逸華表示，與僅有一字之差的“指南針”不同，指南車指向南方依靠的不是地磁效應，而是齒輪傳動系統。由於史料中缺乏圖形，考古亦沒有發現指南車實物，因此一段時間裡，大家隻知指南車內部有數個大小和齒數不同的齒輪，具體運行原理眾說紛紜。根據史料，學者們提出了多種復原方案，總體分為定軸輪系和差軸輪系，兩者原理也略有出入。

定軸輪系指南車是指車轉彎時，要固定一個車輪不動，整車以該車輪為圓心進行轉動。不動的車輪一側，足輪不轉動，更不通過小平輪傳動至其他齒輪﹔轉動的車輪一側，足輪隨之轉動，並通過小平輪等結構傳動至大平輪，保証木人與車身轉向相反、轉角相等，使木人始終指向同一方向。《宋史·輿服志》記載的指南車就是這種結構。

20世紀30年代，文博專家、科技史專家王振鐸率先復原了指南車。后為准備原中國歷史博物館陳列，他在修正原方案的基礎上制作了指南車模型。戴逸華表示，這個模型就屬於定軸輪系指南車。目前，中國很多博物館都採用了王振鐸的定軸輪系指南車方案。

所謂差軸輪系則是指南車轉彎時，不需要固定一個車輪，相對於定軸輪系指南車指向更准確、易於操作。但戴逸華指出，這主要是基於現代學者的合理想象，目前還沒有發現明確的史料依據。“2017年以前，中國科學技術館也制作了定軸輪系指南車模型，由於車體安裝誤差、車輪轉動打滑等，長時間會出現指南偏差。2017年后，我們採用現代差動輪系結構制作金屬指南車，觀眾可以用手拉動模型，在展台上轉動，透過透明車廂觀察齒輪運動情況，了解原理。”戴逸華說。

不過，不論真正的指南車是定軸輪系還是差軸輪系，這套基於機械自身運動的系統都體現了超前性。正如著名科技史專家李約瑟所言，指南車是人類歷史上走向控制論機器的第一步。工業革命以來，自動控制設備開始在西方涌現，但回望中國古代歷史，這種先進的理念早已在指南車當中孕育。

更難能可貴的是，在中國歷史上諸多朝代對指南車的“摧毀”與“重構”中、在近代以至當代各領域專家對指南車的復原討論中，中國人對歷史事實的嚴謹探尋和對應用實踐的熱情始終熠熠發光。

這也映照出了當今我國工程機械行業的奮進之路：今天，自動化已成為機械的“必選項”，隨著新技術動能注入，工程機械行業持續優化升級，中國工程機械正在從“中國制造”邁向“中國創造”——技術不斷發展，求索永無止境。