台積電辦公大樓導入智慧化設計

前言

台灣自1989年引進「智慧建築」之觀念，以「人性化空間」目的為考量，利用臺灣資通訊產業優勢，透過建築與資通訊的整合，發展出優質的建築技術，以達到安全、健康、便利、舒適、節能，營造人性化的生活空間為目標，並且於2003年制定『智慧建築標章解說與評估手冊』，隔年開始受理智慧建築標章之申請，截至104年6月已有110件候選與標章案件申請通過，其中台積電竹科十二廠第四期辦公大樓為台灣第一棟取得智慧建築與綠建築雙鑽石級認證的建築物，為台積電發展智慧建築的里程碑，隨後的中科十五廠、南科十四廠第三期辦公大樓皆取得智慧綠建築雙鑽石級的榮耀。

台積電在執行智慧建築專案以來，一直不斷地思考如何才是符合台積電適用的智慧建築，怎樣的智慧化策略適合台積電的辦公大樓的使用習慣，並且在現行台積電綠建築的基礎之下，發展出台積電的智慧綠建築設計準則。

文獻回顧

何謂「智慧建築」，依照美國智慧建築學會（AIBI，American Intelligent Building Institute）的定義，「智慧建築」係指透過結構、系統、服務、管理等四個基本要素及其間相互關係優化設計提供一個具備高效及成本經濟效益的建築空間環境。

歐洲智慧建築聯盟（Intelligent Building Group，IBG）智慧建築定義係指創造一種可以使用戶發揮最高效率的建築，同時達到最低維護成本、有效地管理自身資源，提供快速反應、高效率和環境的支持力，使用戶能達到實現其業務的目的。

日本智慧建築的定義即是高機能大樓，是方便有效地利用現代資訊與通信設備，採用樓宇自動化技術，使其具有高度綜合管理功能。並以追求經濟性、機能性、可靠性與安全性為目的之的建築物。

中國智慧建築的定義係指利用整合方法，將智慧型電腦技術、通訊技術與建築結合，透過對設備的自動監控、對信息資源的管理和對使用者的信息服務及其與建築的優化組合，所獲得適合資通訊社會需要並且具有安全、高效、舒適、便利和靈活特點的建築物。

台灣智慧建築的定義以建築物及其建築自動化系統（BAS），配合建築空間與建築體元件，從人體工學、物理環境、作業方式及管理手段的角度整合，將建築物內之電氣、電信、給排水、空調、防災、防盜及輸送等設備系統與空間使用之運轉、維護管理予以自動化，使建築物功能與品質提昇，以達到建築之安全、健康、節能、便利與舒適等目的。其基本之構成要素需包括：建築自動化系統裝置、建築使用空間、建築運轉管理制度^[1]。

內政部建築研究所於2003年推動智慧建築標章，將其標章分為綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、健康舒適、貼心便利與節能管理等八大指標，並依其指標歸納出智慧建築在每一項指標中所需的要素與特性。

由上述各國對於智慧建築的定義可歸納出，智慧建築所闡述的是具高效率、安全性、舒適便利、環境友善的建築物；智慧建築利用ICT軟硬體設備為建築物裝上了大腦、四肢與感官，雖然智慧建築物比起傳統建築物增加了智慧化系統與設備，但卻能藉由系統的配合反而達到節能的成效。

Jim Sinopoli於2007年分析智慧建築如何讓建築變綠，並且利用美國綠建築標章LEED的評分項目作為比較依據，綠建築主要著重於資源的使用效益、建築生命週期、建築物的性能、室內空氣品質等主動措施，而智慧建築主要強調智能系統應用於建築工程、營運、使用者功能等被動措施，但在部分節能應用與室內環境控制方面，綠建築亦需要智能系統達成其指標要求，所以一個智慧建築應不單單只是智能的建築物更是綠的建築， 圖一為智慧建築與綠建築的比較圖。

計畫方法

藉由國內台灣智慧建築標章與美國智慧建築學會智慧建築評分標準計算台積電F12P4、F15P1、F14P3三個辦公大樓的得分結果，並試圖找出目前台積電智慧建築所欠缺的項目。

台灣智慧建築評分標準為四項基礎指標與四項功能指標，其八大指標依所達到的智慧化程度進行配分，並依照其分數分為未達智慧化、一般智慧化、優質智慧化、卓越智慧化四種等級，再依照建築物達到各指標智慧化等級數量總和，分為合格級、銅級、銀級、黃金級、鑽石級智慧建築，其中鑽石級智慧建築為八項指標均達到卓越智慧化等級，其各指標的評估項目如 表一所述^[3]。

表二為依照台灣智慧建築標章的各指標項目智慧化程度統計的評分結果，圖二、圖三、圖四則為其各廠相對應的雷達圖。

美國智慧建築學會，依照建築的環境、反應能力、功能、經濟、舒適性五個面向探討使用者與建築物管理者的關係、建築物服務團隊的專業性、使用者的易用性等，每個面向依照其智慧化程度分為1~5等級，共分為差、普通、很好、優良、卓越五個等級的智慧建築，其各面向的評估項目如 表三所述， 表四為採用其評分系統針對台積電辦公大樓的自評結果，圖五、圖六、圖七為其各廠相對應的雷達圖^[4]。

由上述國內外兩種評分系統結果可以看出，目前台積電辦公大樓在節能管理、建築環境、設施管理方面都得到較高的分數，但在安全防災、系統整合、健康舒適、經濟方面分數較低；然而台積電辦公大樓主要為提供廠房生廠、研發、後勤人員使用，更好的工作環境、較低的運轉成本、危難發生時的可靠度等都有助於公司取得更好的獲利能力與危難時的損失降低。

結果與分析

經由國內外的智慧建築評分結果，歸納出下列符合台積電需求的智慧建築規範與設計準則與執行策略，並將其歸納為建築環境、經濟方面、安全防災三個面向進行說明：

建築環境

良好的建築環境指建立良好的工作環境，提高員工的生產效率，包括智慧照明控制、良好室內空氣品質、水資源應用三者，代表辦公大樓的光、空氣、水環境，智慧化的系統與網路環境代表著辦公大樓的大腦與血管，網網相連的控制器與感測器物聯網(Internet of Things)則代表著辦公大樓的四肢與感官，這三者的構成才代表著智慧的建築環境。

辦公室的自然環境藉由不同區域各自的照明控制，如數位可定址調光照明 DALI (Digital Addressable Lighting Interface)與區域迴路的照明控制(Relays Control)等，配合照度感應器、時序控制器、人員感知器等針對不同區域進行照明服務，提供適當區域、正確時間的照明需求；採用CO₂連動外氣的供應、CO連動停車場通風、室內環境溫度與溼度控制、氣流氣壓控制等，提供公共區域各種不同的空調需求與空氣品質，並依照美國冷凍空調協會ASHRAE(American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers)所制定的通風規範(Standard 62-89)為基準^[5]，並依循台灣室內空氣品質管理法的規範進行空調通風設計^[6]，水資源應用辦公室與工廠的冷凝回收水等中水進行景觀澆灌、生態河道用水、馬桶沖廁等，減少自來水的需求量，並藉由水處理系統，降低放流水氨氮、酸鹼等，提供更好的放流水水質，降低環境的汙染。

辦公大樓的網路環境，採用光纖作為垂直的骨幹，並採用支援具1Ggbps以上傳輸效率的水平傳輸佈線方式，結合網路、電話、CCTV等進行綜合佈線，員工電腦使用Thin Client設計，將電腦後台伺服器主機設置具有可同時維修性（Concurrent Maintenance）的Tier III以上等級機房，使用支援10Ggbps以上傳輸效率的資料中心，進行各廠間區異地備援，以確保資料與系統的穩定與彈性與無死角的網路環境。 圖八為台積電辦公大樓網路架構圖。

大樓智慧化系統，採用分散式控制集中式管理，強調各控制系統間的互相連動與系統整合與能源管理分析，讓建築的健康狀態、設施設備運轉與維護的狀態能夠一目了然；隨著科技進步，廠務空調、給排水、電力監控的感測器與數位電表將朝向以無線傳輸的方式，整合辦公室網路系統與辦公室自動控制系統連接，體現物聯網IOT的便利性。

經濟方面

智慧建築應該是既聰明且環保的建築物，以較低的營運成本，維持相同的舒適度與功能性，為達到此目標須採用主動式與被動式節能手法達到低耗能甚至零耗能的建築物。

採用高效率的設備，如能源效率達IE3以上等級的轉動設備、節能燈具、節水設備、風力或太陽能發電系統、電動車充電站、熱泵熱水系統等主動式節能設備，利用電力監控、感測器、驅動器，進行能源設備管理與外在環境感測的調控，如智慧外牆降低大樓的空調、晝光利用降低照明耗能、人員感知減少空調與照明能源浪費等方式降低辦公大樓的運轉成本，並持續改善智慧化設備與應用方式，讓節能效益不斷精進，最後再利用設施設備定期保養與長期修繕規劃，維持設備運轉效能，提供穩定可靠且低耗能的辦公大樓環境。

安全防災

建築物生命週期中必然會受到各種天災或人為的蓄意入侵或破壞，採用各種自動化系統達到事先防範或防止各種災害的擴大與危難時人員的避難引導，以確保使用者的生命與財產安全。^[3]

消防系統採用定址式偵測器，精準掌握災害的發生位置，配合公共廣播系統，導引人員往正確的逃生方向避難，避免員工往災害方向逃生，並且整合電梯、門禁、監視、照明控制、電視牆廣播系統、簡訊系統，當災難發生時提供中文、英文、日文的緊急廣播指引災害位置與逃生方向，再以簡訊與電視牆廣播畫面顯示災害資訊通知員工與緊急應變人員，同步開啟逃生動線照明、即時顯示災害區與逃生動線監視畫面，讓緊急應變中心(ERC)與建築物設施管理人員能即時掌握災害狀況，並進行應變。

台灣屬亞熱帶國家與環太平洋火環帶，山高地挾降雨強度高、地震頻率高，容易發生淹水與土石流的災害，台灣平均一年受到四次的颱風侵襲與約1000次有感地震^[7]，可見災害發生的機率很高，所以設置地震偵測與預警系統，藉由台灣各地測站的地震測值，計算到達台積電廠區的震度，事前進行設備的安全停機，降低生命財產的損失；隨著強降雨的發生頻率增加，對於淹水的防範方式從既有的人工觀測方式，改採用淹水偵測連動自動防水閘門關閉，減少淹水的危害。

結論

台積電的智慧建築相關策略其實已於近年來陸續包含在機電工程採購規範中，其中三個主要的智慧建築策略：建築環境、經濟方面、安全防災更是已部分落實在廠區中，但現階段仍有許多系統整合、智慧化設備應用礙於PIP規範與管理單位不同，無法全面採用，但隨著科技不斷的進步，各種ICT的設備與物聯網技術普遍體現於建築應用中，使智慧建材逐漸變成標準化設計，所以相關智慧建築設計亦須評估智能產品的引進與建置成本、回收年限、使用效益、穩定性等並讓其智慧建材標準化以符合公司PIP政策，讓其能確實應用於台積電辦公大樓中，讓新一代的台積電辦公大樓設計建立在建築環境、經濟方面、安全防災三個面向外，再增加創新應用等四個主要的課題作為設計的基準，讓智慧建築不單單只是增加系統或設備，而是讓建築更加節能與環保，並提供員工更舒適與健康的工作環境、提高員工的生產效率、增強危難時的應變能力，讓公司取得更好的獲利能力並降低災害發生時的損失。