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風雨風洞實驗室之檢測業務與設備性能精進研究

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風雨風洞 實驗室 之檢 測業務與 設備性 能精 進研究 內政 部建 築研究所 自行 研 究報 告 年度 108

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風雨風洞實驗室之檢測業務與設備性能

精進研究

內 政部建 築研 究所自 行研 究報告

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PG10802-0127

風雨風洞實驗室之檢測業務與設備性能

精進研究

研 究 人 員:郭 建 源

內 政部建 築研 究所自 行研 究報告

中華民國 108 年 12 月

(6)
(7)

MINISTRY OF THE INTERIOR

RESEARCH PROJECT REPORT

An advanced study on the Experiment

business and Equipment performance of

Mock-up and Wind Tunnel Laboratory.

BY

CHIENYUAN KUO Dec., 2019

(8)
(9)

目 次

表 次

... III

圖 次

... V

第一章

緒 論... 1

第一節

研究緣起與背景 ... 1

第二節

研究目的與內容 ... 3

第三節

研究方法與進度 ... 4

第二章

文獻回顧 ... 5

第一節

風雨風洞實驗室簡介 ... 5

第二節

專家問卷(德菲法)理論 ... 20

第三章

設備精進措施 ... 29

第一節

實尺寸耐風試驗 ... 29

第二節

造風機設備規格 ... 31

第四章

問卷設計與調查分析 ... 35

第一節

問卷設計 ... 35

第二節

問卷內容 ... 39

(10)

第三節

問卷結果分析... 45

第四節

實驗室發展策略 ... 67

第五章

結論與建議 ... 75

第一節

結論 ... 75

第二節

建議 ... 76

附錄一:期初審查會議紀錄

... 77

附錄二:期中審查會議紀錄

... 81

參考書目

... 89

(11)

表 次

表 1-1 研究計畫進度表 ... 4

表 2-1 測試區性能規格 ... 11

表 2-2 儀器與適用範圍 ... 11

表 2-3 Ã 影響因素之模糊三角函數 ... 21

表 2-4 Saaty 之 AHP 法相對重要性程度評估值表(九等尺度)

... 23

表 2-5 評估矩陣的隨機指標值(RI 值) ... 24

表 4-1 實驗檢測策略構面與策略要點說明 ... 37

表 4-2 防火實驗相關專家問卷分析統計 ... 52

表 4-3 防火實驗中心填寫問卷專家學者相關精進建議 ... 53

表 4-4 性能實驗相關專家問卷分析統計 ... 56

表 4-5 性能實驗中心填寫問卷專家學者相關精進建議 ... 57

表 4-6 風工程實驗相關專家問卷分析統計 ... 60

表 4-7 風工程填寫專家學者之其他精建建議 ... 61

表 4-8 材料實驗相關專家問卷分析統計 ... 65

表 4-9 材料實驗中心填寫問卷專家學者相關精進建議 ... 66

(12)
(13)

圖 次

圖 1-1 實驗室歷年檢測案件統計圖 ... 2

圖 1-2 全國營建業開工件數統計 ... 2

圖 2-1 風雨實驗館帷幕牆(左)及門窗試艙(右) ... 6

圖 2-2 以空氣流量計量測密閉測試艙之試體漏氣量 ... 7

圖 2-3 靜態水密性能試驗及動態水密性能試驗 ... 7

圖 2-4 以位移計記錄試體的變形情形 ... 8

圖 2-5 帷幕牆層間變位測試 ... 8

圖 2-6 風洞實驗館 ... 10

圖 2-7 風扇(左)及變頻器(右) ... 11

圖 2-8 風洞試驗儀器設備配置圖 ... 13

圖 2-9 多頻道電子壓力掃描器設備圖 ... 14

圖 2-10 多頻道電子壓力掃描器設備圖 ... 15

圖 2-11 三維動態皮托管相關設備圖 ... 16

圖 2-12 風速計及電源供應器 ... 17

圖 2-13 建築環境風場試驗 ... 18

圖 2-14 建築外表披覆物風壓試驗 ... 18

圖 2-15 建築結構風載重試驗 ... 18

圖 2-16 橋梁風洞試驗 ... 18

(14)

圖 2-17 風雨風洞實驗室 TAF 證書 ... 19

圖 2-18 三角模擬函數圖 ... 27

圖 3-1 目前有造風設備 ... 29

(15)

摘 要

關鍵詞:風洞試驗、風雨試驗、德菲法、設備性能精進 一、研究緣起 風雨風洞實驗室成立以來,配合相關科技計畫進程規劃我國風工程科技 發展,以試驗研究為導向研修技術規範、標準或手冊。同時配合業界的需求, 輔以協助進行產品驗證。實驗室發展歷經技術發展期、成長期到成熟期,已 能有效運用試驗設備能量。但近年來因民間增設實驗室、法令變更、建築景 氣等因素影響,加上本所為行政機關,各方限制條件較多,在外部環境變化 下,缺乏彈性且即時的因應策略。因此,實驗室檢測業務和儀器設備應用需 求面臨發展瓶頸。為精進設備性能,並提昇檢測業務績效,本研究擬透過 SWOT 分析確立實驗室之優劣勢與可能的機會與威脅,再以問卷與訪談調查 民間實務需求,並參考國內外相關實驗室的營運模式,研擬實驗室精進發展 策略,以使實驗室能永續發展。 二、研究方法及過程 目前風雨風洞實驗室面對近年科技計畫經費逐年降低,檢測業務收入亦 不穩定;替代役退場,人力補充機制仍待檢討兩項挑戰。在此人力不足、經 費短絀且設備逐年老舊之情況下,可能導致檢測案量日益減少、實驗設備之 更新及修繕經費不足與業務擴展的量能萎縮等問題。為能提出有效之因應策 略,本計畫首先參考國內外相關實驗室的營運模式與探討專家問卷設計方法, 嘗試透過「修正德菲爾法」的專家問卷方式,尋求最佳共識,精進探求本所 實驗中心室之檢測業務發展策略,並擬訂未來實驗室的永續發展方向。 三、重要發現 1. 本研試驗設備精進上,規劃發展實尺寸耐風試驗及門窗現地試驗,實尺 寸耐風試驗已現有造風設備進行改善,擬更新葉片且增加防護筒身以確 保其安全性。另擬增加一集風管,使其風速提高達 60m/s,改善後將更 具安全性並可達 17 級風速。設備擬改造規格、功能研擬完畢,同時亦 已申請科技部經費補助 890 萬元整,獲同意全額補助。 2. 實驗室檢測案精進策略發展,本研究進行專家問卷,應用德菲法進行統

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計分析,以了解專家們的集體共識。本研究經由文獻和專家學者意見, 研擬 4 項構面及 24 項策略要點,分別為人力資源管理構面:勞務外包 協助試驗、增加外部額外人力、業績獎勵制度、在職訓練鼓勵進修、研 究生論文合作等 5 點;檢測營運管理構面:試驗費用彈性報價、減少行 政程序、套裝試驗折扣收費、刪除不合宜試驗項目、客製化試驗、以服 務為導向、多元化行銷、開發國際客源等 8 策略要點;設備資源管理構 面:既有設備自動化更新、開發新型試驗項目、優化現有試驗流程、汰 換不合宜試驗設備、建立法令指定試驗項目等 5 策略要點;外部合作與 轉型:後市場管理、專業諮詢團隊、國際結盟、國內研究機構合作、協 力實驗室、開發產學合作等 6 策略要點。 3. 風工程實驗相關專家問卷統計結果,在人力資源管理策略方面,各項策 略的重要程度排序,依最高到最低分別為:為增加外部額外人力、研究 生論文合作、在職訓練鼓勵進修、業績獎勵制度、勞務外包協助試驗。 檢測營運管理策略方面,各項策略的重要程度排序,依最高到最低分別 為:減少行政程序、以服務為導向、多元化行銷、客製化試驗、開發國 際客源、套裝試驗折扣收費、試驗費用彈性報價、刪除不合宜試驗項目。 設備資源管理策略方面,各項策略的重要程度排序,依最高到最低分別 為建立法令指定試驗項目、優化現有試驗流程、開發新型試驗項目、既 有設備自動化更新、汰換不合宜試驗設備。外部合作與轉型策略方面, 各項策略的重要程度排序,依最高到最低分別為國內研究機構合作、開 發產學合作、協力實驗室、專業諮詢團隊、國際結盟、後市場管理。 四、主要建議事項 建議一 本所應就實驗室整體發展加以定位,再依研究成果,研擬發展對策與行動 方案:立即可行建議 主辦單位:內政部建築研究所風雨風洞實驗室 協辦單位:內政部建築研究所 本研究問卷設計完成後,即開始發放給各不同領域專家學者填寫問卷,問 卷回收後進行統計分析,歸納出專家學者對本所實驗室檢測業務精進策略的 集體共識,建議本所應就實驗室整體發展加以定位,再依研究成果,研擬發 展對策與行動方案。

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建議二 本研究研擬之設備精進方案,應進行市場需求調查:立即可行建議 主辦單位:內政部建築研究所風雨風洞實驗室 協辦單位:內政部建築研究所 實驗設備精進作為上,除現有帷幕牆、門窗風雨試驗及建築物結構載重、 行人環境風場、外表被覆物風壓試驗等風洞試驗外,本研究擬再開發實尺寸 耐風試驗,建議後續再就其市場性進行調查,以符合效益。

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(19)

第一章

緒 論

第一節 研究緣起與背景

風雨風洞實驗室自民國 93 年成立至今,基於實驗為研究之基礎,累積實驗 與研究成果以研訂基準、規範或標準提供法規研修參考,確保居住安全及環境 品質,並推動建築風工相關產業之研究發展,促進產業升級。在辦理研究實驗 工作以外之餘力,同時亦受理產官學研等各界委託有關研發驗證、檢測、試驗 等需求,提供支援辦理建築構件或材料之檢測服務,解決公私部門開發創新材 料、產品與設備研發試驗服務。實驗室集合歷年成果,修訂「建築物耐風設計 規範及解說」,出版「建築物耐風設計技術手冊」、「開發耐風設計視窗程式」等。 在實驗室檢測方面,結構風載重及外表被覆風壓試驗,領先全國取得 TAF 認證。 檢測案 94 年至今總收入約:新臺幣:7,052.9 萬元。從統計圖可以看出,過去 大概有 7 年的時間實驗室的檢測收入每年都在 600 萬以上,最高在 102 年年約 720 萬左右,但從 102 年開始就逐漸下降,到 107 年新低點。如圖 1-1 所示。 103 年以前在國內只有台中的漢宗實驗室和本所兩間帷幕牆風雨實驗室, 由於漢宗實驗室同時也是帷幕牆的製造和施工廠,某些比較重視研發機密的廠 商就會有疑慮,因此北部的一些帷幕牆檢測案件會往所內實驗室進行檢測。但 在 103 年之後兆立科技實業股份有限公司在桃園成立帷幕牆實驗室,由於私人 實驗室在費用和服務上比較靈活,北部廠商會就近選擇方便且可以降低成本實 驗室。另一方面經濟部所屬財團法人金屬工業中心,也要創設門窗風雨試驗室, 到時我們第三公正單位的優勢即可能消失。圖 1-2 是營建署統計的全國建築開 工件數統計,我們也可以看到最近幾年是在 102 年開工數約 2 萬 6000 件,開始 下滑到 107 年度約 1 萬 8000 件,這個下滑趨勢和實驗室收入趨勢也是從 102 年開始下滑是一致的。同時法令變動也是檢測收入下降原因之一,開發行為應 實施環境影響評估細目及範圍認定標準第 26 條在 104 年修訂,「住宅大樓,其 樓層 30 層以上或高度 100 公尺以上;辦公、商業或綜合性大樓,其樓層 20 層 以上或高度 70 公尺以上 」,修訂為「高樓建築,其高度 120 公尺以上者,應實 施環境影響評估。」,如此一來需要執行環境風場風洞試驗的案件就大量的減 少。

(20)

風雨風洞實驗室分為風雨實驗館和風洞實驗館,風雨實驗館有兩個試艙一 個是帷幕牆的試艙,另一個是門窗試艙。帷幕牆試艙寬 10m 高 12m,依據 CNS14280 帷幕牆的試驗總則規定的步驟,要反覆執行氣密、靜態水密、動態 水密、層間位栘和結構性能,共 10 項的試驗項目。我們是不論試體大小收費都 是 50 萬元。另外門窗試驗試艙也只有一個,試艙大小是 3m×3m,主要執行氣 密、水密及抗風壓 3 個試驗項目,費用為 3 萬元。風洞實驗館有兩個全國最大 的測試段,建築測試段和橋梁測試段。建築測試段,寬 4 米高 2.6 米,主要執 行建築環境風場風洞試驗、建築外表被覆物風壓試驗、建築結構風載重試驗, 建築環境風場風洞試驗主要依據環評法令評估特定高度以上建築物所可能產生 的大樓風影響行人舒適性與安全性問題,試驗費用是 35 萬元。外表被覆物風壓 試驗則是分別評估建築物帷幕外牆的設計風壓,供結構技師進行帷幕牆構件尺 寸和玻璃厚度設計,試驗費用是 47 萬元。建築結構風載重試驗,就是提供建築 物主構件的受風力大小,評估後的風力通常會和地震力比較來決定設計載重, 這項費用是 52 萬元整。此外,提供風洞設備租借,費用每日 5 萬元整。還有一 些易受風影響的構件耐風試驗。橋樑測試目前沒有訂收費標準。 風雨風洞的試驗有試驗項目少、費用單價高的特性,而且受風敏感度比較 高的都是一些巨型化和高層化的建築物,所以大型的開發案件才會執行風工程 相關試驗,也因為這樣風雨風洞檢測試案和景氣有很高的連動性。同時,除了 環境風場風洞試驗外,沒有法定的試驗項目,所有的試驗項目都是業界自發性 的試驗。風洞試驗的試驗評估方法和程序沒有國家標準只能依靠學理。也因為 這樣專業人才的養成相對的困難。 圖 1-1 實驗室歷年檢測案件統計圖 圖 1-2 全國營建業開工件數統計 資料來源:本研究製作 Year U n it :1 0 ,0 0 0 d o ll a rs 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 0 100 200 300 400 500 600 700 Year C a s e s (U n it :1 0 0 0 ) 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 14 16 18 20 22 24 26

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第二節 研究目的與內容

一、 研究目的 風雨風洞實驗室成立以來,配合相關科技計畫進程規劃我國風工程科技發 展,以試驗研究為導向研修技術規範、標準或手冊。同時配合業界的需求,輔 以協助進行產品驗證。實驗室發展歷經技術發展期、成長期到成熟期,已能有 效運用試驗設備能量。但近年來因民間增設實驗室、法令變更、建築景氣等因 素影響,加上本所為行政機關,各方限制條件較多,在外部環境變化下,缺乏 彈性且即時的因應策略。因此,實驗室檢測業務和儀器設備應用需求面臨發展 瓶頸。為精進設備性能,並提昇檢測業務績效,本研究擬透過 SWOT 分析確立 實驗室之優劣勢與可能的機會與威脅,再以問卷與訪談調查民間實務需求,並 參考國內外相關實驗室的營運模式,研擬實驗室精進發展策略,以使實驗室能 永續發展。 二、 研究內容 目前風雨風洞實驗室面對近年科技計畫經費逐年降低,檢測業務收入亦不 穩定;替代役退場,人力補充機制仍待檢討兩項挑戰。在此人力不足、經費短 絀且設備逐年老舊之情況下,可能導致檢測案量日益減少、實驗設備之更新及 修繕經費不足與業務擴展的量能萎縮等問題。為能提出有效之因應策略,本計 畫首先參考國內外相關實驗室的營運模式與探討專家問卷設計方法,嘗試透過 「修正德菲爾法」的專家問卷方式,尋求最佳共識,精進探求本所實驗中心室 之檢測業務發展策略,並擬訂未來實驗室的永續發展方向。 三、 預期成果 1. 評估分析實驗室之優劣,確立優先序位與發展目標,以活化並精進設備 性能。 2. 定位實驗室功能屬性,研擬短、中、長期之發展策略,俾為未來營運之 參據。

(22)

第三節 研究方法與進度

一、 研究方法 1. 文獻回顧:盤點實驗室目前儀器設備現況,分析使用情況,作為日後儀 器設備精進更新之參考。並回顧德菲法相關文獻,俾為專家問卷設計與 分析之依據。 2. 實驗室 SWOT 分析:應用 SWOT 分析瞭解實驗的優勢、劣勢、機會與威脅, 進而思考未來精進發展之利基。 3. 問卷調查:本研究問卷調查包含兩部份,第一部份為實驗室檢測業務發 展策略,擬利用專家問卷,尋求專家共識,作為未來檢測業務發展準則。 另外本研究擬透過簡單問題了解實驗室規劃之精進設備之市場需求。 4. 歸納分析法:將 2 階段問卷,進行統計分析,探討專家對實驗室檢測業 務發展策略的共識性;與實驗室規劃之新型試驗項目的實務需求。 二、 研究流程 研究流程如下圖。 表 1-1 研究計畫進度表 項次 工作項目 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 1 文獻蒐集回顧 2 風雨風洞實驗室 SWOT 分析 3 第 1 階段問卷設 計與分析 4 期中報告撰擬與 審查 5 第 2 階段問卷設 計與分析 6 國外實驗室參訪 7 成果報告撰擬與 審查 (資料來源:本研究整理)

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第二章 文獻回顧

第一節 風雨風洞實驗室簡介

臺灣地處西太平洋颱風盛行區域,歷年在數次的強烈颱風侵襲中,造 成建築外牆及相關附屬設備破損災害案例頗多,由於風力對建築及環境的 影響是普遍存在的,包含強風可能造成建築帷幕外牆、門窗破損,高層建 築或長跨距橋梁的受風結構安全以及舒適性設計考量,抑或是大樓興建後 造成鄰近區域形成街廓強風,進而造成行人不舒適甚至跌倒受傷等問題, 均可能對於人民的生命財產造成危害。因此,行政院於 85 年核准「內政 部建築研究所實驗設施設置計畫」,本所於 93 年 6 月完成風雨風洞實驗室 的建置,建築總樓地板面積 4,700 m2,分設風雨實驗館及風洞實驗館。其 中風雨實驗館包含帷幕牆風雨測試艙及門窗風雨測試艙各 1 座,可進行建 築物外牆門窗與帷幕牆之氣密性、水密性、層間變位及抗風壓等物理性能 實驗及檢測,確保其整體性能達到設計標準及規範要求,並降低建築物外 牆門窗與帷幕牆於地震、強風可能發生之危害。風洞實驗館則擁有目前國 內斷面尺度最大之低速風洞設備,具有兩個測試區段,可進行建築物與橋 樑等縮尺模型風洞實驗研究,探討高層建築所受之風力、風壓及行人風場 影響,以及可對環境微氣候、風能利用及風工程基礎科研進行研發實驗及 檢測。 建置完成初期(93 至 95 年)屬於建築風雨風洞性能測試階段,主要由 具有風雨風洞實驗相關背景之專家學者協助辦理,進行試驗設備系統整合 測試暨性能驗證,於此同時推動並擬訂「建築物耐風設計規範與解說」。 第二階段(96 至 99 年)為試驗技術與檢測能量提昇,針對既有儀器設備研 擬最佳化試驗流程、改良試驗設備以及初步建置相關試驗技術。100 年後 則全面發揮實驗能量,配合年度風工程科技計畫發展風場之實場量測技術、 建立本土化風場特性資料庫、建築結構設計風載重及研修耐風設計規範, 並彙編相關技術手冊與分析軟體供業界參考使用。

(24)

實驗室包含二大實驗館,分別是風雨實驗館及風洞實驗館。其規劃之 軟硬體設備,無論在操作之便利性或測試之準確性、功能性,皆可提供各 界所需之專業試驗服務。因應上述研究實驗與測試驗證需求進行試驗設備 之規劃建置,各實驗室儀器設備及其功能分述如下: 一、風雨實驗館 風雨實驗館包含帷幕牆風雨測試艙(可測試 10m×12m 帷幕牆)及門窗 風雨測試艙(可測試 2.8m×2.8m 門窗)各一座,如圖 2-1 所示,主要進行 帷幕牆與門窗相關風雨試驗研究與性能檢測技術服務。帷幕牆風雨試驗檢 測項目可分為 1.氣密性能試驗、2.靜態水密性能試驗、3.動態水密性能試 驗、4.層間變位性能試驗與 5.正負風壓結構性能試驗。門窗風雨試驗可分 為 1.氣密性能試驗、2.水密性能試驗、3.抗風壓性能試驗。 帷幕牆試艙 門窗試艙 圖 2-1 風雨實驗館帷幕牆(左)及門窗試艙(右) 資料來源:本研究整理 以上 8 項試驗皆獲得 TAF 認證,其主要的功能分別為: 1. 氣密性能試驗—氣密性能是以漏氣量為其性能標示,主要反應空調節能

(25)

及隔音效果,氣密性好,室內空調不易流失,減少空調負荷,可減少空 氣傳音,提升隔音性能。 圖 2-2 以空氣流量計量測密閉測試艙之試體漏氣量 資料來源:本研究整理 2. 水密性能試驗—對密閉測試艙加壓及以造風設備(由 DC 變頻馬達及風扇 葉片-直徑 4.11m 組成,最高風速可達 43m/s)產生外風壓,並用固定 噴水量噴灑模擬強風豪雨狀態,以瞭解帷幕牆與門窗的防水性能。 圖 2-3 靜態水密性能試驗及動態水密性能試驗 資料來源:本研究整理

3. 抗風壓性能試驗—用鼓風機系統提供穩定正負壓,以瞭解帷幕牆與門窗 整體構造系統抵抗風壓力之安全性能。

(26)

圖 2-4 以位移計記錄試體的變形情形 資料來源:本研究整理 4. 層間變位性能試驗—層間變位設備之油壓缸最大推力 30 噸、衝程 300mm, 可模擬於地震侵襲下,確保帷幕牆構造之層間變位能力,不致造成破壞。 圖 2-5 帷幕牆層間變位測試 資料來源:本研究整理

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二、風洞實驗館: 風洞實驗館主要進行風工程實驗研究,並提供業界相關檢測之技術服 務,主要實驗設備包括風洞本體、變頻器、風扇、量測系統等。由於建築 結構的多樣性,建築物在風力作用下的力學行為,目前尚無法以純理論模 式或數值方法解析,惟有透過風洞試驗方能進行合理的分析與評估。藉由 適當之實驗規劃,可合理探討構造物表面風壓、風力載重,以及評估環境 變化之微氣候影響。營運至今,執行建築環境風場試驗、建築外表披覆物 風壓試驗、建築結構風載重試驗、橋梁風洞試驗、建築設備抗風測試、百 葉窗通風率試驗、小型風力發電機效率試驗、流場可視化試驗、以及汙染 擴散等風工程相關項目試驗等。 1. 主要實驗設備包括: (1)風洞本體:本所風洞本體(如圖 2-6)為一垂直向的封閉迴路系統,總 長度為 77.9m,最大寬度為 9.12m,最大高度為 15.9m。整個風洞本 體具有 2 個測試區段,第一測試區中配置有 2 個旋轉盤,第一座旋轉 盤直徑 1m,安置於距測試區入口處 3m 處,從事一般流體力學研究; 第二座旋轉盤直徑 3m,置於可移動式軌道上,定位於距測試區入口 端約 25.5m 處,並以機械控制使其做旋轉及上下運動,將以建築物受 風力作用的空氣動力學研究及污染擴散試驗為主,空風洞最大風速為 30 m/s。第二測試區則配置一座旋轉盤,其距離風洞本體整流段出口 15m 處,轉盤直徑為 3m,主要用途以橋梁測試為主,空風洞最大風 速為 20 m/s。性能規格整理如表 2-1 所示。 (2)風扇:風扇型式為直接傳動軸流式風扇,直徑 4.75m,整體長度包 含風扇中心體、驅動馬達及尾錐,約 7.62m,如圖 2-7(左)。驅動馬 達的最大馬力為 500kW,最高轉速為 390rpm,最高風速可達 30m/s。 風扇主要功用係提供氣流起始動能,並補充氣流在風洞迴流中所產生 之壓力損失。

3)變頻器:變頻器係藉由三相 3,300V 電壓,輸出 500kW 馬力來操控 風扇驅動馬達的轉數以調整風速,如圖 2-7(右) 。

(28)

風洞測試段

風洞控制台

圖 2-6 風洞實驗館 資料來源:本研究整理

(29)

表 2-1 測試區性能規格 測區名稱 第一測試區 第二測試區 斷面尺寸 長36.5m×寬4m×高2.6m 長21m×寬6m×高2.6m 最大風速 30m/s 20m/s 測試區用途 1.流體力學研究 2.建築物相關風工程研究 3.大氣擴散性研究 1.橋梁測試研究 2.建築物相關風工程研究 資料來源:本研究整理 圖 2-7 風扇(左)及變頻器(右) 資料來源:本研究整理

(4)量測系統:測試區內設有三維移動機構,可經由電腦操控進行三軸 運動,以量測各點流況。館內配置多頻道電子式壓力掃瞄系統、熱 線測速儀及雷射光頁產生器、氬離子雷射觀測系統、六軸力感測器、 長距離雷射位移計等多項精密量測系統與資料擷取系統,藉以提高 實驗數據之精確性。(如表 2-2) 表 2-2 儀器與適用範圍 編 號 量測 類型 儀器名稱 適用實驗狀況 1 風場 量測 熱線測速儀 動態風速量測,並依探針類型量取 1 維至 3 維的風 速。 皮托管 單方向平均風速量測。 地表風速計 近地表多方向動態風速量測,但無法判定方向。

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超音波風速計 可測得風速以及風向資料,但取樣頻率較低,且儀 器較大,多用於現場量測。 2 壓力 量測 薄膜式壓力計 用於少量壓力點位量測,如須動態壓力資料,應進 行管線校正。 多頻道電子式 壓力掃瞄器 用於大量壓力點位量測,可進行動態壓力量測。 3 風力 量測 六分力平衡儀 量測作用於模型基底之 3 個軸向之正向力,以及 3 軸向之扭轉力。 多頻道電子式 壓力掃瞄器 透過大量壓力量測結果積分求得建築物各樓層風載 重,並推得基底剪力。 4 振動 量測 加速度規 量取結構之振動加速度,適用於微小幅度振動。 雷射位移計 利用雷射反射時間量取結構之振動位移,適用於規 律型振動。 衝擊錘 對結構體敲擊同時量測輸入與輸出之加速度,利用 FFT 可求得該結構體的動態特性。 應變計 利用電阻的改變量測材料的應變,進而推導結構的 反應。 5 流場 可視 化 氬離子雷射 製造雷射光頁,可觀測單一平面流場之變化 煙霧產生器 可穩定均勻產生煙霧,搭配氬離子雷射進行觀測作 業。 6 污染 擴散 量測 氣相層析儀 為定時定量之平均濃度分析。 氣體採樣設備 氣體經採樣設備蒐集後,送入氣相層析儀進行分析。

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2. 風洞流場 執行風洞試驗前需確認欲使用的流場特性,於風洞實驗室內透過各種 手法建立與實場相似的流場,風洞中的流場包括我國「建築物耐風設計規 範及解說」規定的 A、B、C 地況,配合適當的模型縮尺,可進行全棟建築 物受風相關量測。但如果僅欲探討建築物局部區域之受風特性,則亦可在 風洞出風口以紊流產生器製造紊流流場,使其通過建築物再執行資料擷取。 本所風洞試驗紊流產生器,與模型及各項量測儀器之相對位置,如下圖 2-8 所示,模型位置距離紊流產生器約 2.8m,於接近模型等高位置處架設 3 維 動態皮托管,以量測參考風速。執行吹試過程以多頻道電子式壓力掃瞄器 透過電腦(PC)進行資料擷取,待一方向資料擷取完畢後,再轉動轉盤變換 下個風向進行試驗。圖 2-9 是前述風洞試驗過程所採用的儀器設備照片, 包括紊流流場、均勻流場、壓力計、資料擷取器、3 維動態皮托管及控制 電腦等。 圖 2-8 風洞試驗儀器設備配置圖 資料來源:本研究整理 紊流流場 均勻流場

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壓力計 資料擷取器 風速計(3 維動態皮托管) 控制電腦 圖 2-9 多頻道電子壓力掃描器設備圖 資料來源:本研究整理 3. 多頻道電子壓力掃描器 用來同步擷取作用於結構表面各點的瞬時風壓,經過適當的處理便可 得到結構系統所受之平均風力、擾動風力以及外牆所受之局部風壓。本研 究所採用之儀器為 PSI 公司產品,其元件包括:氣體壓力數據擷取主機、 乙太介面電源供應器、64 頻道電子式壓力掃描模組及外接氣體壓力源等。 詳細規格及性能分別說明如圖 2-10 所示。

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名稱 氣體壓力數據擷取主機 乙太介面電源供應器 照片 設備 規格 <型號 > 1. 最大支援 8 組 64 頻道電子式壓 力掃描模組 2. 量測壓力可以 Pa 為單位輸出, 量測數據可透過乙太網路線採 TCP/UDP 通訊協定傳輸至電腦 3. 數據處理速率:325Hz/chs 4. 訊號傳輸解析度:±0.003% 5. 操作溫度範圍:0℃ to 55℃ 1. 提供氣體壓力數據擷取主機之 電源、訊號傳輸及硬體觸發,可 透過乙太網路線串連電腦與氣 體壓力數據擷取主機 2. 供應電流範圍:0.8~1.6 安培 3. 供應電壓範圍:18~36 伏特直流 電壓 名稱 64 頻道電子式壓力掃描模組 外接氣體壓力源 照片 設備 規格 <型號 > 1. 量測範圍:±1k Pa 2. 靜態量測精度:±1.5 Pa 3. 掃描器頻道數量:64 個/組 4. 掃描器模組量測接頭為可快速 拆卸式,管徑 0.04 英吋±0.004 英吋 5. 操作溫度範圍:0℃ to 55℃ 6. 具溫度補償功能 外 接 氣 體 之 壓 力 須 調 整 至 80 ~ 125psi,若使用高壓鋼瓶氣體, 則須確認高壓鋼瓶內部壓力高 於 200 psi 以避免鋼瓶內之雜質 與水氣汙染儀器。 圖 2-10 多頻道電子壓力掃描器設備圖 資料來源:本研究整理

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4. 三維動態皮托管 三維動態皮托管用來進行風速量測,試驗前確認均勻流場及紊流流場 的風場特性,本研究以此設備進行風速剖面量測。風速量測前可進行溫度 及大氣壓力校正,並設定擷取頻率、取樣時間後,即可進行風速量測。量 測後可提供時序列的數據外,並有 U、V、W 三方向的平均風速,最大最小 風 速 , 紊 流 強 度 等 資 料 , 三 維 動 態 皮 托 管 TFI(Turbulance Flow Instrumentation )公司產品,其元件包括如下圖 2-11 所示: 名 稱 探針 訊號傳輸線材 照 片 名 稱 探針支架 控制軟體(1) 照 片 名 稱 控制軟體(2) 控制軟體(3) 照 片 圖 2-11 三維動態皮托管相關設備圖 資料來源:本研究整理

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5. 風速計及皮托管 (1) 風速計:為精確便捷且可即時瞭解測試區來流風速,採用由TSI公 司生產之熱線式風速計,型號為 8465。該風速計量測速度由 0~ 50m/s。如表圖 2-12。該量測設備經過 CALP-EC-Q001(V1.6)校正。 圖 2-12 風速計及電源供應器 資料來源:本研究整理 (2) 皮托管(Pitot tube):在本試驗中採用皮托管進行來流場靜壓力及參 考風速量測,主要目的在於量測結果參考。皮托管是由內外兩管 組合而成,其內管為滯流管,管口正對流向,外管的管壁有小孔 連通到一個側管利用內外兩管的壓力差異計算流速所量測到的壓 力差值,係利用伯努利方程式(Bernoulli equation),即依據下列計 算式出相應之風速。本研究作為風速計時設置於風洞來流入口上 方,作為靜壓力時,則設置於模型附近,高度約 50cm,以利做為 模型高度的附近的參考風速。由皮托管所量測到的壓力差值,利 用薄膜型壓力轉換器,將壓力差以電壓形式輸出至壓力轉換電壓 顯示器,再透過 NI 資料擷取系統,將資料傳回電腦,依據伯努 利方程式(Bernoulli equation)計算出相應之風速。計算式如下: P1 γa+ Z1+ V1 2g = P2 γa+ Z2+ V2 2g V12 2g = P2 γa− P1 γa V1 = Pγ2 a− P1 γa , ,

2

u u

q

V

ρ

∞ ∞ ∞

=

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6. 風洞實驗館可進行的試驗如下: (1)建築風洞試驗:本實驗室可針對高層建築或特殊結構物進行風洞試 驗,以瞭解其於風載重作用下的力學行為,一個完整的建築風洞試 驗包含建築環境風場試驗(圖 2-13)、建築外表披覆物風壓試驗(圖 2-14)、建築結構風載重試驗(圖 2-15)等 3 項。其中建築結構風載 重試驗於 104 年 11 月 24 日獲得 TAF 認證,也是目前國內建築風洞 首創唯一通過 TAF 認證,對於建築抗風檢驗更具公信力。 (2)橋梁風洞試驗:可針對橋梁斷面、全跨橋梁、或橋塔等特殊單元進 行縮尺模型風洞試驗(圖 2-16),以瞭解各單元構件受風影響程度。 (3)本實驗室亦可對建築設備抗風測試、百葉窗通風率、小型風力發電 機效率、流場可視化、以及汙染擴散等風工程相關的項目進行試驗 探討。實驗室內設置多項精密量測儀器與資料擷取系統,可確保實 驗數據品質。 圖 2-13 建築環境風場試驗 圖 2-14 建築外表披覆物風壓試驗 圖 2-15 建築結構風載重試驗 圖 2-16 橋梁風洞試驗 資料來源:本研究整理

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統計以上風雨風洞實驗室之試驗項目,一共有 10 項試驗項目獲 TAF 認證。 其中風雨實驗館為 8 項,風洞實驗館為為 2 項,並皆取得國際實驗認證聯盟 (ILAC-MRA)實驗室組合標記轉授權如圖 2-17 所示。

圖 2-17 風雨風洞實驗室 TAF 證書 資料來源:本研究整理

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第二節 專家問卷(德菲法)理論

德菲法起源於 1948 年美國德蘭(Rand)公司,在美國空軍的贊助下所 從事的一項國防研究,命名為「德菲計畫」(Project Delphi)。六十多年 來已發展成一項擷取於問卷調查與會議討論兩者優點的一項研究方法。德 菲法有幾項主要基本原則:(1)「匿名化的群體決策」:參與者嚴遵匿名原 則;(2)「控制回饋原則」:問卷反覆進行。每一回合問卷回收後,須將統 計結果回饋小組成員,以其意見趨勢作為下回合評量之參考。(3) 「專家 共識」:專家小組成員依其回饋意見趨勢,可堅持或修改其意見,而研究 者以統計方法彙整與判斷專家意見是否收斂趨向一致,而達到專家共識。 因此,德菲法之研究執行程序與一般問卷調查方法不同。主要重點在 於:(1)德菲法所選擇之施測對象為專家,故屬統計上之小樣本調查。專 家之背景應與研究主題之專業性、決策性、前瞻性與預測性有密切關聯。 專家人數以 10 到 50 人都是可以接受之範圍(Jones and Twiss, 1978), 但研究過程中持續參與之專家至少需 10 人以上,以降低成員間的誤差。 (Reza and Vassilis, 1988) (2)德菲法所進行的施測程序,為多回合之 反覆調查,次數至少為三回合以上至專家意見收斂。(3)建立德菲法專家 意見之「共識函數」,需設定檢測標準。Mullen (2003)將近二十年來關於 德菲法之研究,依其操作步驟及統計方法之不同,共歸納出 23 種不同類 型。但主要仍必須包括:專家對個別題項之一致性檢定,以及專家對整體 問卷之一致性檢定、或不同組別專家對各問項重要性認定之一致程度。 在傳統德菲法問卷設計與反覆施測過程中,第一回合乃採開放性問卷, 由專家描述研究問題之主軸,研究者回收彙整後以規劃第二回合之問卷。 第二回合之問卷可能有部分為非量化問題(如:是或否二分法選項、或多 重勾選式選項)、部分為等級量表評分問題,來呈現主題之意見。而第二 回合發放回收後之意見彙整,研究者得以再次增、刪調整,以產生第三回 合之問卷。如此反覆進行至專家意見收斂為止。 由於傳統德菲法的反覆施測耗時耗力,尤其是第一階段開放性意見之 歸納、編修繁複,且問卷回收率經常越來越低,因此發展出「修正德菲法」 (Modified Delphi Method)。以文獻探討取代第一階段開放式專家問卷設 計。

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一、有關「模糊德菲法」之進行步驟如下所示: 1. 建立影響因素集 針對研究總目標-「風雨風洞實驗室之檢測業務與設備性能精進研 究」,廣泛地蒐集相關文獻資料及深度訪談,以找出各種影響因素,彙整 成影響因素集。 2. 蒐集決策群體意見 利用專家問卷的方式,蒐集決策群體的意見,並懇請專家學者由上一 步驟所得之影響因素集中,針對個別影響因素對目標之重要性予以評分, 以取得決策群體對各個影響因素之評估值。 3. 建立模糊三角函數 將由專家問卷所蒐集到之專家對該影響因素評估值,依據下列(2.1) 式到(2.4)式,建立每項影響因素之模糊三角函數 Ã=(LA,MA,UA)---(2.1) LA=min(XAi),i=1,2,3,……,n---(2.2) MA=(XA1*XA2*………*XAn)1/n---(2.3) UA=max(XAi),i=1,2,3,……,n---(2.4) 其中,XAi 為第 i 個決策者對 A 影響因素之評價; LA 為決策群體對 A 影響因素評估值之下限; MA 為決這群體對 A 影響因素評估值之幾何平均數; UA 為決策群體對 A 影響因素評估值之上限; A 為影響因素 i 為決策者; Ã 為 A 影響因素重要性之模糊數。 表 2-3 Ã 影響因素之模糊三角函數 評估準則 評估值 最小值 幾何平均數 最大值 A 影響因素 LA MA UA

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4. 篩選評估準則 利用上一步驟所得的模糊三角函數,再以每個影響因素模糊三角函數 中之幾何平均數為其隸屬函數【MA】,用以代表決策群體對此因素評價值 之共識。最後依研究目的決定合適的門檻值【S】,並透過以下的方式,從 眾多的初擬評估準則中,篩選出較適合的評估準則。 (1)MA≧S,接受 A 影響因素為評估準則。 (2)MA<S,刪除 A 影響因素。 其中,MA 為決策群體對 A 影響因素之共識,S 為門檻值。 而門檻值大小的決定,則將會直接影響到篩選出來的評估準則數目, 若發現準則數目太少,可將門檻值降低;反之,若發現準則數目太多,則 可以提高門檻值。至於如何決定適當之門檻值,全依決策者之主觀認定; 一般認為準則重要性大於 80%者,應該視其為具有重要性的準則。 二、評估準則權重之決定---模糊層級分析法(FuzzyA.H.P) 1. 層級分析法(Analytic Hierarchy Process,A.H.P)

層級分析法(Analytic Hierarchy Process,A.H.P),係由美國學者 Thomas L.Saaty 於 1977 年在擔任美國國防部規畫工作時,所發展提出的 一套系統決策的方法,爾後層級分析法逐漸成為一項解決各種決策問題的 工具方法,且其應用的範圍相當廣泛。 由於在複雜的決策問題中,經常有許多交互的影響(interaction)因 素存在,而決策者通常就必須決定評估這些因素間的相對重要性,以便找 出這些因素間的取捨關係,為了能在分歧的專家見解中尋求判斷的一致性, 故 Saaty 教授於七十年代發展出層級分析法,希望能經由建立遞階層次、 邏輯判斷、分解綜合的方式,使得評估者的思維能夠更條理化,以解決複 雜的決策問題。 所以 Saaty 利用 1,2,3,...,9 的比例尺度來對各評估指標間之權重 作成對比較分析,同時建立比較矩陣,並計算其特徵值及特徵向量,最後 由最大特徵向量進行一致性檢定後,即可得到各評估準則間相對權重大小, 而這些成對準則比較後的相對重要性將容許有某限度的不一致性存在。 此外,Saaty 也建議在各個層級內的要素數目也不宜過多,最多不要

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超過 7 個,倘若超出者應再分層解決以免影響其一致性。而在 AHP 的評估 尺度方面,係採用名目尺度作簡明的配對比較評估。其名目尺度一般可以 被劃分為九個不同尺度,分別為「同等重要」、「同等重要到稍重要之間」、 「稍重要」、「稍重要到頗重要之間」、「頗重要」、「頗重要到極重要之間」、 「極重要」、「極重要到絕對重要」、「絕對重要」九種,並把九個尺度分別 賦予 1 至 9 的評估值。由於在本研究中之主要內容,係是利用經由決策者 對兩兩準則之間相對重要性進行成對比較(pairwise comparison)的方法 來求得各評估準則的權重,同時本研究也將依據 Saaty 選擇 1~9 尺度的方 法,如表 2-4,在第二階段問卷採用 1-9 的尺度衡量,比校準則間相對權 重比值。 表 2-4 Saaty 之 AHP 法相對重要性程度評估值表(九等尺度) 尺度衡量值 相對的名目尺度 說明 1 同等重要 (Equal Importance) 兩比較方案的貢獻程度 具有同等重要性 3 稍重要 (Weak Importance) 經驗與判斷稍微傾向喜 好某一方案 5 頗重要

(Essential or Strong Importance)

經驗與判斷強烈傾向喜 好某一方案 7 極重要 (Demonstrated Importance) 實際顯示非常強烈傾向 否一方案 9 相對重要 (Absoluted Importance) 有足夠證據肯定絕對喜 好某一方案 2,4,6,8 中間程度的重要 (介於相鄰的尺度間) 當兩相鄰因素的尺度需 要折衷時使用 倒數 uji=1/uji B 對 A 比較或劣勢比較時 一般來說,再利用 Satty 之「層級分析法」(AHP)來處理決策問題時, 主要約可以分為五個步驟: (1)建立層級架構 首先必須依決策問題的整體目標、次目標、準則等來建立整個決策的 層級架構。至於層級的多寡應是該決策問題的複雜程度而定,而準則間 也應具有獨立性,使得評估準則間彼此沒有相關性,同時每個層級的準 則數目不宜超過七個,以避免影響結果的一致性。 (2)建立成對比較矩陣

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某一層級的要素,應以上一層級所對應的要素作為評估基準,進行要 素間得成對比較。若某一層級中共有 n 個準則時,則決策者必須進行 n(n-1)/2 次的成對比較。成對比較所採用的數值分別為 1/9、1/8,..., 1/2,1,2,...,8,9(尺度意義與說明詳見表 4-2 所示),而比較的結 果,即成為比較矩陣 A 之元素。 (3)計算最大特徵值及對應之特徵向量 利用數據分析中的特徵值解法以求得各比較矩陣之對大特徵值及其 對應之特徵向量或優勢向量。 (4)一致性檢定 由於決策者在層級分係法中進行成對比較時,很難達到前後完全一致, 故必須進行一 致性 檢定 (Consistency test) , 此即利 用一致 性指標 (Consistency Index,C.I)及一致性比率(Consistency ratio,C.R.)來了 解決策過程中是否有不一致的現象發生,及應否進行修正?而檢定所採用 的公式為: CI= 1 n−1 (λmax-n) CR=CI/RI 其中,n:為準則個數 λmax:為最大特徵根 RI:為評估矩陣的隨機指標值(random index),其值隨矩陣階 數的增加而增加 Saaty 建議當 CR≦0.1 時評估矩陣的一致性才能獲得保障。相關 RI 值 如下表 2-5 所示: 表 2-5 評估矩陣的隨機指標值(RI 值) n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 RI 0.00 0.00 0.58 0.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45 1.49 1.51 1.48 1.56 1.57 1.59 資料來源:Saaty、1980

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(5)合成各層級準則權重值 依據上述所求得各層級準則間之相對權重,便可得到整體評估準則層 級之 AHP 權重。 由以上五個步驟內容可以了解 AHP 法在處理決策問題的程序上主要可 以分為:問題的界定、構建層級結構、問卷設計及調查、層級一致性檢定 及決策方案綜合評點。另一方面,雖然 AHP 法相當地簡單、易懂,故應用 的範圍相當普遍。但仍存在一些問題,現敘述如下: (1)比例尺度應用上的限制 基於 AHP 偏好具遞移性,且強度也具遞移性的假設,則在成對比較矩 陣 A 中的個要素,必須滿足以下的關係: aij,ajk=aik,1≦I,k≦n

倘若 a12 比 a23 也應該必須是絕強的,則 a23 比 a13 的判斷也將是絕 強的,因此 a12 比 a13 也應該必須是絕強的。若依 Saaty 建議使用的尺 度,則 a12=9、a23=9、a13=9 但上式不應成立。倘若 a12*a23=a13 要成 立的話則必須 a12=3、a23=3。由此可知,相對重要性度若用比例尺測定 時,將會受上式的限制,若兩者同樣都是極強的判斷時,則將會受到尺 度為 9 的條件所限制住,而必須儘可能使用稍強的程度,故在對於使用 比例尺進行成對比較時,有必要需要加以檢討。 (2)決策屬性相關性問題 在以 AHP 法處理決策問題時,於各層級中需要儘可能納入與上層相關 的所有屬性,而且在各層級中所有屬性之間都必需具有互斥性;但在實 際應用時常會因人們思考上的限制或資訊取得困難,使得在各層級所列 出決策屬性,在意涵上往往會不具互斥的特性的缺點,而造成評估結果 逆轉的不合理現象。 (3)平均數問題 由於利用 AHP 法所得出的評估結果,實際上是準則權重的平均值,然 而權重平均直缺乏各權重的分佈資訊,是一種不太可靠的統計指標。例 如有兩個替選方案 X、Y 和二個決策因素 A、B、X 的評估結果為 A=0,B=100, 平均值是 50;Y 的評估結果為 A=50,B=50,平均值是 50,由算數平均數

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推算,X 和 Y 是一樣好,但實際上是 Y 比 X 好,因為 X 方案 A 與 B 差異 為 100,平均為 50,對其二者而言差異也為 50,但在研究分析上卻是非 常不合哩,缺乏可靠度的現象。 (4)群體決策問題 當 AHP 法被使用來作為評估方法時,由於其往往需要綜合不同的專家、 學者之意見作為其評估的依據結果;因此,將各方專家、學者的意見判 斷整合在 AHP 法中是相當重要的。 是故 Saaty 教授在 1980 年時曾建議使用『幾何平均數』的方法來作 為整合的函數。「幾何平均數法」適合於決策者彼此具有共識的情況,但 是當決策者對各決策屬性的認知差異很大時,對部分評估者亦可能會產 生他們的權重無法反映在評估結果的問題,造成他們無法接受的評估結 果,因而導致難以執行的情況發生。 (5)不精確問題 因為 AHP 法是以 1,2,3,...,9 的比例尺度,來表示專家對兩兩影響 要素間相對重要程度的看法,亦即是將決策者主觀認定的不精確數值, 使之作為精確數值來處理,以至於評估結果可能常與現實問題有所差異, 而造成事倍功半的現象。 三、模糊層級分析法(Fuzzy A.H.P) 雖然 AHP 法便可以得到各決策人員對各準則權重的偏好結構,但由於 決策群體所判斷的權重值必不相同,若僅以平均值來表是準則權重,將可 能會失去該準則權重所含之部份訊息,而且傳統所使用的 AHP 決策方法另 有一個蠻嚴重的問題,那就是其將決策者對影響因素所做主觀認定之評估 數據或相對重要性之不確定數值,都當作是精確的數值來處理,此舉有實 並不甚合理。又因為甚清楚的環境下進行評估工作,故以模糊敘述的方式 來處理決策問題或許是個好辦法,而且由於每個決策者所判斷出的權重必 不相同,所以應該可以加入模糊理論中『三角模糊數』的概念來整合決策 專家群體的個別意見。 因此,本研究擬先利用「層級分析法」的方法將許多與研究目標相關 的影響因素依據各項構面種類的分類方式,把不同的影響因素歸類到不同 的層級層次中,最後則運用模糊理論中有關「三角模糊數」(triangular fuzzy number,TFN)的概念來決定準則的模糊權重。因此,本方法的目的

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即是要將複雜的問題系統化,經由不同層面給予層級分解,並透過量化的 判斷,覓得脈絡後加以綜合評估,以提供決策者選擇適當的充分資訊,同 時也可以減少錯誤的風險性。 其使用方法如下所述: 若 Wj 為評估準則 j 之模糊權重權重,n 為評估準則的個數,則: Wj=﹝LWj,MWj,UWj,﹞,j=1,2,3,……,n LWj=MIN{Whj},∀j MWj=AVE{Whj},∀j UWj=MAX{Whj},∀j 其中,h 為專家代號; Whj 為專家 h 給予準則 j 的權重值; LWj 為專家群體給予準則 j 權重的最小值; MWj 為專家群體給予準則 j 權重的平均值; UWj 為專家群體給予準則 j 權重的最大值; 本研究在求取各個準則之模糊權重的過程中,將引入模糊理論「三角 模糊函數」(triangular fuzzy number,TFN)的概念,將 MIN 視為最小可 能值,AVE 視為最可能值,MAX 視為最大可能值。而模糊權重的隸屬函數 (membership function) µW(Wj)如圖 2-18 所示:

圖 2-18 三角模擬函數圖 資料來源:本研究整理

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同時權重 Wj 之隸屬函數 µW(Wj)之定義亦說明如下:

研究希望能藉由模糊數的應用,使得模糊權重 Wj 所涵蓋的意義可包 含所有可能情況的全部,而非僅為某些特定的部份而已。

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第三章 設備精進措施

第一節 實尺寸耐風試驗

本所民國 93 年於台南歸仁成大航太校區建置風雨實驗室,設有帷幕 牆風雨試驗及門窗風雨試試艙各 1 座。帷幕牆風雨試驗主要依 CNS14280 帷幕牆及其附屬門窗物理性能試驗總則,基本試驗項目計有:氣密、靜態 水密、動態水密、層間位移及結構性能等 5 大項試驗,其中又水密試驗反 覆執行 3 次,層間位移及結構性能試驗有設計值及極限值試驗,故執行一 次 CNS14280 完整試驗共須進行 11 項試驗。而動態水密試驗是在檢驗帷幕 牆系統模擬強風豪雨狀態下之抗水密性能。 造風設備之更新具有安全性和功能性的需求考量,造風設備目前風速 最高為 40 m/s(相當 13 級風),係由 3300V 的電壓經由啟動 1500HP 馬達, 透過儀控程式控制變頻器驅動馬達再轉動葉片,造風機有 3 支葉片各長 2 公尺,旋轉範圍為 4 公尺。該設備目前已使用 15 年且裸露無任何防護(如 下圖 1 所示),易受外力介入而損傷,且設備啟動時葉片高速旋轉下,如 有突發狀況,造成葉片斷裂,將使人員處於極高的安全風險中。為確保試 驗安全擬於 109 年度更新葉片並加裝一防護筒身,以確保安全無虞。 圖 3-1 目前有造風設備 資料來源:本研究整理

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除為前述帷幕牆動態水密性能試驗之絕對必要設備外,由於氣候變遷 極端氣候出現的機率大幅提高,104 年蘇迪樂颱風及 105 年的尼伯特、莫 蘭蒂等強烈颱風連續侵襲臺灣,甚到瞬間陣風達 17 級風(60 m/s)以上, 造成許多建築構造物或太陽能光電板損壞,致使業界損失甚鉅。此後,業 界許多創新的構造設計,為能抵抗 17 級強風的威脅並驗證設計性能,紛 紛尋求實尺寸的耐風設試驗。然而,目前國內尚無大斷面且可產生高風速 的風洞試驗設備。另為能於既有設備與人力操作下提供多元化檢測服務功 能,造風設備可於前述防護筒身外加一收縮段,使其風速提高至 60 m/s (相當 17 級風),可執行實尺寸構造之耐風性能驗證改善示意如圖 2 所示。 此項造風設備安全防護暨性能提升改善,所需經費 890 萬元。 圖 3-2 造風設備改善示意圖 資料來源:本研究整理 風雨實驗室應用造風設備執行帷幕牆風雨試驗協助國內帷幕牆業界 進行實尺寸性能驗證或產品開發驗證,內容涵蓋公私建設、科技廠商、捷 運大樓開發或廠商自行產品驗證,例如:臺灣桃園國際機場聯外捷運系統 建設計劃 CE03B 標行政大樓新建工程、農委會漁業署及防檢局等機關(構) 合署辦公廳舍新建工程、竹北市台元科技園區廠房新建工程、海洋流行音 樂文化中心(高雄港 13-15 號碼頭區域)新建工程等,至今已有 60 件之案 例,合計總收益約新臺幣 3000 萬元整。 另外,往年測試風速雖僅能達 13 級風,仍執行過如永達綠能太陽能 光電板實驗寸抗風試驗收入 30 萬及台南美術館屋頂碎型遮陽抗風試驗 20 萬等較高單價檢測案,且目前國內尚無其他實驗室可進行本項目檢測,將 原造風系統性能提升後,應能更加符合廠商委託測試風速需求。

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第二節 造風機設備規格

主要設備: 大風量軸流式風機1組,為請購含安裝試俥。 1. 軸流式風機 1 組 1.1 運轉氣體:空氣 1.2 設備型式:水平配置 1.3 電源規格:3 相,3300V,60Hz。 1.4 葉輪直徑(Impeller): 3,800 mm 以上 1.5 性能要求:設計風量 500 m3/s,軸馬力 700kw 以下。風機出口平均 風速40m/s 以上。 1.6 加裝集風漸縮管風速可達 60 m/s 以上(含)。 1.7 輪穀(hub): 碳鋼材質,直徑不小於 1750mm,中心孔徑需配合現有 馬達尺寸加工。 1.8 葉片(blade): 鋁合金材質。 1.9 葉片數量: 10 片以上(含) 1.10 軸馬力: 於全壓0.8~2.2Kpa標示曲線範圍,軸馬力1,000 kw以下。 1.11 全壓效率: 風機曲線最佳效率須達 87 %以上。 1.12 轉速: 720 rpm 以下。 1.13 機殼:概分為四大區塊如下: a. 入口鐘形導風口附保護網(inlet cone),材質為厚度 5mm 以上 (含)SS4400 碳鋼鋼板製作,長度 300mm 以上。 b. 葉輪環(impeller ring),材質為厚度 10mm 以上(含)SS4400 鋼碳鋼 板製作,葉輪環長度需可完全涵蓋鋁製葉片,環殼上需有保養孔 供保養維修用。 c. 風機筒身: 材質為厚度 6mm 以上(含)SS4400 鋼碳鋼板製作,用於 固定安裝馬達,由上下可拆式兩個半圓組成,於鋁製風機主葉片 下游需設計有靜態導風葉片(guide vane)導流以提升風機效率。上 半部須設計有吊耳供搬運移動,下半部須有腳座以利筒身與底板 銜接固定,筒身末端需設計有保護格網防止人員進入。 d. 集風管: 材質為厚度 5mm 以上(含)SS4400 鋼碳鋼板製作,長度 1200mm 以上 2. 舊馬達與舊變頻器1組 2.1 舊馬達由業主提供,供承包商組裝於風機內部。承商於簽約後可向 業主申請從實驗室載出到承商工廠,以利風機製作時預組立時的加 工精度與測試,製作完成後與新的軸流風機一起送回實驗室。 2.2 現有馬達接線盒移位設計到新風機筒身外面以減低內部擾流。

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2.3 舊變頻器由業主提供,待軸流式風機在實驗室安裝時,由業主負責 接線送電供承商無償測試。 3. 承包商資格 投標時廠商須提供相關資料供業主審查,清單如下: 3.1 風機規格與性能曲線圖:含風量、壓力、效率等。 3.2 風機外型尺寸、配置圖。 3.3 風機型錄。 3.4 承商需出具國內風機製造安裝實績供業主審核: 如軸流式風機直徑 2900mm 以上,馬力數 500 kw 以上(含)的銷售實績。 3.5 承商需有風機售後服務團隊負責現場交機、安裝、測試與協助售後 的保養維護,故障排除等。承商須提供國內保養維修金額不少於新 台幣500 萬的承攬實績與完工證明供業主審核。 3.6 承商須出具領有甲種勞工安全衛生講習證照至少壹張,該名工程師 需任職於該承商且有加入勞、健保,該員實際負責監督現場施工期 間的安全衛生管理工作。 投標文件所附送審資料如與業主規範需求不一致,或在投標文件內未說 明者,視為規格不符判定不合格。 4. 現場裝配工作 4.1 由於設備體積龐大,需分拆送到實驗室組裝,承商負責運輸搬運, 業主須提供實驗室現場的10 噸天車無償供承商使用,承商須由領有 合格天車操作證照工程師實際操作。 4.2 風機於簽約後 300 個日曆天交貨到風雨實驗室現場,現場裝配工作 預計15 個日曆天完成組裝交與業主使用。 4.3 由軸流風機外部接線盒到變頻器的接線和風機起停為業主工作範 圍。 5. 測試驗收與保固

5.1 軸流式風機主裝完成後,於廠內依照 AMCA 203 field performance measurement of fan systems 規範在軸流式風機出口作風量測試,集

風管直徑8~12 英尺範圍每個直徑取 12 個量測點乘以 3 個角度,意 即取36 個點的平均風速或動壓下去計算風量性能。風機下游直徑 12 英尺以上每個直徑取16 個量測點乘以 3 個角度,意即取 48 個點的 平均風速或動壓下去計算風量性能。測量的位置與數量依據規範細 則施行。請參考節錄自AMCA203 章節的附件。 5.2 軸馬力從變頻器的電流、電壓等數據量測紀錄換算。

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5.3 承商於軸流式風機測試後檢附試車報告、風機筒身與鋁製葉片材質 證明、操作手冊、保固書交予業主完成驗收。

5.4 承商交機後須提供 4 小時風機的操作、保養與維護教育訓練課程予 業主。

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第四章 問卷設計與調查分析

第一節 問卷設計

本所實驗中心(室)基於實驗為研究之基礎,累積實驗與研究成果以 研訂基準、規範或標準提供法規研修參考,確保居住安全及環境品質,並 推動建築產業新材料、新技術、新工法、新設備之研究發展,促進產業升 級;爰依據「內政部建築研究所建築實驗設施設置修正計畫」陸續建置防 火、性能、材料及風雨風洞等 4 個實驗中心(室),並訂定「內政部建築研 究所實驗設施技術服務收費標準」,在辦理該所研究實驗工作以外之餘力, 同時亦受理產官學研等各界委託有關研發驗證、檢測、試驗等需求,提供 支援辦理建築構件或材料之檢測服務,解決公私部門開發創新材料、產品 與設備研發試驗服務。 本部建築研究所結合實驗研究,迄今在建築防火與煙控避難、結構耐 震、建築風工程及門窗風雨、建築物理環境隔音、採光、隔熱等檢測基準 與試驗方法之本土化與標準化工作,已完成營建相關法令 30 項、相關規 範 69 項及 CNS 性能標準及其試驗法標準 88 項法制化、專利 29 項、技術 移轉 1 項,提供國內建築管理及各試驗室檢測遵循應用,進而帶動國內檢 測產業逐年蓬勃發展,其他尚包括國內外期刊發表、博碩士培育等學術專 業的貢獻。 在受託檢測業務上,可實施檢測試驗項目 137 項,但基於政 府與民間角色分工,為不與民爭利,多避開一般民間檢測機構有能力辦理, 或在法令上有明文規定或經濟部標檢局應施檢驗等收入較為穩定的檢測 業務,而從事於新材料新工法的開發,或具特殊性、複雜性等民間檢測機 構無法、不願意測試之項目,因此利潤微薄且受景氣影響而不穩定,但近 五年受託收入與預算收入比仍維持於 65%~91%之間。 但目前實驗中心(室)面對近年科技計畫經費逐年降低,檢測業務收 入亦不穩定;替代役退場,人力補充機制仍待檢討兩項挑戰。在此人力不 足、經費短絀且設備逐年老舊之情況下,可能導致檢測案量日益減少、實 驗設備之更新及修繕經費不足與業務擴展的量能萎縮等問題。為能提出有

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效之因應策略,並擬訂未來實驗中心(室)的永續發展方向,嘗試透過「修 正德菲爾法」的專家問卷方式,尋求最佳共識,精進探求本所實驗中心(室) 之檢測業務發展策略。 表 4-1 實驗檢測策略構面與策略要點說明

構面

策略要點

說明

人力資源管理 勞務外包協助試驗 替代役退場,實驗室人力短缺,可勞務外 包契約,訓練廠商人力檢測專業,協助試 驗。 增加外部額外人力 積極向各部會爭取研究實驗計畫或與其他 機構合作,聘用相關研究人員及技術人員 常駐實驗室工作,共同合作試驗研究,並 操作試驗設備。 業績獎勵制度 檢測業務之收入應提取部份比例作為員工 (派遣人力)額外激勵獎金;編制內人員 (正職公務員與約聘人員)則應以敘獎鼓 勵,以提振工作士氣。 在職訓練鼓勵進修 鼓勵員工進修與檢測專業相關之課程,以 提昇本職學能與專業素養,增加專業信 心,維持人員穩定性。 研究生論文合作 就近與臨近大學相關系所教授合作指導研 究生,雙方人力互用,研究生協助儀器設 備校正或研究試驗,研究人員協助指導論 文。 檢測營運管理 試驗費用彈性報價 目前實驗室收費標準皆依試驗項目,以固 定費用收費,對於高單價之試驗項目,缺 乏報價彈性,不利爭取檢測案件。 減少行政程序 公務機關注重行政程序,對於委託單 位申請檢測、繳退費、試體安裝、執行試 驗、乃至報告書發送或修正等,均有固定 的程序,為加速作業效率,應該簡化或電 子化行政程序。 套裝試驗折扣收費 同一創新材料工法可能須執行不同實驗室 之試驗項目,例申請外牆之新材料新工 法,常須執行防火時效試驗亦須執行風雨 試驗。此情形在收費上也提供折扣優惠, 以吸引檢測客源。 刪除不合宜試驗項 在資源有限下,應檢討不合宜或使用率低

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試驗項目,減少人力使用,且降低設備保 養費用,以符合經濟效益。 客製化試驗 不在收費標準的試驗項目,但有相關 儀器設備,可提供廠商進行產品驗證,實 驗室應提供客製化試驗。 以服務為導向 對於檢測廠商,提供以服務為導向的經營 方式,例如提供彈性的檢測服務時間,減 少行政官僚作為,在合於法情理範圍給予 必要之協助。 多元化行銷 為提高實驗室能見度,除傳統的紙本摺頁 外,建立網路或社群網站行銷也是可行且 良好的方式。 開發國際客源 本所實驗室設備能量具有國內領先地位, 人力素質亦不亞於國外,可進行國際宣 傳,積極開發國際檢測來源。 設備資源管理 既有設備自動化更 目前既有試驗設備儘可能改良為自動化控 制,且以程式化方式處理數據,以加速檢 測流程,降低人力使用。 開發新型試驗項目 因應法規法令、氣候條件等因素變更,開發新型式試驗項目,提高檢測意願。 優化現有試驗流程 檢討試驗流程,在符合試驗標與條件下,以最省時省力方式執行試驗。 汰換不合宜試驗設 檢討故障率高、維護費用高且使用之試驗 設備,應在達使用年限後進行汰除,以撙 節經費 。 建立法令指定試驗 項目 以本所研究成果,推動法令修正,建立法 令指定之檢測試驗項目。 外部合作 與轉型 後市場管理 爭取為後市場管理制度的公正機構或爭議 事件之最終裁定機構及有認可(指定)實驗 室操作人才之培訓機構(法定時數)。 專業諮詢團隊 提供廠商及一般民間檢測機構各項產品設 計改善及實驗測試方法之專業諮詢服務, 以提升建築產業水準及民間檢測能量。 國際結盟 與其他相關國際機構從事研究合作、試驗 比對或國際大型建築計畫檢測合作,提升 國際知名度,創造跨國結盟合作。 國內研究機構合作 與相關研究機構或大專院校合作研究,共

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同接受業務委託或合作提出科技部產學合 作計畫。 協力實驗室 積極向各部會爭取研究實驗計畫成立「協 力實驗室」或與其他學術單位、機構合作, 共同合作運用實驗中心各項設備。 開發產學合作 擴大與民間機構或研究單位之結盟,增進 產學合作,從研發、檢測、驗證促進建築 材料、設備產業升級。 資料來源:本研究製作

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第三節 問卷結果分析

本研究將前述專家問卷,分送防火實驗、性能實驗、風工程實驗及材 料實驗等相關領域,共 41 名專家學者填寫問卷,問卷中除了 5 分量表外, 亦專家學者提出其他相關建議事項,俾為參考。研究除將問卷量化外,亦 將綜整相關建議納入,策略研擬參考。 在五分量表的重要性評分題項中,將非常重要、重要、沒意見、不重 要及重要等分別給予 5、4、3、2、1 分的權重,以幾何平均數(μ)表示,值 越高者表示重要程度越高。同時,為了解專家之意見是否有共識,會以四 分位差(Quartile Deviation;以下簡稱 Q.D.) 統計。因為四分位差不受極端 值影響,因此,在一定程度上也說明了中位數對一組數據的代表程度,是 德菲法較常使用的統計。若 Q.D.≦0.6,表示專家意見達到「高度共識」; 0.6≦Q.D.≦1.0,表示達到「中度共識」;Q.D.>1.0,則表示「未達共識」。 (楊宜真,1999)。 表 4-2 為防火實驗相關專家問卷統計結果,在人力資源管理策略方面, 各項策略的重要程度排序,依最高到最低分別為增加外部額外人力、研究 生論文合作、在職訓練鼓勵進修、業績獎勵制度、勞務外包協助試驗。檢 測營運管理策略方面,各項策略的重要程度排序,依最高到最低分別為以 服務為導向、開發國際客源、客製化試驗、減少行政程序、套裝試驗折扣 收費、多元化行銷、刪除不合宜試驗項目、試驗費用彈性報價。設備資源 管理策略方面,各項策略的重要程度排序,依最高到最低分別為優化現有 試驗流程、汰換不合宜試驗設備、既有設備自動化更新、建立法令指定試 驗項目、開發新型試驗項目。外部合作與轉型策略方面,各項策略的重要 程度排序,依最高到最低分別為協力實驗室、開發產學合作、專業諮詢團 隊、國內研究機構合作、後市場管理、國際結盟。 表 4-3 防火實驗中心填寫問卷專家學者相關精進建議,在人力資源管 理方面建議:人員的專業度及服務態度是實驗室成敗關鍵,正確服務效率 更是市場優勢的根基。人員績效與獎勵應予連結,並藉由問卷調查(廠商) 加以考核。第 1 項勞務外包”重要”指建議替代役可挑選建築相關科系人 員有較佳延續性及工作效率。第 2~5 項是非常重要。參酌國內外試驗機構 作法,建議提取檢測收入部份比例作為員工激勵獎金。試驗時間之外,檢

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驗人員可能有多餘時間,應先分析工作量並予量化,並向政府及相關廠商 爭取研究案、評估案或設備、材料試驗,以提高貢獻度。研究人力及設備 為一實驗機關之根本,需要永續發展,替代役本就不是治本作法,建研所 應配置好人力及設備再向外尋求資源。檢測業務之收入應提取部份比例作 為員工紅利,方能增加效率。檢測營運管理方面建議:依行銷角度可先定 義客戶及市場,再依此包裝服務產品內容,並據此制定相關之價格及推廣 策略執行。國際接軌是無可避免趨勢,主動爭取合作才是正道。所有服務 應以解決客戶需求為導向,建議爭取國際知名檢驗機構認可,以服務廠商 國內取得認可,國際銷售。設備資源管理方面建議:身為國內引領指標, 確保服務效益及正確性缺一不可,持續開發服務品項,不僅可建立位階, 更能提升專業能見度。冗長且不合時宜的行政作業流程,應予簡化,提升 效率品質。設備升級、自動化、標準化,可提高可靠度及可信度,增加國 內外試驗之授權。進行前導實驗計畫是永續經營的好方法。 表 4-4 為性能實驗相關專家問卷統計結果,在人力資源管理策略方 面,各項策略的重要程度排序,依最高到最低分別為在職訓練鼓勵進修、 業績獎勵制度、增加外部額外人力、研究生論文合作、勞務外包協助試驗。 檢測營運管理策略方面,各項策略的重要程度排序,依最高到最低分別為 以服務為導向、減少行政程序、套裝試驗折扣收費、客製化試驗、試驗費 用彈性報價、開發國際客源、多元化行銷、刪除不合宜試驗項目。設備資 源管理策略方面,各項策略的重要程度排序,依最高到最低分別為建立法 令指定試驗項目、優化現有試驗流程、開發新型試驗項目、汰換不合宜試 驗設備、既有設備自動化更新。外部合作與轉型策略方面,各項策略的重 要程度排序,依最高到最低分別為專業諮詢團隊、開發產學合作、國際結 盟、國內研究機構合作、協力實驗室、後市場管理。 表 4-5 性能實驗中心填寫問卷專家學者相關精進建議,在人力資源 管理方面建議:人力資源可區分短期、中長期合作模式,例如可由專案研 究計畫之研究人力支援(1 年至 3 年)、由研究專案聘任勞務外包協助實驗 或外部額外人力。內部業績獎勵制度可以實驗室單元為獎勵單位,激勵實 驗室業務增加。與學術單位研究論文合作,可簽訂合作意向書方式辦理, 酌收設備租借費用或培訓費方式,取代檢測費用,但學生之設備維護管理 與操作需慎重考量實驗室 QA/QC 品質系統管理。國家實驗室,本來就與民

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