什么是工程：一种演化论的观点

2011-04-01蔡乾和

长沙理工大学学报（社会科学版） 2011年1期

关键词：工程

蔡乾和

(河北联合大学文法学院，河北唐山 063009)

在达尔文生物进化论中提到的“自然选择”对“生命是如何进化的？”问题提供了强有力的解释之后，生物进化论逐渐被作为一种隐喻或模式，不断地在社会、科学、技术、经济、产业、企业等活动/领域扩散。至今，进化的观念亦已从自然界向人工界延伸与拓展。而从“自然-科学-技术-工程-产业-经济-社会”的知识链来看，进化的观念在工程活动领域尚未引起足够的关注。显而易见地，工程作为人工自然界的造物实践活动，作为技术性要素和非技术性要素的集成系统，技术和人工物的进化为研究工程演化提供了可能。本文试图从演化论的观点来认识和理解工程，把握工程演化的特征与实质，并简要论述工程演化论研究的理论与现实意义。

一、从工程史看工程的多样性、延续性和创新性

尽管工程哲学研究是21世纪初开始的事情，但是当今时代是一个“指数增长的工程时代”[1]，“工程化”特征日益明显，工程作为哲学的研究对象也必须成为一种趋势。可喜的是，国内在工程哲学研究方面基本与国外同步，且彼此既有着相同的特点，也有着各自的特色。[2]在21世纪初的最近几年里，陆续出版了众多工程哲学方面的著作，如《工程哲学引论》(2002)、《工程哲学》(2007)，Engineering Philosophy(2003)、Philosophy and Engineering：An Emerging Agenda(2007)、以及Engineering in Context(2009)等。

正如拉卡托斯所言，“没有科学史的科学哲学是空洞的，没有科学哲学的科学史是盲目的”，工程史对于工程哲学也有着类似的重要地位和作用。中国工程院殷瑞钰院士也曾多次提到，工程史研究是工程哲学的“基础性”工作之一，工程史应该成为“开展工程哲学研究的切入点”。[3]李伯聪教授也曾模仿康德提出“没有工程史的工程哲学是空洞的，没有工程哲学的工程史是盲目的”。[4]国外在工程史研究方面已有一些成果，如A History of Engineering and Technology：Artful Methods(1999)、A Social History of Engineering(1996)等。而国内尚未有专门意义上的工程史著作。不过，值得一提的是，2010年11月28日在中科院举行的首届工程史学术研讨会的召开，掀开了国内工程史研究的序幕。

《工程与技术史：艺术方法》是美国乔治亚大学的地质学与人类学教授加里森(Ervan G.Garrison)所著的一本关于工程史研究力作。整体上看，该书不同于一些著名的技术史或科学技术史著作(如辛格的《技术史》、李约瑟的《中国科学技术史》等)，更多的是关注工程而较少关注科学技术；也不同于各类工程学科的专门史(如冶铁史、桥梁史、铁路史等)，而更偏向于通史。它不仅是一部关于工程的编年史，而且是一部关于工程的观念史和社会史。在加里森看来，它更像是一本艺术与方法的演化史。“工程是一种在产生某一创造性的作品或产品过程中把具体需要与特殊设计进行独特结合的最古老的应用艺术之一”。正是如此，加里森认为“把工程既作为一门艺术又作为一种方法冠之以书名是合适的”。[5]从其研究特色看，该书是以工程而不是以技术为研究对象，在内容上工程学与文化人类学相交融，方法上考古学的实证与史论相结合，在工程如何发展问题上蕴涵着演化思想。[6]

基于对《工程与技术史：艺术方法》的研究，可以比较清晰地看到工程史上存在着工程的多样性，不同门类工程以及同一门类工程内部之间存在着延续性与创新性。

从不同门类工程的发展并结合科技史和社会发展史来看，每一新类型工程的出现往往是科技革命、产业革命及重要社会历史变化与多因素选择的结果，正是这些变化的复杂性凸显了工程的多样性变化及其选择性特点。恩格斯“劳动创造了人本身”的观点揭示了人类的出现和工程活动的起源之间的联系。工程的一般含义是“造物”，最早的石器工具的打制标志着人类“造物”的开始，这种“造物”劳动也意味着工程的发端，同时也赋予了“造物者”——人的内涵。石器工具的出现也被认为是技术诞生的标志，因而在起源意义上，工程和技术的发展紧密联系，工程史与技术史也就有了许多内在的联系和结合(这也许是加里森将书名冠之以工程与技术史的原因，尽管在书中主要以工程为研究对象)。人类的生存除了自然物之外，还需要人工物，如器物、工具、人工居所等等，自然物为天工之物，而器物、工具以及一切非自然生成的有用物的制作、建造是人工界的，它们是人类工程活动的产物。随着人类生产、生活需求的变化，随着科学技术发展水平的提高，工程活动也逐渐丰富多样。近代以前主要有土木工程，在欧洲某些地区冶金工程活动比较活跃。到近代，科学革命和产业革命为工程的分化以及新的工程领域的出现带来了动力。这一时期，除了土木工程领域的分化，开始有了机械工程、化学工程等，特别是蒸汽机的发明更是推动了机械工程的发展，也加速了钢铁冶金与铁路工程的发展步伐。到20世纪，航空航天工程、电子工程、石油工程以及核工程等发展起来。工程多样性的存在在科技不断进步的同时，也反映着工程活动中人类需求以及创造力的不断丰富和加强。

从同一门类工程的发展来看，在大尺度时-空范围内，每一类工程内部之间也存在一定的连续性和创新性，技术创新与社会需求是促使工程创新的动力。连续性体现在同一类工程在不同时期的持续出现。以具有代表性且最与人的日常生活联系紧密的土木工程为例，在旧石器时代，原始人类主要以石器工具的制造和使用来提高适应自然并得以生存的能力。这一时期的“土木工程”(这种称谓后来才出现)简单而直接，但“集成”了一些原始人类的生存和生活技术。法国的尼斯市出土的文物有了人造居所的第一手证据。[7]古埃及人利用适合于自身环境条件的工程方法创造了许多土木工程奇迹，如寺庙、金字塔、灌溉水渠、军事工程设施等使得它成为那个时代真正的“石头的主人”(master of stone)。[7](P111)在古希腊，尽管也有举世闻名的工程奇迹——罗得西人巨像、亚历山大里亚灯塔和帕台农神庙，但是古希腊留给后世的最大财富就是足以影响现代工程实践的科学思想、原理、科学知识、以及批判性思维方式。[7](P45)古罗马人从其他地区学到了关于工程的知识，他们从伊特鲁利亚人那里学得了弓形结构，从希腊人那里学到了如何通过导引管供水、隧道技术和水凝水泥的用法，等等。但也正是古罗马人在继承其他地区土木工程知识的基础上进行创新，才把这些能力发挥到极致，使得土木工程技术达到那一时代的巅峰，取得了令人瞩目的成就，如军事攻防机械(弩炮、弹弓等)、道路(罗马主干道)、桥梁、引水渠，测高仪、量斗、水平仪、引水管检测器、城市建筑群。不过古罗马的土木工程有着鲜明的特点，即在东罗马共和国时期以军事工程为主，而在西罗马帝国时期则以民用工程为主。也正如加里森所概括的，“在共和国的时代是军事工程师的时代，而帝国时代是民用工程师的时代”。[7](P61)到中世纪，工程活动尽管以阿拉伯人“重新点燃古希腊火炬”——继承希腊人的科学思想和工程风格为主，但也建造出了康斯坦丁堡式的城堡，并一直影响着中世纪的城堡建筑。到近代，实验科学的诞生与发展提供了作为工程基础的知识(如静力学)，文艺复兴运动使得文艺领域的人文主义思想对工程也产生了深远的影响。圣彼得堡圆顶教堂、圣保罗教堂、门阶形多孔桥、碎石路等是那一时期最具代表性的土木工程。18～19世纪初的欧美，土木工程的分支——桥梁建筑工程，无论是构架还是设计都既有继承又有创新。那一时期在铁桥、吊桥以及它们设计方面的演化上就是很好的证明。[7](P179-192)随着城市化进程的加速，垃圾与废物处理、给水与用水卫生等社会需求促使许多卫生工程和大型水利工程陆续出现。比较著名的有美国的胡佛大坝和圣.弗朗西斯大坝，以及克劳顿(Croton)供排水水道、伊利运河、苏伊士运河和巴拿马运河等。从以上叙述中可以看出，同一类型工程在不同地区、不同时期既体现了工程的延续性，又体现其创新性，主要体现为这类工程在结构、功能、意义、用途等的变化。在这个变化过程中，技术的创新与社会需求的变化是其演化的主要动力。

另外，同一国家(或地区)在不同时期、不同国家(或地区)在同一时期的工程呈现出与科技创新水平相适应的状况，且整体上都呈现螺旋式上升的趋势。从建筑工程来看，早期比较发达的地区有埃及、罗马等，文艺复兴时期工程科学的出现使得意大利成为当时的中心，从17世纪开始法国就成为了新的工程中心。直到19世纪中期，先是英国、然后是法国在钢铁桥梁设计方面一直是世界的引领者。20世纪中期，随着钢铁技术和混凝土技术的飞速发展，这种领先水平被桥梁建造工程师传入美国。艾菲尔铁塔、克里夫顿吊桥(Clifton Suspension Bridge)都是那个时代最具代表性的成就。从机械工程来看，在第一次工业革命时期的英国，由于当时其科技水平相对于其他地区较高，使得它在以蒸汽机为动力的机械工程方面的成就比较突出；而到了19世纪后期，英国在以电动机为动力的科技成果转化方面相比美国而言不占有优势，使得这一时期它在机械工程方面的成就不再是绝对的领先者。同样地，对于不同国家(或地区)来说，在同一时期各种类型的工程也与其当时的科技水平相适应。在卡诺原理、热力学第二定律等还没发现之前，热能的应用真正是伴随着蒸汽泵的发展而出现的。而科学的新成果(热力学定律)发现之后，以热能为动力的机械工程才迅速取得了快速的提高与发展。

工程的多样性、延续性与创新性揭示了工程的演化本质。工程作为哲学的研究对象，是作为“一般”的对象，包含抽象的“物种”概念和具体的“个体”概念。因此，工程的多样性表现为作为“物种”的多样性(如机械工程、电子工程等各种门类的工程)和作为“个体”的多样性(如桥梁工程中的拱桥、吊桥等)。工程的多样性存在是工程发展过程中诸多因素进行选择的前提，也为工程的创新提供了可能性。工程演化中的选择机制是指在不同科技发展水平与社会历史条件下，因自然条件、技术条件、社会需要等诸多因素的影响，在工程的规划设计、建造、运行、管理等过程中对工程的结构、功能、效用、效率等进行选择的过程。这种选择机制不同于生物进化论中的自然选择，而是一个社会建构的过程。如卡隆(M.Callon)在分析20世纪70年代法国电动汽车的失败案例时，指出由于电动汽车的开发与当时社会需求与消费需求的不适应性制约了它的发展。[8]此外，同一门类的工程在知识、技术、物质材料等方面的“继承”(类似于生物学中的“遗传”)也是工程演化过程中存在延续性的基础条件，同时也为新的一轮工程创新进行“量”的积累。正如霍奇逊所认为的，“只要多样性、选择和遗传的特征存在着”，演化现象就存在。[9]因此，工程的多样性、选择、(延续性(类似于生物学中的“遗传”)等特性的存在，揭示了工程在大尺度时-空范围内是演化的本质。

二、工程演化的特征与实质

工程作为造物实践活动，是在一定边界条件下，时间-空间、物质、能量、信息等基本要素(参数)经过动态集成，通过技术性要素与非技术性要素的优化、集成与选择，从而构建一个具有特定功能的有序、有效系统的活动过程。考察整个人类工程活动的历史可以发现，工程演化在时间-空间、结构-功能，以及过程-结果等方面呈现出一些重要特征，它是一个现实的直接生产力的演变与人之为人的本质的不断展现过程。

(一)工程演化的特征

(1)在时间-空间尺度上的社会历史性与地域性。从时间尺度上，工程演化必定是历时的、历史的。一方面，生产力的每一次质的飞跃都促成了社会历史的变革。另一方面，工程演化的每一阶段总是与特定社会历史条件下的社会分工、社会需要密切相关。考察工程的社会史，[10]从古代工程到近代工程，再到现代工程，每一次工程演化都是伴随着那个时代的社会分工的变化、社会需要的多样性发展而发生的。如手工业与农业的分离，纺织、制鞋、冶金、建筑等方面的社会需要，使得古代以农业经济工程为主向工业经济工程为主发生演化；随着科技的进一步发展，机器制造业与商业、信息服务业的分离，工业经济工程又向知识经济工程演化。产业是工程的聚集，整个人类历史的工程从一个阶段向更高级阶段的演变，其直接的表现形式就是产业革命。

从空间尺度上，工程演化具有地域性的特征。一方面，不同国家(或地区)的工程其演化的速度不尽一致，与各个国家的发展程度和发展速度相关。作为直接的生产力，工程活动是国家经济的微观基础，其规模、速度、质量等的变化对一个国家的经济规模、发展速度、经济实力等产生重要影响，甚至关系着国家的兴衰。以钢铁产业的工程为例，西方发达国家在20世纪中叶就基本实现了连铸-轧钢。而我国直到70年代末才开始引进连铸工艺技术与设备。如武钢集团通过引进当时具国际先进水平的“一米七”轧机系统，使原有的“平炉-铸锭-初轧开坯”工艺向“转炉-连铸”现代化生产工艺转变。通过近20年的努力，“一米七”轧机工程经过三次系统跃迁，[10]到1995年实现了生产工艺流程的工程创新。这一生产方式的巨大变迁使我国钢铁工业开始走向中国特色的工业化道路。另一方面，不同国家(或地区)的工程都具有丰富的文化特色，且与一个国家的文化传承有着不可分割的联系。这一特征从欧洲与中国在建筑工程的风格差异可以得到明证。尽管在不同时期、不同国家(或地区)其工程的演化有着自己的特殊性，但就整个人类工程活动史以及人类文化史而言，工程演化又具有总体趋势上的一致性或相近性。仍以钢铁工业工程为例，现代炼钢技术是以19世纪中叶亨利·贝塞麦发明酸性底吹转炉为起点的，经历了平炉、托马斯炼钢炉、电弧炉炼钢以及热连轧等阶段。从世界钢铁工业的历史看，无论是西方发达国家还是发展中国家都基本经历了同样的工程演化阶段，而且从炼钢技术的发展趋势上，都在向简化、紧凑、洁净、节能方向演化。

(2)在结构-功能上的集成性与整体性。从结构方面看，每一具体工程都是对相关技术要素进行选择、综合、集成形成相关技术群，并与其他诸如资源、资金、土地、劳动力等非技术要素进行优化-集成，构建一个有特定结构和功能、并能产生效益的工程系统。集成性是其本质特征，因而工程演化也必定体现着各种要素在集成方式(如配置特征、规模、组织与管理等)的不断创新与演化。从功能方面看，由于工程活动的过程并不是各种要素的简单叠加、组合，而是通过综合集成优化形成一个工程系统，具有整体运行的特性。因此，工程演化都是由作为系统整体的运行状况决定的，实现整体性的提升是实现工程演化的必要过程。具体过程是：首先对亟待解决的工程问题的整体进行解析，针对其薄弱环节进行优化，淘汰旧的环节，促使创新并构建新的环节，然后通过重构性的集成优化来实现整体性提升。

(3)在演化形式上的渐进性与突变性。人类社会发展和科技进步的历史表明，工程演化存在着渐进性与突变性两种工程演化形式。这既体现在同一类型工程内部，也体现在不同类型的工程之间。在同一类型工程内部，当边界条件相对稳定时，多发生的是渐进形式的工程演化；当边界条件发生变化或达到某种临界点时，往往发生突变形式的工程演化。以钢铁冶金工程为例，在同为高炉-转炉-连铸轧钢生产流程下，轧钢工程演化是渐进式的，包括有连铸坯冷装轧制、连铸坯热送轧制、无缺陷连铸坯直接热装炉轧制、连铸坯直接轧制、薄板坯连铸-连轧等。而在第一代钢厂与第二代钢厂之间，钢铁冶金工程演化则是突变式的。制造流程从“高炉-转炉/平炉-模铸-初轧/开坯-各类产品轧机”所组成的生产体系向“高炉-铁水预处理-转炉-二次冶金-连铸-热送/热装-再加热-热连轧机”体系跃迁。另一方面，在不同类型的工程之间也存在类似的演化形式。例如，从材料的发展史看，新旧时期时代的材料工程只是在石材形态、硬度、大小等方面的渐变式演化，而青铜器、钢铁、高分子材料等工程材料的划时代变化则归因于工程的突变式演化。形式上的渐进性与突变性的特征，体现工程传统与工程创新的统一。

(4)在演化过程上的连续性与间断性。工程演化形式的渐进性与突变性反映了在其过程的连续性与间断性(阶段性)，是二者的统一过程。前一阶段总为后一阶段提供必要的基础，而后一阶段总在创新的基础上有所突破，这样的演化过程呈现间断性；而在每一阶段内部，总存在工程知识、技术、文化传统等的继承，处于量的积累状态，保持着演化的连续性。从古代工程向近代工程，再到现代工程，总体表现为由低级到高级的“质的飞跃”(间断性)，同时后一阶段又是孕育于前一阶段的工程演化之中的(连续性)，正如马克思所说，“后一个[生产]形式的物质可能性——不论是工艺条件，还是与其相适应的企业经济结构——都是在前一个形式的范围内创造出来的”。[11]工程连续性与间断性演化的结果是，一批先进工艺、设备和产品创新性地发展，一批已存的工艺设备和产品渐进性地改进并继续生存和发展，一批落后的工艺、设备和产品被淘汰。

(二)工程演化的实质

从性质上看，工程演化属于“进化认识论”的范畴，是工程哲学的重要领域。自然-工程-社会三元关系表明，[12]一方面，工程演化是自然演化的范畴。恩格斯指出，“自然界不是存在着，而是生成着并消逝着”。[13]人类作为自然界“生成并消逝着”的一部分，所创造的人工界总是依赖于自然并影响着自然的生存与消逝的。而人类又是通过工程活动来创造人工世界的，从而人工世界也“生成并消逝着”。值得注意的是，在人工界的演化过程中，自然界既为人工界“生成”资源(材料、能源等)和信息(自然物的物理、化学属性以及其他知识等)，也为人工界带来“消逝着”的制约因素(如规律的不可违或地质、气候的变化等等)。因而工程演化研究必定要反映和考虑自然界及其演化的因素。另一方面，工程演化又是社会演化的范畴。社会性是工程的重要属性，是工程活动主体的社会性及其对社会经济、政治和文化等直接的、显著的影响和作用的结果。而一定社会的经济、政治、文化和军事等因素总是对工程的演化产生不可忽略的影响。现实的、具体的工程目的性、价值导向也彰显了社会诸多因素的作用。

从物质文明和人类社会的发展史看，工程一直是直接的生产力，是人类社会及其文化存在和发展的基础。人类社会的存在和发展总是以人们物质生活条件的生产为前提的，物质条件的生产就是生产力本身，它是依靠工程活动来实现的。马克思认为，“人们用以生产自己的生活资料的方式……是他们表现自己生活的一定方式……他们是什么样的，这同他们的生产是一致的——既和他们生产什么一致，又和他们怎样生产一致”。[14]从这句话中可以理解，人类通过工程活动获得物质生活资料，同时工程又表现为人们“生活的一定方式”，工程的目的(物质生活资料的生产)和工程本身(怎样生产)是相一致的。人类正是在不断的工程活动中表现着自身生活的一定方式，不断改善和提高自身的生存状况和生活质量。每一代人的工程活动所建造之“物”都为后一代人的工程化生存提供了现实的直接生产力，后一代人依靠它来“表现自己生活的一定方式”，并又为其后一代人提供新的生产力，如此循环往复，不仅促使人类社会的不断进步，而且不断推动工程演化，即生产力的不断演化。每一次工程演化过程中的“突变”，都必定是生产力的重大变革，社会形态因之更替。可以说，人类社会及其文明的发展史是一部工程演化史，也是生产力的演化史。

从价值论角度来看，工程演化中，工艺、装备和产品等的更新换代，不仅实现了生产力的不断演变，同时还促成了价值的实现与演化。在这里，价值包括两个层次，第一层次是指当时当下的价值。工程都是价值导向的，对于同一类型工程而言，每一工程中工艺流程的工序功能集的解析-优化、工序关系集的协调-优化，以及流程系统工序集的重构-优化，总是贯穿着价值的调整与协调，或者是价值的正向迁移，一旦工程实现系统跃迁，其负载的价值也会随着实现。第二个层次指终极价值。就整个人类工程活动的价值而言，工程演化又是人之为人的本质——人的自由、自觉、自为的类本性——的不断展现过程。工程都是为人的、属人的，是为人的生存和发展服务的，通过物质化、结构化强化了对人的关怀。也就是说，“工程是‘知道的做，，是工程主体自我意识——类意识的对象化过程，是人的‘自为本性，的自觉实现方式”。[15]工程又是自为的，是合规律性与合目的性的统一，既按照规律建造，又体现合目的的自觉。马克思认为，“动物只是按照它所属的那个种的尺度和需要来建造，而人却懂得按照任何一个种的尺度来进行生产，并且懂得怎样处处都把内在尺度运用到对象上去；因此，人也按照美的规律建造”。[16]工程就是集成性的建造，它反映着作为主体的人的“内在尺度”和“美的规律”，这种“内在尺度”和“美的规律”就是一种形而上的本质——类本质，工程演化就是对这种形而上的本质的展现。

三、工程演化研究的重要意义

演化的观念在“工程”上的缺位、技术进化论的既有成果使得工程演化研究有了可能。基于本文的初步探讨，工程演化中的许多问题尚亟待进一步深入研究。从国内工程哲学的研究进展来看，工程演化研究是对当前我国工程哲学研究的拓延与深化，无疑具有重要的理论与现实意义。

在理论层面，首先是从工程维度丰富了广义进化论的理论宝库。工程演化研究不仅通过工程史的梳理，来探讨工程演化的本质、特征、动力、机制及规律等问题。而且也从工程与科学、技术、产业、经济、社会的关联上探讨工程创新、知识创新、技术创新、产业升级、经济增长方式转型和社会进步等问题。这不仅同科学的不断发现、技术的不断进步相对应起来，而且丰富了产业演化理论和演化经济学的内容，增加了广义进化论理论宝库的丰度。其次，在工程教育中有助于工程人才加强对工程活动中所涉及的非技术性要素的重要性认识，认识众多因素相互作用的机理，认识到该继承什么、该引进什么以及该从何方向进行创新。

在实践层面，其一是为技术进步的方向、工程科学的研究方向提供战略性、导向性的意见。工程是一定边界条件下诸多技术的动态集成。不同时代、不同地域、不同国家的技术进步方向是由工程的战略层面确定的。同时，随着现代科学技术的发展，必然引起与许多学科交叉、诸多技术集成相结合的工程科学命题。工程演化论研究必然将促进工程科学的深化和拓展。其二是为现实的工程管理提供理论依据。工程管理是为实现预期的工程目标，有效地利用各类资源、在正确的工程理念指导下，对具体工程进行决策、计划、组织、指挥、协调与控制的活动与过程。而工程活动中技术性要素与非技术性要素的演化，以及它们之间集成形式的多样性，增加了工程管理的难度。工程演化论的成果有助于在把握规律性和关联性的基础上进行高效的工程管理。

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