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古生物館前身為日本勸業銀行臺北支店。日本勸業銀行於1923年1月12日在臺北成立分行,以開墾、土木、水利及農業資金融通為主要業務,是當時唯一辦理不動產及拓殖金融的銀行,最初位於表町二丁目(今館前路開封街口)。

後因融資業務拓展、經營範圍擴大,遂耗費鉅資於表町一丁目現址另建新廈,1933年落成。戰後國民政府接收勸業銀行在臺五處支店,1946年9月1日改組為公營臺灣土地銀行,以此地為總行,並在土地改革中扮演重要角色。

1991年內政部指定為三級古蹟,1997年變更為臺北市市定古蹟,2005年臺灣博物館系統計畫成案,土地銀行與臺灣博物館合作,由臺博館負責古蹟修復及後續營運管理,定位為自然史及金融史博物館。

修復工程於2008年開工,2009年竣工,由楊仁江建築師事務所進行修復設計及監造、福清營造股份有限公司承造,古蹟特色工法包括:

一、鋼骨鋼筋混凝土造。以人字型角鋼桁架創造大跨距無柱的營業大廳,鋼筋混凝土造的柱樑構架系統支撐鋼屋架,形成挑高達三層樓的室內空間。

二、外牆洗石子預鑄吊掛工法。預鑄洗石子板,在鋼筋混凝土牆柱灌注完成後,將預先埋好的鐵絲穿過預鑄板孔洞絞緊定位,再以洗石子填補,優點包括經濟、快速、容易施工且品質均一。

三、鑄鐵重錘窗。窗框內藏滑輪、鋼線和重錘,一頭繫重錘,一頭繫窗扇,靠滑輪原理平衡重量。本案採用鐵製上下推拉窗,窗戶使用六角網目鐵絲壓花玻璃,兼具防盜與防火功能。

四、石膏浮雕泥塑板裝飾構件模具化。營業大廳檐板浮雕裝飾及室內柱頭石膏浮雕泥塑板以乾式施工法,模鑄完成再以銅線吊掛組裝,再利用黏接層、黏接塊和鋼網固定於建築結構體上。本案聘請日本左官匠師到臺灣指導修復技術。進行材料審查,選取的合成石膏、麻絨等,最後以矽膠製作的軟模,以利日後大量生產。

五、空調系統。冷房設備由荏原製作所(Ebara Corporation)承製,空調機械室設於銀行一、二樓西北樓內。一樓主機供應營業大廳使用,二樓主機服務附屬空間,系統於牆內預埋出風口,再於地面設迴風口,避免風管跨越挑高的大廳空間,風管由隔音材包覆。1933年《臺灣建築會誌》記載,其冷房主機為氯甲烷系統。