轻舟已过万重山 中国古代造船史上的科技与巧思 | 朋克金融学

2024-01-04 17:31

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首艘国产大邮轮的成功,标志着中国成为全球唯一一个集齐船舶工业皇冠上“三颗明珠”——即航空母舰、大型液化天然气运输船(LNG)和大型邮轮——的国家。

2024年1月1日,历经八年科研攻关、五年设计建造的首艘国产大型邮轮“爱达·魔都号”将开始它的商业首航。邮轮的总吨位为13.55万吨,长323.6米,宽37.2米,最大高度72.2米,可搭载5246名乘客。

图1. 国产首艘大型邮轮“爱达·魔都号”

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来源:adoracruises.com

大型邮轮是工业领域的集大成者,此前,这是中国造船业唯一没有攻克的高技术船舶。即使放眼全世界,也只有德国、法国、意大利和芬兰四个国家有能力建造大型邮轮。

因为大型邮轮,不止是“大”,邮轮的研制是高度系统化、集成化的“巨系统工程”,是现代工业与文化艺术的结晶——首艘国产大邮轮高达2500万个零件的数量是C919大飞机的五倍,这背后体现着国家制造业、科技水平的综合实力。

而现在,国产大邮轮的成功使得高端邮轮市场迎来“船新(全新)”版本,中国有了抢占市场的资本。据估计,在2035年,中国的邮轮旅行市场将成为全球第一大市场。

图2. 筏

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来源:网络

新石器时代,中国东南沿海的百越人发明了“筏”,随着他们的海上活动,筏子流传到印支半岛,南洋群岛和拉丁美洲的秘鲁沿海各地,在那时便早就可以“轻舟已过万重山”了。

随后的千年时间里,中国的造船科技领先世界,至今依然有着巨大贡献。


对比古代中西方的船只,我们会发现,中国古代船型的最宽处通常都在中部靠后的地方,而西方船只的最宽处则在中部靠前或者在纵向中轴线的正中处。

西方人解释说:“因为我们最好的船体,是模仿鱼的造型,鱼头的一端常常比较大。中国人模仿的则是蹼足水鸟(比如:鸭子、鹅等……),这些水鸟在浮水的时候,把最宽的部分放在后面。在这方面,中国人是精明的,因为水鸟与船一样,是浮在空气跟水的两种介质之间,而鱼却只能在水里游泳。”

可以理解,设计哲学上就把船当做游泳的鸭子看待,中国船舶前进“冲鸭”的时候则会更加顺畅。


本期【朋克金融学】,带你一窥中国古代造船历史中的那些精彩科技与巧思。

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01

从费力到省力

我们现在形容一个人嘚瑟、得意忘形的时候,会用“划船不用桨,全靠浪”来吐槽一下。古人很早就明白顺势靠自然,逆势靠自己的道理。“桨”的使用可以很自然地从鸭子游泳划水的动作联想借鉴。


但是,桨每在水中划动一次,就需要人力把桨板提出水面再进行第二次划动,这太累了。


于是,最迟在汉末时期,一种长长弯曲杠杆式样的“桨”出现了,它被称作“橹”。“橹”尾一头插在水里,“橹”柄以绳索固定于船面,用于施力,“橹”的中间以一种可以活动的方式固定在船尾。

图3. 橹的构造示意图

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来源:网络

与桨顺着船行进方向滑动不同,橹的动力原理是一种比较深的智慧,那么橹智深在哪里呢?

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【释义】形容橹的发明有很深的智慧。

在陈寿的《三国志》中,他用“橹”来形容如何使用橹,在推拉摇动橹柄时,不断调整橹板的板平面与橹运动方向的角度,使得在任意时候都产生一个向前推进的力。

图4. 《清明上河图》中用橹的画面

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来源:《清明上河图》,张择端,北宋

如果觉得理解抽象的话,可以把橹板看作螺旋桨的一片叶子,通过“摇”造成旋转,提供推力。事实上,螺旋桨就是继承的摇橹的核心技术。在民间一直有“一橹三桨”的说法来形容摇橹的省力,船这只“鸭子”跃升成了“涡轮增鸭”,某种程度,摇橹亦是一种“摇摇领先”

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【释义】形容摇橹的发明在那个时代的领先。

西方在人力驶船的年代,一直在使用桨,直到17、18世纪,橹才通过传教士进入欧洲,欧洲人称“橹”为“yuloh”,正是“摇橹”的谐音。

02

从省力到更省力

“骑”船也是keep哦

1865年4月,在“师夷长技以制夷”的感召下,徐寿、华衡芳等有识之士自行设计,并制造了中国第一艘蒸汽机明轮船“黄鹄”号。当时曾国藩在日记里写道:“窃喜人之智巧,我中国人亦能为之,彼不能傲我以其所不知矣。”

图5. “黄鹄”号模型

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来源:网络

尽管“第一艘蒸汽机明轮船”这个定语下,“蒸汽”显出了它由模仿西洋蒸汽机轮船研制的出生,但显出它行驶原理的定语“明轮船”,却是中国最早发明的。


明轮船的前身是车船、车轮舟,可以直白点理解成把“水车”按在了船体两侧,像轮子一样,通过人力蹬踩,提供动力。如果恰巧财力雄厚、人力也雄厚,可以加一排轮子,提供更大的动力,如下图。

图6. 车轮舟模型

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来源:网络

如今公园里水上项目的人力小船,就是一种青春版的车轮舟。

图7. 公园水上项目的人力小船

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来源:网络

有文字记载的车轮舟最早出现于晋代,《南史·王镇恶》中提到,公元417年刘裕部将王镇恶,由黄河乘车轮船,“溯渭(水)而进,舰外不见有行船人。北土素无舟楫,莫不惊以为神。”当时的人们看到船上竟然没人划桨,竟然无人驾驶逆水而上,怕不是以为自己穿越了。实际上,只是船工在船底蹬动感“车船”,骑船也是keep。


关于车轮舟,科学史专家李约瑟曾写到:“这种船在中国肯定流传下来了……西方人曾认为中国的这些船是模仿他们的……4世纪的拜占庭曾经提出一项用牛转动绞盘驱动明轮船的建议,但没有证据说明曾经建造过这种船。由于手稿仅仅在文艺复兴时期(14到16世纪)才被发现,因而不可能对中国造船匠产生什么影响。”

图8. 李约瑟与著作《中国科学技术史》

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来源:网络

在欧洲4世纪刚刚提出车轮船设想时,公元417年的中国已用于实践。欧洲于1543年第一次做桨轮船实验时,400多年前的宋朝已在水军中大规模发展车轮船了(1134年)。

03

大海航行靠舵手

舵手首先得有舵

风帆、指南针、舵是确保船只安全航行的三大条件,风帆出现年代并没有准确定论,但指南针与舵均首先出现在中国。


同指南针一样,由于对船只航行太重要,舵改变航向作用我们太熟悉不过。除了在东汉刘熙《释名·释船》上的文字记载——“其尾曰柁。柁,拖也。在后见拖曳也。且言弼正船使顺流不使他戾也。”之外。


广东一座东汉墓里出土的陶船模型上,也证实了汉朝中国就已经发明了船舵。

图9. 东汉陶船

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来源:网络

之后因舵通常置于船尾,发展成船尾舵,并根据功能发展出不同形制。直到12世纪左右,舵才通过中国的商船传到欧洲,此前,欧洲人一直使用桨调整航向,非常费力。


由此开始,舵的使用使得欧洲人远洋航行成为可能,为改变世界航海历史的大航海时代埋下伏笔。

04

水密舱璧
航行也要留安全边际

分散风险

无论东西方,远洋航行在古代都是一件非常危险的事。从晋代开始,一个被称为“水密隔舱”的应对风险的造船技术慢慢开始发展。

图10. 元代古船中的水密隔舱

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来源:网络

东晋时期有一种船叫“八槽舰”,即在造船的时候把船体吃水的部分用隔板分成八个舱,并在隔板处做好防水。这样做有什么好处呢?


第一,也是最大的好处,如果航行中遭遇暗礁或攻击等因素,即使一个船舱漏水了,并不会影响到其他船舱,能保证整体船只的安全。


第二,横向搭建的隔板加固了船体,并且船面上的桅杆可以通过隔板更紧密地与船体连接,为后续多桅多帆技术提供基础。


第三,分隔的仓储便于货物堆放,强迫症的满足。

图11. 泉州出土的宋代古船(有13个水密隔舱)

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来源:网络

关于水密隔舱的源头,李约瑟认为可能是来自中国人对竹子的观察,因为竹子每一节中间都有一个隔断。


13世纪末,马可·波罗把水密隔舱技术从东方带入西方。1795年,英国海军总工程师塞缪尔·本瑟姆第一次采用中国人首创的水密隔舱技术建造新型军舰。他说“……有增加强度的隔板,可以保护船只,免得进水而沉没,正像现在中国人做的那样……”


2008年6月,“水密隔舱福船制造技艺”入选第二批国家级非物质文化遗产名录,并于2010年被联合国教科文组织列入《急需保护的非物质文化遗产名录》。

05

可是,我们偏偏见过大海

很长一段时间,古代中国的航海业发展处于停滞状态。


尽管船舶工业是中国近现代最早建立的五大产业之一,但由于时代因素,当时的人们并没有促使船舶工业实现强国富民的产业愿望。


可是,我们偏偏见过大海。


1949年新中国成立后,船舶工业重新起航。

从外部引进,经过10年艰苦创业,初步实现现代船舶工业奠基发展,到独立自主初步形成造修船工业体系。到70年代中后期为止,我们成为了当时世界上第5个拥有核潜艇和第3个拥有远洋靶场船队的国家。


改革开放后,船舶工业从封闭走向开放,国际市场份额从小到大,1994年,首次超过德国成为世界造船第三大国。


1999年进入高速发展阶段,2008年中国船舶工业三大指标(造船完工量、新接订单量、手持船舶订单)超越日本跃居世界第2位,进入世界造船竞争的“第一方阵”。

图12. 中国首艘全球最大液化天然气运输加注船

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来源:网络

今天,我们的船舶工业由大到强,进入高质量发展阶段,三大指标长期占据国际市场份额的第一位,世界船舶工业大国地位稳固,产业整体科技创新能力大幅提升。


20世纪50年代以前,世界造船中心位于欧洲;后来,随着日韩崛起,东亚地区逐步成为造船中心。根据历史记录,在中世纪,英国长期占据世界船舶霸主地位,大约过了100年,日本才挑战成功,成为新的船舶之王,之后又过了50年,韩国才超越了日本,随着造船大国转移交替的历史,在我们的努力下,中国船舶工业一定能实现“由大转强”的历史跨越。

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泉果博物馆

《念念敦煌·海上丝路艺术世界》

壁画艺术创作


《张骞出使西域图》
《九色鹿本生故事》

敦煌壁画


在国产大邮轮的首航之旅上,敦煌研究院应邀在船上推出了“念念敦煌”艺术展。展览利用高保真复制技术,使敦煌壁画穿越时空,用视觉华飨致敬千年文脉。


展内包括16幅经典的敦煌壁画,包括本生故事画、经变画、装饰图案等各个时代的代表作品,如《张骞出使西域图》、《九色鹿本生故事》等。


船体整体涂装灵感也源自敦煌壁画,数名艺术家联手打造了“海上的丝路艺术世界”,艺术壁画和装饰从邮轮大堂延伸至主要公共区域,沉浸式展现了古丝绸之路的壮观图景,与其留下的智慧与力量。



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