船坞是用于修造船舶的重要水工设施,一般分为干船坞和浮船坞两种。船坞吨位大小和拥有船坞的数量,是一个国家造船实力的重要标志。在早期,由于人类建造的船舶体量较小,结构也简单,所以并不需要船坞,随着造船技术的发展,船舶越造越大,结构越来越复杂,船坞也就应运而生了。
干船坞呈凹形,一面临水,船坞内设有龙骨支墩、排灌水设施以及可以启闭的坞门,当船舶进入干船坞修理时,首先向坞内注水,待坞内与坞外水位齐平时,打开坞门,然后将船舶引入坞内,之后将坞内的水抽干,使船舶坐落于龙骨墩上,这样平时没在水面下的船底就暴露出来,可以实施维修操作了。船舶修造完成后,再次向坞内灌水,至坞门内外水位齐平时,打开坞门,将船舶引出船坞。
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英国是老牌海上强国,称霸海洋数百年,可是直到1495年,英王亨利七世才下令在朴茨茅斯建造了第一座船坞,这也是欧洲第一座船坞,而中国早在十世纪的北宋初年,已经拥有了干船坞,相比之下,领先了欧洲四百多年。
中国古代造船业非常发达,很早就开始远洋航行,据《汉书·地理志》记载,西汉使者曾乘坐海船达到印度南部,然后从斯里兰卡回国。希腊旅行家科斯麻士在545年写成的《世界基督教诸国风土记》也记载了中国商船在印度洋沿岸贸易的情景。隋朝时,隋炀帝为下江南曾建造了长达二十余丈,高达四丈五尺的巨大龙舟,可以搭载六七百人。一九六零年出土的唐代船舶上,已经创造性地采用了水密隔舱结构,所以唐船的体量巨大,安全性强,适合在海洋中远航,成书于九世纪到十世纪的阿拉伯著作《中国印度见闻录》中就有中国船舶在波斯湾西拉夫装货的记载,唐代地理学家贾耽也记载了广州到东非桑给巴尔的航道。
到了宋代,随着造船技术的进步,船舶越造越大,“舟船深阔各数十丈”,海上贸易频繁,船舶的维护检修需求日益增加,船坞就在这种背景下诞生了。
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公元977年,山东青州临朐人张平任供奉官、监阳平都木务兼造船场工,在今陕西省宝鸡市以东的阳平镇负责造船事务。当时他面临一个难题,《宋史·张平列传》中说:“旧官造船既成,以河流湍悍,备其漂失,凡一舟调三户守之,岁役户数千”,这段话的意思是:原来官船造好后,由于渭河水流湍急,很容易把船冲走,只好每艘船派三户守护,一年征调民工数千户,需要消耗大量民力。于是张平想了一个办法,“遂穿池引水,系舟其中,不复调民”。意思是:张平命人在岸边挖一个水池,把在建船舶系留在这个水池里,就不用担心船被冲走了。这是见于史料的关于船坞的最早记载。但是这段记载没有说明这个船坞是不是干船坞,但根据其具有“穿池引水”的功能来看,这个船坞具有灌排水功能,只要筑起围堰,就能把船坞中的水抽干,成为干船坞。而宋代已经有了用人力、风力、畜力驱动的大型水车,元代的《王祯农书》中称其为龙骨车,南宋刘一止的诗中就描绘了这种水车的工作状态:“老龙下饮骨节瘦,引水上诉声甲呀,初疑蹙踏动地轴,风轮共转相钩加”。有了这种水车,抽干船坞里的水并不困难。
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对于干船坞最早的记载,出现在宋代科学家沈括的《梦溪笔谈》中。北宋初年,吴越王钱倜进献了一艘龙舟,供大宋皇帝使用。这条舟长二十余丈,“上为宫室层楼,下设御榻”。宋代1丈约合今天3.07米,按此推算,这艘龙舟长逾百米,宽十余米,体量巨大,但也不过与隋炀帝下江南时所建龙舟相当,隋朝时就能造的船,宋朝自然更没有问题了,所以这个记载是可信的,然而如此巨大的船舶,其水下部分的维修就是一个很难解决问题。宋朝的皇帝都很喜欢这艘龙舟,几位帝王都曾乘坐这艘船外出巡游,到宋仁宗时,龙舟因年深日久,导致船底朽坏,不能使用了。到了宋神宗熙宁年间,宋朝已经建造了长达三十余丈,设施也更为豪华的龙舟,但同时又面临着大龙舟的维修问题,于是,太监黄怀信提出了一个修理龙船的的设想。据《笔溪笔谈·补笔谈》卷二权智记载:“国初,两浙献龙舟,长二十余丈,上为宫室层楼,设御榻,以备游幸。岁久腹败,欲修治,而水中不可施工。熙宁中,宦官黄怀信献计,于金明池北凿大澳,可容船,其下置柱,以大木梁置上,及决水入澳,引船当梁上,即车出澳中水,船乃悬于空中,完补讫,复以水浮船,撤去梁柱,以大屋蒙之,遂为藏船之室,永无暴露之患。”
这段话的意思是:宋朝初期,南方进献了一艘二十丈长的大龙舟,船上建有宫室层楼和皇帝专用的御座,供皇帝游幸时乘坐。使用多年后,船的底部朽坏了,想修复,却因为损坏部位在水下,无法施工。宦官黄怀信出了个主意,在金明池北面开凿一个可以容得下大龙舟的水池,在里面安装上支墩,把龙舟引入水池,泊在支墩上,然后将池中的水抽干,龙舟就被架空搁在支墩上了,船的底部完全暴露,工匠们可以对朽烂的部位进行修补,龙舟修复后,再将池子里灌满水,并撤去支墩,让船浮起来,这样龙舟随时可以行驶了。池子的上面还建造了一座高大的“澳屋”,称为“龙澳”,龙舟平时就停泊在里面,不会受风吹日晒之害。
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《笔溪笔谈》中的这段关于干船坞的记载,与现代干船坞的工作原理完全一样,这是见于史料的中国第一座干船坞,也是世界上的第一座干船坞。
《笔溪笔谈》中提到的金明池,是北宋的一座大型水上苑林,位于东京顺天门外,开凿于五代后周时期。当初,周世宗为了消灭地处江南的南唐,特意开挖了这个人工湖,用来训练水军。宋太宗又进行了大规模扩建,使其达周围4.5公里。据宋人王应麟所著的《玉海》记载:"太平兴国元年,诏以卒三万五千凿池,以引金水河注之。有水心五殿,南有飞梁,引数百步,属琼林苑。每岁三月初,命神卫虎翼水军教舟楫,习水嬉。西有教场亭殿,亦或幸阅炮石壮弩。”可见,宋太宗投入巨大的人力物力营建这个湖泊,也是为了训练水军,同时兼作皇家游览以及赐宴群臣之所。一开始,这个湖泊没有名字,金明池,是宋太宗给这个湖泊御赐的名字。金明池中进行的水战演习非常壮观,曾经观看过演习的宋人袁褧曾说:"见船舫回旋,戈甲照耀,为之目动心骇。"
宋朝皇家为了表示亲民,每年三月初一至四月初八金明池还对民间开放,允许百姓进入游览,这在当时称为“开池”。期间还要举行竞舟比赛,宋代大画家张择端根据这一情景,创作了一幅名画--《金明池竞标图》,生动再现了农历五月初五端午节时,宋太宗亲临金明池观赏龙舟竞赛与民同乐的场景。《金明池竞标图》除了其传世的艺术价值外,还让后人得以一睹宋代宫殿建筑形制和龙舟的风采,更珍贵的是,能让现代人在千年之后看到了世界上第一座干船坞“龙澳”的真实样貌。
《梦溪笔谈》记载大澳开凿在金明池北岸,蔡绦的《铁围山丛谈》中也说:“池北创大屋深沟以贮龙舟,俗号“龙澳”者。”孟元老《东京梦华录》也持同样说法,因此可以确定,“龙澳”在金明池北岸,而《金明池竞标图》画面的右侧,也即北岸临水部分,确实有一组大屋,与史料中的文字记载相对照,这组大屋应该就是“龙澳”。
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画面中的这组大屋有三座建筑,中间的高大,两侧的低矮,中间的高大屋子肯定是系泊大龙舟的,两侧的屋子里可能安装的是辅助设施,也可能是用来存放小型虎头船,因为大龙舟进出“龙澳”都是由小船牵引的。然而张择端并没有画出“龙澳”的全貌,所以看不到栏水和抽排水设施以及龙骨支墩,因此也无法知晓当时是用什么方法来排灌的。
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上海交通大学的《造船史话》中说:“再用土墙将坑与金明池隔开,抽掉坑中的水,船就被架了起来,修补非常方便。修缮完工后,将土墙挖去,龙舟又浮了起来。以后,就将木梁木墩拆除”。 用堆土来筑坝拦水当然是古代常用的办法,但是以宋朝的技术条件来说,应该还有更先进更科学的手段。
北宋时东京的东水门是一座水城门,船只从此进出,这座城门是一道用机械启闭的闸门,《东京梦华录》对这道闸门都记载是:“有铁裹窗户,遇夜如闸垂下水面”。可见这道城门的通断是用升降的方法来操作的,开启时闸门升起,关闭时闸门垂下。
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能阻挡城门洞的闸门必然是沉重巨大的,要升降这样的闸门必须使用起重设备,而北宋已经拥有这种设备,在《武经总要》里,详细记载了闸门的制造和操作方法:“其制用榆槐木,广狭准城门,漫以生牛皮,裹以铁叶,两旁施铁环,贯铁索。门阖五尺,立两颊木,木开池槽,亦用铁叶裹之。若寇至,即以绞车自城楼上抽所贯铁索,下插极于槽中。 ”
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这段描述的意思是:闸门由榆木制成,外面蒙上生牛皮,再包裹铁叶,两旁按装穿有铁索的铁环。闸门沿着轨道上下运动,轨道是用木头开槽制成的,里面也裹着铁叶。开启闸门时,用绞车拽动铁索,把闸门吊起,落下时,闸门会插入下面的槽中。
所以,宋朝在拥有这种机械技术的情况下,是没有必要用堆土围堰的办法来拦水的,完全可以使用绞车悬吊的闸门。在《金明池竞标图》的“龙澳”中没有看到闸门,但是闸门是可以安装在外面看不见的屋内的,据《守史·乔维岳传》记载,宋太宗雍熙年间,淮南转运使乔维岳为了方便航运,发明了一种在运河上调节水位的“二斗门”。“二门相距逾五十步,覆以厦屋,设悬门积水,俟潮平乃泄之,自是,弊尽革而运舟往来无滞矣。”可见这种闸门是安装在屋内的,分为前后两道,闸门落下时,两道闸门之间的部分,就与外界水体隔绝了。所以金明池“龙澳”的闸门也是完全可以安装在屋内的。
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宦官黄怀信虽然不是历史上的著名人物,但从史料中的零星记载来看,他是个水利工程专家,《宋史·河渠志》记载,熙宁六年四月,王安石为解决水患而准备疏浚黄河,有个叫李公义的人进献了“铁龙爪扬泥车法”,黄怀信认为这种办法可行,但还需要改善,王安石就请他与李公义一起改进“铁龙爪扬泥车法”,于是他们造出了“浚川杷”。王安石将这种器械用于黄河的清淤,治理了水害,使航道保持了畅通。所以黄怀信提出建造“龙澳”的设想,并不是偶然的,而是基于他的水利知识和丰富的工程实践经验。宋代因为拥有先进的技术和优秀人才,所以能在世界上首次建造和使用干船坞,这是顺理成章的事。
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