採訪 / 許至雅(科學推展中心執行編輯).撰稿 / 鄭懋奇(科學推展中心特約編輯)
審訂 / 林子剛教授(國立陽明交通大學土木工程學系)
地震來臨前響起的國家級警報其實不是預測,是跟地震波的賽跑——在先抵達的 P 波與破壞力較強的 S 波之間,替人們爭取避難的黃金時間。但人能跑,跑不了的建築該怎麼辦?林子剛眼中的「現代土木」,涵納了制敵機先的技術;不同於過去建物被動抗震的做法,他鑽研結構健康診斷、智慧型結構與人工智慧,為冰冷的鋼筋混凝土注入感知、判斷和反應。土木不只是蓋好一座橋、一棟樓;在地震頻傳的臺灣,林子剛以研究成果撐住家園,守護半導體產業的精密機台,徹底翻轉大眾對土木的想像。
翻轉被動抗震,替結構裝上神經大腦
多數人對土木的印象仍停留於傳統,如林子剛所述:「很多人一聽到土木,不是以為在蓋房子,就是覺得我們在工地做土水。」事實上,在人工智慧技術的應用下,冰冷的土木工程也能宛如擁有生命。
他透過兩個步驟讓結構「活」起來。第一步先裝上神經與大腦,團隊在橋梁與關鍵建築布設先進感測器,結合生物啟發演算法與人工智慧做結構健康診斷,平時就能感知看不見的裂紋、提前預防;一旦地震來臨,幾秒內即時判斷受損程度。第二步,鍛鍊能應變的肌肉:與其採取被動防守,不如讓建築主動調控自身的勁度與阻尼,把震動能量消減掉。這些聽來高科技的成果不僅發表在國際專業期刊上,林子剛更把它們轉化進國家建築與橋梁設計規範的修訂,讓科研落地,成為守護大眾安全的一環。
智慧型隔減震,化解衝擊護核心
傳統的耐震、隔震技術,本質上就像幫結構穿上一雙厚底運動鞋,雖然能吸收衝擊,但每當地震來臨,建物仍處於被動挨打狀態;若遇到較罕見的地震頻率或強烈震動,保護力有限。為此,林子剛團隊研發出「智慧型隔減震平台」,該平台具精密感測器與智慧控制,能在幾毫秒內感測到外力,化被動為主動,在地震波傳來的瞬間,即時調控阻尼或反向施力,把震波能量化解於無形。
「概念就像是裝上高級跑車的主動懸吊系統。」林子剛比喻。即便地表劇烈搖晃,平台上方仍能維持平穩。對半導體精密機台、醫院手術室或重要伺服器來說,智慧型隔減震平台守住的不只是結構本身,還有大震過後仍能持續運轉的核心機能。
守護家園與產業,土木的跨領域應用
當外界好奇土木如何跨領域,林子剛用實際研究成果給出解答。「土木工程的價值遠比想像中寬廣,」他肯定地說,「土木工程能守護傳統建築,也是支撐現代高科技產業最底層的隱形支柱。」在他看來,新一代的土木工程師得跳脫傳統只關心「結構會不會倒」的侷限,學會用電機、製程與精密設備的語言做跨領域溝通。
對半導體晶圓廠、記憶體廠或跨國雲端資料中心等國內外一線科技大廠來說,地震來臨時零停機、設備不移位,是最關鍵的需求。先進製程機台對震動極度敏感,哪怕是幾微米、幾奈米的微震動,都可能影響產線良率。他補充,土木的結構抗震與智慧控制技術,能成為保護奈米機台的精密防護。
這份守護也回到最切身的防災。在臺灣,地震和颱風豪雨常重創交通、毀損道路與橋梁。過去防汛只看水位高,林子剛團隊整合水文模擬與結構受力分析,算出土石流與巨石衝擊下的真實破壞機率,趕在危險前預警封橋。而震後建築的受損情形,過去只能靠技師逐棟目視勘查,曠日費時;他們用物聯網感知結合人工智慧,推動城市級的即時建築安全網,目標是地震一停、幾秒內就能在地圖上標示出各區域可能受損等級。這套構想目前正攜手新竹市政府打造示範場域,盼讓台灣的防災從被動應變,升級為主動的精準決策。
培養工程師自覺,展望 AI 新突破
展望土木工程的未來,林子剛最期待人工智慧帶來兩個突破。一是讓工程結構擁有全生命週期的數位孿生。舉例來說,大型橋梁與關鍵建築從落成那天起,就有一個活的數位分身,平時能追蹤老化病徵,天災來時能即時自我診斷、避險。二是把工程知識深度內化,將臺灣累積數十年的耐震規範與工程經驗織進 AI 的底層邏輯,讓人工智慧成為工程師可靠的決策夥伴。
說到底,林子剛仍相信「科技始終來自於人性」。發展技術,期待冰冷的鋼筋混凝土具備自我防護的生命韌性,都是為了守護下一代,為社會大眾撐起一個安心的生活環境。這份信念,也延伸到他對學生的期許:AI 時代,更要重視屬於人的工程責任感。他希望學生在課堂上累積扎實的工程物理直覺與獨立判斷力,並養成時刻想著「怎麼解決工程實務問題」的自覺,才能真正掌握、善用科技,成為替工程安全把關的人。
研究教學是志業,保持耐心過瓶頸
2006 年是林子剛走向教職的轉捩點。當年家境不富裕的他全力準備,好不容易獲得國科會「菁英留學計畫」的博士後補助,得以前往史丹佛大學。在史丹佛後期,他嘗試申請美國教職,幸運通過了柏克萊、戴維斯與普林斯頓大學的第一輪篩選。這些來自國際頂尖學府的肯定像一劑強心針,讓他從此確定,做前沿研究、投身大學教職,是值得奮鬥一生的志業。
回顧研究之路,林子剛表示影響他最深的是博士班指導教授張國鎮。有件事他記了一輩子:第一次做出研究成果時,老師要他把資料整理一下,他欣喜若狂,隔天把厚厚一疊紙本草稿全抱進辦公室,卻被老師笑著提醒:「我是要你整理成電子檔。」張老師對初學者的包容,他至今難忘。如今他指導學生,也師法老師當年的方式,鼓勵自主探索,並透過教育部「學海築夢」等計畫送學生出國增廣見聞。而在史丹佛跟隨結構健康診斷大師 Anne Kiremidjian 的日子,則讓林子剛看見頂尖學者如何在高壓研究與生活間取得平衡。「人生不是只有工作」,他過去認為科研只能苦熬的思維就此被打破。
而今,如果能回到剛踏進系館那天,看著抱著原文書、一臉迷惘的自己,他最想說的是:「聽不懂很正常,不用害怕,保持耐心跟毅力就好。」不必一開始就看透所有事,也不必因為一時卡關而灰心;一次聽不懂,就聽五次、十次、N 次,願意反覆接觸、反覆思考,總有一天會豁然開朗。一座複雜的土木結構,也是從一片空白開始——只要願意走下去,時間終究會帶人跨過眼前的瓶頸。