中国古代造船理论综述

时间：2024-06-19

顿贺顿秀媛

（1.武汉理工大学，湖北武汉 430063；2.武汉长江船舶设计研究院，湖北武汉 430062）

勇敢、勤劳、智慧的华夏祖先，以先进的理念、优秀的传统文化和科学技术，使中国成为世界四大文明古国之一。

中国的数术（数学）首先传到尼罗河畔，进而传到欧洲。南齐时祖冲之计算的圆周率结果比西方同时期的结果更精确。汉字传到了日本和朝鲜半岛。中国的纺织、冶炼技术、水稻种子及其载培技术，在秦汉时期传到了日本，使得日本从原始社会的绳文时代一步跨入到农耕社会的弥生时代。长沙马王堆西汉墓出土的一件衣服薄如蝉翼，重50g，收起来可装到一个火柴盒内，至今还不能百分之百仿造。湖北省隋州战国曾候乙墓出土的一件青铜器，至今还未能揭开当时是如何铸造之迷。已出土的两千多年前的越王勾践剑，至今不但精新如初，而且锋利无比。指南针、火药、印刷术、造纸，这四大发明源于中国，早已得到世界的公认。其实，在中国古代的造船方面，如便于操纵的平衡帆、可倒桅、明轮推进、橹、舭龙骨、水密舱壁、船尾舵、铁钉联接船体板材、指南针用于航海等，在世界上也出现最早，有的还传到国外。

中国很长时间用文言文，有时难懂，但语言精炼是其特点。我国古文献浩瀚如海，每个人也只能接触到“九牛之一毛”，即使如此，从“一毛”之中还是能看到一些蛛丝马迹。读释已看到的古代有关造船方面的理论论述的文献，至今仍然令人钦佩不已，这些论述，极其精炼，确切。

1 船舶设计方面的理论

汉代刘熙著的《释名》说：船“江南所名短而广安不倾危者也”［1］，这里说的是增加船宽有利于稳性，它仍然是至今改善船舶稳性简单有效的方法之一。

在讲到舵对船的航向稳定性作用原理时，是这样叙述的：“其尾曰柁，柁柁也，在后拕曳也，且言弼正船使顺流不使他戾也”［1］。这里实际讲的是舵的工作原理，是船舶操纵性的问题。

船舶重心过高，对稳性不利，因此，当稳性紧张时，人们往往想方设法降低重心高度来改善稳性，对此，古人也有论述。古代大龙舟上层建筑发达，长宽比为10：1，如何保证稳性呢？宋代孟元老著《东京梦华录》说北宋都城开封金明池大龙舟“底上密排铸铁大银样如桌面大小者，压重庶不欹倒也”［2］。而古代战船，降低重心改善稳性的方法，《明史·兵志》有记载：“下实土石”［3］。

海船更怕水线以上受风面积过大，风压中心过高，对稳性不利，因此，船的上层建筑不能像内河船那么丰满，否则船舶稳性不够，导致船毁人亡。北宋宣和年间的神舟、客舟，被官方征用或改建后，增加了上层建筑，使受风面积过大，船工提出意见，北宋徐兢著《宣和奉使高丽图经》载：“舟人极畏乔高”“以其拒风，不若仍旧为便”［4］。当然，当官的听不进船工的意见，只好采取“舟腹两旁缚大竹为囊以拒浪”“船的装载也以水不过竹囊为度”［4］的补救措施。这即是稳性的问题，也是改善稳性发明的一种方法，它是理论与实践相融合的产物。

关于破舱稳性的问题，西汉刘向收录战国时期的资料汇编的《战国策》强调说：“乘舟漏不塞则舟沉矣，塞漏舟而轻”［5］。也就是说，船万一破舱进水，必须及时堵漏。否则就有沉船的危险。

船舶过度横倾，也会丧失稳性，甚至导致沉船，因此，船舶设计、使用时要注意船舶的浮态。在现代，货船装货时还多配有专门的理货员。据清代杨晨著《三国会要·舟师》引《魏略》载：“孙权乘大船来观军，曹公使弓弩乱发，箭著其船，船偏重，将覆，因迴船复以一面受箭，箭均船平，乃还”［6］。这就是传说中的三国“草船借箭”。也可以说是重心调整改善稳性的一次生动的例证。

对船舶的浮性，古人也有论述。战国慎到所著《慎子》中说：“燕鼎之重乎千钧，乘于吴舟则可以济，所托者浮道也”［5］，“济”就是渡。这里是说，不要看用青铜铸造的大鼎有千钧重，放在船上，依靠船具有的漂浮能力就能过河。又说：“千钧得船则浮锱铢，失船则沉，非千钧轻而锱铢重也，有势之与无势也”［5］，这是因为用了有浮力的船了。西汉刘安等著的《淮南子》说：古人“见窾木浮而知为舟”［5］，“窾”是洞的意思，如果树洞朝上，因洞的存在，木材的本身自重更小，浮力与自重之比变大，多余的浮力就可装载了，这正是水面船舶浮性理论的基础。

关于流体力学也有短而精辟的论述。三国万震著《南州异物志》：“外儌人随舟大小，或作四帆，前后沓载之”“其四帆不正前向，皆使邪移相聚，以取风吹。风后者激而相射，亦并得风力，若急则随意减之。邪张相取风气，而无高危之虑，故行不避迅风激波，所以能疾”［7］。这里从空气流体力学角度通俗地分析了风对帆的联合作用。

明宋应星《天工开物》讲舵时有：“舵为主帅”“故制舵障水，使不定向流舵板一转，一泓从之”“凡舵力所障水，相应及船头为止，其腹底之下，俨若一派急流，故船头不约而正，其机妙不可言”［8］。这里讲的是船的操纵性，船体、舵、水流之间的相互作用。

在设计舵时，要注意舵的尺寸把握。《天工开物》在讲到船尾舵设计时强调：“凡舵尺寸，与船腹切齐。若长一寸，则遇浅之时，船腹已过，其梢尾使舵胶住，设狂风力劲，则寸木为难不可言。舵短一寸，则转运力怯，回头不捷”［8］。提醒人们，在对舵的尺寸及大小设计时要注意的事项。

我们都知道，不同的航区，不同的航段，对船的结构和性能要求不同。据《新唐书·食货志》载：“江船不入汴，汴船不入河，河船不入渭”［9］，“江”指长江，“卞”指卞河，“河”指黄河，“渭”指渭河。在一千多年前，已经有了航区区分的认知，这是非常可贵的。反之，如果设计建造某航区、航段的船，必须注意航区对船的约束条件，古人那时已经作了提醒。

2 船舶建造工艺与结构的论述

明李昭祥著《龙江船厂志》对船舶建造工艺阐述是比较多的，例如船舶建造时：一弊船板薄，“夫板之厚薄，每船俱有定式，载在船书”。.二弊钉稀，“一尺三钉，原有成规，作头（工头）不能防闭小匠之窃取，至有不足，则用之必省，然畏查验，故钻孔虽密，入钉则疎，一经艌过无复可辩，此须责之艌作（负责油艌的工匠），毋得互相容隐，犯者一体处治。又乘未艌时，随意检阅，庶可革其一二尔”［10］。明何汝滨著《兵录》的书中所列的都是当时军用海船，强度、钉距要求更高：“其底板每一尺用五钉，钉时将盐卤沾过，钉下即能吃板”（11），龙骨后的（板）“四块之上，每尺四钉”［11］。他指出：“交锋对垒，惟恃船力”“船力为先，万万不容草率者也，但造船之弊实甚多，如造时，有私减梁头阔数以图侵匿物料者，有板薄钉稀或搀用旧料者，其大小修有复将旧板刨削新鲜粉饰灰油以掩人目者”［11］。

对木船，艌缝技术更为重要，《龙江船厂志》说：“夫造船之工，唯油艌为最要。油艌不固，虽板厚木坚，水一入而朽随之矣。然油艌欲固，又在灰麻如法。舂灰者心须宽，力须猛。心不宽则入油太骤而不纯，力不猛则不得成胎，少弛即败弃矣。撕麻须细”。除制作艌料工序必须到位，油灰的桐油，石灰的比例也很重要，指出：“油漆丰啬，亦各有宜。油不啬则木不受而多皱；漆不丰则不泽；瓦灰入油少则未久而剥落”［10］。即使是虚稍等水上部分，也不能马虎，“而不知艌而不覆，则一经振动，灰皆脱落，水即入之，安得不朽。此既先朽，彼亦安能独固耶”［10］。对捻缝工艺谈得再具体不过了。

《兵录》对造船材料、施工工艺也有多处文字叙述。例如，福船的舵的记载：“舵二门，用稠木为杆，围二尺八寸，长二丈八尺。舵叶板长一丈八尺，开扬五尺五寸，厚二寸”［11］。在讲到鸟船梁头结构和要求时：“使风面梁用樟木，长二丈，阔一尺八寸，厚一尺六寸。天棚收狭六尺，实阔一丈四尺”“各船梁头每二尺一道，下半樟木木片，不可接，上半松木，各厚二寸五分。梁头两边用千斤树二根，至大桅四株。梁至平人用龙骨杉木二株，自后襟门至前参（首龙骨）脚止，上圆下平，俱嵌在梁头，庶使船身牢固”［11］。该书还记述了防雨火篷索药的配方及制法：“制篷索药，每白矾十斤，皮硝五斤，栀子四斤，为末，入水五斗，熬三五沸，制在篷索上，以防雨火也”［11］。这样的工艺其它文献也有记述。

在结构具体细节上，文献也有一些记载。《兵录》讲到船底龙骨连接时“前后舟参（首尾龙骨）俱顿在中舟参（中龙骨）三尺之内，用松木砟方二尺”［11］这里讲的就是主龙骨与首尾龙骨的勾子同口结构。而龙骨板与龙骨翼板端部连接，龙骨“两边凿缝以受其板”。沙船除主龙骨板外，两旁需加龙骨翼板，其结构要求《兵录》也有记载。

《天工开物》对桅杆结构也有记述：“桅用端直杉木，长不足则接其表，铁箍逐寸包裹”［8］。

3 古代造船图纸

在个体经济的古代，诚然过去有师父传徒弟是“言传口授”，对于技术含量高的甚至有“传内不传外，传男不传女”的习惯，加上我们没能见到如同现代板本的船舶图纸，有可能认为古人造船是完全凭经验，没图纸，这显然带一定片面性。对于较复杂的大船、军船、官船，当初应该有图纸的。比如，官船的布置、造型、船价，都要让当官的点头才能建造。特别是给皇帝坐的船，要设计得皇帝满意才行，恐怕图纸还会几经修改。从多个文献看，其实在明代，船舶的设计、建造已经体现出标准化、系列化，出现统一的图纸应在情理之中，只是当时的图纸与我们熟悉的现代船舶的图纸有差异而已，不同时代，图纸的表现形式不同。

一条较复杂的船，涉及许多工种，这些工种，明代称为“作”，例如，负责木工的称“木作”，负责制帆的称“帆篷作”，负责绳索的称为“缆索作”等。没有图纸很难做到各工种之间的协调。

《南船记》［12］《龙江船厂志》基本绘出了预备大黄船的外观造型总部置图和全船结构图。《船政》上有平船，快船的图，我们可以看成是总布置和总装图。《船政》、《船书》、《南船记》、《龙江船厂志》列有详细材料表等。这些都是古代船舶图纸、设计资料的表现形式。

唐代曹王李皋设计建造车船时，就有过图纸。这从宋代文献可以得到证实。南宋大臣李纲在长沙建造车船，据《梁溪先生文集》载：李纲“余得唐嗣曹王皋遗制，创造战船数十艘，上下三层，挟以车轮鼓蹈而前”［13］。这里讲到的唐李皋的“遗制”，显然是李皋关于车船的图纸及资料，只是李纲得到后，造的车船更大而已。据宋代文献记载，宋官军打造车船，还得益于高宣，公元1130年，宋军“偶得一随军人，原是都水监白波辇运司黄河扫岸水手都料高宣者，献车船样”［7］。于是宋官军造八车、二十至二十三车大船，公元1131年，还建造了三十车大船。镇抚使程昌寓骄傲自大，兵败，杨么义军夺得车船，还俘获了高宣。《杨么事迹考证》：起义军“水寨得车船的样及都料手后”［7］，仅两个月时间“水寨大小车楼船十余样，势益雄壮”［7］，高宣又帮义军制造车船。把图纸也称为“样”，这种习惯在中国由来已久，“车船的样”应该就是车船的图纸和设计资料。

以上说明，在中国古代，船是有过设计图纸资料的。可惜对这方面目前了解很少。

4 古代船舶建造中试验的问题

南齐祖冲之不但精通天文、数学，还是机械设计的高手。据《南齐书·祖冲之》记载：“以诸葛亮有木牛流马，乃造一器，不因风水，施机自运，不劳人力”［14］“于乐游苑造水碓磨”。他成功地复原了三国的“木牛流马”，建造出了“水碓磨”。他“又造千里船，于新亭江（南京东南）试之，日行百余里”［14］。这里不但记录了中国最早出现了轮桨推进的“千里船”，还记录了船舶下水后在新亭江进行过试航试验。

宋泾原副将张中彦降金后任彰德军节度使，正隆年间（1156～1160年），汴京（今开封）营建新宫，张中彦负责采运关中木材。他开六盘山水路可通汴梁，需在河上用一系列的船搭成浮桥。据《金史·张中彦》记载：“舟之始制，匠者未得其法，中彦手制小舟才寸许，不假胶漆而首尾自相勾带，谓之‘鼓子卯’，诸匠无不骇服，其智巧如此。浮梁巨舰毕功，将发旁郡民曳之就水”［15］。这种先作模型试验，待成功后再应用于实船的方法，至今仍然用到。

元朝最后一个皇帝元顺帝，热心于工程设计，他“自制宫漏”，机械化自动化程度是很高。“帝于内苑造龙船，委内宫供奉少监塔思不花监工。帝自制其样，船首尾长一百二十尺，广二十尺，前瓦帘棚，穿廊，两暖阁，龙身并殿宇用五彩金装，前有两爪”“自后宫至前宫山下海子内，往来游戏，行时，其龙首眼口爪尾皆动”［16］。按元尺，龙船船长达36.86m，宽6.14m。这个船不小，还要龙头、龙尾、龙眼、龙口、龙爪都能动起来，有较大难度。元顺帝亲自制龙船“样”，这个“样”也应是包括设计图纸和精致可行的小船模型。

1 汉，刘熙，释名，清，王先谦撰集，释名疏正补·释船第二十五，上海：上海古籍出版社，1984，第384页

2 宋，孟元老，东京梦华录，邓之诚注［M］.北京：中华书局，1982：185

3 二十五史，明史·兵志［M］.北京：中国文史出版社，2002：588

4 宋，徐兢，宣和奉使高丽图经［M］.宁波：宁波天一阁博物馆馆藏书籍，

5 宋，李昉，太平御览，卷第七百六十八·叙舟上［M］.北京：中华书局，1960

6 清，杨晨，三国会要·卷十七·舟师，北京：中华书局，1956：311

7 席龙飞.中国造船史，汉，万震，南州异物志［M］.武汉：湖北教育出版社，2000：90～91，148，149

8 明，宋应星，天工开物·舟车第九［M］.杨州：江苏广陵古籍刻印社，1997：266，268～269

9 二十五史·新唐书·食货三，北京：中国文史出版社，2002：302

10 明，李昭祥，龙江船厂志，南京：江苏古籍出版社，1999：129，130

11 明，何汝滨，兵录·卷一，明万历三十四年（1605年）刊本

12 明，沈，南船记，中国造船工程学会船史研究会内部用书