舰船建筑学

舰船建筑学

1769 年，圣三一号（Santísima Trinidad）

舰船建筑学，即造船工程，是设计在水面或水中使用的各类船舶的专业。

这门被称为舰船建筑学的高级设计艺术，诞生于文艺复兴与启蒙运动时期。它的出现，标志着船舶设计从工匠传统中脱离出来，开始将抽象数学应用于船舶设计、在图纸上绘制方案，并以更理性的方式进行整体设计。

从古代到文艺复兴，船舶设计只有一种传统：在这种民间技艺中，造船大师掌控着从选材伐木到船只下水的绝大多数生产流程，设计只是这门手艺的一部分。它依赖实践经验、审美意识，以及对水动力线型的敏锐眼光。

早期一些造船师会以适航性优秀的实船为范本进行模仿。最初，他们的设计借鉴自然形态，比如鱼类和水鸟的水下轮廓。英语中形容船只“鳕鱼头、鲭鱼尾”（船头钝圆、船尾瘦削）的说法，便源自这一设计传统。

当某些木船以出色的适航性闻名后，造船工匠便会复制它们的线型来建造新船。因此，中世纪欧洲各地的船只能够被归入如柯克船之类的通用类型，也就不足为奇。这种以手艺为基础的设计方式，在部分国家一直延续到 19 世纪。

纵观历史，舰船建筑学始终与政府造船计划紧密相连，因为新设计方法与配套体系的开发需要巨额资金投入。

威尼斯造船师是最早尝试用理论方法取代工匠式设计的群体。到 15 世纪初，他们已将加莱桨帆船的设计推向顶峰。为保留先进设计，威尼斯人发展出一套公式化方法：只需给出龙骨、船首柱、船尾柱和船舯剖面的尺寸，就能通过这套名为六分比例法的体系，从少数基本比例推导出其余的船体线型。

威尼斯人精通绘图，并将部分设计保留在图纸上。他们把数学方法记录在最早的造船专著中。从 15 世纪中后期开始，威尼斯造船师亲手撰写并传抄了多部此类著作。

其他海洋国家的造船师也开始发展自己的精密方法。16 世纪，西班牙造船师迭戈·加西亚·德·帕拉西奥出版了《航海术指南》，这是第一部大量印刷发行的造船专著。

欧洲早期这场发展理论造船方法并将其成书保存的运动，正式脱离了工匠式设计传统。此前，培养新一代工匠大师依靠的是学徒制与实操经验，而非书本知识。威尼斯人与西班牙人开启的这一进程，最终实现了船舶设计与建造的分离。

到 17 世纪，法国与西班牙、英国、荷兰争夺海上霸权。法王路易十四渴望海上贸易与海军强权，财政总监兼海军大臣让-巴普蒂斯特·柯尔贝尔全力满足这一目标。1661 年至 1683 年去世前，柯尔贝尔扩充了法国战舰的规模与数量、改进海军军官训练，并下令绘制大量海图以提升航行水平。

1666 年，他创立法兰西科学院，成为包括航海与船舶设计在内的科学研究平台。1680 年，柯尔贝尔召集法国顶尖造船师，研究如何最大化战舰的航速、机动性与火炮布置效率。该小组为各级战舰制定了标准尺寸，淘汰了民间承包商大量依靠经验的做法。

18 世纪，柯尔贝尔推动航海与造船的政策结出设计研究的果实。法国实验者率先使用船模试验池测试船型性能。此外，科学院还为船舶设计课题设立奖项，例如减小船舶横摇与纵摇的最佳方法、不依靠风帆推进船只的方案等。

法国的舰船建筑学著作成为当时世界公认的顶尖文献：

- 土伦海军学院耶稣会教授保罗·霍斯特于 1697 年撰写《舰船建造理论》，运用静力学与力学原理，为后世舰船建筑学著作奠定基础。

- 1746 年，皮埃尔·布盖完成影响深远的《舰船论》，创立了计算面积的梯形法则，成为现代舰船建筑学中许多流体静力学计算的基础。

- 1752 年，舰船建筑师与教师迪阿梅尔·迪蒙索出版《舰船建筑学基础》，该书被公认为 18 世纪最优秀的造船学著作之一，并被译为荷兰语、德语与英语。

法国是最早建立舰船建筑学专业教育机构的国家。柯尔贝尔在任期间，于布雷斯特、罗什福尔海军船厂创办海军建造学校，开始将船舶设计师与造船工匠分离，使舰船建筑学向工程学科转变。1765 年，法国进一步成立海军工程应用学校，专门培养海军建造师，这是世界上第一所系统教授船舶设计科学的学校。

英国在舰船建筑学上的起步晚于法国。英国人向来以拥有欧洲顶尖造船工匠著称，菲尼亚斯·佩特、安东尼·迪恩等英国造船大师均以战舰设计闻名。但如果不是依赖海外贸易与皇家海军的影响，英国或许不会启动造船工艺的理性化进程。18、19 世纪，英国必须控制维系经济的海上生命线，并依靠强大海军保护这些关键补给线。

拿破仑战争期间，英国开始采纳舰船建筑学的方法与体系。由于担心法国战舰设计优势会改变海上力量平衡，英国造船师与海军人员将重心转向战舰设计。一批英国顶尖数学家在法国人提出的原理之上，进一步完善了造船理论。

1790 年代，马克·博福伊上校开展了为期五年的研究，测试不同木质形体在水中的阻力。这是英国首次严肃研究流体形体的水阻力。1796 年，博福伊还牵头成立舰船建筑学改进学会，由民间人士与海军人员组成，共同推动船舶设计与建造研究。

在此期间，皇家船厂官员塞缪尔·本瑟姆与罗伯特·塞平斯对战舰建造方法做出了重大贡献。本瑟姆的多项举措中，包括为皇家海军造船工匠创办船厂学校。