水密艙壁：中國(guó)特色的古船結(jié)構(gòu)

何國(guó)衛(wèi)

艙壁是由木板構(gòu)成的木帆船船體橫向板狀結(jié)構(gòu)件，它是以船舶龍骨與船底外板為基礎(chǔ)，緊貼舷側(cè)外板和甲板，由為數(shù)眾多的艙壁支撐著船殼板和甲板構(gòu)成的船體結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，船舶艙壁結(jié)構(gòu)是中國(guó)古船結(jié)構(gòu)的基本特色。艙壁不僅確保了船體的線型，而且如果構(gòu)成艙壁的板列間的板縫以及艙壁與外板、甲板間隙縫都用艌料填塞并通過(guò)捻縫工藝達(dá)到水密，使各隔艙互不滲水保證水密，這就成為水密艙壁，設(shè)置水密艙壁的船舶提高了船的抗沉性，水密艙壁是中國(guó)木帆船技術(shù)的一項(xiàng)重大發(fā)明。

1974年在泉州彎出土的宋代海船的水密艙壁顯露無(wú)遺，船內(nèi)有十二棟隔壁將船分成十三艙（包括艏尖艙）。各艙都有水密設(shè)施，所有的隔艙板都上下榫連，填塞峯料，艙壁板厚100～120毫米，全壁除最下一列壁板用樟木外都用杉木（圖1）。

圖1 泉州出土宋代海船現(xiàn)場(chǎng)

水密艙壁的產(chǎn)生出自竹子的靈感？

中國(guó)船舶何時(shí)產(chǎn)生艙壁？這是歷史學(xué)家非常感興趣的問(wèn)題。對(duì)于艙壁的文獻(xiàn)記載要數(shù)公元前16世紀(jì)的商代甲骨文中出現(xiàn)的“舟”字了，它屬于象形文字，似由縱向和橫向構(gòu)件組合成的（圖2），橫線有可能代表肋骨或艙壁或二者兼而有之，若能確定橫線是表示了艙壁，那么就可以說(shuō)商代就出現(xiàn)了艙壁，雖由此可能但不能貿(mào)然斷定。

明確出現(xiàn)艙壁的史料記載可追溯到晉代，據(jù)史籍《藝文類聚》引《義熙(公元405～418年)起居注》記載孫恩、盧循起兵反朝中記有：“盧循新造八槽艦九枚，起四層，高十余丈?！?此九枚“八槽艦”被認(rèn)為是用水密艙壁將船體分隔成八個(gè)艙的艦船，據(jù)此認(rèn)為水密隔艙壁當(dāng)約在晉代時(shí)出現(xiàn)。4 世紀(jì)末5 世紀(jì)初建造的“八槽艦”運(yùn)用了7個(gè)厚隔板將船分為了8個(gè)互不相通的船艙，被視為用板壁分隔船舶船艙的最早記載，這成了目前可考的使用水密艙壁技術(shù)的起點(diǎn)。

圖2 甲骨文中的“舟”字

圖3 竹子剖開(kāi)圖

圖4 江蘇如皋發(fā)現(xiàn)的唐代木船

水密艙壁為什么最早出現(xiàn)在中國(guó)呢？沒(méi)想到西方學(xué)者提出了有趣的猜測(cè)：“中國(guó)人是從觀察竹竿的結(jié)構(gòu)獲得這個(gè)靈感的，竹節(jié)的橫隔膜把竹分隔成好多節(jié)空竹筒。由于歐洲沒(méi)有竹子，因此歐洲人沒(méi)有這方面的靈感。” 事實(shí)確實(shí)如此？它究竟是智慧的中國(guó)先民們受竹子竹節(jié)的啟發(fā)找到造船的靈感，還是洋人善意的一種美好猜測(cè)，當(dāng)然無(wú)據(jù)可查難以結(jié)論。（圖3）不過(guò)竹節(jié)的橫隔膜把竹分隔成好多節(jié)的水密空竹筒，這與水密艙壁將船體分隔成多個(gè)水密分艙在型式上和結(jié)構(gòu)上倒確實(shí)是非常一致的，不得不佩服洋人對(duì)此豐富的想象力。

古船艙壁結(jié)構(gòu)始見(jiàn)于出土的唐船

中國(guó)古船中的艙壁結(jié)構(gòu)始見(jiàn)于唐代，它得到了江蘇如皋縣出土一艘唐代木船所證實(shí)， 該沉船1973年6月出土，船身和船底以及艙壁板大部分完好，木紋和結(jié)構(gòu)均清晰可見(jiàn)。船身殘長(zhǎng)17.32米，復(fù)原后約為18米。自首及尾共分為9個(gè)艙，全船由8個(gè)艙壁支撐的船底、船舷和甲板，使得全船具有整體剛性，增加了船舶的總體強(qiáng)度和局部強(qiáng)度。除船底部是用整木榫接外，兩舷和船隔艙板以及船篷(艙面)蓋板均用鐵釘釘成，它的兩舷共用七根長(zhǎng)木料上下疊合，以鐵釘成排釘合而成。在船艙與船艙之間設(shè)置的水密艙壁，最大的艙長(zhǎng)為2.86米，最短者為0.96米。它是一艘單桅船，據(jù)估算，該船排水量約為33～35噸，載重量可達(dá)20～25噸。該船的船艙及底部均以鐵釘釘成人字縫，其中填石灰、桐油，嚴(yán)密堅(jiān)固，表明它的艙壁是水密艙壁無(wú)疑。江蘇如皋縣出土一艘唐代木船是迄今為止出土古船中最早見(jiàn)到艙壁結(jié)構(gòu)的沉船，它是見(jiàn)到的最早的艙壁實(shí)物證據(jù)。該木船的平面和縱斷面圖如圖4所示。

水密艙壁與抗沉性

古船隔艙壁的產(chǎn)生和應(yīng)用最早應(yīng)該是出于保證制造船舶的形狀和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的需要，當(dāng)隔艙壁自身和與船體連接都經(jīng)捻縫工藝成為水密艙壁，它的設(shè)置使船分隔成多個(gè)水密艙室，水密艙壁技術(shù)的運(yùn)用，使得即使船舶的某一船艙因觸礁或是受到外力船殼被損壞淹水，也不會(huì)殃及其他船艙而導(dǎo)致整個(gè)船沉沒(méi)，這無(wú)疑加強(qiáng)了船只的抵抗沉沒(méi)的能力，也就是提高了船舶的抗沉性（圖5）。

圖5 船殼破損進(jìn)水示意圖

圖6 浙江象山明代海船的抱梁肋骨與流水孔圖

13 世紀(jì)杰出的意大利旅行家馬可·波羅（Marco Polo）來(lái)到中國(guó)時(shí)，看到了中國(guó)的船舶中廣泛使用的這項(xiàng)技術(shù)驚嘆不已，在他的《馬可·波羅行紀(jì)》當(dāng)中寫道：中國(guó)的“若干最大船舶有最大艙十三所，以厚板隔之，其用在防海險(xiǎn)，如船身觸礁或觸餓鯨而海水透人之事，其事常見(jiàn)，……至是水由破處浸入，流人船舶。水手發(fā)現(xiàn)船身破處，立將浸水艙中之貨物徙于鄰艙，蓋諸艙之壁嵌甚堅(jiān)，水不能透。然后修理破處，復(fù)將徙出貨物運(yùn)回艙中?！比菟未４?2道艙壁將船分隔成13個(gè)艙，與馬可波羅的記敘是非常一致的。

中國(guó)古代的船只都是木制的，而木板與木板之間的銜接處如何保證完全不透水，這是水密艙壁技術(shù)必須解決的難題。智慧的中國(guó)人想到了一個(gè)解決辦法，那就是用峯料充填板縫之間的空隙。峯料是由麻絲（或竹絲）、桐油、石灰（或貝殼灰）制成的。桐油是中國(guó)特產(chǎn)，它形成的漆膜堅(jiān)韌耐水，石灰與桐油搗合之后的粘接性很強(qiáng)，麻絲有很好的充填、防止開(kāi)裂、增強(qiáng)附著力和機(jī)械強(qiáng)度的作用，由此確保了“水密”之效。江蘇如皋唐代木船正是這樣做的，在該沉船的發(fā)掘報(bào)告中，特別提到了該船的捻縫技術(shù)：“船艙及底部均以鐵釘釘成人字縫，其中填石灰、桐油，嚴(yán)密堅(jiān)固?！?/p>

中國(guó)木帆船水密艙壁結(jié)構(gòu)的有效的抗沉性，大大地提高了船舶的安全性。

艙壁邊肋骨中國(guó)古船艙壁結(jié)構(gòu)的特色技術(shù)

中國(guó)帆船的艙壁有一件特殊的構(gòu)件稱作艙壁邊肋骨，船民稱艙壁為梁，故俗稱艙壁邊肋骨為抱梁肋骨（圖6）。

艙壁邊肋骨是沿著艙壁板與船殼板（包括船底、船舭和船側(cè)）交接線設(shè)置的構(gòu)件，它與艙壁和船殼板緊密釘連，具有增強(qiáng)船體剛度和強(qiáng)度的作用。例如，中國(guó)泉州灣宋代海船就在“艙壁板與殼板的交界處裝設(shè)有樟木制成的肋骨”；1976年在韓國(guó)出土的中國(guó)古代海船——新安船也在艙壁與外板的交接處也設(shè)有肋骨。這種肋骨都是抱梁肋骨。

抱梁肋骨若是沿艙壁板與船殼板交線全周設(shè)置的，則稱其為艙壁周邊肋骨。有的艙壁邊肋骨只有一段而不是全周設(shè)置，如設(shè)在舭部，也有設(shè)在底部，可分別稱謂艙壁舭邊肋骨和艙壁底邊肋骨。不論是哪一種艙壁邊肋骨，它們的作用原理是類同的，只是補(bǔ)強(qiáng)的范圍和部位有所不同而已。

中國(guó)古船的艙壁邊肋骨通常都是裝在艙壁靠船中的一側(cè)，因?yàn)榇巴ǔＪ侵胁康膶挾却?，并向首尾收縮變窄且船底向上起翹的，必然存在艙壁向船中位移的趨勢(shì)，因此艙壁邊肋骨的設(shè)置有利于阻止艙壁的這種位移趨勢(shì)，有助于艙壁板的固定和全船的整體剛性。這種設(shè)置安裝的部位和功能與近代鉚接鋼船上的水密艙壁所裝設(shè)的周邊角鋼是一致的，可以說(shuō)后者是由前者演變而來(lái)的。古船這種極其巧妙而合理的設(shè)計(jì)非?？茖W(xué)，使今日的造船工程師也稱贊不已。不過(guò)也有在艙壁的兩側(cè)都設(shè)置艙壁邊肋骨的。

在中國(guó)古代海船的水密艙壁上，正中線的下端還會(huì)留有一個(gè)圓形或方形的流水孔，又稱過(guò)水眼，為了艙底積水流通集于傳遞的最低部位便于排水，當(dāng)不需要時(shí)就用木塞將過(guò)水眼塞住，有的船在龍骨偶遇平底角接觸借助板厚之差因勢(shì)利導(dǎo)開(kāi)了左右各一個(gè)的過(guò)水眼。

中國(guó)帆船的艙壁結(jié)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)期占絕對(duì)統(tǒng)治地位

除了唐代如皋木船外，在其之后直至近代都有12艘出土沉船見(jiàn)到艙壁結(jié)構(gòu)，如宋代的泉州灣海船、陽(yáng)江宋代海船“南海一號(hào)”、“華光礁1號(hào)”宋代海船、元代的韓國(guó)新安出土的中國(guó)元代海船山東菏澤元代河船、明代山東的梁山河船、浙江象山明代海船、汕頭“南澳1號(hào)”、山東“蓬萊1號(hào)”海船、清代的“洛陽(yáng)1號(hào)”河船、廣州南關(guān)沉船、近代的廣東“金華興號(hào)”沉船。這些沉船中除了寧波宋代海船、廣州南關(guān)清代沉船是艙壁與肋骨混合結(jié)構(gòu)外，都是全艙壁結(jié)構(gòu)。11艘艙壁結(jié)構(gòu)古沉船全部集中在宋、元、明三個(gè)朝代，足見(jiàn)宋、元、明艙壁結(jié)構(gòu)占著絕對(duì)的統(tǒng)治地位，海船尤其如此。諸多出土古船佐證了中國(guó)古帆船的艙壁結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)時(shí)期的存在并得到廣泛使用，它成為中國(guó)古帆船重要的結(jié)構(gòu)特征和重大的技術(shù)發(fā)明，中國(guó)木帆船的艙壁結(jié)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)期占絕對(duì)的統(tǒng)治地位。

出土古船表明艙壁結(jié)構(gòu)自產(chǎn)生起，隨著板材加工技術(shù)的提高，艙壁結(jié)構(gòu)得以實(shí)際應(yīng)用，它的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)，尤其水密艙壁的抗沉作用，水密艙壁結(jié)構(gòu)在海船上采用的相當(dāng)普遍，成為中國(guó)古船技術(shù)重大發(fā)明之一。它的使用似乎越來(lái)越比肋骨結(jié)構(gòu)更為普遍，自唐代出現(xiàn)艙壁起，艙壁結(jié)構(gòu)一直保持到近代，竟然有多達(dá)13條沉船是艙壁結(jié)構(gòu)的，其中有10艘沉船全部集中在宋、元、明三個(gè)朝代，足見(jiàn)宋、元、明艙壁結(jié)構(gòu)占著絕對(duì)的統(tǒng)治地位。盡管清代后期比較多的其出現(xiàn)艙壁與肋骨混合結(jié)構(gòu)壁結(jié)構(gòu)，即使近代木船大量的還是艙壁結(jié)構(gòu)，足見(jiàn)艙壁結(jié)構(gòu)在中國(guó)木帆船結(jié)構(gòu)中的地位是根深蒂固的。

諸多出土古船佐證了中國(guó)古帆船的艙壁結(jié)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)期的存在并得到廣泛使用，它成為中國(guó)古帆船的重要的結(jié)構(gòu)特征和重大的技術(shù)發(fā)明，中國(guó)帆船的艙壁結(jié)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)期占絕對(duì)的統(tǒng)治地位。

中國(guó)木帆船的艙壁結(jié)構(gòu)與西方帆船的肋骨結(jié)構(gòu)有著顯著的區(qū)別，是兩個(gè)不同的橫向結(jié)構(gòu)體系，艙壁結(jié)構(gòu)是中國(guó)古船結(jié)構(gòu)的基本特色，是中國(guó)古帆船最具特色的技術(shù)之一。中國(guó)帆船艙壁結(jié)構(gòu)自唐至近代的歷史長(zhǎng)河中具有連續(xù)不斷的不可動(dòng)搖的歷史地位。

合理實(shí)用的艙壁和肋骨混合結(jié)構(gòu)

橫艙壁和肋骨都以它的周邊支撐船殼，當(dāng)然都是線支撐。這種線支撐往往是成曲線支撐船殼板，因此肋骨和艙壁在船體定型和船殼強(qiáng)度上有著雷同的作用。不過(guò)，為滿足船體的型峯需要，尤其船體曲面的曲率變化較大的舭部和船的首、尾部位，肋骨的彎曲加工量很大，而艙壁是由多列橫向板拼合組成，因此，只需將壁板的邊緣按所在位置的橫剖線形狀割鋸即可，方便可行。

圖7 廣州南關(guān)出土清代沉船

艙壁與肋骨各有利弊。較小的肋骨間距或艙壁間距有利于船殼的定型精度和船殼強(qiáng)度，故而可以取較薄的船殼板，反之，殼板就得取稍厚些以滿足強(qiáng)度的需要。但較小的艙壁間隔是的船艙不便使用，而肋骨雖可取較小的肋距，便于裝卸貨物，但不具水密分隔船艙的作用。

壁結(jié)艙構(gòu)，除了船舶定型和保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度外，還具有肋骨所不能取代的功能，那就是，第一，橫艙壁制成水密則成為水密艙壁，它就分隔了水密艙室，有利于船舶的抗沉性；第二，將船體進(jìn)行艙室布置的分隔；第三，橫艙壁最上面有一根厚大構(gòu)件稱作桅面梁，它為船桅的牢固裝設(shè)提供了依靠，以致風(fēng)帆面所受到的風(fēng)力通過(guò)船桅得到有效地傳遞到船體，同時(shí)造就了中國(guó)帆船多桅技術(shù)的產(chǎn)生。

橫艙壁是滿實(shí)了的板壁結(jié)構(gòu)，若為保證船體強(qiáng)度過(guò)密地設(shè)置艙壁，勢(shì)必會(huì)使艙長(zhǎng)變小造成貨物裝卸的困難。若滿足艙長(zhǎng)的要求又勢(shì)必使兩艙壁間船體板架的跨距過(guò)大，造成強(qiáng)度不足。因此在較大的艙中在兩艙壁之間再填設(shè)一檔肋骨，既縮小了艙室段船體板架的跨距，又不影響艙室長(zhǎng)度，從而使兩方面要求都得到解決。在較長(zhǎng)的艙間加設(shè)的肋骨稱作艙間肋骨，1979年出土的寧波宋代海船就是一例。在艙壁之間多設(shè)幾道中間肋骨使得支撐外板的跨距縮短有利強(qiáng)度，這樣使得艙壁間隔可以適當(dāng)?shù)卦龃?，也就是用多設(shè)肋骨來(lái)增大艙長(zhǎng)以便于貨物裝卸，這是設(shè)置肋骨的最大優(yōu)點(diǎn)所在。隨著船向大型發(fā)展，船的貨艙深度和裝載貨物體積的增大，肋骨的采用越來(lái)越普遍。由艙壁與肋骨組成的混合結(jié)構(gòu)，可以使艙壁和肋骨各自的優(yōu)點(diǎn)得到充分發(fā)展，這種取各自之長(zhǎng)而避各自之短的合理性和實(shí)用性正是艙壁和肋骨混合結(jié)構(gòu)的被近代木船所廣泛應(yīng)用的原因所在，到了清代，它的采用就很常見(jiàn)了，廣州南關(guān)出土的兩艘清代沉船很清晰地顯示了艙壁與肋骨的混合結(jié)構(gòu)（圖7）。

中國(guó)水密艙壁技術(shù)對(duì)世界造船作出巨大的貢獻(xiàn)

馬可·波羅看到了水密艙壁的安全性、實(shí)用性，但當(dāng)他的著作開(kāi)始在歐洲廣泛流傳時(shí)，當(dāng)?shù)厝酥皇潜粫兴枥L的東方財(cái)富所吸引，并沒(méi)有對(duì)“水密艙壁”給予過(guò)多的重視。直到18世紀(jì)末19 世紀(jì)初，英國(guó)海軍總工程師塞繆爾·本瑟姆爵士（Sir Samuel Bentham）才設(shè)計(jì)出了隔艙結(jié)構(gòu)的輪船。距中國(guó)出現(xiàn)的“八槽艦”約有1400 年，距馬可·波羅將水密艙壁原理傳到西方也已有5個(gè)多世紀(jì)。著名的英國(guó)科學(xué)技術(shù)史專家李約瑟（Joseph Needham1900～1995）說(shuō)道：“19世紀(jì)早期，歐洲造船業(yè)采用這種水密艙壁技術(shù)是充分意識(shí)到中國(guó)這種先行的實(shí)踐的。”

中國(guó)早在公元410年發(fā)明及長(zhǎng)期使用和完善的水密艙壁技術(shù)，逐漸被西洋船所仿效和流行于歐美，乃至世界各國(guó)，盡管現(xiàn)代造船材料已經(jīng)由木質(zhì)發(fā)展到鋼質(zhì)，但船體內(nèi)部仍然采用必不可少的水密隔艙結(jié)構(gòu)。

曾記得，英國(guó)豪華郵輪“泰坦尼克號(hào)”于1912年4月10日的處女航，經(jīng)過(guò)4天的航行，在紐芬蘭島附近與冰山相撞，船首的幾個(gè)船艙即刻破損進(jìn)水，僅2個(gè)多小時(shí)后，郵輪就全部沉沒(méi)，全船2500多乘員中有1320人死于非命。這一嚴(yán)重海難事件使全世界航運(yùn)界大為震驚。各主要航海國(guó)家在這一事件的直接影響下，由英國(guó)政府倡議，于1913年在倫敦召開(kāi)了第一次海上人命安全會(huì)議，并于1914年1月20日制定了第一個(gè)《國(guó)際海上人命安全公約》（SOLAS公約）。公約對(duì)于航行于公海的船舶提出的主要內(nèi)容涉及船舶構(gòu)造、分艙與穩(wěn)性、救生和消防設(shè)備、無(wú)線電通信、航行規(guī)則和安全證書等方面?！?974年國(guó)際海上人命安全公約》明確要求船舶應(yīng)設(shè)置水密艙壁，提出了水密艙壁之間的間隔長(zhǎng)度的規(guī)定，這是出于對(duì)船舶的抗沉性要求。船舶在一定的型深和載量下，提高抗沉性的辦法就是增加水密艙壁的數(shù)量和減小船艙長(zhǎng)度。水密艙壁技術(shù)迄今仍是全世界航海船舶保證船舶抗沉性的重要技術(shù)措施，現(xiàn)代船舶規(guī)范中對(duì)于水密艙壁都有明確的要求，中國(guó)創(chuàng)造的水密艙壁技術(shù)對(duì)提高船舶抗沉性的巨大貢獻(xiàn)就不言而喻的了。