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科技部工程司土木水利學門_周瑞生講座教授：土者工字出頭，木者双才合一

分類：學門采風 | Featured Scholars
發行期別：
發佈日期：2021-07-28
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科技部工程司土木水利學門

109年度及106年度科技部傑出研究獎得獎人

周瑞生講座教授：土者工字出頭，木者双才合一

~留心處處皆學問~

文/圖：周瑞生網頁編輯：張萬珍

周瑞生講座教授

簡歷

姓名：周瑞生

最高學歷：美國德州大學奧斯汀校區土木、建築與環境工程學系博士

經歷(部分)：

國立臺灣科技大學講座教授
國立臺灣科技大學總務長暨新竹分部主任
國立臺灣科技大學營建工程系特聘教授/教授/副教授/助理教授
財政部中央公共債務管理委員會/臺北市政府公共債務管理委員會學者專家委員
科技部工程技術研究發展司民生化材領域/土木水利學門/前瞻產學發展科複審委員
國立臺灣科技大學創新育成中心/恩可語股份有限公司技術顧問
美國亞歷桑納州立大學永續工程暨建設環境學院傑出訪問學者
香港理工大學可持續城市發展研究院訪問學者
美國德州大學奧斯汀校區土木、建築與環境工程學系訪問學者
中華民國土木工程技師/大地工程技師/水土保持專技高考及格/測量技術士

研究專長

土木水利工程資料探勘與知識採擷

仿生優化演算法結合機器/深度學習之工程應用、人工智慧預測(警)系統開發、工程財務(時間序列)資料研析暨智能採擷

永續工程建設環境之專案計量分析

能耗預測與管理、專案績效評估、工程科技管理、土木營建成本及財務管理

決策、風險與災害管理

決策風險分析、工程災損(因)鑑識、災害風險防阻規劃實務

月前受土木水利學門及工程科技推展中心之邀，進行學研生涯分享，實感榮幸不容推辭，願以下述淺見之學術方向拋磚引玉，祈獲學門先進的共鳴，能為日後的新進研究人員指引營建管理涉略領域的參考之一，簡述的學術歷程希能做為「他山之石」，與有志從事教研工作的莘莘土木學子們共勉。

高中畢業即受師長稱土木系為「土者工字出頭，木者双才合一」的教誨，不同的情境下，該語有著多樣見解。就個人迄今學研生涯的體悟，大意是土木工程為國家基礎建設的領頭產業，土木系的基本養成教育即是學習作為具專業技術及敏捷力的工程師，領導工程專案的執行；而隨時代演進，土木人除擁有工程技術的專業知識，亦需具備營建整合管理的能力。

大學時期的我們，天真「漫讀」著艱澀的英文版教科書，校園生活尚稱愜意無瑕。當年啟迪的導師們有在學界服務近年榮獲教育部學術獎，或而擔任大學副校長，亦有功成身退者，皆是吾輩典範。學習過程中，除豐富多彩的課外活動，應該是對土木專業的有感領悟，課業表現漸入佳境。畢業後進入研究所，於教授(已榮退)的悉心指導下，取得碩士學位。旋即徵召進入陸軍工兵學校(現為工兵訓練中心)接受測量預官訓，結訓後受主官選任陸軍後勤學校(現為陸軍後勤訓練中心)教學教官。役畢時，獲陸軍總司令部二級上將頒發優異榮譽獎章。

在接受二十年的知識養成及專業基礎教育後，一心嚮往學以致用，幸而受聘於工程顧問公司，陸續執行多項營建專案諸如臺灣高速鐵路土木工程規劃設計、橋墩基礎結構設計、台電地下電纜規劃與細部設計、邊坡加勁擋土牆、建築地質鑽探及工址地盤改良；並隻身派赴中美洲的哥斯大黎加，從下榻小鎮驅車行駛百里路，每日穿梭在泛美公路與熱帶雨林裡的河川地，帶領當地工程師進行該國重要經濟河域(Tempisque River)斜張橋新建工程(Puente La Amistad de Taiwán)前置測量及督導作業、大地工程沉箱基礎設計與施工現地勘查。另外，對產物保險的理賠公證流程、災損理算、鑑識程序，在接續的實務工作多有涉獵，主要係負責受颱風災害、火災等土木營建工程的鑑識理賠案。也因此等經歷，在任教職後，受產物保險(再保)公司委託主持大型風力發電機塔柱及葉片受颱風(薔蜜、蘇迪勒)侵襲斷裂的災因鑑識，研究成果發表在國際社群引起共鳴。

對學術研究的憧憬源始於大學時期同儕影響及師長的啟蒙，後經充實的工作歷程，更確認己身追求基礎學理、好奇使然的特質，雀躍在博士求學及其之後階段能逐步實踐。初來乍到德州奧斯汀，同時期結識來自逾11國文化背景迥異的入學新生，在同儕砥礪、教授的氛圍及異鄉環境的薰陶之下，原受儒家「溫恭蘊藉」影響的求學態度，轉化成積極主動、勇於作為。適時的心靈意境及工程專業成熟度皆備，在系所提供獎學金下奮力不怠，如願取得博士學位。期間擔任臺灣同學會會長，以感恩回饋之心協助接待新生、訪問學者，舉辦主持慶典活動及演講，敞開心扉的嘗試新奇事物，秉持與人為善之性情，結交多位異國學術友人，昔日同窗現已於各屬領域大展長才。

述及博士班的指導教授，為營建管理領域的知名學者，性情一絲不苟、言簡意賅，循序漸近的學理態度，但求嚴謹。畢業時曾禮貌性拜會各口試委員，晤談中方知其於論文閉門評述會議中，表達對我的極高評價，並預視未來潛在的學術成就。對其當初給予全額研究獎學金及指導提攜之情，感念在心。依然記得道別時他的最後耳語“keep me updated on your whereabouts”，故迄今有任何的更新、變動，皆會捎信向其報安。

獲取博士學位適逢全球經濟平穩期，當時各地的工作機會多，考量祖、父母年事漸高，決定回臺以學術發展為志業，閒暇時可陪侍在旁。由於個人的特質與處事態度自小受祖、父母的身教及循循善誘影響至深，形塑陶冶後來所展現的耐心、毅力、多重任務處理能力、幻想力與夢現力，恰為研究學者需具有的基本素養；其中賦以知識教育、工程實務上的歷練，成就個人在後續研究發展的多元創意表現。如今再也無法與從小對我疼愛有加的祖父母及父親相聚，聆聽他們融合日本、臺灣傳統教育所體悟的社會義理，及對他們傾訴孫兒的人生際遇。憶及往事，實慶幸當初的抉擇，能在家鄉與摰愛的祖父母及父親渡過他們的晚年。而重返故里後，亦揚帆迎向另一段生命旅程，邁入學術探索的夢想篇章。

解決當代及預視的工程管理議題

若依學術分類，個人專長為「營建管理」、「土木水利工程」、「永續與防災管理」、「商業智慧與資料探勘」及「人工智慧與仿生計算」領域。在擔任教研人員後，致力於土木營建專業技術發展及管理人才的培育。多年研究成果為欲解決當代及預視的工程管理議題，學術研究過程採實務應用規劃分析或問題啟蒙研發創作。

潛心學術研究期間，受科技部、教育部、國立臺灣科技大學及公私部門產學機構的研發補助，已有豐碩的學術期刊論文、國內外研討會議論文、技術報告與產學合作技術知識出版品，研究主題具國際能見度及影響力，多發表於國際領導期刊，在 Scopus、Google Scholar及 ResearchGate名列於營建管理領域高引用學者之一。教學研發成果並榮獲多類獎項(勵)及殊榮，包括：能源管理研究獲國際埃尼獎(Eni Award)科學秘書處提名為Energy Frontiers候選人、科技部傑出研究獎(二次)、獲頒國立臺灣科技大學特聘及講座教授、亞歷桑納州立大學(ASU) Del E. Web 傑出學者、科技部優秀年輕學者多年期研究計畫(二次)、國立臺灣科技大學教師傑出研究及創作獎(三次)、產學合作優良獎、優良研究及創作獎、香港理工大學(PolyU)可持續發展研究院( RISUD) 國際訪問學人獎、營建管理協會年度論文獎(二次)、屢獲國際(內)研討會優選/最佳論文、教育部資深優良教師、教育部補助大專校院實施特殊優秀人才及科技部特殊優秀人才獎勵、多次創新創業競賽指導教授獎、數本領導期刊的傑出國際審查委員及領域主編、多次榮獲傑出指導教授論文獎、特定期間列名於多本國際期刊高引用論文作者、連續年度獲科技部(國科會)計畫主持人獎勵、連續年度獲臺灣科技大學教師傑出研發成果獎勵、全英語教學教師獎勵、數位教學獎勵、國立中正大學管理學院傑出及優良研究教師等。

主持指導之PiM (Project intelligence & Management)研究團隊(圖1)迄今蘊育之工程管理人才逾百位，歷年來多有植基專案管理知識體，開發新穎資料探勘技術、仿生優化演算法及決策資訊輔助系統，應用於土木水利、防災及跨領域的實務規劃設計、施工監控分析與營運維護管理。本研究室針對在職專班研究生與全職生的學術訓練略有所別，為達化研為用，依產業或學術研究主題，適性採予創作指導。近年完成及從事相關產學的研究專案涵蓋：土木水利工程預測(警)系統開發、土木施工材料及營建科技評估、建築設施智慧電網節能策略研析、公共建設專案績效評估機制建立、防(減)災規劃實務、工程災損(因)鑑識、建築物耐震補強效益、疏濬工程定量風險研析、人工智慧技術於營建成本財務預測及避險。

圖1：PiM Research Lab近年研究成果摘錄

特別一提的是，近年在學理上的創新為以己身英文名(Jui Sheng)縮寫(JS)，創意發想一嶄新的仿生智能優化演算法 Jellyfish Search (JS) optimizer，模仿水母隨洋流、群體移動的覓食行為，分別從演算法流程架構建立、隨機行為的統計數學模型、標竿數學函數驗證等，實證JS仿生演算法的優異性，應用於『土木高維度桁架、塔架及圓頂結構的桿件重量優化設計』；更進而整合JS優化技術與機器/深度學習於『建築能耗分析』、『綠屋頂之植物微生物燃料電池產電量預測』、『纖維加勁土壤剪力強度預測』、『深度學習結構RC梁撓曲變形影像危害度判定』、及『工程災害(液化、震損、邊坡滑動)潛勢預測』，獲得優異的應用成效。此外，更擴展JS單目標演算法至層次較高且數學運算理論較複雜的多目標JS優化演算法，應用於『高維度結構桁架的桿件重量(成本)、尺寸、應力及變形控制優化設計』。

另曾受產業界委託，進行臺灣大型風力發電機塔柱受颱風侵襲致損調查案及臺北市災害防救深耕計畫，期間廣泛涉獵並應用工程鑑識流程，啟蒙的開端促使我從仿生計算智慧的學術角度進而發想仿效鑑識科學的調查流程(Forensic-Based Investigation; FBI, 依美國聯邦調查局縮寫命名)，將人類反覆循環調查的鑑識行為轉譯為隨機數學模型，並將創立的模仿鑑識調查人員及緝捕警政人員的集群合作優化行為流程編譯成電腦程式。經一系列(超)高維度的標竿函數驗證測試、與傳統仿生演算法及IEEE Congress on Evolutionary Computation (CEC)近年的優勝複合演算法(winner composite algorithms)比較，皆呈現新穎FBI演算法優異的準確性及最佳化效率。為呈現FBI學理應用性，續將該創新演算法應用於『工程橋梁專案施工網圖的工期排程優化(resource constrained project scheduling problems)』、結合人工智慧預測『營建財務投資績效』、『橋墩淘刷深度』、『鋼筋混凝土(深)梁的軸力、抗剪力、抗扭力與預拌混凝土抗壓強度』，所獲成果優於過往文獻。

而在應用研究方面，涵蓋土木水利工程及營建管理於產業之發展與精進，近年最具代表性之學術著作在應用技術的貢獻為建築設施能耗趨勢預測、智慧電網流量態樣分析、使用者能耗態樣預測與節能最佳化、商用空間冷凍設備效能分析、建築設施暖通空調設備性能預測，本項學術應用研究成果獲義大利埃尼．恩里科．馬泰基金會秘書處提名為2020-2021國際Eni Award候選人。亦曾輔導國內恩可語節能顧問股份有限公司，將學術成果進行暖通空調系統能耗預測應用技術移轉，並提供多元的學術諮詢服務，該公司於2019年分別榮獲新北市長頒發第一名智慧環保節能獎章、經濟部長頒發的創新研究獎與新創企業獎。

過去與產險公司(風機災損鑑識)、工程管理顧問公司(建築能耗管理)、土地開發建設公司(營建品質管理)、臺北市政府消防局(永續防災)、行政院國發會(重大經建計畫進退場機制檢討及事後績效評估)、交通部公路總局(工程標案資料探勘)、內政部建研所(建築耐震評估及補強經費財務規劃)、水利署(疏濬工程風險管理)、臺灣營建研究院(人工智慧預測預拌混凝土強度)等產學合作上亦多所貢獻，曾使輔導單位分獲行政院長和總統表揚績優。此外，任教期間常受邀擔任土木營建公私部門學者專家審查委員、科技部及國際科研機構評審及複審委員、國際期刊領域及客座主編、國際期刊編輯委員、國際(內)期刊審查委員、國際(內)會議主席、國際(內)學術研討會委員、國內外學術專題演講學者，對提升臺灣學術專業領域的國際地位略有貢獻。

「專案智慧與管理」研究室(PiM Research Lab)

加入臺灣科技大學的大家庭後，即於營建工程系成立「專案智慧與管理」研究室(PiM Research Lab)，提供指導研究生符合國際潮流的工程軟、硬體設備資源，誠因系所的支持、科技部、教育部及公私立產學機構的研究補助，使碩博士生擁有優質的學習空間與研究環境。研究生進入PiM研究室後，即依學習潛能與實務問題導向、適性依才，藉由科技部計畫案補助下的創意發想或產學合作專案的執行，循循善誘地培育研究生從基本學理的領悟，系統性思考產業工程問題、強化邏輯推理與訓練解決問題的能力，期使研究生於畢業後具備工程管理分析技能與專業處事的圓融度，面對新世代的各類挑戰。指導的在學研究生常榮獲國內外最佳論文獎、競賽獎、創新創業獎、傑出及優秀青年、校內外競爭型獎學金、國際研討會獎學金、及獲選赴國外知名大學交換學習等特出表現。

在人才培育方面，指導的臺科大研究生如同國內外頂尖大學的學生，各具特質。雖多為碩士級別，只要能於學習期間引導善誘、努力不懈，培育良好的研究態度，其於畢業後皆擁有探尋原因、解決問題的能力。每當耳聞畢業生們在職場的表現，深感欣慰，亦是我周而復始、持續向前的原動力之一。教學迄今，指導研究生(碩士、在職專班碩士、國際外籍生碩士、國際外籍生博士、大學專題生) (圖2)超過百位，就業狀況大抵為產業界、公部門、及學術機構，目前大致分布於臺灣、中國大陸、印尼、越南、新加坡、澳洲、杜拜、英國、美國、加拿大等地擔任初中級專業經理人、工程(管理)專業人員，亦多有成為儲備中、高階主管。從事產業別遍及國內外知名營造業、政府機關、建設公司、投資開發、工程顧問公司、財務金融、電腦資訊軟體、高科技產業、製造業、電信通訊業、鋼鐵業、研究機構研究員、大專院校講師、大學系所所長及學院院長、能源產業、土地資源開發公司、自營商公司負責人、保險理財創業。更有畢業生繼續前往英國、美國、加拿大、澳洲等地攻讀碩博士學位，拓闊人生視野，可見土木營建管理專才的就業市場需求廣泛且未來發展多元。

圖2：今年(2021)校慶(部分)畢業生返校探視指導教授(上圖)；PiM聚會(下圖)

人工智慧邊緣運算物聯網在橋面底板檢測之應用

學術研究或而與實務即時應用有明顯的差異，即其具潛在的創意價值進而可擴展、更新或普世應用。近期的研究重點仍延續過往化研為用的初衷，以學理方法、工具及技術為基石，開發新型態的創新知識，整合應用在工程實務。面臨臺灣的人口結構漸趨高齡化，營建工地均有勞動人力不足的隱憂，多數營造商在轉型的過程中，希冀藉由人工智慧的導入，接替傳統勞力密集為技術知識導向的作業模式。近年來國內嵌入式技術、邊緣運算蓬勃發展，使物聯網架構逐漸縝密廣域，透過先進網通技術串聯嵌入式終端設備就地進行邊緣運算，得分擔物聯網各結點運算量，並降低資料傳輸之數據量，克服傳統終端設備無法在偏遠惡劣環境進行資料存取與即時運算的問題。

本研究以營建產業中的高風險、高勞動力消耗之橋梁檢測為探討主題，因過往的檢測研究多以橋梁橋面為主，而橋梁背面影像常受限於光線不足、檢測員顧及垂降時的安全考量，常難以近距離清晰辨識橋面底板的劣化情形，為橋檢作業流程中最需克服的環節之一。近期研究將微型仿生優化深度學習模型封裝於邊緣運算晶片，搭載於無人機裝置(UAV)進行實地鋼構及混凝土橋梁之橋面底板的劣化檢測，透過電腦視覺與深度學習影像辨識、進行實例分割及範圍量測，可直接輸出為橋面底板劣化種類、分佈區域、維修數量、修復成本估價及需維修處影像的報表，作為施工維護廠商投標金額或業主管理單位預算編列的決策參考資訊(圖3)。對現地檢測廠商則可減化人力需求、延長中高齡長者職涯發展，並提升工作場域的安全性。