常常，在土木館悠長的走廊上，可以看見洪老師優雅頎長的身影偊偊獨行，相信所有土木系的人都不會對這個景象感到陌生。初來到土木系時，只聽聞有一位溫文儒雅如英國紳士的教授，擅長攝影，並樂與他人分享其作品。而在真正見到洪老師之前，首先接觸到的也是洪老師的攝影作品，一幅幅優美的山川大地景色，無論是悠閒的天鵝、絢爛的花田，或是土石流失後裸露的大樹根，每張照片都能讀出攝影者想說的故事、想表達的心情。

將畢生精力投入大地工程的洪如江教授，為中央大學土木工程學系之創系人，目前亦為臺大土木系榮譽教授及中央土木系兼任教授。若干年前，洪教授在東吳大學劉兆玄校長的邀請下，於東吳大學首次開設了「工程與自然」課程，自此開始將關注焦點轉至土木工程與人類文明的關係上。曾分別在東吳大學、中央大學以及臺灣大學開設「工程與文明」、「工程與人類文明的生與死」、「土木工程與世界文明」等頗具人文精神之課程。熱愛旅遊並熟讀歷史的洪教授，實地觀察人類演變過程中的種種社會活動與工程建設後，將之做了一個完善的整理，也就是這個專欄的由來。

現在，就讓我們開始這一系列土木工程與人類文明的旅程吧。洪教授在深思熟慮之後，輕輕地說：「我認為，土木工程即是文明工程。你覺得呢？」

-執行編輯 張國儀

土木工程就是文明工程(I)-導論
(2008/08修訂)

文：洪如江

一、 引 言
人類遠祖離開叢林、進入東非大裂谷草原，在生物體能較優之猛獸環伺之下，面臨自身安全與生活的「挑戰」，不得不直立起來、把雙手從地面釋放出來；手、腦並用，手、腦並進，終於演進成為「雙手萬能」(Hand Power)且「腦力」(Brain Power)遠優於其他動物的「智人」(Homo Sapiens)，大約在10萬年前開始。智人出現之初，靠「採集」(植物)與「打獵」(動物)維生，整天為取得食物而忙碌，而冒險。在而後的幾萬年中，有的跟隨草生動物向北遷移，例如沙米人(Sami)，在四千年前左右，到達「斯堪地那維亞」半島，再被維京人(Vikings)趕入北極圈內的拉普蘭(Lapland)地區，至於今日；有的從事遊牧，例如部分蒙古人與部分阿拉伯人，在沙漠邊緣的草原流浪；但大部分的智人，選擇定居，整地，建築房舍，築城防衛(敵人、野獸、天災)，形成聚落，引水灌溉，發展農業，獲得餘糧，分工開始，社會階級形成，城邦出現，人類主流文明從此誕生並蓬勃發展開來。

整地，建築房舍，築城，引水灌溉，開闢道路，等等「土木工程」，對人類主流文明的誕生、交流、與躍昇，扮演極為重要的角色；因此，我們說：「土木工程」就是「文明工程」。

二、 漢文「土木工程」一詞的來源
古代中原人敬重大地，開工之前，須有動土祭典；房屋在上大樑之前，也須再舉行上樑祭典。因而將房屋、城垣、道路、灌溉渠道、等等工程皆以「土木」稱之。秦始皇修長城，隋暘帝開大運河，常被歷史學家批判為「好大喜功，大興土木」。「建築」一詞來自日本。

「工程」一詞，想必是譯自英文之”Engineering”一字，合古中國「土木」與近代「工程」，而有「土木工程」一詞。其實，現在的土木工程，也不是「土」與「木」所能包含；加上科技的日新月異，土木工程的內涵也有許多變化；雖然如此，也不一定要將「土木工程」改個名字，就如同一個女嬰在出生之時取個名字，女大十八變之後，也不必改名。重要的是：土木工程是不是有重要內涵? 土木工程是不是對人類文明有貢獻?若是對人類文明沒有貢獻，也沒有重要內涵，那土木工程這一行業就會日趨衰落，而土木工程師也就要衰落成包工頭。

三、 「工程判斷」、「工程經驗」、與「工程科技」
人類在幾千年前就能夠建造出龐大的土木工程，不能說沒有高度的技術(techniques)；但在古代，第一件重大土木工程(例如第一座金字塔)要建的時候，既沒有現代科學根據，也缺乏經驗，當時的土木工程師，主要靠「工程判斷」建造出龐大而耐久數千年的工程；在同一地區建造第二件土木工程(例如第二座金字塔)，就已經有「工程經驗」可供參考，但「工程判斷」仍然重要。但在古代，匠人的地位很低，其技術，大多師徒相承，或建立「匠人協會」從事考照與發照工作，沒有現代化的學校從事有系統的科技(包括自然科學、應用科學、等等)教育及研究。即使有考工記、營造法式、與天工開物等書籍的印行，也大多是經驗的歸納；一直要等到牛頓(西元1642年-1727年)力學出現以後，工程的設計與施工才得到「科學」的基礎，而進入「工程科技」(Engineering Technology)的時代。

四、 定 義

4.1 「文明」的定義
所謂「文明」(civilization)，係指人類的「歷史」、「文化」、與「生活方式」。因為文明是人類創造出來的，所以常常稱之謂「人類文明」，簡稱「文明」。

「文化」(culture)的定義很多，用一本書也寫不完。Whitehead(1916)定義文化為：”Activity of thought, and receptiveness to beauty and humane feeling”。筆者試譯為：「思想的活躍，美的感知及接受，與人文的關懷」。「文化」也常指在一特定時間，一群特定的人所具有的「習慣」、「信仰」、與「傳統」。
人類，若是只靠其生物本能，而不運用「智慧」、「邏輯」、「文字」、「器具」、「農牧」、各種「工程科技」、等等，根本不是許多動物的對手。人類在智慧與邏輯的運作，遠遠優於其他動物；而且，人類經由精細的分工、與嚴密的社會組織，發展出高度的文明，稱霸世界。但人類，若是只顧自身短利、耗竭天然資源、不顧其他物種的死活，其文明將趨向沒落甚至於滅亡。

有些在歷史上一度極為輝煌的文明，因天災、地變、瘟疫、過度開發、濫建惡質工程、破壞生態環境、或戰爭，而停滯、衰落、中斷、或滅亡，常常被稱為「古文明」(lost civilizations)，例如「兩河流域古文明」、「埃及古文明」、「印度古文明」、「希臘古文明」、「中國古文明」、「羅馬古文明」、「印加古文明」「馬雅古文明」、等等，值得檢討與反省。

4.2 「土木工程」的定義
1828年，英國土木工程師學會(Institution of Civil Engineers，以下
簡稱ICE)將Thomas Tredgold(1788-1829)對「土木工程」(Civil Engineering)的定義納入會章(Charter)之中：

“The art of directing the Great Sources of Power in Nature for the use and convenience of man‧‧‧”

筆者試譯之如下：
「導引大自然的龐大能源為人類所用或帶給人類福祉的藝術‧‧‧」

上述ICE的定義，雖然是英國土木工程師學會對土木工程的定義，但因當時(1828)工程分工不細，且ICE的定義也還適用於一般「工程」(Engineering)，而被一般工程界加以引用(Mayne & Margolis,1982)。
1852年，美國土木工程師學會(American Society of Civil Engineers，以下簡稱ASCE) 會章對土木工程所下的定義為：

“The art of the practical application of scientific and empirical knowledge to the design, production or accomplishment of various parts of construction projects, machines and material of use or value to man.
”
筆者試譯ASCE(1852)的定義如下：
「實際應用科學與經驗知識於設計，生產或完成營建計畫之中的各部
分、機械與材料，而帶給人類用途或價值的藝術‧‧‧」

上述ICE1828年的定義，土木工程只為人類服務，不無缺憾。因此，1978年，英國土木工程師學會(ICE)為慶祝其建會150週年，特別在西敏寺(Westminster Abbey)召開大會，與宗教領袖、其他工程領域的領袖、教育界領袖、等等，舉行對談：對 ”the Great Sources of Power” 、 ” for the use and convenience of man” 、 以及 ”man” 的意義，加以檢討。西敏寺住持Carpenter博士強調「尊重自然」。其他引言人多肯定工程對人類福祉的貢獻，但也期盼在學界及工程界之中能夠重建150年前兼顧「科學」及「藝術」這兩種文化的工程生態。某引言人且直言在ICE(1828年)定義中的 “the use and convenience of man” 應改為：

“the protection of all life on this planet and the peaceful survival of the human race”

筆者試譯之如下：
「保護地球上的眾生與人類和平且永續生存下去」

準此，筆者認為ICE對土木工程(與工程)的定義可改為：
「導引大自然的龐大能源於保護地球上的眾生及人類和平且永續 生存的藝術‧‧‧」

英國土木工程師學會，經過150年為人類福祉服務的努力之後，基於自省，宗教領袖、教育界領袖及其他工程界領袖的意見，終於將土木工程的服務範圍擴及「眾生」，而且還加上「人類和平且永續生存」的抱負。筆者認為：滿足這一定義的「土木工程」，必然是「文明工程」。

英國土木工程師學會與美國土木工程師學會皆定義土木工程為一種藝術。每一個偉大的文明必定有普世價值與永恆價值的偉大藝術，而世界上規模最大的藝術品就是土木工程結構物。舉例而言，埃及的金字塔，四條直線及四個面向上集於一點，在雄偉與穩定之餘展現簡單之美；雖然傾全國之力只為國王的一具屍體，不足為訓。中國河北的趙州橋(西元7世紀隋代所建~)，已經一千三百多年了，其造型之美，仍然是所有拱橋模仿的對象。羅馬人在法國南部所建的嘉德水道橋(Pont du Gard，19BC~)，已經兩千多年了，以及晚一點在西班牙所建的西歌維雅水道橋(Segovia aqueduct，西元第2世紀~)，都還是許多人前往欣賞的大型藝術品。美國舊金山的金門大橋，一座最恰當的橋樑建在一個最恰當的環境中，成為美國西岸的地標。澳洲雪梨歌劇院，帆船造型的屋頂，喚起當年英國囚犯乘坐帆船被流放澳洲的歷史記憶。英國的牛津大學與劍橋大學的最古老校舍，巨石所建，已近千年，但歷久彌堅、歷久彌新，一直是全世界最美的校舍，再過萬年，依然如此。這些工程，符合Whitehead(1916)所謂的「美的感知及接受」。

五、 土木工程的特徵

5.1 土木工程的主要科學(Science)基礎
牛頓(1643~1727)力學，尤其是牛頓第二定律：
F = m a
F代表力量，m代表質量，a代表加速度

5.2 土木工程的科技(Technologies)基礎
土木工程的工程科技有：
● 材料工程科技：土、石、木、鋼、鋼筋混凝土、玻璃、塑膠、複合材料、等等材料的工程科技
● 能源工程科技：人力、獸力、水力、風力、木材、化石(煤炭、石油、
天然氣) 能源、核能、生質能、等等能源的工程科技
● 數據與資訊工程科技：計算方法、電腦應用、數據與資訊的傳遞與管理、等等工程科技
● 生物工程科技：植生護坡與護岸的工程科技、生態工程科技、等等

5.3 土木工程的專業分類(分工)
● 大地工程：所有土木工程的基礎，隧道，挖方工程，填方工程，
工址調查，災害防治，等等
● 結構工程：橋樑工程，建築與高樓結構工程，混凝土壩工程，管道
工程，等等
● 水利工程：水資源，排水，自來水，污水下水道，港灣，等等工程
● 環境工程：自來水水質處理，污水處理，垃圾處理，空氣污染控制，
等等)
● 交通運輸工程：公路，鐵路，水路(運河、港埠、船閘)，機場，捷運系統工程，等等工程
● 營建管理：排程及工程進度管理，工料管理，工程品質控制，工程品質保證，等等

5.4 土木工程的作業(Operations)
土木工程合理的作業程序為：
(1) 工程構想：根據經濟建設計劃，國土規劃，或地方要求，提出構想或擬議
(2) 可行性研究(分析)：環境、社會、經濟、財務、技術、等可行性的分析
(3) 規劃：初步規劃，定案規劃
(4) 基本設計：功能設計，工程幾何型態設計
(5) 發包：招標、審標、決標、定約
(6) 施工及細部設計：動用工程專業知識，善用各種材料及器具，把工程師的設計在地上或地中建造起來
(7) 營運(使用)，監測，與維護
(8) 除役：拆除
(9) 復育
在進行作業的每一階段，皆須辦理不同範圍、程度、與精度(指工程圖說的比例尺)的工址調查，節省調查常導致災變。

土木工程不按作業程序進行，常發生災變、展延工期、追加預算。在台灣，常發生為配合政治人物的任期而壓縮工期，甚至於採用所謂的「重疊作業法」(同時進行施工、設計、與規劃)或「倒行逆施法」(先施工，再趕設計，然後補規劃，發生災變再補地質調查)，難怪問題層出不窮。

5.5 科學、工程科技、專業分工與作業程序的綜合影響(貢獻)
土木工程師有了科學基礎(牛頓力學)之後，運用工程科技，專業分工合作，循合理化的作業程序，土木工程，可以建得規模更大(例如，離岸機場或工業區的填海造地的體積已達數億立方公尺)、更長(例如，日本明石大橋，主跨的跨度已近2公里，1990公尺)、更高(例如，台北101摩天大樓，已經超過百層)、更深(例如，隧道埋深已達3000公尺)、更快(例如，台灣的萬坪高科技廠房，只要100天就可以建成)。

上述之例的工程，以及許多現代偉大工程，若無科學、工程科技、專業分工合作、與合理的作業程序，極不可能建成；至少，不可能在有限資源與快速工期內完成。

5.6 科學與工程科技的限制
重大土木工程，影響因素很多，例如，天氣(尤其是颱風、豪雨)、地形、地質、地震、水文、等等自然條件，與人文社會環境。科學尚難解決所有問題；還有相當大的部分問題必須靠「工程經驗」解決之；若尚無前例可資參考而經驗不足，還必須靠「工程判斷」從事設計與施工，但必須在施工進行中及完工後，以監測系統驗證「工程判斷」，必要時，修正或變更設計。也正因為如此，英國土木工程師學會與美國土木工程師學會皆定義土木工程為「藝術」。

5.7 土木工程與其他工業的不同
每一件土木工程結構物都是「原型」(prototype)，必須根據自然條件與人為因素，量身建造；不像其他工業產品，可以先試製幾個原型，經靜態測試、修改、動態測試、修改、試車、修改，然後可以複製而大量生產，甚至於可以在現貨市場買到，可以進口。

常見同一住宅社區的相同外型建築，有的安然無事，有的未用先壞，主要問題通常在地質(包括水文)部分，未在開工前查明，甚至於在施工期間也未必補充調查。

重大的長隧道工程，開工前的地質(包括水文)調查尤其困難，常需邊施工邊設計(指細部設計)，幾乎每天都在變更細部設計，先進國家的隧道專家常以 ”design as you go”來形容隧道施工作業。在歐洲的做法，常常在主坑開工之前先打通一條「導坑」(pilot tunnel)，從事地質(包括水文)調查、工率(進度)評估、為主坑施工安排作業支援(排水、通風、運出廢土、人員與材料的進出、救災、等等)。國內重大的長隧道，常常喜歡「冒進」，不肯在主坑開工之前先打通一條「導坑」，常造成「欲速則不達」的困境。

六、 結 論
許多古文明的土木工程是藝術品，應該加以保護、保存，但不必抄襲。由於科學的進步，新材料的出現，實在沒有必要，也不應該，抄襲古代工程的結構型態。許多仿古工程與建築，常常被工程家或建築家恥笑為「型態的抄襲」(the imitation of forms)。但是民族文化或傳統意向的展現，例如義大利翡冷翠高速鐵路車站展現「但丁文學」的意向，昆明機場大廈結構反應當地「彩帶舞」的動感，巴黎羅浮宮新門廳以鋼鐵及玻璃重現金字塔穩定與簡約的美感，從來沒人批評他們是抄襲。
至於土木工程對文明的貢獻，對眾生平等的實踐，以及對永續發展的支持，容後說明。

參 考 文 獻
洪如江(民國95年)，「土木工程與人類文明」，土木水利，第33卷第1期。
Mayne, Roger, Margolis, Stephen (1982), Introduction to Engineering, McGraw-Hill, N.Y.
Pannell, J. P. M. (1964), An Illustrated History of Civil Engineering, Thames and Hudson, London.
The Institution of Civil Engineers (1978), A series of addresses to the General Assembly of The Institution of Civil Engineers, commemorating the 150th anniversary of the Royal charter of the Institution granted on 3 June 1828.
Whitehead, Alfred North(1916), The Aims of Education, The Macmillan Co.