工程技术

一、安庆军械所与轮船的试制

1861年，清两江总督曾国藩在安徽省会安庆设立 “内军械所”，这是我国兴办的近代军事工业之一。该所除生产火药、子弹、枪炮外，并研制出中国第一艘蒸汽推动的火轮船，揭开了我国近代造船史上新的一页，具有重要的现实和历史意义。

鸦片战争以后，西方列强在 “坚船利炮” 的掩护下不断侵犯我国。严酷的现实使清末的许多有识之士认识到，欲有效地抵御列强的入侵，中国也应尽快造出自己的坚船利炮。林则徐、魏源、丁守存、丁拱辰、郑复光等人对火轮船的构造及工作原理作过一些探讨，但都未能造出近代蒸汽轮船。曾国藩在安庆设立军械所后，把研制火轮船作为主攻任务之一。当时受聘来军械所担任这一研制任务的有徐寿、华蘅芳、吴嘉廉、龚之棠和徐建寅等人。

同治元年三月 (1862年4月)，曾国藩召见徐寿及华蘅芳，希望他们“不请洋师、洋匠，完全由中国人造出轮船”。他们接受任务后，四处收集有关资料，认真钻研消化，“推求动理，测算汽机”，并参观了一艘停泊在安庆的外国小火轮，经过三个月的努力，终于试制成我国第一台蒸汽机。清同治元年七月四日 (1862)，在安庆两江总督府内举行了第一台蒸汽机的公开运行试演。曾国藩看过试演后，在当天的日记中写道：“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也能为之，彼不能傲我以其所不知矣。”(《曾文正公手书日记》)这台蒸汽机汽锅用锌类合金制成，“汽缸直径是一又十分之七英寸，机器转速每分钟二百四十转”(《字林西极》，1868年8月31日)。第一台蒸汽机的研制成功，显示了中国人的才智和力量，为国人“愤西人专揽制机之利，谋所以抵制之”提供了武器，增长了信心。

徐寿等人仅用三个多月时间就完成了第一台蒸汽机的设计、制造和试验工作，在当时的历史条件下，作为一项开创性研究，其进展速度是相当快的。据考察，徐寿等人关于蒸汽机和火轮船的基本知识和设计思想主要来自两个方面，一者是英国医生合信(Benjamin Hobson，? ―1873) 编译的《博物新编》(1855年上海翻译) 该书中有 “热论”一章，其中介绍了冷凝低压蒸汽机和轮船的基本工作原理，并附有略图。另一者是魏源编的 《海国图志》 100卷本 (1852年印行)，该书第85卷载有三篇关于火轮船的文章，即《火轮船图说》、《火轮船说》和《火轮舟车图说》，第一篇为郑复光所撰，二、三篇均署名 “西洋人”所作。徐寿等人主要以 《火轮舟车图说》作为其蒸汽机设计蓝本 (钱志强 《对安庆内军械所设计的第一台船用蒸汽机蓝本的探索》，《船史研究》1995年第8期)。

第一台蒸汽机试制成功后，徐寿等立即进行木质船体的试制工作，开始制造火轮船。经过一年多的努力，制成一艘小型木质蒸汽轮船，于同治二年十月 (1863) 举行试航。试航时，轮船只行驶了一里路程就停了下来。曾国藩说这艘船 “行驶迟钝，不甚得法”。徐寿等人很快查出故障，原因是锅炉供气不足。他们立即改建锅炉，用炉管代换汽锅，使问题得到解决。(钱志强《中国第一台蒸汽机》，《95安徽大学学术活动月论文选粹》，安徽大学出版社1996年版)经过改造后，于1864年1月28日进行第二次试航，结果获得成功。试航时，曾国藩亲自登船在长江中航行，之后他在日记中写道：“新造之小火轮船，长约二丈八九尺，因坐至江中行八九里，约计一个时辰可行二十五六里。”并说“试造此船，并以次放大续造。” ( 《曾文正公手书日记》)

1864年，安庆军械所迁往南京. 徐寿等人在安庆试制轮船经验的基础上，继续研究改进，于1865年终于制成一艘新的木质明轮船. 这即是中国造船史上第一艘自制的实用性蒸汽轮船 “黄鹄”号。该船 “载重二十五吨，长五十五尺。高压引擎 (蒸汽机)。单汽缸，直径一尺，长二尺; 轮船的回转轴长十四英尺，直径二又五分之二英寸; 锅炉长十一英尺，直径二英尺六英寸，轮船有锅炉管四十九条，长八英尺，直径二英寸。” (杜石然主编《中国古代科学家传记》，科学出版社1993年版第1232页) 据《清史稿?徐寿传》记载，“黄鹄号”航速达每小时二十余里，“造器置机，皆出徐寿手制，不假西人”。

从第一台蒸汽机的试制到第一艘小轮船的试航，再到第一艘实用型蒸汽轮船的制成，标志着我国近代造船工业从无到有，实现了零的突破。正是在此基础上，江南制造局在徐寿等人的 “襄办”下，陆续制造出一大批轮船，为近代造船工业作出的重要贡献。

二、詹天佑及其成就

詹天佑 (1861―1919)，字眷诚，原籍安徽婺源 (今属江西省)，生于广东南海，1872年11岁时考入“留美幼童预备班”赴美留学，1878年以优秀的成绩毕业于美国纽海文中学。同年考入耶鲁大学土木工程系，学习铁路工程专业，1881年以优异成绩毕业，获学士学位。1881年自美国学成回国后，先后在福建船政局和广东水陆师学堂任教。1888年，詹天佑受聘参加修筑芦台到天津的铁路(以后延长为关内外铁路，即今京沈铁路前身)，这是他投身于中国铁路建设事业的开始。他是第一个担任铁路工程师的中国人，为祖国的铁路建设事业辛勤奋斗了一生。

1891年关东铁路开始修建，詹天佑在此工程中的突出贡献，是主持修建了技术难度很大的滦河大桥。由于滦河地质情况复杂，涨水时流速太大，建立桥基打桩很困难。筑路总工程师英国人金达 (C.W.Kinde) 先后聘请了英国、日本、德国工程师来承担建桥任务，但都因无法解决桥基打桩问题而连遭失败，最后请詹天佑主持修建。詹天佑分析了外国工程师失败的原因，仔细研究了滦河河床的地质情况，经过缜密的测量与调查后，决定改变桥址。在建筑桥墩时，他采用了压汽沉箱法 (金士宣、徐文述 《中国铁路发展史》，中国铁路出版社1986年版第257页)，并采取中国传统的用人潜入水下作业的方法，终于顺利地奠定了桥基，按期完成了大桥的建筑工程。滦河大桥长305米，是由中国工程师主持修建的一座近代铁路大桥，展示了中国人的智慧和勇气。

1894年，詹天佑以其在铁路工程中的出色成就，被英国工程师学会选为会员。这是外国人第一次吸收中国人参加他们具有相当权威性的学术团体。

詹天佑一生中最杰出的成就，是主持修建了著名的联结北京和张家口的京张铁路。京张铁路全长200多公里，经过燕山山脉，地势险峻。这条铁路是联结我国西北和华北的交通要道。修建这样一铁路具有重大的政治经济和军事意义。英国等帝国主义国家早就垂涎欲滴，图谋夺取这条铁路以控制我国北部。英国工程师金达曾勘测过这条铁路，发现其工程十分巨大，尤其是南口至岔道城一带的“关沟段”，要在悬崖绝壁上施工修路，穿过古称天险的长城要塞居庸关、八达岭，其工程的艰险程度在当时世界上是少见的。因此，当中国人将自己修建京张铁路的消息传出后，一些外国人讽刺讥笑说：“会修铁路通过关沟段的中国工程师还没有出世”; “中国人想不靠外国人自己修铁路，就算不是梦想，至少也要再过五十年才能实现”。他们认定中国人根本没有能力担负起如此艰巨的工程。

作为京张铁路总工程师的詹天佑，决心以事实来粉碎外国人的无耻谰言。他不辞劳苦，在崇山峻岭中反复勘测过三条线路，根据经费、工程和地形等条件，最后选现在的路线。对全线最困难的八达岭隧道，他在现场进行了反复勘测，大胆推翻了外国工程师的设计。按他们的设计，铁路在爬山时每升高1尺，至少要有100尺的线路，因而上升很慢，山腰隧道很低，需要开凿很长的隧道，费工费时。詹天佑决心把隧道抬高，以缩短其长度。他采用了两个办法：一是把升高1尺所需铁路长度，从100尺减为33尺，准备行车时用两个火车头牵引列车，以克服上下陡坡的困难; 二是在青龙桥车站附近，修筑一条 “人” 字形铁路，也用很陡的坡度，使列车先往西走一段，升高一层，然后折返再向东走一段，再升高一层，在原有有限回旋余地的半山中，把铁路大大抬高。这样，八达岭隧道的长度就降低到外国工程师设计的一半，大大节省了工程费用，缩短了工期。

京张线路四条隧道总长1645米。其中最长的八达岭隧道长1091米。为了缩短工期，詹天佑开凿八达岭隧道时，改变了传统的只从两端施工的方法，采用中部“凿开法”，即从山顶打下两口直井，达到路基后再分两头向洞口开凿，加上两端洞口，共有六个工作面同时施工，把一座长隧道变成三座短隧道，使工期大为缩短。詹天佑工作认真细致，测量打线都一再复核，尽力避免差错，八达岭隧道接通时，尺寸和原设计完全相符。在八达岭隧道施工过程中，曾经遇到渗水、塌方、通风等困难，詹天佑都以对祖国荣誉负责的态度，带领工程技术人员克服了这些困难，只用18个月就把八达岭隧道凿通，工期缩短了一半。

1909年8月，完全由我国自己筹资，完全由中国自己的工程技术人员勘测、设计和施工的京张铁路全部峻工，工期不满四年，比原计划提前两年完成; 工款共用白银600多万两，比原计划结余白银28万余两，工程费用只有外国承包商人原来索取价银的1/5，完全实现了詹天佑当初提出的 “花钱少，质量好，完工快”的三个要求，并且在我国首先采用了矿山炸药，最先引进和使用了火车自动挂钩，后被人称为“詹天佑钩”(张秉伦等《安徽科学技术史稿》，安徽科学技术出版社1990年版第360页)。

詹天佑是具有爱国主义思想的工程师，一贯主张依靠本国的力量发奋图强建设铁路。他在 《京张铁路工程纪略》一书自序中说：“或者继起之工不至借助他山、取材异地，尤为蒙所希冀者也。”在修建京张铁路过程中，他大胆使用了一批中国铁路工程人员，并有意识地制定了一整套培养工程人员的学习、考核和晋升办法，通过理论学习和实践锻炼，为祖国培养出一大批年轻的工程技术人员。这些人在我国以后的铁路建设事业中发挥了很好的作用。

京张铁路的建成，既具有重要的政治、经济和军事意义; 也极大的鼓舞了中华民族的自尊心和自信心，推动了广大民众要求向在华帝国主义企业“收回铁路权”、自办铁路的爱国运动。继京张铁路之后，詹天佑先后担任了川汉铁路总工程师兼会办、粤汉铁路公司总理兼总工程师等职，为发展祖国的铁路事业尽心尽力地工作。

1912年辛亥革命后不久，詹天佑发起组织了 “中华工程师会”(后改名“中华工程师学会”)，并被选为会长。他希望能把全国的工程技术人员团结起来，为建设富强的祖国而努力，但因辛亥革命的失败，封建军阀窃取了政权，詹天佑的理想无法实现。

1919年4月24日，这位杰出的爱国工程师积劳成疾，在汉口逝世。詹天佑为祖国的铁路事业贡献了毕生的精力。他不但指挥修建了一系列重要铁路工程，而且在工作中言传身教，培养了不少铁路技术人才，同时也整理撰写了如 《京张铁路标准图》、《京张铁路工程纪略》、《华英工程词汇》等一批中国铁路技术资料。

三、刘铭传与台湾第一条铁路

刘铭传，字省三，自号大田山人，安徽合肥人。1884年奉命督办台湾军务，筹备抗法;1885年10月台湾设省，他为第一任巡抚。任内除加强海防，整顿吏治和增加财政收入外，又开办铁路，煤矿以及新式学堂等事业。

发展铁路是刘铭传的一贯主张，早在1880年12月，刘铭传就向西太后和光绪帝上了《筹造铁路以图强折》，但未被采纳。他出任台湾巡抚后，又提议修建台湾铁路，指出修铁路不仅对加强海防有重大意义，而且 “非造铁路不足以繁兴商务、鼓舞新机”。1886年10月，刘铭传委派驻新加坡招商局的官员招股集资，拟修台湾铁路。其间，他拒绝了英国旗昌洋行愿意承办铁路的要求。他认为铁路是国家的“血脉”，断不能听任外国人垄断。由于南洋华侨的踊跃支持，两个月就集资白银70万两。1887年4月，刘铭传正式在台北设立铁路总局，任命林维源为督办，杨宗瀚为商务总办，并聘用外国技术人员担任设计、测量工作。1887年7月开始动工，先筑台北至基隆段，全长32公里，中间需开凿一条长达573米的狮球岭隧道，刘铭传亲在施工现场督阵。经过将近四年的艰苦努力，此段铁路于1891年竣工通车。台北至台南段也于1888年开始兴建，但由于经费短缺，修修停停，最后于1893年修到新竹县即告停工，全长68公里。台湾铁路是中国人自行集资、自行兴建、自行控制的第一条铁路，对于促进中国近代铁路建设和台湾近代工商业的发展，都有重要的影响。因此，刘铭传成为近代台湾史上妇孺皆知、有口皆碑的人物 (翁飞 《开发台湾的先行者一刘铭传传略》，《安徽著名历史人物丛书》 第2分册，中国文史出版社1991年版)。

四、程士范与淮南铁路

程士范(1892―1960)，名敷模，安徽绩溪人，1914年以第一名成绩毕业于北洋大学土木工程系。在安徽淮南兴建铁路，是程士范平生的一大愿望。1926年他应安徽港口煤矿的聘请，建造了从港口到水东的轻便铁路，并作有《皖省轻便铁路刍议》一文，极力主张兴建淮南铁路。1928年，他利用任安徽省建设厅技术职务之便，调查了淮南到裕溪口一带的地形、人口、物产、经济等等，念念不忘淮南铁路兴建。

随着淮南煤炭产量的增加，煤炭运输问题越来越突出，1933年，国民政府建设委员会决定着手建造淮南铁路，并聘请程士范负责。当时程士范任交通部邮政储金汇业总局副局长，待遇非常优厚，但为了实现兴建淮南铁路的夙愿，他不顾个人利益，毅然应聘，1934年2月，任淮南铁路工程处工程师兼处长。

由于国民党政府财政拮据，淮南铁路的建设经费是靠银行贷款支付的，而且由于数额较大，只能陆续分期筹借。程士范和他的同事们经过仔细研究，决定采取分段施工，限期完成的办法，把全线分为三段，第一段从田家庵到合肥，第二段从合肥到巢县，第三段从巢县到裕溪口江边，每段限期一年完成。这样不仅经费易于筹借，人力可以集中，而且可以建成一段，通车一段，边建设，边受益。

为了选择经济合理的线路，程士范带领工程技术人员在道路荒凉、匪盗出没的沿途步行往返十余次，拟定出多种方案，仔细加以选择。合肥至巢县段就曾经提出北路、中路、南路三条线路，最后选定经巢县龟山的中路，既避免了开凿一条长约3公里的隧道，又因为龟山低平，易于打通，而且开通石堑的山石，又可运向两头作为铁路道渣和其他建筑之用，省时省钱。

当时建造铁路的钢轨、机车全靠进口，枕木也大部分购自国外。淮南铁路施工中，程士范看到上海 《字林西报》 上先后载有外商廉价出售单边磨损的“废轨”和不合正规尺寸的6寸厚、6寸宽的枕木(正规尺寸为6寸厚、8寸宽)的广告。经过分析研究后，他决定购买这批废轨和枕木，采取换边使用的办法，使“废轨”与新轨有同样的使用价值; 采取每公里多铺设一些枕木的办法，使行车安全不受影响。由于大批利用了这些 “废轨” 和枕木，从而节省了大量资金。在向捷克斯可达公司订购机车时，程士范提出按淮南铁路的坡度和弯度改进机车，以增加其拉力和速度的意见。斯可达公司按程士范的意见改进后，提高了机车质量，增强了竞争能力，对程士范非常感激。

1935年12月31日，淮南铁路全线建成，工期不到两年。1936年秋正式举行通车典礼。全铁路的技术要求均合标准，当时规定国有铁路标准干线最大坡度为1.5%，淮南铁路上坡不逾0.6%，下坡不逾0.8%;弯道曲度除一处超过标准0.5度外，其余均在规定限度内; 最大弯道半径原定为572.99米，后因地形关系，有4处小于原数，但都位于车站附近或支线中。全线共长214公里，加上各站岔道约八九十公里，共300余公里，耗资850万元，平均每公里造价2.8万元，比预算的4万元节约1.2万元，是世界上造价最便宜的铁路，也是建造速度最快的铁路之一。当时国外一些报纸对此作了报道，通车典礼时外国使节纷纷派员参加，为中国人争了气 (石原皋 《忆程士范先生与淮南路》，《安徽史志通讯》1982年第2期; 张秉伦等《安徽科学技术史稿》，安徽科学技术出版社1990年版第361―362页)。