第二十三卷 第九期 - 2013年四月二十六日 PDF
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建築基礎開挖工法之決策分析
國立成功大學工學院土木工程學系
 
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築基礎施工易發生人員傷亡、工期延誤與成本增加的重大損失,故安全性為開挖施工評選適當深開挖工法的首要考量因子。然而,除了安全性外,其他如工期與成本亦為重要的工法評選因素而須予以納入考量。欲避免或降低開挖工程失敗之風險,首要工作在於正確地評選最適於工程所在地之工法。然而,由於評選的因子(準則)繁多,使得選擇工法的過程具有高度的複雜性與不確定性,而難以正確地選擇最佳的工法。

模糊層級分析法(Fuzzy Analytical Hierarchy Process, Fuzzy AHP)最早由Buckley所提出。此模式雖曾被用於處理許多方案評選的問題,然尚未見有在選擇基礎開挖工法之應用。Buckley的模式因涉及複雜的模糊運算,造成了計算的困難及極為費時。此外,Buckley的模式僅定義準則間相對重要度之正向評估尺度,而負向之語意評估為正向尺度順序變換後之倒數值。故此分析程序繁瑣而需費心地檢查,以避免在建立成對比較矩陣時發生錯誤。本文提出一改良模糊層級分析法來處理此問題。在本模式中,每一元素之負向評估係直接以其特定的模糊數來表示。本模式應用三角與梯形模糊數,以及利用模糊集之α截集(α cut)來處理決策者主觀評量過程中既存的不明確性。α值介於0 與 1之間:當α= 0及α=1時,分別表示評量過程中的不確定性為最大與最小。本模式之分析流程包括 (1) 建立層級結構、(2) 評估模糊成對比較、 (3) 計算各元素之權重,與 (4) 整合群體評估的權重。

本文以位於高雄地區之基礎開挖為例探討,以證明此模式的有效性。在專案規劃階段,該專案之承包商擬於4種基礎施工方法:地下連續壁工法(slurry wall)、預壘排樁工法(bored pile)、鋼板樁工法(sheet pile)與主樁橫版條工法(soldier pile)中,選擇一種最適合的工法。此決策問題依評選小組之建議建立的階層圖(圖1)。評選小組係由8位各具有十年在高雄基礎施工經驗的專家所組成。如圖1所示,階層圖中的最上層與最底層,分別代表最終目標與工法選擇。3個主準則:安全、工期與成本則位於第2階層,各主準則再予細分為所屬的次準則。接著,每一位專家進行成對比較,用以表達其對每一成對準則的相對喜好或重視度。
圖1 選擇最佳基礎開挖工法之階層圖

由評量結果與運用本文所提的方法,可獲得在α = 0, α = 0.5 與 α = 1下,安全、工期與成本的權重值,分別為(0427, 0.241, 0.293), (0.454, 0.274, 0.278), and (0.544, 0.211, 0.267)。此結果顯示了安全與成本被專家們視為評選基礎開挖工之最重要的2項主準則,工期則最不受重視。相同地,各次準則的權重值亦可求得,表1為其結果。由表1可知α = 0時施工性(0.178), 工程成本 (0.136) 與地下水情況 (0.133) 為最受重視的三項次準則。表2為各工法權重的計算結果。由表1之最末列可知:當α = 0, 0.5, 與 1時,地下連續壁、預壘排樁工法、鋼板樁工法與主樁橫版條工法四項工法之權重值分別為(0.39, 0.26, 0.19, 0.16), (0.42, 0.27, 0.20, 0.16)以及(0.43, 0.28, 0.21, 0.16)。結果顯示地下連續壁被評選為本案例的最佳工法(次佳者為預壘排樁工法),此結果與地下連續壁為高雄地區最常採用之深開挖工法的情況相符。
表1 次因子權重的計算結果 α = 0, 0.5, and 1
表2 各工法權重的計算結果

爲驗證本模式之有效性,本案例亦以Buckley之模式進行分析。結果可知:兩者計算所得之準則與方案的權重值極為相近。然而,本模式較Buckley之模式簡單且快速。本模式提供了一種結構化與系統化的方法,用以評選基礎施工技術外,亦可用於其他管理領域與解決大規模的決策問題。因此,結果驗證了本模式之實用性,可用於協助專案管理者有效地評量基礎開挖工法。
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