臺灣地區橋梁管理目視檢測效能提升之研究

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廖先格(Hsien-Ke Liao) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

臺灣地區橋梁管理目視檢測效能提升之研究
(Enhancing Quality and Efficiency of Regular Bridge Inspection in Taiwan)

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摘要(中)

橋梁為臺灣地區多山多谷地形中不可或缺之重要交通設施。依據目前「臺灣地區橋梁管理資訊系統」之資料統計，全臺共有大小橋梁28,418座，其中有31％橋梁之橋齡在30年以上。老舊橋梁除了材料本身易劣化外，天然災害發生時亦較易受到損害。此外，臺灣地區位環太平洋地震帶上，每年夏季易受颱風侵襲，強降雨不但在山區引發土石流，也造成河川水位暴漲，急流沖刷使得河床下降，連帶影響橋梁安全。

橋梁之定期檢測為橋梁管理維護中極重要之作業。現行公路養護規範中之定期檢測是採用「DER&U目視檢測法」，惟此檢測方法面臨下列主要的問題：（1）定期檢測項目未充分包含特殊橋梁構件、（2）定期檢測之成果無法正確反應出橋梁之狀況與抗災能力、（3）橋梁定期檢測結果之詳實度有疑慮、及（4）需要有效的方法或工具進行橋梁檢測以減少「無法檢測」情形之發生。

本研究之研究成果為：（1）提出特殊類型橋梁構件之定期檢測方式、（2）建立橋梁狀況指標中各構件權重分配之方法、（3）建立多種橋梁抗災能力指標、（4）建立三維橋梁模型自動生成方法以呈現橋梁之劣化狀況、（5）使用行動裝置應用程式進行橋梁定期檢測、以及（6）使用無人飛行載具進行橋梁定期檢測。本研究之成果可改善或解決目前定期檢測作業所面臨的問題，提升臺灣地區橋梁目視檢測之效能，並增進橋梁管理機關維護管理之成效。

摘要(英)

Taiwan is a mountainous island with many rivers and creeks thus bridges play an important role in transportation. According to Taiwan Bridge Management System (TBMS), there are 28,418 bridges in Taiwan. For these bridges, 31% had been built more than 30 years. Also, most are facing material deterioration and threatened by natural disasters. In addition, Taiwan locates on the Pacific-rim of seismic thus earthquakes occur frequently, and there are often torrential rains brought by typhoons in summer time that cause floods, scouring, and mudflows. These natural disasters are threatens to the bridges.

Bridge inspection is a crucial task in bridge management. To evaluate bridge condition, DER&U, a visual inspection method, is common for regular bridge inspection in Taiwan. However, there are four major problems in current regular bridge inspection: (1) types of bridge components are not defined for inspection for all types of bridge, (2) inspection results cannot represent a bridge’s ability to resist disasters, (3) inspection may not be properly performed thus the results become untrustworthy, and (4) new tools or methods are needed for bridges that are hard to be inspected.

Results of this research are listed as follows: (1) defining special components for different types of bridges for inspection, (2) adjusting automatically the weight for each component used for calculating a condition index of the bridge, (3) establishing a mechanism for fast evaluation of a bridge’s abilities in resisting natural disasters, (4) generating automatically a 3D bridge model for each type of bridge for visualization of deterioration , (5) using bridge inspection application on mobile devices to facilitate regular bridge inspection ,and (6) using unmanned aerial vehicle to facilitate regular bridge inspection. It is believed that these research results can increase the quality of bridge inspection and management in Taiwan.

關鍵字(中)

★ 橋梁定期檢測
★ DER&U目視檢測法
★ 橋梁狀況指標
★ 三維橋梁模型
★ 橋梁檢測應用程式
★ 無人飛行載具

關鍵字(英)

★ Bridge inspection
★ DER&U
★ Bridge condition index
★ 3-dimensional bridge model
★ Bridge inspection application
★ Unmanned Aerial Vehicle

論文目次

中文摘要 i

ABSTRACT ii

目錄 iv

圖目錄 viii

表目錄 xii

一、緒論 1

1-1 研究背景 1

1-2 研究動機 3

1-3 研究目的 5

1-4 研究方法及流程 6

1-5 研究範圍與限制 7

1-6 論文架構 7

二、文獻回顧 8

2-1 橋梁管理之發展 8

2-1-1 美國橋梁管理發展過程 8

2-1-2 我國橋梁管理發展過程 9

2-2 臺灣地區橋梁常見危害 12

2-2-1 洪水沖刷 12

2-2-2 土石流沖擊 14

2-2-3 地震侵襲 16

2-2-4 老劣化 17

2-3 我國橋梁管理現況 18

2-3-1 橋梁主管與管理機關 18

2-3-2 橋梁管理機關所轄橋梁狀況 20

2-3-3 各機關橋梁檢測制度現況 20

2-4 橋梁管理系統 22

2-4-1 PONTIS 22

2-4-2 DANBRO 24

2-4-3 臺灣地區橋梁管理資訊系統 25

2-4-4 橋梁生命週期防災管理系統 33

2-5 三維橋梁管理系統 33

2-5-1 中國橋梁管理系統 33

2-5-2 Howsky3D三維道橋管理系統 35

2-5-3 三維模型橋梁管理系統 35

2-6 行動裝置在橋梁管理上之應用 36

2-6-1 Mobile Bridge Inspection Support System 36

2-6-2 InspectTech Collector Mobile App 37

2-6-3 混凝土橋梁目視檢測自動化輔助系統 38

2-6-4 三維橋梁目視檢測雛形系統 39

2-7 無人飛行載具在橋梁管理上之應用 40

2-8 DER&U目視檢測法 43

2-8-1 檢測項目 43

2-8-2 評估準則 43

2-8-3 橋梁整體指標 44

2-9 橋梁安全初步評估 45

2-9-1 橋梁耐洪能力初步評估 45

2-9-2 橋梁耐震能力初步評估 46

2-9-3 橋梁承載力初步評估 46

2-10 小結 47

三、定期檢測法之改善 53

3-1 定期檢測法現況探討 53

3-1-1 檢測項目 53

3-1-2 權重分配 53

3-1-3 橋梁狀況與抗災能力 54

3-2 橋梁構件定義及擴充 54

3-2-1 美國橋梁構件分類 54

3-2-2 丹麥橋梁構件分類 55

3-2-3 歐盟橋梁構件分類 55

3-2-4 本研究提出之構件分類 56

3-3 權重自動分配方法 58

3-3-1 構件重要指標 58

3-3-2 使用重要指標計算構件權重 73

3-3-3 權重自動分配方法驗證 74

3-4 橋梁抗災能力指標 83

3-4-1 各項橋梁狀況評分指標之建立 83

3-4-2 橋梁各項抗災能力指標之建立 89

3-4-3 橋梁抗災能力指標驗證 92

3-5 小結 97

四、臺灣地區橋梁管理資訊系統之改善 98

4-1 臺灣地區橋梁管理資訊系統資料庫架構現況 98

4-2 構件化橋梁資料庫 101

4-3 視覺化管理 103

4-3-1 3D橋梁示意模型 103

4-3-2 3D橋梁模型自動生成機制 104

4-3-3 3D橋梁模型之構件資訊 104

4-4 小結 108

五、行動裝置及無人飛行載具在橋梁檢測之應用 109

5-1 橋梁檢測資料詳實度狀況 109

5-2 行動化橋梁檢測裝置應用程式 110

5-2-1 行動裝置應用程式架構 110

5-2-2 基本資料下載模組 111

5-2-3 定期檢測模組 117

5-2-4 特別檢測模組 128

5-2-5 資料上傳模組 128

5-2-6 行動裝置應用程式實地測試 130

5-3 無人飛行載具進行橋梁檢測 135

5-3-1 自動化飛行橋梁檢測 135

5-3-2 實地飛行測試 136

5-4 小結 141

六、結論與建議 142

6-1 本研究之結論與成果 142

6-1-1 提出特殊類型橋梁構件之定期檢測方式 142

6-1-2 建立橋梁狀況指標中各構件權重分配之方法 142

6-1-3 建立多種橋梁抗災能力指標 142

6-1-4 建立三維橋梁模型自動生成方法以呈現橋梁之劣化狀況 143

6-1-5 規劃設計行動裝置橋梁檢測應用程式 143

6-1-6 規劃自動化無人飛行載具之功能 144

6-2 未來研究方向之建議 144

6-2-1 建立臺灣地區橋梁不同型式構件劣化預測模式 144

6-2-2 結合橋梁資訊模型之生命週期管理資訊系統 144

6-2-3 使用穿戴式情境感知裝置進行橋梁檢測 145

參考文獻 146

參考文獻

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指導教授

姚乃嘉、蔡閔光(Nie-Jia Yau Ming-Kuan Tsai)

審核日期

2015-8-31

推文