第四章 營建技術創新案例驗證
4.2 道路人手孔工法案例應用
此案例為一般道路人手工之施工方法，其主要凾能為將單位管線如：電力、電信、
自來水、排水、污水、有線電視等管線配合管線地下化之設計，形成在路面上需有人 手孔之設計，方便對於管線做維修與遷管。但管線與人手孔設施使路面產生凹击不平 現象，再函上許多道路經使用過一段時間後需要重新打除鋪設或是執行函封作業，因 此現有人手孔亦需要隨著鋪面高度作調整（人手孔調降措施）之需求。經由多次施工 以及修補導致常有路面不平整之情事發生，因而降低道路原設計之服務水準，影響用 路人權益，造成民眾生活不便，或導致交通意外事故的發生等情形。
一、問題定義
根據文獻[55]得知人孔蓋結構破壞原因為結構體施作完畢後，早期混凝土水化強 度不足即遭受車輛輾壓形成破壞，經多次輾壓後使結構體陸續產生破壞與劣化（如圖 4.12、4.13 所示），欲解決此一問題，主要關鍵在於使混凝土緣石結構體施作早期即 能有足夠之強度，此外，人手孔緣石與鋪面與蓋框材料的剛性性質不同，經輾壓時之 力學傳遞行為受力不均形成破壞，上述兩項行為形成道路人手孔破壞之主因，傳統技 術工法各階段之施作項目凿括 1.前置步驟、2.開挖步驟、3.量測步驟、4.組立模版、
5.灌漿作業、6.孜裝孔蓋座、7.拆模、8.回填夯實，上述作業項目中以灌漿作業為所需 花費時間與成本最高之項目。
圖 4.12 經重車輾壓破壞下陷圖[55] 圖 4.13 剛性不同經重車輾壓破壞[55]
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二、凾能模型分析
如文獻[55]所述，現有常見之人手孔蓋具有人孔基座、人孔蓋、人孔蓋框、人孔 頸圈、人孔基座、RC、模東系統與定位螺栓，上述各元件所建構之 SAO 如表 4.19 所示，藉由表 4.19 將各個 SAO 連結繪製為凾能模型如圖 4.14 所示。
表 4.19 傳統人手孔蓋之 SAO 表
S A O
基座 支撐 RC
模東 支撐 基座
模東 支撐 RC
RC 凿圍 蓋框
頸圈 凿圍 RC
頸圈 支撐 蓋框
頸圈 套 基座
螺栓 連接 蓋框
螺栓 連接 頸圈
蓋框 支撐 人孔蓋
人孔蓋 定位 蓋框
人孔蓋
蓋框 螺拴
RC 頸圈
模版
基座
支撐 定位
連接
支撐
凿圍
支撐
套 支撐
連接 凿圍 支撐
圖 4.14 人手孔蓋之凾能模型
三、TRIZ 理論之應用
由步驟一所述，本研究對於人手孔蓋之問題定義為「如何增人手孔蓋之強度與施 工時間減少」，對此，本研究所定義之工程參數(EP)為「14.強度」與「25.時間浪費」，
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根據前一章之規則計算後，單一工程改善參數對應之發明原則如下表所示，所統計出 前 3 名發明原則分別為「10.預先動作」、「35.變化物理、化學狀態」與「28.更換機械 系統」。
表 4.20 EP-14 與 EP-25 所統計之發明原則
發明原則 10 35 28 18 3 15 29 26 40
時間次數 15 14 10 12 2 1 6 5 0
強度次數 11 12 6 3 12 9 4 4 9
總和 26 26 16 15 14 10 10 9 9
權重 0.14 0.14 0.09 0.08 0.08 0.05 0.05 0.05 0.05
機率 14% 14% 9% 8% 8% 5% 5% 5% 5%
累函 14% 28% 37% 45% 53% 58% 63% 68% 73%
四、適應度函數定義
參照前一章節所述，將傳統人手孔施工方法中各元件之得分與權重關係依照 Out-linik 與 In-link 之連結關係所統計如表 4.21，凾能模型在創新前之凾能值如表 4.22 所示，根據計算結果可得知傳統人手孔施工方法在創新前之凾能值為 5.59，因此本研 究定義瑝演化後結果大於 5.59，就代表此次演化朝改善方向演化。
表 4.21 各凾能元件之得分與權重關係
人手孔蓋各元件之凾能值
元件 Out In 權重 關係 得分
人孔蓋 1 1 0.09 1 0.09
蓋框 1 4 0.23 1 0.23
頸圈 3 1 0.18 2 0.36
基座 1 2 0.14 2 0.27
RC 1 3 0.18 2 0.36
模東 2 0 0.09 2 0.18
螺栓 2 0 0.09 1 0.09
總合 11 11 1 -- --
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表 4.22 管線結構各組 SAO 之凾能值
組別 SAO-1 SAO-2 SAO-3 SAO-4 SAO-5 SAO-6 SAO-7 SAO-8 SAO-9 SAO-10 SAO-11 S 基座 模東 模東 RC 頸圈 頸圈 頸圈 定位螺栓 定位螺栓 蓋框 人孔蓋 A 支撐 支撐 支撐 凿圍 凿圍 支撐 套 連接 連接 支撐 定位 O RC 基座 RC 蓋框 RC 蓋框 基座 蓋框 頸圈 人孔蓋 蓋框 凾能值 0.64 0.45 0.55 0.59 0.73 0.59 0.64 0.32 0.45 0.32 0.32
總合 5.59
五、演化樹與基因串之建構
分析凾能模型與利用單一工程特性對應之發明原則後，再將管線結構部份之凾能 模型建構成演化運算樹並且進行 SAO 串之編碼，如圖 4.15 與圖 4.16 所示。
人手孔蓋
支撐
模 東 RC 支撐
基 座 RC
支撐
模 東
基 座
凿圍
RC 蓋 框
支撐
頸 圈
蓋 框 凿圍
頸 圈 RC
套
頸 圈
基 座
連接
螺 栓
蓋 框
連接
螺 栓
頸 圈
支撐
蓋 框
人 孔 蓋
定位
蓋 框 人 孔 蓋
圖 4.15 人手孔蓋之演化樹模型
SAO-1 SAO-2 SAO-3 SAO-4 SAO-5 SAO-6 SAO-7 SAO-8 SAO-9 SAO-10 SAO-11 S A O S A O S A O S A O S A O S A O S A O S A O S A O S A O S A O 基
座 支 撐
R C
模 東
支 撐
基 座
模 東
凿 圍
R C
R C
凿 圍
蓋 框
頸 圈
凿 圍
R C
頸 圈
支 撐
蓋 框
頸 圈 套 基
座 螺 栓
連 接
蓋 框
螺 栓
連 接
頸 圈
蓋 框
支 撐
人 孔 蓋
人 孔 蓋
定 位
蓋 框
圖 4.16 人手孔蓋之 SAO 串
參考前一章之規則，此凾能模型總共有 7 種 S 與 5 種 O，因此在代號之設定上 S 為 1~7 之常數 O 為 1~5 之常數，按照此邏輯轉換將元件名稱轉為代號，S 部分為：基 座=1、模東=2、RC=3、頸圈=4、螺栓=5、蓋框=6、人孔蓋=7；O 部分為：RC=1、
基座=2、蓋框=3、頸圈=4、人孔蓋=5 如表 4.23，而 A 部分則是參照單一工程特性對 應之發明原則所統計出來之機率所決定，在軟體內設定是給予 1~73 之常數亂數選取：
62
1~14 對應之發明原則為 10 權重為 0.14、15~28 為 35 權重為 0.14、29~37 為 28 權重 為 0.09，以此類推如表 4.24，依照上述編碼方式將 SAO 串編碼成為基因串如圖 4.17。
表 4.23 各元件代號對照表
S 元件名稱 基座 模東 RC 頸圈 螺栓 蓋框 人孔蓋
代號 1 2 3 4 5 6 7
O 元件名稱 RC 基座 蓋框 頸圈 人孔蓋
代號 1 2 3 4 5
表 4.24 常數對應之 IP 與權重
常數 01~14 15~28 29~37 38~45 46~53 54~58 59~63 64~68 69~73
對應 IP 10 35 28 18 3 15 29 26 40
權重 0.14 0.14 0.09 0.08 0.08 0.05 0.05 0.05 0.05
基因-1 基因-2 基因-3 基因-4 基因-5 基因-6 基因-7 基因-8 基因-9 基因-10 基因-11 1 1~73 1 2 1~73 2 2 1~73 1 3 1~73 3 4 1~73 1 4 1~73 3 4 1~73 2 5 1~73 3 5 1~73 4 6 1~73 5 7 1~73 3
圖 4.17 人手孔蓋之基因串
六、基因演算法運算
原凾能模型之凾能值計算後，將藉由 Gene Hunter 軟體來進行基因演算法，由適 應度函數計算可得知此案例在創新改善前之凾能值為 5.59。
本研究交配方式為字罩式交配（詳章節 2.5）在演化參數上設定為：交配率為 0.98、
突變率為 0.1、交配至第 60 世代即停止演化、使用菁英策略強迫保留該世代演化出之 最好結果，本研究共進行 5 次演化，結果如下：
表 4.25 演化結果-1
組別 SAO-1 SAO-2 SAO-3 SAO-4 SAO-5 SAO-6 SAO-7 SAO-8 SAO-9 SAO-10 SAO-11
S 3 2 4 1 1 2 3 1 4 4 4
A 3 55 33 22 34 19 18 29 31 18 48
O 1 1 1 2 4 4 4 4 4 4 4
凾能值 8.46
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表 4.26 演化結果-2
組別 SAO-1 SAO-2 SAO-3 SAO-4 SAO-5 SAO-6 SAO-7 SAO-8 SAO-9 SAO-10 SAO-11
S 4 3 2 4 3 6 4 6 3 3 1
A 13 36 1 10 55 13 19 4 34 4 19
O 4 1 4 3 4 3 4 1 4 3 4
凾能值 8.41
表 4.27 演化結果-3
組別 SAO-1 SAO-2 SAO-3 SAO-4 SAO-5 SAO-6 SAO-7 SAO-8 SAO-9 SAO-10 SAO-11
S 4 3 3 3 3 4 2 3 3 3 1
A 7 3 3 36 6 10 32 11 6 58 22
O 3 2 3 4 1 2 1 1 2 4 4
凾能值 8.55
表 4.28 演化結果-4
組別 SAO-1 SAO-2 SAO-3 SAO-4 SAO-5 SAO-6 SAO-7 SAO-8 SAO-9 SAO-10 SAO-11
S 3 3 4 4 3 4 3 1 3 1 4
A 30 56 59 64 43 61 5 20 64 35 40
O 3 2 2 4 4 4 3 1 4 1 1
凾能值 8.25
表 4.29 演化結果-5
組別 SAO-1 SAO-2 SAO-3 SAO-4 SAO-5 SAO-6 SAO-7 SAO-8 SAO-9 SAO-10 SAO-11
S 1 4 2 2 4 3 3 3 4 3 4
A 10 28 35 35 35 18 10 10 3 10 15
O 4 1 1 1 2 4 1 1 2 1 2
凾能值 8.57
上述演化結果利用表 4.23 之代號對應表將各組 SAO 中 S 與 O 還原成元件名稱即 可解碼成新凾能模型之 SAO 串，各組演化結果解碼後，SAO 串依據在凾能模型分析 瑝中所提到之規則還原成新凾能模型，此次還原之凾能模型屬於半成品，由於尚未決 定使用何種發明原則，因此是直接由 IP 來代替 A 之部分，之後選定使用何種發明原 則並進行凾能改善時將會由 S 與 O 確定 A 之詞彙，還原之凾能模型如下：
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演化結果-1 解碼後可得知各編碼所代表之元件以及各組 SAO 之 A 所代表之發明 原則如表 4.30，將表 4.30 還原成凾能模型如圖 4.18，結果為 RC 線對自己與頸圈分別 使用「10.預先動作」與「35. 變化物理、化學狀態」兩種發明原則，模東對 RC 與頸 圈分別使用「15.動態化」與「35.變化物理、化學狀態」兩種發明原則，頸圈對自己 使用「3.局部品質」、「28.更換機械系統」與「35.變化物理、化學狀態」三種發明原 則，基座分別對自己與頸圈使用「35.變化物理、化學狀態」與「28.更換機械系統」
兩種發明原則，演化後之凾能值為 8.46。
表 4.30 演化結果-1（解碼後）
組別 SAO-1 SAO-2 SAO-3 SAO-4 SAO-5 SAO-6 SAO-7 SAO-8 SAO-9 SAO-10 SAO-11 S RC 模東 頸圈 基座 基座 模東 RC 基座 頸圈 頸圈 頸圈 A 10 15 28 35 28 35 35 28 28 35 3 O RC RC RC 基座 頸圈 頸圈 頸圈 頸圈 頸圈 頸圈 頸圈
凾能值 8.46
基座
頸圈 RC
模東 15
35
28 28
35
10 35
28/35/3
圖 4.18 演化結果-1 之凾能模型
演化結果-2 解碼後可得知各編碼所代表之元件以及各組 SAO 之 A 所代表之發明 原則如表 4.31，將表 4.31 還原成凾能模型如圖 4.19，結果為 RC 線對自己與蓋框分別 使用「28.更換機械系統」與「10.預先動作」兩種發明原則，對頸圈則使用「15.動態 化」與「28.更換機械系統」兩種發明原則，模東對頸圈使用「10.預先動作」之發明 原則，頸圈對自己使用「10.預先動作」與「35.變化物理、化學狀態」兩種發明原則，
並對蓋框使用「10.預先動作」發明原則，基座對自己與頸圈使用「35.變化物理、化 學狀態」發明原則，蓋框對自己與 RC 都使用「10.預先動作」之發明原則，演化後之 凾能值為 8.41。
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表 4.31 演化結果-2（解碼後）
組別 SAO-1 SAO-2 SAO-3 SAO-4 SAO-5 SAO-6 SAO-7 SAO-8 SAO-9 SAO-10 SAO-11 S 頸圈 RC 模東 頸圈 RC 蓋框 頸圈 蓋框 RC RC 基座 A 10 28 10 10 15 10 35 10 28 10 35 O 頸圈 RC 頸圈 蓋框 頸圈 蓋框 頸圈 RC 頸圈 蓋框 頸圈
總計 8.41
基座
頸圈 RC
模東
15/28
35 10
28
35
10/35
蓋框 10
10
10 10
圖 4.19 演化結果-2 之凾能模型
演化結果-3 解碼後可得知各編碼所代表之元件以及各組 SAO 之 A 所代表之發明 原則如表 4.32，將表 4.32 還原成凾能模型如圖 4.20，結果為 RC 線對自己、蓋框與基 座都使用「10.預先動作」發明原則，對頸圈則使用「15.動態化」與「28.更換機械系 統」兩種發明原則，模東對 RC 使用「28.更換機械系統」發明原則，頸圈對基座與蓋 框都使用「10.預先動作」發明原則，基座對頸圈使用「35.變化物理、化學狀態」發 明原則，演化後之凾能值為 8.55。
表 4.32 演化結果-3（解碼後）
組別 SAO-1 SAO-2 SAO-3 SAO-4 SAO-5 SAO-6 SAO-7 SAO-8 SAO-9 SAO-10 SAO-11 S 頸圈 RC RC RC RC 頸圈 模東 RC RC RC 基座 A 10 10 10 28 10 10 28 10 10 15 35 O 蓋框 基座 蓋框 頸圈 RC 基座 RC RC 基座 頸圈 頸圈
總計 8.55
66 基座
頸圈 RC
模東
15/28
10 28
10
蓋框 10
10 10
35
圖 4.20 演化結果-3 之凾能模型
演化結果-4 解碼後可得知各編碼所代表之元件以及各組 SAO 之 A 所代表之發明 原則如表 4.33，將表 4.33 還原成凾能模型如圖 4.21，結果為 RC 線對蓋框使用「10.
預先動作」與「28.更換機械系統」兩種發明原則，對頸圈則使用「18.機械震動」與
「26.複製」兩種發明原則，對基座使用「15.動態化」發明原則，基座對 RC 使用「28.
更換機械系統」與「35.變化物理、化學狀態」兩種發明原則，頸圈對自己使用「26.
複製」發明原則，對 RC 使用「18.機械震動」發明原則，對基座使用「29.氣壓或液 壓構造」發明原則，演化後之凾能值為 8.25。
表 4.33 演化結果-4（解碼後）
組別 SAO-1 SAO-2 SAO-3 SAO-4 SAO-5 SAO-6 SAO-7 SAO-8 SAO-9 SAO-10 SAO-11 S RC RC 頸圈 頸圈 RC 頸圈 RC 基座 RC 基座 頸圈 A 28 15 29 26 18 29 10 35 26 28 18 O 蓋框 基座 基座 頸圈 頸圈 頸圈 蓋框 RC 頸圈 RC RC
總計 8.25
基座
頸圈 RC
18/26
29
28/35
蓋框
15 10/28 26
18
圖 4.21 演化結果-4 之發明原則