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中国古代造船技术

人们在长期跟水打交道的过程中经常看到:一块石头扔进水里,立刻就会沉入水底;可是一片树叶、一根树枝、一段树干掉进水里,却能漂浮在水面上。人不会游泳,掉进水里就会淹死;可是不会游泳的人要是抱着一段树干,就可以在水面上漂浮行进。这些现象使人们得到启示,终于发明出了“船”。

中国的造船和航海事业有着修久的历史,在殷商时代的甲骨文里就有各种“舟”字。再把历史往前推移,考古工作者在浙江省余姚河姆渡新石器时代遗址的考古发掘中,发现了木桨,这说明中国最迟在大约7000年前就已经有船了。 

作为世界上造船历史最悠久的国家,中国船舶的船型十分丰富多彩。截止到本世纪五十年代估计有千种左右,仅海洋用船,船型就有两三百种之多。而早在公元七世纪的唐代,我国海船就以体积大、载量多、结构坚固、抗风力强闻名于世。宋元时期,我国建造的大海船更为许多亚非国家的人民所乐于乘坐。到了明代,我国造船业又进一步发展,外国人往往用“世界最进步的造船匠”来称誉我国船工。

我国古代造船技术的特点,是能创造出可以适应各种不同地理环境、各种不同性能要求的优良船型。例如,周代的方舟,是一种双体船,稳定性强,便于装货载人。汉代的楼船则非常高大雄壮,适用于水战。到了南北朝时期祖冲之做的千里船,就偏向于续航性能。总而言之,可以归结为四大优点:快航性、抗沉性、适航性、稳定性。

我国的船工们还善于吸取各种优良船型的优点,综合起来,创造新船型。例如宋代的江海两用船,就是采用湖船底、战船盖、海船头尾的新船型。又如清初康熙年间的福州运木船,又称三不像船,它不像沙船,不像鸟船,不像蛋船,实际上就是吸取了这三种船型的优点创造出来的新船型。

而谈及船舶的设计方面,目前有详尽的文献记载是明代的福船,即福建赶缯船。它可以说是我国封建社会后期传统的船舶设计的代表作,完美表现了我国船工的智慧和创造性。赶缯船的横剖面,设计和绘制程序大致如下:设梁头(船上的横梁)长若干,这就是上平墨长度(上平线,墨是墨线)。每上平墨一丈配下平墨(下平线)若干。上下平墨互相平行,两端两两连接起来就是边墨(边线)。上下平墨间的垂直距离等于舱深减去鸡胸,这就得出上下平墨间的距离。又有所谓“样橇”,就是为了把水艕圆转处画得肥圆一些的起橇。样橇是边墨和下平墨的交点到水艕圆转处的垂直距离(和边墨垂直)。画出上下平墨、边墨、鸡胸、样橇以后,再把上平墨两端,鸡胸下端,两个样橇外端,五点连成一条平滑曲线,这一条平滑曲线和上平墨就构成了船舶横剖面单线图。再由四大梁头处的四个横剖面(四大梁头指头禁梁、驶风梁、官舱粱、尾禁梁),以及龙骨纵中剖面,构成赶缯船的基本线型图。

这种设计是由我国船工独创的,极具民族风格的古代传统船舶设计方法。它的特点是方法简便,效果良好,整体局部巧妙结合。以船舶的横剖面为例,变更上下平墨和边墨围界起来的梯形,就能使横剖面的整体变更。而变更样橇、班胸等长短,那就是局部调整了。把整体变更和局部调整灵活地互相结合起来,就形成了一套十分简便而又巧妙的设计方法。这无疑是中国船工们智慧和创造性的象征,更是中国传统手工艺文化的集大成表现!

有人曾经对中西方的古代船只加以比较研究,发现尽管中国古代船型种类繁多,但是大都具有一个基本特征,就是船型的最宽处在中部靠后的地方,而不像西方船舶的最宽处在中部靠前的地方,或者在纵向中轴线的正中处。为什么有这种差异?西方人是这么说的:“因为我们最好的船体,是用鱼来作模型的,头的一端常常比较大。但是中国人却模仿蹼足水鸟,它们浮水的时候,把最宽的部分放在后面。在这方面,他们是精明的,因为水鸟像船一样,是浮在空气跟水的两种介质之间,而鱼却只能在水里游泳。”“欧洲人认为他们应当按照鱼的外型来造船,而中国人却认为应当按照在水面上浮游的鸟的外型来造船。”事实证明,中国古代的船舶不但最宽处一般在中部靠后的地方,而且有些船名就是用鸟来命名的,甚至在船头上画上鸟的图形。中国古代造船技术的三大装置,即船舵的使用、水密隔舱结构和龙骨装置,对世界造船技术产生深远的影响。船  舵中国在两千年前就已经使用桨形舵,是最早使用舵的国家。舵的发明和使用改写了世界航海事业的历史。大约到十世纪,舵已传到阿拉伯,而欧洲直到十二世纪末、十三世纪初才开始使用舵,并为十五世纪的欧洲大航海时代创造了有利的条件。有人指出葡萄牙人在航海事业上的空前成功,绞链舵和航海罗盘的发明是功不可没的。另外,宋代的平衡舵,在欧洲直到十八世纪末、十九世纪初才开始使用。直至今天,平衡舵仍是船舶设计中降低转舵力矩的最有效的措施。

船舵船尾舵的前身为船尾舵桨,在商朝已经使用,用来控制船只的航行方向,其形制经历了几个阶段的演变。出土于长沙、广州和湖北江陵的汉代船只模型都有一个共通点,就是船尾都设有桨手,用来控制和操纵舟船的航行方向,这种设于尾部的桨通常称为操纵桨。桨柄增长就成为梢,用以控制船的航向。舵与梢相比,后者的结构更简单,因此梢比舵更早出现。操纵桨在长期的应用中增加了桨叶的面积,便于控制船的方向,然后逐渐产生了真正的舵。

出土于广东德庆县的东汉陶船舵是安装在船尾后操纵航向的装置,最迟在东汉时期就已经出现。出土于广州的东汉陶船模型为我们提供了早期船舵的实物资料。陶船船尾有一支舵,舵面呈不规则的四方形,面积较大,已脱离了船尾舵桨的形制,这种舵称为船尾舵。

清海天后娘娘传说画《托梦护舟》中的船尾结构、舵与舵楼舵虽然是小小的装置,但它能使庞大的船体运转自如,其奥妙何在?原来,航行中的船只,如果要向左转,就要将舵向左偏转一个角度,水流就在舵面上产生了一股压力,即舵压。舵压本身很小,但它距离船的转动中心较远,所以使船转动的力矩比较大,船首就会相应地转向左方。船尾舵的出现,在船舶发展史上是一件重大意义的事,舵结合风帆和指南针就成为确保船只安全航行的三大条件。水密隔舱中国人发明的水密隔舱技术早在宋元时期就已受到外国人的赞赏。欧洲人直到十八世纪末才开始采用这种先进的船舶结构。英国人本瑟姆(Sir Samuel Bentham,1757-1831)在考察过中国的船舶结构后,将水密隔舱技术引进欧洲,改进欧洲的造船学,并于1795年为英国皇家海军设计并改造了六艘新型船只。从此,中国发明的水密隔舱技术逐渐在世界各国普及起来,至今仍为现代造船业普遍使用。

元代古船采用了水密隔舱水密隔舱是中国古代造船技术的一项传统工艺。所谓水密隔舱就是用隔舱板将船舱分隔为互不相通的一个一个舱区。中国最迟在唐代就已经在船舶上设置水密隔舱,以后,水密隔舱在海船上得到了普遍的应用,甚至部分内陆船只也采用水密隔舱。1974年泉州湾后渚出土的南宋海船共分十三个舱。舱与舱之间的隔板厚度为10至12厘米。隔舱板与船壳板用扁铁和钩钉钉联,隙缝处用桐油灰腻密,具有严密的隔水作用。 

福建泉州出土的宋代古船有十三船舱水密隔舱的优点(1)由于舱与舱之间是严密分隔的,在航行中,特别是远洋航行,即使有一两个船舱破损进水,水也不会流到其他船舱,这样船就不会沉没,增加了航行的安全性;(2)船上分舱,可以方便装卸和管理货物;(3)由于隔舱板与船壳板紧密钉合,增加了船只整体的横向强度,取代了加设肋骨的工艺,具有加固船体的作用。由于具有上述各项优点,水密隔舱问世之后大受欢迎,历久不衰,不但在中国历代相传,而且在近代还被各国所采用,至今仍是船舶中的重要构件。龙骨结构

带有舭龙骨的船在风浪中前行中国古代船舶的龙骨结构是造船业中的一项重大发明,对世界船舶结构的发展产生深远的影响。宋代尖底海船甲板平整,船舷下削如刃,船的横断面为V形,尖底船下设置贯通首尾的龙骨,用来支撑船身,使船只更坚固,同时吃水深,抗御风浪能力十分强。在船舷两侧又夹持着大鬣,提高了船体的纵向强度。

宁波古船中的剖面实测图欧洲船只于十九世纪初才开始采用这种龙骨结构,比中国晚了数百年。西方木帆船的龙骨结构不但晚于中国,而且纵向主构件只有龙骨,不及中国海船坚固。

图文转自公众号:中国船舶报平台编辑:王宇亮

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