投稿類別 : 工程技術類 篇名 : 作者 : 吳瑀心 國立馬公高中 高一 3 班 指導老師 : 陳淑慧老師
壹 前言 美輪美奐的馬高新校舍終於在 98 年 11 月 1 日完工落成 包函學校第一期一 二階段整體工程 回想馬高舊校舍十分老舊 有些甚至逾 50 多年 受塩害侵蝕 嚴重 鋼筋裸露 水泥剝落 耐震力更是令人提心吊膽 感謝整個馬高團隊以及 姜樂靜建築師 弘鉅營造公司齊心齊力的付出 歷經 6 年的規劃設計與興建 為 我們 建立開放 適性 人文 環保 符合全人教育 終身學習 永續經營理念 的優質新校園 註一 2009.11.30 取自於國立馬公高級中學中長期校務發展計 畫 如圖一 圖二 更以澎湖特殊的地理景觀 營造出澎湖的風作為意象主軸 相信 6 年的艱辛會讓我們更加成長 更勇敢的挑戰未來 圖一 上 圖二 下 馬高新校舍 圖片來源 作者拍攝於 2010.02.04 1
一 研究動機 時代越來越進步, 建築物的建築工法也越來越創新, 大家都期望能用最環保的建材 節省人力 縮短工期, 建造出最具時代感的建築物 馬高舊校舍十分老舊, 有些甚至逾 50 多年, 而且損壞嚴重, 危及師生的安全, 透過了全校行政團隊的努力, 歷時 6 年, 一棟具現代感的校舍, 呈現在我們眼前 我們期望透過研究馬高新校舍的建築工法與綠建築的運用, 進而了解建築物的特性, 也才能永續地球上的資源, 讓地球永遠生生不息 二 研究目的 本論文研究最主要的目的是原本新校舍在規劃設計興建過程中, 建築師原本參考日本阪神大地震後的創新工法 三向預力預鑄工法, 一則為建築物提升耐震力, 一則為國內引進新的建築工法來提升建築技術 但須仰賴日本廠商技術指導, 工程顧問費也會導致施工成本增加, 而且廠商也無意願投標, 最後不得不修改為傳統 RC 工法,PC 預鑄工法與傳統 RC 工法的差異性, 以及原本規劃綠建築廣泛的運用在校園裡, 最後因經費問題只運用在庭園景觀設計, 這都是本文研究最主要的目的 三 研究課題 本文研究課題有五 : ( 一 ) 創新的 PC 預鑄工法 ( 二 ) 傳統 RC 工法 ( 三 )PC 預鑄工法與傳統 RC 工法的差異性 ( 四 ) 綠建築對地球的影響 ( 五 ) 綠建築的運用 四 研究對象與研究限制 本文主要研究對象是針對馬高新校舍的建築工法以及綠建築的廣泛運用, 主要研究限制是高中學生上課時間冗長, 課業壓力較大, 也還沒進入社會生活領域, 所以只能針對建築工法與綠建築作最初步的研究, 在未來進入社會, 應積極拓展各階層領域, 作更詳盡的探究 貳 正文 一 馬高新校舍的建築工法 : ( 一 ) 馬高新校舍是一幢最具現代感的中等教育學府, 也是 馬高人 的驕傲, 更具有下列特色 : 1. 節能 節源 低污染 再利用之環保綠建築 2. 重視兩性平權與無障礙環境之營造 2
3. 加強網際網路功能,e 化校園, 無線上網 4. 校舍外貌突顯澎湖自然景觀意象具潛在教育情境 5. 空間配置結合課程發展與目標 6. 加強師生研究環境與情境之營塑 7. 增進學生社團活動機能 8. 結合社區與鄰里公園營造無圍牆校園 9. 設置優美且具現代感的公共藝術作品 10. 全方位 全人教育 永續經營之思考模式 ( 二 ) 回顧校園整體規劃與改建工程, 在有限的預算下, 以及接踵而來的多次流標和變更設計中, 讓整個馬高行政團隊肩負著更巨大的使命, 如何在有限的資源下, 呈現出最令人激賞的成果, 同時也是考驗著全體馬高人的智慧 其中再度檢討物價漲幅及預力預鑄工法施作的專業性與困難度, 在 國立馬公高中校園整體規劃及改建工程的規劃設計報告書 ( 民國 93 年初步規劃設計 ) 委員審查建議事項中, 有委員建議並提出建言 : 1. 預鑄工法在本國施工推廣只有 10 幾年, 其工法之成熟度如何? 精密度如何? 2. 如樑柱 樓板 接合精密度不良會漏水? 3. 尤其施工承包商水準是關鍵, 又在吊裝時, 受力不平均可會龜裂掉落, 如何防範發生工安問題? 4. 本工程鋼構之尺寸有幾種? 5. 而本工程之預算造價偏低, 又是預鑄工法, 以現在之市場行情是否可順利發包完成? 建築師也一一回應問題 : 1. 不敢說國內預鑄工法的成熟度能達到先進國家如日本那樣的水準, 但這幾年高科技廠房都採用預鑄工法, 可見與以往相比已有長足進步 2. 預鑄工法對精密度要求誤差小於 2-3 公分, 比起一般 RC 建築動輒 5 公分的誤差低許多, 也因為使用鋼模廠鑄, 所以能達到這樣的精密度 3. 吊裝時採特殊設計的動滑輪吊具, 使吊裝過程中, 不論風如何吹動,PC 版都保持在水平面狀況下, 不會受力不均而產生龜裂, 進而發生工安意外 4. 鋼構尺寸在目前規劃僅有體育館屋頂 ( 需減輕自重, 減少斷面尺寸, 故以鋼構為佳 ) 建築內部空橋走道 ( 不受季風影響之處 ) 以鋼構構築 5. 已與校方充分溝通, 目前估算工程費 7.3 億 ( 民國 93 年初步規劃設計 ), 在預算上尚可執行 PC 的造價, 在國內約比 RC 貴 1-2 成, 比鋼構便宜 6. 目前已與國內有能力之施工廠商取得聯繫, 都具備施工完成的案例 無奈的是計畫趕不上變化, 經歷了 2 次流標之後, 建築的原物料物價持續攀升, 預算編列乃捉襟見肘, 雖爭取到 6000 萬元的離島建設基金經費挹注工程經費, 又第 3 次流標, 而隨即而來的工程施作工法, 卻讓廠商沒有意願投標 若再發包不出去, 年度預算執行必定嚴重落後, 將影響政府施政成效 後來考量國內廠商建築技術無法勝任三向預力預鑄工法, 不得不修改為傳統 RC 工法 ( 三 ) 創新建築工法 PC 半預鑄工法 PC 預鑄工法 3
1. 何謂 PC 半預鑄工法 : 預鑄之結構體, 乃是保留結構接合部分不預鑄, 該部分於工地現場打設混凝, 接合事先於工廠預鑄製作之構件 ( 註二 )( 取自於潤泰集團 2009.06.27 發表 ), 如預鑄柱 預鑄大小樑及預鑄樓板等, 如此保留現場澆築混凝土之預鑄工法, 謂之 PC 半預鑄工法, 如圖三 圖三半預鑄工法流程圖圖片來源 : 潤弘精密工程 http://www.rtc.com.tw/news.aspx(2009.06.27 發表 ) 2. 何謂 PC 預鑄工法? PC 預鑄工法就是將捆筋 灌漿都轉移到工廠內進行模擬, 製作品質相同的樑柱 牆板等, 運送到工地吊裝完成 ( 註三 )( 取自於潤弘精密工程 2009.06.27 發表 ) 這些預先製作好的建材, 再運送到工地吊裝, 先豎好樑柱, 再鋪設地板 牆板, 一層一層地堆疊上去 簡單貼切的說, 也就是在工廠裡提早製作, 在工地現場層層堆疊組裝的技術 採用預鑄工法的技術, 可以大幅縮短三成以上的施工時間, 所以預鑄工法不會讓工人成為控制營建生存的一個因素 採用預鑄工法後, 本來每天現場可能需要五百到一千個工人, 可能只有五十個人在現場就可完成, 如圖四 圖四 PC 預鑄工法工地現場流程圖片來源 : 潤弘精密工程 http://www.rtc.com.tw/news.aspx(2009.06.27 發表 ) 3.PC 預鑄工法的特性 : 所以繼台北 101 雪山隧道後, 台灣的建築成就再度登上國際版面, Discovery 耗時一年拍攝了在建築業素有魔法美譽的台灣預鑄工法 ( 註四 )( 取自於 2009 年 6 月 26 日大紀元 民視新聞報導 ), 詳細介紹比傳統工法快 3 倍, 克服颱風地震所蓋好的聽障奧運主場館 不受天候影響, 進度掌控精確, 都是 PC 預鑄工法可以有效縮短工期的理由, 綜合而言, 以下的幾個工法特點是 PC 預鑄工法最重要的特性 : 4
(1) 高品質採用具 ISO 9001 認證通過之流程, 以工業化鋼模模具, 水平生產與混凝土室內澆築及養護, 確保預鑄構件品質 工廠生產, 環境穩定, 技術工需求小, 人為控制澆築與養護環境, 採用鋼模精準生產, 如圖五 圖五 : 確保預鑄構件品質 圖片來源 : 潤弘精密工程 http://www.rtc.com.tw/news.aspx(2009.06.27 發表 ) (2) 合理成本透過標準化 模矩化 自動化設計生產流程, 簡化管理流程, 加上整體工期縮短所衍生之資金效益, 使總成本得以合理化 鋼骨結構成本較傳統 RC 高四至五成, 為業界普遍認知, 預鑄結構成本僅高出傳統 RC 成本 3%~5%, 較具競爭力, 如圖六 圖七 圖六 : 自動化設計生產流程 圖七 : 有效節省人力成本 圖片來源 : 潤弘精密工程 http://www.rtc.com.tw/news.aspx(2009.06.27 發表 ) (3) 工期短所有預鑄結構構件, 預先於工廠生產製作, 工地現場利用機械化設備僅進行組立吊裝工作, 且免搭外部鷹架, 外牆與裝修同步進行, 有效縮短工期 結構體一樓層至少快 7 天, 預鑄結構 7 天一層, 傳統結構 14 天報查驗一次, 預鑄結構可與裝修 機電及設備工程同步施工, 預鑄結構體完成後 45 天可申請使用執照, 如圖八 5
圖八有效縮短工期圖片來源 : 潤弘精密工程 http://www.rtc.com.tw/news.aspx(2009.06.27 發表 ) (4) 安全衛生與環保工程現場不使用傳統木模板, 具環保概念 ; 工地現場整齊乾淨, 有利於安全衛生管理 降低垃圾 粉塵 噪音等, 不需危險工作場所審查, 傳統 RC 建築工法工地現場髒亂危險, 容易有工安問題, 如圖九 圖九 : 預鑄工地安全衛生 傳統工地髒亂危險 圖片來源 : 潤弘精密工程 http://www.rtc.com.tw/news.aspx(2009.06.27 發表 ) (5) 耐震之優異性委託台大地震中心進行結構試驗, 其承受應力與變位行為與傳統 RC 相似, 將預鑄結構應用於建築物, 其耐震能力可達強度七級 ( 四 ) 傳統建築工法 RC 工法 1. 傳統上要蓋房子, 都是把鋼筋 水泥運到工地後, 再由工人現場施做捆紮 灌漿等流程 如此一來, 現場便需要大量的工人, 而且容易受到天氣及工班不易控管等因素影響品質 2. 傳統工地因模板裁切 廢棄木料 鋼筋裁切加工 混凝土餘量或滲漏 大量工人產生之生活廢棄物等, 造成工地髒亂難以行走之情形 6
3. 傳統 RC 工法的特性 : (1) 技術成熟度佳 RC 工法是一種最傳統的建築工法, 也是工程人員最熟悉的一種建築工法, 不管是鋼筋的捆紮 灌漿等等, 都能使工程施工的流程順利進行, 如期完工 (2) 建物總成本低相較於 PC 預鑄工法的高成本, 傳統 RC 工法的工程費就低廉許多, 尤其在這個原物料物價持續攀升的關鍵時刻, 傳統 RC 工法就能得到更多人關愛的眼神 ( 五 ) 創新的 PC 預鑄工法和傳統 RC 工法之差異性 : 以下是作者分析研究所做的建築工法評比表, 由此可以看出其優劣之處 表一 PC 預鑄工法 VS 傳統 RC 工法 建築特性 建築工法 PC 預鑄工法 傳統 RC 工法 建物成本成本較高成本較低 技術成熟度有待精進成熟度佳 施工品質品質較高品質較差 人力成本節省成本成本較高 工期長短工期較短工期較長 工地安全衛生安全衛生危險雜亂 工地環保注重環保不具環保 建築物耐震度耐震度佳耐震度差 資料來源 :2010.02.04 作者分析研究彙整 由上表就可知道創新 PC 預鑄工法為什麼可以成為建築工法的主流, 但因馬高新校舍的建築經費有限, 所以只能捨棄創新 PC 預鑄工法而牽就傳統 RC 建築工法, 雖然如此, 但也符合了新校舍的總工程預算, 以及因工程人員的技術成熟度佳, 而使工程能順利完工, 提供澎湖子弟一個優質的教育環境 7
二 馬高新校舍綠建築的運用 : ( 一 ) 綠建築又稱為永續經營建築, 與一般建築不同的是, 綠建築注重環保以及自然, 選擇對環境影響最小的建材, 如 使用木材與可拆式鋼筋, 相對於一般鋼筋混凝土, 綠建築可以從建造到完工之間, 降低二氧化碳的產生 ( 註五 )(2009.12.21 取自於綠建築設計技術規範 ) 以建築物的整體生命周期來看, 如何能使用可不斷再生 重複使用才是重點! 但也應該要注意如果該材料雖可再生使用, 但所謂 再生使用 的過程需要耗費過多的能源或產生二氧化碳時, 就不屬於好的 綠建材 簡單的說, 建築物從規劃之初始就融入 環保 節能 減碳 的觀念, 而在建造的過程中也能大量 採用 環保回收再生 生態 健康 高性能 的材料與工法, 而建築物使用年限到而拆除時也能回收大部分材料 ( 註六 )(2009.12.30 取自於環保署綠色生活資訊網 ), 以減少資源浪費的建築物就是好的 環保綠建築, 經綠建築標章審查委員會審查通過始可發給綠建築標章, 評定為 綠建築, 如圖十 圖十綠建築標章圖片來源 : 綠建築設計技術規範 http://w3.cpami.gov.tw/law/law/lawe-2/b-rule.htm ( 二 ) 馬高新校舍從規劃設計及改建工程, 務求建立無障礙環境 綠建築指標, 建立永續經營理念的優質校園 申請太陽能及風力發電設施計畫以及進行公共藝術設置公開徵選作業, 營造健康 藝術 人文的校園環境 但在校園改建的過程中, 發現以再生能源發電 ( 風力 太陽能 ) 供應學校部分用電, 以現有技術的發電量及設備費用並不合適由學校負擔進行, 也曾建議可向中央爭取經費補助設置, 但示範性意義可能大於實質意義, 以下是作者分析彙整的太陽能光電系統表, 如表二 表二馬高新校舍太陽能光電系統表 名 流程圖 稱太陽能光電系統 陽光 太陽能板 電池 變壓器 LED 照明 ( 當蓄電池電壓過低時可啟動補助系統 ) 輔助系統市電 市電交換器 LED 照明 資料來源 :2010.02.04 作者分析彙整 8
( 三 ) 所以簡單的太陽能或風力發電燈具已使用於新校舍庭園景觀設計, 可節省日常電費支出及減少長距離電路牽線的麻煩, 以及做為環保教學使用 尤其在人為的污染造成環境的反撲後, 我們必須學習如何與生態和諧共存, 才可以永續地球上的珍貴資產, 如圖十一 圖十二 圖十一馬高新校舍公共藝術作品 圖十二馬高新校舍公共藝術作品 資料來源 : 作者拍攝於 2010.02.04 資料來源 : 作者拍攝於 2010.02.04 參 結論 回想馬高舊校舍近 60 年的風華歲月, 培養出無數的傑出人才, 各自在人生的各個領域中一展長才 而馬高新校舍的完工落成更具時代的意義, 使整個馬公高中完成了一個歷史性工程, 就像座落於校門口的公共藝術作品 風之呢. 海之喃 一樣, 以澎湖的風為主要意象, 包含風帆船 風車 太陽能面板 LED 燈, 強調先民渡海來澎湖的艱辛過程和節能減碳的時代趨勢 尤其在整個新校舍的規劃設計與改建過程中, 遇到的挫折與瓶頸, 不論是因為建築技術的成熟度與經費不足, 而改變建築工法 ; 還是綠建築運用於新校舍以及庭園景觀設計等等, 最後都能不畏艱難的一一克服, 目睹新校園巍峨矗立, 造型優雅美觀, 融入澎湖特殊地理景觀與人文氣息, 莫不令人讚嘆有加 現在每當我走進學校大門時, 我就會開始放慢腳步, 因為想要享受漫步在優雅的環境以及吸收清新空氣的幸福 學校的用心, 讓我們擁有更舒適的學習環境, 身為學生的我們, 深深感受到, 相信會讓我們更勇敢的挑戰未來 一路走來, 更感謝無數關心的行政人員 畢業校友 社區人士 學生家長以及全校師生, 為校舍改建提供寶貴的建言和幫助, 相信在大家的努力下, 讓馬公高中成為第一流的學校 第一流的教師和第一流的學生更是指日可待 在未來, 一定能成就更多的榮耀, 呈現出美好的願景 肆 引註資料 註一 國立馬公高級中學 (2004.01) 國立馬公高級中學中長期校務發展計畫 澎湖縣 : 國立馬公高級中學 頁 19 9
註二 潤泰集團 (2009-06-27 發表 ) 2009 12.10 取自於 http://www.ruentex.net/httpdocs/news.htm 註三 潤弘精密工程 (2009-06-27 發表 ) 2009 12.10 取自於 http://www.rtc.com.tw/news.aspx 註四 大紀元 民視新聞 創新的建築工法 (2009.06.26 發表 ) 2009.11.25 取自於新聞報導 註五 綠建築設計技術規範 (2009) 台北市 : 台北市建築師公會 2009.12.21 取自於建築技術規則 http://w3.cpami.gov.tw/law/law/lawe-2/b-rule.htm 註六 環保署綠色生活資訊網 (2009) 台北市 : 行政院環保署 2009.12.30 取自於 http://greenliving.epa.gov.tw/greenlife/green-life/index.aspx 10