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危橋示警 台灣首創「斷橋預警」系統

於名竹大橋系統安裝完成照片

系統於名竹大橋完成安裝時。圖/國研院提供

國家實驗研究院整合六個中心,首創全球第一個斷橋預警系統,「斷橋預警─雲端防災互連網」可全天候監測橋梁安全,特別是颱風洪水時影響橋樑安全甚劇的「沖刷深度」,並可在橋梁發生斷橋危機前,提前六小時預警。國研院目前已在濁水溪與大甲溪共四座橋梁完成實驗,未來可望擴及其他主要橋梁。

此系統可在洪水氾濫時供當局做封橋決策的科學依據,平時則做為橋梁保養維護之用。台灣目前大小橋梁共兩萬多座,過去十年來,有一百多座橋梁被颱風洪水沖斷,嚴重案例如2000年碧利斯颱風高屏大橋斷橋導致22人墜橋受傷;2008年辛樂克颱風時后豐大橋橋墩沖毀造成6死;2009年莫拉克颱風沖垮雙園大橋15橋墩與500公尺斷裂路面,造成6車10死的意外。

橋梁損壞原因統計

全球橋梁損壞原因統計。其中有60%來自沖刷,而台灣降雨強度集中,地形陡峻,河流短促,沖刷問題特別嚴重。圖/國研院提供

目前世界各國封橋的依據都是看水位有多接近橋面(我國標準是1.5公尺),但水位上漲與沖刷深度並非完全相關,橋梁斷裂主因是河水沖刷、掏空橋墩下方沙土。國家地震工程研究中心研究員林詠彬說,2000年高屏大橋是在颱風過後兩天、水退了才斷,單憑水位高度看不出橋有危險。

沖刷感測器封裝在鋼球裡,埋於河床下的沙土中,每50公分深裝設一個,至少安裝至河床下十幾公尺深。當沙土被沖刷、掏空,晶片就會一個個露於水中而發出訊號,即可得知沙土的沖刷情形(想像一下,十幾公尺深的泥土被沖走,相當於掏空五層樓高了!)。

橋梁上並有水位計、流速計、應力感測、橋面振動感測等,所有即時監測的資訊回傳至國網中心的雲端超級電腦分析,搭配電腦模擬上、中、下游雨量空間分布及沖刷情形,再將結果傳給橋梁管理單位,幫助掌握封橋時機。

國研院在濁水溪上中下游的名竹大橋、中沙大橋、自強大橋,以及國道3號大甲溪橋裝設此系統,已實驗了兩三年。林詠彬解釋,濁水溪上游是卵礫石,下游為沙質,中游段則是兩者混雜,台灣四大流域的地質特性皆相同,因此可以類推運用至各地區。中部河流的沖刷強度最大,位於大甲溪、濁水溪、高屏溪等流域的橋梁面臨較大的潛在沖刷危險。

林詠彬表示,一座橋不需要每座橋墩都裝,只要裝設在位於深槽區的兩三座橋墩即可推算整座橋梁的狀況,在一座橋上安裝這些感應器的施工費約新台幣300萬。

此系統為國研院整合儀科中心、颱洪中心、國震中心、國網中心、晶片中心、奈米實驗室六個單位,歷經十多年研發而成,已申請台、日、美、中等各國專利,待技術更加成熟也考慮輸出國外。

經封裝後於名竹大橋安裝之感測晶片

感測晶片就封裝在鋼球裡,埋於橋下沙土。平常橋上感應器一分鐘傳一筆資料,橋下則是10分鐘一筆;發布海上颱風警報後,橋下感應器也增為一分鐘一筆。圖/國研院提供

自強大橋監測管固定施作照片

系統安裝於自強大橋的施工情形。圖/國研院提供

關於作者

PanSci 特約記者。大學時期主修新聞,嚮往能上山下海跑採訪,因緣際會接觸科學新聞後就不想離開了。生活總是在熬夜,不是趕稿就是在屋頂看星星,一邊想像是否有外星人也朝著地球方向看過來。