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李鴻章接受李經述的建議，把琉球國改制成琉球郡，歸屬台灣管轄，從此，琉球就成了台灣的一個行政特區。李鴻章對「長崎事件」的處理結果也非常滿意，拿出前些天的《申報》給李經述看，《申報》刊發報道，稱這「長崎事件」是中日外交史上的一次重大勝利，大長中國人的志氣。

李經述並沒有驕傲自滿，而是憂心忡忡對李鴻章說：「這次日本妥協，孩兒更加認識到了海防的重要性，唯有堅船利炮，才能讓日本人低頭。為此，我有一些具體的建議，完善中國的海陸防御體系，恐怕這要花費數百萬兩白銀，還請家父奏請朝廷，務必大力支持。」

李鴻章點點頭，說：「咸豐年間，英法聯軍從天津港長驅直入京師，醇親王對此舊事心有余悸，現在他也很重視海防建設，你不妨先擬定整個海防的計劃書，為父請示醇親王，有了他的支持，很多事會好辦得多。」

於是，李經述和琅威理、馬吉芬、林泰曾、劉步蟾、鄧世昌等人商議了三天三夜，理出了一整套構築中國「海上長城」的計劃，建議從德國購買二十門克虜伯重炮，安裝在大沽和北塘的炮台，同時在天津修建船塢、軍械庫和炮廠，在入海口布設水雷，安排「蚊子船」巡航，同時，奏請朝廷復建旅順海防，在旅順修築炮台十座，在山東半島建設威海衛軍港。這樣，北洋水師構建起以巡洋艦、「蚊子船」、魚雷艇、運輸船和陸地炮台、威海衛軍港為基礎的立體海防網絡，以大沽港、旅順港、威海衛形成鐵三角，構築起一道拱衛京城的海上鋼鐵長城，醇親王看了大喜，全部照准。

李經述還將北洋水師學堂的學制改為五年，主要學輪船駕駛和輪機管理、輪船維護等內容，以及槍炮操演、魚雷、機械儀器使用等，給北洋水師培養備用的海軍人才，招生規模海軍軍官每期擴大到一千人。

不久，李鴻章從英國訂購的另外兩艘鐵甲艦也到了天津，李經述參考了英國海軍少校琅威理提供的《英國海軍章程》，結合北洋水師的巡航實際，頒布施行《北洋水師章程》，從船制、戰船、守船、練船、運艙等制度建設入手，保證北洋水師的戰斗力，還規定凡北洋軍校的學生，在堂學習二年期滿，必須上船實踐學習三年，以強化學員的實踐操作能力。

李鴻章對李經述的能力非常滿意，還將天津機器制造局也交給李經述管理。李經述便把天津機器局的日常管理工作交給了譚嗣同。他那天到天津機器制造局清查家底，竟然發現中國在潛艇設計方面，很有基礎，早在1880年就制造了中國近代史上第一艘潛水艇，並試航成功，開創了中國人制造潛艇的先河。

李經述到了天津機器制造局，也就是在天津城東賈家沽道，只見這里巨棟層樓，廣場列廳，迤麗相屬，參錯相望。東則帆檣沓來，水柵啟閉；西則輪車轉運，鐵轍縱橫，城堞炮台之制，井渠屋舍之觀，與天津郡城遙相對峙，隱然海疆的一重鎮。

李經述了解到，天津機器制造局是洋務運動最早興辦的四大近代軍工國企之一，從德國、英國引進機器設備，聘用外國技術人員，生產規模相當龐大，門類齊全，技術水平較高，在生產過程中培養和訓練了一批本國技術員工。工廠需要大量的煤、鐵等原材料，開始主要依賴進口，要花費很多白銀，後來，李鴻章興辦了開平煤礦，解決了這一需求。

李鴻章上任直隸總督後，還新購進三套洋葯碾，新建三所碾葯廠，對原有淋硝、磨磺、燒炭等制造問也增添了設備，黑色火葯日產提高到900余公斤。這一時期，還興建了鑄鐵、熟鐵、鋸木等廠和新機器房。

1876年，天津機器制造局還設立了電氣水雷局，制造海防需要的各種水雷，並培養使用水雷的技術人員。到1877年，產品有：黑色火葯、餅葯、銅帽、林明敦槍、槍彈、前膛炮彈、後膛鍍鉛來福炮彈、各式拉火、各式水雷。還生產鏘水，軋制銅片和制造機器。1881年，天津機器局開始仿制棉葯，經過兩年時間，仿制成功。

李經述接管天津機器制造局後，還從英國葛來可力夫工廠購進鑄鋼機一套，並從格林活廠購進水壓機、10噸起重機和車床等設備，籌建煉鋼廠，將在美國的天龍武器公司的生產線搬到了天津。