全台橋梁「耐震」大體檢！數位孿生應用串連監測數據診斷
財團法人中華顧問工程司與台灣世曦工程顧問公司今日共同舉辦「橋梁安全維護管理研討會」，繼上半場的新興監測工具輔助橋梁檢測後，下半場探討 403 花蓮大地震後的數位孿生應用，並以金門大橋、國道 1 號圓山橋延壽加固改善工程、國道 8 號耐震補強工程為例分享。
財團法人中華顧問工程司主任蔡欣局表示，402 花蓮大地震後，為了即時診斷鋼索橋的震後狀況，全台開始採用數位孿生概念應用，串連監測數據，擬真橋梁實況進行診斷，而所謂的數位孿生不僅是實體物件的靜態模型，還是一個動態基於實時數據的虛擬映像，能夠模擬和預測物件或系統的行為。
蔡欣局指出，數位孿生能夠進行模擬，預測未來狀況，例如設備可能的故障點、系統的最佳運行方式，甚至是自然災害的影響，利用感測器、物聯網技術，持續處理實體系統的數據，像是因為颱風、地震災害，溫度是影響橋梁索力、應變與撓度等參數的重要因素，因此數位孿生就能確保虛擬模型和實體物件之間的同步性，幫助工程師、運營人員和決策者優化實體系統。
蔡欣局強調，橋梁結構監測除常時趨勢分析、安全監測外，並有助於災後即時診斷評估，包括震後殘餘位移分布，而數位孿生的功效關鍵，取決於橋梁現況的掌握度與安全係數，這些即時的數據和模擬結果，可以幫助管理者迅速發現潛在的結構問題，如疲勞裂縫、材料退化或承載力不足，從而制定即時的維護策略。
▲財團法人中華顧問工程司博士黃進國。（Source：科技新報）
以金門大橋起始狀態記錄與監測成果為例，財團法人中華顧問工程司博士黃進國表示，金門大橋是台灣首座長跨距跨海脊背橋，位於極嚴重腐蝕環境，為確保其長期使用性與用路人安全，相關單位建置橋梁安全監測系統，用以蒐集完工初期狀態與作為日後追蹤比較依據，雖然面對諸多挑戰，但經過多方的溝通協調合作，終於順利完成監測系統建置。
黃進國指出，金門大橋橋梁監測系統，包括動態監測、靜態監測與網路傳輸三大系統，其中動態監測主要監測鋼纜索力，而靜態監測則是結構體行為監測與場址環境監測，建置完成運作至今已超過一年，監測資料仍持續收集中，包括颱風期間的監測資料，可以了解橋梁各構件對風作用的反應，還有對鋼纜行為的變化，作為追蹤其索力變化，以及頻率和加速度幅值的改變。
▲交通部高速公路局副總工程司林生發。（Source：科技新報）
以國道 1 號圓山橋延壽加固改善工程為例，交通部高速公路局副總工程司林生發表示，主要是利用數據模型研擬方案對策，進行橋梁整體結構與耐震能力分析評估，來克服橋梁結構中央鉸接處沈陷，為防範下垂量增加衍生鉸接榫下部脫開及上部擠壓損壞，增加橋梁耐震能力與使用壽命，以維護橋梁結構及行車安全。
林生發指出，工程透過可行性評估案擬建立三維有限元素分析數值模型，同時引用各國預力混凝土潛變乾縮預測模式，參照現有國道 1 號圓山橋梁監測成果資料，蒐集橋梁現況資訊，分析各主橋跨中央鉸接處的垂直變位與預力損失狀，辦理廂型梁結構應力量測等橋梁現場檢測作業，估算圓山橋整體結構應力分布即實際預力情形。
林生發強調，國道 1 號是北部都會區的重要交通幹道，目前尚無結構安全疑慮，因此經過加固改善工程，目前維持正常交通運轉、衝擊影響降至最低，橋梁垂直變位得以控制、延長使用年限，後續將接續進行路面整平工程，增進行車順暢度與舒適性。
▲台灣世曦工程顧問股份有限公司資深協理莊明哲。（Source：科技新報）
以國道 8 號耐震補強工程為例，台灣世曦工程顧問股份有限公司資深協理莊明哲表示，由於這段公路已有耐震能力不足的問題，無法符合目前的規範，所以高公局開始在這個計畫，藉由 M81 標-國 8 全線暨國 3 新化段補強，期望可以達到中度地震不壞、最大地震不倒，並以合理的成本，使得國道橋梁達到耐震安全的標準。
莊明哲指出，這項工程採用四大補強工法，包括基礎補強、橋墩補強、增設防落橋裝置、支承墊更換，還有使用到防災科技化、施工影像模擬，更以 5G IoT 連續變位監測，進行品質管理，採用全自動監測系統，確保施工環境與員工安全，更導入二級品管混凝土試體應用 RFID 晶片管控，最後是 AI 載具輔助工地安全管理。
莊明哲強調，台灣位處環太平洋地震帶，從 921 集集大地震、206 美濃大地震、403 花蓮大地震，造成許多橋梁損毀、交通中斷，顯見全台橋梁安全維護仍有精進提升的空間，而隨著耐震規範與施工技術的進步，橋墩是橋梁抵抗地震作用力大幅成長，而且只要設計和施工得當，橋梁都可以正常發揮功能。
（首圖來源：科技新報）