一、對造船原理的認識

原始社會時期的人們對水的浮力就有初步的認識，正是在這個基礎上發明了木排、竹排和獨木舟。隨著人類水上活動的不斷增加，對水浮力的認識也不斷加深。首先，人們發現浮力的大小跟水的多少和深淺有關，水多水深浮力大，水少水淺浮力小。水太淺，即使是很小的物體也浮不起來。莊子曾經總結了這一認識，他說:如果所積蓄的水不深，那麼就沒有負載大船的能力。比如倒一杯水在窪下的地方，就只能浮起小草作成的舟，即使放上杯子都會跟水底相粘連，因為杯子對於這些水來說也是「大舟」了。

認識雖然還很原始、初步和粗淺，但是它對造船卻具有很重要的指導意義，就是在水少、水淺的水域裡只能航行小船，只有在水多、水深的水域裡才能航行比較大的船隻。長期的造船和行船的實踐，使人們對水的浮力的認識逐步得到深化。比如大家熟悉的曹沖稱象的故事，這個故事雖然不一定真實，但是卻反映了一個事實，就是當時人們已經發現:負載物體的同一隻船，如果吃水量相同，那麼不管它所載物體的體積、比重有什麼不同，重量一定是相同的。也就是說，人們已經認識到浮力的大小隻跟船隻所排開的水量多少有關。儘管中國古代還沒有得出關於浮力大小等於船體所排開的水的重量的明確結論，但是上述的認識已經從定性認識階段向定量認識階段邁出了重要的一步，已經知道了浮力原理的基本內容。

從對浮力的這些認識出發，人們進而對船的容積和載重量有了比較確切的量度，知道建造多大的船可以載多少人或者多少物資，甚至用載重量來衡量船的大小。在唐朝以後的萬斛船、二千料(斛)船、千料船、二百料船等等，就是這樣量度的。「斛」和「料」都是我國古代的容積單位，相當於石。一石是一百二十斤，那麼萬斛船的載重量就相當於六百噸，它在古代世界中可以說是巨大無匹的了。

除了對浮力的認識以外，我們從船型還可以看到古人對水的阻力已經有了初步認識。如果說，瘦長的獨木舟是由於受到天然原料限制的話，那麼在木板船出現以後，所有船(即使是幾隻船並成的連體船，單體船身也是這樣)的形狀都是長比寬大，而且首尾都比中部狹，這就是人們有意識的行為了。也就是說，人們在航行實踐中，已經意識到船在航行中要遇到水的阻力，為了減少水的阻力，有意把船體造成兩頭狹的瘦長形狀。特別是軍用的快速船隻，造得比一般的船更瘦長。當然，也不能排除可能有人造出過諾亞方舟式的方形船，但是因為駕駛困難，航速極慢，自然是要被淘汰的。

總之，古人在長期的造船和航行實踐中，積累了關於水的特性的豐富知識，儘管這些知識還只是經驗性的，有的甚至很粗糙，但是它表明了古人的造船和航行活動是有科學依據的，不是盲目的。船舶的設計和製造，正是依據這些認識來進行的。

二、船型

我國的內河和海疆的地理情況紛繁複雜。在江河中，不但大江、小河的流速、流量以及河道的曲直、闊狹、深淺等有所不同，即使是同一條江河，上游跟下游的地理情況也存在極大的差異。在海域中，南北的近海深淺、風浪、潮汐、泥沙、礁石、島嶼等各方面的情況也各不相同。有因地制宜的優良傳統的中國歷代人民，根據不同水域的地理特點設計和建造了許多不同類型的船隻。

例如，在杭州灣以北的港口和沿海航線上，由於水淺、沙灘多，所以一般建造和使用平底船舶;在杭州灣以南，沿海的水比較深，海灣狹長，島嶼也比較多，所以一般建造和使用尖底的海船。清朝的學者謝占王曾經總結了南北方海船因為地理因素而造成的不同。他指出，長江一帶的海舶稱做沙船，因為船底平寬，能夠駛過淺灘，靠近沙洲停泊，它們通常往來於淤沙或淤泥上，以及小河或水淺的港口之間，不至於被困。由於各省的海域情況不同，所以船型也有所不同。他的這一段話，反映了我國南北海船船型差別的大致情況以及造成差別的原因。

除了地理因素的差異以外，船的用途又各不相同。從使用對象來分，有官用船、民用船、軍用船等;從用途方面來分，有客船、貨船、漁船、戰船等;其中每一項又可以再細分。比如客船中，有皇帝的龍舟、官僚用的豪華客舟、一般商客用的客舟等。這些更造成了我國船舶類型的多樣性。可以說，中國船型的多樣性是古代世界任何國家和地區所無法比擬的。直到本世紀五十年代，已經廣泛使用鋼鐵輪船以後，我國的木船船型估計還有一千種左右，其中只是海洋漁船的船型就有兩三百種之多。

儘管中國古代的船型種類和名目繁多，但是大體上說，從船首形狀來分，可以分成尖首和方首兩大類;從船底樣式來分，可以分成尖底和平底兩大類。在歷史的演變中，福船是最著名的尖首、尖底船型的代表，沙船是最著名的方頭、平底船的代表。

福船高大如樓，底尖上闊，首尾高昂，首尖尾方，兩側有護板，船艙是水密隔艙結枃。尖首尖底利於破浪;底尖吃水深，穩定性好，並且容易轉舵改變航向，便於在狹窄的航道和多礁石的航道中航行。

沙船方首方尾，平底，俗稱「方艄」。它的甲板面寬敞，船型深小、干舷低，適宜在淺水航道航行。船上採用大梁拱，使甲板能迅速排浪，船艙也採用多水密隔艙結構。船舷採用大㯿，大中型沙船每側有四到六根大㯿，從船首直壓到船尾，以增加結構的強度。

除福船和沙船外，廣船也是我國古代的優良船型。廣船產在廣東，它的基本特徵是頭尖體長，吃水比較深;梁拱小，甲板脊弧不高。船體的橫向結構用緊密的肋骨跟隔艙板構成，縱向強度依靠龍骨和大㯿維持。廣船結構堅固，有較好的適航性能和續航能力，是我國古代南海航線的一種重要船型。

有人曾經對中西方的古代船隻加以比較研究，發現儘管中國古代船型種類繁多，但是大都具有一個基本特徵，就是船型的最寬處在中部靠後的地方，而不象西方船舶的最寬處在中部靠前的地方，或者在縱向中軸線的正中處。

對於中西方的船舶體型差異，1840年西方就有人注意到，並且解釋它的原因是:「因為我們最好的船體，是用魚來作模型的，向頭的一端常常比較大，但是中國人卻模仿蹼足水鳥，它們浮水的時候，把最寬的部分放在後面。在這一方面，他們是精明的，因為水鳥象船一樣，是浮在空氣跟水的兩種介質之間的，而魚卻只能在水裡游泳」。後來有人更總結說:「歐洲人覺得他們應當按照魚的外形來造船，而中國人卻認為應當按照在水面上浮游的鳥的外形來造船」。

事實證明，這種認識是反映一定的歷史真實的。在中國古代的船舶中，不但最寬處一般在中部靠後的地方，而且有的船名就是用鳥來命名的。例如，古代在不少的船頭上畫有鷁(古書上說的一種象鷺鷥的水鳥)鳥的圖案，還有把船頭稱做鷁首，並且有時甚至就用它來指船。在《武經總要》里寫著:海鶻船的披水板就象張開的鶻翼一樣。從這句話可以推測，中國古代海船兩舷側的披水板、太平籃等設置，可能是仿照水鳥兩翼而創造的，可以用來增強船在風浪中行駛的穩定性。

在閩浙一帶，更有一種船型就稱鳥船，因為它的形狀象一隻浮在水面上的水鳥，是我國古代的一種優良船型。近代科學表明，這種仿水鳥的外形所造的船，比起仿魚的外形所造的船來，性能要優越得多，也更符合科學原理。這也從個側面反映了中國古代高明的船舶設計思想。

三、船舶設計

中國古代的統治者不重視科學技術，知識分子的注意力也大都集中在熟讀經史，進入仕途。因此儘管中國造船的歷史悠久，技藝高明，但是有關造船工藝技術的文字記載卻很少。即使有些記載，也是隻言片語，很難得知詳細情況。我們只能從僅有的文獻記載，參照出土文物，結合社會上工匠傳授的傳統技藝，得知一些古代的概略情況。今天我們對於古代許多科學技術的了解大都是這樣，對於船舶設計的了解也是這樣。

我國古代的船舶設計，一般說來是沿襲著工匠傳授的傳統，就是師傳徒或父傳子，一代一代言傳身教。廣大的造船工匠在造船的實踐中積累了豐富的經驗，對各種船隻的結構、尺寸比例(包括整艘船和各個部件)、特徵和性能都了如指掌，有的工匠還畫有粗略的圖樣和簡單符號。他們就是依據這些來建造船舶的。這樣歷代沿襲，形成了一種普遍採用的傳統方式，這雖然是經驗性的初級的船舶設計方法，卻是歷代造船工匠的心血結晶。我們可以從清初福建趕繒船的設計中了解一個大概的情況。

清初福建趕繒船的設計，是福船系統設計放樣的精華。建造趕增船的關鍵，是確定龍骨。方法是先決定龍骨的長度，再按比例決定首龍骨、中龍骨、尾龍骨的長度，接著決定龍骨兩端起橇(就是起翹)，也就是確定龍骨的彎度。龍骨的長度和彎度確定以後，就以龍骨為中軸，按照趕繒船的體型特徵，選取龍骨的前、中、後安置橫樑的幾個位置，在兩邊對稱地確定船的上下寬度，再確定橫樑和其他部件，從而構成了船體的基本線型圖。

這種設計方法非常簡便，效果良好，改變船的上下寬度就可以改變船的整體，改變底和舷的彎曲程度就可以進行局部調整。把整體和局部有機地結合起來，形成了既簡單易行又巧妙靈活的設計方法。

除這種傳統的設計方法以外，我國古代還有首先設計製作船模、然後按照船模建造船隻的工藝方法。宋朝處州(今浙江麗水縣)知州張觷在造大船以前，曾經先造了一隻小船，然後按它的尺寸放大十倍來建造大船。《金史・張中彥傳》記載，金正隆年間(1156-1160年)，張中彥奉命建造黃河上的浮橋，需要製造巨大的船艦，可是工匠不知道怎麼造法。於是張中彥造了幾寸大小的木船模型，讓工匠仿照製造大船，順利地完成了浮橋工程。這種先做模型再造船的方法，是船舶設計中的一大進步。

值得一提的是，當張中彥主持建造的大船造好以後，有命令要徵調附近百姓來拖船入水。張中彥卻不勞師動眾，他設計了一種船舶下水的新方法，只用幾十個民工整理船隻所在的地段，使它傾斜入河中，在地面上鋪滿新割的秫秸，再用大木頭把秫秸兩側固定起來，到凌晨秫秸上結霜起滑後，就在秫秸上拖船入水，節省了大量勞力。這種巧妙利用地利和天時來節省勞力、提高工效的方法，可以說是一種具有很高科學價值的發明創造。在古代，我國大都是利用傾斜的地勢使新船下水的，它體現了我國因地制宜和改造、利用自然環境的優良傳統。

在宋朝以後，我國官方的造船廠中出現並且形成了一套先繪製「船樣」，然後造船的設計法則。所謂「船樣」就是比較詳細的船舶設計圖紙。《宋會要・食貨》中記載，溫州曾經按照制置司發下來的兩本《船樣》，各建造了海船二十五艘。在《船樣》中繪有船圖，並且註明船體和各部件的大小尺寸還規定了用料、用工、造價。應用《船樣》造船是船舶設計中的一個重大突破和發展，它體現了人們對船舶的結構和性能特點已經有了比較深入、系統的認識。

這種設計方法，在明清的官方造船廠中得到了普遍應用。現存的清朝《閩省水師各標鎮協營戰哨船隻圖說》的手抄本，是這種設計方法的一個最好說明。書中既有船舶的整體圖，又有平面圖，記載有五類船隻的大小尺寸、結構以及各部件名稱。可惜的是這個手抄本不在國內，它流落在馬堡的普魯士國立圖書館中。

除了一般船舶的設計和建造外，我國古代還設計了許多特殊用途的船隻。比如破冰船、浚河船以及連環舟和兩頭船等，甚至有人設想了水下航行的「淪波船」。「淪波船」的設想記載在四世紀的東晉王嘉的《拾遺記》中，它的形狀象螺，所以又稱做「螺舟」。想像中的「淪波船」可以「在海底潛行，水不會浸入。」雖然這個設想沒有實現，根據當時的科學技術水平也無法實現，但這可以說是潛水艇的最早設想，在一千五六百年以前能有這樣的設想，實在是十分難能可貴的。

雪龍號破冰船圖

破冰船發明在十二世紀的金朝，金朝的蔡珪在《撞冰行》詩中，用「舡頭傅鐵橫長錐」的詩句，描寫了這種破冰船。「舡」就是船，「傅」字在這裡是「附著」的意思，也就是說在船頭包附著鐵皮，上面橫著長的尖錐，可以在結冰的河中破冰前進。它可以說是現代破冰船的鼻祖了。

​主要參考資料：

《宋會要・食貨》

《宋元海船》