臺北科技大學土木與防災研究所學位論文
國立臺北科技大學,正常發行
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2009年8月6日至10日期間，中度颱風莫拉克（Morakot）侵襲台灣，造成中南部多個縣市重大災情，當台灣積極策劃紀念八七水災50周年與九二一地震10周年的同時，莫拉克颱風的嚴重災情喚起大家對災難的痛苦記憶。此次風災是自1999年9月21日集集大地震後災情最嚴重天災，也可謂自「災害防救法」通過以來，台灣災害防救體系面臨最嚴峻的考驗。風災所帶來的重大損失讓全國難以接受，然中央政府在救災時的指揮調度失序、未能及時掌握災情、各相關政府部會縱向與橫向聯繫失靈等缺失，引發各界撻伐聲不斷，而諸多的批評則是突顯了中央政府救災體系失靈與亟待檢討改善之處。 然而災害防救業務涉及許多的政府相關部門，如何能在各個不同的政府部門間達到橫向資料交換，以利縱向之災情舒緩，以面對災害的不確定性，非有一災害（或危機）統整機構及完善之防救災體制不可。本論文藉由檢視莫拉克風災期間我國防救災體系的運作情形及缺失，期能提供我國未來修正其架構運作邏輯性及整合性之參考。
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進行即時擬動態試驗（real-time pseudo-dynamic testing method）中，若因致動器出現時間延遲（time delay），造成實際讀取結構之回復力與未考慮時間延遲影響之回復力有落差，使得試驗之結果產生誤差，因此本文欲研究一套時間延遲之補償方法（time delay compensation method）來將時間延遲造成之誤差進行修正。首先將結構之動力方程式改寫為延遲微分方程式（delay differential equation，DDE），藉由此延遲微分方程式推導出穩定邊界（stability boundary）的判別公式，觀察時間延遲對結構物動態歷時反應穩定性之影響，分別考慮時間延遲發生在結構之回復力、阻尼力，與同時發生在結構之回復力與阻尼力等狀態進行探討。其次修正Newmark外顯式積分法（Newmark explicit method），使其能求解具有時間延遲之微分方程式，進而觀察時間延遲對結構物動態歷時反應之影響。最後藉由Newmark外顯式積分法與可求解時間延遲微分方程式之外顯式積分法之比較，進一步推導出適用於即時擬動態試驗之時間延遲補償方法。本文以數值模擬及試驗方式來驗證所推導之時間延遲補償方法理論是否能消除即時擬動態試驗中因為時間延遲所引起之誤差。
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在野外探勘所觀察到的顆粒材料，例如：卵礫石，因岩體受力後造成礫石顆粒與顆粒間接觸點的接觸應力集中，接觸的礫石以接觸點為中心，造成多組破裂面相交、共軸，而呈現放射狀（星狀）破裂；破裂面上相交的中心軸，藉由一般地質上的統計方法來量取破裂軸的排列方向（接觸方向）；長久以來，此接觸方向一般視為區域之最大接觸力方向，或所謂最大古應力方向，為了瞭解顆粒材料在受壓情況下，當最大接觸力集中在一點的時候，其破裂方向是否會平行最大接觸力方向，亦或會產生些許角度的偏差，此推論仍存在著爭議性。本研究針對顆粒間微觀接觸行為進行分析，藉由分析三軸試驗、貫切模擬、改變材料參數等，期望有助於瞭解顆粒材料之變形行為。 本研究採用離散元素法PFC 3D模擬顆粒材料接觸受力的方向，藉由數值方法模擬顆粒材料受到擠壓後，顆粒間接觸方向及接觸力大小轉換的過程。設定不同微觀參數及不同的貫切形式，觀察顆粒接觸行為及接觸力的變化，包括推估最大接觸力的方向及顆粒接觸方向隨應變過程的角度變化情形。 當試體進行模擬三軸試驗及貫切試驗時，顆粒間的接觸行為受不同應變量、不同參數等的影響。結果指出接觸力的大小與接觸方向及試體破裂的方向有直接關係。
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回顧過去台灣的房地產市場已經歷過多次的景氣循環，加上國人房屋自有率已超過87％，使得國內建設業已成為僧多粥少的競爭市場，如何讓企業繼續生存發展已成為經營者必須正視的課題。 本研究以台北地區為研究對象，並將國內建設業區分為集團型、專業型與地方型三種建設公司，採案例研究方式從土地取得、營建設計及推案銷售三個角度分析建設公司的策略特性與優劣度。其中案例A、B具有較佳的企業知名度，企業擁有資源及財務能力亦較佳，故在土地投資眼光上較能取得特殊優勢。案例C、D雖然易生存在目前的建設市場中，卻的必須仰賴過往的學習經驗不斷的修正企業經營方式。案例E則依靠專業知識與明確的客戶與產品設定，創造出高經濟價值之產品，並發展符合當地文化氣息與居住特色的建案。 根據案例企業的分析可以得知，建設公司的產品能否具有市場接受度，與企業經營策略具有直接的關聯，而策略執行是否順暢亦須視企業在土地、營建、銷售三方面策略的延續性所影響。本研究探討國內建設公司的經營模式，以提供建設企業之企業思考能力與建築理念，達到企業長期永續經營的目標。
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工程專案管理為工程執行的關鍵，專案從設計、規劃、發包、施工到結案完工驗收及後續營運維護管理等，在過去傳統式管理方式甚多。國內在近年代開始利用電腦系統來處理工程專案資訊化，從單機版工具軟體，到內部網路系統協同作業，這些方式都是要讓工程專案在現場與管理上的作業能夠同步資訊化功能，在工程專案管理作資訊化主要目的就是讓專案在執行中能夠循序漸進及有效率的管理資源。在專案管理執行系統由於即時資訊，所以工程專案進度及專案資訊的真實性將較傳統可靠。過去專案執行避免因為與合約產生糾紛，承商經常會因工作延誤捏造不實工程進度或虛報計算數量等狀況，也因為監造單位未落實查核，而無法確實了解工程落後之情況及問題之所在。網路式架構呈現專案的完整性及專案即時資訊的方便，讓專案經理或管理者可以在任何角落任何時刻利用網際網路來瞭解及更新專案的最新進度及情況，也不再需要透過專案的報表傳遞訊息，這樣可以讓專案團隊更加確實的對專案有責任心。本研究應用專案管理軟體（P3）與Web-based系統平台（Syscab）兩種專案管理工具，分別導入一個公園改建地下停車場建築案例來分析，並對此工程專案管理系統在兩種管理方法上分析其功能和差異性質，以提供後續使用者之參考。本研究在專案例導入後，發現實際專案導入雖有助於工程專案的管理系統執行，但相對工程師對專案管理的認知及專業素養仍需加強提升，系統功能的提升需要靠智慧的產生和經驗的傳承，這樣系統的提升才有助於專案的執行效率。
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現今電腦硬體設備的快速發展，使得軟體處理速度以及效能都大有提升，在電腦上展示三維虛擬環境讓使用者能更直觀的接收視覺資訊，如果三維模型足夠精密，更可在軟體上測量，省時省力。三維立體模型的建構已應用在如醫療、假牙製作、整形手術及大型手術模擬等領域上，然而市面上關於醫療方面的測量儀器價格仍高。應用在醫療用途上之立體模型，精度應至少需達到公釐等級以下，在量測進行中還需顧及患者的感受，快速完成，並盡量不接觸到患者的皮膚表面。基於上述理由，建立可量測及預視的立體模型，提供醫師及患者作為術前參考是很有幫助且必要的。本研究以攝影測量技術，搭配一般市售平價之非量測型數位相機，以非接觸量測方式重建顏面模型，並檢驗精度評估應用於人體之可行性。 本研究主要分為四部分：(1)經設計實驗證明在結合適當演算法下，採用立體像對測量方式測量已知點位的位置及高程等物理量，本實驗架構之量測水準確實可達到公釐等級。(2)應用物空間匹配法(Object-Space Matching)，重新匹配產生顏面模型，與ATOS逆向工程系統製作之模型比對檢驗誤差，並以上述方法建立真人的顏面模型。(3)模型透過虛擬實境模組語言(Virtual Reality Modeling Language)展示。(4)實驗後半階段選擇10個顏面特徵標的(Landmark)進行測量，比較四種測量方法並統計每種測量方法之標準差，選擇最佳測量方法，實際測量並統計30位平均年齡22歲之成年男女性臉部線條長度與角度提供參考。
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由於都會區地狹人稠，寸土寸金，為有效利用有限的土地，都市建築遂有往天上及向地下發展的趨勢，超過地下30公尺以上的開挖也不斷地被挑戰。因應此地下發展的需求，地工技術也不斷地發展與挑戰傳統技術而往前邁進。地下開挖工法隨著使用目的與開挖深度演變，從早期淺開挖時採用的斜坡明挖或鋼版支撐開挖，到深開挖階段採用的連續壁工法，開挖施工方式也從順打工法發展到逆打（築）工法，甚或是雙順打工法等。為了爭取時效達到提早利用的經濟目的，工期已成為地下工法考量時的最大因素之一；另於都會區開發幾乎都與鄰房相距甚近或緊貼，進行地下施工時很難避免造成鄰損問題，故開挖施工及鄰房安全也是另一考量因素。基於工期及安全性考量，地下逆打工法已是都會區開發時被普遍採用的工法之ㄧ。 本研究以工程開挖深度，來探討施工時擋土壁體的變形狀況，及四周地面沉陷情形，以此判斷工程之安全性。若此兩項之最大變位皆能低於規範要求的標準，則可預言工程可滿足安全施工之基本要求。本研究蒐集了15個逆打深開挖的工程案例，以統計學的迴歸分析，來綜合探討最大側向變形量及最大沉陷量相對於開挖深度的關係。期望在以後的逆打深開挖工程，可以用此模式於擋土設施設計時簡便地事先來判斷出變形量，或研判施工現場壁體變形及地表沉陷量之安全監測數值的合理性。 本研究中之案例，其開挖深度介於6公尺至31.7公尺，故所得的迴歸分析式之應用，應在此範圍內為宜。對於開挖深度超過32公尺以上之工程，此迴歸分析式所推測之變位量應只可作為參考及趨勢預側之用。
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本研究使用水利署與荷蘭Deltares合作發展FEWS_Taiwan平台，該平台在防汛時期彙整氣象水文資訊，並結合各式外部水文水理模式進行模擬河川水位演算，並在系統中提供演算結果展示與輸出決策支援報表等功能。FEWS_Taiwan平台銜接眾多異質性水文水理外部模式如演算地表逕流的SAC-SMA、一維水理模式的Hec-Ras與模擬地下水模式的MODFLOW等。歸納出版本控制與資訊開發技能門檻過高等需求。以及在跨領域系統整合的因素下，背景知識十分不同造成整合資訊傳遞耗時等軟體專案開發問題。 研究中利用軟體工程中的方法論，建立現階段FEWS_Taiwan模式連結之標準作業方式。分析FEWS_Taiwan現階段組織特質與模式銜接案例提出改善目標，並選擇方法論中最符合目標的方式為範本。方法論中eXtreme Programming（XP）的特色有小單元開發、小團隊工作、程式重構、集體擁有、搭檔開發與程式撰寫標準等，與FEWS_Taiwan所具備的組織特質及專案開發問題皆相同。因此使用XP為標準作業流程的基礎範本，並針對XP在開發文件上的不足問題，結合IBM Rational Unified Process（RUP）方式導入Unified Modeling Language（UML）詳述開發文件資訊。建立符合現階段FEWS_Taiwan團隊的標準作業程序，作為後續提昇團隊開發效率、品質與減少日後維護成本使用。
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為俾助大眾捷運之興築與汙水下水道之普及；全台地下開挖工程之營造方興未艾，各項機械式掘削開挖工程案例日增，惟大地工程之學術研究多著重在開挖行為之安全或穩定性評估抑或僅止於工程實務報告，對於機械式之掘削機制則鮮少研究，僅能仰賴日規、歐規等國外廠商之經驗，不必然合適臺灣現地工況。而相關掘進技術於國內、外並無較具學理之施作評核。故本研究首以廣義式地盤-機械開挖之互制行為作統整分析，即先就地質破壞特徵歸納成三類地質材料：(1)脆性類岩、(2)延性土壤，與(3)延-脆複合材料（如卵礫石層）；再由量綱分析針對岩土-機頭之接觸互制行為之推進力系評估影響因子予以正規化。亦即針對：(1)推進力(2)扭矩分別與掘削速率之工進關係，作為正規化工進圖之初步建置，並求取工進橢圓特徵值，作為機械掘削可挖指標（Cuttability indices）之研探。再輔以國內潛盾隧道及管推工法案例調查；分別就其正常推進與異況檢討驗證之。如此據以研析其開挖機制與效率之可挖性乃至適確性。綜整上述研究方法，可得以下結果： （1） 由正規化之掘削速率與推進力系工進圖，求得『工進橢圓特徵值』： 〈圓心（O）、面積（A）、長、短軸（ax、by或ay、bx）〉，蓋可依此特徵分別作為研析〈地質群集、工況良窳、可挖變異〉以至於整體適確之探討。 （2） 研究案例針對地質材料為（I）卵礫石、（II）風化砂岩及（III）粉土質黏土層，求得『工進橢圓特徵值（O, A, a、b）』分別為： I = [O（13.85, 10.8）, A = 161.25, ay = 14.26、bx = 14.21]、 II = [O（40.79, 34.05）, A = 258.28, ax = 31.44、by = 10.46]及 III = [O（23.98, 98.37）, A = 492.08, ay = 44.06、bx = 14.22]。 （3） 上述（2）結果再與理論公式比對（Ko-base estimate），估求卵礫石層正常施工之正規化推力約於 4.88∼16.3 × 10-3之間；而風化砂岩層之值約為 14∼55 × 10-3，並求驗卵礫石層工進橢圓特徵值之面積約為90 平方單位，其與本案例調查之相對面積介於1.25∼2.21。 （4） 不同面盤口徑之多尺度機械式掘削開挖之施工良窳、可挖性與適確性之判準，可以「工進橢圓」及其長、短軸量化之；將其作廣義化之研析，由地況似同但工法、種不同，反之亦然狀況下，驗證之。 最後綜合外業調查以提出可挖指標之標準作業程序之建議，應可作為現場推進工況良窳之判別。
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國內剛性鋪面應用之範疇，如機場跑滑行道與高速公路路面等，多數已到達維修之年限，但因交通量頻繁的情況下，全面翻修並不容易，可藉由鋪面版底灌漿來強化鋪面之承載力。 剛性鋪面主要破壞的原因為重車荷載的反復作用下，版底基層產生累積塑性變形，使剛性鋪面的局部範圍不再與基層保持連續接觸，出現了版底局部掏空。同時版塊間之填縫料老化失去彈性的狀況下，版塊受熱後無伸張空間，且版塊原始掏空處的底下為空氣，版塊受熱後熱量無法傳遞至級配料層，致使版內溫度的非線形分佈，引起版塊向上或向下的翹曲,加速了版與基層之間的分離形成版底掏空。填縫料老化失去彈性，版塊受熱將其擠壓後便無法恢復，與版塊將不再密接產生縫隙，雨水從縫隙處侵入基層，滲入的水將在版底形成積水(自由水)。車輛荷載作用在路面上，混凝土版塊反復上下振動，使積水與基層材料中的細料形成泥漿，並沿版塊接縫縫隙處噴濺出來形成唧水，唧水出現更進一步加劇了版底的掏空，以及滲入之地表水無法排出致使路床軟化下陷，這些現象使得版塊下方充滿孔洞，降低版塊原有之承載力，當飛機或車輛再次經過時，版塊便產生裂縫。 本文之研究內容分為三大部分，（一）灌漿配比試驗：本文以無收縮水泥漿液為主要研究對象，於實驗室內進行泌水試驗、漿液凝結時間試驗、馬氏漏斗儀試驗、固結漿液抗壓強度試驗及固結漿液乾縮試驗，建議使用之將材為泌水率小於5%，馬氏漏斗儀試驗值介於29至33秒之間，固結水泥漿液之第七天強度至少為120kg/cm2，極限乾縮率為0.26%以下之漿材較為適用，拌和完成之水泥灌漿必須在2小時內使用，超過2小時則不可使用。（二）剛性鋪面版底灌漿：先利用透地雷達於現地版塊所偵查之孔洞，進行灌漿孔位佈設，透過文獻回顧選用適當之機具與監測系統，以單環塞工法進行填充灌漿，灌漿壓力介於 0 ~ 5 kg/cm2，填塞版塊底下之孔洞，版塊抬昇量必須小於1mm。（三）非破壞性檢測：灌漿前藉由透地雷達偵測孔洞位置，並於灌漿後檢驗孔洞是否消失，驗證灌漿成效；灌漿前進行落重槌試驗，檢驗鋪面之撓度值，並於灌漿後同點位再次施作落重槌試驗，比較灌漿後撓度值之差異，結果均顯示剛性鋪面版底灌漿可有效的改良版底掏空的問題。 柔性鋪面瀝青混凝土的力學性質與瀝青的黏滯性很有關係，所以柔性鋪面有各種裂紋時，可以採用不同維謢方法，柔性鋪面新舊界面結合良好，承載力可快速恢復。剛性鋪面撓屈強度雖然很大，但是版塊下方的孔洞，可以造成版塊龜裂而快速降低版塊承載力，由於水泥混凝土新舊界面結合不易，無法採用柔性鋪面的維謢方法，因此，建議剛性鋪面維謢的時機，應該在版塊尚未發生龜裂前，如此，剛性鋪面的生命周期延長很多，也提高經濟性。