第四章 營建技術創新案例驗證
4.1 隔震層管線設計結構案例應用
此案例為中華民國新型專利「隔震層管線設計結構」專利號 M323756，其新型 摘要如下「一種隔震層管線設計結構，凿含隔震層級管線結構。隔震層凿含上層結構、
下層結構及隔震墊分別與上層結構與下層結構可錯動地相連。管線結構具有上層管線 接頭、下層管線接頭及第一管線，上層管線接頭與下層管線接頭係分別埋設於上層結 構及下層結構內，第一管線之端部分別與上層管線接頭及下層管線接頭相接而設置於 上層結構及下層結構間，其中第一管線進一步凿含第一彈性部分，第一彈性部分隨上 層結構及下層結構錯動時撓曲以減緩對管線結構造成之衝擊[56]。」其專利工法圖形 如圖 4.1。
圖 4.1 隔震層管線設計結構實施例圖[56]
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一、問題定義
瑝地陣來襲時，建築物或是地下所埋設之管線常會因地震之錯動而斷裂、破損，
又有可能經年累月受濕氣或是土壤腐蝕，這些都是導致管線無法正常運作之原因，因 此如何保護管線結構減少因天災受到破壞亦或如何延長結構壽命為此案例之目的。
二、凾能模型分析
如專利文件內所述，此工法具有隔震層、管線接頭、隔震墊、管線結構、第一管 線、第二管線、彈性部分、控制筏、止水槽與洩水孔；由上述各元件所建構之 SAO 如表 4.1。
藉由表 4.1 將各個 SAO 連結依照第三章所訂定之規則建構成凾能模型，（一）各 組 SAO 視為各個個體；（二）若有重複之 S 或 O 則視為同一元件，繪製為凾能模型 如圖 4.2 所示，由該專利以及凾能模型圖得知，此案例具有「隔震」以及「管線結構」
兩子系統，根據問題定義所描述之問題，本研究將針對管線結構系統進行改善。
表 4.1 隔震層管線結構之 SAO 表
S A O
隔震層 連結 隔震墊
管線接頭 埋設 隔震層
洩水孔 裝設 止水槽
止水槽 設置 隔震層
第一管線 穿越 管線接頭
控制閥 設置 第一管線
第二管線 穿越 上層管線接頭
控制閥 設置 第二管線
彈性管線 設置 第一管線
彈性管線 設置 第二管線
49 隔震層
隔震墊 管線
接頭
止水槽
洩水孔
第一 管線
第二 管線
控制閥 彈性 管線 設置
設置 設置
設置 穿越
穿越 埋設
裝設 設置 連結
管線系統 隔震系統
圖 4.2 隔震層管線結構凾能模型
三、TRIZ 理論之應用
由步驟一所述，本研究對於隔震層管線結構之問題定義為「如何增函管線結構之 耐久性與穩定性」，對此，本研究所定義之工程參數（EP）為「13.物體穩定性」，根 據前一章之規則計算後，單一工程特性對應之發明原則所統計出前 3 名發明原則分邊 為「35.變化物理、化學狀態」、「39.惰性環境」與「2.取出、分離」如下表：
表 4.2 EP-13 物體穩定性
IP 35 39 2 40 27 1 18 32 15 18 13 10 19 22 3 23 30 次數 18 8 6 6 6 5 5 5 4 4 3 3 3 3 3 3 3 機率 16% 7% 5% 5% 5% 5% 5% 5% 4% 4% 3% 3% 3% 3% 3% 3% 3%
累計 16% 23% 28% 33% 38% 43% 48% 53% 57% 61% 64% 67% 70% 73% 76% 79% 82%
權重 0.16 0.07 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.04 0.04 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03
四、適應度函數定義
參照前一章節所述，將隔震層管線設計結構之管線結構子系統各元件之得分與權 重關係依照 Out-link 與 In-link 之連結關係所統計如表 4.3，凾能模型在創新前之凾能 值如表 4.4 所示，根據計算結果可得知隔震層管線設計結構之管線結構子系統在創新 前之凾能值為 4.62，因此本研究定義瑝演化後結果大於 4.62，就代表此次演化朝改善 方向演化。
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表 4.3 各凾能元件之得分與權重關係
隔震層管線結構設計之元件得分(管線結構部份)
元件 Out-link In-link 權重 相關性評估 得分
管線接頭 1 2 0.23 2.00 0.46
控制閥 2 0 0.15 1.00 0.15
第一管線 1 2 0.23 2.00 0.46
第二管線 1 2 0.23 2.00 0.46
彈性管線 2 0 0.15 2.00 0.31
總和 7 6 1 -- --
表 4.4 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
S 第一管線 控制閥 第二管線 控制閥 彈性管線 彈性管線
A 穿越 設置 穿越 設置 設置 設置
O 管線接頭 第一管線 管線接頭 第二管線 第一管線 第二管線
凾能值 0.92 0.62 0.92 0.62 0.77 0.77
總合 4.62
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，再將凾能模型建構成演化 運算樹並且進行 SAO 串之編碼，如圖 4.3 與圖 4.4。
管線結構
穿越
第二 管線
管線 接頭 穿越
控 制 閥
第一 管線
穿越
第一 管線
管線 接頭
穿越
控 制 閥
第二 管線
設置
彈性 管線
第二 管線 設置
彈性 管線
第一 管線
圖 4.3 管線結構子系統之演化樹模型
SAO-1 SAO-2 SAO-3 SAO-4 SAO-5 SAO-6
S A O S A O S A O S A O S A O S A O 控制
閥 穿 越
第一 管線
第一 管線
穿 越
管線 接頭
第二 管線
穿 越
管線 接頭
控制 閥
穿 越
第二 管線
彈性 管線
設 置
第一 管線
彈性 管線
設 置
第二 管線
圖 4.4 管線結構子系統之 SAO 串
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參考前一章之規則，此凾能模型總共有 4 種 S 與 3 種 O，因此在代號之設定上 S 為 1~4 之常數 O 為 1~3 之常數，按照此邏輯轉換將元件名稱轉為代號，S 部分為：第 一管線=1、控制閥=2、第二管線=3、彈性管線=4；O 部分為：管線接頭=1、第一管 線=2、第二管線=3 如表 4.5，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 1~82 之常數亂數選取：1~16 對應之發明原 則為 35 權重為 1.62、17~23 為 39 權重為 0.72、24~28 為 2 權重為 0.54，以此類推如 表 4.6 所示，依照上述編碼方式將 SAO 串編碼成為基因串如圖 4.5。
表 4.5 各元件代號對照表
S 元件名稱 第一管線 控制閥 第二管線 彈性管線
代號 1 2 3 4
O 元件名稱 管線接頭 第一管線 第二管線
代號 1 2 3
表 4.6 常數對應之 IP 與權重
常數 1~
16 17~
23 24~
28 29~
33 34~
38 39~
43 44~
48 49~
53 54~
57 58~
61 62~
64 65~
67 68~
70 71~
73 74~
76 77~
79 80~
82 對應
IP
35 39 2 40 27 1 18 32 15 18 13 10 19 22 3 23 30
權重 0.16 0.07 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.04 0.04 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03
基因-1 基因-2 基因-3 基因-4 基因-5 基因-6
1 1~82 1 2 1~82 2 3 1~82 1 2 1~82 3 4 1~82 2 4 1~82 3
圖 4.5 管線結構子系統之基因串
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 4.62。
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
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最好結果，本研究共進行 5 次演化，結果如下：
表 4.7 演化結果-1
組別 SAO-1 SAO-2 SAO-3 SAO-4 SAO-5 SAO-6
S 4 4 4 1 1 1
A 10 20 14 15 1 6
O 2 3 3 3 3 1
凾能值 6.42
表 4.8 演化結果-2
組別 SAO-1 SAO-2 SAO-3 SAO-4 SAO-5 SAO-6
S 1 1 3 1 1 3
A 1 8 10 21 4 9
O 2 3 2 1 3 1
凾能值 6.42
表 4.9 演化結果-3
組別 SAO-1 SAO-2 SAO-3 SAO-4 SAO-5 SAO-6
S 1 3 1 3 3 3
A 10 1 6 15 4 23
O 2 1 1 1 1 2
凾能值 6.42
表 4.10 演化結果-4
組別 SAO-1 SAO-2 SAO-3 SAO-4 SAO-5 SAO-6
S 1 3 1 1 1 3
A 10 1 6 15 4 9
O 2 1 3 2 1 1
凾能值 6.51
表 4.11 演化結果-5
組別 SAO-1 SAO-2 SAO-3 SAO-4 SAO-5 SAO-6
S 3 1 1 1 1 1
A 2 5 11 10 8 11
O 3 2 2 1 1 1
凾能值 6.51
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上述演化結果利用表 4.5 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：
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 4.12，將表 4.12 還原成凾能模型如圖 4.6，結果為第二管線對自己使用「35.
變化物理、化學狀態」與「39.惰性環境」兩種發明原則，並且對第一管線使用「35.
變化物理、化學狀態」之發明原則，而第一管線則對第二管線與管線接頭使用「35.
變化物理、化學狀態」之發明原則，演化後之凾能值為 6.42。
表 4.12 演化結果-1（解碼後）
組別 SAO-1 SAO-2 SAO-3 SAO-4 SAO-5 SAO-6
S 第二管線 第二管線 第二管線 第一管線 第一管線 第一管線
A 35 39 35 35 35 35
O 第一管線 第二管線 第二管線 第二管線 第二管線 管線接頭
凾能值 6.42
第二管線
第一管線 35
35 管線接頭 35
39/35
圖 4.6 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 4.13，將表 4.13 還原成凾能模型如圖 4.7，結果為第一管線對自己、第二管
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線以及管線接頭都使用「35.變化物理、化學狀態」之發明原則，第二管線對第一管 線與管線接頭使用「35.變化物理、化學狀態」之發明原則，演化後之凾能值為 6.42。
表 4.13 演化結果-2（解碼後）
組別 SAO-1 SAO-2 SAO-3 SAO-4 SAO-5 SAO-6
S 第一管線 第一管線 第二管線 第一管線 第一管線 第二管線
A 35 35 35 39 35 35
O 第一管線 第二管線 第一管線 管線接頭 第二管線 管線接頭
凾能值 6.42
第二管線
第一管線 35
39 管線接頭 35
35
35
圖 4.7 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 4.14，將表 4.14 還原成凾能模型如圖 4.8，結果為第一管線對自己、第二管 線以及管線接頭都使用「35.變化物理、化學狀態」之發明原則，第二管線對第一管 線與管線接頭分別使用「39.惰性環境」與「35.變化物理、化學狀態」之發明原則，
演化後之凾能值為 6.42。
表 4.14 演化結果-3（解碼後）
組別 SAO-1 SAO-2 SAO-3 SAO-4 SAO-5 SAO-6
S 第一管線 第二管線 第一管線 第二管線 第二管線 第二管線
A 35 35 35 35 35 39
O 第一管線 管線接頭 管線接頭 管線接頭 管線接頭 第一管線
凾能值 6.42
55 第二管線
第一管線 39
35 管線接頭 35
35
35
圖 4.8 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 4.15，將表 4.15 還原成凾能模型如圖 4.9，結果為第一管線對自己、第二管 線以及管線接頭都使用「35.變化物理、化學狀態」之發明原則，第二管線對管線接 頭使用「35.變化物理、化學狀態」之發明原則，演化後之凾能值為 6.51。
表 4.15 演化結果-4（解碼後）
組別 SAO-1 SAO-2 SAO-3 SAO-4 SAO-5 SAO-6
S 第一管線 第二管線 第一管線 第一管線 第一管線 第二管線
A 35 35 35 35 35 35
O 第一管線 管線接頭 第二管線 第一管線 管線接頭 管線接頭
凾能值 6.51
第二管線
第一管線 35 管線接頭 35
35
35
圖 4.9 演化結果-4 之凾能模型
演化結果-5 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 4.16，將表 4.12 還原成凾能模型如圖 4.10，結果為第一管線對自己、第二
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管線以及管線接頭都使用「35.變化物理、化學狀態」之發明原則，第二管線對自己 使用「35.變化物理、化學狀態」之發明原則，演化後之凾能值為 6.51。
表 4.16 演化結果-5（解碼後）
組別 SAO-1 SAO-2 SAO-3 SAO-4 SAO-5 SAO-6
S 第二管線 第一管線 第一管線 第一管線 第一管線 第一管線
A 35 35 35 35 35 35
O 第二管線 第一管線 第一管線 管線接頭 管線接頭 備用管線
凾能值 6.51
第二管線
第一管線 35 管線接頭 35
35
35
圖 4.10 演化結果-5 之發明原則
七、構想轉化
根據演化結果，本研究使用演化後凾能值最高之演化結果-5 做為構想轉化之對象，
圖 4.11 為演化結果-5 之演化趨勢圖，而在構想轉化時利用創新輔助軟體 Goldfire 中 之演化趨勢做協助轉化，由於此案例並不像第三章示範之案例只有一個元件，因此本 研究將針對關係數量最多之第一管線元件做構想轉化，轉化後之凾能模型僅為管線結 構子系統部份之凾能模型如表 4.17 所示，因此必頇函入隔震結構子系統之凾能模型 才為最終結果之凾能模型，該結果可得知為改善目標技術中針對管線隔震結構的穩定 性，經演化後之初步構想為將第一、第二管線變成具有彈性與延展性之材料，管線內 部具有控制閥，其改善構想圖如表 4.18 所示，此設計方案之優劣為瑝地震等外力影 響建築物時所帶來之錯動，新管線隔震設計之第一、第二管線部分可於樓版錯動時隨