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中国科学技术史稿（修订版） [:1701078232]
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四 各种技术知识的传入
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铁路的兴建和杰出的工程师詹天佑
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伴随着洋务运动的推行和各种官营、官私合营以及外资在中国创立的工矿企业的建立，在一些属于基础理论范畴的科学知识传入的同时，各种应用科学技术也陆续传入我国。这种传入由于涉及工矿企业的开设等帝国主义在政治上、经济上和文化上对华侵略的利益，因此几乎没有一项是他们不插手的。同时也因为新的技术的采用，将使封建社会的政治、经济和文化进一步解体，因此几乎每一项新技术的引进，都要遭受到封建统治阶级的顽固派们的阻挠和反对。铁路的兴建，就是一个例子。
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中国的铁路建设开展比较晚。1863年英美在上海的侨商就曾向清朝政府建议修筑上海到苏州之间的铁路，翌年，英国人司蒂文生更提出了一个包括四大条全国干线在内的《中国铁路计划》，但都未被采纳。1865年英国商人杜兰德在北京修建了一段1千米左右的小铁路，试跑小火车，但被清朝官府以“观者骇惊”为理由限期拆除。
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实际上在中国修造的第一条铁路，乃是1876年（即世界上第一条铁路建成的半个世纪之后）由英商在上海和吴淞口之间修造的轻便铁路（窄轨）。这条短途小铁路，全长20千米，行车时速24千米（最高时速40千米），沿途有小型桥梁15座。但是由于中国官方的坚决反对，最后竟以28万两的价银买下拆除，车辆路轨等器材被弃置在上海滩头。中国第一次的铁路工程，最后以它在上海一端的车站原址修建了一座“天妃宫”（庙宇）而滑稽地宣告失败。
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以后，又有许多次兴建铁路的计划，但是由于顽固派官员的反对都没能够实现。当时中国交通情况本已十分落后，陆路交通，从北京到武昌要27天，到广州需要56天，到云南59天，到西藏、新疆等地都要百日以上。但是修建铁路的计划还是受到了很大的阻碍。由翁同龢、孙家鼐和醇亲王奕等达官显贵组成了顽固的反对派。他们反对修建铁路的理由大都是非常愚蠢而又非常可笑的，例如他们认为铁路“自办则库空如洗，借债则利息太重，少造无益，多造耗费”，还认为兴办铁路会使车户船户“水手、车夫、负贩，将均成饿殍”，“物价以流通而益贵，生活以便利而愈难”，并且“用庐坟墓系祖宗所遗，谁肯轻于迁徙”，“穿凿山川，必遭神谴，变更祖制，大祸将临”。总之在他们看来，造铁路在中国是有百害而无一利。凡此种种奇谈怪论，都可以使我们认识到腐朽的封建统治实在是科学技术发展的极大障碍。
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1878年开滦煤矿开掘了第一口竖井，为了运输煤炭，清政府不得不同意修建唐山到胥各庄间长10千米左右的铁路。这条铁路于1880年兴建，第二年通车，轨距1.435米（国际标准轨距）。同时还造了一辆车头，在当年6月投入运行。这台机车虽然用了进口的卷扬机上所用的锅炉，车轮和车身钢材也都是进口的，但它仍可说是近代技术史上在中国制造的第一辆机车。它的牵引力约为100吨。尽管有些官员以“震动东陵”、“烟伤禾稼”为理由极力反对，但由于运输煤炭的紧急需要，这条短短的线路还是得以保存下来继续运行。以后，它逐渐向两端扩建成为通往我国东北地区的干线——京沈线（全线断续施工直至1911年方才全线通车）。
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自从唐胥铁路通车以来，又有很多兴建铁路的计划。1885年中法战争之后，将上海原沪淞铁路的器材运到台湾，1887年在台北兴工，1891年通车基隆，1893年又由台北修通到新竹，全长96.5千米。
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中日战争之后，列强为掠夺和控制资源，操纵日益在中国各地方兴起的军阀势力，从而达到瓜分中国，变中国为殖民地的目的，疯狂地抢夺在中国修筑铁路的特权；少数的是合办权，更多的是借款权、建筑权，或者二者兼有的借款管理经营权。在列强中，以沙皇俄国最为贪婪，他除了要求个别路线之外，还要求北京以北广大地区的筑路借款优先权。从甲午战争后到清朝覆亡，平均每年兴建铁路五百多千米，但绝大多数都掌握在帝国主义手中。帝国主义列强相互争夺又相互勾结，他们利用各种借口进行侵略战争，用战争来扩大他们经济侵略的各项利益；反过来又用经济侵略去巩固和扩充通过战争攫取到手的各项利益。铁路确实是西方近代先进的一项技术，但这种先进技术的引入却是伴随着帝国主义列强的侵略进行的。因而这一引进过程本身，对中国人民说来，也确实是一个屈辱和痛苦的过程，到1911年前后，全国已建成的铁路有九千六百余千米，其中由中国自己控制的不超过7％。到1919年止，全国已建成的主要干线可参见下表。
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除开这些干线外，还兴建了一些分支线路。与此同时在各干线的沿线也都相应的建起车辆、桥梁以及其他铁路零配机件的工厂。比较著名的有京沈线上的唐山制造厂和山海关桥梁厂，京汉路上的长辛店，郑州和汉口江岸工厂，京张线上的南口车辆厂，还有在天津、上海、大连和哈尔滨等地的工厂。其中的绝大部分一直连续开办到今天，是我国铁路车辆、器材和桥梁等方面建厂最早的一批工厂。西方近代铁路工程的各方面技术，就是在这些工厂和各条线路的修建过程中，陆续被引进我国的。当然，所用的材料和关键设备，大都由国外进口。根据列强在中国的势力范围所及，各条铁路线上执行的乃是各自不同的管理制度。统一的1.435米的轨距，是几经斗争方才争取到的。所有这一切都深刻地反映了在列强的侵略奴役之下，我国铁路工程技术的发展也带有着浓厚的半封建半殖民地科学技术发展的一些特点。
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当回顾我国铁路工程技术发展初期的历史时，人们永远也不会忘记杰出的工程师詹天佑的名字。
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詹天佑（1861—1919）原籍安徽，本人出生在广东省南海。十二岁时，他考取容闳倡议的“留美幼童预备班”去美国留学。1878年詹天佑进入耶鲁大学土木工程系学习铁路工程专业。在学期间他刻苦攻读，成绩优良。1881年回国后，虽然中国当时非常需要铁路方面的工程技术人才，但詹天佑却长期间用非所学，开始时，要他在福建水师学堂再学驾驶，后来被派到兵船上驾驶船只，并参加了1884年中法海军在闽江口外的交战。其后又充当过水师学堂的英文教员，作过地图测绘工作。直到1888年他被调到唐津铁路工地以后，才能够以他留学时所学的专业为祖国铁路建设事业工作。
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图10－6 詹天佑像
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詹天佑在京沈线上的工作，以建造滦河大桥的工程最为出色。由于桥基地质情况复杂，涨水时流速太大，因此打桩工程十分困难。总工程师英国人金达（C. W. Kinder）曾轮流聘请过英国、日本和德国的工程师进行工作，他们采用了各种洋办法，均遭失败。最后请来了詹天佑。詹天佑首先仔细勘察地质情况，改选了另外的桥址。打桩时，他总结了外国工程师失败的教训，分析了已经采用过的各种方法，最后选用了中国传统的方法。用人潜入水下工作，再配合以必要的机器，最后，他终于胜利地打好了桥基，完成了滦河大桥的全部工程。滦河大桥是由中国工程师主持下修建起来的我国第一座近代铁桥。整个桥长是305米。
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1894年，由于詹天佑在铁路工程中的出色成就，英国工程师学会选举他为该会会员。在中国当时科学技术都十分落后的情况下，詹天佑确实为中国人，为我国工程技术界争了一口气。
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但是，更使中国人民和工程技术界引为光荣的，乃是詹天佑主持并胜利建成了连结北京和张家口的京张铁路。这是一条完全由中国自己筹资，不用一个洋工匠，完全由中国自己的工程技术力量，自行勘测、设计和施工建造的铁路。中国自办京张铁路的消息传出之后，一些外国人都把它当为笑谈，有的还讽刺说建造这条铁路的中国工程师恐怕还未出世。詹天佑担当了京张铁路的总工程师，他勉励参加勘测选线的工程人员说：“全世界的眼睛都在望着我们，必须成功”，“不论成功或失败，绝不是我们自己的成功和失败，而是我们的国家！”
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京张铁路全长两百多千米，“中隔高山峻岭，石工最多，桥梁又有七千余尺，路险工艰为他处所未有”，特别是“居庸关、八达岭，层峦叠嶂，石峭湾多，遍考各行省已修之路，以此为最难，即泰西诸书，亦视此等工程至为艰巨”，“由南口至八达岭，高低相距一百八十丈，每四十尺即须垫高一尺”【77】。
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在勘测路线过程中，詹天佑不辞劳苦带领他的学生和其他工程人员，往返数次，勘测三条路线。最后选定了经过南口、居庸关、八达岭的现行路线。
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在设计最艰难的关沟路段时，詹天佑经过仔细测量，使隧道长度比原来英国工程师金达设计的方案减少了2千米。为了减少线路的坡度和山洞长度，他在青龙桥东沟采取了“人”字形爬坡路线，并且用两台大马力机车调头互相推的方法，解决了坡度大机车牵引力不足的问题。这些都是他在设计过程中的一些独创性的成果。关沟路段包括有居庸关、八达岭、五挂头、石佛寺等四个隧道工程，总长度1645米。最长的是八达岭隧道，长1091米，居庸关第二，长367米。
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在隧道的施工过程中，曾遇到渗水、塌方、通风等困难，外国人常常在报刊上进行讽刺和干扰。他们认为“中国不能担负开凿山洞工程，因为中国没有通风机和抽水机，势必雇用外国包商”【78】。但詹天佑以身作则地带头挑桶排水，和工人吃住在一起，并且采取了各种土洋结合的措施，解决了定向、出水、塌方、通风等问题。两条隧道分别于1908年4月和5月接连凿通。
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在施工中詹天佑还因地制宜，就地取材，用自造的水泥和当地的石料建成了一些石桥以代替铁桥，使线路的成本大为降低。