水密舱壁：中国特色的古船结构

何国卫

舱壁是由木板构成的木帆船船体横向板状结构件，它是以船舶龙骨与船底外板为基础，紧贴舷侧外板和甲板，由为数众多的舱壁支撑着船壳板和甲板构成的船体结构具有足够的强度和刚度，船舶舱壁结构是中国古船结构的基本特色。舱壁不仅确保了船体的线型，而且如果构成舱壁的板列间的板缝以及舱壁与外板、甲板间隙缝都用艌料填塞并通过捻缝工艺达到水密，使各隔舱互不渗水保证水密，这就成为水密舱壁，设置水密舱壁的船舶提高了船的抗沉性，水密舱壁是中国木帆船技术的一项重大发明。

1974年在泉州弯出土的宋代海船的水密舱壁显露无遗，船内有十二栋隔壁将船分成十三舱（包括艏尖舱）。各舱都有水密设施，所有的隔舱板都上下榫连，填塞峯料，舱壁板厚100～120毫米，全壁除最下一列壁板用樟木外都用杉木（图1）。

图1 泉州出土宋代海船现场

水密舱壁的产生出自竹子的灵感？

中国船舶何时产生舱壁？这是历史学家非常感兴趣的问题。对于舱壁的文献记载要数公元前16世纪的商代甲骨文中出现的“舟”字了，它属于象形文字，似由纵向和横向构件组合成的（图2），横线有可能代表肋骨或舱壁或二者兼而有之，若能确定横线是表示了舱壁，那么就可以说商代就出现了舱壁，虽由此可能但不能贸然断定。

明确出现舱壁的史料记载可追溯到晋代，据史籍《艺文类聚》引《义熙(公元405～418年)起居注》记载孙恩、卢循起兵反朝中记有：“卢循新造八槽舰九枚，起四层，高十余丈。” 此九枚“八槽舰”被认为是用水密舱壁将船体分隔成八个舱的舰船，据此认为水密隔舱壁当约在晋代时出现。4 世纪末5 世纪初建造的“八槽舰”运用了7个厚隔板将船分为了8个互不相通的船舱，被视为用板壁分隔船舶船舱的最早记载，这成了目前可考的使用水密舱壁技术的起点。

图2 甲骨文中的“舟”字

图3 竹子剖开图

图4 江苏如皋发现的唐代木船

水密舱壁为什么最早出现在中国呢？没想到西方学者提出了有趣的猜测：“中国人是从观察竹竿的结构获得这个灵感的，竹节的横隔膜把竹分隔成好多节空竹筒。由于欧洲没有竹子，因此欧洲人没有这方面的灵感。” 事实确实如此？它究竟是智慧的中国先民们受竹子竹节的启发找到造船的灵感，还是洋人善意的一种美好猜测，当然无据可查难以结论。（图3）不过竹节的横隔膜把竹分隔成好多节的水密空竹筒，这与水密舱壁将船体分隔成多个水密分舱在型式上和结构上倒确实是非常一致的，不得不佩服洋人对此丰富的想象力。

古船舱壁结构始见于出土的唐船

中国古船中的舱壁结构始见于唐代，它得到了江苏如皋县出土一艘唐代木船所证实， 该沉船1973年6月出土，船身和船底以及舱壁板大部分完好，木纹和结构均清晰可见。船身残长17.32米，复原后约为18米。自首及尾共分为9个舱，全船由8个舱壁支撑的船底、船舷和甲板，使得全船具有整体刚性，增加了船舶的总体强度和局部强度。除船底部是用整木榫接外，两舷和船隔舱板以及船篷(舱面)盖板均用铁钉钉成，它的两舷共用七根长木料上下叠合，以铁钉成排钉合而成。在船舱与船舱之间设置的水密舱壁，最大的舱长为2.86米，最短者为0.96米。它是一艘单桅船，据估算，该船排水量约为33～35吨，载重量可达20～25吨。该船的船舱及底部均以铁钉钉成人字缝，其中填石灰、桐油，严密坚固，表明它的舱壁是水密舱壁无疑。江苏如皋县出土一艘唐代木船是迄今为止出土古船中最早见到舱壁结构的沉船，它是见到的最早的舱壁实物证据。该木船的平面和纵断面图如图4所示。

水密舱壁与抗沉性

古船隔舱壁的产生和应用最早应该是出于保证制造船舶的形状和结构强度的需要，当隔舱壁自身和与船体连接都经捻缝工艺成为水密舱壁，它的设置使船分隔成多个水密舱室，水密舱壁技术的运用，使得即使船舶的某一船舱因触礁或是受到外力船壳被损坏淹水，也不会殃及其他船舱而导致整个船沉没，这无疑加强了船只的抵抗沉没的能力，也就是提高了船舶的抗沉性（图5）。

图5 船壳破损进水示意图

图6 浙江象山明代海船的抱梁肋骨与流水孔图

13 世纪杰出的意大利旅行家马可·波罗（Marco Polo）来到中国时，看到了中国的船舶中广泛使用的这项技术惊叹不已，在他的《马可·波罗行纪》当中写道：中国的“若干最大船舶有最大舱十三所，以厚板隔之，其用在防海险，如船身触礁或触饿鲸而海水透人之事，其事常见，……至是水由破处浸入，流人船舶。水手发现船身破处，立将浸水舱中之货物徙于邻舱，盖诸舱之壁嵌甚坚，水不能透。然后修理破处，复将徙出货物运回舱中。”泉州宋代海船用12道舱壁将船分隔成13个舱，与马可波罗的记叙是非常一致的。

中国古代的船只都是木制的，而木板与木板之间的衔接处如何保证完全不透水，这是水密舱壁技术必须解决的难题。智慧的中国人想到了一个解决办法，那就是用峯料充填板缝之间的空隙。峯料是由麻丝（或竹丝）、桐油、石灰（或贝壳灰）制成的。桐油是中国特产，它形成的漆膜坚韧耐水，石灰与桐油捣合之后的粘接性很强，麻丝有很好的充填、防止开裂、增强附着力和机械强度的作用，由此确保了“水密”之效。江苏如皋唐代木船正是这样做的，在该沉船的发掘报告中，特别提到了该船的捻缝技术：“船舱及底部均以铁钉钉成人字缝，其中填石灰、桐油，严密坚固。”

中国木帆船水密舱壁结构的有效的抗沉性，大大地提高了船舶的安全性。

舱壁边肋骨中国古船舱壁结构的特色技术

中国帆船的舱壁有一件特殊的构件称作舱壁边肋骨，船民称舱壁为梁，故俗称舱壁边肋骨为抱梁肋骨（图6）。

舱壁边肋骨是沿着舱壁板与船壳板（包括船底、船舭和船侧）交接线设置的构件，它与舱壁和船壳板紧密钉连，具有增强船体刚度和强度的作用。例如，中国泉州湾宋代海船就在“舱壁板与壳板的交界处装设有樟木制成的肋骨”；1976年在韩国出土的中国古代海船——新安船也在舱壁与外板的交接处也设有肋骨。这种肋骨都是抱梁肋骨。

抱梁肋骨若是沿舱壁板与船壳板交线全周设置的，则称其为舱壁周边肋骨。有的舱壁边肋骨只有一段而不是全周设置，如设在舭部，也有设在底部，可分别称谓舱壁舭边肋骨和舱壁底边肋骨。不论是哪一种舱壁边肋骨，它们的作用原理是类同的，只是补强的范围和部位有所不同而已。

中国古船的舱壁边肋骨通常都是装在舱壁靠船中的一侧，因为船舶通常是中部的宽度大，并向首尾收缩变窄且船底向上起翘的，必然存在舱壁向船中位移的趋势，因此舱壁边肋骨的设置有利于阻止舱壁的这种位移趋势，有助于舱壁板的固定和全船的整体刚性。这种设置安装的部位和功能与近代铆接钢船上的水密舱壁所装设的周边角钢是一致的，可以说后者是由前者演变而来的。古船这种极其巧妙而合理的设计非常科学，使今日的造船工程师也称赞不已。不过也有在舱壁的两侧都设置舱壁边肋骨的。

在中国古代海船的水密舱壁上，正中线的下端还会留有一个圆形或方形的流水孔，又称过水眼，为了舱底积水流通集于传递的最低部位便于排水，当不需要时就用木塞将过水眼塞住，有的船在龙骨偶遇平底角接触借助板厚之差因势利导开了左右各一个的过水眼。

中国帆船的舱壁结构长时期占绝对统治地位

除了唐代如皋木船外，在其之后直至近代都有12艘出土沉船见到舱壁结构，如宋代的泉州湾海船、阳江宋代海船“南海一号”、“华光礁1号”宋代海船、元代的韩国新安出土的中国元代海船山东菏泽元代河船、明代山东的梁山河船、浙江象山明代海船、汕头“南澳1号”、山东“蓬莱1号”海船、清代的“洛阳1号”河船、广州南关沉船、近代的广东“金华兴号”沉船。这些沉船中除了宁波宋代海船、广州南关清代沉船是舱壁与肋骨混合结构外，都是全舱壁结构。11艘舱壁结构古沉船全部集中在宋、元、明三个朝代，足见宋、元、明舱壁结构占着绝对的统治地位，海船尤其如此。诸多出土古船佐证了中国古帆船的舱壁结构的长时期的存在并得到广泛使用，它成为中国古帆船重要的结构特征和重大的技术发明，中国木帆船的舱壁结构长时期占绝对的统治地位。

出土古船表明舱壁结构自产生起，随着板材加工技术的提高，舱壁结构得以实际应用，它的结构优点，尤其水密舱壁的抗沉作用，水密舱壁结构在海船上采用的相当普遍，成为中国古船技术重大发明之一。它的使用似乎越来越比肋骨结构更为普遍，自唐代出现舱壁起，舱壁结构一直保持到近代，竟然有多达13条沉船是舱壁结构的，其中有10艘沉船全部集中在宋、元、明三个朝代，足见宋、元、明舱壁结构占着绝对的统治地位。尽管清代后期比较多的其出现舱壁与肋骨混合结构壁结构，即使近代木船大量的还是舱壁结构，足见舱壁结构在中国木帆船结构中的地位是根深蒂固的。

诸多出土古船佐证了中国古帆船的舱壁结构长时期的存在并得到广泛使用，它成为中国古帆船的重要的结构特征和重大的技术发明，中国帆船的舱壁结构长时期占绝对的统治地位。

中国木帆船的舱壁结构与西方帆船的肋骨结构有着显著的区别，是两个不同的横向结构体系，舱壁结构是中国古船结构的基本特色，是中国古帆船最具特色的技术之一。中国帆船舱壁结构自唐至近代的历史长河中具有连续不断的不可动摇的历史地位。

合理实用的舱壁和肋骨混合结构

横舱壁和肋骨都以它的周边支撑船壳，当然都是线支撑。这种线支撑往往是成曲线支撑船壳板，因此肋骨和舱壁在船体定型和船壳强度上有着雷同的作用。不过，为满足船体的型峯需要，尤其船体曲面的曲率变化较大的舭部和船的首、尾部位，肋骨的弯曲加工量很大，而舱壁是由多列横向板拼合组成，因此，只需将壁板的边缘按所在位置的横剖线形状割锯即可，方便可行。

图7 广州南关出土清代沉船

舱壁与肋骨各有利弊。较小的肋骨间距或舱壁间距有利于船壳的定型精度和船壳强度，故而可以取较薄的船壳板，反之，壳板就得取稍厚些以满足强度的需要。但较小的舱壁间隔是的船舱不便使用，而肋骨虽可取较小的肋距，便于装卸货物，但不具水密分隔船舱的作用。

壁结舱构，除了船舶定型和保证结构强度外，还具有肋骨所不能取代的功能，那就是，第一，横舱壁制成水密则成为水密舱壁，它就分隔了水密舱室，有利于船舶的抗沉性；第二，将船体进行舱室布置的分隔；第三，横舱壁最上面有一根厚大构件称作桅面梁，它为船桅的牢固装设提供了依靠，以致风帆面所受到的风力通过船桅得到有效地传递到船体，同时造就了中国帆船多桅技术的产生。

横舱壁是满实了的板壁结构，若为保证船体强度过密地设置舱壁，势必会使舱长变小造成货物装卸的困难。若满足舱长的要求又势必使两舱壁间船体板架的跨距过大，造成强度不足。因此在较大的舱中在两舱壁之间再填设一档肋骨，既缩小了舱室段船体板架的跨距，又不影响舱室长度，从而使两方面要求都得到解决。在较长的舱间加设的肋骨称作舱间肋骨，1979年出土的宁波宋代海船就是一例。在舱壁之间多设几道中间肋骨使得支撑外板的跨距缩短有利强度，这样使得舱壁间隔可以适当地增大，也就是用多设肋骨来增大舱长以便于货物装卸，这是设置肋骨的最大优点所在。随着船向大型发展，船的货舱深度和装载货物体积的增大，肋骨的采用越来越普遍。由舱壁与肋骨组成的混合结构，可以使舱壁和肋骨各自的优点得到充分发展，这种取各自之长而避各自之短的合理性和实用性正是舱壁和肋骨混合结构的被近代木船所广泛应用的原因所在，到了清代，它的采用就很常见了，广州南关出土的两艘清代沉船很清晰地显示了舱壁与肋骨的混合结构（图7）。

中国水密舱壁技术对世界造船作出巨大的贡献

马可·波罗看到了水密舱壁的安全性、实用性，但当他的著作开始在欧洲广泛流传时，当地人只是被书中所描绘的东方财富所吸引，并没有对“水密舱壁”给予过多的重视。直到18世纪末19 世纪初，英国海军总工程师塞缪尔·本瑟姆爵士（Sir Samuel Bentham）才设计出了隔舱结构的轮船。距中国出现的“八槽舰”约有1400 年，距马可·波罗将水密舱壁原理传到西方也已有5个多世纪。著名的英国科学技术史专家李约瑟（Joseph Needham1900～1995）说道：“19世纪早期，欧洲造船业采用这种水密舱壁技术是充分意识到中国这种先行的实践的。”

中国早在公元410年发明及长期使用和完善的水密舱壁技术，逐渐被西洋船所仿效和流行于欧美，乃至世界各国，尽管现代造船材料已经由木质发展到钢质，但船体内部仍然采用必不可少的水密隔舱结构。

曾记得，英国豪华邮轮“泰坦尼克号”于1912年4月10日的处女航，经过4天的航行，在纽芬兰岛附近与冰山相撞，船首的几个船舱即刻破损进水，仅2个多小时后，邮轮就全部沉没，全船2500多乘员中有1320人死于非命。这一严重海难事件使全世界航运界大为震惊。各主要航海国家在这一事件的直接影响下，由英国政府倡议，于1913年在伦敦召开了第一次海上人命安全会议，并于1914年1月20日制定了第一个《国际海上人命安全公约》（SOLAS公约）。公约对于航行于公海的船舶提出的主要内容涉及船舶构造、分舱与稳性、救生和消防设备、无线电通信、航行规则和安全证书等方面。《1974年国际海上人命安全公约》明确要求船舶应设置水密舱壁，提出了水密舱壁之间的间隔长度的规定，这是出于对船舶的抗沉性要求。船舶在一定的型深和载量下，提高抗沉性的办法就是增加水密舱壁的数量和减小船舱长度。水密舱壁技术迄今仍是全世界航海船舶保证船舶抗沉性的重要技术措施，现代船舶规范中对于水密舱壁都有明确的要求，中国创造的水密舱壁技术对提高船舶抗沉性的巨大贡献就不言而喻的了。