遁地巨獸：超大鑽機──《知識大圖解》

本文由 建研所 委託，泛科學企劃執行。 

當你走進一棟建築，是否能感受到它對環境的友善？或許不是每個人都意識到，但現今建築不只提供我們居住和工作的空間，更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生，正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題，確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染，同時提升我們的生活品質。然而，要成為綠建築並非易事，每一棟建築都需要通過層層關卡，才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境，政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立，旨在透過標準化的建築評估系統，鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時，為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法，自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止，已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品，涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築，不僅提升建築物的整體性能，也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

說這麼多，你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程，要經歷哪些標準與挑戰？

綠建築標章	智慧建築標章	綠建材標章

第一招：依循 EEWH 標準，打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源，是綠建築（green building）的核心理念，但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單，而是涵蓋建築物的整個生命週期，也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內，都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準，讓我們先回到 1990 年，當時英國建築研究機構（BRE）首次發布有關「建築研究發展環境評估工具（Building Research Establishment Environmental Assessment Method，BREEAM®）」，是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後，於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」（Leadership in Energy and Environmental Design, LEED）這套評估系統，加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶，氣溫高，濕度也高，得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生，四個英文字母分別為 Ecology（生態）、Energy saving（節能）、Waste reduction（減廢）以及 Health（健康），分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級，設有九大評估指標。

我們就以「台江國家公園」為例，看它如何躍過一道道指標，成為「鑽石級」綠建築的國家公園！

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園，也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時，還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築，其外觀採白色系列，從高空俯瞰，就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落；從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊，生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構，設計自然護岸，保留基地既有的雜木林和灌木草原，並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物，採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙，不僅強化了環境的保護力，也提供多樣的生物棲息環境，使這裡成為動植物共生的美好棲地。

第二招：想成綠建築，必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築，使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中，對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出，一路到今日，國際間對此一概念的共識主要包括再使用（reuse）、再循環（recycle）、廢棄物減量（reduce）和低污染（low emission materials）等特性，從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時，使用自然材料與低 VOC（Volatile Organic Compounds，揮發性有機化合物）建材，亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後，內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度，以建材生命週期為主軸，提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說，為確保室內環境品質，建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件；為了防溫室效應的影響，須使用本土材料以節省資源和能源；使用高性能與再生建材，不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性，也強調材料本身的再利用性。

在台江國家公園內，綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念，更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設，並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料，為鳥類和小生物營造棲息空間，讓「蚵殼磚」不再只是建材，而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆，整體綠建材使用率為 52.8%。

在日常節能方面，台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如，引入樓板下的水面蒸散低溫外氣，屋頂下設置通風空氣層，高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出，廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地，創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企，如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流，不僅提升了隔熱效果，減少空調需求，讓建築如同「與海共舞」，在減廢與健康方面皆表現優異，展示出綠建築在地化的無限可能。

在綠建材的部分，另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程，其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材，比方提高高爐水泥（具高強度、耐久、緻密等特性，重點是發熱量低）的量，並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」，還用再生透水磚做人行道鋪面。

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區，首先，他們捨棄金屬建材，讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是，他們也將施工開挖的土方做回填，將有高地差的荒地恢復成平坦綠地，本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪，無痛轉綠。

等等，這樣看來建築夠不夠綠的命運，似乎在建材選擇跟設計環節就決定了，是這樣嗎？當然不是，建築是活的，需要持續管理–有智慧的管理。

第三招：智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率，除了從建築設計與建材的使用等角度介入，也須適度融入「智慧建築」（intelligent buildings）的概念，即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性，使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器，用於蒐集環境資料和使用行為，並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

為了推動建築與資通訊產業的整合，內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度，為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂，目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例，為了掌握建築物生命週期中的能耗，需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標，評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面，則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境，以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中，充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術，來達成兼顧環保和永續發展的理念，也是利用建築資訊模型（BIM）技術打造的指標性建築，受到國際矚目。

在興建階段，為了保留基地內 4 棵原有老樹，團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描，並將大小等比例匯入 BIM 模型中，讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離，確保施工過程不影響樹木健康。此外，在大樓啟用後，BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」，透過 3D 建築資訊模型，提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護，包括保養計畫、異常修繕及耗材管理，讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用，從建造設計擴展至施工和日常管理，使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management，簡稱 FM ) 為例，該系統可在雲端進行遠端控制，根據會議室的使用時段靈活調節空調風門，會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣，而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率，保持低頻運作，實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現，從源頭減少碳足跡；綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小，並保障居民的健康；智慧建築標章運用科技應用，實現能源的高效管理和室內環境的精準調控，增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用，讓建築不僅是滿足基本居住需求，更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

「趕快下來、房子要倒了！」隨著工地主任一聲大喊，居民慌亂逃出。接著，基泰大直建案隔壁的公寓，就像坐電梯一樣往下陷落，原本的 1 樓，如今已成為地下室。

除了基泰大直案，台灣各處都偶有聽聞發生天坑、房屋沉陷等事件，這些災害，似乎又常常是地下工程惹的禍。

但這次事件是怎麼發生的？軟弱的地盤真的不適合蓋房子嗎？我家或你家，也會遇到嗎？

為什麼土壤會崩塌？

為什麼土壤會崩塌？大家應該都有過在海邊堆沙子的經驗，當砂子堆到一定的角度後，沙堆表面的沙子就會開始不穩定，這時如果繼續堆沙，沙子就會坍方。

土壤的「剪力強度」會使土壤坍塌到一定程度後就不會繼續坍塌，讓土壤的斜面與地面形成一個角度。所謂的剪力是指將物體推往相反方向的外力，例如用剪刀剪紙，或是用手撕紙。而土壤的剪力強度，指的是防止土壤發生平移破壞的阻抗，剪力強度愈大，代表愈不容易發生坍塌。

剪力強度的大小則受到土壤的顆粒形狀、大小分配比例、緊密程度以及凝聚力所影響。例如由不同形狀與大小的顆粒混雜而成的土壤，彼此之間的摩擦力比只有相同大小顆粒的圓形土壤，強度還要高。或是含水量較少的黏土，比含水量高的黏土黏滯性還高，凝聚力更強，因此剪力強度比較高，更不容易坍塌。

若是開挖基地的土壤剪力強度不足，很難形成垂直度高的壁面，這個時候若是沒有足夠的空間設立明挖邊坡，就需要擋土壁來擋住側向的砂土，保護開挖面，讓工程順利進行。

大家在這次事件一直聽到的「連續壁」，是一種常見的地下擋土設施，就可以擋住側向的沙土。開挖建築地下室前，常會在基地周圍施作一圈連續壁，阻擋地下水與土壤，再進行開挖工作。由於連續壁適用範圍廣、可以擋水、所需空間不大，對臨房影響較小，常被用在軟弱黏土以及都市密集區的工程。而連續壁的貫入深度，通常是開挖深度的 2~3 倍。

以台北市為例，根據臺北市建築工程基礎開挖安全措施管理作業要點，在有鄰房的狀況下進行地下開挖，深度只要達 8 公尺以上就要採用連續壁擋土工法。這些連續壁不僅能用來保護工地，還可以成為未來完工後，建築物地下室的永久外牆。

那麼，這次事件又發生了什麼事呢？

大直民宅坍塌事件是怎麼發生的？

為了抵擋側向土壓力與水壓力，通常擋土壁還需要配合基地內的支撐系統。常見的施工流程首先會在施作擋土壁之後打入中間柱，並且開挖第一階土方。接著在中間柱上架設一層臨時性的水平支撐與施工構台，才會繼續往下開挖下一階土方，重複這樣的步驟直到挖至設計深度。全部開挖完成後，最後在底面鋪設混凝土底版，由下往上開始施作地下室結構。

這次基泰大直事件中，基地位於軟弱黏土地盤。當開挖作業進行到一定深度後，連續壁外側的土壤重量，超過連續壁底部黏土的抵抗力，開挖底部失去平衡。外部的黏土沿著破壞面流動，湧入開挖區。緊接著，基地內的土壤連同中間柱被湧入的土壤向上抬起。當中間柱被向上推之後，橫向的水平支撐也隨之崩解，失去保護連續壁的作用，最後失去側向支撐力的連續壁朝基地內擠進破壞。

災難如連鎖反應，除了基地結構被破壞，基地外側的土壤也會因為向開挖區內流動，導致地面大量沉陷，蓋在上面的房子，也就是這次事件中受害的民宅，隨之下陷。這種工程災害稱為「隆起破壞」。

過程雖然是這樣，但導致這次事故發生的確切原因，目前還在調查當中。可能是調查與設計單位對地質狀況的判斷過於樂觀，連續壁的設計貫入深度不足，或是因施工不慎，導致連續壁與支撐系統並沒有完全發揮作用。

那麼你可能最擔心的是，我家會不會也遇到相同問題，買房前是不是也要挑地質？

常見的開挖災害有哪些？

這邊要先說明，其實不同的地質，需要對應不同的考量與施工工法，我們應該因材施工。而不同地質，也會面臨不同的挑戰與風險。例如基泰大直的隆起破壞，容易發生在軟弱黏土進行的開挖工程，而在透水性良好的砂質土壤中，則可能會因為地下水位差，發生管湧與砂湧等災害。

什麼是管湧呢？它指的是地下擋土壁因為施工不慎導致壁面出現裂縫，在裂縫處將容易形成透水路徑。如果沒有即時修補裂縫，滲出的水流會愈來愈大，並夾帶砂土，形成滲流管道。水流夾帶砂土持續湧入開挖基地，就會使得擋土壁外側逐漸被掏空，導致上方鄰近道路及房屋沈陷。

而砂湧，也是另一個容易發生在砂質地盤的災害，這種現象主要發生在基礎開挖時，基地內側與外側水位落差很大。水位差會使地下水由擋土壁底端上湧，當上湧水流的壓力大於開挖面底部土壤的重量，水壓會將基地內的土砂舉起，冒出開挖面，進而導致開挖基地的破壞。

不過除了先天的地質問題，擋土壁與支撐系統，也可能會因為設計與施工上有所疏失，使得擋土壁牆身的強度不夠或位移太大而發生破壞。

話說回來，這些軟弱地盤，是不是根本就不適合蓋房，爛泥扶不上牆，不對，是爛泥扶不住牆呢？

軟弱地盤真的不適合蓋房嗎？

就像蛋糕不是只有蛋，建築的地盤不只有土壤，而是由土壤、地下水及空氣所組成。依照不同的比例及成份，有著不同的特性。若是地質沒辦法讓蓋在上面的建築物穩定安全，就是所謂的軟弱地盤。

軟弱地盤通常位於沖積平原、湖沼地或是人工回填區。這些地方的土壤因為沒有經過地質變動等物理作用，通常由軟弱黏土、沉泥、或是鬆散的砂土所構成。例如台北盆地是河流所形成的沖積平原，因此大部分的地區都是屬於軟弱地盤，而桃園、台中的地質則穩固許多。

直接在軟弱地盤上蓋房子，就像將建築蓋在豆腐上，不僅施工時容易發生災害，建築也可能會因為自身的重量而沉陷。但隨著都市發展，所需要的土地大量增加，我們很難完全避免在這類地盤上興建工程，因此工程師會利用各種方法，來克服困難的地質條件。

軟弱地盤並不是完全沒有辦法蓋房子，我們可以選擇深基礎，透過數十公尺長的基樁，穿過軟弱土層，將建築固定在更深處的堅硬岩盤上。

或是透過地盤改良，改善土壤的特性，防止破壞、液化以及沉陷等問題發生。

除了加入岩隱村習得土遁忍術以外，地盤改良的方式非常多，同樣需要依據地盤的性質、改良的方向以及工程的類型來選擇最適合的工法。這裡介紹幾種台灣常見的地改方式。

第一種是振動夯實，這種方法是利用機械振動等外力，使基地土層的密度增加，加強支撐力，減少發生沉陷或液化的可能，這種方法適用在非黏性的土層。

第二種，排水預壓工法。這種方式則是在蓋房子前，在基地加上額外的載重，同時也可以搭配排水帶，縮短土壤孔隙水的排水路徑，讓水更容易排出，進而增加土壤的壓密速率，減少土壤內的孔隙與含水量，克服未來建築完成後的沉陷問題。

第三種，也是在都市建築中最常見的地盤改良，是深層攪拌工法，利用特殊機械，透過高壓噴射或是機械攪拌等方式，在地層中注入水泥，並同時攪拌土壤，讓水泥與周圍的土壤拌合成固結體，與原本的地層組成複合基地，以提高土壤強度，我們常聽到的地盤改良樁，就是屬於這種工法。

也就是說，透過合適的地盤改良、基礎形式與開挖工法，軟弱地盤也是能蓋房子的。

如果你對你家，或是你想要買房子地方的地質很好奇，那事不宜遲……就來介紹查詢看看你家地質吧。

我該怎麼知道我家的地質？

依照經濟部地質法的規定，只要是政府機關或公營事業所辦理的地質調查，都需要將調查結果提交給中央主管機關。而這些資料都會被上傳至中央地調所建置的公開平台——工程地質探勘資料庫，也就是說，如果你家附近曾經有公共工程進行過地質調查，就可以在上面找到鑽探資料。

另外，政府也公布了全台的地質分佈資料、土壤液化潛勢區以及活動斷層的分佈，資料都公開在網路上，有興趣的觀眾可以上去查看，更瞭解自己的居住環境。除此之外，國家地震研究中心甚至有有簡單的試算方式，可以評估自家住宅的耐震能力。

當然這些公開資料，只能作為工程設計的初步參考，還是需要請專業的地質調查公司進行鑽探與實驗，才能比較完整地瞭解基地的地質。因為即便知道自己家裡附近的地質類型，地質條件還牽涉到各種土壤參數，工程設計和施工品質也有重大的影響。此外，像順向坡角、土石流及易淹水潛勢區這類危害很大的地方，一般民眾原本也鮮少將此列入尋覓住處的考量。

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參考資料

• https://www.pcc.gov.tw/cp.aspx?n=BDB0…
• https://news.pts.org.tw/article/655460
• http://www.twce.org.tw/modules/freeco…
• http://www.twce.org.tw/modules/freeco…
• https://www.champmon.com.tw/H-1.htm
• https://udn.com/news/story/123732/742…

旋鈕多大才好轉？誰知道啊！

有些問題是生活中不斷遇到，卻從來不會加以思索的。像是當你在開車時調整車上的冷氣溫度，還有聽音樂時調整藍芽音響的音量與音色。此時，指尖所操控的旋鈕該做多大，才是最好轉的呢？

「誰知道啊！」你心裡這麼想。

這種日常體驗的問題看似微不足道，但其實就是產品設計和工業設計這類領域最關注的焦點，甚至能幫你贏得搞笑諾貝爾獎！

本年度的搞笑諾貝爾獎頒獎典禮在線上舉辦，表揚世界各地的研究者如何用專業能力探討奇妙的問題。今天要介紹的工程學獎，頒給了日本千葉工業大學的松崎元教授，以及他扎實的研究論文《如何用手指操控柱狀旋鈕》。透過實驗室中的實際測量，松崎教授紀錄了人們使用各種大小的旋鈕時，如何下意識地將不同手指放在不同位置來操作。

當我們看見一顆旋鈕，我們會透過目測其大小，來決定該用怎麼樣的手勢轉它。如果是直徑一公分左右的小旋鈕，我們會選擇只用拇指和食指來操作，更多的手指只會徒增不便；但如果是快十公分的大旋鈕，就需要動用四五根手指。這個決定不單純只是個人偏好，而是跟人類手掌和手指的構造有關聯。只有某種握法才是最舒服方便的。

此外，通常看到旋鈕就直接給它轉下去了，不會在旋鈕上面嘗試並修正來達成「最佳觸感」。也就是說，這個決策過程從小多次練習後，已經完全變成下意識的過程，只能透過實際測試結果來描繪。

下意識的選擇，只有做實驗才知道

在實驗室中，松崎教授的透明桌面上平放一個白色的圓形旋鈕，並請 32 名受試者順時針旋轉這個旋鈕，並從桌面下的攝影機捕捉人們手指的位置。旋鈕的直徑從七毫米到十三公分，總共 45 種。結果顯示，當旋鈕越大，動用的手指數量越多（一如預期）。只要旋鈕直徑超過五公分，大多數受試者便會開始使用五根手指。

根據所有受試者的統計結果，松崎教授整理出了上方這個十分優雅的圖表。標靶一般的同心圓代表各種大小的旋鈕。圖下半的粗黑直線是基準線，所有測試結果的拇指位置統一對齊這條線，以利進行比較。上方的四條曲線，由左到右分別是食指到小指的位置，虛線則是統計標準差（當然，實際上的實驗結果應該是一個一個離散的點，這裡簡單地用二次曲線進行擬合，比較好看）。

這張圖總結了不同旋鈕大小的情況下，人們手指位置如何變化。有趣的是，隨著旋鈕變大，四根手指的位置並非簡單地輻射向外，而是呈現螺旋狀。猜測是跟手掌張開並旋轉的方式有關。這種細微的趨勢不做實驗還真猜不到。

不是為了搞笑，每份研究都超認真

這份研究其實在 1999 年就已經發表，時隔二十多年獲得搞笑諾貝爾獎。儘管中文翻譯是「搞笑」諾貝爾獎，但是包括松崎教授在內的所有獲獎者，可是從來沒有要搞笑，而是以非常專業的態度在做他們的工作，這些研究成果也都發表在正式的期刊。自 1999 年的旋鈕研究之後，松崎教授又相繼研究了提袋握把和雨傘握把，可說是精通抓握之道的男人。

松崎教授表示，他很樂見這個獎項讓更多人開始關注設計工程的領域。這門學問專注於探索人與物品之間的關係，並藉此創造最舒適的使用體驗，打造出實用的工業產品。

更多有趣的研究，請到【2022 搞笑諾貝爾獎】

參考資料

1. Japanese professor wins Ig Nobel prize for study on knob turning
2. Japanese researchers win Ig Nobel for research on knob turning
3. 松崎元, 大内一雄, 上原勝, 上野義雪, & 井村五郎. (1999). 円柱形つまみの回転操作における指の使用状況について. デザイン学研究, 45(5), 69-76.