桥梁管理系统简介

1橋梁管理系統簡介國立中央大學土木工程系姚乃嘉教授1、前言台灣地區屬於多山、多震、多洪、易受颱風侵襲之環境，橋梁易受到自然環境的破壞，而近20年來國內陸路交通載具急速成長，使得公路系統承受更大的負荷，因此橋梁之損壞更為頻繁，而加重管理單位之維修工作。截至民國八十五年止，台灣地區總共有一萬八百餘座橋梁，過去數十年來在有限的人力、經費支持下，仍極力重視橋梁之檢測、補強等維護管理工作，而對於橋梁主管機關而言，如何在有限的人力、財務等經濟資源的限制下，進行妥善之管理與維護，以有效地提升橋梁功能並確保其安全性，實為當前橋梁主管單位重視課題之一。行政院於八十四年起即責成交通部積極進行各項橋梁安檢維護作業，交通部於八十六年七月完成「台灣地區橋梁安全管理策略探討與制定」研究，將建立中央橋梁管理系統及適合各橋梁主管單位使用之管理系統，列為現階段重點工作之一，希望利用有系統、有效率的電腦化管理方法，結合地理資訊系統（GeographicalInformationSystem，GIS）、全球定位系統（GlobalPositioningSystem，GPS）及電腦網路技術，以協助橋梁管理機關進行橋梁之管理，而提高橋梁服務水準，確保結構穩定性與安全性，俾維護陸路運輸機能，有效運用資源降低維修成本，並延長橋梁使用年限。因此，交通部運輸研究所於88年11月委託中央大學土木系橋梁中心研究開發「台灣地區橋梁管理系統」，該系統整合上述之GIS，GPS與電腦網路技術，成為全國性整合統一之系統，於完成後能提供交通部和其所屬單位如高公局、公路局、鐵路局、各縣市政府以及各鄉鎮市公所使用，藉由系統化、有效率的電腦化管理方法，協助橋梁管理機關推行橋梁管理工作。22、橋梁管理系統演進過程世界各國有鑑於橋梁對整體建設之重要性，及其數量與規模日益龐大，皆積極投入橋梁管理之相關研究，以確保橋梁之結構安全與服務功能，進而延長橋梁之服務年限。其中美國以四通八達的公路網聞名，對於橋梁的維護管理作業極為重視，目前各先進國家之橋梁管理相關技術亦以美國所發展之成果較為完整，故本節介紹以美國橋梁管理之演進過程為主，而後就相關文獻探討橋梁管理系統所應具備之功能與內容。此外，亦探討國內現行橋梁管理所面臨之問題與整理相關研究，以了解國內目前發展現況。2.1橋梁管理系統之定義目前各國皆積極發展適合各國橋梁環境之電腦化橋梁管理系統，其對系統之定義亦配合各國不同之需求而有所差異。Hudson等人將橋梁管理系統定義為：「一種合理、系統性的方法，可組織並實踐所有橋梁管理之相關作業」[1]。其所謂橋梁管理之相關作業包括︰（1）預測橋梁之使用需求（2）評定橋梁狀況（3）分配維修補強經費（4）訂橋梁維修順序（5）檢定公告危橋（6）找出每座橋梁合乎成本效益之方案（7）計算橋梁維修成本（8）追蹤記錄橋梁之日常維護作業3（9）進行橋梁檢測（10）建立完整的橋梁資料庫美國運輸官員協會於1987年對橋梁管理系統的研究中則指出，完整的橋梁管理系統應包括下列功能[2]：（1）基本資料庫（DatabaseModule）（2）路網層級之維修、整建及重建之選擇（NetworkMaintenance,Rehabilitation,andReplacementModule）a.優選順序排列（RankingSubmodule）b.維修、整建及重建之選擇（SpecificMaintenance,Rehabilitation,andReplacementSelectionSubmodule）c.生命週期成本計算（Life-cycleCosting）d.最佳化決策（OptimizationSubmodule）（3）維護管理（MaintenanceModule）（4）歷史資料分析（HistoricalDataModule）（5）整合（InterfaceModule）（6）報表列印（ReportingModule）在綜合陸路運輸效益法案（IntermodalSurfaceTransportationEfficiencyAct,ISTEA）中則規定各州之橋梁管理系統之功能必須包含下列項目[3]：（1）橋梁清冊與狀況資料檔案（2）橋梁歷史資料檔案（3）橋梁規劃及分析系統（4）橋梁資料報告及印製系統4（5）工作時程及追蹤檢視以下介紹美國橋梁管理之起源與相關管理系統之發展，並以FHWA所發展之PONTIS系統為例，簡介橋梁管理系統之功能。1.美國橋梁管理之起源美國橋梁管理的發展源於1967年，當時因橫跨俄亥俄州河（OhioRiver）的銀橋（SilverBridge）斷裂並奪取46人生命後，美國老舊橋梁問題始受到各方之重視。美國國會於1968年通過之聯邦公路法案（FederalHighwayActof1968）中，要求運輸部門建立全國性橋梁檢測標準，並成立專案計畫進行專業檢測人員之培訓。美國聯邦公路總署（FederalHighwayAdministration,FHWA）首先建立「全國橋梁清冊（NationalBridgeInventory,NBI）」資料庫，進行全國橋梁相關資料之搜集與整理，同時公布「全國橋梁檢測標準（NationalBridgeInspectionStandards,NBIS）」，要求各州政府以每兩年為週期，全面為其所管轄之橋梁進行一次檢測作業，且參與之檢測人員皆須符合相關資格限制並通過專業課程的培訓。檢測所得資料則須按NBI之要求，儲存數位資料格式，彙整交由FHWA進行資料更新工作。FHWA隨後訂定「全國橋梁登錄及評估指南（RecordingandCodingGuidefortheStructureInventoryandAppraisalofNation’sBridges）」，作為各州進行橋梁檢測工作之參考依據，以確保檢測資料之完整性與一致性[3]。此外，美國國會於1991年頒布著名的「綜合陸路運輸效益法案（IntermodalSurfaceTransportationEfficiencyAct,ISTEA）」，要求全美各州須於1994年訂定橋梁管理系統之發展計畫，且必須在1998年之前完成系統之開發工作，自此各州皆開始積極規劃發展符合本身需求之橋梁管理系統[3][4]。2美國橋梁管理系統之發展根據BetterRoads年報指出，美國境內橋梁基本資料庫截至1999年10月5已包含589,815座公路橋梁。由於美國採聯邦制，各州有其獨立之道路橋梁管理體制，因此在橋梁管理系統之發展，各州係以聯邦政府之橋梁管理規範為基礎，配合不同之地理狀況與天候環境，以及各州之作業程序與管理特性，發展符合自身需求之系統。目前以賓州與北卡羅萊那州所建立之橋梁管理系統較為完善。此外，為配合ISTEA法案對各州系統之要求，FHWA與加州運輸部（CaliforniaDepartmentofTransportation,CALTRANS）於1987年共同出資，並邀集各方專家學者做為技術指導，委託民間公司發展一套分析功能完整路網層級之橋梁管理系統－PONTIS[5][6]，以作為各州系統發展之基礎。由於PONTIS建立了完整的維修方案成本效益之分析模式與構件劣化速率預測模式，目前已有數州加以採用，而各國發展橋梁管理系統時，亦多方參酌PONTIS之系統功能與決策模式，以下即針對PONTIS做一簡介[3]。PONTIS於1991年12月完成第1版之開發，其後並於1993年11月完成第2版修正。為求系統功能之完整與實際可行，FHWA、CALTRANS以及明尼蘇達、北卡羅萊納、田納西、佛蒙特與華盛頓等五個州之運輸部皆指派代表聯合組成一技術諮詢委員會，在系統的開發過程中，隨時提供各項的指導與建議[3]。圖1中PONTIS之架構為DOS環境下運作的第二版，目前PONTIS已發展至視窗環境下第四版。在PONTIS中共有「資料庫」、「構件狀態及其可行方案模組」、「劣化速率預測模組」、「用路人成本模組」、「MR&R最佳化模組」、「最佳化改善模組」、「整合與規劃模組」等七個模組。其中每個模組皆有其獨立之功能，協助相關人員進行資料搜集與分析、劣化速率預測、維修整建需求分析、各項方案之成本計算、預算編列與時程規劃等一連串的橋梁管理作業與決策工作。且FHWA在發展PONTIS之初，便將之定位為各州發展橋梁管理系統之基礎，因此在資料庫設計方面，便特別注重各種資料格式間轉換、資料之儲存容量與取用速度、後續發展彈性等因素，以利未來各州之修正與使用。6MR&R政策改善工作目前工作計畫路網狀態未來需求劣化速率預測模組MR&R最佳化模組構件狀態及其可行方案模組用路人成本模組改善最佳化模組整合與規劃模組基本資料檢測資料資料庫改善成本構件狀態可行方案MR&R成本預算與執行政策管理目標服務水準交通量成長系統功能模組輸入資料系統輸出結果圖例：系統資料庫圖1PONTIS之系統作業流程72.2我國橋梁管理系統發展現況由前文之美國橋梁管理系統發展現況之分析可發現，橋梁管理系統之建立係為一長期且具地域性之發展計畫，各國橋梁所處環境之地形、天候條件不同，對橋梁所造成之損壞現象自然有差異，而管理體制的不同，亦直接影響系統之組成功能。1.我國橋梁管理問題目前國內橋梁主管機關眾多，不同單位有其不同之管轄範圍，然而各單位限於編制人員的不足，加上專業人才之缺乏，無法由專人負責橋梁管理相關業務；另一方面，各單位的橋梁資料仍以傳統方式保存，既佔空間又不易查詢，且易受天災或人為疏忽導致遺失或損毀。有鑑於此，我國橋梁管理業務應結合資訊科技，推行電腦化管理，以減輕橋梁管理人員之負擔。根據相關研究指出，目前國內橋梁主管機關面臨以下問題[3]：（1）人力問題各單位限於編制人員的不足，加上專業人才之缺乏，無法由專人負責橋梁相關業務，即便是有，亦多偏重於新建工程，而忽略日常之維護管理。（2）經費問題由於橋梁維護作業的不受重視，維修整建之經費常被轉用。另一常見的現象則是各單位呈報的危險橋梁數量太多，且報修標準不一，而造成預算編列之困難。（3）資料保存各單位的橋梁資料仍以傳統方式保存，既佔空間又不易查詢。雖8有單位正在進行電腦化的工作，但仍缺乏全國統一的格式，無法利用相關資料進行整體性的考量。為解決上述問題，國內各橋梁管理單位目前正快速發展其電腦化管理系統，期望利用系統化、電腦化方式，將橋梁相關資訊加以儲存、彙整與分析，以輔助橋梁管理單位進行管理相關工作。2.國內現有橋梁管理系統國內目前橋梁管理系統發展正值萌芽階段，且因各主管機關管理業務之需求亦各不相同，故目前仍無一套完整之橋梁管理系統符合所有主管單位之需求。目前完成開發或實際進行運作之橋梁管理系統主要有以下數套：（1）國道高速公路局國道高速公路局（以下簡稱高公局）於民國八十一年十月十六日成立「橋梁檢測維護小組」，加強橋梁構件劣化之檢測與維護。綜理及督導橋梁檢測評估作業，並每半年定期召開工作檢討會報一次。小組設督導分組及作業分組。督導分組由局本部之技術組及工務組組成，負責策劃並督導橋梁檢測、評估、建檔及維修作業之推動。作業分組由區工程處及所屬工務段組成，執行轄內橋梁檢測、評估、建檔及維護之作業。俟後高公局有鑑於橋梁結構安全維護之重要性，委託昭淩工程顧問股份有限公司建立電腦化之管理系統與檢測方法，於民國八十七年開發完成「國道高速公路局橋梁養護管理系統」，其具有基本資料模組、檢測資料模組、耐震檢測模組、優選排列模組、預算編列模組、維修資料模組六大功能模組，以滿足其橋梁養護管理之所需。其中，此系統所利用之檢測評分方法為自南非引進之（D.E.R.&U.）目視檢測方法。9此系統功能著重於資料庫管理，往後發展可增加統計分析、空間分析、網路傳輸，以及決策支援等相關輔助管理功能，且使用者界面仍有改進空間。（2）地方政府在地方政府橋梁相關業務電腦化方面，台中縣政府曾委託民間顧問公司建立橋梁資訊系統（BIS），以及最近台北縣政府委託萬鼎工程服務公司所開發之橋梁管理資訊系統，其中台中縣政府橋梁資訊系統，其功能僅能提供有限之橋梁管理及查詢功能，缺乏空間分析、網路傳輸，及決策支援功能，僅適合管轄橋梁數量較少之地方