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研究生: 賴鈺蒨
Yuh-chiann Lay
論文名稱: 系統性橋梁維修評選之研究
指導教授: 顏上堯
Shang-Yao Yan
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
畢業學年度: 89
語文別: 中文
論文頁數: 128
中文關鍵詞: 橋梁維修評選效益評估多重背包問題組合最佳化
外文關鍵詞: bridge maintenance evaluation, benefit evaluation
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  • 本研究提出一系統性橋梁維修評選架構,其可作為各橋梁管理單位評選維修橋梁、編列年度預算、乃至採用續進式決策之參考依據。首先利用劣化預測評估橋梁未來狀態,同時藉以計算決策者與用路人經由維修橋梁可得效益。最後在系統總效用最大的前提下,考慮橋梁對間的相關性,並利用數學規劃的方法針對橋梁的一般性維修構建一組合最佳化評選模式。對於選優模式之求解,則分別利用傳統鄰近搜尋及一新式啟發式演算法進行之。為評估此決策模式之效果,本研究進行一範例測試,並針對橋梁評選參數進行敏感度分析發現結果良好,應可做為實務應用之參考。



    In this research, we develop a systematic framework for evaluating bridge maintenances. The framework is divided into four stages. At first, we use Markov Chain theory to forecast the future condition state of a bridge. According to the bridge’s state, we use both agency and user benefit as the total benefit that the system can get from maintaining the bridge. After evaluating the total benefit, we develop an optimization model that determines the best bridges to be maintained with the object of maximizing the system benefit, considering the budget constrain, correlation between every bridge pair, and other related constrains. To solve the model, we apply a local search algorithm and a new heuristic algorithm. Finally we perform a case study and the solution algorithm to evaluate our model. The results show that the model and the solution method could be useful.

    目錄 中文摘要I 英文摘要II 誌謝III 目錄IV 圖目錄VI 表目錄VII 第一章 緒論1 1.1研究背景與動機1 1.2研究目的4 1.3研究範圍4 1.4研究方法與流程5 第二章 文獻回顧6 2.1橋梁維護管理體制6 2.1.1國外橋梁維護管理架構6 2.1.2國內橋梁維護管理架構8 2.2公共建設計劃選擇方法9 2.3綜合討論13 第三章 模式架構15 3.1整合性決策架構15 3.1.1決策參數定義17 3.2橋梁劣化預測18 3.3維修效益評估23 3.3.1決策者效益23 3.3.2用路人效益24 3.4橋梁組合相關性32 3.5橋梁維修選優模式33 3.5.1基本假設33 3.5.2數學定式35 3.5.3求解方法37 3.6 綜合討論40 第四章 範例測試43 4.1 輸入資料分析43 4.2 求解策略與參數設定46 4.2.1起始解46 4.2.2搜尋策略47 4.2.3參數設定與測試規模48 4.3決策模式效果測試48 4.3.1小型例測試49 4.3.2中、大型例測試52 4.3.3小結54 4.4 啟發式演算法效率測試55 4.4.1小型例測試55 4.4.2中、大型例測試57 4.4.3小結59 4.5 參數敏感度分析60 4.5.1模式參數60 4.5.2新式啟發式演算法之求解參數81 4.6綜合討論84 4.7完整測試例85 第五章 結論與建議92 5.1結論92 5.2建議94 5.3貢獻95 參考文獻97 附錄101 附錄一:基本測試例輸入原始資料101 附錄二:敏感度分析求解結果104 附錄三:完整示範例測試資料107 圖目錄 圖1.1 台灣地區橋梁管理流程圖2 圖1.2 研究流程圖5 圖3.1橋梁維修管理系統作業流程圖16 圖3.2 數量矩陣示意圖19 圖3.3 MARKOV CHAIN 預測模式理論流程圖21 圖3.4構件自然劣化預測模擬示意圖22 圖3.5傳統鄰近搜尋之接受機率函數38 圖3.6啟發式解法示意圖39 圖4.1橋梁數與LS執行時間關係圖62 圖4.2橋梁數與LS目標效益關係圖62 圖4.3橋梁數與TTI策略一目標效益關係圖64 圖4.4橋梁數與TTI策略一執行時間關係圖65 圖4.5橋梁數與TTI策略二執行時間關係圖67 圖4.6橋梁數與TTI策略二目標效益關係圖67 圖4.7橋梁數與不同排序法之起始解效益關係圖68 圖4.8預算比例與LS執行時間關係圖70 圖4.9預算比例與LS目標效益關係圖70 圖4.10預算比例與TTI策略一執行時間關係圖72 圖4.11預算比例與TTI策略一目標效益關係圖72 圖4.12預算比例與TTI策略二執行時間關係圖74 圖4.13預算比例與TTI策略二目標效益關係圖74 圖4.14 預算比例與不同排序法之起始解目標效益關係圖76 圖4.15各預算比例下年度維修橋梁所佔比例圖76 圖4.15相關組數與執行時間關係圖79 圖4.16相關組數與目標效益關係圖79 圖4.17相關組數與改善比例關係圖79 圖4.18各相關組數下年度維修橋梁所佔比例圖80 圖4.19違反度與執行時間關係圖83 圖4.20違反度與目標效益關係圖83 表目錄 表2.1高公局橋梁檢測評分標準表8 表3.1 PONTIS與本研究之比較表42 表4.1 小型例測試規模49 表4.2 傳統鄰近搜尋之測試結果50 表4.3 TTI求解策略分類表51 表4.4 TTI(策略一)之測試結果51 表4.5 TTI(策略二)之測試結果52 表4.6 中、大型例測試規模53 表4.7 傳統鄰近搜尋之測試結果53 表4.8 TTI(策略一)之測試結果54 表4.9 TTI(策略二)之測試結果54 表4.10 各啟發式演算法小型例測試效率結果55 表4.11 各啟發式演算法中、大型例測試效率結果57 表4.12橋梁數敏感度測試結果(傳統鄰近搜尋法)61 表4.13橋梁數敏感度測試結果(TTI策略一)63 表4.14橋梁數敏感度測試結果(TTI策略二)65 表4.15預算敏感度測試結果(傳統鄰近搜尋法)69 表4.16預算敏感度測試結果(TTI策略一)71 表4.17預算敏感度測試結果(TTI策略二)73 表4.18 預算比例與解組合變動分析表77 表4.19 相關性組數與各年度解組合變動分析表80 表4.20 相關性組數與解組合數量分析表81 表4.21 TTI違反度敏感度測試結果82 表4.22橋梁1的各構件於效益期最終年劣化機率86 表4.23檢測資料87 表4.24構件等級平均轉換成本87 表4.25決策者效益88 表4.26橋梁基本資料88 表4.27決策參數89 表4.28橋梁替選方案資料89 表4.29用路人效益90 表4.30橋梁對相關程度90 表4.31各年度決策總預算90 表4.32示範例測試結果91 表4.33示範例求解結果91

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