第一节：格物兴邦
南京城西，龙江畔，原宝船厂旧址深处，一片被高墙环绕的广阔院落悄然矗立。这里不同于皇城内的肃穆衙署，也不同于孝陵卫的演武场，更不同于秦淮河畔的繁华市井。院中不见亭台楼阁，唯有数排高大宽敞的砖石厂房，烟囱耸立，终日冒着或黑或白的烟气。空气中弥漫着煤炭燃烧的焦味、金属锻打的腥气、木材切割的清香以及一种难以名状的、混合了多种矿物与化学物质的特有气味。院内不时传来低沉而有节奏的锤击声、刺耳的锯木声、齿轮转动的嘎吱声以及工匠们简短的呼和声。门楣之上，悬着一块黑底金字的匾额——“格物院”。这里，便是辽国公王磊麾下，除却刀兵、民政、宣传之外，另一处至关重要却又略显神秘的所在，一切新奇器械、改良工艺、乃至军中利器诞生的源头。
格物院占地达三百余亩，沿龙江一字排开，充分利用了旧宝船厂的基础设施和深水航道。院墙高两丈，以青砖砌成，四角设有哨楼，由一队精锐的辽军士兵日夜守卫，查验腰牌极其严格，闲杂人等根本不得靠近。院内规划井然有序，分为数个功能区域：最大的的是占据中央位置的“百工坊”，由十数排高大宽敞的厂房组成，分别是木工坊、铁工坊、铸炮坊、弓弩坊、车辆坊、被服坊等，每坊都配有相应的原料堆场和成品仓库。东侧临江处是“船舰区”，设有干船坞、滑道和舾装码头，数艘大小舰船正在建造或维修。西侧是“火器试验区”，圈出了一大片荒地，建有厚实的靶墙和观察壕沟，用于试射各种火铳火炮。北侧则是一排相对安静的二层小楼，这里是“绘算堂”，格物院的精华所在，内设数十间值房，供画师、算手、书吏们绘制图样、计算数据、整理档案，最重要的几间秘室，则存放着格物院的核心技术图纸和试验记录，防火防潮，戒备最为森严。整个格物院就像一个巨大而精密的蜂巢，近两千名工匠、学徒、杂役在此日夜忙碌，围绕着杨永裕制定的一个个项目高速运转。
格物院正堂，实则位于绘算堂的一层，是一座将工坊与议事厅功能巧妙结合的巨大厅堂。厅堂挑高两丈，以坚固的楠木为梁柱，地面铺着青砖，宽敞得足以容纳数百人。四壁并非悬挂舆图或文书，而是陈列着各式各样的模型：精巧的水力驱动机械模型、不同比例的战船舰模、新式农具的木质样板、甚至还有一套复杂至极的、演示天体运行的铜制浑天仪。地上散落着些许木屑和金属碎屑，墙角堆放着各种材质的边角料，显示出这里与纯粹官衙的不同。数张宽大的柏木长案并非用于书写公文，而是铺满了各类图纸：建筑结构图、器械分解图、军械构造图，线条精细如发丝，标注密密麻麻，使用了大量规整的尺规线条和阿拉伯数字符号，显得极为专业。空气中混合着墨汁、润滑油和新鲜木漆的味道，还有一种淡淡的硝石硫磺气味，暗示着此处与火器的密切关联。
杨永裕，这位新任的格物院司正，正站在一张最大的条案前，俯身审视着一幅刚刚绘制完成的“新式曲辕犁”结构分解总装图。他年约四旬，面容清瘦，肤色因常年在工坊劳作而略显黝黑，手掌粗糙，指节粗大，留有烫伤和划痕。他并未穿着官服，而是一身便于活动的深色细麻布短褐，袖口挽起，露出结实的小臂，腰间挂着一柄铜尺、一副圆规和一个小巧的铜制卡尺，眼神专注而锐利，闪烁着一种工匠特有的、对结构与细节的执着光芒。他并非科举出身，甚至并非传统意义上的读书人，早年曾是南京工部匠作监的一名普通匠户，因心灵手巧，善于琢磨改进工艺而小有名气，尤精于木工、机械制造和算术。后因战乱流离，一度辗转于各地官私作坊，甚至在一些西洋传教士处见过些奇巧的机械图和数学书籍，虽不通西文，但对图形和数字极为敏感，暗自揣摩，获益匪浅。王磊定鼎南京后，广招天下奇才异能之士，不论出身。杨永裕因其一手精湛技艺和诸多奇思妙想（如改进的强弩、效率更高的水力鼓风机草图），经人举荐，得入王磊幕府。面试时，他当场用尺规绘制了一幅复杂的齿轮联动装置图，并详细阐述了其原理和可能用途，令王磊大为惊叹，深觉此人之才远不止于一般工匠，实有“格物致知”之能。遂破格擢用，委其组建“格物院”，专司器械研制、工艺改进、技术革新之事，授司正职，秩正六品，却可直奏辽国公，权柄特殊，经费单列，要人给人，要物给物。
此刻，杨永裕正召集院内主要匠作头领、各坊管事以及绘算堂的首席画师、算手议事。堂下十余人，有白发苍苍、眼神却依然精明的老木匠、满脸烟火色、肌肉虬结的铁匠头、手指纤细却沾染各色颜料的画匠师傅、戴着水晶眼镜、拨弄着算盘的老账房、甚至还有两位被高价聘来的、略通中文的西洋钟表匠和修炮匠，个个都是在各自领域浸淫数十年、手艺顶尖的老师傅。
“诸位师傅，”杨永裕的声音不高，却带着一种不容置疑的务实和专注，他手指点着那幅精细无比的曲辕犁图纸，“国公爷钧旨，眼下头等大事，乃是助牛金星牛大人的‘均田令’落地生根。田分下去了，百姓要种得好，收得多，方能真心归附，朝廷粮饷也才有着落。以往的老家伙什，效率太低，得换换新了！农事乃国之根本，器具之利，首当其冲！”
他拿起一份早已准备好的物料清单和工期计划：“当前最紧要的，是三样东西。其一，便是这新式曲辕犁。”他的手指在图纸上滑动，“以往的直辕犁，笨重，转弯调头极为不便，费力，深耕不够，且犁铲易损。咱们改的这新样式，辕曲，回转灵活，节省畜力；犁铲以精铁打造，前尖后阔，呈完美的破土曲面，刃口淬火加硬，更锋利耐用；犁壁光滑如镜，弧度经过重新计算，翻土更彻底，碎土效果更佳；更关键的是加了这个‘犁评’和‘犁建’！”他指向图纸上一个精巧的卡榫结构，“耕深可调，浅可五寸，深可达一尺二寸！根据不同土质、不同作物，灵活调整！一人一牛，一日可深耕五到八亩，比旧式快一倍有余，且更省力省畜！木匠房，王师傅！”
老木匠王师傅立刻上前一步，凑近图纸仔细观看，眼中放光，忍不住用手指虚划着线条：“妙啊！妙啊！杨司正！这弯辕的弧度，省力之道尽在其中！这犁评控深，真是想到农户心坎里去了！还有这犁壁的曲线，翻土定然顺畅！木料选用柞木或榆木，关键承力处如犁辕、犁底，包铁皮加固，铁皮需打制得薄而韧，用泡钉铆死，小的这就去选料，亲自带最好的徒弟开工！”
“好！”杨永裕点头，“先打制三百具样板，所有尺寸必须严格按图，不得有毫厘之差！完成后，交由铁匠坊安装铁件。半月之内，必须完工，送往江宁、句容两县，交由民政司的官差，分发给选定的农户试用。每具犁配发一份使用说明图，并派一名学徒跟随，记录农户使用情况，每日耕了多少地，费不费力，有无损坏，何处不便，详细记下来，回来报我！”
“其二，是这脚踏龙骨水车。”杨永裕又展开另一张更为复杂的图纸，上面绘有齿轮组、链节、水槽的详细结构。“以往手摇、脚踏的翻车，提水慢，费力，且容易踩空。咱们这个，改用坚固的硬木框架，内置一组大小齿轮，用脚踏板通过连杆驱动主动齿轮，带动从动齿轮，再驱动龙骨板链在封闭的水槽中连续提水！效率倍增！且框架固定于岸边，操作更安全省力，妇人半大孩子也能踩动。铁匠房，李师傅！”
李铁匠搓着大手，盯着那精密的齿轮啮合图，神色凝重又兴奋：“司正放心！这主动轮齿数二十，模数三分；从动轮齿数四十，模数同；齿形按您定的渐开线画法，俺们用精铁锻造，淬火后打磨光滑，保准咬合紧密，转动顺滑无声！链节用熟铁打制，每个环都要一般大小，连接轴销要耐磨。先造十架样品，俺亲自带人打磨组装！”
“对，关键是密封和顺滑！水槽接缝处用桐油石灰填塞，不能漏水。轴承处多用油脂润滑。造好后，置于城外秦淮河渠畔试用，选不同水深流速的地方，记录每日提水量、耗费人力、有无故障。”杨永裕细致地交代。
“其三，是这‘风力扬谷机’。”他指向第三张图，结构更为精巧，含有风扇、曲柄、摇臂、多个漏斗和滑道。“以往打谷靠连枷，扬场靠木锨借风，费时费力，效果还差，且极其依赖天气。这东西，通过手摇曲柄，带动这组扇叶高速旋转，产生稳定风力。谷物从顶部这个宽口漏斗倒入，饱满籽粒沉重，直落前方出口；瘪壳、稗子、碎草重量轻，被风吹向后方的废料口；尘土则从侧面纱网排出。一次完成脱粒后的清选！结构稍复杂些，需木匠、铁匠紧密合作。风扇轴要直，轴承要稳，风扇叶片的角度要一致，才能出匀风。先造五台样品试效果。同样，记录清选效率、干净程度、所需人力。”