現代營建 320---鋪面檢測車發展沿革暨效益性探討

鋪面檢測車發展沿革暨效益性探討

□房性中／中華顧問工程司材料試驗部主任工程師兼鋪面組組長　大地工程技師

摘要
1970年代起，鋪面管理系統（Pavement Management System；簡稱PMS）的發展與應用，在世界各國皆行之有年且成效卓著；國內則遲自1983年起，才有PMS的雛議，雖也建構了數套PMS，但截至目前為止，尚未廣泛運用於實務界，殊為遺憾。本文擬將筆者蒐集鋪面檢測車應用於PMS發展的沿革及效益性等問題，作深入淺出的陳述與探討，以為國內推動PMS略盡棉薄之力。

一、前言

        1970年代PMS已在美國蓬勃發展，截至1987年時，全美已有41州完成了PMS之建構，1991年頒行的道路運輸效率法案（Intermodal Surface Transportation Efficiency Act of 1991, 簡稱ISTEA）更將PMS訂為聯邦法律所要求的六個管理系統之一，而PMS的建構與否將直接影響其聯邦補助預算之申請額度及優先順序。
        國內道路系統之新建工程已漸趨飽和，繼之而來的主要課題，當屬既有道路網的維護作業，若從長遠角度來看，養護工作的重要性並不遜於新建工程，亦即能有良好的養護作業，就能延長道路的使用年限並維護用路人安全與暢順的行車環境，同時還能節省公帑、展現政府施政效能。
        自民國七十二年迄今，國內多個政府機關結合學術研究單位，針對不同道路等級、鋪面類型與應用層級業已建構數套PMS，大部分之系統均以柔性鋪面為管理對象，而其內涵與架構均為鋪面維護管理系統（Pavement Maintenance Management System；簡稱PMMS），雖然系統的發展已可與先進國家並駕齊驅，惟因國內主客觀因素的複雜影響，導致目前尚未有持續且實際運作之PMS落實於工程界，殊為遺憾。
        本工程司有鑑於此，祈望藉由本身於材料檢測、分析領域的專業技術及豐富業績，再尋求具有卓越之PMS專業素養的中央大學研究團隊，組合成立國內PMS推動小組，以踏實的腳步，冀望落實台灣地區各道路PMS之建構與實務應用，其效益性除可快速擷取並分析鋪面平坦度指標、提供道路主管機關之養護決策判斷、增進維修品質、節省公帑外，更能以客觀的數據取信於民，尤其有利於年度預算之編列作業，達到利民、便民與保護用路人安全的多重目的。

二、國外歷年已建構之鋪面管理系統

        PMS之發展與實務應用，以美國最為蓬勃，另歐洲地區則以北歐及西歐較為普遍，茲將其重要者條列如下﹝文獻(1)﹞：;
(一) 美國
        1. 德州柔性鋪面管理系統。
        2. 加州鋪面管理系統。
        3. 內華達州卡森市鋪面管理系統。
        4. 加州長堤市鋪面管理系統。
        5. Cash Western Reserve大學PMSC鋪面管理系統。
        6. 陸軍及空軍M&R鋪面管理系統。
        7. 堪薩斯州鋪面管理系統。
        8. 伊利諾州鋪面管理系統。
        9. 華盛頓州鋪面管理系統。
        10. MicroPaver Version 4.0鋪面管理系統。
        11. 都會運輸委員會鋪面管理系統。
        12. 鋪面表面評估、評級與道路管理系統。
        13.鋪面管理預測模型（Pavement Management Forecasting Model, PMF）。
        14. PMS-ITRE - Pavement Management Software。
        15. 道路表面管理系統（Road Surface Management System）RSMS96：MS-DOS、RSMS99：Windows 9x、NT。
        16. 資產控制技術（Asset Control Technology, ACT）。
(二) 加拿大
        安大略省EPMS鋪面管理系統。
(三) 英國         2. 英國CHART鋪面管理系統。
(四) 澳洲
        1. （Road & Traffic Authority，簡稱RTA）RTA-NSW(The Roads and Traffic Authority of New South Wales)鋪面管理系統。
        2. 昆士蘭州MMS（Maintenance Management System）。
(五) 荷蘭
        1. CWMS鋪面管理系統。
        2. 阿姆斯特丹市開發之鋪面管理系統。
(六) 丹麥
        DMS鋪面管理系統。
(七) 法國
        ALIZEIII鋪面管理系統。
(八) 北愛爾蘭
        MARCHII鋪面管理系統。
(九) 巴西
        SAMP鋪面管理系統。
(十) 牙買加
        SIMP（SIMPlified Method for the Economic Evaluation）鋪面管理系統。
(十一) 科威特
        HPMS（The Highway Project Management System）鋪面管理系統。
(十二) 沙烏地阿拉伯
        PMMS（Pavement Maintenance Management System）鋪面管理系統。
(十三) 日本
        Maintaining and Managing the Metropolitan Expressway之鋪面管理系統。
(十四) 中國大陸
        北京SOGER（第二個衛星所建立之道路資料庫系統）。
(十五) 世界銀行（The World Bank）
        引用巴西及美國資料發展道路設計養護計劃最佳化系統HDM（Highway Design and Maintenance Standards Model）。

三、國內歷年已建構之鋪面管理系統

自民國72年由交通部國道高速公路局所規劃之中山高速公路鋪面養護管理系統起，歷經產官學各界多年的努力研究與發展，至今已有多達12套鋪面管理之雛形及應用系統，不僅將鋪面工程導入管理層次，亦顯示國內鋪面工程領域之發展已臻世界先進國家之水準。
台灣地區歷年來所發展之12套PMS整理如表1所示，而歷年PMS系統發展關係圖，如圖1所示。

(一) 現況概要
台灣地區公路建設在土木工程中扮演著相當吃重的角色，每年的投資經費亦佔最大宗之地位，目前每年需進行維修及養護之道鋪面積平均超過一億七千萬平方公尺以上，其中又以瀝青混凝土之柔性鋪面佔總鋪面里程的90% 以上，故針對此一主題，建立並有效執行PMS，已是刻不容緩的任務暨使命。
表1：國內歷年來鋪面養護管理系統及後續應用簡表﹝文獻(2)﹞

名稱	時間	委託單位	執行單位	系統優點
台灣區高速公路鋪面養護管理系統	民國72-77	交通部國道高速公路局	台大慶齡工業研究中心	1. 建立台灣第一套鋪面養護管理系統 2. 以決策樹法建立養護準則
市區道路鋪面養護管理系統建立之研究	民國80-81	交通部運輸研究所	台灣大學土木系	1. 建立圖形化查詢系統 2. 建立鋪面破壞調查手冊 3. 訪談彙整各地養護現況
台灣地區一般公路鋪面養護管理系統建立之研究	民國81-82	交通部運輸研究所	台灣大學土研所	1. 建立撓度指標門檻值 ORACLE之SQL為資料庫
台北市道路鋪面養護管理資料庫系統電腦程式建立之研究	民國82-83	台北市政府養護工程處	台灣大學土研所	1. 對各項調查儀器資料整理完善 2. 納入資產管理係數 3. 加入成本生命週期分析
中山高速公路鋪面養護管理系統電腦實務應用	民國84-86	交通部高速公路局	台灣營建研究院	1. 改善前期系統環境，以視窗系統為主 2. 建立資料編碼與圖形展示概念
鋪面管理決策支援系統之研究	民國86-88	交通部公路總局	台灣大學、中央大學、交通大學	1. 以自動化檢測儀器建構資料庫 2. 以GIS呈現計畫成果 3. 以專家系統建構維修及診斷模式 4. 分析各項對破損之成因與成效
道路鋪面檢測技術與評估決策管理系統之研究	民國87-88	交通部科技顧問室	道路協會	1. 建立儀器採購準則 2. 建立撓度回算之分析模式
道路工程養護管理系統	民國88-89	台北市政府工務局	中華民國公共工程資訊學會	1. 利用地址定位解決台北市街道無里程之問題
建置中正機場跑、滑道及停機坪版塊專家系統	民國89-90	交通部民航局	台大慶齡工業研究中心	1. 將PMMS應用於剛性鋪面上 2. 以PCI為評斷指標 3. 建構專家系統判斷維修方式
市區道路養護技術規範手冊研究計畫	民國90-91	內政部營建署	中國生產力中心與台灣大學土研所	1. 以PCI為道路好壞之指標 2. 建立PCI維修簡易流程 3. 評估IRI及PI於國內的適用性
市區道路管理養護系統之推廣養護	民國91迄今	內政部營建署	中國生產力中心與台大慶齡工業研究中心	1. 納入平坦度作為評估道路好壞的指標之一 2. 建立道路維修門檻值
桃園縣鋪面養護管理系統	民國93年迄今	桃園縣交通局	中央大學土木系	1. 納入平坦度作為評估道路好壞的指標之一 2. 以PCI為評斷指標

圖1：台灣歷年PMS發展關係圖         國內自民國七十二年迄今，已由不同政府研究機構與工程實務機關和研究團隊結合，針對不同道路等級，鋪面類型與應用層級建構數套PMS，大部份亦均以柔性鋪面為管理對象，雖然各系統的發展已可與先進國家並駕齊驅，然因國內主客觀因素紛歧，導致目前尚未有成熟且持續、實際運作的鋪面維護管理系統，殊為遺憾。
        我國目前市區道路管理及維護所需經費，除大部分仰賴中央政府所分配之汽車燃料使用費收入以外，直轄市及縣(市)等地方政府亦每年編制預算辦理市區道路年度鋪面養護作業。基於中央主管機關尚未訂定全國一致性評估準則，以作為分配市區道路建設經費之專業及客觀性考量的參考依據。故補助直轄市及縣(市)等地方政府之年度道路建設經費，僅能參考都市計畫區人口及道鋪面積作一概略計算，缺乏客觀的審查標準及機制，致政府之交通建設資源較難確實應用於亟需修復之市區道路鋪面，民眾對政府維修鋪面無一定標準，對一些尚堪使用之鋪面卻予以重舖，常視為政府消化預算之不當行為。而各縣市政府或鄉鎮市公所對鋪面維護之標準不一，有些縣市鄉鎮之鋪面達「超標準」之平整，有些縣市則破損不堪，致對全國欠缺統一標準之現象，實有待解決。故內政部營建署於九十一年對於「市區道路管理維護與技術規範手冊」進行連續四年之研究，目前獲得的研究成果係要求各縣市政府能先進行所轄路段的鋪面破損調查，提送內政部營建署作為進行市區道路養護經費發放之依據，待養護完成後由營建署再行委託檢測機構進行平坦度之檢驗，其流程如圖2所示。
        另外，台北市政府工務局養護工程處，自2001年起進行民眾網路投票票選「十大路況不佳道路」以來，為有效說明其鋪面養護之成效，採用鋪面平坦度智慧型檢測車進行道路之平坦度檢測，以客觀數據提供民眾鋪面目前之服務現況。並自2004年起訂定道路養護完成後之檢測項目，以達到「燈亮、路平、水溝通」之施政目標。
(二) 目標需求
        本工程司經由持續蒐集資料的結果，針對鋪面所需調查項目進行更深入的了解，並能充分掌握目前各單位所有的檢測儀器資源與鋪面實際之問題，俾利擬定檢測模式與管理機制。
        對於鋪面何時才是到達維修程度，必須建立一個下限值，但是鋪面的損壞形式不同，要如何對各項調查結果進行評估，最有效的方法是將各種狀況建立一鋪面指標，較易決定其下限值。目前建議採用國際糙度指標IRI值為主。
        鋪面之功能只在對於用路人提供良好舒適性與高安全性之服務品質，而鋪面績效綜合評估即是調查鋪面狀況之良窳，以及判定對用路者使用時所產生之各種影響。鋪面服務性能初設時具有較高的服務性質，隨著時間及累積交通量之增加而降低，當鋪面服務性能下降到某一狀況時，即須進行養護維修作業，俾使鋪面服務性能得以恢復，然而鋪面雖經養護維修後，亦會因使用年數之增加再度降低其服務性能，須再次進行養護維修工作，使服務品質再次提升。然而這些養護時機之建立，有賴於鋪面養護相關資料統計分析研判，再根據此信息作為安排各路段維修之優先順序。
        國內鋪面工程每年所耗費之維護費用額度相當龐大，但卻一直無法提出高可信度且客觀的維護指標供百姓及審核機關參考，以至於鋪面維護的工作，幾乎年年在做、卻也連連被質疑成效不彰。此時，若能透過鋪面維護管理系統的建立，並逐步推展，將可建立一套數據化、客觀性的檢測資料庫，諒可達成最佳預算之編列作業及化解各方的狐疑，讓各級公務人員更加放心地從事公務。
        依據設計準則，鋪面整體服務指數當下降至某一水準以下時，必須進行加鋪或維修等必要措施，俾以最經濟之方法提昇服務水準，並維持使用年限內應有之安全性與用路人之舒適性。這可藉由鋪面維護管理系統調查所得，進行成本與效益分析，並以最佳化分析結果建議最佳維修時間與所花費最節省的經費為目標。
        由上述可知，鋪面績效預測及評估，不僅可預測未來鋪面服務績效及指標，更可對鋪面管理系統之規劃、設計、維護及評估等次系統提供強而有力的協助。職是之故，如何針對台灣地區道路系統特性及需求而建立一個適用的鋪面維護管理系統模式，以提昇整體鋪面品質，實為重要任務並為本工程司推動鋪面維護管理系統之終極目標。
(三) 服務特性
        使用國際糙度指標方法，其特性如下：
        1. 國際糙度指標不因時間之改變而改變其量測特性。
        2. 國際間使用之平坦度量測儀器，均可採用直接或間接方式計算得到國際糙度指標。
        3. 可應用於各種型式之鋪面，且IRI值之範圍涵蓋所有等級之鋪面。
        4. 可客觀顯示鋪面狀況，不受人為因素干擾，瞭解鋪面狀況對於使用者成本、安全性及行駛品質所產生之影響。
        5. 全路段可分段(一般為100m一段)依IRI值之大小進行排序，若年度預算不敷運用時，可採用累積曲線法，篩選出必須優先辦理維修之鋪面。IRI門檻值亦可依年度預算之多寡作彈性調整。這是採用國際糙度指標IRI值作為鋪面品質評估之依據最大優點之所在。

五、實施方法及工作項目

        PMS所涵蓋的層面及工作項目既多且雜，唯仍以鋪面績效預測及評估的作業較為重要。另據國外文獻指出，上述兩項作業至少應具備下列之功能或目的﹝文獻(3)﹞：
         (一) 了解國內檢測儀器現況及使用績效
         (二) 了解國內各交通管理單位鋪面檢測需求
         (三) 各檢測項目之表格建立
         (四) 鋪面維修模式之建立
         (五) 維修下限值之建立
         (六) PMS資料庫與系統模組建構
         (七) 提供適當的養護暨整修策略
         (八) 達成最佳預算之編列
         (九) 鋪面整體使用年限成本與效益分析
         (十) 回饋設計方法與結果

圖2：市區道路養護實施策略作業流程圖

六、工程實務效益性探討

(一) 傳統人工作業方式
本工程司近十餘年來，由筆者經辦且較大型、較重要之鋪面狀況調查案或研究案，均派遣甚具實務經驗之工程師分別擔任內業規劃、分析以及外業調查之工作，皆投注相當大之人力與時間。茲舉其犖犖大要者之資訊以表2表示：
表2：以傳統人工作業方式進行平坦度檢測資訊彙整表

項次	工程案名稱	立案年度	作業期程	試驗長度(m)	現場作業人數(人)	內業人數(人)
1.	中鋼高爐石試鋪道路	80	2日/次	600	2~3	1
2.	軍用機場跑道檢測	82	6個月	54855	4	3
3.	杜邦觀音石試鋪道路	84	2日/次	520	2~3	1
4.	松山機場跑道檢測	86	5個月	18235	4	3
5.	北市長安東路檢測	91	2日/次	1000	3	1
6.	中鋼轉爐石試鋪道路	93	2日/次	288	3	1

(二) 鋪面檢測車作業方式
        本工程司於民國九十四年七月二十八日利用組裝完成之鋪面檢測車系統，進行實際的檢測測試作業，茲將重要資訊如下所列：
        1. 作業時間：94年07月28日14:30～15:30 。
        2. 作業地點：北二高北上第二車道。
        3. 測試里程：62k+500→37k+000。
        4. 測試長度：25500m。
        5. 里程計數：25517m。
        6. 里程誤差：0.067％<1%。
        7. 系統分析：30分鐘(15:30～16:00)。
        8. 分析數據：1,275,850筆。
        9. 表現方式：
        (1) 每100m長度獲致一個IRI統計平均值。
        (2) 依據分析數據可繪製IRI與平坦度縱向剖面圖。
(三) 效益性探討
        1. 國際糙度指標IRI值具有客觀顯示鋪面狀況且不受人為因素干擾的優點，是第一個可廣泛使用於不同類型鋪面平坦儀的平坦度指標，同時輔有一套程式軟體進行IRI值的計算，美國材料標準試驗協會（ASTM）亦將其納入規範，應具使用上之成熟度。
        2. 顯而易見地，國際糙度指標IRI值將來會是各國普遍採用於評估平坦度優劣的通用指標，且因為IRI具有線性的關係，所以可用來進行不同平坦度值之比較，可客觀地進行鋪面平坦度之檢測。而且進行平坦度檢測時搭配自動化檢測儀器及檢測軟體，使得檢測過程更快速、更有效率。

七、現階段鋪面工程問題之癥結

         (一) 隨著臺灣地區地狹人綢、重大建設礙於經費及土地而推動困難等主觀現況，致國內道路系統之新建工程已大幅縮減，取而代之的將是繁瑣又難見成效的維修業務，綜觀國外已開發國家，也是大勢之所趨，這正是我們身為鋪面工程師責無旁貸的使命與開創新局的最佳機會。
         (二) 部分機構使用的施工規範未符合設計原則、設計方法亦未及時改版、加鋪超過3.8cm(文獻4：AI MS-17 1983年版規定之2.5cm，已於2000年版修訂為3.8cm)未設計等項，又因車輛超載嚴重之事實，使得大部份道路經常1～2年即需刨除再回鋪，欠缺客觀的評估指標來評定維修的方式與策略，即使偶爾作些人工平坦度檢測，亦僅「杯水車薪」、緩不濟急。
         (三) 即使道路經常在刨除再回鋪、直接加鋪或平時管線的挖掘再回鋪，從業人員大多均忽視平坦度之整治，輕則造成用路人行的不便並損及行車的舒適感；重則衍生交通事故與人員傷亡不計其數。
         (四) 平坦度欠佳，當車輛高速行駛時，不但增加顛簸程度，且增加車輛損耗與行車噪音，此一情況若發生在軍用機場跑道，將嚴重影響戰鬥機安全起降，這由表2第3項目的實例已獲得印證。
         (五) 各縣市政府之年度預算可謂捉襟見肘，但是一大堆建設工程每項都有主、客觀的急迫性，目前仍以主觀定奪為主，極欠缺客觀指標數據來說服公務單位、百姓與關心各地方建設之民意代表，即使想編列預算及排定維修的先後順序，亦無法客觀地辦理。殊為遺憾。

八、鋪面檢測車對提昇鋪面工程品質之影響

         (一) 內政部營建署於九十一年對於「市區道路管理維護與技術規範手冊」進行連續四年之研究，目前獲得的研究成果係要求各縣市政府能先進行所轄路段的鋪面破損調查，提送內政部營建署作為市區道路『年度』養護經費發放之依據，日後擴及全國實施以後，若無鋪面檢測車之輔助，在時效上勢必難竟全功。
         (二) 鋪面檢測車檢測所得之客觀指標與政府年度預算，可成為一體之兩面。除使預算編列工作能有所依據之外，尚可排定鋪面系統維修之先後順序，同時，若年度預算不敷運用時，則可立即依據累積曲線法篩選出必須優先辦理維修之路段。
         (三) 承上所述，使得IRI的門檻值在維修的領域可以進行彈性調整，但是，仍須顧及用路人安全性與鋪面服務績效。這亦符合工程師設計時必須求得安全性、經濟性與施工性最佳化之原則。
         (四) 鋪面檢測車之電腦軟體程式，可因應需要隨時作修改或昇級，以與實務工作更加密切配合，俾保持檢測誤差始終在容許值之範圍以內。
         (五) 在市區及高速公路以傳統人工的方式進行檢，是一件十分危險的事，傷亡統計資料履見不鮮。有了鋪面檢測車，只要謹慎駕駛，一定可以大幅降低人員傷亡之憾事。
         (六) 綜觀第六章之客觀數據，鋪面檢測車在時效上遠優於傳統人工檢測的方式，應勿庸置疑，再觀美國推廣PMS已成績斐然，相信臺灣地區仍有極大的發展空間可資運用。

九、結論與建議

(一) 凡事“從無到有”總是最辛苦的任務，但是，沒有人去開發，則技術難以精進、工程品質無法保證、百姓生活水準甚至倒退，因此，工程人員若能均將推廣PMS此一艱鉅的工作，視為一種使命與責任，才能解決日久之沉

。
(二)鋪面檢測車的推展運用，將有助於加快國內鋪面PMS機制整合之速度，同時可提供鋪面是否應維修或整建客觀的指標性數據，亦有利於公務單位作為編列預算之準據，參考美國經驗，其已具備高度的成熟性與良好實績，可謂成效卓著、甚獲好評。從業人員當更具信心。
(三) 國內鋪面平坦度的問題，向來被百姓詬病，祈望藉由鋪面檢測車進行PMS工作之推展與落實，能大幅改變此一觀點並提昇鋪面工程師在土木工程界之地位。■

參考文獻

1.交通部運輸研究所，“國內外鋪面管理系統評估比較之研究”，2004年02月。
2.財團法人中華顧問工程司、社團法人中華鋪面工程學會，“臺灣地區鋪面管理系統暨檢測設備開發及整合運用之分析：期中報告”，2005年06月。
3.房性中，“顧問公司引進鋪面檢測車對鋪面工程品質提昇之影響”，中央大學路平專案及道路管理技術研討會論文集，2005年08月11日。
4.Asphalt Institute, AI MS-17,“Asphalt Overlays for Highway and Street Rehabilitation”, 1983 & 2000.