​古埃及金字塔是如何建造的

古埃及金字塔是如何建造的

1.引言

约在公元前3100年，古埃及纳美尔国王就建立了南北统一的王国，进入文明时代，一般推测人口为150万左右。

每年夏至尼罗河爆发洪水，持续近100天，等洪水过后，直接把种子撒在黑色淤积土地上，等着收获就行，所以人们生活条件极为优越。

王国宗教气息异常浓厚，崇拜太阳神且政教合一。

国王（法老）和王后享有绝对权威，塑造为太阳神之子（女）或其派往人间行统治权的代表，认为死后还能复活，故在统治期间就会为自己建造极为奢华的墓葬，死后尸体被处理成木乃伊，并要活人陪葬。

综合考察，古埃及社会治理应该是人类史上权利垄断、暴力垄断、经济资源垄断、思想垄断程度最高的。

正因如此，古埃及人创造了极为丰富的物质、文化财富。

约在公元前2600年左右，古埃及进入黄金时代，开始建造金字塔，到第四王朝一共建了近110座。

最大的当属位于吉萨的胡夫法老金字塔，高146.5米（超过40层楼），底为正四方形，每边长230米，共用230万块石头，每块平均2.5吨，最重的一块达160吨，总体积达260万方，世界最高建筑保持了3800年。

胡夫金字塔大部分由石灰岩砌筑，来自附近采石场，外表光滑石块则来自东方尼罗河对岸相距24公里的图拉，棺椁、墓道所用花岗岩来自尼罗河上游800公里之外的阿斯旺。

近年埃及东部一处遗址出土的莎草纸日记记录了从图拉到建造地的运输方式为船运，另在金字塔附近考古发现的港口也为这一说法提供了有力地支持。

然而，建造金字塔是如何将石块搬运上去的？确是一个困扰了人类几千年的问题。

2.既有设想以胡夫金字塔来说，胡夫执政23年，意味着按每日10小时工作，每小时要处理34块石头，相当于每2分钟一块。

早在公元前5世纪，古希腊旅行家、历史学家希罗多德就曾实地考察了金字塔并向当地人咨询其建造方法。

法老强迫人们分成10万人的大群，每一群工作3个月，花了20年，先建底层楼梯，再用短木块制成的杠杆把其他石块搬到上一层，再放置杠杆，逐级而上。

还十分确定地写道，上部是最先完工的，然后是下面，最后是底座[1]。

希罗多德还记载埃及人对神极为虔诚，对待祭祀、教规等极为讲究、严苛。

考虑到金字塔建造时间距离希罗多德有2000年和短木块杠杆技术的局限性，这个说法历来得不到大多数学者的认可。

斜坡法论者设计了一条长达1.5公里的直线斜坡，采用人力+底垫圆木棒往上拉，但考虑到这条斜坡本身的工程量是金字塔的3倍以上，连普通老百姓都没有太多认可。

最近又有人提出浮力法，沿金字塔斜坡建造封闭涵道，灌满水，石块上面绑上皮球依靠浮力飘上去。

但如何建造涵道、如何灌满水、如何确保石块进入涵道时水不外泄又是一系列更难解决的问题。

更何况很多金字塔坐落于地势较高处，水不能自流抵达。

3.螺旋沙坡法这里提出一种全新的建造方法-螺旋沙坡法，用蓄力或人力+绳索将石块直接拉上去。

按照胡夫金字塔，在建设低层时，围绕金字塔堆沙，可以同时从不同方向多点搬运，速度可以很快，正好满足低层石方量大的需求。

到一定高度后，平行于4条边堆出4条沙坡通道；再往上，堆2条；最后围绕金字塔堆一条螺旋沙坡，直至顶部，坡度6°为宜。

这样做可以充分利用沙子本身可流动、整体摩擦系数小的特点。

沙坡也不用人为专门堆砌，在拉石块的过程当中附带拉上去。

蓄力主要采用牛、大象、或驴。

最后到顶部的螺旋沙坡长度为1450米左右，绕胡夫金字塔2圈即可实现。

沙坡之所以设计6°，是因为再陡，拉运时能够提供的蹬地力会受限，再缓，需要的长度将会增加，沙量也会明显增大，此外古埃及人也认为超过7°则很难拖动。

（工作量见表1）。

堆沙稳定角按45°，计算可得沙子用量为180~200万m3。

4.依据（1）金字塔内部部分充填物为沙子[2]。

可以解释为拉运石块过程中的附带物。

杠杆法和浮力法则不能解释这一现象。

（2）每座金字塔四周都有围墙,其中胡夫大金字塔的乌鸦墙10米高，12米宽。

普遍的解释为避免外人窥视其建造过程，但显然过于宽了。

另一种解释为运河水道，然而这又会引起水渗入金字塔内，要知道金字塔底下还有很多工程呢，法老的太阳船就放置在那里。

其实这堵墙还可以阻挡沙子外溢，提供外部模板，再有就是放置测量点。

（3）可实现外表自上而下施工，与希罗多德所确定的记述相吻合。

金字塔外表镶嵌的是较为细腻、白色的石灰岩，刚建成时在太阳的照耀下极为光彩夺目。

先建内部和主体结构，直至顶部建好后自上而下逐层剥离沙子，并镶嵌覆盖表层石块，直到底座。

（4）安放于金字塔低层的巨大石块，最重达160吨，在没有铁器的古埃及，基本不可能装到船上并卸下，杠杆也无能为力，最大的可能是使用多头蓄力和人力套着绳子拉动并调整角度。

（5）几乎所有金字塔都位于靠近尼罗河谷的沙漠边缘，能够提供充足的沙。

5.动力基础（1）古埃及人崇拜牛，是非常重要的牲口，牛肉是他们极为重要的食材，牛的数量也非常多。

胡夫金字塔附近一处遗迹出土了大量牛骨，所需的牛足够7000人吃20年。

散布于西部沙漠的大量人类活动遗迹表明了古埃及气候条件比现在要好得多，草原面积也大得多。

据古埃及人记载，最伟大的金字塔建造者斯奈夫鲁法老在位期间，曾与利比亚发生的一次战争中抓获俘虏11000多名，牛13100头；与努比亚（南部与现苏丹接壤区域）一次战争则抓获俘虏7000名，牲口20万头。

从这些记述当中不难发现古埃及人对战争战利品牛的重视不亚于对人的重视。

这就为修建金字塔大量使用牛奠定了基础。

（2）大象也是古埃及非常重要的牲口，早在修建金字塔之前，纳卡达区域一些墓葬中就有亚麻布或草席包裹的大象给人陪葬，人的尸体也是亚麻布包裹的。

另外象牙一般作为祭祀礼器使用。

直到公元前202年的扎马战役，汉尼拔还曾组织了80头大象参与战斗。

这就说明在古代，大象在北非（包括埃及）比较多，且能够被人类驯化、利用。

此外驴也是古埃及很普遍的牲口。

（3）古埃及人还是制造和使用绳索的高手，绳索原材料多为纸莎草或亚麻。

他们的船只用绳索捆绑就能做到不渗水。

此外绳索还是测量的主要工具，专门负责测量的人员被称为司绳。

使用绳索和短木很容易就能套在牲口的身上，发挥其巨大拉力，在一些偏远山区现在依然使用这一原始技术拉车、犁地。

（4）石块被拉运到安放位置以后，再使用杠杆（其实更可能作为撬棍）做精细调整。

沙子摩擦系数按0.3，1个人能够平稳输出的力按800N计，1头牛可抵5个人，1头大象可抵10个人（据印度人测试结果），则1个人可拉100Kg石块，1头牛可拉500Kg石块，1头大象可拉1000Kg石块。

一块3吨重的石块需要3头大象，或6头牛，或30个人。

图5为绳索捆绑石块示意图，绳索前端可以分叉。

图5 绳索捆绑石块示意图6.优势所在（1）能够实现表层石块自上而下施工并最大程度地对其保护，避免出现掉落砸坏的情况。

金字塔在法老及人民心中的地位至高无上，不能有瑕疵，要保证工程竣工后，四面都是洁白、平滑的。

（2）建造过程中，很容易发生中心点的偏移。

采用这种方法施工到顶部后，可以设置测站，与地面四周布置的测点形成闭合测量，进一步校准中心点，然后施工包裹黄金的复杂顶端。

考古学家围绕金字塔四周发现了等间隔布置的桩坑，推测为布置测点用。

（3）利用顶部测站还能够精确指示表层石块安装和进一步打磨，弥补内部主体结构施工中的误差。

胡夫金字塔四条底边长相差不到20厘米，东南角与西北角高差仅仅1.27厘米，正南正北布置，角度偏差只有1/20度。

这是一个何等精确的工程呀。

（4）沙子可以重复使用，建造周围其他金字塔。

吉萨在相隔不到60年的时间里相邻建了3座金字塔。

胡夫儿子哈夫拉的金字塔也有143.5米高，因其处于高位，看上去比胡夫金字塔还要壮观。

（5）安全。

沿着沙坡向上拉石块的过程中，累了可以歇歇脚，石块不会倒退，也不会出现掉落的情况。

其他方法则很难确保人和金字塔本身的安全。

若安全得不到保障，相信会对古埃及人的宗教热情以及对法老的崇拜产生动摇，也会严重影响到金字塔的修建。

（6）速度快。

假设坡道宽度5米，可并列2排，一组跟着一组连续运输，效率会比较高。

建造低层时可形成多条通道，2条通道可施工至45米高度，能完成总工程量的67%，形成围绕一周的螺旋沙坡时只剩上部33%了。

每一层为一个施工平台，可以多点同时施工。

这样就可以满足平均每2分钟安装一块石头的进度。

事实上金字塔内部充填了大量的不规则石块和沙子。

（7）鉴于金字塔表层的石灰岩块要从24公里之外运来，加上打磨的时间会更长，采用这一方法则可以平行作业、统筹施工，即在建造金字塔内部和主体结构时，同时从图拉采石、运输、和打磨。

7.其他问题（1）一位法国的工业化学家曾在金字塔岩块中发现了头发，另外还有海贝，据此推测这些石块是混凝土。

关于头发更可能的形成原因是，石块为石灰岩，即CaCO3，在空气、水的作用下发生化学反应成为Ca HCO32,干燥条件下失去水后又会变为坚硬的CaCO3，这一过程很容易把原来修建时遗留的毛发嵌入石灰岩。

关于海贝，石灰岩是在浅海环境下沉积生成的，故夹入海贝或其他浅海动物化石都是非常正常、自然的事。

（2）金字塔建造时期古埃及人能够使用的金属只有铜器和黄金，故采石和打磨其实是非常有难度并耗费时间的工作。

美国大都会博物馆收藏了一件古埃及时期经研磨的石制品，在其研磨粉中检测到了刚玉，被视为古埃及人使用刚玉研磨花岗岩的证据。

同样道理，研磨石灰岩主要使用的应该是花岗岩或刚玉等硬度更大的石器。

（3）古埃及已具备非常高超的天文和测量技术。

早在修建金字塔之前，就已经创立了太阳历，一年分四季，共365天，几乎没有误差，是现代公历的起源。

测绘人员一般具有很高的社会地位，考古学家曾在一名建筑师住所内发掘出一把纯黄金腕尺，约等于52.5厘米，为法老奖赏，图案极其精美、复杂。

（4）采用螺旋沙坡这一方法运输石料，当然也有可能外表石块是自下而上施工的，每施工一层，沙子覆盖一层，建好后再自上而下剥去沙子，自远处看，误认为是先建好上部，后建好下部。

（5）毕竟建造金字塔的古埃及人与希罗多德所处时代的埃及人一脉相承，而之后，埃及经历的战争与变迁则要复杂得多，故他的描述我们不能完全不重视。

杠杆搬运法即便在他看来也是不确定的，但他确定的是：上部是最先完工的，然后是下面，最后才是底座。

8.结束语我们研究金字塔的建造方法就不能脱离古埃及的实际情况，基于以上事实和分析，只有螺旋沙坡运输方法才能够确保金字塔顺利、安全地建成。

但是，古埃及建造金字塔毕竟已经过去了4600年，要想得到确切印证，还需要更多、更直接的考古发现或记录。

作者简介：陈卫军（1977—），陕西佳县人，就职于中天合创公司，高级工程师。