古代土木工程

古代土木工程_土木工程概论

第一节　古代土木工程

古代土木工程大致从新石器时代（约公元前5000年）开始至17世纪中叶，它所跨越的时间范围很长，虽然古代的科学、技术不算发达，所使用的劳动工具较为原始，但古代劳动人民还是创造了一个又一个工程奇迹，令现代人叹为观止。

在我国新石器时代遗址挖掘的过程中，就发现了许多古代土木工程用到的材料、构件和结构形式等。例如，在今浙江余姚河姆渡留存的木构建筑中，就有采用榫卯结合的桩、柱、梁、板等木构件（图2－1）；在今甘肃秦安大地湾留存有中国最早的近似殿堂的建筑，并开始使用人造轻骨料制成类似混凝土的地坪；在今陕西西安半坡仰韶文化村落遗址中留存有房屋、制陶场、公共仓库、圈栏、墓葬等多处（图2－2）；在今河南郑州大河村留存的建筑遗址中发现了用煅烧僵石粉、粗砂和黏土配制的白灰三合土作建筑材料；在今河南淮阳古城遗址（公元前2500年至前2300年）中，发现了城内有土坯垒砌的房址和陶制的地下排水管。

图2－1　河姆渡遗址中的榫卯木构件

图2－2　西安半坡仰韶文化村落遗址

商周时期是中国独特的建筑体系初步形成的时期，早商时期（公元前1590年～前1300年）的河南偃师二里头遗址和晚商时期的河南安阳小屯村殷墟遗址均经考古发掘，二里头遗址发现了用夯筑筏式浅基础建成的宫殿群，夯土范围东西108米，南北约100米，规模相当宏伟，是我国最早的宫殿建筑和封闭庭院；殷墟遗址总面积在24平方千米以上，遗址中有很多夯土基址，宫殿建筑基地有53座，均由墙体、木梁柱和坡屋顶等构成，显示了商代建筑技术的水平。周代比较有代表性的遗址是周原建筑遗址，周原是周文化遗迹密集区，方圆15平方千米左右，其中的凤雏建筑遗址已经形成了矩形平面的两进院落（图2－3）；周文王时期（公元前1184年），在渭河上架设的浮桥是我国最早的大河桥梁。

战国时期，各国生产力蓬勃发展，建筑技术迅猛进步，各国都城成为区域性经济政治的中心，出现了数十万人口的大城市，在今河北易县等地出现了夯土高台建筑，使用平砖铺地和非承重空心砖做砌体；战国初期，一部记有木工、金工等工艺，并有城市、宫殿、房屋建筑规范的专著《考工记》成书，是有关我国建筑的最早文献资料；北方诸国为防御匈奴游牧部落修筑了长城，魏国用夯土始筑长城，后经秦国连接魏、燕、赵长城并加以扩建，直至明代，形成东起鸭绿江畔，西迄祁连山，全长6350余千米的“万里长城”（图2－4）；公元前3世纪中期，秦国李冰父子主持修建的都江堰（图2－5、图2－6）是我国最早的综合性大型水利工程，也是世界历史上最长的无坝引水工程，其规划之周密、技术之合理，均前所未有，一直沿用至今，其总的受益地区有温江、乐山等27个县、市，总灌溉面积达800余万亩。

图2－3　凤雏建筑遗址平面

图2－4　八达岭附近的长城

图2－5　都江堰大型水利工程

图2－6　都江堰示意图

秦始皇统一中国之后，创立了统一的封建制国家。汉承秦制，巩固和发展了统一的国家。秦汉两朝，建设了许多规模空前的伟大工程，工程技术有了很大进步，砖石材料开始推广应用。公元前210年建成的秦始皇陵（图2－7）位于今陕西临潼，秦始皇陵东西长345米，南北长350米，高约43米，是中国历史上最大的陵墓；秦代修筑的从咸阳通向全国的驰道，主要道路达50步宽，形成了全国规模的交通网；在秦代修筑的咸阳信宫中，开始用砖承重；在秦代，由史禄主持开凿的灵渠总长34千米，落差32米，沟通长江、珠江水系。西汉时期，社会经济繁荣，国力强盛，出现了中国建筑史上第一个高潮，最有代表性的是西汉都城长安的建设，西汉长安城面积35平方千米，周围陆续建有七座“卫星城”，西南凿有昆明池用作城市蓄水池，长安宫殿规模巨大，采用木构和夯土技术结合的台榭建筑；西汉时期，在今陕西大荔修筑龙首渠，首次采用井渠法，穿商颜山，开凿十余里长的隧洞。东汉迁都洛阳，从已经出土的东汉时期壁画、画像石上绘有丰富的建筑形象（图2－8），其中有宅院、重楼、厅堂、望楼以至门、窗、柱、斗拱、瓦饰等形象，庭院布局、建筑基本形式等都已接近后世；东汉建筑技术的一个新特点是在墓室中用了砖石拱券，精致的石券接缝几至无隙可寻，淘井圈、陶水管、砖石地下水道等使用也很普遍；东汉时期始筑钱塘江海塘，原用土堆，后改为石砌，北起金丝娘桥，南至曹娥江口，长200余千米。

图2－7　秦始皇陵

图2－8　江苏徐州汉画像石上的建筑形象

三国、西晋、东晋、南北朝时期是国家分裂的时期，佛教的传入带来的印度和中亚文化对中国建筑产生了较大影响，东晋时代开凿的敦煌莫高窟，经唐、元代的续凿成为中国最大的石窟工程，北魏的云冈石窟、南北朝始凿的龙门石窟均体现了佛教的影响。此外，以西晋为代表的桥道、闸堰、窦渠等水利工程也体现了较高的技术水平。西晋时代，在今洛阳修建的旅人桥是中国现知最早的石拱桥；南朝时期修建在安徽寿县淮河上的淮堰，长4050米、高50米，是世界上第一座拦河大坝；北魏郦道元编著了6世纪前中国最全面系统的综合性水利著作《水经注》。

隋唐时期比较有代表性的工程包括：在今河北赵县由李春主持建造的安济桥（赵州桥）（图2－9），桥长50．82米，宽约9米，跨径37．02米，是世界著名的单孔圆弧敞肩石拱桥；以洛阳为中心、北至涿郡（今北京）、南至杭州的京杭大运河，总长2700千米，水面宽30～70米，是世界历史上开凿最早、最长的运河；唐代高僧玄奘在长安主持建造了大雁塔（图2－10），其为砖砌仿木结构，高64米，是中国楼阁式砖塔的代表。

图2－9　赵州桥

图2－10　慈恩寺大雁塔

宋辽金元时期有代表性的工程成就有：北宋建于今河北定县的开元寺塔（图2－11），高84．2米，是中国现存最高的古塔；辽代建造的应县木塔（图2－12）高67．31米，为中国仅存的古代木塔；北宋建成的万安桥，全长834米，有47孔，是中国著名的多孔石梁长桥；北宋时期李诫编撰的《营造法式》是中国古代最完整的一部建筑技术书籍；南宋建于泉州的安平桥长2070米，是中国现存最长的石桥；南宋建造的广济桥，由浮桥和梁桥联成，总长517．95米，是世界上第一座梁舟结合可开合的石桥。

图2－11　开元寺塔

图2－12　应县木塔

明、清是中国历史上最后两个封建王朝，今天所见到的中国古代建筑主要是这两个朝代的。其中有代表性的有：明代在今浙江宁波建成的中国最早的藏书楼——天一阁，为2层木构建筑，有阅览、通风、防潮、防火等功能；明代宋应星编著的《天工开物》是中国古代较完整的生产技术百科全书；清代建成的避暑山庄；此外，明十三陵、北京故宫、圆明园等建筑更是闻名遐迩，这里就不逐一赘述了。

在中国古代劳动人民创造了一个又一个工程奇迹的同时，世界其他国家也创造了许多伟大的工程。约公元前27世纪，埃及建成左赛金字塔，它以石砌基底，东西长125米、南北长109米、高60米，是世界上最早的金字塔；埃及还建成了世界最大的金字塔群——吉萨金字塔群，其中胡夫金字塔高146．4米（现137米），底座230．6米见方，由230万余块平均重量达2．5吨的石块干砌而成；公元前2180年，古巴比伦在幼发拉底河下建造了长900米的砖衬砌人行隧道，是世界上最早的交通隧道；约公元前431年，希腊建成了雅典卫城，城中的巴特农神庙（图2－13）为典型的列柱围廊式神庙；公元70年—82年，罗马建造了大斗兽场（图2－14），其呈椭圆形平面，长轴189米、短轴156．4米，为拱券结构，可容纳5～8万人；公元537年，东罗马帝国在君士坦丁堡（今伊斯坦布尔）建成了圣索菲亚教堂（图2-15），其体量庞大，大穹顶直径31米，穹顶下部有40个小天窗，是欧洲纪念性建筑的先导；公元8～9世纪，在今印度尼西亚建成了巨大的石塔——婆罗浮屠，共9层、42米高，用30万块大长石砌筑而成；约公元1250年，法国巴黎圣母院落成，其长125米、宽47米，可容纳近万人，是早期哥特式建筑代表；公元1271年，意大利建比萨塔，高56．27米、8层，直径16米，因地基下沉成为著名斜塔，现塔顶中心悬线偏离底面中心已达5．2米；公元1626年，罗马建成圣彼得大教堂，其平面为十字形，外部共长213．4米、翼部端长137米，大穹隆内径41．9米，从塔顶十字架顶端到地面137．7米，是世界上最大的天主教堂。

图2－13　巴特农神庙

图2－14　罗马大斗兽场

图2－15　圣索菲亚教堂

古代土木工程主要有以下特点：

①材料：最早只是用当地的天然材料，如泥土、砾石、树枝、竹、茅草、芦苇等，后来发展了土坯、石材、砖、瓦、木、青铜、铁、铅以及混合材料如草筋、混合土等。

②工艺技术：最早只是利用石斧、石刀等简单工具，后来发展了斧、凿、钻、锯、铲等的青铜和铁制工具，兴起了窑制和锻烧加工技术，以及打桩机、桅杆起重机等施工机械。工程上的分工也日益细致，工种分化有木工、瓦工、泥工、土工、窑工、雕工、石工、彩画工等。

③古代土木工程缺乏理论上的依据和指导，仅有一些经验总结和形象描述。

④古代土木工程大都局限于王室、宗教所利用，表现为一些单个的具体作品，土木工程远未构成为一门独立的学科。