飛向未來的建築:從台積電18廠,看台灣科技聚落的挑戰與創新

飛向未來的建築:從台積電18廠,看台灣科技聚落的挑戰與創新
台積電18廠,先進製程科技聚落,從基地在地的人文軌跡,尋求與環境共生的設計理念。圖片來源:JJP提供
2023-09-07
文、圖・JJP
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2023年暢銷書《晶片戰爭》從歷史洪流、全球地域、市場挑戰、創意發明等不同的角度,宏觀的描述這場改變人類近代科技生活的革命;從真空管、電晶體到半導體,自由市場的產品競爭中,歷經美蘇冷戰至中國崛起,成就了這一場無遠弗屆的商業大戰,化為無形的狼煙,席捲全球。

晶片戰爭》終章以「台灣的兩難」為標題,點出了台灣在這場戰役中的關鍵角色與矛盾立場:當台灣的晶片生產基地具有無可取代的國際地位時,我們是如何看待自己?

這真是個大哉問,隨著自我角色的認知不同,每個人的答案也不盡相同。對於JJP而言,以建築師的身份於1981年創立,伴隨著台灣知名業者建立科技聚落,見證了這一段篳路藍縷、從無到有的發展歷程。回歸建築師的專業角度,摒棄《晶片戰爭》終章的兩難立場,我們或許可以從在地的經驗中,為你我立足的這塊土地提出客觀的看法。

對建築師而言,台灣科技聚落的最大挑戰,是在極度壓縮的時限內,完成設計任務之餘,同時植入創新的空間理念。而效率與創新,在本質上擁有截然不同的時間管控,效率求快,創新需要時空的醞釀,何況建廠對環境所帶來的衝擊極大,考量與拿捏的面向更為繁複。

幸而過程中接觸到許多理念相符的業主,持續獲得委託,進而成為夥伴;身為建築師的我們才有機會秉持著永續發展的人本精神,為使用者規劃出人文科技的願景空間,引進不斷提升的營建技術,共同見證台灣高科技產業的進化年代。

以下即以先進製程的晶圓科技聚落,台積電18廠為例,從基地歷史、規劃理念、設計發想等方面分享一二,零光片羽雖不足以描繪全貌,卻可以成為與環境共生的具體參考。

克服震動效應,築基於文化歷史

台積電18廠位於南部科學園區,基地面積約100公頃,為先進製程生產基地,建築群多達八座廠,超過20棟建築物,堪稱全世界規模最大的晶圓聚落。然而基地上卻存在全球其他科技園區罕見的狀況,說明了台灣雖然是地狹人稠、資源有限且地震頻繁的太平洋小島,在先天條件不佳的清況之下,卻成為「天選之地」,塑造了世界上最精密的晶圓製造根據地。

這一切並非偶然,靠的是後天的努力耕耘,而且是一步一腳印的推展而成。

對台灣交通運輸功不可沒的高速鐵路,雖然縮短南北交通的時程,促進產業繁榮;但是高鐵路線行經南部科學園區,高速列車經過園區時勢必引起地盤振動,高科技產業的精密機台對於「微振」甚為敏感,對於產線運作與良率成效影響甚鉅。尤其台灣地處環太平洋地震帶,當天然地震發生時,晶圓廠產線將被迫暫停。

為解決高鐵產生的振動問題,科技部早已於南部科學園區進行高鐵基礎減振措施工程,各晶圓廠也透過先進的微振與地震監測系統,來監控產線的順利運作。在建築師與結構技師共同合作之下,除了不斷在晶圓廠的微振防護上努力精進,並透過多重手法的地震減震機制,降低地震作用下的產能損失,確保工廠生產線可以在最短時間內恢復生產。

近日,科技部更展示創新的「AI現地型地震預警系統」,可在地震前5到25秒示警,降低晶圓廠精密設備損害,恢復產線時間可望從六到八小時縮短到15到30分鐘。不管是微振或是地震,對於先進製程與封裝都對自身產品影響極大。

然而,南部科學園區還必須面臨歷史遺址的文化保存,施工過程一旦發現遺址區須立即進行搶救,出土文物移置位於南科管理局旁的台灣史前文化博物館南科考古館。

關於南科文化遺址的發現,可追溯至1996年南部科學園區動土前發現遺址,所在範圍被設為文化遺址保存區,部分範圍列為生態保存區。本所於2002年設計瀚宇彩晶南科三廠時,亦發現文化遺址,南科園區內的遺址皆在南科考古隊及文化局、建築師、廠商之協調下,以調整建築配置或施工技術的方法保存出土文物。

台積電-護國神山-張忠謀-科學園區-晶片-半導體-JJP-綠建築-文化遺址-瀚宇彩晶南科三廠-文物瀚宇彩晶南科三廠於設計階段時,為保存文化遺址而調整建築配置、施工技術。

為紀念這塊土地上的先民遺址及底下長眠的厚實文化,南科將發掘出大量文物的東西向幹道命名為「西拉雅大道」,並由台灣史前文化博物館負責籌建史博館南科分館,該館已於2019年正式開幕,展示南科自1996年動土後所保存的文化遺址。

「科技始終來自於人性」這句流行用語曾經風靡一時,科學家近年透過AI人工智慧的運算來解讀人性,不管是為了感動人心來追求更美好的生活,還是取代人力以獲得更龐大的利益,我們終究必須捫心自問,這一切努力的初衷為何?科技聚落的設計發展也是如此,透過不斷的反思自省,期許每一次的出發,都能承先啟後,莫負初心。

台積電-護國神山-張忠謀-科學園區-晶片-半導體-JJP-綠建築-科技-時空之鏡-晶圓代工-tsmc「時空之鏡」的晶圓池連接廠區,傳達科技聚落建立於歷史之上,也將會成為歷史的意涵。

台積電18廠的晶圓聚落以「時空之鏡」的偌大晶圓池連接廠區,人為建置的辦公室、廠區、餐廳、太陽能光電板連廊、停車棚⋯⋯等空間皆圍繞著這片明鏡周遭,倒影之中向上映射著無際天光,向下連結著長眠的文化遺址,彷彿穿越平行時空,讓過去與現代的時間軸線產生交集與共鳴。以對這片土地的最深敬意,傳達科技聚落的基礎建立在歷史之上;時光輪轉之間,將來也將會成為歷史,因為從文化經驗中獲得知識的累積,科技得以創造更美好的未來。(延伸閱讀|承諾「台積電永不設計晶片!」張忠謀獨創晶圓代工,為何改變全球半導體版圖?

飛向未來的創意聚落

台積電18廠全區以「飛向未來的創意聚落」為構想,建築配置初期設計即將地面抬高以因應多變的氣候環境,錯落的景觀步道及城池意象的護坡置於其間,創造多樣的生態環境。

晶圓池為整體配置核心,各期基地透過造型如展翅般的環型連廊將辦公棟串接成一體,連廊頂上佈設透光型的太陽能板兼具綠色能源的功效。「時空之鏡」的晶圓池設計除了呼應高科技晶圓的意象,亦具有調節微氣候的功能,可有效降低周圍夏日的炎熱氣溫,讓建築周邊有舒適的風環境,來回應華人「天圓地方」的宏觀哲思。

台積電-護國神山-張忠謀-科學園區-晶片-半導體-JJP-綠建築-科技-時空之鏡-晶圓代工-tsmc-綠色能源-永續發展-節能-環保晶圓廠作為整體配置核心,並透過具有調節微氣候、綠色能源功效的環形連郎連結各期基地。

台南地區氣候炎熱,環繞晶圓池的辦公棟採用深凹窗及水平遮陽,遮陽板同時兼具光線反射板之功能,讓室內空間的光線均勻充足,同時創造節能及舒適的使用環境,弧形流線的水平線條設計也象徵在天際中隨風揚起,揭示迎接時代挑戰的科技未來。

台積電-護國神山-張忠謀-科學園區-晶片-半導體-JJP-綠建築-科技-時空之鏡-晶圓代工-tsmc-綠色能源-永續發展-節能-環保深凹窗及具備光線反射板功能的遮陽板,使室內光線充足,創造節能與舒適的環境。

整體景觀以人文、生態和教育的永續環境為願景,以原生植栽為主幹,輔以在地適生的蜜源植栽來強化四季色彩變化,同時達到生物多樣化的果效,形塑具人文底蘊的環境氛圍。並藉由水資源管理、園區生態化、可迴遊之林蔭散步道、導覽解說等設施,形成自然且舒適的環境教育導覽動線。

全區秉持綠色製造的承諾,設計之初便依據台灣綠建築EEWH和美國綠建築LEED認證系統進行規劃,建構屬於台積電的晶圓聚落,持續讓世界看到台灣科技的進步與環境關懷之美好願景。(延伸閱讀|愛地球,還是愛綠建築標章?從土城醫院及台積電中科15廠辦公棟談起(上)

台積電-護國神山-張忠謀-科學園區-晶片-半導體-JJP-綠建築-科技-時空之鏡-晶圓代工-tsmc-綠色能源-永續發展-節能-環保錯落的景觀步道及城池意象的護坡置於其間,創造多樣的生態環境。

與環境共生的晶圓基地

願意投資於綠建築的業主可遇而不可求,台積電為典型範例。自12廠起,無論是廠房或辦公棟,皆陸續取得國內外的認證及獎項,包美國LEED黃金級與台灣綠建築EEWH鑽石級認證,並取得台灣優良綠建築獎、優良智慧建築等獎項,貫徹ESG理念。

綜觀台積電18廠,除了以最新的營建技術來呈現屬於當代的減碳建築,基地中留設大面積的復育綠地、景觀生態池與室內垂直延伸的植生牆,皆為JJP長年努力的設計延續,並在逐次的新建過程中提升標準,創造更節能、節水、有效的永續建築,與環境共生共融。其中並將「生產、生態、生活」的「三生一體」理念融入設計之中,作為永續發展的願景。

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所謂「生產」,就是高效率的工作,透過科學化與工業化的製程,產出高價值的科技產品;在這種高度壓力與精密設計的人為生產環境中,必須融入「生態」的理念,除了重視環保的概念,還要讓人們在工作中接觸到光線、綠意、植物⋯⋯等自然因子,進而與「生活」融為一體,從晨昏變化、晝夜更迭與生命循環的宇宙定律中激發希望與夢想,尋得創意潛能,人們才能與沒有生命的機械有所區別。

生產是手段、生態是基礎、生活是目的,「三生一體」均衡發展,人與自然和諧,與環境共榮共存,才能追求永續經營之道。讓我們在流轉的時空環境中,擁有單純的信念,經歷豐盛的生命,宛如站在明鏡水池之中。(延伸閱讀|減碳建築成效如何量化?上海商銀總行大樓設計經驗談|JJP專欄

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