段海龍

(內(nèi)蒙古師范大學(xué) 科學(xué)技術(shù)史研究院, 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022)

鐵路技術(shù)移植中國(guó)的早期努力
——以京張鐵路的修建為例

段海龍

(內(nèi)蒙古師范大學(xué) 科學(xué)技術(shù)史研究院, 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022)

通過(guò)分析中國(guó)人早期獲得鐵路知識(shí)的過(guò)程,以及京張鐵路修建過(guò)程中儀器設(shè)備及原材料的購(gòu)置、隧道的開(kāi)鑿和橋梁的架設(shè)、詹天佑對(duì)國(guó)外鐵路技術(shù)的跟蹤等相關(guān)文獻(xiàn),探討鐵路技術(shù)在京張鐵路修建過(guò)程中的實(shí)施情況。認(rèn)為近代西方鐵路技術(shù)在該項(xiàng)工程中首次完全由中國(guó)人實(shí)施完成，在軌道鋪設(shè)等方面顯現(xiàn)出技術(shù)本土化的特點(diǎn)。受工業(yè)化程度所限,機(jī)車(chē)制造等技術(shù)移植到中國(guó),必定是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。

鐵路技術(shù) 移植 京張鐵路

近代鐵路產(chǎn)生于19世紀(jì)二三十年代的英國(guó),由于其運(yùn)輸功能強(qiáng)大很快被歐美國(guó)家接受。19世紀(jì)三四十年代,歐美掀起了第一輪興建鐵路的熱潮。隨著鐵路的修建,鐵路技術(shù)逐步在世界各地實(shí)現(xiàn)了移植。成功的技術(shù)引進(jìn)一定是與技術(shù)輸入國(guó)的狀況和需求相適應(yīng)的[1]。近代中國(guó)特殊的社會(huì)狀況,決定了鐵路技術(shù)的移植過(guò)程。以往對(duì)中國(guó)鐵路史的研究多側(cè)重于政治、外交與經(jīng)濟(jì)等因素對(duì)鐵路建設(shè)的影響,如《帝國(guó)主義與中國(guó)鐵路(1847—1949)》[2]和《中國(guó)鐵路：金融與外交(1860—1914)》[3]等所述。王斌博士的《近代鐵路技術(shù)向中國(guó)的轉(zhuǎn)移——以膠濟(jì)鐵路為例(1898—1914)》[4]一書(shū)是近年來(lái)出現(xiàn)的專(zhuān)門(mén)研究鐵路技術(shù)移植中國(guó)的重要成果之一。本文擬以京張鐵路為例,考察其建設(shè)的過(guò)程,探討鐵路技術(shù)在京張鐵路修建過(guò)程中的移植情況,以及這一過(guò)程對(duì)中國(guó)近代鐵路建設(shè)的影響。

1 京張鐵路之前的鐵路輸入

19世紀(jì)三四十年代,有關(guān)鐵路的報(bào)道開(kāi)始出現(xiàn)在傳教士及國(guó)內(nèi)人士創(chuàng)辦的期刊書(shū)籍中。1865年,英國(guó)商人杜蘭德(Durant)在北京宣武門(mén)外建了一段窄軌鐵路,首次向民眾展現(xiàn)了火車(chē)。1876年,淞滬鐵路由在華洋商修成運(yùn)營(yíng),一年之后被拆除。從19世紀(jì)60年代開(kāi)始,西方國(guó)家嘗試將鐵路引入中國(guó),以獲取巨額的經(jīng)濟(jì)利益。李鴻章在19世紀(jì)60年代表明自己對(duì)鐵路的看法：“只有中國(guó)人自己修建的鐵路才能為中國(guó)服務(wù)?！?[3],3頁(yè))1881年，在李鴻章的授意下,唐胥鐵路建成,拉開(kāi)了中國(guó)土地上建設(shè)鐵路的帷幕。

在修建京張鐵路之前,我國(guó)已經(jīng)修建了數(shù)條鐵路,這些鐵路的共同之處是總工程司*“司”為技術(shù)職責(zé)稱(chēng)號(hào),“師”是科學(xué)技術(shù)職業(yè)稱(chēng)號(hào), 建國(guó)后統(tǒng)一為“師”。清代總工程司全權(quán)負(fù)責(zé)工程建設(shè)。都由外國(guó)人承擔(dān)。甲午戰(zhàn)爭(zhēng)之前,聘用外國(guó)人的主要原因是國(guó)內(nèi)尚無(wú)能夠勝任這一要職的人選；甲午戰(zhàn)爭(zhēng)之后,總工程司成為了資本輸出國(guó)的附屬輸出,列強(qiáng)試圖利用資金與工程司來(lái)控制路權(quán),以達(dá)到他們的目的。

雖然鐵路出現(xiàn)在中國(guó)的土地上,但鐵路技術(shù)未能完整地被中國(guó)人掌握并實(shí)踐。在技術(shù)移植方面,由于總工程司都由外國(guó)人擔(dān)任,鐵路建設(shè)從路線(xiàn)選擇、勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工,到運(yùn)營(yíng)管理都由外國(guó)人把控,中國(guó)的技術(shù)人員只能承擔(dān)一些技術(shù)含量較低的建筑任務(wù)。鐵路技術(shù)只是在鐵路修建過(guò)程中被部分引進(jìn)。值得肯定的是,通過(guò)鐵路的修筑,輸入了外國(guó)的鐵路工程師,培養(yǎng)了中國(guó)第一批筑路工人,逐步成為之后鐵路建設(shè)的重要力量。第一條鐵路唐胥鐵路是由英國(guó)工程師主持修建,采用了1.435米的軌距(之后成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn))。工程師金達(dá)(C. W. Kinder)主持了中國(guó)多條鐵路的修建,并都采用此標(biāo)準(zhǔn),為之后我國(guó)統(tǒng)一軌距奠定了良好的基礎(chǔ)。

由于各國(guó)工程師修建鐵路的標(biāo)準(zhǔn)(如軌距)都參照本國(guó)標(biāo)準(zhǔn),在中國(guó)的土地上出現(xiàn)了不同規(guī)制的鐵路線(xiàn),不僅影響了路線(xiàn)之間列車(chē)的調(diào)度,還阻礙了中國(guó)鐵路標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程。在建筑材料方面,為了傾銷(xiāo)本國(guó)產(chǎn)品,各國(guó)爭(zhēng)相兜售本國(guó)的原材料,抑制了中國(guó)工業(yè)發(fā)展。同時(shí),中國(guó)技術(shù)人員無(wú)法接觸到國(guó)外先進(jìn)技術(shù),延緩了鐵路技術(shù)向中國(guó)的移植。

2 鐵路技術(shù)知識(shí)的學(xué)習(xí)與引進(jìn)

鐵路技術(shù)的知識(shí)引進(jìn),主要表現(xiàn)在國(guó)外學(xué)習(xí)與國(guó)內(nèi)培訓(xùn)兩個(gè)方面。

2.1 國(guó)外學(xué)習(xí)鐵路知識(shí)

1872年,清政府首派幼童到美國(guó)學(xué)習(xí)西方科技。1881年,分4批派出的幼童全部被召回。在這些人中,一部分學(xué)習(xí)了鐵路技術(shù),其中最具代表性的人物是詹天佑。

幼童初到美國(guó)時(shí),尚無(wú)明確的學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè),只是“送赴泰西各國(guó)書(shū)院學(xué)習(xí)軍政、船政、步算、制造諸學(xué),約計(jì)十余年,業(yè)成而歸,使西人擅長(zhǎng)之技,中國(guó)皆能諳悉,然后可以漸圖自強(qiáng)”([5],183—186頁(yè))。1877年,駐英大使郭嵩燾在致李伯相的信中說(shuō)：“嵩燾欲令李丹崖攜帶出洋之官學(xué)生改習(xí)相度煤鐵及煉冶諸法,及興修鐵路及電學(xué),以求實(shí)用?！盵6]考慮到詹天佑等第一批留美幼童是在1878年開(kāi)始上大學(xué),郭嵩燾極有可能在他們的專(zhuān)業(yè)選擇方面起到了指引作用。詹天佑在美期間,正值美國(guó)大修鐵路時(shí)期。尤其是在1876年,為慶祝建國(guó)100周年,美國(guó)在費(fèi)城舉辦了百年博覽會(huì)。期間美國(guó)西部客運(yùn)鐵路公司(The West and Passenger Railway Company)在博覽場(chǎng)地內(nèi)修建了3英里長(zhǎng)的一段鐵路供游客參觀和乘坐,詹天佑等人在容閎的帶領(lǐng)下參觀了博覽會(huì)([7],22頁(yè))。這可能促使了詹天佑等人選擇學(xué)習(xí)鐵路工程專(zhuān)業(yè)。

1878—1881年間,詹天佑在耶魯大學(xué)(Yale University)雪菲爾德理工學(xué)院(Sheffield Scientific School)土木工程系(Civil Engineering Course)專(zhuān)修鐵路工程專(zhuān)業(yè)。根據(jù)現(xiàn)有資料記載,詹天佑入讀的土木工程系入學(xué)考試必須通過(guò)英文、美國(guó)史、地理、拉丁文、算術(shù)、代數(shù)、幾何、三角及英國(guó)史等課程。大學(xué)期間,第一學(xué)年主要學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論知識(shí),如德文、英文、解析幾何、物理、化學(xué)、球面三角學(xué)、力學(xué)、自然地理、植物學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué),也有少量專(zhuān)業(yè)課如工程制圖、等角投影繪圖學(xué)。第二學(xué)年專(zhuān)業(yè)課程分量有所增加，課程有數(shù)學(xué)(含微積分)、測(cè)量學(xué)、投影幾何學(xué)、德文、法文、力學(xué)、地形測(cè)量學(xué)等。第三學(xué)年加強(qiáng)了野外實(shí)測(cè)專(zhuān)業(yè)課程,同時(shí)更注重工程理論的學(xué)習(xí)等；課程有野外工程學(xué)、鐵路路線(xiàn)勘測(cè)學(xué)、路基土方計(jì)算、鑿巖工程學(xué)、地質(zhì)學(xué)、礦業(yè)學(xué)、法文、橋梁及房屋結(jié)構(gòu)學(xué)、工程材料學(xué)、蒸汽機(jī)動(dòng)力工程學(xué)、水力學(xué)、天文測(cè)量學(xué)([7],23—24頁(yè))。以上課程,幾乎涵蓋了鐵路工程的方方面面。詹天佑系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了西方鐵路技術(shù),成為中國(guó)掌握鐵路修建技術(shù)的第一人。之后的3批留美幼童中,有十幾人學(xué)習(xí)鐵路專(zhuān)業(yè),但都沒(méi)有完成大學(xué)學(xué)業(yè),只是學(xué)習(xí)了一年或兩年的課程,但這些人(例如鄺孫謀)在接觸西方科技之后,回國(guó)經(jīng)過(guò)實(shí)踐鍛煉,也掌握了鐵路建設(shè)技術(shù)。赴美幼童修習(xí)鐵路技術(shù),為鐵路技術(shù)移植中國(guó)做了必要準(zhǔn)備。

2.2 國(guó)內(nèi)培養(yǎng)鐵路技術(shù)人才

隨著國(guó)內(nèi)鐵路路線(xiàn)的逐步延伸,清政府日益感到維修、管理鐵路的人員匱乏,開(kāi)始培養(yǎng)鐵路人才。

1888年,為緩解唐津鐵路技術(shù)人員嚴(yán)重短缺問(wèn)題,李鴻章在天津北洋武備學(xué)堂開(kāi)辦了中國(guó)歷史上第一個(gè)鐵路班,專(zhuān)門(mén)培養(yǎng)鐵路技術(shù)人才。根據(jù)《洋務(wù)運(yùn)動(dòng)中來(lái)華洋匠名錄》[8],先后有7位德籍工程師為該鐵路班執(zhí)教,學(xué)堂初始以教授鐵路工程和行車(chē)運(yùn)輸為主。第一任總教習(xí)是包爾·格奧爾格(Bauer, Georg, 1859—1935),1889年來(lái)華。其他6位分別是瞿恩圖(1890年來(lái)華)、李寶(Major Pauli, 1885年來(lái)華)、崔發(fā)錄(1885年來(lái)華)、哲寧(1885年來(lái)華)、那珀(1885年來(lái)華)、巴恩壬(1885年來(lái)華)。

武備學(xué)堂專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的內(nèi)容有“中國(guó)經(jīng)史、天文、輿地、格致、測(cè)繪、算學(xué)、化學(xué)、德文、英文、炮臺(tái)設(shè)置、馬步炮隊(duì)操練陣式、槍炮技藝、營(yíng)壘工程等”[9]。 目前尚未找到北洋武備學(xué)堂鐵路班的具體課程設(shè)置?？梢钥闯?該學(xué)堂引入了西方科學(xué)內(nèi)容,理論與實(shí)踐并行,鐵路班的教學(xué)應(yīng)該秉承此法。以包爾為代表的德籍教師盡心竭力,教學(xué)方法得當(dāng),學(xué)生收獲頗豐。關(guān)內(nèi)外鐵路總工程司金達(dá)在1896年5月4日請(qǐng)求創(chuàng)辦山海關(guān)鐵路學(xué)堂的報(bào)告中,對(duì)北洋武備學(xué)堂派來(lái)的12名學(xué)生評(píng)價(jià)：“該學(xué)生到工以來(lái),亦頗增識(shí)見(jiàn),較諸前向香港及電報(bào)學(xué)堂招來(lái)助理工程師者,尤為干練?！笨梢?jiàn)這批學(xué)生獲得的工程知識(shí)不錯(cuò)[10]。該班首屆學(xué)生約有學(xué)生20人,其中12名學(xué)生于1892年冬畢業(yè),均被分配到關(guān)內(nèi)外鐵路參加新線(xiàn)修建工程[11]。

中國(guó)第一所鐵路專(zhuān)門(mén)學(xué)堂是山海關(guān)北洋鐵路官學(xué)堂(Imperial Chinese Railway College),1896年由津榆鐵路總局(北洋鐵路總局)創(chuàng)辦,是今西南交通大學(xué)的前身。該學(xué)堂以學(xué)習(xí)鐵路鋪設(shè)技術(shù)為主,較少涉及機(jī)車(chē)技術(shù)([12],18頁(yè)),先后由英國(guó)教授史卜雷(E. Sprague)、英國(guó)人葛爾飛(D. P. Griffith)任總教習(xí)。1905年之前該學(xué)堂一直由外籍教師講授專(zhuān)業(yè)知識(shí)。1896年,該學(xué)堂開(kāi)設(shè)的“鐵路工程”專(zhuān)業(yè)學(xué)制為3年,1900年停辦；1905年復(fù)校后改為4年。到1900年4月，17人獲畢業(yè)證書(shū),其中有之后參與京張鐵路建設(shè)的耿瑞芝、蘇以昭等人。山海關(guān)鐵路學(xué)堂開(kāi)設(shè)與鐵路技術(shù)相關(guān)的課程有：

算學(xué): 算術(shù)、代數(shù)、幾何、求積法、三角、解析幾何及微積分原理

物理: 普通物理

力學(xué): 靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)及流體靜力學(xué)、工程及材料力學(xué)、機(jī)械及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

制圖: 徒手畫(huà)、幾何及透視、機(jī)械圖及土木工程圖

測(cè)量: 定(放)線(xiàn)及土方計(jì)算、鐵路曲線(xiàn)、道岔、道口、普通測(cè)量及水平測(cè)量

機(jī)械: 機(jī)械原理、工程機(jī)械設(shè)備

鐵路工程: 路基、橋梁、涵洞([12],21—22頁(yè))

從課程內(nèi)容可以看出,學(xué)堂注重講授基礎(chǔ)理論知識(shí),如算學(xué)、力學(xué)、物理等,也有實(shí)踐性很強(qiáng)的機(jī)械圖及土木工程圖、路基、橋梁、涵洞等，所設(shè)課程多與鐵路鋪設(shè)密切相關(guān),較少有涉及機(jī)車(chē)車(chē)輛。

山海關(guān)鐵路學(xué)堂因1900年八國(guó)聯(lián)軍入侵而中斷,在3年多的時(shí)間里,培養(yǎng)出了37名結(jié)業(yè)和正式畢業(yè)的鐵路技術(shù)人才,這是我國(guó)本土培養(yǎng)的第一代土木工程科的技術(shù)人才,在近代的鐵路建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。

北洋武備學(xué)堂鐵路班和山海關(guān)鐵路學(xué)堂的教學(xué)活動(dòng)是西方鐵路技術(shù)向中國(guó)移植的重要渠道。它們都聘請(qǐng)外籍工程師,引進(jìn)國(guó)外教學(xué)體系,使用國(guó)外圖書(shū)作為教材,講授當(dāng)時(shí)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)知識(shí)。從效果來(lái)看,兩校在本土鐵路工程技術(shù)人員的培養(yǎng)方面非常成功。1903年前后,各地以不同形式開(kāi)辦了一批鐵路學(xué)堂[13],在一定程度上補(bǔ)充了中國(guó)鐵路建設(shè)人才隊(duì)伍。

3 京張鐵路的修建——鐵路技術(shù)的本土化嘗試

京張鐵路是第一條完全由中國(guó)人修建的干線(xiàn)鐵路,幾乎調(diào)集了分布在全國(guó)各條鐵路線(xiàn)上的中國(guó)工程師參與建設(shè)。詹天佑在《京張鐵路工程紀(jì)略》中寫(xiě)道：“本路工程始終出力各員為: 正工程司顏君德慶、陳君西林、俞君人鳳、翟君兆麟,工程司柴君俊疇、蘇君以昭、張君俊波等,余繁不及備載?！边@8人中,顏德慶有留美經(jīng)歷,陳西林、俞人鳳、翟兆麟、柴俊疇4人為天津北洋武備學(xué)堂鐵路工程班1893年首批畢業(yè)生,張鴻誥、蘇以昭和張俊波為山海關(guān)鐵路學(xué)堂畢業(yè)生。除這8人外,在京張鐵路供職的還有北洋武備學(xué)堂1893年鐵路工程班首批畢業(yè)生沈琪,山海關(guān)學(xué)堂畢業(yè)學(xué)員耿瑞芝、李鴻年、劉德源、趙杰、周鳳侶、胡兆蓉、俞妙元、王桂心、張可銘、邵善閶、馬聯(lián)升等。

國(guó)外留學(xué)和國(guó)內(nèi)培養(yǎng)的第一批鐵路技術(shù)人才,是中國(guó)自主修建鐵路的主要力量。

3.1 設(shè)備與材料的購(gòu)置

京張鐵路初建時(shí),中國(guó)工業(yè)尚處于初級(jí)階段,很多基礎(chǔ)設(shè)備和建筑材料都需要從國(guó)外購(gòu)進(jìn)。京張鐵路采購(gòu)的原料和機(jī)器設(shè)備大多通過(guò)招標(biāo)方式購(gòu)自英美,也有一部分購(gòu)自日本、比利時(shí)等國(guó)。

1906年3月26日,詹天佑致信美國(guó)紐約州特羅伊城(Troy N.Y.)古爾比商行(Wessrs.W.& L.E.Gurby),請(qǐng)他提供1份土木工程師及測(cè)量師所用測(cè)量?jī)x器目錄,以及科學(xué)技術(shù)圖書(shū)目錄。1906年10月23日的信中顯示,詹天佑從美國(guó)購(gòu)回了鋼卷尺([14], 26—27頁(yè))。1907年2月21日詹天佑寫(xiě)信向倫敦英國(guó)特勞頓·西姆斯(Troughton & Simms)制造廠購(gòu)買(mǎi)用于京張鐵路的測(cè)量?jī)x器：

1.1架第24號(hào)、5英寸測(cè)量經(jīng)緯儀。讀至30秒、具有圓盤(pán)羅盤(pán)儀及對(duì)向裝置讀數(shù)鏡,具有軸向水準(zhǔn)器及反光鏡,具備三支腳螺旋及鎮(zhèn)定鈑以及可移動(dòng)對(duì)中十字線(xiàn)玻璃片上刻有視距線(xiàn)——31英鎊。

2.1件最優(yōu)質(zhì)便攜式皮箱——2英鎊5先令。

3.1件附加經(jīng)緯儀用讀數(shù)放大鏡。

4.1件附加十字線(xiàn)玻璃片,上刻有視距線(xiàn)。

5.1架第12號(hào)、16英寸特勞頓·西姆斯水準(zhǔn)儀,無(wú)羅盤(pán)儀,具備三支腳螺旋及十字線(xiàn)玻璃片——15英鎊。

6.1件最佳便攜式皮箱——1英鎊17先令6便士。

7.1件附加水準(zhǔn)儀用十字線(xiàn)玻璃片。

注意: 上述儀器、三腳架、皮箱均須印有T. Y. Jeme字樣。([14],36頁(yè))

信中提及的經(jīng)緯儀(見(jiàn)圖1)*圖片采自中國(guó)革命博物館編《中國(guó)革命博物館藏品選》(文物出版社,2003)和皮箱,現(xiàn)存于中國(guó)革命博物館,為國(guó)家一級(jí)文物。儀器縱38cm,橫33.5cm,高21cm,銅質(zhì)。儀器上所印的字樣為詹天佑之廣東語(yǔ)音英文拼音名。

圖1 詹天佑測(cè)繪京張鐵路使用的儀器(左)與儀器上加印的“T. Y. JEME”字樣(右)

鋪軌所用的石碴是由詹天佑自開(kāi)自采的,除供本路使用還對(duì)外出售,即“開(kāi)源節(jié)流”。枕木等多通過(guò)日本洋行采購(gòu)([15],1832頁(yè))。鋼橋上使用的鋼梁購(gòu)自英國(guó)([16], 212—213頁(yè))。水泥大多通過(guò)洋行從德國(guó)進(jìn)口([14],12頁(yè))。鋼軌是鐵路建設(shè)必需材料,使用量很大。京張鐵路初建時(shí)期,為降低成本,低價(jià)購(gòu)買(mǎi)了其它鐵路的舊鋼軌來(lái)用([16], 136頁(yè))。由于漢陽(yáng)鐵廠生產(chǎn)的鋼軌質(zhì)量不穩(wěn)定,京張鐵路其余所用鋼軌多通過(guò)洋行采購(gòu)。

按照詹天佑最初設(shè)想,京張鐵路所有機(jī)車(chē)和車(chē)輛均從唐山機(jī)車(chē)廠采購(gòu)([14],1頁(yè)),唐山制造廠生產(chǎn)的機(jī)車(chē)也主要是組裝國(guó)外購(gòu)回的零部件。但是唐山制造廠的機(jī)車(chē)制造能力有限,只能生產(chǎn)客貨車(chē)輛,因此本路機(jī)車(chē)多購(gòu)自國(guó)外。尤其是關(guān)溝段路況特殊,詹天佑專(zhuān)門(mén)從美國(guó)定購(gòu)了馬萊機(jī)車(chē)([16],241頁(yè))。

京張鐵路的一些主要的建筑原料和機(jī)車(chē)都是購(gòu)自國(guó)外,說(shuō)明京張鐵路建設(shè)的技術(shù)移植過(guò)程是不徹底、不完全的。

3.2 技術(shù)實(shí)施的本土化：京張鐵路的修建

京張鐵路全由華人修建,引進(jìn)國(guó)外儀器設(shè)備同時(shí),需要借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn),但具體實(shí)施還要結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r。京張鐵路的鋪軌過(guò)程,是鐵路技術(shù)本土化的一個(gè)重要表現(xiàn)。

鋪設(shè)鋼軌初始,由于缺少機(jī)車(chē)和車(chē)輛運(yùn)送鋼軌,工人們只能用線(xiàn)路搖車(chē)以人力推送軌料到軌道盡頭。所有木工作業(yè)都由該路自行完成([16],147頁(yè))。

京張鐵路工程中,最為艱難的是開(kāi)鑿八達(dá)嶺隧道。此處地況復(fù)雜,石質(zhì)堅(jiān)硬,長(zhǎng)度達(dá)3000英尺,外國(guó)人認(rèn)為中國(guó)人自己不能修建京張鐵路的主要原因就是此處隧道修建困難。1906年4月日本人雨宮敬次郎向袁世凱建議使用機(jī)器開(kāi)鑿([15],1852頁(yè)),后英國(guó)工程師建議由外國(guó)人包辦,他們都認(rèn)為不使用先進(jìn)的器械無(wú)法完成該隧道開(kāi)鑿。但這些都被詹天佑拒絕。為了節(jié)省機(jī)器成本,詹天佑不愿高額購(gòu)置先進(jìn)機(jī)械([17],7頁(yè))。工人們最初采納詹天佑的建議使用鑿巖機(jī),但之后發(fā)現(xiàn)鑿巖機(jī)在操作中困難很多,使用不便,遂改用手鉆,開(kāi)鑿的速度更快([16],149,151頁(yè))。開(kāi)鑿工程十分艱難,詹天佑在《京張鐵路工程紀(jì)略》有如下詳細(xì)記載：

鑿洞工程每端用小工六十名為一班,置監(jiān)工一人。以四十名為鑿工,余二十名為連運(yùn)土石者。鑿工以?xún)扇藶橐慌?一人持鋼釘,一人持鐵錘,輪流施鑿。每四小時(shí)能鑿孔一寸二分深約二尺余?？准辱彸?乃由工頭裝納炸藥。……每班八小時(shí)能轟二次,每一晝夜可開(kāi)洞二尺至三尺不等。([17],115—116頁(yè))

為了加快工程進(jìn)度,在保證安全的情況下,詹天佑試用礦山常用的拉克洛(Rackarock)炸藥,發(fā)現(xiàn)效果很好,便將其首次用于開(kāi)挖隧道：

為了安全緣故,我們正在使用拉克洛炸藥。我們這里的工人都愿意使用它,這種炸藥爆破時(shí)無(wú)危險(xiǎn),但其爆破力和硝酸甘油炸藥相同。([16],187頁(yè))

京張鐵路途經(jīng)橋梁多達(dá)數(shù)十處,在跨度大的地方,采用“歐美新創(chuàng)”([17],92頁(yè))的鋼架橋。懷來(lái)河大橋位于康莊至張家口間,為該路最長(zhǎng)的鋼橋,其橋墩高出地面兩丈多,橋梁用四條當(dāng)時(shí)比較新式的工字形鋼梁鉚合而成。重17噸的橋梁完全由人工安置完成(見(jiàn)圖2)。

當(dāng)此鋼梁尚未運(yùn)到之先,用十四寸方木四條分兩層置于墩上,將道木鋼軌釘妥,中用螺閂系緊,可免方木傾倒之虞,河底則木建成長(zhǎng)式方臺(tái),以為工人立足之處,并可保其危險(xiǎn)。迨軌道敷至該處,用機(jī)車(chē)將橋梁分二次運(yùn)來(lái)。另以道木接臺(tái)于道隄之旁,將橋梁漸次移于臺(tái)上,然后以道木逐次取去,使橋梁得置于軌道間。鋼軌頂用油刷遍,再橫置短軌兩條,令橋梁乘于短軌之上,以粗繩系于橋梁之一端,使數(shù)十工人負(fù)繩而走；另備大鐵撬桿數(shù)根,工人各執(zhí)撬桿將橫置短軌撥向前進(jìn),以助負(fù)繩者之猛力而能勇往直前。……如橋梁已置于橋墩方木之上,則用千斤頂數(shù)座將梁之兩端承妥,然后方木移至墩旁。再以他之一座如前發(fā)裝置,共需二十余小時(shí)。俟兩座裝妥,用鍋釘將花梁角鐵鉚成一座。

圖2 人工架設(shè)橋梁示意圖。采自《京張鐵路工程紀(jì)略》(1915)

該橋由詹天佑設(shè)計(jì),由翟兆麟副工程司具體設(shè)計(jì)并指導(dǎo)施工。當(dāng)時(shí)設(shè)備簡(jiǎn)陋,抽水用農(nóng)田灌溉的水車(chē),打樁靠人力拉拽的落錘,鋼梁桿件均用騾車(chē)運(yùn)達(dá)工地進(jìn)行組拼[18]。

鐵路的鋪設(shè)工作是鐵路建設(shè)的重要環(huán)節(jié),鋪設(shè)質(zhì)量直接影響火車(chē)的行駛。在開(kāi)鑿隧道和架設(shè)橋梁工作中,中國(guó)技術(shù)工人結(jié)合實(shí)際情況,出色地完成了任務(wù)。京張鐵路完全由中國(guó)人鋪設(shè),首次實(shí)現(xiàn)了鐵路鋪設(shè)技術(shù)的完全移植。

3.3 信息的實(shí)時(shí)追蹤

從1881年詹天佑回國(guó)到1905年主持京張路工程的20多年間,西方鐵路技術(shù)又有了較大的發(fā)展。詹天佑通過(guò)書(shū)信咨詢(xún)、購(gòu)買(mǎi)書(shū)籍等方式獲取西方最新鐵路技術(shù)信息。

1906年3月24日,詹天佑在給美國(guó)的同學(xué)信中說(shuō)：“我一直希望再有機(jī)會(huì)到美國(guó)去,為了能學(xué)到更多的事物,特別是在鐵路方面。這一方面我現(xiàn)有的學(xué)識(shí)不夠,今天已有多么大的進(jìn)步和多少發(fā)明啊!”表達(dá)了他對(duì)新知識(shí)的無(wú)限渴望。1906年10月23日,詹天佑給美國(guó)伊利諾大學(xué)布雷肯里奇教授的信中說(shuō)：“請(qǐng)為我購(gòu)買(mǎi)你和你們土木工程系教授認(rèn)為對(duì)我有用的書(shū)籍。有一書(shū)是我無(wú)論如何也都想買(mǎi)到的,那就是介紹發(fā)明家和敘述起源的鐵路史。另外,我還需要一本土木工程和機(jī)械工程名詞的詞典?！?[14],26—27頁(yè))書(shū)單顯示,有《鐵路工程師外業(yè)用書(shū)》《金屬橋梁設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)原理》《賓夕法尼亞(Pennsylvania)鐵路》《山洞工程、炸藥和鑿巖》《蒸汽機(jī)問(wèn)答卷1、2》《蒸汽機(jī)車(chē)運(yùn)行和管理》等書(shū)籍,而且他的要求是“所有書(shū)籍均要最新版本的”?？梢钥闯?詹天佑非常重視發(fā)明家和鐵路發(fā)展史的情況,并及時(shí)跟蹤國(guó)外關(guān)于橋梁設(shè)計(jì)、隧道工程及蒸汽機(jī)車(chē)技術(shù)發(fā)展的科技最新動(dòng)態(tài)。

除了購(gòu)買(mǎi)最新版的圖書(shū),詹天佑還訂購(gòu)期刊。1906年10月23日,詹天佑給美國(guó)康州紐哈芬城的畢奇洛寫(xiě)信([14],27頁(yè)) 購(gòu)買(mǎi)紐約出版的1906年8月23日以來(lái)各期《工程新聞》(EngineeringNews)。在多封信中,詹天佑都提到《工程新聞》,這應(yīng)該是詹天佑在美期間經(jīng)常閱讀的期刊。1908年1月11日,詹天佑又給美國(guó)伊利諾大學(xué)布雷肯里奇寫(xiě)信([14],49—50頁(yè))：“《工程新聞》出版公司的圖書(shū)目錄終于見(jiàn)到了,我現(xiàn)在將購(gòu)書(shū)單寄上,希望你為我購(gòu)買(mǎi),前三冊(cè)是目錄中沒(méi)有的,如能買(mǎi)到時(shí),望代購(gòu)買(mǎi)”。可見(jiàn),《工程新聞》是詹天佑回國(guó)后及時(shí)了解國(guó)外工程技術(shù)發(fā)展的重要讀物,借此了解國(guó)外科技新聞及最新出版的圖書(shū)。

此外,詹天佑在京張鐵路建筑中遇到問(wèn)題也會(huì)及時(shí)向國(guó)外友人咨詢(xún)。1906年9月21日,詹天佑給美國(guó)賓州匹茲堡的洛德(E. P. Lord)寫(xiě)信：

高興地得知你在從事機(jī)車(chē)制造工作,可否給我一份產(chǎn)品目錄？我這里有一項(xiàng)艱巨的工作,此處有長(zhǎng)約12英里的鐵路,其坡道幾乎連續(xù)為1/30,又無(wú)其他線(xiàn)路可選,在這樣的陡坡道上行駛的機(jī)車(chē),你生產(chǎn)過(guò)沒(méi)有？我們的車(chē)輛大多為30噸車(chē),有沒(méi)有可牽引10輛這樣重車(chē)在這種坡道上行駛的機(jī)車(chē)？希望你告訴我關(guān)于此種機(jī)車(chē)的價(jià)格情況(當(dāng)然是蒸汽機(jī)車(chē))。軌距為4英尺8英寸半,煤是煙煤,并非硬煤。

1907年4月14日他又給洛德寫(xiě)信([14],39—40頁(yè))：

感謝你去年12月28日的來(lái)信,此信于2月收到。承你寄來(lái)機(jī)車(chē)目錄和有關(guān)資料,一并表示謝意。

在12英里長(zhǎng)、1/30坡道的路線(xiàn)上采用何種機(jī)車(chē),我尚未做出決定。據(jù)你所知,美國(guó)有沒(méi)有這樣大坡道的鐵路？哪種類(lèi)型的機(jī)車(chē)能確保在這樣大坡道上運(yùn)行安全？我想最不利的情況,恐將是機(jī)車(chē)在下坡道行駛的時(shí)候。制動(dòng)以后,整個(gè)列車(chē)是否將沿軌面向下滑動(dòng)？再有,此路彎道甚急,有多處700英尺半徑或8度的曲線(xiàn)。何種機(jī)車(chē)可以在1/30坡道上牽引10輛30噸重車(chē)行駛且尚有余力？如你提供給我一些資料,我將極為感謝。

我也需要知道有關(guān)這種機(jī)車(chē)速度的簡(jiǎn)要情況。

洛德是詹天佑在耶魯大學(xué)的同學(xué),畢業(yè)后從事機(jī)車(chē)制造工作。因此,詹天佑向他咨詢(xún)山道專(zhuān)用機(jī)車(chē)的情況。從書(shū)信內(nèi)容來(lái)看,因?yàn)楫?dāng)時(shí)的中美之間書(shū)信往來(lái)周期大約3個(gè)月，考慮到工程技術(shù)的更新周期,詹天佑應(yīng)該能夠相對(duì)及時(shí)地了解到國(guó)外的最新科技信息。

3.4 京張鐵路中的技術(shù)移植及對(duì)其他鐵路建設(shè)的影響

從19世紀(jì)三四十年代歐美第一輪筑路熱潮開(kāi)始,到20世紀(jì)初期修建京張鐵路,這六七十年間,西方鐵路技術(shù)不斷地發(fā)展、完善。英國(guó)之外的地區(qū)在引進(jìn)鐵路的同時(shí),也為適應(yīng)本土情況進(jìn)行技術(shù)調(diào)適。以美國(guó)為例,他們雖然沒(méi)有排斥英國(guó)1.435米的軌距,但火車(chē)較之英國(guó)更大、更高、更長(zhǎng)、更重,如蒸汽機(jī)車(chē)的高度比英國(guó)的要高出3英尺。美國(guó)人在路線(xiàn)設(shè)計(jì)與機(jī)車(chē)制造方面很快地適應(yīng)了美國(guó)規(guī)模化建設(shè)鐵路的需要,在很多細(xì)節(jié)上使用了不同于英國(guó)的鐵路技術(shù)。

由于詹天佑的留美經(jīng)歷,京張鐵路中的許多技術(shù)直接來(lái)源于美國(guó)。在修建京張鐵路過(guò)程中,詹天佑不斷寫(xiě)信給美國(guó)同學(xué),跟進(jìn)鐵路最新信息。他直接詢(xún)問(wèn)京張鐵路修建過(guò)程中遇到的問(wèn)題,如大坡度機(jī)車(chē)的使用等。鐵路技術(shù)主要涉及路線(xiàn)鋪設(shè)與機(jī)車(chē)行駛兩大部分,京張鐵路工程中最為艱難的是關(guān)溝段,鐵路要穿過(guò)八達(dá)嶺且坡度過(guò)大,這大大增加了工程難度。詹天佑選擇了“之”字形路線(xiàn)，通過(guò)縮短隧道長(zhǎng)度以達(dá)到降低坡度的目的。而“之”字形線(xiàn)路很早就被廣泛地使用于美國(guó)的礦山鐵路中,在美國(guó)學(xué)習(xí)過(guò)鐵路工程的詹天佑對(duì)此一定不陌生。詹天佑采用了“自動(dòng)掛鉤”(Janney Coupler)來(lái)解決車(chē)輛之間的連接問(wèn)題?！白詣?dòng)掛鉤”最早是由美國(guó)工程師Maj. Eli H. Janney發(fā)明的,1887年美國(guó)制車(chē)協(xié)會(huì)通過(guò)采用此類(lèi)掛鉤的決議,詹天佑將其翻譯為“鄭氏車(chē)鉤”[19],在京張鐵路中使用,并有意推廣。此外,鐵路附屬設(shè)施如站房的式樣,也采用了當(dāng)時(shí)美國(guó)流行的小車(chē)站形式[20]。因此,整體看來(lái),京張鐵路的技術(shù)來(lái)源與美國(guó)更為接近。

毋容置疑的是，留美幼童在中國(guó)本土培養(yǎng)的學(xué)生,學(xué)習(xí)、掌握、并在實(shí)踐中運(yùn)用鐵路技術(shù)。在京張鐵路修建的過(guò)程中,路線(xiàn)建設(shè)技術(shù)已被中國(guó)工程師全面掌握,與中國(guó)實(shí)際相結(jié)合,逐步實(shí)現(xiàn)了本土化。

如前所述,詹天佑最初設(shè)想京張鐵路的機(jī)車(chē)車(chē)輛全部由唐山制造廠提供,但限于工業(yè)水平,當(dāng)時(shí)中國(guó)還沒(méi)有掌握機(jī)車(chē)的生產(chǎn)技術(shù),唐山制造廠只能生產(chǎn)客貨車(chē)輛,沒(méi)有能力自主生產(chǎn)蒸汽機(jī)車(chē)。1900年該廠開(kāi)始進(jìn)口英國(guó)機(jī)車(chē)零件組裝蒸汽機(jī)車(chē),1908年曾為京張鐵路組裝15臺(tái)摩格爾型機(jī)車(chē)。京張鐵路修建初期,調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)多購(gòu)自美、英兩國(guó)的機(jī)車(chē)制造廠。1908年,本路向美國(guó)利瑪機(jī)車(chē)公司(Lima Locomotive Works)定制軸式0- 2- 2- 0牙輪蒸汽機(jī)車(chē),還向英國(guó)北英機(jī)車(chē)公司(N. B. L. G)夠買(mǎi)0- 3- 3- 0馬列型機(jī)車(chē),專(zhuān)用于關(guān)溝段爬坡。建筑材料來(lái)源方面,京張鐵路除鋪軌使用的石碴就地取材外,水泥及枕木、鋼軌及配件大都購(gòu)自國(guó)外。因此,鐵路工程中材料的國(guó)產(chǎn)化比例極小。

京張鐵路的成功修建在中國(guó)鐵路史上有里程碑意義,激勵(lì)國(guó)人紛紛自辦鐵路,在國(guó)內(nèi)掀起了“自辦”鐵路的高潮。詹天佑一度任四路六職(任張綏鐵路總工程司，河南商辦洛潼鐵路工程顧問(wèn)、川漢鐵路總工程司兼會(huì)辦、商辦粵漢鐵路公司經(jīng)理兼總工程司),其他工程師也被國(guó)內(nèi)其他鐵路聘用,除陳西林等人繼續(xù)留在本路延修張綏鐵路外,顏德慶被派往宜川任川漢鐵路副總工程司、徐文泂被派往江蘇鐵路等。修建京張鐵路,培養(yǎng)出中國(guó)第一支完整的鐵路建設(shè)隊(duì)伍,為之后中國(guó)鐵路的建設(shè)開(kāi)創(chuàng)了新的局面。

如前所述,鐵路工程是一項(xiàng)集眾多技術(shù)于一體的專(zhuān)業(yè)工程,受社會(huì)工業(yè)化進(jìn)程的影響。京張之后的鐵路修建在技術(shù)方面并沒(méi)有太多的創(chuàng)新,只是隨著啟新洋灰廠和漢冶萍鋼鐵公司的產(chǎn)品逐步完善,水泥與鋼軌的國(guó)內(nèi)自給程度有所提高。

4 結(jié) 語(yǔ)

京張鐵路是完全由中國(guó)鐵路技術(shù)人員修建的第一條干線(xiàn)鐵路,是鐵路技術(shù)在中國(guó)本土化的集中體現(xiàn),是近代鐵路技術(shù)移植中國(guó)過(guò)程中的重要案例。

以赴美學(xué)成歸來(lái)的詹天佑總工程司為首招納了國(guó)內(nèi)培養(yǎng)的本土鐵路技術(shù)人員,組成了中國(guó)第一支鐵路建設(shè)隊(duì)伍。這個(gè)團(tuán)隊(duì)的出色表現(xiàn),表明鐵路鋪設(shè)技術(shù)完全被中國(guó)人掌握。在鐵路修建過(guò)程中,一些基本的土石木方,都可以因地制宜解決,但一些工業(yè)化程度較強(qiáng)的原料如水泥、枕木還需要從國(guó)外進(jìn)口,尤其是一些測(cè)量器材和機(jī)車(chē),需要直接從外國(guó)購(gòu)置。在修建過(guò)程中,開(kāi)鑿隧道架設(shè)橋梁等技術(shù)都結(jié)合實(shí)地情況完成,實(shí)現(xiàn)了鐵路鋪設(shè)技術(shù)的本土化。

從京張鐵路的修建過(guò)程可以看出,洋務(wù)運(yùn)動(dòng)為人才儲(chǔ)備提供了必要的準(zhǔn)備,國(guó)內(nèi)技術(shù)人員的培養(yǎng)為鐵路鋪設(shè)技術(shù)提供了隊(duì)伍。但鐵路建設(shè)是一項(xiàng)重大且系統(tǒng)性強(qiáng)的工程,完全移植需要多種社會(huì)因素保障。近代中國(guó)工業(yè)極其薄弱,抑制了近代技術(shù)的全面移植,在鐵路技術(shù)方面尤為突出。這反映了技術(shù)輸入國(guó)的狀況決定了技術(shù)引進(jìn)的程度。鐵路技術(shù)首先以實(shí)體形式進(jìn)入中國(guó),其后才掌握相關(guān)知識(shí)。軌道鋪設(shè)技術(shù)完全被移植,但機(jī)車(chē)制造技術(shù)由于工業(yè)化進(jìn)程所限基本空白,因此,整個(gè)鐵路技術(shù)未能整體被引進(jìn)。

與1905年之前中國(guó)修建的鐵路相比,京張鐵路修建在技術(shù)移植方面邁出了堅(jiān)實(shí)的一步,為之后自主建設(shè)中國(guó)鐵路開(kāi)創(chuàng)了道路。但限于中國(guó)當(dāng)時(shí)工業(yè)化程度及社會(huì)其它社會(huì)因素的影響,鐵路技術(shù)完全移植中國(guó)是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。中國(guó)到20世紀(jì)下半葉才完全掌握鐵路技術(shù)。

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Early Transplantation of Railway Construction Technology into China——A case study on Beijing-Zhangjiakou railway

DUAN Hailong

(InstitutefortheHistoryofScienceandTechnology,InnerMongoliaNormalUniversity,Hohhot010022,China)

Through analysis on the process of acquiring the knowledge of railway, the purchase of equipment and raw materials, the construction of tunnel and bridge, Jeme Tien Yow tracking foreign railway technology documents, we investigated the implementation of railway technology in the construction of Beijing-Zhangjiakou railway. This paper argues that the modern western railway technology had been partially transplanted; track construction had been realized in China for Beijing-Zhangjiakou railway. Due to the limitation of industrialization, it must be a long process for locomotive manufacturing technology transplanted into China.

Railway technology, Transplantation, Beijing-Zhangjiakou Railway

2016- 01- 08；

2016- 08- 24

段海龍，1975年生，山西省靈丘縣人，內(nèi)蒙古師范大學(xué)科學(xué)技術(shù)史研究院副教授，研究方向?yàn)橹袊?guó)鐵路史。

國(guó)家哲學(xué)社會(huì)科學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目:社會(huì)變遷與京綏鐵路修建史研究(編號(hào)：13XZS015)。

N092∶F532.9

A

1673- 1441(2016)03- 0338- 10