基于测绘综合信息的华光礁Ⅰ号沉船船长及线型的推断

蔡 薇（武汉理工大学造船史研究中心 湖北武汉 430070）

席龙飞（武汉理工大学造船史研究中心 湖北武汉 430070）

顿 贺（武汉理工大学造船史研究中心 湖北武汉 430070）

李 铖（武汉理工大学造船史研究中心 湖北武汉 430070）

吴轶钢（武汉理工大学造船史研究中心 湖北武汉 430070）

引言

华光礁Ⅰ号沉船遗址位于西沙群岛永乐群岛南部、华光礁礁盘内侧的西北边沿，1996年由渔民发现，1997年曾遭到非法盗掘，沉船遗址遭到严重破坏。1998-1999年，对华光礁Ⅰ号沉船遗址进行了抢救性试掘。2007-2008年，由中国国家博物馆水下考古研究中心（以下简称水下中心）组织，再次开展华光礁Ⅰ号沉船遗址的发掘工作。

2007年华光礁Ⅰ号沉船遗址第一阶段水下考古发掘之后，同年年底的大规模远离我国陆地的水下考古工作，取得了重要成果。根据水下中心的工作记载，不仅出水了一批船货，而且将整个船体用科学的方法拆解出水，在拆解的过程中对船体的结构和形制也有了更深入地了解，并获得了大批的第一手材料。虽然这艘船仅西半部保存较好，但根据对称原理这对复原古船有着极大的价值，对研究我国的造船史和海外交通史有着非常重要的意义。此次也是我国第一次真正意义上的水下考古发掘船体，出水的船体在国内也很罕见。水下残体的船板层数多，大部分有五层，局部有六层叠压，而且船板体量大，大部分主要船板长度均在五六米以上，最长的达14.4米，宽度也在30厘米以上，最宽的达48厘 米。此次提取有编号的船板共511块，采集有编号的船板48块，共装244厘米×47厘米×35厘米和244厘米×61厘米×35厘米两种规格的木箱177个，此外还采集了近100个样品，包括各部位的船板、艌料、珊瑚砂等。打捞出水后的沉船船板，现存放于海南省博物馆。

一、博物馆保护船板的测绘综合信息

2017年5月-7月在海南省博物馆船材保护中心实验室，武汉理工大学造船史研究中心负责了本阶段的测绘以及船材船板信息判别的工作。整个过程是从保护水池中把船材出水，然后进行现场的拼接，对每块船材的特征信息进行辨识、记录，然后进行后期的绘制及编撰（图1、2）。

需要说明的是，由于船板打捞出水的时间间隔较长，有很多原本较完整的船板已经碎裂成许多块，还有一些船板的编号缺失，这对扫描测绘工作造成了很大的阻碍，同时也极大地增加了后期复原工作的难度。此次对共计979块船材进行了拼接、测绘与绘制、特征判别与信息记录（图3、4）。

此船材左端有槽口，槽口深100毫米，槽口左端宽170毫米，槽口右端宽120毫米；龙骨上缘下缘翼板槽结构，宽50毫米，深60毫米（图4）；翼板槽中有钉孔，沿长度方向分布（左起）：190、340、500、900、1020、1170、1280、1380、1490、1620、1730、1870、1990、2140、2290、2770、2930毫米。

此船板板上有孔，孔距左端为：90、250、310、340、370、520、540、700、850、990、1150、1310、1400、1440、1620、1770、1790毫米。

二、龙骨的拼接与特征分析

根据水下考古现场发掘打捞记载：“龙骨除了艏龙骨破坏较严重外，主龙骨和艉龙骨则保存较好”，而存放在海南省博物馆中的船材构件，因为已经拆解，无法得到其连接形式，华光礁Ⅰ号宋代古船龙骨只留存了主龙骨和部分艏龙骨。综合打捞发掘现场及华光礁Ⅰ号沉船龙骨测绘的信息来看，该船装配有粗大的龙骨，主龙骨与艉龙骨连接方式采用凸凹榫榫接，榫头上用 4枚大钉钉连（图6、7、8、9）。从采用粗大龙骨与连接方式等方面分析，该船与大多数尖底海船结构类似，可 能属于福船型。

主龙骨南端与艉龙骨以凹凸榫相接，如图10。艏龙骨南端置于主龙骨北端凹槽内，推断为凹凸榫相接，如图12。上的历史地位。古代由于交通不便，造船所用的材料，一般都是就地选择上乘的适用于水上或海上的木材。闽船造船用料就用福建当地盛产的松、杉、樟、楠木。广船造船材料多采用荔枝木、樟木、铁力木等硬重的阔叶材。根据华光礁Ⅰ号沉船的用材，结合有关中国古代造船的特点等有关资料，它应为我国南方地区所造的船只。华光礁Ⅰ号沉船的用材有马尾松、香樟和杉木，这艘南宋古船可能是福建所造的船只。

三、商船是福船型的推断

华光礁Ⅰ号沉船破损十分严重，基本上无法从现有的残体中发现与船型相关的要素与特点。有鉴于此，只能通过船舶的功能、航区、船上文物和年代等外围条件，确定船型。

1998年国家博物馆和海南省文物部门初步试掘，出水文物约1800件。2007年，西沙考古队再次对华光礁I号沉船遗址进行考古发掘，出水文物近万件，绝大部分为福建和江西景德镇产的陶瓷器。华光礁Ⅰ号沉船的出水文物中有瓷器上记有“壬午载”干支纪年号，结合出水瓷器的断代，约为南宋高宗至孝宗〈宋高宗赵构在位的最后一年（1162年）是干支壬午年〉时期的古船。南宋时期，海外贸易十分发达。当时的泉州超过广州，成为全国最大港口。这一时期大量的商船，从泉州出发航行于海上丝绸之路，前往波斯湾、红海、东南亚、南亚、西亚，远达非洲、地中海诸国。所以华光礁Ⅰ号应是远洋航行从事国际贸易的商船。

南宋时期中国海上丝绸贸易繁盛，当时中国商船主要从广州、泉州、宁波、扬州地出发，到达波斯湾、红海，乃至北非和地中海沿岸国家，西沙海域是海上丝绸之路的必经之地[1]。从华光礁Ⅰ号这艘古代远洋贸易商船上打捞出的大量福建和江西景德镇产的陶瓷器来看，这艘远洋商船很可能是从福建泉州港出发的。

另外，我国古代航海的船只多为木材制造，不同的环境和场合，用途不同的船只对木材材质要求也不同。华光礁Ⅰ号的船龙骨和桅座的关键部位使用木质较坚硬的、加工容易、抗腐朽的香樟；对于船壳和船板这样长期与海水接触的部位，则采用耐水湿的马尾松；对于二层或以上船板的部位，从远洋承载角度，选用质量轻的杉木，这充分体现了我国古代劳动人们的非凡智慧。

广州、福建是中国古代的造船基地，广船、闽船也因此而得名。《泉南歌》记载“州南有海浩无穷，每岁造船通异域”，也充分说明了福建泉州在我国造船史

四、船长推测及线型生成

（一）船舶长宽尺度比的范围影响

L/B是影响船舶航海性能和船体强度的重要参数。较大型的木船因为材料和功能的特殊性，采用较小的长宽比是合理的。出土的历代木船都曾有过这类小长宽比的例证。文献记载，宝船的长宽比值2.466，基本上和泉州宋船的长宽比（2.52）、宁波宋船的长宽比（2.71）、新安元船的尺度比（2.8）相近（见表1）[2]。另据采访的老船工，造大型木船采用小的长宽比比较常见的，这与现代船大不相同。

表1 已出土的中国古船的长宽比值

根据现场发掘时水下实测图和板材编号进行拼装拟合，华光礁Ⅰ号沉船首朝西北，尾部保留较完整。残存龙骨及部分首柱长约16.3米，龙骨首部与首柱边接处起翘明显，高度已超出船底（基线）约1.5米，首轮廓的顺延趋势能够较好地把握。尾段龙骨和尾柱已不存在。参考泉州宋代古船和新安元代古船[3]，这一时期货船一般设有12或13道舱壁，所以，尾部至少还应设有一道横舱壁。

（二）横剖面形式的影响

由以上的研究表明，华光礁1号为福船型的可能性很大。文献记载该船型“上平如衡，下侧如刃”，即船身高大、船底尖痩、尖首方尾、首尾起翘。尖首尖底利于破浪。明代的有关文献对此都有记载，郑若曾《筹海图编》载：“福船高大如楼，可容百人。其底尖，其上阔，其首昂而口张，其尾楼高耸”；《明史·兵志四》载：“福船耐风涛，且御火”“底尖上阔，首昂尾高”；何汝宾《兵录》载：“福船高大如楼，底平身大，矌海深洋，回翔稳便” “顺风大洋长驱”。福船有粗大的龙骨和首柱、尖底、尾部呈马蹄形、设大拉、扇形帆，尤其适应于广阔海域的远洋航行。考古出土的宋、元及明代海船，也大都是采用福船船型（图13）。

通过泉州湾宋代沉船、宁波宋代海船[4]等考古发掘结果及其相关研究可知，宋元时期，闽粤沿海一带，为了满足官方和民间海运需求，建造了大量经济适用、船型相同、船长约在20多米至40米左右，排水量在300吨左右的货船。观察华光礁Ⅰ号沉船，有粗大的船底龙骨，若适用于远洋航行，船体的横截面为V形则耐波性更加突出，这种结构的船舶吃水较深，抗御风浪能力较强，更适合于南海航行。从发掘的龙骨与船侧板的连接看，似应为尖底，但侧板的变位严重尚难以确定横剖面线型的UV度。不同剖面形式进行残板拼接的话，会给最后的船长确定带来影响。我们按照福船横剖面形式来进行华光礁Ⅰ号沉船的船型复原及尺度推断（图14）。

接近船舯的E横剖面是本船保存最完整的横剖面。从龙骨至残存的舷顶横剖线展开长度达5.3米。再加上舷顶的大擸结构，横剖线展开长度将会超过6米。该剖面保存有比较多的外板、舱壁及舱壁肋骨，形状也是唯一能够进行较准确复原的横剖面。利用E剖面，如图15所示，能绘出该剖面的型线，并能大概得到古船的半宽和型深的近似尺度。

若根据泉州宋代古船和新安元代古船和宁波宋船的尺度比：L/B=2.52～2.82；B/D=2～2.6，则华光礁Ⅰ号沉船L=22.68～25.38米。

根据现场发掘时水下实测图，截取龙骨上表面边线，定出船底中纵剖面，并按照龙骨上翘趋势将艏龙骨补齐，在侧视图中绘制出船舶首尾轮廓线（图16），最后确定船长为24.6米。利用横剖线图和纵向轮廓图，作半宽水线和纵剖线，并经过三向光顺，完成型线图，再利用专业船舶三维设计软件进行建模仿真，最后可以得到华光礁Ⅰ号沉船复原方案的型线图及静水力数据。

五、对其他可能方案的思考

借鉴实验考古学方法的启发[5]，经过上述以测绘信息为基础的分析，并经过作图复原，进而能够得到一组沉船的主尺度计算，华光礁Ⅰ号沉船的复原尺度如表2所示。

表2 复原华光礁Ⅰ号主尺度及尺度比

从复原的型线及相关计算结果可以看出，华光礁Ⅰ号宋代古船具有与南宋时期的南洋海船共同的特点：呈V形的横剖线，使得舭部平缓，加上紧收的首尾水线，使水流要从斜剖线方向流向船尾。给予舵的足够供水，保证了船舶的操纵性。斜剖线的平缓也有利于弯板，改善施工工艺性。

虽然长宽比仅2.73，船体短肥，但深而尖的横剖面形状，使得方形系数只有0.4，舯剖面系数为0.6，从而使得船体湿表面积很小，摩擦阻力相对较小，从而弥补了因长宽比较小对快速性产生的不利影响。

宋代航行于南海的货船，具有小长宽比、V形的横剖面配合深吃水，既能保证船舶具有良好的稳性即抗倾覆的能力，又使船舶具有较好的适航性，横风作用下，船舶具有很好的抗漂能力。综合复原型线特点，华光礁Ⅰ号宋代古船具有稳性好、快速性合适、适航性能优良的特点，承袭了当时下西洋货船的一贯优良传统。

值得注意的是，这次华光礁Ⅰ号沉船的型线复原，是根据沉船残存情况同时参考型船（考古发掘的古船）来推测沉船可能的主尺度，并在验证主要尺度比是否符合一般船舶航行要求的基本规律的方式下完成的。由于横剖线型UV度及纵剖线首尾形状，难以根据现有的沉船遗址进行完全确认，所以主尺度会有一些变化范围，如在23～28米之间，船宽在8～10米之间，本次复原的方案是其中一种方案，将来在条件许可情况下，可以进一步结合总布置复原，模拟可能的几个方案来作进一步比较研究。