水運儀象臺（別名：元祐渾天儀象），是北宋科學家蘇頌等人建造的以漏刻水力驅動的大型自動化天文儀器，集天文觀測、天文演示和報時系統為一體。標志著中國古代天文儀器制造史上的高峰，被譽為是世界上的最早的天文鐘。
宋元祐元年（1086年）開始設計，宋元祐三年（1088年）五月制作出了水運儀象臺“小樣”，十二月大木樣制造完畢。宋元祐七年（1092年）六月，水運儀象臺被成功制造出來。水運儀象臺建成之后，蘇頌奉詔“記其制度”，將其設計原理、全部設計圖樣以及圖樣的文字說明匯集成書，撰寫了《新儀象法要》一書。金兵陷汴梁時（1127年），蘇頌領導制作的水運儀象臺遭到破壞，僅存世三十九年。1958年，史學家王振鐸按1∶5的比例，第一個成功復制了水運儀象臺的模型。后來，日本畫家吉澤大淳、英國科技史學家李約瑟也成功復制。
根據《新儀象法要》的記載，水運儀象臺（以宋代水矩尺計算）高是三丈五尺六寸五分（約12米），寬度是二丈一尺（約7米），水運儀象臺其內部是以水為動力，集渾儀、渾象、報時為一體的，上狹下廣、呈正方臺形的木結構建筑。水運儀象臺的結構大致可以分為三層。頂層置渾儀及活動屋頂用于觀測；中層為密室，設渾象模擬天象運轉；底層為水力驅動系統和五層木閣報時裝置。
蘇頌主持制造的水運儀象臺是中國古代單體尺寸最大、投資最多、技術最精妙的超大型科學儀器，被稱為中國古代第五大發明。水運儀象臺開創了三項“世界第一”：第一個可隨天體運動的渾儀轉動裝置（望筒）、第一個可控制儀象臺勻速運轉的“天衡”系統（擒縱器），水運儀象臺中首創的擒縱器機構是后世鐘表的關鍵部件，因此它又是鐘表的祖先、第一個可根據觀測需要自由啟閉的活動屋頂，是天文臺活動圓頂的祖先。
命名
因為該儀器是由水力推動樞輪起動機器運轉，所以稱為“水運儀象臺”。趙煦則把水運儀象臺命名為“元祐渾天儀象”。
簡史
研制背景
宋哲宗元祐元年（1086）十一月，詔命蘇頌制造新的渾天儀。為了更好地研制新的渾天儀，蘇頌立即召集天文歷法官員，一面收集天文資料，一面開始尋訪有天文專長的人才。他先是發現了精通《九章算術》、掌握“測天之術”的韓公廉，于是奏請皇帝，調韓公廉協助他。接著，蘇頌發現了壽州州學教授王沇之，學有專長，將其調入開封市，“充專監造作兼管勾收支官物”。他考察太史局和翰林天文院時，選出“夏官正周日嚴、秋官正于太古、冬官正張仲宣”等人，與韓公廉同充制度官，“局生袁惟幾、苗景、張端，節級劉仲景，學生侯永和、于湯臣測驗晷景刻漏等，都作人員尹清部轄指畫工作”，也就是由尹清統管全部組織工作。
蘇頌上疏奏請趙煦設立研制水運儀象臺的專門機構——元祐渾天儀象所。皇帝奏準后，各項工作全面展開。從設計圖紙到水運實驗，從木制模型到觀測天體，蘇頌都是精心審核，反復試制。
成功研制
在充分研究前人資料與儀器的基礎上，韓公廉初步設計《九章勾股測驗渾天書》。蘇頌審核后，命韓公廉“造到木樣機輪一座”。宋元祐三年（1088年）五月，制作出了“小樣”。宋哲宗與百官對小樣的試驗都很滿意。接著十二月大木樣制造完畢，經過充分準備，演示又取得了成功。“閏十二月二日具札子取稟安立去處，得旨置于集英殿。”這是研制的第一階段，即大木樣的研制過程。
第二階段是鑄造銅制的渾天儀。鑄造之前，翰林學士許將等人再次檢驗大木樣的測試結果是否準確。“宋元祐四年三月八日（許）將與周日嚴、苗景晝夜校驗，與天道合，詔以銅造。”經過三年的精心研制，新的渾天儀終于造成，用銅約兩萬斤。水運儀象臺的構思廣泛吸收了以前各家儀器的優點，尤其是吸取了北宋初年天文學家張思訓所改進的自動報時裝置的長處。在機械結構方面，運用了筒車、筒車、桔槔、凸輪、天平桿等一系列設備的機械原理，把觀測、演示和報時設備集中起來，組成了一個整體，成為一部自動化的天文臺。
宋元祐七年（1092年）六月，元祐渾天儀象成，詔三省、樞密院官閱之。在御前演示和觀測實驗中，水運儀象臺受到趙煦以及三省、樞密院、太史局等官員的好評。宋哲宗將其命名為“元祐渾天儀象”，并指示安放在“合臺”，即水運渾象臺上。水運儀象臺建成之后，蘇頌奉詔“記其制度”，將其設計原理、全部設計圖樣以及圖樣的文字說明匯集成書，撰寫了《新儀象法要》一書。
宋紹圣元年（1094）十月，在水運儀象臺試用兩年之后，宋哲宗再次下詔，校驗新舊渾儀的優劣。參與比較的新舊渾儀有四臺：“在測驗渾儀刻漏所曰至道儀，在翰林天文局曰皇祐儀，在太史局天文院曰熙寧儀，在合臺曰元祐儀。”在禮部、秘書省主持下，集新舊渾儀的局官，共同測驗。結果，還是蘇頌的水運儀象臺（即元祐渾天儀象）最精密。
遭到破壞
金兵陷汴梁時（1127年），蘇頌領導制作的水運儀象臺遭到破壞，僅存世三十九年。雖然“元祐渾天儀象”已不復存，但《新儀象法要》得以留存，其中詳細介紹了水運儀象臺的設計、制作及使用方法，是世界上保存的最早、最完整的機械圖紙，也為后世復制水運儀象臺提供了可能性。南宋時期，逃到偏安杭州市的政府和賣國賊秦檜曾試圖尋找蘇頌的后人，并派遣使者前往溫州市搜尋蘇頌的制造書籍，甚至向朱熹求助，意圖重建水運儀象臺，但最終未能如愿。自宋代以后，蘇頌水運儀象臺的重建便再無下文。元代郭守敬所創的定時器偏離了自動儀象臺的范疇。明代初年，司天監向朱元璋呈獻的水晶刻漏，非但未被賞識，反被視作無用之物而遭擊碎，這直接導致明代初期連自動機械的定時器都不再被研制。直至明末，耶穌會士抵達中國，將歐洲的自鳴鐘引入，然而，當時的統治階級因孤陋寡聞，竟將其視為西洋奇技。總體而言，明朝在這一領域的科學技術發展近乎空白。
約十八世紀時，英國的鐘表制造業已相當發達，大英帝國殖民主義者將大批制作精良、裝飾華貴的鐘表作為炫耀的商品輸出國外，尤其是中近東和印度等地。當時，中國清朝的皇帝也收到了這些精心制作、融合東方裝飾風格的鐘表。然而，由于失去了自身的優秀科學技術傳統，愛新覺羅·弘歷的御用文臣在撰寫《四庫全書提要》時，竟對蘇頌的著作《新儀象法要》妄加評論，謬稱其為：“我朝儀器精密無比，遠超千古，蘇頌所創，自無足輕重，但其一時講求制造的精神，倒頗有參考價值。”
成功復制
中華人民共和國成立后，中國近代工程教育家、中國科學院院士劉仙洲開始研究蘇頌儀象臺的征程。1953年至1954年間，他在《機械工程學報》上連續發表了相關文章進行介紹，隨后在1956年12月，又在《天文學報》上發表了探討中國計時器發明的論文，尤其針對唐宋以來水力與沙漏天文儀器的主要機械部件之間的相互作用進行了深入歸納與分析。
1956年，科學規劃委員會與中國科學院聯合召開的自然科學史研討會上，提出了對蘇頌制作的水運儀象臺進行復原研究的必要性。1957年1月，中國科學院與文化部文物局指派劉仙洲承擔復原任務。1957年1月至5月，完成了復原設計，期間得到了故宮博物院的支持。
1958年春，故宮博物院建筑研究室與中央自然博物館美術加工組采用分工合作的方式，分別負責臺體結構與內部機械的制造；同時，中國科學院科學史研究室對渾象星圖進行了復原與補充；最后，故宮博物院文物修整組對整體模型進行了精度加工。直至1958年6月1日，水運儀象臺的運轉規律得以發現，筒車得以順暢轉動。同年，史學家王振鐸按1∶5的比例，第一個成功復制了水運儀象臺的模型，并發表了《揭開了我國天文鐘的秘密》一文。后來，日本著名畫家吉澤大淳、英國科技史學家李約瑟也成功復制，李約瑟還把《新儀象法要》譯成英文在中國國外發行，并肯定蘇頌“是一位突出的重視科學規律的學者”。
工作原理
水運儀象臺的構思廣泛吸收了以前各家儀器的優點，尤其是吸取了北宋初年天文學家張思訓所改進的自動報時裝置的長處。在機械結構方面，采用了民間使用的筒車、筒車、桔槔、凸輪和天平秤桿等機械原理，把觀測、演示和報時設備集中起來，組成了一個整體，成為一部自動化的天文臺。水運儀象臺最上層平臺放置觀測天象的渾天儀，可通過天文觀測校準渾象演示和報時裝置。中間層放置一臺渾象，可以演示實時天象。最下層是動力系統和計時報時系統，報時裝置利用了160多個小木人以及鐘、鼓、鈴、鉦四種樂器。
水運儀象臺不需要人力控制，其動力機械是一個由三十六個水斗和鉤狀鐵撥構成的樞輪，即筒車，樞輪頂端有起到杠桿作用的“擒縱器”。樞輪由水流量和擒縱器控制，按一定的速度運轉，進而帶動整個儀象臺的運轉。整座儀器既能觀測天文星象，測出日月星辰的位置，又能用于計時報時。
基本構造
根據《新儀象法要》的記載，水運儀象臺（以宋代水矩尺計算）高是三丈五尺六寸五分（約12米），寬度是二丈一尺（約7米），水運儀象臺其內部是以水為動力，集渾儀、渾象、報時為一體的，上窄下寬呈長方形的木結構建筑。水運儀象臺的結構大致可以分為三層。
水運儀象臺是一座上狹下廣、呈正方臺形的木結構建筑，其中渾儀等關鍵部件為仿青銅鑄造，中間一層有一個沒有窗戶的“密室”內放置著一臺渾象，真實的再現了星辰的起落等天象變化，下層有臺塔倫報時機構共分成五層木閣。
上層
水運儀象臺的上層是一個露天的平臺，設有渾儀一座，用龍柱支持，下面有水槽以定水平。渾儀上面覆蓋有遮蔽日曬雨淋的木板屋頂，為了便于觀測，屋頂可以隨意開閉，構思比較巧妙。露臺到儀象臺的臺基有七米多高。
渾儀的儀座為十字水平，儀體分三層，外層為六合儀測定一天的時間和經緯度，中層為三晨儀測定一年四季和日月星宿的位置，里層為四游儀，設有望筒以便實測目標，原儀為銅質制造。渾儀結構和唐、宋渾儀類似，只是在中間一重三晨儀里加一個在赤道方向的天運環，環有齒牙，和天柱的上輪相接，由天柱通過天運環帶動三晨儀一起轉動。這是后世轉儀鐘的一個雛形。渾儀置于板屋內，是近代望遠鏡室活動屋頂的先驅。
中層
水運儀象臺的中層，南北各有內開的門，門外設有欄桿，在中層的南部有渾象一座，此外別無它物，渾象的外形為下面是地柜，上表面是經緯環的環規，規中安裝渾象球，渾象一半裝在地柜里面，一半露出柜面，渾象中間的赤道帶上裝有齒牙。機輪軸的天輪和它相接，以帶動渾象和天穹一起旋轉，一晝夜轉動一圈，真實地再現了星辰的起落等天象的變化。
下層
動力裝置
在下隔的中央部分設有一個直徑3.767米的樞輪。樞輪上有72條木輻，挾持著36個水斗和勾狀鐵撥子。樞輪頂部和邊上附設一組杠桿裝置，它們相當于鐘表中的擒縱器。在樞輪東面裝有一組兩級漏壺。一水斗滿時，水斗的撥牙撞擊關舌拉下天衡同時天關與天梭也同時打開，樞輪即往下轉動。但因擒縱器的控制，使它只能轉過一個斗。這樣就把變速運動變為等間歇運動，使整個儀器運轉均勻。
樞輪下有退水壺。在樞輪轉動中各斗的水又陸續回到退水壺里。另用一套打水裝置，由打水人搬轉筒車，把水打回到上面的一個受水槽中，再由槽中流入下面的漏壺中去。因此，水可以循環使用。打水裝置和打水人則安置在下隔的北部。
在輪舵的前面有一組提水機械系統，它們由升水下輪、升下水壺、升水上輪、升水上壺、河車、天河組成，當提水人轉動舵輪時，水就從升水下輪開始一級一級提升，直至到天河，從而完成提水和蓄水的任務。
在這一組提水機械的東面是天池，平水壺它們比天河低，以便將天河中的蓄水通過天河到達平水壺。在樞輪的下部設有退水壺，讓經過樞輪的水退回流到升水下壺去以便循環。整臺儀器的動力在下層的北面，是靠北面的打水人用以轉動輪舵的操作站立地。
報時裝置
下層報時機構的五層計時報時裝置，在臺下層的南部，外面有向南的5個窗口，窗內有五層木閣，五層計時報時裝置內從上致下有五個輪連載機輪軸上，這五個輪各帶動一層窗內的報時動作，由于五層輪的外面，有了一座五層木閣，可能將全部機軸隱藏起來，當打開南面的雙窗就能看到這五層木閣窗中將按時出現司辰木人和打擊樂器的木人。
每層木閣內都有相應的機輪或輪輞，上掛抱牌木人；或用撥牙撥動窗口木人手臂敲打樂器。這些機輪都裝在一根機輪軸上。機輪軸有傳動機構和天柱相連。天柱是貫通全臺上中下三隔的傳動軸。天柱下有個下輪，與樞輪軸伸出的地轂相結合。當作為原動輪的樞輪轉動時就經過地轂傳動，使天柱旋轉起來，由此帶動全儀。
第一層木閣又名“正衙鐘鼓樓”，負責全臺的標準報時。木閣設有三個小門。到了每個時辰（古代一天分做十二個時辰，一個時辰又分為時初和時正）的開始時，就有一個穿紅衣服的木人在左門里搖鈴；到了每個時辰的正中，有一個穿紫色衣服的木人在右門里扣鐘；每過一刻鐘，一個穿綠衣的木人在中門擊鼓。這層木人動作由晝時鐘鼓輪控制。
第二層木閣負責報告時初、時正。該層木閣正中有一個小窗，每逢各個時辰的開始時，一個穿紅衣的木人持時辰牌出現在小窗前；每逢各個時辰的正中，一個穿紫衣的木人拿著時辰牌出現在小窗前。此層共有紅衣木人和紫衣木人各12個，時辰牌牌面上依次寫著子初、子正、丑初、丑正等。這層木人的動作由晝夜時初正輪控制。
第三層木閣負責報告時刻。該層木閣正中有一個小窗，每到一刻，一個穿綠衣的木人持刻數牌出現在小窗前。此層共有96各綠衣木人，它們按12個時辰的初正，次序中間插上時刻，如一刻、兩刻、三刻等抱有時辰牌，當第二層木人轉到木閣中窗前報時辰時，相應的第三層木閣中報刻時辰即出現在門前報刻。這層木人的動作由報刻司辰輪控制。
第四層木閣負責晚上的報時。該層木閣中間有一個小窗，木窗內置一小木人，逢日落、黃昏、各更、破曉、日出之時，木人擊鉦報時。這層木人的動作由夜漏金鉦輪控制。
是由兩疊的輪輞制成，上重輪輞有三層的孔洞，是按夏至、冬至、春分、秋分來分度的。孔洞中插入更籌木箭桿，可以按季節分層插入排列，冬至是箭籌排列較密，夏至時較疏，利用箭籌與撥子的作用拉動第四層木閣窗口的木人在夜間按更擊鼓，以報更數。
第五層木閣負責報告晚上的時間。這層木閣中間有一個小窗，日出、日落、各更，一個穿紅衣的木人持牌出現在小窗前；各籌（點），一個穿綠衣的木人持牌出現在小窗前。這層木人的動作由夜漏司辰輪控制。
輪輞設38個司辰木人，這批木人不是固定在輪上的，而是可以移動的，它們的位置是隨節氣來排列，司辰所執牌面書寫內容是從日落到日出，夜間的各個時刻，如，日入，昏、二更、一籌、日出等，這38個牌木人在夜間輪流轉現在第五層木閣窗口，指示更籌數。
相關書籍
蘇頌所著的《新儀象法要》成書于宋紹圣初年，這部作品是11世紀中國天文學和技術科學領域的杰出代表。它不僅詳細記錄了天文學的成就，還介紹了天文儀器的制造過程。蘇頌廣泛汲取了民間廣泛應用的機械知識，并將其綜合運用，巧妙設計出一整套完整的機械系統，提升了其科學實用價值。《新儀象法要》在編寫上極具科學性，書中附有六十余幅全圖、分圖和群圖，這些圖表大多采用透視和示意的方式呈現。這部書后來收錄到《四庫全書》中，得以流傳下來。
仿制版本
中國科學技術館版本
中國科學技術館版本的水運儀象臺參照蘇頌編撰的《新儀象法要》一書復原，體積為原物的1/2大。
王振鐸版本
1958年，史學家王振鐸按1∶5的比例，第一個成功復制了水運儀象臺的模型。
中國福建版本
翔安區蘇頌文化公園中央的水運儀象臺是中國大陸首臺1:1比例的蘇頌水運儀象臺，高12米，寬寬7米，共分3層，完全按照蘇頌當年設計制作的水運儀象臺進行建造。
開封市博物館版本
開封市博物館版本的水運儀象臺高十幾米，齒輪間隔若干秒即運轉一次，列隊的古裝人物也會移動，時間、天象通過人物敲鐘的方式報出。
中國臺灣版本
中國臺灣的水運儀象臺臺邊裝飾著飛鳥。
日本版本
日本版本的水運儀象臺臺邊裝飾著不死鳥。
羅西尼鐘表博物館版本
位于羅西尼鐘表博物館的水運儀象臺是按1:6的比例復制的，高約2米。
主要發明者
蘇頌，生于趙恒天禧四年（1020）十二月，福建泉州南安人，天文學家、機械學家，字子容，謚正簡，北宋泉州同安葫蘆山（今廈門同安永豐鄉）人，官至右仆射兼中書門下侍郎，拜太子少師致仕，封魏公。在天文、藥物、文學等諸多方面作出過卓著貢獻。
影響意義
蘇頌將渾儀、渾象、司辰三器組合成一個整體，這是水運儀象臺的最大特色，也是中國古代天文機械制造史上的一大創造。水運儀象臺的天衡系統是現代機械鐘表的先驅，堪稱世界鐘表發明的鼻祖。
蘇頌主持制造的水運儀象臺是中國古代單體尺寸最大（高12米，寬7米）、投資最多（5萬貫，約占北宋當年財政收入的千分之一）、技術最精妙（世界歷史上最早帶有擒縱器的計時器，早于歐洲約百年）的超大型科學儀器。水運儀象臺開創了三項“世界第一”：第一個可隨天體運動的渾儀轉動裝置（望筒）、第一個可控制儀象臺勻速運轉的“天衡”系統（擒縱器）、第一個可根據觀測需要自由啟閉的活動屋頂，是天文臺活動圓頂的祖先。此三項也開辟了現代天文臺轉移鐘、現代機械鐘表和現代天文臺自動啟閉圓頂的先河，具有劃時代的意義。
在《新儀象法要》中，還記載著依據實測繪制的星圖，共繪星1464顆，比四個世紀后西歐觀測到的1022顆星數還多442顆，這也是中國國內現存最早的全天星圖。西方科技史專家蒂勒·布朗和《科學史導論》的作者薩頓都認為，從中世紀到十四世紀末，除中國的星圖以外，再也舉不出別的星圖。宋代天文學的輝煌成就由此可窺見冰山一角，子孫后輩也得以在巨人的肩膀上“仰望星空”。
1956年3月，英國著名科學家約瑟在研究了蘇頌的水運儀象臺后，寫出《中國的天文鐘》的論文，給予“水運儀象臺”極高評價。他還把蘇頌《新儀象法要》一書譯成英文，轟動了國外的科學界。他在《中國科學技術史》中說：“蘇頌把時鐘機械和觀察用渾儀結合起來，在原理上已經完全成功。因此可以說他比羅伯特·胡克先行了六個世紀，比方和斐先行了七個半世紀。”
有“表王”之稱的百達翡麗在其官方資料中明確指出，手表里面最關鍵的“心臟”——擒縱系統的發明來自中國北宋時期蘇頌發明的水運儀象臺，擒縱在水運儀象臺里叫作“天衡”。由此，蘇頌被公認為世界鐘表鼻祖，水運儀象臺也被稱為中國古代第五大發明。
參考資料 >
北宋蘇頌制造水運儀象臺.新浪財經.2025-01-02
科普帖！#為了把時間具象化古人有多拼#.新浪微博.2025-01-02
水運儀象臺.中國數字科技館.2025-01-02
【計量知識】世界上最早的“天文鐘”:水運儀象臺.微信公眾平臺·河北計量.2025-01-02
蘇頌：引領宋代“黑科技”的一代賢相.百家號·泉州網.2025-01-02
水運儀象臺 世界機械鐘表的直系祖先.長汀在線.2025-01-02
世界鐘表從開封“出發”.開封網.2025-01-02
關于水運儀象臺的秘密你知道嗎?.微信公眾平臺·福建省海絲鐘表博物館.2025-01-02
古天文儀器“復活” 仍可觀測和演示天象.廈門商報.2025-01-02
時間也可用秤來稱哦.新浪網.2025-01-02
又是為古人智慧感嘆的一天!世界上最早的鐘表設計太超前了.央視網.2025-01-02