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工程检测之角色与地位

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当今世界各地的土木工程领域普遍存在一个现象:新建大型土木工程数量随着开发的饱和而逐年减少,但是已兴建的既有土木结构则会因为老旧而待修的比例却持续增加。因此,近年来土木工程师(工程检测)的工作需求已经从以往的规划(Plan)、设计(Design)与新建工程(Construction),慢慢移转至检测、评估与维修等维护工程(Maintence)的工作范畴。然而此类的维护工程开始的第1步,便需要仰赖各种检测的手段来了解与提供结构物的损伤情形,这就好像一般病人到医院求诊时,必须藉由专业的医师的诊断后,才有办法开出处方领药,或是采取手术、化疗、复健等各种适当的治疗行为。中、西医对于诊断的方式有其不同的见解,而2,000年前中国古代神医扁鹊的「望」、「闻」、「问」、「切」,则可以应用在现今工程检测的问题上。

从中医的角度上来说,所谓「望」是指观察五官气色、体态、尤其是脸部和舌部状态;「闻」的意思是透过听觉和嗅觉,收集与疾病相关资讯;「问」代表的是一般中医的问诊非常详细,包括得病的来龙去脉、大小便情形、饮食习惯、睡眠品质、是否容易口渴或者是月经情况等,借以了解病情虚实转变;至于「切」是切脉的意思,因为人体脉象可反应疾病的内在变化,也用来检验之前的综合研判是否正确。相对于工程问题而言,「望」也就是一般目视检测,借以发现是否有裂缝、孔洞、渗水、析晶、蜂窝、白华、剥落、锈蚀、变形、沉陷、掏刷及错位等损伤的现象,可以直接由其显现的程度与范围得知结构的健全情形;「闻」可以解释成利用受风的振动、车辆驶过加载产生的振动、水流滴渗或冲击所发出的声响、或是简易敲击的外力作用所引致的回音等,有经验的工程师可以利用这些讯息加以判断是否有出现结构异常的现象;由于土木结构物本身无法自行对工程师说明病史,因此「问」则是必须藉由检视竣工图和历年检测与维修纪录等资料,据以知晓该结构物的各种曾出现的损伤情形,以免可能因为表面的维修或披覆,而掩盖住重要的灾损实情,但是有时候会遇到并不是每个管理单位都能完整保存这一类的竣工图与检测与维修纪录;「切」代表利 各式量测用的科学仪器,从土木结构的各种物理或化学的变化反应中探查结构之健全性,用以辅助仅由望、闻、问等3种方法所不足之处。但是因为可以选用的量测仪器与手段种类繁杂,巧妙也各有不同,因此应用的良寙便取决于专业的学养与实务经验。

目视检测无法深入了解真正情况

脉诊强调要观察部位、频率、强度和节奏等,共有约28种不同脉象,通常用来反应心脏搏动、血压高低及内脏的情形。医生会用3根手指头压在手腕侧的桡动脉处,力道分3段式慢慢按压加重,以分别测出浮、中、沉脉,表示疾病进展到初期抑或末期;此外按照速度也有分别,比方说规律跳几下停一下的是「代脉」(脉象的一种),表示心脏有问题,类似心电图的检测一样。在土木工程的脉诊可以泛指各式各样的「非破坏性检测」试验,或者可以扩大解释为西医所采用的医学检验方法。一般目视检测由于对结构物未具任何破坏作用、简单、容易应用、很快有结果且费用较低,因此,是最常被利用的检测方式。但是目视检测无法深入了解结构物内部之真正情况,因此,在初步检查完成后,必要时通常选择整体狀况较差之区域进行非破坏性检测,以鉴定结构体混凝土及钢筋品质,对于所見之缺陷或異常现象,检测其缺陷范围及劣化程度,并推论其主要肇因,以为进一步研判及评估之依据。所谓的「非破坏性检测」是利用不会对结构体有所伤害的试验方法來达到检定结构体现况的目的,举凡敲击锤、超音波、电磁波、涡电流、应力波、液渗透、钢筋探测仪、透地雷达、放射线影像、振动频率、振动位移/速度/加速度、变形模态、静态与动态之基桩载重试验、静态与动态之桥梁载重试验等。

桥梁工程为例,桥梁结构物在长期营运过程中受到多种因素的影响,不可避免地会产生某些损伤,因而影响到结构体的正常使用条件,严重的甚至引起交通事故及缩短结构的使用年限。特别是随着交通流量的增加、重型車辆的增多,使损伤现象更趋严重。一般桥梁在发生严重损坏之前有时难以由外表判断,因此由传统目视检测方式必须配合仪器检测的辅助,并且检测的作法也逐渐由较为简易的静态检测转为动态检测,由以往的个别构件检测扩增为整体结构行为的量测,其原因在于诸多重要的结构特性难以由静态行为中获得令人满意的资讯,同时单一构件的健全条件并不能代表整体结构的安全无虞。此外,对于重要桥梁应以精密量测仪器辅助长期监测,以及早发现难以由人工量测查觉的异常症兆。由于新进的检测及监测技术有别于传统土木工程师的训练,而且其施行成果的良劣可以差别很大,对于这样的情况转变,一方面需要委请专业团队加以执行,另一方面也需要对工程师或学生灌输相关知识与观念,以应付未来即将来到的庞大市场需求。

土木工程也应该有「四诊合参」的概念

中医诊断学讲「四诊合参」,意思就是四种方法要一起参考,借以加强诊断的准确度。同理,在土木工程的诊断学也应该有此「四诊合参」的概念,结合目视检测、初步的声响振动行为判断、查阅设计与检测维修纪录、最后再针对不足之处借助仪器的详加调查,以达到经济有效的维护土木结构物使用安全的目的。

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