國產建材實業、潤泰聯手,完成北榮重粒子癌醫中心3大挑戰,爭取美國ACI建築大獎



斥資42億元興建的台北榮總重粒子癌症治療中心,為全台第一座重粒子治癌中心,主體結構由國產建材實業獨家供應,並由潤泰營造興建,為了防止輻射採用國產建材巨積混凝土的「冰鎮」工法,外牆飾板則以潤泰的「樹影預鑄工法」營造療癒感,在嚴謹效率的職人精神下,以15個月完成不可能的任務,卓越工程表現不僅榮獲「2020混凝土工程特優獎」,國產建材與潤泰集團還打算強強聯手,爭取美國ACI優良工程獎。

 

台北榮總重粒子癌症治療中心集眾專家之力興建完成,左起國產建材研發代表楊宗叡、北榮腫瘤醫學部技師劉晉昇、唐獎教育基金會執行長陳振川、台灣混凝土學會理事長詹穎雯、潤泰精材研發部副總鄭瑞濱。

 

全新落成的北榮重粒子癌症治療中心,規劃地下1層、地上4層,基地面積3,152平方公尺(約952坪),總樓地板面積為12,537平方公尺(約3,792坪),使用的重粒子治癌技術,主要採碳離子療法,利用同步加速器將粒子加速至光速70%,可針對癌症病灶精準照射,臨床研究顯示,重粒子治療的癌細胞殺傷力,是質子的3倍,被醫療界視為「癌症新剋星」,也因為重粒子的特殊性,使得建築工程面臨許多挑戰。

 

北榮重 粒子癌症治療中心不只是先進醫療殿堂,也是一棟療癒美建築。

 

 

挑戰1:巨積混凝土冰鎮工 法防熱杜裂 

 

首先因為重粒子設備的屏蔽需求,輻射防護區設計了厚度達6.5m的屏蔽牆,特別採用國產建材實業4,000磅的巨積混凝土來防輻射,然而由於建築體積巨大,容易產生「水化熱」現象,導致建築體如「發糕」般開裂,影響結構安全。尤其台灣有一年四季,夏天溫度更容易飆升,為了應付不同的天氣溫度,從混凝土的骨材與原料就必須管控,潤泰水泥冬山廠特別空出一個倉庫,專門提供國產調配巨積混凝土使用,每周供應水泥量約上百噸。

 

國產方面則研發調製最佳配比,首度使用「冰鎮」工法,在汐止廠架設冰庫,動工前還進行混凝土冰鎮與實體模型試驗,完全模擬施工實際狀況,並邀請第三方公正單位「台灣營建研究院」監測,以確保施工品質。國產建材研發中心副總楊志強表示,作法是在配比中加入5mm厚度冰,將初始溫度控制在攝氏25度以下,讓屏蔽牆澆築的巨積混凝土溫度控制在心溫小於攝氏70度,心表溫差小於攝氏20度,透過掌握時效與環環相扣的一次化施工,及縝密的溫度監控,達到絕對的防熱杜裂。

 

國產建材研發中心副理楊宗叡補充,使用冰鎮是經過嚴密計算,因為北榮的巨積混凝土必須兼顧高流動需求,坍流度達到50±10cm,且3~15秒須達到規定的坍流度,無論是事先的數值模擬或是實際溫度量測,發現都必須使用冰鎮把初始溫度往下降,而且根據過往的配比經驗,設計強度4,000磅看似不高,卻已是巨積混凝土的上限,強度若是超過,熱溫升會更難以控制。

 

國產建材巨積混凝土採用冰鎮工法,來控制水化熱現象。

 

 

動工前進行實體模型灌漿作業,模擬實際施工情形。

 

 

挑戰2:外牆預鑄工法,講求顏 色均勻

 

北榮重粒子癌症治療中心的另一大特色,就是外牆使用了潤泰的裝飾混凝土技術,以預鑄工藝打造的外飾牆板,經過混凝土配比收縮量的調控、橡膠模的成型,配合周遭環境呈現樹影、劈裂紋與清水面的樣貌,讓整體建築外觀呈現「沉靜」的效果,撫慰病患的心靈。

 

潤泰表示,外牆飾板總面積約4,403平方米,共使用489片,花三個月時間完成,預鑄飾板的最大挑戰,在於顏色必須均勻,因此從骨材、水泥、砂漿等原物料進行管理,一共需要4、5個料倉,單一料倉在進貨前都要清空,使用來源固定的原料,拌合時的攪拌才會均勻,事前光是試配比就花了不少時間,才能展現完美的預鑄工藝。 

 

樹影預鑄工法,讓建築外觀呈現沉靜效果,撫慰病患的心靈。

 

正面採用劈裂紋飾板,預鑄工法最大挑戰在於顏色必須均勻。

 

建築背面採用清水面飾板。

 

 

挑戰3:克服施工難度,力拚15個月完工

 

除了混凝土配比上的挑戰,施工過程也有不少難題,需要逐一克服解決。潤泰表示,北榮一共使用了17,901立方米的巨積混凝土,主要使用在屏蔽牆與樑柱,來避免輻射外洩,由於巨積混凝土在施工時,還是會有熱漲冷縮的問題,因此屏蔽牆每隔7m,就要以角鋼設置避免裂縫。為了降低巨積混凝土的熱溫升效應,以分層逐塊方式澆築,如B1有5個升層、1樓有3個升層、2樓有2個升層,就以棋盤、跳島式的分塊澆築來進行,而澆築前也預先做了逐層水化熱的計算,才能確保最佳的施工品質。

 

另外由於潤泰集團總裁尹衍樑先生多次表示,醫療工程救人如救火,如果能早一天完工,就能及早多救一個人,秉持著這樣的信念,工程同仁都全力以赴。以地下層的大量巨積混凝土結構來說,7天澆築一次,共澆築107次,就需要749天,工期已經壓縮到極限,面對極短的工期,可以搶時間的工程只有樓上層結構,潤泰集團採用鋼構與預鑄外牆工法的解決方案,尤其是預鑄外牆工法,在地下層施作巨積混凝土時,預鑄工廠已經著手進行預鑄飾板的生產,這種同步作業的手法,大幅縮短了施工的時間,終於在15個月完工,對照日本大阪重粒子治療中心,整體工期約26個月完工,北榮工程的超高效率,可說是不可能的任務。

 

放置重粒 子放射治療系統的輻射防護區,屏蔽牆與樑柱大量使用國產巨積混凝土。

 

 

卓越工程表現,建築專家為之驚豔

 

在唐獎教育基金會執行長陳振川眼裡,因應四季不同溫度,巨積混凝土的作業程序與溫控很重要,尤其還要兼顧高流動性,達到屏蔽牆的防熱杜裂,相當不容易,還有因應重粒子精密設備,建築水平線必須精準,模板與支撐間的接合,都是施工上的重要考驗。

 

台大土木系詹穎雯教授、同時也是台灣混凝土學會理事長,他表示國產建材實業過去有台北醫學大學質子中心、台大癌醫中心、高雄長庚醫院質子中心的巨積混凝土供應經驗,這次北榮重粒子治癌中心是更高層次的挑戰,尤其冰鎮過程中,要考量加多少、多厚的冰,才能在運送到工地的期間恰好融解,都需要經過精密計算、實際試驗,還有潤泰在施工過程中,6.5m厚的屏蔽牆必須分塊澆築,都需要縝密的考量,這些工程上的卓越亮點,讓台灣混凝土學會為之驚豔,特別頒發「2020混凝土工程特優獎」予以肯定,也樂意推薦北榮爭取美國ACI優良工程獎,「這是值得推薦的個案,相信工程界會以這個創新建築為榮。」

 

台灣混 凝土學會理事長詹穎雯認為,北榮重粒子治癌中心有許多卓越亮點值得工程界參考。

 

 

 

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