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也许正因为赵秉温受到了良好的教育,气质儒雅,学问深厚,还没有继位的忽必烈一见他就十分欣赏,命侍左右。而且安排他拜于书无所不读、于学无所不通、忽必烈的重要幕僚刘秉忠为师。忽必烈征大理、云南,伐宋,赵秉温也都随行。忽必烈称帝后,更委他以重任,令他和一个参知政事共同负责管理右三部,即兵、刑、工部事,这相当于让他掌握了副宰相的权力。 世祖中统三年(1262年),忽必烈建造两都:上都和大都。命刘秉忠和赵秉温共同负责地点的选择、城市和宫殿的规划设计。最后的图纸是赵秉温绘制的。元大都(今北京故城)的修建,建立了中国封建社会后期都城的规范。它三重城垣、前朝后市、左祖右社,有九经九纬的街道和标准的纵街横巷制的街网布局,在中国都城发展史上占有重要地位。大都在规划中还注意促进商业的发展,并有发达的给排水系统和完善的军事防御、对内监督设施。在当时是世界上有名的大都市。其中凝聚了刘秉忠、赵秉温师生俩的智慧。