Expertise：蓄水壩破壞模式影響及關鍵性分析
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（Failure modes, effects and criticality analysis, 簡稱FMECA）發展自破壞模式影響分析（Failure Mode and Effects Analysis, 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。
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FMECA分析
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傳統安全評估
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分析架構
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透過普遍且詳細的系統拆解，確認每一個細節
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從各顯著的問題切入檢核各主題狀況
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探討重點
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以破壞模式探討問題
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探討主要極端的問題
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呈獻結果
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找出最關鍵或風險最高的潛在問題
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個別安全或不安全
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工作量
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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
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每次仍須檢核相關的項目
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問題發掘
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直接發掘潛在問題
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除固定的探討項目外，許多狀況是問題發生了才被發覺
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處置對策
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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
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執行個別設施之改善
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二、流程Process
FMECA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（Likelihood factor）。
9. 定義破壞模式後果嚴重性的係數（Consequence factor）。
10.定義透過偵測與干預以避免後果的可能性係數（Detection/Intervention factor）。
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（Criticality Index）。
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（Criticality Analysis）。其整體分析流程如圖1所示。
圖1：FMECA執行流程
三、成果Result
1. 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。
4. 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
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元件功能碼
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子系統1
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子系統2
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元件
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功能
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01
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大壩
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0101
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基礎
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010101
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基岩
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01010101
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支撐壩體
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01010102
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防滲
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01010103
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維持自身材料穩定
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010102
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隔幕灌漿
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01010201
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不透水隔幕
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01010202
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防滲
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01010203
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減小滲壓
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010103
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固結灌漿
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01010301
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防滲
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01010302
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減小管湧可能
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.....以下略
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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。
