土壤力學所啟發一生的大地工程之路:專訪陳正興老師

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陳正興老師於校友中心接受專訪

或許,是從這裡開始愛上大地工程

陳正興老師出生在苗栗南庄,不比現在南庄是熱門旅遊景點,看山林風景、吃鱒魚的好地方,那時候的南庄還很貧瘠,就幾個小村落分散在蓬萊溪溪谷狹小的河階地。生長在這樣的環境,從小就習慣於田野生活,出門便是走入山水,陳老師稱自己是山裡面的孩子,較土但也和大自然特別親近。南庄還有樣東西在地質界很出名,那就是「南庄層」,那是在後來陳老師才知道小時候跳水游泳的那塊石頭便是南庄層的露頭,想自己可能就是在那時便和大地工程結下了緣分。

南庄也有產些煤,陳正興老師的父親即是在礦業公司服務,小時候陳老師也曾隨父親進礦坑,看到採礦工人們在地底下的工作是如何地艱困、辛苦。那也是在日後,有幾次在臺北捷運潛盾機施工的現場,陳老師爬進了潛盾機的土艙與前方的維修坑之間,同行的工程師都相當驚訝,想老師怎麼敢就這樣爬進那樣窄小的空間,對陳老師而言卻像是家常便飯般似的。

迷惘青春,在土壤力學找到興趣

國小畢業後,陳正興老師考上省立臺中二中,便離家到臺中唸初中,山裡的孩子獨自來到都市生活,自己洗衣、打理三餐、認真唸書,學業成績也很不錯,順利考上了建中。陳老師又再獨自北上唸高中,高一時還算認真,到了高二時卻對於寄宿生活感到莫名空虛,迷上了「司諾克」,自此,高中的生涯經常流連撞球間。儘管如此,大學聯考還是考上了成大建築,只是仍舊無心唸書,在成大唸了半年就決定休學了。

「我對建築物其實是挺有興趣的。」只是在成大建築大一的素描課一整學期都是在畫石膏像,那時心裡總感到浮躁、無心學習,上課時經常就是拿著炭筆發呆。要不便是一幅圖經常擦擦抹抹的,但總表現不出什麼明暗的對比、線條的律動,經常畫沒幾筆,手上的饅頭已經用光了。陳正興老師想自己是沒有什麼藝術細胞,要走建築這行大概是走不太下去,於是便決定放棄了。

休學後,陳老師重考考上了臺大土木,不過那時候還不知道土木究竟是什麼,也就是照著分數排志願,便進了臺大土木。儘管還是懵懵懂懂的,但覺相對於建築素描,工程圖學講求規矩、法度,該是直線便直線、折線便折線,畫起來相當順手,同樣可以繪製、呈現實體的東西;將來若當個能夠真正蓋出建築物的工程師,感覺還蠻實際的,便決定就留在土木系繼續往下唸。

不過大一大二時,陳正興老師大部分的重心其實都放在課外活動,課業上的表現普普;到了大三時,卻好像在土壤力學找到了學習的興趣。那時候土壤力學是由趙國華老師所開授,小小一本教科書,但裡面許多的數學符號、經驗公式,許多同學唸來頗吃力。但或許是因為在鄉下長大的經驗,陳老師對土壤特別有一份親近感,土壤力學讀起來倒覺頗有些興趣。又另一方面,覺得自己在土木系其他的科目的成績都不比不上別人「那總有一科要比人強吧!」所以更在土壤力學這門課上唸得特別勤快,成績也就比較突出,頗有成就感,覺得自己總也有一門強項的科目是贏別人的,因此也就更加喜歡土力了。

陳正興老師回憶在大三升大四那年的暑假,他回鄉下陪老祖母。離開臺北前還跑去買了一本Terzaghi的「理論土壤力學 (Theoretical Soil Mechanics)」帶回鄉下自學,竟也頗讀出興味,對於摩爾圓與土壓係數等尤其感興趣;一個暑假下來,居然讀了將近三分之二的內容。那個暑假的自學,可說讓陳老師在土壤力學打下了很深厚的理論基礎,對於日後的升學考試和研究,都有很大的幫助。Terzaghi的這本書可謂帶陳老師走進大地工程的啟蒙之書,真正啟發了對土壤力學的興趣;只可惜後來不知道被哪位同學、朋友借走,之後就不見蹤跡了。

誤打誤撞,步上研究之路

暑假結束後回到學校,平時一起唸書、玩在一起的同學規劃著出國的準備,都忙著啃英文、考托福去了,正所謂當時「來來來,來臺大;去去去,去美國」的風氣。然而,當時陳老師其實一點都沒有要出國留學的念頭和打算;只是一時間沒事可做,一個人在校園裡東晃西晃,感覺自己像是閒得發慌,人生沒有什麼目標似的,對前途也感到有些茫然甚至焦慮起來了。

「總得找點事來做」,於是陳正興老師就決定來考個研究所好了,但其實心裡面也不知道是要考哪組好。由於那時候只有「工程力學組」要考土壤力學,所以也就選了這組;考科裡面國文、英文只要總分達標準即可,在專業科目上,陳老師單一科土壤力學的分數比工程數學、工程力學兩科的加總還高。於是憑藉著在土壤力學的強大實力,順利地考上研究所了。但其實當時陳老師也並不是真有什麼想唸研究所的心思,想想便決定保留入學資格先當兵去了。

民國64年,服完役後,陳正興老師回到學校進入土木所工程力學組,那年的工程力學組碩一的新生只有他一人,又剛好那年洪如江老師去英國倫敦皇家礦業學校 (Royal School of Mines) 訪問,研究工程地質,組內沒有老師;陳老師便和結構組八位碩一的同學一同上課,選修結構動力學、地震工程等課程,跟著茅聲濤老師的實驗室一同做研究,也是在那段時期打下了地震工程的基礎。

隔年,洪如江老師回國,即請洪老師擔任指導教授。當時,正值國內許多重大工程的規劃、興建,而陳老師也在那時參與了臺北翡翠水庫工程的研究計畫,同時還兼做土力和岩力實驗室的所有試驗,幾乎是從早忙到晚;早上把試體上架後即趕至教室上課,下課後再回到實驗室繼續做實驗,忙碌的生活幾至於忘我。但也是在這些過程中,受到很紮實的訓練,同時也發現自己很喜歡做試驗,相當程度地也影響了陳老師未來的生涯規劃和研究走向。

在研究所這段時期,每有考土壤力學的考試陳老師就跑去報考,先後參加了公務員高考以及教育部的公費留考,而每每也靠著土壤力學這一考科的高分而錄取。「年輕的時候其實沒什麼用功,就只對土力用過心,算是有真的學到了些東西」而後也就順著這份興趣,一步一步地走上大地工程之路。

大抵而言,陳正興老師還是對於工程實務的工作比較有興趣,在研究所畢業後直接進入中興工程顧問社 (以下簡稱中興社) 的水工部,參與地質鑽探計畫、擋土牆與基礎設計等,從最基礎的工作學起。那時候他相當熱衷於工作,也學到許多實務的工程經驗,最深刻的,大概就是參與翡翠水庫工程計畫;先是大壩左岸的邊坡穩定分析,進而設計拱壩基礎地支承力,最後做地震評估和相關分析。由於翡翠水庫是第一座由國人獨自設計的大型混凝土拱壩,當時,中興社延聘了許多臺灣以及來自日本、美國等國家的知名專家、學者擔任顧問,和他們互動、交流的過程中,陳老師除了學習到許多工程專業的新知,更是大大開闊了他的視野和格局。

在中興社的這段期間裡,陳正興老師又去考了一次公費留考,其中有針對地震工程的領域,主考土壤力學和結構學;當時工作其實很忙,也不太有時間準備,原本只是抱著去試試無妨的心情,結果又是高分錄取。因為參與翡翠水庫工程的經驗,陳老師開始認真思考想要出國看看、繼續深造,但在申請學校這部分其實沒什麼頭緒;茫然之際,突然想起翡翠水庫計畫的美籍顧問、加州大學柏克萊分校 (UC Berkeley) 的地震工程大師Joseph Penzien教授,便鼓起勇氣請他收他為博士生,並獲得Penzien教授的慷慨回應。於是即赴美攻讀博士,在Penzien教授的指導下主修土壤與結構的互制分析,步上地震工程的研究之路。

在柏克萊攻讀博士的四年,是陳正興老師感受到學習、成長非常多的一段時期。柏克萊土木系在當時即是全球數一數二的名校,不管在師資、設備和學生人數等方面,比起臺大在資源上又是更加充裕。再次回到學校,陳老師也非常珍惜這樣的機會,積極地學習、吸收各種專業上的知識,選修了許多大師的課,在課堂上和同學們互動、討論,也學到各種分析的方法和觀念,對於他在日後的研究有很深遠的影響。然而,在陳老師讀博士班的過程當然也是有經歷了不少的瓶頸、辛苦的時候,甚至不免擔心,會不會最後論文寫不出些甚麼東西;但每當千頭萬緒時,其實就是靜下來好好思考,想想該如何重新規劃、完成後續的研究「這其實也就是種博士班的訓練」陳老師這樣說道。

學成後,因是公費留考,必須要回國服務,又適逢那時臺大土木系也在招聘大地組的老師,便在時任系主任葉超雄老師的延攬下,陳正興老師在民國74年回到母系任教。

臺大土木服務三十年,全心投入研究與教學

回到臺大土木系後,陳正興老師一開始即在大學部開授材料力學,而後也一直是他在大學部的主力課程。這之中也有教過幾年土壤力學,後來就轉成教基礎工程較多。在研究所的部分,陳老師則主要開授基礎設計與施工,此外,也有新開一門「工程地震學」,後來並改課名為「大地地震工程學」。相對於結構組原本就有開授「地震工程學」,陳老師的課程更著重於大地工程角度的分析,也是他在教學上投入相當多心力的一門課程。

陳正興老師的教學、授課方式生動、有趣,但又能把複雜的數學、力學講得很清楚,向來為同學們所樂道,更屢獲校內教學獎的肯定。陳老師稱「教書就是要有準備」,上一門課要準備得非常充分,才有可能講得好,需要從頭到尾想清楚重點是什麼、該用什麼樣的方式來闡述;又經常在下課後,還是覺得對自己上課講得內容不是那麼滿意,那就需要再檢討是不是用什麼樣的圖形、怎麼樣的表達方式可以把觀念說得更清楚,並馬上記錄下來,這樣明年再授課時才會有所改進,也才會逐年逐年地越講越好。在陳老師每一堂課的上課投影片都有清楚附註上課重點、檢討和所對應課本章節,並註記年份,其更新的過程都可追溯。

陳正興老師也特別堅持上課前一定要把等一下要授課的內容整個瀏覽、想過一遍要怎麼講。即便再繁忙,也一定會空出上課前的半小時不做任何其他事情,就算是再熟、上過再多次的課,還是要重新順過、理過,構思上課內容的同時一面醞釀情緒,三十年來,始終如一,也是陳老師認為自己在教學準備上最重要的事。

在研究的課題上,陳正興老師還是偏愛需要實際動手去做的題目,特別是因為從學生時期即從土力、岩力實驗室的訓練累積了相當豐厚的經驗,所以他的研究很大一部分的主軸也都是在於現地試驗,從早期台電羅東、花蓮大型圍阻體地震試驗計畫、高鐵太保基地大型基樁現地試驗計畫、南科地盤與廠房振動與量測、橋梁微振動量測分析等研究及至較近期捷運基樁、深開挖等工程,皆是現地試驗或是相關的研究。也因此,陳老師經常出入於工地現場,自稱在工地會有種滿足感;或許是源自於成長的背景,生性便喜歡野外的環境,所以大部分的研究都與現地、實務的工程有關,覺得到了工地一切都變得比較實在。又這其中,陳正興老師也曾擔任國家地震工程研究中心大地組的組長,在研究上,也和國震中心有不少合作、連結。

對於學生的指導,陳正興老師謙稱自己做得還算不錯的地方是在於會跟著學生一起做研究,而不是只是叫學生做這個、做那個,自己只是翻翻看看。論文固然還是學生得自己寫,但陳老師也是會一起推導公式、經常地和學生討論,這樣帶學生做研究,自己才會進入狀況。畢竟指導教授還是看得比較多、經驗比較豐富,真的和學生一起投入其中,研究會更有效率,也才更能帶學生成長;陳老師稱透過這樣的方式,才真的感覺自己有在做研究,也才會越做越有興趣。陳老師的博士畢業生不少,發展也都不錯,有一半以上都在學校執教「應該是有達到任務吧!」陳老師說「總算沒有把學生給帶得不好。」

陳正興老師在民國105年榮退,在臺大土木系服務前後總共三十一年,幾乎將自己人生絕大部分的時間都投入在學校了,雖然他只是笑笑地說「應該做得還算可以吧!」

陳正興老師於民國105年榮退,服務臺大土木系三十一年

 

推動「建築物基礎構造設計規範」,為地工設計奠基

陳正興老師除了在教學、研究上的卓著貢獻之外,對於國內大地工程相關的協學會亦參與、投入極多;除接任洪如江老師擔任第二屆大地工程學會理事長之外,最重要的工作,莫過於主持建築研究所 (以下稱建研所) 所委託的「建築物基礎構造設計規範」研究,並推動使其通過內政部審查。

「建築物基礎構造設計規範」的催生,自民國85年開始研擬,至89年底內政部頒布,並於隔年1月開始實施,前前後後共走了5年之久,相當冗長、辛苦的一段過程,但也有滿滿的回饋和收穫;而規範最後能獲頒實施、成為目前地工設計普遍採用的規範和大地工程設計的主要依據,值得了這些辛苦的過程。

規範的研擬階段是從民國85年至87年中,那時陳正興老師正好擔任中國土木水利學會大地工程委員會的主任委員,算是硬著頭皮接下內政部建研所委託擔任這個研究計畫的主持人,陳老師又再邀請了張森源、胡邵敏、黃俊鴻、鍾毓東、余明山、黃志祥、周功台、吳文隆、陳元化等專家、學者共同參與,陣容可謂一時之選。工作小組定期在土木系的會議室逐條討論所研擬的條文內容;每次會議輪由主筆者擔任主席,討論的過程非常熱烈、精彩,大家都是「知無不言,言無不盡」,本於專業,暢所欲言,雖有爭論,但也都能達到共識。歷經兩年二十餘次的會議終於完成規範的研擬,很辛苦也很令人懷念的一段過程,陳老師回想「每一次的開會都讓人非常期待!」在此之前,他主要還是專注於地震工程相關的研究,是由於參與這個計畫才開始關注基礎設計方面的課題;基本原理雖不困難,但要制定成規範,每一條準則、每一個數字都非常重要,必須兼顧各個層面。在這些大家集思廣益、反覆推敲的過程中,陳老師謙稱自己也學習、收穫很多,一部分的研究也開始慢慢轉往基礎工程方面。

在民國87年至89年這段期間,建研所將所研擬的規範送部審查,陳正興老師義務擔任解說和辯護人。前後亦是二十餘次會議,包含建築技術規則審議委員會的專案小組審查、審議大會以及最後的法規會,陳老師在每一場會議中獨戰群雄,尤其在有利害衝突時,需代表地工界極力辯護,過程辛苦自是不在話下,甚至會感到孤立無援;有時因為一位委員的意見,可能就得來來回回修改個好幾天。但也正因如此,投入了許多時間對這些不同的意見反覆思考、研究,也因而對於整份規範了解得更加透徹。最後規範得獲頒布、實施,為大地工程界所採用、參考,陳老師實為最重要的推手,儘管他總是謙辭說自己只是完成所交付的工作,並得眾人的協助,方能不負所託。

去年的校友大會上,陳正興老師榮獲土木系傑出校友和長春校友獎

給同學們和青年大地工程師的勉勵

回想大學時期,除了土壤力學之外,沒花太多心思在學習上,陳正興老師仍不免感到有些可惜。他深覺臺大的整個學習環境,包含師資、設備其實都是很不錯的,也勉勵同學們真的應該是要好好地把握這人生中最重要的一段時光,用心去學習,用心去體會生活,慢慢累積出知識的「廣度」和「深度」。

所謂的「廣度」,以大地工程師為例,許多人總以為大地工程師就是鑽探、提供土壤參數或是開挖與邊坡穩定分析等;陳正興老師認為這樣的觀念實在是太狹隘了。地工的問題必須考慮整體環境,包含地下水以及其所支承結構物的相關性等課題,必須要有更寬闊的視野和格局、多充實各方面的知識,才能走出寬闊的道路。而就「深度」而言,大地工程師在探討土壤和岩石的特性、強度之外,更應重視材料的基本行為 (fundamental behavior) 和基本力學 (mechanism)。若缺乏這些基本的理解,遇到問題時將無法「深入」思考,而只是緊抓個規範,卻難以真正地解決問題。相反地,唯有回歸最根本的材料行為和基本力學重新思考,才能真正掌握問題的重點,所提出的解決方案也才會是合理、可行的。陳老師也強調,土壤和岩石的「強度」所指的只是達到臨界或破壞狀況的一點;然而,在實際工程中土壤、岩石受力變形的過程才是最重要的部分,也就是「勁度」才是真正表現其反應的參數,在分析時其實比「強度」更為重要。尤其目前的設計已慢慢朝「性能設計 (performance-based design)」的方向發展,未來的大地工程師或是有志朝大地工程發展的同學尤需加強、深化自己的專業能力,以回應這樣的發展趨勢。

總是一派瀟灑豪爽的陳正興老師