无论是短途的中原作战，还是长途跋涉的域外征服战争，蒙古军队出征都带有军匠。军匠承担着修路、造船、搭桥、架炮等工程任务，他们亦兵亦匠，具有工程兵的特点。元朝“取匠为军，曰匠军”，把军匠列归军籍，隶属中央侍卫亲军各卫及诸路翼分万户府管辖。这些军匠平时在军中制造兵器，战时抽调出来作为工兵，协同作战部队出征。军匠的主要来源是蒙古征服过程中俘虏的工匠，或从民匠中招收的具有军工技能的工匠。在军匠的构成中，汉人军匠数量大，具有优势。汉人军匠也大多由汉人将领统率。《元史•世祖本纪》载：“〔至元五年（1268）六月〕甲申，中山大雨雹。阿朮言：‘所领者蒙古军，若遇山水寨栅，非汉军不可。宜令史枢率汉军协力征进。’从之。”史枢出自真定史家，其所率军队乃汉族世侯军，其中必然有一定数量的军匠。当蒙古军队行军遇到自然条件的阻碍时，就需要由汉军来协助。又如《大丞相刘氏先茔神道碑》中记录汉人刘敏，“山东十路，山西五路，工技所出军，立二总管，公皆将之”。
蒙古大军远途征伐时，更是不能缺少军匠。《元史•张荣传》记载，成吉思汗西征时，山东汉族世侯张荣率领军匠随行：
戊寅（1218），〔张荣〕领军匠，从太祖征西域诸国。庚辰（1220）八月，至西域莫兰河，不能涉。太祖召问济河之策，荣请造舟。太祖复问：“舟卒难成，济师当在何时？”荣请以一月为期，乃督工匠，造船百艘，遂济河。
同一时期，在成吉思汗西征途中，丘处机奉诏令西行。途经金山一带时，看到“其山高大，深谷长阪，车不可行。三太子出军，始辟其路”。后至赛里木湖穿行果子沟时，又见“众流入峡，奔腾汹涌，曲折湾环，可六七十里。二太子扈从西征，始凿石理道，刊木为四十八桥，桥可并车”。后又至撒麻耳干城北，“以路梗留”。一个多月后，“二太子发军复整舟梁”，丘处机才得以继续行进。这里的三太子、二太子即成吉思汗第三子窝阔台和次子察合台，他们派出的修路架桥之军，就是随行的军匠部队。又丘处机在回程时行至阿力麻里城，遇到“二太子大匠张公”。王国维注曰“疑即张荣也”，他引了《元史•张荣传》的这段记载，认为“莫兰河”即阿梅沐涟之略，也就是阿母河，丘处机在撒麻耳干城北遇阻，二太子发兵修筑舟梁一事，必有张荣参与。刘迎胜意见不同，他说：“惟细读史文，知‘大匠张公’在张荣修整阿母河桥时一直待在阿力麻里。”但具体原因没有详述。笔者认为，从时间上推断，察合台发兵修阿母河桥是在1221年12月，而丘处机见到大匠张公是在1224年4月，中间时隔两年有余，并不能由此判断二人非同一人。然根据《元史•张荣传》记载，张荣是扈从成吉思汗出征的将领，西征之后，他于“甲申（1224）七月，从征河西，乙酉（1225），从征关西五路。十月，攻凤翔，炮伤右髀，帝命赐银三十锭，养病于云内州。庚寅（1230）七月卒”。对比《长春真人西游记》中所载二太子大匠张公，邀请丘处机前往其众之处讲道，曰“弟子所居营三坛四百余人，晨参暮礼，未尝懈怠”，但丘处机因突发情况未能成行，“张公等悲泣曰：‘我辈无缘，天不许其行矣。’”俨然长期留驻于阿力麻里之态。阿力麻里是察合台封地的政治中心，此大匠张公当为察合台属下，与扈从成吉思汗的张荣确非一人。
再看张荣此人，其神道碑记录他的官职为“镇国上将军、总管炮水手军匠元帅”，可知他的队伍除了修路架桥的工兵外，还有炮手军匠。蒙古征战中，炮手是一种重要的军匠种类。炮军在攻城之战中具有极大威力，成吉思汗攻打不花剌、忽必烈攻打襄阳、旭烈兀攻打木剌夷城堡，都很大程度上借助了炮军的力量。
蒙元时代的炮按炮弹的性质可分为两种：一种是抛掷石块的投石机，另一种是使用火药的火炮。在蒙古人之前，辽、金、西夏、宋朝的军队中就普遍使用这两种炮了。蒙古人的传统作战武器是弓箭，但在征伐过程中，很快就见识到了炮这种武器的巨大杀伤力，开始热衷于组建炮军。蒙元时期炮军的发展，在于引进了西域的投石机——回回炮。冯家昇先生指出，回回投石机相较本土投石机的优越之处在于其动力大、射程远，而本土投石机所能投掷的石块小、射程近。宋人编撰的《武经总要》记载了十六种炮，所发石弹最重不超过一百斤，最远不超过八十步；而回回炮“重一百五十斤，机发，声震天地，所击无不摧陷，入地七尺”。冯家昇还解释了这两种投石机的力量差距在于两种机械发力原理不同。总之，元朝对回回炮格外重视，为此组建回回炮手的专门机构。自至元八年（1271），西亚穆斯林阿老瓦丁、亦思马因二人应忽必烈征召，前来汉地制造回回炮起，元朝便开始设立回回炮手的机构。至元十一年，设立“回回炮手总管府”，后又设立“回回炮手都元帅府”“回回炮手军匠上万户府”“回回炮手万户府”等。回回炮手的军匠编制能达到军队的万户级别，可见从人数上和等级上都十分受重视。
蒙古军队攻城图
除投石机外，炮军中的另一种炮——火炮在战争中常常与之配合使用。回回炮是投石机，打出的炮弹是石头，而火炮的关键在于火药的使用。火药是中国本土的发明，是由硝石、硫磺和含碳物质按一定比例混合而成的。火药由炼丹家在漫长的历史过程中逐步实践创制出来，最迟到唐初，就已有确切文字记载的含硝、硫、炭三组分的火药。火药最初在炼丹家手中被当作药物，初期的火药大多为天然物，未经提纯，因此燃烧和爆炸威力并不大，而后当人们逐渐掌握了人工提纯硝石、硫磺等原料的方法，并确定了配制比例后，火药才具有了稳定的杀伤力。冯家昇认为可能从晚唐开始，炼丹家将火药献给军中作武器使用，火药是先用于制造火器，而后当某些火器落伍了，才作民间娱乐之用。文献表明，北宋时，利用火药制造的火器已在战争中大量应用，火炮是其中的一种。北宋编成的兵书《武经总要》中就记载了火炮所用火药的配方和制作方法。使用时用投石机发射出去，以达到杀伤效力。据学者研究，火药最初运用于火炮中，主要起到的是延烧剂的作用，即用投石机将包裹了火药的石弹抛掷出去，火药能使燃烧效果更加猛烈、持久。至两宋之际，人们逐步掌握火药的爆炸性能，开始利用其爆炸力来杀伤敌人。蒙古人是从金人那里学会使用火炮的。《黑鞑事略》载：
鞑人始初草昧，百工之事，无一而有。……后来灭回回，始有物产，始有工匠，始有器械。盖回回百工技艺极精，攻城之具尤精。后灭虏金虏，百工之事于是大备。
可见，蒙古人将回回人的投石机和汉人的火炮配合使用，极大地增强了自己的军事力量。
军匠部队在蒙古人的征战中，发挥了强大的作用。因此当蒙哥合罕委派旭烈兀率军出征西域诸国时，除了从成吉思汗分给诸子、诸弟、诸侄的全体军队中抽调十分之二的人马和各支宗王派出的将领扈从外，他还专门向乞台派出使者，征调一个千户的乞台部队随行。这支乞台部队有何特殊作用？波斯史籍《世界征服者史》《史集》《世系汇编》等史料记载显示，这是一支炮兵部队。《史集》列举了他们的工种——投石机手（manjanīqī）、火器手（naft-andāz）、弓箭手（charkh-andāz），《世系汇编》还增加了一种被称为‘arrāda炮的炮手。这四个波斯语词指的是四种不同军械。弓箭不必解释。naft-andāz是一个复合词，andāz意为投掷者，naft现在多指石油，但在古代其最初含义为火油（naphtha）或希腊火（Greekfire），这是古代西方发明的“火药”。冯家昇先生指出它与中国火药的区别在于配方中不含硝石，因此效力不高。13世纪以后，中国的火药西传至波斯、阿拉伯地区，但还没有专门的词语指称硝、硫、炭配比的“火药”，因此naft这一旧词便被引入了新的含义。再后来，在波斯语、阿拉伯语中有了指称“火药”的两个词语davad和bārūt（阿拉伯语bārūd）。所以naft-andāz的意思是火药投掷者。剩下的两种炮manjanīq和‘arrāda比较相似，都是投掷石块的炮，它们的区别在于：manjanīq是回回炮；而‘arrāda则是一种比回回炮要小的投石机，这应当就是上面提到的汉人惯用的投石炮。从这些波斯史料记载可以了解到这支汉人炮兵部队的武器装备和参与战争的方式。
抽调乞台千户随旭烈兀西征一事，在汉文史料中亦有记载。《元史•郭侃传》载：“壬子（1252），送兵仗至和林，改抄马那颜。从宗王旭烈兀西征。”“抄马那颜”为何？陈得芝先生解释，“抄马”为突厥语chaqmaq的音译（q音转为w），意为弹火、投射。“抄马那颜”即炮手军统领。语言学家德福（Gerhard Doerfer）分析这个词的词源为突厥语，由词根chaq-衍生而来，chaq意思是突然、快速的动作，尤指敲击火石、打火，加以后缀-ma变成chaqma的形式，但在许多方言中会在这个短小后缀-ma后面加上q。chaqmaq的意思就是打火石、点火装置。这个词语也进入了波斯语中，作chaqmāq，意为火石、扳机、火花。“抄马那颜”这一称号表明郭侃担任的是旭烈兀西征军中火炮部队统帅之职。《元史》记载郭氏家族三代人皆担任过相关职务，祖父郭宝玉曾授“抄马都镇抚”，扈从成吉思汗西征，父郭德海曾任“抄马弹压”，而郭侃是“抄马那颜”，可知统率火炮军是郭氏家族世袭的官职。
波斯文和汉文史料记载共同证实了旭烈兀西征时有一千户的乞台军匠西行至伊朗，郭侃担任了火炮部队的统帅。此外，名义上所有抽调的军队都是扈从旭烈兀西征的，但实际并非所有部队都同时出发。根据史料的记载，在旭烈兀的大军行进之前，先派出了先遣部队做道路清障、物资准备工作：
〔蒙哥合罕〕还派出急使走在前面，让他们在预定的从哈剌和林开始直到质浑河（Jīhūn，即阿母河）滨的旭烈兀汗军队行军途中，宣布所有的草地和牧场为禁猎区，并在深流巨川上搭起牢固的桥梁。
先遣派出的不仅有清障人员，还有宝儿赤怯的不花那颜所率领的一万两千人的先头作战部队。在1253年初，当旭烈兀汗尚在蒙古地区与自己的兄弟及亲人宴饮告别之时，怯的不花的先遣部队已经来到了伊朗北部开始攻打亦思马因派诸堡垒。其中一座名吉儿都怯（Gird kūh）的堡垒筑于高山之巅，易守难攻。《史集》载：
〔怯的不花〕下令在该堡周围挖掘壕沟，沿着壕沟筑起壁垒。军队在壁垒之后将〔该堡〕团团包围起来。在军队后面还筑起了很高的壁垒，挖出很深的壕沟，使军队安全地处于其间。
怯的不花布置完这一城堡处的工事后，奔赴米邻（Mihrīn）堡，在那里布置了投石机，然后又袭击沙迪思（Shāhdiz）一带，辗转攻打亦思马因派盘踞的各处堡垒。当旭烈兀汗率领人马一路打猎宴饮，于1256年初刚刚进入伊朗边境呼罗珊地区沙不耳干（Shafūrqān）草原时，先遣部队已经攻克了屯（Tūn）、秃儿失思（Turshīz）、米邻、怯马里（Kimālī）、沙里（Shāl）等堡垒。直到1256年中，旭烈兀汗才真正参与到战事中来。《史集》记载，在旭烈兀到来之前，怯的不花就在米邻堡、屯城搭建使用了投石机。由此推测，从汉地调拨的炮手千户应当在旭烈兀之前就已随先遣部队到达伊朗参与作战。《元史•郭侃传》也记载郭侃“癸丑（1253），至木乃兮（Mulāhid）”，表明其所率的汉人炮兵部队是跟怯的不花那颜的军队一道出征的。又说：“丙辰（1256），至乞都卜（Girdkūh，即吉儿都怯）。其城在（檐）〔担〕寒山（Dāmghān，今译达姆甘）上，悬梯上下，守以精兵悍卒，乃筑夹城围之，莫能克。侃架炮攻之，守将（卜）〔火〕者纳失儿开门降。”这里记载的攻克年代和堡垒名称不准确，但其描述的“筑夹城围之”和“架炮攻之”，与波斯史籍所述一致，可知郭侃所率炮军参与了这些战争。
在攻城之战中，投石机是常用的战争武器；但作为敌方的回回人同样也会使用投石机，毕竟回回之地是巨石投石机——回回炮的发源地。根据《世界征服者史》和《史集》的记载，在征服伊朗的战争中，抵抗方确实也使用了投石机。那么，蒙古军队又如何制胜呢？志费尼记述了中国火器的使用。在攻打麦门底司堡（Maymūndiz）时，该堡的守军竖起了投石机，朝蒙古军队发射，战况僵持数日：
双方都陷入战争之途，弓弩从堡垒中射出飞矢。在无计可施时，乞台匠人制造的、射程为二千五百步的一种牛弩（kamān-igāv）被用来投射那些蠢货。木剌夷的魔鬼被流星般的箭头射中，许多士兵被烧伤。
波伊勒注释说，此牛弩为一种弩炮，不像投石机那样发射石头，而是发射标熗。约翰•梅森•史密斯（John Masson Smith）说这就是罗马人称作arcuballista的十字弓（crossbow）。这种装置应当就是中国的弩机。而从“流星般”“烧伤”这些描述来看，显然是在箭头上装载了可燃物。《武经总要》中记载了一种“放火药箭”，是在箭镞下装配五两火药，点燃后发射。这与志费尼描述的这种武器的使用效果非常相似，证明在攻打木剌夷的战役中，确实应用了中国的火器。
除了对木剌夷的作战外，在征服报达（Baghdād）的战争中，蒙古大军同样使用了火器。《史集》和《元史•郭侃传》都记载了蒙古军队在底格里斯河上架桥、发射火箭的情节。《史集》对此有详细的记述：
在架桥时，君王命令人们在报达的上游和下游架桥。准备了船，〔在船上〕安放了投石机（majānīq），并布置了遮蔽物，不花帖木儿带着一万军队埋伏在从马答因（Madāyin）通往弼斯罗（Basra，即巴士拉）的路上，一旦有人坐船急于逃跑时，便加以拦截。当争夺报达的斗争激烈地进行，居民们面临困难时，书记官想坐船逃亡失卜（Shīb），但当他经过兀合卜镇（qarya-yi al-‘Uqāb）时，不花帖木儿的军队用投石机抛射石头，射箭，抛射火药瓶（qavārīr-i naft），夺得了三只船，杀光了上面的人。书记官战败逃回。当哈里发获悉这个情况后，他对报达王国完全绝望，由于找不到任何避难蔽身之所，便说道：“我屈服归顺。”
同样，《元史•郭侃传》也记载了这个情节：
两城间有大河，侃预造浮梁以防其遁。城破，合里法算滩登舟，睹河有浮梁扼之，乃自缚诣军门降。
尽管波斯文史料描述细致，汉文记载言简，但反映出的关键情节是完全一致的。可知，郭侃所率火炮军确实参加了这次战役，其间承担了搭建浮桥和炮火支应的任务。
清末学者丁谦言：“《元史•郭侃传》，系窃此记（刘郁《西使记》）为蓝本，凭空捏造战功，以欺世人。”《郭侃传》中诚然有很多地理、历史记载本于《西使记》，且在宣扬其个人功绩上过分夸大，但是将《郭侃传》与《西使记》对比亦能发现，《郭侃传》中关于郭侃具体执行军事任务的描述，是《西使记》所没有的内容。可以推断，《郭侃传》中描述他破兵下城、斩杀算端是虚，而筑城架桥、安置火炮是实。撇开虚浮之辞后，真实的情况应该是，郭侃参与了在伊朗的诸多战役，以抄马那颜的身份获得了一定的功绩。
据《郭侃传》记载：“西域平。侃以捷告至钓鱼山，会宪宗崩，乃还邓，开屯田，立保障。”这条记载显示，郭侃后来返回中国向蒙哥报告战争胜利的消息，他抵达中国的时间在蒙哥去世之际。《史集》和《五世系》记载旭烈兀曾遣使向蒙哥告捷一事，称旭烈兀征服了报达的哈里发政权后，派遣异密忽剌出（Hūlājū）带着奏疏出使蒙哥合罕处，向他奏告征服伊朗的喜讯。《史集》还说合罕对此非常高兴。忽剌出使团出发的时间是在1258年，到达中国的时间应在蒙哥合罕去世的1259年8月之前。忽剌出的出使时间与郭侃的返回时间契合，则郭侃很可能就是随此使团返回中国的。
郭侃作为告捷使团的成员返回了东方，而当初和他一起来到伊朗的乞台军匠千户，并没有随之返回。蒙古人在西亚的征战还在继续，这些乞台军匠还要继续发挥他们的作用。穆斯妥菲•可疾维尼（Hamd Allāh Mustawfī Qazvīnī）《武功纪》（Zafar-nāma）的记载反映出郭侃离开后，蒙古军队作战时仍大量使用炮兵部队。例如攻打阿勒颇（Halab）的战争，他描述说：
战场上有许多投石机（manjanīq），架在堡垒前的各个方向。
有许多投掷炸瓶（qārūra afkan）的人员，他们也踏上了战场。
用弓箭纷纷射出箭矢，月亮的脸庞也要躲藏。……
沉重的石块落在他们头上，防御工事毫无力量。
在1261年进攻毛夕里（Mawsil）的城堡时，《武功纪》又记载道：
一个又一个的士兵来到堡垒前，想要从两面将它包围。
大炮（arrāda）和投石机（manjanīq）抛出石块，朝城墙上的人投去。
燃烧的箭矢（tīr-iātashī）如大雨般掉落，火光将敌人焚烧。
《史集》的记载也证明了这一点。1259年旭烈兀对苫国的战争、宗王要束木（Yūsumūt）对鲁木的战争等后来的战役中都有炮军的参与。由此可知，从中原来到伊朗的这一千户乞台军匠，随着蒙古大军辗转于西亚战场上，后来在伊朗长期留居。这批人成为伊利汗国肇基之际最大规模的汉人移民。
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