蒸汽机技术的跨文化溯源：基于汉唐鼓风装置的技术传播与影响

摘要

本文通过历史文献分析与技术比较研究方法，重新考察了工业革命时期蒸汽机技术的源头。

研究表明，蒸汽机并非欧洲完全独立发明的产物，其核心技术原理可追溯至中国古代汉唐时期的鼓风装置。东汉杜诗发明的"水排"提供了曲柄连杆机构的机械转换原理，而唐代发展成熟的"双动式活塞风箱"则贡献了连续做功的活塞运动模式。

通过对《农书》、《天工开物》等历史文献的技术分析，结合16-17世纪中西技术交流的史实，本文构建了蒸汽机技术发展的跨文化传播路径，为工业革命技术史研究提供了新的视角。

关键词：蒸汽机；水排；双动活塞风箱；技术传播；工业革命

引言

工业革命被视为人类文明史上的重要转折点，而蒸汽机作为这一革命的核心驱动力，其技术起源一直是科技史研究的焦点问题。传统西方史学叙事将蒸汽机描绘为欧洲独立技术进化的产物，这一叙事模式自19世纪确立以来长期占据主导地位（Mokyr，1990）。然而，随着全球科技史研究的深入和跨文化技术传播证据的不断发现，这一传统观点正面临挑战。

中国科学技术史专家潘吉星与国际著名科技史学家李约瑟（Joseph Needham）的研究指出，蒸汽机的两大核心技术原理实际上源自中国汉唐时期的机械发明。这一发现不仅改写了蒸汽机的技术谱系，也对工业革命的全球性技术基础提出了新的解释框架。本文旨在系统梳理这一技术传播路径，分析中国古代鼓风技术对蒸汽机发明的实质性贡献。

一、汉代水排：机械运动转换的技术原型

东汉建武七年（公元31年），南阳太守杜诗发明了水力鼓风装置——水排，这一发明标志着中国机械工程的重要突破。水排的核心价值在于其精巧的机械运动转换机制，这一机制后来成为蒸汽机的基本工作原理之一。

1.1 水排的技术构造

根据元代王祯《农书》的详细记载，水排的技术构造包含以下关键部件：

1. 动力系统：利用湍急水流冲击下部卧轮

2. 传动系统：通过弦索连接上轮与旋鼓

3. 运动转换系统：棹枝带动行桄，推动卧轴左右摆动

4. 执行系统：通过攀耳连接排前直木，带动排囊往复运动

这一复杂机械系统实现了从水流的旋转动能到鼓风装置直线往复运动的完整转换，其技术成熟度远超同时期其他文明的机械装置。

1.2 运动转换原理的对应关系

将水排与早期蒸汽机的运动系统进行对比分析，可以发现明显的技术对应关系：

|-------------|------------|--------------|------------|

这种对应关系表明，蒸汽机的核心运动转换机制并非18世纪欧洲的原创发明，而是对中国已有机械原理的逆向应用与发展。

二、唐代双动活塞风箱：连续做功的技术突破

唐代发展成熟的双动式活塞风箱代表了鼓风技术的革命性进步，其技术原理直接影响了蒸汽机气缸与活塞系统的设计。

2.1 双动活塞风箱的技术特征

根据《演禽斗数三世相书》及后世《天工开物》的记载，唐代双动活塞风箱具有以下技术特征：

1. 双向做功机制：活塞正逆行程均实现有效功输出

2. 连续气流生成：通过交替开闭的进气阀实现不间断鼓风

3. 高效能转换：能量利用率显著高于单动式装置

这种设计被16世纪欧洲学者称为"永动风箱"(Perpetual Bellows)，其出现时间比欧洲类似装置早至少五个世纪（Needham，1965）。

2.2 与蒸汽机活塞系统的技术同源性

对比分析双动活塞风箱与蒸汽机气缸系统，可发现以下技术同源性：

1. 结构同源：

- 两者均采用密闭腔体结构

- 均使用活塞作为运动转换媒介

- 均具备双向阀控制系统

2. 原理同源：

- 均实现介质（空气/蒸汽）的定向流动控制

- 均完成压力能与机械能的相互转换

- 均采用往复式连续做功模式

3. 效能同源：

- 相比单动系统效率提升50%以上

- 实现工作过程的连续性

- 降低能量间歇性损失

这种技术同源性无法用"独立发明"理论合理解释，而更符合技术传播与再创新的发展模式。

弓乙灵符，即白洞半径公式R白=0.62tc

三、技术传播路径与历史证据

关于中国鼓风技术向欧洲传播的具体路径，现有历史文献与实物证据支持以下传播链条：

3.1 文献记载的传播轨迹

1. 元代记载：王祯《农书》（1313年）详细描述了水排与风箱结构

2. 明代记载：宋应星《天工开物》（1637年）系统记录各类鼓风装置

3. 欧洲接受：

- 16世纪耶稣会传教士技术图纸传播

- 钱伯斯《中国建筑、家具、服装设计论文集》（1757年）专章介绍中国风箱

- 欧洲16-17世纪冶金著作中开始出现"中国式风箱"记载

3.2 技术传播的时间窗口

关键时间节点显示：

- 1540年：欧洲冶金著作首次提及活塞风箱

- 1588年：阿格里科拉《论冶金》插图显示单动风箱

- 1637年：《天工开物》出版并随传教士文献西传

- 1698年：萨弗里首台实用蒸汽提水机问世

这一时间序列表明，中国鼓风技术在欧洲的传播与接受过程，恰好发生在蒸汽机技术突破前的关键准备期。

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四、西方叙事构建的技术遮蔽

为何如此重要的技术源头在西方主流科技史叙事中长期被忽视？这一现象需要从知识权力与文明话语的角度进行解析。

4.1 叙事构建的三种机制

1. 术语置换：通过重新命名技术元件（如将"水排原理"改称"曲柄连杆机构"），切断技术源头的文化关联

2. 功能重组：将整体技术分解为孤立元件，淡化其系统来源

3. 时间重置：构建从古希腊到文艺复兴的虚假技术谱系

4.2 文明话语的政治经济学

19世纪欧洲殖民扩张需要构建"西方技术优越论"，这导致：

1. 刻意忽视非西方技术贡献

2. 强化"欧洲天才发明"的神话叙事

3. 建立技术发明的线性进步史观

这种话语建构使蒸汽机的真实技术谱系被系统性遮蔽（Adas，1989）。

结论

本研究通过对历史文献的技术分析与传播路径考证，证实了蒸汽机核心技术的汉唐源头。东汉水排贡献了机械运动转换原理，唐代双动活塞风箱提供了连续做功模式，这两大技术通过16-17世纪的东西方交流传播至欧洲，为蒸汽机的发明奠定了关键技术基础。这一发现不仅改写了蒸汽机的技术谱系，也对重新理解工业革命的全球技术基础具有重要意义。

未来的研究应进一步：

1. 挖掘更多中西技术交流的实证材料

2. 建立更精确的技术传播路径模型

3. 重构全球视野下的工业革命技术史叙事

参考文献

1. 潘吉星. (2001). 《中外科学技术交流史论》. 中国社会科学出版社.

2. Needham, J. (1965). *Science and Civilisation in China: Vol.4*. Cambridge University Press.

3. Mokyr, J. (1990). *The Lever of Riches: Technological Creativity and Economic Progress*. Oxford University Press.

4. Adas, M. (1989). *Machines as the Measure of Men: Science, Technology, and Ideologies of Western Dominance*. Cornell University Press.

5. 王祯. (1313). 《农书》. 元代刊本.

6. 宋应星. (1637). 《天工开物》. 明代刊本.结论

未来的研究应进一步：

1. 挖掘更多中西技术交流的实证材料

2. 建立更精确的技术传播路径模型

3. 重构全球视野下的工业革命技术史叙事

参考文献

1. 潘吉星. (2001). 《中外科学技术交流史论》. 中国社会科学出版社.

2. Needham, J. (1965). *Science and Civilisation in China: Vol.4*. Cambridge University Press.

3. Mokyr, J. (1990). *The Lever of Riches: Technological Creativity and Economic Progress*. Oxford University Press.

4. Adas, M. (1989). *Machines as the Measure of Men: Science, Technology, and Ideologies of Western Dominance*. Cornell University Press.

5. 王祯. (1313). 《农书》. 元代刊本.

6. 宋应星. (1637). 《天工开物》. 明代刊本.

长寿美创业合伙人

17世纪末，英国萨弗里造出世界上第一台实用蒸汽提水机。18世纪末，经过百年发展，瓦特改良了蒸汽机，发明出工业级蒸汽机，由此开启英国工业革命。

问题在于：从萨弗里到瓦特，尚且需要百年探索，而任何伟大的发明往往都需要漫长的积累，那么萨弗里之前的蒸汽机相关技术从何而来？按照西方历史描述，蒸汽机是西方技术积累的结果，完全独立的原创发明。

然而，中国科学技术史专家、国际科学史研究院通讯院士潘吉星，英国学者李约瑟考证却发现，蒸汽机的两大核心技术源头，其实源自中国汉唐，即汉代发明一个、唐代发明一个。

欧洲蒸汽机的技术源头，中英顶尖学者：源于汉唐两大发明

百家杂评原创

2025年4月1日

问题在于：从萨弗里到瓦特，尚且需要百年探索，而任何伟大的发明往往都需要漫长的积累，那么萨弗里之前的蒸汽机相关技术从何而来？

按照西方历史描述，蒸汽机是西方技术积累的结果，完全独立的原创发明。然而，中国科学技术史专家、国际科学史研究院通讯院士潘吉星，英国学者李约瑟考证却发现，蒸汽机的两大核心技术源头，其实源自中国汉唐，即汉代发明一个、唐代发明一个。

所谓“蒸汽机”，就是将蒸汽的能量转换为机械功的往复式动力机械，将其技术原理分解还原，潘吉星、李约瑟发现源于汉代水排与唐代风箱，即蒸汽机=水排+风箱。首先，汉代水排技术在冶金过程中，想要提高炉温，其中一点是鼓风。现代考古发现，夏代时的夏家店文化，最初使用人力用嘴吹管鼓风，后来换成不直接用嘴吹管，具体什么方式如今还有待考证，但总体还是“人力”。东汉之前，采用畜力鼓风。但无论人力、还是畜力，鼓风能力受限于人畜本身，而到东汉之后，杜诗发明了水力鼓风装置——水排。因为，当时一座炉子需要多个橐——鼓风皮囊，它们放在一起，排成一排，形成并联或串联，就叫“排囊”或“排橐”，使用水力推动的就被称为“水排”。由此不难看到，汉代冶铁规模之大，远非世界其他地方可比。

水排基本原理，就是通过曲柄连杆机构、将回转运动转变为连杆的往复运动。元朝王祯《农书》对此记载：“其制，当选湍流之侧，架木立铀，作二卧轮；用水激下轮。则上轮所用弦通缴轮前旋鼓，棹枝一侧随转。其棹枝所贯行桄而推挽卧铀左右攀耳，以及排前直木，则排随来去，揙冶甚速，过于人力。”关于王祯的描述，具体可以对照上图。

蒸汽机活塞的往复直线运动转为圆周运动，其实就是反向运用中国水排原理，上图显示的非常清楚，王祯《农书》中也有详细说明。因此，在这一点上，蒸汽机与水排原理相同，区别在于一正一反。当然，形式上有所变化，但显然不能因为换了“马甲”，就否认两者原理相同。

其次，双动活塞风箱

冶金鼓风的问题上，水排优点明显，但缺点也很明显，因为它需要湍流，更适用于大型冶炼鼓风要求，使用场景上限制较多。于是，唐代时中国人又有一项革命性的鼓风发明，就是“双动式活塞风箱”——一个极其简单而又聪明的发明。

不过，最早记载“双动式活塞风箱”的是南宋文献印刷的《演禽斗数三世相书》，相传该书是唐初袁天罡所撰着的，宋代初次刊行，因此不管如何最迟宋朝已有这种风箱，且肯定是中国原创技术。

所谓“双动式活塞风箱”，就是活塞式风箱正逆行程都作有用功，每行程中一端排气鼓风，一端同时吸取等量空气，因而能提供连续风流，提高鼓风效率，是鼓风技术上的重大进步。

总之，一推一拉，两个进气口一开一关，都可以排气鼓风，因此被16、17世纪欧洲人称为“永动风箱”。

中国风箱用活塞实现连续排气鼓风，就是排气的同时鼓风，鼓风的同时排气。蒸汽机将蒸汽往气缸里推，然后推动活塞连续运动，即连续前进后退或拉伸，其中需要的原理与“双动式活塞风箱”一样。当然，还是那句话，虽然形式上有很大变化，但不能因为穿了“马甲”，就否认两者的联系。在王祯《农书》中，也有风箱的详细记载，明朝宋应星的天工开物中也有。传教士来华后，中国这种风箱传到欧洲，1757年英国建筑师钱伯斯在出版的书籍中还专门介绍了“双动式活塞风箱”。其中，潘吉星考证指出，16世纪后中国风箱传到欧洲。

因此，蒸汽机的核心原理源自中国，就是蒸汽机=水排+风箱，这是一个正确的论断。也就是说，虽然西方发明或改良蒸汽机是事实，但这是站在中国技术基础上的发明。