土木工程與環境(下) | 環境資訊中心
生態工程

土木工程與環境(下)

動、植物也可以是土木工程的部份或全部

2009年02月27日
作者:洪如江(台灣大學土木系名譽教授、中國土木水利工程學會會士)

土木工程與地盤下陷區的交會

根據國科會防災國家型科技計畫辦公室及經濟部水利署的調查,台灣本島地盤下陷(與易淹水地區) 約1,150平方公里(宜蘭縣87,彰化縣140,雲林縣250,嘉義縣150,台南縣100,高雄縣110,屏東縣192平方公里)。造成地盤下陷的主要原因是養殖業者超抽地下水所造成,次要原因為大地的自然演化。在地盤下陷區從事土木工程建設,必須預估其沉陷的速率,妥為設計。

就實用觀點而言,地盤一旦下陷,採用任何方法治理(例如補注地下水),最多只能使下陷停止。在海域填土造陸,例如日本關西機場者,實際沉陷量,遠超過事先預估者。

圍城、親水河岸

台北市有三條河川(新店溪、基隆河、淡水河)環繞,是天賜美景。但是,卻到處在建防洪牆及高架橋(圖36、圖37),其惡果有:

  •  阻擋居民與觀光客親水活動的機會。 
  •  高而龐大的高架橋也對居民及行人造成壓迫感,構成「圍城效應」。
  • 土地價值大貶,鄰近只剩弱勢族群(的人與建築)。
  • 城市變得醜陋不堪,消滅外國觀光客再來觀光的意願。

這些防洪牆及高架橋,有點像古代的城牆,讓河川只像護城河。倫敦的泰晤士河(圖38)、巴黎的塞納河岸、維也納的多瑙河岸、布拉格的莫爾島河、與劍橋大學的康河(圖39),永遠是城市最美、最具有生命力、與最富有吸引力的地方。防洪未必只能用高牆,交通也未必只能用高架橋。

台灣本島的人口50% 以上已經集中到城鎮之中,80%以上已經集中到大台北地區、大台中地區、與大高雄地區之中,都市建設成為土木工程集中之處。因此,如何提供一個良好的生活與工作環境,如何在這種群聚之中創造價值與文化多樣性,是各行各業的大挑戰;但因土木工程與建築花費最多,土木工程師肩負非常大的責任。在這種觀點之下,土木工程師應該要有環境科學、環境工程與都市計劃的訓練。

圖36 新店溪溪岸防洪牆及高架橋,形成台北市的圍城結構(洪如江攝)

圖37 防洪牆與龐大的高架橋產生隔離感與壓迫感(基隆河岸) (洪如江攝)

圖38 倫敦泰晤士河畔的親水空間(洪如江攝)

 圖39 英國劍橋大學城之康河,親水性良好(洪如江攝)

動、植物在土木工程中的功能

台灣使用「蛇籠」作為重力式擋土牆或河道護岸,已近百年;當初所了解的主要優點為:就地取材(卵石或石塊)、透水性極佳、只使用極少量的人造材料(鐵線),不必從平地搬運許多材料上山。當生物多樣性受到全球普遍注意之後,蛇籠的多孔特性,提供野生動物藏身之地;蛇籠更加受到重用。

但蛇籠的缺點為,鐵線銹爛之後,籠中卵石可能趨於潰散。為了解決這種缺點,有請藤類植物幫忙。彰化海邊的磊石矮牆,種植藤類植物捆綁之(圖30)。大甲溪台電谷關訓練中心後山道路外側檔土工,採用由鐵線捆綁之方形石籠,也種植藤類植物(圖41),希望在鐵線銹爛之前由藤條替代鐵線的功能。

請動物幫忙的工程案例是福建泉州的「洛陽橋」。北宋泉州太守蔡襄建洛陽橋,拋花崗岩塊為橋基,為恐岩塊被海浪所沖散,令舟人採集大量帶殼生牡蠣,堆置橋基處,牡蠣迅速繁殖之後,橋基被牡蠣殼膠固起來,隨時間而增強。此一案例,早在數十年前即聽師長解說,也見零星文字介紹,但未見正式科學書刊深入探討。幾年前,在台灣東部大武港北側海邊的防坡塊表面,看到許多牡蠣殼牢牢地膠固在混凝土面上(圖42);因此,個人相信利用牡蠣殼把海濱岩塊或混凝土塊膠固起來,應該可行。此外,培養珊瑚,然後以珊瑚礁膠固岩塊或混凝土塊,也值得研究。

人類馴服動物,發展畜牧業;馴服米、麥、與玉米、等等,發展農業。土木工程師應該嘗試馴服更多動、植物,發展新一代的工程。近年興起的「生態工法」,應定位在:借動、植物之助,發展出有生命、隨時間而增強的土木工程結構物,同時達成生物多樣性的境界。

圖40 彰化海邊的磊石矮牆,以藤類植物網捆綁之越久越強(洪如江攝)

圖41 在鐵線腐爛之前,藤類植物接力保護方型石籠(谷訓中心後山道路)(洪如江攝)

圖42 牡蠣殼可以是更好的膠結材料(洪如江攝)

土木工程與人文社經環境

不同的文化,會建造出不同型態與內涵的土木工程與建築物。在型態方面,建築物的差異遠大於土木工程者,而不同宗教之間的差異最為強烈,參考洪如江(2006,「土木工程與人類文明」一文)。至於內涵方面,有的土木工程與建築在建造之時,心存千秋萬世之誠,會把工程建造得堅固、穩定、耐久、而且優美,例如;中國河北的趙州橋(安濟橋,605AD)、羅馬太伯河的Pons Fabricious(62BC)、羅馬的萬神(Pantheon,118AD)、美國紐約的布魯克林大橋(Brooklyn Bridge, 1883)與美國的金門大橋等等。其中,值得一提的是古羅馬帝國在法國南部所建的水道橋(Pont Du Gard, 19BC),至今已超過兩千年,讓我們還可以看到古羅馬帝國的土木工程技術、社會秩序、與紀律。另一個案是牛津大學的校舍,陳紀瀅先生(民64年) 在《華裔錦胄》一書 (地球出版社出版)中有一段話:

『至於一幢幢用石頭砌成的學院與寢室,真如銅牆鐵壁,龐然大物,大概再過一千年,也不會倒塌。
英國人對學校建築常存千秋萬世之想,……所謂「十年樹木,百年樹人。」在他們看來,極可能認為是一種近視的說法。』

相對於上述的案例,台灣的公共工程,大多不耐久;學校建築尤其單薄脆弱,難怪在921集集大地震之時,學校建築領先倒塌,其需要重建者達293 校之多(羅融,民93 年,台灣九二一重建校園,遠足文化事業公司出版)。所幸,得到教訓之後,重建校園工程,不只堅固,而且考慮到防災與當地族人的文化特色。

重大土木工程建設,通常是國家的重大經濟建設的一環,也常被政治人物拿出來作為號召。有不少開發中國家或轉型中國家,常發生過度投資於公共工程而有閒置的情形;台灣在近年來,建了不少的所謂「蚊子館」,並非重視生物多樣性,而是為了燒錢。

土木工程與國防及天然災害

英法海峽隧道,創意、調查、與試挖,超過百年;法國非常積極,英國軍方常以國防(害怕歐洲人,尤其是法國人,經隧道入侵英國)為理由加以阻擋。中國古代秦始皇則以國防為理由而建萬里長城。金門的地下坑道,曾經是極為重要的國防工程。目前,地下機、艦、飛彈基地,作戰指揮中心,地下彈藥庫,機場,軍港,仍然有土木工程師貢獻的機會。

台灣,深受天然災害之威脅,而過度不當的開發,更加深災害的嚴重性,形成台灣一種混合天災與人禍的特殊環境。

我們的未來,我們的選擇

最後,想借用歐盟「EU Environment 2010 : Our Future, Our Choice」的標題,提出幾對具有強烈對比的工程照片(圖043X、043Y;044X、044Y;045X、045Y),供大家選擇。選擇圖號帶X 者的工程?還是選擇圖號帶Y者的工程?不同的選擇,可能會有不同的未來。

圖43X 台北市磺溪下游段的所謂三面光工程(洪如江攝)   圖43Y 照門村以生態工法所保護之小溪,為該村帶來商機(洪如江攝)

圖44X 台北市貴子坑溪下游段的現況(洪如江攝)   圖44Y 雙溪鄉后番子坑溪經生態工法整治後的狀況(洪如江攝)

圖45X 混凝土步道,切割小型野生動物(小虫) 棲地(洪如江攝)    圖45Y 生態步道,維持大片野生動物棲地的完整(洪如江攝)

土木工程是四度空間加人文關懷的產業

土木工程受到環境的影響,土木工程也影響環境。增進對環境的了解,不只是為了工程的安全,也是為了減少工程對環境的傷害。

土木工程應該是一種四度空間加上人文關懷的產業。堅固、穩定、耐久而且優美的工程與校舍,提供使用者安全感,提供當時使用者以及後代美好的歷史記憶與空間記憶,不應為工程建設而消除歷史記憶或空間記憶。

從事工程建設,不應將野生動物趕盡殺絕,應該有眾生平等的仁愛之心。更進一步的積極想法是動、植物也可以是一個土木工程的部分或全部。借動、植物之助,發展出有生命、隨時間而增強的土木工程結構物,同時達成生物多樣性的境界,應該是新一代土木工程所追求的理想。

台灣本島,山地佔總面積的74%,其中的森林,其涵蓄水分的能力,足以構成可以永續利用的天然水庫;但因濫墾、濫伐、濫種淺根性作物、濫建、與濫開道路,其保水保土的功能正在消減之中。增進對地形、斷層及地震的了解,可增進工程的安全。

台灣,由於人口、人才、財富、與建設,迅速向都市集中;反應不及,產生圍城效應,切割效應,熱島效應,空氣污染,住宅的高牆文化及鐵窗文化,與醜陋。這些問題,有些不是土木工程師所能為力,但土木工程師可以參與的面向還是不少。

土木工程師應該要有環境科學、環境工程與都市計劃的訓練。沒有在學校之中學到的,多的是「終身學習」與「自我教育」的機會。沒讀過虞老師兆中(1997)的《工程環境面面觀》與中國土木水利工程學會(2005)的《土木與環境》這兩本書的土木工程師,筆者強烈建議補讀。

※ 本文轉載自永續公共工程網站

參考文獻:

1. 中國土木水利工程學會,土木與環境,中國土木水利工程學會出版(2005)。

2. 林啟文、張徽正、盧詩丁、石同生、黃文正,臺灣活動斷層概論,第二版:五十萬分之一臺灣活動斷層分布說明書,經濟部中央地質調查所特刊第十三號(2000)。

3. 洪如江、黃書禮、王鑫、邱文彥、鄭先佑、林曜松、趙榮台、郭清江、陳正平、王國英、歐陽嶠暉、施信民,生態環保,施正鋒主編,財團法人國家展望文教基金會、台灣心會出版(2004)。

4. 洪如江,「在全球化的趨勢下,生態環保所面臨的挑戰與對策」,全球化與台灣國家發展— 施正鋒主編,財團法人國家展望文教基金會、台灣心會出版:第四章,生態環保小組綜合報告,第113至159 頁(2004)。

5. 洪如江,「土木工程與人類文明」,土木水利,第33 卷第1 期,第15