史曉雷

(哈爾濱師范大學(xué)科技與社會(huì)發(fā)展研究所，黑龍江　哈爾濱　150025)

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中國(guó)的船磨與船碓

史曉雷

(哈爾濱師范大學(xué)科技與社會(huì)發(fā)展研究所，黑龍江哈爾濱150025)

[摘要]船磨和船碓是利用水力，在船上進(jìn)行加工作業(yè)的農(nóng)具。在考察古代和近代船磨、船碓文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合新發(fā)現(xiàn)的三張船磨老照片及他人的回憶文章，認(rèn)為“一船傍兩輪”是我國(guó)船磨、船碓的主流形式，其效率低于歐洲中古以來(lái)常見(jiàn)的“兩船夾一輪”形式；船磨的制動(dòng)方式依靠系于橫軸上立齒輪齒牙的繩索實(shí)現(xiàn)；在傳統(tǒng)磨加工方式中，船磨的效率最高。

[關(guān)鍵詞]船磨；船碓；農(nóng)具

船磨是水磨的一種，它利用水流沖擊安裝在船側(cè)的立式水輪，通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)船上磨盤作業(yè)。船碓是水碓的一種，利用水流沖擊安裝在船側(cè)的立式水輪，通過(guò)水輪橫軸上的撥板撥動(dòng)碓桿進(jìn)行舂碓。船磨和船碓在我國(guó)古代、近代多有文獻(xiàn)記載，但對(duì)其機(jī)械機(jī)構(gòu)仍有不詳之處，筆者根據(jù)最近發(fā)現(xiàn)的我國(guó)境內(nèi)的幾張船磨老照片，結(jié)合幾篇對(duì)船磨的回憶文章，考察船磨、船碓的技術(shù)細(xì)節(jié)及生產(chǎn)效率。

一、船磨和船碓的記載與結(jié)構(gòu)

(一)船磨

據(jù)李約瑟考證，船磨最早出現(xiàn)于536年的東羅馬帝國(guó)，當(dāng)時(shí)哥特人圍攻羅馬城，拜占庭的將軍貝利薩留(Belisarius，約505-565)想出了解決城內(nèi)缺糧的辦法，他在臺(tái)伯河的船上建立了船磨。當(dāng)時(shí)的歷史學(xué)家普羅科匹烏斯(Procopius，約500-560)描述了架設(shè)船磨的辦法。

他在臺(tái)伯河橋下把繩索橫過(guò)河上緊系在兩岸。在繩上系兩只同樣大小的船，相距2英尺，把它們停泊在拱下水流速度最大的地點(diǎn)；再安放兩個(gè)磨石在兩只船上，而將通常用來(lái)驅(qū)動(dòng)磨石旋轉(zhuǎn)的機(jī)器(即水輪)懸掛在兩船之間。他還設(shè)法在下游每隔一定距離安排同樣的一些機(jī)器，它們被水力沖動(dòng)，帶動(dòng)必需數(shù)量的磨，為這個(gè)城市磨糧食。[1]

從上文的描述可知，這是一種兩船并聯(lián)，中間安置立輪，同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩側(cè)船上磨盤的船磨。到了后來(lái)，這種船磨在形式上發(fā)生了“微調(diào)”，就是只保留了一側(cè)磨盤，其余結(jié)構(gòu)不變。在中世紀(jì)的歐洲，出現(xiàn)了另一種船磨，在一條船的兩側(cè)利用一根橫軸左右設(shè)置兩個(gè)水輪，利用齒輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)船上的磨盤。我國(guó)最早的水磨記載是唐開(kāi)元二十五年(737年)*國(guó)內(nèi)多處文獻(xiàn)稱該殘卷為唐咸通八年(867年)本，如陸敬嚴(yán)、華覺(jué)明《中國(guó)科學(xué)技術(shù)史·機(jī)械卷》(科學(xué)出版社，2000年)第89頁(yè)，何堂坤《中國(guó)古代手工業(yè)工程技術(shù)史(下)》(山西教育出版社，2012年)第533頁(yè)。但據(jù)霍存?！短剖捷嬝?社會(huì)科學(xué)文獻(xiàn)出版社，2009年)第499-500頁(yè)考證，該殘卷應(yīng)為唐開(kāi)元二十五年(737年)式。李約瑟在其《中國(guó)科學(xué)技術(shù)史機(jī)械工程分冊(cè)》(科學(xué)出版社，1999年)第464頁(yè)引用時(shí)即稱后者?！端渴?殘卷)》提到的“浮硙”：從中橋以下洛水內(nèi)及城外，在側(cè)不得造浮硙及捺堰。[2]

“硙”指石磨，“浮硙”自然指船磨，只有它具備隨水而浮的特征。英文中的“船磨”，除了ship mill、boat mill外，也有floating mill的叫法，這與“浮硙”的稱謂是一致的。唐代船磨的史料僅此一條，無(wú)從得知當(dāng)時(shí)船磨的結(jié)構(gòu)、形態(tài)信息。

南宋時(shí)，陸游《棧路書(shū)事》寫(xiě)道，“危閣聞鈴馱，湍流見(jiàn)硙船”。[3]這是宋代關(guān)于船磨的唯一記載，但仍無(wú)助于理解其結(jié)構(gòu)。到了元代王禎《農(nóng)書(shū)》，首次較詳細(xì)地描述了“船磨”：

(復(fù)有)兩船相傍，上立四楹，以茅竹為屋，各置一磨，用索纜于急水中流。船頭仍斜插板木湊水，拋以鐵爪，使不橫斜。水激立輪，其輪軸通長(zhǎng)，旁撥二磨，或遇泛漲，則遷之近岸。可許移借，施之他所，又為活法磨也。庶興利者度而用之。[4]

王禎描述的船磨與東羅馬帝國(guó)時(shí)期的船磨在結(jié)構(gòu)上完全一樣，但這種船磨在14世紀(jì)的歐洲已經(jīng)不再流行，代之的是上述已經(jīng)“微調(diào)”的那種。奇怪的是，自元代之后我國(guó)史料記載到的船磨，只要能識(shí)別結(jié)構(gòu)者，全不是王禎描述的這種，而是“一船傍兩輪”的形態(tài)，比如明代肅昭王朱縉炯(？-1557)寫(xiě)的《觀船磨》“一板隔深淵，雙輪夾小船。勢(shì)長(zhǎng)沖急硙，水正系孤弦。波浪隨消長(zhǎng)，機(jī)關(guān)自轉(zhuǎn)旋。”[5]清代黃鉞(1750-1841)《船磨》詩(shī)“小引”：“歙東南瀕溪居人，載磨于船，碇急流中，夾兩輪以運(yùn)之，日得面可數(shù)斛，較架屋遏防法更簡(jiǎn)易。”[6]

民國(guó)時(shí)四川涪州(今重慶涪陵)還出現(xiàn)了“一船傍四輪”的船磨，李約瑟引用了夏士德(Worcester，1890-1969)1940年的一篇論文，夏氏測(cè)繪完成了該船磨的機(jī)械圖，在一條船上有兩根橫軸，每根橫軸各帶兩水輪，每軸通過(guò)齒輪系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)一部磨，同時(shí)船上還裝有兩部腳踏羅(篩)。[7]

新中國(guó)成立后，不少地方還使用船磨。在20世紀(jì)70年代之前，在我國(guó)甘肅、浙江等地還能見(jiàn)到不少船磨，后來(lái)隨著電力的普及，電動(dòng)機(jī)磨很快取代了石磨，當(dāng)然也包括船磨。

(二)船碓

迄今未發(fā)現(xiàn)國(guó)外船碓的文獻(xiàn)。我國(guó)最早船碓的記載始于明代，嘉靖《延平府志》記載將樂(lè)12處水碓中有船碓7處、地碓5處；明代萬(wàn)歷年間詩(shī)人吳兆《偶書(shū)閩中風(fēng)土十韻寄金陵知己》有句“舟中喧水碓，城上出人家?！盵8]但這些記載并未說(shuō)明船碓的結(jié)構(gòu)、形態(tài)，明代王世懋在《閩部疏》中寫(xiě)道順昌的造紙業(yè)，“順昌人作紙，家有水碓，至造舟急灘中，夾以雙輪如飛，舂聲在舟。”[9]

從“夾以雙輪如飛”可知這種船碓與船磨結(jié)構(gòu)類似，均是“一船傍兩輪”的形式。明末《天工開(kāi)物》也提到了船碓的造法：“江南信郡，水碓之法巧絕。蓋水碓所愁者，埋臼之地卑則洪潦為患，高則承流不及。信郡造法，即以一舟為地，橛樁維之。筑土舟中，陷臼于其上。中流微堰石梁，而碓已造成，不煩椓木壅坡之力也。”[10]

盡管這里沒(méi)有提到船碓的水輪情況，但說(shuō)明了船碓的優(yōu)點(diǎn)，免于低處的水患及高處的水流不及。清乾隆四十六年(1781年)，福建沙縣還出現(xiàn)了《禁船碓碑》：

邑十里平流，水聲沉寂，自古并無(wú)船碓攔河。邇來(lái)船碓一十八座，斬?cái)嗥搅?，大傷縣脈，石莊(樁)石柜，暗埋河內(nèi)，致往來(lái)官民糧貨等船，多受慘害。又自船碓一設(shè)，勾通奸販，囤積高抬，無(wú)所不至。業(yè)以萬(wàn)命陳情事，僉叩給封條，飭差協(xié)保，將所有船碓悉行押拆，仍還邑志原無(wú)船碓攔河之舊。[11]

李約瑟注意到1848年來(lái)華的英國(guó)植物學(xué)家羅伯特·福瓊(Robert Forture，1812-1880)在浙江嚴(yán)州(今建德縣)附近看到的船碓。*李約瑟《中國(guó)科學(xué)技術(shù)史機(jī)械工程分冊(cè)》中譯本把羅伯特·福瓊譯作了“福鈞”，現(xiàn)據(jù)通常的譯法作“福瓊”。

一只大駁船的船頭和船尾都牢固地系在流勢(shì)最急的岸邊。和汽船的槳輪相似的兩個(gè)輪子安裝在船的兩旁，用軸穿過(guò)船身把它們連接起來(lái)。在軸上安裝一些短齒輪，每一個(gè)輪齒當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)壓起一個(gè)重木槌到一定高度，然后讓它落到盛在下面盆內(nèi)的谷子上。當(dāng)水流沖轉(zhuǎn)了水輪，水輪帶動(dòng)了輪軸快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，這些木槌就連續(xù)地提高和跌落。[12]

上述譯文略有瑕疵，原文“On this axle were fixed a number of short cogs”應(yīng)譯作“在橫軸上安裝有一些短撥板”，而不是短齒輪；“重木槌”顯然是指碓桿，而“盆內(nèi)”自然是指碓臼內(nèi)。福瓊還寫(xiě)道，這種船碓在嚴(yán)州附近很普遍。

二、三張船磨老照片和回憶文章的補(bǔ)充

筆者新近發(fā)現(xiàn)了三張有關(guān)船磨的老照片，它們形象、直觀地展示了過(guò)去文字及機(jī)械圖不能反映的細(xì)節(jié)。盡管迄今還未發(fā)現(xiàn)船碓的圖像資料，但我國(guó)船磨與船碓的機(jī)械原理只是在船艙內(nèi)部才有差異，因此這些老照片對(duì)考察船碓也具有參考價(jià)值。

第1張照片(圖1)現(xiàn)藏美國(guó)南加州大學(xué)(USC)，拍攝時(shí)間是1900-1920年間，地點(diǎn)在四川資州(今資中市)。[13]從形態(tài)、結(jié)構(gòu)看與夏士德在涪陵看到的船磨類似，只是照片中僅能看到一對(duì)水輪，不知該船后方是否另有。從水輪看，也是對(duì)稱的三對(duì)葉片，均為無(wú)輞結(jié)構(gòu)。船艙前方可看到一立齒輪，但齒輪與磨盤的傳動(dòng)關(guān)系看不清楚。畫(huà)面是在岸邊，而且葉輪離開(kāi)水面的位置較高，因此該船磨可能還未投入使用，或者正準(zhǔn)備設(shè)置。第2張是上海攝影師莊學(xué)本1935—1937年間在甘肅東鄉(xiāng)縣唐汪川拍攝到的船磨。莊記載道，“大夏河上回民造木船泊河中，船之兩舷置木輪兩個(gè)，順?biāo)鲃?dòng)旋轉(zhuǎn)推石磨，每日夜磨面約一千斤。”[14]從畫(huà)面看，船磨離岸較遠(yuǎn)，縱立河中，為防止船橫斜，前方有鐵鏈拴系，船尾與木橋間搭有斜木，構(gòu)成三角支撐。葉輪有方框狀支撐板，共六對(duì)葉片。該船磨的輪軸位置較低，故船內(nèi)軸上立齒輪可能橫撥或上撥磨盤上木齒。第3張照片拍攝時(shí)間不詳，地點(diǎn)在安徽徽水河上。[15]從畫(huà)面看，在船磨兩側(cè)筑有攔水堰，船頭及船尾均有繩牽系，巨大的圓輞水輪立在船兩側(cè)，從輪軸較高的特點(diǎn)判斷，船艙內(nèi)部齒輪應(yīng)該是從下方撥動(dòng)磨石外周齒輪。

圖1　四川資州的船磨

圖2　甘肅東鄉(xiāng)的船磨

圖3　安徽徽水河上的船磨

張柏春曾就夏士德測(cè)繪的船磨照片推測(cè)，“受船高的限制，船磨不宜裝直徑過(guò)大的水輪，但可以增加水輪的數(shù)量和寬度，甚至可能采用斗式葉片”；他還認(rèn)為“一船傍兩輪”要優(yōu)于“兩船夾一輪”的架構(gòu)方式。[16]圖1和圖3船磨的水輪，從比例上看直徑應(yīng)該大于2米，它們和夏士德見(jiàn)到的一樣，輪徑大了，橫軸位置自然高，水流沖擊產(chǎn)生的力矩大，立齒輪會(huì)在下方或側(cè)方撥動(dòng)磨石上的臥齒輪。但我國(guó)流行的這種“一船傍兩輪”是否優(yōu)于歐洲更盛行的“兩船夾一輪”則有待商榷。美國(guó)技術(shù)史學(xué)者特里·雷諾茲(Terry S.Reynolds)認(rèn)為，“兩船夾一輪”要優(yōu)于“一船傍兩輪”的形式，無(wú)論在效率還是動(dòng)力上，因?yàn)榍罢呖梢允褂梅浅挼乃?，通常?huì)達(dá)到8米寬；而且后者無(wú)法使水輪處在一個(gè)明顯的“渠道”中，水流會(huì)被船首影響，結(jié)果水流沖擊葉輪時(shí)的角度會(huì)傾斜。[17]當(dāng)然，像圖3那種利用了兩側(cè)攔水堰的“一船傍兩輪”船磨在某種程度上可以克服船首的影響。

由于這幾張照片呈現(xiàn)的只是船磨的外部結(jié)構(gòu)、形態(tài)，對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)還需要他人的回憶作補(bǔ)充。對(duì)一般的石磨而言，總是下磨扇固定，上磨扇轉(zhuǎn)動(dòng)，但在我國(guó)西北地區(qū)，一些水磨是把上磨扇懸吊在屋梁上，下磨盤由臥輪軸驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。鄧明提到蘭州過(guò)去的船磨，“(船)艙內(nèi)正中置一具石磨，固定上扇石磨，下扇石磨之下置一水平齒輪。磨左右兩舷各開(kāi)一孔，孔中插一橫木，橫木正中置一垂直齒輪，使之于石磨齒輪橫直咬合?！遢啺氤寥牒又?，河流沖擊板輪，橫木隨之旋轉(zhuǎn)，引得齒輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)下扇石磨旋轉(zhuǎn)，即可將小麥等糧食磨碎?！盵18]

船碓的制動(dòng)機(jī)制，應(yīng)該和一般水碓一樣，只需要把碓頭用吊鉤懸掛起來(lái)即可，這樣橫軸的撥板就不會(huì)擊到碓桿上，水輪只是空轉(zhuǎn)。但船磨如果停止作業(yè)，該如何控制呢？劉鵬回憶過(guò)去西北黃河上船磨的控制方法和加工效率，尤為珍貴。

船磨的制動(dòng)，是用繩套制動(dòng)：在安裝木板葉輪通心軸“撥牙”(即橫軸立齒輪的木齒——引者注)中，特安裝一個(gè)最牢靠、堅(jiān)固的“牙”(此牙有標(biāo)記)，在需停磨(麻車)的情況下，用特制的牢靠繩索套住此“牙”，而繩的另一端固定在船的堅(jiān)固地方。一“牙”被套，則葉輪即停，石磨隨之停轉(zhuǎn)。如需重新啟動(dòng)，只需從“牙”上取下繩套即可。當(dāng)然，無(wú)論制動(dòng)、啟動(dòng)均需操作得當(dāng)，手腳利索，否則會(huì)損壞船磨，影響正常運(yùn)行。

船磨的磨盤一般是比較大的，直徑可達(dá)4.8尺，比一般水磨或旱磨盤都大，特別是比旱磨盤(一般直徑在3尺以內(nèi))大許多，再加之轉(zhuǎn)速快因而工作效率高。正常情況下，一晝夜可磨糧2.5石，最多可達(dá)3石(約合4500斤)，為畜力石磨的20倍。比照而言，普通水磨一晝夜三四百斤，僅是畜力石磨的二至三倍。[19]

還有比這效率更高的，據(jù)朱進(jìn)成回憶，他記憶中的黃河船磨磨扇直徑有1.8米，效率最高時(shí)一晝夜可以磨4000公斤糧食。[20]

三、結(jié)論

船磨和船碓是我國(guó)古代利用水力進(jìn)行糧食加工(船碓也用于造紙等)的機(jī)械，前者始見(jiàn)

于唐代文獻(xiàn)，后者明代始有記載，它們一直沿用到20世紀(jì)。我國(guó)傳統(tǒng)船磨與船碓大多采用“一船傍兩輪”的結(jié)構(gòu)，與歐洲中世紀(jì)以來(lái)常見(jiàn)的“兩船夾一輪”不同。船磨的水輪可以采用開(kāi)放式葉輪或帶輞葉輪，橫軸位置多較高，以保證力矩足夠大，其制動(dòng)依靠系在橫軸上立齒輪輪牙(齒)的繩索控制，在傳統(tǒng)磨加工方式中，船磨的效率是最高的。[基金項(xiàng)目：2014年國(guó)家社科基金青年項(xiàng)目“宋金元時(shí)期農(nóng)具的考證研究”(編號(hào)：14CZS016)]

參考文獻(xiàn)：

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[20]朱進(jìn)成.故鄉(xiāng)的船磨[J].中國(guó)土族，2011(4)：37.

[作者簡(jiǎn)介]史曉雷(1979—)，男，哈爾濱師范大學(xué)科技與社會(huì)發(fā)展研究所講師，研究方向?yàn)檗r(nóng)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