學思歷程回首與國震中心展望

臺大土木系教授兼任國家地震中心主任 黃世建

簡介
我於西元1979年自臺大土木系畢業,隨後在陸軍兵工學校服役兩年。1981年赴美加州大學柏克萊分校,一年後取得土木系結構組碩士學位。1982年回國任職於中興工程顧問公司,擔任結構工程師兩年。因有感於學用之不足,故再回柏克萊加大進修,於1989年取得結構工程博士學位。之後回國任教於臺灣科技大學營建工程系達17年,2006年回臺大土木系任教至今。

成長與求學
我有幸出生在一個幸福的家庭,父親為基隆市臺灣造船公司的公務員,母親為國小教師,我為長子,下有2個弟弟,1個妹妹。父母從不打罵小孩,但嚴謹規律的生活對我有深刻的影響。
我國小畢業時正值9年國教實施的第2年,父母對公立國中的教育環境有疑慮,所以送我到新莊私立恆毅中學就讀。因為遠離家庭必須自理生活,這對我是一個很好的訓練。高中時期我就讀於師大附中,附中學風活潑課業束縛不多,我非常喜歡。我從基隆到臺北唸書,每日坐火車通勤至少需4小時,我不以為苦,在火車上想想事情也蠻有趣的。在師大附中學物理課是由陳垣三老師講授,陳老師不教解題,強調理念之貫通,並樂於和學生討論概念。這種治學的態度對我有深遠的影響,我從求學到講學或研究,都對這理念奉行不疑。
1975年我考進臺大土木系,因為喜歡力學,所以求學之旅甚為愉快,在研習材料力學尤其有心得。在土木系認識一羣志同道合的同學,如吳光鐘、王訓章、游棫誠等,一同參加工學院四湖農村服務隊,並組織辦理口湖農村服務隊。在這些活動中我學會溝通合作的方式,我很慶幸在臺大這優質的環境,認識許多不同背景的人,透過合作與交誼,讓我眼界大開,這是我在大學最大的收穫。
進了柏克萊加大,我是如魚得水,柏克萊崇尚自由的學風,和附中與臺大相仿。尤其是土木系有世界級的大師,像Prof. Clough、Penzien、Popov、Bertero、Wilson、Taylor等等。上課很享受,一聽就懂,回去寫作業又迷糊了,但寫出作業才又懂了。確實有「看山是山、看山不是山、看山還是山」的多重境界。經歷柏克萊的歷程,我相信成就學問須辛勤努力孜孜以求,縱有良師也不是聞道即得。
取得碩士後,我想學以致用,所以返國任職於中興工程顧問公司結構部,擔任結構設計工作。於二年期間設計完成民航用倉庫、菸酒工廠、小型水力發電設施、火力發電廠等。這些實務經驗,讓我真正了解土木工程之寬闊,也找到自己的興趣與缺乏。我樂於從事鋼筋混凝土之設計,但總覺得自己的理解不足,故而興起再深造求學的想法。
1984年我回柏克萊加大追求博士學位,在Prof. Jack Moehle的指導下,執行平版結構的大型實驗計畫(圖 1)。我自行設計柱底的作用力傳感器,歷時兩年才完成這大型實驗,此計畫訓練了1位博士及5位碩士。我是受益最大的人,真正的進入鋼筋混凝土學術研究的殿堂。我非常感激Prof. Moehle的指導,我們幾乎天天見面,對我的博士論文更是面對面逐句討論。Prof. Moehle教了我治學的態度與方法,直至今日,我面對問題時還會設想,若由Prof. Moehle來看他會如何處理。


▲ 博士論文的平版實驗(以研究生當作施工荷載)

我在柏克萊加大期間,正是臺大土木系學生赴美留學高峰期,前後有10位臺大土木系同班同學在柏克萊加大就學。我們在求學之餘也辦社團活動,其時正逢蔣經國總統去世,臺灣政經社會正值劇變,我們常舉辦名人演講以供臺灣留學生了解國內之變化情況。像朱高正、許信良、姚嘉文、張俊宏、陳映真、王拓等人都是演講的貴賓,而我們的社團指導老師是李遠哲教授,我們臺大土木系一起辦社團的同學有劉佩玲、曾大仁、林宏容、成敏子等人,那真是一段精彩有趣的歲月。
任教
我在1989年回國任職於臺灣工業技術學院 (臺科大前身) 營建系,擔任副教授一職。幸運的是臺科大有設備完善的結構實驗室,讓我得以發揮所長持續精進鋼筋混凝土的實驗研究。我在臺科大的生活相當愉快,學生努力向學,同事勤奮研究,並與工程界有良好的互動,我的教授養成階段是在臺科大完成的。我在1995年取得教授資格,隨後再回柏克萊加大的地震工程中心訪問半年。回國後我的研究方向就全面調整以地震工程為主,2003年兼任國家地震工程研究中心建物組組長,2006年返回母校土木系任職。

研究
我在柏克萊加大博士畢業前,Prof. Mahin就建議我研究要由小作起,再逐漸擴大,我確實遵守了這個教誨。我回國後先從鋼筋與混凝土的握裹強度研究開始,進而從事梁柱接頭與剪力牆之構件研究,再推進到結構的耐震評估與補強,這種循序漸進的作法確實有效。我認為教學與研究係相輔相成的,教學遇到的問題,常是研究很好的題目。
在研究生涯中,我很幸運能和李宏仁教授合作。我是宏仁的碩士與博士指導教授,宏仁和我一起開發了軟化壓拉桿模型來預測鋼筋混凝土的剪力強度,這是一個重要的發明,也是我許多研究的一個基礎。我認為研究要專注,滴水可以穿石。隨意更動研究的方向,往往無法深入取得研究成果。

服務
1999年的921集集地震對我有很大的影響,我看到許多倒塌的鋼筋混凝土結構,深感臺灣需加速進行既有建築的耐震評估與補強工作。學術研究成果與實務應用確實有落差,有許多實務推動之配套措施仍需研究開發。我在2003年加入國震中心,就選擇「校舍耐震能力提昇」為重點工作項目。
在國震中心建物組同仁的努力之下,我們與工程界商議校舍耐震補強推動策略,挑選適用的技術編入校舍補強手冊,執行校舍現地實驗驗證技術,並建置校舍耐震資訊網。我們做了6年的準備工作,在2008年得到教育部正式的啟動。教育部委請國震中心成立校舍耐震補強專案辦公室,提供技術與行政支援,我擔任計畫主持人至今。於2011年,我與國震中心同仁鍾立來、簡文郁及蕭輔沛共同取得「行政院2011年傑出科技貢獻獎」的獎勵(圖 2)。教育部已核撥經費,預計在2019年完成全國公立高中職以下之校舍耐震補強的工作,以工程提昇校舍耐震能力約達8,000棟,占全國校舍總數的30%。


▲行政院2011年傑出科技貢獻獎

國家地震工程研究中心成立於1990年,透過多年的努力,國震中心在國內外都已建立良好的聲譽,並有極佳的服務貢獻。我於2017年接任國震中心主任,首要工作就是維持國震中心的聲譽於不墜,並持續推動其服務容量。再來就是構思如何攀上另一個高峰,第一個要努力的就是推動近斷層的研發工作。
臺灣島上佈滿活動斷層,已知第一類活動斷層共計33條。在斷層旁10公里範圍內之人口共計860萬,約占臺灣人口數之1/3,其生命財產均受到近斷層效應之影響。靠近斷層的地表振動具有位移大速度高之特性,其對結構物具有特殊的破壞效應,國震中心臺北實驗室的設備尙無法模擬近斷層效應。在國震中心前主任張國鎮教授的努力下,國震中心臺南實驗室已建置在成功大學歸仁校區,可於2017年正式營運。國震中心臺南實驗室具備長衝程高速度之振動臺與雙軸向測試系統,這正是研究近斷層效應的重要設備。我們應該藉此利器,解決臺灣嚴峻的地震威脅。


▲ 自張國鎮教授手中接過國震中心主任一職的重任

實驗與解析一直是土木工程研究的左右手,有些項目需用實驗的手段,有些工作適合用分析解決,但結合實驗與分析計算更是強而有力的研究工具。國震中心應該推動混合型之實驗研究,為地震工程尋找一個全新的研發方法。日本東北大地震給世人一個震撼教育,震害觸發海嘯、火災、核輻害,這種複合式災變是我們必須面對研議解決對策的。需要解決的問題甚多,但重要的是要專注持續的努力,國震中心有專任人員與常態性預算,我們應該義不容辭肩負這些使命。
就臺大土木系的同學而言,應該把握與國震中心為鄰的地緣優勢,多多參與觀摩國震中心的活動,這是一個了解與學習地震工程絕佳的場所。就國震中心而言,也應該重視臺大土木系學生與老師優質的能力,儘量提供同學參與國震中心的活動。而且教學與研究是相輔相成的,我期許並會推動國震中心與臺大土木系在多方面更緊密的合作與共同發展。

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