晚清蒸汽机技术的传入及有关问题*

陈 朴

（中国科学院 自然科学史研究所，北京 100190）

1 晚清蒸汽机技术知识的传入

1792年，英国东印度公司购买了一批科学仪器，作为即将访问清王朝的马戛尔尼（Lord Macartney，1737-1806）使团送给乾隆皇帝的礼品，其中就有瓦特的蒸汽机模型。但是，由于乾隆皇帝没有接见他们，该模型并没有展示给乾隆皇帝，从而让中国与当时最先进的技术失之交臂。[1]此后几十年间，中国人对蒸汽机及其相关知识几乎一无所知。

最早介绍蒸汽机及其原理的是郭实腊（Karl Friedrich August Gützlaff，1803‒1851）所著的《东西洋考每月统记传》（Eastern Western Monthly Maga⁃zine）。[2]郭实腊是著名的德国传教士，他于道光癸巳年六月（1833年8月）创办了该刊，内容以介绍西方科学技术知识为主。在甲午年（1834年）五月号上，该刊刊登了一篇简要介绍瓦特的双作用式蒸汽机的文章，该文以图文并茂的方式对蒸汽机的结构及工作原理进行介绍，包括对冷凝器的说明。但是当时中国并没有对应的技术术语，只是形象地称锅炉为大铁罐，称气缸为筒。事实上当时仅有极少数的中国人有机会接触到该书，而且清政府更重视的是外国的火炮等武器，因此这些知识并没有产生普遍影响。

1831年，丁拱辰出国游历时目睹了国外蒸汽技术的进步，回国后于1841年制成小蒸汽机和小轮船模型。1841年，他出版了《演炮图说》，翌年8月，该书得到了清政府的关注，同意他的造炮、测试演放火炮之法。1843年，他将该书修订成《演炮图说辑要》，该书卷四中的《西洋火轮车火轮船图说》一文共有两千多字，主要介绍了蒸汽机的相关知识及其自制的蒸汽机车。[3]《演炮图说辑要》将西方最新科学技术与中国人自制蒸汽机、火轮车、火轮船的经验相结合，内容详细，图解清晰。然而由于当时生产设备及工人技术水平的限制，丁拱辰并没有制造出可实用的蒸汽机，而且也没有留下他所制造的蒸汽机模型的图纸及设计资料，后人制造蒸汽机时仍需从头做起。

1852年魏源出版了《海国图志》，卷八十五《火轮船图记》中有三篇文章，分别是郑复光的《火轮船图说》，西洋人的《火轮舟车图说》和《火轮船说》。[4]西洋人的《火轮船说》正是《东西洋考每月统记传》中那篇首次介绍蒸汽机的文章。《火轮舟车图说》比较准确和详细地说明了卧式双作用非冷凝式蒸汽机的工作原理，其第一幅图也与《东西洋考每月统记传》上的图完全一样，图中对蒸汽机的主要部件都标注了名称。

梁廷柟在《海国四说》（初刊于1844年）里详细介绍了轮船、火车及蒸汽机的工作原理。其述轮船、火车，“以或蒸水，作舟车轮机动，行驶如风。舟日火轮船……为惊人开路之用，火蒸车用以运载货物，不假人马之力，而驰行特速”[5]160。对于蒸汽机，梁廷楠对由水受热成汽，汽缸、活塞工作，到如何发动、牵引舟车行驶，均做了详细说明。

郑复光于1846年撰写出版了光学著作《镜镜詅痴》，其中卷五《火轮船图说》曾参考了《东西洋考每月统记传》中对蒸汽机的描述及其插图，完整地讲述了火轮船的构造和蒸汽机的原理，并附有他绘制的火轮船图，与《演炮图说辑要》中的火轮船图极为相似。该文对火轮船各部分的结构，都做了比较详细的叙述，包括轮船的轮、架、柱、传动装置、外轴、汽缸、锅炉、桅、三角帆、舵等部分。[6]1853年，中文月刊《遐迩贯珍》创刊，在1853年9月出版的第2号上刊登了一篇《火船机制述略》，简略介绍了船用蒸汽机的相关知识。[7]然而，该文在蒸汽机原理及其内容的详尽程度上，都不如前述诸书刊。英国的传教医生合信（Benjamin Hobson，1816-1873），1855年在广州出版了《博物新编》，[8]其中的热论一节介绍了蒸汽机的结构和工作原理。该书相比前述诸书的特点是介绍了蒸汽的热力学知识。虽然当时中国并没有对应的科学技术词汇，他还是用通俗易懂的语言从物理学角度说明了水蒸汽的成因、性质及应用。

李鸿章在同治三年（1864年）致总理衙门函中曾用简练通俗的语言对蒸汽机的原理进行了描述，他写道：“镟木、打眼、铰镙旋、铸弹诸机器，皆绾于汽炉，中盛水而下炽炭，水沸气满，开窍由铜喉达入气筒，筒中络一铁柱，随气升降俯仰，拨动铁轮，轮绾皮带，系绕轴心，彼此连缀，轮转则带旋，带旋则机动，仅资人力以发纵，不靠人力之运动。”[9]1086这表明当时洋务派领军人物不但认识到蒸汽机的重要性，还十分关注其中的技术原理。

2 晚清中国对蒸汽机仿制的尝试

从丁拱辰首次制作成功蒸汽机模型之后，中国人一直都对制造蒸汽机保持探索。直到1847年，当时的报纸还指出，仍有人在广州进行小型汽船的试制，可惜均未能成功。

在镇压太平天国运动时期，由于湘军对弹药的需要，曾国藩在安庆创办内军械所，并聘用徐寿、华蘅芳等人修造枪炮弹药并试制火轮船。1862年4月，曾国藩让徐寿、华蘅芳制造火轮船，曾国藩最初接见徐寿时“又以仿造火轮船之事，不辞其繁地相质询”[10]20。这是徐寿未曾想到的，虽然徐寿无造船和造蒸汽机的经验，但他先就蒸汽机原理及船用装配的概要，加以陈述。曾国藩对徐寿丰富的科学知识很是欣赏，鼓励他“勿使畏怯，耐心试造”。徐寿随即按照曾国藩的指示，于同治元年（1862年）开始试制蒸汽机模型。由于当时国内尚无成功的例子可以借鉴，徐寿、华蘅芳实地参观了湘军新购的外国轮船的蒸汽机，绘制出蒸汽机模型图纸。当时安庆内军械所并没有西方的先进机器设备，徐寿等人就通过搜集和自制一些简陋工具，经过3个月的努力，制成了一台卧式双作用蒸汽机模型，并在曾国藩面前做了成功的演示。这台蒸汽机的汽缸直径是1.3寸，汽缸是用钢材制成，锅炉是用类似锌合金的材料制成，蒸汽机的转速为240 r/min。曾国藩见后，在当天的日记中记载如下：

中饭后，华蘅芳、徐寿所作火轮船之机来此试演，其法以火蒸水气贯入筒。筒中三窍，闭前两窍，则气入前窍。其机自退，而轮行上弦，闭后两窍，则气入后窍。其机自进，而轮行下弦。火愈大则气愈盛，机之进退如飞，轮行亦如飞。约试演一时，窃喜洋人之智巧，我中国人亦能为之，彼不能傲我以其所不知矣。[11]765-766

曾国藩对该模型十分满意，并下令制造一艘小型蒸汽船，他还鼓励说，即使第一次、第二次都失败了，也不要紧，试制工作仍要继续下去。从同治元年七月（1862年8月）始，徐寿等人又依据模型机按比例放大，继续研制火轮船所需的蒸汽机。从制造模型到制造实用的蒸汽机所面临的困难相当大，曾国藩委派赵烈文购置有关器材，并雇用和抽调一批铁工、铸工来充实试制力量。徐寿、华蘅芳仍然是这支攻坚队伍的核心人物，他们在蒸汽机的设计以及图纸绘制完成之后，亲自参与了蒸汽机的制造，不但要造主机，而且连螺丝钉、活塞等每一个零部件都需亲自动手制造。蒸汽机的试制过程，涉及机械加工的各个方面，且对加工精度、光洁度的要求很高。他们除了借用安庆内军械所的一些工具外，还制作了不少较为复杂的工具，[12]改进了生产组织形式，实行多工序、多工种的分工协作。在他们的带领下，经过全体人员的艰苦探索，反复试验，中国第一台蒸汽机在安庆内军械所试制成功。1866年，他们制成了“黄鹄”号轮船，这是中国人自制的第一艘大型轮船。根据《北华捷报》(The North⁃China Herald)的报道，黄鹄号排水量25吨，长25尺，蒸汽机汽缸直径1尺、长2尺，活塞轴长14尺，直径2.4寸；锅炉长11尺，直径2尺6寸，内有49支加热管，每支长8尺，直径2寸。[13]制造这台蒸汽机所用的大部分材料出自中国本土，因徐寿认为国产钢材质量不行，进口了制造汽缸活塞、烟囱与锅炉所用的钢材。徐寿与华蘅芳成功研制了蒸汽机，然而令人遗憾的是，至今仍未发现徐寿等人留下的设计图纸或文字。目前学界大都认为徐寿等人制造第一台船用蒸汽机的蓝本，是墨海书馆刊行、合信（B.Hobson）所著的《博物新编》中第一集《热论》中有关蒸汽机的部分，其主要依据是傅兰雅于光绪六年（1880）撰写的《江南制造总局翻译西书事略》，以及载于1868年8月31日《字林西报》中的《河伯司每日航运注册报告》。钱志强认为，蓝本应为《海国图志》中的《火轮舟车图说》。[14]王斌也认为《火轮舟车图说》比《博物新编》更可能成为徐寿等人的蓝本，[15]因为《博物新编》图文所述为立式双作用蒸汽机，不是曾国藩日记中所记载的模型机;而且《博物新编》中的蒸汽机为低压蒸汽机，并非徐寿在火轮船上所用的高压蒸汽机。

3 晚清蒸汽机技术引进中遇到的问题及应对策略

3.1 引进困境

蒸汽机技术传入中国时，正值鸦片战争和太平天国运动，由于战争需要，清政府更注重对国外先进军事技术的引入，而缺少对蒸汽机这个工业革命重要发明的重视。蒸汽机技术在中国的引入，还遇到了以下两个非常突出的问题。

3.1.1 缺少有经验的工匠

由于中西方技术传统的不同，当时中国的技术人员虽然具有高度的独立性与技术能力，但是他们对西方的技术标准与要求并不是太了解；同时中国传统的技术所处理的对象以木质材料为主，而工业革命之后，所要加工处理的材料大都是金属，当时中国的工匠缺乏金属材料的加工经验。此外，工业革命之后，社会需要的是近代技术体系下训练出的大批工人与工程师，并且能以标准化的技术语言沟通和制造机器，而当时中国的技术人员，并不具备这方面的能力。

3.1.2 缺少制器之器

当时，虽然丁拱辰对蒸汽机的原理已经有了很深入的了解，也制造出了蒸汽机模型，但是由于加工工具的缺乏，不能制造出大尺寸且实用的蒸汽机。这种局面一直到太平天国运动的晚期才有所缓解。徐寿等人在试制蒸汽机的过程中也深受工具缺乏的困扰，虽然他们通过自制工具等措施制造出了实用的蒸汽机，但是如想进行大批量的蒸汽机生产，则必须得有制器之器。

3.2 应对策略

为了应对上述两个问题，曾国藩等朝廷大员开始购买机器和引进国外技术人员。在蒸汽机的研制过程中，当时的官员及技术人员逐渐地认识到了制器之器的重要性。于是曾国藩接受了幕僚们关于建设“西式机器厂”的建议，容闳得知后，建议曾国藩从西方购买制器之器。通过与徐寿、华蘅芳的商议，曾国藩最终同意了容闳的建议，并给他拨付6.8万银元到美国购买机床。[16]这一批机床在1865年运抵上海，装备到由曾国藩和李鸿章奏准设立的江南机器制造总局（以下简称江南制造局）。1866年，左宗棠成立了福州船政局。1868年与1869年，江南制造局与福州船政局分别建造了他们的第一艘蒸汽船。在接下来的三十年中，清朝官员陆续在中国多地成立了类似的制造局。

鉴于当时绝大多数工匠并不掌握西方技术的现实，清朝政府若要大量制造以蒸汽技术为基础的蒸汽机以及西式枪炮船舰，必须要从根本开始训练工程技术人员。洋务派在19世纪六七十年代兴办洋务企业的热潮中渐渐发现了许多问题，诸如“制器之器，中国所作者，一时不能如法”；“非用外国全副机器，延请外国巧匠，不能入手。”[9]1082因而洋务派开始认识到“西人制器之法，无不由度数而生。中国欲讲求制造轮船、机器诸法，苟不藉西士为先导，师心自用，无裨实际。”[17]1982李鸿章在指出西方制造为何精巧之极时也说：“西士制器，参以算学，弹精覃思，日有增变，故能月异而岁不同”[9]1087。洋务派认为必须培养具有科学知识的专门人才：“欲学习外国利器，则莫如觅制器之器，师其法而不必尽用其人。欲觅制器之器，与制器之人，则或专设一科取士，士终身悬以为富贵功名之鹄，则业可成，艺可精，而才亦可集。”[9]1089

此外，为了能让当时的技术人员更系统地学习西方的蒸汽机知识，江南制造局自1871年开始，先后翻译了《汽机发轫》《汽机必以》《汽机新制》《兵船汽机》以及《汽机中西名目表》等书籍，这批译著较为系统地介绍了当时西方蒸汽机的最新知识，[18]为蒸汽机技术在中国的广泛传播提供了基础。此后，蒸汽机传入中国须面对的工具和技术人员问题，也逐渐得到解决。随着洋务运动的深入，蒸汽机技术逐渐在中国传播开来。

4 结语

蒸汽机技术的传入过程，本身就是西方科技知识向中国传播的过程。此外，由于缺乏科技人才和产业基础，中国独立仿造和制造蒸汽机技术也缺乏必要的条件，蒸汽机技术的传入过程，同时也是西方技术向中国转移的过程。对身处“三千年未有之变局”的晚清中国，蒸汽机技术的传入对社会产生了积极的影响，是西方科技向中国技术转移的一个重要样本。蒸汽机技术的传入经历了早期的文献传播、实物启蒙，以及早期进步人士的仿制、官方的仿制和蒸汽机技术大规模引进的过程，这个过程一直持续到清朝末年。对蒸汽机技术的知识传播、仿制过程、专业人才的培养，大规模的引进和应用进行梳理研究，不仅是近代科学技术史的重要内容，同时也丰富了清史研究的相关内容。蒸汽机技术的传入和应用，需要大批专业技术人才，对这个过程的研究也可以使我们从技术史的角度了解早期工程技术人才的培养方式以及科学技术知识的传播过程。