基于測繪綜合信息的華光礁Ⅰ號沉船船長及線型的推斷

蔡 薇（武漢理工大學(xué)造船史研究中心 湖北武漢 430070）

席龍飛（武漢理工大學(xué)造船史研究中心 湖北武漢 430070）

頓 賀（武漢理工大學(xué)造船史研究中心 湖北武漢 430070）

李 鋮（武漢理工大學(xué)造船史研究中心 湖北武漢 430070）

吳軼鋼（武漢理工大學(xué)造船史研究中心 湖北武漢 430070）

引言

華光礁Ⅰ號沉船遺址位于西沙群島永樂群島南部、華光礁礁盤內(nèi)側(cè)的西北邊沿，1996年由漁民發(fā)現(xiàn)，1997年曾遭到非法盜掘，沉船遺址遭到嚴(yán)重破壞。1998-1999年，對華光礁Ⅰ號沉船遺址進(jìn)行了搶救性試掘。2007-2008年，由中國國家博物館水下考古研究中心（以下簡稱水下中心）組織，再次開展華光礁Ⅰ號沉船遺址的發(fā)掘工作。

2007年華光礁Ⅰ號沉船遺址第一階段水下考古發(fā)掘之后，同年年底的大規(guī)模遠(yuǎn)離我國陸地的水下考古工作，取得了重要成果。根據(jù)水下中心的工作記載，不僅出水了一批船貨，而且將整個船體用科學(xué)的方法拆解出水，在拆解的過程中對船體的結(jié)構(gòu)和形制也有了更深入地了解，并獲得了大批的第一手材料。雖然這艘船僅西半部保存較好，但根據(jù)對稱原理這對復(fù)原古船有著極大的價值，對研究我國的造船史和海外交通史有著非常重要的意義。此次也是我國第一次真正意義上的水下考古發(fā)掘船體，出水的船體在國內(nèi)也很罕見。水下殘體的船板層數(shù)多，大部分有五層，局部有六層疊壓，而且船板體量大，大部分主要船板長度均在五六米以上，最長的達(dá)14.4米，寬度也在30厘米以上，最寬的達(dá)48厘 米。此次提取有編號的船板共511塊，采集有編號的船板48塊，共裝244厘米×47厘米×35厘米和244厘米×61厘米×35厘米兩種規(guī)格的木箱177個，此外還采集了近100個樣品，包括各部位的船板、艌料、珊瑚砂等。打撈出水后的沉船船板，現(xiàn)存放于海南省博物館。

一、博物館保護(hù)船板的測繪綜合信息

2017年5月-7月在海南省博物館船材保護(hù)中心實驗室，武漢理工大學(xué)造船史研究中心負(fù)責(zé)了本階段的測繪以及船材船板信息判別的工作。整個過程是從保護(hù)水池中把船材出水，然后進(jìn)行現(xiàn)場的拼接，對每塊船材的特征信息進(jìn)行辨識、記錄，然后進(jìn)行后期的繪制及編撰（圖1、2）。

需要說明的是，由于船板打撈出水的時間間隔較長，有很多原本較完整的船板已經(jīng)碎裂成許多塊，還有一些船板的編號缺失，這對掃描測繪工作造成了很大的阻礙，同時也極大地增加了后期復(fù)原工作的難度。此次對共計979塊船材進(jìn)行了拼接、測繪與繪制、特征判別與信息記錄（圖3、4）。

此船材左端有槽口，槽口深100毫米，槽口左端寬170毫米，槽口右端寬120毫米；龍骨上緣下緣翼板槽結(jié)構(gòu)，寬50毫米，深60毫米（圖4）；翼板槽中有釘孔，沿長度方向分布（左起）：190、340、500、900、1020、1170、1280、1380、1490、1620、1730、1870、1990、2140、2290、2770、2930毫米。

此船板板上有孔，孔距左端為：90、250、310、340、370、520、540、700、850、990、1150、1310、1400、1440、1620、1770、1790毫米。

二、龍骨的拼接與特征分析

根據(jù)水下考古現(xiàn)場發(fā)掘打撈記載：“龍骨除了艏龍骨破壞較嚴(yán)重外，主龍骨和艉龍骨則保存較好”，而存放在海南省博物館中的船材構(gòu)件，因為已經(jīng)拆解，無法得到其連接形式，華光礁Ⅰ號宋代古船龍骨只留存了主龍骨和部分艏龍骨。綜合打撈發(fā)掘現(xiàn)場及華光礁Ⅰ號沉船龍骨測繪的信息來看，該船裝配有粗大的龍骨，主龍骨與艉龍骨連接方式采用凸凹榫榫接，榫頭上用 4枚大釘釘連（圖6、7、8、9）。從采用粗大龍骨與連接方式等方面分析，該船與大多數(shù)尖底海船結(jié)構(gòu)類似，可 能屬于福船型。

主龍骨南端與艉龍骨以凹凸榫相接，如圖10。艏龍骨南端置于主龍骨北端凹槽內(nèi)，推斷為凹凸榫相接，如圖12。上的歷史地位。古代由于交通不便，造船所用的材料，一般都是就地選擇上乘的適用于水上或海上的木材。閩船造船用料就用福建當(dāng)?shù)厥a(chǎn)的松、杉、樟、楠木。廣船造船材料多采用荔枝木、樟木、鐵力木等硬重的闊葉材。根據(jù)華光礁Ⅰ號沉船的用材，結(jié)合有關(guān)中國古代造船的特點等有關(guān)資料，它應(yīng)為我國南方地區(qū)所造的船只。華光礁Ⅰ號沉船的用材有馬尾松、香樟和杉木，這艘南宋古船可能是福建所造的船只。

三、商船是福船型的推斷

華光礁Ⅰ號沉船破損十分嚴(yán)重，基本上無法從現(xiàn)有的殘體中發(fā)現(xiàn)與船型相關(guān)的要素與特點。有鑒于此，只能通過船舶的功能、航區(qū)、船上文物和年代等外圍條件，確定船型。

1998年國家博物館和海南省文物部門初步試掘，出水文物約1800件。2007年，西沙考古隊再次對華光礁I號沉船遺址進(jìn)行考古發(fā)掘，出水文物近萬件，絕大部分為福建和江西景德鎮(zhèn)產(chǎn)的陶瓷器。華光礁Ⅰ號沉船的出水文物中有瓷器上記有“壬午載”干支紀(jì)年號，結(jié)合出水瓷器的斷代，約為南宋高宗至孝宗〈宋高宗趙構(gòu)在位的最后一年（1162年）是干支壬午年〉時期的古船。南宋時期，海外貿(mào)易十分發(fā)達(dá)。當(dāng)時的泉州超過廣州，成為全國最大港口。這一時期大量的商船，從泉州出發(fā)航行于海上絲綢之路，前往波斯灣、紅海、東南亞、南亞、西亞，遠(yuǎn)達(dá)非洲、地中海諸國。所以華光礁Ⅰ號應(yīng)是遠(yuǎn)洋航行從事國際貿(mào)易的商船。

南宋時期中國海上絲綢貿(mào)易繁盛，當(dāng)時中國商船主要從廣州、泉州、寧波、揚州地出發(fā)，到達(dá)波斯灣、紅海，乃至北非和地中海沿岸國家，西沙海域是海上絲綢之路的必經(jīng)之地[1]。從華光礁Ⅰ號這艘古代遠(yuǎn)洋貿(mào)易商船上打撈出的大量福建和江西景德鎮(zhèn)產(chǎn)的陶瓷器來看，這艘遠(yuǎn)洋商船很可能是從福建泉州港出發(fā)的。

另外，我國古代航海的船只多為木材制造，不同的環(huán)境和場合，用途不同的船只對木材材質(zhì)要求也不同。華光礁Ⅰ號的船龍骨和桅座的關(guān)鍵部位使用木質(zhì)較堅硬的、加工容易、抗腐朽的香樟；對于船殼和船板這樣長期與海水接觸的部位，則采用耐水濕的馬尾松；對于二層或以上船板的部位，從遠(yuǎn)洋承載角度，選用質(zhì)量輕的杉木，這充分體現(xiàn)了我國古代勞動人們的非凡智慧。

廣州、福建是中國古代的造船基地，廣船、閩船也因此而得名?！度细琛酚涊d“州南有海浩無窮，每歲造船通異域”，也充分說明了福建泉州在我國造船史

四、船長推測及線型生成

（一）船舶長寬尺度比的范圍影響

L/B是影響船舶航海性能和船體強度的重要參數(shù)。較大型的木船因為材料和功能的特殊性，采用較小的長寬比是合理的。出土的歷代木船都曾有過這類小長寬比的例證。文獻(xiàn)記載，寶船的長寬比值2.466，基本上和泉州宋船的長寬比（2.52）、寧波宋船的長寬比（2.71）、新安元船的尺度比（2.8）相近（見表1）[2]。另據(jù)采訪的老船工，造大型木船采用小的長寬比比較常見的，這與現(xiàn)代船大不相同。

表1 已出土的中國古船的長寬比值

根據(jù)現(xiàn)場發(fā)掘時水下實測圖和板材編號進(jìn)行拼裝擬合，華光礁Ⅰ號沉船首朝西北，尾部保留較完整。殘存龍骨及部分首柱長約16.3米，龍骨首部與首柱邊接處起翹明顯，高度已超出船底（基線）約1.5米，首輪廓的順延趨勢能夠較好地把握。尾段龍骨和尾柱已不存在。參考泉州宋代古船和新安元代古船[3]，這一時期貨船一般設(shè)有12或13道艙壁，所以，尾部至少還應(yīng)設(shè)有一道橫艙壁。

（二）橫剖面形式的影響

由以上的研究表明，華光礁1號為福船型的可能性很大。文獻(xiàn)記載該船型“上平如衡，下側(cè)如刃”，即船身高大、船底尖痩、尖首方尾、首尾起翹。尖首尖底利于破浪。明代的有關(guān)文獻(xiàn)對此都有記載，鄭若曾《籌海圖編》載：“福船高大如樓，可容百人。其底尖，其上闊，其首昂而口張，其尾樓高聳”；《明史·兵志四》載：“福船耐風(fēng)濤，且御火”“底尖上闊，首昂尾高”；何汝賓《兵錄》載：“福船高大如樓，底平身大，矌海深洋，回翔穩(wěn)便” “順風(fēng)大洋長驅(qū)”。福船有粗大的龍骨和首柱、尖底、尾部呈馬蹄形、設(shè)大拉、扇形帆，尤其適應(yīng)于廣闊海域的遠(yuǎn)洋航行。考古出土的宋、元及明代海船，也大都是采用福船船型（圖13）。

通過泉州灣宋代沉船、寧波宋代海船[4]等考古發(fā)掘結(jié)果及其相關(guān)研究可知，宋元時期，閩粵沿海一帶，為了滿足官方和民間海運需求，建造了大量經(jīng)濟適用、船型相同、船長約在20多米至40米左右，排水量在300噸左右的貨船。觀察華光礁Ⅰ號沉船，有粗大的船底龍骨，若適用于遠(yuǎn)洋航行，船體的橫截面為V形則耐波性更加突出，這種結(jié)構(gòu)的船舶吃水較深，抗御風(fēng)浪能力較強，更適合于南海航行。從發(fā)掘的龍骨與船側(cè)板的連接看，似應(yīng)為尖底，但側(cè)板的變位嚴(yán)重尚難以確定橫剖面線型的UV度。不同剖面形式進(jìn)行殘板拼接的話，會給最后的船長確定帶來影響。我們按照福船橫剖面形式來進(jìn)行華光礁Ⅰ號沉船的船型復(fù)原及尺度推斷（圖14）。

接近船舯的E橫剖面是本船保存最完整的橫剖面。從龍骨至殘存的舷頂橫剖線展開長度達(dá)5.3米。再加上舷頂?shù)拇髷Y結(jié)構(gòu)，橫剖線展開長度將會超過6米。該剖面保存有比較多的外板、艙壁及艙壁肋骨，形狀也是唯一能夠進(jìn)行較準(zhǔn)確復(fù)原的橫剖面。利用E剖面，如圖15所示，能繪出該剖面的型線，并能大概得到古船的半寬和型深的近似尺度。

若根據(jù)泉州宋代古船和新安元代古船和寧波宋船的尺度比：L/B=2.52～2.82；B/D=2～2.6，則華光礁Ⅰ號沉船L=22.68～25.38米。

根據(jù)現(xiàn)場發(fā)掘時水下實測圖，截取龍骨上表面邊線，定出船底中縱剖面，并按照龍骨上翹趨勢將艏龍骨補齊，在側(cè)視圖中繪制出船舶首尾輪廓線（圖16），最后確定船長為24.6米。利用橫剖線圖和縱向輪廓圖，作半寬水線和縱剖線，并經(jīng)過三向光順，完成型線圖，再利用專業(yè)船舶三維設(shè)計軟件進(jìn)行建模仿真，最后可以得到華光礁Ⅰ號沉船復(fù)原方案的型線圖及靜水力數(shù)據(jù)。

五、對其他可能方案的思考

借鑒實驗考古學(xué)方法的啟發(fā)[5]，經(jīng)過上述以測繪信息為基礎(chǔ)的分析，并經(jīng)過作圖復(fù)原，進(jìn)而能夠得到一組沉船的主尺度計算，華光礁Ⅰ號沉船的復(fù)原尺度如表2所示。

表2 復(fù)原華光礁Ⅰ號主尺度及尺度比

從復(fù)原的型線及相關(guān)計算結(jié)果可以看出，華光礁Ⅰ號宋代古船具有與南宋時期的南洋海船共同的特點：呈V形的橫剖線，使得舭部平緩，加上緊收的首尾水線，使水流要從斜剖線方向流向船尾。給予舵的足夠供水，保證了船舶的操縱性。斜剖線的平緩也有利于彎板，改善施工工藝性。

雖然長寬比僅2.73，船體短肥，但深而尖的橫剖面形狀，使得方形系數(shù)只有0.4，舯剖面系數(shù)為0.6，從而使得船體濕表面積很小，摩擦阻力相對較小，從而彌補了因長寬比較小對快速性產(chǎn)生的不利影響。

宋代航行于南海的貨船，具有小長寬比、V形的橫剖面配合深吃水，既能保證船舶具有良好的穩(wěn)性即抗傾覆的能力，又使船舶具有較好的適航性，橫風(fēng)作用下，船舶具有很好的抗漂能力。綜合復(fù)原型線特點，華光礁Ⅰ號宋代古船具有穩(wěn)性好、快速性合適、適航性能優(yōu)良的特點，承襲了當(dāng)時下西洋貨船的一貫優(yōu)良傳統(tǒng)。

值得注意的是，這次華光礁Ⅰ號沉船的型線復(fù)原，是根據(jù)沉船殘存情況同時參考型船（考古發(fā)掘的古船）來推測沉船可能的主尺度，并在驗證主要尺度比是否符合一般船舶航行要求的基本規(guī)律的方式下完成的。由于橫剖線型UV度及縱剖線首尾形狀，難以根據(jù)現(xiàn)有的沉船遺址進(jìn)行完全確認(rèn)，所以主尺度會有一些變化范圍，如在23～28米之間，船寬在8～10米之間，本次復(fù)原的方案是其中一種方案，將來在條件許可情況下，可以進(jìn)一步結(jié)合總布置復(fù)原，模擬可能的幾個方案來作進(jìn)一步比較研究。