學思歷程與國震中心展望

臺大土木系教授兼任國家地震中心主任 周中哲

簡介

我於西元1992年自臺大土木系畢業,1994取得臺大土木系結構組碩士學位,之後任職於大陸工程公司,擔任駐地工程師兩年,參與高考取得土木工程技師。1996年因有感於學用之不足,申請進入美國加州大學聖地亞哥分校(University of California, San Diego, UCSD)進修,2001年取得結構工程博士學位,畢業後於UCSD結構工程系任職助理科學研究員,從事新舊金山奧克蘭大橋(New SFOBB)研發工作。2003年回國任教於臺灣交通大學(現陽明交通大學)土木工程學系近6年,曾任代理總務長一職,2008年回臺大土木系任教至今。

成長與求學

我有幸出生在台北一個幸福的家庭,我為長子,下有2個弟弟,父母嚴謹規律的生活對我有深刻的影響,國小畢業到台北市私立延平中學就讀,免試進入高中部,6年延平生活結識諸多好學伴至今。1988年我考進臺大土木系,因為喜歡力學及動力學,對相關課程研習愉快,很慶幸在臺大優質的環境受到諸多師長教導薰陶(如:葉超雄、邱昌平、林聰悟、蔡益超、羅俊雄、楊永斌、田堯彰、陳振川、陳永祥、陳正興、黃燦輝、林美聆、林國峰、李鴻源、洪宏基、蔡克銓等老師),也結交更多不同背景的好友,透過合作與交誼,讓我眼界大開,這是我在大學最大的收穫;甄試錄取臺大土木研究所結構組與蔡克銓老師開始學習鋼造子結構擬動態實驗研究,在蔡老師悉心指導下於志鴻館周志雄助理協助下進行實驗,完成人生第一本論文後,正式告別臺大6年成長生活的校園。1994年碩士畢業後正值台北市捷運興建時期,於是興起去工地學習課堂上沒有接觸的營造施工技術,在大陸工程2年中執行鋼骨鋼筋混凝土(SRC)大樓現場放樣,連續壁、基樁、開挖支撐、逆打柱及鋼骨組立銲接施工等,對萬丈高樓平地起有更深刻體認,現在回家的路上常駐足當年營造施工的大樓,回憶起工地日夜加班紮筋組模灌漿的點滴。

因覺得自己的所學不足,興起出國求學深造的想法,1996年錄取美國伊利諾大學香檳校區的博士班就讀,由於1994年美國洛杉磯北嶺大地震發生,UCSD獲得諸多補助又擁有最先進的實驗室而轉學跟隨Prof. C-M Uang (汪家銘 教授)進行研究,從事4年多的博士生活,也同時能與家人同窗好友享受夏日美好的海灘、浮潛、衝浪及駕帆船等活動。因為有在臺從事SRC大樓營造施工經驗而執行NIST資助的SRC結構梁柱接頭的大型實驗計畫,美國在這方面的研究相當缺乏,我們的研究成果至今仍為美國鋼結構耐震規範AISC 341引用的文獻。當時UCSD的結構系雖小但有豐富資源,碩博士同學也不多,雖只有7位老師但都為各領域的佼佼者,因此老師同學們感情好,研究討論能更密切,幾位當代大師的授課更豐富我在結構領域的知識,如Prof. F. Seible橋梁工程、Prof. M.J.N. Priestley預力鋼筋混凝土結構及性能設計、Prof. C-M Uang鋼結構工程等。我非常感謝在博士班Prof. Uang的指導,教導我研究方法及解決問題的邏輯思考等,讓我能以地震源(Attenuation Approach)估計地震力對鋼結構耐震性能的研究極有助益,我們幾乎天天見面,對我的博士論文更是逐句討論,直至今日仍獲益良多。

2001年畢業之後加入Prof. Seible與Prof. Uang的研究團隊從事新舊金山奧克蘭大橋(New SFOBB)研發工作2年,此橋是 T.Y. Lin International, San Francisco設計,耗資約2100億台幣,歷經10年完成加州當代最具代表性的橋梁工程,因為在1994年美國北嶺大地震及1995年日本關東大地震後,設計採用2000年當時最新抗震技術,以最大考量地震(MCE)為1500年地震迴歸期下的地震力及相對應的性能指標評估橋梁性能,重要結構均在UCSD實驗室進行,參與的研究工作包含中空鋼筋混凝土橋柱、組合型鋼橋塔柱的剪力連桿消能構件、錨定鋼索的鋼橋板等大型實驗。於此同時紐約雙子星大樓遭恐攻而有機會參與爆炸實驗研究,在Prof. Seible的協助下讓我唯一個台灣來的外國人能在U. C. Berkeley實驗室製造試體並在美國海軍基地China Lake幾個月時間,帶領UCSD實驗室及China Lake技術同仁們共同努力完成爆炸研究,沙漠的生活及TNT爆炸對結構物的破壞讓我畢生難忘,也開啟我對結構實驗的另一扇窗。

研究

我在UCSD博士畢業前,Prof. Seible及Prof. Uang建議我研究議題要專注,思維要創新,對工程要助益,我確實遵守了這個教誨。2003年回國後從事鋼結構耐震性能研究,由梁柱接頭與斜撐構件開始,再推進到結構系統的耐震實驗,這種循序漸進的作法確實有效。在研究生涯中,時常帶領學生們將研究成果參與國內外的競賽活動來增強學生學習力、自信心及表達能力,學生們的優異表現除獲得土水學會、結構學會、鋼結構協會、材料科技協會等的最佳論文獎外,屢獲台灣、韓國國際發明展金牌獎,發展類形狀記憶合金智能材料行為的自復位抗震斜撐除獲國內外發明專利外,亦獲得2018年經濟部「國家發明創作獎」發明金牌獎及2020年科技部「未來科技」獎。

長期研發的夾型鋼骨挫屈束制消能支撐(Sandwiched Buckling-Restrained Brace,SBRB)技術成功技轉應用於高雄市立圖書總館及其他中高層建築物(感謝築遠工程張盈智總工程師、聯邦工程陳俊翰博士及凱巨工程陳村林總工程師設計,春原營造、東鋼鋼結構及長榮重工等製造),獲得2021年科技部傑出技術移轉貢獻獎肯定(圖 1),SBRB相關研究著作被國際學者引用近600次,年輕學子們的優異表現支持我們學術研究能更向前行。近年來與國震中心(NCREE)、加州大學聖地牙哥分校(UCSD)、密西根大學安娜堡分校(UM)進行臺美國際合作研究,以2層樓鋼造梁柱子結構來研究一樓鋼柱上下端為建築物真實邊界條件下,在承受高軸力與地震力側向荷載下的鋼柱耐震性能及倒塌機制(圖 2),發展子結構混合模擬試驗技術(Hybrid Simulation)研究鋼造建築物在近斷層地震下的性能,研究成果共同發表在2021年日本世界地震工程會議及2022年美國地震工程會議中。

圖 1. 科技部吳政忠部長頒發獎座

圖 2. NCREE、NTU、UCSD、UM國際合作: 二層樓鋼造梁柱子結構實驗(照片中老師除我之外,亦包含汪家銘、G. Mosqueda、J. P. McCormick、H.B. Ge、林寶均教授等及國內外研究生)

服務

我在2012-2018年擔任臺灣大學地震工程研究中心主任時期,有感於系內博士生資源有限、生活不易及加強國際優秀博士生能來臺就讀,於2014年推動設立「臺灣大學地震工程研究中心博士生獎助學金」,以每人每年24萬元獎助金(可連續3年)來鼓勵國內外優秀博士生在本系進行地震工程研究,這對博士生及年輕老師均是一大幫助,很高興看到目前已有許多優秀博士生能獲此殊榮在本系安心就讀完成學業,要謝謝幾位前主任的支持才能有機會成立此獎學金嘉惠土木系的年輕學子;除此之外,也要感謝本系張敬禮學長捐助成立「傑聯工程獎學金」給我們土木系碩士生從事地震工程研究的優秀論文獎勵。

台灣每年均頻繁發生中小地震,但 2015 年 4 月 20 日於花蓮東部海域發生芮氏規模 6.3 地震,花蓮縣的結構物沒有破壞,新北市震度 4 級,卻造成板橋浮洲合宜住宅37棟高層建築物地下室結構體剪力裂縫,經過一年多時間調查及20多次結構補強審查,協助營建署、工程界、技師公會及民眾自救戶確認整棟大樓及地下室補強工程、實驗驗證方式及20年監測營運計畫,補強工程直接費用逾40億台幣亦於2018年順利完成,住戶都已成功入住,期間感謝諸多老師(包括:蔡益超、陳正興、黃燦輝、洪宏基、張國鎮、黃世建、呂良正等)協助我,以及營建署柯茂榮科長信任,才能順利解決臺灣首例新建住宅工程問題,避免37棟爛危樓發生,減小社會衝擊,數萬住戶們都很感謝我們土木系老師們無私公正的協助,讓他們能有家可歸。

我於2017-2021年承蒙工學院陳文章院長邀請擔任工學院副院長,協助督導工綜二館工程(2022年2月完工),辦理學院國際交流事務,簽訂多校雙聯學位計畫等。2018年協助亞洲頂尖工學院(Asian Deans Forum)院長首次舉辦全女性的研討會「The Rising Stars Women in Engineering Workshop」,旨在全額補助來自世界各地在工程相關領域的年輕女性優秀博士生相互交流及推薦至大學任教,並藉此請益亞洲女性學界領袖。我有機會帶領我們臺灣大學優秀女性教授及博後研究員赴香港科技大學(2018)及韓國首爾國立大學(2019)與各國優秀女性學術領袖交流,獲益匪淺,後因疫情關係停辦至今,疫情趨緩後相信有機會再次恢復,也鼓勵我們土木系的博士班同學能努力爭取。

國震中心因有南北實驗室在制度上有了改變,特別感謝汪家銘、羅俊雄、林其璋、劉俊秀教授及幾位前主任的支持,於2021年5月疫情期間接任國震中心主任(圖3),首要工作就是在防疫環境下推動服務量能。第一個要努力的就是持續黃前主任推動近斷層的研發工作,臺灣已知第一類活動斷層共計33條,去年底在南部又新增3條活斷層,再加上北部已知威脅的山腳活斷層,在斷層旁10公里範圍內之人口已逾臺灣人口數1/3,生命財產均受到近斷層地震之影響。而我們這方面研究不足,可利用國震中心2017年成立的臺南實驗室長衝程高速度振動臺增加研發量能,進一步更新耐震設計規範,藉由國際合作來解決臺灣地震威脅及發展更先進防救災技術,為民眾及建築物提供更佳的地震預警及震後自我診斷能力;藉由與張陸滿老師及SEMI 高科技廠房設施委員會一起合作,發展隔減震技術,減少高科技廠房因未來地震造成的經濟損失。

此外,由於綠色能源的需求在臺灣日漸迫切,風力發電是政府發展重要工作,我們更應全力協助解決工程問題,但臺灣在這方面研發及實務經驗均不足,海床土壤特性及地震液化可能造成的風機威脅更不清楚。國震中心因為有不同領域優秀的博士長期專注投入研發工作,可努力發展「風機全生命週期智慧運維」來協助政府,研究風機結構在未來天然災害下可能的破壞及預防機制,結合AI發展監測防災預警等技術。除了結合國內外相關領域的學者專家一起努力外,更需借重臺大土木系學生與老師優質的能力來達成,臺大土木系自國震中心成立以來因地緣關係即長期合作,我期許國震中心能與臺大土木系師生在未來多方面能更緊密的合作與發展,協助政府解決老舊結構物耐震補強問題,將地震工程技術更深化應用與國際更緊密接軌合作,續創國震中心對國家及世界的貢獻。

圖 3. 自黃世建教授手中接過國震中心主任一職的重任