杜風 46 期 特別報導

土木工程與防救災

陳柏華

台大土木系助理教授

 

自然與人為的災害對於我們的社會有著長遠的影響,其中包含了民眾的傷亡(圖1),經濟的衝擊(圖2),以及民生建設的破壞。然而,科技的進步與科學知識的發展,雖然讓人們對於災害有了更深層的認識,卻沒能在近來的災害中,將災害所造成的衝擊有效得降低。而土木工程師在災害管理議題的決策上,因其對於民生建設的專業知識,應該得到重視。

 

圖1  The 10 Deadliest Earthquakes, 1900-2011

 

圖2  The 10 Costliest Earthquakes, 1900-2011


災難管理依災難發生的時程,可分成四個重要階段:應變(Response)、復原(Recovery)、減災(Mitigation)、及整備(Preparedness)。這四個階段分別有其著重的標的。應變階段著重關於災難發生後決策所需資訊的取得與傳遞,及資源的啟用、分配、與運送。復原階段包含了破壞評估、基本機能回復、暫時住所、及災區重建。減災階段涵蓋了弱點分析、規範重定、減災研究、及大眾宣導與教育。準備階段則是對於未來災難發生應變的規劃、組織、訓練、演習、及對於準備的評估及檢討。

近來災害對社會造成的影響,凸顯了幾個問題的重要性:1)與土木建設有關的整備與應變規劃來預防災難,2)與土木建設相關災難的應變過程處理以減少短期災害,3)災後復原規劃以減少災區長遠沖擊來幫助災民回復原有生活。如何有效落實及提升對於這些土木相關問題的處理方法,對於我們都市的未來有著長遠的影響。不僅如此,土木工程師的角色與責任也因這幾個問題,而在災害問題上,有了新的定位。

土木工程師的社會責任,須從傳統的土木建設生命週期管理(Infrastructure Life-Cycle Management)及永續經營(Sustainability),延伸到災難應變與復原(圖3)。尤其是當初設計及建造受災難影響的土木建設的工程師及建造單位。這些工程師及建造單位最能夠提供關於這些建設的相關細節,用以迅速對於當下問題輔助決策。例如,在美國世貿雙子星大樓受到恐怖攻擊後,中央發給救難隊用的地圖有許多錯誤。一周後世貿大樓的設計單位更正了救難所用的地圖。專家也指出原先的地圖可能造成重型機具佈置上的危險;可能造成因機具的重量超過結構物設計強度的倒塌。

 

圖3  土木工程師的責任與其在災難發生時的角色(CP2R,2004)

 

近來的災難應變給予了我們一些重要的啟示。現在人們居住的的都市皆為高度工程化的環境。都市內包含了交通建設工程,叢聚的大樓結構,電力與瓦斯、通訊、機電及水文等相關系統。這些工程系統在災難發生時,需要土木工程師的專業知識,來協助不同層級的救難作業。因此,土木工程師不僅應參與救災時的中央決策,也應與消防員、醫療人員、及軍警人員共同組成救難隊;以協助土木工程系統相關的資訊採集及現場決策,及確保災民與救災人員的生命安全,如結構物在救難過程倒塌的可能性評估。

隨著近四十年來科技的進步,人們的生活及科學研究被帶入了新的里程。電腦計算能力的大躍進及自動化科技的緣起,大幅縮短了科學計算所需的時間。網路的發明增強了資訊流通的速度,隨身電子也提供了資訊取得的便利性。遙測、感測網絡及地理資訊系統也分別提供了資訊取得、整合、及視覺化的便利性。

然而科技並沒有在過去的幾次災難中被有效地利用。例如災難應變時對於結構物穩定性的評估及救難時的資訊搜集,往往是利用無線電語音聯絡及紙上作業。這造成了資訊的保存及傳遞上的困難。也因過去幾次災難的經驗,開始了資訊的電子化保存與傳遞(圖4),災區 Ad hoc 網路的嘗試(圖5),及自動化的決策系統的成立(圖6)。利用科技來輔佐及加快土木工程相關問題於災難應變時的決策,希望能達到最有效的救難結果。

 

圖4  利用電腦界面來存取並傳遞大樓救難資訊

 

圖5  利用Ad hoc 網路傳遞訊息

 

圖6  物資支援的決策自動化

 

災難管理是個跨領域的問題,其中包含了工程、科技、社會、人文、及政治。若各領域沒能有效合作,災難管理的課題本身也會是個災難。台灣位於一個災難發生非常頻繁的地理位置,不僅常有水害旱災,也位於環太平洋地震帶(The Pacific Ring of Fire),增加了救防災的複雜度。另台灣在過去幾十載,大都會區迅速吸引了龐大的人口,國家也積極建設這塊寶島,讓台灣的災難管理問題不僅重要且極具挑戰性。土木工程師需要有效的參與災難的管理,利用跨領域合作及尖端科技,減少災害所帶給社會的破壞。