引言

隨著時代的演進,社會經濟環境進步,建築工藝不斷推陳出新,人類對於住宅的需求更為多元化。
從早期以遮風避雨,溫暖歸宿的單純住宅目的,進而追求美觀,具設計風格的藝術宅,到具備各種設施的休閒養生宅,到現在流行結合時尚科技為訴求的數位二代宅,外在與內涵不斷豐富,但自古至今,所有工程建設均有著相同的目標,就是功能性與安全性。安全更是不變的標的,尤其是身處地震活動頻繁的台灣、日本、美國西岸、更南至紐西蘭等環太平洋地帶,更具深刻的體驗。

台灣建築設計發展史

回顧台灣建設演進歷史可知60 年代以3~4 層平房建築居多,設計相對較單純,當時期之設計全由建築師統籌包辦;70 年代隨著人口數目的成長,居住密度提高,5層以上住宅相繼出現,設計工作相對繁重,已非由建築師獨力所能處理了,因而開始委託相關專業技師配合分工,合作模式成形;及日後台灣商業社會快速發展,代表企業崇高地位的商辦大樓高度更不斷往上攀昇迅速,建築設計與結構設計複雜性越來越高,建築材料更是走向多元,從原來單純的鋼筋混凝土(RC)造建築,走向高成本、高時效的鋼骨構造,工法與施工性的複雜程度已越來越高,要如何在各種結構系統中尋找最安全又最經濟的方案,又要如何在各種構造型式(RC、SRC、SC、隔震、制震等)中尋找最適合的構造型式方案,這就是我們現在所談的結構最適化設計,這已非一般結構設計師做一般結構計算所能解決的,因為這不但牽扯到法規、安全;更需對成本、施工均熟悉的結構設計專業團隊才可達成。
此時大型公共工程開始參考國外的先進作法,引入更多的專業把關,採用PCM(ProjectConstructionManager)專業人模式,設計與管理分別批給不同專業人處理,減輕業主的壓力,減少因少數人專業知識不足引致不必要的錯誤與損失,有時甚至將PCM工作邀請國外如日本、美國等國家對先進工法有經驗的公司來執行。

時至今日,PCM 專業人模式的確有其成效,但仍侷限在公共工程,部份私人企業2011 房市金磚論壇15戴雲發 結構技師結構最適化設計 & 建築之血統証明大型開發亦有採用,如百貨公司等,業界採用PCM 的主要原因,為PCM 團隊重點在於各設計的整合,使工程執行順利,施工前檢討設計、減少問題出現、施工期間協調、解決問題,但PCM只能控制因各階段執行而產生之額外成本的降低。
因PCM專業並非主要在設計上,故日本許多建築商亦體會到,若能打從規劃 → 設計 →施工前 → 施工中各階段均能作有效的控制,才是完整的解決問題之道。

因而日本的大型建設公司內部除了有土地開發部門外,還設有技術研發的<結構最適化設計>的專業團隊,故公司可以進行上下游全面完整性的整合,從案子設計初始的規劃設計階段,就能考慮各類結構系統及各類工法之差異性,作最適化設計,提出多套建築方案,並以完善的施工計劃進行成本分析。

如此從規劃階段就要考慮到現場施工性,工地實際施工時任何工法都能一一就定位,施工品質當然好。

日本大型建商能做到的最主要原因,就是內部有技術研發團隊,可從設計到施工的每個環節詳盡考慮,同時確實施工,這種兼顧施工性的最適化設計很值得台灣學習,故近年來國內也開始有較具規模之工程顧問公司,參考日本的結構最適化設計的做法為藍本,以台灣的體系為基礎,發展一套適合本土化環境的結構最適化設計模式,做為國內建設公司可長期信賴合作的結構最適化設計專業團隊,相信這也將是宣告台灣的建築有機會逐步走向日系最適化、高品質的最佳水準。

「結構最適化設計」專業團隊內涵:「結構最適化設計」專業團隊整合了一般的規劃設計、監造、顧問、施工與管理等各項元素的技術,更強化各項之間的連結性,從一開始建設公司取得土地開發權方向確立後,即引入最適化設計專業團隊角色,逐階段提供適當的決策建議,緊密配合,並提供各種不同執行方案之成本分析,讓建設公司了解各種不同規劃方案的成本差異,並找出最安全、經濟又易於銷售、施工的最佳方案。最適化團隊,可藉由下述方式來逐步達成最適化方案的目的。

1. 建 築 規 劃

因市場與產品趨勢,建築師與建商會提出多個設計方案,在此時結構最適化專業團隊同時協同建築師針對各設計方案提出結構系統分析與建議,從整體平面規劃,立體的平衡穩固,在初期規劃中先行避免不當的額外力量 (如扭力) 或應力集中等問題,評估方案可行性及斷面尺寸與工法等成本與工期之詳細分析比較,供業主作最佳的投資評估與決策,同時亦避免方案目標確立後,因先天系統不良而變更或因克服系統不良而付出高造價成本之可能。

2. 鑽 探 規 劃

從工址開始鑽探規劃時,最適化專業團隊與鑽探公司緊密溝通,決定施作項目與數目,避免因錯誤規劃以致結果不符設計需求而追加工作;施作後地工參數正確性的討論與訂定也相當重要,可降低參數過於保守而浪費成本或參數過於大膽而造成危險。

3. 建 築 設 計

細部設計,從外牆與隔間牆位置,門窗開孔位置,即行檢討牆位對結構體的影響,局部應力集中的考量,短樑、短柱的補強與避免,桿件開裂及防裂防滲水設計,保障建築機能使用;亦可避免日後保固修繕的費用。
設計階段建築師與結構最適化專業團隊合作更為密切,以規劃建造出兼具建築美感又不易龜裂漏水且安全易於施工的住宅。

4. 地 工 設 計

根據土壤參數結果,依工址區域與地理位置,提出所有可行方案,並做正確分析。

從施工可行性、工程本身短期與長期的安全性、對周圍環境的影響與程度、各方案的價值與成本等等,作全面性量化計算分析並精算出正確之成本工期,以供業主作正確決策之依據。

5. 水電配管設計

水電設計與結構設計後期同時執行,各自設計與施工,以致結構樑、柱會影響了管線配置的流暢,轉折太多而影響效率與增加成本,甚至可能影響日後使用性;又或管線不適當穿越樑、柱,又未回饋結構設計單位補強設計,影響結構安全性。

結構最適化設計的精神會在早期協助統籌配管走向之檢討,在規劃設計時先予以解決配管會有的結構安全問題以降低成本,增加整體結構的安全性。

6. 統籌設計與施工

落實施工圖面整合,針對工程特性規劃最適化施工建議(如混凝土最適用配比,材料的化性、物性規定等)與課程,對工地管理與施工人員分梯次安排訓練,減少施工的磨合期,增進工程效率,降低施工因錯誤或不符規定延伸之成本。

7. 落實執行施工品質

從各項材料與工種個別管理,除現行鋼材(鋼筋,鋼骨)、混凝土的取樣,實驗,鋼筋施工綁紮外,更加強防龜裂設計及施工的執行,對材料與施工進行有系統的記錄,製作各單元完整之「建築之血統證明」。

結論

「結構最適化設計」專業團隊結合了規劃、設計、監造、施工與管理顧問之技術於一身,全方位提出方案整合,全脈絡的控制成本,使投資成本能最有效率的發揮。

「結構最適化設計」專業團隊必須對各項目均有深入而透徹的了解,方能把品質、安全、經濟有效的成功串連,在專業分工之共同努力合作下,房屋結構之耐震將趨向更安全、更有保障。時下流行<好宅>的概念,對建築要求不僅限於外在的美學,更要符合內在的「安全、品質、成本的美」,內外相輔方能稱得上是完全的「好宅」。尤其近十年來世界各地大地震活動頻繁,加強了購屋者對安全要求的意識更為高漲,結構最適化設計專業團隊用專業的方式從規劃設計就考慮安全、成本、工期、進度及施工性,並配合施工技術以教育訓練帶領的方式來全面達到最適化設計的目標,即設計建造最安全、經濟、品質高的優質好宅。

並將施工過程資料及照片一貫記錄,做成「建築之血統證明」,於交屋時同時移交,作為購屋者最佳安全品質之保證;同時亦能代表建設公司對購屋人居家安全的重視,並展現出建設公司對自家商號的品質的信心,據以建立好的口碑,建設更多「好宅」來嘉惠購屋大眾。