木模間位於鎔鑄工場東南側，日本時代稱為木型職場，為三層樓建築，用來保存台北機廠數量龐大的木模。
由高級木材製成的木模
鑄造零件時，大多是將燒熔的金屬澆灌到用砂製成的砂模中，而製作砂模則需使用各種模型，其中木模具有易修改、質輕、可重複使用等特性而被廣為採。早期鐵道車輛零件自製率高，台北機廠擁有大量木模，多由扁柏或紅檜等高級木材製成，年份從1930至1970年代皆有。
為方便鑄造工序的進行，木模間就位在鎔鑄工場旁，北側則是專門製做砂心的砂心室。木模間為三層樓建築物，平面為正方形，總高度為13.36公尺，設有荷物升降機用來運送木模。
管理系統
現役時代的木模間發展出一套管理系統，以類似圖書館索書號的方式，分門別類保存木模，將收納架分區、分層編號，並設置標示牌記錄該區的零件名稱及用途。早期製造的木模會印上所屬車輛或設備的型號，後期還會印上擺放的位置編號，方便迅速歸位；部分木模則另外用手寫文字註記該名稱及用途。
保存於木模間的木模種類包羅萬象，估計有十萬多件，與台鐵車輛相關的木模有蒸汽機車銘板、給水器及蒸汽閥等，甚至還承接其他產業鐵道用車零件，例如鹽鐵機關車及台泥柴油機關車都有零件由台北機廠鑄造。除了車輛維修所需的零件外，台北機廠保存的木模也包含各工場甚至機務段的設備構件，像是機廠銘板、廠區消防栓及機械零件的木模，都可以在木模間裡找到。