土木工程實務設計(Capstone)課程心得–溪頭計畫續集

溪頭木橋設計團隊 謝沛宸

(溪頭計畫前情刊載於杜風92期)

橋,是為了跨越障礙,聯繫兩端的人事物而存在。

經過大三整整一年的結構發想、調查、試驗以及規劃設計,最後我們七人分組完成的設計圖初稿獲得了實驗林的認可,隨後並承蒙寶成集團裕元基金會的贊助,實現這座橋的每個拼圖總算都到齊了。
各方討論後決定自我們大四的寒假開工,同時由謝尚賢教授與黃尹男教授合開「BIM導入實務與演練」,如此一來我們可以利用大四下的半年期間持續投入橋梁興建過程,並將教學與施工實務結合。

不只是設計,施工也要學!
105年2月19日,在眾人的祈福下,工程破土。


▲左起台大實驗林溪頭營林區葉永廉主任、本系冨田匡俊老師、台大實驗林管理處蔡明哲處長、本系黃尹男副教授、裕元教育基金會林源朗董事長、寶成集團李義男執行副總

開工後首先進行的是「放樣」,雖然這與我們所熟悉的測量是一體兩面,但不曾操作過放樣的我們旋即碰壁。由於在課程最初所進行的測量,尚未考慮到將來施工上的需要,對於控制點位的布設並未特別在意,因此雖然手持正確的平面地形圖,卻因沒有留下控制點而無法順利將圖面上的位置正確標記在現地。一時之間,我們與工班在現場不知所措,好在雙方溝通後總算找到方法定出橋梁中心線的位置,我們這才意識到當初沒有留下永久控制點真是失策,也再次體會到測量點的設置與保存究竟有多麼重要。
為求謹慎,三月中旬我們仍再次攜帶測量儀器前往現場補充測量,以確認橋梁的斷面距離無誤。那時恰逢春雨綿綿,一行人穿著雨衣,在泥濘的步道上一面尋找合適的控制點、一面撐傘保護儀器不被雨淋。雖吃了不少苦頭,但重測結果確認了放樣無誤之後令我們安心不少。

中心線定線、開挖完成後,緊接著是基礎放樣。在工班的指引下,我們學習操作墨線,在地面上標下橋梁的雛形。雖然在多年來實作課程的訓練中早有自覺,我們對於業界實際施工流程幾乎一竅不通,但在實際參與施工的過程中,仍然再次深刻體會到課堂所學與工程實務之間的落差。很慶幸我們選擇持續投入施工過程,才能有如此難得的體驗。

開工後的這兩個月,雖然陸續有些困難,但抱持著小心謹慎的態度與不放棄的決心,總是能一一克服。然而當工程看似順利開展時,我們萬萬沒想到即將遭遇更加棘手的難題。

大危機──材料強度與變更設計
四月中旬,水里木工廠邀請多位研究木材的學者,一同討論集成材的製作技術。我們本以為只是有關加工技術的討論,沒想到與會的學者們反覆提及,由於國內木構造規範大多直接引用外國規範的容許應力等數值,與國產木材的實際強度不盡相同。尤其國產柳杉的平均彈性模數大約僅有7×104 kgf/cm2,若想用國產柳杉製成原先設計所採用的E85-F255強度等級集成材(「E85」表示彈性模數為8.5×104 kgf/cm2),那是幾乎不可能的任務。
乍聽這個壞消息,團隊的成員們無不面面相覷,甚至開始擔心這座橋是否真的能實現。此時或許最省力的處理方式,是改採用進口的溫帶產木材,即可輕鬆達成原先設計的強度;甚至也曾考慮限制通行人數以降低橋梁載重。然而為了維持這座橋發想的初衷──「使用實驗林本地生產的木材製作結構」,加上冨田老師一句話「做設計的人不可以這麼快就放棄想法」的鼓舞,我們決定從頭開始,在冨田老師的指導下重新進行結構計算,並逐一修改設計圖面。
此外,我們也在謝尚賢教授的帶領下進行BIM的建模,並藉此發現了許多的構件衝突。由於橋型特殊,又是木構與鋼構接合部兩種材料混和運用,還要顧及施工面的考慮,導致材料強度變更加上構件衝突排除共計有數十處需要變更設計。期間還要配合木工廠的加工進度,必須儘早完成修正,因此我們幾乎日日都投入在這件事情中。經歷二、三十封郵件往返與無數討論之後,耗時一個半月的變更設計總算告一段落。

後來我們重新研讀木構造規範,赫然發現解說文字竟明白寫著「……因此設計時應先確認所選用的集成材是可以取得的,以避免當建築物完成設計或發包施工時,才察覺材料無法取得必須重新檢討設計之困境」,看到這段完全說中了我們遭遇的文字,也只能大笑三聲,果然自己還是經驗不足,必須更加努力才行呀。

組立與完工
渡過變更設計的危機,很快就來到畢業的季節。但我們並沒有因為課程的結束而拋下這座橋,而是繼續關注著。或許在我們心裡,這座橋完工之時才是真正的畢業吧!
經歷了汛期的暫停作業,集成材製作也在莊閔傑研究員的努力下,成功克服技術限制,完成所有構件加工之後,終於得以在105年底開始主結構的吊裝組立。當我們看到加工完成的集成材與鋼構接合部,瞬間還有種不太真實的感覺,彷彿是自己縮小,進入了模型的世界。

而組立的過程也令我們學到許多課本之外的無形知識。因為現場腹地狹小,吊車操作不易,剛開始的組立並不太有效率。我們身為設計方,需要與現場工班、監工積極協調,尤其對於工班提出的施工想法,必須很清楚哪些是可以通融的變更,而哪些又是必須嚴守的原則,互信與尊重彼此專業,才能真正合作解決問題。幸好負責監造的寶成集團工程師以及現場工班們,都很願意與我們敞開心胸對話,因此不僅最終能順利組立,我們也從中學習到很多可貴的經驗。
主結構組立之後,細部的欄杆、橋面板以及周邊設施也次第完成,全體土木工程在106年四月初完竣。隨後進行一個多月的環境復原綠化作業,終於在106年5月28日,以「銀杏橋」之名開幕亮相。

▲後排左起:本系謝尚賢主任、台大實驗林管理處蔡明哲處長、林務局楊宏志副局長、考試院王亞男委員、寶成集團董事長詹陸銘、本校楊泮池校長、本校生農學院徐源泰院長、裕元教育基金會林源朗董事長、本系卡艾瑋教授、寶成集團李義男執行副總;前排為設計團隊,左起:簡晨軒、莊政翔、劉彥含、鄭力齊、謝沛宸、陳鵬元、童昱軒
▲左起:本系謝尚賢主任、本系冨田匡俊老師、本系卡艾瑋教授、童昱軒、陳鵬元、謝沛宸、劉彥含、簡晨軒、鄭力齊、莊政翔

謝 辭
三年前襖熱的九月,交出第一件案例分析時的懵懵懂懂、以及老師們直截了當的指正,仍清晰映在眼前。一路走來,每個環節的汗水與淚水、辛勞與記憶,早已深深刻畫在我們心中,促使我們堅持不懈,一步步縮短與夢想的距離,最終也都成為這座橋的一部份。
佇立在橋梁入口的那棵銀杏樹,從第一次見面的蓊鬱翠綠,如今也將在數個月後迎來第三度轉黃。那棵銀杏樹似乎象徵我們,在這三年過程中緩慢但紮實的成長──即使是以銀杏樹那般無法察覺的速度,也確確實實在神木溪畔開花結果了。
任何土木工程都是集結了眾人的力量與支持,才能從圖面走到實現,正如同這座橋由數百個構件組成,無論材質與大小,少了任何一塊就無法完成組立。有的部分如地下的基礎,是外人所不見卻默默在背後支撐著一切;也有的部分雖然不存在最後的成果之中,卻是誕生的過程所不可或缺。
三年來,首要感謝卡艾瑋教授與冨田匡俊老師持續不斷的積極帶領,以及土木系上所有教授們的協助,無論是提供資源或是擔任專業顧問,都全力支持著我們。而身為業主的台大實驗林、水里木工廠,願意將這個主題交給我們嘗試;以及擔任最後一塊拼圖的寶成集團,因認同實務課程理念而全力支援配合,都是銀杏橋能實現的關鍵,謝謝您們願意給我們如此難得的機會。

我們七人何其有幸,能與如此美好的機緣相逢,集眾人之力,在學生階段完成這件作品。
再次感謝有支持我們的各位。

橋,是為了跨越障礙,聯繫兩端的人事物而存在。
這座銀杏橋也會成為我們繼續向前的基礎與動力,在將來努力跨越更多的困難,努力打造更好的作品,連結更多更廣闊的世界,回饋於斯。

銀杏橋,是我們的畢業作品,也是我們未來土木建築生涯的起點。

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