廠房土建工程最適工序探討

廠房土建工程上部結構組成及施工介紹

廠房土建工程上部結構主要由鋼結構、RC結構及SRC結構此三大項組成，本文將說明此三種類型的結構特性，並探討廠房土建工程與機電及無塵室之施工介面，其中包括潔淨度、水密性等影響整體進度及品質的關鍵因素，最後說明歷年各專案土建工程上部結構工法的演進，以及本次研究案例廠房與以往工序規劃之不同處。

鋼結構工程

鋼結構為主結構使用鋼骨不含鋼筋混凝土之建築結構，具有較強的韌性，藉以抵抗高處的強風或地震。而常運用於廠房中的鋼骨構件型式主要有三種。

H型鋼

斷面有強弱軸之分，多用於梁，如 圖一。

箱型鋼

多用於柱，且具有抵抗垂直軸向力之特性，如 圖二。

桁架(Truss)及斜撐

桁架：利用桿件連接成三角形，再加以串接而成適用於一些需要長跨度而且空間設計不是很重要的構造，受力時，基本假設外力作用於節點上，桿件只傳遞拉力和壓力，如 圖三、圖四。

斜撐：以續接板和構架相連，確保斜撐延長線通過柱梁接頭中心，續接板末端需連接加勁版傳遞應力。

鋼筋混凝土結構

鋼筋混凝土結構的英文全名Reinforced Concrete意思即為補強混凝土(RC)，是指透過在混凝土中加入鋼筋、鋼筋網、鋼板或纖維而構成的一種組合材料，兩者共同工作從而改善混凝土抗拉強度不足的力學性質，為混凝土加固的一種最常見形式，其特性就是以鋼筋補強混凝土抗壓不抗拉的缺點，一般來說，梁、柱、牆及樓板等常使用RC結構施工，如 圖五。

鋼骨鋼筋混凝土結構

鋼骨鋼筋混凝土(Steel Reinforced Concrete Construction，簡稱SRC)建築物的主要構造以鋼骨材料為主要架構，加附輔助鋼筋後，再澆置混凝土包覆而成，如 圖六。

鋼骨構造(SC)的優點在於其強度高，可節省構材斷面積，且具有韌性(Toughness)抵抗變形能力強，不會馬上破壞；然其缺點在於因斷面較薄，構件容易造成挫曲(Buckling)、容易變形、不耐火及會生鏽等特性，如 圖七。

故採SRC結構能夠以RC結構補足SC之缺點，在不增加構件斷面積之情況下有效增加構件之抗撓曲(Bending)能力，並提升防火、耐震的能力。

廠房上部結構土建工程工序分布及施工界面探討

圖八為廠房上部結構橫向剖面圖，從中能看到三種不同類型結構的分佈位置。

• 藍色部分為鋼結構：單純鋼構區域以混凝土進行樓版澆置，用以廠房無塵室迴風需求位置以及L40 MAU空調機房區域。
• 灰色部分為RC結構：主要為各樓層柱，剪力牆與樓板，用以創造空間及乘載傳遞力量至基礎板，主要使用功能為無塵室生產區域。
• 紅色部分為SRC結構：主要為SC結構區之柱與外牆，以SRC結構來提高加強廠房耐震及抗微振能力，主要使用功能亦為創造無塵室迴風需求位置以及隔離室內外之外牆。

由上述能夠看出SRC結構對於無塵室空氣潔淨度以及隔離外界粉塵、雨水有相當大關係，但是因為SRC結構迴風道腹地狹小（僅9.8m寬度，如 圖九）且工序最為繁瑣複雜，故在此區域施工往往是各新建廠專案最緩慢部分，近年來由各新建廠專案看到以下問題與困境。

• 迴風道SRC結構與無塵室重疊施工，造成潔淨度不佳。
• 迴風道SRC結構施工過慢，造成水密及氣密不佳，進而形成無塵室環境二次污染。
• 迴風道SRC結構施工過程鋼筋及模板人力資源安排及進度掌控不佳。

因此後續章節針對以上問題，就本研究案例不同於以往工序規劃進行分析探討，以期在未來更艱辛的建廠條件下，能有最適宜的工序規劃安排。

歷年廠房上部結構土建工程施工規劃演進及不同處

各新建廠專案為了要解決水密、氣密集重疊施工等問題，無不絞盡腦汁用盡氣力在推動SRC結構工程，因此不斷的修改及更正相關施工規劃。 圖十為歷年之演進說明，從中可以看到SRC與RC結構所搭配施工之順序不同，由最初SRC結構先進行一樓；再到SRC與RC結構同時展開；最後以SRC全進行完畢再開始RC作業。

由 圖十一可以看出最新作法SRC結構優先與傳統作法SRC與RC結構同步展開之作法不同，傳統作法之SRC結構施作順序為編號1、3、5，而新作法之SRC結構施作順序為編號1、2、3，兩種工法之工項一樣但施作順序不同，依 圖十一左側，新作法之迴風區SRC柱施工架一次搭設至L40底，完成SRC混凝土澆置後再逐次施工L10、L20樓板；而傳統作法（如 圖十一右側）則是施工架逐樓層搭設施工，SRC結構最後才完成。兩種工法不同處比較如 表一，下一章節將開始說明本研究案例在SRC優先施工原則下所進行的施工規劃回顧。

本研究案例廠房施工規劃說明

南科最新建廠專案位於南科善科段，總基地面積388,000m²，由2013年第二季開工。動工至今年6月30日止約480天，累積總出工數244,000人，平均每日615人， 圖十二大致上可看出其基地與建築設計概況。

由前文“廠房土建工程上部結構組成＂可以看到廠房主要由鋼結構、SRC結構以及RC結構組成，而以往通常於鋼構吊裝完成後便同步進行SRC與RC結構，但往往較難施作的SRC結構工率不彰，故從本案例開始測試以SRC結構先行之新工序規劃，輔以施工過程中不斷調整修正，於本案例有不錯工率表現，故以此作為分析目標，以下將針對其施工規劃進行歷史回顧說明，大致上以施工條件限制、特殊工法、動線及分包規劃作為探討重點。

施工限制管理規劃

本案例新建過程中透過管理三種施工限制條件，使資源集中於重點要徑區域，避免資源過度分散的狀況，且讓工程處於有限制才能有精進管理辦法之情形下施工，以下為管理的限制條件及其原因整合說明。

管理L10拆除覆工鈑範圍

鋼構吊裝完成後，將鋼構階段因吊車站立保護L10的覆工鈑（假設工程）暫緩拆除，以控制此區域RC結構之柱，牆及樓板非優先施工，而將工班集中至迴風道進行SRC結構作業之強制方法，待達下列條件後始拆除覆工板 圖十三、十四。

• 中央柱區覆工鈑，待中鋼移交後，為使土建施作中央柱SRC結構（四樓及屋頂RC澆置之必要條件），故拆除中央柱區4.8m寬覆工鈑。
• 靠近迴風道之覆工鈑，待L30迴風道SRC柱鋼筋綁紮完成，開始進行封模時即開始拆除L10覆工鈑。
• HPM區域因樓板高低起伏，亦為非常困難施工區域，故同時優先拆除。

管理迴風道SRC柱施工架拆除

未能優先進行迴風道SRC結構施工，故施工架搭設於RC與SRC結構相接施工區域，因此拆除時間點便非常重要，如何設定此條件，能不影響RC結構施工，但卻又可將SRC結構施工效率發揮至最大，說明如下：

• L30 SRC柱筋綁紮完成且模板施作完成，即可進行拆架。
• 若L30-L40 SRC柱灌漿及拆模未能於L20樓板重型支撐架靠至SRC結構前完成，則強迫拆架待L20 RC澆置完成後重新搭架進行L30-L40 SRC柱灌漿及拆模作業。迴風道L30-L40 SRC柱灌漿及拆模完成，開始進行施工架拆除 圖十五。

  圖十五、拆除迴風道SRC 柱施工架

  

管理迴風道鋼筋分料條件

由於迴風道腹地狹小，但是卻包含所有工序，造成施工難度較高的情況，本研究案例採用以下方法解決此問題。

迴風道補料時先以柱筋補料，待柱筋完成在上箍筋 圖十六，減少物料佔存在迴風道，使施作安全與環境能有效控制，施作順序分別為，剪力牆施作完成再接續柱子施作。

施工動線規劃

施工動線與建廠工率有最直接關係，因透過動線將人、機、料運至施工位置定點，越有效率之動線越能提高整體工率，以下為本研究案例之施工動線規劃整合說明。

外部施工動線規劃

本研究案例外部施工動線規劃分為兩階段，第一為鋼構吊裝與初步交接予土建工程的外部施工動線 圖十七；第二為全面交接予土建工程的外部動線 圖十八。

鋼構吊裝時至少規劃兩條外部施工動線，其坡度設計至少為1:12及寬度15m，因鋼構運輸之拖板車需求。接下來鋼構移交為分區進行，初步約為四分之一廠房面積，其時間落在鋼構起吊後25天，而此時區域及鋼構運輸動線同時移交，達到鋼構及土木動線分流且動線最大利用率，以降低施工介面及工安問題之風險並提高使用效率。

當鋼構全面完成進行移交，時間大致為起吊後60天，廢除既有鋼構外部施工動線，創造出廠房上部RC與SRC結構施工三路動線，設定條件大致上為坡度至少1:6及寬度5m；並且避開結構體剪力牆位置。

內部施工動線規劃

為什麼會有內部施工動線規劃的產生？一個廠房幾乎等於五個足球場面積，全部的材料由吊裝口進入後，難道全部都靠人工搬運嗎？因此為了提高整體施工效率，於新建廠廠房內部進行規劃吊車站立運補動線，分階段進行上部結構體施作，表二、圖十九為本案例內部施工動線及天車規劃原則。

鋼筋及模板分包規劃

RC及SRC結構主要由鋼筋及模板組成，因此這兩項工種在上部結構中扮演相當重要角色，故承攬營造廠所規劃的分包區域方式以及所選擇的代工廠商便成為關鍵因素，後面將說明本案例的分包模式，並進行其規劃邏輯探討。

本案例有別於以往專案，在鋼筋及模板採取發大包模式，鋼筋一包而模板二包方式進行分包，以廠房與HPM作為劃分界線，由 圖二十可看出本案例的分包規劃。

因為本案例採取SRC結構先行工序，故在工作面及工序之安排有別以往，必須以新的邏輯思維進行規劃，而非是多分包多人力資源之方式思考，重點在於工作面之維持以及工序流轉順遂為原則，以下為整合本案例分包規劃的說明 表三。

工作面

SRC結構主要為垂直向工作面而非水平向，因此以發大包方式維持工班在垂直向之工作量。

SRC結構做完後再開始RC作業，強迫進行資源撫平，以發大包方式維持工班之工作量。

工序

SRC結構屬於要徑式施工，工序需要一動接一動，因此工班流動為跳躍垂直向，以發大包方式維持工班之工作量以及工序順遂。

SRC結構優先施工之工率分析及相關工程界面比較

本章節將分析SRC結構優先施工在工期及工率方面之成效，並針對以往各專案與土建工程上部結構之重要相關工程界面進行優劣比較。

工期與工率分析

SRC結構優先施工之工期分析

本研究蒐集近五年來相似結構體專案建廠時程進行分析比較，但是為不同的SRC及RC結構施作順序的工序規劃，分析專案規劃及特性如下。

• 南科本研究案例：SRC結構優先施工後進行RC結構作業，且為兩個廠房同時動工（資源分散）。
• 南科專案A/B：SRC與RC結構全面同步進行，且為兩個廠房同時動工（資源分散）。
• 中科專案A/B：SRC結構施工領先一層樓後進行RC結構作業，且僅一個廠房動工（資源集中）。

整合建廠時程如 表四所述，從中可以看到時程之不同差異，本案例代表SRC結構優先動工共進行208天；南科專案A/B代表SRC與RC結構同時動工共進行166天；中科專案A/B代表SRC結構動工部分後開始RC作業共進行136天。

以工序規劃角度觀察分析，可以得到以下結果：

SRC領先一層後進行RC結構之工期＜SRC領先一層後進行RC結構之工期＜SRC先行後進行RC之工期。

接下來將針對本案例與南科專案B進行工率比對，使整個分析能夠加入人力及完成數量因素，以讓數據探討更客觀，而本研究亦建議後續可搭配南科專案A/中科專案A/B之人力與完成數量進行深入工率分析。

SRC結構優先施工之工率分析

以本案例與南科專案B進行工率分析比較，而此兩專案各採取SRC結構優先施工以及SRC與RC結構同時展開之不同工序，因此以其專案上部結構進行時程、出工人數與完成樓地板面積進行工率計算，其中做了以下三點條件設定：

• 針對鋼筋及模板人數
• 以日曆天作為工期判斷
• 上部結構啟動至L30 SRC與RC結構完成

表五及 表六為整合完成的工率分析表，從中可以看到本案例面積較南科專案B面積約大5%；而上部結構完成時間本案例所採取SRC優先施工的方法約較南科專案B時間多20%；至於人力的部分本案例總出工則較南科專案B節省9%；最後在整體工率可以看到SRC結構優先施工(2.3m²/人)大於SRC與RC結構同時施工(1.99m²/人)。最後發現，本案例的工率表現是有目共睹，而且真正能夠強制執行資源撫平的概念，因此在大環境越來越缺工之情況下，若建廠時程允許，以SRC結構優先施工不失為一種好的施工規劃。

SRC結構優先施工與相關工程介面之比較

上述章節討論本案例施工規劃及工率之分析後，究竟SRC結構優先施工對於相關平行工程介面是否有良好影響呢？本研究透過與外牆、機電等相關系統及無塵室這三個主要介面進行探討，針對水密、氣密和施工重疊等特性交叉比較，說明SRC結構優先施工與SRC及RC結構同步進行之差異，說明如下。

外牆

先施作SRC結構迴風區，可使1 line/23 line RC外牆及灌漿牆優先完成。複層金屬板外牆因此可提早進場施工，達到外牆施工人力資源撫平，並且使得外牆工項落於專案要徑外，同時提早達成氣密與水密之需求條件。以本案例與南科專案B相比較，其複層金屬板外牆進場時間大致提早10天，因此確實可以看到以SRC優先施工能夠啟動水密與氣密等相關工作。

機電等相關系統

由於SRC結構迴風區有大量機電/廢氣處理等系統管路工程量體，因此可優先移交該區域進行施工，減少與土建工程重疊施工以及土木作業引起之二次汙染，並增加廠務系統端施工工期，可有效縮短整體專案要徑，例如機電進氣風管、冰水立管與廢氣處理排氣風管等，能夠儘早開始啟動空調及排氣系統，而且對於分布在迴風區中的變電站亦能夠優先施工，避免送電時程延遲，故迴風道SRC結構優先施工對於新建廠整體環境控制應是有益無害，這部分與外牆相同，大致上能提早10天開始進行相關管路及變電站工程施作。

無塵室

SRC結構迴風區域為無塵室主要進出通道動線區域，因此優先完成迴風區，可提早開始土建工程與無塵室界面施工，例如金屬庫板牆、高低板整修、格柵區域清潔、中央走道整修、地坪量測整修等，並且更重要能夠將樓梯於第一時間完成，有利於無塵室移交完整、減少重疊二次施工機率以及環境潔淨度，以往專案因迴風區SRC結構皆是最後完成，上述提到之土建收尾工程雖然很微小，但卻耗費相當多的時間且不斷對無塵室施工潔淨度造成不良影響。

若以SRC結構優先施工及SRC與RC結構同步進行於無塵室施工角度分析，或許土建工程SRC與RC結構同步可以提前釋放出大面積工作區域予無塵室施工，但是卻會被土建相關收尾工程所影響；而SRC結構優先則是先進行相關收尾工程後再展開大面積無塵室工作。

表七將上述外牆、機電等相關系統及無塵室介面進行整合，列出由SRC結構優先施工及與RC結構同時施工在水密、氣密等各工程特性之差異。

建議與結論

廠房上部結構最適工序的規劃安排仍得視整體工期之考量，但是藉由本案例建廠之回顧、專案工率與工期以及相關工程介面分析，得到下列結果提供予未來新建廠房之建議。

施工限制管理

有限制才能得到有效管理，以覆工鈑強制管控施工面及人力資源安排，在本案例能夠看到很好的成效。

設定迴風道鋼筋分料條件使SRC結構現場狹小之環境腹地得到良好的工序控制安排。

分包規劃

SRC結構優先施工鋼筋及模板以發大包模式，維持工作面使工班流轉順暢。

SRC及RC結構全面施工以發小包模式，使人力資源提高且能分佈於各區域進行工作。

動線

建議以本案例內部動線及天車規劃，作為未來動線設計之規劃參考模型。

工率及工期

SRC結構優先行之工率於本案例之成效是有目共睹 表八，故在工期狀況允許下，能以此工序進行施工規劃。

SRC與RC結構同步展開部分由工期比較分析結果得知，若後續專案進度急迫，建議採取此方案進行施工規劃，但仍須推動SRC結構施作。

相關工程介面探討

• SRC結構優先施工可以看到在外牆部分能夠提早施工，進而達到氣密與水密之效果，甚至可以加強建築使用執照之時程管控。
• 無塵室及機電等相關系統之施工，在SRC結構優先施工下可以減少重疊施工並提升潔淨度以及減少二次汙染機率。

每個專案皆是獨一無二，因此所屬的環境條件以及遭遇的問題可能都是全新或者僅部分重覆，而SRC結構優先施工是一個原則性之施工規劃方向，本研究針對南科新建廠案例執行此施工工序進行許多方面探討分析，最後提出六點建議看法，並且讓大家看到SRC結構優先施工之重要性，期望協助未來建廠施工規劃決策，避免重覆問題發生，能有更多時間處理與面對更新的挑戰與困難。