“六王毕，四海一”：论秦代机械工程的发展

引言

秦代作为中国古代历史上首个统一的多民族国家，在政治制度、社会观念等多方面，对中国古代历史发展进程造成了深远的影响。相对于秦代对政治制度和社会生活的巨大影响，秦代在中国古代科学技术史上的地位，则通常容易被忽略，偶有讨论也主要集中在土木工程等方面，对于秦代机械工程的研究比较少见。

传统观点认为，秦代的机械工程技术主要为木制技术，比较典型的代表为木车马。但是近年来伴随考古发掘的不断出现，秦代对于铜制技术的掌握逐渐得到证实，尤其是陕西秦始皇陵出土的铜车马，标志秦代机械工程的发展已经达到了世界顶尖水准。

一、秦王扫六合，虎视何雄哉

和秦代土木工程技术的发展历程相似，秦代机械工程的发展，尤其是秦代冶金技术的发展，很大程度上依赖于秦国、秦王朝本身的发展。

春秋早期的秦国属于边缘型诸侯国，其综合国力和政治影响力都相当有限。但是经过包括商鞅变法在内的数次改革，战国早期的秦国已经发展成为重要的政治力量，最终在公元前221年成功统一中国。

《过秦论》：“奋六世之余烈 振长策而御宇内”

在秦国不断发展壮大的过程当中，秦国的机械工程同样获得了发展。应当明确的是，在整体生产力相当落后的中国古代社会，机械工程的发展必须依靠于国家力量的实现。尤其是机械工程的标准化，对于讲究个体技术传承的中国古代社会，如果没有国家的统一标准，是根本无法实现的。

因此，秦代能够实现机械工程的快速发展，很大程度是通过国家一级的强制命令实现的。秦代机械工程的主要发展为其标准化进程。能够实现机械工程的标准化生产，其根本在于秦始皇的统一度量衡政策。在拥有明确的度量衡标准的前提下，秦代的机械工程的规制得到了比较的确定，为机械工程的发展奠定了基础。

秦始皇统一六国之后，为满足个人的享乐需求和维护国家统一的需要，要求全国各地的工匠汇聚到咸阳。这部分工匠被纳入官方的工作系统当中，按照官方的要求完成机械工程的制造技术，极大地加速了秦代的机械工程标准化进程。

根据秦代的法律，任何机械的工艺水准均有对应的清晰要求，如果负责的工匠无法达到要求，将会遭受极其严重的处罚。虽然这种制度对普通工匠的人身自由造成了很大破坏，但是客观上也通过法律的形式，在最短时间内树立了标准化的机械工程理念。

同时，如果考察秦代机械工程的发展脉络，很容易发现秦代机械工程的发展，完全是在秦代国家需求的指导下进行的。

秦代的机械工程标准化首先体现在兵器的标准化。这种现象的出现，毫无疑问是秦国为了满足自身争霸战争需求导致的。依靠自身多年积累的优秀经济实力，秦代较早地在战国时期实现了武器的大规模标准化生产，并且在这一过程当中积累了大量标准化生产的经验，为之后机械工程标准化扩大奠定了基础。

二、小夫事机械，心甚山川险

中国古代科学技术的发展，往往依靠于长期经验的积累。秦代机械工程的发展同样是建立在战国以来长期技术发展之上的，是战国时期机械工程技术的延续和发展。战国时期机械工程发展最重要的标志，是冶铁技术的迅速扩展。

先秦时期尤其是西周时期，主要的冶炼技术为青铜冶炼技术。虽然西周时期的青铜冶炼技术已经相当成熟，并且出现包括司母戊大方鼎在内的大量具有极高艺术价值的青铜器，但是青铜器本身的金属特性，使得其可塑性等方面天然存在较大的缺陷。

战国中后期，受到长期诸侯争霸战争的推动，铁器冶炼技术的发展达到新的高峰。战国时期河北易县燕下都遗址出土的钢剑、钢戟，经鉴定是块炼加渗碳、再锻打而成；从长沙战国楚墓出土的铁铲，是采用“高温液体还原法”浇铸形成。其余陆续出土的铁器也均证实战国时期的铁器技术，较西周已经出现长足进步。

战国时期铁器冶炼技术的主要突破，体现在铁范的出现和可锻铸铁的使用。铁范相较于陶范，厚度更加均匀、使用更加耐久，为大规模的标准化生产奠定了坚实的基础。可锻铸铁的使用，极大地提升了铁器的使用寿命。

除却冶铁技术的快速进步，秦代器物的形制本身同样获得了较大的改进。在长期的实践积累当中，秦代逐渐对战车的制造有了更加科学的认识。通过规定战车内部各个构件之间的距离和角度、车轮外形的规整度等，秦代的战车性能获得了极大的提高，规避了以往战车稳定性差的缺陷。

同时，其他小型工具的形制也获得了快速的发展。包括斧、削、锯、锥、凿、锤等工具，秦代均在原有基础上对其进行了改造，使得其可以更加符合人体工程学的需要。冶铁技术和器物形制的发展，和秦代机械工程制造过程本身的发展息息相关。

先秦时期的中国古代社会，由于度量衡的不统一等问题，长期难以实现大规模的规范化标准生产。秦始皇统一六国之后，首先统一度量衡，使得机械工程的制造可以实现标准生产。

同时，机械工程制造过程的分工也更加细化，对于各过程的工艺要求也出现了非常清楚的划分，极大地推动了秦代机械工程的标准化进程。

三、日暮红尘合，车马乱纵横

秦代机械工程发展的高峰水准，在秦陵出土的铜车马上得到了充分的展现。秦始皇陵出土的铜车马，其零部件数量超过三千余个，涵盖铜、金、银等多种金属材料，使用工艺包括锉、磨、削、抛光、焊接、镶嵌等，制作和安装均有明显的流程。大部分零件的重量和尺寸均有明确的规定，同型号零件之间的差距被控制在极其微小的范围内。

相对于铜车马本身的精巧，其动态性更加值得我们关注。在铜车马以前的大多数机械工程产物，通常以比较静态的形式呈现。虽然尺寸同样也实现了比较初步的标准化，但是在可动性方面存在较大的不足。铜车马的出现，标志秦代已经充分掌握了基本的动态机械工程技巧。

经过初步的研究，铜车马的可动性和稳定性相当高。这表明秦代的机械工程对于动态力学的掌握已经拥有了比较成熟的理解。在铜车马的活动过程当中，可以发现其力学传输已经尽可能实现了效率的最大化，各部件之间的角度和比例均进行了有意识地设计，满足铜车马允许需求的同时减少不必要的力学损耗。

更加值得注意的部分在于，铜车马根据不同部分的承载力或动力需求不同，有意识地修改了不同零件的质地。如撑，因承受很大的固定载荷，强度要求更高，锡的含量比其他零部件就会高一些；立伞柄，为中空圆柱形，可以减轻了重量，同时增加强度与抗弯能力。

不同部件的安装技术也存在差异。要求稳定性的部件，采用不可卸连接法，如铸接法、焊接法、镶嵌法、铸补法、红套法与粘接法等；要求高机动性的部件，采用可卸连接法，如子母扣法、纽环扣接法、转轴连接法、开合口的策扣连接法与销钉连接法等。

可以说，秦代的铜车马是力学、数学、材料学等学科的结合。能够在科学技术水平落后的古代社会，制造出这样规范化的机械产物，可见秦代机械工程的先进程度。

结语

秦代机械工程的发展，虽然在技术上的突破整体有限，但是其树立的标准化理念，对于中国古代科学技术的影响是不可估量的。

得益于统一国家的建立，秦代有条件大力发展机械工程，促使其能够生产出大批世界一流水准的机械产物。这种举国机械工程体制，极大地影响了中国古代社会对机械工程的制造要求，成为中国古代国家机械工程的奠基。

参考文献

《史记》