二、材料性工程主导的农业社会

到新石器时代（公元前8000年左右），人类文明史上发生了第一次产业革命，即农业革命，人类从此进入农业经济时代。原始农业的发展是新石器时期最鲜明的特征，与农业发展相适应的工程活动（如房屋建筑、引水灌溉、陶器作坊等）逐渐形成。

原始农业和畜牧业的出现，使得食物的富余或产品的交换成为可能，人口有了大幅度增加。食物或其他产品的富余使得最初形式的食品储藏工程出现——建造圣祠。如美索不达米亚地区的土丘，到后来逐渐发展成正规的神庙，神庙的发展和规模的扩大，也反映着人口的增长。同时，足够的社会产品剩余为从事其他职业的专门人员（如手艺工人）和统治者提供了生存保障，从事工程活动的工匠和管理者的专门分工也成为可能^[5]。

在农业文明初期，人类基本上从事与生活和定居相关的工程活动，并且大多数沿着大河流域发展。大约公元前6000年，苏美尔地区就有了农业灌溉工程，包括开凿水道、引水灌溉。还出现了12个独立的城市，成了最早的文明中心。大约公元前3500年，苏美尔人发明的轮和轴和楔形文字被称为交通运输工程和信息技术早期形式的代表。也有学者认为苏美尔人是土木建筑工程（如灌溉工程、土坯结构工程）和冶金工程（如青铜器的浇铸）早期形式的最早实践者^[6]。在公元前2700元左右的古代尼罗河流域，古埃及人建起了标志古代工程奇迹的金字塔。而大约在公元前2000元左右，在古印度河流域和古代中国的两河流域，都出现了早期的建筑工程，如灌溉水利工程。

这一时期，除了为满足当时社会农业的需要建造的工程外，也建造了一些为宗教和社会政治服务的工程，如苏美尔人的Ziggurat（金字神塔，约公元前3500年）、古埃及人的金字塔（约公元前2500年）和英国的巨石阵（约公元前1500年）。到了公元前2000至公元前500年间，随着巴比伦、亚述、波斯等王国的兴起，社会经济、政治和商业贸易的发展产生了诸如筑路、城防、大型船、海港码头及其基础设施等工程活动的需求，从而刺激了这一时期的工程快速发展。

早期的机械和车辆中带有运动形式的技术发明，为机械工程的兴起和交通运输工程的快速发展提供了早期证据。古希腊时期的机械划分为简单机械和复杂机械两类：简单机械包括杠杆、楔子、螺杆、滑轮、绞盘和斜面等；复杂的机械是由简单的工具组合而成的。在实际应用中，机械是“由介于驱动力和执行部分之间的特定数量的移动部件构成的任何工具”^[7]。漏壶、水力风琴、时钟、压气机和螺杆在亚历山大时期都有详细的描述。另外，钻孔技术就经历了手钻、弓形钻、泵钻等发展历程，最具有意义的是轮子，特别是陶轮的发展为马车乃至后来的汽车等交通运输工程的发展起了重要作用。

公共工程活动也在不同的地区发展起来，某些特色工程人工物成为当今保留较为完整的工程遗迹。据希罗多塔斯（Herodotus）记载，在古希腊的萨摩斯岛有一项最伟大的引水工程——渡槽。它可能建于公元前6世纪，是由尤帕里尼乌斯设计的。隧道长超过1000米，是从两端同时开凿的，由于计算错误，两端错开大约5米，为使得两段隧道连通，水流源头的那一端不得不开了个大转弯，水流通过用石头支撑的管道和水道，直接取最短的路径进行引水。此外，古希腊时期出现的公共工程还包括水利灌溉、神庙、矿山、采石场和陶器工场等。在其他地区，如古罗马帝国时期，圆形剧场、竞技场、斗兽场、庙宇、导水管、沟渠、桥梁和公路网是当时最著名的大型工程产物。在古代中国，万里长城和都江堰也是当时乃至现今举世瞩目的工程奇迹。这些地区的工程活动为人类文明的进步与发展做出了重要贡献。(www.daowen.com)

到了中世纪，人类的工程活动出现新的特征，工程造物更多地受社会因素的促进和推动。随着农业商品的不断增加，手工业和海上贸易的快速发展，工程活动内容也逐渐扩展。如农业、冶金、城市建设、水利水运、造船等领域的工程活动非常活跃。尤其是水磨的发明与制造为人类社会提供了最有效的机械动力；造船和海运成为扩展的事业。在欧洲，工程活动水平也有很大提高，尤其是欧洲的教堂建筑堪称西方建筑工程的典范。中国、印度和阿拉伯世界也处于社会经济与工程活动的繁荣时期。政治、经济和宗教等因素对工程活动的影响比较突出，工程形式也在不断进化，出现了建筑设计、项目设计和组织等形式，在欧洲的中世纪已经出现了专门的设计者和监管人员。到中世纪末，航海探险及海上扩张进一步促进了航船的设计和建造行业的迅速发展，进而推动了资本的积累与城市商业、手工业和交通运输业的繁荣。

文艺复兴时期的工程，成为其后各类工程的不断扩张和现代工程发展的新起点。随着近代科学的兴起，工程日益受相关理论思想的影响越来越明显。文艺复兴是一场文学艺术和理性的再兴运动，是对中世纪的一些未经启蒙的思想的摒弃，以及对古代世界（尤其是古希腊）经典文化中鼓舞人心的思想的“复活”。对于工程而言，文艺复兴的深远意义在于：对工程活动中亟待解决的与力学有关的问题提供了科学依据和理论基础，如伽利略、玻义珥、惠更斯、胡克、牛顿等人的理论工作；私人财富的积累为建筑业、商业探险等提供了资本，创新的思想激起了天才们（如达·芬奇）日益增长的机器制造的浓烈兴趣。

文艺复兴时期的工程实现了一些杰出的、跟以往截然不同的经验性设计，积累了许多方面的工程知识。如意大利工匠师布鲁内莱斯基（Brunelleschi，1377—1446年）设计的佛罗伦萨大教堂和德国人洪堡（J.Gutenberg，1400—1468年）的活字印刷机的建造和发明^[8]。弗洛伦萨大教堂的建造，体现了视觉距离和几何比例相统一的设计，而且也有一些独特的、令人称奇的现代工程项目操控与管理方法。德国人的可移动印刷机的发明，掀起了一场信息扩散的革命，尤其是他的工作汇集了许多方面的工程知识，如合金浇铸、精确切割、改版、员工培训等方面的技能和知识。这一时期，多种工程活动的“集成”对工程演化的持续性变得日益重要。

随着近代科学的发展，科学知识、技术知识之间的联系日益紧密，工程的系统化逐渐显现，刺激和促进了众多行业（尤其是工业）的发展。近代科学革命的重要意义之一，在于数学在自然哲学和技术交流中的应用，这使得科学家与技术专家交流，或者说科学知识和产业应用之间的“桥梁”作用得到认可和强化。具体反映到技术与工程领域，科学知识、工程知识的促进，社会需求的刺激，不同“物种”类型的工程之间相互联系和作用加强，形成了一定的行业系统。

例如，15世纪中叶，当时社会对铁、铅和银有特别的需求，这刺激了矿业技术（如铜矿中分离银技术）的突破，进而促使矿业工程（Mining Engineering）的兴起。它是以16世纪40年代出版的一本关于冶金学的综合著作为标志的^[9]。矿业工程实践中对硝酸钠的需求又促使化学的发展。帕拉塞尔苏斯（Paracelsus ）、荷尔蒙特（Van Helmont）和格劳伯（Glauber）等为化学工程的萌芽与兴起作了重要贡献。格劳伯还在其著作中指出了化学研究的工业与商业前景。16世纪末，造船业和冶金业的扩张，以及制造玻璃、煮盐和研制火药等行业的发展，骤然使木材变得奇缺。这反过来又进一步刺激了矿业的发展，尤其是对煤炭的需求，但在现实的采煤业中，排水问题是重要的难题。对这一类问题的解决，工程师们付出了辛苦与努力，最初研制出动力泵，到后来研制出蒸汽机，从而掀开了工业革命新的序幕。