
理事長的話
風工程學術的興起源於1940年美國華盛頓州的Tacoma Narrows Bridge吊橋因受風引致所發生的不穩定氣動力現象造成橋體的倒塌。這個事件引起許多學者投入渦流引致振動(Vortex-induced Vibration)的研究行列。在這之後,歐美各國的長跨度吊橋、斜張橋等,大多透過風洞試驗來確保結構安全。在1960~1970年代,許多國家的大都市開始興建摩天大樓,也採用了風洞試驗量測建築物的風力載重。
台灣位於西太平洋颱風區,風災頻繁,每年颱風造成的財物損失高達數十億至數百億之間(朱佳仁,2006)。這些災損一部分是暴雨所造成的,另一部分是強風對建築物、建築物附屬結構物、農業設施、再生能源設施等所造成的破壞。為減少強風對工程結構物的損壞,必須對結構物的風力載重及強風與物體之間的互制行為有深入的瞭解。除此之外,建築物內外的通風、環境風場、風力發電、空氣污染、以及風災風險評估,皆屬於風工程的範疇。因此研究風工程相關的問題有其需求,然而很可惜的是,目前國內大專院校對風工程領域的學理瞭解仍不足,並且沒有施行普遍的風工程教育及對核心科目的要求。
風工程和航太工程一樣,皆需要使用風洞實驗和計算流體動力學(Computational Fluid Dynamics, CFD)來研究所遇到的問題。然而與航太工程不同之處,風工程所涉及的工程問題中,設計風速的範圍大多皆小於80 m/s,屬於不可壓縮流場。國內幾所大學擁有研究風工程的大型風洞,譬如中央大學、臺灣海洋大學、淡江大學等。此類風洞和航太工程所使用風洞的差異為:風洞的風速較低且發展段較長,有利於發展大氣紊流邊界層,故又稱為邊界層風洞(Boundary Layer Wind Tunnel)或環境風洞(Environmental Wind Tunnel)。而在政府部門中,內政部建築研究所在成功大學的歸仁校區設有一座國內最大的直立循環式環境風洞。該風洞具有兩個試驗段,其中一個試驗段長度36 m,寬度4.0 m,高度2.8 m,試驗段內邊界層的厚度可達1.0 ~ 2.0 m。而另一個試驗段的寬度則可達到6.0 m,足以進行全橋氣彈模型的縮尺風洞試驗。
邊界層風洞可以研究許多風工程的問題,譬如高樓建築物、長跨度結構物的風力載重,亦或者行人風場、建築物的自然通風、都會區的風廊、煙囪煙流在複雜地形中的擴散、風與浪之間的互制以及新型風力發電機的測試等問題。另一方面,採用CFD數值模擬來研究風工程問題時,可能無法準確地模擬其流況,因此可以利用風洞以縮尺模型來瞭解可能發生的流況,以做為工程設計之參考,或驗證CFD數值模擬的設定參數是否正確。2000年之後,電腦的計算速度和容量皆有很大的進步,愈來愈多風工程的問題採用CFD數值模擬的方法來求解流場的控制方程式,配合上適當的邊界條件,可用於預測流場現象,稱為計算風工程(Computational Wind Engineering)或數值風洞(Numerical Wind Tunnel)。因為此類模擬所需經費較風洞試驗低,因此逐漸被應用於各種風工程問題,而相關的模擬技術正方興未艾地進行中。

我國1990年之前所興建或規畫的超高層大樓,例如位於台北的101大樓、高雄的東帝士大樓以及台北劍潭捷運站的懸吊式屋頂等,皆是在國外的風洞實驗室完成試驗,且測試費用不菲。1990年之後國內的風工程逐漸興起,高度超過100公尺的高層大樓大多在台灣進行風洞試驗,我國在風洞試驗技術的發展,也逐漸與國際並駕齊驅。中華民國風工程學會成立於2004年4月17日,第一屆理事長為臺灣海洋大學前校長黃榮鑑教授。目前有個人會員約70人,團體會員7個,皆為從事風工程相關研究的學者與執業的建築師、技師、或工程師。學會每兩年辦一次全國性的學術研討會,可於本網站中下載每次研討會的研究摘要閱讀。
中華民國風工程學會是國際風工程學會(International Association for Wind Engineering, IAWE)和亞太風工程學會的團體會員。學會的成員們積極參加國際風工程學會(IAWE)每年舉辦一次國際型的風工程研討會,其中包含有International Conference on Wind Engineering (ICWE)、International Colloquia on Bluff Boby Aerodynamics and its Application (BBAA)、International Symposia on Computational Wind Engineering (CWE)、Asia-Pacific Conference on Win Engineering (APCWE)。除此之外,國際風工程學會所專屬的風工程期刊Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics長久以來均列為土木工程類期刊中的前10%期刊,提供了大量風工程研究文獻可供閱讀。
中華民國風工程學會除了推廣風工程的教育、促進會員之間的交流與合作之外,另有一項很重要的任務就是每隔幾年要負責修訂「建築物耐風設計規範與解說」。此規範是國內的土木技師、結構技師和建築師在設計建築物對抗強風必須依循之設計規範。隨著科技的進步、新的風工程研究成果不斷地推陳出新,和美國、日本、紐澳的耐風設計規範類似,台灣的「建築物耐風設計規範與解說」每隔幾年就需要修訂之。風工程學會便會邀請國內學有專精的教授以及有豐富實務經驗的工程師開會討論,逐條地修訂規範中內容,最後再由內政部營建署公告,讓國內技師有最新的耐風設計法規來所依循。

圖2 中華民國風工程學會理監事大合照(2020年)
新的建築物耐風設計規範修訂之後,為了讓國內的建築師及技師們瞭解新舊規範的差異,風工程學會邀請相關的專家學者在台灣的北、中、南等都會區舉辦講習會,以設計案例說明設計規範修訂之處。譬如近幾年來,隨著太陽能光電的普及,許多技師想要瞭解地面型和屋頂型太陽能光電板系統的抗風設計,現行的2014年版「建築物耐風設計規範及解說」以及標檢局所公布的「太陽能光電系統之風載重估算指引 CNS 16189:2022 C6473」便可作為設計依據,在耐風設計講習會時啟發許多技師 踴躍參加、並提出相關的設計問題。目前學會積極與政府各單位部門針對涉及結構物風載重相關的法規進行合作,逐步改善我國法規條文,提高耐風設計品質。
風的面貌變幻莫測,與風相關的現象亦極為多樣而有趣。風工程和其他工程領域的學門一樣,有許多未解的科學議題和工程應用的問題,希望有興趣的學生、學者專家與我們一起來研究這個有趣的領域。
理事長 陳振華
中華民國 114年 8月 14日
