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核心研究
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耐震設計規範之研擬與修訂

建築物耐震設計規範之訂定攸關國家整體工程之耐震水準,其合理性對經濟層面亦影響甚鉅。因此,擬定兼具耐震安全與經濟效益之規範規定即為耐震規範研究之目標。台灣自1974年才逐漸開始有耐震設計的相關規定,並持續參考國內、外學術研究成果與各國之耐震設計規範之變革,使規範與時俱進。尤以921大地震後,學界及業界均投入大量資源從事耐震科技研究,相關規定與規範也日新月異。
國震中心長期主導我國耐震設計規範之研擬與修訂,將研究成果落實於規範條文中,亦持續檢討現行耐震設計規範,對於耐震設計規範之疑義,進行研究提出相關修訂建議草案,並針對近年重大震害地震之勘災經驗,如:105年美濃地震及107年花蓮地震造成之建物損壞,納於規範檢討之中。本中心將持續研擬以風險為導向之性能設計程序之規範架構,依各建物之不同重要性以及安全需求,訂定不同的耐震設計標準,作為未來耐震設計依據;此外,將針對建物評估與模擬之方式,提出有效可行之非線性動態特性模擬方式,提供工程界使用,並納入規範規定之中。
本中心彙整工程界及學界對於耐震設計規範之研究成果與建議,進行相應之研究並提出相關修訂建議草案,並召集產、官、學、研各界代表組成規範研究發展委員會定期討論議案,達成修訂共識後送交主管機關審議,進而修訂規範內容,使國內之耐震設計規範更趨完備及合理,並整合相關研究以提昇精進本國之耐震設計技術與品質。

橋梁研究

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主要研究任務為透過橋梁耐震與延壽技術開發及規範與技術準則研擬,進行相關技術研發,提供新建橋梁安全、耐震、快速及經濟之橋梁結構系統,提升老舊橋梁之安全防災與管養技術,以達安全、簡易及經濟之需求,達到延長橋梁的使用壽命及橋梁結構永續發展之目的,主要研究方向可分為三類:

  1. 探討橋梁設計、評估與補強方法,發展新的橋梁安全評估、分析與補強技術,以及開發新型橋梁結構系統,研究目的為利用新技術與新設計方法增進新設橋梁的耐震容量,以及改善既有橋梁的耐震性能。精進分析方法與建構實驗平台,探討地震對橋梁耐震性能的影響,發展橋梁耐震與減震技術。
  2. 發展基於生命週期的橋梁管理技術,以及開發新型橋梁安全監測和預警技術,研究目的為利用所開發的橋梁健康監測系統和技術來達到災害預警及減災之目標。強化橋梁檢監測技術可有效協助橋梁管養單位,落實橋梁維護管理作業,進而延長橋梁使用壽命發揮服務功能。
  3. 發展應用新材料、新工法、橋梁耐震與減震等新技術於橋梁建造及施工中,研究目的為利用創新之材料及技術來增進國內材料及施工科技研發能量,突破材料強度與韌性限制,促進國內產業升級。應用先進材料特性,降低橋梁自重、減少配筋量、提高施工性,並提升橋梁耐震性能。

基於地球科學及大地工程協助地震工程技術發展

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本組致力於地球科學及大地工程之跨領域技術發展與應用,支援地震工程研發及防災應變工作。利用各類地震、地化及各類地球科學監測技術,針對主要活動斷層及火山等孕震構造進行長期監測與活動性評估,提供地震潛勢與災害預警資訊;研發適合台灣之地震動預估模型及理論模擬技術,配合完備之地震動觀測及場址特性資料庫,達到地震動預估與境況模擬之技術能力,支援耐震設計與地震防災工作。長期發展與精進地震危害度分析技術,完成台灣地震危害潛勢圖與活動斷層發生機率圖,並協助重大基礎建設與設施之耐震需求研擬及安全評估,有效提升台灣整體耐震韌性。在大地工程方面,建置各類地工試驗技術及設備,包含剪力盒砂箱、振動台試驗、現地試驗、數值模擬及土壤動力實驗等,針對管線、淺基礎、港灣碼頭、橋梁基礎、離岸風機基礎等地工構造物進行廣泛試驗,用以分析模擬地層土壤動力行為與液化反應,藉此進行各種地工構造受震行為研究;研發土壤液化評估及潛勢分析技術,建置地工參數資料庫,協助全台土壤液化潛勢圖資之精進,相關研究成果都將回饋至各類基礎結構之耐震性能與設計實務。

非結構耐震性能研究

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設備管線組核心研究之目的,為推動非結構耐震性能驗證環境,發展非結構耐震評估與補強技術,以期減低非結構因震損導致之安全疑慮、經濟衝擊與機能損失。本組近期核心研究亮點為能源與民生關鍵設施之耐震能力提升,研究標的包括:

  1. 能源產業輸貯系統,如石化工業、核能電廠與液化天然氣接受站之儲槽與輸送幹管;
  2. 影響民生關鍵設施空間使用之非結構系統,如醫院之消防管線系統、天花板系統等;
  3. 影響民生關鍵設施正常營運之特殊設備,如醫院與高科技廠房之精密醫療設備與製程設備。

設備管線組核心技術與近期工作目標包括:

  1. 設備管線耐震設計補強技術-依據國內外最新規範與研究,提出商業建築中易損功能性設施(天花板與消防管線系統)之施工指南條文;
  2. 設備管線耐震評估技術-應用於核能電廠設備耐震餘裕評估、液化天然氣儲槽耐震評估,並建立懸吊式功能性非結構物之耐震評估技術;
  3. 設備管線耐震數值分析技術-透過有限元素數值模擬分析,完成液體儲槽之流固耦合數值分析程序;
  4. 設備管線耐震測試驗證技術-健全國內重要設備耐震測試驗證環境,並與台南實驗技術組及地大組合作,強化離岸風電關鍵零組件與水下基礎之設計與測試能量。

強震即時警報系統

主要研究項目:
地震預警程式、結構受震反應快速評估開發;地震預警系統整合、應用與驗證測試:地震預警系統推廣與服務。

研究內容介紹:
利用地震本身具有P 波與S 波相異速度差之物理現象,測站利用波速較高之P波資料,透過相關演算法推估後續S 波對於地表之影響後,即可針對受強震影響之區域,於劇烈震動開始前發出警示訊息。

隔、減震技術應用與創新研發

主要研究項目:
隔、減震元件創新研發與測試;隔減震規範修訂、教育推廣;提供業界與學界各項隔減震設計、試驗等相關諮詢。

研究內容介紹:
隔減震技術經證實為實用且有效之耐震技術,然而對於隔震設計,其面臨最大問題在於長週期或近斷層地震發生所產生之隔震位移過大。利用被動控制或半主動控制技術有效降低隔震位移,同時又不喪失其隔震效能,為目前研究的重要方向。

智慧型結構

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主要研究項目:
應用半主動、主動控制技術於結構或設備減震(振)、整合先進量測科技於結構健康監測技術、長期結構健康監測與損傷識別之應用、結構健康監測平台與標竿應用的建置。

研究內容介紹:
除整合先進量測科技並配合主動或半主動控制技術,對結構或設備元件進行保護外,亦搭配結構健康監測、損傷識別與人工智慧,於震中或震後迅速提供結構健康或損傷資訊。

強化地震風險評估與管理技術

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近期研究重點包含:

  1. 整合開源地理資訊系統,研發台灣地震損失評估系統,合理推估任意想定地震可能引致的建築、橋梁和自來水系統…等災情數量和分布,以及各項救災資源需求,可作為減災規劃與防災演練的參考。
  2. 研發地震早期損失評估技術,於震後短時間內透過簡訊、電子郵件或資訊網站,協助應變單位即時研判可能的災情並適時啟動應變機制。
  3. 結合震災境況模擬技術和各地區震源活動特性,研發機率式地震風險評估模型,並應用於產險業和風險管理實務。
  4. 彙整交通路網、建築、橋梁、人口與救災據點等資料,考量道路等級和重要節點的連通性,建立跨縣市救援路網規劃模式;同時探討個別救援路段於想定地震下,因臨路建築倒塌或橋梁損害造成的阻斷風險,可作為研擬替代道路或推動老舊建築耐震改善的參考。
  5. 進行震後緊急醫療韌性評估研究,考慮大規模地震引致大量傷患和急救責任醫院的醫療效能折減,研發震後就醫人流壅塞模擬技術,並探討大量傷患的最佳送院策略,提升區域整體之緊急醫療效能。
  6. 建置地震防災與應變雲端資訊服務,平時可查詢預設想定地震之災損推估結果,震後可查詢早期損失評估結果;未來將提供線上震損評估功能,並結合3D GIS展示技術,強化使用的便利性和視覺效果。

人工智慧研究中心研究

國震中心與臺大土木系合設人工智慧研究中心,結合雙方在人工智慧與地震工程領域的技術與人才,致力促進地震與防災工程之發展。同時設立人工習慧於工程應用博士班的成立,培養下世代具地震與防災工程領域專長的人工習慧高級研究人才。

目前已對坡地災害潛勢分析、構造物表面異狀辨識、結構動力分析、新型地震工程材料開發、營建工地監測管理、工地鋼筋查驗、人車流辨識等議題進行深入的探討,開發相應的自動化人工智慧輔助系統,涵蓋面向既廣且深。

主要研究項目:
坡地災害預測、結構物裂縫自動辨識、工地鋼筋自動查驗等。

研究內容介紹:

邊坡災害預測

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  1. 邊坡坡面變位之分類與成因探索,並分析各式邊坡不穩定行為之機制。
  2. 時空因子與邊坡不穩定行為之相關性分析,找出與邊坡坡面變位相關性較高之時空因子。
  3. 建立考慮InSAR邊坡變位觀測資料之邊坡崩塌預測模式。
  4. 人工智慧模型建置,選定訓練資料類別、學習模型架構、參數設定等,針對高潛勢之地表變位區域做預測分級。

構造物表面異狀辨識

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  1. 開發多種電腦視覺方法以輔助構造物目視檢測作業。
  2. 具備各式構造物資料集,可發展不同監督式學習模型,包含影像分類、物件偵測、影像分割與全景分割等。
  3. 整合辨識結果與分析方法以量化危害程度,且得以整合於實務作業流程中。

工地鋼筋查驗

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  1. 發展深度學習與數位變生相關技術,接軌設計與施工,達到鋼筋與預埋管路全檢核、議題追蹤與VR/AR查驗核實與維護。
  2. 以影像量測與人工智慧技術為基礎,有效輔助工地鋼筋查驗的軟、硬體技術、工具與作業模式。