工程、設計與人性：為什麼成功的設計，都是...

媒體推薦：「嚴謹、有趣、深入，有時甚至令人吃驚，但始終充滿文學素養。」
——《洛杉磯時報》

「這本書以清新的手法……如工字梁一般單刀直入，探討了工程思潮的變遷過程。」
——《科學》（SCIENCE）雜誌

「書中之寶……以十分清晰透徹的文字，對設計與執行者的限制提出了很棒的見解。這是一本好書！」
——《圖書館期刊》

「亨利‧波卓斯基猶如天降明光……這是一本可讀性極高、並饒富文化涵養的工程與設計的入門書……不但引人入勝，也發人深省。」
——《達拉謨晨報》（Durham Morning-Heralds）

「既有趣聞軼事也有...

1
身為人

1981年，堪薩斯城（Kansas City）的凱悅飯店（Hyatt Regency Hotel）天橋坍塌事件發生之後不久，有位鄰居問我，怎麼可能發生這種事？他很訝異，工程師對於如何建造天橋這麼簡單的建築，難道了解得還不夠多嗎？此外，他還列舉了塔科馬海峽吊橋（Tacoma Narrows Bridge）坍塌、美國航空公司（American Airlines）DC-10客機在芝加哥墜毀，以及其他人們耳熟能詳的失敗例子，同時還加上他聽說的，假如核電廠發生意外事故，想必會比三哩島（Three Mile Island）輻射外洩還嚴重──彷彿是要說，工程師對於他們所創造出來的世界似乎無法掌控，這是再明顯不過的事。
　　雖然我告訴這位鄰居，要預測工程結構的強度與性能，並不是乍看之下那麼簡單、明確，但我覺得，以我抽象的歸納與含糊的道歉，根本無法說服對方。當他回頭繼續整理菜園，而我走回家時，心裏暗自承認，由於我並未跟他說明工程究竟是什麼，因此根本沒有解答對方的疑問。既然我沒能做到這點，就不能奢望對方理解，工程產物可能會出什麼差錯。自從凱悅飯店事故發生以來，我一直在揣摩，下一次面對愛追根究柢的外行人時，要如何解釋種種令人難堪的技術問題，同時我也不斷在深奧的專業領域，以及日常事物中尋找實例。不過，我從中了解到，無論這些例子有多生動，都比不上利用成堆的桁梁造一座橋，能夠說明一切。
　　工程（設計）所著眼的，主要是工程師親手創造的世界，而不是已知的世界。但由於人類社會的結構涉及瞬息萬變的演化，因此那個世界並不像歷經無數代蜜蜂卻始終如一的蜂巢設計那般一成不變。儘管有人會說，人們就是喜歡改變啊，光是這個理由就夠了。但事情並不那麼單純，原因在於，人的品味、資源，還有野心都會變。人類喜歡建築像藝術一般時髦，當我們富裕時喜歡奢侈，當時機不太好時，就會節省一點。此外，我們喜歡更大、更高、更長的東西，而蜜蜂既不會，也不能這樣。這一切額外的設計考量，都使得工程師的工作比昆蟲來得更刺激，當然也比較不那麼死板。可是這種經常的變化，也為工程結構設計與分析帶來比樸拙大自然結構更多的面向，而瞬息萬變所意味的，則是更可能出現種種差錯。
　　工程是一種人為的產物，因此很容易出錯。有些工程錯誤只是很惱人，例如，當一棟混凝土新建築蓋好時，卻出現有損其完美的裂痕；有些則是不可原諒的人為錯誤，例如，當一座橋梁坍塌，使得完全相信它是安全的人因而喪命。每個年代都有技術上的困擾與結構災難，你也許會以為，如今工程師大概已經從錯誤中學到了教訓，並知道要如何避免錯誤。但是，就人命、不幸與焦慮而言，近年來我們目睹了一些代價最慘重的結構事故，以致令人對於科技進步感到十分困惑，有些人會質疑：「這樣能算是進步嗎？」
　　各式各樣的科技災難可能是我們這個時代所特有的，但是工程產物的失敗，從歷史上看卻是稀鬆平常。將近4000年前，也就是在巴比倫第一王朝（the First Dynasty of Babylon）的第六位統治者之後，有些巴比倫法律判決經過集結，而形成後來眾所周知的漢摩拉比法典（the Code of Hammurabi）。其中包含了以古楔形文字刻成的近三百條碑文，規定諸如女性地位，還有禁酒等事項，而其中有幾條則是和住宅營造，以及民房安全責任有直接的關係：

　如果一個營造商為人建造房屋，但蓋得並不牢固，以致房屋坍塌，造成屋主喪生，那麼這個營造商將被處以死刑。
　如果因此造成屋主的兒子死亡，那麼這個營造商的一個兒子將被處死。
　如果因此導致屋主的某個奴隸死亡，那麼營造商要賠償對方一個身價相當的奴隸。
　如果因此造成財產損失，營造商應負責把任何毀壞的物件恢復原狀，而因為是他沒有把房屋蓋得牢固才導致坍塌，他必須自費重建已坍塌的房屋。
　如果營造商為人蓋房子，但並未使建築達到要求，以致牆壁塌陷，那麼營造商就得自費補強這面牆壁。

　　這與凱悅飯店天橋坍塌的事件截然不同，事後有人發現，天橋的強度遠不如堪薩斯城建築法規（Building Code）的要求。而事件發生之後幾個月，在專家七嘴八舌的意見之下，提出的訴訟賠償金額高達30億美元。後來，事故發生當晚在飯店的人都接獲1,000美元的出價，要他們簽字放棄後續對於建商、飯店，或是任何其他可能的被告的一切索賠。而大家對於凱悅飯店事故相關人等究竟是有罪還是無罪，至今仍莫衷一是。歷經了20個月的調查後，美國聯邦地方法院總檢察官，以及密蘇里州傑克遜郡（Jackson County）檢察官共同宣布，他們並未發現有關此事故的犯罪證據。然而，密蘇里州首席檢察官卻有不同的看法，他以「重大過失」的罪名，來控告這些工程師。雖然這些工程師不會丟了性命，但是可能會被吊銷專業證照；然而，當我在事故的三年後撰寫這本書時，法院仍未做出裁決。
　　堪薩斯城的悲劇之所以會成為頭版新聞，是因為它是美國歷史上死亡人數最多的建築物坍塌事件。而它會成為新聞這個事實，證明了在無數的建築物和結構體當中，雖然有許多在設計上和凱悅飯店一樣的獨特、大膽，但都是安全的。像在英、美等科技先進國，在某個特定年限內，特定的鋼筋混凝土或鋼骨建築的預估失敗機率，大約在百萬到百兆分之一；而因結構失效所導致的死亡機率，每年約為千萬分之一。這相當於在美國境內，一年約有25人喪生；因此，單是在堪薩斯城的一場事故中，便有114人喪生，確實稱得上是新聞。
　　儘管每年有五萬個美國人因車禍而死亡，但由於在大多數情況下，每次只有一、兩個人喪生，因此不會驚動整個社會。似乎唯有在週末假期時，當車禍累積死亡人數達到百人以上時，我們才會體認到其嚴重性。另外，要是車禍登上了頭版，或是晚間新聞，通常是因為涉及的人數特別多，或是裏面有名人。不過也有例外，例如出車禍的是名犬，有一句很適用的諺語就是：「狗咬人不是新聞，人咬狗才是新聞。」
　　我們對陌生的事會感到既著迷，又不安。當飛行還是一種相對新鮮的科技時，許多人都因為怕墜機而避免搭飛機。即便是現在，飛行已經是一項成熟科技了，比較年長的一代還是會擔心飛航的安全卻不會覺得開車有任何風險。他們會彼此分享有關緊張兮兮的搭機旅客的老笑話，但對於搭飛機就像父母搭火車、開車一樣自然的年輕一代，卻根本聽不懂那笑話。他們才是理性的，因為儘管1979年DC-10客機在芝加哥墜毀，但是搭機「確實」很安全。那次事故發生之後兩年，聯邦航空總署（Federal Aviation Administration）宣布說，從1980到1981年這段期間，飛國內線的大型噴射客機從未發生死亡事故。而在那段期間內，有超過5億名旅客搭了上千萬個航班。經驗已經證明，人很能控管科技的風險。
　　不過，猶如戰爭所明示的，政府不僅重視財政與政體的健全，也很重視人命，而這些目標有時可能互相牴觸。工程設計結構對於人身安全，還有環境對於社會所造成的風險，往往與致力追求經濟發展相衝突。我們每天都是在生命安全以及金錢之間作取捨，例如，我們可能選擇開小型車而不是比較安全的中大型車。而採用安全帶、保險桿，以及廢氣排放裝置，都有助於降低風險，可是像這些進展，都是消費者付出高昂的代價換來的。猶如安全氣囊系統所證明的，這類的進步需要花更多時間，才能達到完美的境界，也會進一步提高車價。因此，為了要以合理的價格生產安全汽車，廠商和消費權倡議者之間，經常會呈現緊張的關係。
　　同樣的，在工程與公共安全上也是如此。雖然所有的橋梁和建築都能建得比目前穩固10倍，但無論是靠稅捐或是私人投資，花費都會大幅增加。因此，有些人會說，何必要穩固10倍？既然如今坍塌的橋梁和建築這麼少，就結構而言，穩固10倍顯然是矯枉過正，這樣一來，不僅會使得經濟緊縮，而且會讓我們的建築更笨重、龐大，整個環境風貌都會產生巨大改變。有人會說，不，10倍太多了！5倍怎樣？不過，大概也有人會認為，連5倍都太穩固了，只要希臘哲學家季諾（Zeno）主張兩分法悖論，大家就會為了到底是不變，還是強度提高5倍或10倍的數字爭論不休。然而，在開發程度較低的國家，也許沒有爭論風險或是討論矛盾的餘裕，因此你可以想像，他們的建築和鍋爐可能會以對我們來說很高的機率坍塌、爆炸。
　　儘管看來或許很冷酷，但結構可靠度的效果，不僅能以人的性命來估算，也能以物質來衡量。最近國家標準局（National Bureau of Standards）便在巴特爾哥倫布實驗室（Battelle Columbus Laboratories）的協助下，完成了一項相關研究。這項研究發現，包含眼鏡斷裂、公路路面龜裂、橋梁坍塌，還有機械故障等種種現象的毀壞，每年都會導致超過一千億美元的損失，而這不僅包括實際更換，也包括預期會更換的毀損零件成本，還有一開始便防範零件毀損的結構安全措施費用。而與這息息相關的，主要就是交通及營造業，這些費用有許多都源自──超規格設計，例如，把東西做得比所需要的還重，以防止斷裂；留意是否有裂縫產生等維修作業；以及為了預防坍塌，隨時保有備用零件，而投入相關的資本設備投資費用等等。1983年的報告進一步總結說，藉由更善用現有技術，並靠預期的未來研發提升斷裂控制技術，便能夠將與斷裂相關的花費降低一半。
　　為了了解工程師如何努力，以確保這類結構、機械及系統故障不會出現，也為了明白錯誤可能如何造成，還有可能造成重大影響的事故為何會發生，就有必要了解──起碼多多少少要了解──工程設計的本質。在設計的過程中，獲得改良的不光是科學家「已知世界」的種種部分，還有工程師的「人造世界」，這些改良組合成某種大自然所做不到的事物，也讓工程設計走出科學，跟藝術結合在一起。由於工程設計的實務所牽涉到的一些技術過程，就好比是詩人在白紙上寫詩、畫家在空白畫布上創作、或是作曲家在琴鍵上譜曲一樣，因此，了解並欣賞這個過程與設計的產物，也就像是去了解與欣賞一首詩、一幅畫，或是一首樂曲。事實上，我們每個人都曾經在小時候展現過藝術方面的創造力，讓我們的父母引以為傲；在我們成長的過程中，也都是先學著平衡自己的身體，然後再試著把積木堆得越來越高，因而體會過結構工程的本質。許久以前，我們就學會爬行、坐直，並在高高疊起但搖搖欲墜的積木之間蹣跚前進，也都學會不跌倒、不讓玻璃杯掉到地上，並且努力撐過最無聊的雞尾酒會。只要我們還能記得，自己蹣跚學步時，努力要在父母及親朋好友林立的長腿間站起來，那麼無論工程師在巴比倫是被稱為營造商也好，或是在洛斯阿拉莫斯（Los Alamos）被稱作科學家也好，我們都能開始領會他們的使命與成就──因為他們所有的努力只有一個目標，那就是：讓不曾豎立的東西豎立起來，將大自然元素重組為新產物，而最重要的，便是在這一切努力當中避免失敗。
　　然而，人難免會犯錯，人所建造的東西當然也會出錯。因此，結構工程的歷史，說穿了就是廣泛的工程史，是由成功與失敗交織而成的。成功固然可喜，但我們往往能從失敗中學到更多。也正因為這樣，幾乎任何一種歷史都有名聞遐邇的錯誤，而這多半意味著嶄新的開始與成功。也許漢摩拉比法典對於提升可重建房屋的牢固程度，有一些貢獻，但是卻無法促使房屋進化，更別說是催生摩天樓和橋梁了，因為營造商哪能從法典中發現什麼誘因，以建造出自認為更好但從未建造過的房屋呢？這並不是說，應該授權工程師恣意實驗，而是要認清，無論在建築或藝術上，想要超越過去似乎是人的天性，至於工程設計則是人為的努力。
　　當我還是工程系的學生時，我很擔心畢業後可能必須負擔的責任。我很想知道，究竟要怎麼做，才能徹底確保自己設計的東西不會斷裂、坍塌，或甚至奪走別人的性命？我自覺對於課程教材的理解並不足夠，作業也常常出錯，而成績更不是科科都拿A。這困擾了我好一陣子，而令我納悶的是：為何同班的不管是拿A或是拿C的學生，似乎都不會有同樣的恐懼？然而，我們交談時從不觸及這話題，後來我藉著念研究所，而不是一畢業就當工程師，來逃避這個問題。從那時起，我便了解到，自己的顧慮在工程系學生中並不罕見，就算不是所有的學生，但確實有許多學生都體驗過對成功的自我懷疑，還有對失敗的恐懼。醫學院的學生會擔心病患死亡，而律師則會擔心輸掉重要的案件。不過，要是我們都想逃避源於各自工作與專業的恐懼，可能真正的恐懼和失敗真的會發生。也因此，我們盡可能孜孜不倦地練習所做的一切，希望能獲得最好的結果。起碼就工程而言，結構鮮少失效證明了一個事實，那就是：人縱使再大膽，也不願太過冒險。
　　既然這樣，問題就不該只是為何會發生結構意外，還應該要問，為什麼沒發生更多意外？統計資料顯示，占據頭條新聞的失敗工程，便如同其新聞價值所顯示的那樣罕見，可是要了解結構失效的風險為何不完全是零，就必須明白，要設計出前所未有的事物，究竟會有什麼獨特的工程問題。而藉由了解這點，我們不僅會明白，失敗的機率為何會這麼低，也會領悟到，要再降低這個機率可能有多困難。儘管就理論而言，是有可能使風險係數盡量趨近理想中的零，但無論是個人或群體所表現出來的人性，卻似乎阻撓著這種零風險社會的實現。



2
失敗為成功之母

由於我們骨骼裏都有結構與機械構造，因此我們每個人都可以稱得上是工程師。我們學會以身體抗拒自然力，猶如學會走路般篤定。我們靠著腦中的電腦，來推算手臂和腿的動線，而我們接住棒球和橄欖球的可靠性，要比最先進的飛彈攔截系統還要好。或許我們會懷疑，人類進化究竟是不是空前的工程偉業。儘管很多人也許忘了，自己曾經對工程原理與實務有多麼了解，但童年時的兒歌及童話，卻保存了我們知之甚多的證據。
　　我們生在一個充滿信任與風險的世界，從呱呱墜地的那一刻起，就已習慣了這世界可能會有致命性的結構失效發生。接生的醫生和抱著我們在產房裏四處走的護士，便猶如勤快的人體起重機與堆高機，將無數小嬰兒從接生，到頭下腳上地提起、抱給產婦看、清洗、按腳印、戴手環、頭上腳下地抱好、秀給父親看，再抱回育嬰室。當醫護人員這麼移動，並重新安置我家的寶貝時，我真是看得心都要跳出來了。想必在某個時間、某個地點，總會有個小寶寶被失手摔落；想必會有位醫生笨手笨腳，或是某個護士一時失神。可是當我們身為嬰兒，還有為人父母時，卻不能、不會，也不該老想著那些幾乎不可能發生並且駭人聽聞的情節，否則可能會讓人在產房裏動彈不得。我們不妨平靜地透過一些童謠，來想像一下這些事情：

　　寶寶搖搖，　　Rock-a-bye baby
　　高掛樹梢。　　In the tree top.
　　風兒一吹，　　When the wind blows,
　　搖籃就晃。　　The cradle will rock.
　　樹枝一斷，　　When the bough breaks,
　　搖籃就掉。　　The cradle will fall.
　　寶寶搖籃，　　And down will come baby,
　　通通摔落。　　Cradle and all.

　　從醫院回到家，我們便在父母、他們的朋友、親戚，還有結構很弱的兄姐懷裏。無論底下是厚厚的地毯，或是硬梆梆的磨石子地板，我們都無助地任人抱起；此外，我們在還不會走路前，便坐上某位叔叔的膝蓋，冒著他可能故意捉弄人，而突然把腿放平的風險。我們在母親與阿姨、鄰居和父親、哥哥及姊姊毫無計畫或藍圖，便隨興伸出雙臂搭成的橋梁間移動，而他們都是未註冊的結構工程師。最後我們會回到爸媽的懷抱，以忘卻驚恐的本能反應，並學會信任他們臂膀和嬰兒床上的桁樑、縱樑和圓柱。我們與世界合而為一，並隨著重力滑入夢鄉。我們的心能恣意夢想，但耳朵卻聽得到別人叫自己起床的聲音。我們傾聽賦予寂靜世界結構的溫暖耳語，不但從搖籃曲的橋梁中學習，也拿它來玩遊戲，因為不僅是我們，還有基礎建設都需要關注。

　　倫敦大橋垮下來，　　London Bridge is falling down,
　　垮下來，垮下來。　　Falling down, falling down.
　　倫敦大橋垮下來，　　London Bridge is falling down,
　　我美麗的淑女啊！　　My fair lady.

　　用木與石造好它，　　Build it up with wood and stone,
　　木與石，木與石。　　wood and stone, wood and stone.
　　用木與石造好它，　　Build it up with wood and stone,
　　我美麗的淑女啊！　　My fair lady.

　　當我們學著在嬰兒床內翻身、坐起、爬行、走路，還有支撐本身的體重，自己提東西、搬東西時，肢體也學會發揮像槓桿、桁樑、圓柱，甚至如迴旋起重機與橋梁等結構般的功能。起初我們做這些事很笨拙，但我們會從錯誤中學習。每當我們跌倒，我們會再爬起來。我們跪著以手和膝蓋爬行，渡過身體下方蜿蜒的河流。後來我們對爬行變得很拿手，並精益求精，不僅爬得更快、更隨心所欲，也愈來愈不擔心萬一背部與四肢的桁樑和圓柱鬆動會跌趴下去。接著我們延伸嬰兒期的結構理論，假設自己能直立行走，在同溫層中如懸臂般向外伸出半規管。我們像牙牙學世界語（Esperanto）般想著這些，並挾著青春期的自負，滿懷雄心壯志。每當我們蹣跚學步時，身體便從跌倒中學會下次別做什麼。等到我們能不假思索地走路，邊走邊想事情也不會跌倒時，與其說我們學會怎麼走路，還不如說，我們學會了如何不跌倒。有時我們發生意外，而跌斷手腳，但將它們醫好後，還是能照常地過生活。我們避免生病，一輩子姿勢正確地直立行走，直到隨著年華老去，身體結構衰退，需要靠拐杖之類的東西來支撐為止。在人生的大部分時間裏，我們可以幾乎要走多遠就走多遠，但我們若要超越熟悉的行走限制，讓身體結構擔負起如慢跑、或馬拉松之類的動作，便要冒著肌肉拉傷，還有骨折之類的結構失效風險。然而，當我們日復一日，攜手在時間的滾輪上邁進時，疼痛的感覺會使多數人避免過度操勞，以免關節鬆脫。


3
寓教於樂；寓教於生活

當我想向學生介紹疲勞（fatigue）的工程概念時，便會帶一盒迴紋針到班上。我會把一根迴紋針拉開，接著來回折它，直到斷成兩半為止。我會告訴班上學生，那，就是疲勞所導致的失效；同時我也指出，要折斷那根迴紋針的來回次數，不僅取決於迴紋針有多堅韌，也取決於我用多大的力氣去折它。在正常使用迴紋針，拿來夾住幾張紙的情況下，它們大概禁得起任人從紙上拿下別上，微幅開闔幾千次，或幾百萬次，因此，我們很少碰到它們斷裂的情形。不過，當你把迴紋針拉開得像是要夾住一整本書的時候，那可能只需要來回折個10到20次，就可以把它折斷。
　　說完後，我便發給每個學生六個左右的迴紋針，要他們像我一樣，盡量把開闔的角度拉大，以折斷手中的迴紋針。趁學生著手從事這項省錢的實驗時，我就在黑板前準備好，以記錄弄斷每根迴紋針來回要折的次數。當學生報出數字時，我便在「直方圖」（histogram）的長條圖上，一一標出它們的位置。最後，這些數字所呈現的統計分布狀況，是鐘形的常態分布曲線。接著我會誘導學生解釋，為何所有的迴紋針並未整齊劃一，全在相同的來回凹折次數下斷裂？通常大家都贊同其中有兩個原因：所有的迴紋針未必都一樣堅韌，而每個學生凹折迴紋針的方式，也未必一模一樣。因此，班上同學隨即恍然大悟，無論是疲勞現象，還是疲勞導致失效的事實，都不是能準確預測的事。
　　日常生活中有許多惱人的小事，都是由於重複使用，而造成雖然可以預測，卻不怎麼能料得準的斷裂。不管是鞋帶、燈泡，還有其他許多常見的物品，似乎都在我們覺得最不方便的時候，突然就失去作用。它們已被用了數百，或數千次，但卻在看似並不特別嚴重的情況下，就這麼壞了、完了。一個持續亮了數十年的燈泡，或許會出現在世界紀錄裏；不過，對於精通疲勞現象的工程師來說，這並不令人訝異。如果在這數十年當中，燈泡每天開開關關的，它會撐個幾十年那才是奇蹟。因為，燈泡會壞，不是因為對燈絲持續加熱，而是因為開開關關，狀態不斷改變的緣故。
　　小朋友的玩具特別容易出現疲勞失效（fatigue failure），這不單是由於他們似乎玩個不停，也因為玩具通常不會設計得超過安全標準。將玩具做得太耐玩，可能會重得讓小孩難以把玩，也會比仿造品貴得多。因此，皮球在拍了許多次之後，接合處便會開始裂開；金屬三輪腳踏車在街頭巷尾來回騎過許多趟後，接頭就會開始斷裂；而塑膠娃娃的腦袋在頻頻點頭同意後，也會跟身體分家。

1
身為人

1981年，堪薩斯城（Kansas City）的凱悅飯店（Hyatt Regency Hotel）天橋坍塌事件發生之後不久，有位鄰居問我，怎麼可能發生這種事？他很訝異，工程師對於如何建造天橋這麼簡單的建築，難道了解得還不夠多嗎？此外，他還列舉了塔科馬海峽吊橋（Tacoma Narrows Bridge）坍塌、美國航空公司（American Airlines）DC-10客機在芝加哥墜毀，以及其他人們耳熟能詳的失敗例子，同時還加上他聽說的，假如核電廠發生意外事故，想必會比三哩島（Three Mile Island）輻射外洩還嚴重──彷彿是要說，工程師對於他們所創造出來的世界似乎無...

前言

　　雖然我們身處高科技時代，但是工程的本質，還有工程師究竟在做什麼，卻並非一般人都具備的常識。即使是大橋、巨型噴射機，或是超級電腦所賴以建造的最基本原理，對許多人來說都還是很陌生的東西。而之所以如此，部分原因在於工程做為一種人類努力的結果與經驗，還未能融入文化與思想的傳統中。此外，儘管教育工作者目前想盡辦法，要在傳統的學校課程中介紹科技的主題，好讓學生能有更好的準備，以迎接在日益科技化世界中的生活，但是要怎麼做，才最能培育科技素養，至今仍沒有共識。

　　而我不僅認為，也在這裏主張，其實設計的概念不但存在我們骨子裡，也是人類天性與經驗的一部分。而且，我認為，即使沒有受過工程或科技的訓練，也能對於工程師和工程有所了解與欣賞。因此我希望，缺乏科技背景的讀者能夠來讀一讀我所寫的介紹科技的書。沒錯，這本書正是我對於「設計是什麼？」，還有「工程師究竟在做什麼？」這兩個問題的回答。

　　而設計（design），也就是創造出以前沒有的東西（從無到有），正是工程（engineering）的核心，而且在整本書中都可以看到，我把設計和工程視為同義詞。本書中最顯著的例子，便是與機械和土木工程師息息相關的結構設計，因為我就是從這些領域汲取經驗的；不過，其中的基本原理，也同樣適用於其他工程學科。

　　我認為，失敗或失效（failure）的概念是了解工程的關鍵（本書所談的主要是機械與結構失效），因為工程設計的首要目標，就是避免失敗。因此，那些真正發生的大災難，終究都是設計的失敗，但是從那些災難中可以學到的教訓，要比世上一切成功的機械與結構，還更能提升工程知識。的確，在一段長時間的成功後，就會有降低安全係數的壓力，因此不可避免地導致失敗。而失敗所帶來的，則是更高的安全度，以及新一輪的成功。要了解什麼是設計，還有工程師究竟在做什麼，就要了解失敗可能如何發生，以及它們如何比成功更能促進技術的提升。

　　而本書中可能出現的任何錯誤，無疑都是我自己造成的，但我必須感謝那些給予我啟發和幫助的人與著作。杜克大學（Duke University）的氣氛向來有如育才搖籃，而我則盡情享受它所提供的機會，在工程學院（School of Engineering）以及三一文理學院（Trinity College of Arts and Sciences）雙方同仁攜手合作下，我投入「科學、技術與人類價值計畫」（Program in Science, Technology, and Human Values），從事工程學研究與跨學科計畫。而這些廣泛的互動，使我視野大開。

　　我已發現，有許多文獻都支持我的觀點，即失敗在工程設計中所扮演的角色，而書末所列的參考書目，正是對它們的默默感謝。而我用到的一些比較不為人知的文獻，則是杜克大學不屈不撓的工程圖書館員艾瑞克．史密斯（Eric Smith）為我追查發現的。此外，我在杜克大學工學院所開的斷裂力學與疲勞（fracture mechanics and fatigue）課程，學生們所準備的結構失效個案研究學期報告，也令我獲益良多。長久以來，我那身為土木工程師的手足威廉．波卓斯基（William Petroski），除了不斷提供我有關結構失效的資訊與意見，每當我去拜訪他時，他也給我看了許多實例。

　　在某些實際的安排下，我得以運用現代工具，心無旁騖地寫稿。艾伯特．奈利厄斯（Albert Nelius）始終了解，我對珀金斯圖書館（Perkins Library）單人閱覽座的需求，而我對這點心懷感激。至於我太太凱瑟琳．波卓斯基（Catherine Petroski），先是鼓勵我用她的文字處理機，後來還讓我繼續使用。我很慶幸，她白天寫作，而我則是晚上寫作，也很慶幸這台機器能左右開弓，巧妙地完成她的小說與我的非文學創作，並對我們的觀點與修改毫不厭倦。

　　多年來，在幾位編輯的鼓勵下，我寫出野心愈來愈大的作品，我永遠感激他們對於拙作的興趣。而所有在《科技評論》（Technology Review）雜誌與我共事過的編輯，一直都是我活力的泉源，而其中特別要感謝的，就是欣然接受我投稿的約翰．馬提爾（John Mattill）、湯姆．柏洛茲（Tom Burroughs），還有如今在《高科技》（High Technology）的史提夫．馬可斯（Steve Marcus）。的確，主要也就是從馬可斯鼓勵我為《科技評論》寫文章開始，才發展成今天這本書。此外，我要感謝聖馬丁出版公司（St. Martin’s Press）的湯姆．鄧恩（Tom Dunne），給我這個將構想擴展成書的機會。

　　猶如我的兒女凱倫（Karen）與史蒂芬（Stephen）將在本書中證實的，他們藉由問題與遊戲，讓我了解到，人人心中都有一個工程師。而我太太一開始就向我證明，沒什麼工程概念難得倒她這個主修英文的人，則是以實例讓我明白，身為作家究竟意味著什麼。

——亨利．波卓斯基
寫於北卡羅來納州達拉謨（Durham）
1984年9月



編後記

　　值得記錄一下。

　　就在本書發印的前幾天，我拜訪了顧問鍾漢清先生，以請教書中的問題，巧遇也在現場的毛毛蟲基金會的楊茂秀老師，還有翻譯了《挖開兔子洞：深入解讀愛麗絲漫遊奇境》的張華老師。由於張華是資深的工程師，英文底子又好，一下子就直指本書的原文書名To engineer is human，應是來自於To err is human（凡人必錯；犯錯是人之常情）。完整的句子是「To err is human, to forgive divine.」因此可以想像，作者將本書命名為To engineer is human，除了取engineer這一關鍵字之外，也企圖用engineer表達它做為動詞的「設計、策劃、處理」之意。所以作者會說，在這本書裏「工程」和「設計」幾乎是同義詞，因為工程既然是藝術也是科學，工程確實就是設計。

　　很感謝張華老師的提醒，巧的是，為《挖開兔子洞》繪圖的英國插畫家約翰．田尼爾（John Tenniel），也出現在這本書中。他身為知名的政治漫畫家，對於19世紀的橋梁不斷發生坍塌事故，畫出了人們的揶揄與恐懼。

　　這本書是我心目中的經典，與今日的設計書籍相比，這本書探討的是務「實」的設計，著重於安全性、材質或材料力學、結構的問題、技術史的重要性。台灣在經濟起飛時代，幾乎是由工程師打造了台灣的基礎建設，但今天，提到工程幾乎只能想到弊案，這可能提醒我們閱讀本書的必要性：工程可以是一種技術，一種失敗可能會出人命的人為工作，而它也彰顯出人性──想做出不一樣的設計，但是創新有可能失敗，因此工程師會在自負與保守之間掙扎，輾轉難眠。是人，就會犯錯，但我們還是要努力克服困難。

前言

　　雖然我們身處高科技時代，但是工程的本質，還有工程師究竟在做什麼，卻並非一般人都具備的常識。即使是大橋、巨型噴射機，或是超級電腦所賴以建造的最基本原理，對許多人來說都還是很陌生的東西。而之所以如此，部分原因在於工程做為一種人類努力的結果與經驗，還未能融入文化與思想的傳統中。此外，儘管教育工作者目前想盡辦法，要在傳統的學校課程中介紹科技的主題，好讓學生能有更好的準備，以迎接在日益科技化世界中的生活，但是要怎麼做，才最能培育科技素養，至今仍沒有共識。

　　而我不僅認為，也在這裏主張，其實設...

前言
1. 身為人
2. 失敗為成功之母
3. 寓教於樂；寓教於生活
3.5 附錄：〈副主祭的傑作〉
4. 工程做為一種假設
5. 成功就是預見失敗
6. 設計就是「從這裏到那裏」
7. 設計需要修正
8. 遲早會爆發的不定時炸彈
9. 安全係數
10. 當裂縫成為突破
11. 公車骨架與刀身
12. 插曲：水晶宮的成功故事
13. 橋梁的成敗
14. 鑑識工程與工程小說
15. 從計算尺到電腦：忘了以前是怎麼做的
16. 專家的苦惱
17. 設計的極限

結語
參考書目

前言
1. 身為人
2. 失敗為成功之母
3. 寓教於樂；寓教於生活
3.5 附錄：〈副主祭的傑作〉
4. 工程做為一種假設
5. 成功就是預見失敗
6. 設計就是「從這裏到那裏」
7. 設計需要修正
8. 遲早會爆發的不定時炸彈
9. 安全係數
10. 當裂縫成為突破
11. 公車骨架與刀身
12. 插曲：水晶宮的成功故事
13. 橋梁的成敗
14. 鑑識工程與工程小說
15. 從計算尺到電腦：忘了以前是怎麼做的
16. 專家的苦惱
17. 設計的極限

結語
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