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運輸設施生命周期管理最佳化

運輸設施的生命周期多長達數十年,除了考量設施本身的設計外,還需把使用頻率、環境、經濟、能源、社會等因素納入,才能使其在有限的壽命中發揮最大效益。
 
 
 
運輸設施的範圍非常廣泛,從公路鋪面、機場跑道、橋梁,到交通標誌、號誌、軌道、液體或氣體管道、電力設施、通信網路都在內。一個國家運輸設施的完善程度與其經濟表現呈正相關,而隨著國家經濟的不斷發展,運輸建設密度會愈來愈高,其生命周期管理也連帶愈顯重要。如何有效利用有限的政府預算維護現有的運輸設施,成為近年來土木工程領域的一項重點。

生命周期管理三階段

運輸設施的生命周期多長達數十年,除了考量設施本身的設計外,還需把使用頻率、環境、經濟、能源、社會等因素納入,才能使其在有限的壽命中發揮最大效益。因應這些複雜因素,管理者必須進行設施檢測,評估設施現況,再預測不同維修方案的績效,並在預算(包括天然資源及金錢)的限制下進行最佳的維修計畫,且把成效回饋給下次決策參考。

第1階段的檢測與資料蒐集,傳統多以人工步行目視檢查鋪面的損壞狀況,隨著感測技術的進步,現在也可以透過車載攝影機、雷達等方式。而蒐集到的資料就供第2階段進行不同維修方案的績效評估。

第3階段則考量金錢、環保、能源等條件,從可能方案中找出最小化生命周期成本的最佳方案。過去傳統都仰賴養護工程人員的專業經驗,現在則可利用數學與電腦進行系統性的分析。

提供更高效益

臺灣大學土木系朱致遠副教授在《運輸研究:B》期刊(Transportation Research Part B)上發表的論文,便是試圖找出公路鋪面生命周期的最佳維修門檻。這研究同時考量4種不同等級的維修工法,包括不維修、例行維修如噴霧薄封、主要維修如刨除加鋪,以及重建,並決定各工法的施行門檻,鋪面狀況評估指標則採用國際糙度指標(international roughness index,以下簡稱糙度)。

這研究以桃園縣大溪鎮的公路為例,輸入的資料有公路路網的初始糙度、交通旅次需求的起點和終點。同時,假設用路人會依照道路擁塞狀況與鋪面平坦程度決定由起點到終點的路徑,據以預測每條道路的交通荷重與道路糙度的變化趨勢。並假設公路管理單位是依照道路糙度與維修門檻決定維修工法,進而預測鋪面在下一年度的糙度。

理論上,最理想的情況當然是道路的糙度很低,也就是在鋪面狀況還很好的時候就開始維護保養工作,但受限於預算不可能如此。而這研究的重點之一就在於把每年的維修預算納入門檻值的訂定,以取得合乎預算限制的最佳門檻值。分析結果發現,當預算愈多,道路的糙度門檻值就可下降,而運輸系統的整體績效愈佳;但當預算減少時,就只能等道路的糙度較高時才能維修,因此整體績效就較差。這結果非常直觀,也很符合工程管理的實務,有很高的應用價值。

這研究一改過去「壞了再修」的管理方式,除了考慮不同的維修工法外,還把預算以及用路人行為納入維修門檻值的決定,不但能讓運輸設施維持更久,也可減少國家財政負擔。這個模式未來也可應用在其他運輸設施上,如交通標誌、號誌、軌道等,使運輸建設提供更長遠的效益。
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