17.8 水磨的专门化
到4世纪，人们发现了水磨真正的重要性。就像多个世纪以后，蒸汽机开始时只是作为蒸汽抽水机在矿山使用，后来才发展成原动机。水磨也被逐渐地当作原动机或动力来源，而不仅仅是作为研磨谷物的机械装置。这可以从记载中大约400年摩泽尔河附近的“大理石作坊”［19］以及贝利多尔（Bélidor，1693—1761）曾提到的非常古老的法国“锯木作坊”［43］中得到证据。作者们开始很谨慎地推荐所有种类的水动力的应用。这种倾向显然受到逐渐成长起来的基督教社团的影响——如果自然力可以发挥作用，那就应避免人力和畜力的使用。
在欧洲罗马帝国瓦解后的那段动荡时期，虽然技术几乎没有多少进步，但仍有证据表明，水磨的数量在10世纪到12世纪平稳地增长［44］。在西欧，图尔的格列高利（Gregory of Tours，约540—594）报告说，第戎附近和安德尔河上有水磨［45］。在墨洛温王朝时期，水磨相当重要，在《萨利克法》中也有记载［46］。在查理大帝颁布的《庄园法典》（Capitulare de villis，约800年）［47］中，水磨作为一种国家税收来源出现。11—12世纪显示出中世纪产业革命的巨大成果，不同产业在机械方面的巨大进步在接下来的一段时期内一直稳定发展，直到15世纪。从当地的图片中，水车的迅速扩展也可以看出来。在鲁昂的塞纳河支流两岸，10世纪时有2个磨坊，12世纪时有5个，13世纪时有10个，大约1300年时有12个。在福雷地区，12世纪时仅有1个磨坊，13世纪时则有接近80个。在奥布，11世纪时有14个磨坊，到12世纪时发展到60个，13世纪早期则接近200个。1157—1191年期间，特鲁瓦市民在塞纳河和梅尔登森河上建造了第二代水磨。到1493年，这一地区有20个谷物磨坊，14个造纸作坊，2个制革作坊，4个浆洗作坊（图187、图553），1个织布作坊，总共41个。
图552 巴黎塞纳河上的桥拱下的浮动磨坊。
出自1317年的法国手稿。
同一时期，水力有了进一步的应用，例如用于水力提升和灌溉水车（圣劳伦斯修道院，1095—1123）、油坊（11世纪，格雷斯伏丹）、染料碾磨作坊（佩罗讷，1376年）、麦芽作坊（贝蒂讷河，1138年）、木材车削机（维济耶，1347年）以及刀剪磨削作坊（福雷平原地区，1257年）。其他作坊只能利用各种凸轮和大齿轮去驱动机械，包括浆洗作坊（多菲内省，1050年；福雷平原，1066年；香槟地区，1101年）、制革作坊（格雷斯伏丹，11世纪；伊苏丹，1116年）、制麻作坊（格雷斯伏丹，1040年）、制铁作坊（1116年）、锯木作坊（大约1250年，在昂内孔的维拉德的草图中曾经说明，图584）和造纸作坊（13世纪）在法国南部，运河灌溉和水磨建造联系密切。建成沃克吕兹运河（1101年）以后，为建造水磨、风车、制粉机、榨橄榄机和织布机提供了可能。大修道院对建造水磨产生了浓厚的兴趣。1020年，马塞附近的圣劳维克托修道院拥有了胡维恩附近贾勒特的一台水磨，夏朗德河的支流也带动着桑特修道院的水磨转动。西多会的修道士不知疲倦地开垦贫瘠和荒废的土地，同样也对水磨的传播作出了突出的贡献。13世纪，香槟南部的修道院出现了带有水轮的浆洗机、制纸机和磨锤机。
图553 带动浆洗机转动的下射式水轮、斯特拉达（Strada），1617年。
特别要指出的是，这些修道院涉及水驱动铁锤锻造作坊的建造（图554），在法国、德国、丹麦、英格兰开拓了水磨在冶金方面的应用。在12世纪的30多份有关水磨在铁冶金方面应用的法文文献中，其中25份记载的水磨建造者为西多会修道士。一些修道院甚至拥有水力驱动的工场，修道士们在同一工场中从事不同的手工艺（边码650）制作。
潮汐动力机械虽然很少，但早在1125—1133年间，它们就已在阿杜尔关口附近出现。一个世纪后，威尼斯附近的意大利海岸已经使用了潮汐动力机械，机械师马里亚诺（Jacopo Mariano）在1438年绘制的一张潮汐动力机草图，至今仍然保留着。在被征服之前，多佛尔海港就拥有一台早期的潮汐动力机械。然而，大多数潮汐动力机械的制造年代都在18世纪，它们在工业中从来没有扮演过重要角色。
图554 水驱动的锻造锤。斯特拉达，1617年。
在不列颠，伴随人口的膨胀、城镇的发展和几种工艺的机械化，水磨的数量同样出现了惊人的增长。在英格兰，关于制粉机最早的可靠记载可以追溯到762年，肯特郡埃塞尔伯特二世（Ethelbert Ⅱ）核准了一张多佛尔东部修道院磨坊主的特许经营证书。碾磨谷物逐渐地集中于马磨和水磨，然而并不能完全代替家庭的手推磨。到10世纪时，水车已经进入爱尔兰。一个世纪后的《末日审判书》（1086年）披露，在特伦特河和塞文河南部的3000个村庄中，有不少于5624台水磨［48］。其中一些水磨也许是横式或挪威式的，尽管这样的水磨在居住在山地的凯尔特人和挪威人中更为常见。在这里，立式或维特鲁威水轮一直很流行。
水磨减轻了家庭主妇的工作，并促进了磨坊主的产生。对于搭建水磨的人来说，这些水磨是利润的来源，适合每一个拥有可以驱动它的溪流的庄园——大约占《末日审判书》中记录的庄园的三分之一。书中记载的英格兰磨坊成群分布，中心高地周围和面对欧洲大陆的东部密度最大，平均每50户家庭就有一座磨坊。这种分布有力地证明，水力的应用是从欧洲大陆引进的，首先进入肯特郡，然后进入林肯郡和诺福克郡。
制粉机出现不久，就有了工业用途的机器。《末日审判书》中提到了几家碾碎矿石的捣矿作坊和锤磨作坊，后来又有了浆洗作坊（1168年）、制革作坊（1217年）、涂料作坊（1361年）和锯木作坊（1376年）。到14世纪，每一个中等规模的村庄都有一座新型的磨坊，它被磨坊主从庄园主手中租赁下来，法律文件大量表现了地主和承租人之间在磨坊问题上的冲突。河谷间的磨坊对技术的发展起到了重要的作用，例如，13世纪使用以水驱动的槌子浆洗衣服，代替了旧有的用手或脚浆洗衣服的习惯。这导致浆洗行业迁移到农村，从而将手工匠人从具有约束力的本地法规中解脱出来［49］。
我们在中欧找到了类似的景象。18世纪，水磨在图林根建成。哈耶克（Václav Hajek，即Wenceslaus Hagecius，卒于1552年）写的《波希米亚编年史》（Bohemian chronicle）则记载称，波希米亚第一台水磨建于718年——虽然现在认为这是值得怀疑的［50］。据说，亨利一世（HenryⅠ）在从前建造水磨的地方建造了戈斯拉尔城堡，那是922年的事情。大约在1000年，奥格斯堡城建起了Lechwehr，这是一种为磨坊提供水的堰。1097年，在因河山谷的维希修道院附近，建造了一台带有贮水池、导入槽和在岩石上开凿人工引水渠的水磨［15］。到12世纪，水磨传入到斯堪的纳维亚。大约在1200年，水磨传入冰岛和波兰。1242年，布雷斯劳附近的奥得河建成磨坊，市民在1272年获得运输和供应水的特权。1389年，意大利人在纽伦堡附近建造了德国的第一座造纸作坊。
中欧的水磨很早就应用于冶金，强有力的水力锻锤和风箱（图554、图555）的使用，使得锻造铁的数量和质量上都有了根本性的提高，同时也引入了新的生产工艺，从而第一次成批量地生产出铸铁来。因此，水力成为采矿和冶金的基础。因为这些功能，水力的应用还被引入到一些尚未征服的地区。到12世纪，它被应用于哈尔茨的铜矿开采和特兰托的银矿开采。随着银矿和铜矿的开采，水力应用进入到阿尔卑斯山和斯堪的纳维亚（16世纪）。13世纪，水力锻锤已很普遍。14世纪早期，水磨被用于生产冷拉钢丝（图39）。13世纪，水磨被用于采矿起重和碾碎石头。15世纪，出现了水力驱动的钻炮孔的机械。
水车在工业中的广泛应用，推动了传动装置和普遍意义上的实用机械装备的发展，这从16世纪早期的机械师手册中就可以了解到。不幸的是，人们对中世纪水力机械的结构知之甚少。因为城市和工业基地倾向于建在有水流经过的地方，也就是有能源供应的地方，所以运输也相应地变得方便。
关于水磨在东方的传播情况，我们仅有一些零星的资料。罗马帝国后期和拜占庭早期，它肯定传播到了东方。7世纪，中国已经对它相当了解。大约在9世纪，用于灌溉的水磨传到日本。犹太法典中也提到了水磨，它看起来在罗马统治时期传到了巴勒斯坦。伊斯兰文化中有一种具有浓厚希腊风格的机械技术，在菲洛（Philo）、维特鲁威和希罗以及其他人的阿拉伯文作品中都可以见到。据说，希腊使者于751年在巴格达建造了一座大型水磨，当然还有另一种说法认为，从前后顺序来看，它更可能是790年左右建造的。水磨主要用于灌溉，但是穆斯林改进了古老的建造方法，鼓励使用水力。幼发拉底河和底格里斯河上的很多城市都拥有浮动水磨，波斯海湾的海滨城市巴士拉甚至拥有了潮汐水磨，绝大部分用于碾磨谷物。叙利亚因为水车而非常著名，特别是在安条克和哈马的大轮子，那里大约在1300年前后有不少于32台大水车。昆萨（Qaisar ibn Abu'I-Qāsim，卒于1251年）是一位非常著名的水车建造者。前面曾假设把它们介绍到了西欧的人，是那些对机械装置有深刻印象的十字军战士。虽然这种希腊风格的机械在东方的复兴与西方更完善地利用水力同时发生，但它们发展的趋势完全不同。当水磨在西方已经成为能源的主要来源时，阿尔皮尼（1203—1283）只能在《地理学》（Geography）中对各种各样的水车作一番描述。1205年，阿勒贾扎里（Al-Jazarī）曾提到一种水车，它是人们所能制造的许多有趣的自动操作装置之一。除了在灌溉方面有所应用以外，水车在穆斯林世界从来没有成为原动机，因为当时的经济条件不能刺激它进一步发展。
图555 水力驱动的风箱。拉梅利，1588年。