教育部補助技專校院發展學校重點特色專案計畫

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教育部補助技專校院發展學校重點特色專案計畫

九十七年度修正後具體計畫書

計畫中文名稱:發展工程與工業品質檢測技術特色計畫

計 畫 英 文 名 稱 : Distinguished Project for Building up Assessment Technology in Engineering and Industrial Quality Assessment

全 程 計畫:自民國 96 年 8 月 至 民國 99 年 7 月 止 本年度計畫:自民國 97 年 4 月 至 民國 97 年 12 月 止

朝陽科技大學

中華民國九十七年四月二十九日

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目 錄

(一)計畫基本資料表...1

(二)整體計畫執行內容摘要...2

(三)本年度計畫執行內容摘要...3

(四)計畫目標(發展重點項目)...5

(五)背景及現況(含與產業發展及校務發展計畫重點)...7

5.1.校務發展計畫重點及特色...8

5.2. 第一年計畫現況及進度內容...9

(六)具體內容及配套措施(如校內發展整合情形與現有設施及未來設施規劃、 課程規劃、使用規劃、管理規劃等)...20

6.1 校內發展整合情形與現有設施...20

6.2 子計畫一之內容與規劃...23

6.3 子計畫二之內容與規劃...25

6.4 子計畫三之內容與規劃...28

6.5 子計畫四之內容與規劃...31

6.6 預備採購設施與課程規劃...34

(七)實施進度及分工...35

7.1 子計畫一...35

7.2 子計畫二...36

7.3 子計畫三...37

7.4 子計畫四...38

(八)經費需求及行政支援...41

(九)預期成效及影響...43

(十)觀摩活動規劃...45

(十一)管考指標與構面...48

附件一 「營建工程常用檢測方法」課程大綱...51

附件二 「非破壞評估在營建工程之應用」課程大綱...53

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表 目 錄

表 4.1 子計畫研究議題及計畫目標...6

表 4.2 四個子計畫研究議題及發展重點項目一覽表...6

表 5.1 學程課程設計...13

表 6.1 非破壞檢測中心軟硬體統計表...22

表 6.2 子計畫四相關硬體、套裝軟體與自行開發軟體之相關資源...23

表 6.3 子計畫二的目標及執行方法與影響...25

表 6.4 第二年度計畫預定採購設施規劃表...34

表 6.5 第二年計畫相關課程規劃...34

表 7.1 子計畫一重點項目之權責分工及進度表...35

表 7.2 子計畫二人力與分工一覽表...36

表 7.3 子計畫三人力及分工一覽表...37

表 7.4 「工業品質檢測」技術研發團隊...38

表 7.5 教學內容與現有相關課程配合表...39

表 8.1 第二年各子計畫主要經費項目之預算規劃申請表(修正後)...42

表 8.1b : 第二年度(97) 標餘款經費運用規劃表 ...43

表 11.1 整體計畫管考指標構面與時機...48

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目 錄

圖 5.1 壓汞儀儀器照片(廠牌型號 Poremaster PM60)...10 圖 5.2 子計畫二購置 2.3G 之高頻 GPR 天線...11 圖 5.3 GPR 天線載具...11 圖 5.4 基本古典力學實驗設備(a)光電式單擺實驗(b)光電式轉 動慣量(c)光電式自由落體...13 圖 5.5 基本古典力學實驗設備(a)楊氏係數測定實驗(b) 2.0M

氣墊軌道...13 圖 5.6 子計畫四第一年所採購之顯微檢測系統...15 圖 6.1 e-IMI 概念之相關技術架構圖...31

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(一)計畫基本資料表

計 畫 型 態 █校內整合型 □校際合作型 計 畫 歸 屬 □新申請案 █延續案 計 畫 領 域 □政策型:( )█特色型:(永續發展之檢測技術 ) 總計畫名稱 發展工程與工業品質檢測技術特色計畫

執 行 單 位

█校內:營建工程系、工業工程與管理系

□校際:

主辦學校:

夥伴學校:

姓 名 潘吉齡 姓 名 徐松圻

電 話 04-23323000 轉 3011 電 話 04-23742324 傳 真 04-23742325 傳 真 04-23742325 計

畫 總 主 持

人 E-mail clpan@cyut.edu.tw

計 畫 聯 絡

人 E - m a i l schsu@cyut.edu.tw

經 常 門 1,980,000 經 常 門 0

資 本 門 31,496,000 資 本 門 5,000,000 全 程 計 畫

補 助 經 費 需 求

合 計 33,476,000

本 年 度 計 畫 補 助 經 費 需 求

合 計 5,000,000 經 常 門 1,400,000 經 常 門 500,000 資 本 門 5,600,000 資 本 門 750,000 全 程 計 畫

學 校 配 合 款

合 計 6,500,000

本 年 度 計 畫 學 校 配 合 款

合 計 1,250,000

計畫序號 計畫名稱 主持人 職稱 服務單位

總計畫 0 發 展 工 程 與 工 業 品 質 檢 測 技 術

特色計畫 潘吉齡 教授 朝陽科技大學

營建系 分項計畫 1 結構材料檢測技術研究 李明君 副教授 朝陽科技大學

營建系 分項計畫 2 公共工程非破壞檢測技術研究 鄭家齊 副教授 朝陽科技大學

營建系 分項計畫 3 大地工程非破壞檢測技術研究 徐松圻 教授

兼系主任

朝陽科技大學 營建系 分項計畫 4 工業品質檢測技術研究 林宏達 副教授 朝陽科技大學

工管系

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(二)整體計畫執行內容摘要

由於地球整體資源的有限及氣候及生態在近年來之急遽改變,「永續發展」

現今已成為全球發展最重要課題,強調文明發展與環境生態必須共生共存,作 為地球村的一員,台灣亦不能自外於此趨勢,在我國目前的科技、經濟與技術 等各方面條件下,政府部門積極推動節能技術、綠色科技及資源再利用技術的 研發。本計畫主要目的即在發展符合永續發展及綠色科技之土木營建及工業產 品使用的非破壞檢測技術,運用此計畫所購置之儀器來研發新技術,並用來發 展一系列非破壞檢測課程與教材,及透過訓練班或說明會來宣導。

對於國內每年有多達數千多億元的營建材料產值,若能將這些製品,透過 對材料性質的瞭解,設計出符合節能、環保及安全內涵的建築結構,便是朝此 永續發展方向邁進的具體作為。加上材料使用一段年限或遭遇外力後,如何確 保其材質強度能符合原先設計標準及要求,最好之方法即透過非破壞檢測來得 知,而不建議全用破壞性試驗及全面拆除與重置,以減少相關廢棄物產生。然 而不論是新式永續材料研發或是改良傳統建材,皆有賴輔以實用之結構材料檢 測技術,此將為本計畫之主要發展技術之一。

政府一直以每年四千億至五千億的預算進行台灣地區的公共工程建設,舉 凡高速公路、高速鐵路、雪山隧道及捷運等,由於這些工程的影響層面既深且 廣,非但工程的費用鉅大,其施工品質及完工後的管理、使用亦關係民眾安危 福址。土木非破壞檢測技術由於其非破壞的特性,遂成為施工期間的品質管制 以及長期反覆使用後之安全評估的重要工具。非破壞檢測有著經濟、快速與便 利的優點,因此,無論於醫學、造船、鋼鐵及航太工程上,非破壞檢測的應用 已行之有年,反觀於營建相關產業上確鮮少被使用,主要由於土建結構多為非 均質材料,在應用上具有一定的困難度,但近年來,拜檢測技術與儀器的長足 進步,應用適當方法已能用於檢測基樁完整性、混凝土缺陷、地下管線位置..

等土建相關項目,並且獲得相當的成效,此為本計畫之主要發展技術之二。

台灣地形起伏大,平地面積少,山坡地的面積佔全島總面積 70%以上。此 外,因全島位處地質不穩定地帶上,加上降雨量豐沛而集中,每逢颱風、豪雨 來臨,常形成嚴重的邊坡滑動災害,造成鉅大經濟損失及傷亡。自 921 地震後,

更因劇烈地動造成台灣地區地質更加不穩定,原本震前穩定之山坡地,許多區

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域於震後成為潛在發生崩塌之警戒區,因此,除應做好例行水土保持工作外,

地層及性質調查、坡地探勘與監測也是不容忽視的工作。大地震測之非破壞檢 測技術為快速有效之地球物理探勘方法,此為本計畫之主要發展技術之三。

此外,品質管理在台灣工業發展的過程中向來佔有極重要的地位,隨著台 灣工業界整體發展規模上與方向上的調整,現今品質管理之觀念與技術,被應 用在各種不同的行業的層次較之以往更深更廣。綜觀目前台灣整體經建指標,

已朝向實現亞太營運中心的願景規劃,而各項內需建設亦以實現成為高科技工 業島之理想邁進之中。因此,未來台灣品質管理人才的需求,不論在質或量方 面都將大為提高。熟習並擅用工業品質管理之方法,毫無疑問是新一代工業管 理人才所須具備之基本學能。而參與工業檢測技術創新研發或接受新檢測技術 觀念者,更是要能成為出類拔萃經理人才所不能或缺的訓練之一,因此,工業 品質檢測技術為本計畫之主要發展技術之四。

(三)本年度計畫執行內容摘要

本計畫配合本校營建工程系(簡稱營建系)以及工業工程與管理系(簡稱工 管系)兩系之中長程系務發展計畫;一方面依據國內相關土木工程基礎建設之需 求,提出具永續性、科技性、實務性之工程品質檢測研究議題;另一方面考量 國內產業結構升級後,工業品質管理者所需的新思維,規劃出符合品質管理新 趨勢的檢測技術研發推廣議題。藉由本計畫之實施,增強兩系所在個別檢測工 程相關議題之研究及教學能量,充實多項重要硬體與軟體設備,發展並強化兩 系所於工程與工業品質檢測相關專長領域之特色。本計畫所包含四大提案議題 分別發展成四個子計畫;子計畫一:結構材料檢測技術研究,子計畫二:公共 工程非破壞檢測技術研究,子計畫三:大地工程非破壞檢測技術研究,以及子 計畫四:工業品質檢測技術研究。

本計畫為第二年之計畫,因此以整體計畫目標及內容及正執行的第一年教 育部所補助之發展學校重點特色專案計畫成果,來規劃及進行第二年之計畫內 容如下:

子計畫一:本年度的子計畫仍然要持續推動「新材料新技術」或「結構材 料」等相關課程與研究為主要目標;並進行重要研究議題如發展綠建材或廢棄

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物再生利用、節能輕質骨材技術與材料內部結構微觀技術研究與檢測。計畫將 利用開設「新材料測試工作室」企業學程之教學與實習以及相對重點儀器設備 之擴充,來執行與進行上述研發與檢測技術專題相關教學與研究。

有關重點儀器設備之擴充說明,目前本校之 MTS 在混凝土及輕型鋼組合 牆體之研究上已發揮良好的成效,雖然營建系已有 MTS 試驗系統與機動態試 驗機台,但卻缺乏反力構架系統可以測試材料機械性質的油壓夾具,另一方 面,MTS 試驗系統已老舊,部分控制板無法讀取或操控,需更新 MTS 數位控 制器,考量採購 MTS 反力構架系統與更新 MTS 數位控制器在本子計畫上扮演 了相當重要的角色,營建工程系在課程發揮的領域上可以變的更加寬廣,對於 結構與材料的研究發展方向上將會變的更加多元。

子計畫二:本年度將致力於橋樑及軌道結構系統之非破壞檢測及監測技術 開發,為執行「發展橋樑及軌道結構系統之非破壞檢測及監測技術」之計畫目 標,將購置雷射測量系統,藉由非接觸方式量測橋樑定點變位狀況,配合營建 系原有之加速規探頭及資料處理系統,可完備橋樑監測系統之儀器設備。在軌 道檢測方面,營建系所屬之非破壞檢測中心預計添購乾點式超音波導波檢測 儀,此儀器不需任何耦合劑在貼附於軌道時,可以共振方式傳遞導波進入軌道 內以檢測三公里內的瑕疵位置。應用此儀器再配合營建系原有之金屬探傷儀,

預期可以快速檢測軌道缺陷,此外本項儀器亦有其他應用的潛勢,例如檢測橋 樑預力鋼鍵之斷裂位置、地錨自由端及固定端的長度等,均為營建工程中亟待 以非破壞方式檢測的問題。同時規劃試行「公共工程非破壞檢測」學程中之「結 構震動監測」實務課程及「電子學試驗」課程;並與子計畫二共同完成「現地 檢測試驗場」的細部規劃。

子計畫三:本子計畫第二年著重在表面波震測,運用表面波頻譜法(SASW 法)來探測土壤性質,主要是由一個震源和兩個受波器所組成,利用鐵錘或震動 機器敲擊地表面,產生不同頻率之震波,由受波器接收震源所發出之表面波訊 號,再針對單一頻率之震波,推求兩受波器間之相位差,求得表面波相位速度 對頻率(或波長)之關係。最後再經由反算分析,計算地下土層之剪力波速,進 而推估地下土層之剖面。再來即與子計畫二配合,建立包含透地雷達、應力波 震測、地表與地下結構物非破壞檢測現地試驗場(全國唯一),以提供學生安全

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不同條件下,地錨潛變荷重與極限錨碇力之關係,進而彙整成一套簡單之設計 圖表,以提供大地工程師設計卵礫石層與砂頁岩互層中地錨尺寸時參考。將營 建系目前所開授與地錨施工或檢驗等相關課程,透過學校推廣教育,開放給業 界選修。第三個重點為購置震測用 50MHz 透地雷達天線,建立一完整的透地 雷達儀器設備,以利於檢測不同深度或厚度的地層或材料,將來可與表面波震 測結果相比對。

子計畫四:本子計畫第二年著重在聲音檢測系統與量測,和檢驗專家系統 的建立,並採購相關配合之設備。由於今日工業檢測之異常辨識,隨著製程邁 向自動化,大多以視覺電腦診斷方式進行,唯此方式對於因機器零機件異常所 產生的故障聲訊,卻無法即時進行異常之判斷,譬如當汽車引擎發生異常,在 其運轉時會因為摩擦與振動而發出異音,即需運用聲音檢測系統檢測異常。聲 音辨識系統於安全管制辨識系統、取代鍵盤輸入方式、嬰兒保母系統、樂音辨 識系統等等皆有廣泛之應用。為分析聲音訊號,如聲音訊號異常辨識、聲音訊 號分類、集群、聲音訊號分離及聲音專家規則之建立等等,實有賴於檢測專家 系統之建立。專家系統之建立所使用之工具包含統計分析、類神經網路、模糊 邏輯規則、決策樹分析、基因演算法、支援向量機、獨立成分分析等等,使用 之技術可說相當廣泛,因此,本子計畫之目的即在於建立聲音檢測專家系統。

(四)計畫目標(發展重點項目)

根據本計畫各子計畫議題所設定之目標,將本計畫擬發展之重點項目列表 說明,分別如如表 4.1 及表 4.2 所示。各研究議題於計畫執行期間皆包含;擬 增購儀器的採購規劃、新增與現有設備之應用研究,以及檢測相關學程之教學 與技術推廣。將所購置之儀器及研究發展所得之技術與成果,透過訓練班、說 明會或研討會方式來訓練人力及推廣,以及促進與產業間之合作,共謀技術研 發之提升與實務上的應用,期能達到本計畫永續發展之目標與理想。

倘若獲補助之預算額度低於申請預算額度時,將酌刪部分原擬增購儀器與 經費項目,並依實際可資運用之教學研究資源,調整原計畫中各項議題之執行 深度與廣度。換言之,由於本計畫於各項計畫議題之領域皆已稍具基礎或研發 多年,受限經費額度無法按原訂計畫充分執行時,仍將進行較小規模之應用研

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究以及學程設立與技術推廣工作。

表 4.1 子計畫研究議題及計畫目標

子計畫 計畫目標

子計畫一:

結構材料檢測技術研究

1. 配合目前綠建材的政府政策之推展,嘗試建 立相關的營建材料檢測應用與材料內部結構 微觀技術

2. 培養學生熟悉綠建材、節能建材、結構力學 及設計等相關應用

3. 建立綠建材、建築節能規範、結構材料檢測 與微觀技術專題等課程

子計畫二:

公共工程非破壞檢測技術研究

1. 提昇本系「非破壞檢測中心」成為台灣土木 營建工程非破壞檢測方面的重鎮

2. 推動與業界合作,檢測新建公共工程品質以 及老舊公共工程之安全性

3. 建立「公共工程非破壞檢測」之工程檢測實 務課程,培養兼具學理基礎及操作技術之人 才

子計畫三:

大地工程非破壞檢測技術研究

1. 應力波震測技術之改良與研究 2. 大地非破壞技術之應用與推廣 3. 具特色的現地檢測試驗場之建立

4. 潛在崩坍山坡地大規模地形資料建立的技術 研發與應用

子計畫四:

工業品質檢測技術研究

1. 發展工業視覺與聽覺檢測技術 2. 發展與建立品質檢測資訊系統 3. 培育工業品質檢測專業實務能力 4. 落實產學合作與推動國際交流

表 4.2 四個子計畫研究議題及發展重點項目一覽表

子計畫 研究議題及發展重點項目

子計畫一:

結構材料檢測技術研究

1. 推動「新材料新技術」或「結構材料」等相 關課程與研究

2. 開設「新材料測試工作室」企業學程之教學 與實習課程以及相對重點儀器設備之擴充

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部結構微觀技術研究與檢測 子計畫二:

公共工程非破壞檢測技術研究

1. 發展預力及鋼筋混凝土公共工程設施老劣化 檢測技術

2. 發展橋樑及軌道結構系統之非破壞檢測及監 測技術

3. 發展「公共工程非破壞檢測」實務課程藉由

「做中學」之實際操作方式以提昇學生之實 作能力

4. 推動非破壞檢測訓練班或說明會,以推廣技 術及培養訓練人才

子計畫三:

大地工程非破壞檢測技術研究

1. 多頻道表面波頻譜檢測技術之改良與研究 2. 透地雷達檢測技術之應用與推廣

3. 地錨錨碇檢測技術之研究

4. 建立具特色之現地檢測試驗場,以提供學生 安全之實習環境並可成為中部地區檢測課程 訓練場地

5. 三維雷射掃描技術之研發與應用 子計畫四:

工業品質檢測技術研究

1. 電子與光學製品之視覺檢測系統之發展 2. 工業製品之聽覺檢測系統之發展

3. 網路化工業品質檢測資訊系統之建立 4. 「工業品質檢測技術」學程之規劃及推動

(五)背景及現況(含與產業發展及校務發展計畫重點)

隨著知識不斷創新、科技日益進步加上網路資訊之廣泛應用,人類社會朝 全球化的方向發展是必然的趨勢。任何具競爭力之已開發國家確保其競爭優勢 的做法,不僅需大力投入資源於提升重點科技產業之研發能量,對於相關傳統 工業也需相對輔以更高水準之品質控管要求以及執行效率,才能將經濟實力扎 根。而不論多元社會朝何種方向發展,基礎建設以及相關硬體工程也必須同時 在時效、品質與量產上加以配合,否則任何重大投資將無法獲得效益上的最大 發揮。而引用正確之工程品質檢測以及工業品質檢測措施,便是在提升基礎硬 體建設以及厚實工業產出質量方面,根本且有效的一種作為。

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5.1.校務發展計畫重點及特色

本計畫配合本校營建工程系(簡稱營建系)以及工業工程與管理系(簡稱工 管系)兩系之中長程系務發展計畫;一方面依據國內相關土木工程基礎建設之需 求,提出具永續性、科技性、實務性之工程品質檢測研究議題;另一方面考量 國內產業結構升級後,工業品質管理者所需的新思維,規劃出符合品質管理新 趨勢的檢測技術研發推廣議題。藉由本計畫之實施,增強兩系所在個別檢測工 程相關議題之研究及教學能量,充實多項重要硬體與軟體設備,發展並強化兩 系所於工程與工業品質檢測相關專長領域之特色。本計畫所包含四大提案議題 分別發展成四個子計畫;子計畫一:結構材料檢測技術研究,子計畫二:公共 工程非破壞檢測技術研究,子計畫三:大地工程非破壞檢測技術研究,以及子 計畫四:工業品質檢測技術研究。各子計畫計畫目的與校務計畫間之關係摘要 說明如下:

子計畫一:結構材料檢測技術研究的主要目標,在於配合目前綠建材的政 府政策之推展,嘗試建立相關的營建材料檢測應用與材料內部結構微觀技術專 題,透過碩士班專題課程與大學部相關課程之教學,培養學生熟悉綠建材、節 能建材、結構力學及設計等相關應用,延續本校理工學院發展計畫 92-95 學年 度中,所推動的『大學基礎教育』改善計畫,以強化營建系的實作教學,在教 學與研究的相關設計,擬推動「綠建築」或「綠營建」等相關課程與研究,以 建立綠建材、建築節能規範、結構材料檢測與微觀技術專題等新的特色項目。

子計畫二:公共工程非破壞檢測技術研究的主要目標為以完備的檢測儀器 設備及先進之檢測技術,提昇營建系「非破壞檢測中心」成為台灣土木營建工 程非破壞檢測方面的重鎮並與產業界合作私人檢測新建公共工程品質以及老 舊公共工程之安全性,以及建立「公共工程非破壞檢測」之工程檢測實務課程,

落實產學合作,以培養兼具學理基礎及操作技術之人才,厚實技職教育應具備 之「即時就業」的實用能力。

子計畫三:大地工程非破壞檢測技術研究的主要目標為結合課程講授與實 做訓練方式,有計畫培育具檢測專長之高級防災科技研究與規劃人員;藉由研 究成果交流,增強參與教師之研究水準及論文發表績效,以達提昇本校在國 內、外之學術地位;另可藉由充分的檢測硬體設備與研究人才的優勢,積極參

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與政府之相關防災檢測計畫;研擬符合實務界需要之研發內容,配合業界委託 執行人員訓練與檢測業務,期與業界達成雙贏合作夥伴關係。

子計畫四:工業品質檢測技術研究的主要目標為培育新一代具 e-QC 電子 化品質管理理論與實務兼俱的人才,使其能應用現代化資訊科技,有效管理與 改善「工業品質檢測」與「品質管理資訊」兩大系統;配合國內外業界與國家 整體發展的需求,提供與培養能兼顧理論基礎與實務發展的專業人才,並藉由 此過程建立自身的高附加價值與特有風格;建立「工業品質檢測」之精密檢測 實務課程,落實產學合作,以培養兼具學理基礎及操作技術之人才,發揮技職 教育應具備之「即時就業」的精神。

5.2. 第一年計畫現況及進度內容

本計畫第一年由於所補助之經費有限,因此,將有限之經費分別用於四個 子計畫中,用來購置目前最需要之儀器設備及教學設施,第一年詳細成果內容 請見九十六年度計畫執行報告書,底下將第一年計畫執行現況與內容簡 述如以下:

(1) 子計畫一

營建系近年來在營建結構材料的研究,主要包括有輕質骨材混凝土、超高 強度混凝土及輕鋼構三種結構材料之研究。子計畫一之內容便是以此為基礎,在 第一年購置壓汞儀設備,將可進一步規劃相關之「檢測技術應用」與「營建材料 內部結構微觀」方面的研究,將之融入於結構材料領域相關之課程教學以及研究 構想之中。並將持續強化營建系在「綠建材」、「節能營建材料」與「新材料」研 發技術專題方面之相關教學內容與研究質量,未來並設定朝可設立「材料科學微 觀檢測中心」之目標努力。

壓汞儀是近年來最常用於求得材料內部微細孔隙分佈的儀器與方法,其量 測精度較佳。由於水銀的表面張力大,縱使和其他多孔材料接觸,水銀也不會被 吸入。但若給予適當的壓力,則水銀會填入其他材料孔隙之中。測試時,將待測 試體浸入水銀中,逐漸提高對水銀所施加的壓力,而水銀在受到壓力的狀態下,

會開始滲入待測試體的孔隙中,因此,可以根據壓入材料中水銀的體積與所加壓 力之間的函數關係,計算孔隙的直徑以及孔隙的體積。藉由孔隙體積與孔隙直徑

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關係,可以用壓汞法的試驗資料求出孔隙率。壓汞儀儀器(廠牌型號 Poremaster PM60) 如圖 5.1 所示,此外本項儀器亦會納入「營建材料試驗」及「實驗方法 導論」兩門課程示範教學使用。

圖 5.1 壓汞儀儀器照片(廠牌型號 Poremaster PM60)

(2) 子計畫二及子計畫三

本年度之計畫目標在購置發展公共工程設施老劣化檢測技術所需之儀器設 備、發展預力及鋼筋混凝土公共工程設施老劣化檢測技術、規劃公共工程非破壞 檢測學程課程細部內容、主辦或協辦非破壞檢測訓練班以提昇國家公共工程之檢 測水準。

在計畫成果方面由於經費不足目前僅購置高頻透地雷達天線以及鋼筋腐蝕 電位檢測儀,尚缺乾點式超音波陣列式檢測儀。2.3G 之高頻 GPR 天線(如圖 5.2 所示)除了可應用於混凝土表面老劣化的研究,亦可在鋼筋混凝土樑柱板構件 以網格方式掃描來求取主筋及箍筋的位置分佈,可作為找尋可鑽心點位以及工程

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驗收之用,另外亦購買 GPR 天線載具以搭配大型的低頻天線及方便大規模測試 與掃瞄(如圖 5.3 所示)。而混凝土結構的老劣化大部分是由鋼筋腐蝕所造成,

腐蝕電位檢測儀器可大範圍檢測結構中鋼筋腐蝕的可能性,配合其他檢測儀器可 準確探測腐蝕造成之混凝土劣化深度及範圍。此外兩項儀器亦會納入「營建工程 常用檢測方法」以及「非破壞評估在營建工程之應用」兩門課程示範教學使用。

圖 5.2 子計畫二購置 2.3G 之高頻 GPR 天線

圖 5.3 GPR 天線載具

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在「公共工程非破壞檢測」學程的建構方面,其課程規劃內容如表 5.1 所示,

目前已完成「物理」、「營建工程常用檢測方法」以及「非破壞評估在營建工程之 應用」課程之詳細規劃。

「物理(內含物理實驗操作) 」本課程介紹物理學中之基本古典力學並偏重 與土木工程相關之一般動靜力學概念。課程重點除基本向量計算之複習外,包括 質點運動、力量、功與能、碰撞、圓周運動、平衡概念、基本靜力學、基本彈性 力學、波動、聲音等主題。本課程透過有系列的物理原理介紹,選擇性主題之示 範與實做演練來增進學生對基本古典力學觀念的了解,並做為後續相關課程之基 礎。後續課程包括;講授電、磁、光與熱效應之物理(二)、工程動力學、營建工 程常用檢測方法與結構動力學等。

本計畫第一年度共購買基本古典力學實驗設備共五種:(a)光電式單擺實 驗;(b)光電式轉動慣量;(c)光電式自由落體;(d)楊氏係數測定實驗;及(e) 2.0M 氣墊軌道,儀器詳見圖 5.4 及 5.5 所示,將可提供下一年度物理實驗 使用。

「營建工程常用檢測方法」為新設計課程,其教學目標是將營建工程中舉凡 建築、橋樑及材料各方面常用的檢測方法作以統整性的介紹,教學大綱如附件一 所示,本課程除教室授課外,亦會展示重要檢測儀器之操作方式,為學生在進階 課程「非破壞評估在營建工程之應用」中親手操作儀器設備作準備。課程在九十 六學年度下學期由江支弘、余志鵬及鄭家齊教授共同教授,對象為大學部三年級 學生。

「非破壞評估在營建工程之應用」為本學程的進階課程,本課程除將非破壞 評估的原理及應用作詳細介紹外,並對有關的檢測標準透過學生分組實際動手操 作儀器的方式加以說明,主題包括混凝土強度評估、混凝土性質測定、鋼結構檢 測、鋼筋混凝土結構缺陷檢測、橋樑檢測等。本課程共設計 7 種非破壞檢測實驗,

其課程大綱及實驗名稱列於附件二,每一個實驗均已編撰實驗操作手冊,內容詳 細說明每種非破壞檢測法之原理、儀器的設定操作方法,以及數據之分析方式。

(17)

(a) (b) (c)

圖 5.4 基本古典力學實驗設備(a)光電式單擺實驗(b)光電式轉動慣量(c)光電式自 由落體

(a) (b)

圖 5.5 基本古典力學實驗設備(a)楊氏係數測定實驗(b) 2.0M 氣墊軌道

表 5.1 學程課程設計

公共工程非破壞檢測學程 營建工程系

基礎學理課程 物理

相關電磁學及光學試驗 應用實務課程

營建工程常用檢測方法 結構震動監測

非破壞評估在營建工程之應用 學 程

課 程

(18)

在開設研討會及訓練班方面,本系於 2004 年 4 月舉辦第十二屆非破壞檢測 技術研討會,地點為南投日月潭,參與人數為 250 人,發表論文篇數約為 90 篇。

此外研討會中鼓勵本系非破壞檢測相關之研究生發表論文,有十餘人次學生得到 發表論文之機會,因此訓練學生之論文撰寫及口頭發表能力。此外為提升國內非 破壞檢測技術,由本系與中國土木水利工程學會共同主辦之『土木非破壞檢測技 術訓練班—混凝土脈波波速量測、表面裂縫深度與構件尺寸量測』,於 2006 年 12 月 20、21 日兩天,在本校理工大樓舉行,參加人數 14 人。

在混凝土老劣化相關研究及產學合作之產出豐碩:論文方面五年內已發表期 刊論文與研討會論文篇數,及產學合作計畫、國科會計畫件數,詳見第一年成果 計畫報告。

(3) 子計畫四

本子計畫所欲發展的 e-IMI 概念乃是結合 e-Inspection 及 e-Management 兩大 系統所成的架構,其所含的低階技術除了傳統的品質管理技術外,尚包括顯微檢 測系統、動態視覺檢測系統、聲音檢測系統與量測&檢驗專家系統等五大系統。

由於所獲補助經費有限,第一年只先採購顯微鏡檢測系統,如圖 5.6 所示。

顯微檢測技術是使用光學裝置,以非接觸之方式,自動擷取光電訊號或實際 影像,從中獲取資訊,得以控制自動機器或生產流程,達到品管目的。以往人們 用眼睛來檢測,判讀製程中細微的差異,但對於精密度、絕對性、或重複性要求 高的判讀時,人眼則完全無法勝任,如電子及半導體產業的線寬持續下降,或以 每小時 300 公里速度生產光纖的產業,皆必須完全倚賴光學系統或顯微系統放大 後再由數位影像擷取的方式進行檢測。

(19)

圖 5.6 子計畫四第一年所採購之顯微檢測系統(Nikon MM-400/S)

各子計畫在上一年度之研究成果如下:

相關發表期刊文章:

日期 期刊名稱 論文名稱 作者

2007/3

Engineering Geology

Pullout performance of vertical anchors in gravel formation

徐松圻、張景 明

2007/3 中 國 土 木 水 利 工

程學刊 預力混凝土基樁承受軸向載 重行為之分析

許世宗、林商 裕、洪正杰 2007/3 中 國 土 木 水 利 工

程學刊 沉泥質砂土中擴座地錨之垂

直受力行為 許世宗、莊棓

凱 2007/1 Journal of

Construction and Building Materials

A Preliminary Study of Reactive Powder Concrete as a New Repair Material

李 明 君 、 Yung-Chih Wang,

Chui-Te Chiu 2007/5 Computer-Aided

Civil and Infrastructure

Engineering

Dynamic Stiffness Matrices for Analyses in the Frequency Domain

余 志 鵬 、 Wentao Dai and Jose Roesset

2007/4 NDT&E International

Evaluation of simulated transfer functions of concrete plate derived by impact-echo method

鄭家齊、Y. C.

Lin, C. M.

Hsiao and H.C. Chang

2007/11 ASCE Journal of Materials in Civil Engineering

A Preliminary Study for Strength and Durability of Microwave and Steam Cured Concrete

李明君

2007/12 Journal of Composite

Structures

Experimental study of FRP-strengthened RC bridge girders subjected to fatigue loading

Yung-Chih Wang、李明君

(20)

2007/9 Journal of Marine Science and Technology

Ultra-High Strength Steel Fiber Reinforced Concrete For Strengthening or New Construction Material Of RC Frames

Yung-Chih Wang、李明君

2007/9 中 國 土 木 水 利 工

程學刊 受損梁柱接頭構件修補之耐

震成效 王勇智、李明

君、何偉智 2007/12 中 國 土 木 水 利 工

程學刊 卵礫石土大型反覆單剪試驗

儀器之研發與初步結果 林炳森, 林商 裕 , 張 啟 文 , 李仁森, 簡逢 盈

2007/5 Tunnelling and Underground

Space Technology

Mechanical behavior of a twin-tunnel in multi-layered formations

徐 松 圻 , Bin-Lin Chu, Yi-Long

Chang, and Yeong-Shyang Lin

2007/7 International Journal of Applied

Science and Engineering

International Journal of Applied Science and Engineering

李 明 君 、 Yishuo Huang, and Yu-Cheng Kan

相關研討會發表文章:

日期 研討會名稱 論文名稱 作者

2007/10/19

The 2nd International

Conference on Advanced

Nondestructive Evaluation

FEASIBILITY OF EVALUATING THE COMPACTION QUALITY OF SOILS BY THE IMPACT ECHO METHOD

賴俊仁、邱 家裕、鄭家 齊

2007/10/19

The 2nd International

Conference on Advanced

Nondestructive Evaluation

ASSESSMENT OF LOCAL STIFFNESS FOR SLENDER CONCRETE MEMBERS

USING IMPULSE RESPONSE TEST

賴俊仁、余 志鵬、鄭家 齊

2007/10/19 The 2nd International

Conference on Advanced

Nondestructive Evaluation

EVALUATING THE QUALITY OF SOIL GROUTING BY THE SASW METHOD

蔡佩勳、賴 俊仁

2007/10/19 The 2nd International

Conference on Advanced

Nondestructive Evaluation

Identify the locations of concrete cracks with employing the improved active contour model to extract regional boundaries from GPR

黃怡碩, 徐 松圻

(21)

2007/8/31 第 12 屆大地工程

研討會 利用 LabVIEW 軟體開發直接

剪力試驗記讀系統 賴俊仁、陳 沛琪 2007/8/31 第 12 屆大地工程

研討會 傾斜承拉式地錨現地施工試

驗之探討 徐松圻, 辜

承興 2007/8/31 第 12 屆大地工程

研討會

卵礫石層中地錨施工對於地

錨錨定力之影響 徐 松 圻 , 簡 志凱 2007/11/13 ASTM Symposia Corrosion-related Behaviors of

Reinforce Concrete Using Heat Treated of Electroless Nickel-Plated Steel

李明君

2007/11/1 台 灣 混 凝 土 學 會 2007 年混凝土工 程研討會

電漿水淬熔岩作為生態水泥

之初步研究 李 明 君 , 郭 晉延 2007/11/1 台 灣 混 凝 土 學 會

2007 年混凝土工 程研討會

透水混凝土應用於交通工程

之初步研究 李 明 君 , 邱 垂 德 、 顏 聰 、 李 坤 龍、童文志 2007/11/1 台 灣 混 凝 土 學 會

2007 年混凝土工 程研討會

以應力波法檢測混凝土火害

後劣化深度 鄭 家 齊 , 張 志傑 2007/11/1 台 灣 混 凝 土 學 會

2007 年混凝土工 程研討會

利用應力波法檢測混凝土鋼

板補強之介面品質 許耿蒼、林 宜清、鄭家 齊、林居璋 2007/10/19 The 2nd

International

Conference on Advanced

Nondestructive Evaluation

USING SHORT-PULSE GROUND PENETRATION RADAR TO INVESTIGATE

THE CONCRETE DETERIORATION AFTER

HIGH-TEMPERATURE EXPOSURE

鄭家齊

2007/10/19 The 2nd International

Conference on Advanced

Nondestructive Evaluation

EVALUATING BOND

QUALITY AT STEEL/CONCRETE

INTERFACES USING THE NORMALIZED

IMPACT-ECHO SPECTRUM

許耿蒼、林 宜清、鄭家 齊

2007/8/17 SMiRT-19 Monitoring the Real-time Fracture within Reinforced Concrete Under Load Test Using Acoustic Emission Recording Technique

干裕成、裴 廣智、林東 威

2007/11/1 台 灣 混 凝 土 學 會 2007 年混凝土工 程研討會,台北,

11 月 1-3 日。

混凝土裂縫之音射監測及評

估技術之研究 干裕成、裴

廣智、彭炳 閎、林家羣 2007/11/1 台 灣 混 凝 土 學 會

2007 年混凝土工

鋼筋混凝土樑載重試驗音射

監測技術之研究 干裕成、林

家羣、彭炳

(22)

程研討會,台北,

11 月 1-3 日。

閎 2007/8/31 第 12 屆大地工程

研討會 沉泥質砂土中背拉式地錨受

力行為之研究 許世宗、謝

百鉤、唐小 雯、簡國隆 2007/8/31 第 12 屆大地工程

研討會 層狀土壤中承拉式摩擦型地

錨之受力行為 許世宗、唐

雨 耕 林 鈺 恆 簡國隆 2007/10/19 The 2nd

International

Conference on Advanced

Nondestructive Evaluation

Scattering of elastic waves propagating in concrete

江支弘

學生論文發表情形:

發表時間 研究生 論文名稱 指導教授

97 年 2 月 陳昱翔 利用波傳理論檢測土壤夯實品質之可行

性評估 賴俊仁

96 年 7 月 簡志凱 卵礫石層中垂直承拉式地錨施工方式與

拉拔試驗研究 徐松圻

96 年 7 月 賴建勝 利用透地雷達與影像代數在混凝土變異

處之偵測 徐松圻、黃

怡碩 96 年 7 月 詹逸帆 應用透地雷達於台中舊河道地區探測之

初步研究 林商裕

96 年 7 月 蕭秉彝 跨孔式震波檢測敲擊源之研發 賴俊仁 96 年 7 月 賴昆輝 尺寸效應對基樁阻抗縱剖分析法檢測訊

號之影響 賴俊仁

96 年 7 月 陳國峻 砂土中矩陣排列之群錨受力行為 許世宗 96 年 7 月 林英傑 沉泥質砂土中傾斜多段錨碇式地錨之受

力行為 許世宗

96 年 7 月 莊偉廉 混凝土骨材散射效應對暫態彈性波非破

壞檢測技術影響之研究 江支弘

96 年 7 月 彭炳閎 音射法應用於鋼筋混凝土樑之力學行為

研究 干裕成

96 年 7 月 林家群 音射法監測混凝土修補前後之開裂行為

研究 干裕成

96 年 7 月 張智傑 以敲擊回音法檢測混凝土構件於火害後

的劣化程度 鄭家齊

96 年 7 月 張耀鍾 以透地雷達法檢測混凝土構件火害後的

劣化程度 鄭家齊

96 年 7 月 廖宇淵 建築物版狀元件的紅外線檢測與數值分 江支弘

(23)

主辦及協辦研討會(96 年度):

會議名稱 舉辦日期 舉辦地點 參加人數

第 12 屆大地工程研討會 8/29-8/31 溪頭米堤飯店 400 建築物實施耐震能力評估及補

強講習會 12/3-12/3 朝陽科技大學時選廳 80 建築物實施耐震能力評估及補

強講習會 12/8-12/8 朝陽科技大學時選廳 180 全國輕質骨材混凝土研討會 11/16-11/16 朝陽 6 樓會議廳 200 透水混凝土營用於交通工程之

研究教育訓練 10/25-10/25 港灣技術研究中心 50 輕質骨材混凝土產業成果研討

會 9/7-9/7 朝陽科技大學時選廳 100

(24)

(六)具體內容及配套措施(如校內發展整合情形與現有設施及未來 設施規劃、課程規劃、使用規劃、管理規劃等)

6.1 校內發展整合情形與現有設施

1. 結構材料檢測技術研究現況

營建系之教學內容以結構工程、大地工程、營建管理為主,因此在三個主 領域共設有結構、材料、大地、坡地防災、營管等五個實驗室,有關材料實驗室 之設置情形、質量說明、配合課程需求等實施概況詳述如下:

(1).具系科特色材料實驗室之設置情形:

營建系材料試驗室樓地板面積大約 400 平方公尺,擁有儀器設備相當多,如 200 噸萬能試驗機一部、50 噸電子式萬能試驗機一部、200 噸電子式抗壓試驗機 一部、100 噸電子式抗壓試驗機一部等,可進行混凝土與鋼筋之抗拉與抗壓各項 試驗。除此之外,尚有各種非破壞檢驗儀器,可具備同時進行材料與結構構件之 檢測、破壞評估之教學、研究與建教合作之多項功能。

(2).空間、儀器及設備配合培育目標情形:

營建系材料試驗室主要以教學與研究並重, 400 平方公尺面積中,一半以 開放空間為設計,另一半以教學試驗為設計,使學生可安心在實驗室上課,又有 足夠空間讓學生進行各項材料試驗。在教學上,大學部必修課程「混凝土試驗」

在此授課操作,選修課程有「營建材料試驗」,研究所有選修課程「實驗方法導 論」及「營建工程非破壞評估」均可在此上課操練。藉由解說與實際操作各項材 料試驗與非破壞檢驗,讓同學日後在工程實務與研究上,對於鋼筋混凝土與其他 營建材料的特性,能有一些深刻的體認,加深其對營建工程材料的了解。

(3).儀器設備(含電腦軟、硬體設備)之質與量配合課程需要情形:

營建系設備擴充之重心,係以教學及研究並重,同時兼顧學生之實習訓練,

故營建系陸續購買國內外先進的儀器設備,如前述之各種 200 噸及 50 噸萬能試 驗機與 200 噸電子式抗壓試驗機,另外洛杉磯磨損試驗機、電動搖篩機,砂漿拌 合機、混凝土拌合機、空氣含量測定儀、混凝土震動台、透水試驗儀、水泥細度 測定儀、維克儀、吉爾莫儀、坍度儀等,可配合混凝土試驗課程的要需求;另有 再生瀝青回收檢驗設備、瀝青含油量檢測、馬歇爾瀝青混凝土配合設計試驗儀 器、混凝土鑽心機、瀝青針入度儀、混凝土氯離子電滲儀、自充填免搗實混凝土

(25)

檢驗設備等,可配合營建材料實驗課程與瀝青混凝土配合設計課程的需求;另有 混凝土試錘、超音波試驗儀、Impact Echo 試驗儀、鋼筋探測器、混凝土氯離子 檢測儀、混凝土拉拔試驗儀、高精度位移計與各式應變計等可配合研究所實驗方 法導論與營建工程非破壞評估課程之需要。

(4).上課空間設施之規劃情形:

營建系材料試驗室在使用上教學與研究並重。大學部必修課程「混凝土試驗」

和選修課程「營建材料試驗」在此上課,並有九大張試驗桌,因此試驗可為 8 或 9 小組進行演練,讓同學能實際參與操作。另外,研究所選修課程「實驗方法導 論」及「營建工程非破壞評估」亦可在此操作。

2. 公共工程非破壞檢測技術研究概況

除與結構材料檢測研究共用材料實驗室外,營建系之結構非破壞檢測研究 主要進行空間為結構實驗室,為加強服務業界進行檢測委託案,以及推動非破壞 檢測在職教育,營建系設立「非破壞檢測中心」。該中心現有軟體及主要硬體設 施統計表如表 6.1 所示。

3. 大地工程非破壞檢測技術研究概況

營建系現有相關於前述大地工程非破壞檢測議題之課程包含;工址調查、

深基礎工程、地震工程、邊坡穩定與地錨工程等,相關之軟體及主要硬體設施概 況如下:

(1).三維雷射掃描技術方面

營 建 系 目 前 僅 有 JAVAD 單 頻 衛 星 訊 號 接 收 器 、 地 理 資 訊 系 統 軟 體 ARCVIEW 8.0、遙測影像程式 ER MAPPER、遙測影像處理分析程式 Erdas Imagine。

(2).多頻道表面波頻譜技術

表面波震波試驗儀(SASW)、數位示波器與下孔式震波試驗儀等。

(3).透地雷達檢測技術

透地雷達主機一套(含各式頻寬天線多組)。

(4).地錨錨碇檢測技術

深開挖及支撐分析軟體 STABL、RIDO、FLAC 2D、FLAC 3D、TORSA,

岩石力學分析程式 UDEC V3.1。

(26)

表 6.1 非破壞檢測中心軟硬體統計表

編號 軟體名稱 數量

1 Imc-Famos (Update 2002) 1

2 紅外線影像軟體 1

3 Sino-NDT 非破壞檢測軟體 2

4 RAMAC Ground Vision Version 1.41(GPR軟體) 1

5 RAMAC Easy 3D(GPR顯像軟體) 1 6 HP DAC Express(for VXI) 1

編號 硬體名稱 數量

1 Impact-echo pico 整合型接收器(含電腦) Pico Technology Limited ADC-212/3

1 2 2 Agilent VXI E8408A 四槽式模組主機

(含動態與靜態擷取卡) 1

3 數位式波器 1

4 波形產生器 1

5 單通道透地雷達

(含 250MHz、500MHz、1GHz 整合式天線) 1

6 紅外線攝影機 1

7 Olson Freedom NDT PC 含 SE/IR/SP-1 擷取卡 2 8 Ultrasonic tester UK1401(固定式與外接移動式探頭構型各一) 2

9 PROCEQRebarLocator 鋼筋探測儀 1

10 鋼筋探測儀 1

11 USN52 金屬探傷儀 1

12 混凝土超音波收發/波速檢測儀 1

13 PANAMETRICS 5058PR 脈波產生接收器 1 14 PANAMETRICS 5800 脈波產生接收器 1 15 DAQSTATION MV100 溫度記錄器 1

16 混凝土試驗錘 3

編號 探頭 數量

1 加速度規(含各靈敏度、及三軸試驗規) 25

2 超音探頭(含各式探頭) 19

3 直達日照計 1

4 全天日照計 5

5 熱流計 6

(27)

4. 工業品質檢測技術研究概況

工管系針對子計畫四,所提供之專門師資與研究人員能支援的課程有;自 動化檢測、電腦視覺系統、品質管制暨實習、品質工程、高等品質管理、精密量 測、網路技術等課程。相關之實驗室空間約為 86 m2。在軟硬體設備方面如表 6.2 所示;

表 6.2 子計畫四相關硬體、套裝軟體與自行開發軟體之相關資源

類別 項目

硬體

CNC 型接觸式與非接觸式座標量測儀、電腦視覺系 統、光學與雷射式 3D 掃描系統、膜厚量測系統、機 械式與數位式量具、遠端監視系統。

套裝軟體

抽樣計畫系統、田口式品質工程軟體、SPC 統計製 程管制軟體、MIL 視覺程式開發函式庫、Vision Builder、3D 建模與模型修補軟體、ISO 電子文件流 程系統。

自行開發軟體 專用型電腦視覺檢測系統、統計製程管制系統、品 質資訊系統、資料擷取系統。

6.2 子計畫一之內容與規劃

結構材料檢測技術研究的主要目標,在於強化營建系的實作教學,在教學 與研究的相關設計,擬推動「新材料新技術」或「結構材料」等相關課程與研 究,以建立新建材、新技術或規範、結構材料檢測與微觀技術專題等新的特色 項目。本計畫發展重點是發展綠建材或廢棄物再生利用、節能輕質骨材技術與 材料內部結構微觀技術研究與檢測,計畫將利用開設「新材料測試工作室」企 業學程之教學與實習以及相對重點儀器設備之擴充,來執行與進行上述研發與 檢測技術專題相關教學與研究。

有關「新材料測試工作室」企業學程與重點儀器設備之擴充,以進行綠建 材、節能營建材料、結構材料檢測應用與材料內部結構微觀技術專題相關教學 與產學長期研究,此計畫方案將更落實特色發展教學課程(企業學程)改善計 畫,使營建系在土木營建工程教育及產學研究上,能掌控企業需求及合乎世界 科技潮流。

重點儀器設備之擴充方面,目前本校之 MTS 在混凝土及輕型鋼組合牆體

(28)

之研究上已發揮良好的成效,雖然營建系已有 MTS 試驗系統與機動態試驗機 台,但卻缺乏反力構架系統可以測試材料的機械性質,也因此對於進行相關結 構實驗所欲取的的材料相關參數,往往只好透過其他學校或機構進行材料實 驗,對於試驗的時效性與一致性亦增加了些不確定的因子。另一方面,MTS 試驗系統如控制器已使用多年,部分控制板無法讀取或操控,需更新 MTS 數 位控制器,將可進行材料特性及疲勞等研究,對本校研究輕型鋼構、加勁格網 與髮絲纖維混凝土等,結構、大地之材料與結構研究有更大的助益。

6.2.1 具體內容

設置至少一位指導老師,學生成員將依照專長暫時分為材料規劃與設計、

材料模具製作、新材料開發製作、新材料測試、新材料分析與評估技術等任務 類別,依照主題內容由各類別人員組成專案小組進行專案內容開發或製作。每 位學生成員將依專業需求,選修本校相關科系之指定課程以應用所學指派任 務,並有外聘學者專家出席適時提供建言與專業諮詢,最後一起完成專案(題) 計畫。藉由上述規劃「新材料測試工作室」企業學程與重點儀器設備之擴充,

培養結構材料領域專長人才,以強化營建系綠建材、節能營建材料、結構材料 檢測應用與材料內部結構微觀技術專題相關教學與產學研究,並加速營建系之 發展,在結構材料領域之中長期計畫中,此計畫方案將更落實特色發展教學課 程改善計畫,使營建系在土木營建工程教育及產學研究上,能掌控企業需求及 合乎世界科技潮流。此外將積極尋求業界公司除支援專業軟硬體技術,並將不 定期舉辦教育訓練與實習實作,且預計提供專案補助費用,並期望由此計畫之 執行促進未來更進一步之產學聯盟。

6.2.2 配套措施

規劃企業學程新課程,此為培養具有跨領域實務經驗的企業人才,乃師法 本校姐妹校美國密西根科技大學的經驗創設本學程。藉由招收不同領域背景的 學生共同組成類似企業的組織,與民間企業合作,於學程的訓練當中讓參與學 生學習解決實務問題。本院於 96 學年度規劃試辦兩項企業學程,分別是「融 入式媒體工作室」與「新材料試驗工作室」。每一學程都將安排 24 學分左右的 課程內容。課程內容包含商業類課程 9 學分,企業學程專題計畫 6 學分,與該

(29)

學程相關之專業選修約 9 學分。選修學生在學程指導老師的輔導下,每學期選 修若干課,及選修 1 學分的企業學程專題計畫。子計畫一所規劃為「新材料測 試工作室」企業學程,指導老師為李明君老師。

6.3 子計畫二之內容與規劃

6.3.1 具體內容

本子計畫整體發展項目乃以提昇公共工程設施檢測技術以及建立「公共工 程非破壞檢測」實務課程為重點。將期望能完成表 6.3 中的目標。

表 6.3 子計畫二的目標及執行方法與影響 目 標 執行方法與影響

提昇本系「非破壞檢測 中心」成為台灣土木營 建工程非破壞檢測方面 的重鎮。

1. 完備公共工程設施老劣化檢測設備,以發展預力及 鋼筋混凝土公共工程設施老劣化檢測技術。

2. 完備橋樑軌道系統監測設備,以發展橋樑及軌道結 構系統之非破壞檢測及監測技術。

3. 改善各參與教師之研究水準,增加學術論文發表的 產量。

4. 主辦或協辦國內外相關研討會,以提昇本中心能見 度。

5. 主辦或協辦非破壞檢測訓練班,以提昇國家公共工 程之檢測水準。

推動與業界合作,檢測 新建公共工程品質以及 老 舊 公 共 工 程 之 安 全 性。

1. 接受委託檢測案,積極進行產學合作。

2. 發展各種量測技術提供業界使用,促進產業升級。

3. 舉辦檢測技術訓練班,將研發之各種檢測技術深耕 至產業界,以訓練公共工程檢測人才。

建立「公共工程非破壞 檢測」之工程檢測實務 課程,培養兼具學理基 礎及操作技術之人才。

1. 成立「公共工程非破壞檢測」學程,使得所訓練出 之人才能立即為業界所用。

2. 發展實務課程並添購相關之檢測設備,透過實際設 備操作和系統發展,使學生瞭解並活用相關設備及 應用技術。

3. 編撰實務課程內容,配合多媒體教材、實驗及成果 展示使學生容易融會貫通,引發其學習之興趣,

4. 建立非破壞檢測現地試驗場(全國唯一),以提供學 生安全之實習環境。

5. 安排學生在「非破壞檢測中心」承接之檢測案件中 實習,接受職前訓練、幫助其提前與業界接軌。發 展「公共工程非破壞檢測」學程。

(30)

6.3.2 計畫發展目標及配套措施

本子計畫於九十六年度之發展目標如下:

目標一 購置發展橋樑軌道系統監測檢測技術所需之儀器設備。

目標二 規劃公共工程非破壞檢測學程課程細部內容。

目標三 主辦或協辦國內外非破壞檢測研討會,提昇非破壞檢測中心能見 度。

目標四 推動與工管系研究教學合作,藉由子計畫四相關研發成果,積極 提昇非破壞檢測中心訊號判讀方面研究成果之產出質與量。

以下就本年度計畫目標所規劃之具體內容及配套措施敘述如下:

目標一:購置發展橋樑軌道系統監測檢測技術所需之儀器設備

為執行「發展橋樑及軌道結構系統之非破壞檢測及監測技術」之計畫目標將 購置單點式雷射測量系統可由非接觸方式量測橋樑定點變位狀況,配合營建系原 有之加速規探頭及資料處理系統,可完備橋樑監測系統之儀器設備。在軌道檢測 方面,本中心預計添購乾點式超音波導波檢測儀,此儀器不需任何耦合劑在貼附 於軌道時,可以共振方式傳遞導波進入軌道內以檢測三公里內的瑕疵位置。應用 此儀器再配合營建系原有之金屬探傷儀,預期可以快速檢測軌道缺陷。

此外上年度為發展公共工程設施老劣化檢測技術所需之儀器設備尚缺乾點 式超音波陣列式檢測儀,本儀器不需任何耦合劑就可在混凝土上直接檢測,而陣 列式發射超音波使其能量較一般超音波大許多,因此可以檢測較深的瑕疵及厚 度。此外儀器掃描式檢測後可以 2D 或 3D 方式顯現瑕疵深度及範圍,因此可準 確檢測瑕疵範圍及深度。

目標二:規劃公共工程非破壞檢測學程課程細部內容

在「公共工程非破壞檢測」學程的建構方面,本年度將完成「結構震動監 測」以及將基本「電、磁與光學試驗」融入物理(二)課程之規劃,相關之電子學 及光學試驗之儀器設備將於本年度購置以充實物理(二)課程實驗設備。

由於檢測技術所需之基礎科學與傳統土木營建學科差異頗大,土木工程常

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用之檢測技術包括超音波、應力波、紅外線及透地雷達檢測等,需要暸解基本應 力波傳、電磁波、資料分析及影像處理相關原理,因此本學程課程內容中將由簡 而深介紹檢測技術所需之基礎科學,包括在大學部中高年級之「物理(二)」課程 講授電、磁、光與熱效應基本原理,並讓學生操作電子學相關試驗。大學部高年 級之「結構震動監測」課程將介紹基本波傳原理、快速傅立葉轉換、結構桿件震 動相關原理等。而在研究所開設之「非破壞評估在營建工程之應用」課程中將進 階介紹應力波、濾波、及影像處理相關理論,再配合各課程安排實際操作檢測儀 器及撰寫檢測報告,以培養理論與實務兼備之非破壞檢測人才。

目標三:主辦或協辦國內外非破壞檢測研討會,提昇非破壞檢測中心能見度 營建工程系將籌畫協辦第 14 屆非破壞檢測技術研討會暨中華民國非破壞檢 測協會年度會議,時間在 97 年 11/6~11/7,地點於日月潭青年活動中心。研討會 論文主題包括(A) 機械、航太相關產業與非破壞檢測 (B) 土木營建業與非破 壞檢測 (C) 微奈米、電子產業與非破壞檢測 (D) 醫學工程與非破壞檢測 (E) 其他非破壞檢測技術與應用,會中將邀請韓國及日本學者以英文發表論文,因此 可增加本系非破壞檢測中心於國內外之能見度。此外,研討會將鼓勵本系非破壞 檢測相關之研究生發表論文,預計將有 20 人次學生得到發表論文之機會,訓練 學生之論文撰寫及口頭發表能力。

目標四: 推動與工管系研究教學合作,藉由子計畫四相關研發成果,積極提昇非 破壞檢測中心訊號判讀方面研究成果之產出質與量

土木相關之非破壞檢測技術如紅外線、透地雷達等,其檢測結果均以影像呈 現,可利用工業工程系發展之影像處理相關軟體進行資料判讀,例如紅外線熱影 像圖中受測物瑕疵會造成之溫度差異區域,可利用影像處理軟體如 IMAQ Vision 6.0 等偵測並繪製瑕疵區域邊界,估計實際瑕疵面積;在透地雷達檢測方面,是 利用 B-scan 或 C-scan 掃描檢測鋼筋、管線及含水層界面位置,由於透地雷達儀 器乃發射多重脈波,在界面反射時會造成多重影像影響判讀位置及深度的正確 性,利用工業工程系所發展之影像處理軟體可由頻率或小波轉換法來做濾波處 理,將較不顯著的重複影像濾除,增加影像的可判讀性。此外本年度將購置之應

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力波檢測乾點式超音波陣列式檢測儀可快速檢測混凝土內部瑕疵,多點檢測結果 亦可結合成為 C-scan 影像並使用軟體做進一步分析。

此外,為加強營建系研究生在影像處理方面能力,將鼓勵本系非破壞檢 測組研究生至工業工程系修習「電腦視覺系統」課程,以了解影像之抽樣與量化、

影像之前處理、影像處理與分析、影像模式、及影像辨認等理論,以利土木非破 壞檢測技術之研發。

6.4 子計畫三之內容與規劃

6.4.1 多頻道表面波頻譜技術

表面波震測主要是採用表面波中的雷利波或洛夫波來探測地下土層,因為 表面波之影響範圍大約侷限於一個波長之深度內,因此表面波之影響深度會隨著 頻率之不同而有所差異。當土層之剪力模數隨著深度而變化時,造成波傳速度亦 隨著頻率(或波長)之不同而變化,稱為表面波之頻散現象。由於雷利波速與剪力 波速相近,所以利用頻散曲線與地層波速變化之關係,可反算得到土層之剪力波 速剖面。表面波頻譜法(SASW 法),主要是由一個震源和兩個受波器所組成,利 用鐵錘或震動機器敲擊地表面,產生不同頻率之震波,由受波器接收震源所發出 之表面波訊號,再針對單一頻率之震波,推求兩受波器間之相位差,求得表面波 相位速度對頻率(或波長)之關係。最後再經由反算分析,計算地下土層之剪力波 速,進而推估地下土層之剖面。

多頻道表面波頻譜法(MASW 法),其野外試驗之施測方式,一般設置 12 個 以上之受波器於同一測線上,以接收震源所發出之震波訊號。反覆在同一施力點 施作,疊加震測資料以消除雜訊之影響,直至收錄到清晰之表面波訊號為止。分 析多頻道震測資料,以求得訊號品質優良之頻散關係曲線,最後經過反算分析得 到地層之剪力波速剖面。

子計畫三在多頻道表面波頻譜法擬針對訊號資料之改善、震源能量之改 進、低頻震源之研發等三方向的技術來進行。

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(1)訊號資料之改善:

進行敏感度分析了解土層參數對結果之影響程度,求得土層波速剖面在 不同深度所對應之容許誤差範圍,增加分析結果之正確性。

(2)震源能量之改進:

組裝一組操作便利且能量足夠的落錘系統,以改善能量不足對訊號品質 的影響。

(3)低頻震源之研發:

搭配不同種類之鎚墊,以製造出低頻震波,使收錄之訊號更為完整,量 測土壤深度更深。

在完成相關技術之研發後,透過推廣教育開授相關課程,訓練業界檢測人 員。在計畫第三年辦理子計畫三之成果發表會,與產官學界進行交流,接受業界 之委託檢測業務。

6.4.2 透地雷達檢測技術

電磁波遇到不連續介面會產生反射,通常不連續介面是指介電常數不同,

例如地下掩蔽物、空洞與圍繞其身旁之土壤或沉積物之介面,因它們與土壤介電 常數不同,成為不連續介面而使電磁波反射。相同地,如果土層含水量之差異、

岩性明顯變化等也會因介電常數差異而形成不連續介面,這些情況下,透地雷達 也是可判釋出來。介面所產生之反射強度可以用相對介電常數來量化,若兩物質 相對介電常數差異越大,則會有越強之反射強度。斷層是地層錯動所造成,因此 也常是含水量多或岩行差異明顯的地方,因此,利用透地雷達對地表斷層之搜尋 是可行的。

子計畫三在透地雷達檢測方面擬針對斷層位置之辨識技術、資料判別與處 理技術等方向的技術來進行。

過去本校營建工程系在透地雷達檢測技術之發展上已有不錯的表現,不論

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是混凝土裂縫檢測、機場跑道品質檢視、土層及斷層調查方面都有成熟的發展,

也訓練了多位研究人員,因此,本子計畫之研發可使透地雷達之應用層面更為寬 廣,也將可提升研究人員之透地雷達檢測技術。

子計畫三擬透過推廣教育舉辦檢測技術訓練班,在計畫第三年辦理子計畫 三之成果發表會,與產官學界進行交流,本技術同樣接受業界之委託檢測業務。

6.4.3 地錨錨碇檢測技術

子計畫三擬於利用現場試驗方式來探討卵礫石層與砂頁岩層中地錨錨碇 力。內容包括:

(1)地錨之拉拔力、面承力、摩擦力與位移之關係。

(2)傾斜地錨與垂直地錨受力行為之比較。

(3)探討各項參數對此地錨錨碇行為之影響。這些參數包括地錨傾角、錨頭 位置、地錨直徑、自由段長度(埋置深度)、錨碇段長度。

(4)地層變異性和施工可靠度對地錨錨碇力之影響。

希望能藉由一系列的現場試驗,整理出不同條件下,地錨潛變荷重與極限 錨碇力之關係,進而彙整成一套簡單之設計圖表,以提供大地工程師設計卵礫石 層與砂頁岩互層中地錨尺寸時參考。另外,本研究亦將由研究結果提出地錨於卵 礫石層與砂頁岩層之特性與行為,以供地錨受力行為研究者參考。

將營建系目前所開授與地錨施工或檢驗等相關課程,加入子計畫三之研究 成果,並透過學校推廣教育,開放給業界選修。在計畫第三年辦理子計畫三之成 果發表會,與產官學界進行交流,同時也接受業界之委託檢測業務。

6.4.4 規劃並整建現地檢測試驗場

本子計畫預計在校區建立現地檢測試驗場地以供營建系「非破壞檢測學程」

之課程實習及檢測技術訓練班實習使用。目前全台僅有台電有設置提供電廠機具 檢測訓練之非破壞檢測場。而土木工程非破壞檢測方面設置檢測試驗場地乃是創

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新作法,本年度將決定試驗場地並完成「現地檢測試驗場」的細部規劃,預計場 地內將包含透地雷達、應力波震測、地表與地下結構物非破壞檢測現地試驗場,

場內將設計藏有瑕疵之基樁、橋版、軌道、及樑柱等以及預埋不同材質尺寸之地 下管線,本訓練場可提供學生安全之實習環境,作為「非破壞評估在營建工程之 應用」課程實習場地,亦可透過推廣教育舉辦檢測技術訓練班,擴大檢測人才之 訓練平台,並將研發之各種檢測技術深耕至產業界,不僅可訓練公共工程檢測人 才,對檢測研究亦有極大的助益。

6.5 子計畫四之內容與規劃

本子計畫將結合電子化檢驗與量測(e-Inspection)以及電子化品質管理

(e-Management),來發展重點特色,其目標為將傳統的工業檢測與品質管理結 合現代的電子化技術,發展出電子化工業品質檢測(e-Industrial Metrology and Inspection; e-IMI)的新觀念。圖 6.1 為 e-IMI 概念之相關技術架構圖,在工業檢測 上包含視覺檢測、聽覺檢測、接觸式量測等,視覺檢測方面主要是由顯微檢測系 統與動態視覺檢測系統所組成,聽覺檢測方面主要是發展聲音檢測系統,接觸式 量測方面除現有的座標量測系統外增加了輪廓量測系統。當上述之檢測系統皆已 建立時,仍需一套量測&檢驗的專家系統,將量測後的資訊整合並加以判斷提出 建議。

電子化- 工業品質檢

測( e-IMI )

視覺檢測 聽覺檢測 接觸式量測

聲音檢測 系統

輪廓量測 系統

量測&檢驗 分析

顯微檢測 系統

動態視覺 檢測系統

量測&檢驗 專家系統

圖 6.1 e-IMI 概念之相關技術架構圖

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本子計畫第二年著重在聲音檢測系統與量測和檢驗專家系統的建立,並採 購相關配合之設備,分述如下:

6.5.1 聲音檢測系統(Sound Inspection System)

人類對聲音最直接的認識來自聽覺感受,因此「聲音」的最原始定義就是

「人耳所能聽到的」。在周遭生活環境中,每一型態的聲音都有其獨特性。我們 常常可以藉由聲音的特質來辨識出聲音,例如我們可辨認出動物聲、語音、樂器 聲音、甚至是熟知的人的聲音。進一步地,也可以經由辨識出來的聲音來判斷周 遭環境的狀況,如火災發生時的警報聲。此外,訊號源之追蹤也為一重要議題,

例如在軍事國防上之應用、地震源之追蹤等等。對於欲建立一高度的專家聲音辨 識系統,其所需牽涉的範圍非常的廣泛,包括有人工智慧、統計學、資訊工程、

語音科學、音響工程、訊號處理等等,都需有所觸及,如此廣泛的學術知識並非 一朝一夕能深入其中。

今日工業檢測之異常辨識,隨著製程邁向自動化,大多以視覺電腦診斷方 式進行,唯此方式對於因機器零機件異常所產生的故障聲訊,卻無法即時進行異 常之判斷,譬如當汽車引擎發生異常,在其運轉時會因為摩擦與振動而發出異 音,即需運用聲音檢測系統檢測異常。聲音辨識系統於安全管制辨識系統、取代 鍵盤輸入方式、嬰兒保母系統、樂音辨識系統等等皆有廣泛之應用。

6.5.2 量測及檢驗專家系統(Metrology & Inspection Expert System)

為分析聲音訊號,如聲音訊號異常辨識、聲音訊號分類、集群、聲音訊號 分離及聲音專家規則之建立等等,實有賴於檢測專家系統之建立。專家系統之建 立所使用之工具包含統計分析、類神經網路、模糊邏輯規則、決策樹分析、基因 演算法、支援向量機、獨立成分分析等等,使用之技術可說相當廣泛。本子計畫 之目的在於建立聲音檢測專家系統,其執行步驟如下:

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(1)構建類神經網路聲音辨識系統

主要目的在於以聲音特徵訊號(訊號前處理包含訊號轉換、資料壓縮、

資料維度縮減及重要特徵擷取)作為類神經網路之輸入特徵項,以建構類 神經網路為基準之聲音辨識分類器。

(2)結合田口方法與類神經網路發展聲音辨識系統

主要目的在於利用田口方法針對類神經網路之隱藏層單元數、學習速 率及學習循環次數及慣性值等四項控制因子,進行參數最佳化,以構建穩 健之類神經網路聲音辨識器。

(3)利用獨立成分分析進行聲音訊號分離

主要目的在於利用獨立成分分析法將雜訊與聲音訊號之混和聲波進行 分離,擷取分離後之聲音訊號特徵質再利用類神經網路構建聲音辨識系 統,以提高聲音辨識率。

6.5.3 預計採購之設備

為達成本計畫應用品質管理於本計畫所提之 e-IMI 概念所需發展之環 境,以提供製程管制資料分析與即時回應製程品質情報,在推廣 e-IMI 概念 至教學與產業界方面,皆以培養專業研究人員與解決企業內部相關品質問 題為主要目標。在經審慎的設備檢討與環境評估後,如欲落實 e-IMI 概念於 實務上,本子計畫第二年仍缺乏之經費與相關儀器設備如表 6.4 及計畫經費 總表中所示。

子計畫四在完成相關檢測技術之研發後,將透過工業品質檢測相關實務訓 練課程,訓練業界檢測人員與在學學生,且在計畫第二年即可接受業界之委託檢 測業務。預計在計畫第三年辦理之成果發表會,與產官學界進行交流。

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6.6 預備採購設施與課程規劃

本計畫第二年所預計採購設施規劃詳如表 6.4 所示,而課程規劃則詳列於表 6.5 中。

表 6.4 第二年度計畫預定採購設施規劃表

計畫類別 預定採購儀器設施

改良 MTS 反力構架系統 子計畫一

MTS 數位控制器更新校正與測試 乾點式超音波陣列式檢測儀 乾點式超音波導波檢測儀 子計畫二

物理試驗組(光學或電磁學基本實驗儀器) 多頻道震測儀、振動器及受波器

子計畫三

震波震測數據擷取系統 聲音檢測系統

檢測分析專家系統 教學多媒體系統

顯微檢測系統之輔助鏡頭組 光學元件檢測系統

子計畫四

動態線性掃描系統

表 6.5 第二年計畫相關課程規劃

項次 課程名稱

1. 新材料新技術 2. 結構材料

3. 物理實驗:課程融入基本電、磁、光學試驗 4. 營建工程常用檢測方法

5. 結構震動監測

6. 非破壞評估在營建工程之應用 7. 企業電子化

8. 品質管制 9 品質管制實習 10 品質工程 11 高等品質管理 12 電腦視覺系統 13 工業品質檢測

14 品管實驗室大四畢業專題

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