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2019-10-16集集地震後的重建與前進國研院發表20年來的研究成果 454 期

Author 作者李依庭/《科學月刊》主編。

1999年9月21日深夜1點47分，南投縣集集鎮發生芮氏規模7.3強震，由於震源深度僅8公里，因此全臺灣都能感受其震度。此地震不僅造成超過新臺幣3600億元的經濟損失、導致上萬間的房屋倒塌，更有2000多人因而喪命、上萬人受傷的嚴重災情。今（2019）年，適逢921地震後的20年，國家實驗研究院國家地震工程研究中心（國研院國震中心）也於上（9）月16日舉行「921之後臺灣震災防治的進展」記者會，將震後這20年來國研院所做的研究成果發表。

921地震之後，臺灣遍地滿目瘡痍，房屋倒塌、橋樑斷裂、地面隆起、維生管線毀損和鐵路扭曲等，不但造成全臺民眾傷亡，也影響當年的救災速度和效率。有鑑於此，國研院召集地震發生後由產學研界組成的勘災團隊，深入災區帶回各種勘災資料，嘗試分析災損原因，研發各項地震防減災技術。不僅如此，在這20年來，國研院也努力補強對地震的防治，包括在地震前的準備和預測、地震時的應變與減災和地震後的快速重建，期望能將地震帶來的危害降至最低。

以下為國研院這20年來在地震方面所做的研究和成果：

建築物

耐震設計規範修訂
「小震不壞、中震可修、大震不倒」，是在建築物建造時對應各地震情境時的設計目標。然而，在921地震後，內政部有鑒於臺灣的建築技術規則及耐震設計規範已不足以對抗強震，因而協同國研院國震中心、臺大地震工程研究中心及中華民國地震工程學會等單位進行一系列的檢討和修訂。以921地震的資料為基礎、中央氣象局量測的強地動觀測資料加上國內、外相關規範和研究成果，將建築耐震分區重新規劃，並重新評估耐震的設計和規範。

2005年，為了增進臺灣房屋的耐震能力，國研院國震中心也邀集國內學者專家、業界與主管機關代表，共同成立「規範研究發展委員會」，協助內政部及交通部修訂既有耐震規範，確保新建結構耐震安全。此規範已於2011年1月公告，7月施行，為目前建築物耐震設計規範現行主要內容。

耐震評估與補強
除了一般建築物，在921地震中，南投縣有超過一半的校舍全倒或半倒。因此，面對校舍耐震能力不足問題，國研院也積極採取各種補強措施，期望能在有限預算內有效全面提升校舍耐震能力。

有鑑於此，國研院國震中心透過實驗室結構試驗和校舍現地推垮實驗等建築物耐震能力研究，進一步研發校舍耐震評估與補強技術，並於2009年起協助教育部推動超過3600所公立高中職以下、高達兩萬多棟的老舊校舍耐震能力評估與補強計畫，提供計畫推動的技術與各項支援。目前已完成校舍普查、耐震評估、補強設計和80%的校舍補強工程，預計在今年底將所有校舍耐震能力提升至一般建築物耐震標準，以保障安全。

不僅如此，而耐震補強的有效性，也在近年歷次地震中驗證確實有效，2010年的甲仙地震，距離震央30公里的玉井國中，由於當時尚未補強，因而造成建築物多處柱體產生明顯的結構損壞，然而，在距離震央31公里的玉井工商，則因為已進行補強，所幸建築物無結構性的損壞；而在2016年的美濃地震也可觀察到補強與否所造成的結構損壞差異。

除了校舍，國研院也嘗試利用耐震評估系統，對一般私有建築物上進行補強。不過，由於私有建築物的補強或拆除重建需要全數區分所有權人同意後方能進行，在長時間的溝通協調下，恐因而浪費許多時間，居住在此的人們只能提心吊膽的生活。為了防範地震再次來襲的災害風險，國研院協助內政部推動私有建築物階段性補強計畫，可先就建築物最危險的部分進行階段性補強，以花蓮一棟建築為例，儘管無法取得全數所有權人的同意，不過，透過一樓建築公設部分的剪力牆補強，可以大幅降低大地震來襲瞬間倒塌的風險。

耐震資訊網與新型高強度鋼筋混凝土結構
除了上述協助教育部的「校舍耐震能力提升計畫」外，國研院也利用評估校舍時所累積的耐震資料，發展出能快速評估低矮型鋼筋混凝土建築物耐震能力的方法，並建立「街屋耐震資訊網」，讓民眾能夠自行上網查詢。針對五層樓（含）以下鋼筋混凝土或加強磚造建築，只要簡單幾個步驟，就能檢驗自宅耐震的安全檢查。不僅如此，若對評估結果所顯示的耐震安全有疑慮時，也能夠再洽詢專業人士進行耐震能力的詳細評估。

不僅如此，國研院在這20年間，結合學術、產業和學會等組織開發出比現在大部分建築所使用的鋼筋混凝土（reinforced concrete, RC）更優化的「臺灣新型高強度鋼筋混凝土結構系統（Taiwan New RC）」，將鋼筋強度提升約1.6倍、混泥土的強度則提升約2.4倍。臺灣與日本是世界目前使用此技術的唯二國家，在日本利用此項技術已將傳統鋼筋混泥土建築高度從二十多層樓提升至高達五十多層樓。

這項研究不僅讓地狹人稠、人口密集的臺灣將其都市住宅建築高層化，在減少結構建築材料使用量、縮小梁柱尺寸及提升建築高度外，更能增加住宅使用空間與休閒綠地面積，大幅提升都市生活品質。

橋樑

耐震評估、規範修訂與提升補強技術
921地震過後，中部地區許多橋樑倒塌和損壞，如埤豐橋、名竹大橋、石圍橋和長庚橋等。經國研院的實際勘查、在實驗室和橋梁現地實驗驗證，透過實驗值和分析值等數據建立模型後，開發出橋梁耐震評估與補強技術，並協助交通部完成橋梁耐震設計規範、評估與補強規範的研擬與修訂。

此外，在補強或設計規範下，近年來這些橋樑也通過多次地震考驗，確認其有效性。採用2009年的耐震與規範設計，於2013年10月完工的七星潭大橋，在2018年2月6日花蓮地震時，儘管位處地震主要錯動的米崙斷層旁，但僅部分橋臺及橋墩損傷，並無倒塌，修復後仍可正常通行。

2009年，交通部也依據委託國震中心辦理的「公路橋樑耐震評估及補強準則」，完成多項橋梁耐震補強專案工程，有效提升橋梁耐震能力。目前，已完成第一、二期的補強，包括國道一、二及國三北段，第三期則預計於2025年完成，主要是國三中南段與國四、五、六、八和十等路段。

橋梁全生命週期防災管理系統
除了加強橋樑的耐震，由於臺灣經常面臨地震、颱風、洪水、山崩、土石流及腐蝕老劣化等多種災害風險，所以，國研院國震中心也開發「橋梁全生命週期防災管理系統」，不是藉由傳統的紙本記錄，而是透過雲端填報平台，讓橋樑巡檢人員能即時將資訊更新。該系統改善以往現場填寫紙本檢測表單的傳統作法，檢測人員只要經由行動裝置填寫電子表單後，資料就會自動上傳彙整，並統一交由後端專業人員進行後續橋梁安全評估與維修建議、建立橋樑危害分析評估排序，不僅評估作業的客觀性及正確性提升，也能作為後續養護或補強順序的參考與規劃。

此外，在彙整相關資訊後，系統會計算橋梁各種特性指標分數，進行自動化的橋梁危害度分析評估排序，提供橋梁管理單位排定維護與補強順序的參考。不僅如此，這個系統也結合橋梁監測系統資訊，針對重要橋梁安裝完整的監測系統，在災害發生前長期監測，及時提醒橋梁管理單位因應，而在災害發生後能快速診斷橋樑狀態，並自動雲端回報。

緊急救災用複合材料輕便橋
當地震發生時，可能也會造成橋樑斷裂，導致救難人員無法盡快進入災區救災，造成人力、物資都無法到達。有鑑於此，國震中心開發緊急救災用複合材料輕便橋，可於8小時內，由一位專業工程人員指揮數十名無經驗者，運用簡單工具及組裝式工作台車，組裝完成後能承載5噸、橋面寬3公尺和跨度20公尺的複合材料輕便橋，具有組裝迅速、居民自救、可重複使用等三大優點。期望能有效解決颱洪地震導致橋梁毀損時，造成部分地區交通中斷的困境，掌握黃金救援時刻。目前，國研院也正發展跨度50公尺的橋梁，盼能提升救災應變效率。

大地工程與維生管線系統
921地震發生後，臺灣中部地區如霧峰、臺中港等地有土壤液化災情，且2016年美濃地震後，土壤液化議題更成為全國關注焦點，因此，國震中心開發一套土地液化評估程式，並配合內政部營建署的「安家固園計畫」，無償供各界下載應用。目前，各縣市均以此程式作為液化評估的標準分析程式，而在臺北地區的液化潛能圖更於今年修訂，改善並精確其圖資，增加土地利用的價值。

而在維生系統方面，921地震發生後自來水管線損毀數超過4000件、高壓鐵塔損壞超過300座、瓦斯管線也有超過600個災損點，所以，為解決震後自來水管線破壞造成斷水問題，國研院國震中心與經濟部水利署、臺灣自來水公司和臺北自來水事業處合作，發展臺灣自來水系統震災模擬系統（T-water）。透過斷層錯動、土壤液化和山崩災害潛勢圖等資訊，考慮災害潛勢、管線易損的區域並研究出地震情境下管線與設施的損害，進行優化與耐震補強。

創新技術

挫屈束制支撐技術
「挫屈束制支撐技術」，是透過外部圍束鋼管所形成的圍束機制，中間灌入砂漿或混凝土，為一種制震技術，兼具高接合穩定性、高消能容量、易施工性等特點，能有效提升結構物抗震能力，並提高對生命財產的保障。目前，已獲得七國發明專利，技術移轉國內15間及紐西蘭一間大型鋼構廠，並已在國內、外共126棟建築中應用。

多功能滾動式隔震系統
臺灣地震頻傳，也是資訊業的重鎮，因此，對於高科技廠房、資通訊產業和醫院等精密電子設備及存放重要文物的博物館、美術館等是一大威脅。為降低地震帶來的危害、守護重要資產，國震中心與業界合作完成滾動式隔震平台技術開發，由於其具備消能機制和自復位能力，可有效降低傳遞至上方設備或設施的地震力，增加耐震性能。目前，已實際應用於國研院國家高速網路與計算中心資訊機房、中央災害應變中心中部備援中心資訊機房、中央研究院歷史語言研究所文物典藏設施、中央氣象局超級電腦、中華電信機房主機、中華郵政機房伺服器和高科技廠房精密設備等位置。在2016年美濃地震時，位於南科的光罩儲存設備因使用此系統，設備皆無任何損傷。

當天921地震20周年研討會的現場，有許多廠商與學者共襄盛舉。（李依庭攝影）

臺灣地震損失評估系統

臺灣地震損失評估系統（Taiwan Earthquake Loss Estimation System, TELES）為國震中心研發的地震災害境況模擬評估軟體，平日可協助防救災主管機關、公民營事業進行地震災損評估與模擬；當地震來臨時，可在接收中央氣象局地震速報後一分鐘內完成初期評估，並以手機簡訊、電子郵件和網頁等方式通報相關人員地震的災情規模和分布，提供地震初期災情研判所需的重要資訊，相關人員也可登入網站進行查詢。

複合式地震速報服務與
即時災損評估系統

除此之外，國研院也開發多種與地震相關的系統，如複合式地震速報服務與即時災損評估系統，結合地震預警、結構監測、結構安全評估及地震防災等，可於地震發生前提供結構安全評估；地震發生時，地震速報系統可在災害震波來臨前十數秒，透過警報廣播、燈號等方式協助人員避難、自動關閉危險管線與機械設備以減低災損，同時監測結構即時受震反應，以利震後自動進行結構安全快速評估，加速震後復原。從震前、震時與震後，提供全方位地震防災服務，建構出智慧型地震減災生活空間。

921地震後的這20年來，為解決近斷層地震對臺灣民眾帶來的威脅，在科技部、國家發展委員會、國家實驗研究院與成功大學共同努力下，歷時三年興建完成「國震中心臺南實驗室」，並於前（2017）年8月正式啟用。除了在實驗室中進行各種與地震相關的研究與技術開發外，也擁有「長衝程高速度地震模擬振動台」與「雙軸向動態試驗系統」兩大高性能實驗設施。「長衝程高速度地震模擬振動台」可模擬近斷層地震高速度脈衝與大位移的特性，以利發展臺灣本土化耐震技術，而「雙軸向動態試驗系統」亦可進行相關的動態測試，期望透過先進大型實驗設施，在臺灣發展出尖端耐震技術。

國研院國家地震工程研究中心主任黃世建表示，國研院未來仍會持續推動各種調查、開發和研究，像是盤段和列管公有建築耐震化率；維生管線系統（電、天然氣和通訊等）的震後營運規劃；透過都會區強震模擬，落實都市防災計畫；強化環境監測並推動地震防災產業化，為每一次的地震來襲做準備，期望將臺灣打造成為耐震永續家園。

在記者會的最後，國研院國震中心與佛教慈濟慈善事業基金會簽署合作協議，希望未來能一同推動防災、賑災研究與科普教育推廣，透過科技與人文的結合，提升地震後的復原效率。不僅如此，記者會當天也是「921地震20周年紀念研討會」的第一天。此研討會由國研院國震中心、科技部臺灣地震科學中心和科技部國家災害防救科技中心共同舉辦，在16~19日四天的活動中，邀請來自31國超過500位學者專家參與。希望透過彙集國內外頂尖研究成果和相互的交流，讓臺灣在震災防治上能與時俱進、降低危害。

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