2026.7
圖、文/林冠中 國立成功大學 土木工程學系 副教授、第一屆長虹青年學者

▼與2025年畢業生合影

Q1. 是什麼契機，讓您決定進入土木工程這個領域？
      我的原生家庭與土木毫不相關。父親患有精神疾病，長期對家人施以語言與肢體暴力，母親在不得已的情況下選擇離異，卻又因生計所需，仍得獨自撐起一個家，靠著小生意維繫日常。從小在這樣的環境裡長大，我只有一個念頭：想走出去。高中填志願時，考試分數恰好落在土木工程，對這個科系完全陌生的我，就這樣踏進了一個全新的世界。      念了才知道，土木工程比想像中寬廣得多。這個領域涵蓋橋梁、道路、隧道、水利、大地、結構設計等眾多面向，畢業後可進營造廠在現場統籌施工，可加入顧問公司從事結構分析與設計，可考上高考或國營事業投入公共建設，也可考取技師執照獨立執業。說實話，我直到大四才認真想過這些出路，這個疏忽讓我後來在授課大二學生時，總特別鼓勵他們及早探索，不要排除任何可能性。

      研究所時，指導教授鼓勵我往「數值方法（Numerical Method）」鑽研，其後我赴美攻讀博士，才真正深入這個領域的核心。數值方法簡單說，就是用電腦和數學模擬物理世界，當你無法在真實環境中做實驗，就讓電腦替你「跑一遍」，預演結構在外力或地震下的反應，在第一顆螺釘鎖上之前，先確認它不會斷。我選擇這個方向有一點私心：數值分析不只能用在土木，力學、熱力學、電學、生物力學都派得上用場，是一把打開很多扇門的鑰匙。這個想法後來一再驗證，掌握數值分析與程式能力的畢業生，有幾位順利轉進高科技產業與分析軟體公司，在土木以外的領域同樣站穩了腳步。

▼CWF 導入前後精度收斂比較

▼利用新式無限無網格法模擬近場與遠場架構

Q2. 分享您近期的研究，帶給您哪些新的啟發？
      我目前的研究方向是「開發計算工具本身」。工程界最普遍的工具「有限元素法」，是把物體切成無數小格子，逐格計算受力再拼回完整答案，但當物體產生巨大變形或裂縫擴展時，格子會扭曲破壞，計算跟著失效。我長期研究的「無網格法（Meshfree Method）」，改以不依賴固定格子的質點來代表物體，每個質點感知周圍鄰居的狀態，就像人群中彼此緊靠、不管怎麼擠壓移動，感知關係都不會斷，即便物體劇烈變形，計算也不崩潰。2020年與美國賓州州立大學Hillman教授合作提出的「一致弱形式（CWF）」框架，解決了無網格法在邊界條件處理上精度不一致的問題；2024年進一步延伸，解決了地震波在半無限土體或岩盤中傳播的模擬問題，讓計算域在遠處自然消散而不失真，這在地下結構耐震分析上有重要的應用價值。

▼深度能量法神經網路架構

▼DEM 模擬壓電材料位移分佈

 

      近幾年也將研究觸角伸向人工智慧。一般人對AI的印象是圖像辨識或語言生成，但神經網路的本質是一種高度靈活的數學函數。我們以物體受力時儲存的「應變能」作為損失函數（Loss Function），根據力學原理，結構在真正平衡狀態下能量最小，因此讓神經網路不斷調整預測的變形場，直到能量壓到最低，那個解便是符合物理定律的正確答案。這種「深度能量法（DEM）」不需要任何格子，只需給定幾何形狀與邊界條件，神經網路便能輸出整個物體的應力與變形分佈。我們陸續在彈性力學、熱彈性（溫差引發的熱應力）、以及壓電材料（施力產生電荷，常見於感測器）等問題上驗證可行性；2025年更提出改良架構tDEM，在計算效率與精度上取得新的平衡。

▼與加州大學聖地牙哥分校（UCSD）的陳俊賢教授（中）參加COMPSAFE2025
      防災與新材料是另外兩個研究方向。邊坡防災上，台灣山地佔國土七成，每逢颱風豪雨，土石流威脅從未消散。我與美國加州大學聖地牙哥分校（UCSD）的陳俊賢教授合作，開發了結合無網格法與機器學習的多相崩塌模擬平台，能在電腦中預演土石流從失穩到堆積的全過程，協助評估危險範圍與衝擊力道。新材料方面，與成大化工游聲盛教授合作，分析了一種被切斷後能自行癒合的柔性機器手爪材料，其內部分子結構在斷裂後能自動重新連結，兼具高韌性與感測能力。我們從力學角度協助掌握其在不同受力狀態下的極限與應用條件，對下一代軟性機器人與穿戴式感測器的設計有重要參考價值。

▼與戴義欽教授、Prof. M. Goth及Dr. S. Roesner至關子嶺場勘
▼關子嶺邊坡土石流時序模擬


▼自癒手爪力學模擬


      還有一個研究起點，很難在論文裡說清楚。母親長年從事粗重工作，脊椎椎間盤滑脫，疼痛嚴重影響日常生活。椎間盤是脊椎骨之間的緩衝墊，承受人體的壓縮與彎曲，一旦退化就容易突出壓迫神經，但要在活體上直接量測椎間盤壓力，幾乎不可能。因緣際會，系上老師引薦了成大骨科黃國淵醫師，讓我接觸脊椎生物力學，用數值方法建立椎間盤的力學模型，分析彎腰拿重物、久坐低頭等不同姿勢下的壓力分佈。這讓我體會到：研究的起點可以非常個人，有時候是身邊一個具體的人、一個具體的痛苦，指引你去看見一個真正值得深挖的問題。

▼脊椎椎間盤受力數值模擬



Q3. 您希望透過研究與教學，帶給學生哪些能力或觀點？
      這些研究，每一項都是和研究生共同完成的。帶學生之前，我都會先打一劑「預防針」：我這邊要自己寫程式，一定會遇到除錯（Debug）的關卡，你確定好有心理準備，再來找我。這不是要嚇退人，而是讓學生做清醒的選擇，真正留下來的，往往展現出超乎預期的自主學習能量。我也會在面談時說清楚：學會數值分析和程式，出路不會被土木框住。我常遇到學生擔心題目會限制將來方向，例如做邊坡模擬就以為只能走大地工程。我的答案是：你在研究所兩年真正培養的，是遇到完全陌生的複雜問題，有辦法分析拆解、找資料、評估可行性、然後解決它的能力。到了新環境，接到的任務一定更複雜、更陌生，而這套解題的本事，才是你真正帶走的東西。就這樣，師生之間有了共識，每一篇論文也才得以一起走完。

▼與學生參加MLDTT國際會議

Q4. 回顧這一路，您最想感謝的人是誰？對於未來的自己有哪些期待？
      回頭看來，我偶爾會感謝當初那個什麼都不懂、卻還是踏進土木系的自己。不是因為這條路走得順，而是它讓我看見了原本看不見的風景，用數學去理解土體如何崩塌、脊椎如何承重、材料如何自我修復，這些問題背後都是真實世界的脆弱與需求。命運兜兜轉轉，從一個想逃離原生環境的少年，到如今帶著學生一起闖進力學、材料、防災與生醫的疆域，看著他們一個個帶著程式能力走進不同的產業與崗位，這條路替自己也替學生開創了許多原本沒有預期的可能性。往後的研究，我希望這些計算工具能真正走出研究室，在某個颱風夜替山坡村落多爭取一點預警時間，或在病患術前多一份可靠的參考數據。若有一天能以這樣的方式與社會、與環境產生連結，那當初選擇坐下來寫程式、一行一行除錯的每一個夜晚，便都值得了。