中 華 大 學

中 華 大 學 碩 士 論 文

建築拆除物資源再利用技術創新之研究 Innovation of the Building Dismantlement

Disposal Recycling Technology

系 所 別：營 建 管 理 研 究 所 學號姓名：E09716008 沈 絢 霓 指導教授：余 文 德 博 士

中 華 民 國 九十九 年 八 月

i

摘 要

根據調查文獻，國內鋼筋混凝土建築物平均生命周期僅17.8 年，然超過 20 年以 上的老舊建築物約有 400 萬戶以上。全國每年合法建築拆除廢棄物產生量約為 l1,622,433 公噸/年(不包括民間一般之零星拆建工程)，其廢棄物之主要組成若以體積 計則以混凝土塊為最大宗，約占80%以上。建築物拆除的廢棄物如果能善加回收再利 用，除可降低廢棄物之污染外，更可提供重建所需之資源，對於環境衝擊之降低具有 雙 重 效 益 。 國 外 著 名 營 造 廠 商 雖 以 發 展 出 「 閉 環 式 建 築 資 源 回 收 再 利 用 技 術 (Closed-Loop Technology, CLT )」，然而相關技術在引進國內時可能遭遇專利保護、特 殊設備要求而導致成本過高之問題。此外，國外必須以高溫加熱來分離混凝土與粒料，

不但是高耗能技術，更排放大量二氧化碳，並無法滿足國際上越來越嚴格的溫室氣體 排放標準趨勢。若要將相關技術應用到國內營建產業，勢必需要再加以創新改善。基 上述理由，本研究以建築拆除廢棄物資源再生利用技術為對象，應用系統化技術創新 流程(STIP)，進行營建技術創新之實證研究。本研究所採用之 STIP 技術創新方法，

為結合國際研發專案管理架構、電腦輔助創新工具以及TRIZ 創新理論等所建立之系 統化快速技術創新模式。透過STIP 流程，首先辨識 CLT 技術之根原因問題在於「高 溫加熱來分離混凝土與粒料」：其次，建立現有CLT 技術之功能模型，以作為技術創 新之分析對象；接著，藉由電腦輔助創新系統以及TRIZ 創新理論之協助，建議問題 之解決方案，並建立修正功能模型作為創新技術以取代現有技術；最後，以實驗驗證 創新技術之可行性。本研究除了對 CLT 閉環式建築資源回收再利用技術進行創新，

產生替代現有技術之創新技術外，研究過程所採用之方法亦可提供類似研究參考，作 為營建技術創新之參考範例。

關鍵字：混凝土廢棄物、回收技術、閉環技術、創新

ii

ABSTRACT

According to surveys, the average lifetime of the reinforcement concrete buildings is 17.8 years and more than 4 million existing buildings in Taiwan are older than 20 years.

The building dismantlement disposal wastes have reaches l1,622,433 tons/year Among those, 80% are concrete disposals. The recycling of the huge amount of building concrete disposals can mediate the impact to environment both by reducing the generated solid wastes and reducing the of demands of natural resources. The Closed-Loop Technologies (CLTs) has been developed in advanced countries. However, the existing CLTs require high-temperature heating and are also protected by patents. It may result in barriers for the domestic construction firms to adopt such technologies. Moreover, the requirement of high-temperature heating may result in high rate of CO2 emission. As a result, the current research aims at developing an innovative CLT to improve the abovementioned problems of the existing CLTs with a fast innovation methodology called Systematic Technology Innovation Process (STIP) that integrates International Project Management Body of Knowledge for Research and Development (IPMBOK for R&D), computer aided innovation (CAI) tools, and Theory of Inventive Problem-Solving (TRIZ). At first, the core problems of the existing CLT are identified by root cause analysis (RCA); second, the function model (FM) is built for the existing CLT; third, the modified FM is suggested by TRIZ and the innovative technology is proposed; finally, experiments are conducted to verify the feasibility of the innovative technology. This research does not only result in an innovative technology for CLT, the process adopted also provides an example for innovations of other construction technologies.

Keywords: Concrete dismantlement disposals, recycle technology, closed-loop

technology, innovation

iii

誌 謝

首先感謝中華大學營建管理研究所讓我有學習及成長的機會，在指導教授余文德 博士細心指導下，不論是在學業上或是在論文的指導使都我受益良多，以及論文口試 委員王維志博士、曾仁杰博士、鄭道明博士的指正與建議，使論文之內容架構更完整。

二年來在就讀期間感謝所上老師楊智斌博士及鄭紹材博士、楊錫麒博士、蕭炎泉博士 等在學業上不斷的教導與鼓勵，及對論文提供寶貴意見。

也感謝營管所同學芷芳、妍綺、襄庭二年間相互勉勵、打氣，以及誌銘學長、偉 志學長、相甫學弟多方協助。

感謝上元營造股份有限公司董事長魏國樑先生，如兄長般的提攜我，教導我以及 包容我在工作中發生的諸多錯誤，容忍我在錯誤中學習成長。

感謝華夏工專杜肇春老師多年的培育及教誨，雖然杜老師已過世多年但卻影響我 最深，常常想起杜老師對我像子女般的愛護及關懷，讓我永生難忘。以及我的好姊妹 雯靜、小慧姐、阿桂姐、美蓮姐的鼓勵與協助。

最後感謝我的媽媽與阿嬤對我的養育之恩以及默默的鼓勵與支持。僅以本文獻給 我最愛的媽媽、阿嬤、家人、師長與朋友。

沈絢霓 謹誌 中華大學營建管理研究所 2010/08/05

iv

目 錄

摘 要 ... i

ABSTRACT ... ii

誌 謝 ... iii

目 錄 ... iv

表目錄 ... vii

圖目錄 ... viii

第一章 緒論 ... 1

1.1 研究動機與研究背景 ... 1

1.2 研究問題 ... 5

1.3 研究目的 ... 5

1.4 研究範圍與假設 ... 5

1.5 研究方法 ... 6

1.6 研究流程 ... 7

1.7 論文架構 ... 9

第二章 文獻回顧 ... 10

2.1 建築物拆除相關技術及專利回顧 ... 10

2.1.1 建築物拆除相關技術 ... 10

2.1.2 建築拆除物相關專利 ... 12

2.1.3 臺灣建築拆除業的拆除流程及資源回收場流程 ... 12

2.2 閉環技術(C

LOSED

OOP

ECHNOLOGY

2.3TRIZ 相關研究回顧 ... 15

2.4 電腦輔助創新相關研究回顧 ... 16

2.5 小結 ... 18

第三章 閉環混凝土回收技術(CLT)工法回顧 ... 19

3.1 閉環混凝土回收技術(CLT)工法介紹 ... 19

3.2 閉環混凝土回收技術主要流程步驟及設備分析 ... 19

3.3 關鍵技術分析 ... 24

v

3.4 技術瓶頸分析 ... 27

3.5 小結 ... 27

第四章 系統化技術速創新流程 ... 28

4.1STIP 之發展背景 ... 28

4.1.1 營建創新方法之需求 ... 28

4.1.2 國際研發專案管理流程 ... 29

4.1.3 電腦輔助創新 ... 30

4.2 系統化技術創新流程(STIP) ... 31

4.3 小結 ... 33

第五章 系統化技術創新方法(STIP)方法於閉環混凝土回收技術創新研究之應用 .... 34

5.1 問題定義 ... 34

5.2 根原因分析 ... 35

5.3 目標技術定義 ... 36

5.3.1 目標技術專利搜尋 ... 37

5.3.2 IPC 國際專利分類碼分析 ... 38

5.3.3 相關法規 ... 38

5.4 功能模型分析 ... 39

5.5 功能模型修正 ... 40

5.6 初步方案評估 ... 42

5.7 系統設計 ... 44

5.8 雛形設計 ... 45

5.9 實驗驗證 ... 45

5.10 創新技術產生 ... 50

5.11 小結 ... 50

第六章建議施工規範 ... 52

6.1 場地配置 ... 52

6.2 操作的標準程序 ... 55

6.3 檢驗標凖 ... 57

第七章 結論與建議 ... 59

vi

7.1 結論 ... 59

7.2 建議 ... 60

參考文獻 ... 61

附錄一 四十項發明原則及子原則 ... 64

附錄二 三十九項工程參數 ... 68

附錄三 矛盾矩陣表 ... 69

附錄四 再生骨材施工規範 ... 73

vii

表目錄

表1.1 不同用途別建築使用年限分析 ... 2

表1.2 不同建築構造別使用年限分析 ... 3

表1.397 年度廢棄物申報統計 ... 4

表2.1 不同構造別建物拆除資料系數表 ... 18

表3.1 日本與台灣混凝土裂解工法技術之比較 ... 24

表5.1 專利檢索相關案例 ... 37

表5.2IPC 國際專利分類碼分析 ... 38

表5.3TRIZ 矛盾矩陣及發明原則概念說明與評估表 ... 40

表5.4 骨材分離評分表 ... 42

表5.5 實驗參數設計 ... 46

表5.6 粗粒料分析 ... 46

表5.7 粗粒料密度、相對密度(比重)及吸水率測試報告 ... 47

表5.8 粒料中輕質顆粒含量測試 ... 47

表6.1 檢驗項目及檢驗標準 ... 57

viii

圖目錄

圖1.1 研究流程圖 ... 8

圖2.1 台灣營建廢棄物處理流程 ... 13

圖2.2 建築物的生命週期 ... 14

圖2.3TRIZ 解題方法 ... 16

圖2.4 電腦輔助創意設計模式 ... 17

圖2.5 電腦輔助創意產品設計流程圖 ... 17

圖3.1 清水建設閉環混凝土回收系統 ... 21

圖3.2 清水建設2002 年在日本東京的建築工地 ... 21

圖3.3CLT 相關設備及施作流程圖 ... 24

圖3.4 再生骨材製造流程圖 ... 26

圖4.1 系統化創新流程圖 ... 32

圖5.1 根原因分析圖 ... 35

圖5.2 根原因分析流程圖 ... 36

圖5.3 現有工法功能模型 ... 39

圖5.4 修正後工法功能模型 ... 41

圖5.5 初步構想示意圖 ... 43

圖5.6 新設計功能模型 ... 43

圖5.7 重新設計功能模型 ... 44

圖5.8 實驗相關機具及設備 ... 49

圖6.1CLT 場地配置圖 ... 54

圖6.2CLT 操作標準流程圖 ... 56

1

第一章 緒論

1.1 研究動機與研究背景

依據陳瑞玲「臺灣建築生命週期使用年限之研究」，國內20 年以上老舊建築物有 400 萬戶以上[1]，如表 1.1、1.2 所示。建築物的拆除過程除了建築廢料外，其所產生 之空氣、噪音、廢棄物之污染亦甚為嚴重問題。在政府未以法令管制之前，拆除建築 廢棄物多隨意傾倒山谷、河邊，只要是隱密之處都有廢棄物的蹤影，除了造成環境嚴 重污染外更造成生態的浩劫。

目前建築物拆除之營建廢棄物包括瀝青、混凝土塊、磚瓦、石材、鋼筋、塑膠、

木材、玻璃等類型，單計土木、建築及營建混合物97 年申報的總數達 128 萬噸[2]，

如表1.3 所示。此外，一棟建築物的新建，從基礎開挖產生廢土、繼而需要使用大量 之鋼鐵、水泥、砂石、磚瓦、木製品、等等各種資源，致使原物料資源短缺，例如：

砂石、級配、鋼筋、水泥等，尚需從大陸或國外進口，對於自然環境造成沈重之負擔。

例如97 年度砂石的需求量為 5,615 萬立方公尺，其中河川砂石為 2,162 萬立方公尺占 38.5%，陸上砂石為 2,042 萬立方公尺占 36.3%，進口為 1,245 萬立方公尺占 22.2%。

而營建產業每年所產生之營建剩餘土石方平均3,000 萬立方公尺，每年回收砂石原料 1,000 萬立方公尺[3]。由以上數據顯示，建築物拆除的資源如果未善加回收再利用，

除了產生大量廢棄物之外，新建工程也大量耗用資源。因此，如國能發展建築廢棄物 回收技術，不但可以減少原營建廢棄物傾倒所造成之污染，更可以節約資源，減少對 環境之衝擊。

臺灣地區建築廢棄物之產生量，根據內政部建築研究所之研究計畫顯示，全國每 年合法建築拆除廢棄物產生量約為11,622,433 公噸/年(不包括民間一般之零星拆建工 程)，其廢棄物之主要組成若以重量計算，混凝土塊占 48.35%，磚石類占 37.42%，木 材類占10.33%，鋼筋占 3.64%;若以體積計則混凝土塊占 34.46%，磚石類占 35.34%，

木材類占 29.45%，鋼筋占 0.56%[4]。由以上數據可知，最大宗的部份是混凝土塊、

磚塊，故探討營建廢棄物之資源回收技術以混凝土塊廢棄物為主要對象。

2

表1.1 不同用途別建築使用年限分析

建築物用途別 樣本數 平均拆除面

積 平均樓層數 平均使用年限 標準差

住宅 一般透天住宅 7,974 212.41 1.71 23.75 10.34 店舖透天住宅 1,199 327.77 2.51 24.09 11.92 公寓集合住宅 96 2390.10 4.41 22.65 8.84 宿舍住宅 147 895.37 1.94 23.99 10.86 商場 商場、市場 481 887.23 1.78 16.01 11.27 工廠 工廠 354 2,862.80 1.57 19.53 9.05

倉庫 134 701.06 1.53 20.01 11.63

辦公 普通辦公 162 2221.69 2.67 20.44 11.47 公有辦公 22 1,080.64 2.50 23.86 12.54 學校 教室 135 3,150.95 2.80 25.46 10.12 幼稚園 6 645.77 1.67 21.83 11.99 禮堂 5 496.64 1.20 29.40 10.81 其他 旅館 10 1,457.47 4.80 30.70 12.59 加油站 17 199.07 1.12 20.71 8.37 守衛室 9 41.14 1.11 16.78 8.50 車庫 11 296.01 1.09 14.45 7.39 宗教 19 882.40 2.21 30.74 12.54 餐廳 20 522.74 1.45 16.45 12.25 醫院 12 3,247.08 2.67 17.92 10.84 戲院 9 1,930.93 3.11 30.00 14.06 機房 13 642.35 2.08 19.46 8.77 廁所 10 96.19 1.20 28.00 15.09 運動設施 5 2,672.82 2.20 17.40 8.17 圖書館 3 2,065.45 3.00 22.00 9.54 展覽室、活動中心 6 817.63 1.67 24.00 11.10 總計 1,0859 454.59 1.86 23.21 10.74

資料來源：參考文獻[1]

根據陳瑞鈴「台灣建築生命週期使用年限之研究」[1]，住宅類建築之平均使用 年限，普遍介於22.7～24.1 年左右；而商場類建築及若干其他類建築之平均使用年限 則較短，約為16 年；工廠、倉庫類建築則平均為 20 年的使用年限；學校教室為 25.5 年；辦公建築物約為20.4～23.9 年間（私有，公有）；旅館為 30.7 年；醫院 18 年。

商場類建築，因大多位於土地價值較高的地點，且商業行為變動頻繁，今日的營業型 態可能未幾即會改變，因此其建築物重建的頻率較快，而造成平均使用年限相對較短 之現象。而教育(教室、禮堂)、宗教、旅館、戲院、廁所等建築，則因使用用途較固 定，或拆除重建效益不高，會顯現高於25 年的使用年限行情。

3

表1.2 不同建築構造別使用年限分析

構造別 樣本數 平均拆除面積 平均樓層數 平均使用年限 標準差 RC 造 1456 1663.20 2.92 17.80 9.27 加強磚造 5257 291.12 2.00 22.52 8.31 磚石土造 2405 211.50 1.38 26.83 12.07

竹木造 1225 159.49 1.17 30.41 11.92 SRC 造 10 993.38 1.60 11.00 7.21

S 造 506 533.95 1.25 11.52 7.78 全部構造 10859 454.59 1.86 23.21 10.74

資料來源：參考文獻[1]

根據陳瑞鈴之研究[1] RC 構造，建築物平均使用年限為 17.8 年，較一般認定的 使用年限縮短很多。分析其原因，可能是因為近二十年來RC 構造方法普及成為主流 構造，因為國內RC 構造的建築物興建年期較年輕，故在拆除樣本的收集上，尚未達 到成熟規模，以致平均拆除年齡會相對較短。

4

表1.3 97年度廢棄物申報統計

廢棄物分類 總量(噸) %

土木建築廢棄混合物 405,529 8.26

營建混合物 877,629 17.88

小計 1,283,158

瀝青混凝土刨除料 642,844 13.09

石材廢料 19,254 0.39

磚 8,881 0.18

玻璃 48,186 0.98

水淬高爐石渣 2,766,055 56.34

鈦鑽礦氯化爐渣 141,134 2.88

總計 4,909,512 100

資料來源：參考文獻[2]

不僅臺灣面臨建築拆除物之廢棄混凝土之問題，日本舊建物拆除混凝土數量亦面 臨快速增加之問題，為解決拆除建築拆除物之廢棄混凝土所造成的污染及資源的浪 費，日本營建產業界也正朝向廢棄混凝土的回收研究與發展。如何將廢棄混凝土有效 的利用及提升品質，為研究拆除廢棄混凝土回收再利用一個重要的課題也是建設循環 型社會中建造業所扮演重要的角色。

預期未來哥本哈根協定及東京議定書實施後，對於碳排放等規定將愈趨嚴格。產 品排碳及組織排碳的認證檢核實施後，建築專案的拆除將會受到排碳管制如果現在不 盡早進行技術研發，日後會變成無技術可用或必須和先進國家取得技術授權，而受制 於人。此外國外之技術不一定適合台灣環境使用，若未能未雨稠繆，將來可能嚴重影 響 台 灣 營 建 產 業 之 發 展 。 近 幾 年 來 國 際 開 始 興 起 一 波 「 閉 環 混 凝 土 回 收 技 術 (Closed-Loop Technology)」[5]，簡稱「閉環技術(CLT)」之研究。所謂「閉環技術(CLT)」

乃將建築物廢棄物就地拆除且回收再利用，盡可能達到廢料不運出工地而循環再利 用。目前歐、美、日等先進國家已經陸續發展出相關之技術，且多以專利保護。以日 本清水建設之CLT為例，目前技術瓶頸點在於分解粒料時必須高溫加熱至300℃[5]，

因為耗能而無法達到節能減碳的目的。倘能針對先進國家所發展出來的閉環技術加以

5

改善，則不但可以迴避其專利保護，更能發展出適合國內產業環境之創新技術。因此，

本研究擬針對建築廢棄物閉環回收再利用技術為對象進行創新研發，改善期目前所遭 遇之瓶頸問題，並提出創新工法以供國內營建產業應用。

1.2 研究問題

基於前一節對於國內營建廢棄物產生與處置之現況分析，以及國際上節能減碳以 減少溫室氣體排放之發展趨勢可知，類似日本清水建設所研發之「閉環混凝土回收技 術(CLT)」極具應用價值與市場潛力。然而如欲在國內應用此一技術必須面臨國外專 利技術保護之問題；此外，CLT技術要求對混凝土加熱至300℃[5]該技術仍需改善耗 能之問題。歸納上述之分析可知，要將CLT技術引進國內營建業，應針對既有技術耗 能之問題進行創新，發展適合國內產業環境之本土技術，以迴避國外技術之專利保 護。因此，本研究之關鍵課題在於辨識既有CLT之技術瓶頸，並且研擬出創新之方法 加以改善，以迴避國外之專利保護。

1.3 研究目的

依據研究課題之分析，本研究擬以日本清水建設所發展出來的「閉環技術(CLT)」

為目標技術，以系統化方法進行創新技術之研發，以達到以下兩個目的：

一、改善傳統CLT 技術耗能之核心問題，研發較為省能減碳之處理流程技術。

二、提出一具有可專利性之創新營建廢棄物回收技術，以達到該技術導入國內營建整 建專案應用之目標。因此，在研發完成後，將提出完整之施工規範供採用者參考。

1.4 研究範圍與假設

為使本研究之工作能在有限時間以內完成，且受限於研究經費與資源，本研究對 於研究範圍作以下之定義：

一、本研究之目標技術為建築拆除廢棄物之資源回收技術，所處理之建築廢棄物以混 凝土廢棄物為主要之對象，其餘廢棄物暫不考慮。

二、傳統「閉環技術(CLT)」包含「廢棄物拆除及分類技術」「混凝土之水泥與粒料

6

分離技術」兩大部份，其中「廢棄物拆除及分類技術」國內已有相關廠商[6,7]及成熟 技術，因此不列入本研究之範圍。因為日本清水建設CLT對於混凝土之水泥與粒料分 離技術必須高溫加熱，而導致耗能排碳之問題。因此，本研究擬以此一問題為主要分 析與創新對象。

除上述範圍之限縮之外，為降低本研究之實證困難，在實驗驗證階段假設混凝土 廢棄物已經拆除、破碎、篩選等過程，而產生平均粒徑約40mm以下之混凝土廢棄物 顆粒。

1.5 研究方法

為達到1.3節所設定之研究目的，本研究規劃以下之研究方法：

一、文獻回顧

本研究透過文獻回顧，蒐集美國、日本、歐洲及亞洲其它國家地區之相關技術現 況，特別是對專利資料庫相關技術進行廣泛蒐尋，以做為本研究CLT技術建模與創新 技術研擬之參考。

二、系統性技術創新流程(STIP)

「系統性技術創新流程」應用為縮短技術創新流程之時程，本研究採用國內學者 余文德等人所提出之「系統性技術創新流程(Systematic Technology Innovation Process, STIP)」[8-10]。所謂「STIP」方法是結合IPMA國際專案管理架構[11]專利分析、創新 問題解決理論(TRIZ)[12]及電腦輔助創新方法(Computer Aided Innovation, CAI)等方 法理論，而成為一整合之快速創新流程。由於 STIP已成功應用於建築給排水管漏水 防治[13]、道路人手孔蓋[8]、道路鋪面快速修補[14]及營建豎井防崩塌[9]等技術創新 之應用，因此，本研究擬使用STIP方法來加速創新過程。

三、實驗驗證

為確保本研究所提出之創新技術的可行性，本研究以實驗方法進行技術之模擬實 作。實作之結果可回饋修正創新技術之步驟與參數設定。

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1.6 研究流程

為實踐1.5節之確實方法以達到1.3節所設定之研究目的，本研究之流程規劃如圖 1.1。首先，透過初步文獻資料之閱讀引發研究動機，再透過研究課題之分析定義，

歸納本研究之目的。其次，進行廣泛之文獻回顧，蒐集國內外有關建築拆除廢棄物處 理回收之相關研究與專利技術，確認本研究範圍與限制。在選定目標技術後，再以文 獻分析及產業訪談之方法深入瞭解CLT之技術內容，以及相關專利技術之現況，並歸 納確認，CLT之核心關鍵技術。於瞭解目標技術後，接著應用STIP快速創新方法進行 技術創新，並完成技術雛型之設計。最後，將所提出之雛型技術利用實驗方法進行實 證，實證結果再回餽至雛型技術之修正，直至符合研究目的為止。

8

圖1.1 研究流程圖

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1.7 論文架構

本論文之架構包括以下六章：

第一章 簡介

說明本研究之動機、背景、問題、目地、以及研究範圍及假設、方法與流程。

第二章 文獻回顧

蒐集國內外建築拆除技術及CLT 相關工法、技術等相關文獻回顧，以及專利。

第三章 閉環混凝土回收技術(CLT)工法回顧

介紹閉環混凝土回收技術(CLT)及其主要組成流程步驟及設備，關鍵技術、瓶頸 技術分析等。

第四章 系統化技術快速創新流程

介紹營建創新方法、研發專案管理、電腦輔助創新、系統化技術快速創新流程 (STIP)之建立。

第五章 系統化技術創新方法於閉環混凝土回收技術創新之應用

問題定義、根原因分析、目標技術定義、功能模型分析、功能模型修正、初步方 案評估、系統設計、技術雛型、實驗驗證等。

第六章 建議施工規範

場地設備、配置及操作標凖流程、檢驗方式及檢驗方法。

第七章 結論 結論與建議

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第二章 文獻回顧

2.1 建築物拆除相關技術及專利回顧 2.1.1 建築物拆除相關技術

依據文獻記錄[15]，香港建築物拆除時必須提出拆除計畫內容包括拆除的方法，

收集的材料和垃圾的處置及為了確保所有工程廢料是可回收使用，改變傳統的施工方 法引入選擇性拆除該方法是要求拆除過程中簡明排序不同材料的類別進行以區分可 循環再造部分及防止任何污染的發生。研究如何拆除才能減少棄物的產生，何種材料 可回收再使用，確保所有回收的材料都可循環再使用。這樣就可減少垃圾掩埋空間的 需求和減少天然砂石資源。傳統上，拆除舊建築物已被視為低技術的進程。承建商的 目的主要是在快速拆除和迅速清理拆除物，注重拆除的效率。採用特別措施來分隔不 同類型的材料是不可能的，由於時間限制和其他的相關因素（如空間的限制)因此，

一個主要部分可重複使用的拆建物料不能回收。一個典型的拆除工作的流程[15]：

(1)排水，電，水，瓦斯，電話要確定是否已經全部切斷和封存現有排水，防止進入 雜物。

(2)鄰接鄰房處必須隔開 1 米寬處用人工切割並敲除，以免大規模機械施工時會損及 鄰房。

(3)在建築物的周圍提供一切必要的防護措施。以防止物體飛落擊傷第三者。

(4)在各樓層留下一個空間（3 米× 3 米），以利機械施工作業。

(5)使用 550 磅反鏟液壓衝擊破碎頂樓。

(6)由上而下的逐層開始拆除。

(7)收集垃圾的舊材料予以分類。

(8)最後拆除地面層的帽梁、地樑、及水溝。

(9)對於可回收的拆建廢料應分開堆置以便可循環再使用。

(10)廢棄物運出。

11

並對政府提出建議如下，

短期：

(1)政府應聯同建造業，成立了中間廢物分類（回收）廠和垃圾分類可作為完整資料，

公共場所處置。

(2)適用的規定應列入政府資助的項目，指定現場分類的廢物。

長期：

(1)制定適當的法律來控制處理拆除的廢棄物。

(2)廢棄物堆置區應有合理的收費計畫，應加以發展。

(3)指定廢物處置安排拆除整體條文應納入政府的一般條件合同。

(4)政府部門，特別是工務部門，應進行評價重用再生骨料。

台灣傳統上拆除舊建築物的技術是被視為沒有技術性的，承包商的目的是在最短 的時間內使用破碎機及大鋼牙，將要拆除的建築物快速的拆除及清運。要承商將不同 的材料加以區分是不可能的，因為時間的限制和其他相關因素如空間的限制，因此會 造成可重複使用的拆除建築物料不能回收。

日本東急建設為致力於全球的環境保護，對於拆除建築物混凝土提出循環使用再 生混凝土，其製造方法是將建築物拆解破碎後，再運至再生骨材生產場破碎加工，經 過水洗、磁選後產生再生粗、細骨材，和水泥拌合後使用於集合住宅的基礎及地樑，

和地下結構體[16]。

以目前現有之技術層面來探討資源回收系統技術 ，在日本各大公司如清水建 設、奧村組、東急建設、小野田株式會社、三菱等多有發表關於混凝土回收技術之研 究回收破碎後加熱處理產生構造用骨材。加熱處理的目的為去除骨材上附著的水泥 漿，使骨材的摩擦力更能與新拌混凝土結合。基於對再生混凝土的品質要求及管理在 2004 年清水建設再提出一份研究報告[17]：

一、對於解體工程的評估、工地現場的配置、再生骨材的製造及管理計畫。

二、再生骨材的製造實績，滿足規範的要求。

三、不論粗細骨材必須有良好的品質管理。

四、微細粉末的基本特性的再利用。

五、再生骨材的製作所產生的CO2，為了減少CO2 排放量比起過去以來地盤材料的 利用它對環境負荷比是較小的。

12

再生骨材的利用及重要性日益增加，但是再生骨材的製造設備及成本問題、規範 等等都依然存在，如何更進一步研究開發是必須儘早努力克服的問題。

2.1.2 建築拆除物相關專利

經由中華民國經濟部智慧財產局所設置的專利公報檢索系統搜尋與本研究有關 之專利共有數件，關鍵字包含Concretes、混凝土 Regeneration、再生 Circulation、循 環，概述如下：

一、混凝土再生工法發明人為張振豐主要發明類似清水建設閉環技術(CLT) [5]，初步 破碎加熱至 400℃回收粗骨材(5-20mm)經篩選後分離細骨材(0.15-5mm)及初級水 泥(0.15mm 以下)製成再生水泥[18]。

二、營建廢棄物處理分類機構，發明人李國慶(永竟企業有限公司)屬於機器分類[7]。

三、廢棄物之再生方法與裝置，發明人羅伯特 A 克魯斯機器及工法之改良[19]。

四、多層營建混合廢棄物篩選機發明人林呂通屬機器設備之發明[8]。

綜觀各個專利其主要的目的 都是在強調機器效率，如何在最短的時間、以最少 的成本、獲得最佳品質的再生骨材。

2.1.3 臺灣建築拆除業的拆除流程及資源回收場流程

因政府法令規定使得台灣營建拆除業拆除國內老舊建築物時對於可回收的物品 會先行拆除回收如鋁料、鋼筋、鐵件等，其餘如木材、磁器、磚、瓦、石材等和混凝 土混在一起變成B8(營建混合物土、石、砂、磚瓦、混凝土塊、木材、金屬、玻璃、

塑膠等)[20]類申報並未明確再將 B5(廢棄混凝塊)[20]單獨區分出來，只是業界有不成 文之規定，如果是沒有混雜磚瓦之純混凝土塊是不收任何處理費用，只要付卡車運載 的運費，但是有些業者還是會嫌麻煩不會特別挑選出來，寧願申報B8 類。政府只要 在拆除的流程管制 以及嚴格的申報管制中嚴格管控，混凝土塊就能單獨處理成再生 骨材進而做為預拌混凝土使用，而不是和磚瓦石材混在一起做為低窪地填補及施工便 道使用。圖2.1 為目前台灣營建廢棄物處理廠處理流程圖，建築物利用挖土機、破碎 機、大鋼牙等破碎後，運到處理場進行拆除物之分類，利用人工及機器(滾筒、風力、

磁選、壓縮或水洗及二次破碎)等程序，來分出紙類、鋼筋、混凝土塊、磚瓦、陶磁、

13

水泥製品、石材、塑膠、瀝青混凝土類、木製品、以及其它類主要是將分類做為更詳 盡，以減少資源之浪費。

圖2.1 台灣營建廢棄物處理流程

資料來源：[本研究繪製]

14

不知從何時開始建築物的生命周期從舊建築物的拆除整地後一定做為停車場使 用，然後興建預售屋、拆除預售屋、興建建築物、到室內裝修等等，這其中那些資源 是可回收那些資源是可再利用的尤其是預售屋的興建在很短的時間內即拆除大量的 材料全由怪手一揮當做廢棄物處理，而其中不乏可利用之資源詳圖2.2 建築物的生命 週期。

圖2.2 建築物的生命週期

資料來源：[本研究繪製]

15

2.2 閉環技術(Closed-Loop Technology)定義之回顧

CLT 是建築拆除技術方法之一，因為 CLT 技術為本研究之核心課題，本節特別 加以回顧。在英國建築業必須以循環材料閉環(Closed-Loop)方式進行建築廢棄物之回 收，其最終的目標就是零廢棄[21]。建築物的設計必須使用未來再利用和可做為循環 使用的建築元素，建築物可以拆除或循環再造的有效地使用這種回收和再生材料節省 原生資源，此一設計概念可以降低相關環境的影響。閉環的物質循環概念結合目標零 廢棄物，尋找機會減少廢棄物和污染行的行業，利用機會使用低價格廢棄物的副產品 [22]。物質循環結合目標零廢棄物，所謂閉環材料為原則上建築材料重新融入或直接 加工然後重新進入建築物或付諸實用的目的。由於沒有產生廢棄物，一切資源回收在 利用，這種概念被稱為閉環材料[23]。日本的清水建設則主張將廢棄混凝土百分之百 循環使用而且反覆操作[5]。

2.3 TRIZ 相關研究回顧

TRIZ 是俄文 Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch 字首的縮寫，TRIZ 英文全 名為“Theory of Inventive Problem Solving ＂，依據字面的意義解譯成：創新 (發明性)問題解決方法之理論，或是簡稱為“萃思＂或“萃智＂。Inventive Problem 意謂一個問題至少包含一項的衝突或矛盾，而其解決的方法未知。而TRIZ 是一種問 題解決(Problem Solving)的工具如圖 2.3 所示；是一種系統化的思考方式，是一種哲 學，以及許多工具(例如四十項發明原則、矛盾矩陣等)所組成的[12]。

16

圖2.3 TRIZ 解題方法

資料來源：參考文獻[12]

2.4 電腦輔助創新相關研究回顧

過去技術之創新研發過程常曠日廢時且所費不貲，且不一定有具體成果產生，現 今藉助電腦輔助創新及系統化快速創新方法來縮短研發的時間、金錢及在最短時間內 達成最佳效益。有關於電腦輔助創新相關理論與架構，Li 等人[24]提出設計創意之電 腦輔助工具的功能架構如圖2.1 所示。由圖 2.1 可得知設計者與電腦間於創造性思考 之關連，在設計者部分著重自身的知識與資訊，作為個人創造性思考的輸入為設計的 理論；在電腦應用部分，則主要在提供知識庫與資訊來源輔助設計者的創意思考或是 電腦設計方法資訊的來源。Li 等人[24]並進一步建構設計創意流程之五個步驟如圖 2.2 所示，包括：(1) 針對目標與問題之定義；(2) 問題分類與描述；(3) 創造性的策略；

(4) 創造性解答的產生；(5)最後的評估與選擇，均藉由電腦輔助方式進行，引導設計 人員搜尋可行之解決方案。Duan 等[25]以解決機械工程上實際的問題並以專利申請為 目的，從其出問題定義、分析、解答產生與評估等，應用 CAI 軟體工具與流程並且 納入專利資訊作為先前技術之搜尋與作為迴避設計之用。

17

圖2.4 電腦輔助創意設計模式

資料來源：參考文獻[24]

圖2.5 電腦輔助創意產品設計流程圖

資料來源：參考文獻[24]

18

2.5 小結

國內老舊建築物拆除時利用Closed-Loop [5]處理的技術，除了降低載運量有效的 控制廢棄物外，每一m2RC 造建築拆除物可產生 0.822m3/m2 的廢棄物[26]，詳表 2.1 所示。如何使其再生及再利用，因為不利用就變成垃圾。對於新建的建築物也須強制 的使用再生資源，因為每一m2 新建 RC 造建築物會製造 0.124m3/m2 廢棄物[26]，詳 表2.1 所示。而其所需要的資源還不算，所以讓建築拆除物的資源可回收使用於新建 物，使用既可達到環保又不致讓建材料源短缺可一舉數得。根據營建署統計，營建廢 棄物經過資源回收再生後，約剩下百分之十的營建廢棄物必須進行最終處置，也就是 說有百分之九十的營建廢棄物皆可以再生使用，可見營建廢棄物的再生工作對於經濟 與環保是具有雙重功效。總而言之為能實現建築物資源再生及循環使用必須從建築設 計源頭開始設計建築物的拆解概念可減少廢棄物是 CLT 的目標，而回收再利用是方 法也是手段。

表2.1 不同構造別建物拆除資料系數表

新建工程 拆除工程

構造別 用途別 單位產生量

(m³/m²)

單位產生量 (m³/m²) RC 造

住宅 0.124 0.822

廠房 0.081 0.670

辦公大樓 ^{0.098 -}

學校 0.098 0.704

SRC 造

住宅 ^{0.135 -}

廠房 ^{0.105 -}

辦公大樓 ^{0.107 -}

鋼構造

住宅 ^{0.103 -}

廠房 ^{0.106 -}

辦公大樓 ^{0.090 -}

鋼鐵造 住宅 0.090 0.649

廠房 0.102 0.610

加強磚造 住宅 ^{- 0.852}

工廠 ^{- 0.741}

磚造 住宅 ^{- 0.740}

資料來源：參考文獻[26]

19

第三章 閉環混凝土回收技術(CLT)工法回顧

3.1 閉環混凝土回收技術(CLT)工法介紹

閉環混凝土回收技術(CLT)[5]，是建築拆除混凝土在工地就地拆解後直接破碎、

分離、篩選，不運離工地並還原為預拌混凝土骨材使用，此一循環稱為「閉環 (Closed-Loop)」。 清水建設所發展之 CLT[5]是一種混凝土資源循環系統，此一系統能 分離砂漿及水泥，且能回收再生骨材 (砂石)。這些回收再生的粗骨材(礫石)再生細骨 材(砂)，因和原來骨材(砂石)有類似之品質，因此可以再做為混凝土使用。依據清水 建設之分析數據[5]得知，目前 CLT 技術約可從拆除混凝土廢棄物中回收 60%之砂石 資源，其餘40%則為木材、金屬、塑膠及其它有機之廢棄物。一般之處理方式分為兩 大步驟，先用拆除機具、設備進行拆解，再以篩選設備進行分類，金屬資源即以磁選 方法分離回收，其餘廢棄物於篩選分類後進行分離處理，分離後比重較重之物料包括 混凝土碎塊與磚石等約占全部體積計80%[4]，為 CLT 處理之主要對象。此 80%廢料 中混凝土廢棄物因為包含水泥硬化物與卵石粒料緊密結合最難處理，一般之處理方法 是顎碎機進行壓碎，然當壓碎至直徑40mm 之混凝土塊石後即不易再進一步分離而必 須以其它物理(加冷、加熱)化學(加化學藥劑)方法加以進一步分離。在進一步分離處 理後，具高強度之粒料(卵石、骨材、細砂)可被回收再利用。而剩餘之水泥硬化物及 磚塊則可被研磨成為粉料，做為舖面、填充及製作空心磚等建材之再利用。

3.2 閉環混凝土回收技術主要流程步驟及設備分析

為說明「閉環混凝土回收技術 CLT)」技術之流程，本節以日本清水建設所發展 出之「混凝土回收系統」如圖3.1 為例，進行 CLT 之流程說明。

如圖3.1 所示，清水建設之 CLT 技術包括三大步驟：

一、解體(拆除)前的調查

首先進行的是建築物拆除之前必須先調查混凝土的含氯離子量是否超過標準骨 材的密度以及吸水率來判斷是否適合做為回收利用之材料。其次建築物原骨材的調查 將原有的骨材破碎至25mm 程度以下後用濃度 5%鹽酸溶液將水泥溶解以將原有的骨

20

材(砂石)取出將 5mm 的粗骨材砂石 5-0.15 mm 的原細骨材(砂石)進行各種實驗含氯 離子反應性實驗，粗骨材是以化學法進行，另一方面細骨材比粗骨材的表面更易受到 影響所以用迅速法JIS A 1308 的方式進行根據 JIS A 5308 粗骨材吸水率 3.0%以下細 骨材吸水率3.5%以下為標準，所以被判定無含氯離子反應性所以適合回收再利用。

經過以上試驗證明可做回收材料使用後，要先將混凝土分解破碎後將鋼筋取出，

以移動式破碎機將骨材破碎至40mm 以下程度將雜質除去。

二、再生

第二步驟即是 CLT 技術之應用，首先，將結構拆解為碎塊，破碎後的骨材經過 篩分析後可得之粒徑過篩的百分比，可以知道骨材粒徑分佈的狀況。然後將破碎至 40mm 以下的混凝土置入加熱設備內，加熱至約 300 ℃後經由篩選桶設備投入介質 (鐵球)來回迴轉後，使用機械化的設備對於比重做選別篩選將粗、細骨材篩選後分別 放置。因為篩選加熱的過程所產生的比重選別副產品-微細粉末(0.15mm 程度以下的 粉末)會在產生時經由通風設備回收。

三、再利用

最後一個步驟是回收資源再利用，將經過各項實驗通過後可以用做結構骨材使用 在製造成混凝土前須確認其密度及粒料分佈等特性後，符合要求品質來調合選定，以 一般預拌混凝土相同配比方式來進行混凝土施工作業。至於剩餘的微細粉末再利用，

由於微粉末是做為水泥的主要成分，所以可以再利用做為水泥的原料及軟弱地基改良 地盤材料之用。

21

圖3.1 清水建設閉環混凝土回收系統

資料來源：參考文獻[5]

清水建設2002 年在日本東京的建築工地，此工地即是利用 CLT 混凝土回收技術 施工以下為其工地現場如圖3.2。

圖3.2 清水建設2002年在日本東京的建築工地

資料來源：參考文獻[5]

22

CLT 相關設備及施作流程圖如圖 3.3 所示：

1.利用破碎機及大鋼牙等施工機具先將所要拆除之建築物破碎 2.經過篩選機分類，以這個工地為例拆除的廢棄骨材有 50,000ton

3.將混凝土二次破碎至 40mm 以下經過加熱設施及經過比重篩選可產生出粗細、骨材 共30,000ton，可用做再生混凝土 40,000ton 而經過加熱過程中產生的副產品微細粉末 達到 20,000ton，亦可做為土壤改良劑使用，可完全作用於軟弱地層土壤改良上，所 有的施工生產過程中100%循環再利用如圖 3.3 Step1-6。

(1)破碎機 (2)顎碎機(大鋼牙)

(3)山貓 (4)篩選機臺灣帝凱公司圖片

23

(5)篩選機,壽技研工業株式會社圖片 (6)骨材篩選機,壽技研工業株式會社圖片

Step.1 建築物拆除，產生廢棄骨材 有50,000 ton，經過工廠篩選加熱處理後

Step.2 產生粗骨材

Step.3 產生細骨材，粗、細骨材總計 30,000 ton Step.4 回收成為再生混凝土 40,000ton

24

Step.5 粗、細骨材之副產品產生微細粉末材料 20,000 ton

Step.6 變成土壤改良劑使用 20,000ton 圖3.3 CLT相關設備及施作流程圖

3.3 關鍵技術分析

依據前節之 CLT 流程分析可知，CLT 技術之所述分類及材料加溫裂解為最主要 之關鍵因素：依據3.2 節 CLT 操作流程分析結果得知，CLT 之關鍵技術包括「拆解分 類技術」及「水泥骨材分離技術」等兩大關鍵技術。其中「拆解分類技術」方面，國 內已有成熟之本土技術設備廠，例如台勝興企業股份有限公司的「多層營建混合廢棄 物分類機」專利新型 M257896[6]，國內現有之營建土石資源回收廠如例如永竟企業 有限公司擁有「營建廢棄物處理分類機構」專利425938[7]已經廣泛使用。

因此，國內要導入CLT 技術之關鍵核心技術在該「水泥骨材分離技術」之創新，

經由文獻回顧得知[5]清水建設所採用之「水泥骨材分離技術」是利用高溫加熱 300

℃之方法藉由水泥與骨材之「非均值」特性，使其受熱體積膨脹之比率不同而產生兩 者分離之應力。經專利撿索發現國內張振豐君擁有類似之技術，然而該技術之加熱規 範要求加至400℃，更高於清水建設之技術要求，兩項技術整理如表 3.1 所示。

表3.1 日本與台灣混凝土裂解工法技術之比較

裂解 發明人 溫度 篩選方式 流程及產出

日本 清水建設 300℃ 磁選 粗、細骨材及微細粉末

國內 張振豐 400℃ 磁選 細骨材及初級水泥然後製成再生水泥 資料來源：[本研究整理]

25

然而不論清水建設或張振豐君之技術方面皆需要消耗大量能源，將排放大量溫室 氣體。若未加以改善，則未來在全球節能減碳之要求趨勢下，勢必面臨嚴格之檢驗。

為了提升回收粒料之品質，清水建設對於 CLT 所回收之物料進一步做以下之品質管 制[17]：

1.材料檢查：材料必須已經分類篩選過然後破碎至 40mm 以下之破碎混凝土，而且不 能有鋼筋、木片等雜質。

2.設備檢查：再生骨材的設備加熱塔、粗、細骨材篩選機、振動分級機、包含控制室 內對於溫度控制、回轉數、風量等都必須加以控制，須設置緊急應變措施以防止斷電 一時無法應變。

3.製品的檢查：

(1)日常檢查：須每日抽檢樣品對於骨材密度、吸水率、粒度分佈圖等調查並紀錄。

(2)精密檢查：細骨材的含氯離子量、微粒分量、安定性、浮游不純物量、粒形判定 實積率調查並紀錄。

4.再生粗、細骨材的絕對乾密度必須在 2.5g/cm3 及符合 JIS A 的規定。

再生骨材的利用及重要性日益增加，但是再生骨材的製造設備及成本問題、規範 等等都依然存在，如何更進一步研究開發是必須儘早努力克服的問題。

26

圖3.4 再生骨材製造流程圖

資料來源：[本研究繪製]

上圖 3.4 為再生骨材製造流程圖將已分類處理並破碎在 40mm 以下之廢棄混凝 土，投入加熱設備中經過加熱 300℃後經過篩選設備，以粒徑之大小區分篩選出粗 (5mm)以上、細骨材粒料(0.15-5mm)，並分別堆置。由於在加熱篩選骨材過程中會因 摩擦而產生微細粉末(0.15mm)以下。

27

3.4 技術瓶頸分析

處理廢棄混凝土塊時，如何破碎成骨材並將其附著之混凝漿去除為首要項目。現 有的機器破碎已不是問題，但是如何去除包覆骨材之混凝土漿而獲得高品質之骨材，

在清水建設採用加熱法，但加熱溫度達到300℃既浪費能源，也無法降低成本。但加 熱溫度下降，可能導致張力或壓力強度不足，以致無法達到分裂效果。所以在溫度上 是一個瓶頸點，找出適當方法來克服溫度這個瓶頸點在技術上可更上一層樓，是如何 能讓溫度降低又能使混凝土塊迅速達成分裂之成果，即降低能源的使用和減少成本的 發生。

3.5 小結

閉環混凝土回收技術(CLT)是將混凝塊在工地直接破碎回收成為混凝土骨材使 用，此技術如成熟穩定發展會促使產業革命，除了降低自然資源的開採而且在日益重 視環保時代，大大減輕碳排放及降低溫室氣體效應。清水建設在美中不足的一點是無 法將其加熱溫度降至300℃以下使其對能源的消耗無法再降低，於是本研究藉由清水 建設閉環混凝土回收技術(CLT)，來研究如何降低其溫度但有同樣之效果能將骨材所 附著之水泥漿體去除，於是利用系統化技術創新流程(STIP)及研發專案管理和電腦輔 助創新等方法找出最適合降低溫度及最快達成分解之效果，使在耗能上大幅降低對能 源的消耗，在環保上更進一步的減少碳排放及降低溫室氣體效應。

28

第四章 系統化技術速創新流程

為改善現有 CLT 技術之問題，並研發創新之建築廢棄物資源回收在利用工法技 術，以迴避國外 CLT 技術之專利保護並適應國內營建產業環境，勢必需要針對現有 技術進行技術創新。在第二章中以針對技術創新之相關文獻進行回顧，並得知目前國 際上有關技術創新之趨勢多採電腦輔助創新工具以加速技術創新之流程。此外，國際 專案管理協會(International Project Management Association, IPMA)等專業協會所頒佈 之產品研發專案管理之知識體系，亦提供技術研發者一個可遵循的方法架構，以免去 無效與浪費之非加值流程[11]。基於上述理由，本研究擬應用國內學者余文德等人所 提出之「系統化技術創新流程(Systematic Technology Innovation Process, STIP)」模式 [8,9,10,14]作為本研究 CLT 技術創新之方法流程。STIP 方法係以「國際研發專案管理 知識體系」為基本架構，結合電腦創新與專利分析工具所建構的一套營建技術快速創 新方法。STIP 模式共包括十項步驟：(1) 問題定義；(2) 根原因分析；(3) 目標技術 選定；(4) 功能模型分析；(5) 功能模型修正；(6) 概念評估；(7) 產品系統設計；(8) 產品雛型設計；(9) 產品實驗；及 (10)測試及創新技術產生。本章將就所採用之 STIP 方法做詳盡之介紹，先介紹STIP 之發展背景，再說明 STIP 之詳細執行步驟。

4.1 STIP 之發展背景

4.1.1 營建創新方法之需求

STIP 方法是為進行營建技術創新而發展出來的，依據 Halpin 之定義「營建技術 (Construction technology)」為：「為了完成一項施工作業，結合施工方法與技術的使用，

於施工現場使用材料與元件的興建作業[24]。」Nam 認為，營建創新是於企業中首次 所使用之營建技術[28]，而「建流程創新則是改善營建施工方法的設計過程，以達到 一般施工作業或是改善施工效率之目的[29]。Nam and Tatum 亦指出，營建作業設計 與生產的分開可提供改進之機會，營建過程或是產品的創新與施工有密切的關係，企 業可增加設計與施工的整合度以持續針對新技術進行研究與發展，可增加創新及競爭 之優勢[30]。因此可由過去文獻中對於「營建技術創新」之定義可歸納為：「針對營 建施工方法、營建資源與工作項目等提供創新方法以提升企業競爭力」。

29

Nan 指出推動營建產業之產品創新模式產出主要影響因素為：業主需求、問題、

設計者的技術累積、承包商的施工技術[29]。Kangarl and Miyatake 指出，除少數營造 業有導入技術創新的觀念外，美國國內外仍有許多保守企業拒絕營建業導入創新；其 原因為企業導入研究發展需要大量的資源投入，通常一項研發專案在企業內部執行時 所需的流程與手續繁多，通常需要經過概念產生、技術評估、市場與商業評估、最後 認可階段、執行與回饋等[31]。但其中較困難的是研發「初期好的技術創新概念不易 產生」一般企業常透過專案成員腦力激盪產生創新概念[32]。因此一套系統化之產品 研發方法，對於營建業之技術創新的確有其必要性。

4.1.2 國際研發專案管理流程

針對上述系統化產品研發方法之需求，總部位於荷蘭的國際專案管理協會 (IPMA)頒佈了一套國際專案管理之基準，各會員國協會依據此一基準制定其專案管 理之標準，而 IPMA 台灣會員「台灣專案管理學會(Taiwan Project Management Association, TPMA)」亦制定了一套產品研發專案管理之標準稱為「國際研發專案管 理知識體(International R&D Project Management Body of Knowledge, IPMBOK for R&D)」[11]。在國際研發專案管理知識體中，產品與技術之研發為一標準專案，因 為它具有專案的獨特和短暫雙重特性，且研發過程需要控制預算、管制時程、掌握品 質、統合人力、規避 風險等，因此須應用專案管理的知識和手法來管理產品的研發。

國際研發專案管理知識體系之研發流程包含三大階段：(1)產品概階段念；(2)產品發 展階段；與 (3)產品上市階段。各階段皆定義不同之工具、方法及允收標準[11]。STIP 方法將國際研發專案管理知識體系之產品概念與產品發展兩階段整合至其流程中，以 下說明此階段之詳細步驟：

一、產品概念階段—產品概念的產生需經由產品 機會辨識、機會分析、構想產生、

構想選擇與概念定義等步驟，產生符合市場需求與企業發展方向之產品概念。

二、產品發展階段—進行完產品概念所產出之概念說明與產品發展計畫等相關文件後，

接著 為產品發展階段，產品發展階段，主要可分 為概念設計、系統分析、初步設計、

細部設計、原型製作、產品測試與最後之產品上市規劃。

30

除了 IPMA 國際研發專案管理知識體系(International R＆D Project Management Body of Knowledge) 外 ， 美 國 產 品 發 展 與 管 理 學 會 (Product Development and Management Association, PDMA)亦發行「新產品發展手冊(The PDMA Handbook Of New Product Development)」[33]，該手冊亦提供一技術發展之參考流程。藉由詳細且 慎密的研發流程、工具、方法與各階段給交付成果作為確保各階段的允收標準(或稱 階段關卡審查)。其目的在確保新產品符合顧客需求與市場需求，並透過各階段的審 查，進而將產品上市失敗的風險降至最低。

4.1.3 電腦輔助創新

雖然「國際研發專案管理知識體系」提供產品與技術研發之方法與步驟，但在進 行產品與技術研發時常因過程之不確定性與資料蒐集之困難度，導致研發之時效緩不 濟急，甚至喪失了先機。為了改進此一弱點，STIP 方法採用電腦輔助創新之軟體工 具，包括專利檢索與分析工具、電腦輔助創新(Computer aided innovation, CAI)工具 等。因為專利分析工具提供各種產業中最尖端、最具商業價值的技術，不僅可用來掌 握產業發展動向，更可作為研發的指標[34]；且在開發產品過程中，專利侵權已成為 企業必須面臨的重要課題之一，設計者在進行產品設計時，要面臨到需如何迴避競爭 者既存之專利，而在進行迴避專利的過程中，藉由既存的專利進行局部創新會產生新 的設計問題[35]。依據文獻資料，研發人員如果能夠善用專利資訊，將可縮短約 60%

的技術研發時間與40%的研發經費[36]。且專利公報所刊載的內容包括 90%以上的具 有商業價值之專利技術研發成果，這些研發成果中約80%的內容不會刊載在專業期刊 或學術論文等的技術文獻中[34]。

另一方面，CAI 輔助軟體亦是近十餘年來國際上越來越普遍的創新輔助方法。在 STIP 方法中，CAI 工具提供了根原因問題分析(Root cause analysis, RCA)、功能模型 建 構(Function modelling, FM) 、 創 新 知 識 搜 尋 、 科 學 效 應 資 料 庫 (Science effect database)、簡化設計(Simplified design) 功能模型修正(Modified FM)、初步替代方案評 估等功能。此外，目前坊間之CAI 軟體多支援創新問題解決理論(TRIZ)之分析。余文 德等人所採用之CAI 工具為 Invention Machine 所提供之 Goldfire Innovator [37]，該軟 體提供一個結構化的流程，幫助使用者輕鬆的進行問題分析與產生解決的方案，讓使 用者有效率的以創新性方式解決工程上的難題。這個軟體可以廣泛的運用於新產品的

31

開發、產品與流程的改進、缺點診斷與預防、產品策略與技術研發、以及智慧財產權 的策略訂定等[37]。

4.2 系統化技術創新流程(STIP)

STIP 模式從創新構想問題定義分析到產品開發完畢，共計有十個步驟，如圖 4.3 所示。各步驟之功能分析如下：

一、問題定義─問題型式可廣泛指各種情形下的營建技術(如設計問題、施工問題)，

例如針對材料、工法、設備等技術作為創新改善標的。

二、根原因分析(Root Cause analysis，RCA)─根原因分析定義問題的本質與原因，其 概念類似於常用於問題分析之技巧(如 5W1H 思考法，特性要因圖與腦力激盪等)。其 目的為定義出對的問題與找出問題之主因(瓶頸點)，避免將研發資源投入到非主要問 題的原因上。並利用電腦輔助創新工具的根原因模型知識庫，來過濾迅速的找出問 題。

三、目標技術(Target Technology)選定─於定義完該技術問題後，可針對專利資料庫 中之相關專利等技術做搜尋與檢索。其目的為了解相關技術發展趨勢、技術生命週期 與技術擁有者等之資訊，最後在挑選出ㄧ相關專利做為分析與改善之目標技術。目標 技術可為常見之技術或是施工規範做為基礎，仍須進行專利檢索。此步驟可找出該技 術之內容與發展之方向，並從中持續改善相關技術，可避免重複研發與侵權之情形發 生。並利用電腦輔助創新工具的專利檢索，迅速的找出目標技術問題。

四、功能模型分析(Function Model Analysis, FMA)─將現有帶改進之系統或是挑選成 目標技術之專利進行功能模型分析，做為創新與改進之基礎。功能模型分析可藉由圖 形化之方式協助工程人員對於該類技術系統之了解，一般系統由不同之組件

(Components)所組成，一般可分為目標原件、一般原件、超系統(只不可控制之因素)。

不同之組件間皆含有一功能(Function)或作用(Action)，可分為有用作用、有害作用、

不足作用、過度作用，藉由功能模型分析建立技術分析共同語言。並利用電腦輔助創 新工具的功能模型，迅速的分析功能模型。

1.功能模型修正─功能分析模型完成後，可藉由改進或取代系統內的功能而成為新的 設計方案，產生出問解決或系統簡化設計方案。並利用電腦輔助創新工具的TRIZR

32

簡化設計，迅速的做功能模型修正。

2.概念評估─於新設計方案產出後，須對於該設計方案進行新舊工法之評估。另一方 面亦要進行針對新工法之技術範圍與特徵進行專利檢索，探討是否已有類似之專利。

3.產品系統設計─將驗證過後之方案，將概念轉換為實作系統設計方案之階段。

4.產品雛型設計─依據上述之系統設計，實際製作已達成系統各元件之功能組合之雛 型。

5.產生實驗與測試─依據上述之製作模型進行實驗與測試，若測試通過代表新技術的 產生。

6.創新技術產生─經由 STIP 一系列之流程產出與驗證，最後可得出具創新性之技術。

圖4.1 系統化創新流程圖

資料來源：參考文獻[8]

33

4.3 小結

系統化技術創新(STIP)方法是整合國際研發專案管理知識體系(IPMBOK for R&D)、創新問題解決理論(TRIZ)、專利分析等方法而成之系統化快速技術創新方法。

本研究第五章將利用本章所介紹STIP 方法之流程步驟，快速找到關鍵技術點及瓶頸 技術點和解決的對策及方法，以縮短技術研發的流程。

34

第五章 系統化技術創新方法(STIP)方法於閉環混 凝土回收技術創新研究之應用

本章以閉環混凝土回收技術(CLT)為對象，應用 STIP 模式之步驟及方法來進行技 術創新，從問題定義、根原因分析、目標技術選定、功能模型分析、功能模型修正、

概念評估、產品系統設計、產品雛形設計、產品實驗與測試及創新技術產生，完成一 完整之技術創新分析。以下分別就詳細之STIP 創新過程說明於各節。

5.1 問題定義

在清水建設閉環混凝土回收技術 CLT 中，為使混凝土之水泥與粒料分離必須高 溫加熱達300℃導致耗能及排碳問題，探討

1.實例研究現階段處理流程技術，降低溫度可能導致混凝土中水泥與粒料無法分離，

利用熱脹冷縮之原理使其達成水泥與粒料分離既能減少耗能又能降低碳排放，改善其 流程技術使其更有效率。依現有工法技術之存在問題可得知加熱溫度下降可能導致混 凝土塊無法分裂。經過RCA 根原因進一步得知溫度及能量是預改善之因素。本研究 將此兩項因素作為預改善參數，並以TRIZ 矛盾矩陣與創新法則分析作為本研究創新 工法設計之手法。

2.要降低多少溫度才不會影響混凝土中水泥與粒料無法分離，加熱時間需要多久，冷 卻的溫度是多少，需要多久的時間，在成本和品質間取一最適合的溫度達到最佳之品 質及最佳之經濟效益。

35

5.2 根原因分析

本研究以廢棄混凝土塊分解循環使用為課題，探討舊有建築物拆除後所產生的廢 棄物作分類。以分類精確度作為目標並往下探討原因。其原因有兩項，分別是材料分 類不易及分離不易。本研究只針對分離不易作分析，故材料分類不易不列入研究範 圍。混凝土塊分離不易其原因又以溫度太低而無法達致分裂效果經過RCA 根原因進 一步得知溫度及能量是預改善之因素。本研究將此兩項因素作為預改善參數，並以 TRIZ 矛盾矩陣與創新法則分析作為本研究創新工法設計之手法。

圖5.1 根原因分析圖

資料來源：[本研究繪製]

36

5.3 目標技術定義

依據 CLT 操做流程分析「水泥與骨材分離技術」為主要目標技術，進一步做根 原因流程分析，右上角圖示有紅色圈圈所代表的是以解決的問題，叉表示者待解決問 題。 由圖示可發現只要將材料分類不易及溫度太低兩項原因解決後，分離不易及分 類精確度亦可解決。

圖5.2 根原因分析流程圖

資料來源：[本研究繪製]

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5.3.1 目標技術專利搜尋

經由中華民國經濟部智慧財產局所設置的專利公報檢索系統中搜尋與本研究有 關之專利共有一件，敘述如下：

表5.1 專利檢索相關案例

資料來源：參考文獻[18]

專利名稱 混凝土再生工法

公告/公開日 2006/01/11

證書號 I246945

申請日 2004/09/01

申請號 093126348

國際專利分類號 B09B00300

發明人 張政豐

申請人 張政豐、張政茂

代理人 陳文郎

摘要

一種混凝土再生工法，目的在於將混凝土廢棄物分離成可再生利用的粗細骨材及 初級水泥，上述再生工法包含壓碎、高溫加熱分裂、回收粗骨材、分離細骨材及初級 水泥，以及製備再生水泥等步驟，其中，高溫加熱分裂的步驟可以使混凝土廢棄物中 的固態骨材膨脹，同時讓混凝土廢棄物中的水泥漿塊因水分蒸散而收縮，以便在後面 步驟中能夠更乾淨的將水泥砂漿塊與骨材分離，形成初級水泥，而製備再生水泥的步 驟中主要係在一定高溫下在初級水泥中加入氧化鈣，使混合物產生膠結現象而形成再 生水泥。

38

5.3.2 IPC 國際專利分類碼分析

依所搜尋的專利文獻作IPC 分類碼分析

表5.2 IPC國際專利分類碼分析

資料來源：參考文獻[38]

5.3.3 相關法規

1.CNS386 試驗篩：適用於篩析粒狀及粉狀物料之金屬製試驗篩。

2.CNS485 料粒取樣法：規定粗、細粒料之取樣方法，其目的如下。

(1)供應料源蘊藏量之初步調查。

(2)供應料源之產品管制。

(3)使用現場之作業管制。

(4)材料之允收或拒收。

3.CNS486 粗細粒料篩析法：以試驗篩籍篩分測定粒料粒子粗細分布之方法，包含粗 細粒料之級配要求，並指示對這些粒料進行篩分析。

4.CNS487 細粒料比重及吸水性檢驗法：規定細粒料容積比重、視比重及吸水率之試 驗法。

5.CNS488 粗粒料比重及吸水性檢驗法：規定多量粗粒料顆粒（不含顆粒間之空隙體 積）之平均密度、相對密度 （比重）及吸水率之試驗法。

6.CNS489 粗粒料表面含水率之檢驗法：規定用排水法以求細粒料表面含水率之工地 試驗方法。其精確度依材料之面乾內飽和容積比重之準確與否而定。適用於粒料比重 已知，且無乾燥設備之工地或工場，表面含水率可用於調整粒料及拌和水之質量。

7.CNS490 粗粒料(37.5mm 以下)磨損檢驗法：規定最大粒徑小於試驗篩 37.5 mm 之粗 粒料，用洛杉磯試驗機(Los Angeles Testing Machine)試驗其磨損抵抗力之方法。

專利名稱 混凝土再生工法 IPC 分類碼 B09B00300

IPC

B09 固體廢物之處理；污染土壤之再生（水、廢水、污水或污泥 之處理；處理放射性污染固體。

B09B 固體廢物之處理。

B09B00300 固體廢物之破壞或將固體廢物轉變為有用或無害的物品。

39

8.CNS3408 粗粒料(19mm 以上)磨損檢驗法：規定使用洛杉磯試驗機試驗粒徑 19mm 以上粗粒料磨損抵抗之方法。

5.4 功能模型分析

現有混凝土再生工法是用來處理含有粗骨材、細骨材及水泥漿塊之混凝土廢棄 物，包含：高溫加熱分裂，回收粗、細骨材，再經由篩選方式將粗、細骨材分離。以 下圖形為現有工法模型，為使混凝土塊分離，高溫爐持續加熱造成能量的浪費為此工 法之問題。

圖5.3 現有工法功能模型

資料來源：[本研究繪製]

40

5.5 功能模型修正

現有工法為未經篩選過之混凝土，內含雜質，經過加熱至300℃分解後再經磁選 再篩選粗、細骨材，作為新拌混凝土骨材使用。初步構想是將使溫度下降，降低能量 浪費。利用 TRIZ 三十九項工程參數、四十項創新原則、及矛盾矩陣表、分析後(表 5.3)，針對加熱溫度及能量方面進行改善，新增一新元件，如下圖 5.4 所示：

1.欲改善參數採用 EP-17 溫度(降低溫度)，惡化參數採用 EP-11 張力、壓力(降低溫度，

張力或壓力不夠使混凝土分離)參數交叉得出 IP-35(變化物理或化學狀態)，IP-39(惰性 環境)。

2.欲改善參數採用 EP-22 能量浪費(溫度愈高，能量浪費愈高)，惡化參數採用 EP-17 溫度(能量降低，溫度可能下降)參數交叉得出 IP-7(套疊結構原理)、IP-19(週期性作用 原理)、IP-38(使用強氧化劑)。

表5.3 TRIZ 矛盾矩陣及發明原則概念說明與評估表 TRIZ

矛盾矩陣

發明原則

概述 問題解決

適用 不適 用

17 vs. 11

IP-35(變化 物理或化態)

1. 改變系統的物理狀態 2. 改變濃度或密度 3. 改變靈活

在高溫爐內 加熱溫度控 制在一定範 圍內



IP-39(惰性 環境)

1. 以惰性環境取代正常環 境

2. 將中性物質或添加劑加 入物體中

3. 在真空狀態中完成操作 過程

新增一不較 具有活性的 環境，例 如：低溫環 境



資料來源：[本研究整理]

41

表5.3 TRIZ 矛盾矩陣及發明原則概念說明與評估表(續) TRIZ

矛盾矩陣

發明原則 概述 問題解決 適用 不適

用

22 vs. 17

IP-7(套疊結 構原理)

1. 一物體放置在另一物體 的內部

2. 一物體通過另一物體的 空隙

目前無想法



IP-19(週期 性作用原理)

1. 以週期性作用取代連續 作用

2. 假如已經週期性作用頻 率

使混凝土進 行週期性的 熱脹冷縮交 替循環



IP-38(使用 強氧化劑)

1. 從微弱氧化變成強烈氧 化

2. 從空氣到含氧較多的氣 體

3. 從純氧到有離子氧氣

加一摧化劑 加快內容物

變化速度 

資料來源：[本研究整理]

依據TRIZ 分析後(表 5.3)，修正功能模型如圖 5.4 所示

圖5.4 修正後工法功能模型

資料來源：[本研究繪製]

42

5.6 初步方案評估

初步構想是將混凝土塊破碎至 40mm 以下，再送入高溫爐加熱，加熱溫度 160

℃至250℃間數次往還，經過 10 分鐘至 30 分鐘後迅速將骨材置入冰水中，促使其水 泥和粒料分離。如圖5.5 所示

V

F

C T P

F=功能，比較二者分離速度。

C=溫度，比較二者溫度高低。

T=時間，比較二者時間長短。

P=問題，了解二者成本高低。

表5.4 骨材分離評分表

實驗 ^清水建設 V F C T P

300℃ 10/21 10 8 5 8

160-250℃ 10/15 10 4 7 4

F=分離的母數固定值為 10

資料來源：[本研究整理]

分數以1 到 10 分數愈高表效果愈差，由以上評分來看第二組 160-250℃的效率較 高分離效果較好。

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圖5.5 初步構想示意圖

資料來源：[本研究繪製]

與原本工法並無太大差異。由TRIZ 分析後(表 5.3)，針對加熱溫度及能量方面進 行改善，在高溫後使廢棄物進入比較不具有活性的環境進行混凝土塊分離出粗、細骨 材，並經篩選機篩選出粗骨材及細骨材。如圖5.6 所示

圖5.6 新設計功能模型

資料來源：[本研究繪製]

廢棄物混凝土 加熱溫度

(低於 250℃)

急速冷卻

粗骨材(5 ㎜以上) 細骨材(0.15～5 ㎜) 微細粉末( 0.15 ㎜以下)

交替數次

粗/細骨材

篩選

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5.7 系統設計

經重新設計功能模型如圖5.7 所示

圖5.7 重新設計功能模型

資料來源：[本研究繪製]