橋梁殘餘壽齡與保全評估決策 模式之研究(4/4)

MOTC-IOT-103-H1DB007a

橋梁殘餘壽齡與保全評估決策 模式之研究(4/4)

交 通 部 運 輸 研 究 所

中 華 民 國 104 年 2 月

MOTC-IOT-103-H1DB007a

橋梁殘餘壽齡與保全評估決策 模式之研究(4/4)

著 者：邱永芳、林雅雯、胡啟文、鄭明淵 邱建國、吳育偉、徐梓隆

交 通 部 運 輸 研 究 所

GPN：1009500249 ISBN：986-00-4344-2 (全套:平裝) 著作財產權人：中華民國(代表機關：交通部運輸研究所) 本著作保留所有權利，欲利用本著作全部或部份內容者，

須徵求交通部運輸研究所書面授權。

橋梁殘餘壽齡與保全評估決策模式之研究(4/4)

著 者：邱永芳、林雅雯、胡啟文、鄭明淵、邱建國、吳育偉、徐梓隆 出版機關：交通部運輸研究所

地 址：10548 臺北市敦化北路 240 號

網 址：www.ihmt.gov.tw (中文版＞中心出版品) 電 話：(04)26587176

出版年月：中華民國 104 年 2 月 印 刷 者：

版(刷)次冊數：初版一刷 90 冊

本書同時登載於交通部運輸研究所網站 定 價：全套 冊 元

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橋梁殘餘壽齡與保全評估決策模式之研究

(4/4) 交通部運輸研究所

交通部運輸研究所合作研究計畫出版品摘要表

出版品名稱：橋梁殘餘壽齡與保全評估決策模式之研究(4/4) 國際標準書號（或叢刊號）

ISBN(平裝)

政府出版品統一編號 運輸研究所出版品編號 計畫編號 MOTC-IOT-103

-H1DB007a 本所主辦單位：港研中心

主管：邱永芳 計畫主持人：林雅雯 研究人員：胡啟文 聯絡電話：04-26587191 傳真號碼：04-26564418

合作研究單位：國立臺灣科技大學 計畫主持人：鄭明淵

協同主持人:邱建國、吳育偉 研究人員：徐梓隆

地址：臺北市大安區基隆路 4 段 43 號 聯絡電話：(02)2737-6663

研究期間 自103 年 02 月 至103 年 11 月

關鍵詞：橋梁維護, 生命週期, 橋梁重要性, 用路人成本 摘要：

台灣受季風氣候影響及位處地震帶，因此颱風與地震頻傳，橋梁飽受各種天然災害 侵害，如地震、颱風及材料劣化等，橋梁往往須於其壽齡內花上大筆費用進行維護補強 工作，此外在人為使用方面，亦有車輛超載問題。如何從現有橋梁之健康度評估在不同 時間點進行維護之延壽與經濟效益，考量公路橋梁管理單位維護經費限制下，如何將有 限資源做最有效運用將是迫切的課題。因此，本計畫考量公路橋梁管理單位在年度維護 預算有限情形下，管理單位無法同時對所有橋梁進行全面檢測與修復之工作，工務段難 以針對轄區內橋梁進行預算分配及維護成本估計，所以依不同橋梁現況有效投入成本進 行維護與補強工作更顯重要。故本計畫將各橋梁損壞社會風險成本及公路管理單位年度 維護預算限制等因子納入考量，同樣應用生物共生演算法(Symbiotic Organism Search, SOS)求得群橋生命週期內，與有限經費下之最適維護策略，達到最佳經濟效益，節省橋 梁管理單位維護補強經費。

成果效益與應用情形：

在施政上，本研究成果可提供交通部、橋梁管理單位在研擬橋梁維護與補強策略之 參考。在實務上，可在有限維護經費下達到最佳經濟效益，節省橋梁管理單位維護補強 經費。

出版日期 頁數 定價 本 出 版 品 取 得 方 式 104 年 2 月 243

凡屬機密性出版品均不對外公開。普通性出版品，公營、公益機 關團體及學校可函洽本所免費贈閱；私人及私營機關團體可按定 價價購。

機密等級：

□限閱 □機密 □極機密 □絕對機密

（解密【限】條件：□ 年 月 日解密，□公布後解密，□附件抽存後解密，

□工作完成或會議終了時解密，□另行檢討後辦理解密）

■普通

備註：本研究之結論與建議不代表交通部之意見。

PUBLICATION ABSTRACTS OF RESEARCH PROJECTS INSTITUTE OF TRANSPORTATION

MINISTRY OF TRANSPORTATION AND COMMUNICATIONS

TITLE: Development of A Bridge Lifetime Detection and Analysis Model(4/4)

ISBN(OR ISSN) ISBN

GOVERNMENT PUBLICATIONS NUMBERIOT SERIAL NUMBER PROJECT NUMBER MOTC-IOT-103-H1DB007a DIVISION: Harbor & Marine Technology Center

DIVISION DIRECTOR:,Yung-Fang Chiu PRINCIPAL INVESTIGATOR: Lin Ya-Wen PROJECT STAFF: Chi-Wen Hu

PHONE: (04) 26587191 FAX: (04) 26564418

PROJECT PERIOD From February 2014 TO November 2014

RESEARCH AGENCY: National Taiwan University of Science and Technology , Ecological and Hazard Mitigation Engineering Research Center

PRINCIPAL INVESTIGATOR: Cheng Min-Yuan PROJECT STAFF: Chien-Kuo Chiu, Yu-Wei Wu

ADDRESS: #43 , Sec.4 , Keelung Rd. , Taipei , 106 , Taiwan , R.O.C PHONE: (02)2737-6663

KEY WORDS: Maintenance strategic, Life cycle cost , Importance Factors of Bridge, Road User cost

ABSTRACT:

This paper considers main risk factors as the competent deterioration, scour and earthquake. In order to ensure the safety and extend the life-span for bridges and the government limit budget, this study proposes the novel model, the Group Bridge life cycle Maintenance Strategy Optimization Model. In the model, first, the study uses Monte Carlo simulation to estimate the bridge maintenance probability from the historical data. Second, using the artificial intelligence (AI) ESIM model to estimate risk impact influence cost.

Third, estimate the user cost of the bridges without maintenance. Forth, sum up each risk factor's multiplication of bridge maintenance probability and risk influence cost to obtain the risk cost as E(Cost). Last, the model utilizes (SOS, Symbiotic Organism Search) algorithm to obtain the minimum LCC cost EGT(Cost), and every year the budget limit will be confirmed. As a result, this study can provide the optimal maintenance timing and cost as maintenance strategy for bridge management division.

BENEFITS AND APPLICATIONS:

The Ministry of Transportation and Communications or the bridge management department can refer to the results for policy-making. The bridge management department to arrange the optimal funds, in addition estimates the future condition of the bridge with a limited budget.

DATE OF PUBLICATION February, 2015

NUMBER OF PAGES

243

PRICE

CLASSIFICATION

□RESTRICTED □CONFIDENTIAL

□SECRET □TOP SECRET

■UNCLASSIFIED

The views expressed in this publication are not necessarily those of the Ministry of Transportation and Communications.

橋梁殘餘壽齡與保全評估決策模式之研究(4/4) 目錄

計畫摘要 ... I 目錄 ... III 第一章 緒論 ... 1-1 1.1 研究動機 ... 1-1 1.2 研究目的 ... 1-3 1.3 研究範圍與限制 ... 1-5 1.4 研究方法及流程 ... 1-5 1.4.1 研究內容 ... 1-5 1.4.2 研究流程 ... 1-8 1.5 研究架構 ... 1-12 第二章 文獻回顧 ... 2-1 2.1 國內橋梁維護管理現況探討 ... 2-1 2.1.1 橋梁養護權責法源依據 ... 2-1 2.1.2 公路維護規範 ... 2-3 2.1.3 橋梁狀況指標 ... 2-5 2.1.4 橋梁維護管理現況 ... 2-7 2.1.5 橋梁維護管理機制 ... 2-9 2.1.5.1 養護組織及業務職掌 ... 2-9 2.1.5.2 公路總局維護經費編列制度 ... 2-11 2.2 國內目前橋梁檢測相關文獻蒐集 ... 2-13

2.3 橋梁維護的優先順序 ... 2-14 2.4 橋梁維護之重要性非直接成本因子 ... 2-15 2.5 橋梁斷橋與維護造成之用路人成本 ... 2-20 2.5.1 用路人成本意義 ... 2-20 2.5.2 用路人成本量化 ... 2-22 2.6 演化式支持向量機推論模式 ... 2-25 2.6.1 演化式支持向量機推論模式 ... 2-26 2.6.2 ESIM應用 ... 2-27 2.7 生物共生演算法 ... 2-29 第三章 群橋生命週期維護策略最佳化模式之建立 ... 3-1

3.1 模式架構 ... 3-1 3.2 橋梁風險評估模式 ... 3-4 3.2.1 風險辨識 ... 3-4 3.2.2 風險評估模式 ... 3-4 3.2.3 橋梁綜合能力指標 ... 3-5 3.3 橋梁維護機率 ... 3-8 3.3.1 橋梁維護機率-元件老化 ... 3-8 3.3.2 橋梁維護機率-洪水 ... 3-9 3.3.3 橋梁維機率-地震 ... 3-10 3. 4 橋梁風險影響程度 ... 3-11 3.4.1 橋梁元件老化維護成本(CMD) ... 3-12 3.4.2 橋梁洪水沖刷維護與重建成本(CMS、CRS) ... 3-13 3.4.3 橋梁地震維護與重建成本(CME、CRE) ... 3-13

3.4.4 計算E(MC)、E(RC) ... 3-14 3.4.5 用路人成本評估E(UC) ... 3-14 3.5 群橋維護成本最佳化 ... 3-14 3.5.1 建立目標函數與限制式 ... 3-15 3.5.2 生物共生演算法最佳化搜尋 ... 3-15 3.5.3 群橋生命週期維護成本最佳化 ... 3-15 第四章 橋梁維護機率 ... 4-1 4.1 橋梁元件老化維護機率 ... 4-2 4.1.1 橋梁分類(依橋型、交通量、與海岸距離) ... 4-2 4.1.2 統計分析(CI與橋齡) ... 4-3 4.1.3 維護門檻訂定-元件老化 ... 4-4 4.1.4 蒙地卡羅模擬-元件老化 ... 4-4 4.1.5 計算元件老化維護機率(PMD) ... 4-5 4.2 橋梁洪水維護與重建機率 ... 4-5 4.2.1 橋梁分類(依所在流域) ... 4-6 4.2.2 統計分析(SSI) ... 4-6 4.2.3 洪水事件產生器與維護門檻訂定 ... 4-7 4.2.4 蒙地卡羅模擬-洪水 ... 4-8 4.2.5 計算洪水維護機率(PMS) ... 4-9 4.2.6 計算洪水重建機率(PS) ... 4-10 4.3 橋梁地震維護與重建機率 ... 4-10 4.3.1 潛勢地震發生機率模型 ... 4-11 4.3.1.1 震源型態之介紹 ... 4-12

4.3.1.2 建立地震目錄及研究對象 ... 4-12 4.3.1.3 平均規模與未來地震發生次數之公式 ... 4-13 4.3.1.4 柏松與對數常態分佈之風險函數 ... 4-15 4.3.1.5 臺灣未來20年之地震發生機率 ... 4-15 4.3.2 橋梁地震損傷評估 ... 4-16 4.3.2.1 性能曲線與容量震譜 ... 4-17 4.3.2.2 非線性動力分析模式 ... 4-18 4.3.2.3 RC橋梁模型 ... 4-19 4.3.2.4 諧和加速度地震歷時 ... 4-20 4.3.3 蒙地卡羅模擬-地震 ... 4-22 4.3.4 計算地震維護機率(PME) ... 4-22 4.3.5 計算地震重建風險機率(PE) ... 4-25 4.4 橋梁維護機率小結 ... 4-25 第五章 橋梁風險影響程度 ... 5-1 5.1 橋梁元件老化維護風險成本 ... 5-2 5.1.1 橋梁維護因子評估 ... 5-2 5.1.2 橋梁維護因子篩選 ... 5-4 5.1.3 建立橋梁維護案例資料庫 ... 5-4 5.1.4 建置人工智慧元件老化維護成本推估模式 ... 5-6 5.1.4.1 模式參數設定 ... 5-6 5.1.4.2 ESIM 可行性分析 ... 5-6 5.1.4.3 ESIM 架構 ... 5-7 5.1.5 ESIM模式訓練與測試 ... 5-7

5.1.6 計算元件老化維護風險成本(PMD*CMD)... 5-11 5.2 洪水造成風險影響程度 ... 5-11 5.2.1 橋梁維護因子評估 ... 5-11 5.2.2 橋梁維修因子篩選 ... 5-12 5.2.3 建立橋梁維修案例資料庫 ... 5-13 5.2.4 建立人工智慧洪水沖刷維護成本推估模式 ... 5-14 5.2.5 ESIM模式訓練與測試 ... 5-14 5.2.6 計算洪水維護、重建風險成本 ... 5-15 5.3 地震維護與重建風險成本 ... 5-17 5.3.1 計算地震損傷比 ... 5-17 5.3.2 地震維護風險成本 ... 5-18 5.3.3 地震重建風險成本 ... 5-21 5.4 計算E(MC)、E(RC) ... 5-21 5.5 用路人成本評估 ... 5-24 5.5.1 重要性非直接成本因子篩選 ... 5-24 5.5.2 用路人直接成本評估模式 ... 5-26 5.5.3 旅行延時成本(Daily Traveler's Time Value) ... 5-28

5.5.3.1 旅行延時成本(部分封閉) ... 5-28 5.5.3.2 旅行延時成本(完全封閉) ... 5-31 5.5.4 車輛運行成本(Daily Vehicle Detouring Cost) ... 5-32

5.5.4.1 車輛運行成本(部分封閉) ... 5-32 5.5.4.2 車輛運行成本(完全封閉) ... 5-33 5.5.5 事故發生成本(Accident Occurrence Cost) ... 5-34

5.5.6 用路人直接成本小結 ... 5-37 第六章 群橋維護成本最佳化 ... 6-1 6.1 建立目標函數與限制式 ... 6-1 6.1.1 群橋最佳化模式之目標方程式 ... 6-1 6.1.2 群橋最佳化模式之限制式 ... 6-2 6.2 生物共生演算法最佳化搜尋 ... 6-3 6.2.1 生物共生演算法 ... 6-3 6.2.2 SOS演算法在群橋維護策略應用流程 ... 6-3 6.3 群橋生命週期維護成本最佳化 ... 6-8 6.3.1 群橋維護成本最佳化策略訂定 ... 6-9 6.3.2 群橋維護成本最佳化模式應用 ... 6-13 6.3.3 群橋維護成本最佳化模式參數更新 ... 6-16 6.3.4 群橋維護成本最佳化模式使用建議 ... 6-18 第七章 結論與建議 ... 7-1 7.1 結論 ... 7-1 7.2 建議 ... 7-2 7.3 成果效益與應用情形 ... 7-3 參考文獻 ... 參-1 附錄一 橋梁風險評估範例 ... 附錄1-1 附錄二 網頁操作說明 ... 附錄2-1 附錄三 期中報告審查意見處理情形表 ... 附錄3-1 附錄四 期末報告審查意見處理情形表 ... 附錄4-1 附錄五 期末報告簡報檔 ... 附錄5-1

圖目錄

圖1.1 研究內容架構圖 ... 1-6 圖1.2 橋梁維護策略 ... 1-8 圖1.3 研究執行流程圖 ... 1-9 圖2.1 公路總局組織圖 ... 2-10 圖2.2 橋梁重要性評定架構圖 ... 2-20 圖2.3 支持向量機最佳化模式架構 ... 2-26 圖2.4 ESIM應用程序 ... 2-27 圖2.5 生態系統中的生物共生關係示意圖 ... 2-30 圖3.1 橋梁風險評估及維護策略模式建置流程 ... 3-3 圖3.2 橋梁風險因子影響圖 ... 3-4 圖3.3 橋梁風險評估模式 ... 3-5 圖3.4 群橋生命週期維護策略 ... 3-16 圖4.1 橋梁維護機率評估流程圖 ... 4-1 圖4.2 以梁式橋-復興三橋為例之CI下降趨勢 ... 4-3 圖4.3 以距海300公尺內車流量6,000輛內(梁式橋)為例 ... 4-4 圖4.4 可視危害造成維護機率蒙地卡羅計算流程圖 ... 4-4 圖4.5 臺灣主要河川分布圖(水利署) ... 4-6 圖4.6 發生50年洪水時對應SSI指標下降 ... 4-8 圖4.7 發生100年洪水時對應SSI指標下降 ... 4-8 圖4.8 洪水造成維護機率蒙地卡羅計算流程圖 ... 4-9 圖4.9 潛勢地震發生機率模型之流程圖 ... 4-11

圖4.10 橋梁地震損傷評估流程圖 ... 4-16 圖4.11 武田模型(Takeda model)之力量與位移關係 ... 4-19 圖4.12 橋梁通阻之SAP2000牛鬥橋模型 ... 4-19 圖4.13 牛鬥橋之XTRACT斷面分析 ... 4-19 圖4.14 SAP2000三星橋模型 ... 4-20 圖4.15 三星橋之XTRACT斷面分析 ... 4-20 圖4.16 原始地震歷時與修正後之加速度歷時資料 ... 4-21 圖4.17 地震造成維護機率蒙地卡羅計算流程圖 ... 4-22 圖4.18 震後結構性能修正示意圖 ... 4-24 圖4.19 未來損傷分級機率關係曲線 ... 4-24 圖5.1 橋梁風險影響程度流程圖 ... 5-1 圖5.2 人工智慧橋梁耐震能力推論模式 ... 5-6 圖5.3 10組交叉驗證法 ... 5-9 圖5.4 橋梁維護成本預測值與實際值比較-非跨河橋梁(元件老化) .. 5-11 圖5.5 橋梁風險影響程度預測值與實際值比較-跨河橋梁(洪水) ... 5-15 圖5.6 三星橋未來20年內之損傷超越機率 ... 5-19 圖5.7 三星橋未來20年內之地震風損成本(單位為重建成本) ... 5-19 圖5.8 牛鬥橋未來20年內之損傷超越機率 ... 5-20 圖5.9 牛鬥橋未來20年內之地震風損成本(單位為重建成本) ... 5-20 圖6.1 群橋維護成本最佳化流程圖 ... 6-1 圖6.2 群橋最佳化應用SOS演算法程序 ... 6-4 圖6.3 SOS演算法程序 ... 6-5 圖6.4 群橋維護策略最佳化模式流程 ... 6-8

圖6.5 橋梁維護策略示意圖 ... 6-9 圖6.6 橋梁維護組合方案 ... 6-10 圖6.7 最佳化搜尋目標函數結果 ... 6-11 圖6.8 橋梁資訊管理模組 ... 6-13 圖6.9 群橋維護策略查詢選單 ... 6-13 圖6.10 群橋維策略查詢選單 ... 6-14 圖6.11 群橋維護策略查詢選單 ... 6-14 圖6.12 第二區工程處20年維護週期評估結果 ... 6-15 圖6.13 第二區工程處25年維護週期評估結果 ... 6-15 圖6.14 第二區工程處30年維護週期評估結果 ... 6-16 圖6.15 30年維護維修策略詳細資料 ... 6-16 圖6.16 維護策略參數設定與分析 ... 6-17 圖6.17 修改工程處預算值 ... 6-17 圖6.18 重新分析 ... 6-18

表目錄

表2-1 橋梁構造物檢測評定標準 ... 2-5 表2-2 臺灣橋梁主管機關及管理體系 ... 2-7 表2-3 橋梁管理機關所轄橋梁數目表 ... 2-7 表2-4 橋梁養護權責劃分與預算編列之關係 ... 2-9 表2-5 86~91年度公路總局維護管理總預算表... 2-12 表2-6 89~102年度二區工程處橋梁維護管理預算表 ... 2-13 表2-7 國內目前橋梁檢測相關文獻蒐集 ... 2-14 表2-8 國內目前橋梁維護優先順序文獻蒐集 ... 2-15 表2-9 BH2橋梁重要性評估指標項目 ... 2-16 表2-10 重要性非直接成本因子文獻來源與說明 ... 2-17 表2-11 重要性類別與非直接成本因子表 ... 2-18 表2-12 重要性類別與非直接成本因子說明 ... 2-19 表2-13 社會成本與用路人成本概算表 ... 2-23 表2-14 事故成本生命價值 ... 2-24 表4-1 橋梁分組分布表... 4-2 表4-2 梁式橋調查資料筆數 ... 4-2 表4-3 相關參數表(以梁式橋為例) ... 4-3 表4-4 元件老化維護機率結果(節錄)，單位:% ... 4-5 表4-5 臺灣主要河系洪水重現期對應SSI指標下降表 ... 4-7 表4-6 洪水維護機率結果(節錄)，單位:% ... 4-9 表4-7 洪水重建機率結果(節錄)，單位:% ... 4-10

表4-8 RC結構物之損傷指標 ... 4-23 表4-9 橋梁編號B04-0030-217A至B04-0030-220A各年度橋梁維護機率

... 4-26 表4-10 橋梁編號B04-0030-217A至B04-0030-220A各年度橋梁重建機

率 ... 4-27 表5-1 橋梁屬性資料欄位 ... 5-3 表5-2 影響元件老化維護經費因子 ... 5-4 表5-3 非跨河橋維護案例(節錄) ... 5-5 表5-4 ESIM模式參數設定 ... 5-8 表5-5 風險衝擊影響程度預測模式搜尋結果-非跨河橋梁(元件老化)

... 5-10 表5-6 洪水維護經費因子 ... 5-13 表5-7 跨河橋維護案例(節錄) ... 5-13 表5-8 橋梁風險衝擊影響程度預測模式搜尋結果-跨河橋梁(洪水) .. 5-16 表5-9 損害狀況及損害比之關係 ... 5-18 表5-10 橋梁編號B04-0030-217A至B04-0030-220A各年度橋梁維護風

險成本 ... 5-22 表5-11 橋梁編號B04-0030-217A至B04-0030-220A各年度橋梁重建風

險成本 ... 5-23 表5-12 重要性非直接成本因子篩選結果表 ... 5-25 表5-13 篩選後之重要性類別與非直接成本因子 ... 5-26 表5-14 篩選後之重要性與非直接成本因子代號表 ... 5-26 表5-15 用路人直接成本概算表(元/天) ... 5-27 表5-16 道路等級與平均車流速率 ... 5-29

表5-17 各車種的平均載客數 ... 5-29 表5-18 各區各車種之平均乘載數 ... 5-30 表5-19 旅行延時成本(部分封閉) ... 5-30 表5-20 旅行延時成本(完全封閉) ... 5-31 表5-21 車輛運行成本(部分封閉) ... 5-33 表5-22 車輛運行成本(完全封閉) ... 5-34 表5-23 97年~102年肇事率、死亡率與受傷率統計 ... 5-35 表5-24 交通事故受傷程度統計 ... 5-36 表5-25 事故發生成本(完全封閉) ... 5-37 表5-26 用路人直接成本概算結果(以二區工程處為例) ... 5-38 表5-27 橋梁ID編號B04-0030-217A至B04-0030-220A各年度橋梁用路 人成本 ... 5-39 表6-1 橋梁相關參數彙整(節錄) ... 6-4 表6-2 橋梁編號B04-0030-217A至B04-0030-220A生命週期CI值 ... 6-10 表6-3 二區工程處橋梁B01-0010-010A至B08-0760-026B生命週期20年 維護策略 ... 6-12

第一章 緒論

1.1 研究動機

臺灣多屬多山多谷，爰建造公路系統時，常需興建橋梁來跨越自 然之阻礙。橋梁除具有跨越河川及山谷、聯絡外地之功能，亦擔負起 維繫經濟動脈之重要使命。且臺灣地處環太平洋地震帶與受太平洋季 風區影響，颱風與地震頻繁，因而加速橋梁元件老化；再者，隨著臺 灣地區橋梁建設趨於飽和，橋梁重點由新建轉成維護，橋梁如未適時 做適當的維護補強修復，提升橋梁安全與壽命，一旦橋梁遭受到天然 災害，將導致橋梁損壞，危及用路人之旅行與安全。因此，橋管單位 如何在年度預算限制下，規劃群橋生命週期維護策略，以提升橋梁壽 齡，為一重要且刻不容緩的問題。

臺灣橋梁承受各種天然災害侵害，包括橋梁元件老化、颱風及地 震等。在元件老化方面，由於臺灣屬海島型氣候，環境中充滿鋼筋腐 蝕老化的因子，橋梁往往須在其壽齡中，耗費大筆經費進行維護與補 強工作。在洪水方面，因每年颱風、豪大雨及近年來氣候變遷、河床 下降嚴重等因素，造成河水暴漲，橋台及橋墩基礎處之河床發生劇烈 沖刷，對原本已裸露之橋基，災情更形惡化，致使橋梁易受沖刷而導 致損壞。而地震方面，頻繁的地震事件會造成許多橋梁不同程度的損 壞，而早期老舊橋梁的耐震能力更有不足之疑慮，亟待補強。近年來，

許多橋梁由於過去施工技術不足，加上施工品質未能嚴謹控制，造成 未屆設計年限，卻面臨拆除或需花費龐大金額進行維護補強，對於政 府日漸拮据之財務狀況，無疑是雪上加霜。因此，橋梁耐久性與安全 性日益受到重視，橋管單位如何在適當時間，選擇適當的方法，進行 維護補強修復，以提升橋梁安全與壽命，為目前國內橋梁維護迫切亟 需解決的重要課題(鄭明淵等，2012)^[1]。

要維護甚至延長橋梁壽命，維持橋梁安全可靠的運輸狀況，除了

規劃設計與施工品質妥善以外，維護工作也非常重要，而完善的維護 作業有賴於完整適當的橋梁檢測制度與系統之建立，安全檢測工作的 實施，以及檢測後所做的性能評估、修繕、補強與維護管理。目前國 內橋梁管理單位擬定橋梁維護策略之實務作法，係以目視檢測結果 (D.E.R.&U.)作為判定橋梁是否應進行維護之決策依據，此一作法並未 將洪水沖刷、地震等不可視潛勢危害所造成之橋梁內在損傷因素納入 考慮，且未以生命週期角度完整評估橋梁風險。再者，橋梁每年之維 護預算有限，每一橋梁管理單位管理之橋梁數量介於300至600座，因 此在考量可視風險與潛勢危害，及橋梁重要性與用路人成本損失之條 件下，如何排定橋梁維護優先順序及成本，從生命週期角度求得群橋 維護的最適時機與最小維護總成本，為橋管單位亟待探討的議題。

有鑒於此，針對橋梁生命週期維護策略之探討，本計畫首度提出 可視 (Visible) 與不可視(潛勢)(Invisible)危害二風險類別，並將橋梁在 維護或是斷橋風險下造成經濟損失之用路人成本納入考量，建立橋梁 維護風險成本分析模式。可視危害部分主要考量元件老化風險因子，

而不可視危害則包括洪水沖刷與地震二因子，然後應用風險期望值 (風 險成本)的觀念，分別計算各因子在橋梁生命週期內可能造成之損壞機 率與維護成本，再以兩者相乘積和，進一步建立群橋風險指標E(Cost) 與評估模式。

本模式依據所搜集地震及200年洪峰等歷史資料，應用蒙地卡羅模 擬，求得橋梁損壞機率。因橋梁不同破壞程度所需維護成本不同，目 前國內橋梁維護成本歷史資料，以TBMS(Taiwan Bridge Management System) 最 為 完 整 ， 然 而 該 資 料 庫 中 之 資 料 係 在 某 一 破 壞 程 度 CI(Condition Index，橋梁整體狀況指標)所花費的維護費用，無法從歷 史資料推論求得其他破壞程度所需維護成本。因此本計畫擬應用人工 智 慧 AI(Artifitial Intelligence) 推 論 模 式 ， 找 出 歷 史 案 例 中 輸 入 值 (D.E.R.&U.)與輸出值維護成本之映射關係。後續評估橋梁可能維護成 本時，可根據(D.E.R.&U.)中的CI與SSI(Scouring Stability Index)指標下 降趨勢，推論不同破壞程度下，所需之維護成本。

由於每一橋梁在不同時間點執行維護會有不同之效益，亦即維護 方案執行後，使設施保持堪用狀態或延續壽命的程度可能會有所差 異，其損壞機率與維護成本不同，因此工程處針對轄區內橋梁擬定維 護策略時，除考量因老化、洪水與地震造成之風險影響成本外，亦須 將各橋梁用路人直接成本及橋管單位年度維護預算限制等因子納入考 量，以排定維護優先順序與決定維護時機，有效分配橋梁維護預算。

但其組合眾多，因此本計畫使用生物共生演算法 (Symbiotic Organism Search, SOS) 作為最佳化模式之理論，並以生命週期成本導向之概念 建置「群橋生命週期維護策略最佳化之模式」，同時考量各橋梁所評 估之現況及風險影響程度，進而輔助橋梁管理單位針對群橋進行維護 時機及經費估計，依不同橋梁現況有效投入經費進行維護與補強工 作。分析結果可提供橋管單位在維護階段，從生命週期成本(Life Cycle Cost，LCC)的角度規劃群橋最佳維護時機與成本，在有限維護經費條 件下達到最佳經濟效益。

1.2 研究目的

本計畫擬從橋梁生命週期成本角度，建置群橋生命週期維護策略 最佳化模式。本模式除考量元件老化、洪水、地震等推估之橋梁維護 風險成本外，亦將各橋梁重要性、橋梁維護與中斷造成車輛改道之用 路人直接成本、公路管理單位年度維護預算限制及橋梁維護時間點等 因子納入考量，以最佳化搜尋模式，找出群橋最適維護時機與生命週 期總成本，以提供橋梁管理單位在擬定橋梁維護優先順序與編列分配 預算時之參考。

依據上述之動機，本計畫主要之目的計有下列各項：

1.收集彙整國內外橋梁維護管理制度與相關文獻

所蒐集的文獻包括國內外橋梁維護管理制度等，元件老化、洪 水、耐震性能等指標等相關文獻，以及考量維護優先順序之各橋梁

重要性影響因子，和橋梁中斷所產生之社會成本與用路人成本等相 關文獻。

2.建置橋梁風險評估模式

本階段擬針對本土橋梁進行風險辨識，篩選影響橋梁安全維護 之風險因子，主要包括元件老化、洪水、地震等，進而發展一橋梁 風險評估模式。

3.蒙地卡羅模擬橋梁維護機率

根據前一階段所確立之風險因子，本階段評估不同風險因子之維 護與損壞發生機率。依據橋梁地震、洪水歷史資料庫，透過蒙地卡羅 模擬，依機率模型建置事件模擬器，評估橋梁生命週期將遭遇之災害 頻率及強度，進而評估橋梁可能損壞之風險機率。

4.人工智慧推論橋梁維護成本

應用人工智慧推論模式，以CI及SSI等因子為輸入，維護成本為 輸出，建立橋梁老化、耐洪維護成本推估模式，以預測未來橋梁分別 因老化與洪水維護所需花費的成本。地震部分擬參考阪神地震文獻所 建議，使用不同損傷超越機率所對應之風險成本計算求得。

5.確立用路人成本概算模式

本階段確認非直接成本因子，並蒐集相關用路人成本之統計資 料，考量橋梁重要性之非直接成本因子如車流量、橋梁長度、改道 長度等因子，概算出車輛繞行替代道路所額外增加之成本。

6.建立橋梁綜合能力指標

本階段針對元件老化、洪水及地震災害，分別將第三階段求得之 各風險機率，乘上第四、五階段推估之風險成本，與予加總，即求得 橋梁綜合能力指標。

7.群橋生命週期維護策略最佳化模式

本階段將建立群橋生命週期維護策略最佳化模式，本模式考量公 路橋梁管理單位橋梁現況且維護預算有限情形下，管理單位無法同時 對所有橋梁進行全面檢測與修復之工作，因此在維護預算有限的條件 下，將上階段之橋梁綜合能力指標，設定為目標函數，再應用SOS 演算法，找出群橋維護時機與生命週期最小總成本之最適方案。

1.3 研究範圍與限制

本計畫選定的研究對象為公路總局所管理的混凝土橋梁，因公路 總局所轄橋梁遍及臺灣各地，是最具有代表性的單位，且其在 TBMS 系統建置的資料最齊全。另外根據統計，臺灣橋梁以鋼筋混凝土結構 為應用最廣的類型，其中，有 95％以上為混凝土橋梁，且 75%以上橋 齡高於二十年以上，橋梁強度堪慮。目前公路總局管理之省縣道橋梁，

五個工程處加總共有 2590 座。本計畫所規劃各工程處群橋維護週期以 20 年為期，而設定 20 年的考量，是因為依據過去歷史資料顯示，政府 在 8~10 年間，會因應橋梁受損狀況，編列特別預算，進行全面橋梁檢 視與補強，同樣地一旦橋梁經全面補強後，平時之橋梁維護亦需重新 規劃。考量此需求，本計畫提供年限設定之彈性，橋梁管理單位可依 實際需求，設定求得 20, 25, 30 年維護週期之維護策略。另外，本計畫 設定元件老化、洪水及地震為三個獨立事件，不考量多重災害之影響。

1.4 研究方法及流程

1.4.1 研究內容

本計畫之內容分成以下七個部分，如圖 1.1 所示。

圖 1.1 研究內容架構圖

本計畫內容共有七個部分，說明如下：

收集彙整國內外橋梁維護管理制度與相關文獻:所蒐集文獻包括國 內外橋梁維護管理制度與機制等相關文獻，元件老化、洪水、耐震等 性能指標。另外擬收集群橋維護時各橋梁維護之重要性影響因子，和 橋梁斷橋或是中斷所產生之社會成本與用路人成本等相關文獻。另外 回顧相關研究方法如人工智慧、生物共生演算法等相關文獻。

建置橋梁風險評估模式:本階段對橋梁進行風險辨識，篩選風險因 子，其包括元件老化、洪水、地震等，進而發展一橋梁風險評估模式。

建立綜合能力指標，將上述風險發生之機率值與各成本兩者相乘，即 可得知橋梁綜合能力指標。

蒙地卡羅模擬橋梁維護機率:根據前一階段所確立之風險因子，本 階段評估不同風險因子之維護與損壞發生機率。依據橋梁地震、洪水 歷史資料庫，依機率模型建置事件模擬器並透過蒙地卡羅模擬，評估 橋梁生命週期將遭遇之災害頻率及強度，進而評估橋梁可能損壞之風 險機率。

人工智慧推論橋梁維護成本:將橋梁檢測歷史紀錄與維護補強案例 庫連結，可建置不同檢測結果(CI 及 SSI)對應補強成本歷史案例庫，然 後應用人工智慧推論模式，找出案例資料中輸入值(CI 及 SSI)與輸出值 維護成本之映射關係，再依據迴歸橋梁檢測資料所得之橋梁損壞下降 趨勢，求得不同年限下元件老化程度(CI)與洪水沖刷程度(SSI)值，作為 前述 AI 輸入值，以推論求得可能維護成本。地震部分擬參考阪神地震 文獻建議使用不同損傷超越機率所對應之風險成本計算求得。

確立用路人成本概算模式:本計畫擬分別蒐集影響橋梁維護重要性 之相關文獻。接著，將藉由文獻回顧蒐集，初步確認橋梁重要性之非 直接成本因子，並在後續根據收集到的重要性非直接成本因子，進行 篩選並量化成用路人成本，確認非直接成本因子與用路人直接成本之 關聯，再依各因子之關聯性建置一橋梁重要性非直接成本因子與用路 人成本評估模式。

群橋成本維護最佳化，本計畫考量橋管單位在年度維護預算有限 情形下，無法同時對所有橋梁進行全面檢測與修復之工作，所以橋梁 維護的優先順序、經費預算的分配多寡及各橋維護所需成本的估計均 是各工程處在年度維護經費預算分配時，所需面臨的問題。再者，從 生命週期的角度，不同損傷與不同維護工法之維護方案與維護時間點 組合項次難以估計，如以傳統試誤法等方式求解，將無法在短時間內 達到答案。因此，本計畫使用生物共生演算法 SOS 作為最佳化模式之 理論，其方法以保持生物共生時的多樣性及加速收斂的效果。分析各 橋之維護時機與成本，使得群橋維護總成本最低，如此橋梁管理單位 即可依此規劃長程群橋之維護策略，以便將有限資源做最有效運用。

結論與建議，本階段將根據群橋成本維護最佳化成果，提出群橋 生命週期維護管理策略。並回顧研究目的、確認本計畫之貢獻，綜合 本計畫之過程與結果，提出研究之結論與建議事項，提供未來相關研 究之參考使用。

1.4.2 研究流程

本計畫將導入生命週期成本導向之概念，建置群橋生命週期維護策 略最佳化模式。由於各橋梁在不同時間點執行維護下，有不同之效益，

如圖 1.2 所示。即維護方案執行後使設施保持堪用狀態或延續壽命的程 度可能會有所差異。因此，根據橋梁之殘餘能力曲線可求得群橋各橋梁 之殘餘能力，並在預算限制下，決定群橋之最佳維護時機與預算。

圖 1.2 橋梁維護策略

本計畫流程將分成八個研究步驟執行，如下圖 1.3 所示：

圖 1.3 研究執行流程圖 其規劃工作項目與內容，分述如下:

第一階段：蒐集國內公路管理單位維護管理制度與相關文獻 步驟1. 蒐集橋梁維護管理制度與相關文獻

此步驟將收集國內公路管理單位維護管理制度與相關文獻如橋梁 斷橋之社會成本、橋梁維護之重要性非直接成本因子等。首先，從國 內公路管理單位現有橋梁維護管理制度手冊與相關報告進行蒐集。另 外，橋梁管理單位各年度維護經費有限，因此本計畫擬蒐集橋梁重要 性非直接成本因子，針對決定維護之優先順序因此本階段亦收集整理 橋梁重要性相關文獻。此外，本計畫將收集國內道路工程相關社會成 本文獻，應用在群橋成本維護最佳化模式中，作為橋梁斷橋後影響社 會經濟及造成非直接成本之評估依據。

步驟2. 公路橋梁管理單位訪談

整理步驟1所蒐集之維護管理制度與相關文獻，訪談公路橋梁管理 單位，針對維護管理時預算編列的制度與實務進行討論，如橋梁重要 性非直接成本因子、社會成本及預算限制等，後續即可以依照其建議，

擬定群橋維護之策略。

第二階段：訂定橋梁重要性非直接成本因子與社會成本 步驟3. 確立橋梁重要性非直接成本因子

本計畫擬分別蒐集影響橋梁維護重要性之相關文獻。接著，將藉 由文獻回顧蒐集、橋梁管理單位訪談等方法，初步確認橋梁重要性之 非直接成本因子，並在後續根據收集到的重要性非直接成本因子，進 行篩選並量化成社會成本，再依各因子之關聯性建置橋梁中斷後社會 成本評估模式。

步驟4. 確立社會成本概算模式

本階段將根據步驟1中所收集之國內道路工程社會成本相關文 獻，初步擬定社會成本的成本項目，再加入步驟3中橋梁重要性非直接

速所額外增加之社會成本。

第三階段：群橋成本維護最佳化

因橋梁在不同時機維護，損壞機率與維護成本不同，其組合方案 眾多。因此本計畫擬繼續使用生物共生演算法(SOS)，在橋梁管理單位 有限維護預算下，搜尋群橋生命週期最佳維護時機與最小成本，以作 為群橋擬定最佳維護策略之參考，分析結果可提供公路管理單位從生 命週期成本(LCC)的角度，規劃各工務段之群橋最佳維護時機及成本。

步驟 5. 建置群橋成本維護最佳化模式

本計畫擬發展的生物共生搜尋演算法SOS，其靈感來自然生態系統 中生物之間的互動模式，SOS總共使用三種策略:互利共生、片利共生 和寄生模擬等自然互動的模式。由於SOS不使用微調的參數，相較於同 類演算法其操作步驟更顯容易。另外，由於SOS提供了性能的穩定性，

儘管比同類算法使用較少的控制參數，還能夠解決各種數值最佳化搜 尋問題。其在尋優與運算時間表現均優於目前被廣為應用之基因演算 法 (Genetic Algorithms ， GA) 與 粒 子 群 演 算 法 (Particle Swarm Optimization，PSO)。

步驟 6. 確立目標方程式

去年度於單橋維護策略最佳化過程中，僅以橋梁維護成本最小化 為目標，不需要考量群體橋梁之重要性排序或預算限制等問題，所以 ES(Cost)僅考量E(MC)與E(RC)兩項因素。然而，在群橋維護策略最佳 化問題中，不僅需考量維護成本E(MC)及重建成本E(RC)問題，亦須將 不維護狀況下橋梁損壞時對使用者之社會經濟影響納入。因此，本階 段除了考量老化、洪水、地震風險下之維護成本E(MC)，並加入橋梁在 未維護狀態下須承受可能損害之社會成本(Social Cost)，以下簡稱 E(SC)，亦即橋梁因地震或洪水造成中斷下可能社會成本。

第四階段:群橋風險管理策略訂定

步驟 7. 群橋成本維護最佳化結果

最後本計畫可以得到群橋成本維護最佳化之結果，根據橋梁維護 年限與維護經費之設定，找出橋梁生命週期之群橋最佳維護策略，並 滿足各年度之預算限制，同時求得群橋生命週期最小風險成本的維護 策略。

步驟 8. 根據群橋成本維護最佳化成果，提出管理策略

根據第三階段所計算求得之群橋維護最佳化結果，可得到橋梁維 護的優先順序、維護的時機點及各橋梁維護所需成本。以提供各工務 段在年度維護經費預算分配時之參考，將有限資源做最有效運用。再 者，從生命週期的角度，分析各橋梁之維護時機與成本，使得群橋生 命週期風險總成本最低，如此橋梁管理單位即可依此規劃長期群橋之 維護策略，以便將有限資源做最有效運用。

1.5 研究架構

本計畫共分為七個章節，章節內容依序如下：

1.緒論

主要包含背景分析、研究範圍與限制和研究方法及流程，後續 將依照本章節所建立起之目標進行研究。

2.文獻回顧

針對國內外橋梁維護管理制度及國內相關法源依據規範等、橋 梁檢測機制、橋梁元件老化、洪水與耐震指標、橋梁維護之優先順 序、維護之重要性非直接成本因子、用路人成本、演化式支持向量 機推演模式 (Evolutionary Support Vector Machine Inference Model，

ESIM)、生物共生演算法(SOS)等相關文獻進行回顧與整理。

3.群橋生命週期維護策略最佳化模式之建立

本章將說明本計畫之研究方法與進行步驟。首先進行橋梁風險

評估與辨識，針對風險分類成三部份分別為元件老化、洪水及地震，

並對各橋梁維護機率、風險影響程度、群橋維護策略之目標方程式、

群橋成本維護最佳化四部分進行說明。

4.橋梁維護機率

延續風險評估與辨識之風險因子，本階段將風險類別分為可視老 化(Visible)與潛勢危害(Invisible)，並針對各因子評估橋梁維護與重建 發生之機率。透過蒙地卡羅模擬依機率模型建置事件模擬器，評估橋 梁生命週期將遭遇之災害頻率及強度，進而評估橋梁可能損壞之風險 機率。

5.橋梁風險影響程度

本章將分為四部分介紹，第一、二部分將建立元件老化與洪水 之維護工法案例資料，即可找尋對應之維護工法並估算破壞所需維護 經費，視為風險對橋梁所造成之風險影響程度，再使用人工智慧學習 方式，模擬橋梁維護造成的風險影響程度。第三部分將介紹地震損傷 超越機率及地震風險成本概念。第四部分，因本模式對象為群橋，故 加入重要性非直接成本因子與用路人成本推估模式，並概算出橋梁因 維護延時與繞行替代道路所額外增加之用路人成本 E(UC)。

6.群橋成本維護最佳化

本章將說明本計畫之目標方程式與限制式，並介紹生物共生演算 法(SOS)，包含基本假設條件、計算流程及邊界值設定和最佳化成果，

並根據最佳化成果，訂定群橋生命週期管理策略及成果說明。提供未 來橋梁管理單位與其他研究單位參考使用。

7.結論與建議

回顧研究目的、確認本計畫之貢獻，並綜合本計畫之過程與結 果，提出本計畫之結論與建議事項，提供未來相關研究之參考使用。

第二章 文獻回顧

本章分別針對本計畫應用與蒐集之相關文獻進行介紹與彙整。擬 先蒐集文獻包括國內外橋梁維護管理制度與機制等相關文獻，與元件 老化、洪水、耐震等性能指標。另外擬收集群橋維護時各橋梁維護之 重要性影響因子。此外，本計畫將收集國內道路工程用路人成本與社 會 成 本 等 相 關 文 獻 。 另 外 後 續 將 回 顧 相 關 研 究 方 法 如 人 工 智 慧 (ESIM)、生物共生演算法(SOS)等相關文獻。

2.1 國內橋梁維護管理現況探討

2.1.1 橋梁養護權責法源依據

本計畫之範圍以公路總局轄管之橋梁為主，本章蒐集管理單位養 護管理之相關法律，並且介紹相關橋梁維護管理規則與法令。其中，

全國法規資料庫(2014)公路法及公路總局依公路修建養護管理規則^[2]

等相關法令規定，辦理公路橋梁養護，相關法令敘述如下 :

1.公路修建養護管理規則部分(全國法規資料庫，2014)

依據民國102 年 11 月 26 日修正的「公路修建養護管理規則」，

在目前國內之橋梁管理現況中，橋梁管理之辦法被包含在公路管理 系統中，相關法條如下所示。

第 5 條：本規則所稱公路之養護，指為維持公路原有效用及公 路用地之完整，並避免造成環境公害，所採行之各種維護措施。

第 7 條：公路之修建、養護及管理，國道、省道由交通部之專 設機構辦理，市道、區道由直轄市政府辦理，縣道、鄉道由縣(市) 政府辦理；直轄市、縣政府並得將市道、縣道委託交通部之專設機 構辦理。省道經過直轄市政府、市政府行政區域部分，其修建、養 護及管理除快速公路由交通部之專設機構辦理外，由交通部與當地 直轄市政府、市政府協商定之。跨兩省(市)或兩縣(市)之橋涵、隧道，

其修建、養護及管理權責之歸屬，由交通部統一規定。

第26 條：修建工程主辦機關 (構)，因工程規模或受經費限制，

經報請公路主管機關核定後，得分期分段辦理，並得按年度分別編 製工程計畫及工程預算。

第 32 條：公路主管機關，對所轄公路應指定養護單位擬訂全 年養護計畫切實辦理，並保持各項設施之完整；遇有災害或意外毀 損，應迅速通報、管制交通並予搶修。

第33 條：公路養護業務之範圍如下：

一、公路路權之維護。

二、公路路基、路面、路肩、橋梁、隧道、景觀、排水設施、行 車安全設施、交控及通信設施之養護。

三、其他設置於公路用地範圍內各項公路有關設施之養護。

2.公路法部分(全國法規資料庫，2014)

依據民國 102 年 7 月 3 日最新公布之公路法第一章之規定，各 級公路管理機關大致可依下列規則區分：

第 1 條：為加強公路規劃、修建、養護，健全公路營運制度，

發展公路運輸事業，以增進公共福利與交通安全，特制定本法。

第 3 條：本法所稱公路主管機關：在中央為交通部；在直轄市 為直轄市政府；在縣(市)為縣(市)政府。

第6 條：管理機關之規定：

(1)國道、省道，由中央公路主管機關管理。但省道經過直轄市、市 行政區域部分之管理，除自成系統之快速公路外，由中央公路主 管機關與直轄市政府、市政府協商定之。

(2)市道、區道由直轄市公路主管機關管理。

(3)縣道、鄉道由縣(市)公路主管機關管理。但直轄市、縣(市)公路主 管機關認有必要，得與中央公路主管機關商定委託管理期限，將 市道或縣道委託中央公路主管機關管理。前項市道委託管理期

第6 條：養護工程之辦理機關:

國道、省道之養護，由中央公路主管機關辦理。但省道經過 直轄市、市行政區域部分之養護，除自成系統之快速公路外，由 中央公路主管機關與直轄市政府、市政府協商定之。

市道、區道之養護，由直轄市公路主管機關辦理。

縣道、鄉道之養護，由縣(市)公路主管機關辦理。但委託中央 公路主管機關管理之市道、縣道，由受委託之中央公路主管機關 辦理。

故依公路法之規定，國內橋梁維護管理單位分類如下：

a.縣、鄉道橋梁：由縣(市)公路主管機關管理，或委由公路總局代養。

b.國道橋梁：由中央公路主管機關管理。

c.省道橋梁：由中央公路主管機關管理。

d.市區道路橋梁：由直轄市公路主管機關管理。

2.1.2 公路維護規範

前章節主要介紹的是各橋梁的養護執行單位、主管機關與預算來 源。本計畫之範圍是以公路總局轄管之橋梁為主，本章針對公路總局 闡述養護管理之相關法令、檢測機制與公路養護手冊。

以下為公路橋梁之維護規範：

1.法源依據部分：

公路養護單位依據民國 96 年 7 月 11 日公布之交通部組織法第 十一條(全國法規資料庫，2014)：「交通部設公路總局；其組織以法 律定之。」，因此公路總局被設置，負責公路之修建養護。由表 2-3 橋梁養護權責劃分與預算編列之關係中，可知道公路之修建養護預 算編列係由交通部辦理。

2.檢測機制部分：

「公路養護手冊」原頒布於民國 76 年，爾後十五年餘期間多條

高速公路及快速公路陸續完成，養路技術亦有所增進，發現著實有 修訂之必要。上次係於92 年修訂，為因應近年來全球氣候異常天然 災害頻傳，養路技術亦有所增進，且各類型道路交通特性不同其相 應之養護項目及性質實有檢討修訂之必要。交通部公路總局於99 年 8 月至 11 月間陸續召開 11 次小組會議初擬各章修訂內容，於 99 年 12 月召開審查會議進行審查，歷時 5 個月始克修訂完成(公路總局養 護手冊，2012)^[3]。

本手冊修訂後共分15 章 1 附錄，依省道公路養護需求及特性，

分別就養路巡查、已完工之路基及邊坡、鋪面、橋梁、隧道、排水 設施、交通工程設施、交控設施、沿線路權內附屬設施、景觀及植 栽等各項設施及其分類構造物，敘明其內容、養護注意事項、檢測 或清查作業及相應之養護方法等，並訂明各項公路設施之巡查方 式、頻率項目、注意事項與各類參考表格供參考。

此外，為因應近年來異常氣候常致重大公路災害，亦強化橋梁 檢測、橋墩保護等作業規定，及增列邊坡監測系統巡查項目，部分 項目因應科技發展，或委由專業技術顧問公司辦理檢測，俾以進行 更詳盡之檢查及建議報告，提升管養作業效能，以確保用路人安全。

公路養護手冊中對檢測類別及方式中，分為定期檢測與特別檢測，

後續將介紹。

(1)定期檢測：定時對橋梁構件實施檢測，檢測重點在掌握橋梁結構 安全，早期發現構件之劣化程度並評估對橋梁功能損傷及其原 因。定期檢測係利用徒步、搭乘橋梁檢查車或其他高空作業車儘 可能接近橋梁構造物，予以較詳盡之檢查，評估橋梁構造物之安 全情形。

(2)特別檢測：由天災（如颱風、豪雨、地震等）或人為破壞因素（如 火災或車輛撞損等）引起之災害，致可能損傷橋梁結構所做之不 定期檢測。 檢測重點在針對災後或事故後或其他目的，探討是否 造成橋梁功能損傷及是否需維護、補強。

2.1.3 橋梁狀況指標

目前臺灣交通部之公路養護規範主要是採用D.E.R.&U.方法，此評 估法乃根據交通部國道高速公路局所開發之橋梁管理系統基礎，委託 CSIR 公司與昭淩顧問工程股份有限公司制定之目視評估準則(公路總 局養護手冊，2012)^[3]。檢測人員於定期檢測時參照橋梁檢測表格，表 列各構件之劣化情形，分別依劣化程度（Degree，D）、劣化範圍（Extent，

E）、重要性（Relevancy，R）等三項予以評定後；再評估該劣化構件 需維修之急迫性（Urgency，U）。

為評估劣化情形，D.E.R.&U.以 1 至 4 之四個等級予以具體評估劣 化程度，但若「無此項目」或「無法檢測」或「無法判定」時，則以0 予以記錄。並由橋梁檢測人員於現場予以評等。橋梁檢測人員得參考 相關檢測手冊並接受適當之橋梁檢測培訓，以期了解D.E.R.&U.檢測評 估方法及評定準則。

劣化程度(D)、劣化範圍€、重要性(R)以及劣化構件維修之急迫性 (U)之評等標準（0.1.2.3.4.）原則如附表 2-1。

表 2-1 橋梁構造物檢測評定標準

0 1 2 3 4

D 無此項目 良好 尚可 差 嚴重損壞

E 無法檢測 <10 10~30% 30~60 >60%

R 無法判定重要性 微 小 中 大

U 無法判定急迫性 例行維護 3年內 1年內 緊急處理維護 資料來源：公路養護規範，2012^[5]

本計畫將分別介紹橋梁元 (構)件狀況指標、洪水指標與地震指標 如下所示：

1.橋梁元件狀況指標 CI

在「橋梁檢測評估與補強」文獻中(李有豐等，2000)^[5]，D.E.R.&U.

檢測法考慮橋梁結構性、安全性、重要性等，使用橋梁元件狀況指標 Ic_ij進行橋梁評估。當Ic_ij愈小，表示該橋梁元件損壞愈嚴重，其橋梁 元件狀況指標計算公式如式(2.1)：

100 100

(4 4) 4

a

ij a

D E R Ic    

  ... (2.1)

 Ic_ij：梁構件狀況指標。

 D、E、R：表示 D.E.R.&U.檢測表格之各構件評分結果，分數 範圍 為 0~4 分。

 α：表示相對重要權重之參數，通常內定值為 1，若使用者欲強 調該元件之重要性，可取2。

當各元件 Ic_ij評估完畢後，再將所各元件 Ic_ij值帶入式(2.2)，可獲 得該元件項目 i 之狀況值 Ici。最後把 Ici、wi代入式(2.3)即可求出橋梁 整體狀況指標CI。橋梁整體狀況指標 CI 愈高，則表示橋梁整體狀況越 好，CI 愈低則反之。

1 n

ij j i

Ic

Ic n





... (2.2)

20

1 20

1

i i

i

i i

Ic w CI

w













 Ic_ij：各元件狀況指標。

 Ic_i：為元件項目i 之狀況值。

 n：橋梁各元件之總數。

 CI：橋梁整體狀況指標。

 w_i：元件i 相對橋梁之權重。

2.橋梁洪水沖刷狀況指標(SSI)

SSI 是 Scouring Stability Index 的縮寫，為橋梁的『沖刷穩定指 標』，以0~100 的整數代表橋梁對抗沖刷的能力，分數越高代表狀況 越好。SSI 值設計之目的在於凸顯與沖刷有關元件之狀況，包含「河 道」、「橋台基礎」、「橋台」、「橋墩保護設施」、「橋墩基礎」及「橋墩 墩體」六項，當該些元件檢測狀況不佳時，SSI 值下降，代表該其對

於水流之衝擊抵抗能力下降，因沖刷而斷橋之機率增大。SSI 值係取 六項最具代表性之 Ic_ij加以平均。計算公式如式(2.4)：

14 13 12 6 5 3

14 14 13 13 12 12 6 6 5 5 3 3

w w w w w w

w Ic w Ic w Ic w Ic w Ic w SSI Ic































 

... (2.4)

3.橋梁地震損傷指標

當橋梁進行側推分析(Pushover)時之力與位移的關係曲線，稱為 結構容量曲線；可代表該橋梁結構抵抗外力之能力，SAP2000 程式 可將結構之性能曲線(Performance curve, P-Δ 關係曲線)經 ATC-40 轉 換為其結構容量震譜(Capacity spectrum; Sd-Sa 關係曲線)，並找出該 區域所對應之耐震規範設計反應譜(可稱為該區地震需求譜)與結構 容量曲線譜的交會點，稱為性能點(Performance point)；在工程實務 上性能點為表示該結構物之耐震能力重要指標，而性能點Ay 為降伏 地表加速度，Ac 為崩塌地表加速。本計畫參考文獻(鄭明淵等，2011)

「橋梁通阻檢測分析模式建立研究」^[6]，依側推分析(Pushover)所得 之 Ay 及 Ac 值，利用武田模式(Takeda model)進行橋梁之非線性動力 分析。考量橋梁所在位置之劣化影響及可能遭遇地震等因素計算地 震損傷指標。

2.1.4 橋梁維護管理現況

目前國內各橋梁管理系統^[7]中，屬「臺灣地區橋梁管理系統」(簡 稱TBMS，Taiwan Bridge Management System)之資料最為完善，涵蓋各 個養護機關所管轄的橋梁，本節透過「臺灣地區橋梁管理系統」統計 之相關資料，了解國內橋梁管理之狀況。最後，因各橋梁管理機關之 檢測機制、預算來源、維護機制皆不相同，本計畫範圍以公路總局轄 管之橋梁為主，介紹其橋梁養護執行單位、主管機關與預算來源等。

1.橋梁管理現況與數量統計

國內橋梁管理機關其職權分配甚為複雜，本計畫引用文獻張凱帆 之「橋梁維護標準工項之初步研究」(2009)^[8]與相關法令彙整後，歸 納出國內橋梁所屬主管機關與管理層級體系表，以表 2-2 所示。

表 2-2 臺灣橋梁主管機關及管理體系 運輸系統

督導機關

管理機關與單位

中央 專責地區

鐵 路

國有鐵路 交通部 鐵路局 鐵路局-工程處-工務段

專有鐵路 行政院農委會 林務局 林務局

其他 - 所屬機關

道 路

公 路 系 統

國道 交通部 高速公路局 高工局-工程處-工務段

省道(代管

橋梁) 交通部 公路總局 公路總局-工程處-工務段 縣、鄉道 交通部 縣(市)政府 縣(市)政府-工務局-鄉鎮市公所 非

公 路 系 統

市區道路 內政部營建署 直轄市政府 直轄市政府-工務局-養工處 產業道路 行政院農委會 縣(市)政府 縣(市)政府-工務局-鄉鎮市公所

專用道路 經濟部 專屬機關 專屬機關(如台電)

其他 - 所屬機關(如港務局)

資料來源:張凱帆，2009^[8]

而橋梁主要專責轄管機關為交通部公路總局、高速公路局、鐵路 局及縣市政府，如下表 2-3 所示，依照 103 年度 3 月份臺灣地區橋梁 管理資訊系統統計資料(楊振翰，2005)^[9]，其主要橋梁管理機關其所 轄橋梁數目如下表：

表 2-3 橋梁管理機關所轄橋梁數目表

橋梁管理機關 橋梁管理數目 平均橋齡

交通部公路總局 2,590 22.74

交通部鐵路局 1,641 32.83 交通部高公局 2,446 18.25 各縣市政府 11,529 23.41

總計 18,524 23.46

資料來源：本計畫統計自民國103 年 3 月 TBMS 資料庫

由上表可知橋梁養護管理單位有公路總局、鐵路局、高公局與各 縣市政府，其平均橋齡已屆 23.46 年，其中以各縣市政府養護橋梁數 量最多，其業務可謂繁重。

2.橋梁養護權責劃分與編列預算之關係

另外，國內橋梁各橋梁管理機關之檢測機制、維護機制、預算

來源皆不相同。由表 2-4 可知，除目前市區道路、鄉道、產業道路其 預算來源與主管機關較複雜外，養護單位與預算來源不同也是目前 維護之困境，在文獻(楊振翰，2005)^[9]的研究中探討國內橋梁之維護 管理現況，因橋梁檢測、維護預算對橋梁維護的關係密切，若當養 護之人員因缺乏專業、編列預算困難或預算不足時，易衍生檢測、

維護以及後續維護之問題。因此本計畫希冀能透過群橋成本維護最 佳化模式之確立，提供橋梁管理單位在維護預算作業上之助益。

表 2-4 橋梁養護權責劃分與預算編列之關係

預算來源 主管機關 養護執行單位

國道 高速公路局 交通部 高速公路局

省道 公路總局 交通部 公路總局

鐵路 鐵路局 交通部 鐵路局

市區道路 中央補助、市政府 縣市政府 市政府

中央補助、縣市政府、鄉鎮公所 鄉公所

中央補助、縣市政府、鄉鎮公所 縣政府、鄉鎮公所

縣道、鄉道 中央補助、縣市政府 縣市政府 縣市政府

產業道路 中央補助、縣市政府 縣市政府 縣政府、鄉公所

資料來源：楊振翰，2005

2.1.5 橋梁維護管理機制

本計畫玆以公路總局為探討對象，分別針對養護組織及業務職掌與 其以往檢測維護依據、檢查類別及維護管理經費編列情形做說明，以了 解國內在公路系統維護管理作業上之發展狀況，本章引用文獻 (延允 中，2004)^[10]，其中對國內橋梁維護管理機制、成效查核與經費編列探討。

2.1.5.1 養護組織及業務職掌

公路總局的工作範圍包括公路工程與公路監理兩大部份，其中工 程又分新建工程與養護工程，在養護工程維護管理方面，局本部設有

「養路組」除公路整體政策研究規劃、政策協調及資源分配之整合，

另專司管理維護之彙總工作，辦理省道及重要縣道之養護、督導及改 善工程之設計施工，景觀、交通工程之策劃及設置事項。公路總局之 組織及課室相關養護組織執掌圖如圖2.1 所示：

圖 2.1 公路總局組織圖

資料來源:交通部公路總局網站

本計畫主要之目的為幫助橋梁管理單位在預算有限之下決定橋梁 維護之優先順序。因本計畫的對象為公路總局，公路總局又隸屬於行 政院交通部，其下層管理機關總共有 5 個工程處，各工程處其下又有 5~8 個工務段。實務上維護預算之編列狀況為，各處會統計各段之當年 度預算需求，之後彙整後會跟局本部報告，局本部再報告給行政院，

行政院把各部之預算彙整後給立法院，立法院依據年度預算增減，將 總預算給局本部，後續局本部會再跟各處討論預算分配，最後各處再 把預算分配給各工務段。因各工程處負責彙整各工務段的資料，並編列 預算向總局提報，於預算編列也希望得到決策支援，因此本計畫之成果 係假設在預算編列與群橋維護策略上，係提供決策支援給各工程處。

根據 (陳俊仲，2007) ^[11]文獻在公路總局組織與分工介紹中，維護 管理決策之架構上主要分成三個層面，分別為為工務段、各區工程處、

總局：

1.工務段

養護工程師詳實記錄各橋梁狀況、定期填寫檢測記錄，在檢測 過後發現劣化之情況下須擬定橋梁維護方案並提報，維護方案最常

遇到困難之處即為預算編列部分，必須從PCCES 系統中查詢，或者 向顧問公司詢問，甚至需要到市場訪價。

2.各區工程處

對於橋梁維護的角色主要為第一層的把關者，審核各工務段提報 資料的正確性，而各工務段提報之資料被退回的原因常為維護工項與 劣化構件並無關聯。如讓填寫的檢測資料中有劣化的構件與提報之工 項連結，能夠避免此項情況發生，故希望可選擇劣化類型，並於選擇 後給予該構件維護工項的建議。彙整各工務段的資料後，工程處需編 列預算並向總局提報，對於預算編列也希望得到決策支援。

3.總局

對於各橋梁維護方式、年度預算編列、維護經費分配擁有決定 權，為最終的決策者。公路局所轄橋梁皆為交通要道，任一橋梁皆 不容許發生意外，但發生經費有限之情況時，如何有效使用讓橋梁 危險性降到最低是決定經費分配的最大原則。

2.1.5.2 公路總局維護經費編列制度 1.檢測維護之依據

交通部依行政院指示以84 年 5 月 9 號公共建設督導會報決議事 項擬訂後續橋梁管理政策後，公路總局旋即依該發展方向於民國 85、86 年度委託國內工程顧問及學術機構辦理 80 座屬維生線或有安 全顧慮之重要橋梁 (其餘由公路總局自行檢查)之安全檢測評估工 作，並委由國立中央大學開發電腦系統化的橋梁管理系統，並編寫 混凝土橋梁檢查、混凝土橋梁維護等維護管理手冊供公路總局同仁 參考使用。

以上所列全部工作於87 年完成後提供公路總局橋梁巡查時參考 俾利詳實填入管理系統時使用；公路總局復依據民國 76 年交通部頒

「公路養護手冊」、「公路橋梁安全檢查手冊」、「公路修護管理規則」

及公路總局規定，訂定內部管理要點作為執行轄屬橋梁維護管理業 務之依據。

2.檢查類別

(1)定期檢查：係由各區工程處自行指派富有經驗之資深工程司率所 轄工務段於每年十一月卅日前完成檢查。

(2)特殊檢查：凡颱風、地震、大洪水等災害過後應立即檢查。

3.檢查注意事項

檢查有無下列狀況：橋梁桁架位置走樣及接頭變形、鉚釘鬆動、

橋墩橋台磨損、支承滑動、伸縮縫損壞、橋面破裂、欄杆碰損、河 道改向、橋梁基礎及墩台有無沖空之情事或發生大型龜裂及護岸有 無沖毀等及其他。

4.維護經費提報方式

在養護經費編列預算時，係由工程處工務段之養護工程司，將 該所轄路段需維護狀況彙整成報告後向工程處提報，並經由內部審 核以及配合養護歷史資料後，以決定該維護管理預算是否通過。

5.維護管理預算

下表2-5 為學者延允中(2004)彙整公路總局 86∼91 年度公路總局 維護管理總預算(包含道路、橋梁、山坡地、隧道)，可了解養護費佔 年度整體費用平均約 23%。

表 2-5 86~91 年度公路總局維護管理總預算表

單位:仟元