時間：永昌十八年，六月初夏。科舉的餘熱尚未散去，黑水堡內外卻己悄然轉換了重心。繳獲的物資、新得的材料、亟待解決的難題，如同潮水般湧來，將一個人推到了風口浪尖——墨垣。
地點：黑水堡西北角，原軍器監舊址，如今正在大興土木。此地毗鄰後山，較為僻靜，且有一條溪流穿行，便於取水與利用水力。木石敲打聲、工匠呼喝聲、鐵砧錘擊聲，晝夜不息，混雜成一股充滿活力與希望的嘈雜樂章。
墨垣站在一處新砌的高臺上，身上那件萬年不變的、沾滿各色油汙墨跡的灰布袍，此刻在初夏的微風中輕輕擺動。他扶了扶歪斜的獨目水晶鏡片，那隻完好的眼睛掃視著下方熱火朝天的工地，以及更遠處幾座剛剛掛牌的院落，眼神里不再是平日的痴狂或煩躁，而是一種罕見的、近乎虔誠的專注與……滿足。
他是個痴人。痴迷於機巧，痴迷於將奇思妙想變為現實。過去，他像一隻獨行的鼴鼠，在王府的角落裡，在蕭辰的支援下，偷偷摸摸地鼓搗著那些“奇技淫巧”。神臂弩、改良箭鏃、攻城器械的小修小補……這些成就曾讓他欣喜。但內心深處，他總有一種孤掌難鳴、材料匱乏、思路受阻的憋悶。
而現在，一切都不同了。王爺（蕭辰）從草原歸來，帶回的不僅是盟約和榮耀，還有堆積如山的、讓他心跳加速的“珍寶”：
從玄冥教秘密據點繳獲的大量古怪圖紙，有些描繪著前所未見的機械結構，有些記錄著匪夷所思的材料配比，還有些像是某種邪惡儀式的構造圖，但其中蘊含的力學、機關原理，讓墨垣如獲至寶，又脊背發涼。
來自天外、堅不可摧卻又難以熔鍊的隕鐵殘片，被小心翼翼地鎖在最堅固的庫房深處，散發著幽冷而誘人的光芒。這可能是傳說中神兵利器的材料！
草原交易來的新式馬鞍、馬蹄鐵、複合角弓樣本。這些出自草原匠人之手的實用器具，結構精巧，適應騎兵作戰，給了墨垣許多關於輕量化、耐用性和人體工學的啟發。
更不用說，黑水堡如今坐擁北嵐西郡，能調動的資源遠超以往。各類礦石、木材、皮革、獸筋、桐油……只要他想得到，幾乎都能透過沈妙衣那龐大而高效的商隊網路弄來。人力也不再是問題，科舉之後，一些擅長工筆、算學乃至對“格物”感興趣的年輕人，也被分配到他這裡“聽用”。
機遇伴隨著壓力。王爺將他召去，指著那些堆積如山的圖紙、材料和亟待解決的問題，只說了幾句話：
“墨先生，單打獨鬥，小修小補，不夠了。”
“我要一個地方，能把天下最好的匠人聚起來，把腦子裡想的、圖紙上畫的，變成實實在在能殺敵、能利民、能強堡的東西。”
“地方給你，人給你，錢糧給你。你要什麼，只要合理，堡裡盡力滿足。”
“這個地方，就叫——天工院。你，就是第一任院長。”
天工院！取“巧奪天工”之意，又暗合“天工開物”的宏願。墨垣當時只覺得血往頭上湧，那隻獨眼在鏡片後瞪得溜圓，張了張嘴，卻發不出像樣的聲音，只是重重地、狠狠地點了點頭。
於是，便有了眼前這一切。
架構，是蕭辰親自與墨垣、秦風、蘇輕雪反覆商議後定下的，力求務實高效：
1. 軍械司：核心中的核心。主攻各類軍器改良與研發。眼下首要任務：改良神臂弩，增加射程與連發能力；試製“猛火油櫃”（從一張破損的玄冥教圖紙上得到靈感，結合軍中己有的猛火油使用經驗，目標是造出可連續噴射火焰的守城/攻堅利器）。
2. 農具司：關乎根基。負責改良、推廣新式農具，研究水利器械。當前重點：批次打造、推廣曲轅犁、耬車等，並嘗試設計適用於北地坡田的簡易汲水裝置。
3. 營造司：築城、修路、建房。不僅關乎防禦，也關乎民生。正在研究更堅固的灰漿配方、更有效率的夯築方法，併為未來可能的稜堡式防禦體系做前期設計。
4. 格物司：墨垣最看重的部門，也是爭議最大的。所謂“格物”，取“格物致知”之意，主攻基礎原理探索、新材料研製、以及一切“暫時看不出用處”的奇思妙想。目前主要方向：熔鍊天外隕鐵，研究其特性；解析玄冥教圖紙中的非機關部分（如那些詭異符文、能量回路）；收集、驗證各地民間的奇巧技藝、異聞傳說。
西司之下，又細分諸多作坊、工組。木匠、鐵匠、皮匠、泥瓦匠、畫師、甚至懂些煉丹術的方士（被墨垣強行拉來研究火藥和猛火油配方）……三教九流，只要能工巧匠，或有專長，都被網羅進來。按手藝、貢獻評定等級，領取薪俸，有功則賞。一時間，堡內外的能工巧匠聞風而動，甚至有些流浪的手藝人，也慕名前來投效。
墨垣這個院長，當得可謂“不務正業”。他很少坐在屬於自己的、尚且簡陋的院長值房裡，大部分時間都泡在各個司、各個作坊。軍械司裡，他和老鐵匠爭論著弩機懸刀的材質與角度；農具司裡，他趴在地上，和木匠一起研究曲轅犁犁轅的彎曲弧度如何更省力；營造司的工地上，他挽著袖子，親自攪拌不同比例的石灰、黏土和細沙，測試灰漿的硬度；而格物司那間防守最嚴密、被他視為禁臠的“秘所”裡，更是常常徹夜燈火通明，傳出各種古怪的聲響和焦糊的氣味。
首批專案，進展不一，卻都帶來了希望：
- 改良神臂弩：在原有基礎上，更換更強韌的複合弓弦（部分材料來自草原），最佳化弩臂結構減輕重量，改進望山（瞄準具）刻度，在一位老弩匠的奇思妙想下，增加了簡易的“箭匣”雛形（可預先放置三支短弩箭，透過槓桿原理快速上弦，雖離連弩尚遠，但射速己提升近五成）。測試時，新弩射程增至一百六十步（約250米）仍具殺傷力，且更輕便。蕭辰觀摩後，當場命名“擎山弩”，並下令優先裝備斥候與精銳。
- 試製猛火油櫃：這是最危險也最讓墨垣興奮的專案。原理不復雜：以銅製櫃體儲存猛火油（石油粗煉物），以皮橐鼓風，將油霧化噴出，點火即燃。難在密封、耐壓、油料調配與點火控制。己有三個匠人在試製中被燒傷，炸壞了兩間工棚。但最新的原型，己經能穩定噴出三丈（約10米）遠的火龍，持續五息。雖然笨重（需兩人操作，一人背櫃，一人持噴筒），且射程、持續時間都差強人意，但己讓觀摩的龍戰等將領倒吸涼氣，視若“妖火”。墨垣不滿足，正帶著幾個膽大的匠人和那個半吊子方士，琢磨如何改良油料，增加射程和附著性。
- 推廣曲轅犁：這是見效最快的。農具司召集了十數位經驗豐富的老農和老木匠，結合北地土質，對江南傳來的曲轅犁圖紙進行改進，使其更輕便、更適應旱地。首批打造了三百具，分發西郡試用，效果顯著，翻地深度、效率皆優於首轅犁，且更省畜力。石老根這位新晉“勸農使”如獲至寶，帶著犁奔走田間，現身說法。預計秋收後，便可大規模推廣。蕭辰特批，對打造麴轅犁的工匠予以重獎。
- 研究隕鐵合金：這是最令人頭痛，也最寄予厚望的。隕鐵堅硬無比，己知的爐火難以熔化。墨垣試過提高爐溫（改進鼓風，用上等焦炭）、嘗試新增各種助熔劑（甚至異想天開加入水銀、硝石，差點炸爐），皆告失敗。那幾塊黝黑的隕鐵，在最高溫的爐火中燒了三天三夜，也只是微微發紅，連變軟都做不到。
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