工程檢測之角色與地位

 

陳銘鴻 國立中央大學橋梁工程研究中心 執行秘書
陳明正 清雲科技大學土木工程系 副教授

當今世界各地的土木工程領域普遍存在一個現象:新建大型土木工程數量隨著開發的飽和而逐年減少,但是已興建的既有土木結構則會因為老舊而待修的比例卻持續增加。因此,近年來土木工程師的工作需求已經從以往的規劃(Plan)、設計(Design)與新建工程(Construction),慢慢移轉至檢測、評估與維修等維護工程(Maintence)的工作範疇。然而此類的維護工程開始的第1步,便需要仰賴各種檢測的手段來瞭解與提供結構物的損傷情形,這就好像一般病人到醫院求診時,必須藉由專業的醫師的診斷後,才有辦法開出處方領藥,或是採取手術、化療、復健等各種適當的治療行為。中、西醫對於診斷的方式有其不同的見解,而2,000年前中國古代神醫扁鵲的「望」、「聞」、「問」、「切」,則可以應用在現今工程檢測的問題上。

從中醫的角度上來說,所謂「望」是指觀察五官氣色、體態、尤其是臉部和舌部狀態;「聞」的意思是透過聽覺和嗅覺,收集與疾病相關資訊;「問」代表的是一般中醫的問診非常詳細,包括得病的來龍去脈、大小便情形、飲食習慣、睡眠品質、是否容易口渴或者是月經情況等,藉以了解病情虛實轉變;至於「切」是切脈的意思,因為人體脈象可反應疾病的內在變化,也用來檢驗之前的綜合研判是否正確。相對於工程問題而言,「望」也就是一般目視檢測,藉以發現是否有裂縫、孔洞、滲水、析晶、蜂窩、白華、剝落、鏽蝕、變形、沈陷、掏刷及錯位等損傷的現象,可以直接由其顯現的程度與範圍得知結構的健全情形;「聞」可以解釋成利用受風的振動、車輛駛過加載產生的振動、水流滴滲或衝擊所發出的聲響、或是簡易敲擊的外力作用所引致的回音等,有經驗的工程師可以利用這些訊息加以判斷是否有出現結構異常的現象;由於土木結構物本身無法自行對工程師說明病史,因此「問」則是必須藉由檢視竣工圖和歷年檢測與維修紀錄等資料,據以知曉該結構物的各種曾出現的損傷情形,以免可能因為表面的維修或披覆,而掩蓋住重要的災損實情,但是有時候會遇到並不是每個管理單位都能完整保存這一類的竣工圖與檢測與維修紀錄;「切」代表利用各式量測用的科學儀器,從土木結構的各種物理或化學的變化反應中探查結構之健全性,用以輔助僅由望、聞、問等3種方法所不足之處。但是因為可以選用的量測儀器與手段種類繁雜,巧妙也各有不同,因此應用的良寙便取決於專業的學養與實務經驗。

目視檢測無法深入了解真正情況

脈診強調要觀察部位、頻率、強度和節奏等,共有約28種不同脈象,通常用來反應心臟搏動、血壓高低及內臟的情形。醫生會用3根手指頭壓在手腕側的橈動脈處,力道分3段式慢慢按壓加重,以分別測出浮、中、沈脈,表示疾病進展到初期抑或末期;此外按照速度也有分別,比方說規律跳幾下停一下的是「代脈」(脈象的一種),表示心臟有問題,類似心電圖的檢測一樣。在土木工程的脈診可以泛指各式各樣的「非破壞性檢測」試驗,或者可以擴大解釋為西醫所採用的醫學檢驗方法。一般目視檢測由於對結構物未具任何破壞作用、簡單、容易應用、很快有結果且費用較低,因此,是最常被利用的檢測方式。但是目視檢測無法深入了解結構物內部之真正情況,因此,在初步檢查完成後,必要時通常選擇整體狀況較差之區域進行非破壞性檢測,以鑑定結構體混凝土及鋼筋品質,對於所見之缺陷或異常現象,檢測其缺陷範圍及劣化程度,並推論其主要肇因,以為進一步研判及評估之依據。所謂的「非破壞性檢測」是利用不會對結構體有所傷害的試驗方法來達到檢定結構體現況的目的,舉凡敲擊錘、超音波、電磁波、渦電流、應力波、液滲透、鋼筋探測儀、透地雷達、放射線影像、振動頻率、振動位移/速度/加速度、變形模態、靜態與動態之基樁載重試驗、靜態與動態之橋梁載重試驗等。

以橋梁工程為例,橋梁結構物在長期營運過程中受到多種因素的影響,不可避免地會產生某些損傷,因而影響到結構體的正常使用條件,嚴重的甚至引起交通事故及縮短結構的使用年限。特別是隨著交通流量的增加、重型車輛的增多,使損傷現象更趨嚴重。一般橋梁在發生嚴重損壞之前有時難以由外表判斷,因此由傳統目視檢測方式必須配合儀器檢測的輔助,並且檢測的作法也逐漸由較為簡易的靜態檢測轉為動態檢測,由以往的個別構件檢測擴增為整體結構行為的量測,其原因在於諸多重要的結構特性難以由靜態行為中獲得令人滿意的資訊,同時單一構件的健全條件並不能代表整體結構的安全無虞。此外,對於重要橋梁應以精密量測儀器輔助長期監測,以及早發現難以由人工量測查覺的異常癥兆。由於新進的檢測及監測技術有別於傳統土木工程師的訓練,而且其施行成果的良劣可以差別很大,對於這樣的情況轉變,一方面需要委請專業團隊加以執行,另一方面也需要對工程師或學生灌輸相關知識與觀念,以應付未來即將來到的龐大市場需求。

土木工程也應該有「四診合參」的概念

中醫診斷學講「四診合參」,意思就是四種方法要一起參考,藉以加強診斷的準確度。同理,在土木工程的診斷學也應該有此「四診合參」的概念,結合目視檢測、初步的聲響振動行為判斷、查閱設計與檢測維修紀錄、最後再針對不足之處藉助儀器的詳加調查,以達到經濟有效的維護土木結構物使用安全的目的。

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