十四 造船和航海

中国古代造船工程技术成就

自然科学史研究所 周世德船 型

中国是世界上造船历史最悠久的国家之一。在历史上，中国木船船型十分丰富多彩。到本世纪五十年代估计有千种左右，仅海洋渔船，船型就有二三百种之多。我国古代航海木帆船中的沙船、鸟船、福船、广船，是最有名的船舶类型，尤以沙船和福船驰名于中外。

沙船在唐代出现于江苏崇明。它的前身，可以上溯到春秋时期。沙船在宋代称“防沙平底船”，在元代称“平底船”，明代才通称“沙船”。沙船载重量，一般记载说是四千石到六千石(约合五百吨到八百吨)，

一说是二千石到三千石(约合二百五十吨到四百吨)，元代海运大船八九千石(一千二百吨以上)。清代道光年间上海有沙船五千艘，估计当时全国沙船总数在万艘以上。沙船运用范围非常广泛，沿江沿海都有沙船踪迹。元明海运最盛时期年运量达三百五十万石以上。远洋航线沙船也很活跃。早在宋代以前公元十世纪初，就有中国沙船到爪哇的记载。在印度和印度尼西亚都有沙船类型的壁画。二十世纪初有人认为，当时从我国北方到新加坡航线上的沙船，就是中世纪以前从我国到红海以及东非港口贸易的那种船。

公元十五世纪初的明代初年，郑和七次下“西洋”，二十多年间访问了三十多国，在世界航海史上写下了光辉的一页。每次出动船舰一百多艘或两百多艘，其中宝船四十多艘或六十多艘，共载两万七千多人。当时在南京和太仓造船，集中在太仓刘家港整队出海。郑和宝船长约一百五十米，舵杆长一一·○七米，张十二帆，这是最大的沙船了。

沙船有许多特点：第一，沙船底平能坐滩，不怕搁浅。在风浪中也安全。特别是风向潮向不同时，因底平吃水浅，受潮水影响比较小，比较安全。第二，沙船能调戗使斗风(详见船舶动力一节)，顺风逆风都能航行， 甚至逆风顶水也能航行，适航性能好。第三，船宽初稳性大，又有各项保持稳性的设备，所以稳性最好。第四，多桅多帆，帆高利于使风，吃水浅， 阻力小，快航性好。

沙船方头方尾，俗称“方艄”；甲板面宽敞，型深小，干舷低；采用大梁拱，使甲板能迅速排浪；有“出艄”便于安装升降舵，有“虚艄”便于操纵艄篷；多桅多帆，航速比较快；舵面积大又能升降，出海时部分舵叶降到船底以下，能增加舵的效应，减少横漂，遇浅水可以把舵升上。沙船采用平板龙骨，比较弱，宽厚是同级缯船■船的百分之四五十，而大■ (是沙船两舷前后纵通材，非常粗壮坚实)特别多，大中型沙船每侧有大■ 四根到六根，直压到头，川口镶口(沙船舱口前后的纵通材)也很粗壮，直通前后。因而结构强度仍比其他同级航海帆船大。采用多水密隔舱以提高船的抗沉性。七级风能航行无碍，又能耐浪，所以沙船航程远达非洲。

福船是一种尖底海船，以行驶于南洋和远海著称。宋人说：“海舟以福建为上。”明代我国水师以福船为主要战船。古代福船高大如楼，底尖

上阔，首尾高昂，两侧有护板。全船分四层，下层装土石压舱，二层住兵士，三层是主要操作场所，上层是作战场所，居高临下，弓箭火炮向下发， 往往能克敌制胜。福船首部高昂，又有坚强的冲击装置，乘风下压能犁沉敌船，多用船力取胜。福船吃水四米，是深海优良战舰。1974 年七八月间， 福建泉川湾后渚港发掘出一艘宋代海船，尖底而船身扁阔，平面近似椭圆形，头尖尾方，从龙骨到舷侧有船板十四行，一到十行是两层船板叠合， 十一到十三行是三层船板叠合，三层总厚度十八厘米(里层八厘米，中层五厘米，外层五厘米)，用三层板是防水线附近波浪冲击，这和沙船用大

■甚至用护■是一个道理。船板搭接和平接两种方法混合使用。板缝有麻丝、竹茹和桐油灰捣成的■合物。泉州古船十三舱，复原以后的船长三四·五五米，宽九·九米，深三·二七米，排水量三七四·四吨。

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。此后，阿拉伯商人常乘中国帆船往来于东南亚一带。九世纪中叶晚唐时期以后，我国建造的大海船更为许多亚非国家的人民所乐于乘坐。宋元时期，我国造船业又进一步发展。许多外国朋友往往用“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。战国时期有舫船，也是两船并连在一起的双体船，不仅能提高稳性，更便于装货载人。汉代的楼船非常高大雄壮。三国时期海上大船长二十多丈。晋代卢循(？－411)作八槽舰。南北朝时期祖冲之作千里船。唐代有海鹘船， 又出现新型漕船叫歇■支江船。宋代最大的车船(桨轮船)，长三十六丈， 宽四丈一尺。明代有郑和宝船，还有两头船、蜈蚣船、连环舟、子母舟以及其他新型船舰。连环舟分前后两截，前截冲炸敌船，后截脱环驶回。连环舟还长时期地用于民间运输，也很方便，在弯曲小河中可以分成两截， 便于转弯。子母舟后部中空藏小船，入敌阵后发火和敌船同毁，战士乘小船返回。

我国船工还善于吸取几种优良船型的优点，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■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。

船舶设计

宋代文献中曾出现“船样”二字：“温州言，制置司降下《船样》二本，仰差官买木，于本州有管官钱内各做海船二十五只”，这里记载的《船样》可能主要还是船图和工料定额。另外还有提到“战船木样”，那就显然是指木制船模了。

明代《南船纪》、《龙江船厂志》、《漕船志》中，记载的工料定额、尺寸、数量十分详尽，但是没有涉及船舶设计。目前已经发现的有关船舶设计的历史文献是清初的记载，它可说是我国封建社会后期传统的船舶设计的代表作，表现了我国船工的智慧和创造性。

清初，福建赶缯船的设计，是我国古代福船系统设计放样的精华。赶缯船的龙骨是有弯度的，先决定龙骨长短，后决定弯度。先由船长决定龙

骨总长度，再按比例决定三段龙骨长度。其次便要决定龙骨两端的起橇(起翘)，根据前后起橇就决定了龙骨的弯度。我们知道，三角形已知两边和高是不难画出的。以前起橇作高，前龙骨和中龙骨作两边，画出一个三角形；再用后起橇、中龙骨和后龙骨又画出一个三角形。把两个三角形相同的一边(中龙骨)重合起来，再描绘平滑曲线，如上图所示，便绘出龙骨纵剖面图。

赶缯船的横剖面，设计和绘制程序如下：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■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■圆转处的垂直距离(和边墨垂直)。如图所示，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。由四大梁头处的四个横剖面(四大梁头指头禁梁、驶风梁、官舱梁、尾禁梁)，以及龙骨纵中剖面，构成赶缯船的基本线型图。此外，在边墨的中点画一根和边墨垂直的线，叫班胸，可以使水线附近的弧度更加肥满一些。

这种传统的船舶设计方法是我国船工创造的具有民族风格的古代船舶设计方法。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，是横剖面的整体变更。变更样橇、班胸等的长短，那是局部调整。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。它体现了我国船工的智慧和创造性。

至于我国各个地区各种船型的设计，往往采用各种不同的设计模数， 一代一代地传授下来，而采用哪一种尺度作基数，那是各不相同的。

船舶建造

南京市汉中门挹江门之间的三汊河中保村，相传是宝船厂遗址。遗址上分布着许多长方形大型水塘，依次称一■、二■、⋯⋯有几个塘长二百到二百四十米，宽二十七到三十五米，深二米左右，当地居民都知道这是建造宝船的地方，至今仍有“上四坞”、“下四坞”的名称。在这几个大船坞遗址当中，1953 年、1957 年和 1965 年先后发现长一一·○七米的大舵杆以及残损的绞关木(复原长四·七五米)等船上设备构件。这八个大船坞可以说是我国古代劳动人民制造宝船的历史见证。

在造船过程中设计船模，以及利用船坞造船，历史文献累有记载。宋代有黄怀信用大船坞修理大船，明代有“二十五日出坞，坞即造船之所” 等记载。金代张中彦“手制小舟，才数寸许，⋯⋯”记述了建造船舶先制船舶模型的过程。这比战船“木样”的记述更加明确地表示了设计建造船舶的程序。由此上溯到秦汉时期，汉墓中几次发现的木制、陶制船舶明器， 类似船舶模型。这至少可以说当时在造船过程中已经具备了先制造船模的条件。而广州秦汉造船工场遗址的发现，似乎更加足以证明，在历史上我国船工很早就利用船台造船，利用滑道使船舶下水了。

1974 年底在广州市发掘的秦汉造船工场遗址，是一个规模巨大的古代船舶工场，有三个平行排列的造船台，还有木料加工场地。船台和滑道相结合，外形和铁路相似，由枕木、滑板和木墩组成。枕木分大小两种。滑板宽距可以调节。一号船台两滑板中心间距一·八米，船的宽度应是三·六到五·四米；二号船台两滑板中心间距二·八米，能造五·六到八·四米宽的船。滑板上平置两行承架船体的木墩，共十三对，两两相对排列，高一米左右。在船底钻孔、打钉、■缝，有这样的高度是比较合适的。

一号船台南侧有木料加工场地，场地上有烘弯木料的“弯木地牛”结构。还出土了划线铅块，这是下料时划线用的。造船台出土铁锛、铁凿、铁钉和■缝用的“挣凿”，此外还有方锥形木垂球(取垂线用)。

秦汉时期相当规模的造船基础，为以后唐宋时期我国远洋帆船的高度发展创造了很好的条件，这就使我国航海木帆船在太平洋和印度洋上声誉卓著达一千年以上。

船舶性能

我国古代船舶有很好的性能，主要有以下四点：

第一，快航性。如江苏沙船由于多桅多篷，篷又高，能充分利用风力， 船体吃水又浅，阻力小，所以快航性好。鸟船头小肚膨，身长体直，由于型线比较好，在速度方面和沙船、唬船差不多一样快。明清时期各种船型当中具有快航性能的不少，如淮扬课船、江西红船等内河船，也都具有快航的特点。

第二，抗沉性。我国古代船舶的抗沉性是世界闻名的。唐代的船已用桐油石灰■缝，使船舶具有很好的抗沉性。有人认为晋代八槽舰就是八个不漏水的舱(水密隔舱)，虽然没有确切的证明，但是当时的确已经具备制造水密隔舱的条件。宋元时期我国船舶的水密隔舱蜚声中外，许多外国朋友提到中国船，就要称誉中国船的抗沉性和水密隔舱(一舱两舱漏水，不至于全船沉没)。而西方到十八世纪才有水密隔舱。

第三，适航性。我国古代的船舶船型众多，多能因地制宜。各种不同船型能适应各种不同的地理坏境。例如北方沿海多沙滩，我国船工就创造了平底沙船，少搁无碍。不管顺风逆风，甚至逆风顶水，也能航行。至于各水系的内河船，适航性能好的也很多。

第四，稳定性。宋代大龙舟用压舱铁八十万斤才能保持船舶的稳定性。福船分四层，最下层装土石压舱。这说明我国船工对于船舶的稳定性一向予以极大的注意。

公元九世纪以前，唐代海鹘船两舷有浮板，起稳定作用，这是被水板的起源。宋代海鹘船图每侧浮板四到六具，到明代已经简化为一具。这就是披水板，通称橇头。后来，到明清之际，船底增设了梗水木两根，有如今天的舭龙筋，起稳定作用。梗水木的出现是一大进步。沙船又备有竹制太平篮，平时悬挂船尾，遇风浪时装石块放置水中，使船不摇荡。因此， 中国船的安全平稳在当时获得了世界好评。

船舶动力

充分和灵巧地利用风力，是我国古代船舶技术高度发展的标志之一。利用人力推进时，从桨、楫发展到橹是一大进步。俗话说“一橹三桨”， 说明橹的效率是桨的两倍甚至三倍。用桨划船一半做实功，一半做虚功； 而橹的整个运动过程都是做实功，使船舶推进工具的效率大大提高。秦汉造船遗址，汉代楼船，以及高效率推进工具橹的出现、船尾舵的出现和风帆的使用，说明我国古代造船技术到汉代已经成熟了。

汉魏时期，我国船工就经常把帆转到一定的角度，它的使用面积是随风力大小而增减的。

宋人说：“风有八面，唯当头不可行。”这说明十三世纪以前我国在使用风力方面，除当头风以外，其余七面都可以行船。而西方的帆船，到十六世纪以后才能做到这一点。

至于逆风行船，在我国已有四百年以上的历史。逆风行船的记载首见于沙船。“沙船能调戗使斗风！”逆风行船必须戗走(斜行)，否则不能前进。为了保持正确航向，又必须“调戗”(轮流换向)，必须走“之”形航线。逆风行船，披水板、船尾舵和风帆要密切配合。

二桅沙船两舷各装披水板一块，调戗时轮流使用下风一侧的披水板。把披水板放落水中，伸到船底之下，以增加船舶横向移动的阻力，来减少船舶偏航角度。

我国船工曾经创造了各种不同形式的风帆。例如同是沙船，而风篷不同：内河沙船风篷狭长；外海沙船风篷比较宽而短，大约宽一倍，短三分之一左右。大概因为海风强劲，海船风篷必须降低风压中心。我国南海帆船的风篷，把下风的边缘做成折角或曲线形，上部比较小而下部比较宽大，使风压中心降低，船就不易被风吹翻。

风帆的利用，从初期的单桅单帆说，帆不大，船跑得不快。后来逐步发展到三帆、四帆、五帆、七帆，甚至十二帆。人们并发现帆挂桅顶最有效。所谓“头巾顶可以提吊船身轻快”，顺风时使用“头巾顶”航行速度就加快。在大篷的两边加“插花”，可使船身不欹侧。“插花”多在旁风时使用。大篷下面再加“篷裙”，更能降低风压中心。

风篷增多固然可以充分利用风力，但同时也增加了操作的复杂性，加重了船工的劳动。如遇风暴突然来临，不能把帆及时降下，就有折桅翻船的危险。于是又逐步简化到一桅只有一帆，而帆的面积加大，使得既能充分利用风力，又便于操作和节省劳力。明代公元十五世纪以后，我国帆船的篷帆便逐渐简化。从简单到复杂，又从复杂进步到在同等效率下力求简化，这是事物发展的一般规律。

在古代，我国船舶动力大多使用风力，特别是长途航行。至于短途航行，却多使用桨橹。而桨轮船(车船)的出现，在一千多年当中也发挥过巨大的作用。

南北朝时期祖冲之造千里船，日行一百多里。千里船可能是一种桨轮船。唐代李皋(733－792)创造桨轮船，史书记载十分明确：“为战舰，挟二轮踏之，翔风破浪，疾苦挂帆席。”(《旧唐书·李皋传》)桨轮船到南宋就有了较大规模的发展。在洞庭湖起义的农民领袖杨么(？－1135)，他的部下高宣曾经创造许多桨轮船。宋代大型的桨轮船长二三十丈，可容战士七八百人。杨么的桨轮船有楼两三重，载一千多人，吃水一丈左右。桨轮船车数从四车、八车增到二十车、二十四车、三十二车。当时还有一种

飞虎战舰是四车船，四轮两轴，每一轮桨一般有八叶桨片。以后一直到清末二十世纪初，我国南方地区还曾有过少量桨轮船。桨轮船的动力是用人力，不如帆船使用风力经济，因此，虽然在一定时期里面也曾形成高潮， 但是终于未能十分广泛地使用。

桨轮船也叫明轮船，是把桨楫改成桨轮推进，把桨楫的间歇推进改成桨轮的旋转推进(连续运转)。桨轮船的出现是船舶推进技术上的一次重大进步。从唐代李皋算起，我国创造桨轮船比西方桨轮船的出现要早七八百年，欧洲到十五、十六世纪才有桨轮船出现。

船舶的动力问题解决了以后，同样重要的是航行方向问题。

这个问题又可分两个方面，一是掌握航向，一是辨别方向。掌握航向靠舵。我们知道，用桨橹推进的船舶，可以不需要船尾舵；而帆船却非有船尾舵不可。在我国，汉代陶船明器(广州汉墓出土)上的船尾舵，可以明显地看出由“梢”发展成舵的迹象，它标志着当时船尾舵的出现。我国船工创造船尾舵比西方约早四个世纪。以后逐步发展，甚至有了正舵、副舵、三副舵。两千多年来，我国船工创造了各种形式的舵，如升降舵、平衡舵、开孔舵等各种式样。平衡舵和开孔舵都可以降低转舵力矩，使转舵省力。我国在唐宋时期已经有平衡舵。

至于用指南针辨别方向，那更是我国航海技术的突出成就。航海船舶沿海岸航行，不需要辨别方向的仪器，老舵工熟悉沿海岸水域的海水深浅，看海岸远近趋深避浅，船上往往只有舵工。在大洋中航行，舵工掌舵就要听“火长”指挥(火长就是现今所谓“领航员”)。所谓“惟凭针盘而行，乃火长掌之”，说的就是这个情况。在大洋中航行，一望无边，指南针就成为必不可少的航行仪器。“夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针。” (朱■：《萍州可谈》)指南针是我国四大发明之一，在宋代用于航海，是我国航海技术的卓越成就，比西方要早两个世纪。