臺南市美術館興建範圍涵蓋中西區孔廟文化園區鄰近2處基地，包括市定古蹟原臺南警察署為近現代館及公11停車場用地則為當代館，基地由友愛街串連，興建後將具備展覽、典藏、藝術推廣教育、文創藝品展售、經營服務等多元空間與功能，興建總樓地板面積計達26,400平方公尺。其中，公11停車場用地上方預計興建5層樓美術館空間，原臺南警察署則將兼顧進行古蹟修復及美術館空間再利用，建築設計深具挑戰。

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聯鋼營造工程股份有限公司是國內大型鋼構施工廠商，本次結合國內石昭永建築師及日本坂茂建築設計事務所(SBA)合作，坂茂(Shigeru Ban)是2014年普利茲克建築獎得主，坂茂建築設計曾經執行龐畢度中心梅斯分館、大分美術館、遊牧美術館、紙藝術博物館等設計作品，具豐富美術館設計 經驗。

以鳳凰花轉化成五角形，以一種純粹、強烈的形狀，轉化成建築物的平面，詮釋臺南市的形狀。五角形的外型將使臺南市美術館成為一座足以象徵臺南的文化地標，再以垂直堆疊、錯位的盒子，創造許多階梯的半戶外平台，並結合大型碎形遮蔭屋頂，構成美術館的主要外型。

針對臺南炎熱的天氣，設計許多遮蔭及涼爽的戶外空間，重塑都市中難得的公園綠地。碎形遮蔭屋頂相當創新，團隊表示此遮蔭係師法於大自然的樹蔭，透過科學研究，碎形屋頂特殊的幾何造型將能夠提供像樹葉一樣的遮蔭效果，不同的太陽角度照射在碎形屋頂上，在美術館中創造有如大樹底下般，穿過樹葉的美麗光影。

另外，針對市定古蹟原臺南警察署基地，設計團隊提出以典藏為主的再利用想法，並於後方興建磚牆構成的磚帷幕，與古蹟形成協調統一的近現代美術館。