提 要

在世界造船史上，船壳板的连接方法经历了“平接―搭接―平接―搭接―平接”这样的反复循环过程。本文在回顾了这个变化过程的历史背景以后，分析了这些变化的技术原因，并阐述了其对于造船技术进步的意义。

The “Carvel-built ”and “Clinker-built ” in Hull Construction

Jiangnan shipyard（Group ）Co., Ltd. Shen Yimin

Abstract

In the history of the shipbuilding of the world,the connection methed of hull plate has gone through “carvel-built－－clinker-built－－carvel-built－－clinker-built －－carvel-built ”such a cyculating process . Following a review on the historic background of it，this paper has analysed the technique reason for producing these changes ，and has elaborated its meaning for shipbuildinging technique progress .

********************************************************************************************

在世界造船史上，船壳板“搭接”和“平接”方法的轮替是一个有趣的现象。从几千年前的埃及船开始至今，船壳板的连接方法经历了“平接―搭接―平接―搭接―平接”这样的反复循环过程。透过现象看本质，这里反映了在不同的技术背景情况下，造船工艺发展的历史进程。

所谓“搭接”（clinker-built），就是指在造船时，上下外壳板在相互连接时采用叠合的方法。搭接形成的船壳板形成阶梯形，看上去有点像屋顶上的瓦片，因此也有译作“瓦叠式外壳”或者“鱼鳞式外壳”。

所谓“平接”（carvel-built ），就是指在造船时，上下船壳板在连接时是齐平对接的，外表比较平整光滑。

从世界造船的历史来看，平接的方法似乎要更加显得历史悠久，这要从几千年前的埃及船说起。

平接结构的埃及船

众所周知，在世界古代造船史上，埃及船的名声显赫。1954年，埃及建筑师在指挥工人修建齐奥普斯大金字塔旁的道路时，意外地发现了存放墓葬船的墓室。经过充分的准备工作以后，考古学家开挖了这个长31.2米，宽2.6米，深3.5米的墓室。掘开后，显露出407个散落的木质船舶零部件，包括船壳板、横梁、桨、门等，以及用植物纤维、布料和毛毡等捻成的绳索，它们看上去就像一些散装的套件似的。在研究的过程中，这些残骸进一步地解体脱落，最后发现它是由1224块木头组成。其中大部分零件是用从黎巴嫩来的雪松制成，含水10％，接近与普通干燥木材的数值。有些小零件是用桑木和无花果木制成。最大的船板长22.7米，宽520毫米，厚100毫米，而最小的零件只有100毫米长。考古研究表明，这是迄今为止所发现世界上最古老的船舶残骸。

木板的端头相互嵌接，而它们的长边缘都是靠暗销来定位和固定的――船壳板的侧面都开有孔，孔里面胶有木销――就像现代使用的木销一样。在船壳板安装以后，再在里面撑起相当于肋骨作用的地板梁以及其它加强船体结构强度的横梁和纵梁，而这些地板梁、横梁和纵梁相互之间，以及它们和船壳板都是靠绳索绑扎连接的（图1）。

经过仔细测量和用1：10 模型进行的不同方案安装试验，最后在金字塔附近的工场里，陈列起部分装配起来的复原船。船体瘦长，首尾上翘，扁平的龙骨实际上只是一块中心船板而已。全船长达43.6米，宽5.9米，排水量大约40吨。这个尺度大于墓室的尺寸，也许这就是要将船体分解的原因之一吧。

齐奥普斯墓葬船的发现和重建，显著地丰富了我们对于古埃及造船技术和航海技术的认识。在这艘埃及古船反映出技术之精致，设计工艺之巧妙，简直使人难以相信这是在将近4000年以前的完成的人间杰作。但是，我们也要看到，由于当时的历史条件――还没有进入使用铁器时代，因而难以加工长木板，绳索捆扎的强度也极其有限。因而，要想让埃及船“走”得更远，那是不切合实际的幻想。

搭接建造的维京船

1903年，在奥斯陆海湾西侧的一座坟墓里，发现了一艘大型维京船的残骸。在船中埋葬着女王埃莎的尸体。她是老维京王――哈拉尔德莱得贝尔德的女儿，大约死于公元850年。在泥炭地的密封保护下，这艘在船史上称为“奥赛堡船”的古船虽然因为墓顶的倒塌，而被压扁且解体了，但没有风化而毁灭。经过了仔细的辛勤工作以后，船体得以复原重建。

人们发现，除了桅杆是用冷杉木制作以外，船的其它主要部件都是用橡木制成的。龙骨不是直的，其曲线在首尾缓缓升起了0.3米，这对于改善船的操纵性起到了很好的作用。在T形截面的龙骨两侧，各有12块船壳板。船壳板重叠成搭接形式，相互之间用铁钉铆合，接缝处用羊毛绳填缝。船壳板内侧留有突起的耳朵，以便于将其与肋骨用绳索绑扎起来（图2）。最上面的每一侧的舷板上开有带窄槽的桨孔。上侧舷板用固定在横梁上的肘材来加强，并用木销连接。

船上还有操舵桨、铁锚、跳板和一些木工工具。而在其后的墓室里还有马车、雪橇和马匹、狗等陪葬品。在经过了仔细的保养维护工作以后，研究工作者将奥赛堡船用铁件把原始的木头尽可能地安装了起来。这艘船总长21.4米，龙骨长17.7米，宽5.1米，深1.3米。现在，这艘古船和其它两艘维京船残骸陈列在奥斯陆的维京船博物馆里。

在北欧，搭接方法是自古以来直到15世纪而来的标准造船方法。一系列北欧古船的残骸证明，甚至很长的木板都是用斧子和锛子（扁斧，类似于我国的农具铁鎝）加工的。因此，在搭接时，遇到稍薄的或者不那么平整的木板，可以在船板重叠部分垫以柔软而不溶于水的密封材料，从而能够保证充分的水密。搭接建造的船艇通常都是从船底开始向上铺设的，连续地将铺板依次叠加上去。重叠处用木钉，后来用铁钉或铁铆钉连接。这些早期的北欧船，使用的肋骨相对较少。它们都是采用天然成形的木材，而且是在船壳板铺设到位以后才加以固定的。搭接船壳板的重叠部分形成了类似龙筋的结构，加上贯通全船的龙骨和首尾柱使得整个船体有着很好的纵向强度；横梁和加强肘材又使得横向强度增色不少；而阶梯型的表面也能够减少船的横摇。所有这一切都使得以维京船为代表的北欧船有较好的性能来对付北海的汹涌波涛。

造大木船呼唤平接方法

15世纪，生产力的发展推动着国际贸易的迅速发展，早期资本主义在欧洲的萌芽呼唤着大批大容量运输船舶。而那时船体建造的搭接方法并非只是在船体外表上给人的感觉而已，它实际上反映了一种造船工艺体系――先造船壳，再用横梁等构件加强的传统方法。在新的形势下，这种适应于小船建造的陈旧造船工艺就到了非得变革的时候了。北欧第一艘用平接方法建造的大船是于1460年在荷兰建造的，就是在波罗的海航行的“大卡拉维尔”号。这艘船长约43米，上甲板宽约12米，载货约800吨。船上还配备了17门长炮、一门旋转炮和其它一些冷兵器。虽然，这艘船曾经由于经济纠纷和一系列海损海难事故而麻烦不断，只在世界上存在了十几年。但是，由于肋骨骨架加上船壳板平接的造船方法有着船体强度高、水密性好、表面光滑阻力小、修理保养方便、且可以在外面再包上铜皮以防止船蛀虫等优点，因此，从这艘船开始，标志着世界木帆船进入了平接建造的历史阶段。

值得注意的是，这个时候的平接方法并非埃及船建造方法的简单重复。贯串全船的龙骨及众多肋骨、横梁构成了强有力的骨架（图3）。而平接方法和骨架造船方法的结合使得造船水平有了飞跃的发展，单船排水量逐渐上升数千吨。通过不同国家不断的共同努力，平接建造法自身也有了丰富的内涵。到了19世纪，除了标准的平行平接铺板方法以外，在某些大船上还采用了倾斜铺板和双重倾斜铺板等方法。在倾斜铺板时，外层的木板条是水平的，内层的木板条则铺成一定的角度，例如45度；而在双重倾斜铺板时，外层船板则以反方向的倾斜角度来铺设，以与内层板取得平衡（图4）。当然，这种复杂的倾斜铺板技术只有在一部分大型重载船上才会采用。

铆接的钢铁船时代

在18世纪以前，几乎所有的船舶都是用木材建造的。但是，一艘大型的木船要消耗大量的优质木材，英国的橡树早就砍光了，欧洲大陆的森林也岌岌可危。而且，船体长度200英尺（约61米）的大限也限制了木船的进一步发展。随着英国工业革命的成功，钢铁和蒸气机大量应用到许多工业部门。人们也开始探索是否可以使用铁和钢来制造船舶。从18世纪后期到19世纪初，是一个探索的年代――从铁骨木板船，到全铁制造；从内河驳船到沿海货轮。1843年7月19日下水的英国客船“大不列颠”号正式宣告世界造船进入了钢铁时代。这是第一艘排水量达到三千多吨的而且用螺旋桨推进的大西洋航线铁制客船。它的成功结束了人们对于铁制海船是否容易沉没的担忧。在19世纪后半叶，铁和钢先后成为了主要的造船材料。

在用钢铁造船开始的近百年中，铆接工艺是当时造船行业中在船壳板装配中唯一采用的基本工艺。它应用在船壳板相互之间，以及它们与肋骨等构件的连接上。铆钉用软钢圆材制成，按其头部形状可以分为半圆头铆钉，半埋头铆钉和平头铆钉。铆接前，先要将准备连接的两块钢板叠合起来加工出铆钉孔。铆接的实质就是将加热到火红状态的铆钉放入孔中，并用力锤打成另一个铆钉头。由于钉杆在加压的情况下膨胀变粗而填满钉孔，而且铆钉在冷却后长度有缩短的趋向，这样产生的强大收缩应力紧压着铆合的船壳板，所以有着较好的铆接强度。铆接以后，为了保证船壳板有良好的水密性，还要进行捻缝工艺。当然，钢铁铆接船的捻缝与建造木船时的捻缝是有着完全不同的内涵――铆接船在捻缝时，是用连续的冲击力量将接缝附近的金属挤压，使得两层金属相互贴紧来保证水密。

由于船壳板不仅要和上下船壳板连接，还要和前后船壳板以及肋骨、龙骨、龙筋等结构件连接，因此，铆接船的结构工艺就相当复杂。

很显然，钢铁船壳的搭接和木头船壳板的搭接也是有区别的――后者一般都是倾斜的,而前者至少在舷部是与肋骨平行的。也正因为是搭接，上下船壳板就不可能处于同一平面，为了消除部分船壳板与肋骨之间产生的间隙，采用了三个主要的办法：1.起伏式，上下船壳板分别内外交错叠加（也就是一行在内侧，另一行在外侧），外侧船壳板与肋骨的间隙处另加衬板；2.船壳板折边，以保证装配后的船壳板内侧面齐平；3.肋骨折曲式，其外观效果与第一种相同，但不需在外板与肋骨之间加衬板。这种方法在加工肋骨时相当麻烦，而修船时就比较方便。

铆接的船壳板在连接时，更复杂的是在边接缝和端接缝的交接处，因为这里是叠合着三层钢板，而邻近部分却是两层板，这样就产生了楔形的空隙，必须采用楔形衬板等措施来加以解决。

另外，铆接造船还有一种“假平接真搭接”的办法，那就是在每条纵横接缝后面都衬上一条衬板，由衬板和上下船壳板形成双重搭接，而船壳板外表给人以一种“平接”的感觉。这种方法由于铆接工作量倍增，船体自重太大而罕见使用（图5）。

焊接工艺是造船技术上的一次革命

虽然人们在20世纪初已经知道了焊接技术，但人们一直担心由于焊接质量而导致船体在风浪里散架而遇难，因而，长期以来，焊接工艺迟迟没有用在造船工业上。只有到了第二次世界大战时，需要快速地建造大量军舰，焊接工艺才有了英雄用武之地。而且，焊接技术自身的提高和各种无损检测方法的有力保障也极大地提高了人们对于焊接工艺的信心。从第二次世界大战以后，铆接工艺就逐步退出了造船业。

和铆接相比较，焊接的船壳板理所当然是采用平接方法了。这样制造出来的船体由于没有铆钉头的突起和搭接所产生的起伏，表面光滑阻力小；另外还有结构重量轻、强度高、水密好、施工方便和适于分段造船及自动化造船等种种优点而得到了广泛推广。当然，焊接工艺也不是没有缺点的，焊接残留应力和焊接变形就是其中最令人头疼的毛病。于是，就产生了各种消除应力和控制变形的工艺方法。由于合金钢材料的应用和焊接技术的进步，人们现在已经能够建造单船排水量达到数十万吨的巨型船舶，这在以前是根本不能想象的。

不断创新不断进步

综上所述，船壳板连接方法的的每一次改变，并不是对于前一种方法的简单否定，也不是以前老方法的简单重复；而是为了适应船体材料和连接材料发生变化以后，在造船工艺方法上的一次创新，造船工艺水平也因此而登上了一个新的台阶。也正是这种在工艺方法上的不断创新，才使得整个造船产业的技术和规模从低到高，由弱到强，为人类提高自己的工商业能力和生活质量作出了贡献。