建築工程施工風險評估模組與案例建置
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(2) 建築工程施工風險評估模組與案例建置. 內政部建築研究所協同研究報告. 九十八年度.
(3) 9861B001. 建築工程施工風險評估模組與案例建置. 研究主持人：陳建忠 協同主持人：張寬勇 研 究 員：宋裕祺 研 究 助 理：黃麒然 陳瑋鈞. 內政部建築研究所協同研究報告 中華民國 98 年 12 月.
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(5) 目次. 目次 目次 ............................................. ............................................. I 表次 ............................................. ............................................. V 圖次 ........................................... ........................................... VII 摘 要 .......................................... .......................................... XI 第一章 緒 論 .................................... .................................... 1 第一節 研究緣起與背景 ..................... 1 第二節 研究範圍與限制 ..................... 4 第三節 研究方法與流程 ..................... 4 第四節 研究成果........................... 研究成果 ........................... 7 第二章 文獻回顧 .................................. .................................. 9 第一節 建築工程施工災害風險因子 ........... 9 第二節 多準則決策 (Multiple Criteria Decision Making,MCDM) ) ........................... 13 第三節 模糊理論.......................... 模糊理論 .......................... 18 第四節 遺傳演算理論 ...................... 36 I.
(6) 建築工程施工風險評估模組與案例建置. 第三章 施工風險因子模組與評估系統 ............... 59 第一節 施工風險評估模組 .................. 59 第二節 施工風險綜合評估系統建置 .......... 68 第四章 案例資料庫建置 ........................... 79 第一節 施工風險評估系統之應用 ............ 79 第二節 災害案例演算 ...................... 94 第五章 結論與建議 .............................. 115 第一節 結論............................. 結論............................. 115 第二節 建議............................. 建議............................. 117 附錄一、 附錄一、期初委員審查意見處理情形 ............... 119 附錄二、 附錄二、第一次專家座談會議紀錄 ................. 121 附錄三、 附錄三、第二次專家座談會議紀錄 ................. 125 附錄四、 附錄四、期中會議委員審查意見處理情形 ........... 129 附錄五、 附錄五、建築工程災害風險評估教育訓練情形 ....... 135 附錄六、 附錄六、期末會議委員審查意見處理情形 ........... 137 附錄七、 附錄七、模糊理論計算範例 ....................... 143. II.
(7) 目次. 參考書目 ....................................... ....................................... 149. III.
(8) 建築工程施工風險評估模組與案例建置. IV.
(9) 表次. 表次 表 2-1 建築工程施工災害類型 ....................... 9 表 2-2 建築工程施工災害防治技術重點 .............. 10 表 2-3 建築工程施工災害防治重點 .................. 11 表 2-4 相關建築工程風險評估研究方法 .............. 14 表 3-1 建築施工風險因子模組( 建築施工風險因子模組(範例) 範例) ................ 63 表 4-1 基礎工程基礎工程-連續壁作業可能性關係表 ........... 84 表 4-2 基礎工程基礎工程-連續壁作業災害嚴重程度關係表 ..... 85 表 4-3 連續壁作業風險評估背景條件範例表 .......... 87 表 4-4 連續壁作業壁體崩塌風險矩陣表 .............. 90 表 4-5 連續壁異常出水出泥風險矩陣表 .............. 90 表 4-6 連續壁作業開挖面隆起風險矩陣表 ............ 91 表 4-7 連續壁作業開挖面沉陷風險矩陣表 ............ 91 表 4-8 連續壁作業周圍地盤下陷風險矩陣表 .......... 92 表 4-9 連續壁作業改善前後風險程度表 .............. 92 表 4-10 高雄市七賢二路與瑞源路地質資料 ........... 97 V.
(10) 建築工程施工風險評估模組與案例建置. 表 4-11 壁體作業壁體作業-導溝可能性關係表 ................ 98 表 4-12 壁體作業壁體作業-導溝災害嚴重程度關係表 .......... 98 表 4-13 背景條件狀況輸入表....................... 背景條件狀況輸入表 ....................... 99 表 4-14 模板作業模板作業-組立拆模可能性關係表 ........... 102 表 4-15 模板作業模板作業-組立拆模災害嚴重程度關係表 ..... 102 表 4-16 背景條件狀況輸入表...................... 背景條件狀況輸入表 ...................... 103 表 4-17 背景條件狀況輸入圖...................... 背景條件狀況輸入圖 ...................... 105 表 4-18 RC 結構體工程結構體工程-混凝土作業可能性關係表 .... 107 表 4-19 RC 結構體工程結構體工程-混凝土作業災害嚴重程度關係表108 混凝土作業災害嚴重程度關係表108 表 4-20 背景條件狀況輸入圖...................... 背景條件狀況輸入圖 ...................... 108 表 4-21 鋼骨結構體工程鋼骨結構體工程-構件組裝作業可能性關係表 . 111 表 4-22 鋼骨結構體工程鋼骨結構體工程-構件組裝作業災害嚴重程度關 係表 ................................... ................................... 112 表 4-23 背景條件狀況輸入圖...................... 背景條件狀況輸入圖 ...................... 112. VI.
(11) 圖次. 圖次 圖 1-1 研究流程圖................................ 研究流程圖................................. ................................. 6 圖 2-1 建築工程之工程別分類統計 .................. 12 圖 2-2 三角模糊數及 α-level 示意圖 ................ 24 圖 2-3 五等級的語意尺度圖例 ...................... 25 圖 2-4 模糊邏輯控制系統基本結構 .................. 30 圖 2-5 模糊推論演算.............................. 模糊推論演算.............................. 31 圖 2-6 直接模糊推論.............................. 直接模糊推論.............................. 34 圖 2-7 maxmax-min 合成運算過程 ...................... 35 圖 2-8 最佳化問題的可行解及可行解集合示意圖 ...... 37 圖 2-9 遺傳演算法運算過程示意圖 .................. 39 圖 2-10 線性轉換示意圖........................... 線性轉換示意圖 ........................... 45 圖 2-11 負值時的線性轉換示意圖 ................... 46 圖 2-12 單點交配解說圖........................... 單點交配解說圖 ........................... 51 圖 2-13 雙點交配解說圖........................... 雙點交配解說圖 ........................... 52 圖 2-14 三點交配解說圖........................... 三點交配解說圖 ........................... 53 VII.
(12) 建築工程施工風險評估模組與案例建置. 圖 2-15 四點交配解說圖........................... 四點交配解說圖........................... 54 圖 2-16 均勻交配解說圖........................... 均勻交配解說圖 ........................... 55 圖 2-17 簡單突變解說圖........................... 簡單突變解說圖........................... 56 圖 2-18 均勻突變解說圖........................... 均勻突變解說圖 ........................... 57 圖 3-1 建築施工風險評估架 建築施工風險評估架構概念圖示 概念圖示 .............. 59 圖 3-2 RC 結構系統施工風險評估基礎架 結構系統施工風險評估基礎架構 ........... 60 圖 3-3 SC 結構系統施工風險評估基礎架 結構系統施工風險評估基礎架構 ........... 61 圖 3-4 SRC 結構系統施工風險評估基礎架 結構系統施工風險評估基礎架構 .......... 62 圖 3-5 綜合評估流程圖............................ 綜合評估流程圖............................ 69 圖 3-6 遺傳演算法流程圖.......................... 遺傳演算法流程圖 .......................... 70 圖 3-7 系統主畫 系統主畫面圖 主畫面圖.............................. 面圖.............................. 72 圖 3-8 管理人員登入選項示意圖 選項示意圖 .................... 73 圖 3-9 管理人員登入系統畫 入系統畫面示意圖 ................ 73 圖 3-10 綜合評估系統選 綜合評估系統選單示意圖 ................... 73 圖 3-11 綜合評估系統表單示意圖 ................... 74 圖 3-12 輸入綜合評估資料示意圖 ................... 74. VIII.
(13) 圖次. 圖 3-13 最佳化執 最佳化執行時畫 行時畫面圖....................... 面圖 ....................... 75 圖 3-14 最佳化結束 最佳化結束圖............................. 75 圖 3-15 災害嚴重程度最佳化後之結果圖 ............. 76 圖 3-16 壁體崩塌嚴重程度最佳化前後示意圖 ......... 76 圖 3-17 異常出水出泥嚴重程度最佳化前後示意圖 ..... 77 圖 3-18 開挖面隆起嚴重程度最佳化前後示意圖 ....... 77 圖 3-19 開挖面沉陷嚴重程度最佳化前後示意圖 ....... 78 圖 3-20 周圍地盤下陷嚴重程度最佳化前後示意圖 ..... 78 圖 4-1 建築工程施工風險評估程序 建築工程施工風險評估程序的基本架 的基本架構 ........ 81 圖 4-2 建築工程施工風險評估流程 .................. 82 圖 4-3 風險評估流程.............................. 風險評估流程.............................. 84 圖 4-4 連續壁作業模糊規 連續壁作業模糊規則資料庫圖 ................ 86 圖 4-5 連續壁作業災害嚴重程度設定 連續壁作業災害嚴重程度設定圖 設定圖 .............. 87 圖 4-6 連續璧 連續璧作業背景條件輸入圖 .................. 89 圖 4-7 連續壁作業風險因子發生 連續壁作業風險因子發生之可能性 發生之可能性長 之可能性長條圖 ...... 89 圖 4-8 連續壁作業災害之風險程度長 連續壁作業災害之風險程度長條圖 ............ 90 IX.
(14) 建築工程施工風險評估模組與案例建置. 圖 4-9 七賢路與瑞源工地之平 七賢路與瑞源工地之平面配置圖 .............. 96 圖 4-10 基地剖 基地剖面圖............................... 面圖............................... 97 圖 4-11 背景條件輸入圖........................... 背景條件輸入圖........................... 99 圖 4-12 風險因子發生 風險因子發生之可能性 發生之可能性長 之可能性長條圖 .............. 100 圖 4-13 導溝作業災害之風險程度長 導溝作業災害之風險程度長條圖 ............ 100 圖 4-14 背景條件輸入圖 .......................... 103 圖 4-15 風險因子發生 風險因子發生之可能性 發生之可能性長 之可能性長條圖 .............. 103 圖 4-16 模板作業災害之風險程度長 模板作業災害之風險程度長條圖 ............ 104 圖 4-17 背景條件輸入圖.......................... 背景條件輸入圖.......................... 105 圖 4-18 風險因子發生 風險因子發生之可能性 發生之可能性長 之可能性長條圖 .............. 106 圖 4-19 模板作業災害之風險程度 模板作業災害之風險程度長 作業災害之風險程度長條圖 ............ 106 圖 4-20 風險因子發生 風險因子發生之可能性 發生之可能性長 之可能性長條圖 .............. 109 圖 4-21 混凝土作業災害之風險程度 混凝土作業災害之風險程度長 作業災害之風險程度長條圖 .......... 109 圖 4-22 背景條件輸入圖.......................... 背景條件輸入圖 .......................... 112 圖 4-23 風險因子發生 風險因子發生之可能性 發生之可能性長 之可能性長條圖 .............. 113 圖 4-24 構件組裝災害之風險程度 構件組裝災害之風險程度長 災害之風險程度長條圖 ............ 113. X.
(15) 摘要. 摘 要 關鍵詞：建築工程、施工風險、風險評估 一、研究緣起 研究緣起 由於台灣可居住或商業使用的土地面積有限，建築結構也朝向規模大、 樓層數高、體形複雜及技術要求高的方向發展，然高層建築物由於功能不同， 其規模、結構、材料和工程技術也有多有變化，因此建築物施工過程常因機 械設備、防護設施、施工技術、現場環境、地質條件及施工人員等因素，導 致災害發生。而由於都會區內建築工程的工址與既有建築物距離過近，新建 工地中發生災害常常波及周圍建築物，致使損鄰事件層出不窮，甚致發生工 程意外人命死傷，不僅造成人民生命財產損失、工程延宕，而社會成本之損 失亦難以估算，因此研究如何辨識建築工程施工災害來源、建立適切災害風 險評估方法以及如何進行風險控制或防制的問題，就顯得相當迫切和必要。 本研究將延續 97 年度所開發之建築工程施工風險評估系統，針對風險 評估使用人員在判斷事物上的差異進行修正，對系統參數進行風險因子最佳 化與合理化分析，使分析結果更趨合理化與施工風險評估系統更加完善，並 建立建築工程施工風險評估示範案例，以方便使用者進行風險評估之參考。. 二、研究方法及過程 本研究主要是以資料調查蒐集法；文獻回顧分析法；遺傳演算法；專家 座談與訪談法等方法，進行相關議題之研究。在研究流程上，由公開資料的 收集以及文獻，蒐集分析過去國內外學者的相關研究，研究團隊並定期召開 小組會議針對相關待解決問題之分析與討論，再經由專家座談或訪談的過 程，建構本研究所欲進行的建築工程施工風險評估基礎架構，並導入風險管. XI.
(16) 建置. 建築工程施工風險評估模組與案例. 理概念再利用模糊理論與遺傳演算理論原理，開發成建築物施工風險評估系 統，並建立建築物案例資料庫，方便評估人員進行建築物施工風險評估之參 考。. 三、重要發現 本研究綜合前述研究方法及工作進度之規劃，在一年內達成主要的主要 研究發現簡要說明如下： (一)由於每個建築工程專案均因不同施工現場環境、不同施工團隊、不同施 工機具或方法等各種不同工程背景條件，所面臨之相關風險因素各有不 同的考量，因此針對某一建築工程專案，甚難建立絕對的風險因素項目 或災害類型。而風險因子發生的程度高低，是由施工當時各可能的背景 條件所造成並影響的結果，而各可能施工災害造成的嚴重程度，必然係 因為各潛在的風險因子發生下所造成的結果，因此進行建築工程施工風 險評估作業，必須透過背景條件的狀態去綜合評估風險因子發生的機率 或可能性程度，而施工災害的嚴重度則由綜合各風險因子發生時來加以 判斷，如此的風險評估架構即能具有一個前後因果關係的邏輯程序。 (二)運用模糊推論的理論基礎建立模糊評估規則庫，可展現評估人員對風險 因子發生機率的判斷準則外，並可做為檢核評估判斷的正確性而據以建 立更完整及準確的專家資料庫。 (三)本研究所提出的風險評估量化方法，除具備符合建築施工風險與災害的 因果關係之評估邏輯外，可以透過風險量化的基本原理計算出災害發生 的風險程度，提供建築工程專案決策階層進行風險控管策略實施的參考 基準。 (四)透過綜合評估系統中的遺傳演算法可對內部嚴重程度參數進行模組最佳 化與合理化，進而減少使用人員之間對於事物判斷上的差異，使分析結. XII.
(17) 摘要. 果更趨合理化。. 四、主要建議事項 在所得出的結論基礎上，本研究提出以下具體建議：. 中長期性建議－丁類危險性營造場所進行建築工程，施工廠商進行施工 安全評估，對於特有災害應納入施工風險評估之內容，並列為審查項目之一。 主辦機關：行政院勞工委員會 協辦機關：行政院勞委會北、中、南區勞動檢查所、直轄縣市勞工局 依勞委會危險性工作場所審查暨檢查辦法規定，丁類危險性營造場所應 進行施工安全評估，另勞委會亦推動假設工程設計考量及建置職業安全衛生 風險評估制度。建議丁類危險性營造場所進行建築工程時，施工廠商進行施 工安全評估，對於特有災害應納入施工風險評估之內容，並列為勞動檢查所 或勞工局審查核準之項目。. 中長期性建議－五千萬以上公共建築物施工前，施工廠商需組成施工風 險評估小組，針對建築工程中高風險分項作業，依風險評估流程進行風險評 估作業。 主辦機關：公共工程委員會、營建署 協辦機關：各部會、各地方縣市政府 由於每個建築工程專案均因不同施工現場環境、不同施工團隊、不同 施工機具或方法等各種不同工程背景條件，所面臨之相關風險因素各有不同 的考量，因此施工前應掌握工地潛在危害，避免施工災害之發生。. XIII.
(18) 建置. 建築工程施工風險評估模組與案例. 行政院推動所屬各部會將風險管理融入日常作業與決策運作，透過公共 工程施工查核機制，公共建築物施工前，施工廠商需組成風險評估小組，針 對建築工程中高風險分項作業，依風險評估流程進行風險評估作業。. 中長期性建議－建築工程施工災害案例應建立標準化之格式，提供相關單位 進行施工風險評估及災害防制之參考 主辦機關：內政部營建署 協辦機關：內政部建築研究所 建築工程發生重大職災時，勞委會每年發行職災年報，提供職災預防之 參考，建築工程施工事故之資訊則分散於各專業技師之公會、學會，建議建 立統一之災害案例之標準化格式，將有助於日後建築施工事故之防範。. XIV.
(19) 摘要. Abstra Abstr a ct Key words: Building Construction, Construction Risk, Risk Assessment. Taiwan habitable or commercial use of limited land area, building structure towards a large scale, a few floors high, complex and technically demanding shape the direction of development, and natural high-rise buildings due to different functions, its size, structure, materials and engineering are also many have changed, so the building construction process, often due to mechanical equipment, protective facilities,. construction. technology,. on-site. environmental,. geological conditions and factors such as construction workers, leading to disasters. And because local construction workers will be the site with existing buildings in the distance too close, the new site in the event of a disaster is often spread to surrounding buildings, leading to a growing incidence of loss o, and even injuries and deaths caused by accidents in the project took place, not only caused loss of lives and property , project delay, while the social costs of loss is difficult to estimate, so how to identify sources of construction engineering disasters, and establish the relevance of disaster risk assessment methods and how to conduct risk-control or control the problem becomes very urgent and necessary.. XV.
(20) 建置. 建築工程施工風險評估模組與案例. XVI.
(21) 第一章 緒 論. 第一章 緒 論 第一節 研究緣起與背景 壹、研究緣起 由於台灣可居住或商業使用的土地面積有限，建築結構也朝向規模大、 樓層數高、體形複雜、技術要求高的方向發展，然高層建築物由於功能不同， 其規模、結構、材料和工程技術也有多有變化，因此進行建築施工過程常因 機械設備、防護設施、施工技術、現場環境甚至施工人員本身等因素，而導 致災害發生，或因為建築工程的工作場所與既有建築物距離過近，新建工地 中發生災害常常波及周圍建築物，致使損鄰事件層出不窮，或發生工程意外 人命死傷，不僅造成人民生命財產損失、工程延宕，而社會成本之損失亦難 以估算，因此研究如何辨識建築工程施工災害來源、建立適切災害風險評估 方法以及如何進行風險控制或防制的問題，就顯得相當迫切和必要。 本研究將延續 97 年度所開發之建築工程施工風險評估系統，針對風險 評估使用人員在判斷事物上的差異進行修正，對系統參數進行風險因子最佳 化與合理化分析，使分析結果更趨合理化與施工風險評估系統更加完善，並 建立建築工程施工風險評估示範案例，以方便使用者進行風險評估之參考。. 貳、研究背景 研究背景 我國在營造業工程職業災害事故中，林楨中(2008) 1指出發生為多重原因 造成，甚難將某一原因歸類於某一情境發生狀態，因此該研究透過歷年重大 職業災害調查報告，歸納出幾項重要影響因素，包括鄰近開口處未設置安全 防護網、高處作業未設置安全防護網、未依標準作業程序、個人危害行為、 屋頂作業未設置安全防護措施、施工機具操作不當、鄰近開挖面(邊坡)未有 安全防護網、作業環境不良等原因所佔比例較高，其他如電器設備安全防護 不足、結構支撐不穩定、安全防護材料瑕疵、安全管理作業缺失、鄰近構造. 1. 林禎中(2008)，我國營造工程職業災害資料探勘分析-建築工程，行政院勞工委員會勞工 安全衛生研究。 1.
(22) 建築工程施工風險評估模組與案例建置. 物不穩定、不當使用施工機具、個人危害意識不足、作業環境外力干擾、鄰 近高架電壓未防護等原因比例較少等。而蔡宗潔(2004) 2將風險發生原因依施 工階段分為開工、前、開工-結構體、裝修、驗收後等 5 個時期以及風險發生 時所產生之安全問題、工期遲延、預算超過、品質低下、信用低落等 5 種結 果，向建築工程專案的工地負責人探詢風險之相關資料。陳福勝等人(2008) 以單一種分項工程來分析施工風險，提出深開挖之基礎工程災變及防治對 策，即將其分成基地調查、設計、施工及天然災害等層面，列舉數十項深開 挖所有可能的風險因素進行探討。 國外研究方面，建築工程施工風險評估大多以整體工程專案(Project level) 的角度思考風險因素，如 Chapman(2001) 3定義營建專案風險的來源，係由環 境(Environment)、產業(Industry)、顧客(Client)及專案本身(Project)四個層級所 組成。Smith 和 Bohn (1999) 4則將營建專案風險分成八個主要的項目：天然 的風險(Natural Risks)、設計的風險(Design Risks)、後勤的風險(Logistic Risks)、 財務的風險(Financial Risks)、法規的風險(Legal and Regulatory Risks)、政治的 風 險 (Political Risks) 、 施 工 的 風 險 (Construction Risks) 和 環 境 的 風 險 5 (Environment Risks)。Conroy and Soltan (1998) 指出營建專案風險的四個類 型：即人為疏失(Human Failings)、組織疏失(Organizational Failings)、設計團 隊疏失(Design Group Failings)以及設計過程疏失(Design Process Failings)。而 Faber and Stewart（2003） 6指出工程施工發生事故的原因包括不安全的人為 因素：係指作業人員不安全的行為或動作，佔事故肇因之比例最高；不安全 的物性因素：指作業環境與機械設備等的不安全狀態，為導致事故發生之次 要原因；不可預測或抗拒的因素：指非能預期或事先予以防範的事故原因， 如天災中之颱風與地震，其在發生事故的肇因中所佔比例較為低。Baloi and 7. Price (2003) 以探討影響專案成本績效的整體性風險因素分成七大類，包括估 算能力、設計能力、競爭程度、欺瞞情形、施工條件、經濟條件、政治情況。 2. 3. 4. 5. 6. 7. 蔡宗潔(2004)，建築工程風險及風險管理現況之基礎研究，行政院國家科學委員會專題研 究計畫。 Chapman, R. J. (2001), The Controlling Influences on Effective Risk Identification and Assessment for Construction Design Management, International Journal of Project Management, 19(2), pp.147-160。 Conroy, G. and Soltan, H. (1998), ConSERV, A Project Specific Risk Management Concept, International Journal of Project Management, 16(6), pp.353-366。 Conroy, G. and Soltan, H. (1998), ConSERV, A Project Specific Risk Management Concept, International Journal of Project Management, 16(6), pp.353-366。 Faber, M. H. and Stewart, M. G.(2003), “Risk assessment for civil engineering facilities: critical overview and discussion,” Reliability Engineering and System Safety, Vol. 80, pp. 173-184。 Baloi, D., Price, A.D.F. (2003), Modelling global risk factors affecting construction cost performance, International Journal of Project Management, 21(2), pp.261–269。 2.
(23) 第一章 緒 論. 97 年已建立建築工程施工風險評估方法與施工風險評估系統，施工風險 評估評估系統在專家經驗部分使用模糊理論詮釋評分規則，透過輸入值的模 糊化，再經由模糊運算、解模糊化，即可得各分項工程之風險度。鑑於不同 系統使用者對於評分標準不近相同，98 年將延續並深入探討 97 年所開發之 建築工程施工風險評估系統，將針對施工廠商之施工風險評估使用人員在判 斷事物上的差異進行修正，並對內部嚴重程度參數進行風險因子最佳化與合 理化分析，減少使用人員之間對於事物判斷上的差異，使分析結果更趨合理 化，希冀能使施工風險評估系統更加完善，並透過建築工程施工風險系統說 明會及教育訓練，以提供建築工程施工廠商風險評估之參考，進而推廣建築 工程施工風險之意識，以確保施工安全。. 3.
(24) 建築工程施工風險評估模組與案例建置. 第二節 研究範圍與限制 依據林楨中(2008) 8之研究統計，建築工程重大職災件數占所有營造業重 大職災總件數約 50%，其中新建工程產生施工災害的比例佔 83%，改善工程 則僅佔 17%，顯示建築工程之新建工程為施工災害主要應關注的對象，因此 本研究將研究範圍限縮在新建建築工程施工風險部分。. 第三節 研究方法與流程 壹、研究方法 本研究主要是以資料調查蒐集法；文獻回顧分析法；遺傳演算法；專家 座談與訪談法等方法，進行相關議題之研究。 1. 資料調查蒐集法：蒐集建築工程施工災害資料，彙整分析與評定建築 工程某作業項目所造成災害的風險度。 2. 文獻回顧分析法：蒐集有關遺傳演算法對於參數優化的文獻資料與相 關研究，理析各種優化方式，對於本研究建築工程施工風險評估系統 最佳化之適用性或應用層面。 3. 遺傳演算法:可運用已知案例結果或資料調查結果，透過遺傳演算法對 內部嚴重程度參數進行模組最佳化與合理化，進而減少使用人員之間 對於事物判斷上的差異，使分析結果更趨合理化。 4. 專家座談法: 舉辦產、官、學界專家座談，請各專家提供各作業項目 之已知案例結果，並對於建築工程施工風險評估系統最佳化的相關想 法與意見，以作為本研究改進之参考。 8. 林禎中(2008)，我國營造工程職業災害資料探勘分析-建築工程，行政院勞工委員會勞工安 全衛生研究。 4.
(25) 第一章 緒 論. 本研究計畫執行過程，運用蒐集的公開資料及研究團隊研商討論，加以 專家座談，研究的過程如圖 1-1 所示。. 貳、研究流程 本研究計畫執行過程，運用蒐集的公開資料及研究團隊研商討論，加以 專家訪談及座談，研究的過程如圖 1-1 所示. 5.
(26) 建築工程施工風險評估模組與案例建置. 圖 1-1 研究流程圖 (資料來源: 資料來源:本研究整理 本研究整理) 整理). 6.
(27) 第一章 緒 論. 第四節 第四節 研究成果 研究成果 建築工程施工災害時有所聞，不僅對公共安全造成重大影響外，更危及 施工人員之安全，因此建築施工災害防制首重於事前之規劃，如能在建築工 程開工之前，施工廠商即擬定完整施工計畫，針對各項分項工程擬定施工順 序、人員物資與機具調度，並導入施工災害風險及重點施工災害防制之理念， 量化各分項工程之風險程度，規劃適當人力投入施工品質、安全防護、預警 監控之中，將有效降低建築工程施工災害之發生風險。 建築工程長久以來倚賴經驗管理，不重視事前計畫而任風險發生，導致 風險發生機率提高及損失擴大，即使現場專案管理人員有意落實風險管理， 然傳統的經驗控制型或過程控制型的風險管理方式，已經無法適應現代建築 工程施工安全及管理上的需要。因此風險管理於理論與技術上之發展與推 廣，應為工程實務界在風險管理上績效表現之重要影響因素。 本研究進行新建建築工程施工風險評估方法之研究，在研究成果上包括 以下幾項主要項目： 1. 建立建築工程施工風險評估因子之模組分析。 2. 針對施工風險評估參數進行模組最佳化與合理化，減少施工風險評估 使用人員對於事物判斷上的差異，整套分析系統經由參數最佳化後， 能更準確且合理評估各分項工程之風險度。 3. 建置建築工程施工風險評估系統及各類型建築物(RC、SC 及 SRC 建築物) 之示範案例。 4. 舉辦建築工程施工風險系統說明會及教育訓練，推廣建築工程施工風 險之意識。. 7.
(28) 建築工程施工風險評估模組與案例建置. 8.
(29) 第二章 文獻回顧. 第二章 文獻回顧 第一節 建築工程施工災害 建築工程施工災害風險 程施工災害風險因子 風險因子 所謂施工災害係指營造施工時在面對各潛在風險因素下而可能導致損失 的事故，例如倒塌、崩塌、崩落等。而這些事故是指可能造成人員的死亡、 受傷、疾病，財物設施的損害、破壞、滅失等干擾正常活動進行的非期望的 事件。過去有許多針對建築工程施工災害類型的研究，例如林耀煌(1995) 9提 出施工災害的範圍包括危及公共設施、危及第三者生命財產安全、危及工作 人員與施工公害四類，而與其相對應的施工災害類型如表 2-1。 該研究並依 據問卷調查統計分析，將各工程類別面臨的災害類別來探討災害類型的防治 重點順位，如表 2-2 與表 2-3。. 表 2-1 建築工程施工災害類型 危及公共設施. 危及第三者生命財產安全 危及工作人員. 1.地層、道路下 1.鄰房龜裂. 1.墜落、滾落、. 陷、鬆動 2.施工架倒塌 2.公共建物、設 3.鄰房傾斜、倒塌 備損害 4.施工引起火災、 3.地下管線損 爆炸 害. 跌倒 2.物體飛落 3.觸電、感電、 爆炸 4.被夾、被捲、 被撞 5.倒塌、被切、 被割. 施工公害 1.振動 2.地層下陷. （資料來源: 資料來源:林耀煌,1995 林耀煌,1995） ,1995）. 林耀煌(1995)，建築施工災害防治技術及法令制度研究架構之規劃，內政部建築研究所籌 備處。. 9. 9.
(30) 建築工程施工風險評估模組與案例建置. 表 2-2 建築工程施工災害防治技術重點 工程類別 假設工程. 災害類別 1.危及第三者生命財產安全 2.危及公共設施. 基礎工程. 1.危及公共設施 2.危及第三者生命財產安全. 檔土開挖工程. 1.危及公共設施 2.危及第三者生命財產安全. 地盤改良工程. 1.危及公共設施. 2.危及第三者生命財產安全 RC 結構體工程. 1.危及第三者生命財產安全 2.施工公害. 鋼骨結構體工程. 1.危及第三者生命財產安全 2.施工公害. 裝修工程. 1.危及第三者生命財產安全 2.施工公害. 建築設備工程. 1.危及第三者生命財產安全 2.危及公共設施. （資料來源:林耀煌,1995）. 10. 災害類型防治重點順位 1.施工架倒塌 2.施工引起火災 1.地下管線損害 2.公共建物、設備損害 1.地下管線損害 2.地層、道路下陷、鬆動 1.鄰房龜裂 2.鄰房傾倒 1.地層、道路下陷、鬆動 2.地下管線損害 1.鄰房龜裂 2.鄰房傾倒 1.地層、道路下陷、鬆動 2.地下管線損害 3.公共建物、設備損害 1.鄰房龜裂 2.鄰房傾倒 1.施工架倒塌 2.施工引起火災 1.振動 2.地層下陷 1.施工架倒塌 2.施工引起火災 1.振動 2.地層下陷 1.施工引起火災 2.施工架倒塌 1.振動 2.地層下陷 1.施工引起火災 2.施工架倒塌 1.地下管線損害 2.公共建物、設備損害.
(31) 第二章 文獻回顧. 表 2-3 建築工程施工災害防治重點 工程類別 假設工程. 防治重點 墜落、滾落、跌倒 觸電、感電、爆炸. 工程類別 RC 結構體工程. 倒塌 基礎工程. 被夾、被捲、被撞 倒塌 墜落、滾落、跌倒. 墜落、滾落、跌倒 擋土開挖工程 被夾、被捲、被撞 倒塌. 抽排水工程. 觸電、感電、爆炸 墜落、滾落、跌倒. 物體飛落 墜落、滾落、跌倒 觸電、感電、爆炸. 鋼骨結構體工 程. 裝修工程. 觸電、感電、爆炸 地盤改良工程 墜落、滾落、跌倒 倒塌. 防治重點. 建築設備工程. 墜落、滾落、跌倒 物體飛落 被夾、被捲、被撞 墜落、滾落、跌倒 物體飛落 被切、被割. 觸電、感電、爆炸 墜落、滾落、跌倒 被切、被割. 倒塌. （資料來源: 資料來源:林耀煌, 林耀煌,1995） 1995） 劉敏麟(2002) 10的研究則針對勞委會民國 85-89 年死亡案例中，將台灣地 區近年來建築工程職業災害，按其種類分為墜落、感電、物體飛落、被夾被 捲、被撞、溺斃、接觸有害物質與跌倒等類。其發生次數統計結果如圖 2-4， 災害類型當中以墜落發生災害次數 38%佔最多，其次為物體飛落 19%、感電 18%、物體倒塌 12%，其他種類災害類型均小於 10%。 林楨中(2008)統計 2000 至 2006 年重大職災案件，有關建築工程職災類 型分布，發現大多集中於墜落、滾落(64%)，物體倒(崩)塌(11%)及感電(8%)， 為主要事故類型，其他災害種類如物體飛落(5%)、被撞(3%)、被夾被捲(2%)、 跌倒(2%)、溺水(2%)、火災(2%)、衝撞(1%)及交通事故(1%)，建築工程之工程 別分類統計如圖 2-1 所示。. 劉敏麟(2005)，建築工程勞工災害防制之研究,臺北科技大學碩士論文。. 10. 11.
(32) 建築工程施工風險評估模組與案例建置. 圖 2-1 建築工程之工程別分類統計 (資料來源: 資料來源: 林楨中, 林楨中, 2008) Hinze et al.(2005) 11統計美國職業安全衛生署(Occupational Safety & Health Administration, OSHA)1997 到 2000 的營建業重大傷害資料，結果也是 墜落最高(36.0%)，其次是被撞(24.6%)，第三是感電(12.9%)，第四則是跌落 (11.9%)，其他意外事故比例雖沒有超過百分之十，如心血管或呼吸系統衰竭 (3.7%)，被夾被捲(2.1%)，吸入(1.6%)，亦可作為我們在思考施工災害其他形 式的可能性。. 11. Hinze, J., Huang, X. and Terry, L. (2005), The Nature of Struck-by Accidents, Journal of. Construction Engineering and Management. 12. , 131(2), pp.262-268..
(33) 第二章 文獻回顧. 第二節 多準則決策(Multiple Criteria Decision 多準則決策 Making,MCDM) 建築施工風險評估的主要標的－工程項目及作業項目架構出來，有了這 個基本架構，接著就是針對這些工程項目下的作業項目所可能遭受的風險因 子及災害類別，予以進行風險因子發生的機率及風險因子發生下各類災害所 產生的嚴重程度加以評估。然風險因子發生機率與災害所造成的嚴重程度， 在學理上有許多處理方式，本章首先針對過去文獻上所提出的幾項風險評估 的方法作一個簡單的歸納整理，第二、三兩節就本研究所欲採用的處理模式， 即多準則決策(Multiple Criteria Decision Making,MCDM)原理及模糊理論 (Fuzzy Theory)，進行較為深入的說明，有了這些針對風險因子機率及災害 嚴重程度評估的理論基礎，即可有助於後續決策支援系統開發，更可對應本 研究所規劃的執行流程。 有關針對營建工程方面的風險評估文獻，其採用的評估方法如下表 2-4 所列 示。 其中 採 用較普 遍者 為層 級分 析程序 法(Analytic Hierarchy Process, AHP)及模糊綜合評估法，其中層級分析程序法，基本上是屬於多準 則決策的一種模式，係因影響工程專案成效的風險因子，並非單一因素即可 描述，必須考量多項風險因子下才能做風險程度的綜合判斷，因而為眾多研 究者所採用。另一項模糊評估方式，係因每項建築工程專案在執行時，所面 對的先決條件均不盡相同，使其所面對的風險因素發生的可能性 (Possibility)或是影響程度(Impact)更具有不確定性，而處理不確定性問題 的方法，在近年來尤以模糊理論(Fuzzy Theory)較具備理論的完整性及可予 以系統化的處理，因而也廣受研究者所青睞，因此本研究在後續分節就針對 多準則決策與模糊理論作一簡要說明，最後再針對本研究依據該二項研究方 法所建立的系統化架構予以介紹。. 13.
(34) 建築工程施工風險評估模組與案例建置. 表 2-4 相關建築工程風險評估研究方法. 研究者 周紅波(2006) 杜麗娜(2008). 研究方法. 層級分析程序法 層級分析程序法、決策樹法、多目標決策法、敏感性分 析法 魏剛(2007) 風險清單分析法、腦力激盪法、失誤樹法 姚祖軍(2008) 腦力激盪法、德爾非法(Delphi)、情景分析法 毛義華、肖磊(2007) 層級分析程序法、模糊綜合評估法 孫波、劉振奎(2006) 模糊綜合評估法 蔡宗潔(2006) 柏拉圖分析法、二維法、故障樹分析法 邢治宇、張燕宗(2005) 層級分析程序法、灰關聯分析法 王敏順(2006) 紮根理論研究法、層級分析程序法、多屬性效用理論法 陳威元(2007) 層級分析程序法 黃德育、陳欣(2004) 模糊 Borda 數排序法 呂紅安、王鵬(2006) 工作危害分析法、安全檢查表分析法、事故樹分析法、 機率風險分析法 付修隼、劉化冰、黃世紅 層級分析程序法 (2007) Paek et al.(1993) Zhi(1995) Tah and Carr(2001) Baloi and Price (2003) Lee and Halpin(2003) Dikmen and Birgonul(2006). 模糊集合(Fuzzy sets) 層級分析程序法 模糊集合(Fuzzy sets)與模糊推論(Fuzzy reasoning) 模糊集合(Fuzzy sets) 模糊邏輯(Fuzzy logic)之數學技術配以專家意見 層級分析程序法. （資料來源： 資料來源：本研究整理） 本研究整理）. 14.
(35) 第二章 文獻回顧. 人類生活過程中常常須要針對某些事項作出決定，小至個人到餐廳用餐 點菜、到百貨公司挑選衣服、工作機會的抉擇等，大至企業團體經營策略的 決定、政府部門對水資源開發、交通運輸系統或路線的選擇等，在日趨複雜 與專業化的社會下，都是在考量多重準則（Criteria）或目標（Objectives） 情況下來作決定。MCDM技術就是利用科學的方法解決多個準則問題的技術， 因此在1970年代初期開始，MCDM逐漸成為一項重要的研究領域，有相當多的 理論和模型陸續提出並且持續穩定成長（Carlson & Fuller,1996）12，以下 針對MCDM的分類以及與本研究有關的理論與方法作一概要的介紹。 Hwang & Yoon（1981）13認為多準則決策的問題可以廣泛的區分為二大類： 多屬性決策（Multiple Attribute Decision Making, MADM）與多目標決策 （Multiple Objective Decision Making, MODM），在實務上，MADM主要應 用在決策者（Decision Maker, DM）對於有限的既定方案（Alternatives） 的選擇、評估或排序，MODM則是沒有所謂的既定方案，是以滿足決策者在有 限資源限制及主要關心的目標前提下，規劃或設計最佳（Best）或最有可為 （Most Promising）的方案。Zeleny（1982） 14 指出，MCDM涵蓋多屬性效用 （Multiple Attribute Utility Theory, MAUT）和多目標線性規劃（Multiple Objective Linear Programming, MOLP）兩種理論方法；曾國雄等人（1988） 15. 12. 13. 14 15. 進一步指出多屬性效用乃根據各屬性形成超目標（Superobjective）為第一. Carlson, C. & Fuller, R. （1996）. “Fuzzy multiple criteria decision making: Recent developments.” Fuzzy Sets and Systems, 78（2）, pp.139-153. Hwang, C. L. & Yoon, K. (1981), Multiple Attribute Decision Making: Methods and Applications, New York: Springer-Verlag. Zeleny, M. (1982). Multiple Criteria Decision Making, New York, McGraw-Hill.. 曾國雄、蕭再安、鄧振源，（1988），「多評準決策方法之分析比較」，科學發展月刊， 第16 卷第7 期，1008~1017 頁。. 15.
(36) 建築工程施工風險評估模組與案例建置. 要務，而以效用最大化為評估指標，狹義的多評準決策是指在替選方案為已 知的情形下，以多個準則為評估的依據，由決策者表達其偏好結構 （Preferences Structure），然後求其非劣解（Non-inferior Solutions）， 或排定替代方案優劣順序（Ordering）的分析方法。 本研究的主題在於針對新建建築工程施工風險的評估，在實務操作上， 其必須先理解所評估標的工程(Target Work)之背景條件，再由建築之各分項 工程思考其所可能面對的各種風險因子，而據此對所造成災害的嚴重程度加 以評斷，性質上可歸屬於類似 MCDM 可應用的範疇，所以此 MCDM 問題可以用 以下的矩陣模式來表達其基本的概念。. S=. R1. R2. …. Rn. A1. S11. S12. …. S1n. A2. S21. S22. …. S2n. M. M. M. O. M. Am. Sm1. Sm2. …. Smn. P = [ p1 , p2 ,L , p n ] 其中. Ai , i = 1,L, m 為 m 項災害類型（Accident）， Ri , i = 1,L, n 為. n 項風險因子，. S ij , i = 1, L , m. j = 1, L , n. 為評估第 i 項災害在第 j 項風. 險因子所得到的嚴重程度（Severity）評斷值（Judgment Value）或評等值 （Rating Value），. pj,. j = 1, L , n. 為各項風險因子的發生的機率或可能性。. 而評估各災害類型的嚴重程度（Impact），係利用評估者（Evaluator）/決 策者 （DM） 對各可能災害在某一風險因子 「發生」 狀況下，其認知 （Recognition） 對該災害所產生的嚴重程度來加以決定。若以半定量分析的矩陣法計算各災 害風險程度，即風險程度＝風險因子發生的機率或可能性×災害事件在各風險. 16.
(37) 第二章 文獻回顧. 因子下的嚴重度(Degree of Risk＝Possibility × Severity, DR＝P×S)，可 做為綜合衡量各災害的風險程度或是所謂風險評分的基礎，即兩項評估矩陣 計算之結果. DR = [ DR1 , DR2 ,L , DRm ]. ，各代表第一類災害的風險程度. (值)、第二類災害的風險程度(值)…，及第 m 類災害的風險程度(值)。 然而上述利用 MCDM 模式所計算災害的風險程度(值)，其中一個主要項目 －風險因子發生的機率或可能性，並非可以經由直接判斷而獲得，它是在工 程施工當時所面對的各種背景狀況下，所綜合造成各可能風險因子發生的機 率，並非僅由單一因素就會造成風險的發生；也就是說，任何一項風險因子 的發生，是來自於各可能的背景條件所形成的結果，而這也像是 MCDM 的概念 一樣，風險發生的機率值應是由多因素綜合產生的一個結果。例如，灌漿作 業時可能面臨的主要風險因素之一「模板支撐組裝不良」，而之所以會發生 「模板支撐組裝不良」的原因，其可能來自於「設計人員的素質」、「施工 人員的素質」、「施工高度」甚至「氣候」等各種背景因素綜合產生的結果， 因此要判斷「模板支撐組裝不良」這項風險發生的機率，必須由工程施工當 時所面對的背景條件來做推論，也就是四項背景條件(猶如四個準則)的當時 情境來推論一項風險因子發生的機率，才能符合工程施工實務上的實際情 境，而這樣的推論過程，也屬於 MCDM 模式的操作過程。此外，更重要的是施 工當時的背景條件經常係屬於質性因素，不容易用量化方式來處理，而且多 是以抽象、模糊的語意來加以表達，面對這樣的情形，本研究採用模糊理論 以及模糊推論的原理原則，即能有效處理風險因子發生機率的推估問題，並 能符合實務應用之所需。第三節即針對模糊理論及模糊推論的各項原理加以 說明。. 17.
(38) 建築工程施工風險評估模組與案例建置. 第三節 模糊理論 一般人初次聽到「模糊理論」，都會被誤解並認為是一門模模糊糊的理 論。事實上，模糊理論主要是解決現實生活中普遍存在的模糊現象而發展的 一門學問。它是由 Zadeh 於1965年首先提出，主要是探討人類主觀或思考過 程中定量化的處理方法，對於表現人類語言之間的模糊現象具有頗佳之成 果。模糊理論發展至今，更能與類神經網路、其他知識工程等領域互相結合， 使許多技術能有新突破，對於科技發展實是助益良多。. 壹、 模糊集合的基本概念 模糊理論是以模糊集合做為理論之基礎，本小節將介紹模糊集合的基本 概念、表示方法、運算與其性質，作為進入模糊理論世界的基本認知。. ㄧ、模糊集合及其表示方法 當我們要對一個概念進行描述時，此對象若符合該概念且無模凌兩可的 情況，一般人都會簡單使用「是」或「否」來回答。在特徵函數A(u)表示方面， 可用A(u)=1來表示u元素屬於A集合，而A(u)=0則表示u元素不屬於A集合，在此 我們稱此集合為普通集合，且集合是{0,1}。若對象為模糊概念，則無法使用 上述的普通集合做描述，必須將集合轉變為區間[0,1]的連續值，依照對象符 合某概念的程度，利用區間[0,1]內的數值做描述，對象符合概念程度越大， 數值則越接近1，反之越小。 對於上述觀念，我們可給模糊集一個定義:. µ A : U → [0,1] u → µ A (u) %. 18. %. 3.1 式.
(39) 第二章 文獻回顧. A µ 此定義表示，在論域U上有一模糊集 A % ，而 為模糊集 % 的隸屬度函數，並記. 為. µA %. 。在 u ∈U 點處的值則以. µ A (u ) %. 表示u對模糊集 A % 的隸屬度，進而表示對. 象u屬於 A % 的程度。 對於論域U上的全體模糊子集，我們稱為模糊幕集，記作 τ (U ) 並定義為. τ (U )= { A|A(u ):U → [0,1]}. 3.2 式. % %. 對於模糊集的表示方法，需先將 U 分為有限集與無限集。對於有限集 U = {u1 , u2 ,L, un } 時，則通常採用以下四種表示方法:. (1) Zadeh 表示法 A(u ) A(u ) A(u ) A = % 1 + % 2 +L+ % n % u1 u2 un. 3.3 式. A(u ) u un 在表示法中， % n 為 n 對模糊集 A % 的隸屬度， 為U中的某一元素。當 A(u ) u 中 % n n 並不是表示分數，而是表示兩者的對應關係，「+」也非表示相加， 而是表示在論域U當中模糊集的整體結構。 (2)序偶表示法. A= %. {( A% ( u ) , u ) , ( A% ( u ) , u ) ,L, ( A% ( u ) , u )} 1. 1. 2. 2. n. n. 3.4 式. 此種表示方法即是由元素與它的隸屬度組成，並有順序的一一列出。 (3)向量表示法. A = ( A ( u1 ) , A ( u2 ) ,L , A ( un ) ) % % % %. 3.5 式. 此種表示法，即是按照順序記錄各元素的隸屬度，亦可稱 A % 為模糊向量。 (4) Zadeh 與向量式的結合表示法. A(u ) A(u ) A(u ) A = % 1 + % 2 +L+ % n % u1 u2 un . 3.6 式 19.
(40) 建築工程施工風險評估模組與案例建置. 若 U 為無限集，又可將 U 分為無限可列集與無限不可列集。當無限可列集 U = {u1 , u2 ,L , un } ∈τ (U ) ，其隸屬函數則為 ，且設 A % 1 A(un ) = ( n = 1, 2, L) , un ∈ U 3.7 式 % n (1) Zadeh 表示法 11 1 2 1n A= + +L+ % u1 u2 un. 3.8 式. A = {(1, u1 ) , (1 2, u2 ) ,L , (1 n ) , un } %. 3.9 式. (2)序偶表示法. (3)向量表示法. A = (1,1 2,L,1 n ) %. 3.10 式. (4) Zadeh 與向量式的結合表示法. 1 12 1 n A= , , L, % u1 u2 un . 3.11 式. 若 U 為無限不可列集時 A(u ) A=∫ % U % u. 3.12 式. 其中符號「∫」並不表示為積分式，而是表示論域 U 中的某元素與其隸屬度 對應關係的總括。. 二、模糊集的運算與性質 首先，吾人先針對模糊集的運算進行介紹。模糊集本身乃是由隸屬函數定義 的，使得在定義其運算規則和關係，就必須借助隸屬函數來訂定。以下即是 針對模糊集的包含、相等、開、交、餘關係與運算進行定義: (1)模糊集之間的包含與相等關係 1.設 A, B ∈τ (U ) 且 ∀u ∈ U ，當 A(u ) ≥ B (u ) 則表示 A 包含 B，記 A ⊇ B ， % % % % % % 表示意義為 U 中任意元素 u 隸屬於 A 的程度皆高於 B。. 20.
(41) 第二章 文獻回顧. 2.設 A, B ∈τ (U ) 且 ∀u ∈ U ，當 A(u ) = B (u ) 則表示 A 與 B 相等，記 % % % % A=B， % % 表示意義為 U 中任意元素 u 隸屬於 A 的程度皆等於 B。 (2)模糊集的開、交、餘運算 1.設 A, B, C ∈τ (U ) 且 ∀u ∈ U ，假若 C (u ) = A(u ) ∨ B (u ) 時，則稱 C 為 A % % % % % 與 B 的開，並記為 C = A ∪ B 。若 C (u ) = A(u ) ∧ B (u ) 時，則稱 C 為 A % % % % % % 與 B 的交，並記為 C = A ∩ B 。 % % % 2 設 A, B ∈τ (U ) 且 ∀u ∈ U ，若 B (u ) = 1 − A(u ) 時，則稱 B 為 A 的餘集， % % % % 並記為 B = Ac 。 % % 根據以上對模糊集運算的定義，可得知兩個模糊集之間的運算是逐點對 n. n. 隸屬度作相對應的運算。當論域 U 上有 n 個模糊集時，定義 ∪ Ai 為開、 ∩ Ai i =1 % i =1 % 為交，其隸屬函數如下: n n ∪ A ( u ) ∆ ∨ Ai (u ) = max { A1 (u ), A2 (u ), L , An (u )} i =1 i = i =1 % % . 3.13 式. n n Ai (u ) ∆ ∧ Ai (u ) = min { A1 (u ), A2 (u ), L , An (u )} i∩ = i =1 % =1 % . 3.14 式. 模糊集( A, B, C ∈τ (U ) )在進行運算的同時，需要滿足以下性質: % % % (1) 幕等律:. A ∪ A = A, A ∩ A = A % % % % % %. (2) 交換律:. A ∪ B = B ∪ A, A ∩ B = B ∩ A % % % % % % % %. (3) 結合律:. ( A ∪ B) ∪ C = A ∪ ( B ∪ C ) %. %. %. %. %. %. ( A ∩ B) ∩ C = A ∩ ( B ∩ C ) %. (4) 分配律:. %. %. %. %. %. A ∪ ( B ∩ C ) = ( A ∪ B) ∩ ( A ∪ C ) % % % % % % % A ∩ ( B ∪ C ) = ( A ∩ B) ∪ ( A ∩ C ) % % % % % % %. (5) 吸收律:. ( A ∪ B ) ∩ A = A, ( A ∩ B ) ∪ A = A %. %. %. %. %. %. %. %. 21.
(42) 建築工程施工風險評估模組與案例建置. (6) 0-1 律:. A ∪ ∅ = A, A ∩ ∅ = ∅ % % % A ∪U = U , A ∩U = A % % %. ( A ∪ B). (7) 對偶律:. %. ( A ∩ B) %. (8) 復原律:. %. c. %. c c. ( A% ). c. = Ac ∩ B c % %. = Ac ∪ B c % %. =A %. 貳、確定隸屬函數的方法 隸屬函數在模糊理論中，佔有相當重要的地位，不管在理論或者實際應用方 面都是相當基礎且關鍵的問題。在此節中，將介紹如何確定隸屬度函數的原 則與方法。. ㄧ、確定隸屬函數的原則 確定隸屬度函數方法著實非常多樣且廣泛，當中無任何附加條件，唯一條件 即是論域 U 需在[0,1]之間。另外，在架構不同模糊集的隸屬度函數時，必須 充份注意到模糊集在理論上可分為本質模糊集與非本質模糊集，並採用不同 方式加以描述，使得在架構隸屬度函數的過程中更具複雜性與方法的多樣性。 由於一個模糊集代表一個概念，即主觀對客觀事物認識之後的產物，可看作 是客觀的，而在確定某一元素對一模糊集的隸屬度時，正是在顯示主觀對客 觀事物的一種判定與信度，是主觀的。因此需力求主觀性與客觀性的統一， 使隸屬度函數較能全面反映出事物的本質。 確定隸屬函數的原則如下: (1)若模糊集反映社會的一般意識，且可以大量重複表達個別意識的平均. 結果，此類情況可採用模糊統計法來確定隸屬函數較佳。 (2)若模糊集反映某個時間內的個別意識、經驗和判斷，此類情況可採用 Delphi 法來確定隸屬函數較佳。. 22.
(43) 第二章 文獻回顧. (3)若模糊集反映的模糊概念已有相當成熟的指標，且此指標經過許多實. 驗驗證並已有多人使用，則可直接採用此指標，或者可由某方法轉換 成我們所需的隸屬函數。 (4)某些模糊概念要直接給定隸屬函數較為困難，但我們可比較兩元素相. 對應的隸屬度，此時可使用相對選擇法求出隸屬函數。 (5)若一個模糊概念蘊含許多模糊因素，則可先求得各因素模糊集的隸屬. 函數，再進而求得模糊概念的隸屬函數。 在應用上，隸屬函數通常需具備凸(Convex)與正規(Normal)的特性，在定義 上，數值方式是以離散的方式直接給定有限模糊集合內每個元素的歸屬度， 並以向量形式表達，函數方式是以連續的方式描述模糊集合，表現無限或有 限模糊集合元素與對應隸屬度之間的關係，其中函數形式可以是矩形分布、 梯形分布、 Γ 型分布、正態分布、Cauchy 分布、岭型分布等形式，也就是說， 隸屬函數是一個定義再輸入空間上的點如何對應到一個介於 0 與 1 之間的隸 屬值(或者說是隸屬的程度)表現的函數曲線。. 二、模糊數(Fuzzy Number) 模糊數 模糊數乃實數（Real Numbers）的模糊子集（Fuzzy Subset），而且它是 代表信賴區間（Confidence Interval）觀念的一種擴充；根據 Dubois & Prade ~ 16 （1978）所做的定義，模糊數 A 係指一模糊集合（Fuzzy Set）而其隸屬函 數（Membership Function） µ A~ ( x ) ：R→[0,1]，其中 x 係指討論的事件，具 有以下特性： （1） µ A~ ( x ) ：係指定義域 R 至[0,1]空間上的連續映射（Mapping）。 （2） µ A~ ( x ) ：為一凸性（Convex）的模糊子集合，以數式表示如下。 ~ ~ ~ A[λ x1 + (1 − λ ) x 2 ] ≥ min[ A ( x1 ), A ( x 2 )], λ ∈ [0,1] 。 （3） µ A~ ( x ) ：為一模糊子集的正規化（Normalization），即存在一個數 x 0 使 得 µ A~ ( x 0 ) = 1 。 ~ 滿足以上條件的數即稱為模糊數，以下介紹一種三角模糊數 A =（L, M, U）. 及其示意圖（圖 2-2）說明模糊數之特性。 16. Dubis, D., and Prade, H., 1978 , "Operations on fuzzy numbers", International Journal of Systems Science , Vol. 9, No.6, pp.613~626. 。. 23.
(44) 建築工程施工風險評估模組與案例建置. ( x − L ) (M − L ) L ≤ x ≤ M µ A~ ( x ) = (U − x ) (U − M ) M ≤ x ≤ U 0 otherwise. 3.15 式. （4）α 截集（α-cut/α-level）：α 截集在模糊集合與明確集合（Crisp Set）間 扮演著一個很重要的角色，也可以說是模糊集合與明確集合之間的一座 ~ ~ 橋樑，因此，對所有 α ∈ [0 ,1] ，模糊數 A 的 α 截集表示成 α A ，而 α ~ A = {x µ A~ ( x) ≥ α} ，表示那些 x 之隸屬度 µ A~ (x ) 大於或等於指定之 ~ 數 α。三角模糊數 A =（L, M, U）之 α 截集如下。 α~ 3.16 式 A = [(M − L)α + L , − (U − M)α + U] =[ α L, α U]. µA~ (x). 1. α. 0 L. αL. M. αU. x U. 圖 2-2 三角模糊數及 α-level 示意圖 （資料來源： 資料來源：本研究整理） 本研究整理） 三、語意變數（ ） 語意變數（Linguistic Variable） 根據 Zadeh（1975） 17提到，對於那些複雜或難以定義的情境，吾人很難 以傳統的量化方式來做一合理的表達，因此有必要運用語意變數的觀點來處. 17. Zadeh L. A. （1975）. “The concept of a linguistic variable and its application to approximate reasoning.” Information Sciences, 8（1）, 199-249.. 24.
(45) 第二章 文獻回顧. 理這類狀況。而語意變數係指本質上或人類語言上就為一個字或一句話所代 表的變數，例如，在本研究施工風險評估過程之評估項目中，評估人員在對 某個施工當時背景條件的感認上，可能給定的評判結果為「好」，而對於另 一項施工當時的背景條件，可能給定的評斷結果為「尚可」等語意表達，或 是在評斷某項風險因子在各可能施工背景條件時，其發生的機率「很高」、 「很低」或其他情形等語意判斷。由於模糊理論含有這種不確定性的邏輯， 因此在模擬一些無法完全量化的現象，便可以用這種語意方式呈現。 本研究將此種語意表達的變數作為處理評估人員針對各可能施工當時背 景條件給予的評定方式，採用「很好」、「好」、「尚可」、「差」、「很 差」五個等級的語意尺度來表示，而風險發生的機率則以「很高」、「高」、 「普通」、「低」、「很低」五個等級的語意尺度來表示，此項五個等級的 語意尺度，若引用 Chen & Hwang 18 (1992)所提供的尺度形式則如圖 2-3 所示。. µA~ (x). 很差. 差. 尚可. 好. 很好. 1.0. 0. 0. 0.5. 1.0. 圖 2-3 五等級的語意尺度圖例 （資料來源： 資料來源：本研究整理） 本研究整理）. 18. Chen, S. J. and Hwang, C. L., 1992, Fuzzy Multiple Attribute Decision Making-Method and Applications, Springer-Verlag, New York.. 25.
(46) 建築工程施工風險評估模組與案例建置. 叁、模糊關係與模糊推論 模糊關係與模糊推論 ㄧ、模糊關係 世界每項事物皆有一定的關係存在，當我們使用數學模型去描述事物之 聯係時，我們稱此數學模型為”關係”，以 R 表示。而在普通關係中，集合與 集合之間僅存在”有”或是”無”的關係。由此可知，普通關係為二值的，但在 真實世界中普通關係的二值描述並無法滿足實際之需求，事物間關係仍需表 示程度的大小，這種以程度描述的關係稱為模糊關係，並以 R% 表示。 在普通關係 R 中，是指兩個集合 A 和 B 的直積，記為 A×B。將普通關係 加以推廣定義為模糊關係，指集合 A 和集合 B 直積為一個模糊子集，亦記為 A×B。而模糊子集代表在直積集合中元素對某種關係的歸屬度。記為:. A × B = {(a, b) | a ∈ A, b ∈ B}. 3.17 式. 則 R = {µ R ( a, b) | µ R ∈ [0,1] % % %. 3.18 式. 其中 µ R ( a , b) 表示直積集合 A×B 中元素(a,b)的歸屬函數。 %. 當模糊關係 R 中的論域為有限集合時，則可以使用矩陣與關係圖表示， % 如下所示:. r11 r12 r r R = [rij ] = 21 22 M % M rn1 rn 2. L r1m L r2 m O M L rnm . 3.19 式. 其中 0 ≤ rij ≤ 1 (i=1,2,3,…,n; j=1,2,3,..,m)，而矩陣式稱為模糊矩陣，元素 rij 表 示集合 A 中的第 i 個元素 ai 和集合 B 中的第 j 個元素 b j 組成對偶 ( ai , b j ) ，表 示兩集合某種模糊關係的程度，即 µ R ( ai , b j ) = rij. 19. 。由此可知，模糊關係與. %. 模糊矩陣具有 1:1 的對應性。. 二、模糊關係運算. 19. 楊英魁等人編著(2002),模糊控制理論與技術,全華科技圖書股份有限公司.. 26.
(47) 第二章 文獻回顧. 對於模糊關係的運算方式，與集合運算方式一樣皆有並集、交集及餘集運 算。在此假設論域 A×B 上有兩個模糊關係矩陣 R = [rij ] 和 S = [ sij ] ，其中 % % i=1,2,…,n; j=1,2,…,m。 1.聯集運算 3.20 式 T = R∪S % % % 其中 T = [tij ], (i = 1, 2, L n; j = 1, 2, L , m ) ，且 tij = rij ∨ sij = max( rij , sij ) 。 %. 2.交集運算 3.21 式. T = R∩S % % % 且 tij = rij ∧ sij = min( rij , sij ) 3.集合 R 的餘集運算 %. R = 1− R % % 其中 R = [ rij ], (i = 1, 2, L , n; j = 1, 2, L , m ) ，且 rij = 1 − rij 。. 3.22 式. %. 當模糊矩陣 R =[ rij ] 等於模糊矩陣 S = [ sij ] ，則以 R = S 表示；若 % % % % rij ≤ sij ， 則 稱 S 包 含 R ， 以 R ⊆ S 表 示 。 若 模 糊 矩 陣 R% = A × B = [ rij ] % % % % S = B × C = s jk (i=1,2,…,n;j=1,2,…,m) 和 模 糊 矩 陣 (j=1,2,…,m; %. k=1,2,…,l)，則在論域 A×C 上的關係可由 R 和 S 的合成運算求得，即 % % T = RoS % % %. 3.23 式. 其中 T = [tik ],(i = 1, 2,L, n; k = 1, 2,L, l ) ， tik = ∨ mj =1 (rij ∧ s jk ) 。合成運算中，必須 % 特別注意模糊矩陣 R 列數與模糊矩陣 S 的行數是否相同。 % %. 肆、模糊推論 在模糊推論中，最常使用以下三種條件語句: 1.若 A 則 B 型 27.
(48) 建築工程施工風險評估模組與案例建置. 記為“if A then B”，其中 A 與 B 為不同論域上的模糊集合。 2.若 A 則 B 否則 C 型. 記為“if A then B else C”，其中 A≠B、C 論域，而 B=C 論域。 3.若 A 且 B 則 C 型. 記為“if A and B then C”，其中 A、B 和 C 分別為不同論域之模糊集合。 對於上述之模糊條件語句的推論，Zadeh 提出一種應用關係合成運算的 近似推論方法。假設模糊集合 A 和 B，其中論域各自為 U 和 V，若 E 為全部 元素均為 1 的模糊矩陣，則使用若 A 則 B 型的條件語句可定義成論域 U×V 上 的一個模糊關係 R% :. R = ( A × B) ∪ ( A × E ) = [ µ A (u ) ∧ µ B (v)] ∨ [1 − µ A (u )], ∀u ∈ U , v ∈ V % % % % % % %. 3.24 式. 而在模糊推論系統中，近似推論的邏輯結構說明若已知模糊集合 A，則可經 由模糊關係 R 的轉換得知模糊集合 B，即: % B = Ao R 3.25 式 % % % 條件語句“if A then B else C”可分解為“if A then B”或“if A then C”。假設論 域關係為 A=U 論域、B=C=V 論域，則條件語句“if A then B else C”在論域 U×V 的模糊關係 R 為: %. R = ( A × B) ∪ ( A × C ) 3.26 式 % % % % % 而假設已知模糊集合 A，則可經由模糊關係 R 的轉換得知對應的模糊集合 B，即:. B = Ao R 3.27 式 % % % 而條件語句“if A and B then C”同樣可分解為“if A then C”和“if B then C”。其 中論域關係為 A=B=U 論域和 C=V 論域，則條件語句“if A and B then C”在論 域 U×V 上的模糊關係為:. R = ( A× C) ∪ (B × C) 3.28 式 % % % % % 而假設已知模糊集合 A 和 B，則可經由模糊關係 R 的轉換得知對應的模糊集 合 C，即:. 28.
(49) 第二章 文獻回顧. C = ( A o R) ∩ ( B o R) 3.29 式 % % % % % 不管何種條件句，都會因為條件句的不同，使得模糊關係亦跟著改變，但之 後由模糊關係推論結論時，所依照的規則皆是合成運算。因此，模糊控制器 推論最主要的核心應為合成運算法則。至於其他複雜模糊條件語句，皆可利 用上述條件語句推論推導得到。. 伍、模糊控制簡介 傳統的控制理論發展至今，已有相當長的歷史，但與模糊控制理論相比，傳 統控制方法僅侷限於被控系統必須相當明確並且可以用嚴謹的數學模式進行 描述。傳統控制理論對於現今多變、複雜且模糊的工業界來說，所能控制的 項目著實不多，有些更是無法建立其數學模型，導致傳統控制理論或現代控 制理論很難取得滿意的控制效果。 隨著時代的進步，人工智慧控制技術亦隨著技術發展漸漸引入工業界，與傳 統理論相比，可發現人工智慧控制皆是模擬人類思考決策的方式來解決問 題，故並不需要精確的數學模型，同時此項優點亦是工業界所盼望的。所以 此方法才能突破傳統控制理論的應用限制，在真實且多變的系統上獲得令人 滿意的控制成果。而模糊控制就是其中一種，也是應用最廣、成效最大的方 法。 人類從以前開始，在語言的表達以及經驗上的傳承都是相當模糊且概念化， 然而 Zadeh 教授所提之模糊理論就是針對語言進行分析的數學模式，將不明 確的語言給予明確化、數據化，再將資訊交給機器去做控制。而模糊邏輯不 同於傳統的二值邏輯亦在於模糊邏輯是在 0 和 1 間建立一個緩衝區，使得人 類在邏輯推理上有較寬廣且彈性的空間，使理念與經驗能較完善的表達。 模糊控制系統主要是利用模糊邏輯的思考方式，而設計模糊控制器的作業原 理，是一組以語意描述的定性控制法則，其糢糊邏輯控制系統如圖 2-4。. 29.
(50) 建築工程施工風險評估模組與案例建置. 圖 2-4 模糊邏輯控制系統基本結構 （資料來源： 資料來源：楊英魁等人編著 楊英魁等人編著,2002,p65 編著,2002,p65） ,2002,p65） 糢糊邏輯控制系統區分為下列五個主要部分: 1.模糊化單元. 將外界所偵測到的數值輸入，經過一比例映射並傳送至相對應之模糊 論域中，再利用可將模糊化之隸屬度函數，將此輸入的資料轉換為適當的 語意值，供之後的模糊推論使用。 2.推理引擎. 模糊引擎為整個糢糊控制器的核心，主要是根據現存的模糊法則來進 行模糊理論的合成運算。在此將利用圖解法介紹一般最常使用的推理演算 法，如圖 2-5。此圖為兩個輸入與一個輸出的系統，且僅有兩個條件敘述， 在合成時採用 min 操作。其中敘述條件如下: Rule 1:if x is A1 and y is B1，then z is C1 Rule 2:if x is A2 and y is B2，then z is C2. 首先求得 A 與 A1、A2 及 B 與 B1、B2 間的關係，在取各別之最小值， 求得每條規則的歸屬函數，最後經過合成即可得到結果。其推論過程必須 先將資料庫與控制規則庫建立完成，最後再將結果經由解模糊化，即可得 到現實生活中所需之數值。其中資料庫、控制規則庫與解模糊化皆會在之 後說明。. 30.
(51) 第二章 文獻回顧. 圖 2-5 模糊推論演算 （資料來源： 資料來源：楊英魁等人編著,2002,p68 楊英魁等人編著,2002,p68） ,2002,p68） 3.資料庫 資料庫包含狀態論域、模糊數、隸屬函數，亦即建立模糊介面時所需 要的定義。此資料庫描述事件模糊化後的程度，假若將資料庫設定錯誤， 必定影響控制效果。 4.控制規則庫 此資料庫主要目的是為表達經驗、知識、控制策略，且陳述的條件句大 都是以“If…,then…”為主。總而言之，控制資料庫就是以上述控制法則 來架構整個控制系統。而最常使用的控制法則產生方式有四種： 從專家的經驗與知識獲得 根據操作員的控制行為訂定規則 根據被控制系統的特性訂立法則 藉由自我學習的方式獲得 5.解模糊化單元 解模糊化的工作，主要是將上述推理引擎經模糊運算後所得的模糊數 值，利用解模糊函數且經比例映射後轉成實際物理量，以供外界系統操作 使用。其中解模糊化的方法很多種，在此僅介紹重心法，其公式如下所示:. 31.
(52) 建築工程施工風險評估模組與案例建置. y=. ∫ yµ ( y)dy ∫ µ ( y)dy B. B. 3.30 式. 陸、近似推論 近似推論系統 推論系統 此一系統主要是利用條件式語句來描述人類知識的系統，並以 Fuzzy 知 識庫(Fuzzy Knowledge Base，FKB)和 Fuzzy 推論機(Fuzzy Inference Engine， FIE)為主要核心部門，屬於 Fuzzy 規則式系統(Fuzzy Rule-Based System，簡 稱 FRBS)。在 FKB 內包含受控對象所涉及的領域知識(domain knowledge)和 操控目標定性與定量資訊，主要由資料庫(data base)與規則庫(rule base)組 成。規則庫則是利用 Fuzzy 蘊含式(fuzzy implication)作為命題連接的方式， 在數學意義上，可說是由 A1 對應到 B1 的模糊關係。運算為:. Rm = mA →B (u, v ) = ∫ U ×V ( µ A (u ) ∧ µ B (u )). 3.31 式. 公式中 A 和 B 是屬於兩個論域 U 和 V 的 Fuzzy 集合，對於 Mamdani 蘊含式 而言，即是做 A 和 B 的直積，對於直積計算方式可利用下面簡單例子進行說 明: 例題:設定溫度的論域為 T={70,80,90,100}，壓力的論域為 P={10,11,12,13,14} 。假設溫度高及壓力大的模糊集為 T={0/70,0.2/80,0.6/90,1/100}、P={0.3/10, 0.5/11,0.7/12,0.9/13,1/14}，求若溫度高，則壓力大的模糊關係為何?. 32.
(53) 第二章 文獻回顧. 0 0.2 Rm = T × P = ∧ [ 0.3 0.5 0.7 0.9 1] 0.6 1 (0 ∧ 0.3) (0.2 ∧ 0.3) = (0.6 ∧ 0.3) (1 ∧ 0.3) 0 0.2 = 0.3 0.3. (0 ∧ 0.5) (0.2 ∧ 0.5) (0.6 ∧ 0.5) (1 ∧ 0.5). (0 ∧ 0.7) (0.2 ∧ 0.7) (0.6 ∧ 0.7) (1 ∧ 0.7). (0 ∧ 0.9) (0.2 ∧ 0.9) (0.6 ∧ 0.9) (1 ∧ 0.9). (0 ∧ 1) (0.2 ∧ 1) (0.6 ∧ 1) (1 ∧ 1) . 0 0 0 0 0.2 0.2 0.2 0.2 0.5 0.6 0.6 0.6 0.5 0.7 0.9 1 . 一條模糊蘊含式只表示某單一種輸入狀況與輸出的對應關係。因此，對 於整個系統的輸入與輸出關係則需要許多蘊含式加以描述，為一個多蘊含式 系統。對於 Mamdani 蘊含式而言，是將每條規則利用 OR 作為蘊含式之間的 連結詞，即使用聯集運算來進行統合，經由統合之後即可變成一個由 A 到 B 的模糊關係 R。. Rm = R1 ∪ R2 ∪ L ∪ Rn = µ A→B (u, v) , ∀ u ∈U and v ∈ V. 3.32 式. Fuzzy 推論機部門主要是運用知識庫內的規則與事實推論出新的結論，其概 念是依據近似推理中的 GMP(general modus ponens)，使 fuzzy 蘊含式 PQ 接受 P’的真值後可推導出 Q’，可寫為. P' ∩ (P → Q) ⇒ Q'. 3.33 式. Fuzzy 推論中又分成直接模糊推論與間接模糊推論，若採用直接模糊推論的. 方式(如圖 2-6)。直接推論即是事先將規則庫裡所有的規則，以模糊關係 R 表 示，之後 R 在與事實(即輸入值)做模糊關係的 max-min 合成運算(如圖 2-7)， 則可得結論。另外，fuzzy 關係 max-min 合成運算的運算式如下:. 33.
(54) 建築工程施工風險評估模組與案例建置. µ B ' (V ) = ∨ {µ A ' (u ) ∧ µ A→ B (u, v)} = ∨ {µ A ' (u ) ∧ [ µ A (u ) → µ B (v)]}. 圖 2-6 直接模糊推論 （資料來源： 資料來源：本研究整理） 本研究整理）. 34. 3.34 式.
(55) 第二章 文獻回顧. 圖 2-7 maxmax-min 合成運算過程 （資料來源： 資料來源：本研究整理） 本研究整理）. 35.
(56) 建築工程施工風險評估模組與案例建置. 第四節 遺傳演算理論 遺傳演算理論 遺傳演算法是模擬自然界中遺傳和進化機制過程而形成的自適應式全域 最佳化機率式搜尋算法。演算過程則運用編碼規則代替實際問題的參數範 圍，並以適應度函數為求解時的評估依據，再透過對生物遺傳和進化過程中 選擇、交配、突變機制的模仿，來完成該問題全域性最佳解的搜尋過程，達 到解決問題之目的。本節將針對遺傳演算法的基本概念、運算過程以及各階 段演算重點進行介紹。. 壹、遺傳演算法之基本概念 對於求解函數最大值的最佳化問題而言，一般可利用該數學規劃模型進 行描述 20 :. max f (x ) s .t . X ∈ R R ⊆ U . (2.1) T. 2.1 式中，f(x)為目標函數， X = [ x1 x2 ... xL ] 為設計變量，U 為求解的. 基本空間，而 R 則是 U 當中的一個子集。因此，滿足約束條件的解 X 可稱 為可行解，而集合 R 則是表示滿足所有約束條件所組合而成的子集，稱為可 行解集合，其中之間的關係可由圖 2-8 所示。. 周明、孫樹棟(2005)，遺傳算法原理及應用，國防工業出版社。。. 20. 36.
(57) 第二章 文獻回顧. 圖 2-8 最佳化問題的可行解及可行解集合示意圖 (資料來源: 資料來源: 周明、 周明、孫樹棟,2005 孫樹棟,2005) ,2005) T. 遺傳演算法常把一個染色體表示為 N 維變數向量 X = [ x1 x2 ... xN ] ，或 以 X 所組成的符號串 X i (i =1, 2, L, N) 的方法來表示: X = [ x1. x2. T. ... xN ] = X 1 X 2 L X N. (2.2). 2.2 式中，顯示一個染色體中會有 N 個遺傳基因數，而每個 Xi 為一個遺. 傳基因，其所有可能取值的基因稱為等位基因。 等位基因可為一組整數或一種記號，其中最簡單的等位基因是由 0 和 1 所組成，相對應的染色體即可表示為一個二進制符號串。每一個染色體 X 需 要按照一定規則定義出適應度，適應度與其對應個體表現型 X 的目標函數值 相關聯，X 越接近於目標函數的最佳解，相對應的適應度越大。所以，在遺 傳演算法的最佳化求解過程中，主要是針對變數 X 組成問題的求解空間來進 行搜尋。 依據進化理論顯示，其生物進化過程主要是以整體的行為為主，使得遺 傳演算法的核心分析對象亦將著重於個體組成的集合，即群體之上。另外， 為模擬生物自然進化的過程，遺傳演算法透過染色體之間的選擇、交配和突. 37.
(58) 建築工程施工風險評估模組與案例建置. 變，以反覆迭代過程進行世代計算，並以 P (t ) 代表第 t 代的群體，依照優勝 劣汰的生存法則將適應度較高的個體遺傳和進化到第 t+1 代上，亦即群體 P (t + 1) ，直到接近問題的最佳解( X% )或是達到收斂條件。21. 貳、簡單遺傳演算法之運算過程 根據上述遺傳演算法基本概念的介紹，其演算流程可以圖 2-9 表示。經 由圖 2-9 可以清楚了解演算法主要是由三種遺傳運算(選擇運算、交配運算、 突變運算)所組成，其演算過程將如下所述: 初始化階段:設定最大進化代數 T 並隨機產生初始族群(population)，再對 染色體(chromosome)進行二進制(binary)或實數型(continuous)編碼。 評價階段:對隨機產生之初始族群進行評估，大多以目標函數來評估群體 中個體的優劣或適應情形。 選擇運算: 將每個個體的適應度之評估結果進行排序，並從第 t 代群體 P (t ) 中選擇出較優良的個體，作為進入下一代群體 P(t + 1) 之個體，藉此淘汰 適應性較差的個體而滿足優生條件。 交配運算:依據定義之交配率得知必須基因交換之對數，再從群體 P (t ) 內 隨機搭配成對並且進行交換，藉此產生更好的下個世代，使數值逐漸逼近最 佳解。 突變運算:以定義之突變率，對新的子代進行染色體上的亂數變異，目的 在於跳脫局部最佳解，找尋鄰近可能的全域最佳解。. 蘇進國(2008)，模糊遺傳演算法在橋梁耐震性能設計之應用與耐震維修補強生命週期成本 最小化之研究，國立臺北科技大學土木防災研究所博士學位論文。. 21. 38.
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