中國的船磨與船碓

史曉雷

(哈爾濱師范大學科技與社會發展研究所，黑龍江　哈爾濱　150025)

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中國的船磨與船碓

史曉雷

(哈爾濱師范大學科技與社會發展研究所，黑龍江哈爾濱150025)

[摘要]船磨和船碓是利用水力，在船上進行加工作業的農具。在考察古代和近代船磨、船碓文獻的基礎上，結合新發現的三張船磨老照片及他人的回憶文章，認為“一船傍兩輪”是我國船磨、船碓的主流形式，其效率低于歐洲中古以來常見的“兩船夾一輪”形式；船磨的制動方式依靠系于橫軸上立齒輪齒牙的繩索實現；在傳統磨加工方式中，船磨的效率最高。

[關鍵詞]船磨；船碓；農具

船磨是水磨的一種，它利用水流沖擊安裝在船側的立式水輪，通過齒輪機構驅動船上磨盤作業。船碓是水碓的一種，利用水流沖擊安裝在船側的立式水輪，通過水輪橫軸上的撥板撥動碓桿進行舂碓。船磨和船碓在我國古代、近代多有文獻記載，但對其機械機構仍有不詳之處，筆者根據最近發現的我國境內的幾張船磨老照片，結合幾篇對船磨的回憶文章，考察船磨、船碓的技術細節及生產效率。

一、船磨和船碓的記載與結構

(一)船磨

據李約瑟考證，船磨最早出現于536年的東羅馬帝國，當時哥特人圍攻羅馬城，拜占庭的將軍貝利薩留(Belisarius，約505-565)想出了解決城內缺糧的辦法，他在臺伯河的船上建立了船磨。當時的歷史學家普羅科匹烏斯(Procopius，約500-560)描述了架設船磨的辦法。

他在臺伯河橋下把繩索橫過河上緊系在兩岸。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；再安放兩個磨石在兩只船上，而將通常用來驅動磨石旋轉的機器(即水輪)懸掛在兩船之間。他還設法在下游每隔一定距離安排同樣的一些機器，它們被水力沖動，帶動必需數量的磨，為這個城市磨糧食。[1]

從上文的描述可知，這是一種兩船并聯，中間安置立輪，同時驅動兩側船上磨盤的船磨。到了后來，這種船磨在形式上發生了“微調”，就是只保留了一側磨盤，其余結構不變。在中世紀的歐洲，出現了另一種船磨，在一條船的兩側利用一根橫軸左右設置兩個水輪，利用齒輪機構驅動船上的磨盤。我國最早的水磨記載是唐開元二十五年(737年)*國內多處文獻稱該殘卷為唐咸通八年(867年)本，如陸敬嚴、華覺明《中國科學技術史·機械卷》(科學出版社，2000年)第89頁，何堂坤《中國古代手工業工程技術史(下)》(山西教育出版社，2012年)第533頁。但據霍存福《唐式輯佚》(社會科學文獻出版社，2009年)第499-500頁考證，該殘卷應為唐開元二十五年(737年)式。李約瑟在其《中國科學技術史機械工程分冊》(科學出版社，1999年)第464頁引用時即稱后者。《水部式(殘卷)》提到的“浮硙”：從中橋以下洛水內及城外，在側不得造浮硙及捺堰。[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，無從得知當時船磨的結構、形態信息。

南宋時，陸游《棧路書事》寫道，“危閣聞鈴馱，湍流見硙船”。[3]這是宋代關于船磨的唯一記載，但仍無助于理解其結構。到了元代王禎《農書》，首次較詳細地描述了“船磨”：

(復有)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，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時期的船磨在結構上完全一樣，但這種船磨在14世紀的歐洲已經不再流行，代之的是上述已經“微調”的那種。奇怪的是，自元代之后我國史料記載到的船磨，只要能識別結構者，全不是王禎描述的這種，而是“一船傍兩輪”的形態，比如明代肅昭王朱縉炯(？-1557)寫的《觀船磨》“一板隔深淵，雙輪夾小船。勢長沖急硙，水正系孤弦。波浪隨消長，機關自轉旋。”[5]清代黃鉞(1750-1841)《船磨》詩“小引”：“歙東南瀕溪居人，載磨于船，碇急流中，夾兩輪以運之，日得面可數斛，較架屋遏防法更簡易。”[6]

民國時四川涪州(今重慶涪陵)還出現了“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，夏氏測繪完成了該船磨的機械圖，在一條船上有兩根橫軸，每根橫軸各帶兩水輪，每軸通過齒輪系統驅動一部磨，同時船上還裝有兩部腳踏羅(篩)。[7]

新中國成立后，不少地方還使用船磨。在20世紀70年代之前，在我國甘肅、浙江等地還能見到不少船磨，后來隨著電力的普及，電動機磨很快取代了石磨，當然也包括船磨。

(二)船碓

迄今未發現國外船碓的文獻。我國最早船碓的記載始于明代，嘉靖《延平府志》記載將樂12處水碓中有船碓7處、地碓5處；明代萬歷年間詩人吳兆《偶書閩中風土十韻寄金陵知己》有句“舟中喧水碓，城上出人家。”[8]但這些記載并未說明船碓的結構、形態，明代王世懋在《閩部疏》中寫道順昌的造紙業，“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構類似，均是“一船傍兩輪”的形式。明末《天工開物》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]

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

邑十里平流，水聲沉寂，自古并無船碓攔河。邇來船碓一十八座，斬斷平流，大傷縣脈，石莊(樁)石柜，暗埋河內，致往來官民糧貨等船，多受慘害。又自船碓一設，勾通奸販，囤積高抬，無所不至。業以萬命陳情事，僉叩給封條，飭差協保，將所有船碓悉行押拆，仍還邑志原無船碓攔河之舊。[11]

李約瑟注意到1848年來華的英國植物學家羅伯特·福瓊(Robert Forture，1812-1880)在浙江嚴州(今建德縣)附近看到的船碓。*李約瑟《中國科學技術史機械工程分冊》中譯本把羅伯特·福瓊譯作了“福鈞”，現據通常的譯法作“福瓊”。

一只大駁船的船頭和船尾都牢固地系在流勢最急的岸邊。和汽船的槳輪相似的兩個輪子安裝在船的兩旁，用軸穿過船身把它們連接起來。在軸上安裝一些短齒輪，每一個輪齒當轉動時壓起一個重木槌到一定高度，然后讓它落到盛在下面盆內的谷子上。當水流沖轉了水輪，水輪帶動了輪軸快速轉動時，這些木槌就連續地提高和跌落。[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”自然是指碓臼內。福瓊還寫道，這種船碓在嚴州附近很普遍。

二、三張船磨老照片和回憶文章的補充

筆者新近發現了三張有關船磨的老照片，它們形象、直觀地展示了過去文字及機械圖不能反映的細節。盡管迄今還未發現船碓的圖像資料，但我國船磨與船碓的機械原理只是在船艙內部才有差異，因此這些老照片對考察船碓也具有參考價值。

第1張照片(圖1)現藏美國南加州大學(USC)，拍攝時間是1900-1920年間，地點在四川資州(今資中市)。[13]從形態、結構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水輪，不知該船后方是否另有。從水輪看，也是對稱的三對葉片，均為無輞結構。船艙前方可看到一立齒輪，但齒輪與磨盤的傳動關系看不清楚。畫面是在岸邊，而且葉輪離開水面的位置較高，因此該船磨可能還未投入使用，或者正準備設置。第2張是上海攝影師莊學本1935—1937年間在甘肅東鄉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，順水流動旋轉推石磨，每日夜磨面約一千斤。”[14]從畫面看，船磨離岸較遠，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，構成三角支撐。葉輪有方框狀支撐板，共六對葉片。該船磨的輪軸位置較低，故船內軸上立齒輪可能橫撥或上撥磨盤上木齒。第3張照片拍攝時間不詳，地點在安徽徽水河上。[15]從畫面看，在船磨兩側筑有攔水堰，船頭及船尾均有繩牽系，巨大的圓輞水輪立在船兩側，從輪軸較高的特點判斷，船艙內部齒輪應該是從下方撥動磨石外周齒輪。

圖1　四川資州的船磨

圖2　甘肅東鄉的船磨

圖3　安徽徽水河上的船磨

張柏春曾就夏士德測繪的船磨照片推測，“受船高的限制，船磨不宜裝直徑過大的水輪，但可以增加水輪的數量和寬度，甚至可能采用斗式葉片”；他還認為“一船傍兩輪”要優于“兩船夾一輪”的架構方式。[16]圖1和圖3船磨的水輪，從比例上看直徑應該大于2米，它們和夏士德見到的一樣，輪徑大了，橫軸位置自然高，水流沖擊產生的力矩大，立齒輪會在下方或側方撥動磨石上的臥齒輪。但我國流行的這種“一船傍兩輪”是否優于歐洲更盛行的“兩船夾一輪”則有待商榷。美國技術史學者特里·雷諾茲(Terry S.Reynolds)認為，“兩船夾一輪”要優于“一船傍兩輪”的形式，無論在效率還是動力上，因為前者可以使用非常寬的水輪，通常會達到8米寬；而且后者無法使水輪處在一個明顯的“渠道”中，水流會被船首影響，結果水流沖擊葉輪時的角度會傾斜。[17]當然，像圖3那種利用了兩側攔水堰的“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的只是船磨的外部結構、形態，對內部結構的認識還需要他人的回憶作補充。對一般的石磨而言，總是下磨扇固定，上磨扇轉動，但在我國西北地區，一些水磨是把上磨扇懸吊在屋梁上，下磨盤由臥輪軸驅動旋轉。鄧明提到蘭州過去的船磨，“(船)艙內正中置一具石磨，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。……板輪半沉入河中，河流沖擊板輪，橫木隨之旋轉，引得齒輪旋轉，帶動下扇石磨旋轉，即可將小麥等糧食磨碎。”[18]

船碓的制動機制，應該和一般水碓一樣，只需要把碓頭用吊鉤懸掛起來即可，這樣橫軸的撥板就不會擊到碓桿上，水輪只是空轉。但船磨如果停止作業，該如何控制呢？劉鵬回憶過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，是用繩套制動：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，特安裝一個最牢靠、堅固的“牙”(此牙有標記)，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固地方。一“牙”被套，則葉輪即停，石磨隨之停轉。如需重新啟動，只需從“牙”上取下繩套即可。當然，無論制動、啟動均需操作得當，手腳利索，否則會損壞船磨，影響正常運行。

船磨的磨盤一般是比較大的，直徑可達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)大許多，再加之轉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，據朱進成回憶，他記憶中的黃河船磨磨扇直徑有1.8米，效率最高時一晝夜可以磨4000公斤糧食。[20]

三、結論

船磨和船碓是我國古代利用水力進行糧食加工(船碓也用于造紙等)的機械，前者始見

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

參考文獻：

[1][7][12](英)李約瑟.中國科學技術史第四卷物理學及相關技術第二分冊機械工程[M].鮑國寶，等譯.北京：科學出版社，1999：461，464—465，464.

[2]霍存福.唐式輯佚[M].北京：社會科學文獻出版社，2009：511.

[3](宋)陸游.陸游集(第一冊)[M].北京：中華書局，1976：83.

[4](元)王禎.東魯王氏農書譯注[M].繆啟愉，譯注.上海：上海古籍出版社，1994：704.

[5]盧金洲.蘭州古今詩詞選[M].蘭州：蘭州大學出版社，1991：22.

[6]清華大學圖書館科技史研究組.中國科技史資料選編——農業機械[M].北京：清華大學出版社，1982：330.

[8]朱維幹.福建史稿(下冊)[M].福州：福建教育出版社，2008：19.

[9]林忠干.閩北五千年[M].福州：海峽文藝出版社，2009：249.

[10](明)宋應星.天工開物[M].鐘廣言，注釋.廣州：廣東人民出版社，1976：131.

[11]傅衣凌.明清社會經濟史論文集[C].北京：中華書局，2008：89.

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

[14]莊學本.莊學本全集(上冊)[M].北京：中華書局，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]張柏春.中國傳統水輪及其驅動機械[J].自然科學史研究，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.張西原.蘭州文史資料選輯[M].蘭州：蘭州大學出版社，2004：146—147.

[19]政協蘭州市西固區.西固文史資料(第四輯)[M].甘肅地質印刷廠，2006：173—174.(內部資料)

[20]朱進成.故鄉的船磨[J].中國土族，2011(4)：37.

[作者簡介]史曉雷(1979—)，男，哈爾濱師范大學科技與社會發展研究所講師，研究方向為農具史。

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