姜毓洲－土木工程教育反思

自動化製造趨勢下，技術勞力即將被取代？

「自動化製造？那以後會不會造成很多人失業？這是前陣子一位朋友來訪建築學院，聽到我在研究自動化製造的第一個反應。」姜毓洲是荷蘭台夫特大學（TUDelft）博士生，研究領域為數位製造，過去在臺大土木水利組。

談到營建業的勞力以及生產流程，毓洲希望大家先對臺灣營建業有基本的瞭解。小時候，毓洲偶爾跟著媽媽到工地，媽媽去工作，他就在旁邊東看看、西學學，因此認識了許多從事第一線的師傅們。每當對大家的工作投以好奇眼神時，總是換來叔叔伯伯的勸戒，「他們都告訴我要好好讀書，以後工作才可以乾乾淨淨的出門、乾乾淨淨的回家」這些相處經驗，深深地留在毓洲心裡。「師傅其實都有一定的技術，但都不以此感到自豪，他們不希望我把注意力放在學習工地事務，我想這是他們對這份職業或者生活狀態的感慨，轉化為當下年輕人的期許。」毓洲跟我們說，整體而言，營建產業不僅勞動條件狀況差、內部有僵化的階層結構，大眾對從業者的社會觀感也不好。第一線的營建業從業人員亦多伴隨不同程度的職業傷害，以綁鋼筋的工作為例，一般鋼筋約2至3公斤，然而每天重複的蹲、拿、站、放、蹲、綁等動作，長期而言都會對腰部造成傷害。

2016年於比利時根特（圖：姜毓洲提供）

「自動化製造（Automation in Construction）」其實就是運用科技，有效率地製造出既有的建築物件，提昇營建過程的安全性、效率、任務內容，降低職安風險。在臺灣往這個方向在發展的實例，有一個是叫做「預鑄」的生產方式。毓洲分享道，在歐洲，預鑄已是很基本的營建方式，亦即，工人在工廠先行製造出樑柱、樓板等物件，運送到工地現場後，再行操作吊車組裝。整體而言，由於營建相關從業者的工作環境轉換至工廠內，便可有效地控管勞動品質。

「既然自動化製造有這麼多優勢，感覺也是營建產業未來的趨勢，那麼臺灣為什麼沒有跟進呢？」臺灣僅有少數營建業者使用預鑄方式，毓洲認為，或許目前人力成本整體而言都還算低，使營建公司沒有誘因投入技術轉換（升級）的成本，然而現況營建產業從業者所背負的社會成本，可能遠高於前述技術升級成本，不管是具體的醫療負擔費用，或是隱形的家庭照顧時間、家庭關係營造、社會歧視等等，都未曾被量化考量。

數位設計到數位製造

毓洲目前的研究方向為「數位製造（Digital Fabrication）」，其實就是數位設計的延伸，亦即，運用新科技（3D電腦繪圖軟體）設計出過去手繪無法處理的複雜幾何，再以數位製造方式，生產出傳統工具做不到的事情，如複雜的建築結構或有趣的建築造型。一般的工業產品製造，縱使造型複雜，可製作特殊造型的模具克服，大量生產後，把模具的成本分攤在成千上萬的成品上。然而每棟建築物都無法複製處理，即使同一棟建築物中的各項元件也都獨一無二，若遇到特殊造型，例如：如大巨蛋的屋頂，每支鋼管的長度、彼此之間的焊接角度都有差異，若依然客製化生產不同尺寸的模具，不但耗費時間與成本，也會在營建過程中製造出大量廢棄物。因而在建築領域中，便出現數位製造這個發展趨勢。毓洲補充，「數位製造」與前述「自動化製造」有點像是兩個陣營各自主張，不過大家希望回應的課題與採用手法多有雷同。

數位製造中的機器輔助製造主要使用工具為「工業機器人（industrial robot）」，或稱機械手臂(註1)。電腦內事先繪製好的立體物件屬於三維，若再加上「時間」這個切割製造的順序因子便會成為四維。然而，電腦軟體雖可判斷不同「形狀」的切割生產方式，物體與物體之間的實際「製造順序」仍需倚賴專業者判斷，透過編寫程式來執行機械手臂的運作。因此，如何從研究室內小尺度的實驗驗證，應用至實際產業層面，其中特殊造型運用的力學原理、製造過程的工序設計、材料搭配選用等細節，都是一層一層需要突破的技術關卡。

操作機械手臂其實需要非常專注（圖：姜毓洲提供）

臺灣AEC產業困境－設計與建造之間的落差

談到自己身處的產業，毓洲建議我們以「AEC產業（建築/工程/營造）」來整體性的認識，A是建築(Architecture)、E是工程(Engineering)、C是營造(Construction)，一棟建築從無到有，與三者密不可分，然而目前在過度的專業分工下，許多問題隱而未現。

毓洲從自己參與過的實務案例中體會到，上游端建築的設計過程，往往與建築師的意志直接相關，然而，建築設計跟藝術創作不一樣的是，建築師不能隨意的決定物體在空間中的位置，因為如何把物體放到空間中的過程就是「結構」，結構關乎材料選擇以及支撐的方式，並且無法違背物理法則。然而目前的建築教育偏重教導如何發展並表述設計想法，對於如何落實到建造較少著墨，亦即，沒有教導建築師如何讓設計落實蓋在地表上。實際落入案子執行，可能會發生建築端以特別的設計贏得競圖，施工端卻發現實際製造面臨難以克服的問題。

土木工程教育則恰恰相反，除了教導學生要設計出「不會倒」的結構之外，並沒有教導應如合理解好的空間品質。土木工程教育著重「分析」，尤其分析經典的營建系統，導致大部分工程師認為只要遵循營建法規，便可以設計出所有建築，此外，工程師亦沒有被教導如何抽象地理解建築師在圖面上表達出的需求。整體而言，建築專業與工程專業在教育過程中即多有缺失，實務過程又缺乏充分溝通，導致在過度專業分工的體系中，淪為上對下，或者前期執行與後期執行的關係，錯失了許多合作創新的機會。

毓洲真正體會到學科訓練之間的差異，是在大四修習「初等環境與建築設計」(註2)時。「我第一次知道，原來設計過程中的溝通是這麼一回事，我必須充分的表達我的想法，透過來來回回的討論，說服共同參與設計的、不同專業背景組員。而且很有趣的是，老師們要求討論不能以多數決形成決議，一定要說服彼此、形成共識，最終還不能以投票決定結果。整個工作方法迥異於先前經驗過的訓練，對我而言簡直是 CULTURE SHOCK！」

左至右：初環小組討論平面拼貼方案；實際體驗座位距離；草模依比例放入使用者（圖：姜毓洲提供）

大學時期在土木系接受理性工程訓練的毓洲，培養出對是非二分的精準判斷，然而在建築設計中，只有好、沒那麼好、沒那麼差、差...等等的程度之間的區別，因為設計過程中有許多社會層次的向度需要照顧，例如：要設計出社區居民覺得好用的集會場所，希望讓老人經常來使用，也要營造出年輕人喜歡的空間品質，諸如種種不同使用者之間的關係，在使用時間或空間彈性上如何設計，都沒有絕對的作法。此外，設計過程中，需要透過訪談，持續地鑒別不同的使用者需求，設計到某個階段後，也應該要回去再次與使用者溝通，以動態依據需求調整設計方案。這層學習上的衝擊，觸發了毓洲對土木教育的反思，接下來的幾年，毓洲透過參與實作課程的設計，默默地開始嘗試從教育端來改變。

從土木工程設計實作課程看見前進的契機

機會的到來為2010年前後，臺大土木系開始開設「土木工程設計實務課程（Capstone）」(註3)，該課程強調學生需具有整合性地知識，以工程專業者角色，面對真實情境、無標準答案之專業問題，藉此檢視學習成果，並補足不足之知識與技術。第一年該課程以「溪頭纜車工程評估」及「萬大水庫淤砂清除」為題，以纜車組為例，學生需分析觀光需求、評估選址、分析地質到最後的工程設計。當時此系列實務課程由呂良正老師與卡艾瑋老師推動執行。

在高年級的Capstone課程之後，接著亦開設以低年級為目標群體的「土木工程基本實作（Cornerstone）」，當時正逢毓洲就讀研究所一年級、為卡老師門下學生，遂第一線地參與到上述課程內容的設計，毓洲希望透過課程培養學生綜合性的設計能力，並且建立學生對工程專業領域的信心。首先，為了教導學生從需求分析、使用者情境及基地整體分析開始操作，特意選擇校園內的議題為題，如：設計腳踏車棚架、設計可連結兩棟建物的空橋等。讓學生可方便地透過觀察、訪談同學，甚至以自身經驗來設想，降低基地調研過程中、質性研究操作的門檻；接著，同學們設計出方案後，透過系上數位製造相關儀器（如：CNC水刀機）製造出方案模型，並透過「破壞測試」，引導同學分析結構問題並調整為好的結構，作為後續高年級必修課程的基礎，亦即如何預測並解決可能遇到的「破壞模式」（如：地震、風力等等）。「我在課程講義的前面寫了一段話，大意是，強調講義內容僅是提供其中一種解決方式，不一定是最終或最好的方式，希望同學未來不要設限於此。」

「我們的學生在溪頭建造出了臺灣最長的木構造橋樑」接下來這個故事可能較為人所知。準備開設第二次「土木工程設計實務課程（Capstone）」課程時，毓洲反思道，由於前次題目的規模尺度太大（纜車選址與水庫清淤），且尚夾雜有政治情境或現實實務困境，學生操作上較為吃力，於是助教與老師們便開始研究小尺度題目操作的可行性。而後因緣際會開啟了與臺大森林系、溪頭實驗林場、實踐建築系林聖峰老師、結構技師冨田匡俊老師的多方合作關係，該年的設計題目遂設定為「木構造橋樑設計（溪頭為基地）」。

溪頭橋樑完工照（圖：姜毓洲提供，拍攝者為童軒昱）

「其實這遠遠超過一門課程的回饋」從初步設計到實際建造出這座橋，歷經兩次的Capstone課程、加上學生自主實踐建造的意願，以及相關對應單位對於建造過程的支持。對學生而言，應用了大學四年訓練中所教導的所有知識，尤其結構力學的設計與美學呈現，以及較為特別的，如何與施工工程端銜接，包含：元件形狀的切割方式、組裝工序設計等，皆為過去未曾接觸過的重要歷練。對老師與助教而言，為了讓課程以及建造順利進行，增加了許多與業主協調溝通的經驗，此外，因應「木構造」特性的運用（木構造為過去土木系教學上較少接觸之材料），讓眾人對木頭材料的特性、結構設計方式與對應的建築規範有所認識。

未來期許－工程領域的未竟大業

毓洲這幾年在歐洲，看到許多結合結構美學的建築，而且不僅是私人建築，其中不乏有公共建設，毓洲認為這樣才是理想的設計，亦即，讓營建工藝成為建築美學的一部份，不但可以訴說材料的設計，也可以讓觀看者或使用者理解材料的原理，然而要達到這樣的成果，營建工程便不能一昧追求降低成本，相反地，正因為結構將成為外顯為設計的一部份，才更需要投注設計心力於其中，後端的建造過程亦不能馬虎。

最後，毓洲補充，前面講的「不會倒就好」其實代表結構安全無虞，雖然不是這個領域的人聽到只重視「不會倒」覺得很好笑，但「不會倒」這件事，背後可是隱藏有多少工程師的兢兢業業，才讓「不會倒」這件事情像空氣一樣自然。

「如果你想要造一艘船，你要做的不是請大家一起找木頭、分配工作，跟下令誰該做什麼。取而代之，你應該做的是，勾起大家對浩瀚無垠的大海產生渴望。」－Antoine de Saint-Exupery（《小王子》作者）

姜毓洲說這段話時不時會出現在他心裡，他期許，至少在土木系的教學系統中，持續透過實務課程操作，可以讓大學生們理解到，學習的目的不是畢業後填補一個職缺而已，而是得以應用我們所學的技能，鑑別社會的需求，並具體地透過營建提昇臺灣整體的建設環境！

德國的公車亭，結構設計輕巧地隱藏於細細的柱子內（圖：姜毓洲提供）

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姜毓洲

現為荷蘭台夫特大學（TU Delft）博士生，在建築學院建築工程系（Department of Architectural Engineering and Techonology）中，研究數位設計、製造與組裝。先前在臺大土木水利組，以力學分析河川侵蝕、用機率概括河道沖淤。在臺大研究助理期間，運用城鄉所修課的經驗，設計土木系大學部的實作系列課程，加入為人服務的設計思維，補充原本側重結構強度的數理分析。
姜毓洲個人網站：ChiangYC

毓洲與土木好友們（圖：姜毓洲提供）

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註1：機械手臂末端可裝上加工工具，例如鑽頭、銑刀、塑料列印頭，以各式角度，觸及範圍內的各個點。

註2：「初等環境與建築設計」這門課程由臺大建築與城鄉研究所開設，授課對象為對建築有興趣的學生（臺大並無建築系）。課程設計特別強調參與式設計方法與使用者經驗的理解。

註3：因應國際工程教育認證機構對大學教育的課程要求，臺灣的中華工程教育學會（IEET）建議各校增設/調整必修課程。Capstone 課程不同於其他實作課程，基本定義是必須具備整合性質，讓學生有機會透過嘗試解決一個工程問題，整合在校所學，藉以驗證其具備該有之知識、技術和態度。所以本質上，Capstone的目的並非培育學生新知識或技能，而是確認所學並予以加強。課程的目的是讓學生嘗試以專業人員身分（例如工程師），解決一個實際且無標準答案的專業問題，藉此進行學習總檢視，並同時了解其不足的知識、技術或態度；學系透過此課程檢視和佐證畢業生具備該有的核心能力。修習Capstone課程的學生是已修習完多數課程（含基礎設計課程），具備一定的知識和技能的大三或大四學生。所以常常Capstone被喻為「最後一哩」。至於課程長度，至少一學期3學分為宜；上課方式讓學生分組，實際動手操作，引發其主動學習的動機，避免教師過多的講授。（來源：土木工程學系呂良正老師〈培育土木人才的實作課程三部曲〉）

延伸閱讀

1. 呂良正，〈培育土木人才的實作課程三部曲〉，國立臺灣大學網站，2016年1月4日。
2. 謝沛宸，〈土木工程實務設計（Capstone）課程心得―溪頭計畫〉，杜風電子報，第92期。
3. 謝宇程，〈誰說大學不能「學以致用」？大一就要做出「耐震停車塔」，載越重、搖越大，分數越高！〉，商周.COM，2015年11月30日。

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