晚清蒸汽機(jī)技術(shù)的傳入及有關(guān)問題*

陳 樸

（中國科學(xué)院 自然科學(xué)史研究所，北京 100190）

1 晚清蒸汽機(jī)技術(shù)知識的傳入

1792年，英國東印度公司購買了一批科學(xué)儀器，作為即將訪問清王朝的馬戛爾尼（Lord Macartney，1737-1806）使團(tuán)送給乾隆皇帝的禮品，其中就有瓦特的蒸汽機(jī)模型。但是，由于乾隆皇帝沒有接見他們，該模型并沒有展示給乾隆皇帝，從而讓中國與當(dāng)時最先進(jìn)的技術(shù)失之交臂。[1]此后幾十年間，中國人對蒸汽機(jī)及其相關(guān)知識幾乎一無所知。

最早介紹蒸汽機(jī)及其原理的是郭實(shí)臘（Karl Friedrich August Gützlaff，1803?1851）所著的《東西洋考每月統(tǒng)記傳》（Eastern Western Monthly Maga?zine）。[2]郭實(shí)臘是著名的德國傳教士，他于道光癸巳年六月（1833年8月）創(chuàng)辦了該刊，內(nèi)容以介紹西方科學(xué)技術(shù)知識為主。在甲午年（1834年）五月號上，該刊刊登了一篇簡要介紹瓦特的雙作用式蒸汽機(jī)的文章，該文以圖文并茂的方式對蒸汽機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行介紹，包括對冷凝器的說明。但是當(dāng)時中國并沒有對應(yīng)的技術(shù)術(shù)語，只是形象地稱鍋爐為大鐵罐，稱氣缸為筒。事實(shí)上當(dāng)時僅有極少數(shù)的中國人有機(jī)會接觸到該書，而且清政府更重視的是外國的火炮等武器，因此這些知識并沒有產(chǎn)生普遍影響。

1831年，丁拱辰出國游歷時目睹了國外蒸汽技術(shù)的進(jìn)步，回國后于1841年制成小蒸汽機(jī)和小輪船模型。1841年，他出版了《演炮圖說》，翌年8月，該書得到了清政府的關(guān)注，同意他的造炮、測試演放火炮之法。1843年，他將該書修訂成《演炮圖說輯要》，該書卷四中的《西洋火輪車火輪船圖說》一文共有兩千多字，主要介紹了蒸汽機(jī)的相關(guān)知識及其自制的蒸汽機(jī)車。[3]《演炮圖說輯要》將西方最新科學(xué)技術(shù)與中國人自制蒸汽機(jī)、火輪車、火輪船的經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，內(nèi)容詳細(xì)，圖解清晰。然而由于當(dāng)時生產(chǎn)設(shè)備及工人技術(shù)水平的限制，丁拱辰并沒有制造出可實(shí)用的蒸汽機(jī)，而且也沒有留下他所制造的蒸汽機(jī)模型的圖紙及設(shè)計資料，后人制造蒸汽機(jī)時仍需從頭做起。

1852年魏源出版了《海國圖志》，卷八十五《火輪船圖記》中有三篇文章，分別是鄭復(fù)光的《火輪船圖說》，西洋人的《火輪舟車圖說》和《火輪船說》。[4]西洋人的《火輪船說》正是《東西洋考每月統(tǒng)記傳》中那篇首次介紹蒸汽機(jī)的文章?！痘疠喼圮噲D說》比較準(zhǔn)確和詳細(xì)地說明了臥式雙作用非冷凝式蒸汽機(jī)的工作原理，其第一幅圖也與《東西洋考每月統(tǒng)記傳》上的圖完全一樣，圖中對蒸汽機(jī)的主要部件都標(biāo)注了名稱。

梁廷柟在《海國四說》（初刊于1844年）里詳細(xì)介紹了輪船、火車及蒸汽機(jī)的工作原理。其述輪船、火車，“以或蒸水，作舟車輪機(jī)動，行駛?cè)顼L(fēng)。舟日火輪船……為驚人開路之用，火蒸車用以運(yùn)載貨物，不假人馬之力，而馳行特速”[5]160。對于蒸汽機(jī)，梁廷楠對由水受熱成汽，汽缸、活塞工作，到如何發(fā)動、牽引舟車行駛，均做了詳細(xì)說明。

鄭復(fù)光于1846年撰寫出版了光學(xué)著作《鏡鏡詅癡》，其中卷五《火輪船圖說》曾參考了《東西洋考每月統(tǒng)記傳》中對蒸汽機(jī)的描述及其插圖，完整地講述了火輪船的構(gòu)造和蒸汽機(jī)的原理，并附有他繪制的火輪船圖，與《演炮圖說輯要》中的火輪船圖極為相似。該文對火輪船各部分的結(jié)構(gòu)，都做了比較詳細(xì)的敘述，包括輪船的輪、架、柱、傳動裝置、外軸、汽缸、鍋爐、桅、三角帆、舵等部分。[6]1853年，中文月刊《遐邇貫珍》創(chuàng)刊，在1853年9月出版的第2號上刊登了一篇《火船機(jī)制述略》，簡略介紹了船用蒸汽機(jī)的相關(guān)知識。[7]然而，該文在蒸汽機(jī)原理及其內(nèi)容的詳盡程度上，都不如前述諸書刊。英國的傳教醫(yī)生合信（Benjamin Hobson，1816-1873），1855年在廣州出版了《博物新編》，[8]其中的熱論一節(jié)介紹了蒸汽機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。該書相比前述諸書的特點(diǎn)是介紹了蒸汽的熱力學(xué)知識。雖然當(dāng)時中國并沒有對應(yīng)的科學(xué)技術(shù)詞匯，他還是用通俗易懂的語言從物理學(xué)角度說明了水蒸汽的成因、性質(zhì)及應(yīng)用。

李鴻章在同治三年（1864年）致總理衙門函中曾用簡練通俗的語言對蒸汽機(jī)的原理進(jìn)行了描述，他寫道：“鏇木、打眼、鉸鏍旋、鑄彈諸機(jī)器，皆綰于汽爐，中盛水而下熾炭，水沸氣滿，開竅由銅喉達(dá)入氣筒，筒中絡(luò)一鐵柱，隨氣升降俯仰，撥動鐵輪，輪綰皮帶，系繞軸心，彼此連綴，輪轉(zhuǎn)則帶旋，帶旋則機(jī)動，僅資人力以發(fā)縱，不靠人力之運(yùn)動?！盵9]1086這表明當(dāng)時洋務(wù)派領(lǐng)軍人物不但認(rèn)識到蒸汽機(jī)的重要性，還十分關(guān)注其中的技術(shù)原理。

2 晚清中國對蒸汽機(jī)仿制的嘗試

從丁拱辰首次制作成功蒸汽機(jī)模型之后，中國人一直都對制造蒸汽機(jī)保持探索。直到1847年，當(dāng)時的報紙還指出，仍有人在廣州進(jìn)行小型汽船的試制，可惜均未能成功。

在鎮(zhèn)壓太平天國運(yùn)動時期，由于湘軍對彈藥的需要，曾國藩在安慶創(chuàng)辦內(nèi)軍械所，并聘用徐壽、華蘅芳等人修造槍炮彈藥并試制火輪船。1862年4月，曾國藩讓徐壽、華蘅芳制造火輪船，曾國藩最初接見徐壽時“又以仿造火輪船之事，不辭其繁地相質(zhì)詢”[10]20。這是徐壽未曾想到的，雖然徐壽無造船和造蒸汽機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，但他先就蒸汽機(jī)原理及船用裝配的概要，加以陳述。曾國藩對徐壽豐富的科學(xué)知識很是欣賞，鼓勵他“勿使畏怯，耐心試造”。徐壽隨即按照曾國藩的指示，于同治元年（1862年）開始試制蒸汽機(jī)模型。由于當(dāng)時國內(nèi)尚無成功的例子可以借鑒，徐壽、華蘅芳實(shí)地參觀了湘軍新購的外國輪船的蒸汽機(jī)，繪制出蒸汽機(jī)模型圖紙。當(dāng)時安慶內(nèi)軍械所并沒有西方的先進(jìn)機(jī)器設(shè)備，徐壽等人就通過搜集和自制一些簡陋工具，經(jīng)過3個月的努力，制成了一臺臥式雙作用蒸汽機(jī)模型，并在曾國藩面前做了成功的演示。這臺蒸汽機(jī)的汽缸直徑是1.3寸，汽缸是用鋼材制成，鍋爐是用類似鋅合金的材料制成，蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速為240 r/min。曾國藩見后，在當(dāng)天的日記中記載如下：

中飯后，華蘅芳、徐壽所作火輪船之機(jī)來此試演，其法以火蒸水氣貫入筒。筒中三竅，閉前兩竅，則氣入前竅。其機(jī)自退，而輪行上弦，閉后兩竅，則氣入后竅。其機(jī)自進(jìn)，而輪行下弦?；鹩髣t氣愈盛，機(jī)之進(jìn)退如飛，輪行亦如飛。約試演一時，竊喜洋人之智巧，我中國人亦能為之，彼不能傲我以其所不知矣。[11]765-766

曾國藩對該模型十分滿意，并下令制造一艘小型蒸汽船，他還鼓勵說，即使第一次、第二次都失敗了，也不要緊，試制工作仍要繼續(xù)下去。從同治元年七月（1862年8月）始，徐壽等人又依據(jù)模型機(jī)按比例放大，繼續(xù)研制火輪船所需的蒸汽機(jī)。從制造模型到制造實(shí)用的蒸汽機(jī)所面臨的困難相當(dāng)大，曾國藩委派趙烈文購置有關(guān)器材，并雇用和抽調(diào)一批鐵工、鑄工來充實(shí)試制力量。徐壽、華蘅芳仍然是這支攻堅隊伍的核心人物，他們在蒸汽機(jī)的設(shè)計以及圖紙繪制完成之后，親自參與了蒸汽機(jī)的制造，不但要造主機(jī)，而且連螺絲釘、活塞等每一個零部件都需親自動手制造。蒸汽機(jī)的試制過程，涉及機(jī)械加工的各個方面，且對加工精度、光潔度的要求很高。他們除了借用安慶內(nèi)軍械所的一些工具外，還制作了不少較為復(fù)雜的工具，[12]改進(jìn)了生產(chǎn)組織形式，實(shí)行多工序、多工種的分工協(xié)作。在他們的帶領(lǐng)下，經(jīng)過全體人員的艱苦探索，反復(fù)試驗(yàn)，中國第一臺蒸汽機(jī)在安慶內(nèi)軍械所試制成功。1866年，他們制成了“黃鵠”號輪船，這是中國人自制的第一艘大型輪船。根據(jù)《北華捷報》(The North?China Herald)的報道，黃鵠號排水量25噸，長25尺，蒸汽機(jī)汽缸直徑1尺、長2尺，活塞軸長14尺，直徑2.4寸；鍋爐長11尺，直徑2尺6寸，內(nèi)有49支加熱管，每支長8尺，直徑2寸。[13]制造這臺蒸汽機(jī)所用的大部分材料出自中國本土，因徐壽認(rèn)為國產(chǎn)鋼材質(zhì)量不行，進(jìn)口了制造汽缸活塞、煙囪與鍋爐所用的鋼材。徐壽與華蘅芳成功研制了蒸汽機(jī)，然而令人遺憾的是，至今仍未發(fā)現(xiàn)徐壽等人留下的設(shè)計圖紙或文字。目前學(xué)界大都認(rèn)為徐壽等人制造第一臺船用蒸汽機(jī)的藍(lán)本，是墨海書館刊行、合信（B.Hobson）所著的《博物新編》中第一集《熱論》中有關(guān)蒸汽機(jī)的部分，其主要依據(jù)是傅蘭雅于光緒六年（1880）撰寫的《江南制造總局翻譯西書事略》，以及載于1868年8月31日《字林西報》中的《河伯司每日航運(yùn)注冊報告》。錢志強(qiáng)認(rèn)為，藍(lán)本應(yīng)為《海國圖志》中的《火輪舟車圖說》。[14]王斌也認(rèn)為《火輪舟車圖說》比《博物新編》更可能成為徐壽等人的藍(lán)本，[15]因?yàn)椤恫┪镄戮帯穲D文所述為立式雙作用蒸汽機(jī)，不是曾國藩日記中所記載的模型機(jī);而且《博物新編》中的蒸汽機(jī)為低壓蒸汽機(jī)，并非徐壽在火輪船上所用的高壓蒸汽機(jī)。

3 晚清蒸汽機(jī)技術(shù)引進(jìn)中遇到的問題及應(yīng)對策略

3.1 引進(jìn)困境

蒸汽機(jī)技術(shù)傳入中國時，正值鴉片戰(zhàn)爭和太平天國運(yùn)動，由于戰(zhàn)爭需要，清政府更注重對國外先進(jìn)軍事技術(shù)的引入，而缺少對蒸汽機(jī)這個工業(yè)革命重要發(fā)明的重視。蒸汽機(jī)技術(shù)在中國的引入，還遇到了以下兩個非常突出的問題。

3.1.1 缺少有經(jīng)驗(yàn)的工匠

由于中西方技術(shù)傳統(tǒng)的不同，當(dāng)時中國的技術(shù)人員雖然具有高度的獨(dú)立性與技術(shù)能力，但是他們對西方的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與要求并不是太了解；同時中國傳統(tǒng)的技術(shù)所處理的對象以木質(zhì)材料為主，而工業(yè)革命之后，所要加工處理的材料大都是金屬，當(dāng)時中國的工匠缺乏金屬材料的加工經(jīng)驗(yàn)。此外，工業(yè)革命之后，社會需要的是近代技術(shù)體系下訓(xùn)練出的大批工人與工程師，并且能以標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)語言溝通和制造機(jī)器，而當(dāng)時中國的技術(shù)人員，并不具備這方面的能力。

3.1.2 缺少制器之器

當(dāng)時，雖然丁拱辰對蒸汽機(jī)的原理已經(jīng)有了很深入的了解，也制造出了蒸汽機(jī)模型，但是由于加工工具的缺乏，不能制造出大尺寸且實(shí)用的蒸汽機(jī)。這種局面一直到太平天國運(yùn)動的晚期才有所緩解。徐壽等人在試制蒸汽機(jī)的過程中也深受工具缺乏的困擾，雖然他們通過自制工具等措施制造出了實(shí)用的蒸汽機(jī)，但是如想進(jìn)行大批量的蒸汽機(jī)生產(chǎn)，則必須得有制器之器。

3.2 應(yīng)對策略

為了應(yīng)對上述兩個問題，曾國藩等朝廷大員開始購買機(jī)器和引進(jìn)國外技術(shù)人員。在蒸汽機(jī)的研制過程中，當(dāng)時的官員及技術(shù)人員逐漸地認(rèn)識到了制器之器的重要性。于是曾國藩接受了幕僚們關(guān)于建設(shè)“西式機(jī)器廠”的建議，容閎得知后，建議曾國藩從西方購買制器之器。通過與徐壽、華蘅芳的商議，曾國藩最終同意了容閎的建議，并給他撥付6.8萬銀元到美國購買機(jī)床。[16]這一批機(jī)床在1865年運(yùn)抵上海，裝備到由曾國藩和李鴻章奏準(zhǔn)設(shè)立的江南機(jī)器制造總局（以下簡稱江南制造局）。1866年，左宗棠成立了福州船政局。1868年與1869年，江南制造局與福州船政局分別建造了他們的第一艘蒸汽船。在接下來的三十年中，清朝官員陸續(xù)在中國多地成立了類似的制造局。

鑒于當(dāng)時絕大多數(shù)工匠并不掌握西方技術(shù)的現(xiàn)實(shí)，清朝政府若要大量制造以蒸汽技術(shù)為基礎(chǔ)的蒸汽機(jī)以及西式槍炮船艦，必須要從根本開始訓(xùn)練工程技術(shù)人員。洋務(wù)派在19世紀(jì)六七十年代興辦洋務(wù)企業(yè)的熱潮中漸漸發(fā)現(xiàn)了許多問題，諸如“制器之器，中國所作者，一時不能如法”；“非用外國全副機(jī)器，延請外國巧匠，不能入手?！盵9]1082因而洋務(wù)派開始認(rèn)識到“西人制器之法，無不由度數(shù)而生。中國欲講求制造輪船、機(jī)器諸法，茍不藉西士為先導(dǎo)，師心自用，無裨實(shí)際?！盵17]1982李鴻章在指出西方制造為何精巧之極時也說：“西士制器，參以算學(xué)，彈精覃思，日有增變，故能月異而歲不同”[9]1087。洋務(wù)派認(rèn)為必須培養(yǎng)具有科學(xué)知識的專門人才：“欲學(xué)習(xí)外國利器，則莫如覓制器之器，師其法而不必盡用其人。欲覓制器之器，與制器之人，則或?qū)ＴO(shè)一科取士，士終身懸以為富貴功名之鵠，則業(yè)可成，藝可精，而才亦可集?！盵9]1089

此外，為了能讓當(dāng)時的技術(shù)人員更系統(tǒng)地學(xué)習(xí)西方的蒸汽機(jī)知識，江南制造局自1871年開始，先后翻譯了《汽機(jī)發(fā)軔》《汽機(jī)必以》《汽機(jī)新制》《兵船汽機(jī)》以及《汽機(jī)中西名目表》等書籍，這批譯著較為系統(tǒng)地介紹了當(dāng)時西方蒸汽機(jī)的最新知識，[18]為蒸汽機(jī)技術(shù)在中國的廣泛傳播提供了基礎(chǔ)。此后，蒸汽機(jī)傳入中國須面對的工具和技術(shù)人員問題，也逐漸得到解決。隨著洋務(wù)運(yùn)動的深入，蒸汽機(jī)技術(shù)逐漸在中國傳播開來。

4 結(jié)語

蒸汽機(jī)技術(shù)的傳入過程，本身就是西方科技知識向中國傳播的過程。此外，由于缺乏科技人才和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，中國獨(dú)立仿造和制造蒸汽機(jī)技術(shù)也缺乏必要的條件，蒸汽機(jī)技術(shù)的傳入過程，同時也是西方技術(shù)向中國轉(zhuǎn)移的過程。對身處“三千年未有之變局”的晚清中國，蒸汽機(jī)技術(shù)的傳入對社會產(chǎn)生了積極的影響，是西方科技向中國技術(shù)轉(zhuǎn)移的一個重要樣本。蒸汽機(jī)技術(shù)的傳入經(jīng)歷了早期的文獻(xiàn)傳播、實(shí)物啟蒙，以及早期進(jìn)步人士的仿制、官方的仿制和蒸汽機(jī)技術(shù)大規(guī)模引進(jìn)的過程，這個過程一直持續(xù)到清朝末年。對蒸汽機(jī)技術(shù)的知識傳播、仿制過程、專業(yè)人才的培養(yǎng)，大規(guī)模的引進(jìn)和應(yīng)用進(jìn)行梳理研究，不僅是近代科學(xué)技術(shù)史的重要內(nèi)容，同時也豐富了清史研究的相關(guān)內(nèi)容。蒸汽機(jī)技術(shù)的傳入和應(yīng)用，需要大批專業(yè)技術(shù)人才，對這個過程的研究也可以使我們從技術(shù)史的角度了解早期工程技術(shù)人才的培養(yǎng)方式以及科學(xué)技術(shù)知識的傳播過程。