中 華 大 學 碩 士 論 文
管路工程佈管工法改善之研究
Study on the Improvement of the Piping Layout Construction Method
系 所 別：營 建 管 理 研 究 所 學號姓名：E09716015 彭 瀚 生 指導教授：鄭 紹 材 博 士
中 華 民 國 九十九 年 八 月
摘 要
管路工程係屬一般傳統常見施工方法，其特性在於工期短、施工迅速、開挖深度 不深且施工後能立即回填等因素；現行一般管路（如電信、光纖、自來水、瓦斯及低 壓電力系統等）之開挖深度均屆於G.L面下約1.2m~2.0m之間；而台電之地下高壓管 路埋深則達2.7m~4.5m間，相對來說亦增加其開挖擋土風險及造成施工進度減緩。目 前管路施工除開挖、打樁等工項已採用重機械作業外，餘管路之佈設配置則仍以人力 傳遞方式，除佈設效率易因人為因素降低外，再者因開挖深度較一般管路深（超過2 公尺以上），亦可能導致人員因施工不慎肇致墜落而增加施工之風險。本研究藉由對
「創新發明問題解決理論」（Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch；TRIZ）與「系 統化技術創新流程」（Systematic Technology Innovation Process；STIP）及專利資訊檢 索等相關文獻之瞭解，以掌握傳統佈管（擋土支撐工法）對於工安(管溝墜落職災)及 施工效率之差異，並針對現有擋土支撐工法施工流程、效率、職災與專利加以分析瞭 解，以獲得欲解決問題之根原因，據以提出現有工法功能模型，再藉由「創新發明問 題解決理論」（TRIZ）中39項工程參數所產生之矛盾矩陣及40項創新法則，做為新工 法設計依據；最後透過專家驗證，調查實際接觸管路工程之相關人員（如主辦機關、
設計單位、承攬商、現場施工人員等），以掌握受訪對象對於新產品之接受度及後續 改進對策。
關鍵字: 道路開挖、管路工程、管路佈設裝置、管路機具、工程安全。
ABSTRACT
Pipeline engineering is a traditional and common construction method characterized by short construction period, fast construction, shallow digging and quick backfill after construction. The excavation depth of general pipelines (such as telecommunications, optical fiber, water, gas and low voltage electrical systems, etc.) are approximately between 1.2m ~ 2.0m below the G.L.; while the depth of the underground high-pressure piping of the Taipower is up to 2.7m ~ 4.5m. This depth increases the risk of retaining its excavation sites and may result in the delay of construction schedule. In addition, in pipeline constructions, other than excavation and piling which now uses heavy machinery operation, the remaining piping layout and distribution still uses manual transmission. Not only would the manual handling decrease laying efficiency, since the excavation depth is deeper than other piping construction, the risk of workers accidentally falling also increases. This research used the technique of TRIZ (Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch), STIP (Systematic Technology Innovation Process) and patent surveying, to master the effect of traditional piping (retaining support construction method) on the engineering safety (occupational hazards of trench falling) and construction efficiency. We analyzed the process, efficiency, occupational hazards and patents of the current retaining support construction method to obtain the main parameters. Then a model of the current construction method was proposed. By using the TRIZ, conflict matrix resulted from 39 engineering parameters and 40 innovation rules were used as guideline for designing a new construction method. Lastly, the acceptance of the new products and follow-up improvement measures will be tracked through verification by the experts and through surveying the pipeline construction related personnel (such as sponsors, design units, contractors, construction site workers, etc.).
Keywords: road excavation, road engineering, pipeline layout apparatus, piping
machine, engineering safety
誌 謝
光陰似箭，不知不覺碩士生涯就要劃上句點了，回首二年來求學過程中的點滴，
終能體會古人所言：「如人飲水，冷暖自知」。在偶然的機會中經由肇煜學長的牽引進 入中華大學營建管理研究所。還記得剛進學校時，楊智斌所長於書報討論時曾說：「希 望每位學生，進來後都能靠自己的努力去掙取這一份學位，而非靠其它方式，也表示 中華大學營管所的論文品質是不輸其他學校。」，楊所長的這席話讓瀚生兩年來謹記 在心，只希望在校表現及論文品質能不負家人及師長期望，因為在離開學校十餘年後，
能重新接觸書本是何等高興。但瀚生也體認到求學這兩年絕非只靠自身能力即可完成，
因此首先感謝指導教授 鄭紹材老師的悉心指教，在論文研究期間對於瀚生無論是論 文的指導、學業的叮嚀、人生觀亦或待人處事方面，均使瀚生受益良多，同時亦感謝 口試委員 林慶元博士與 黃然博士的指正與建議，使論文內容能更趨完整。
在校修課期間，感謝營管所王明德教授、吳福祥教授、余文德教授、楊智斌教授、
吳卓夫教授、楊錫麒教授，及校外簡鴻儒老師及廖肇昌老師，給予學生許多寶貴的建 議及方法。亦感謝博士班吳誌銘學長及一般生葉相甫、葉靜瑤、黃郁詞、翁紹偉等人 的協助，使身為在職生的我在工作期間仍能即時獲得最新資訊，避免遺漏重要細節；
感謝吳瓖庭同學、陳妍綺同學、鍾芷芳同學與沈絢霓同學於學業上的幫忙與協助，使 瀚生於求學期間能有共同奮鬥的伙伴；感謝營管所珮娟助理、筱姈助理、學長姐、同 窗好友於學習過程中給予的協助及鼓勵；感謝台電公司康錫粱課長、陳輔鏞課長、林 聰輝領班、蔡文成兄與楊世楨兄等各級長官、及劉昌元兄與中鹿營造公司鍾志明經理、
黃文章經理、陳學誠經理、胡宜蓁小姐於瀚生求學期間給予的照顧與協助，使得論文 內容能更加充實。
最後由衷感激我的父母 彭森俊先生與 鄭梅桂女士對於瀚生的關懷與協助，三 位姐妹韻如、韻玲、曼筠與姐夫約翰、明輝、妹婿柏榮的適時鼓勵與全力支持，更要 感謝慧蓉對於瀚生二年來的包容，尤其是在本人因論文遭遇瓶頸而煩腦時，在旁給予 不斷的支持與鼓勵。
謹以本文獻給我最愛的父母、師長、家人及朋友。
彭瀚生 謹誌於 中華大學 營建管理研究所
目 錄
摘 要 ... i
ABSTRACT ... ii
誌 謝 ... iii
目 錄 ... iv
表目錄 ... vi
圖目錄 ... vii
第一章 緒論 ... 1
1.1 研究背景與動機 ... 1
1.2 研究目的 ... 1
1.3 研究範圍與限制 ... 2
1.4 研究方法 ... 2
1.5 研究流程 ... 4
1.6 論文架構 ... 5
第二章 文獻回顧 ... 6
2.1 管路工程常見工法概述 ... 6
2.1.1 擋土支撐工法 ... 6
2.1.2 推進工法 ... 8
2.1.3 潛盾工法 ... 10
2.1.4 水平導向鑽掘工法 ... 13
2.2 創新設計之發展與應用 ... 16
2.2.1 創新發明解決理論(TRIZ)發展背景 ... 16
2.2.2 創新發明解決理論(TRIZ)內容與相關應用 ... 17
2.3 系統化技術創新流程（STIP）發展與應用 ... 23
2.3.1 STIP 發展背景 ... 23
2.3.2 STIP 內容與相關應用 ... 25
2.4 專利資料與檢索 ... 27
2.4.1 專利檢索與分類 ... 27
2.4.2 專利資料內容 ... 30
第三章 現有管路工程施工問題探討 ... 31
3.1 現有工法問題分析 ... 31
3.1.1 傳統管路施工步驟與流程 ... 32
3.1.2 地下管路佈設工率概述 ... 34
3.1.3 傳統管路墜落職災分析 ... 36
3.2 管路佈設工率降低根原因分析 ... 40
3.3 傳統管路施作功能模型與潛在創新機會分析 ... 42
第四章 管路佈設之創新工法設計 ... 44
4.1 國內外管路專利檢索與分析 ... 44
4.2TRIZ 矛盾矩陣與創新法則分析 ... 47
4.3 新工法功能模型構想 ... 48
4.4 創新工法可行性 ... 49
4.5 設計構想草圖 ... 49
第五章 專家驗證與討論 ... 53
5.1 問卷設計 ... 53
5.2 驗證成果分析 ... 53
第六章 結論與建議 ... 57
6.1 結論 ... 57
6.2 建議 ... 57
參考文獻 ... 58
附錄一 三十九項工程參數 ... 62
附錄二 四十項發明原則及子原則 ... 63
附錄三 矛盾矩陣表 ... 65
附錄四 管路佈設作業細部分解結構(WBS) ... 73
附錄五 管路佈設作業細部分解流程 ... 79
附錄六 墜落職災案例統計 ... 80
附錄七 問卷調查 ... 86
附錄八 論文口試審查意見與回覆 ... 89
表目錄
表 2.1 管路常見工法特性比較表 ... 15
表 2.2 TRIZ 發展內容及歷程 ... 18
表 2.3 三十九項工程參數一覽表 ... 19
表 2.4 四十項發明原則 ... 20
表 2.5 矛盾矩陣表(衝突矩陣表)範例 ... 22
表 2.6 專利資訊基本欄位 ... 27
表 2.7 國際專利分類號分類表 ... 29
表 2.8 專利公報資料項目 ... 30
表 3.1 傳統管路施工項目暨程序一覽表 ... 32
表 3.2 電纜管路施工期程估算一覽表 ... 34
表 3.3 管路施工流程工率概算 ... 35
表 3.4 民國 94 年至 98 年各行業墜落職災案例統計一覽表 ... 37
表 4.1 矛盾矩陣表(衝突矩陣表) ... 48
表 5. 1 問卷調查統計表 ... 54
圖目錄
圖 1.1 研究流程圖 ... 4
圖 2.1 擋土支撐工法圖例 ... 8
圖 2.2 管溝擋土支撐施工現況 ... 8
圖 2.3 推進工法穿越河川渠道示意圖 ... 9
圖 2.4 推進工法施工圖 ... 9
圖 2.5 潛盾工法施工示意圖 ... 10
圖 2.6 潛盾機之分類 ... 12
圖 2.7 水平導向鑽掘工法示意圖 ... 14
圖 2.8 TRIZ 問題解決流程圖 ... 22
圖 2.9 電腦輔助創意產品設計流程圖 ... 24
圖 2.10 系統化技術創新流程圖 ... 26
圖 3. 1 管路佈設流程圖 ... 33
圖 3.2 佈管工率降低特性要因圖 ... 41
圖 3.3 佈管工率降低根原因分析圖 ... 41
圖 3.4 管路佈設作業示意圖 ... 42
圖 3.5 管路佈設系統功能模型 ... 42
圖 4.1 專利資料搜尋圖例 ... 44
圖 4.2 技術生命週期圖 ... 45
圖 4.3 歷年專利比較圖 ... 45
圖 4.4 所屬國歷年專利件數圖 ... 46
圖 4.5 IPC 專利分類分析圖 ... 46
圖 4.6 專利技術歷年活動圖 ... 47
圖 4.7 新工法功能模型修正圖 ... 48
圖 4.8 新式佈管裝置前視圖 ... 50
圖 4.9 新式佈管裝置分解示意圖 ... 50
圖 4.10 新式佈管裝置立體示意圖 ... 51
圖 4.11 新型佈管裝置立體示意圖 ... 51
圖 4.13 新型佈管裝置模擬側視圖 ... 52
圖 4.14 新型佈管裝置模擬儲存與降管示意圖 ... 52
圖 5.1 問卷對象分佈圖 ... 53
圖 5.2 各受訪階層贊成管路施工有改善空間之分佈圖 ... 54
圖 5.3 各受訪階層贊成新裝置能改善工安及效率分佈圖 ... 55
第一章 緒論
1.1 研究背景與動機
台電公司近年為提高用電滿足性及供電品質，並配合第六次輸變電計畫之推展，
逐步將供電系統改為161kV特高壓電力系統，藉以縮短城鄉發展之差距，更鑑於將都 會區地下空間作更有效利用，降低對當地交通衝擊、減少民眾抗拒及避免破壞都市景 觀等因素考量，電力系統地下化採用潛盾工法做為長隧道主體工程，將成為台電公司 未來趨勢[1]；惟基於電力佈設成本之考量，目前高壓輸配電線路之佈設原則，一般 來說山區仍以電塔為主，而近都會區之輸配電線路架設則以洞道（潛盾）工法及傳統 地下管路為主；囿於潛盾（洞道）工法之施工成本及工期均較傳統管路工程甚鉅，故 短期內地下管線佈設仍將以傳統管路工程為其主要施工方式。
管路工程係屬一般傳統常見施工方法，其特性在於工期短、施工迅速、開挖深 度不深且施工後能立即回填等因素；惟該工法雖使用年久，卻時有耳聞工地因施工不 善肇生路基坍塌並衍生相關工安情事致工率下降或延誤工期等問題。
目前一般管路（如電信、光纖、自來水、瓦斯及低壓電力系統等）之開挖深度 均屆於G.L面下約1.2m~2.0m之間；而台電之地下高壓管路埋深則達2.7m~4.5m間，相 對來說亦增加其開挖擋土風險及造成施工進度減緩。由於管路施工除開挖、打樁等工 項已採用重機械作業外，餘管路之佈設配置則仍以人力傳遞方式，除佈設效率易因人 為因素降低外，再者因開挖深度較一般管路深（超過2公尺以上），亦可能導致人員因 施工不慎肇致墜落而增加施工之風險。本研究希冀藉由管路佈設裝置之研發，不僅可 增進管路佈設效率，亦能提昇施工人員安全性。
1.2 研究目的
本研究欲藉由對傳統管路施工流程之分析，掌握工率降低及危安（墜落）因素，
並透過創新發明問題解決理論（Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch；TRIZ）[2]
與系統化技術創新流程（Systematic Technology Innovation Process；STIP）[3]之方法，
使其對於管路佈設工法（裝置）之研發，達到以下目的：
二、掌握管路佈設裝置對於增加佈管效率及防止人員墜落溝底之可能性。
1.3 研究範圍與限制
本研究以研發新型管路佈設裝置相關專利與探討傳統管路工法之施工效率及工 安作為比較，其研究之範圍及限制如下：
一、考量工地現場環境（如土壤地層條件、水文等）及進場材料品質管控，均將影響 工程進度及品質，故本研究對於現場環境之設定係假設材料之供應品質無虞及現 場環境可正常施做情況。
二、本研究之創新意義僅就研發產品對於工安及施工效率二者加以分析探討，對於工 程管理、品質、組織流程並未列入研究範圍。
三、本研究之產品對於工安保護範圍係針對從事於管路佈設階段之施工人員，故對於 路面之所有相關工安及交維設施，均應依勞工安全相關法規及各道路主管機關核 定之交維計畫確實執行。
1.4 研究方法
本研究所使用之研究方法計有以下四項：
一、文獻探討
本研究以研發觀念為出發點，透過專利檢索與利用創新發明解決理論(TRIZ)[2]
與系統化技術創新流程(STIP)[3]分析管路佈設裝置，因此文獻回溯將包含：
(一)管路工程常見工法概述。
瞭解現有地下管路之施工方式與差異性，並分析各工法之優缺點。
(二)創新發明問題解決理論（Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch；TRIZ）工具 應用相關文獻。
藉由對創新發明解決理論之瞭解及運用，作為新工法研究採用之工具。
(三)系統化技術創新流程（Systematic Technology Innovation Process；STIP）應用相關 文獻。
藉由文獻回顧掌握其發展歷程，並運用該技術創新流程做為新工法研究工具。
(四)專利資料與檢索概述。
藉由對專利之概述，據以掌握後續對於本研究欲改善創新之新技術以作為技術研
發指標。
二、管路擋土支撐工法現況分析
藉由對地下管路常用之擋土支撐工法加以分析瞭解，以掌握欲解決問題之根原因，
並提出現有工法功能模型及潛在創新機會。
三、創新工法設計
為有效掌握傳統佈管對於工安及佈管效率之差異，本研究將蒐集現有管路專利並 以系統化技術創新流程（STIP）提出有關佈管作業可改進之方向為建議對象；藉由創 新發明解決理論（TRIZ），運用 39 項工程參數產生之矛盾矩陣及 40 項創新法則，做 為新工法設計依據。
四、專家驗證及效益評估
經由問卷調查接觸管路工程之相關人員（如主辦機關、設計單位、承攬商、現場 施工人員等），探詢目前管路施工中易肇生之工安缺失及降低施工效率之原因，並掌 握受訪對象對於新產品之接受度。
1.5 研究流程
本研究流程如圖 1.1 所示：
圖 1.1 研究流程圖 文獻回顧
現有工法問題分析
根原因分析
概念評估與產品系統設計
結論與建議
現有工法功能模型與潛在創新機會 研究動機與目的
新工法功能模型構想 (運用 TRIZ 矛盾矩陣與創新法則) 第一章
第二章
第五章 第三章
第四章
專家驗證與討論
否
是
第六章
效益評估
1.6 論文架構
本研究共分六個章節，各章節說明如下：
一、第一章：序論
說明本研究之動機與目的，探討一般管路工程於施工期間對於施工人員工作安全 及佈管效率之問題，並提出創新工法以改善佈管效率及工安。
二、第二章：文獻回顧
探討傳統管路施工方式之比較、創新發明解決理論（TRIZ）與系統化技術創新 流程（STIP）發展與應用。
三、第三章：傳統管路明挖工法分析
運用系統化技術創新流程（STIP）分別探討現有管路施工步驟、流程、工率分析、
根原因探究及現有工法功能模型與潛在創新機會。
四、第四章：管路佈設之創新工法設計
採行創新發明解決理論（TRIZ）並運用 39 項工程參數與 40 項發明原則，探究 系統化技術創新流程（STIP）以掌握新工法之設計方向，提出新工法之功能模型與構 想草圖，並分析新工法之創新可行性。
五、第五章：專家驗證與討論
經由問卷方式詢問目前從事管路工程相關人員（如主辦機關、設計單位、承攬商、
現場施工人員等），探詢目前管路施工中易肇生之工安缺失及降低施工效率之原因，
並掌握受訪對象對於新產品之接受度。
六、第六章：結論與建議
綜合本研究之成果，提出結論與建議，供後續相關研究方向之參考。
第二章 文獻回顧
本研究旨在研發管路佈設裝置於管路施工期間，能增加佈管效率，期能縮短管溝 開挖及回填時程，避免開挖面長時間暴露而增加施工風險，因此在文獻回顧中將針對 管路常見工法概述、創新發明問題解決理論（Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch；TRIZ）與系統化技術創新流程（Systematic Technology Innovation Process；
STIP）發展與應用予以瞭解掌握。
2.1 管路工程常見工法概述
目前管路工程採用地下化施工方式較常見者計有擋土支撐工法、推進工法、潛盾 工法與水平導向鑽掘等工法，以下就各工法特性概述如后：
2.1.1 擋土支撐工法
傳統管溝開挖通常先以挖土機做粗開挖到所需深度與寬度，並將挖掘所產生之土 方載至臨時儲土場備用回填或委由合法棄土場做再回收利用，而後以人工或機械方式 修整溝底及側壁至所需尺寸，接著進行管路佈設與埋放。舉例來說，目前電力及電信 業者所用之塑膠管，均係以人力直接搬運放入溝底[4]，俟接管完成後以混凝土澆鑄 成為一強固結構體或以原土回填後再覆以控制性低強度回填材料(Controlled Low Strength Materials；CLSM)完成作業程序，上述施工方式為確保其施工品質及效率，
故需依標準作業程序施作。
前述施工方式因開挖後將使土壤解壓產生側向土壓效應，故管溝開挖後需於開挖 面二側設置擋土支撐裝置，俾利維護開挖側壁土壤穩定度並保護管溝內施工人員之安 全，而為求施工安全性，故施工期間之安全作業程序即需依照勞工安全相關法規及營 造安全衛生設施標準施作。圖 2.1 為管路擋土支撐工法施工示意圖，圖 2.2 擋土支撐 設置現況圖。以下即就該工法之各項名詞予以說明如后[4]：
一、開挖（excavation）：指以人為方式於地表上挖掘土壤以形成洞穴、溝渠或凹坑。
二、管溝開挖（trench excavation）：在地表上以狹窄方式（相對於長度而言）所做的 開挖，通常這類開挖的深度大於其開挖寬度。
三、擋土支撐（shoring）：為防範管溝崩塌災害，以擋土板擋土裝置架設管溝二側，
以防止崩塌土方直接壓到施工人員。通常以金屬或木材製成，可重覆組裝、拆卸，
組裝完成亦可以吊車吊放至作業區，或於施工區域以人工方式組裝。
四、標準作業程序（standard operation procedure）：將完成某一特定作業所需執行的 各項作業步驟，以條列的方式逐一說明，使能快速而正確地完成該項作業。
五、安全作業程序（safety operation procedure）：於標準作業程序的各項步驟中，分 析可能造成的危害，並將避免該危害所需的因應措施或防護裝置的操作程序納入 標準作業程序中，以確保作業的正確性與安全性。
管路工程於施工中常見之危害情形及災害防止對策如下[4]：
一、管溝側壁崩塌：由於土壤本身黏結力不足或過度開挖，或因施工車輛造成超額載 重及集中應力，使開挖面崩塌而造成作業勞工的傷亡。
防止對策：設置擋土支撐、於開挖前妥善設計、依設計施工並定期檢核、設計時 需考慮車輛及物品進入造成的載重並鋪設鋼板或木材以分散壓力、大雨及地震後 需確實檢查擋土措施及土壤狀態，確定安全後才可繼續作業。
二、墜落：由於開挖造成開口部，作業勞工不慎即有可能造成傷亡。
防止對策：於管溝開挖時應設置上下安全設備及警告標誌，並限制不相關人員進 入工作範圍。
三、感電、溺水、有害氣體及火災爆炸：開挖時挖斷地下電纜線、自來水、瓦斯管線 或土壤中有害氣體因而造成傷害。
防止對策：於施工前確實調查周圍管線位置，施工期間應使用絕緣手套及膠鞋，
並定期做可燃性氣體及氧氣的測試。
為防止上述情形產生，於施工期間需佐以適當防護裝置，防護裝置雖具有部分擋 土功能，但並非針對防止溝側壁崩塌而設計，而是以人員的防護為主要考量，主要構 造為側板及中間支撐，溝側壁崩塌時以側板將土石擋住，並藉由中間支撐來承受壓力 及力矩，以避免勞工被土壤壓埋而造成傷亡。管溝開挖防護裝置常見型式如下：
一、H 型擋土防護裝置。
二、倒 V 型擋土防護措施。
三、開 A 型擋土防護措施。
四、輪盤式擋土防護裝置。
五、走管式擋土防護裝置。
圖 2.1 擋土支撐工法圖例
圖 2.2 管溝擋土支撐施工現況
2.1.2 推進工法
所謂推進工法係利用油壓千斤頂之推力以及承受推力之反力座將管體水平推進。
因此，推進工法在施作上乃於埋設管線兩端，構築出發（推進坑）及到達工作井，
並於出發井內施作反力牆，利用設置於反力牆處之油壓千斤頂，在後方一面埋管向 前推進土層內，一面將管內之廢土以人力或機械挖掘、搬出工作井外之施工法(如圖 2.3 推進工法穿越河川渠道示意圖)，依據管徑大小可分為（1）中大管徑推進工法，
h≧120cm
頂層支撐(鋼 材或鋼管)
適用管徑∮800mm~3000mm 及（2）小管推進工法，其適用範圍為∮250mm~700mm 等兩大類。目前台電使用之管徑均屬第一類，而其掘進方式又可分為（1）開放型掘 進：人力或機械挖土如半潛盾式推進工法；（2）密閉型掘進：以機械挖土如泥水式 及土壓式推進工法等[5](如圖 2.4 推進工法施工圖)。
圖 2.3 推進工法穿越河川渠道示意圖
圖 2.4 推進工法施工圖
2.1.3 潛盾工法
係指利用鋼製盾構(Shield)於其內裝設開挖、出碴、支撐架設等機械設備，由盾 構支持地層保護下進行隧道（管道）開挖、支撐架設工程施工機具與施工技術等工作，
以提高施工安全性[6] (參閱圖 2.5 潛盾工法施工示意圖)。
圖 2.5 潛盾工法施工示意圖
一、潛盾機型：
潛盾機依其構造類型可分為密閉、開放兩大類，另有特殊型式為「擠壓式」。以 下針對各類型潛盾機型概述如后：
(一)開放式潛盾機(Open shield)：
開挖時開挖面地層全部或大部分呈無支撐之開放狀態之潛盾機包括：手挖式、半 機械式、機械式等三種。
使用時以開挖面地層能自立為前提，如有部分地層無法維持開挖面安定，應先進 行地磐穩定處理，以滿足其自立性之需求。
(二)密閉式潛盾機(Closed shield)：
背填灌漿及作泥廠
污泥槽
排泥管 環片
污泥槽 吊桿
泥漿泵浦 轉換盤 台車聯桿
通風管
環片台車 電瓶用火車頭
通風 管
一號動力台車
操作室 動力盤
二號動力台車 泥水泵浦控制盤
於切削轉盤後方設置隔板，以螺旋輸送機或排泥管等排土設備排土，可有效阻隔 來自開挖面之土壓、水壓，不使影響潛盾機內側操作空間。如開挖面發生崩塌、湧水 現象亦不致危及潛盾機內之作業人員之安全。密閉式潛盾機亦可分為土壓平衡式及泥 水加壓式二種。
1、土壓平衡式
利用螺旋輸送機調節排土速率，使土倉(隔鈑與切削轉盤間之積存土碴構造)內 維持接近充滿狀態，傳遞潛盾推力至開挖面而行加壓作用，使產生被動土壓以平衡主 動土壓，而達開挖面安定之效果，故稱「土壓平衡潛盾機」。
可視需要添注泥水或泥漿以改變土碴之粒徑組成及含水率，使排土順暢或壓力傳 遞效果更佳，是為「加泥式土壓平衡式潛盾機」。
2、泥水加壓式
利用粘性土（白皂土、粘土等）攪拌製成泥水，注入土倉及開挖面地層內，調 節控制泥水之壓力，以抵禦開挖面土壓及水壓之作用是為「泥水加壓式潛盾機」。
如地層透水度過高泥水大量流失，致無法維持壓力時，可改採流動性較低且顆粒 較粗之材料予以改善是為「泥漿式潛盾機」。
(三)擠壓式潛盾機(Blind shield)：
潛盾機前端設置內凹隔鈑，其上開設可調整位置及大小之取土口，於潛盾機向前 推進時盾體貫入地層隔鈑對地層之擠壓作用，使開挖面土碴向取土口流動而排土。
圖 2.6 為潛盾機之分類圖示：
圖 2.6 潛盾機之分類[7]
二、潛盾隧道支撐環片
潛盾機開挖完成一單元長度後，需立即施以隧道之支撐，故多採以預鑄鋼筋混凝 土或鋼製環片於盾尾以組裝機架設成環以做為隧道壁體之支撐設施。
隧道環片之構造為組裝方便，將依隧道斷面分割成若干片，並設置吊裝孔，連結 構造等。
環片之面板形狀可分厚度均一之「平板形」及部分縮減成類似格柵狀之「箱形」
兩種，環片尺寸需考量設計荷重、材料強度，隧道曲率半徑、單片重量等因素，一般 厚度多採 20cm~60cm，寬度採用 90cm~150cm，為應曲線施工及方向調整需要，寬度 需有呈漸變之異形環片，變化情形分單側或雙側，而分為「單邊異形」及「雙邊異形」
兩種。
三、背填灌漿
潛盾施工為配合環片組裝、推進修正方向等需要，環片外緣與盾構造間需留有部 分空隙，稱為「盾尾間隙」，而盾構鋼鈑亦需有 3m/m 以上之厚度，故於潛盾機推進 離開盾尾之環片，外緣與地層間將出現空隙必須即速予填充，以防止地層鬆馳、地下
水滲流。此項作業即稱為「背填灌漿」。 四、二次趁砌
為修正隧道之坡度、提高防蝕性等需求，常於環片內再施作(鋼筋)混凝土之櫬砌，
是為「二次襯砌」。施工前應先將環片清洗乾淨，加強止水構造後，依測量成果規畫 分單元施工。多採鋼模、施築場鑄混凝土。
2.1.4 水平導向鑽掘工法
水平導向鑽掘工法（Horizontal Directional Drilling Method，HDD 工法）又可稱 為潛鑽工法，為鋪設地下公共管線所使用之免開挖技術工法之一種，其工法係利用水 平導向鑽掘機於事前預定之路徑、深度及距離，鑽掘一適合拉管之孔道後，並以高壓 皂液行成水刀切割輔助鑽掘成一直徑約三英吋之孔道（前鑽），然後以擴孔鑽頭沿孔 道擴孔回鑽（回擴），視工程需求可回擴數次，並於最後一次回擴時連接既已設定之 管線，即完成管線之佈設（參考圖 2.7 水平導向鑽掘工法示意圖）。
本工法主要係利用其可進行長距離施工及可轉彎前進之特性，在穿越河道、高 速公路、地下障礙物、特殊保護區下方及都市內管線等工程均可採用。目前採用此水 平導向鑽掘工法之埋設管線種類包括瓦斯管、自來水管、地下水管、電力管、電信管、
光纖電纜、下水道等，管材則為 HDPE 管或鋼管等[8]。
A.導孔鑽掘
B.導孔鑽掘完成即開始擴孔
C.拉管並佈設管線
圖 2.7 水平導向鑽掘工法示意圖[9]
前述各項工法之採用時機除配合現場施工環境外，亦需考量其經濟、施工便利、
安全性等因素，經綜合整理後如表 2.1 所示：
表 2.1 管路常見工法特性比較表（本研究整理）
傳統管路
工法[4] 推進工法[5] 潛盾工法[6] 水平導向鑽 掘工法[10]
優點
1.施工技術性較 低。
2.單位時間所需 工期較短。
3.單位金額預算 低。
1. 可 長 距 離 施 工 及轉彎前進特 性，在穿越河 道 、 高 速 公 路、地下障礙 物、特殊保護 區下方及都市 內管線等均可 採用。
2. 施 工 區 域 位 於 地面下方，對 用路人衝擊較 小。
一 般 施 工 位 置 均 位 於 地 面 五 米 以 下，如做好地質調 查並掌握水文、掘 進 土 量 及 土 壤 開 挖 後 之 側 向 土 壓 並加以控制，可降 低 及 減 少 路 面 掏 空機率，對於用路 人衝擊較小。
1. 同 推 進 工 法 優 點。
2.不需大量開挖，
廢棄土少，且鑽 液無公害。
3.減少拆遷其他管 線，避免工期受 影響。
4.施工期短、施工 效率高。
5.對交通及環境影 響小。
6.路面開挖少，可 保持路面完整，
且無沈陷之虞。
缺點
1.採明挖擋土方 式，如未做好 擋土措施，易 造 成 路 面 塌 陷。
2. 與 用 路 人 爭 道，易造成民 怨，對住家及 用路人衝擊較 大。
3.路面修復成本 較高。
1. 單 位 完 成 數 量 所需金額較傳 統管路高。
2. 若 土 層 過 於 堅 硬將無法使用 (混凝土管管路 插不進去)。
3. 推 進 距 離 有 限 (管路愈長，則 管壁與土壤間 的磨擦力也會 愈大)。
1.計畫與施工時程 冗長。
2.預算金額高。
3.若未於事前詳細 探 勘 瞭 解 地 層 構造，將影響後 續 潛 盾 機 掘 進 速度。
1.單位完成數量金 額較高。
2.佈設時須事先組 裝並完成檢測。
3.需足夠之狹長形 腹地，以供管線 放置。
4.無法回填砂及埋 設警示帶，致對 管線的保護較為 薄弱。
5.遙控鑽掘可調整 方向，惟其準確 度較低。
2.2 創新設計之發展與應用
創新是產業重要的發展與生存的工具，也是解決問題、促進進步的原動力。一般 創新問題解決的方式大致分為三種：（1）靈感乍現：此種方法謂可遇而不可求，亦非 問題解決的主要方式；（2）試誤法（Trial&Error）：此種方法係將所有可用的解決方 式逐項測試，惟此種方式多靠運氣且無法全面尋找所有可能的解答，例如：腦力激盪 法；（3）系統化創新法：此種方法按照某種系統化的方式及程序，不僅可藉由問題探 及分析看到整體性的問題，也能因全面性觀察而獲致較佳之解決方式。[11]
系統化創新（Systematic Inovation）之理念來自於研究前人及自然界創新的方法 與原理，歸納並應用其原理及方法創新性的解決問題；目前在學界及業界所常見的系 統化創新工具如 TRIZ、Lateral Thinking（水平思考法）、6 Thinking Head（六頂思考 帽）、Neuro-linguistic Programming、Perception Mapping、Kepner Tregoe．．等，均屬 系統化創新工具；其中 TRIZ 源自於前蘇聯發明家研究 20 餘萬份專利所歸納綜整的 系統化創新手法及理論，故該方法乃系統化創新中重要之一部份，換言之，TRIZ 並 不包括系統化創新，但系統化創新則包含 TRIZ 理論[11]。
綜前所述，本研究欲利用系統化創新方式及流程與 TRIZ 方法為其新工法設計理 論基礎與探討工具。
2.2.1 創新發明解決理論(TRIZ)發展背景
TRIZ 為俄文“Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch, TRIZ”的縮寫，英譯為
“Theory of Inventive Problem Solving, TIPS”，即為創新發明問題解決理論，目的是為 解決創新時所產生的問題，由前蘇聯發明家 Genrich Altshuller 分析超過二十萬件具代 表性之專利所歸納出的理論[2]。
Altshuller 早期為蘇聯海軍部門工程師，在處理世界各國的發明專利過程中，認 為任何的技術演化是有根據的[2]，在分析專利之創新發明特點時，Altshuller 時常問 的問題便是[12]：
一、如何將發明所需時間縮短的問題。
二、如何在過程中建立增加突破性思考的問題。
Altshuller 發現任何領域的產品改進、技術的變革、創新和生物系統一樣，都存 在產生、生長、成熟、衰老、滅亡，是有規律可循的。人們如果掌握了這些規律，就 能進行產品的設計並預測產品的未來趨勢。Altshuller 窮其畢生精力致力於 TRIZ 理論 的研究和完善。在他的領導下，前蘇聯的研究機構、大學、企業組成 TRIZ 的研究團 體，分析近 250 萬的發明專利，總結出各種技術發展進化遵循的規律模式，以及解決 各種技術矛盾和物理矛盾的創新原理與法則，建立一個由解決技術，實現創新開發的 各種方法、演算法組成的綜合理論體系，並綜合多學科領域的原理與法則，建立起 TRIZ 理論體系[13]。
現代 TRIZ 理論的核心思想主要體現在三個方面如下[13]：
一、首先，無論是一個簡單產品還是複雜的技術系統，其核心技術的法展都是遵循著 客觀的規律發展演變的，即具有客觀的進化規律和模式。
二、其次，各種技術難題、衝突和矛盾的不斷解決是推動這種進化過程的動力。
三、再就是技術系統發展的理想狀態是用儘量少的資源實現儘量多的功能。
TRIZ 理論早期被蘇聯視為機密，前蘇聯解體後有許多研究 TRIZ 的專家陸續移民至 西方，TRIZ 才開始廣為流傳，直到現今仍有許多公司與企業運用 TRIZ 解決許多工 程上面臨的實際問題[14]。
2.2.2 創新發明解決理論(TRIZ)內容與相關應用
Altshuller 與他的 TRIZ 研究機構 50 多年來提出許多有關 TRIZ 理論的工具，如 衝突矩陣、76 標準解答、創新演算法(ARIZ)、AFD、物質-場分析、ISQ、DE、8 種 演化類型、科學效應、40 個創新原理、39 個工程技術特性，物理學、化學、幾何學 等工程學原理知識庫等，其發展與內容如表 2.2 所示；常用者有基於巨集觀的矛盾矩 陣法(衝突矩陣法)和基於微觀的物-場變換法[13]。事實上 TRIZ 針對輸入輸出的關係
（效應）、衝突和技術進化都有比較完善的理論。這些工具為創新理論軟體化提供了 基礎，從而為 TRIZ 的實際應用提供了條件。
表 2.2 TRIZ 發展內容及歷程[2]
內容 發展年代
1.創新層級(Levels of Innovation) 1956~1971
2.矛盾(Contradictions)
技術矛盾(Technical Contradictions)
(1)39 工程參數(39 Engineering Parameters,EP) (2)40 發明原則(40 Inventive Principles,IP) 物理矛盾(Physical Contradictions)
4 項分離原則(Four Separation Principles) 1979
3.理想化(Ideality) 1956
4.76 標準解(76 Standard Solutions) 1974~1985 5.演化模式(Patterns of Evolution) 1969~1979 6.創新演算法 ARIZ (Algorithm of Inventive Problem Solving) 1959~1985 7.質-場分析(Substance-Field Analysis) 1977
本研究針對 TRIZ 方法中常使用之工具包括 39 項工程參數、矛盾矩陣、40 項發 明原則作回顧。
一、三十九項工程參數
表 2.3 工程參數係(Engineering Parameter, EP)為 Altshuller 所歸納出的設計參數，
藉由三十九項工程設計參數來描述衝突與問題，目的是把實際工程設計中的矛盾轉化 成一般的或是標準的技術矛盾[15]，Savransky(2000)[16]將三十九項工程參數分成一 般物理與幾何類(Common Physical And Geometric Parameters)、技術負向參數
(Technique-Independent Negative Parameters)與技術正向參數(Technique-Independent Positive Parameters)三大類如附錄一。
表 2.3 三十九項工程參數一覽表 1. 移動件重量
2. 固定件重量 3. 移動件長度 4. 固定件長度 5. 移動件面積 6. 固定件面積 7. 移動件體積 8. 固定件體積 9. 速度 10. 力量 11. 張力、壓力 12. 形狀 13. 物體穩定性
14. 強度
15. 移動件耐久性 16. 固定件耐久性 17. 溫度
18. 亮度
19. 移動件消耗能量 20. 固定件消耗能量 21. 動力
22. 能源浪費 23. 物質浪費 24. 資訊喪失 25. 時間浪費 26. 物料數量
27. 可靠度 28. 量測精確度 29. 製造精確度 30. 物體上有害因素 31. 有害副作用 32. 製造性 33. 使用方便性 34. 可修理性 35. 適合性 36. 裝置複雜性 37. 控制複雜性 38. 自動化程度 39. 生產性 二、四十項發明原則
(一) 四十發明原則內容
發明原則(Inventive Principles,IP)是由 Altshuller 分析大量的專利所整理歸納出的 結果，發現一般在解決工程技術方面的問題會有 1201 項常見到的矛盾問題[2]，所以 以往在不同領域中的發明所採用到的原則或是在發明上所產生的衝突，在不同的時代 背景與不同的領域，這些法則都反覆被採用以解決類似的矛盾問題[17]，所以提出通 用的四十項創新發明原則（如表 2.4 所示）以解決工程技術方面所遇到的矛盾，每項 發明原則亦可依其內容細分數點創新發明，四十項創新原則如附錄二。
表 2.4 四十項發明原則(主項目) 1. 分割
2. 取出 3. 局部特性 4. 不對稱 5. 合併 6. 多面性 7. 套疊 8. 平衡力
9. 事先的反作用力 10. 事先動作
11. 事先緩和 12. 等位性 13. 倒轉
14. 曲率、球體化 15. 動態化
16. 局部或過度動作 17. 移到新次元 18. 機械振動 19. 周期性動作 20. 有效動作連續性 21. 急速通過
22. 將害處轉換益處 23. 回饋
24. 中介物 25. 自助 26. 複製 27. 可拋棄
28. 更換機械系統 29. 運用氣壓或水力 30. 彈性膜或薄膜
31. 使用多孔材料 32. 改變顏色 33. 同質性
34. 拋棄及再生零件 35. 變化物理或化學狀態 36. 相的變化
37. 熱膨脹
38. 使用強氧化劑 39. 惰性環境 40. 複合材料
(二) 國內外對於四十項發明原則之相關研究
Savransky(2000)[16]整理出 Altshuller 的矛盾矩陣表，由表中統計出各項發明原則 出現的次數，得知矛盾矩陣中最常出現之發明原則(IP)前三者分別為○1 改變物理狀態 或化學狀態(IP35)、○2 事先動作(IP10)、○3 分割(IP01)。
有關 TRIZ 的四十項發明原則之應用，Zhang[18]曾在 2002 年分析中國大陸約 180 件的機械相關專利，統計出發明原則使用次數前三者分別為○1 局部特性(IP3,26 次)、○2 事先動作(IP10,22 次)、○3 分割(IP01,14 次)，並且提出一些專利可能會有一項以上之發 明原則的使用。
何旭正(2005)[19]以節省人力與大量的分析時間為前提，以分層隨機抽樣的方式 分析台灣於民國 88~92 年所公告專利之創新層級與發明法則(約 1080 件專利)，其研 究結果顯示，抽樣出來之樣本經過相關檢定的動作，亦能夠反應出母體的發明原則所 出現的頻率，其所分析結果發明原則所使用的次數前三名為○1 改變物理或化學狀態 (IP35,242 次)、○2 動態性(IP15,111 次)、○3 曲率化(IP14,104 次)，每件專利平均使用 1.35 個發明原則。並且說明在解決問題時可嘗試一次使用多個發明原則，由於各類產業別 的不同，所使用的發明原則亦不同，亦提出於未來可應用不同領域建立發明原則的分 析與使用順序的建議。
Domb[20]於 1997 年提出 TRIZ 四十項發明原則的應用實例，在建築應用方面，
Mann[21] 曾 將 四 十 項 發 明 原 則 與 子 原 則 應 用 在 建 築 空 間 與 設 計 方 面 的 應 用 ， Teplitskiy[22]也提出應用四十項發明原則於營建工程上的工法與材料的相關專利與 實際應用實例。目前為止，除了逼般的工程上的應用外，亦有諸多文獻提出四十項發 明原則已證實可實際應用到許多領域，如商業、管理、微電子學、食物等之應用上 [23,24,25,26]。
三、矛盾矩陣表 (一)矛盾矩陣表由來
矛盾矩陣(Contradiction Matrix,CM)為 Altshuller 經過多年研究、分析與比較大量 專利所遇到的問題與解決的方法，將三十九項工程參數與四十項發明原則建立相對應 之關係，其矛盾矩陣表之內容為一 40×40 的矩陣表（詳附錄三），其中第一行與第一 列為使用三十九項工程參數依序排列而成，縱軸為欲改善之參數，橫軸則為惡化之參 數，餘 39 行與 39 列形成一矩陣，矩陣元素中數字即為 Altshuller 根據四十項發明原 則所推薦優先解決技術矛盾的發明原則[27]。
表 2.5 所示為一矛盾（衝突）矩陣範例，例如欲改善參數 EP09 速度卻造成另一 參數 EP10 力量的惡化，由該矛盾矩陣中查詢，得知可採用創新法則中的 IP13「倒轉」、
IP28「更換機械系統」、IP15「動態化」、IP19「週期性動作」等方法以解決技術上之 矛盾。
表 2.5 矛盾矩陣表(衝突矩陣表)範例 惡化參數
欲改善參數
1 2 10 39
移動件 重量
固定件重
量 … 力量 … 生產性
1 移動件重量 … … …
2 固定件重量 … … … … …
… … … … …
9 速度 … 13,28
15,19
… …
… … … …
39 生產性 … … … … … …
(二)TRIZ 解題方法
綜上所述一般問題採用 TRIZ 解題方式如圖 2.8 流程圖所示，TRIZ 解題係先將欲 解決問題轉換成 TRIZ 問題，再透過 TRIZ 之工具獲得概念性解決方法，最後以概念 解來解決特定之問題[27]。
圖 2.8 TRIZ 問題解決流程圖[16]
2.3 系統化技術創新流程（STIP）發展與應用
「系統化技術創新流程(Systematic Technology Innovation Process,STIP)」模式，
Yu 等人[3,36]係以「國際研發專案管理知識體系」為基本架構，結合電腦輔助創新與 專利分析工具，建構一套營建技術快速創新方法，以協助營建研發工程師進行營建工 程技術之創新。本 STIP 模式包括十項步驟：問題定義、根原因分析、目標技術選定、
功能模型分析、功能模型修正、概念評估、產品系統設計、產品雛型設計、產品實驗 與測試及創新技術產生。該 STIP 模式除可進行技術改良及測試，達到營建創新之目 的，亦可供營建工程師於其他營建技術與材料研究與發展時之參考。
2.3.1 STIP 發展背景
一、營建技術創新環境與現況
依據 Halpin 之定義，營建工程技術(Construction Technology)為「為完成一項施工 作業，結合施工方法與技術的使用，於施工現場使用材料與元件的興建作業[28]」。
Tatum 認為「營建創新」是於企業中首次所使用之營建技術[29]，而「營建流程創新」
則是改善營建施工方法的設計過程，以達到一般施工作業或是改善施工效率之目的 [30]。Nam 與 Tatum 亦指出營建作業設計與生產的分開可提供改進的機會，營建過程 或是產品的創新與施工有密切的關係，企業可增加設計與施工的整合度以持續針對新 技術進行研究與發展，可增加創新及競爭之優勢[29、31]。因此可由過去文獻中對於
「營建技術創新」之定義可歸納為：「針對營建施工方法、營建資源與工作項目等提 供創新的方法以提昇企業競爭力」。
Tatum 指出推動營建業之產品創新模式產出主要影響因素為：業主需求、問題、
設計者的技術累積、承包商的施工技術[29]。Kangarl and Miyatake[32]指出，除少數 營造業有導入技術創新的觀念外，國內外仍有許多保守企業拒絕營造業導入創新。其 原因為企業導入研究發展需要大量的資源投入，再者通常一項研發專案在企業內部執 行時所需要的流程與程序繁多，通常需要經過概念產生、技術評估、市場與商業評估、
最後認可階段、執行與回饋等[32]。但其中較困難的是研發「初期好的技術創新概念 不易產生」，一般企業常透過專案成員腦力激盪產生創新概念[33]。因此一套系統化 之產品研發方法對於營建業之技術創新確有其必要性。
二、研發專案管理
產品研發的整個過程為一標準的專案，因為它具有專案的獨特和短暫雙重特性，
且研發過程需要控制預算、管制時程、掌握品質、統合人力、規避風險等，因此須應 用專案管理的知識和手法來管理產品的研發。國際研發專案管理知識體系研發流程包 含三大流程，包括產品概念、產品發展、與產品上市，各階段皆由不同之工具、方法 及允收標準[34]。本研究將採用國際研發專案管理知識體系之產品改念與產品發展兩 階段，以下說明其內容：
(一)產品概念階段：產品概念的產生需經由產品機會辨識、機會分析、構想產生、構 想選擇與概念定義等步驟，產生符合市場需求與企業發展方向之產品概念。
(二)產品發展階段：進行完產品概念所產出之概念說明與產品發展計畫等相關文件後，
接著為產品發展階段，產品發展階段，主要可分為概念設計、系統分析、初步設計、
細部設計、原型製作、產品測試與最後之產品上市規劃。
三、電腦輔助創新
有關電腦輔助創新相關理論與架構，Li 等人[35]建構設計創意流程之五個步骤如 圖 2.9 所示，包括：(1)針對目標與問題之定義；(2)問題分類與描述；(3)創造性的策 略；(4)創造性解答的產生；(5)最後的評估與選擇，均藉由電腦輔助方式進行，引導 設計人員搜尋可行之解決方案。
圖 2.9 電腦輔助創意產品設計流程圖[35]
2.3.2 STIP 內容與相關應用
依據前節針對 STIP 發展背景，余文德等人歸納出「系統性技術創新流程(STIP) 模式」[3,36]。該模式將從創新構想、問題定義、分析至產品開發完畢之研發流程共 計有十項步驟，如圖 2.10 所示，各步骤之功能分述如下[36]：
一、問題定義：問題型式可廣義泛指各種情形下的營建技術（如設計問題、施工問題 [29]），例如，針對材料、工法、設備等技術作為創新改善標的。
二、根原因分析(Roots Cause Analysis,RCA)：根原因分析為定義問題的本質與原因，
其概念類似常用於問題分析之技巧（如 5W1H 思考法、特性要因圖與腦力激盪等）。
其目的為定義出對的問題與找出問題之主因(瓶頸點)，避免將研發資源投入到非主要 問題的原因。
三、目標技術(Target Technology)選定：於定義完該技術問題後，可針對專利資料庫 中之相關專利等技術做搜尋與檢索。其目的為了解相關技術之發展趨勢、技術生命週 期與技術擁有者等之資訊，最後再挑選出一相關專利作為分析與改善之目標技術。目 標技術可為常見之技術或是施工規範作為基礎，但仍需進行專利檢索。此步骤可找出 該技術之內容與發展方向，並從中持續改善相關技術；可避免重複研發與侵權之情形 發生。
四、功能模型分析(Function Model Analysis,FMA)：將現有待改進之系統或是挑選成 目標技術之專利進行功能模型分析，作為創新與改進之基礎。功能模型分析可藉由圖 形 化 之 方 式 協 助 工 程 人 員 對 於 該 類 技 術 系 統 之 瞭 解 ， 一 般 系 統 由 不 同 之 組 件 (Components)所組成，一般可分為目標元件、一般元件、超系統(指不可控制之因素)。
不同之組件間皆含有一功能(Function)或作用(Action)，可分為有用作用、有害作用、
不足作用、過度作用。藉由功能模型可瞭解該類技術系統元件之交互作用(Interactive action)之情形，藉由功能模型分析建立技術分析共同語言。
五、功能模型修正：功能分析模型完成後，可藉由改進或取代系統內的功能而成為新 的設計方案，產生出問題解決或系統簡化方案。
六、概念評估：新設計方案產出後，須對於該設計方案進行新舊工法之評估。另一方 面亦要進行針對新工法之技術範圍與特徵進行專利再檢索，探討是否已有類似之專 利。
七、產品系統設計：將驗證過後的方案，轉換為實作系統設計之階段。
八、產品雛型設計：依據上述之系統設計，實際製成系統各元件之功能組合之雛形。
九、產品實驗與測試：依據上述製作之雛形進行實驗與測試，若測試通過代表新技術 的產生。
十、創新技術產生：經由 STIP 一系列之流程產出與驗證，最後可得出具創新性之技 術。
圖 2.10 系統化技術創新流程圖[3,36]
2.4 專利資料與檢索
專利資訊是提供技術發展規劃之資料來源，專利資訊是各種產業中最尖端、最具 商業價值的技術，不僅可用來掌握產業的發展動向，更可作為技術研發的指標[37]。
且在產品開發的過程中，專利侵權已成為企業必須面臨的重要課題之一。設計者在進 行產品設計時，亦常面臨到需如何迴避競爭者既存之專利。而在進行迴避設計的過程 中，藉由既存專利進行局部創新常會產生新的設計問題[38]。然而由於專利的目的是 讓熟悉該項技術的相關人員可以據此實施，故在各種有關技術開發的資訊中，唯有專 利資訊可以全盤公開專利的技術核心；因此若研發人員能夠善用專利資訊，將可縮短 約 60%的技術研發時間與 40%的研發經費[39]。且專利公報所刊載的內容包括 90%以 上的專利技術研發成果，這些研發成果中約 80%的內容不會刊載在專業期刊或學術論 文等的技術文獻中[37]。
2.4.1 專利檢索與分類
在資訊檢索的過程中，為完成某特定目的而採取的行動即為檢索技巧。一般專利 資料之檢索，雖每個專利資料庫的檢索欄位不盡相同，但有些為專利資料檢索所必備 的基本欄位如表 2.6 所示：
表 2.6 專利資訊基本欄位[37]
檢索範圍 欄位名稱
全文檢索 全文關鍵字檢索
主題檢索 專利名稱
摘要
日期檢索 公告日
申請日 優先權日期
人名或公司檢索 發明人
申請人/專利權人
號碼或代號檢索 專利號
申請號碼
國際專利分類號 美國專利分類號 優先權號碼 專利家族號碼
相關資料檢索 引用參考資料；其他參考資料
國際專利分類表 IPC( International Patent Classification, IPC )為最多國家所採用的 專 利 分 類 表 ， 目 前 由 世 界 智 慧 財 產 權 組 織 WIPO( World Intellectual Property Organization, WIPO )負責出版[40]，每五年修訂一次，目前使用版本為第七版，我國 專利資料亦以此系統建立專利資料庫，該分類之特點在於分類簡單、檢索容易等特點 [37]。IPC 分類之編排體例大致以部、類、次類、主目與次目五大層次編排，說明如 下[41]：
一、部(Section)：
「部」為 IPC 的主要分類大項與架構，共分為八項由英文字母大寫 A~H 分別表示之 如表 2.7 所示[40、41]。
二、次部(Subsection)：
在各部之內有次部之類名，但無分類號。
三、類(Class)：
類的符號是由部的符號外加二位數字而成，如 A01。
四、次類(Subclass)
次類的符號是由類的符號及一大寫英文字母附隨在後面而成，如 A01B。英文字母中 的 A、E、I、O、U 及 X 以及分類改定後廢止的字母均不用。
五、主目(Main Group)
主目的符號是由次類符號和附隨在後的 1 至 3 位數字以及一條斜線和數字 00 而成。
表 2.7 國際專利分類號分類表[40、41]
部、次部 類
A 生活必需品 農業
食品及煙草
個人及家庭用品 保健與娛樂
A01 A21~A24 A41~A47 A61~A63 B 處理操作；運輸
分離及混合 成形
印刷 運輸
微觀結構技術；超微技術
B01~B09 B21~B32 B41~B44 B60~B68 B81~B82 C 化學；冶金
化學 冶金
C01~C14 C21~C30 D 纖維；紙
不屬於他類的紡織品和可撓性原料 紙
D01~D07 D21 E 固定建築物
建築
土壤鑽探；採礦
E01~E06 E21 F 機械工程；照明；加熱；武器；爆破
發動機及唧筒 一般的工程 照明與加熱 武器；爆破
F01~F04 F15~F17 F21~F28 F41~F42 G 物理學
儀器 原子核學
G01~G12 G21
H 電學 H01~H05
2.4.2 專利資料內容
由設定專利檢索所得到之專利資料後，可進行專利資料的分析，本研究希暨藉由 專利之發明法則分析其技術，故介紹有關於專利文獻上之款目，相關說明如表 2.8：
表 2.8 專利公報資料項目[37]
編號 款目 說明
01 公告編號 專利編號，是公報中最重要之項目 02 公告日期 專利核准後的公告日期
03 國際專利分類號 專利內容所屬的國際分類號
04 專利權證書號 授與專利權，給予專利證書的證書號碼 05 申請案號 申請時之案件號碼
06 申請日期 專利的申請日期
07 專利權類別 說明專利的種類(如發明、新型、新式樣) 08 專利名稱 專利的名稱全文，需符合發明的主題 09 專利代理人 此專利的代理者
10 發明人 發明此專利者
11 申請人 有稱專利權人，指申請此專利者
12 專利申請範圍 詳細敘述此專利所包含的範圍
13 相關圖形 與此專利有關的圖示
14 相關公告 與此專利有關的相關公告說明 15 引用參考資料 相關專利資料的參照與引用
16 專利摘要 以簡明扼要的文字，說明該發明或創作的構造或方法
第三章 現有管路工程施工問題探討
目前管路施工之一般管溝開挖（Pipe trench excavation）工程應用相當廣泛，
包括電信埋管工程、人孔管道工程、電力公司配電管路工程、自來水公司輸水管埋設 工程、鄉鎮公所排水溝工程等。其施工單位主要為土木工程業、電路及管道工程業。
就工程施工特性來說屬短期暫時性開挖，當管路架設完成即鋪蓋回填[4]。故工程規 模未若潛盾工程般耗時且須投入大量資源成本。
3.1 現有工法問題分析
現行管路工程採用地下化之施工方式常見者有擋土支撐工法、推進工法、潛盾工 法、水平導向鑽掘等工法，其中推管、潛盾及水平導向鑽掘因施工位置均位於地下且 深度幾均大於 5 米以上，施工前若做好地質調查並掌握當地水文條件、掘進土量及土 壤開挖後之側向土壓並加以控制，即可降低及減少路面沉陷、掏空之機率，對於一般 用路人之衝擊相對較小。
前項所述之潛盾、推管等工法，經訪調產、學界因對其如何管理工進、成本、品 質及安全等議題已多有著述，且未屬本研究範疇故不予贅述。然就擋土支撐工法論，
其施工技術雖不若潛盾、推管等工法複雜，惟該工法於施工期間之施工動線、交維、
環保、既有管線移設、路面修復品質等，其牽涉範圍並不若想像單純，再者因施工期 間需與行車、路人共用道路，工區或已完成相關交通引導措施，仍可能因用路人疏忽 甚或酒駕者闖入工地，反增加施工者之風險。惟囿於成本考量，其工程金額均較前述 工法低，故目前仍為管路工程主要設計方向及施工方式。
當前管路工程雖於施工階段已就開挖、打樁之工項採用重機具作業，惟當管溝開 挖完成後之配管作業，仍需以人力進行管材搬運、傳遞及配管銜接等作業，不僅增加 佈管時程，亦耗費人力，是一般實務對於管路施工均就如何增進擋土措施之安全性加 以研討改進，相較於提高佈管效率與施工進度則較少研析，以下即就管路施工程序及 流程分析現有工法問題。
3.1.1 傳統管路施工步驟與流程
傳統管路施工方式概分為放樣、打樁、開挖、佈設、澆置、回填、路面修復等項 目，以台電目前地下管路施工方式為例，即含準備工作、放樣等十一項作業項目（如 表 3.1 所示）。
表 3.1 傳統管路施工項目暨程序一覽表（本研究整理）
項次 項 目 施 工 內 容 一 準備工作 瞭解圖說位置、會勘作業
二 放樣 確定管路施工位置
三 工地安全管制 含安全圍籬、護欄、交維及夜間警示措施、交管人員。
四 機具進場 打樁機、挖土機、抽水機、鏟土機(小山貓)、發電機、棄土車、
吊卡、混凝土震動棒。
五 打樁作業 依放樣位置打設擋土設施(含打樁機操作員乙員、吊掛手乙 員)。
六 開挖作業 挖土機操作員乙員、棄土車二至四輛；開挖深度為 270 公分
~450 公分(含碎石 12 公分、管路結構 138 公分、回填料 110~290 公分、AC 面層 10 公分)。
七 材料準備 碎石、管枕、#4 點焊鋼筋網、管路隔板、PVC 管、夾板、PVC 接合膠、防水膠布、鐵絲。
八 管路佈設 路面搬運工 3~4 員、溝底接管工 2~3 員；依序為碎石鋪築 12 公分、管枕 10 片(厚 6 公分)、#4 點焊鋼筋網、混凝土製管路 隔板設置(@150 公分)、8”PVC 管、夾板。
九 結構灌漿 配管完成後之結構體深 138 公分，以 175kg/cm²混凝土澆築，
並配合震動棒搗實。
十 CLSM 回填料 回填厚度 110 公分，採分層澆置，第二次澆置前須於地面下 40~60 公分處埋設警示帶。
十一 路面 AC 修復 分二次滾壓，鋪築時須注意瀝清含油量、現場鋪築溫度、級 配(再生料或混合料配比)以避免跳料。
管路佈設流程圖
準備工作
放樣
工地安全管制
機具進場
打樁作業
開挖作業 材料準備
查驗深度
管路佈設
查驗
結構灌漿
CLSM回填料
路面AC修復 否
是 是
(瞭解圖說規範、工地範圍)
(施工順序依序為碎石鋪築12公分、管枕十片(厚度6公分)、#4點 焊鋼筋網、管路隔板設置、PVC管銜接固定、夾板設置(做管路 結構模板用))
(含吊卡操作乙員、鏟土機操作乙員(負責溝底碎石、管枕、點焊 鋼筋網吊放)、路面搬運工三~四員、溝底接管工二~三員)
(開挖深度270公分~450公分(含碎石12公分、管路結構 138公分、回填料110公分~290公分、AC面層10公分)) (挖土機操作員乙員、棄土車輛)
(打樁機操作員乙員、吊掛手乙員)
(打樁機、挖土機、抽水機、鏟土機(小山貓)、發電 機、棄土車、吊卡、混凝土搗實震動棒)
(依交維計畫設置安全圍籬及警示措施、交管人員二員) (確定管路施工位置)
否
(分二次滾壓，現場鋪築須注意瀝青含油量、現場鋪 設溫度、級配(再生料或混合料配比)，以避面跳料) (CLSM回填料110公分，採分層澆置，第二次澆置前須
於地面下40~60公分處設置警示帶)
(管路結構深138公分，以175kg/cm²混凝土澆築，配 合震動棒搗實)
圖 3. 1 管路佈設流程圖（本研究整理）
由圖 3.1 管路佈設流程圖可瞭解目前管路施工中，諸如打樁、開挖、混凝土澆置、
CLSM 回填材及 AC 面層修復等工項均可藉由機械化設備操作達到減省人力之需求。
由「管路佈設作業細部分解結構」(詳附錄四)中可瞭解大部分人力均耗費於第八項「管 路佈設作業」，再藉由「管路佈設作業細部分解流程圖」(詳附錄五)，得知其管路佈 設階段實為一重覆性工作，且均以人力為主，不僅費力亦耗時，且配管階段常因管路 護欄影響管材搬運與傳遞而遭移除，致增加人員墜落機率，如能藉由機械設施佈管應 可有效減省人力，使其提前從事材料準備與工安交維設置，亦能降低施工人員因管材 傳遞不慎墜落管溝之情形。
3.1.2 地下管路佈設工率概述
表 3.2 為電纜管路工率估算期程，其中項次七、八即為傳統擋土支撐工法之工率 概估，本研究以四回線管路為例，依每日管路施工流程分析各工項工率概算如表 3.3 所示，由該表可瞭解打樁、開挖作業於每日施工時程中雖佔約近 50%工時，惟究其原 因係因考量開挖恐遇既設地下管線未能掌握，及配合棄土運離工區之時程而減低開挖 效率；當開挖完成後之管溝移由配管人員進場則需再花費約 2.5~4 小時進行配管作業，
若以每單位管路 7 公尺計，則每日約可完成計 21 公尺管路佈設作業。
表 3.2 電纜管路施工期程估算一覽表（本研究整理）
項次 項目 單元工期
一 前置作業 10 天
二 預鑄人孔 10 天/座
三 場鑄人孔、直井 25 天/座
四 涵洞 10 以下 10 以上
10 天
10+(L-10) 備註：L 涵洞總長
五 推進坑 20 天/座
六 RC 管推進作業 1 天/公尺
七 二回線管路 35 公尺/天
八 四回線管路 21 公尺/天
表 3.3 管路施工流程工率概算（本研究整理）
項次 項 目 施 工 內 容 耗 費 工 時 一 準備工作 瞭解圖說位置、會勘作業 已於事前計畫，可概略。
二 放樣切割 確定管路施工位置 上工後約 0.5~1 小時(1 員) 三 工地安
全管制
含安全圍籬、護欄、交維及夜間 警示措施、交管人員。
上工後約 1~2 小時(3~5 員) 四 機具進場 打樁機、挖土機、抽水機、鏟土
機(小山貓)、發電機、棄土車、吊 卡、混凝土震動棒。
施工期間置於現場，可概略。
五 打樁作業 依放樣位置打設擋土設施(含打 樁機操作員乙員、吊掛手乙員)。
上工後約 2 小時（2 員）。
六 開挖作業 挖土機操作員乙員、棄土車二至 四輛；開挖深度為 270 公分~450 公分(含碎石 12 公分、管路結構 138 公分、回填料 110~290 公分、
AC 面層 10 公分)。
上工後約 2~6 小時（3~5 員）。
七 材料準備 碎石、管枕、#4 點焊鋼筋網、管 路隔板、PVC 管、夾板、PVC 接 合膠、防水膠布、鐵絲。
於打樁及管溝開挖期間準備 (3~5 員)。
八 管路佈設 路面搬運工 3~4 員、溝底接管工 2~3 員；依序為碎石鋪築 12 公 分、管枕 10 片(厚 6 公分)、#4 點 焊鋼筋網、混凝土製管路隔板設 置(@150 公分)、8”PVC 管、夾板。
管路開挖約 10 公尺，即開始 進行配管作業（約 5~7 員），
因 PVC 管每支長 7 公尺，故 每單位約需耗時 1~1.5 小 時，以每日 21 公尺計，配管 需耗時 3~4 小時。(詳附錄五 管路佈設作業細部分解流程 圖)
九 結構灌漿 配管完成後之結構體深 138 公 分，以 175kg/cm²混凝土澆築，並 配合震動棒搗實。
約 1 小時(2 員：刮平、搗實)。
十 CLSM 回填 料
回填厚度 110 公分，採分層澆置，
第二次澆置前須於地面下 40~60 公分處埋設警示帶。
當日完成之管路於隔日再進 行回填作業(2 員：刮平、搗 實)。
十一 路面 AC 修 復
分二次滾壓，鋪築時須注意瀝清 含油量、現場鋪築溫度、級配(再 生料或混合料配比)以避免跳料。
每完成 50~100 米進行路面 修復作業。
3.1.3 傳統管路墜落職災分析
一、墜落職災概述
全世界重大職業災害中，因從事營造業所造成的比例相當高；其發生職災所造成 的人命及資金損失，以美國早期為例，在 1982 年美國勞工局所作的統計發現，每壹 億美元的年度營造支出中平均會造成 1 人喪生及 167 人受傷，其所造成得整體經濟損 失為 89 億美元(佔該年度總營造支出 1370 億美金中的 6.5%)[42]，因此各國都嘗試透 過各種作為，期能降低營造業的傷亡數[43]。
在臺灣，根據行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所指出，民國 88~90 年營造業 勞工死亡千人率約為 0.21，跟全產業之 0.077 及製造業之 0.07 相較不但高出約三倍，
且亦遠高於其他先進國家，如英國營造業勞工之死亡千人率約為 0.05、美國為 0.14、
日本為 0.13。從民國 77 年以來的統計數字顯示，造成營造業高災害之主要因素為墜 落災害[44]。雖然近年來在勞委會及政府各部門大力倡導施工安全下，營造業職災有 逐年下降趨勢，但營造業之職業災害率仍為各產業之冠[45]。營造業之職災類型主要 有墜落、物體倒塌、感電、物體飛落、被撞、跌倒等。民國 90 年至 94 年因墜落致死 職災案件即有 324 件，分別佔該年營造業重大職災的 46%、46%、52%、54%、63%[46]。
表 3.4 為民國 94 年至 98 年各行業墜落職災發生案例統計一覽表，由表中可掌握自民 國 94 年至 98 年因墜落造成之職災案件經統計共 126 件[47] (詳附錄六)，其中與營建 產業相關者有 71 件，佔該墜落職災總數的 56.3%，亦可知墜落災害確為營建產業工 安肇生之重大殺手。
