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根据构筑城防工事的新理论，人们在对付敌人的围攻战时，不主张采用一般的障碍物，因为敌人不需化费很大力量就可以将它摧毁。而是构筑一条低矮而厚实的屏障式工事，用来部署有巨大威力的反击火力，这样，一开始就可以扼制住敌人的进攻。位于护城壕沟内侧的城堡壁垒上筑有宽阔的胸墙，胸墙上和胸墙后的炮火可以封锁城墙下的缓斜坡。这些壁垒只稍高于护城壕沟边的外崖，在壁垒拐角处每隔一定的距离还筑有突出在外的角度很大的棱堡，以确保在城墙隐蔽位置上的炮射出的侧翼火力覆盖城墙周围的所有地段。
由于黑火药兵器的启用，战争变得日益复杂了，加之发动战争时更多地考虑了经济和政治方面的意义，因此吸引了越来越多的知识分子的关注。在人们对战争理论重新发生兴趣的情况下，就需要对军事的各个方面加以认真的分析。在设计新型城防工事时，至关重要的一点是要计算好炮火射击的角度和火力覆盖的面积，不留任何射击的死角。在中世纪的城堡中这种死角往往使攻城部队能够在城防工事的下面找到避开城防炮火袭击的隐蔽处。当时有两位比较高明的军事理论专家都是数学家，这一点是绝非偶然的。一位专家名叫尼科洛·塔尔塔利亚（1500…1557年），他曾发表过许多有关枪炮学、弹道学和城防工事建筑学等方面的著作，另一位名叫西蒙·史蒂文（1548…1620年），他曾于16世纪末担任摩利士荷兰将军及政治家的顾问，他特别重视使用城防炮火来摧毁攻城部队的防御工事。
由于16世纪城防工事的建筑技术落后于理论，因此，当时大多数的军事著作，包括马基雅维里的《战争艺术》一书，着重讨论的课题都是在敌人突破主要的城堡壁垒后，如何构筑临时性的内部防御工事的问题。很少有哪个城市愿意毁掉旧城，又从平地修筑一条新的城墙。人们一般只好采取这样的变通办法：将炮架在旧的城堡壁垒上（这常常需要对城墙进行加固），将原有的城楼临时改建成棱堡，另外，在一些特别关键的地段加修一些棱堡的外围简易工事和防御工事。不过，在16世纪末之前，只有安特卫普（1540年，比利时）、赫士汀（1554年）、维罗纳（1520年后，意大利）、阿弗尔（法国）和马赛（法国）等少数城市完全按新的办法重新设计改进了防御工事。
新型城防工事的设计还有另一个附带的但却是重要的优点，那就是敌人很难把地道挖到城墙下面，因为地道必须掘得很长，挖地道的人很难吸到新鲜空气。挖掘地道的另一个不利因素是，黑火药的代价昂贵。在可以挖掘地道的时候，通常采用崩坍的办法而不是爆破，这正好又回到了古代采用烧毁地道坑木使城墙倒塌的办法。
新型城防工事的出现，必然会刺激人们去努力改进攻城技术和方法。在进攻与防守这两个方面，围攻城堡的方法变得更加高明，组织更加周密，以便跟上新的科学的城堡防御工事的发展步伐。至少在一段时期内，这些进攻和防守的方法超过了枪炮技术的发展速度。当然，这两者的差距本来并不很大。当时必须寻找一种比较安全的办法，把进攻城堡需要的炮和轻武器尽可能送到离城防工事较近的位置上，以便充分发挥武器的火力。攻城用的老式弹盾和塔架已经不适于对付城防用的黑火药兵器的袭击。为此，攻城部队不得不求助挖掘壕沟的办法。在远程长炮的掩护下，攻城部队的工兵和步兵对准城堡防御工事中可能比较薄弱的地段挖掘壕沟，当挖到炮火可以打到城防工事的外崖时，便在宽而浅的壕沟前面迅速筑起一道厚厚的土墙，作为放置攻城炮的工事。然后在夜幕笼罩下，将重炮推进炮阵，向敌人发起猛烈的炮轰。在炮火的掩护下，壕沟不断向前延伸，直到炮兵和步兵联合发动进攻，制服城防工事壁垒上的防守部队。这时，攻城炮继续向前推进，集中火力轰击敌人的主城防工事。
16世纪末以前，掘壕攻城的思想得到了很大的发展。当然它比17世纪沃邦的技术改进还是要原始一些。用来对付高度戒备的城防部队时，挖壕是一项费时、费力、费钱、还要流血牺牲甚至几乎是不忍心采用的攻城手段。16世纪时的城堡如果有足够的食物和弹药储备，那末就象13世纪时的城堡一样坚不可摧。不过到了16世纪下半叶，围攻城堡又变成了象两个世纪前那样慢吞吞而又煞费苦心的一件事情。战争重新成了一连串的城池攻守。鉴于部队的机动技术、过分的自信或者后勤供应的压力等方面的综合因素，有时也会促使双方军队跑到野外来面对面地打上一仗。
新的城堡防御工事以及对付它的攻城手段的进步，极大地刺激了古罗马时代以来在欧洲早就基本退化了的野战防御工事的构筑技术。不过首先还是由贡萨罗·德·科尔多瓦领导的颇有远见的西班牙士兵促进了野战防御工事的发展。显然是他最早认识到野战防御工事与新式轻型黑火药兵器相结合的潜在威力。后来，佩德罗·纳瓦柔和帕尔马·亚历山大也效法贡萨罗·德·科尔多瓦，使西班牙高超的工程技术和野战防御工事的构筑技术成了西班牙在整个16世纪期间取得军事优势的主要因素。
摩利士（见第16章）对攻城战作出了长期而实际的贡献，他对炮的口径实施了标准化，从而使杂乱的炮种分门别类井然有序。他采用集中式弹幕射击的方法来对付小段围廊式防御工事，然后在城防工事上打开突破口。他还采用很长的攻城壕沟来掩护移到攻城阵地上的火炮。虽然荷兰地区土壤潮湿，但在条件许可时他也用过挖掘地道的办法来进攻城堡。对于攻占了的城池，他并不提出苛刻的条件。他的军队纪律严明，因此大大减少了掠夺和抢劫的现象，这就促使被围军民更快地放下武器，因而他的做法常常缩短了攻城所需的时间。
法国技师塞巴斯蒂安·戴·沃邦曾在攻城技术和城防工事的构筑技术的发展上作出过最为突出的贡献。由于他的努力，只配备有前装式兵器和黑火药的军队在城堡的攻防能力上达到了最高的水平。在路易十四的国防大臣弗朗索瓦·路瓦易的指挥下，沿法国北部边界构筑了一系列城堡，充分配备并储存了军队所需的各种军用物资。这种沃邦…洛弗易斯的设防体系只是部分地用于防御，主要是为联合兵种提供进攻的基地——一种设防的兵站体制。沃邦总共构筑了33个新城堡，又对另外的300个旧城堡进行了改建。任何一个这样的城堡都可以作为行进中的军队基地，那里保证可以得到包括重炮武器在内的一切军需物资。而对敌人来说，要想一个接一个地攻克这些城堡则是极其棘手的事情。
还是这个沃邦，创造了一种双管齐下的攻城体制，他把攻城作战变成了一种技巧和科学。进攻的最终目的一方面是要用攻城炮火在城墙上打开突破口，并扫清攻城道路上的障碍物，以便步兵纵队顺利出击，另一方面还要使步兵能够不等炮火打开敌人城墙上的突破口，在壕沟里的炮火掩护下向城墙发起攻击。在后一种情况下，进攻前通常先用大量柴捆（细树枝或灌木柴捆）填没护城壕沟和护城河，然后攻城士兵在炮火和轻武器的掩护下越过护城河爬上城墙。
在沃邦的攻城体制中，他创造了一种逼近敌人城堡的格式化的方法。先在离敌人城防工事600至700码的地方挖一条战壕，这条战壕跟选定的突袭点的防御工事走向平行。这样就可以防止城防部队的纵射炮火对整个战壕的袭击。战壕与城堡之间的距离是固定的，它接近于当时进攻或防御火炮的最大有效射程。在挖好第一条战壕后，在它的前面再构筑一个土木工事，用来保护部署在那里的攻城炮。然后在这些炮火的掩护下，攻城工兵开始向城堡挖掘“坑道”或进攻战壕（这就是军事上“坑道兵”一字的由来）。这些坑道跟敌人的城防工事总是构成一定的角度，以“之”字形盘旋向前，其目的也是为了减少敌人纵射炮火袭击的机会。坑道兵将装满泥土的篾筐和柳条篮放在带轮子的车上，在坑道里推着走，这样可以避免敌人炮火的直接射击。
当进军通道离敌人防线约300码时，开始挖第二条平行战壕，放置新的攻城炮。攻城炮从这里以猛烈的炮火将守城部队从壁垒上赶走，压制住敌人的炮火火力，并开始在城墙上轰击出突破口。这时如果可能，守城部队会以有限的反击力量出