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系統識別號 U0002-0608200819235400
中文論文名稱 考量風險條件下之橋梁維護策略評選最佳化
英文論文名稱 Maintenance planning optimization for deteriorating bridges considering related risks
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 土木工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 96
學期 2
出版年 97
研究生中文姓名 許硯舜
研究生英文姓名 Yen-Shun Hsu
電子信箱 simon95332@gmail.com
學號 695381177
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2008-07-14
論文頁數 76頁
口試委員 指導教授-楊亦東
委員-楊智斌
委員-楊亦東
委員-周瑞生
委員-楊立人
中文關鍵字 生命週期成本  風險狀況  橋梁維護  最佳化 
英文關鍵字 life cycle cost  risk  bridge maintenance  optimization 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 對於管理橋梁的單位來說,善用手中的經費做出最有效率的維護策略是橋梁管理中最困難的一環。橋梁的構造複雜,維護程序繁瑣且充滿不確定性,如何適當評選維護的策略實為一個有趣的問題。而台灣營建業的傳統,維護工程大都以「壞了再修」的觀念進行著,而後果不但造成過度的資源與經費的浪費,更提高了使用者的風險。所以,維護的策略勢必得有所改變。
而大部份維護策略評選工具的目的為最小化橋樑生命週期維護成本。本研究嘗試以另一種觀點來建立策略評選模式,以權衡橋梁性能與維護成本為基礎,並對劣化模式與維護成本兩者的風險條件加以考量,讓評選模式能較貼近於實際情形,而評選時亦能更有彈性。
本研究考量橋梁狀況指標、安全指標、與生命週期維護成本三者於生命週期中之權衡。採用了定期性的主動式維護與必要性的被動式維護雙管齊下的方式,來擬定維護的策略。依據不同橋梁維護策略,本研究以質群演算法來搜尋橋梁於生命週期中最適當的維護作用時間點,並利用電腦模擬的方法,將劣化過程與維護成本兩者之不確定性風險導入研究中。以上述方法為基礎,本研究建立之策略評選的模式,基於隨時間改變的性能指標,能提供不同預算水準之下其對應的狀況指標與安全指標。對於決策者而言,不再只有最小成本的策略,而能於權衡狀況指標、安全指標、與生命週期維護成本三者的情況下,提供更有彈性的策略評選模式。最後並以案例來驗證所建立之模式之有效性、效率及穩健性。
英文摘要 Making an efficient maintenance plan with limited funding is the toughest segment for the bridge management organization. Since the bridge structure is very complicated and the maintenance process is multiform and full of uncertainty, adopting a suitable strategy for bridge maintenance is not only an interesting but also a critical problem. Conventionally, the bridge maintenance usually goes with the criterion which is called “Fix it while it is damaged!” Such a manner not only raises the risks of the users, but also causes a huge waste in social resource and funding. For the reasons above, the bridge maintenance strategy must be reformed to save the maintaining cost and provide a reliable safeguard.
Most bridge maintenance system models are established to minimize the life-cycle maintaining cost of the deteriorating bridges. In this study, we propose a novel strategy to build the bridge maintaining model from a different viewpoint. Based on the tradeoff between bridge performance and maintenance cost, we consider the risks associated with bridge deterioration and maintenance cost. With this approach, the proposed bridge maintaining model can be more realistic and more flexible.
In this study, we consider the tradeoff between bridge condition index, safety index, and maintenance cost in life-cycle. The maintaining strategy is made by combining both active and passive maintenance. By different maintaining strategies, Particle Swarm Optimization is used as the search engine to find the optimal maintenance time in life-cycle. Moreover, with the Monte-Carlo simulation, the uncertain risk of bridge deterioration and maintaining cost are incorporated into the study. With the time-varying bridge performance index, the proposed bridge maintaining strategy can provide proper condition index and safety index with different maintenance budget. For the decision maker, the bridge maintaining strategy is no longer being limited with minimizing the cost. Depending on the relative importance, the managers may place on various objectives under consideration, which provide much more flexibility to select the final compromise maintenance solution. At last, an example is used to validate the result of model.
論文目次 目錄 I
圖目錄 IV
表目錄 V
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究方法與流程 2
1.4 論文架構 4
第二章 文獻回顧 6
2.1 維護管理 6
2.1.1 維護管理之概念 6
2.1.2 維護管理的方式與分類 7
2.1.3 維護管理分析技術與方法 8
2.1.4 工程維護管理 9
2.2 生命週期成本分析法 12
2.2.1 生命週期成本 12
2.2.2 生命週期成本分析法 13
2.3 橋梁維護管理 15
2.3.1 美國橋梁管理機制 16
2.3.2 歐洲橋梁管理機制 18
2.3.3 日本橋梁管理機制 18
2.3.4 國內橋梁管理系統 18
2.3.5 國內慣用之橋梁性能指標 20
2.4 應用生命週期成本分析法於橋梁維護管理 20
2.4.1 橋梁生命週期成本分析法之介紹 20
2.4.2 橋梁生命週期成本分析法之相關研究應用 22
2.5 小結 25
第三章 基本理論介紹 27
3.1 電腦模擬介紹 27
3.1.1 模擬模式的分類 28
3.1.2 蒙地卡羅模擬法(Monte Carlo Simulation) 29
3.2 質群演算法介紹 31
3.2.1 基本理論介紹 31
3.2.2質群演算法組成要素與參數 33
3.2.3質群演算法演算步驟 35
3.3 小結 37
第四章 橋梁維護策略評選模式 38
4.1 數學模式與基本假設 38
4.1.1 性能指標之數學模式 38
4.1.2 維護策略之數學模式 41
4.1.3 生命週期成本數學模式 47
4.1.4 基本假設 48
4.2 模式介紹 49
4.2.1 質群演算法之應用 49
4.2.2 電腦模擬之應用 53
4.2.3 電腦模擬與質群演算法之結合應用 55
4.2.4 定期性維護與必要性維護之結合應用 55
4.3 小結 57
第五章 範例實證 58
5.1 僅採用定期性維護 58
5.2 結合定期性維護與必要性維護 60
5.3 參數分析 64
5.3.1 慣性權重 64
5.3.2 學習因子 66
5.3.3 質點最大移動速度 67
5.3.4 參數分析小結 68
5.4 小結 69
第六章 結論與未來研究方向 71
6.1 結論 71
6.2 未來研究方向 72
參考文獻 73

圖目錄
圖1-1 研究流程圖 4
圖2-1 維護管理思想演進 8
圖3-1 蒙地卡羅模擬法運作流程 30
圖3-2 粒子移動示意圖 33
圖3-3 質群演算法運算流程圖 36
圖4-1 橋梁性能曲線示意圖 39
圖4-2 狀況指標與安全指標劣化示意圖 41
圖4-3 斜率示意圖 42
圖4-4 定期性維護計算步驟示意圖 44
圖4-5 必要性維護示意圖 45
圖4-6 「重建」維護計算流程示意圖 47
圖4-7 結合電腦模擬之質群演算法示意圖 49
圖4-8 質群演算法流程圖 50
圖4-9 二維平面示意圖 51
圖4-10 蒙地卡羅法計算流程圖 53
圖4-11 結合定期維護與必要性維護示意圖 56
圖4-12 時間軸切割示意圖 56
圖5-1 定期性維護收斂情形示意圖 60
圖5-2 收斂情形示意圖(慣性權重) 65
圖5-3 收斂情形示意圖(學習因子) 66
圖5-4 收斂情形示意圖(質點最大移動速度) 68
圖5-5 演算法收斂情形示意圖 69

表目錄
表2-1 建物生命週期各項費用分布 15
表2-2 各國橋梁生命週期成本軟體特性比較 23
表4-1 參數介紹 40
表4-2 重建策略參數整理表(定值) 45
表4-3 定期性維護演算結果整理 52
表4-4 重建策略參數整理表(機率分布) 54
表5-1 性能指標參數表 58
表5-2 定期性維護參數表 59
表5-3 定期性維護演算結果整理 59
表5-4 重建與部分混凝土維護參數表 62
表5-5 結合定期性維護與必要性維護演算結果 63
表5-6 慣性權重測試結果比較 65
表5-7 學習因子測試結果比較 66
表5-8 質點最大移動速度測試結果比較 67
表5-9 最佳參數設定之結果 69

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