引言

秦代作為中國古代歷史上首個統(tǒng)一的多民族國家，在政治制度、社會觀念等多方面，對中國古代歷史發(fā)展進(jìn)程造成了深遠(yuǎn)的影響。相對于秦代對政治制度和社會生活的巨大影響，秦代在中國古代科學(xué)技術(shù)史上的地位，則通常容易被忽略，偶有討論也主要集中在土木工程等方面，對于秦代機(jī)械工程的研究比較少見。

傳統(tǒng)觀點認(rèn)為，秦代的機(jī)械工程技術(shù)主要為木制技術(shù)，比較典型的代表為木車馬。但是近年來伴隨考古發(fā)掘的不斷出現(xiàn)，秦代對于銅制技術(shù)的掌握逐漸得到證實，尤其是陜西秦始皇陵出土的銅車馬，標(biāo)志秦代機(jī)械工程的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了世界頂尖水準(zhǔn)。

一、秦王掃六合，虎視何雄哉

和秦代土木工程技術(shù)的發(fā)展歷程相似，秦代機(jī)械工程的發(fā)展，尤其是秦代冶金技術(shù)的發(fā)展，很大程度上依賴于秦國、秦王朝本身的發(fā)展。

春秋早期的秦國屬于邊緣型諸侯國，其綜合國力和政治影響力都相當(dāng)有限。但是經(jīng)過包括商鞅變法在內(nèi)的數(shù)次改革，戰(zhàn)國早期的秦國已經(jīng)發(fā)展成為重要的政治力量，最終在公元前221年成功統(tǒng)一中國。

《過秦論》：“奮六世之余烈 振長策而御宇內(nèi)”

在秦國不斷發(fā)展壯大的過程當(dāng)中，秦國的機(jī)械工程同樣獲得了發(fā)展。應(yīng)當(dāng)明確的是，在整體生產(chǎn)力相當(dāng)落后的中國古代社會，機(jī)械工程的發(fā)展必須依靠于國家力量的實現(xiàn)。尤其是機(jī)械工程的標(biāo)準(zhǔn)化，對于講究個體技術(shù)傳承的中國古代社會，如果沒有國家的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，是根本無法實現(xiàn)的。

因此，秦代能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械工程的快速發(fā)展，很大程度是通過國家一級的強(qiáng)制命令實現(xiàn)的。秦代機(jī)械工程的主要發(fā)展為其標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械工程的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，其根本在于秦始皇的統(tǒng)一度量衡政策。在擁有明確的度量衡標(biāo)準(zhǔn)的前提下，秦代的機(jī)械工程的規(guī)制得到了比較的確定，為機(jī)械工程的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

秦始皇統(tǒng)一六國之后，為滿足個人的享樂需求和維護(hù)國家統(tǒng)一的需要，要求全國各地的工匠匯聚到咸陽。這部分工匠被納入官方的工作系統(tǒng)當(dāng)中，按照官方的要求完成機(jī)械工程的制造技術(shù)，極大地加速了秦代的機(jī)械工程標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。

根據(jù)秦代的法律，任何機(jī)械的工藝水準(zhǔn)均有對應(yīng)的清晰要求，如果負(fù)責(zé)的工匠無法達(dá)到要求，將會遭受極其嚴(yán)重的處罰。雖然這種制度對普通工匠的人身自由造成了很大破壞，但是客觀上也通過法律的形式，在最短時間內(nèi)樹立了標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)械工程理念。

同時，如果考察秦代機(jī)械工程的發(fā)展脈絡(luò)，很容易發(fā)現(xiàn)秦代機(jī)械工程的發(fā)展，完全是在秦代國家需求的指導(dǎo)下進(jìn)行的。

秦代的機(jī)械工程標(biāo)準(zhǔn)化首先體現(xiàn)在兵器的標(biāo)準(zhǔn)化。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，毫無疑問是秦國為了滿足自身爭霸戰(zhàn)爭需求導(dǎo)致的。依靠自身多年積累的優(yōu)秀經(jīng)濟(jì)實力，秦代較早地在戰(zhàn)國時期實現(xiàn)了武器的大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，并且在這一過程當(dāng)中積累了大量標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的經(jīng)驗，為之后機(jī)械工程標(biāo)準(zhǔn)化擴(kuò)大奠定了基礎(chǔ)。

二、小夫事機(jī)械，心甚山川險

中國古代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，往往依靠于長期經(jīng)驗的積累。秦代機(jī)械工程的發(fā)展同樣是建立在戰(zhàn)國以來長期技術(shù)發(fā)展之上的，是戰(zhàn)國時期機(jī)械工程技術(shù)的延續(xù)和發(fā)展。戰(zhàn)國時期機(jī)械工程發(fā)展最重要的標(biāo)志，是冶鐵技術(shù)的迅速擴(kuò)展。

先秦時期尤其是西周時期，主要的冶煉技術(shù)為青銅冶煉技術(shù)。雖然西周時期的青銅冶煉技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，并且出現(xiàn)包括司母戊大方鼎在內(nèi)的大量具有極高藝術(shù)價值的青銅器，但是青銅器本身的金屬特性，使得其可塑性等方面天然存在較大的缺陷。

戰(zhàn)國中后期，受到長期諸侯爭霸戰(zhàn)爭的推動，鐵器冶煉技術(shù)的發(fā)展達(dá)到新的高峰。戰(zhàn)國時期河北易縣燕下都遺址出土的鋼劍、鋼戟，經(jīng)鑒定是塊煉加滲碳、再鍛打而成；從長沙戰(zhàn)國楚墓出土的鐵鏟，是采用“高溫液體還原法”澆鑄形成。其余陸續(xù)出土的鐵器也均證實戰(zhàn)國時期的鐵器技術(shù)，較西周已經(jīng)出現(xiàn)長足進(jìn)步。

戰(zhàn)國時期鐵器冶煉技術(shù)的主要突破，體現(xiàn)在鐵范的出現(xiàn)和可鍛鑄鐵的使用。鐵范相較于陶范，厚度更加均勻、使用更加耐久，為大規(guī)模的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)奠定了堅實的基礎(chǔ)。可鍛鑄鐵的使用，極大地提升了鐵器的使用壽命。

除卻冶鐵技術(shù)的快速進(jìn)步，秦代器物的形制本身同樣獲得了較大的改進(jìn)。在長期的實踐積累當(dāng)中，秦代逐漸對戰(zhàn)車的制造有了更加科學(xué)的認(rèn)識。通過規(guī)定戰(zhàn)車內(nèi)部各個構(gòu)件之間的距離和角度、車輪外形的規(guī)整度等，秦代的戰(zhàn)車性能獲得了極大的提高，規(guī)避了以往戰(zhàn)車穩(wěn)定性差的缺陷。

同時，其他小型工具的形制也獲得了快速的發(fā)展。包括斧、削、鋸、錐、鑿、錘等工具，秦代均在原有基礎(chǔ)上對其進(jìn)行了改造，使得其可以更加符合人體工程學(xué)的需要。冶鐵技術(shù)和器物形制的發(fā)展，和秦代機(jī)械工程制造過程本身的發(fā)展息息相關(guān)。

先秦時期的中國古代社會，由于度量衡的不統(tǒng)一等問題，長期難以實現(xiàn)大規(guī)模的規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。秦始皇統(tǒng)一六國之后，首先統(tǒng)一度量衡，使得機(jī)械工程的制造可以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。

同時，機(jī)械工程制造過程的分工也更加細(xì)化，對于各過程的工藝要求也出現(xiàn)了非常清楚的劃分，極大地推動了秦代機(jī)械工程的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。

三、日暮紅塵合，車馬亂縱橫

秦代機(jī)械工程發(fā)展的高峰水準(zhǔn)，在秦陵出土的銅車馬上得到了充分的展現(xiàn)。秦始皇陵出土的銅車馬，其零部件數(shù)量超過三千余個，涵蓋銅、金、銀等多種金屬材料，使用工藝包括銼、磨、削、拋光、焊接、鑲嵌等，制作和安裝均有明顯的流程。大部分零件的重量和尺寸均有明確的規(guī)定，同型號零件之間的差距被控制在極其微小的范圍內(nèi)。

相對于銅車馬本身的精巧，其動態(tài)性更加值得我們關(guān)注。在銅車馬以前的大多數(shù)機(jī)械工程產(chǎn)物，通常以比較靜態(tài)的形式呈現(xiàn)。雖然尺寸同樣也實現(xiàn)了比較初步的標(biāo)準(zhǔn)化，但是在可動性方面存在較大的不足。銅車馬的出現(xiàn)，標(biāo)志秦代已經(jīng)充分掌握了基本的動態(tài)機(jī)械工程技巧。

經(jīng)過初步的研究，銅車馬的可動性和穩(wěn)定性相當(dāng)高。這表明秦代的機(jī)械工程對于動態(tài)力學(xué)的掌握已經(jīng)擁有了比較成熟的理解。在銅車馬的活動過程當(dāng)中，可以發(fā)現(xiàn)其力學(xué)傳輸已經(jīng)盡可能實現(xiàn)了效率的最大化，各部件之間的角度和比例均進(jìn)行了有意識地設(shè)計，滿足銅車馬允許需求的同時減少不必要的力學(xué)損耗。

更加值得注意的部分在于，銅車馬根據(jù)不同部分的承載力或動力需求不同，有意識地修改了不同零件的質(zhì)地。如撐，因承受很大的固定載荷，強(qiáng)度要求更高，錫的含量比其他零部件就會高一些；立傘柄，為中空圓柱形，可以減輕了重量，同時增加強(qiáng)度與抗彎能力。

不同部件的安裝技術(shù)也存在差異。要求穩(wěn)定性的部件，采用不可卸連接法，如鑄接法、焊接法、鑲嵌法、鑄補(bǔ)法、紅套法與粘接法等；要求高機(jī)動性的部件，采用可卸連接法，如子母扣法、紐環(huán)扣接法、轉(zhuǎn)軸連接法、開合口的策扣連接法與銷釘連接法等。

可以說，秦代的銅車馬是力學(xué)、數(shù)學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科的結(jié)合。能夠在科學(xué)技術(shù)水平落后的古代社會，制造出這樣規(guī)范化的機(jī)械產(chǎn)物，可見秦代機(jī)械工程的先進(jìn)程度。

結(jié)語

秦代機(jī)械工程的發(fā)展，雖然在技術(shù)上的突破整體有限，但是其樹立的標(biāo)準(zhǔn)化理念，對于中國古代科學(xué)技術(shù)的影響是不可估量的。

得益于統(tǒng)一國家的建立，秦代有條件大力發(fā)展機(jī)械工程，促使其能夠生產(chǎn)出大批世界一流水準(zhǔn)的機(jī)械產(chǎn)物。這種舉國機(jī)械工程體制，極大地影響了中國古代社會對機(jī)械工程的制造要求，成為中國古代國家機(jī)械工程的奠基。

參考文獻(xiàn)

《史記》