“綠色”衛生科研工程如何建？ 臺灣衛生研究院建設心得

文/許常吉關偉強   許常吉建築師事務所

      臺灣衛生研究院第一期工程，於2000年4月進行規劃設計，於2005年7月落成使用，包括研究大樓、行政大樓、圖書館與資訊中心3棟主要建築物，及能源資訊中心、廢棄物處理中心。該工程共用戶外空間，充滿著植栽、地形景觀、水瀑；室內科研空間，則具有很大的“變動彈性”；在基地綠化、基地保水、日常節能、CO2減量、水資源節約、污水垃圾改善、廢棄物減量等“綠色建築”評估指標上，設計考慮縝密；還採取了地形塑造等物理環境控制策略。2006年，本項目獲得臺灣第四屆優良綠色建築設計獎，成為名副其實的“綠色”衛生科研工程。

 

本專案的緣起與設計理念

      臺灣衛生研究院，是臺灣醫藥衛生最高研究單位，其任務包括：推動臺灣衛生相關領域研究，規劃臺灣預防保健政策，及進行本領域人才的培訓、交流、提升。

 

本案的緣起

      本案的緣起，是為臺灣衛生研究院，提供一個完善的研究建築，及相關的支援硬體，讓該研究院原散落於臺灣各地的研究機構（如各研究單位及中心等），得以統合於一個具有特色及先進設備的院區內，促進相關研究、交流、互動，進而爭取在該領域獲得創造性突破。

 

現設于本院區內的研究單位，共有11個：

1.癌症研究所

2.細胞與系統醫學研究所

3.群體健康科學研究所

4.生物技術與藥物研究組

5.醫學工程研究組

6.環境衛生

7.職業醫學研究組

8.分子與基因醫學研究組

9.感染症研究組

10.納米醫學研究中心

11.免疫醫學研究中心及疫苗研發中心

 

      本建築群，為了滿足眾多不同領域研究的需要，及相關支援設施的要求，選擇由許常吉建築師事務所與NBBJ及EWA，設計第一期的院區，包括研究大樓、行政大樓、圖書館與資訊中心3大建築物，及能源資訊中心、廢棄物處理中心。

 

設計理念

      本專案基地，位於一片臺地上，南側最高點至最低點間有6m高差，形成了基地南面寬闊的視野。本專案的設計，利用此基地特色，讓建築群朝南側展開，以期自建物內任一點向外，均能得到最好的開放景致。為了將院區內不同時期、多階段興建的建築物，形成具秩序的建築群，建築師利用了“景觀絲帶”，將建築物串連起來，營造了一氣呵成的整體性。第一期的3棟主要建築物，以戶外連廊相接，圈圍出一個由3座建築共用的戶外空間。這並非一個單純的戶外空間，而是充滿著由植栽、地形景觀、水瀑組成的“場所”。研究人員工作之余，可在此放鬆，進行戶外活動。

     本項目的建築風格，採用了簡潔、無過多裝飾的語彙，來呼應研究院理性、科技的內涵。其戶外連廊，採用了顏色、質感大異其趣的岩材。這一方面豐富了建築群的質感，另一方面也凸顯了建築物的潔淨、理性特色。

 

衛生科研空間的規劃特色及重點

      院區建築群中，以實驗室為主的研究大樓，是主體性建築物。不管從其功能性角度來看，還是從其建築配置的居中位置來看，都說明了這一點。

 

衛生科研空間的“變動彈性”

      當今，由於科技日新月異，科研目標常會隨需要而改變，所以研究人員很多時候，會隨所指派之任務而組成團隊——當該項任務完成後，此任務導向(Mission Oriented)團隊，也將會解散。這種研究團隊的組成方式，是現今研究主題多變的大趨勢所決定的。相應的，建築硬體必須能適應變動需求，並在影響最小的前提下改變，以滿足新的需要。    基於此，當下科研建築的特色，就在於具有最大的“變動彈性”（Flexibility）。

 

所謂“變動彈性”包括：

適應性（Adaptability）、靈活性（Versatility）、交互對換性（Interchangeability）及擴充性（Expansibility）。

 

1.適應性，是指在緊急或一般的情況下，依需求做出對應調整，

如送風量、空調正負壓差的改變，溫濕度、電源供應的調整等，以適應未來新的需求。 

 

2.靈活性，是指在一定空間範圍內，內部專案（包括儀器、設備等）之重組。

這樣的重組需求，在實驗室或在實驗動物飼養室中，同樣重要。

 

3.交互對換性，是指不同空間對調時，能相應容納。

 

4.擴充性，是指在建物內各研究部門擴大使用面積，需改變隔間；

或是在原建築物基礎上加建，以滿足新的需要。

 

 

模矩化的實驗室空間(Module)

      實驗室最經濟的使用尺寸，為短向3.2~3.5m。這尺寸讓實驗桌以外的人行空間，不至於大到可堆放雜物，或小到行動不便而造成危險。空間的模矩化，是在開放實驗室內，呈現出規律性的實驗桌配置，同時也反映在核心支援區內，各空間之分隔尺寸，有相互間的倍數關係。這樣的模矩關係，能充分落實現代化實驗室所需的彈性要求。具倍數的空間尺寸，使得空間之間的實驗桌、桌上儀器、落地型儀器等，能在不影響到隔間板的情況下調換，即能容納使用。各實驗空間在模矩化的情況下，皆能重複及規律地預留彈性供電、供水，甚至是空調送排氣口的接點。在預留彈性供應量的情況下，各實驗空間在影響不大的變動下，即能增設所需的水電空調等供應。每個單元空間，皆有獨立的設備供應系統，任何變動都不會影響到鄰近的工作空間。實驗室的人工光源，要求無影，以給研究人員提供最佳的視覺環境。模矩化的空間，讓燈具的位置也能完全被掌握，並設在實驗桌的正方上。

 

 

設備夾層(Interstitial Space)

      實驗室正上方1層[C2]，供設備使用。實驗室設備，除一般資訊、水電、空調管線外，更包含了大量供排氣管路及過濾配件，供生物安全操作櫃及化學排煙櫃等使用。本設備夾層，讓人員能在不影響下方實驗室研究工作的情況下，進行定期的維護作業，及不定期的實驗室變動之配合工作。

 

開放實驗室

     為了提供高品質的實驗室空間，在無交互污染的前提下，採用開放式實驗室，讓自然光進入實驗室的主要人員工作空間中。開放式實驗室，可提供人員更多的交流及互動的機會，同時使用型式上更具彈性。開放式實驗室的另一優點，在於使用了開放走道（Ghost Corridor），從而可不必因重複設置內、外雙走道，而浪費實驗室內可使用的空間。

 

核心支持實驗室(Central Support Core)

      科技的發達，使實驗室內的儀器取代了一部分人力工作。這些儀器中的一大部分，在同一研究單位內是可共用的。另外，儀器中有不少會發熱、產生噪音。將相關空間集中設置，除使研究單位資源能共用外，還提高了功能性效率，也讓一般實驗室空間品質更高。

 

實驗室都符合美國生物安全第二等級要求

     本專案之一般實驗室，皆能達到美規生物安全第二等級的環境要求，包括室內材料的使用、空調送回排的要求、安全設備（如洗手台、洗眼器、緊急淨身器）的設置等。

 

衛生安全第三級(BSL-3)實驗室

      本專案于研究大樓7樓，設置了兩套共4間符合臺灣生物安全第三級規範所定的生物安全第三級實驗室。實驗室內各空間之壓差設計嚴謹，以防止負壓的實驗操作區空氣向外流。生物安全實驗室的設計理念，正好與醫院的潔淨手術室相反：手術室，嚴禁汙物進入產生污染；生物安全實驗室，卻要求所有實驗室內汙物與外部隔離，以形成一個封閉的“容器”(Containment)。因此，生物安全第三級實驗室內，設有高壓真空滅菌鍋，鍋體內能將外排氣體與冷凝水及自身，過濾滅菌後外排。研究主管辦公室，獨立設於實驗室外。辦公室空調絕大部分，為迴圈式冷氣供應。而實驗室卻為了潔淨的研究環境，而採用全新風冷氣供應。將辦公室分離，可讓空調能源更能發揮效率，不至於耗費在辦公室，而造成浪費。

 

“綠色建築”各評估指標的縝密設計考慮

基地綠化

      院區之植栽規劃，從維持自然環境生態平衡、尊重生命的理念出發，將現有植栽儘量保留，而無法現地保留者，於院區中擇適當地點進行移植，其中包含了水柳、鳳凰木、苦楝、羊蹄甲、松樹、大葉桉、檸檬桉……。植栽樹種的選擇，以原生及鄉土樹種為主 - 占植栽總數1/2以上，植物種類的多樣化，更達60種以上。院區總植樹量：原有喬木計632株，新植喬木計1550株，灌木及地被種植面積，約達176 700m2(不含草地部分)，並採用複層式之植栽配置，及三角種植方式。另外，院區內原有之表土（20cm厚），于整地時予以保留暫存，再于景觀植栽工程實施時，回填利用。在未定生態多樣性指標評估時，本院區之植栽綠化，已具備了其中混合密林、植物多樣性及土壤生態等評估專案的設計精神。

 

基地保水

     本院區的規劃原則，是維持環境平衡及水土保持，創造整體和諧並有獨特風格的景觀意象。整體規劃以東西向之中央綠帶及步道系統，形成了院區之景觀軸線。院區內，保留大面積綠地（占基地面積60%），並利用區內挖填土方，塑造地景變化。除達到土方平衡的目標外，還配合排水系統設計，將院區地表水分區引導至滲透低地及滯洪池，提供了土壤水分涵養之功能。滯洪池之雨水，回收供給植物澆灌使用。景觀鋪地計畫，於廣場、停車場等區域，儘量採用透水材料（高壓水泥磚及植草磚），以維持雨水的下滲功能，及降低涇流量。建築周邊開挖人工地盤上，回填厚度大於45cm以上之覆土，進行植栽綠化，達成了綠色建築基地保水指標的標準。

 

日常節能

     行政大樓行政大樓，主要作為辦公室之用，整棟大樓採用中央空調。本棟建築配置為南北走向，建築物東西向立面開口。為避免陽光直射，而造成空調耗能增加，本項目設置了深約1.6m的遮陽板。

 

圖書館與資訊大樓

      以3層的圖書館為主，另外是資訊辦公室、演藝廳及餐廳。整棟大樓采中央空調。

 

研究大樓

      主要作為實驗室之用，也包括了研究員的辦公室。整棟大樓采中央空調。

 

實驗室空間部分

      因實驗對環境條件之要求，采24h全新風空調，晚間保持30%的空調量。由於本棟建築物配置為南北走向，所以建築物東西向立面開口，以避免陽光直射，而造成空調增加耗能。還設有深約2.3m之遮陽板。

 

基本資料

      本院區設獨立機電中心，含分量儲冰槽，以降低用電契約容量，使其有效達到節能目標，及減少運轉電費支出。機電中心也考慮了擴建計畫，整合未來擴建時，所需冷熱源系統的增設與銜接。

 

空調系統

      冷水側循環系統中，冷水以環狀管送至行政大樓、圖資大樓及研究大樓,再由各棟建築之區域冷水泵，送至空氣側設備做熱交換。空氣側循環系統中，送排風系統原則上採用分區獨立模式，以適合不同的使用需求。行政大樓及圖資大樓，採用預冷空調箱加小送風機；研究大樓，采全新風變風量系統，實驗室之換氣次數每小時6次以上。

 

節能源考慮

      採用具有節能效果的VAV供給和排氣系統；對於空氣傳輸裝置，採用焓節能器控制；對於提供室內空調之風扇、冷水和熱水區域泵等設備，採用變頻驅動；安裝充有乙二醇液的旁通盤管，以便預先調整室外空氣溫度，以達到將引進室外空氣到空氣箱，與建築物排放空氣等系統之間，做熱回收；使用低表面風速的盤管和篩檢程式，以降低靜壓值，借此減少風扇消耗功率。照明燈具採用高效率、高功率型，日光燈則採用電子式鎮流器及鏡面鋁板反射，以提升燈具效率比；照明控制在公共區域，以兩線式管理；車道燈，則採取點滅感應器控制。窗戶簾由單獨開關控制，以期達節能目的；空調等系統還考慮了夜間停機控制的可能；冷水儲存也被考慮，以適應峰穀運轉需求。

 

CO2減量

研究大樓

     地上9層，地下2層。結構體為鋼構架，外牆掛PC預鑄牆。平面為不規則之對稱形。地面層以上之各層，高度平均，且無立面出挑，立面並無特殊裝飾，只有東西側非主結構外的遮陽板，所以裝飾性適中。除電梯間、管道間及廁所外，內部隔間牆全部採用幹式施工輕隔間。

 

行政大樓

      地上5層，地下2層。本棟建築為RC結構，外牆為RC牆，無立面出挑，遮陽板、裝飾性、採用幹式施工輕隔間等方面，與研究大樓同。

 

圖資大樓

      地上6層，地下2層，結構體為RC+SC結構，外牆為RC造，立面並無特殊裝飾，遮陽板、裝飾性、採用幹式施工輕隔間等方面，與研究大樓同。以3棟建築物之總樓地板面積加權計算，CO2減量指標之值為0.874。因此，本“綠色建築”指標為合格。

 

水資源節約

      本工程中水水源，來自科學園區汙水處理廠處理後之排放水，其處理量遠大於本棟建築之馬桶、小便鬥等用水器具之需求量。馬桶採用坐式沖水閥型。本工程設計中水為沖刷水水源，依照學者專家們的研究建議，將以沖水閥型馬桶為首要選擇，故本器具不列入節水器材。小便鬥採用電眼感應二段式自動沖水（離去即停不浪費），使用廠牌型號為電光牌。實驗室水槽所設置之龍頭，市面上未有相關之自動式省水產品，故實驗室內採用的龍頭皆為手動式，單位流量＞9L/min。實驗室內之龍頭,也不列入檢討範圍內。實驗室內，另設有緊急沖身洗眼器及洗眼器等用水設備，因平時並不使用，故不列入檢討範圍內。

 

污水垃圾改善

      臺灣衛生研究院各項生活排水，皆接到竹科園區之汙水處理設施；廚房及其它擬有固體物之污水源，會設置截留槽。實驗室之排放廢水，會經研究大樓設置于地下2樓的廢水處理場，做前置處理，達相關廢水排放標準後，再排至院區內下水道，與其它廢污水排出院區，至科學工業園區的汙水處理場。垃圾處理，設置有獨立的廢棄物處理中心。該建築風格簡潔，與主要建築群呼應。建築物四周種有樹木植栽，以美化環境。由於本院區研究大樓內設實驗室，除一般廢棄物外，也含特殊化學性廢棄物，所以廢棄物處理常式比一般辦公大樓複雜，要求也更高。各類廢棄物收集後，須依廢棄物性質分類、貯存，以利後續處理。而廢棄物之運送動線，也在考慮設定之中。

 

廢棄物減量

      基礎開挖面積，是以地下2樓之開挖面積為計算依據的：研究大樓13 198.25m2、行政大樓5365.77m2、圖資大樓3928.90m2，共計22 492.92 m2。地下室容許開挖土方基準，依“建築解說與評估手冊”提示，有地下室開挖時採用0.65。由於是3棟建物合併計算，構造別包括有鋼結構、SRC結構及RC結構，因此廢棄物減量指數，採用最差的等級0值計算。基地平衡土方用量，以0為計算值。在整個院區之初步規劃構想中，就考慮利用開挖地下室之余土，作為院區中之人為起伏丘陵用土，因此，院區景觀設計規劃中，就已將餘土處理掉，而不需運出院區外處理。各挖填土方量，見“本項目挖填土方量表”。本項目挖填土方量表（排“廢棄物減量”同對開）

挖方
構造物開挖447 347.50m2
開挖土石方65 416.49m2
填方
整地填方280 973.06m2
構造物回填154 856.28m2
沃土暫存處理58 980.0m2
余方暫存處理17 954.65m2
 

      在營建自動化使用工法方面，3棟建築物皆採用木模系統，內部皆採用幹式輕隔間來處理；預鑄外牆，則只有研究大樓在使用，其立面面積占3棟建築總立面的66.1%（27059.67/40964.18%）。建築工程施工工地中，也採取了各項粒狀污染物防制措施。我們清楚瞭解到在開發施工期間，對基地及環境之可能影響，進而加以避免。

 

物理環境控制策略

地形塑造

      本案設置地下室，共開挖447 347 m2。為了不將土方運離基地，造成廢棄物外移，充分地利用了開挖土方來塑造地形，以丘陵起伏的高低變化，創造出具特色的地景，同時使得若大的基地上，各大建築物不至於散落無序，而能連成一氣。

空調節能

      院區采中央供冷循環系統，將冷水以環管，送至各大樓。為配合相關節能減排政策，減少運轉電費支出，採用了分量儲冰槽，以降低用電契約容量。由於本案之功能需求的特殊性，大樓必須採用全新風，因此，大樓供排氣系統採用VAV變數控制閥，來控制流量，以降低不必要的能源耗費。另一方面，大樓供排氣系統，也利用了物理機制，如旁通盤管做“冷回收”及“熱回收”，以達節能目的。

 

回收水利用

      院區中水來源，為回收區內達排放標準的生活污水，經三級處理後，作為各大樓馬桶沖刷用水。依推估，全院區的單日生活總用水量約327t，而沖刷用水量則約115t/d。使用上，中水之供應遠大於需求。雨水的回收，則做為補充植栽澆灌及空調冷卻水塔用水。

 

滯洪池及貯水低地

      本案基地上，設置了3個容水量共達5800m3以上的滯洪池，及3個容量共達2000 m3以上的透水低窪綠地，用以作為大雨量時之雨水暫存區。低窪綠地有良好的透水地面，長時積水後，能完全滲入土內；而大雨來臨時，則又能將排不掉的雨水，限制在一定範圍內，而不致影響建物。滯洪池也有相同的功能，同時還能長時間存水，作為院區內植栽澆灌的補充用水。

 

設置深長的遮陽板

      由於基地的特色，建築群采南北走向。主要開窗面皆朝東西向，造成日曬問題嚴重。室內盡可能采自然光的要求下，建物外設了深長具效用的遮陽板，除提供了遮陽的功用外，也兼作為外牆維護清理的走道。此外，這深長的遮陽板，與整個建築群融合成一體，成為簡潔之建築語彙，為本項目建築物的一大特色。

 

採用輕隔間牆及預鑄外牆

      本項目主要建築物內部，絕大部分隔間牆，皆採用幹式施工的輕隔間牆。一方面，這是建物功能所需（具彈性更動的隔間牆要求）；另一方面，這使得建物達到輕量化目標，進而減少CO2及廢棄物的產生。另外，占主要建築物總外牆面積66%以上的研究大樓，則採用了預鑄外牆面。這樣使得建材使用量減低，更減少了空氣污染。