台灣位處環太平洋地震帶,同時每年面臨颱風季的嚴峻挑戰,電塔基礎結構的安全評估工作,早已從單一災害防護,進化到必須應對複合式災害的複雜局面。一場強震可能鬆動地層,緊接而來的豪雨與土石流,便可能對已受損的塔基造成毀滅性的二次打擊。這種災害鏈的連鎖效應,讓傳統以單一事件為設計基準的評估方法顯得捉襟見肘。工程師面對的不再是獨立的力學問題,而是動態、交互影響的風險網絡,這要求評估思維必須從靜態的「強度檢核」,轉向動態的「韌性設計」。
複合式災害的不可預測性與疊加效應,是安全評估的核心難題。例如,地震引起的土壤液化可能改變地基承載力,若此時再遭遇洪水侵襲,基礎周圍的土壤流失速度與範圍將急遽擴大,其破壞模式遠非單一災害的簡單加總。現行的法規與設計規範,雖對地震力、風力有詳細規定,但對於兩者或更多災害近乎同時發生的情境,仍缺乏系統性的評估指引與驗證標準。這使得在實際防災規劃中,往往只能採取較高的安全係數,或依賴工程師的經驗判斷,在成本與安全之間尋找脆弱的平衡點。
技術層面上,模擬複合式災害的相互作用是一大挑戰。風力與地震力的作用方向、頻率與持續時間各不相同,它們對高聳、柔性的電塔結構產生的動力響應極為複雜。實驗室很難完整重現真實尺度的連續災害情境,而數值模擬的準確性則高度依賴土壤與結構互制行為等關鍵參數的設定,這些參數在災害過程中本身就可能發生劇變。因此,發展更先進的監測技術與預警系統,即時掌握塔基的健康狀態,並在災害發生前中後進行動態風險評估,已成為確保電網韌性的關鍵方向。
複合災害下的隱形殺手:土壤與基礎的交互作用
電塔穩固與否,關鍵往往深埋地下。複合式災害最致命的影響,頻繁作用於肉眼難以察覺的土壤與基礎介面。單一地震可能導致基礎周圍土壤產生間隙或壓密沉降,而隨後持續的降雨會像潤滑劑般滲入這些微小的裂隙,大幅降低土壤的抗剪強度,引發基礎側向位移或下陷。這種時序性的破壞進程,在單一事件評估中極易被忽略。
台灣多地質條件複雜,山坡地、沖積平原與軟弱地層並存,使得這種土壤與結構的互制行為更為多變。在河岸或海岸附近的電塔,還需考慮洪水沖刷導致基礎裸露,甚至坡腳遭侵蝕的風險。當地震與洪水接踵而至,基礎可能瞬間失去周遭土壤的側向支撐,如同被抽掉椅腳的凳子,穩定性蕩然無存。評估工作必須納入詳細的地質調查與水文分析,並模擬在最惡劣的災害序列下,土壤參數劣化的整個過程,才能真實反映基礎的殘餘承載力。
因此,未來的基礎設計與評估,不能只計算基礎本身的強度,更需將周遭土體視為一個會隨災害演變的「生命共同體」。採用深基礎、擴大基腳、或使用地質改良工法,目的都是為了提升整個土-結構系統的整體韌性,使其在經歷連續打擊後,仍能保有最低限度的支撐功能,為搶修與復電爭取寶貴時間。
從剛性到韌性:評估思維的典範轉移
面對複合式災害,傳統追求「絕對不壞」的剛性設計思維已面臨瓶頸。取而代之的是「容許受損但維持功能」的韌性思維。這意味著安全評估的目標,從確保結構在設計災害下完全彈性,轉變為評估其在超越設計基準的複合事件中,損傷是否可控,以及功能可多快恢復。
韌性評估需要一套全新的指標體系。它不只關心塔身是否傾倒,更關注基礎損傷的程度、是否會引發連續倒塌、以及修復的可行性與時程。例如,評估會分析在強震導致基礎螺栓鬆動後,接續的強風是否會將損傷急遽放大至無法挽回。工程師必須像醫生一樣,診斷結構在多重打擊下的「傷勢演變路徑」,並預先規劃在各種損傷狀態下的緊急加固方案。
這也推動了監測技術的革新。在塔基關鍵位置安裝傾斜計、應變計、地下水位監測器等物聯網感測器,能即時回傳數據。透過大數據分析與人工智能模型,可以比對當前數據與災害預警資訊,動態預測結構在即將到來的複合災害中的行為,實現從「定期體檢」到「即時健康診斷」的躍升,讓安全評估從靜態的紙上作業,變成動態的決策支援系統。
法規、成本與風險的三角習題
提升電塔基礎對抗複合災害的能力,無可避免地面對法規、工程成本與社會可接受風險之間的拉鋸。制訂過於嚴苛、涵蓋所有極端情境的規範,將導致建造成本飆升,最終由全民電費承擔。但若標準過於寬鬆,又可能將電網置於高風險中,一次大規模停電造成的經濟損失與社會衝擊難以估量。
目前的挑戰在於,現行法規多針對單一災害訂定,缺乏公認的複合災害設計情境與評估準則。這使得業主、設計者與審查單位無所適從。解方在於發展「性能化設計」與「風險導向」的評估架構。依據電塔所處區位的重要性、地質災害潛勢及歷史災情,分級訂定不同的防災性能目標。例如,對於骨幹輸電線路的電塔,應採用能抵禦更嚴峻複合情境的標準;對於災害潛勢較低區位的配電線路,則可採用經濟性較高的方案。
這需要政府、學研單位與電力公司共同合作,建立台灣本土化的複合災害風險地圖與技術指引。同時,也需向社會溝通電力設施的風險與韌性投資的重要性,在安全與經濟之間取得理性平衡。畢竟,一座經過妥善評估與強化、能在複合災害中倖存並快速修復的電塔,其長期價值遠高於一座在平常時期成本最低,卻在災難中徹底癱瘓的設施。
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