橋梁梁底狹小空間檢測工具加值應用及技術轉移

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橋梁梁底狹小空間檢測工具加值應用及技術轉移




簡介

我國公路橋梁近2萬3千多座,主要由高速公路局、公路局及各縣市政府負責管養,依據公路法相關規定,橋梁養護首重檢測,因此各橋梁管理機關平時除了應針對所轄橋梁辦理檢測作業,並應適時針對損壞部分進行維修,以維持橋梁安全。依據公路法及相關規定,橋梁檢測以目視為主,儀器為輔,一般進行檢測作業時,多以徒步及攀爬方式儘可能接近橋梁結構物後,再以目視判定橋梁狀況,如遇梁底淨高狹小之跨水橋或感潮河段橋梁,由於其梁底經常與水及空氣反覆接觸,且人員、機具不易進入檢測,故安全風險較高,爰此,本所透過前期相關計畫以組裝操作簡便、便攜、經濟且可施作空間為設計架構,完成以推車操做為主體的「推車型橋梁檢測工具」(以下簡稱「橋檢工具」),並進行相關檢測機件精進,該雛型橋檢工具已能穩定伸展並移動至橋梁下方拍攝梁底影像,除可用於檢測感潮河段橋梁底部實際狀況外,亦有助提升橋檢作業之品質、效率及人員作業安全。
本所於111年度進行橋檢設備改良及功能精進,提升檢測影像及設備操作之穩定度,基本檢測功能趨近成熟穩定,爰於此開發基礎上進行加值應用及技術移轉工作,俾持續提升我國公路橋梁檢測之品質及效率。

成果效益與應用情形:
本計畫研究成果及檢測案例,可提供中央(內政部國土管理署、交通部高速公路局、公路局等)、地方(縣市政府等)橋梁維護管理機關橋梁維護管理應用及參考。


目次

橋梁梁底狹小空間檢測工具加值應用及技術轉移
目 錄
中文摘要 I
英文摘要 II
目 錄 III
圖目錄 VI
表目錄 IX
第一章 緒論 1-1
1.1 背景分析 1-1
1.2 研究目的 1-5
1.2.1 橋梁檢測設備適用之橋梁數量 1-6
1.3 計畫範圍與對象 1-8
1.4 進度甘梯圖(Gantt Chart) 1-9
1.5 計畫架構及工作項目 1-11
1.5.1 面臨問題與需求 1-11
1.5.2 解決方案 1-12
1.5.3 系統架構 1-13
1.5.4 工作項目 1-14
1.5.5 交付項目 1-15
第二章 文獻回顧 2-1
2.1 橋梁檢測設備現況 2-1
2.1.1 吊籃式 2-1
2.1.2 衍架通道式 2-2
2.1.3 無人載具 2-4
2.1.4 輕便型橋梁檢測輔助設備 2-8
2.2 本計畫前期橋梁檢測設備之研發成果 2-11
2.2.1 推車型橋梁檢測設備架構 2-12
2.2.2 檢測桿 2-13
2.2.3 桿前端攝影裝置 2-14
2.3 技術移轉 2-15
2.3.1 法令依據 2-15
2.3.2 研發成果授權推廣契約書 2-16
第三章 設計成果 3-1
3.1 (測試用雛形機)梁底機器人設計與機電測試 3-1
3.1.1 期初C桿鋁擠型極限測試及雛形設計 3-1
3.1.2 超輕量C桿材質選用 3-4
3.1.3 繩排伸縮滑輪關鍵模組設計 3-7
3.1.4 專業攝影三軸穩定器應用 3-9
3.1.5 (測試用雛形機)立柱-A桿-B桿設計 3-13
3.1.6 測試用雛型機實測成果 3-18
3.2 影像資料庫系統架構(本案協商不使用影像資料庫系統) 3-21
3.3 5G影像加值應用(本案最終評估不推薦使用) 3-23
3.3.1 5G簡介 3-23
3.3.2 5G基礎設施與佈建區域 3-25
3.3.3 5G通訊涵蓋範圍現況 3-26
3.4.4 5G影像應用例 3-27
3.4 水下檢測加值應用評估報告 3-29
3.4.1 消費型水下無人機 3-29
3.4.2 水下檢測功能評估 3-30
3.4.3 水下檢測加值應用結論 3-35
3.5 (期末成果)第一代機梁底機器人技術移轉工程化設計 3-36
3.5.1 (期末成果)第一代機C桿設計 3-37
3.5.2 (期末成果)第一代機立柱/A桿/B桿設計 3-40
3.5.3 (期末成果)電控系統設計 3-50
3.5.4 (期末成果)適用條件 3-54
3.5.5 (期末成果)系統規格與操作程序 3-55
第四章 場勘訪談及實地測試成果 4-1
4.1 協同黎明工程顧問股份有限公司實際場勘(臨港二號橋) 4-1
4.2 協同黎明工程顧問股份有限公司實際場勘(台61槺榔大排) 4-3
4.3 大同大學專家訪談 4-5
4.4 成功大學專家訪談 4-8
4.5橋梁選址與實測成果 4-11
4.5.1 實地測試選址 4-12
4.5.2 實測成果 4-14
第五章 結論與建議 5-1
5.1 結論 5-1
5.2 建議 5-2
5.3 研究成果與效益 5-3
5.4 技術移轉模式 5-3
5.5 推廣應用情形 5-4
參考文獻 參-1
附錄一 期中報告審查意見及處理情形 附錄1-1
附錄二 期末報告審查意見及處理情形 附錄2-1
附錄三 工作會議記錄摘要 附錄3-1
附錄四 交通部運輸研究所研發成果授權推廣契約書(草案) 附錄4-1
附錄五 期末報告簡報資料 附錄5-1



圖 目 錄
圖1.1 台17線臺南北門段鯤鯓橋橋梁底座鏽蝕與龜裂現象 1-2
圖1.2 鯤鯓橋橋梁底座及橋墩長期浸在河中 1-3
圖1.3 橋檢人員搭乘船艇檢測 1-4
圖1.4 橋檢人員涉水檢測 1-4
圖1.5 無塵室天車(Overhead Hoist Transfer,OHT)技術 1-12
圖1.6 橋檢工具系統架構圖 1-13
圖2.1 吊籃式橋梁檢測工具 2-2
圖2.2 衍架通道式橋梁檢測工具 2-3
圖2.3 固定式衍架通道橋梁檢測工具 2-4
圖2.4 無人飛行載具及其應用 2-5
圖2.5 無人水下載具及其應用 2-6
圖2.6 無人地面載具及其應用 2-8
圖2.7 日本「首都高技術株式會社」輕量級立桿檢測設備 2-9
圖2.8 固定型長桿檢測設備 2-10
圖2.9 國內自行組立研發之長桿檢測設備 2-11
圖2.10 本計畫前期研發之推車型檢測設備 2-12
圖2.11 本計畫前期研發之檢測桿模組總承 2-13
圖2.12 本計畫前期研發之檢測桿推送機構 2-14
圖2.13 本計畫前期研發之桿前攝影裝置 2-15
圖2.14 研究成果管理運用執行流程圖 2-17
圖3.1 長懸臂(10公尺)變形量模擬分析圖 3-1
圖3.2 長懸臂(10公尺)變形量實測圖 3-2
圖3.3 上方張力索實測圖 3-2
圖3.4 改裝左右張力索實測圖 3-3
圖3.5 模組化C桿滑輪組設計圖 3-4
圖3.6 高荷重鋁擠型C桿滑輪組裝測試圖 3-4
圖3.7 超輕量C桿材質靈感示意圖 3-5
圖3.8 C桿材質重量實測圖 3-6
圖3.9 鋁擠型橢圓平管及鋁擠型八角管選用圖 3-7
圖3.10 電機與齒條齒元件示意圖 3-7
圖3.11 起重機吊臂伸缩原理圖(一) 3-8
圖3.12 起重機吊臂伸缩原理圖(二) 3-8
圖3.13 工研院設計C桿伸縮原理圖 3-9
圖3.14 三軸穩定器及Gopro攝影機 3-9
圖3.15 任務艙系統架構圖 3-10
圖3.16 三軸穩定器特性探討 3-11
圖3.17 雛形C桿動態伸縮與刻意搖晃情境 3-12
圖3.18 擷取動態影像圖仍維持清晰 3-12
圖3.19 Gopro影像擷取特性測試 3-13
圖3.20 桿件名稱定義圖 3-14
圖3.21 原立柱ABC桿架構設計 3-14
圖3.22 參考前案設計將軌道移往橋面 3-15
圖3.23 立柱-A桿-B桿關鍵尺寸圖 3-15
圖3.24 立柱-A桿-B桿架設程序說明圖 3-16
圖3.25 立柱ABC桿系統架構圖 3-17
圖3.26 C桿雛型機電整合測試圖 3-18
圖3.27 立柱/A/B桿組裝圖 3-19
圖3.28 B桿垂降及旋轉測試圖 3-19
圖3.29 C桿伸縮測試Gopro實際取像測試圖 3-20
圖3.30 C桿伸縮測試_無3軸穩定器對比測試圖 3-20
圖3.31 影像資料庫系統架構圖 3-22
圖3.32 第五代行動通訊(5G)說明圖 3-24
圖3.33 5G基礎設施與佈建區域說明 3-25
圖3.34 5G通訊涵蓋範圍現況說明圖 3-26
圖3.35 5G遠距遙控無人機空中監控巡檢 3-27
圖3.36 5G AIoT即時監控產線改善生產良率 3-28
圖3.37 深圳鰭源科技FIFISH水下機器人 3-29
圖3.38 北北基橋墩沖銷及橋底面狀況檢查 3-30
圖3.39 水下檢測功能評估說明 3-30
圖3.40 水面上與水面尺寸及色彩差異分水圖 3-34
圖3.41 一般鏡頭於水下介質視角差異說明 3-34
圖3.42 一般鏡頭水下介質色散說明 3-35
圖3.43 設計理念與需求確認(一) 3-36
圖3.44 設計理念與需求確認(二) 3-37
圖3.45 第一代C桿設計要點 3-38
圖3.46 第一代C桿設計問題與追蹤(一) 3-39
圖3.47 第一代C桿設計問題與追蹤(二) 3-40
圖3.48 立柱原型採用手推車升降機 3-41
圖3.49 手推車升降機改裝成果 3-42
圖3.50 新式A桿(四連桿)設計概念說明圖 3-44
圖3.51 第一代機A桿設計要點說明圖 3-44
圖3.52 頂桿應力超乎預期導致變形問題說明 3-45
圖3.53 雙頂桿設計扭斷問題說明 3-45
圖3.54 雙頂桿無法承受運送衝擊導致齒崩問題說明 3-46
圖3.55 B桿原型採用工程用伸縮一字梯 3-48
圖3.56 B桿底部旋轉軸採用輕量且高剛性的中空旋轉軸架構 3-49
圖3.57 B桿頂部捲揚器的2種失敗方案 3-49
圖3.58 B桿頂部捲揚器最終方案 3-50
圖3.59 彈簧線材應用於B桿 3-52
圖3.60 電控箱設計 3-52
圖3.61 PLC人機操作畫面(一)_量測操作 3-53
圖3.62 PLC人機操作畫面(二)_C桿平衡重心校正 3-53
圖3.63 PLC人機操作畫面(三)_電機參數設定 3-54
圖3.64 系統操作適用條件說明圖 3-54
圖3.65 系統操作程序說明圖 3-56
圖3.66 系統操作程序_出發前準備要項說明圖 3-56
圖3.67 系統操作程序_車後座架設狀況 3-57
圖3.68 系統操作程序_車頂架長度確認是否違規(一) 3-58
圖3.69 系統操作程序_車頂架長度確認是否違規(二) 3-59
圖3.70 系統操作程序_現場架設需先安放交通錐 3-59
圖3.71 系統操作程序_電控上電並鎖固各部件 3-60
圖3.72 系統操作程序_控制A桿舉昇跨過護欄 3-60
圖3.73 系統操作程序_控制B桿垂降 3-61
圖3.74 系統操作程序_C桿旋轉90度開始量測 3-62
圖4.1 臨港二號橋實際場勘圖 4-2
圖4.2 台61槺榔大排實際場勘圖 4-4
圖4.3 大同大學專家訪談會議 4-5
圖4.4 大同大學專家訪談照片紀錄 4-7
圖4.5 成功大學專家訪談會議 4-8
圖4.6 新竹市香山客雅溪_福樹橋 4-12
圖4.7 新竹市公道五路_公道五路橋 4-12
圖4.8 新竹市竹美路附近_關馨大橋 4-12
圖4.9 新竹市芎林鄉_石孔橋 4-13
圖4.10 第一次現地實測前準備工作 4-15
圖4.11 第一次現地實測問題與對策 4-15
圖4.12 第二次現地實測問題與對策 4-16
圖4.13 第三次現地實測問題與對策 4-17
圖4.14 第四次現地實測問題與對策 4-17
圖4.15 第四次現地實測順利取得第一批影像(一) 4-18
圖4.16 第四次現地實測順利取得第一批影像(二) 4-18
圖4.17 第五次現地實測成果 4-19
圖5.1 線上成果推廣 5-5




表 目 錄
表1-1 全國車行橋梁總數 1-6
表1-2 本橋檢工具適用之車行橋梁數量統計 1-8
表1-3 進度甘梯圖 1-9
表1-4 工作項目表 1-14
表3-1 C桿材料特性表 3-5
表3-2 行動通訊世代演進說明表 3-24
表3-3 IP代碼異物防護等級說明表 3-32
表3-4 水面下機電元件列表 3-33
表3-5 水面上機電元件列表 3-33
表3-6 第一代機C桿設計要點及規格表 3-37
表3-7 C桿設計檢討與改善問題追蹤表 3-39
表3-8 第一代機立柱設計要點及規格表 3-40
表3-9 第一代機A桿設計要點及規格表 3-42
表3-10 第一代機B桿設計要點及規格表 3-46
表3-11 電控系統設計要點列表 3-50
表3-12 橋檢工具系統規格表 3-55
表4-1 實測橋梁列表 4-11
表4-2 橋梁實測問題及對策表 4-13
表4-3 橋梁實測成果影片網址 4-14
表5-1 設備改良部件比較表 5-2
表5-2 研究成果推廣及技術移轉模式列表 5-4


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