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臺灣防震高科技聲名遠播-
財團法人國家地震工程研究中心周中哲主任專訪

發佈日期:2023-04-25

導演手札

第一次踏入國家地震工程研究中心(國震中心),這棟位於辛亥路上,外觀看起來相當新穎的 13 層新鋼構大樓,沒想到一走進建築內卻「別有洞天」,印入眼簾的是宛如挖空的城市碉堡。周中哲主任遞給我一頂安全帽,帶我穿越實驗場,見識什麽是被「震歪」的鋼柱,淡淡的說:「這是全世界第一個實驗室,能夠做出反應梁柱構架在地震力作用下,呈現扭曲破壞的情形。」

這個世界第一,讓我深切感受對人的關懷與溫暖,並理解到「暖實力」與「硬底子」兼具,就是國震中心最好的註解。

 

圖 1:周主任與實驗後歪斜的鋼梁柱構架(林珮霖攝)

圖 1:周主任與實驗後歪斜的鋼梁柱構架(林珮霖攝)

 

追地震的男子 把地震當成大型實驗場

當地震來臨,正常人都是聞「震」色變,但眼前的中哲主任卻眼神一亮:「我們都是追著地震跑」。很難想像,原來每當你我還在擔心會不會有餘震時,國震中心的上上下下早就動起來,根據氣象局六、七百個監測站的資訊,只要確認震央,不到三分鐘,就可以從國震中心陸續研發的評估程式,迅速掌握可能的人員、房舍災損情形。中哲主任的手機還有秘密武器,上頭顯示的數字,往往比新聞快訊還要準。只要地震一來,數字顯示為「0」,大家就可以放心,但像 2022 年臺東池上地震,手機跳出「3」全體如臨大敵,數字代表國震中心的評估程式,預測可能有災損的房屋棟數。除此之外,因為國震中心在臺東慈濟醫院、臺東消防局、署立醫院都有裝感應器,資料直接傳進國震中心,所以地震過後約十五分鐘,臺灣結構防災監測平台自動就會出來一個「結構快速初評表」。

為何要追著地震跑?中哲主任說:「地震造成的災損會沿著地震的方向行進。每次只要一有地震,就是一個『大型實驗場』。同仁們兵分多路至災區收集資訊,驗證這些年研究的防震技術,是否還有不足之處?許多感測器雖經過實驗室測定,但在真實地震下,電壓變化、建築橋梁變形狀況、網路是否斷訊等,每個環節都是挑戰。所以只要有地震,我們的同仁就要追著地震去看建築物的災損、去看橋梁、去關心感應器有沒有受損⋯⋯。」

 

圖 2:追地震的男子們-周中哲主任與陳家漢、趙書賢、蕭輔沛三位博士(林珮霖攝)

圖 2:追地震的男子們-周中哲主任與陳家漢、趙書賢、蕭輔沛三位博士(林珮霖攝)

 

臺美跨海實驗 模擬 2500 年一遇地震

除了真正的地震是地震工程防災技術的大型實驗場外,國震中心在臺北和臺南各有一個揚名國際的實驗場域。剛提到這個宛若挖空的城市碉堡,側面兩邊的厚實高牆稱為反力牆,整片地面上鋪的是強力地板,入門處還有一個 3D 地震模擬振動台。

其實一開始,在二樓平視實驗場只覺得壯觀,但隨著主任帶領走到反力牆實驗系統的鋼梁柱的正下方,便突顯得自己渺小。主任說其實這是模擬 2500 年一遇的大地震,我們現代建築中的鋼柱,如果遇上震度七以上的大地震,可能產生的狀態。

這個全尺寸的結構實驗有多困難?其實先前美國曾經實驗失敗,所以國震中心考量了更多複雜的變因,以及增加更多測試的裝備及操控技術。中哲主任提到以往國際上做實驗,只看單根柱構件,但國震中心這次和臺大,以及美國加州大學聖地牙哥分校及柏克萊分校的三年期計畫,把梁跟柱放上去,利用梁的變形,把力量傳到柱子,再結合電腦分析模擬地震的晃動,接著把晃動情形的變位,輸入到千斤頂,盡可能真實模擬強震下建築物的驚險瞬間,成功達成全球首次在實驗室中反映無縮尺下的梁柱在受到高的軸力,還有地震力作用下,長型的柱子可能產生的挫屈及側向變形。主任還補充說明,許多建築被稱為「軟腳蝦」,也是因為地震來襲,上方的載重,加上側向力作用,所以常常一樓就容易出現破壞問題。  

 

泰國、印尼「校舍補強」給孩子安全的念書環境

提到結構問題,國震中心的三位博士們-陳家漢、趙書賢、蕭輔沛也聊到經手的幾項新南向計畫。其實臺灣的孩子真的很幸福,有 99% 左右耐震能力不足的國中小都已完成校舍補強,所以希望把在臺灣的成功經驗輸出。

2020 年替泰北清萊的三棟校舍,用「擴柱補強」的方式,強化學校建築。博士們貼心的用手比了個「象腿」的形狀,解釋所謂的擴柱補強,就是不讓建築軟腳,就把柱子變成粗壯的「象腿」,加強支撐力。也因為不少東南亞國家,為了怕淹水,建築多為高腳屋,一樓較少使用,因而成為結構上弱點。  

 

圖 3:泰國清萊校舍補強案例(國震中心提供)

圖 3:泰國清萊校舍補強案例(國震中心提供)

 

雖然一度受到疫情影響,但國震中心腳步沒停歇,接續和印尼萬隆理工大學合作,進行四棟校舍補強,並在 2023 年 5 月完工。其實會在泰國和印尼做示範案例,國震中心是拋磚引玉,希望透過前期和當地工程師或學術單位縝密的溝通,理解在地需求,開發符合該國的補強方式,像是印尼以磚屋為主,就配合當地評估開發磚牆補強方式,給出最有效益的做法,還舉辦校舍耐震補強講習班,撒下知識的溫暖火種,希望當地工程師能看到臺灣成功的案例,少走冤枉路。就連當地臺商也積極響應出錢出力,讓臺灣的防震技術造福海外更多孩子。

 

臺灣防震高科技 預警系統海外馳名

談到防震技術,國震中心研發了一套「現地型地震預警系統」,中哲主任說:「其實有些國家並不富裕,沒辦法像臺灣廣設幾百個地震測站,怎麼辦?當時研發這套系統,就是希望假設某個村落,想要有預警功能,只要放一個現地型預警系統,就能自成一個測站,爭取到五秒左右的黃金預警時間。」

這個技術先前也在印度和紐西蘭建置示範站,尤其印度甚至是安放在世界最高峰,靠近喜馬拉雅山,主要是和當地的地震研究所合作,收集當地地震資料,預測成功率超過九成五,在紐西蘭的成功率更是高達約 98%。

另一個還有「5D 智慧城市」,也是國震中心打造出的可視化智慧平台。既然稱為「可視化」,就是揮別以往地震快報,只會出現乾稿加上地圖,有了這套系統,搭配空照圖、3D 圖,可以即時呈現地震來襲,整個城市的晃動;當真的大地震發生,就先派出無人機及配置 GPS 的救災車,指揮官只要在指揮中心便能身歷其境指揮調度,更有效分配救災資源及人力。

目前臺灣縣市防災演練,就是用這個平台進行境況模擬。更特別的是,雖然是防震系統,卻有無限可能性,因為連泰國臺商工廠也把這個平台轉換成智慧工廠的防災管理系統,並在曼谷舉辦成果發表會;另外泰國還有佛寺擔心水淹佛祖,用這個 5D 智慧系統,在大佛旁廣布水位計,拍好空照圖,隨時監控佛祖安全也解決當地文化信仰者的隱憂。  

 

圖 4:泰國觀光園區 5D 智慧城市防救災平台應用-建置佛像 3D 模型(國震中心提供)

圖 4:泰國觀光園區 5D 智慧城市防救災平台應用-建置佛像 3D 模型(國震中心提供)

 

 

高科技廠房超敏感 連墨西哥震波也得防

提到一系列的防震高科技,再聊到「高科技」防震,隨著臺灣半導體的護國神山群,從 28 奈米、10 奈米…一路挺進到 2 奈米,除了製程的精度困難度倍增,防震的需求亦然。中哲主任說別小看現地形預警系統,提供的五秒事前預警,有的高科技廠在北中南都有安裝,萬一地震發生在南部,可能南部廠房預警時間短,但對於中部、北部就能再多爭取到十秒的緩衝,可以停機或減少損失的處置。

只是對於越來越精密的高科技廠房來說,現在的難處,已經不僅止要提防發生在臺灣的地震,主任舉例說去年九月池上地震,南部有大廠受損,但其實過幾天墨西哥也發生強震,震度七級,雖然臺灣民眾根本沒感覺,而墨西哥大地震長週期的震波傳到臺灣,也會影響到機台的運作。以前可能製程是 10 奈米 12 奈米,但現在進階到 3 奈米,所以無論日本、美墨、只要地殼有震動,就可能受到影響。

所以國震中心,下一步要迎接的挑戰,除了正在研發,針對特別的低頻,以及長週期的地震偵測預警系統;也積極發展又好又便宜的感測器,畢竟以往仰賴日本感測器,但如果希望能普及,就得以價爭取量。

只能說越認識國震中心,越佩服這裡的每一位「追地震的人」,不只是做工程的人,做研究的人,我想也真正是做功德的人。在防災、避災、減災、救災的全球行動中,用前瞻、用知識、用善意,讓臺灣的防震威名,有硬底子更有暖實力。  

圖 5:臺美國際合作鋼造 SBRB 構架於震動臺上模擬 2022 年臺東池上地震研究(國震中心提供)

圖 5:臺美國際合作鋼造 SBRB 構架於震動臺上模擬 2022 年臺東池上地震研究(國震中心提供)

 

 

專欄作者介紹

圖:專欄作者-林珮霖林珮霖

輔大哲學系、臺大政治所碩士畢業,身兼人文素養與政治敏感度,近幾年與政府機關合作拍攝許多政策宣傳影片。目前身兼多職,是湛地盤總監、紀錄片導演,同時也是一位 Podcaster 節目名稱為〈人話翻譯機〉。過去曾擔任過多家媒體記者及節目主持人(TVBS、東森、大愛),並在大愛電視台憑〈窮人天使-尤努斯〉,入圍第一屆金輪獎電視新聞報導獎

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