1063年，沈括以苏州籍贯及进士第； 三十出头的他再一次站在了汴京壮美的城门前，而这一次，他靠的是自己的努力。在1063到1075这十余年间，沈括在京都任职于不同部门，从馆阁文士一直做到当朝要员。在这个人生的新阶段，他终于回到了魂牵梦萦的有尊严的士人生活，而在底层行政中磨炼出的技能和心态也让他在回归之时有了新的感受与展望。在这十年中，沈括主持了一系列测量工程，丈量堤坝、观测星度以及划分国土疆边界，故本章命名为“步量于世”。沈括能够完成这些工程，无疑是与他爱物又长于闻见相关的。本章首先介绍沈括在皇家馆阁中的经历，这是他迅速扩大社交圈和知识面的一个关键时期。随后，笔者将介绍他在治水利、掌司天监以及习边事三方面的工作。本章将着重考察沈括与测量相关的工作，他在同时期所作的一些其他工作将在第五章作为王安石新政的一部分来讨论。

沈括在中进士后的第三年，凭着新获的出身、广阔之交游以及少许幸运，迎来了自己职业上的第一个小高峰——以新晋进士的身份出任扬州司理参军。彼时的扬州是一个生机盎然的机遇之地，它“节制淮南十一郡”，是淮南路的枢纽核心； 它同时也是联结帝国南北的中枢，是一个供给汴京的重要转运口岸。所以，扬州之于本路与天下都是举足轻重的。正如沈括自己所目睹，经扬州转运之供给“舟船南北，日夜灌输京师者，居天下十之七” ，其繁忙景象令人振奋。

沈括在扬州也遇到了一个改变他人生轨迹的重要人物：时任淮南转运使的张蒭。沈括第一次去拜访张蒭，两人就一见如故，“坐语终日” 。沈张二人有许多共通之处，譬如青年时代都经历过困苦挣扎，都对进学致知有强烈兴趣，且均在农事和财政上颇有才能。于是二人迅速建立了师友关系；“执手把衣袂，待以友朋”，亲密有加。 作为路一级的官员，张蒭有资格推荐青年官僚入京，且他自己做过十年的集贤修撰，于是推荐沈括进入昭文馆校书。 集贤院、昭文馆（以及秘阁与史馆）都是作为中央图书馆的馆阁的组成部分。 沈括就职昭文馆后第四年，张蒭将女儿嫁给了他 。沈括的原配在1060年代就已过世，他于是欣然再娶。

张家也是世代官仕的背景。据张蒭的自述，他的祖父是早年宋辽交战中代表宋朝冒死斡旋谈判的英雄人物。 而张蒭本人也是相当有成就的官僚。他和沈括相遇时，掌管的是从淮南向京城运输米粮的要务。在沈括娶张氏之后的十二年间，张蒭历任盐铁副使以及开封地区数个州的知州，转辗各地，持续发挥治理钱粮的才干。 1160年代中到1170中这十年是沈括的事业关键期，而他的岳丈在开封以及周边地区颇有势力，确实能给他一些助力。除了沈括之外，张蒭另有四名女婿在朝中任职，其中有国子博士章元方和陕西转运使李稷。 这些姻亲都成为了沈括事业新扩张重要的人际基础。

1066年，沈括入职皇家馆阁，这是他职业生涯的一次飞跃。宋代的馆阁位于皇城的核心地带，宋太宗将其选址在大庆门附近，由工匠们精心设计打造了一组美轮美奂的建筑，门上朱漆金钉，壁上龙凤飞云，为每一个由正门进入皇城的人所欣仰。 而馆阁之内皇家藏书的规模也在逐年扩展。沈括就职之时，馆藏已经超过三万六千多卷。

沈括在馆阁内逐年稳步升迁，起初在昭文馆任编校，后升馆阁校勘，之后充史馆检讨，而后又迁集贤校理。在宋代，馆阁内的工作分配其实是非常宽松的。除了核心的管理职位，大部分校书的职位其实都不是常规任命的实务，而是所谓的“贴职”，是一种奖励人才的荣誉。所以，不少馆阁任职的官员在馆内工作的时间和性质都比较灵活，在校什么书的问题上，他们也有不少选择的自由。

这种自由宽松当然令沈括欢欣鼓舞。帝国最庞大的图书馆藏给了他徜徉书海、广涉博览的机会，而身处京城又让他数次抓住机遇学以致用。比如，沈在1071和1072年间主持了南郊礼的改革，并将成果汇总成了一部新的礼典。 改革礼制要求他充分熟悉上古和前代的典故，而朝廷的藏书正为他提供了最好的知识储备。他也在1072年启动了一场历时六年的历法改革，而据沈括自述，他正是在馆阁任职期间因为校书而自学了星历知识。 有宋一代，有关星历的书籍文献是禁止民间流通的，所以身处馆阁为沈括提供了接触这些材料的绝佳机会。

沈括所享受到的自由与精神滋养与馆阁在宋代政治上的地位是息息相关的。从君主的角度来说，馆阁是他“聚书养贤”之地； 这里的“贤”指的就是宰辅人才，而所谓的“养”则是以馆阁优渥的待遇以及丰富的藏书来培养这些未来的核心人才。相当一部分进入馆阁的士人随后都进入了权力高层。对于不少人来说，这些校书、校勘的工作有时是半职，有时甚至是虚职；他们不见得终日在馆内校书，而往往忙于其他治国事务。 沈括的经历也正是如此。在进入馆阁几年之后，他就离开了幽静的藏书楼，奔忙在京城的四方；而皇家馆阁的头衔则一直跟随着他，那是一个当朝杰出文士的身份象征，预示这个年轻人可期的未来。

在昭文馆供职期间，沈括奉命主持了数项与计量相关的工程。1072年，他被任命前去疏浚汴河。汴河是北宋都城的命脉，它南通淮河，北接黄河，是开封地区物资运输的要道。 在沈括的时代，开封地区许多大小水道都注入汴河，所以其水量也十分可观。但汴河常年有淤塞的问题，尽管北宋政府早年也进行了一些清淤工作，但这个问题始终没有得到实质性的改善。神宗即位时，汴河已经有二十年未清理，而河床因为淤泥堆积已高出地面一丈二尺有余。

王安石在1070年代掌权之后开始考虑重启汴河治理。他对所谓的“淤田法”产生了兴趣，即安装斗门将汴河的淤水导引至开封郊区用于灌溉农田。 这个计划如果能成功执行，就是既可清淤又能肥田的一石二鸟之举。王安石任命沈括来主持这项工程。 尽管现存史料对沈括的具体工作只有零星记载，很难看出全貌和成果，但是从这些记录中能看出，沈括对汴河的周遭环境进行了详细的勘查，做了周密的部署。他在淤田法工程上的投入为他接下来一系列的汴河建设工作做好了铺垫。

一个例子是沈括受命将都城西面的洛水改疏入汴河。为了实现这个目的，他需要测量上善门和泗州之间的地势高度差。上善门在汴京附近，而泗州是汴水入淮的河口，这两个地点之间相距840里130步（399.37公里），是一个不短的距离。而这两点之间的地势也高低不平，要实现准确的勘测不是易事。 沈括为了这个工程准备了水平、望尺以及干尺各一件。 如图二所示，水平由一条水槽和三个浮子组成；每一个浮子上都刻有立齿。当水平被放置在一个均平的表面上、并将水槽注满水之后，三个浮子的立齿上端在观测者的角度看来应该是平齐一线的。望尺是一块有手柄的长方形的照板。照板长4尺（1.27米），以黑、白漆平分涂之。干尺是一把高两丈（6.34米）、刻度精确到分（1000分为一丈）的立尺。

图二：水平，望尺（照板），干尺

（改绘于武汉水利电力学院《中国水利史稿》编写组：《中国水利史稿》，中册，北京：中国水利电力出版社，1987年，54页。绘制人：Kelly Maccioli）

在测量两地地势高低的过程中，这三件工具通常需要两名观测人员协作使用。观测员甲立好干尺，并手持望尺。观测员乙将水平安放在需要测量的地点A，并保证其处在一个均平的平面上（三浮子平齐一线）。观测员甲于是逐渐调整望尺的位置，直到观测员乙能看到照板上的黑白分界线在干尺上的位置与水浮子形成的线重合，甲于是记下照板黑白分界线在干尺上所处的高度。这是第一轮测量的完成。随后，二人将三件工具移至B处，并重复以上过程，是为第二轮。两地得出的不同结果之差就是A和B之间的地势差别。

上述的方法是一个常用的标准测量程序，它简单易操作，但是却不适用于沈括的洛水汴河工程。这个方法完全倚赖观测人员的视力，而上善门和泗州之间接近400公里的距离是无论如何也不可能靠裸眼完成的。所以，沈括对这个方法进行了灵活的改造。他在视察汴河的周边环境时，发现了不少过去修建堤坝时取土留下的沟渠，这些沟渠零散分布在汴河流域并与汴河相交。沈括逐一往这些沟渠中注水，并在每条渠中又筑一小拦水坝，所以就把它们变成了一系列蓄水池。这些蓄水池于是把400公里的距离分解成了许多小段，沈括然后分别测量每一段的地势差，最后总和起来就是需要的数据。这个结果的精确度超过了之前试过的诸种其他方法，为洛水汴河工程打下了坚实的基础。

除了田圩河堤之外，沈括也将其丈量的视野投向了天空中的“物”。1072年，沈括以在馆阁中勤恳学得的天文历法知识为依托，主持发起了一场历法改革。这场改历运动前后持续了六年，基本实现了他的两个主要目标：改造当时的天文历法主管机构，以及推出一部新历。与雅乐类似，历法是宋代一个变革频繁发生的领域。沈括推出的新历《奉元历》是九部宋历中的第六例。

在讨论沈括的具体工作之前，让笔者先澄清一下所谓的“改历”在古代中国语境中的具体含义。首先，常常被翻译为calendar的“历”，其实与该英文词汇的涵义颇有出入，中国古代的历其实是一个交食和行星位置的推算系统。 席文因此建议以“天文改革”来取代“历法改革”以避免翻译成现代语言之后可能造成的误解。 其二，中国传统的历法计算是一种代数计算法，而不是托勒密传统的几何计算法。其三，一部历法的准确性主要体现在它对交食的推算上。一个改历者通常需要搜集一些新的观测数据，再以这些数据来修正现有的计算法则。

当沈括1072年受命改革、兼提举司天监的时候，其实身处在巨大的政治漩涡中。彼时他已经是王安石新政的要员之一，而王安石正在与新政最强劲的异议者司马光争夺对天文历法的掌控权。沈括入主司天监自然体现的是王安石的胜利，而王若要乘胜追击，进一步深入对星历领域的控制，最好的方法莫过于发起一场改历运动，彻底除旧立新。

在政治气氛剑拔弩张的同时，天文历法技术界内部也是挑战重重，人们对现行历法的批评不绝于耳。1068年，因为现行的《明天历》在预报交食中出现严重误差，司天监只好启用一部老历《崇天历》，这显然是无奈之举，因为《崇天历》的准确性也很有问题。 一些现行的计算法则已经严重与时代脱节，比如朔法，使用的还是唐人一行的数据，几百年下来积累的误差已经很可观。 而在沈括看来，最亟须改革的是技术人员内部的玩忽职守。当时负责天文观测的机构其实有两家，一个是司天监下属的天文院，另一个则是翰林院下属的天文局。两局并存是宋廷有意为之的安排，希望它们可以互相校对以提高观测的准确性。 但事与愿违的是，两局历官反而互相抄袭观测结果。 沈括对此现象相当愤慨，他入职司天监后，曾因此免官六人，但是并未能根治舞弊行为。所以，一场深化的改革势在必行。

然而，沈括为这场改历运动选择的领军人物却充满了争议。他起用了卫朴，一个毫无官宦背景的平民，一个视力微弱（有可能已经失明）的民间星历爱好者。尽管如此，卫朴的历术却令沈括深深折服。据沈括称，卫朴的新法可以准确推算出《春秋》中所载的三十六次日食中的三十五次，相比之下，著名的唐代星历家一行才推出了二十九次。 卫朴因为视力微弱，所以主要依靠心算，“口诵乘除，不差一算”。他的助手将历书逐行念给他听，他能听出计算错误并且立马纠正。卫朴以筹运算时，指法如飞，“人眼不能逐”，蔚为奇观。 他所制的奉元历在沈括看来已经大大超过从古至今的各部历法，但是卫朴本人却认为它只体现了自己六七成的功力，待到新的观测数据到位之后，还可以继续精进。

沈括改革的另一方面正是对整个观测系统的全面改造。在任职司天监期间，他向历官们反复重申观测的重要性，同时以身作则，计划在未来五年内系统地搜集观测数据以支持卫朴改进《奉元历》。为了这个五年计划，沈括重新设计打造了三件重要的天文观测仪器——浑仪、圭表和浮漏。他将自己的设计思路详细记录在了《浑仪议》、《景表议》和《浮漏议》这三篇长文之中。

首先是对浑仪的改造。浑仪是一种“象天之器”，主要用于演示天体的多重结构，比如黄道和赤道。沈括以唐代星历家李淳风的浑仪设计为基础、改良出了自己版本的新浑仪。

沈的新浑仪有三重圆仪，这点与唐仪的结构是一致的。外层被沈括命名为“体”，包括了四层同心圈，即双层的经圈（子午圈以及穿过天顶和南北级的大圈）、一层纬圈（代表赤道平面的大圈）和一层纮圈（平设以象地体、标明东南西北的大圈）。四层铜圈层层环抱，固定在一个四角的趺之上。 中层沈括称其为“象”，即代表天体纷繁万象的圈层，这一层的四重铜圈都是可以转动的。其中玑是一个经过冬至点和夏至点的双层圈，它可沿着南北极轴线旋转。黄道圈和赤道圈与玑圈相交，并可以分别绕着自己的圆心转动。黄道、赤道圈上均刻有刻度，并且这两个圈可以用铜钉在任意位置相连接。 这个设计是为了照顾岁差（春分点退转）而做出的考虑。 浑仪的最内层由所谓“玑衡”构成。 衡是一个望筒，玑是一个南北极平面上的小圈。玑可以在子午面上旋转，而衡可以以玑的圆心为轴而转动。当观测者将望筒指向天空时，他能从浑仪上读出一些重要的数据，比如一个天体和天极之间的距离或者是它在黄、赤二道上的相对位置。

尽管基本结构相同，沈括的新浑仪与唐代的旧仪相比有了不少改进。其中最重要的一个改良就是去除了所谓的白道环，即代表月球轨迹的铜环。李淳风版本的浑仪将白道环放在中层（与黄、赤道环在一重），而白道环和黄道环之间的关系无法固定，因为月球轨道和黄道的交点会定期退行。为此，李淳风不得不在黄道上钻了249个孔，这样才能每月调整白道环和黄道环的相联之处。 这个设计已经非常繁复，但依然无法准确地复原月球的运动轨迹。所以沈括干脆决定去掉了白道环，后代的浑仪沿袭了他的做法，再也没有复原过白道环。

为了观测的精确，浑仪必须指向真北（即天球的北极），为此，沈括动了不少脑筋来确定真北精确的所在度，也就是他所谓的“天枢”的位置。对于裸眼观测者来说，天枢一般就是指北极星。北极星与天枢确实距离很近，但即使是从肉眼角度来说，这个近距离依然不是重合的。而且，这段距离还会随着地轴进动而变化。沈括注意到这个问题，是因为他发现极星有时会游离到（指向天枢）的望筒可视范围之外。他于是将望筒的直径加大到极星在三个月之内可以在窥管中“常见不隐”的程度。基于这个改造，沈也因此得出结论，认为极星和天枢的距离在三度左右。

为了更好地协助观测，沈括对望筒的结构也进行了适度改造。从前的窥管一般是两头均平的圆柱体，在沈括看来，这会导致“人目游动”而不能集中。他于是将圆柱改造为圆台，并“以勾股法求之”，圆台上面直径一度有半，下面直径三度。这样一来，则“人目不摇”而“所察自正” 。总的来说，沈括的新浑仪诞生于他对历史上的旧仪和观测技术的悉心考量，他的这个设计也因此而位列北宋的四大浑仪之一。

浑仪改造完毕之后，沈括将工作重点转移到下一个观测仪器——圭表。圭表又名景表，是自上古就有的天文仪器，它的主要原理是以太阳影子的长度来判定季节。一尊圭表通常由两部分组成：一柄直立的杆（表）和一把与之垂直的、水平面的上的尺（圭）（见图三）。在日照之下，表的影子会投射在圭上。一般来说，一年中最短的表影出现在夏至，而最长的则在冬至。圭表原理简单也很好操作，不过它的测量精确度也确实欠佳，容易受到外界因素的影响，比如时间、地点、表的高度，以及天气情况。

图三：圭表

（绘制人：Kelly Maccioli）

沈括对圭表的使用做出了一系列改良。他把一般来说室外使用的圭表移到一间密室中，让阳光从一条细缝透射进来，这条集中的光柱于是能在圭表上留下更加清晰的影像。他还发明了一种双表齐用的做法，就是给主表加一个副表，从而减小影响观测清晰度的半影。主表高8尺（2.53米），这个高度的表影常常有可观的半影区间，令观测者很难精确地定位影端的位置。副表很短小，只有主表高度的二十分之一。沈括将副表放置在一个特定的位置，令其上端恰好与光柱相接，这个设计能有效地减少主表影的半影。

和浑仪一样，圭表放置方向的精确度对它的观测效果也是大有影响的，沈括非常重视这个问题。他提出了一个“三重圭表”的方法，主要用于精准地定位正南正北方向以更好地固定圭表的位置（见图四）。首先，操作者将三座高度两尺（0.63米）的圭表G1、G2、G3按南北大致方向一字排开。紧接着以G2为圆心画一个大圈；在日出和日落时分，在圆圈上分别标出三座圭表的表影与圆圈的交点（共六个，A，B，C，D，E，F），然后将对称的点分别相联，得到三组直线AB、CD、EF。随后，逐渐调整G1-G2-G3一线的方向直到AG1与BG1、CG2与DG2、EG3与FG3、AC与BD、CE与DF变得一致互相均等。此时，连接G2以及AB、CD、EF的中点的直线就是正南北指向。 三重浑仪之法能测量出比单表更加精确的方向，而且也简单易行，不需要其他仪器的辅助，确实是一个巧思。

图四：三重圭表

（改绘于陈美东，《中国科学技术史：天文学卷》，北京：科学出版社，2003年，474页。绘制人：Kelly Maccioli）

沈括改良的最后一件仪器是浮漏。浮漏又称水钟，是一种依靠均一水流来计时的仪器。沈括的浮漏是李约瑟所定义的外流式（overflown）漏壶。 如图五所示，该浮漏由四个主要部分组成。水流从壶1进入壶2，由壶3过滤掉多余的流量，最后均衡地进入壶4。壶4中有一支100刻的浮尺（100刻即一天十二个时辰的时长），由这支浮尺读出的水面高度变化就是当时的时间。沈括为这座浮漏的每一部分都起了风雅的名字。1号壶，即蓄水壶，是整个系统的源头，故名“求壶”；2号壶承接1号，又分为左右两室，故曰“复壶”。4号壶是浮尺所在、显示时刻之处，所以叫“建壶”。3号壶以受不用之水，所以称为“废壶”。

图五：浮漏

（改绘于李志超，《浮漏仪考释》，《中国科学技术大学学报增刊》，6期，1982年：34页。绘制人：Kelly Maccioli）

浮漏的精确与水流的稳定密切相关，所以沈括在这方面做了不少考虑。比如，他在复壶中隔开左右平行的两室，就是为了水流能从复壶均一地进入建壶。水流从复壶左室进入右室，所以沈将左室命名为“元”，右室则是“介”。联通左右室水流的是隔离壁上的一个小孔，名为“达”；这个小孔将来自左室的水流一分为二，一半进入右室，另一则通过两道“枝渠”进入废壶。 沈括的这个设计是受启发于北宋早年的燕肃制作的莲花漏。 另一个稳定水流的设计是连接复壶和建壶的泄水管。沈括把这根管安装在复壶壁上较高处，约在壶口下一寸。如此一来，复壶内的水在进入建壶之前被迫走高，能有效率地实现水量减半，从而维持稳定。而且，出水口越高，受壶底沉淀物的影响越小，也是一个促进稳定的因素。沈括还在出水口中安置了一个“玉权”，也就是一个带孔的小塞子，从而进一步制约了水流的发散。除了在水流调整上的考量，沈括还做了不少其他小改进来增进精度。比如他建议用新作的圭表来校正浮漏的刻度，又比如他对铸造各个部件用的金属选择非常谨慎，不惜工本以黄金铸浮尺来保证其耐久性。 虽然沈括的设计并不是百分百都达到了预期的效果，但是他对细节的着眼和反复试验的耐心是可圈可点的。

尽管沈括在人力和仪器上做了大量细致的准备，《奉元历》投入使用前后却只持续了三年左右的时间。该历在1076年正式颁行后不久，便不幸遭受了误测月食的滑铁卢。可供研究《奉元历》的史料极度匮乏，现存信息仅对它的两个参数——积年和日法——略有记录，清代学者李锐就此做了一些有限的复原工作（复原细节见附录二）。今天的学者很难就这些有限的材料来全面评估《奉元历》在技术上的优劣。公允地猜测，《奉元历》的失败更可能源自政治干扰而不是技术原因。该历法的计算系统当然是有一些瑕疵的，沈括对此非常明确，但也大有无奈之处。他理想中的计划是先用新造的仪器完成五年的观测计划，然后以新数据来校正历法的计算系统。但是现实中他不得不因为时间的紧迫而妥协。1072年沈括受命改历，1074年他才完成仪器改造，而1075年他就颁布了新历。也就是说，沈括几乎完全没有机会在《奉元历》中使用新的观测数据。 在这个局面下，沈括还是将观测项目坚持了下来，并在1077年结项。可惜因为政治上的变化，他永远地失去了将这批数据整合入奉元新历的机会。

人事上的纠纷从一开始就困扰着沈括和他的改历运动。司天监的官员们对卫朴这个外来草根人士敌意很深，“群沮之”且“屡起大狱”。1075年，他们终于成功地将卫朴逐出了司天监。 两年之后，沈括历尽艰难完成了观测工程，终于可以将新数据用于修正《奉元历》，他于是请求神宗再诏卫朴入京协作。神宗答应了他的要求，不过这次，沈括和卫朴的合作几乎丧失了一切外在支持，而且必须更加紧迫地完成。 他们努力做出了一些小的改进，但同时不幸又引发了一起争议。他们认为时下计算的岁首有误，建议将当年的新年向前推一个月；这个改变当然会大面积影响公众，所以他们以景表做了一个公开的实验，以证明这个决定有理有据，是符合太阳运动规律的。根据沈括的自述，实验虽然成功，但整个过程中他们承受了很多批评和压力。 此后不久，沈括就因为别的政治原因被弹劾（见第六章）。失去了保护的卫朴于是再一次被驱逐出京，而《奉元历》也被永久废除了。

尽管沈括的改历黯然收场，但是这场运动从侧面说明他的政治能量在1075年左右是相当可观的。他主持设计了作为国家重器的天文仪器，又颁布了一部关乎天下民生的历法，无论成败与否，这些委任无疑都是沈括处于职业上升期的重要体现。

沈括之爱物以及他在计数测量上的天分为他赢得了官僚生涯中的最高奖赏：皇帝的信任和青睐。1075年，宋神宗委任沈括处理宋朝与辽国之间的边境争议。尽管此次任命与他之前的工作性质颇有不同，但对沈括来说，这同样是一次运用他计量头脑的机会，而且这一次，他获得了更加深入地参与帝国政治的难得机遇。

宋辽边界问题起源于中古时代东亚特殊的地缘政治。宋代自建国以来的最大困扰莫过于未能继承唐代的全部疆域，从而被迫承认数个实力强劲的邻国对北方地区的统治。契丹辽朝就是北宋最忌惮的北方邻国。整个北宋时期的政治事实上都被笼罩在宋辽关系的阴影之下，无论是军事摩擦还是和平外交，都是北宋政府不得不打起十二分精神来处理的焦点问题。所以，对宋代皇帝而言，处理辽国的事务必须交给他相当信任的官员。

沈括在馆阁任职的这几年正逢宋辽边境的又一次危机。1074年与1075年之间，辽朝两次遣使来宋，指责宋朝有违前约，入侵边境上的蔚州、应州和朔州，要求重新划分地界。与此同时，大量的辽军也开始在边境上集结。神宗忧心和平不保，决定选派一个有能力的官员主持谈判，在反复考虑之后，他选中了沈括。

就当时的情况看来，辽对宋所提出的地界要求中最大的挑战其实是条款中有意为之的含糊其辞。辽使萧禧坚持两国应以“分水岭”为界，但却不明言分水岭究竟指的何处。分水岭，顾名思义，可以是任何分水之山脊，所以即使在同一条河道中也可以有数处不同的分水岭。沈括接手之后的重点就在于破解这个说法，才可以有依有据与辽朝谈判。他于是详细地勘查了宋辽边境地区，找到了四处分水岭，其中有三处与现有的宋辽边境相当接近，宋朝承认这三个其中的任何一个都不会造成很大的领土损失。而第四个由黄嵬山形成的分水岭却是一个问题。对宋神宗来说，将边界划在黄嵬山脚下是可以接受的，但是如果划在黄嵬山分水之处，那新的边界就向南（宋方向）深入了三十里（14.36公里）。这对宋朝来说就是不能接受的领土损失了。

所以，当沈括以回谢辽国使的身份出使辽朝继续谈判时，他的目标是很明确的，就是要保护黄嵬山下这三十里的土地。到了辽地之后，沈括与辽臣公开谈判数轮，听者逾千，而他据理力争，最终赢得了想要的结果。对此次谈判现存唯一的记录就是沈括的自述，这个叙述立场可能会使该史料的客观性略打折扣，但他的自述还是可以体现一些其本人行事方法的重点，比如，他对证据的极度重视。在一次辩论中，双方（在沈括的记录中）来回使用了“照证”这个词十一次，其中六次来自于沈括的诘问。沈括与辽方代表杨益戒和梁颖有如下一番对话：

臣括答云：“不委北朝有何文字照证？”颖云：“南朝有何照证？”臣括答云：“南朝收得北朝照证甚多，亦有十年前照证，亦有今年照证，亦有州县照证，亦有圣旨照证。且说最先北朝重熙十一年，北朝差教练使王守源、副巡检张永、句印官曹文秀，南朝差阳武寨都监翟殿直、崞县令教练使吴岊同行定夺，以黄嵬大山脚下为界，自后顺义军累有公牒，皆称黄嵬大山脚下为界，岂不分白！”

此番对话中，沈的发言的确难以反驳，而这与他步步为营、全方位呈现“照证”的周密准备当然不无关系。

本章中讨论的三个测量工程语境各异，涉及到一系列互不相同的专业技艺。然而，这些不同却汇集到了同一个人身上，且体现了他一个持之以恒的知识立场：对物体和事体细致入微的闻见观察。在汴河工程中，沈括悉心考察汴水流域的地貌特征；而在他的改历运动中，他将星象观测作为整个工程的核心处理。沈在宋辽边境谈判中的胜利来自于他一一考察该地区的每一个分水岭。沈括对闻见之知的依赖逐日加深，而他在知识立场上也呈现出一些有趣的倾向，譬如他对事物个体化的兴趣。在接下来的一章，笔者将详尽地分析这一点。