中国的船磨与船碓

史晓雷

(哈尔滨师范大学科技与社会发展研究所，黑龙江　哈尔滨　150025)



中国的船磨与船碓

史晓雷

(哈尔滨师范大学科技与社会发展研究所，黑龙江哈尔滨150025)

[摘要]船磨和船碓是利用水力，在船上进行加工作业的农具。在考察古代和近代船磨、船碓文献的基础上，结合新发现的三张船磨老照片及他人的回忆文章，认为“一船傍两轮”是我国船磨、船碓的主流形式，其效率低于欧洲中古以来常见的“两船夹一轮”形式；船磨的制动方式依靠系于横轴上立齿轮齿牙的绳索实现；在传统磨加工方式中，船磨的效率最高。

[关键词]船磨；船碓；农具

船磨是水磨的一种，它利用水流冲击安装在船侧的立式水轮，通过齿轮机构驱动船上磨盘作业。船碓是水碓的一种，利用水流冲击安装在船侧的立式水轮，通过水轮横轴上的拨板拨动碓杆进行舂碓。船磨和船碓在我国古代、近代多有文献记载，但对其机械机构仍有不详之处，笔者根据最近发现的我国境内的几张船磨老照片，结合几篇对船磨的回忆文章，考察船磨、船碓的技术细节及生产效率。

一、船磨和船碓的记载与结构

(一)船磨

据李约瑟考证，船磨最早出现于536年的东罗马帝国，当时哥特人围攻罗马城，拜占庭的将军贝利萨留(Belisarius，约505-565)想出了解决城内缺粮的办法，他在台伯河的船上建立了船磨。当时的历史学家普罗科匹乌斯(Procopius，约500-560)描述了架设船磨的办法。

他在台伯河桥下把绳索横过河上紧系在两岸。在绳上系两只同样大小的船，相距2英尺，把它们停泊在拱下水流速度最大的地点；再安放两个磨石在两只船上，而将通常用来驱动磨石旋转的机器(即水轮)悬挂在两船之间。他还设法在下游每隔一定距离安排同样的一些机器，它们被水力冲动，带动必需数量的磨，为这个城市磨粮食。[1]

从上文的描述可知，这是一种两船并联，中间安置立轮，同时驱动两侧船上磨盘的船磨。到了后来，这种船磨在形式上发生了“微调”，就是只保留了一侧磨盘，其余结构不变。在中世纪的欧洲，出现了另一种船磨，在一条船的两侧利用一根横轴左右设置两个水轮，利用齿轮机构驱动船上的磨盘。我国最早的水磨记载是唐开元二十五年(737年)*国内多处文献称该残卷为唐咸通八年(867年)本，如陆敬严、华觉明《中国科学技术史·机械卷》(科学出版社，2000年)第89页，何堂坤《中国古代手工业工程技术史(下)》(山西教育出版社，2012年)第533页。但据霍存福《唐式辑佚》(社会科学文献出版社，2009年)第499-500页考证，该残卷应为唐开元二十五年(737年)式。李约瑟在其《中国科学技术史机械工程分册》(科学出版社，1999年)第464页引用时即称后者。《水部式(残卷)》提到的“浮硙”：从中桥以下洛水内及城外，在侧不得造浮硙及捺堰。[2]

“硙”指石磨，“浮硙”自然指船磨，只有它具备随水而浮的特征。英文中的“船磨”，除了ship mill、boat mill外，也有floating mill的叫法，这与“浮硙”的称谓是一致的。唐代船磨的史料仅此一条，无从得知当时船磨的结构、形态信息。

南宋时，陆游《栈路书事》写道，“危阁闻铃驮，湍流见硙船”。[3]这是宋代关于船磨的唯一记载，但仍无助于理解其结构。到了元代王祯《农书》，首次较详细地描述了“船磨”：

(复有)两船相傍，上立四楹，以茅竹为屋，各置一磨，用索缆于急水中流。船头仍斜插板木凑水，抛以铁爪，使不横斜。水激立轮，其轮轴通长，旁拨二磨，或遇泛涨，则迁之近岸。可许移借，施之他所，又为活法磨也。庶兴利者度而用之。[4]

王祯描述的船磨与东罗马帝国时期的船磨在结构上完全一样，但这种船磨在14世纪的欧洲已经不再流行，代之的是上述已经“微调”的那种。奇怪的是，自元代之后我国史料记载到的船磨，只要能识别结构者，全不是王祯描述的这种，而是“一船傍两轮”的形态，比如明代肃昭王朱缙炯(？-1557)写的《观船磨》“一板隔深渊，双轮夹小船。势长冲急硙，水正系孤弦。波浪随消长，机关自转旋。”[5]清代黄钺(1750-1841)《船磨》诗“小引”：“歙东南濒溪居人，载磨于船，碇急流中，夹两轮以运之，日得面可数斛，较架屋遏防法更简易。”[6]

民国时四川涪州(今重庆涪陵)还出现了“一船傍四轮”的船磨，李约瑟引用了夏士德(Worcester，1890-1969)1940年的一篇论文，夏氏测绘完成了该船磨的机械图，在一条船上有两根横轴，每根横轴各带两水轮，每轴通过齿轮系统驱动一部磨，同时船上还装有两部脚踏罗(筛)。[7]

新中国成立后，不少地方还使用船磨。在20世纪70年代之前，在我国甘肃、浙江等地还能见到不少船磨，后来随着电力的普及，电动机磨很快取代了石磨，当然也包括船磨。

(二)船碓

迄今未发现国外船碓的文献。我国最早船碓的记载始于明代，嘉靖《延平府志》记载将乐12处水碓中有船碓7处、地碓5处；明代万历年间诗人吴兆《偶书闽中风土十韵寄金陵知己》有句“舟中喧水碓，城上出人家。”[8]但这些记载并未说明船碓的结构、形态，明代王世懋在《闽部疏》中写道顺昌的造纸业，“顺昌人作纸，家有水碓，至造舟急滩中，夹以双轮如飞，舂声在舟。”[9]

从“夹以双轮如飞”可知这种船碓与船磨结构类似，均是“一船傍两轮”的形式。明末《天工开物》也提到了船碓的造法：“江南信郡，水碓之法巧绝。盖水碓所愁者，埋臼之地卑则洪潦为患，高则承流不及。信郡造法，即以一舟为地，橛桩维之。筑土舟中，陷臼于其上。中流微堰石梁，而碓已造成，不烦椓木壅坡之力也。”[10]

尽管这里没有提到船碓的水轮情况，但说明了船碓的优点，免于低处的水患及高处的水流不及。清乾隆四十六年(1781年)，福建沙县还出现了《禁船碓碑》：

邑十里平流，水声沉寂，自古并无船碓拦河。迩来船碓一十八座，斩断平流，大伤县脉，石庄(桩)石柜，暗埋河内，致往来官民粮货等船，多受惨害。又自船碓一设，勾通奸贩，囤积高抬，无所不至。业以万命陈情事，佥叩给封条，饬差协保，将所有船碓悉行押拆，仍还邑志原无船碓拦河之旧。[11]

李约瑟注意到1848年来华的英国植物学家罗伯特·福琼(Robert Forture，1812-1880)在浙江严州(今建德县)附近看到的船碓。*李约瑟《中国科学技术史机械工程分册》中译本把罗伯特·福琼译作了“福钧”，现据通常的译法作“福琼”。

一只大驳船的船头和船尾都牢固地系在流势最急的岸边。和汽船的桨轮相似的两个轮子安装在船的两旁，用轴穿过船身把它们连接起来。在轴上安装一些短齿轮，每一个轮齿当转动时压起一个重木槌到一定高度，然后让它落到盛在下面盆内的谷子上。当水流冲转了水轮，水轮带动了轮轴快速转动时，这些木槌就连续地提高和跌落。[12]

上述译文略有瑕疵，原文“On this axle were fixed a number of short cogs”应译作“在横轴上安装有一些短拨板”，而不是短齿轮；“重木槌”显然是指碓杆，而“盆内”自然是指碓臼内。福琼还写道，这种船碓在严州附近很普遍。

二、三张船磨老照片和回忆文章的补充

笔者新近发现了三张有关船磨的老照片，它们形象、直观地展示了过去文字及机械图不能反映的细节。尽管迄今还未发现船碓的图像资料，但我国船磨与船碓的机械原理只是在船舱内部才有差异，因此这些老照片对考察船碓也具有参考价值。

第1张照片(图1)现藏美国南加州大学(USC)，拍摄时间是1900-1920年间，地点在四川资州(今资中市)。[13]从形态、结构看与夏士德在涪陵看到的船磨类似，只是照片中仅能看到一对水轮，不知该船后方是否另有。从水轮看，也是对称的三对叶片，均为无辋结构。船舱前方可看到一立齿轮，但齿轮与磨盘的传动关系看不清楚。画面是在岸边，而且叶轮离开水面的位置较高，因此该船磨可能还未投入使用，或者正准备设置。第2张是上海摄影师庄学本1935—1937年间在甘肃东乡县唐汪川拍摄到的船磨。庄记载道，“大夏河上回民造木船泊河中，船之两舷置木轮两个，顺水流动旋转推石磨，每日夜磨面约一千斤。”[14]从画面看，船磨离岸较远，纵立河中，为防止船横斜，前方有铁链拴系，船尾与木桥间搭有斜木，构成三角支撑。叶轮有方框状支撑板，共六对叶片。该船磨的轮轴位置较低，故船内轴上立齿轮可能横拨或上拨磨盘上木齿。第3张照片拍摄时间不详，地点在安徽徽水河上。[15]从画面看，在船磨两侧筑有拦水堰，船头及船尾均有绳牵系，巨大的圆辋水轮立在船两侧，从轮轴较高的特点判断，船舱内部齿轮应该是从下方拨动磨石外周齿轮。

图1　四川资州的船磨

图2　甘肃东乡的船磨

图3　安徽徽水河上的船磨

张柏春曾就夏士德测绘的船磨照片推测，“受船高的限制，船磨不宜装直径过大的水轮，但可以增加水轮的数量和宽度，甚至可能采用斗式叶片”；他还认为“一船傍两轮”要优于“两船夹一轮”的架构方式。[16]图1和图3船磨的水轮，从比例上看直径应该大于2米，它们和夏士德见到的一样，轮径大了，横轴位置自然高，水流冲击产生的力矩大，立齿轮会在下方或侧方拨动磨石上的卧齿轮。但我国流行的这种“一船傍两轮”是否优于欧洲更盛行的“两船夹一轮”则有待商榷。美国技术史学者特里·雷诺兹(Terry S.Reynolds)认为，“两船夹一轮”要优于“一船傍两轮”的形式，无论在效率还是动力上，因为前者可以使用非常宽的水轮，通常会达到8米宽；而且后者无法使水轮处在一个明显的“渠道”中，水流会被船首影响，结果水流冲击叶轮时的角度会倾斜。[17]当然，像图3那种利用了两侧拦水堰的“一船傍两轮”船磨在某种程度上可以克服船首的影响。

由于这几张照片呈现的只是船磨的外部结构、形态，对内部结构的认识还需要他人的回忆作补充。对一般的石磨而言，总是下磨扇固定，上磨扇转动，但在我国西北地区，一些水磨是把上磨扇悬吊在屋梁上，下磨盘由卧轮轴驱动旋转。邓明提到兰州过去的船磨，“(船)舱内正中置一具石磨，固定上扇石磨，下扇石磨之下置一水平齿轮。磨左右两舷各开一孔，孔中插一横木，横木正中置一垂直齿轮，使之于石磨齿轮横直咬合。……板轮半沉入河中，河流冲击板轮，横木随之旋转，引得齿轮旋转，带动下扇石磨旋转，即可将小麦等粮食磨碎。”[18]

船碓的制动机制，应该和一般水碓一样，只需要把碓头用吊钩悬挂起来即可，这样横轴的拨板就不会击到碓杆上，水轮只是空转。但船磨如果停止作业，该如何控制呢？刘鹏回忆过去西北黄河上船磨的控制方法和加工效率，尤为珍贵。

船磨的制动，是用绳套制动：在安装木板叶轮通心轴“拨牙”(即横轴立齿轮的木齿——引者注)中，特安装一个最牢靠、坚固的“牙”(此牙有标记)，在需停磨(麻车)的情况下，用特制的牢靠绳索套住此“牙”，而绳的另一端固定在船的坚固地方。一“牙”被套，则叶轮即停，石磨随之停转。如需重新启动，只需从“牙”上取下绳套即可。当然，无论制动、启动均需操作得当，手脚利索，否则会损坏船磨，影响正常运行。

船磨的磨盘一般是比较大的，直径可达4.8尺，比一般水磨或旱磨盘都大，特别是比旱磨盘(一般直径在3尺以内)大许多，再加之转速快因而工作效率高。正常情况下，一昼夜可磨粮2.5石，最多可达3石(约合4500斤)，为畜力石磨的20倍。比照而言，普通水磨一昼夜三四百斤，仅是畜力石磨的二至三倍。[19]

还有比这效率更高的，据朱进成回忆，他记忆中的黄河船磨磨扇直径有1.8米，效率最高时一昼夜可以磨4000公斤粮食。[20]

三、结论

船磨和船碓是我国古代利用水力进行粮食加工(船碓也用于造纸等)的机械，前者始见

于唐代文献，后者明代始有记载，它们一直沿用到20世纪。我国传统船磨与船碓大多采用“一船傍两轮”的结构，与欧洲中世纪以来常见的“两船夹一轮”不同。船磨的水轮可以采用开放式叶轮或带辋叶轮，横轴位置多较高，以保证力矩足够大，其制动依靠系在横轴上立齿轮轮牙(齿)的绳索控制，在传统磨加工方式中，船磨的效率是最高的。[基金项目：2014年国家社科基金青年项目“宋金元时期农具的考证研究”(编号：14CZS016)]

参考文献：

[1][7][12](英)李约瑟.中国科学技术史第四卷物理学及相关技术第二分册机械工程[M].鲍国宝，等译.北京：科学出版社，1999：461，464—465，464.

[2]霍存福.唐式辑佚[M].北京：社会科学文献出版社，2009：511.

[3](宋)陆游.陆游集(第一册)[M].北京：中华书局，1976：83.

[4](元)王祯.东鲁王氏农书译注[M].缪启愉，译注.上海：上海古籍出版社，1994：704.

[5]卢金洲.兰州古今诗词选[M].兰州：兰州大学出版社，1991：22.

[6]清华大学图书馆科技史研究组.中国科技史资料选编——农业机械[M].北京：清华大学出版社，1982：330.

[8]朱维幹.福建史稿(下册)[M].福州：福建教育出版社，2008：19.

[9]林忠干.闽北五千年[M].福州：海峡文艺出版社，2009：249.

[10](明)宋应星.天工开物[M].钟广言，注释.广州：广东人民出版社，1976：131.

[11]傅衣凌.明清社会经济史论文集[C].北京：中华书局，2008：89.

[13]River boat with paddle wheel[EB/OL].[2016-01-04].http://digitallibrary. usc. edu/cdm/ref/collection/p15799coll123/id/83126.

[14]庄学本.庄学本全集(上册)[M].北京：中华书局，2009：205.

[15]A Floating Grain Mill on the Hwei River in China[EB/OL].[2016-01-04].http://www.notechmagazine.com/category/water-powered-machines.

[16]张柏春.中国传统水轮及其驱动机械[J].自然科学史研究，1994(3)：256.

[17]Terry S.Reynolds.Stronger Than a Hundred Men：A History of the Vertical Water Wheel[M].Baltimore：the John Hopkins University Press，1983：57—58.

[18]王家珞.张西原.兰州文史资料选辑[M].兰州：兰州大学出版社，2004：146—147.

[19]政协兰州市西固区.西固文史资料(第四辑)[M].甘肃地质印刷厂，2006：173—174.(内部资料)

[20]朱进成.故乡的船磨[J].中国土族，2011(4)：37.

[作者简介]史晓雷(1979—)，男，哈尔滨师范大学科技与社会发展研究所讲师，研究方向为农具史。

Ship-mill and Ship Tilt-hammer in China

Shi Xiaolei

(Institute for Science， Technology and Social Development，Harbin Normal University， Harbin， Heilongjiang 150025)

Abstract：Ship-mill and ship tilt-hammer were worked by water and were processed on ships.Based on the investigation of the documents of ship-mill and ship tilt-hammer in ancient and modern times， using the newly found 3 old photos and others’ memories about ship-mills， the paper comes to the conclusion that the main style of them in China was one ship with two water wheels， not the style of one water wheel with two ships which was popular in Europe and the efficiency was higher.The controlling method of ship-mill was to fix or loosen the rope connected to the vertical cogs attached on the horizontal axle with water wheels.In all traditional ways of grinding， the ship-mill had the highest efficiency.

Key words:Ship-mill， Ship Tilt-hammer， Farm Implement