中科擴建廠區山坡地地形外管線整合

前言

一個晶圓廠的廠務系統運作必須仰賴許多的系統供應及排放，新建廠施做流程第一個面對的銜接系統就是從基地外部引進的公共事業，包含161kV特高壓、電信、自來水、汙水、瓦斯、氮氣，統稱為外管線。在台積的專案通常會將外管線選擇地下化的形式並規劃在綠帶或道路下方，主要原因為管路地下化不會影響工廠正式生產時車流、物流的動線運轉效率，也可以讓建築設計保有整齊的立面以彰顯簡潔的建築形象，以此為前提則外管線行走在基地內不適宜架高，地下化的形式較能符合需求。以下將介紹實務上外管線地下化施做類型及適用性，再以中科擴建廠區來說明外管線如何克服限制，在規定的時間內完成外管線肩負的重要任務，安全的將供應整個廠區的水、電、氣、汙水送到所需要的位置。

外管線地下化施作類型及適用性

外管線設計首先需盤點各系統管線需求並整合於同一路徑，讓開挖區域集中以減低對工區運補動線的影響，施作上會有兩種類型處理，分為管路直接埋設及共同管道。其適用性比較如 表1。

管路直接埋設

外管線直接埋設多用於平整或是緩坡的基地，當基地土方整地到計畫高程後，接著由外管線承商開挖到埋設深度並接著進行相關配管作業，接續的工序為：底層PC→管路安裝→回填砂或劣質混凝土→回填劣質混凝土→警示帶 圖1。另外施工時需注意土方開挖時若垂直深度超過1.5m須設置擋土支撐及指定開挖作業主管全程監督(營造安全衛生設施標準第66條規定)。

圖1、直接埋設實例（基地東側給排水管群）

共同管道

共同管道多用於整合同路徑上不同屬性的管線，並提供管線安全的空間，最常在廠區出現的共同管道為BSGS棟與CUP棟連結時在地下以水平式共同管溝呈現 圖2。土建承商須先完成結構體後確實移交管路承商，接續的工序為：共同管架安裝→管路安裝。

圖2、共同管道實例（BSGS 管溝）

中科擴建廠區地形的限制條件

針對中科擴建廠區基地，以外管線設計及施作的角度，歸納了基地環境、山坡地坡度、與公共工程同時開發三項限制並簡述所帶來的困難及風險，再以實際案例說明如何應變並克服限制。 

基地環境

中科擴建廠區基地約略為梯形，基地面積32.8公頃包含三期廠房，東西向約585m、南北向約670m 圖3，東面及北面約二分之一基地外緣面臨道路，西面及南面臨接較大高程差的綠帶及水保明溝，面臨道路的範圍減少也增加與公用設施銜接的難度，公用設施只能由臨馬路的東面或北面引入埋設於廠區道路下，外管線各系統的終點CUP及BSGS的因各廠的方向不同而坐落在基地的南面及西北面，只能由單向引入使得外管線路徑變長再加上基地高差需要克服，代表著基地內外管線的長度將大幅度的增加。

圖3、中科擴建廠區基地環境

受到基地環境限制影響的系統以共同放流井為例 圖4，環評承諾中科擴建廠區只允許單一位置汙水放流，必須將3個廠的汙水放流井設置同一處以便於對排放量及納管管控數值做監測。放流井位置考量3個廠排放距離必須折衷，選擇基地北面辦公棟與P6之間，此位置對於各廠排放所埋設的管路是最短距離，統計一期、二期廠房往放流井約各鋪設200m，往辦公棟約鋪設30m，距離放流井最遠的三期廠房預計鋪設500m。共同放流井位置若選擇另一可行方案改至基地東側則各廠外管線鋪設長度約再增加一倍，不僅增加施工費用，將更增添外管線施作的難度及時間。

圖4、中科擴建廠區共同放流井

基地地形

中科擴建廠區所在地位於台中市大肚山台地，為一由西向東傾斜的山坡地形，基地總高差約60m，基地斜率約10% 圖5，先天的坡度讓這塊基地的施工變得更具挑戰性。在3個廠的基地規劃完成後，可細分成兩個較大的基地高差，分別為一期東側新科路約海拔高度184m到二期、三期廠內道路212m再到基地西側BSGS棟230m，總計一期基地高差28m，二期、三期基地高差18m 圖6，兩次的基地高差對於相互連結的管線是很大的挑戰，外管線過去常用的直接埋設或水平式共同管道已無法應付，必須搭配豎井式的共同管道才能克服基地高差讓管路順利爬升， 

圖5、中科擴建廠區地形及高度示意

圖6、中科擴建廠區基地高差及共同管道爬升高度

中科擴建廠區遇到的第一個高差挑戰就是要將留設在新科路上的公共系統接續供應到一期的CUP棟，此處位於基地東側新科路旁，為了要解決水平距離46.9m內管路需爬升約28m的難題，此處運用豎井式共同管道 圖7，將161kV電力、電信、氮氣、自來水等可並存與管道內的系統一起收容，大大減輕各外管線爬升的負擔。豎井式共同管道提供相對安全的管路環境，對日後擴充及維修也較便利，但代價是增加了土建工期，總高約30m的豎井分3個階段施作，耗時6個月，在決定使用豎井爬升時，土建所需要的工期會是工程要徑，必須妥善規劃才不至於影響外管線整體進度。 

圖7、一期垂直豎井

外管線第二個高差挑戰出現在二期廠房東北側豎井及車道版結構，因161kV電力需往二期廠房CUP前進以及中央放流井於基地北側排放，外管線於此處設計豎井將電力及水系統管線整合至一處並克服一期與二期共18m的高差 圖8，也因應日後供應三期廠房的需求必須在此階段一併完成，在二期豎井也設置供應至三期的自來水及汙水管線，再納入一期廠房往中央放流井的汙水管路，二期豎井共收容了30支中科擴建廠區的給排水主管路，若無此豎井設計，所有往中央放流井的管路需經由地下埋設之方式施工，埋設大量管路不只曠日費時也會影響相同位置上方車道之結構體工程進度，先完成車道版結構再讓通往中央放流井的30支管路以共同管架安裝在車道版下方 圖9，同時間車道版上方可讓其他工種重疊作業，達到縮短工期的目的。

圖8、二期垂直豎井

圖9、二期車道版下方汙水管路及自來水管配置

因此，面對山坡地地形規劃，外管線必須考量豎井位置，在新建工程執行中更需密切注意土建移交時程，環廠電力及給排水供應才可順利無虞。

與公共工程一同開發

中科擴建廠區為一塊全新的基地，其四周環境與廠房相關公共設施皆未完備，所面對的情境是必須與公共工程同一時期開發，而公共工程開發的位置與中科擴建廠區基地相鄰，勢必會有許多介面與衝突需解決，例如基地東側新科路屬公共工程範圍，因新科路及路側排水溝未依計畫時間完成，則基地東側鄰近新科路無法展開邊坡整地及回填，進而影響邊坡上方動線的規劃及動線下方外管線的埋設時程。在此環境及條件下，仍須將外管線依其既定時間完成，在這艱難的狀況下時程屢屢因公共工程延誤而壓縮，是此專案所面臨到的難題。

在初期設計時，公共工程所規劃之汙水、自來水管，皆與廠區臨時排放及試車用水環環相扣，管線路徑會依照公共工程可完工日期做合適的規劃，但實際執行所碰到的問題是在公共工程無法依約定時間滿足公司建廠需求，此時將必須有替代方案。

因公共工程無法依約提供導致變更設計，受影響的為一期工程，原訂一期用水需求時間為2016/03/ 01，公共工程自來水配水池完工時間為同年5/31，對送水時間會造成3個月的缺口，與科管局溝通後同意於科園一路既有自來水管線增設400A接水點供台積電使用，再由台積電增設管線進一期廠房即可滿足03/01前供水的需求。同時間也收到訊息提供給中科擴建廠區，廠區的汙水納管工程無法按照原定的2016/03月完成，完成時間須延後3個月，在以不變更整體進度為前提下與科管局溝通於科園一路新增一臨時放流井供一期廠房使用。總和以上兩項影響因素，於科園一路端變更設計共新增4支給排水管線以架高方式跨越山溝送達一期廠房，方可完成初步廠務系統試車及臨時試車廢水排放需求 圖10、圖11，也完成了中科擴建基地外管線唯一的架高施作實例。

圖10、一期廠房新增臨時給排水管線

圖11、一期廠房新增臨時給排水管線施作中照片

結論

在新建廠專案中，中科擴建廠區與其他專案比較有其特殊性，其所面對挑戰： 

• 地形的高差變化；
• 基地環境限制公共系統單一引入點造成外管線路徑增加；
• 公共工程比鄰而居的同時開發；
• 壓縮的工期；
• 外管線數量多且集中同一路徑，在施工期間、開挖面積大影響動線的風險。

而管線施作時也必須考量天氣的因素，讓其施工工期充滿不確定性，與其他專案所比較，上述五項因素從外管線設計階段套圖整合就須配合公共工程之時程方可讓施工順利，當施工開始時，也必須配合工期及各區回填時間後再行開挖，後續建廠或許可將管路埋設及回填時程做一完整配合，或將管路盡量配置於綠帶區，讓工期縮短以減少動線影響，可降低施工難度及工程衝突。