從英國走向全球的蒸汽火車

2025年是全球首條公共鐵路投用200周年。據(jù)英國《觀察家報(bào)》報(bào)道，因礦業(yè)發(fā)展的需要而興起的鐵路運(yùn)輸，在幾位杰出機(jī)械師和工程師的努力下實(shí)現(xiàn)了與蒸汽動(dòng)力設(shè)備的有效結(jié)合。1825年全球第一條鐵路在英國投入運(yùn)營后，蒸汽火車沿著鐵路線走向全球。

從石軌到鐵軌的變遷

鐵路起源于“有軌馬車”。16世紀(jì)，歐洲采礦業(yè)興起，隨著運(yùn)輸量的增加，泥土路面難以負(fù)荷。德國人學(xué)習(xí)古羅馬的經(jīng)驗(yàn)，率先在哈茲煤礦鋪設(shè)石質(zhì)路面，使得馬車擺脫了泥濘的土路，得以將大量煤炭從礦區(qū)運(yùn)至碼頭。但是，鋪設(shè)石質(zhì)路面施工量很大，于是后來改為在土路上鋪設(shè)兩行石板供馬車車輪碾軋——這就是石軌。

1660年，英國紐卡斯?fàn)柛浇拿旱V開始鋪設(shè)木軌，其施工更加便利，而且馬車在上面行駛平穩(wěn)快捷。然而，木軌的耐磨性顯然不如石軌。到100多年后的1763年，英法七年戰(zhàn)爭結(jié)束，由于軍需銳減，英國鐵價(jià)大跌。英國的礦主們就此迎來了解決木軌易磨損問題的契機(jī)——將鐵皮包裹在木軌上，這便是世界上最早的鐵軌。

隨著礦產(chǎn)運(yùn)輸量的增加，包裹鐵皮的木軌也不堪重負(fù)。1768年，英國什羅普郡煤溪谷一家鐵廠的老板，眼見堆積如山的生鐵賣不出去還很占地方，一氣之下便命人把生鐵燒鑄成鐵板，鋪在廠區(qū)的路上，準(zhǔn)備等鐵價(jià)上漲后再銷售。沒想到這種鐵板路面在礦區(qū)得到推廣應(yīng)用。

后來，有礦區(qū)把鐵板改制成兩根“L”型角鐵鐵軌（低于地面），可供馬車的車輪嵌入其中行駛。但角鐵鐵軌容易被煤屑和垃圾填塞。1789年，英國土木工程師威廉·杰索普設(shè)計(jì)出凸型鐵軌（高于地面）和外輪緣凸出的鑄鐵車輪，在從拉夫堡到萊斯特的馬車鐵路上投入應(yīng)用——這便是現(xiàn)代鐵路的雛形。

杰索普后來又發(fā)明了內(nèi)輪緣凸出的鑄鐵車輪（外輪緣凸出須用緊固件鎖緊，而內(nèi)輪緣凸出靠鐵軌就能約束）和鐵路道岔?，F(xiàn)代鐵路的輪軌保留了這種230多年前的設(shè)計(jì)。

飽受挫折的發(fā)明家

18世紀(jì)是英國工業(yè)革命的黃金時(shí)期，出現(xiàn)了眾多影響人類發(fā)展的重要發(fā)明，其中首推蒸汽機(jī)。1804年2月，英國人理查·特里維西克利用蒸汽機(jī)制成了世界上第一輛蒸汽火車機(jī)車，人類由此真正邁入了鐵路時(shí)代。

特里維西克于1771年生于英國康沃爾郡一個(gè)礦主家庭，他少年時(shí)期經(jīng)常接觸礦井中的抽水蒸汽機(jī)，激發(fā)了設(shè)計(jì)應(yīng)用機(jī)械的興趣。19歲時(shí)，特里維西克當(dāng)上了礦區(qū)的技術(shù)主管。當(dāng)時(shí)瓦特蒸汽機(jī)大行其道，但這種低壓蒸汽機(jī)的一大劣勢是體積過于龐大。特里維西克認(rèn)為，如果在汽缸內(nèi)使用高壓蒸汽，就能設(shè)計(jì)開發(fā)出體積較小的蒸汽機(jī)。1797年，特里維西克成為煤礦工程師，并與一位鐵匠的女兒結(jié)了婚。這一年他啟動(dòng)了高壓蒸汽機(jī)研制工作，在鑄造廠的協(xié)助下制造出一部高壓蒸汽裝置。為避開瓦特公司的專利，他對鍋爐和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，圓柱體鍋爐能承受0.34兆帕的高壓，體積則比瓦特蒸汽機(jī)小得多，能安裝到車體上。

1801年，特里維西克制造出英國第一輛四輪蒸汽汽車，綽號“吹氣的家伙”，這比德國人卡爾·本茨研制出汽油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車早了78年。

1801年平安夜，特里維西克與表弟安德魯·維維安開著“吹氣的家伙”出去兜風(fēng)，行駛8公里后，他們到一家飯店吃飯。結(jié)果，停在店外的這輛蒸汽汽車在鍋爐里的水燒干后起火燃燒，車體完全燒毀。

1802年，特里維西克和維維安共同獲得高壓蒸汽機(jī)專利，并在什羅普郡煤溪谷鑄造廠制造了第二臺(tái)車用高壓蒸汽機(jī)。1803年，他們制造出第二輛蒸汽汽車，引起公眾關(guān)注。然而，這輛車在一次表演中因駕駛失誤撞到了磚墻上，最終報(bào)廢。

由于接連遭遇失敗，特里維西克知道人們出于安全考慮不會(huì)接受蒸汽汽車，于是把重點(diǎn)轉(zhuǎn)向鐵路機(jī)車。1804年，特里維西克在英國南威爾士的本·達(dá)倫鑄造廠制成第三輛蒸汽車輛，它便是世界上第一輛輪軌式蒸汽機(jī)車“新城堡號”。該機(jī)車重4.5噸，能牽引總重10噸的車廂。其鍋爐蒸汽壓力為0.294兆帕，頂部裝有一個(gè)平放的汽缸，旁邊安裝一個(gè)大飛輪，借助它的旋轉(zhuǎn)保持汽缸活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞帶動(dòng)連桿和齒輪，驅(qū)動(dòng)機(jī)車的兩組動(dòng)輪。

1804年2月21日，在梅瑟蒂德菲爾的一條運(yùn)河旁，特里維西克親自駕駛著新出廠的蒸汽機(jī)車，牽引著5節(jié)車廂，滿載10噸貨物和70名乘客，沿著16公里長的鑄鐵軌道以時(shí)速3.9公里跑完了全程——這就是世界上第一次火車運(yùn)行，用時(shí)4小時(shí)，比馬車慢得多。由于未能大幅提升速度以形成競爭優(yōu)勢，特里維西克的蒸汽火車最終在商業(yè)上一敗涂地。

作為一位發(fā)明家，特里維西克的一生飽受挫折。1810年，他由于承包的隧道工程發(fā)生事故而破產(chǎn)。當(dāng)15年后運(yùn)行蒸汽火車的鐵路在英國興起時(shí)，他眼睜睜地看著“火車之父”的桂冠被戴到其后輩喬治·斯蒂芬孫的頭上。

從機(jī)械師到鐵路工程師

喬治·斯蒂芬孫比特里維西克小10歲，于1781年出生在英國諾森伯蘭郡一個(gè)礦區(qū)家庭，14歲就到礦上當(dāng)了一名見習(xí)司爐工。他勤于學(xué)習(xí)技術(shù)，用一部分工資支付夜校學(xué)費(fèi)，很快就成長為一名熟練的機(jī)械師。

1812年，斯蒂芬孫當(dāng)上了基林沃思煤礦的總機(jī)械師，負(fù)責(zé)維護(hù)蒸汽機(jī)械，這讓他有機(jī)會(huì)摸透了瓦特蒸汽機(jī)的特性。1814年，斯蒂芬孫為煤礦制成第一輛蒸汽機(jī)車，以一位普魯士元帥的名字命名為“布呂歇爾”，并于當(dāng)年7月25日進(jìn)行了首次試運(yùn)行?！安紖涡獱枴庇幸粋€(gè)8英尺長的鍋爐和兩個(gè)臥式汽缸，能牽引8節(jié)車廂（總重30噸）以時(shí)速6.4公里行駛。在此后的五六年間，斯蒂芬孫先后為幾家煤礦制造了16輛蒸汽機(jī)車。

當(dāng)時(shí)的鑄鐵軌道性脆易裂，不夠結(jié)實(shí)，火車經(jīng)常軋斷軌道。為此，斯蒂芬孫開始與紐卡斯?fàn)柕蔫T造廠合作改進(jìn)鑄鐵軌道的性能。1820年，斯蒂芬孫為桑德蘭的一個(gè)煤礦修建了一條長13公里的新型礦區(qū)鐵路，全程采用新型鐵軌。斯蒂芬孫由此實(shí)現(xiàn)了身份上的轉(zhuǎn)變——從機(jī)械師到鐵路工程師，從而為蒸汽火車的推廣作出了更大的貢獻(xiàn)。

1821年，憑借豐富的礦區(qū)鐵路施工和運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，斯蒂芬孫接受達(dá)林頓富商愛德華·皮斯的委托，著手修建世界上第一條公共鐵路——從達(dá)勒姆郡斯托克頓至達(dá)林頓，全長27公里。他與助手們完成了勘探和設(shè)計(jì)工作，并選用了伯靈頓鐵廠研制的新型鍛鐵軌道（每根長4.6米，韌性較好）。

1823年6月，斯蒂芬孫父子在紐卡斯?fàn)栭_設(shè)了機(jī)車工廠，這是世界上第一家專業(yè)火車制造廠。經(jīng)過4年的施工，1825年9月，達(dá)林頓鐵路舉行隆重的通車儀式。斯蒂芬孫親自駕駛他為這條鐵路制造的“旅行號”機(jī)車，拉著12節(jié)貨車車廂和22節(jié)客車車廂，裝載50噸煤炭和450多名乘客，以時(shí)速24公里從達(dá)林頓駛到斯托克頓，接著又從斯托克頓返回達(dá)林頓。全球第一條公共鐵路就此通車，引起轟動(dòng)。1826年5月5日，英國議會(huì)通過了修建利物浦—曼徹斯特鐵路的計(jì)劃，斯蒂芬孫受聘為總工程師。這條總長56公里的鐵路耗資多達(dá)40萬英鎊，把英國紡織業(yè)之都曼徹斯特與最大港口城市利物浦連接起來。

1830年9月15日，利物浦—曼徹斯特鐵路舉行盛大的通車儀式。時(shí)任英國首相威靈頓公爵親自出席。斯蒂芬孫駕駛“火箭號”機(jī)車牽引著30節(jié)車廂，載著700多名英國政要顯貴，以時(shí)速46公里駛達(dá)終點(diǎn)。現(xiàn)場的數(shù)萬名觀眾脫帽致敬，一片歡騰。

1832年，英國已擁有24條商用鐵路，每年可運(yùn)載35萬人次以及70萬噸貨物。到1836年，英國建有724公里鐵路，將主要工業(yè)區(qū)連為一體。鐵路極大地推動(dòng)了英國商業(yè)和鋼鐵、機(jī)械、建筑、地產(chǎn)等行業(yè)的發(fā)展，并降低了物流成本，成為真正的“經(jīng)濟(jì)大動(dòng)脈”。

鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)走向全球

19世紀(jì)后半葉，在英國的示范下，歐美國家掀起了鐵路工程競賽。在1866—1870年間，德國社會(huì)投資的70%被用于修建鐵路，總里程達(dá)到2443公里。鐵路工程帶動(dòng)了德國鋼鐵、機(jī)械和金融業(yè)的發(fā)展，幫助它迅速成為歐洲工業(yè)強(qiáng)國。到第一次世界大戰(zhàn)前，美、英、法、德、意、比、西等國先后建成了覆蓋全國的鐵路網(wǎng)。鐵路建設(shè)奠定了這些國家的工業(yè)化基礎(chǔ)。

蒸汽火車和鐵路從歐洲大陸迅速擴(kuò)散到世界各地。在1840年至1913年間，全世界平均每年修建鐵路1.5萬公里。1840年，世界鐵路總里程僅8000公里，到1913年（第一次世界大戰(zhàn)前），這個(gè)數(shù)字已達(dá)到110萬公里，其中絕大部分集中在英、美、德、法、俄五國。鐵路運(yùn)輸幾乎壟斷了陸上運(yùn)輸，承擔(dān)的運(yùn)輸量高達(dá)80%。

（安仔摘自《檢察風(fēng)云》2025年第9期）