Performance-Based Earthquake Engineering有別於傳統的工程設計理念，是新一代的土木工程設計理念。主要包含對於建築物之結構、地基、抗震與耐久，做全方面的評估、設計以及監控。傳統大地工程設計主要是利用安全係數（Factor of Safety）的觀念，建立土木結構之設計載重以及需求載重之間的關係。安全係數的定義為結構或基礎的最大強度／抗力與需要載重間的比值，在土木工程的設計過程很常見。例如在建築法規（Building Code）中對擋土牆、邊坡與樁基礎都有對安全係數的明確規定。由於過去對地震等特殊狀態的了解不夠完整，大部分的分析、實驗都是在相當程度的簡化下完成，例如正常載重狀態 （Normal Loading Condition）、靜態加載（Static Loading）、簡化材料行為等。由於缺乏完整的訊息，設計流程也會偏向保守。在希望建築能夠承受地震等劇烈變化的環境的前提下，安全係數也就成了把關的重要指標。因此，在訂定Building Code時常常需依靠經驗來決定，結果也常常過度保守。相較於傳統設計準則，Performance-based engineering有什麼不同呢？它能為我們帶來什麼樣新的想法？我們今天就來看看這個課題。
上圖為Pacific Earthquake Engineering Center提出的Performance-based地震工程方法論。在此架構下，需要考量四項變數：地動的強度估量（Ground Motion Intensity Measure）、工程需求參數（Engineering Demand Parameter）、損害計量（Damage Measure）及判斷變量（Decision Variable）。每個變數之間的關係都極為緊密。而這套工程方法論的關鍵點就在於找出如何恰當地預測結構物在地震當時及之後的Performance的指標，有系統地描繪及追蹤每個參數的不確定性對Performance的影響。繼而讓決策者、建築物擁有者或使用者決定建築物應有的“Performance”，並進一步幫助減緩地震的風險。 評定地動的強度估量是Performance-based地震工程的第一步。在計算強度估量時，必須考慮在建築工地附近的斷層特色（包括位置、滑移速率、滑移機制等）、地質及土壤特徵。與此同時，強度估量的載明會以地震危害度曲線來表示。由於下一步驟需使用結構物地震分析來求取工程需求參數，而強度估量是此分析的Input Parameter(s)，因此我們選取的強度估量必需能夠有效地捕捉到結構物在地震時的行為。結構物基本周期的Spectral Ordinate便是通常被使用的強度估量。 Performance-based地震工程的第二步便是利用動態非線性歷時分析找出工程需求參數。在最理想的狀況下，此分析應該考慮所有能影響結構物反應的重要因素，包括土壤、基礎及結構物之間的相互影響，結構物在大變形及週期載重下的強度和剛度衰減。這些考量亦有助描繪結構物在動態時倒塌的行為。通常被選用的工程需求參數包括樓層變位、結構構件的非彈性變形、樓層地面的加速度及速率、遲滯能量耗散等。 當找出工程需求參數後，我們便要估計結構物整體及構件的損害計量。損害的程度可分為輕微、中等、嚴重，此分類有助求取判斷變量。下圖為Structural Engineers Association of California提出的新蓋建築物在地震後的Performance的目標。尋找損害計量的難處在於如何聯繫工程需求參數及損害計量，最佳的維修方法及維修對結構物回復到破壞前的狀態的有效度。由於這些問題的答案不能從電腦模擬找到，我們必須收集以往結構工程師的經驗。
判斷變量是Performance-based地震工程的最後一個需要求取的變數。因結構損壞或倒塌造成的直接經濟損失、停工期、生命安全便是最為常用的判斷變量。下圖簡單地描繪地震危害強度與結構物Performance的關係（從沒有損害的彈性狀態到倒塌）。求取判斷變量的難處有以下幾點：（一）若是分析顯示結構會因地震而倒塌，除了經濟損失外，如何估計造成傷者或死者機率？（二）若是分析顯示結構不會倒塌，如何用損害計量準確地估計結構物的破壞程度？合適的維修方法與結構物在維修後的狀態，維修費用與時間，及這些變數的可靠度？
Performance-based engineering是一門嶄新概念的工程方法論，其考量因素的複雜性為實際應用帶來不少阻礙。另外，因為需要的人才不但要擁用紮實的工程知識（大地、結構），還要懂得可靠度分析、風險工程、建築物監測及維修管理的概念，這種專業工程師也較難於訓練。美國的Performance-Based Engineering研究的先驅在過去十年不斷努力推動此方法論在建築法規（Building Code）的應用，同時 UC Berkeley, Stanford, UCLA等知名大學的研究所亦已引入相關課程。希望在不久的將來，Performance-Based Engineering會成為工程設計的指標，讓建築物設計兼顧安全與經濟的重要條件。也讓使用者可以適度參與並了解建築物的性能與安全需求。 如想對Performance-Based Earthquake Engineering 有更深入的了解，可參考以下文獻： Bozorgnia Y. and Bertero V.V. (2004), Earthquake Engineering: From Engineering Seismology to Performance-Based Engineering, CRC Press Structural Engineers Association of California (SEAOC), (1996), "Vision 2000, Conceptual Framework for Performance-Based Seismic Design. Recommended Lateral Force Requirements and Commentary," 6th Edition., Sacramento, CA: 391-416. Porter, K.A. (2003), “An Overview of PEER’s Performance-Based Earthquake Engineering Methodology,” Proceedings 9th International Conference on Applications of Statistics and Probability in Civil Engineering (ICASP9), July 6-9, 2003, San Francisco.
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