蓄水坝破坏模式影响及关键性分析

核心技術名稱：蓄水壩破壞模式影響及關鍵性分析核心技術代號：GT0202一、關鍵挑戰Challenge蓄水壩安全攸關廣泛大眾的生命及財產，然而傳統蓄水壩的安全評估方式，係以各設施顯著的問題，逐項分析評估各條件的安全性，其評估結果僅偏狹瞭解壩安全與否，但安全上何者問題最為關鍵或風險最高無從得知，且顯著問題以外的諸多盲點未必探討，因此極可能忽略某些壩安全的潛在危險。破壞模式影響及關鍵值分析（Failuremodes,effectsandcriticalityanalysis,簡稱FMECA）發展自破壞模式影響分析（FailureModeandEffectsAnalysis,FMEA），係以潛在破壞模式的觀點出發，透過系統之元件拆解，並評估各元件可能破壞模式發生之可能性、造成後果的嚴重性及偵測干預的可能性，藉由數值呈現各破壞模式的風險程度。此方法屬於半定量之風險分析方法，利於處理繁複且風險高的系統設計，找出最關鍵的潛在破壞模式，並針對問題予以改善。自1993年起該方法已逐漸受國際壩工界，普遍應用於蓄水壩之安全評估。FMECA與傳統安全評估之比較如表1所示。中興社承世界銀行顧問樓漸逵博士的指導，將該技術引進國內並應用於國內重要蓄水庫之安全評估，提升國內蓄水壩的安全水準。表1：FMECA與傳統安全評估架構之比較FMECA分析傳統安全評估分析架構透過普遍且詳細的系統拆解，確認每一個細節從各顯著的問題切入檢核各主題狀況探討重點以破壞模式探討問題探討主要極端的問題呈獻結果找出最關鍵或風險最高的潛在問題個別安全或不安全工作量需檢核的項目第一次執行時較多，第二次後除非有大的改變，工作量遠較傳統安全評估為少每次仍須檢核相關的項目問題發掘直接發掘潛在問題除固定的探討項目外，許多狀況是問題發生了才被發覺處置對策著眼降低風險：降低發生可能性、減少後果嚴重性、增加偵測干預能力執行個別設施之改善 二、流程ProcessFMECA的主要工作程序包括：1.相關資料蒐集：包括規劃、設計、施工、安全評估報告、監測與檢查紀錄及人員訪談等。2.定義系統之範圍，包含可能影響整體系統的設施。3.分解系統：將系統拆解為第一子系統，每一子系統再分解為第二子系統，再將第二子系統分解為元件。4.辨識每一元件的功能，每一元件不只一個功能。5.瞭解各元件間可能的互制關係。6.識別和探討各元件的破壞模式。7.以表格呈現所辨識的系統、子系統、元件、功能、潛在破壞模式及與其他元件的互制關係。8.定義發生破壞模式可能性的係數（Likelihoodfactor）。9.定義破壞模式後果嚴重性的係數（Consequencefactor）。10.定義透過偵測與干預以避免後果的可能性係數（Detection/Interventionfactor）。11.評估各破壞模式發生的可能性、其造成後果的嚴重性、偵測干預的可能性等，並分別評定其係數，各係數的乘積結果即為該破壞模式的關鍵數（CriticalityIndex）。12.將前述所辨識的系統、子系統、元件、功能、潛在破壞模式、與其他元件互制關係、發生可能性係數、後果嚴重性係數、偵測與干預係數及關鍵值等，以表格呈現。13.挑選出關鍵值較高的潛在破壞模式。14.複核與驗證。15.綜合評估及報告撰寫。其中第1至第7步驟屬於FMEA的部分，後續第8至第15步驟為關鍵性分析（CriticalityAnalysis）。其整體分析流程如圖1所示。 圖1：FMECA執行流程三、成果Result1.系統拆解及功能列表：根據所定義的系統範圍，將各系統拆解為第一層子系統，再拆解為第二層子系統，繼而拆解為元件，並決定各元件之功能，如圖2及表2所示。2.定義破壞模式因子係數：根據各元件之功能，找出個元件的可能破壞模式，並求取各可能破壞模式的風險關鍵因子，包括發生可能性、後果嚴重性及偵測/干預可能性等，以係數予以定義以便量化進行比較，各因子係數及其範圍如下：(1)破壞模式發生的可能性係數：1到5。(2)破壞模式導致後果的嚴重性係數：1到6。(3)偵測和干預以避免後果的可能性係數：1到5。3.關鍵性分析：根據各破壞模式所評估得可能性係數、後果嚴重性係數及偵測干預係數的乘積，即可求得各可能破壞模式的關鍵數，並將其列表如表3所示。 1.分析結果彙總及評估：將表3中關鍵性較高的破壞模式彙整，並關鍵數大小排列，即可求得較具風險之破壞模式，如表4。依據此分析結果，可有效評估蓄水壩主要缺陷，研訂監測計畫，並檢核蓄水壩整體之安全性。圖2：系統拆解表2：系統拆解及元件功能列表元件功能碼子系統1子系統2元件功能01大壩0101基礎010101基岩01010101支撐壩體01010102防滲01010103維持自身材料穩定010102隔幕灌漿01010201不透水隔幕01010202防滲01010203減小滲壓010103固結灌漿01010301防滲01010302減小管湧可能.....以下略 表3：FMECA分析結果列表表4：關鍵性較高之破壞模式彙整四、與其他核心技術關連性與「蓄水壩破壞模式影響及關鍵性分析」相關之其他核心技術包括：1.蓄水壩安全風險管理（TG0201）。2.蓄水壩安全監測評析（TG0203）。3.群壩安全風險排序（TG0204） 五、重要發表文獻1.經濟部水利署，「水庫安全風險管理之研究(1/2)成果報告」，財團法人中興工程顧問社，（2007）。2.經濟部水利署，「水庫安全風險管理之研究(2/2)成果報告」，中興工程顧問股份有限公司，（2008）。3.冀樹勇，蔡明欣，高憲彰，邱士恩，趙昌虎，樓漸逵，（2009），”蓄水壩風險管理-土石壩風險分析案例”，地工技術，第119期，pp.41-52。4.蔡明欣，邱士恩，樓漸逵，高憲彰，冀樹勇，趙昌虎，（2009），”蓄水壩破壞模式影響及關鍵值分析”，第13屆大地工程研討會，宜蘭。