中国古代造船术的“五大发明”
方燕儿 Pb04204026
我出生在四面是海的舟山岛上,听着悠长的船笛长大;记得儿少时,最喜欢迎着咸咸的海风,漫步在停靠着一排排船只的码头;望着各式各样的船,心里充满好奇与惊喜——在茫茫大海上,古代的船又是如何承受着巨大的重量,却依旧能够航行自如从不迷失方向古人们在造船术上到底创造了哪些伟大的发明……
至今我乘船经历不下百余次,也踏上过不少种类的甲板——木制的渔船,普通的客船,雄伟的军舰……而那份好奇也随之越加强烈,于是我带着那份好奇去寻求那个跨越历史的答案;
我国幅员辽阔,海洋国土面积约300万平方公里,绵长曲折的海岸线由东向南延伸,大陆岸线万公里,岛屿岸线万公里;我国的版图由于海域的加入而增加三分之一,因此我国不仅是一个大陆国家,也是一个海洋国家;
自古以来我国海上航运事业就很发达,海上丝绸之路、郑和七次下西洋等都充分说明了这一点;考古资料表明,河姆渡文化等新石器时代的先民是发明舟楫和征服海洋的先躯,河姆渡遗址第三
、第四文化层出土六只木桨,并采集到夹碳陶舟模型两件;1这说明距今大约7000年前,中国的先民已经开始了水上活动;
中国航海事业的繁荣显然离不开古代造船术上的发明,其中很重要的发明创造便是橹、船尾舵、多桅多帆、指南针和水密舱壁技术,这“五大发明”使得延绵不绝的中华造船术曾领先于世界,并且对世界造船史做出了巨大贡献;
橹
“在旁曰橹;橹,膂也;用膂力然后舟行也;” 这段记载出自东汉刘熙的释名2,由此可推断橹的出现最晚是在汉代;早期的橹被设在船舷两侧,而现今一些小船上的橹几乎都在船尾;
橹,与桨相比较具有更高的效率;桨在使用时要用手划,属于间歇做功,而橹则是左右连续不断地摇,属于不间歇地做功;橹对舟船推进是连续的,这在推进工具里是一次根本性改革;橹是纵向布置,当左右摇动橹柄时,橹板则在水中以较小的攻角滑动;由于攻角小,滑动很省力,但却能产生较大的升力推船前进,这是橹被称为高效推进器的根本原因;
此外橹具有操纵和控制船舶航向的能力,所以从它出现以后,无论在内河还是沿海,都得到广泛应用;尽管风帆的使用使橹的推进功能失去了意义,但橹在帆船上仍被作为一种辅助工具与风帆长期并存;远洋船只进入无风地带时仍旧要依靠橹,进出港口的大船也靠橹控制进退和方向;
橹是中国对世界造船术的重要贡献之一,其高效连续推进及操纵船舶回转的功能,一直为科技史学者所称道;现代广为应用的螺旋桨推进器,其不间歇作转动的叶片,实际上也和在水中滑动的橹板相似,桨叶的叶片也具有阻力小而升力大的优点;螺旋桨的发明和改进,虽不能说源于橹,但其作用原理是一致的;3
船尾舵
在我国古代航运开始的阶段,是用篙和桨来控制船航行方向的;由于帆的发明和航海事业的发展,航行范围扩大到深水域,篙失去了作用;同时,随着船体的增大,桨的数目增多,使得桨无法负担起推进船舶及控制方向的双重职能;于是古人们就把桨按职能分为两种：一种负责划行,起船的推动作用；一种则负责制导方向,被称为舵桨,后来桨的位置又从船舷移至船尾,成为尾桨,由此便演变出船尾舵来;
我国已知的最早的船尾舵是汉代陶船明器上的船尾舵;1955年,在广州近郊的东汉墓中出土一件陶船明器,其船尾有一个呈不规则四方形的舵,比近代的舵稍长,采用十字结构固定舵杆,舵叶上有一孔,是用来安装舵把的;从这件历史遗物上可以明显地看出由“梢”发展成舵的迹象,它标志着船尾舵的出现;由此可以看出,我国船尾舵的发明时间最迟不晚于东汉;
同西方相比较,我国的船尾舵出现早了约四个世纪;经过船工们的不断改进,船尾舵逐步发展起来,甚至有了正舵、副舵和三副舵;两千多年来,舵的形式在不断改变和创新;早期的舵从船尾伸出,形成一个较长的凸出,既不美观也不方便;于是古人们想出了将舵垂直插入水中的方法,这种舵被称为垂直舵;又由于内河航道常常深浅不一,为了方便行驶,便产生了升降舵,当船驶入浅滩或者靠岸时,可以把舵吊起,以防触底折断;此外,唐宋时期还发明了平衡舵中国4大发明,方法是把一部分舵面积分布在舵柱的前方,缩短了舵压中心与舵轴的距离,从而减少了转舵的力矩,使得操纵更为轻便;为使得转舵变得省力,大约在公元11-12世纪,我国的劳动人民在舵上穿了许多孔,发明了多孔舵,以此来减少在水中的阻力;
船尾舵最先是在我国发明和使用的,直到公元10世纪左右,舵才传入阿拉伯地区,至于欧洲,大概是12世纪十字军第二次远征时才引入的;不仅如此,宋代的平衡舵直到18世纪才被西方使用,
而开孔舵大约是在1901年才传到欧洲;由此可见,中国古代造船术在这方面领先了西方好几百年;
多桅多帆
“随风张幔曰帆,帆,泛也,使舟疾泛泛然也;”2这段记载源自东汉刘熙的释名;由此可知,我国最迟在东汉就已使用了布帆;虽然比国外稍晚,但有船尾舵与之相配合,加上中国风帆自身的特点使得中国的帆船领先于世界;
多桅多帆是我国在帆使用上的一个重大创新;这种方法使船在获得大推进力和高航速的同时,避免了桅过份高的问题,以保证船的稳定性与安全性;三国时期的海船就开始采用多帆,有三帆、四帆甚至七帆;多帆交错布置不仅提高了风帆效率,而且帆多风压中心低,并使船体受力较为均匀,有利于增强船体的强度;
多根桅杆前后错位配置和主桅杆向船尾方向倾斜等先进技术,我国在公元3世纪就广泛采用;在欧洲直到15世纪才拥有三桅帆船,19世纪才采用桅杆错位和主桅后倾;此外,我国风帆主要形式之一是采用多根横衍支撑、配置复杂的帆索操纵的翼面型风帆,它巧妙利用了各个方向的风力
产生更高效率的推动力,这一原理在现代赛艇的风帆设计仍在使用,而西方船舶从未采用过这种高效率的风帆;可以说,在古代我国的风帆设备是世界上最先进的;
航海上的指南针应用
指南针是中国古代四大发明之一,起源甚早;公元前4世纪到前3世纪出现的司南,但只限于在陆上应用;成书于1041年的武经总要北宋曾公亮撰中,所记的指南鱼可以在车、船上应用;成书于1085年的梦溪笔谈北宋沈括撰中记载指南针的4种装置方法：水浮、指爪、碗唇和缕悬,沈括认为缕悬为最善,但后世广为应用的则是水浮法;指南鱼和指南针水浮法的出现,为指南针在航海上的应用奠定基础;4
12世纪之初,中国在世界上最早使用指南针导航,比西方早了两个世纪;北宋宣和元年公元1119年,朱彧所着的萍洲可谈记述了中国海船在海上航行时的情形,“舟师船老大识地理,夜则观星,昼则观日,阴晦天空阴暗观指南针”,这是世界上将指南针用于航海的最早记载;类似的记载在宣和五年公元1123年徐兢出使朝鲜回国后所着宣和奉使高丽图经中也有,“惟视星斗前迈,若晦暝则用指南浮针,以揆南北”;说的是夜晚在海上航行注意看星斗辨方向而前进,如果天阴晦不晴可用指南浮针来决定南北方向;这两条记载比公元1180年英国的奈开姆记载要早七八十年;从中
也可以看出,海船使用的是水浮罗盘;明代巩珍的西洋番国志中更有明确记载,“皆斵木为盘,书刻干支之字,浮针于水,指向行舟” ;
航海罗盘上定有二十四向,二十四向在我国汉代时就有记载,北宋沈括的地理图上也用到了二十四向;把罗盘三百六十度分为二十四等分,每相隔十五度为一向,也叫正针,但在实际使用时还用到缝针,缝针是指两正针夹缝间的一向,因此航海罗盘就有了四十八向;大约在南宋时已开始使用四十八向,四十八向每向间隔是七度三十分,这要比西方的三十二向罗盘在定向时精确得多;因此,三十二向罗盘的知识虽在明末从西方传进来,但是我国航海家一直沿用我国固有的航海罗盘;5
将指南针应用于航海开创了航海事业的新纪元,使得人们无论身处大海的哪一处,无论天气如何都可以辨别方向,在一定程度上不受制于时空,获得了在茫茫大海上航行的自由;
水密隔舱
水密隔舱是中国在造船业上的又一项伟大发明,即用隔板把船体严密分隔成若干个互不连通的舱室以增强船的结构;这样,船只在航行途中,即使遇到一舱、两舱破损情况,也可保证仅限于这一舱两舱进水,而不致全船沉没,从而大大提高了船舶的抗风浪和抗沉性能;
依据义熙起居注所记,晋代农民起义军领袖卢循于义熙年间公元405年-418年曾造八槽舰,这被认为是拥有八个水密隔舱的战船,虽然还没有得到确切的证明,但当时的确已具备了制造水密隔舱的条件;1960年,江苏扬州出土的唐代木船就设置有水密隔舱,这是世界上目前所发现的最早的水密隔舱;
宋元时期,我国船舶已普遍设置了水密隔舱,大船内隔有数舱乃至数十舱,且那时我国船舶的水密隔舱蜚声中外,而西方船只直至公元18世纪才应用水密隔舱技术;近代钢船的水密舱壁周围角钢的铆焊方法,从功用到铆焊部位都与古船工艺极为一致;
结语
造船术的“五大发明”不仅在中国古代的航海事业上起了十分重要的作用,也为现代造船技术的发展奠定了坚实的基础;时至今日,许多古代造船技术和航海技术仍被广泛沿用,现在世界上的运输船舶和战舰几乎无一例外的使用尾舵、罗盘针以及水密舱壁技术;
李约瑟Joseph Needham,1900-1995曾经说到,“中国的这些发明和发现往往远超过同时代的欧洲”,“在3到13世纪之间保持了一个西方所望尘莫及的科学知识水平”; 我们可从中国发明的橹、舵、驶风等先进技术上,看到其论断的公允性;
美国科技史学家罗伯特..坦普尔在西方受惠于中国序言中写道,“如果没有从中国引进船尾舵、指南针、多重桅杆等先进航海和导航技术,欧洲绝不会有导致地理大发现的航行,哥伦布也不可能远航到美洲,欧洲人也不可能建立那些殖民帝国”;可见中国古代造船业对世界的巨大影响,它为推动世界航海事业做出了极其突出的贡献;
参考文献：
1管敏义,河姆渡文化新论——海峡两岸河姆渡文化学术研讨会论文集,河姆渡文化——百越文化与海洋文化,海洋出版社
2刘熙东汉,释名释船
3 席龙飞等,中国科学技术史交通卷,科学出版社,2004
4席龙飞,中国造船史,河北教育出版社,2000
5严敦杰,中国古代航海技术上的成就,自然科学史研究所
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