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中華民國九 十 三九 十 三九 十 三九 十 三 年 四四四四 月 第 62 期

發 行 所：財團法人中華顧問工程司財團法人中華顧問工程司財團法人中華顧問工程司財團法人中華顧問工程司

發 行 人：

創刊日期：七十八年元月廿五日

編 輯 人：中華技術電子書編輯委員會

主任委員：林振得

編輯委員：陳福勝、林文雄、林文松

黃郁文、 王炤烈、葉銘煌

堵一強、 王菊楚、何金駒

李萬利、朱福來、 黃文鑑

廖學瑞、李正剛 、廖學水

林坤昌、管長青、楊漢生

王子安

地 址：台北市辛亥路二段 185 號 28F

電 話：(02)27363567(02)27363567(02)27363567(02)27363567

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工程研究

****國內不同軌道系統基本設計實務探討國內不同軌道系統基本設計實務探討國內不同軌道系統基本設計實務探討國內不同軌道系統基本設計實務探討-捷運與傳統鐵路捷運與傳統鐵路捷運與傳統鐵路捷運與傳統鐵路

……………………………黃仲宗、張 思、詹宏義

****捷運電聯車運行振動及控制捷運電聯車運行振動及控制捷運電聯車運行振動及控制捷運電聯車運行振動及控制 …………………劉嘉哲

****高雄捷運高雄捷運高雄捷運高雄捷運 CR7 標高架段軌道結構互制分析標高架段軌道結構互制分析標高架段軌道結構互制分析標高架段軌道結構互制分析…………

……………………………… 馬坤祥、趙振宇、狄彥君

****捷運內湖線牽引供電模擬分捷運內湖線牽引供電模擬分捷運內湖線牽引供電模擬分捷運內湖線牽引供電模擬分析 ………………于新源

****捷運地下車站月台門洩漏量分析捷運地下車站月台門洩漏量分析捷運地下車站月台門洩漏量分析捷運地下車站月台門洩漏量分析………………孫禹銘

*區域性排水防洪預警系統應用探討……………………...

………… 沈世琨、林文松、張仁德、林茂佟、胡湘帆

****行動電話應用於交通資訊蒐集之應用研究行動電話應用於交通資訊蒐集之應用研究行動電話應用於交通資訊蒐集之應用研究行動電話應用於交通資訊蒐集之應用研究……………

…………………………………………吳榮煌、鄭子玔

工程實務

****台灣地區採用飛灰處理土壤之可行性分析暨探台灣地區採用飛灰處理土壤之可行性分析暨探台灣地區採用飛灰處理土壤之可行性分析暨探台灣地區採用飛灰處理土壤之可行性分析暨探討討討討

討… ……………………………………………房性中

****公共建築工程專案設計進度管理模式之比公共建築工程專案設計進度管理模式之比公共建築工程專案設計進度管理模式之比公共建築工程專案設計進度管理模式之比較較較較……….

較………………………………王菊楚、何純平、余文德

海外考察

****日本橋梁工程建設參訪報告日本橋梁工程建設參訪報告日本橋梁工程建設參訪報告日本橋梁工程建設參訪報告………………………….

……………………張荻薇、林曜滄、張英發、張志斌

主 編：

劉沈榮

網頁編輯：

張莎莉

美工指導：

袁雅玲、胡珮榆

網頁指導：

許英玨、歐雯

『中華技術』 邁入第 62 62 62 62 期， 本期由捷運部捷運部捷運部捷運部主辦，感謝同仁熱烈回

應賜稿，再次呈現稿源充足，惜受篇幅所限，僅得按先來後到的順序刊

載，其餘精采的大作只好留待下回再與各位見面啦。期間由於本司前輩

先進辛勤耕耘，技術專業水準普獲讀者之認同，並榮獲公共工程委員之

認可，將『中華技術』列為適用技師執業執照換發辦法之「國內外專業

期刊」。今後深盼在您的愛護與支持下，「中華技術」綻開更多的專業

論述美麗花朵，吸引同好入內觀賞。「灌溉園區」comment@ceci.org.tw 依

舊期盼您的鼓勵與指教，針對本期刊載的文章、論點提出建議或回響。

國內不同軌道系統基本設計實務探討

-捷運與傳統鐵路

摘摘摘摘 要要要要

目前世界各國因人口集中都會區及道路年增率遠不及車輛年增率，在

陸運交通方面，形成都會區內及城際道路交通日益頻繁與擁塞，同時近年

來降低環境污染及增加能源使用效能之呼聲下，陸運交通中鐵路運輸又再

度成為最佳解決方案，此一現象在地狹人稠的台灣更加明顯。

本文即針對軌道工程基本設計作一廣泛性之探討，其中包含道碴道床

及無道碴道床軌道，並依實際軌道基本設計經驗，作一整體歸類分析，其

涵蓋內容為基本設計之目的及方向、基本設計流程、基本設計之內容及範

圍，再以參與台中地鐵及台北捷運軌道基本設計的初步執行狀況為實例說

明，最後做出建議與結論，希冀本文能對本司同仁對軌道運輸中軌道工程

之實務執行規劃及設計時有所幫助。

一一一一、、、、前前前前 言言言言

世界各國區域陸運交通中因道路擁塞不堪，已有朝向軌道運輸系統發

展的趨勢，目前台灣之鐵路系統，有處於更新、興建、營運及待興建等各

階段，其中各等級軌道運輸系統中軌道工程基本設計之工作內容及範圍，

仍未有明確之釐清。

軌道工程在規劃階段主要工作範圍著重於一般性系統特性及系統性

基本原則之整合制定，其中針對軌道工程部分，則包含系統特性之分析評

估（軌道運輸等級，如高鐵、傳統鐵路、重運量捷運、輕軌捷運）、軌距

之決定、鋼軌之型號、軌道道床（道碴道床及無道碴道床）之選取與佈設

（地面段、高架段、地下段）、道岔幾何及號數、基本設計準則、各子系

統分界點（以軌道為本體之界面協調作業，包含輪軌、軌道/結構互制行為

分析、供電及號誌分區及接頭…等）釐清等工作範圍，意即完成進行軌道

基本設計，所需之原則與規定。

現就其中台北捷運系統及台中地鐵軌道工程基本設計之內容進行兩

者整合後之說明，藉此兩案例得以釐清軌道基本設計的工作內容及其範

疇，而未來相關鐵路系統進行軌道基本設計時，有一較明晰的工作分界。

捷運部

工程師 黃仲宗黃仲宗黃仲宗黃仲宗

捷運部

工程師 張張張張 思思思思

捷運部

工程師 詹宏義詹宏義詹宏義詹宏義

目前世界各鐵路系統因道碴道床軌道養護維修工作量逐年增加，所須

之人工及機具成本亦日益提高，且道碴軌道所須之道碴（級配料）及枕木

等物料亦日益匱乏；故世界鐵路系統之發展多有朝向無道碴道床軌道形式

之方向，進行研發之趨勢。

而台灣地區之軌道工程發展，自臺北捷運開始於高架及隧道段舖設無

道碴道床軌道以來，因無道碴道床施作所需結構主體空間較小、整體重量

較輕及養護維修工作量較少的優點，適合興建軌道於都會區的特性，對於

台灣地區的鐵路發展帶來了一個全新的視野。亦漸漸成為台灣軌道工程發

展的趨勢。同時台灣鐵路系統亦有朝無道碴道床軌道發展的計畫。

故本文所談及之軌道基本設計將含括道碴軌道及無碴軌道等兩種型

態軌道系統；並亦將針對無道碴道床軌道工程的基本設計，其設計之目的

及方向、設計流程及設計的內容及範圍，作一廣泛的敘述及探討，並提出

對無道碴道床軌道工程基本設計的看法及見解。

二二二二、、、、設計之目的與方向設計之目的與方向設計之目的與方向設計之目的與方向

軌道基本設計分為兩大型態：一為道碴道床軌道及一般制式軌道材料

作業；一為無道碴道床軌道及其關聯性組件及設備與施工作業。

軌道基本設計之目的與方向，則是先依規劃階段所釐定的系統規劃

（究為重運量捷運或傳統鐵路之軌道系統）及區域特性（台北都會區或台

中都會區之差異性），進行評估分析，再將兩種道床型態作一佈設區段之

整體性規劃，待確定後，再依實際狀況進行基本設計，主要以完成概念設

計、制式規格及細部設計準則為其目的與方向。

現針對國內目前既有鐵路系統在道床型態佈設區段之整體性規劃狀

況作一說明：

1. 台灣鐵路管理局之系統，早期多半採行道碴軌道，但自 1993 年起

於南港溪橋上展開無道碴軌道之舖設及試驗，目前已完成苗南隧道、東改

局和平段隧道及追分彰化地面段等地之不同型態的無道碴軌道施作。

2. 捷運系統，以目前營運中之台北捷運而言，地面段採傳統道碴軌

道，隧道及高架段則採無道碴軌道，主要因為軌道以下結構型態之勁度掌

握及其成本考量，作為道床採用評估因子。而目前正施工中之高雄捷運，

亦為地面段採傳統道碴軌道，隧道及高架段亦採無道碴軌道。

3. 高鐵系統則考量部份隧道及高架段採用無道碴軌道，地面段及部份

高架段則考量採用道碴軌道。

以上即為台灣目前現有之三大軌道運輸系統道床型態分布情形，於地

面段之軌道大都採用道碴道床軌道型態，於隧道段及高架段則因施工空間

及養護維修等問題，則以無道碴道床軌道型態較適合。但其中追分彰化地

面段則採無道碴混凝土基座道版之特殊地面軌道型態。

三三三三、、、、設計流程設計流程設計流程設計流程

軌道基本設計之設計流程，簡述如下：（如附圖一附圖一附圖一附圖一）

收集設計參數

列車軸重，輪型，輪距隧道空間佈設預留管線路徑納入線形資料機電配置設備與尺寸及路徑其他(IRJ...等)

軌道基本設計

道

岔

扣件系統

道

床

軌道附屬品

限

制

車

速

運

轉

需

求

幾

何

線

形

佈設原則及位置

車

速

彈

性

係

數

軸

重

道可床使型用態空及間

機電設備需求尺寸及路徑與配置..等

結構空間尺寸及伸縮縫位置....等

道床結構初步分析

運

轉

需

求

系統特性需求

佈設原則及位置

道岔基本設計完成 扣件基本設計完成 道床基本設計完成

軌道附屬品基本設計完成

界面協調

基本設計完成

修正否

是

附圖一附圖一附圖一附圖一 軌道工程基本設計流程圖軌道工程基本設計流程圖軌道工程基本設計流程圖軌道工程基本設計流程圖

1. 收集設計參數：收集列車軸重、輪型、輪背距、軌道空間佈設、預

留管線路徑、線形資料、機電設備配置之尺寸與路徑及其他相關項目如法

規等相關資料並加以分析評估，以為基本設計的參考依據。

2. 軌道道床之選取：收集結構空間尺寸、機電設備需求尺寸及路徑與

環境因素等資料，依據該計畫之地理環境及工程特性進行無道碴道床之選

取作業，宜由本土化所發展出之無道碴道床中，選擇一種型態或自行研發

無道碴道床型態，對道床進行初步設計、配置及結構分析。

目前無道碴軌道道床因其與結構結合之形式不同，可概分為下列三

種：

(1) 直接固定式將鋼軌及鋼軌扣件直接固定於軌道道床之上，再將

道床直接固定於橋面版、隧道仰拱或道碴之上；依形式不同又可分為直座

結構道床、平版式道床、非連續性混凝土基座道床及連續性混凝土基座道

床等四種形態。

(2) 埋入式將鋼軌及其扣件直接座落於預鑄軌枕之上，施工時吊至

定位後，再澆注混凝土將預鑄軌枕與下部結構體結合成一體；此型依其形

式又可分為木枕埋入式、混凝土枕埋入式、STEDEF 枕埋入式及彈性兩混

凝土塊埋入式等四種。

(3) 彈性支承墊本型道床原則上先行預鑄軌道版，再至現場以彈性

材襯墊於軌道版及結構體之間，藉以增加軌道彈性係數，達到吸音減震之

功效；本型道床依發展形式不同可分為，浮動式道床、日本版式道床及日

本縱枕式道床三種形式。

3. 選擇鋼軌及扣件系統：依據列車車速、軸重、扣件彈性係數、扣件

型式、道床型態等因素，評估選擇或設計適合該計畫所需要的鋼軌及扣件

系統，其中特別在吸音減震方面，因無道碴道床為一整體剛性結構，列車

行經此處時，較行經傳統道碴軌道所產生之噪音及振動量較大，因此在鋼

軌扣件吸音減震之功能需求亦較傳統道碴軌道來得重要。

軌道扣件系統主要由下列三部份所組成：

(1) 扣夾－直接固定鋼軌於整體扣件系統之上，提供鋼軌受三向力（垂

直、縱向、側向）時，有足夠之扣壓力，得以阻擋鋼軌因三向力所造成之

三向變位不致過大。扣夾型式依其使用及功能性之不同可分為：

a. 道釘－大都使用於木枕之上，其型式有鉤頭道釘、螺紋道釘及彈性

道釘。

b. 螺栓及楔形扣夾－以扣夾固定鋼軌於鋼軌座上，再以螺栓貫穿扣夾

本體，固定於預埋件或錨定螺紋座內。

c. 彈性扣夾－先行將錨座與鋼肩預鑄於基鈑或軌道承托系統之內，再

以彈性鋼棒扣夾崁入錨座或鋼肩之上。

(2) 基鈑－扣件系統中，直接承載鋼軌及均勻將列車荷重及鋼軌自重

往下傳遞至軌道承托系統之主要組件，亦有保護軌道承托系統並可配合吸

音減震等環境污染防治特殊需求。依其形式可分為：

a. 單一基鈑或墊鈑，大都使用於枕木系統上，由單一鈑塊組成，介於

鋼軌底部與枕木之間。

b. 雙層基鈑，因考慮單一基鈑之剛性過高，若需求較高彈性及吸震能

力時，則另加設彈性材（包含天然橡膠或合成樹脂）於金屬鈑下，

以其彈性係數之調整來配合不同軌道系統之要求，即為雙層基鈑。

c. 三層基鈑，在乘客舒適度要求提高及增加軌道使用壽年…等諸多因

素考量下，發展出上下為金屬鈑以抵抗磨損，中夾彈性材以調整彈

性係數提高乘客舒適度之三層基鈑。三層基鈑依金屬鈑與彈性材之

膠結方式與錨碇螺栓貫穿方式之不同而有分離頂鈑貫穿式、分離底

鈑錨碇式、膠結底鈑錨碇式與膠結外環鈑錨碇式等四種不同型式。

(3) 錨碇組件－承受經扣件吸收折減後荷重，並傳往軌道下部結構之

固定組件，亦需具備絕緣功能，以避免雜散電流竄流造成金屬組件腐蝕。

4. 道岔：收集運轉需求、列車速限、幾何線形、佈設原則及位置等資

料（將依區域特性及高鐵、傳統鐵路、重運量捷運、輕軌捷運不同等級軌

道運輸而異），宜由本土化已使用之道岔中，選擇一套道岔或自行研發一

套道岔型態。

5. 軌道附屬件：收集運轉需求、系統特性需求、佈設原則及位置等資

料（將依區域特性及高鐵、傳統鐵路、重運量捷運、輕軌捷運不同等級軌

道運輸而異），宜由已本土化使用之材料中，選擇一套或自行研發一套型

態。

6. 界面協調：道床型態、鋼軌及扣件系統、道岔、軌道附屬件決定後，

即已初步完成軌道工程之基本設計；然後必須將已完成之設計與其他相關

界面，在技術性、施工程式及可行性各方面，彼此協調整合，尋找出一最

佳之整合方案。相關界面有：

(1) 車輛系統：設定軌距（標準軌距或窄軌）、車輪內緣形狀與軌道

傾斜度須相互配合、線形設計與車輛特性配合並兼顧安全與舒適性、淨空

需求須符合車輛包絡線。

(2) 號誌系統：台北捷運號誌設計須配合道岔號數、轉彎半徑、列車

速限與橫渡線之設計（自動列車運轉(ATO)及中央行車控制(CTC)）。台鐵

系統則依循既有制式程序進行協調（目前台鐵號誌系統僅為自動列車警示

(ATW)、自動列車煞車(ATS)兩大主要功能，將提昇為自動列車保護（ATP），

尚無法達到自動列車運轉(ATO)）。

(3) 供電系統：台北捷運導電軌及電纜接頭之佈置、導電軌錨座與軌

道版位置之設計及迴路電纜穿越軌道版之位置（目前列車運行需求電壓為

750 伏特直流電）。台鐵為架空電纜集電弓系統則依循既有制式程序進行

協調（目前列車運行需求電壓為 25KV 二單相交流電）。

(4) 土建結構：以軌道中心線為基線，加入淨空需求之結構基本尺度

及隧道車體偏移值(隧道段)，以訂出結構尺寸；另軌道組件設計須配合結

構變位，避免與震動頻率相近及傳遞震動方向。

四四四四、、、、設計之範圍與內容設計之範圍與內容設計之範圍與內容設計之範圍與內容

軌道基本設計有兩種型式，一為功能性基本設計，一為特定系統之基

本設計；其主要區分在特定材料之設計程度（因其具有專利權問題）。

現就台北捷運功能性軌道基本設計之範圍主要為完成軌道初步設

計、提供軌道細部設計之依據、釐清及制定系統一致性之規格及準則，基

本設計之內容應包含有基本設計報告書、材料及施工規範、結構基本設計

計算書、數量統計與單價分析及基本設計標準圖等項目；分別說明如後：

((((一一一一))))基本設計報告基本設計報告基本設計報告基本設計報告書書書書

基本設計報告書內容應包含整個計畫之軌道工程之基本設計目的及

服務範圍、基本設計之概念說明、基本設計標準及依據、道碴段軌道鋼軌

及扣件之選擇評估及概略施工方式、無道碴道床段道床之選擇評估及概念

設計與基本結構分析說明、無道碴道床鋼軌扣件系統之概念設計與其功能

性需求條件，一般性軌道材料（如平交道、止衝擋、標誌等）功能定位及

配置原則；另在細部設計時須注意之事項，亦須於基本設計報告中一併提

出，以為細部設計之設計準則。

((((二二二二))))基本設計圖說基本設計圖說基本設計圖說基本設計圖說

在軌道基本設計完成後，完成軌道標準斷面圖、路線圖、道岔區初步

佈設圖、土建完成斷面圖、一般性圖說等五類圖說。

1. 軌道標準斷面圖包含道床標準斷面、軌道附屬件大樣圖、道岔相關

大樣圖及導電軌標準圖等圖說，制定軌道設計標準圖說，以為細部設計時，

軌道工程設計之依據。

2. 路線圖包含主線及機廠線形圖、軌道簡圖、導電軌初步佈設圖。

3. 道岔區初步佈設圖包含結構空間、導電軌、絕緣接頭、道岔軌道、

機電設備等初步配置圖。

4. 土建完成斷面圖及機廠土木完成大斷面圖。

5. 一般性圖說包含封面、目錄、圖例及附註、車輛淨空圖。

((((三三三三))))材料及施工規範材料及施工規範材料及施工規範材料及施工規範

為確保軌道能符合設計原則、使用壽年及功能性需求，基本設計時必

須針對軌道工程所使用的材料特性及施工所要求的方式及誤差，訂定出一

套合理的規範，以供細部設計之參考及施工人員施工時之標準。

材料規範中應包含所使用之金屬、木材、級配料礫石及塑膠類等材料

或母材之物理性質及化學性質之標準及檢驗方式，另對於工廠組裝完成運

至工地使用之材料如鋼軌扣件、基鈑等材料，除母材之物性及化性檢驗外，

應另將所需進行之功能性測試項目、標準及測試方法，一一列明於材料規

範中；另材料規範中，對具有專利性之材料（如鋼軌扣件系統），則宜以

功能性要求方式製作規範，台北捷運共計有 24 章材料規範章節，台中地鐵

共計 27 章材料規範章節。

施工規範則針對軌道工程施工時，對於材料之運送及保護，施工中之

尺寸誤差、施工方式及程序、檢驗方式及安衛環保等工作，訂立一套詳細

且合理之規範，以為施工人員施工時之標準，台北捷運施工規範共計 4 章，

台中地鐵共計 2 章材料規範章節。

台灣目前對於無道碴道床軌道工程，應尚屬起步階段，相對於所使用

之材料及施工方面亦較無完整且廣泛之標準可供參考；因此在規範之建立

上，可參考台灣鐵路管理局、CNS 國家標準及臺北市捷運局等之材料及施

工規範，另其他國家之規範如 UIC(國際鐵路聯盟)及 AREA（美國鐵路工程

協會）等所訂立之規範亦可作為參考使用。

((((四四四四))))工料分析工料分析工料分析工料分析

針對軌道工程所需使用之材料、機具及人工，依據該計畫所設計之軌

道長度、軌床形式、扣件系統及其他附屬配合項目，進行數量之分析及統

計，並依據分析統計之結果製作工料分析中之工程總表，工程數量詳細表

及單價分析表等供業主參考。

((((五五五五))))結構基本設計計算書結構基本設計計算書結構基本設計計算書結構基本設計計算書

對於基本設計之無道碴道床以結構計算檢核列車行經軌道上，對軌道

產生載重、軌道/結構互制（側向力及縱向力）之情形；對無道碴道床斷面

合理性及基本配筋量之評估及分析；以驗證所選取設計之道床能符合設計

時假設之條件，其結果亦可作為細部設計時之道床設計，進行細部結構程

式分析時計算其應力及應變之檢核或參考因素。

五五五五、、、、實例說明與探討實例說明與探討實例說明與探討實例說明與探討

現以台中地鐵軌道基本設計案作一實例說明，台中地鐵因考量傳統道

碴軌道養護維修成本及頻率過高，於民國 88 年「台中市區鐵路地下化」計

畫中計劃以隧道內施作無道碴道床軌道，隧道外地面段仍採用道碴道床軌

道，來取代目前現有之台中市區鐵路軌道，本司為參與本計畫軌道基本設

計之工作小組；本實例探討即對於「台中市區鐵路地下化工程」軌道基本

設計無道碴道床軌道部分，就規範訂定、結構計算、道床選取及鋼軌扣件

設計等方面加以說明並探討。

((((一一一一))))材料及施工規範之訂定材料及施工規範之訂定材料及施工規範之訂定材料及施工規範之訂定

材料方面之規範，主要以台灣鐵路管理局及地鐵處之材料規範為主要

參考準則，於規範不足之部分再參照 CNS（中國國家標準）、UIC（國際

鐵路聯盟）及 ASTM（美國試驗材料協會）等具公信力之規範，作一轉換

修改作業。

施工規範由於台鐵並未針對無道碴道床軌道發展出一套制式之施工

規範，因此本工作小組針對無道碴道床軌道之施工方式、施工尺寸誤差及

檢驗標準，參照臺北捷運施工方式及最新版之 UIC 條款/規範、ASTM 規範

及 AREA（美國工程協會）鐵路工作手冊，訂定出一套無道碴道床軌道施

工之標準及規範。

((((二二二二))))無道碴軌道道床之選取無道碴軌道道床之選取無道碴軌道道床之選取無道碴軌道道床之選取

為選取出最適合本案之無道碴道床，研擬以符合本系統最佳利益之評

估因數，就世界上廣泛使用之 11 種軌道道床型式予以評估比較，其初選評

估因數如後所述（評估分析表如附圖二附圖二附圖二附圖二）：

項目 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 總計

直座結構道床

平版式道床

非連續性混凝 土塊 (基座)

連續性混凝土塊

木枕埋入式

混凝土枕埋入式

STEDEF 枕埋入式

彈性混凝土塊埋入式

浮動道床

日本版式道床

日本縱枕型式

＊ 依循上述評估編號項目內容為評比項目

＊＊佳 3 分 ，普通 2 分，差 1 分

附圖二附圖二附圖二附圖二 無道碴道床形式選取評估因數無道碴道床形式選取評估因數無道碴道床形式選取評估因數無道碴道床形式選取評估因數

1. 軌道養護維修工作量之多寡。

2. 考量軌道結構重量及土木結構尺寸。

3. 軌道線形、高程與軌距可長久維持的時間及精準性。

4. 軌床本身針對水排放及水滲入難易程度，軌床各式材料對浸水後材

質之變異性。

5. 軌道排水系統之排水容量及排水系統養護維修難易程度。

6. 軌道養護維修工作可於短暫非營運時間之內完成量。

7. 軌道初期建造及養護維修總體成本。

8. 國內技術純熟度及未來國家整體發展。

9. 安全可靠度。

10.功能前瞻性。

11.市場寬廣性，

12.環境保護，

初選決定較適合該計畫之幾種形式後，再依照所選擇之各型道床，針

對較細部之優劣點進行第二階段之分析比較；並依據分析結果決定所採用

之軌道道床型式進行結構分析。

((((三三三三))))結構分析計算結構分析計算結構分析計算結構分析計算

以 ABAQUS 結構分析計算軟體模擬分析平版式道床、模式及幾何

形狀如附圖三附圖三附圖三附圖三、附圖附圖附圖附圖四四四四所示。

以軌道縱向長度 30 m 作為分析長度，最小轉彎半徑 R = 672 m（該案

最小之平面半徑值）為現行分析條件。活載重以 KS-18 為標準，最大車速

120km/hr，鋼軌扣件之彈性係數依台灣鐵路規範-無道碴道床設計規範之規

定，設定為 25,000kN/m，鋼軌以目前台鐵所採用之 50kg-N 型式為假設條件，

來模擬並分析無道碴道床受力之情形。

附圖三附圖三附圖三附圖三 非連續性版式道床模式幾何斷面圖非連續性版式道床模式幾何斷面圖非連續性版式道床模式幾何斷面圖非連續性版式道床模式幾何斷面圖

基鈑

版式道床

附圖四附圖四附圖四附圖四 非連續性版式道床平面圖非連續性版式道床平面圖非連續性版式道床平面圖非連續性版式道床平面圖

分析結果如附圖五附圖五附圖五附圖五，平版式無道碴道床最大應力為 987.5kN/m2，最大

應變為 9.5184×10-5m，鋼軌最大位移量為 8.2855×10

-5m，本初步結果可提供

為未來無道碴道床軌道細部設計中道床結構設計之檢核及鋼筋配置的依

據。

((((四四四四))))鋼軌扣件設計鋼軌扣件設計鋼軌扣件設計鋼軌扣件設計

在考量本系統之特性、降低彈性材磨耗與施工養護維修之需求等因素

後，初步評估較符合本計畫使用的鋼軌彈性基鈑型態有二種－分離頂鈑貫

穿式及膠結外環鈑錨碇式。而軌道扣件一般皆由廠商自行研發設計及生

產，因此工作小組對於鋼軌扣件之選擇評估，除建議採用上述二種形式以

外，僅設定一般性設計條件及試驗規範，供應廠商須配合材料規範中關於

無道碴道床鋼軌扣件所訂定之規定進行測試，試驗合格後，方可提供該計

畫使用。該計畫軌道扣件之一般性設計條件如下：

1. 行車速度為 120km/hr

2. 鋼軌舖設傾斜度為 1：40

3. 鋼軌活載重為 KS-18

4. 扣件最大幾何尺寸及錨碇組件位置如下

(1)長度（最大）：420mm

(2)寬度（最大）：250mm

(3)高度（最大）：50mm

(4)面向鋼軌橫斷面之錨碇組件間距：250mm

(5)面對鋼軌側面之錨碇組件間距：150mm

a. 縱向負荷＞15.5kN 時，扣件必須容許鋼軌滑動，縱向負荷＜10kN

時，扣件必須固定住鋼軌不得滑動

b. 扣件系統須有一定之防蝕及使用年限

六六六六、、、、結論結論結論結論與建議與建議與建議與建議

由以上探討說明中應可概略瞭解軌道工程基本設計之執行過程、基本

設計工作的範圍及內容，然而不同之鐵路系統或軌道基本設計案，針對軌

道工程之定位與規劃或有不同，亦將造成軌道基本設計之不同成果需求。

但因本文乃針對台北捷運及台中地鐵軌道基本設計作完整性說明及廣泛性

探討，故國內軌道界仍可參考本文內容，配合己身需求，擬定軌道基本設

計之工作範圍，或直接參酌進行軌道基本設計。

最後，本文將針對未來國內軌道基本設計案，提出數點建議如後：

1. 先行釐清系統定位及確定軌道等級（高鐵、捷運、傳統鐵路、輕軌），

才進一步設定功能需求（依循車速、軸重等因素）。

2. 確實瞭解區域特性（現地地貌、環境腐蝕等級、軌道座落結構型態、

地質狀況等因素），才可做出適當之設計。

3. 在不同時程及採購法與未來市場寬廣性考量因素下，則須針對整體

系統互置能力進行規劃，審慎評估各軌道組件共容性之規定位階，才可進

一步完成軌道基本設計。

4. 軌道運輸為高運量運具，安全需求高，實務性強，故宜參考國內外

相關軌道規範及實作經驗，進行綜整歸納後，再配合系統特性展開基本設

計。

本篇文章主要針對台北捷運及台中地鐵軌道基本設計實務經驗之分

享，其中或有不完全之處，將待未來完成更多基本設計案後，再彙整經驗

與心得，作進一步釐清說明，我們希望本篇文章能對國內軌道界有所幫助。

六六六六、、、、參考文獻參考文獻參考文獻參考文獻

(1) 張思，台北捷運系統軌道簡介.

(2) 張思，軌道系統之選擇.

(3) 鄭國雄、張思，”軌道工程”，大中國圖書公司，中華民國 88 年 11

月二版一刷。

(4) 中華顧問工程司，”台中市區鐵路地下化工程－軌道基本設計報告

書”

(5) Relon J.T. Chen, Tzu-Wei Wang, Kuan-Yung Chang and Sy Chang，”Taiwan

Trackwork Development –Nonballast Track System”，2000 國際軌道運輸

技術裝備學術研討會論文集，中國北京，2000 年 11 月。

捷運電聯車運行振動及控制

摘摘摘摘 要要要要

台灣都會區人口隨著經濟發展快速成長，使得都會區內車水馬龍、街

景繁榮，伴隨而來的道路交通擁擠、空氣污濁及吵雜環境皆降低了都會區

生活品質，為改善都市生活環境，許多國家在大都會的交通建設大量採大

眾捷運系統，由於捷運電聯車快速、乾淨及車班密集，改善了大都會的生

活環境，然而正由於捷運電聯車快速、密集，使得局部捷運沿線產生環境

公害，引起居民陳情抗議，這些環境公害可歸類如下：

1. 於地下段及地表段的地傳振動及噪音(Groundborne Vibration and

Noise)

2. 於地表段及地上段的空傳噪音(Airborne Noise)

因此如何減少上述環境公害為設計捷運系統者之首要課題。

本文除說明電聯車於地下段運行時所產生的地傳振動及噪音評估方

法，並對於浮動式道床軌道基本設計原理作一簡化模式分析且由分析結果

去探討如何作振動控制，俾能有助於日後捷運設計工作。

一一一一、、、、振動基本概念振動基本概念振動基本概念振動基本概念

振動的產生是由於突然的力量(如地震)或者持續間歇反覆的力量(如

馬達、電聯車運行等)作用於物體，使物體產生往復搖擺的現象。

振動評估量通常採分貝(dB)為依據，分貝的定義係物理量 Q 相對於參

考基準物理量 Q0 的對數值乘以 10，即 dB=10 10 0QQ

描述振動物理量基本上為振動能量，而振動能量可取振動位移(d)、振

動速度(v)或者振動加速度(a)的平方值來表示，如表表表表 1111 所示：

上述參考基準量會因各國規範不同而不同。

而位移(d)，速度(v)與加速度(a)在振動頻率 f(Hz)之關係可表示如下：

dffva 2)2(2 ππ == ； fw π2= 為圓周頻率(rad/sec)

捷運部

工程師 劉嘉哲劉嘉哲劉嘉哲劉嘉哲

表表表表 1111

物理量 公 式 參考基準量

加速度 Lv(a) (dB)=20 10

0a

a

a0 = 10-5 m/sec2

速 度 Lv(v) (dB)=20 10

0v

v

v0 = 10-8 m/sec

位 移 Lv(d) (dB)=20 10

0d

d

d0 = 10-11 m

上述參考基準量會因各國規範不同而不同。

二二二二、、、、振動標準振動標準振動標準振動標準

振動的受體可分成人體及機械設備兩種，各國規範亦依此不同有不同

規定，就人體的振動感覺以低頻區約 0~60Hz 為主，雖然此區域頻率已低過

最低可聽極限，且很少造成結構損害，但仍會造成窗戶、玻璃杯盤子等嘎

嘎作響，影響居住品質；然而此部份振動標準於國內仍無規定，各國振動

量測標準亦皆不相同，有的以音幅中央頻率分佈為振動標準，有的以合成

單一振動值為振動標準，分別敘述如下：

1. 國際標準組織 ISO

相關條文：ISO 2631-1 振動對人體影響之限值一般規定

ISO 2631-2 結構振動（1~80 Hz）

2. 英國

相關條文：BS6472：評估人體於建物中對振動的忍受上限

英國標準與 ISO 不同之處為:BS 係將振動分為水平向(x、y)及垂直向(z)

分別評估，而 ISO 將兩方向振動合成後再評估。

3. 德國

相關條文：DIN4150-2 人在建物中所受振動之影響

4. 日本

採用昭和 51 年環境廳之勸告值 (表表表表 2222)

5. 美國聯邦交通署(Federal Transit Administration, USA,簡稱 FTA) 及國

際標準組織(International Standardisation Organization 簡稱 ISO)

美國聯邦交通署(Federal Transit Administration, USA,簡稱 FTA) 及國際

標準組織(International Standardisation Organization 簡稱 ISO)最近所做的研究

顯示，把振動程度定為一個加成值(類似噪音程度)來評估，而不是以八度

音階頻譜值顯現。

最新的 FTA 標準如表表表表 3333，此標準針對最大振動速度相對於 1 μinch/sec

而言。

依上述標準以公制重新計算，如表表表表 4444，此標準係針對最大振動速度相

對於 910−m/s 而言：

6. 台北市捷運系統振動管制標準是採用民國 79 年台北市捷運局總顧

問(ATC)所作〝捷運系統噪音與振動之偵測及設計準則〞研究報告(編號為

FE-31)中訂定標準執行，其標準依建築物型式不同採用不同之振動標準曲

線，如表表表表 5555 所示：

各容許振動曲線於八音幅中央頻率分佈如圖一圖一圖一圖一所示。

各容許振動曲線於八音幅中央頻率分佈如表表表表 6666 所示：

各容許振動曲線中，若以精密電子儀器建築物採用容許振動曲線 1 而

言，其於低頻率區域，f=2Hz~16Hz，容許振動值為 32dBv ~ 42dBv。而一般

住家採用容許振動曲線 3，於低頻區域容許振動值為 58dBv ~ 68dBv。

表表表表 2222

時段

區域 白天 夜間

第一種區域

(醫院、學校、住宅) 65 dB 60 dB

第二種區域

(工商業區、工廠) 70 dB 65 dB

表表表表 3333

土傳振動影響值

[VdB re 1 µinch/s]

土傳噪音影響值

[dB re 20 µ Pa]

土地使用分類

經常性發生 1 非經常性發生 2 經常性發生 1 非經常性發生 2

類別一：

建築物內部運作易受低振

幅振動影響之高度敏感建

物

65dBv3

65 dBv3

-4

-4

類別二：

休息及睡眠用的住宅及建

築物

72dBv

80 dBv

35dB(A)

43 dB(A)

類別三：

主要在白天使用之公共性

土地

75 dBv

83 dBv

40dB(A)

48 dB(A)

附註：

1. “經常性發生”被定義為一天中有超出 70 個振動發生。 部份的捷運案被歸為此

一類別。

2. “非經常性發生”被定義為一天中有少於 70個振動發生。此一類別包含大部份通

勤軌道系統。

3. 此標準限制是以大部份稍為敏感之設備(例如光學顯微鏡)能承受之程度為基

礎。對振動敏感之製造或研究將需有更細的評估以定義可承受之振動值。確保

較低之振動值通常要求特殊 HVAC 系統設計及更堅固的樓版。

4. 對振動敏感之設備不會對土傳噪音敏感。

表表表表 4444

土地使用分類 振動[VdB] 噪音[dB(A)]

類別一： 建築物內部運作易受低振幅振動影響之高度敏感建

物，如：適度敏感設備、光學儀器之高度敏感建物、

音樂室、電視台、音樂廳、錄音室

94 -

類別二： 休息及睡眠用的住宅及建築物，如：住宅、旅社、

醫院、劇院、廟宇

100

35

類別三： 主要在白天使用之公共性土地，如：教堂、學校、

辦公室

103

40

表表表表 5555

建築物型式 振動標準

有精密電子儀器設備之建築物

(如電子工廠、實驗室、地震設備室) 曲線 1

有振動敏感設備之建築物

(如醫院、大學等) 曲線 2

音樂廳、錄音室、大型演講廳等

曲線 2

小型演講廳、電視台、音樂教室等

曲線 3

戲院、電影院、教堂、廟宇、法庭、診所

曲線 3

透天低矮房子

曲線 3

集合住宅

曲線 4

一般學校、辦公室、旅館

曲線 4

商業大樓

曲線 5

工業廠房

曲線 6

表表表表 6666

dBv (ref 10-6g) g=9.81m/s2

八音幅中央頻率

Hz

曲線1 曲線2 曲線3 曲線4 曲線5 曲線6

2 32 49 58 62 67 74

4 35.5 53 60 64 69 76

8 38 57 63 66 71 78

16 42 62 68 68 77 84

31.5 45 67 75 75 84 90

63 53.5 73 82 82 90 97

7. 各國振動管制標準的比較

各國振動管制標準透過下列式子轉換，合成單一振動值為振動標準作

比較：

Lv(a)=20×log)

10(

6 g

a−

Lv(v)=20×log)

10(

9−

v

=20×log

)102

(9−f

a

π

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7

八音幅中央頻率 2^n (HZ)

dB(加

速度位準相

對於10^-

6g)

曲線 1

曲線 2

曲線 3

曲線 4

曲線 5

曲線 6

圖一圖一圖一圖一 台北市捷運系統振動管制標準台北市捷運系統振動管制標準台北市捷運系統振動管制標準台北市捷運系統振動管制標準

Lv(v)=Lv(a)- 20×log

)102

(3

g

f −π

Lv(v)(ref 10-6in/s) = L v(v) (ref 10-9m/s)

-20×(1+log2.54)

Lv(v) =10×log(Σ10LV(V) ×0.1

)

可得表表表表 7777：

由表表表表 7777 得知 FE-31 之振動管制標準與 ISO2631 相當，且較 BS6472 嚴格，

然整體而言以 FTA 之振動管制標準最嚴格。

表表表表 7777

管制地區振動 Lv(v) 標準值之分貝數( ref 10-6in/s )

單位：dBv 標準規範

第一類管制區 第二類管制區 第三類管制區 第四類管制區

備註

ISO2631 91.5 97.5~103.5

(94.4) 103.5 109.5

BS6472 99 105~111

(102) 111 117.1

DIN4150 71.9 75.4

(71.9)

81.1

(77.9)

83.9

(81.4)

日本環境

廳

85.9

(80.9)

85.9

(80.9)

90.9

(85.9)

90.9

(85.9)

FTA 65 72 75 75

FE-31 65.14~83.28 91.17~94.3 100 107

( )內為

夜間管制

標準

三三三三、、、、振動評估振動評估振動評估振動評估

電聯車於地下段運行產生地傳振動後，對於地表建築物影響評估須考

慮下列因素：

1. 電聯車運行時所產生之「振動頻譜」。其與電聯車規格(如重量、

車輪種類及排列、避震系統等)、電聯車車速、電聯車車箱數、軌道線形、

軌道及軌床型式及日後維修狀況(如車輪變形(wheel flat)、軌道褶曲

(corrugation)、軌道不平整度(undulation)、粗糙度(roughness))等有關。

2. 電聯車運行之結構體斷面厚度、強度及形狀。

3. 結構體與地表建築物間土壤型式、地下水狀況、土壤灌漿範圍強

度、岩盤位置及地表形狀等。

4. 地表建築物的振動敏感度，如基礎型式、深度、結構材料(鋼筋混

凝土結構或鋼結構)、樓層數等。

於台北市捷運局〝捷運系統噪音與振動之偵側及設計準則〞(FE-31) 中

預估振動方法是以八度音階頻譜來計算土傳振動，程序如下：

首先以六節車箱之重運量電聯車於雙孔箱涵隧道以 65 公里/小時速度

行駛為基準，訂出八音幅中央頻率 (OCTAVE BAND CENTRE FREQUENCY)

之振動值，如表表表表 8888 所列：

振動評估量是取距軌道中心 10 米處之加速度水準而定，參考基準量

10-6 g (9.8×10

-6 m/sec

2 =10

-5 m/sec

2)。

再考慮下列因素給予不同調整值得到地表建築物之振動值：

1. 電聯車運行結構體型式如潛盾隧道、地表道碴段、橫渡線、車站等。

2. 電聯車運行車速。

3. 地表建築物距軌道中心的距離 S，為水平距離與深度平方和再開根

號，而其間土壤係假設台北盆地土壤為均勻粉土層(silty)。

4. 建築物型式，如基礎型式、透天或高樓等。

5. 須作振動預估之樓層層數。

表表表表 8

八音幅中央頻率(Hz) 頻率

振動 4 8 16 31.5 63 125 250 500

振動值(dBv) 46 48 62 64 63 60 56 50

由於上述振動預估方法採用台北市捷運營運模式，如六節車箱重運量

電聯車，軌道採鋼軌為前題，簡化了土壤層次、地質改良、實際車速、軌

道線形、結構體實際形狀尺寸、地表形狀、岩盤位置、建築物形式(鋼結構、

鋼筋混土結構)等因素，對於大區域數量多的建築物可作為初步評估方法，

然而使用者對於各項調整值實際情形須確實選取，才不會有所疏漏，且對

於部份臨界點(critical point)的訂定及分析是有必要作更進一步詳估。

上述振動預估方法已限定電聯車以六節車箱 65 公里/小時速度行駛於

雙孔箱涵時，距軌道中心 10 公尺的振動值，若依距離修正係數所列修正值

如表表表表 9999。

表表表表 9999

八音幅中央頻率(Hz) 距軌道中心距離

4 8 16 31.5 63 125 250 500

2公尺 +7 +7 +8 +8 +9 +12 +16 +25

10公尺 0 0 0 0 0 0 0 0

則於距軌道中心 2 公尺的振動值限制如表表表表 10101010

因此電聯車實際運行情形須符合上述振動值限制，振動預估才不會失

真。

表表表表 10101010

八音幅中央頻率(Hz) 頻率

振動 4 8 16 31.5 63 125 250 500

振動值(dB) 39 41 54 56 54 48 40 25

四四四四、、、、振動噪音分析振動噪音分析振動噪音分析振動噪音分析

振動產生聲音的能量可由下列基本方程式求得：

W =ζρc.S.v2

上式中

W： 聲功率； ζ：放射效率； ρc：cte (~ 400)

S： 放射面； v：振動速率 (m/s)

由上式可導出噪音分貝與振動分貝關係如下：

Lp = Lv – C(f)

而 Lv：振動分貝(dBv)； Lp：噪音分貝(dBv)； C(f),修正係數，為頻

率的函數

於台北市捷運局〝捷運系統噪音與振動之偵側及設計準則〞(FE-31) 中

振動分貝與噪音分貝之 C(f)如表表表表 11111111：

參考基準量 10-6 g (9.8×10

-6 m/sec

2 =10

-5 m/sec

2)。

表表表表 11111111 中分貝是以加速度為參考值，若以速度為參考值，轉換可得如

表表表表 12121212

因此於台北市捷運局〝捷運系統噪音與振動之偵側及設計準則〞(FE-31)

中振動分貝與噪音分貝之 C(f)如下：

Lp = Lv – 28

而 Lv：振動分貝(dBv)，參考單位為速度 10-9 m/s

Lp：噪音分貝(dB)，參考單位為壓力 2 ×10-5 Pa

上述振動噪音 Lp 再配合人體所能感受範圍作下式之 A 加權

(A-weighting)處理，可得到人體所能感受噪音 Lp(a)：

Lp(a) = Lp + A(f)

Lp ：噪音分貝(dB)；Lp(a)：人體所能感受噪音分貝(dB(A))

A(f) ：A 加權(A-weighting)如表表表表 13131313：

表表表表 11111111

八音幅中央頻率(Hz) 頻率

振動 4 8 16 31.5 63 125 250 500

C(f),a (dB) 22 17 13 5 -2 -6 -11 -15

表表表表 12121212

八音幅中央頻率(Hz) 頻率

振動 4 8 16 31.5 63 125 250 500

C(f),a (dB) 22 17 13 5 -2 -6 -11 -15

∆Lv -52 -46 -40 -34 -28 -22 -16 -10

C(f),v (dB) -30 -29 -27 -29 -30 -28 -27 -25

表表表表 13131313

八音幅中央頻率(Hz) 頻率

振動 16 31.5 63 125 250 500

A(f) -57 -39 -26 -16 -9 -3

五五五五、、、、振動噪音評估結果振動噪音評估結果振動噪音評估結果振動噪音評估結果

於台北市捷運局 〝捷運系統噪音與振動之偵側及設計準則〞(FE-31)

規定－對於捷運沿線 50m 距離內之建築物，須依上述三、四之方法作逐棟

振動噪音評估，如表表表表 14141414 所示，此與美國聯邦交通署(FTA)研究報告所採用

之評估模式類似；對於超過振動管制標準之建築物，則須作更細分析，如

以有限元素數值分析法，評估以浮動式道床軌道或減振軌道扣件材取代傳

統道床軌道之效果。

依台北市捷運局 〝捷運系統噪音與振動之偵側及設計準則〞(FE-31)

所列理論修正係數計算，當軌道深度距建築物基礎達 20m 以上時，電聯車

運行對建築物應無振動噪音問題；因此當捷運線形有穿越建築物情形時，

佈置線形時須注意軌道距建築物基礎深度是否足夠。

而於後期路網設計，台北市捷運局正要求顧問公司須以使用一種以上

的其他分析評估方法以供參考比較。

六六六六、、、、振動控制及浮動式道床軌道基本設計原理振動控制及浮動式道床軌道基本設計原理振動控制及浮動式道床軌道基本設計原理振動控制及浮動式道床軌道基本設計原理

振動控制(vibration control)目的係減小感受體所感受到的振動幅度及伴

隨而來之噪音，其可由振動源、振動途徑及感受體三方向去著手作振動控

制，然而振動波自振動源傳出後即以下列方式傳遞：

1. S 振波：剪力振波

2. P 振波：壓縮振波

3. R 振波：Rayleigh 振波－局限於一個波長的表面振波

幅射狀向四周傳播，距離愈遠範圍愈大，且有折射及反射等問題，因

此一般採振動源振動控制最為有效。

於台北市捷運局〝捷運系統噪音與振動之偵側及設計準則〞(FE-31) 振

動超過標準值時則須作振動控制，於許多振動控制方法中，當時捷運局總

顧問(ATC)建議採浮動式道床軌道(floating slab track，FST)最為有效，而浮動

式道床軌道已在許多國家如美國、新加坡、香港等皆有使用。

在設計浮動式道床軌道之前，首先必須取得電聯車運行時之振動頻

譜，然而振動頻譜如前所述與許多因素有關，為簡化分析並能容易了解結

果，假設電聯車之振動頻譜以振動位移 YS 表示，其與時間 t 關係如下：

YS= Y0 sin (wft)

其中 Y0－電聯車運行時振動最大位移；wf－電聯車運行時振動頻率。

實際分析模式如圖二圖二圖二圖二所示，其可簡化如圖三圖三圖三圖三所示，自由體模式(Free

body diagram)如圖四圖四圖四圖四所示。

圖二圖二圖二圖二 電聯車運行時振動實際模式電聯車運行時振動實際模式電聯車運行時振動實際模式電聯車運行時振動實際模式

圖三圖三圖三圖三 電聯車運行時振動簡化分析模式電聯車運行時振動簡化分析模式電聯車運行時振動簡化分析模式電聯車運行時振動簡化分析模式

圖四圖四圖四圖四 振動自由體分析模式振動自由體分析模式振動自由體分析模式振動自由體分析模式

動力平衡方程式

0)()(''"

=−+−+ ss yykyycym

)sin()sincos( 00

''"

β+=+=+=++ twFtwktwcwykyyckyycym ffffss

k

cw

kcwyF

f

f

=

+=

βtan

,)( 2200

以 y = Aｅ-i(w

ft + β) t

代入得到下列結果：

)sin(

)2(])(1[

)2(1

)2(])(1[

)sin(/

222

20

222

0 θβ

ξ

ξ

ξ

θβ−+

+−

+=

+−

−+×= tw

w

w

w

w

w

wy

w

w

w

w

twkFy f

n

f

n

f

n

f

n

f

n

f

f

km

c

c

cm

kw

cr

n

2

,

==

=

ξ

2)(1

2tan

n

f

n

f

ww

ww

−

×=

ξθ

222

2

0)2(])(1[

)2(1

n

f

n

f

n

f

r

w

w

w

w

w

w

y

yT

ξ

ξ

+−

+==

振幅傳遞係數

由上得如圖五圖五圖五圖五所示。

使用浮動式道床軌道作有效振動阻絕時須 Tr < 1.0，由圖五圖五圖五圖五得知 wf/wn

> 2 才可，亦即加了振動絕緣

材後的自然頻率 wn須小於電聯車振動動頻率 wf除以 2 之值才能有效

作振動阻絕。

圖五圖五圖五圖五 振幅傳遞係數與頻率比關係圖振幅傳遞係數與頻率比關係圖振幅傳遞係數與頻率比關係圖振幅傳遞係數與頻率比關係圖

若考慮非阻尼之吸震材，ξ=0，則振幅傳遞係數

2)(1

1

n

fr

w

wT

−=

振動評估量若以振動位移描述，則 L(dB)= 20 10 (d/d0)

因此採用浮動式軌床軌道可減少之振動量(分貝)

210

10

010

010

0

010

)(1log20

1log20

log20

log20log20)(

n

f

r

w

w

T

y

y

d

y

d

ydBL

−=

=

=

−=∆

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

頻率比(Wf/Wn)

振幅傳

遞比 T

r (y/yo)

阻尼比 ξ=0

阻尼比 ξ=0.2

阻尼比 ξ=0.25

阻尼比 ξ=0.33

阻尼比 ξ=0.4

dBdBLf

f

dBdBLf

f

dBdBLf

f

f

fdBL

n

f

n

f

n

f

n

f

24)(4

18)(3

5.9)(2

)(1log20)(2

10

=∆⇒=

=∆⇒=

=∆⇒=

−=∆

其中 ff － 電聯車的振動頻率；fn － 浮動式道床軌道系統自然頻率

各頻率與減少振動量如圖六圖六圖六圖六所示。

七七七七、、、、結構體裝設浮動式道床後受結構體裝設浮動式道床後受結構體裝設浮動式道床後受結構體裝設浮動式道床後受力的影響力的影響力的影響力的影響

結構體裝設浮動式道床後其受力來自振動絕緣器，其大小為

FT = Ky + C

'

y 。

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

頻率比(Wf/Wn)

ΔdB

圖六圖六圖六圖六 振動減少量與頻率比關係圖振動減少量與頻率比關係圖振動減少量與頻率比關係圖振動減少量與頻率比關係圖

222

2

0

200

22

222

20

222

20

]2[])(1[

)2(1

)2(1

tan

,)(

]2[])(1[

)2(1

)sin(

)]cos()sin([

]2[])(1[

)2(1

n

f

n

f

n

f

Tf

n

f

f

f

n

f

n

f

n

f

T

fT

fff

n

f

n

f

n

f

T

w

w

w

w

w

w

F

AT

w

wkyF

k

cw

cwK

w

w

w

w

w

wy

A

twA

twcwtwK

w

w

w

w

w

wy

F

ξ

ξ

ξ

φ

ξ

ξ

φθβ

θβθβξ

ξ

+−

+==

+=

=

+×

+−

+=

+−+=

−++−+×

+−

+=

Tf －荷重傳遞比

AT － 裝設浮動式軌床後環片最大荷重

Fo － 未裝設浮動式軌床環片最大荷重

對於非阻尼系統ξ=0

2)(1

1

n

fo

Tf

w

wF

AT

−==

因此於非阻尼系統結構體荷重傳遞比與頻率比之關係如圖七圖七圖七圖七所示。

八八八八、、、、結結結結 論論論論

1. 結構系統自然頻率愈低，結構體受電聯車運行振動影響愈小，而自

然頻率在結構體相同勁度下(即相同荷重下有相同變形)與質量平方根成反

比，質量大，自然頻率較低，因此於捷運系統中潛盾隧道結構較車站結構

易受電聯車運行振動的影響。

2. 電聯車運行的振動防治雖可藉增加結構體質量進行改善，如潛盾隧

道環片厚由 250mm 增加至 300mm，但相對地結構體的勁度 k 亦增加，因此

從振動防治效能及工程費用上不如浮動式道床軌道佈設有效及經濟。

3. 浮動式道床軌道佈設後之結構系統自然頻率 fn 最好小於電聯車振

動頻率 ff 的 0.7 倍以上，才能作有效地阻絕振動，因此在電聯車振動頻率 ff

固定情況下，去降低浮動式道床軌道佈設後之結構系統自然頻率

fn

),2

1(

m

kf n π

=亦即增加浮動式道床軌道重量，減小阻絕材質彈性係數，

然而由於阻絕材質的限制，並考量阻絕材之彈性係數太小，會影響電聯車

行車安全及舒適，其能改善的頻率仍有一定範圍。

4. 浮動式道床軌道之振動阻絕器選擇須配合電聯車於不同路段產生

之振動頻率進行設計，因此於潛盾隧道段與車站段必有不同考量，潛盾隧

道段結構系統質量小，勁度小，電聯車車速快，車站段結構系統質量大，

勁度大，電聯車加速，減速頻率高。

5. 本文作浮動式道床軌道振動分析，為求容易了解結果，並未將結構

體四周土壤考慮進來，若須作更進一步分析，可用有限元素數值分析法將

地面建築物型式，土壤各層性質、岩盤位置，灌漿範圍皆考慮去作分析。

0

1

2

3

4

0 1 2 3 4

頻率比(Wf/Wn)

荷重傳遞比

Tf(At/F

o)

圖七圖七圖七圖七 非阻尼系統結構體荷重傳遞比與頻率比關係圖非阻尼系統結構體荷重傳遞比與頻率比關係圖非阻尼系統結構體荷重傳遞比與頻率比關係圖非阻尼系統結構體荷重傳遞比與頻率比關係圖

6. 結構體四周土壤雖可當振動絕緣材，但由於其僅能承受壓力不能承

受張力的特性，使其絕緣能力為一般橡膠或彈簧等絕緣材之一半左右。

7. 佈設浮動式道床軌道結構體受電聯車運行振動減小同時，活載衝擊

力(I factor)較未佈設的結構體小。

8. 雖電聯車於軌道運行時所產生的振動頻譜影響因素很多，然仍須先

得到電聯車的振動頻譜才能有效去作浮動式道床軌道之振動阻絕設計，而

其取得方法可藉現場裝設地震計作電聯車的微振量測得之，且裝設浮動式

道床軌道之成效驗證，亦可藉此方法推算整體結構系統動態特性比較得之。

參考文獻參考文獻參考文獻參考文獻

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(7) Ray W. Clough , Joseph Penzien “DYNAMICS OF STRUCTURES”.

高雄捷運 CR7 標高架段軌道結構互制分析

摘摘摘摘 要要要要

高雄捷運 CR7 標全線採重運量之高架系統，其軌道設計理念與台北捷

運淡水線高架結構相同，均以最大限度設計使用長銲鋼軌，以減少維修成

本和減低震動噪音，進而增加乘車舒適度。而長銲鋼軌在無道碴軌道時受

到扣件束制，除兩側具伸縮縫的自由端外，將無法自由產生變位，其行為

如具彈塑性支承之連續梁。在受到溫度變化、列車之剎車力與加速及地震

力時，產生不同之軸力、剪力與彎矩作用於鋼軌與結構上；同時因橋梁型

式不同、鋼軌受結構縱向及橫向之束制，且軌道與結構間之行為為非線性，

將產生不同位移及應力。

本分析將利用 ABAQUS 有限元素分析程式對此非線性動力問題求

解，除依據鋼軌之溫度變化以求得長銲鋼軌作用於結構之作用力外，並對

鋼軌應力及位移做一檢核。

一一一一、、、、前前前前 言言言言

民國 90 年 7 月 13 日一輛台鐵莒光號行經造橋鄉南港溪橋，因軌道挫

屈，10 節車廂有 5 節傾覆，並造成 43 人輕重傷。在此之前，善化、花蓮亦

曾發生因軌道變形而使列車出軌之意外。由於長銲鋼軌的使用，橋梁結構

於列車運行時除了土建結構之安全外，仍須維持軌道線型之連續及固定，

否則若如斷軌或軌道挫屈發生時，即便結構本身維持正常服務，仍會造成

安全上之為害。因此有別於公路橋，鐵路橋梁在進行結構配置與分析時，

必須額外檢核軌道折角並考慮軌道與結構間之互制行為。

在考慮軌道安全性時，結構伸縮縫長度為首要考量。配置時應考慮[1]

1. 軌道與橋面板及橋面板間相互位移量。

2. 鋼軌材料強度。

3. 長銲鋼軌之穩定性。

4. 鋼軌斷裂後之間隙。

上述之四項因素除材料性質外，主要受周遭空氣之溫度、日曬、列車

之加速、煞車力及軌道與結構之互制力影響。本文之分析主要係依據高雄

捷運土建及車站工程設計規範[2]有關軌道與結構互制相關規定，考慮列車

CR7 專案計畫

經 理 馬坤祥馬坤祥馬坤祥馬坤祥

CR7 專案計畫 組 長

趙振宇趙振宇趙振宇趙振宇 捷運部

工程師 狄彥君狄彥君狄彥君狄彥君

活載重之縱向及軸向效應、溫度力及中度地震力，並參酌其他相關規定辦

理。分析模型配置示意如圖一圖一圖一圖一。

二二二二、、、、模式說明模式說明模式說明模式說明

高雄捷運紅線 CR7 區段標軌道結構互制分析主要是依據以下規範辦

理：

1. 高雄捷運土建及車站工程設計規範。

2. 臺灣高鐵設計規範。

3. 鐵路橋梁設計規範。

CR7 由 LER29 至 LER47，全標均為高架段，包含 8 座高架車站及長約

8 公里之高架橋。車站形式包括鋼構車站及 RC 車站，高架橋則以預力混凝

土箱型梁、RC 橋墩及樁基礎為主，橋梁型式包含預鑄、場鑄簡支梁，連續

梁則有場撐、逐跨架設及懸臂橋；另有部份之鋼橋及鋼桁架橋。分析模式

說明如下：

((((一一一一))))區段模型建立原則區段模型建立原則區段模型建立原則區段模型建立原則

由於全案均進行橋軌互制分析，但一次建立全標段分析模型並不可

行，故需建立分段原則，以為分析模型建置依據。

模型建立原則如下：

1. 依標段長短建立軌道結構互制模型。

2. 距離較長之標段獨立進行分析。(15 跨或 600m 以上)

3. 距離較短之標段則結合鄰近標段一起進行分析。

4. 於車站或橋台處至少向外延伸 120m。

5. 各控制點前後至少向外延伸五跨或 120m。

全標分析模型之配置如表表表表 1111 及圖二圖二圖二圖二。

((((二二二二))))上部結構上部結構上部結構上部結構

橋梁結構採 3-D 梁構件模式，依實際橋型及斷面性質建立分析模型。

((((三三三三))))下部結構下部結構下部結構下部結構

基礎彈簧依日本國鐵公式(2000 版)，分常時及地震時求得不同狀況下

之 K 值。橋柱尺寸、柱頂束制條件及基礎彈簧依實際模擬。

((((四四四四))))邊界條件邊界條件邊界條件邊界條件

於橋梁邊跨配置 1.5 × 105 KN/m 之水平彈簧，其降伏力為 q* × L/4， 其

中 q*為軌道之降伏力，對於道碴軌道則 q*=20KN，以模擬未建入模型之軌

道束制[3]。

((((五五五五))))軌道結構互制彈簧軌道結構互制彈簧軌道結構互制彈簧軌道結構互制彈簧

軌道與結構由於受到扣夾系統之束制，相互間為一非線性之互制行

為。而根據實測，此一關係具有位移初期急劇增加，然後接近一定值之特

性，故可以一彈塑性之彈簧模擬軌道與結構間之縱向束制[4]。然此束制若

是過大，將使軌道於外力作用下產生較大之應力；若是太小，雖能降低軌

道與結構間束制與鋼軌挫屈之發生，但易使軌道偏移且於斷軌發生時，因

缺乏束制而產生較大之間隙，因此妥善地選擇扣夾系統至為重要。互制模

型於橋梁全跨徑配置縱向為 bilinear 之非線性彈簧以連接軌道與結構，彈簧

之配置原則如下：

1. 每跨至少取 10 個互制彈簧且同一鋼軌中彈簧相距不超過 5 米[3]。

2. 車站及橋梁軌道之降伏力依有承載及無承載之無道碴軌道縱向勁

度計算。

3. 路堤段之降伏力依道碴軌道縱向勁度計算。

橋梁分析模型如圖三圖三圖三圖三(圖示為 LER4041 高架橋)，車站分析模型如圖四圖四圖四圖四

(圖示為 R22 車站)。

((((六六六六))))主要元素說明主要元素說明主要元素說明主要元素說明

1. Stress/displacement elements

(1)B31 element 為空間中之 Timoshenko 梁元素，適用於深梁及細長之

梁。

(2)容許側向剪力變形及軸向之大變形。

(3)自由度：ux、uy、uz、φx、φy、φz。

2. Connector

(1)基礎彈簧

Cartesian+Rotation：提供兩點間六方向自由度彈簧

(2)軌道邊界彈簧

Slot：提供兩點間軸向連接，用於箱型梁與箱型梁之連接彈簧，其軸

向勁度為 0，兩箱室相互接近之容許範圍 100 [2]。

(3)軌道結構互制彈簧

Translator element： 提供兩點間五方向束制，一方向可滑動之連接(Slot

Constrant)，用於模擬軌道與結構間之非線性彈簧。分析時，區分加載（電

聯車作用時）及無加載（無電聯車作用時）之情況，如圖五圖五圖五圖五。

桿件彈簧整體配置如圖六圖六圖六圖六 aaaa、、、、圖六圖六圖六圖六 bbbb、、、、圖六圖六圖六圖六 cccc、、、、圖六圖六圖六圖六 dddd、、、、圖六圖六圖六圖六 eeee 及圖七圖七圖七圖七，

箱型梁、附加靜重、鋼軌及列車均依實際質心之相對位置模擬。

三三三三、、、、分析載重分析載重分析載重分析載重

((((一一一一))))混凝土混凝土混凝土混凝土、、、、鋼軌鋼軌鋼軌鋼軌、、、、設備自重設備自重設備自重設備自重(D) (D) (D) (D)

((((二二二二))))電聯車活重電聯車活重電聯車活重電聯車活重(L)(L)(L)(L)

電聯車軸重取每一車軸 161 KN (不含衝擊)。每一列車包含六節車廂，

常時兩列車共 48 個輪重同時作用，地震時一列車共 24 個輪重同時作用，

如圖八圖八圖八圖八。

((((三三三三))))縱向載重縱向載重縱向載重縱向載重(LF) (LF) (LF) (LF)

電聯車加速及減速作用在軌道及支撐結構上所產生的縱向力以集中

載重與電聯車活重同時作用於軌道上。

減速時 LF=電聯車活重之 21%

加速時 LF=電聯車活重之 16%

((((四四四四))))衝擊載重衝擊載重衝擊載重衝擊載重(I)(I)(I)(I)

垂直衝擊力：垂直衝擊力應為捷運系統標準列車載重之 30﹪，並應視

做一作用於車軸位置的集中垂直載重與電聯車活重同時作用於軌道上。

I=161X0.3/2=24.2KN/車輪

((((五五五五))))溫度溫度溫度溫度(T)(T)(T)(T)

考慮鋼軌與橋面板間產生±20之溫度變化，此±20之溫度變化將作

用於橋面板上，混凝土膨脹係數取 0.0000108/，鋼結構為 0.0000117/；

此時 bilinear 互制彈簧取無承載之軌道勁度，另並考慮+10之溫度梯度。

((((六六六六))))中度地震力中度地震力中度地震力中度地震力(EQA)(EQA)(EQA)(EQA)

1. 地震力之計算一般採用下列方式：

(1)等值載重法(Equivalent static method)

(2)加速度反應譜(Acceleration response spectrum)

(3)地震歷時分析(Time-history method)

2.因軌道結構於地震力作用下已進入非線性，故分析採用地震歷時分

析。於地震力採歷時分析時，由於車行載重及地震歷時等兩項力皆位於時

間域，在長跨橋之分析中欲同時進行並不可行，故採將車行載重以靜力方

式施加於欲檢討之橋跨上以進行歷時分析。地震之加速度歷時曲線如圖圖圖圖

九九九九，地震歷時共 28 秒，時間間距取為 0.01 秒，三向地震依 1：1：1 同時作

用[3]。

((((七七七七))))預力梁之乾縮潛變及鋼軌之潛變預力梁之乾縮潛變及鋼軌之潛變預力梁之乾縮潛變及鋼軌之潛變預力梁之乾縮潛變及鋼軌之潛變

預力梁之乾縮潛變及鋼軌之潛變所造成之載重，因考慮可於例行之軌

道養護時釋放，故於此分析中忽略。

四四四四、、、、活載重施加方式活載重施加方式活載重施加方式活載重施加方式

在決定活載重之位置之前，必須先進行靜力之移動荷重分析，藉由縱

向及垂直向之荷重作用所引致之鋼軌應力區域極值作為動力分析時活載重

施加位置之依據。

CR7 全標段進行之軌道結構互制分析結果，須於 LER40 及 LER45 兩處

設置軌道伸縮縫。今以 LER45 為例，說明活載重之施加方式：

LER45 標之橋軌互制分析模型包含 LER44 之 7@30m 簡支梁，接 LER45

的二座分別為 28-54-28 m 與 60-100-60 m 連續梁，再接 LER46 五跨(4@30 m

+ 25 m)簡支梁，如圖十圖十圖十圖十。地盤經分析為第三類地盤，桿件斷面性質如表表表表 2222、

表表表表 3333、表表表表 4444、表表表表 5555。而控制狀況如圖十圖十圖十圖十ㄧㄧㄧㄧ。

Case 1：列車載重作用於第六至第九跨間，即列車即將駛入 60-100-60

連續梁時，檢核 60-100-60 連續梁邊柱柱頂鋼軌壓應力。

Case 2：列車載重作用於第十至第十一跨間，即列車完全駛入 60-100-60

連續梁時，檢核 60-100-60 連續梁邊柱柱頂鋼軌張應力。

Case 3：列車載重作用於第十一至第十二跨間，即列車即將駛離

60-100-60 連續梁，進入 LER46 標段時，檢核 60-100-60 連續梁邊柱柱頂鋼

軌壓應力。

Case 4：列車載重作用於第十三至第十七跨間，即列車完全駛離

60-100-60 連續梁，進入 LER46 標段時，檢核 60-100-60 連續梁邊柱柱頂鋼

軌張應力。

Case 5：列車載重作用於第二至第六跨間，即列車即將駛入 28-54-28

連續梁時，檢核 28-54-28 連續梁邊柱柱頂鋼軌壓應力。

Case 6：列車載重作用於第七至第十跨間，即列車完全駛入 28-54-28

連續梁時，檢核 28-54-28 連續梁邊柱柱頂鋼軌張應力。

五五五五、、、、載重組合及檢核項目載重組合及檢核項目載重組合及檢核項目載重組合及檢核項目

依據高雄捷運土建及車站工程設計規範辦理，包括：

((((一一一一))))撓度控制撓度控制撓度控制撓度控制

1. 橋面版與橋台之相對位移：

Group I L+I+LF<10

Group II L1+I1+LF1+EQA<25

2. 鋼軌與橋面版之相對位移：

Group I L+I+LF<4

((((二二二二))))軌道應力檢核軌道應力檢核軌道應力檢核軌道應力檢核

版式軌道：Group I -92 N/2 <L+I+LF+T<+92 N/

2

道碴軌道：Group I -72 N/2 <L+I+LF+T<+92 N/

2

版式軌道：Group II -170 N/2 <L1+I1+LF1+T+EQA<+170 N/

2

道碴軌道：Group II -150 N/2 < L1+I1+LF1+T+EQA <+170 N/

2

其中 L1、I1、LF1 分別為一列車情況下之電聯車載重、衝擊載重及縱向

之加(減)速力。

六六六六、、、、分析結果分析結果分析結果分析結果

((((一一一一))))撓度控制撓度控制撓度控制撓度控制

橋面板過大之相對位移將使軌道應力大幅增加。分析顯示，LER45 之

結構型式配置橋面板相對位移於車行載重下小於 10 ，於車行載重及地震

力作用下小於 25 ，如圖十二圖十二圖十二圖十二及圖十三圖十三圖十三圖十三。

軌道與橋面板間會因縱向載重作用而產生錯動。於圖十四圖十四圖十四圖十四，軌道與結

構之互制彈簧於僅受車行載重下即已進入非線性範圍，顯示進行非線性分

析之必要。由圖亦可發現軌道結構互制彈簧進入非線性後力量將向兩側彈

簧快速傳遞，最終由橋墩與軌道邊界彈簧承擔。

((((二二二二))))軌道應力檢核軌道應力檢核軌道應力檢核軌道應力檢核

橋梁結構於溫度變化、列車加速減速及地震力作用下，將於軌道上產

生額外之應力。此應力藉由軌道與結構間之扣件、墊片等傳遞至上部結構，

再由支承傳遞至橋墩，故將影響橋梁整體之結構設計。此外，長銲鋼軌暴

露於室外，受風吹日曬雨淋產生溫度變化，由於軌道與橋面板的熱膨脹係

數不同，造成兩者變位亦不相同而產生交互影響。分析亦顯示，鋼軌應力

於結構不連續處，由於缺乏結構之束制，有較大之應力變化，而結構不連

續處包含下部結構勁度的改變及結構伸縮縫等位置。分析結果如圖十五圖十五圖十五圖十五及

圖十六圖十六圖十六圖十六。

((((三三三三))))長銲鋼軌之穩定性長銲鋼軌之穩定性長銲鋼軌之穩定性長銲鋼軌之穩定性

除了直接施加於鋼軌之外力，鋼軌所承受之力皆由軌道結構互制彈簧

所傳遞，故有承載版式軌道所承受外力之最大值為 N=1300KN， Ncr =

2(EIyky)1/2

>4000KN，符合長銲鋼軌挫屈條件 Ncr/N>2[1]。

((((四四四四))))長銲鋼軌縱向力長銲鋼軌縱向力長銲鋼軌縱向力長銲鋼軌縱向力

依鐵路橋梁設計規範，長銲鋼軌縱向力應依據鋼軌之溫度變化與爬行

抵抗力加以訂定，ㄧ股道之長銲鋼軌縱向力原則上取為 10KN/m，同時考量

高溫時鋼軌挫屈之軸力限制，以不超過 2000KN 為原則。檢核結果如圖十圖十圖十圖十

七七七七及圖十八圖十八圖十八圖十八。

七七七七、、、、結結結結 論論論論

1. 軌道與橋面板常時之相對變位量於有承載之軌道已大於 1 ，於無

承載之軌道已大於 2 ，均已進入非線性之狀態，顯示進行非線性分析之

必要。

2. 經檢核，連續配置 30m 簡支梁提供良好之軌道結構互制結果。須設

置軌道伸縮縫之位置均位於連續梁之邊跨處，而影響軌道應力之主要因素

則為橋梁型式及其各跨徑配置。分析顯示橋軌互制行為主要受橋梁上構與

下構之相對勁度控制，而除簡支梁之固定端外，結構伸縮縫處因缺乏束制，

將增加軌道與結構間相對變位，並引致更大軸力，而使軌道應力大於規範

之容許。此時，則應檢討結構配置、結構斷面及基礎配置，再對模型重新

進行分析。若無法以調整結構之方式克服，則考慮設置軌道伸縮縫。

3. 列車載重在與地震力結合後，系統之反應有放大現象，且列車作用

力方向將直接影響軌道受壓或受拉，因此適切地選擇列車位置影響結果甚

鉅。

4. 對於都會區大眾捷運系統，一般柱高在 20m 以內之軌道橋梁，其軌

道縱向力得以每股道 10KN/m 模擬，其安全係數在 2 以上；若是結構型態

為 EUROCODE 所述(5)(C)型連續性簡支之結構時則更為保守。

八八八八、、、、結語結語結語結語

台灣首條鐵路開通至今，雖有百年歷史，然而對於軌道結構互制行

為，除台北捷運於規劃階段曾由總顧問進行過相關研究外，主要發生於高

鐵規劃設計後。自台鐵善化、花蓮及南港溪橋接連發生意外，更讓人體認

此一課題之迫切與嚴重性。近年來不論是歐陸、美國或日本均投入大量人

力物力進行相關研究，在台灣即將進入三鐵時代，實應提高軌道研究規格，

以提昇本土軌道技術。

九九九九、、、、參考文獻參考文獻參考文獻參考文獻

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December 1998.

(7) Daniel Fitzwilliam,"Track structure interaction for the Taiwan high speed rail

project.",IABSE 2003.

(8) Vijay K. Garg, Rao V. Dukkipati.,"Dynamics of Railway Vehicle Systems",

Academic Press, Orlando, Florida, 1984.

(9) "省力化軌道研發計畫期末報告",中華民國軌道學會,2003 年 12 月。

(10)鉄道總合技術研究所,"鉄道構造物等設計標準•同解說",丸善株式会

社,1999 年十月。

(11)楊漢生,林再淡,耿則中,張正欣,"長焊鋼軌之設計、施工與養護",中華技術

第 59 期, 2003 年 7 月.

(12)鄭國雄,"台北捷運軌道技術",台北捷運十周年工程技術研討會,1997。

捷運內湖線牽引供電模擬分析

摘摘摘摘 要要要要

台北都會區捷運內湖線全長 14.8 公里，設有十二座車站及捷運內湖機

廠，為木柵線的延伸，採中運量無人駕駛系統，完工後電聯車須能往返木

柵與內湖，因此於細部設計時須考量相關之系統及營運需求，以納入土建

及水電、環控等之設計。而為規劃全線主變電站(BSS)及牽引動力變電站

(PPSS)之設置位置，需先進行直流供電模擬分析，本文將概略介紹模擬分

析所使用之 MARCADET 軟體，說明進行直流供電模擬分析之假設條件、

各種模式、相關輸入資料及輸出結果，同時經分析研判並提出重要結論與

建議。

一一一一、、、、前前前前 言言言言

本司捷運部承辦台北都會區大眾捷運系統木柵延伸(內湖)線 DB145 設

計標，於民國九十年六月一日開始進行該設計標之服務工作，並於民國九

十一年七月十五日完成相關細部設計；而內湖線高架段土建及全線機電工

程由工信工程公司於民國九十二年四月二十三日得標，並於同年七月十三

日全面動工，工程總經費約新台幣六百六十八億三千萬元。內湖線係由捷

運中山國中站沿復興北路向北進入松山機場內，轉向東南沿圍牆進入地

下，至機場航廈前設松山機場站，再轉向北穿越松山機場、基隆河後設大

直站，並經北安路 458 巷 41 弄於自強隧道東南側北安路轉為高架。DB145

設計標高架路段部份有 10.8 公里，設有 B2~B11 共十座車站及一座主變電

站，其路線沿北安路、內湖路、文德路、成功路、康寧路，跨越基隆河進

入南港經貿園區，至南港路研究院路口北側止(詳附圖一附圖一附圖一附圖一)，且將有地下通

道與捷運南港線東延段的經貿南站連通。全線預計民國九十七年六月完工

通車。

由於內湖線包括列車在內的機電系統將由加拿大龐巴迪公司承製，依

照合約，木柵線的行車控制及號誌系統將一併升級，因此也將更換為龐巴

迪製造的系統。據預估，到民國一百一十年，內湖線與木柵線的日運量將

達到三十一萬一千人次，其中二十萬人次來自內湖。

在進行細設之初，各車站建築須進行機房初步配置，其中一大困擾就

是哪些車站要配置動力變電站(Propulsion Power Substation, PPSS)不得而

知，動力變電站係用以提供 750V 直流牽引電力經側面導軌至電聯車，其標

捷運部機電組組長 高捷計管專案副理 于新源于新源于新源于新源

準房間尺寸為 10.0M(L) x 9.0M(W) x 4.0M(H)，故有無設置 PPSS 對該站機房

區空間配置影響甚巨，勢必需及早確定。而該設計標有關系統之界面除考

量既有木柵線之設計及施工經驗外，另聘請 SYSTRA 系統特別顧問提供相

關系統介面需求，並針對該標之設計進行校核與確認，以確保所有設計能

與木柵線 VAL 車輛、系統設備及營運、維修等需求相容。筆者於是配合系

統特別顧問，蒐集相關輸入資料，協助其執行 MARCADET 軟體，繼而得

到具體的結論與成果，終使內湖線高架段土建之設計工作順利完成。

圖一圖一圖一圖一

二二二二、、、、分析架構分析架構分析架構分析架構

本研究分析之目的在於驗證內湖線列車牽引供電所需電力設備之位

置、數量與技術特性。當然這些分析都歸功於 MARCADET 軟體。

((((一一一一))))供電架構供電架構供電架構供電架構

供電系統為捷運系統路網動力之來源，舉凡電聯車、通訊、號誌、電

梯、電扶梯、自動收費、照明、空調等，均以其為動力，來維持系統的正

常運作。由於事關大眾安全，因此系統設備均設計為雙迴路(經常與備用迴

路)。若任一迴路失效，均可立即切換引接備用電源，以確保電聯車及旅客

暢通無阻。

1. 1. 1. 1. 受電方式受電方式受電方式受電方式

由台電公司引進不同迴路之專用 161kV 3 相 3 線式電力至主變電站，

並將其降壓為 22kV 3 相 3 線式電力後，分配至各動力變電站(PPSS)及車站

設備變電站(FPSS)。

2. 2. 2. 2. 主要供電設備主要供電設備主要供電設備主要供電設備

主變電站(Bulk Sub-Station, BSS)：由台電引接 161kV 特高壓電源，降壓

為 22kV 電力提供予動力變電站、車站設備變電站(含機廠)。161kV 饋線(GIS)

及變壓器均有兩套，以提高供電品質。

動力變電站(Propulsion Sub-Station, PPSS)：將 22kV 電源降壓整流為

750V DC，並經由導電軌提供給電聯車使用，沿線約 1.5 至 2 公里設置一座。

車站設備變電站(Facility Power Sub-Station, FPSS)：將 22kV 電源降壓整

流為 380/220V 3 相 4 線低壓電源供一般車站、機廠設備使用。

間隙斷電站(Gap Breaker Sub-Station, GBSS)：當線上某區域故障時，需

隔離相鄰之電力區段，以建立區域營運(Partial Service, PS)模式。

接地間隙斷電站(Ground Gap Breaker Sub-Station, GGSS)：提供維修時導

電軌接地，以保障維修人員之安全。

除上述主要電氣室，尚包括電力電纜、電力遙控及監視系統、接地及

避雷設施等。

((((二二二二))))營運條件營運條件營運條件營運條件

本分析所持之營運條件包括下列三種。

1111. . . . 四車四車四車四車 120120120120 秒秒秒秒

四節 VAL 256 車廂(2- Married Pairs)以班距 120 秒行駛於木柵線及其延

伸之內湖線。

2. 2. 2. 2. 四車四車四車四車 72727272 秒秒秒秒

四節 VAL 256 車廂(2- Married Pairs)以班距 72 秒行駛於木柵線及其延伸

之內湖線。

3. 3. 3. 3. 六車六車六車六車 120120120120 秒秒秒秒

六節 VAL 256 車廂(3- Married Pairs)以班距 120 秒行駛於木柵線及其延

伸之內湖線。

((((三三三三))))假設條件假設條件假設條件假設條件

內湖線車輛、系統設備及營運、維修需求係依木柵線 VAL 系統或與其

相容者。（所謂相容之定義至少需能使車輛由木柵線至內湖線，及由內湖

線至木柵線營運）。高架橋樑、車站之土建設計係以六車為考量。而與供

電、通訊、號誌等核心系統之介面係依四車(2-married pairs)，班距（Headway）

72 秒為基準。

在執行 MARCADET 軟體前須蒐集有關路線營運、電聯車及牽引供電

之資料作為假設參數以供輸入，VAL 列車運轉特性曲線詳附錄一附錄一附錄一附錄一，其餘各

整理如表表表表 1111、、、、表表表表 2222、、、、表表表表 3333。

表表表表 1 1 1 1 路線營運數據路線營運數據路線營運數據路線營運數據

指定項目指定項目指定項目指定項目 資料數據資料數據資料數據資料數據 附附附附 註註註註

南端終點站 BR13 KP 10499

北端終點站 B11 KP 35643

車站數目

木柵線共 12 車站

內湖線共 12 車站

列車數目 19 至 35 列 正線

班距 尖峰 120 秒，未來可能

72 秒

營運型式 緊湊

到站停留時間 30 秒

終點站停留時間 70 秒

最高營運速度 70 km/h

限速條件 曲率半徑＜400m

表表表表 3 3 3 3 牽引供電牽引供電牽引供電牽引供電

指定項目指定項目指定項目指定項目 資料數據資料數據資料數據資料數據 附附附附 註註註註

PPSS

第一階段 8 個 PPSS(含 BR

2)， 第二階段 10 個 PPSS，

2 對電聯車。若 3 對電聯車

則為 11 個 PPSS

PPSS of 2400 kW

無載電壓 810 V

過載能力 1.5 In x 2hrs = 4800 A

3 In x 1min = 9600 A

In=Nominal

Current = 3200 A

導體線性電阻 正電軌： 4735 mm2

負電軌： 4735 mm2 負饋線電纜： 500 mm2

R = 0.0000359Ω/m

R = 0.0000359Ω/m

R = 0.0000340Ω/m

正電軌等電位連接 實體上每 100 m 連接一處，

但在軟體上考量每 150 m 連

接一處

負電軌等電位連接 實體上每 100 m 連接一處，

但在軟體上考量每 150 m 連

接一處

註：GBSS 並未包含於本模擬分析中，但包括等電位之連接，因其對於配電是極為

重要的。

表表表表 2 電聯車電聯車電聯車電聯車

指定項目指定項目指定項目指定項目 資料數據資料數據資料數據資料數據 附附附附 註註註註

列車組成 2 或 3 對電聯車 〈4 或 6 車〉

列車長度

2 對電聯車 55.1 m

3 對電聯車 82.7 m

車重

2 對電聯車 106.3 噸

3 對電聯車 159.5 噸

載重條件：

AW4 = 6 人/m2

等值旋轉慣性載重

2 對電聯車 12.8 噸

3 對電聯車 19.2 噸

標稱電壓 750 V dc

可接受電壓 450– 900 V dc

最高速度 80 km/h

電力再生 有

服務加速度 1.3 m/s2

服務減速度 1.33 m/s2

計畫減速度 1.33 m/s2

急衝度限制 1.0 m/s3

列車參數 (A,B,C)

A = 0.111750

B = 0.0006296

C = 0.00004197

單位 m/s² (2 對電

聯車)

輔助電力

2 對電聯車 160 kVA

3 對電聯車 240 kVA

註：若以載重條件 AW4 = 7 人/m2 計算，四車含乘客之載重為 109.78 噸而非 106.3 噸，

然而僅 3%之差別並不會對電力模擬之結果造成衝擊。事實上電力之裕度應至少高

三三三三、、、、分析方法分析方法分析方法分析方法

MARCADET 軟體係基於兩種不同的模式。其第一目標為掌握各車輛

動態運轉下之暫態特性﹝例如路線上之位置、牽引動力狀態及速度等﹞。

再者，其第二目標為決定牽引供電線路上之電壓及電流值。

在本研究中將執行正常模式之模擬即所有 PPSS 正常供電，及中壓(MV)

最嚴重狀況下之模擬，亦即全線四個 PPSS 中就有一個 PPSS 故障，時間在

2 小時內。另外亦將模擬兩個 PPSS 中有一個 PPSS 故障之情況(模擬高壓

22kV 饋線故障，此時 PPSS 須改連接至其他高壓 22kV 饋線)。導電軌上之

電壓必須維持在 500V 以上才能使電聯車正常運轉，且牽引電力無法提供超

出 IEC 146 所規定之超載(1.5 倍額定電流 2 小時及 3 倍額定電流 1 分鐘)。

因此，任一 PPSS 之最大電流超過 3 倍額定電流時，該 PPSS 之瞬時電

流將被顯示及分析以確保其持續時間不超過 1 分鐘。

為了模擬最差之狀況(此亦能決定電力設備之尺寸)，在正常模式中將

執行三項模擬，每次在軌道 1 與軌道 2 之間都有不同之延遲(無延遲、營運

間隔三分之一及營運間隔三分之二)。當然故障模式須以最差狀況來模擬。

主要之模擬結果將透過列表顯示，如此亦有利於分析。由於本研究係

分為兩部份模擬分析(舊有之木柵線及其延伸之內湖線)，特別要注意的是

在此兩部份分析間鄰界區之 PPSS，其電力負載應加以考量。

因受限於篇幅，僅提供以四車 120 秒營運於內湖線之輸出資料如附錄附錄附錄附錄

二。該附錄提供了模式一之結果(營運平衡、電聯車曲線)及模式二之結果(電

力平衡、線電壓位準、在正常及故障狀態模式下 PPSS 負載，以及位於臨界

點上 PPSS 之瞬間電流)。

四四四四、、、、分析結果分析結果分析結果分析結果

茲將分析結果整理如下：

((((一一一一))))列車營運於木柵線至列車營運於木柵線至列車營運於木柵線至列車營運於木柵線至 BR2BR2BR2BR2 站站站站

班距

(s)

模擬路線

長度

(m)

乘車

時間

(s)

營運

速度

(km/h)

平均

間隔

(m)

列車

總電力負載

(kWh)

列車

數量

120 (2 twin) 11956 1407 30.6 1020 396.5 25

120 (3 twin) 11956 1403 30.7 1023 580.3 25

72 (2 twin) 11956 1407 30.6 612 394.7 41

((((二二二二))))列車營運由列車營運由列車營運由列車營運由 BR5BR5BR5BR5 站至內湖線站至內湖線站至內湖線站至內湖線

班距

(s)

模擬路線

長度

(m)

乘車

時間

(s)

營運

速度

(km/h)

平均

間隔

(m)

列車

總電力負載

(kWh)

列車

數量

120 (2 twin) 17795 1925 33.28 1109 574 16

120 (3 twin) 17795 1927 33.25 1108 833 16

72 (2 twin) 17795 1925 33.28 665 574 30

((((三三三三))))木柵線牽引電力配電木柵線牽引電力配電木柵線牽引電力配電木柵線牽引電力配電

1. 1. 1. 1. 正常模式正常模式正常模式正常模式

在此模式下所考量最嚴重的情況僅是列車延遲、誤點。過分延誤情況

將不被接受。

各營運模式各營運模式各營運模式各營運模式

2 twin 120 s 2 twin 72 s 3 twin 120 s

PPSS 供應總電力 7.33 MW 12.1 MW 10.9 MW

平均電壓 765 V 745 V 749 V

最低電壓 659 V 556 V 602 V

均方根電流(max.) 2497 A 3867 A3867 A3867 A3867 A 3708 A3708 A3708 A3708 A

最大電流 (max.) 5116 A 8854 A 7325 A

關聯 PPSS 4444 4444 4444

2. 2. 2. 2. 故障模式故障模式故障模式故障模式 ---- 4 4 4 4 車車車車 120120120120 秒秒秒秒

就目前所知考量高壓饋線電纜之故障模式係依據 IEC 146 之規定，亦

即 3 個 PPSS 中有 1 個 PPSS 故障之情況，符合前述規範。

故故故故 障障障障 (1 PPSS out/2) (1 PPSS out/2) (1 PPSS out/2) (1 PPSS out/2)

PPSS 1, 3, 5 & 7 PPSS 2, 4, 6 & 8

最低電壓 486 V 474 V

均方根電流(max.) 4254 A 3907 A

最大電流 (max.) 8716 A 8075 A

關聯 PPSS PPSS 4 PPSS 5/3

3. 3. 3. 3. 故障模式故障模式故障模式故障模式 ---- 4 4 4 4 車車車車 72727272 秒秒秒秒

故障故障故障故障(1 PPSS out/4)

PPSS 4 & 8 PPSS 3 & 7 PPSS 2 & 6 PPSS 1 & 5

最低電壓 252 V 467 V 379 V 343 V

均方根電流(max.) 5230 A 4976 A 4957 A 5361 A

最大電流 (max.) 10017 A 11447 A 9807 A 11706 A

關聯 PPSS 5/3 2 5/3 2

4.4.4.4.故障模式故障模式故障模式故障模式 ---- 6 6 6 6 車車車車 120120120120 秒秒秒秒

故障故障故障故障(1 PPSS out/4)

PPSS 2 &6 PPSS 3 & 7 PPSS 4 &8 PPSS 5

最低電壓 468 V 410 V 300 V 355 V

均方根電流(max.) 4146 A 4704 A 4806 A 4978 A

最大電流 (max.) 8966 A 9199 A 9313 A 8976

關聯 PPSS 5 4 5/3 4

((((四四四四))))內湖線牽引電力配電內湖線牽引電力配電內湖線牽引電力配電內湖線牽引電力配電

1. 1. 1. 1. 正常模式正常模式正常模式正常模式

在此模式下所考量最嚴重的情況僅是列車延遲、誤點。

各營運模式各營運模式各營運模式各營運模式

2 twin 120 s 2 twin 72 s 3 twin 120 s

PPSS 供應總電力 11.0 MW 17.8 MW 17 MW

平均電壓 766 V 755 V 760 V

最低電壓 650 V 610 V 577 V

均方根電流(max.) 2355 A 3244 A 3241 A

最大電流 (max.) 6563 A 6512 A 8597 A

關聯 PPSS 8/48/48/48/4 3/43/43/43/4 3333

2. 2. 2. 2. 故障模式故障模式故障模式故障模式 ---- 4 4 4 4 車車車車 120120120120 秒秒秒秒

就目前所知考量高壓饋線電纜之故障模式係依據 IEC 146 之規定，亦即 3 個 PPSS 中有

1 個 PPSS 故障之情況，符合前述規範。

故障故障故障故障(1 PPSS out/2)(1 PPSS out/2)(1 PPSS out/2)(1 PPSS out/2)

PPSS 1, 3, 5, 7 & 9 PPSS 2, 4, 6, 8 & 10

最低電壓 502 V 445 V445 V445 V445 V

均方根電流(max.) 4110 A 3928 A

最大電流 (max.) 10859108591085910859 11892 A11892 A11892 A11892 A

關聯 PPSS 6/4 3

3. 3. 3. 3. 故障模式故障模式故障模式故障模式 ---- 4 4 4 4 車車車車 72727272 秒秒秒秒

故障故障故障故障(1 PPSS out/4)

PPSS 2, 6 & 10 PPSS 1,5 & 9 PPSS 4, 8 &12 PPSS 3,7 &11

最低電壓 484 V 526 V 472 V 499 V

均方根電流(max.) 4623 A 3831 A 4838 A 4689 A

最大電流 (max.) 7557 A 7337 A 9383 A 9685 A

關聯 PPSS 3 6/4 3 4

4.4.4.4.故障模式故障模式故障模式故障模式 ---- 6 6 6 6 車車車車 120120120120 秒秒秒秒

故障故障故障故障(1 PPSS out/4)

PPSS 2, 6 & 10 PPSS 1,5 & 9 PPSS 4, 8 & 12 PPSS 3, 7 & 11

最低電壓 334 V 452 V 449 V 381 V

均方根電流(max.) 4689 A 4565 A 4493 A 4361 A

最大電流 (max.) 12027 A 9070 A 12606 A 11728 A

關聯 PPSS 3 6/3 3 4/2

((((五五五五))))分析結果探討分析結果探討分析結果探討分析結果探討

在本內湖線 PPSS 分析研究之前，有關木柵線之直流供電分析已執行

完成，此先期之研究顯示木柵線已安裝之供電設備能提供尖峰時間 4 車 120

秒班距之營運所需動力，甚至在高壓饋線電纜故障時(2 個 PPSS 中有 1 個無

法正常運轉)，仍足以調度供應。但這些電力設備容量在 4 車 72 秒或 6 車

120 秒模式之負載情況下就難以負荷，特別是發生在 BR7 站 PPSS 處，不論

是在正常模式或故障模式(4 個 PPSS 中有 1 個 PPSS 故障之情況)，均明顯呈

現不足現象。甚而在故障狀況下，某些電壓降將導致供電電壓低於 450V(即

使模擬時已考量所有的等電位連接)，造成電聯車無法運轉。就某些資訊顯

示，內湖機廠之 PPSS 只是作為備援，在非正常或故障狀況下用來提供牽引

電力。

另外於分析模擬結果時亦發現，以 4 車 72 秒或 6 車 120 秒模式在尖峰

時間運轉時，在 B5 站和 B7 站間至少須設置 2 座 2400kW 之 PPSS。此需求

不僅因負載容量之必須，同時也因為若不如此則於故障時將造成導電軌電

壓低於 500V。即使於 B5 站和 B7 站間設置 2 座 2400kW 之 PPSS，在 6 車

120 秒運轉模式下，若 B8 站之 PPSS 故障，則電壓降至過低之危險性仍存

在；要避免此一問題之解決辦法為在 B9 站設置 PPSS。

若松山機場站附近之 PPSS 故障，則在 4 車 72 秒運轉模式下，將同時

產生負載容量不足及電壓過低之情形，要解決此問題可在通風豎井加設一

PPSS。

五五五五、、、、結論與建議結論與建議結論與建議結論與建議

經 MARCADET 直流供電模擬分析後所得之具體結論即得到各種模式

下 PPSS 最恰當之設置位置，茲將內湖線各站設置 PPSS 之情況依三種模式

建議如下一覽表。

((((一一一一))))模式模式模式模式 1111：：：：4444 車車車車 120120120120 秒秒秒秒

編編編編 號號號號

里程里程里程里程

(KP)

車站車站車站車站 型式型式型式型式

電力負載電力負載電力負載電力負載

(kW)

PPSS 1 10 986 BR 2 Sectioning 2400

PPSS 2 12 455 BR 1 Direct 2400

PPSS 3 15 020 B 1 Direct 2400

PPSS 4 16 396 B 2 Sectioning 2400

PPSS 5 18 459 B 4 Direct 2400

PPSS 6 20 627 B 6 Direct 2400

PPSS 7 23 111 B 8 Sectioning 2400

PPSS 8 25 000 B 10 Direct 2400

PPSS 9 26 243 Neihu Depot Direct 2400

((((二二二二))))模式模式模式模式 2a2a2a2a：：：：4444 車車車車 72727272 秒秒秒秒

編編編編 號號號號

里里里里 程程程程

(KP)

車車車車 站站站站 型型型型 式式式式

電力負載電力負載電力負載電力負載

(kW)

PPSS 1 10 986 BR 2 Sectioning 2400

PPSS 2 12 455 BR 1 Direct 2400

PPSS 2bis 13 833 Ventilation Shaft Direct 2400

PPSS 3 15 020 B 1 Direct 2400

PPSS 4 16 396 B 2 Sectioning 2400

PPSS 5 18 459 B 4 Sectioning 2400

PPSS 6 19 436 B 5 Sectioning 2400

PPSS 7 20 627 B 6 Direct 2400

PPSS 8 21 462 B 7 Direct 2400

PPSS 9 23 111 B 8 Sectioning 2400

PPSS 10 25 000 B 10 Direct 2400

PPSS 11 26 243 Neihu Depot Direct 2400

木柵線全線僅有 6 處 PPSS，因其 NORMAL CASE 為 2-married pairs ，

72 秒，但 FAILURE CASE（DOWN GRADE）時為 105 秒；而內湖延伸線供

電模擬之假設條件 NORMAL CASE 和 FAILURE CASE（DOWN GRADE）

均維持為 2-married pairs ，72 秒，標準較高，故依模擬報告之結論，BR1、

通風豎井、B1、B2、B4、B5、B6、B7、B8、B10 及內湖機廠須設置 PPSS

如下表所示，其中”Sectioning”代表須設分區供電控制，為π-TYPE PPSS，

而”Direct” 代表不須設分區供電控制，為 T-Type PPSS。

PPSS 可分為π-TYPE 及 T-TYPE，B2、B4、B5 及 B8 車站為π-TYPE

其餘為 T-TYPE，其差別在π-TYPE 多設二組斷路開關，有分區斷電類似

GBSS 之功能，π-TYPE 較 T-TYPE 空間需求稍大。

原依系統顧問初步建議於 B4 及 B5 站間袋式儲車軌下方設一 GBSS，

然於後續細設進行中發現由 GBSS 通往隔離軌之系統電纜極多，且受阻於

橫渡線之中央導軌，必須在高架橋結構體中採預埋或開口方式處理，較不

利於結構設計。經與系統顧問進一步評估檢討後取消高架橋下之 GBSS，而

於 B4 及 B5 車站之 PPSS 內各併入一 GBSS，如此上述之系統電纜大為減少，

不僅降低工程費用，且有利於日後維修保養。由於系統顧問之適時建議，

且經檢核 B4 及 B5 車站之 PPSS 空間尚足夠，故於細設階段已配合納入。

((((三三三三))))模式模式模式模式 2b2b2b2b：：：：6666 車車車車 120120120120 秒秒秒秒

編編編編 號號號號

里里里里程程程程

(KP)

車車車車 站站站站 型型型型 式式式式

電力負載電力負載電力負載電力負載

(kW)

PPSS 1 10 986 BR 2 Sectioning 2400

PPSS 2 12 455 BR 1 Direct 2400

PPSS 3 15 020 B 1 Direct 2400

PPSS 4 16 396 B 2 Sectioning 2400

PPSS 5 18 459 B 4 Direct 2400

PPSS 6 19 436 B 5 Direct 2400

PPSS 7 20 627 B 6 Direct 2400

PPSS 8 21 462 B 7 Direct 2400

PPSS 9 23 111 B 8 Sectioning 2400

PPSS 10 ? 23 980 B 9 Direct 2400

PPSS 11 25 000 B 10 Direct 2400

PPSS 12 26 243 Neihu Depot Direct 2400

六六六六、、、、參考文獻參考文獻參考文獻參考文獻

(1) 中華顧問工程司，「台北都會區大眾捷運系統木柵延伸(內湖)線 DB145

設計標-設計報告書」，民國九十一年。

(2) Pierre DAVOUST, SYSTRA, “ MUCHA LINE EXTENSION TAIPEI

METRO MARCADET SIMULATIONS “, 06 Nov. 2001.

(3) 木柵線 CC305 標 A 部分工程合約技術條款

(4) 木柵線中運量捷運系統維修手冊

ch62_4R2[1] 附錄 2-1 13/12/2009

附錄附錄附錄附錄二二二二

2. Appendix 2 : 2 twin pair operating on the extension (120s)

2.1 Operation balance sheet *************************************************** **************************** * * * B I L A N E X P L O I T A T I O N * * * ************************************************** ***************************** * * * STATIONS TERMINUS - VOIE 1 : BR5 - B11 * * - VOIE 2 : B11 - BR5 * * LONGUEUR DE LIGNE SIMULEE VOIE 1 + VOIE 2 : 35590.00 METRES * * DONT - ENTRE AXES DE TERMINUS : 35590.00 METRES * * - TRAJETS EN TERMINUS : .00 METRES * * NOMBRE DE STATIONS DESSERVIES V1 + V2 : 31 * * INTERSTATION MOYENNE : 1186.33 METRES * * TEMPS DE PARCOURS V1 + V2 HORS TERMINUS : 3849.60 SEC. * * TEMPS DE SEJOUR EN TERMINUS : 100.10 SEC. * * VITESSE COMMERCIALE : 9.25 M/S * * : 33.28 KM/H * * DUREE TOTALE DES PHASES TRACTION TPT : 1421.00 SEC. * * " " " FREINAGE TPF : 667.30 SEC. * * " " " SUR L'ERRE TPE : 921.30 SEC. * * INTERVALLE MOYEN ENTRE TRAINS EN SECONDES : 120.00 * * INTERVALLE MOYEN ENTRE TRAINS EN METRES : 1109.41 * * INTERVALLE MAXIMAL ENTRE TRAINS EN METRES : 1742.95 * * INTERVALLE MINIMAL ENTRE TRAINS EN METRES : 342.30 * * * ************************************************** *****************************

2.2 Power balance of 1 train ************************************************** ***************************** * * * B I L A N E N E R G E T I Q U E A U N I V E A U D" U N T R A I N * * * ************************************************** ***************************** * * * * * TENSION MOYENNE EN LIGNE UL : 750.00 VOLTS * * ENERGIE CONSOMMEE EN TRACTION ETT : 595.89 KWH * * ENERGIE CONSOMMEE PAR LES AUXILIAIRES EXT : 175.54 KWH * * ENERGIE ABSORBEE PAR LE TRAIN EAT : 771.43 KWH * * ENERGIE REGENERABLE AU FREINAGE ERT : -197.81 KWH * * ENERGIE GLOBALE DU TRAIN EGT : 573.62 KWH * * TAUX DE REGENERATION TOG : 33.2 % * * CONSOMMATION SPECIFIQUE GLOBALE : 16.12 KWH/TR-KM * * : 151.59 WH/TON-KM * * CONSOMMATION SPECIFIQUE EN TRACTION : 16.74 KWH/TR-KM * * : 157.48 WH/TON-KM * * * *-----------------------------------------------------------------------------* * I I * * PUISSANCE I MOYENNE I EFFICACE * * I I * *--------------------------------------I---------- ---------I------------------* * GLOBALE D UN TRAIN I 522.8 KW I 1145.9 KW * * D UN TRAIN EN TRACTION I 1509.6 KW I 1560.4 KW * * D UN TRAIN EN REGENERATION I -1067.1 KW I 1322.1 KW * * *************************************************** ****************************

ch62_4R2[1] 附錄 2-2 13/12/2009

2.3 Normal case

2.3.1 Power balance First Part of extension *************************************************** ************************************************* * RESULTATS GLOBAUX * ************************************************** ************************************************** * * * REDUCTION A 70. % A GAUCHE DU PK: 17800. ET A DROITE DU PK: 35800. * * CALCUL AVEC SOURCE DE THEVENIN AU PR 7 * PASSAGE EN PUISSANCE ( -1900.A, 2400.A) * * * * MISES EN PARALLELE PONCTUELLES (RP= 35.90 RN= 35.90) * * FEEDER NEGATIF DE 34.00 MILLIOHMS * * * * TENSIONS : PR= 786.V ON= 0.V ( .0000) , TRAIN= 850.V 900.V ( 0.) * ************************************************** ************************************************** * * * ENERGIE FOURNIE PAR LES PR : 713208. KJ 198.1 KWH 5943. KW * * * * ENERGIE ABSORBEE PAR LES TRAINS : 988968. KJ 274.7 KWH 8241. KW * * * * PERTES JOULES EN LIGNE : 52682. KJ 14.6 KWH 439. KW * * * * ENERGIE REGENEREE PAR LES TRAINS : 328443. KJ 91.2 KWH 2737. KW * * * * TAUX DE REGENERATION : 33.2 % * * * * ENERGIE REGENERABLE PAR LES TRAINS: 367110. KJ 102.0 KWH 3059. KW * * * * RECEPTIVITE DE LA LIGNE : 89.5 % * *--------------------------------------------------------------------------------------------------* * COMPORTEMENT DES TRAINS * *--------------------------------------------------------------------------------------------------* * TENSION MOYENNE DES TRAINS : 764. V PU.MOY.= 312. KW PU.EFF.= 912. KW * * TENSION MOYENNE EN TRACTION : 732. V PU.MOY.=1284. KW PU.EFF.=1304. KW * * TENSION MOYENNE EN RECUPERATION: 797. V PU.MOY.= 844. KW PU.EFF.=1076. KW * * TENSION MINIMALE : 650. V AU PK: 20086. M * * TENSION MAXIMALE : 877. V AU PK: 27472. M * *--------------------------------------------------------------------------------------------------* * COMPORTEMENT DES SOURCES * *--------------------------------------------------------------------------------------------------* * PR 1 PR 2 PR 3 PR 4 PR 5 PR 6 PR 7 * * * 16015.18752.20986.22455.25020.26396.27850. * * * 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 * * * * * PUISSANCE MOYENNE (KW) * * 248. 1011. 1141. 1128. 1082. 1121. 213. * * * * * INTENSITES MOYENNES (A) * * 319. 1337. 1514. 1503. 1433. 1493. 322. * * * * * INTENSITES EFFICACES (A) * * 420. 1791. 1989. 2073. 1884. 2048. 1198. * * * * * INTENSITES MAXIMALES (A) * * 825. 4393. 5624. 6563. 5286. 4924. 2542. * * * * ************************************************** **************************************************

ch62_4R2[1] 附錄 2-3 13/12/2009

Second part of extension *************************************************** ************************************************* * RESULTATS GLOBAUX * ************************************************** ************************************************** * * * REDUCTION A 70. % A GAUCHE DU PK: 17800. ET A DROITE DU PK: 35800. * * CALCUL AVEC SOURCE DE THEVENIN AU PR 1 * PASSAGE EN PUISSANCE ( -1900.A, 2400.A) * * * * MISES EN PARALLELE PONCTUELLES (RP= 35.90 RN= 35.90) * * FEEDER NEGATIF DE 34.00 MILLIOHMS * * * * TENSIONS : PR= 786.V ON= 0.V ( .0000) , TRAIN= 850.V 900.V ( 0.) * ************************************************** ************************************************** * * * ENERGIE FOURNIE PAR LES PR : 611814. KJ 169.9 KWH 5098. KW * * * * ENERGIE ABSORBEE PAR LES TRAINS : 837397. KJ 232.6 KWH 6978. KW * * * * PERTES JOULES EN LIGNE : 41857. KJ 11.6 KWH 349. KW * * * * ENERGIE REGENEREE PAR LES TRAINS : 267440. KJ 74.3 KWH 2229. KW * * * * TAUX DE REGENERATION : 31.9 % * * * * ENERGIE REGENERABLE PAR LES TRAINS: 335429. KJ 93.2 KWH 2795. KW * * * * RECEPTIVITE DE LA LIGNE : 79.7 % * *--------------------------------------------------------------------------------------------------* * COMPORTEMENT DES TRAINS * *--------------------------------------------------------------------------------------------------* * TENSION MOYENNE DES TRAINS : 768. V PU.MOY.= 311. KW PU.EFF.= 904. KW * * TENSION MOYENNE EN TRACTION : 739. V PU.MOY.=1294. KW PU.EFF.=1317. KW * * TENSION MOYENNE EN RECUPERATION: 812. V PU.MOY.=1005. KW PU.EFF.=1188. KW * * TENSION MINIMALE : 669. V AU PK: 29707. M * * TENSION MAXIMALE : 899. V AU PK: 35666. M * *--------------------------------------------------------------------------------------------------* * COMPORTEMENT DES SOURCES * *--------------------------------------------------------------------------------------------------* * PR 1 PR 2 PR 3 PR 4 PR 5 PR 6 * * * 27850.28459.30627.33111.35000.36243. * * * 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 * * * * * PUISSANCE MOYENNE (KW) * * -227. 1324. 1500. 1310. 860. 331. * * * * * INTENSITES MOYENNES (A) * * -339. 1759. 1996. 1752. 1135. 428. * * * * * INTENSITES EFFICACES (A) * * 1180. 2159. 2355. 2314. 1598. 634. * * * * * INTENSITES MAXIMALES (A) * * 2169. 4296. 4833. 5400. 4329. 1667. * * * * ************************************************** **************************************************

ch62_4R2[1] 附錄 2-4 13/12/2009

2.3.2 PPSS load First part of extension

ch62_4R2[1] 附錄 2-5 13/12/2009

Second part of extension

ch62_4R2[1] 附錄 2-6 13/12/2009

2.3.3 Line voltage First part of extension

ch62_4R2[1] 附錄 2-7 13/12/2009

Second part of extension

ch62_4R2[1] 附錄 2-8 13/12/2009

2.4 Failure mode (1 PPSS / 2)

2.4.1 First case

2.4.1.1 Power balance First part of extension *************************************************** ************************************************* * RESULTATS GLOBAUX * ************************************************** ************************************************** * * * REDUCTION A 70. % A GAUCHE DU PK: 17800. ET A DROITE DU PK: 35800. * * CALCUL AVEC SOURCE DE THEVENIN AU PR 7 * PASSAGE EN PUISSANCE ( -1900.A, 2400.A) * * * * MISES EN PARALLELE PONCTUELLES (RP= 35.90 RN= 35.90) * * FEEDER NEGATIF DE 34.00 MILLIOHMS * * * * TENSIONS : PR= 786.V ON= 0.V ( .0000) , TRAIN= 850.V 900.V ( 0.) * ************************************************** ************************************************** * * * ENERGIE FOURNIE PAR LES PR : 699653. KJ 194.3 KWH 5830. KW * * * * ENERGIE ABSORBEE PAR LES TRAINS : 935797. KJ 259.9 KWH 7798. KW * * * * PERTES JOULES EN LIGNE : 97681. KJ 27.1 KWH 814. KW * * * * ENERGIE REGENEREE PAR LES TRAINS : 333825. KJ 92.7 KWH 2782. KW * * * * TAUX DE REGENERATION : 35.7 % * * * * ENERGIE REGENERABLE PAR LES TRAINS: 367110. KJ 102.0 KWH 3059. KW * * * * RECEPTIVITE DE LA LIGNE : 90.9 % * *--------------------------------------------------------------------------------------------------* * COMPORTEMENT DES TRAINS * *--------------------------------------------------------------------------------------------------* * TENSION MOYENNE DES TRAINS : 726. V PU.MOY.= 285. KW PU.EFF.= 880. KW * * TENSION MOYENNE EN TRACTION : 682. V PU.MOY.=1215. KW PU.EFF.=1235. KW * * TENSION MOYENNE EN RECUPERATION: 771. V PU.MOY.= 858. KW PU.EFF.=1093. KW * * TENSION MINIMALE : 502. V AU PK: 20347. M * * TENSION MAXIMALE : 876. V AU PK: 26378. M * *--------------------------------------------------------------------------------------------------* * COMPORTEMENT DES SOURCES * *--------------------------------------------------------------------------------------------------* * PR 1 PR 2 PR 3 PR 4 PR 5 PR 6 PR 7 * * * 16015.18752.20986.22455.25020.26396.27850. * * * ****** 12.5****** 12.5****** 12.5 12.5 * * * * * PUISSANCE MOYENNE (KW) * * 0. 1746. 0. 2115. 0. 2387. -417. * * * * * INTENSITES MOYENNES (A) * * 0. 2353. 0. 2914. 0. 3306. -601. * * * * * INTENSITES EFFICACES (A) * * 0. 2884. 0. 3742. 0. 4110. 1304. * * * * * INTENSITES MAXIMALES (A) * * 0. 7161. 0.10859. 0. 9192. 1620. * * * * ************************************************** **************************************************

ch62_4R2[1] 附錄 2-9 13/12/2009

Second part of extension *************************************************** ************************************************* * RESULTATS GLOBAUX * ************************************************** ************************************************** * * * REDUCTION A 70. % A GAUCHE DU PK: 17800. ET A DROITE DU PK: 35800. * * CALCUL AVEC SOURCE DE THEVENIN AU PR 1 * PASSAGE EN PUISSANCE ( -1900.A, 2400.A) * * * * MISES EN PARALLELE PONCTUELLES (RP= 35.90 RN= 35.90) * * FEEDER NEGATIF DE 34.00 MILLIOHMS * * * * TENSIONS : PR= 786.V ON= 0.V ( .0000) , TRAIN= 850.V 900.V ( 0.) * ************************************************** ************************************************** * * * ENERGIE FOURNIE PAR LES PR : 593319. KJ 164.8 KWH 4986. KW * * * * ENERGIE ABSORBEE PAR LES TRAINS : 780003. KJ 216.7 KWH 6555. KW * * * * PERTES JOULES EN LIGNE : 83423. KJ 23.2 KWH 701. KW * * * * ENERGIE REGENEREE PAR LES TRAINS : 270107. KJ 75.0 KWH 2270. KW * * * * TAUX DE REGENERATION : 34.6 % * * * * ENERGIE REGENERABLE PAR LES TRAINS: 326876. KJ 90.8 KWH 2747. KW * * * * RECEPTIVITE DE LA LIGNE : 82.6 % * *--------------------------------------------------------------------------------------------------* * COMPORTEMENT DES TRAINS * *--------------------------------------------------------------------------------------------------* * TENSION MOYENNE DES TRAINS : 722. V PU.MOY.= 281. KW PU.EFF.= 866. KW * * TENSION MOYENNE EN TRACTION : 679. V PU.MOY.=1211. KW PU.EFF.=1234. KW * * TENSION MOYENNE EN RECUPERATION: 780. V PU.MOY.=1039. KW PU.EFF.=1212. KW * * TENSION MINIMALE : 509. V AU PK: 33044. M * * TENSION MAXIMALE : 898. V AU PK: 35666. M * *--------------------------------------------------------------------------------------------------* * COMPORTEMENT DES SOURCES * *--------------------------------------------------------------------------------------------------* * PR 1 PR 2 PR 3 PR 4 PR 5 PR 6 * * * 27850.28459.30627.33111.35000.36243. * * * 12.5****** 12.5****** 12.5 12.5 * * * * * PUISSANCE MOYENNE (KW) * * 403. 0. 2619. 0. 1476. 488. * * * * * INTENSITES MOYENNES (A) * * 582. 0. 3590. 0. 1988. 634. * * * * * INTENSITES EFFICACES (A) * * 1298. 0. 4024. 0. 2638. 882. * * * * * INTENSITES MAXIMALES (A) * * 3109. 0. 7589. 0. 6786. 2288. * * * * ************************************************** **************************************************

ch62_4R2[1] 附錄 2-10 13/12/2009

2.4.1.2 PPSS load First part of extension

ch62_4R2[1] 附錄 2-11 13/12/2009

Second part of extension

ch62_4R2[1] 附錄 2-12 13/12/2009

2.4.1.3 Line voltage First part of extension

ch62_4R2[1] 附錄 2-13 13/12/2009

Second part of extension

ch62_4R2[1] 附錄 2-14 13/12/2009

2.4.2 Second case

2.4.2.1 Power balance First part of extension *************************************************** ************************************************* * RESULTATS GLOBAUX * ************************************************** ************************************************** * * * REDUCTION A 70. % A GAUCHE DU PK: 17800. ET A DROITE DU PK: 35800. * * CALCUL AVEC SOURCE DE THEVENIN AU PR 7 * PASSAGE EN PUISSANCE ( -1900.A, 2400.A) * * * * MISES EN PARALLELE PONCTUELLES (RP= 35.90 RN= 35.90) * * FEEDER NEGATIF DE 34.00 MILLIOHMS * * * * TENSIONS : PR= 786.V ON= 0.V ( .0000) , TRAIN= 850.V 900.V ( 0.) * ************************************************** ************************************************** * * * ENERGIE FOURNIE PAR LES PR : 689309. KJ 191.5 KWH 5744. KW * * * * ENERGIE ABSORBEE PAR LES TRAINS : 921981. KJ 256.1 KWH 7683. KW * * * * PERTES JOULES EN LIGNE : 104199. KJ 28.9 KWH 868. KW * * * * ENERGIE REGENEREE PAR LES TRAINS : 336871. KJ 93.6 KWH 2807. KW * * * * TAUX DE REGENERATION : 36.5 % * * * * ENERGIE REGENERABLE PAR LES TRAINS: 367110. KJ 102.0 KWH 3059. KW * * * * RECEPTIVITE DE LA LIGNE : 91.8 % * *--------------------------------------------------------------------------------------------------* * COMPORTEMENT DES TRAINS * *--------------------------------------------------------------------------------------------------* * TENSION MOYENNE DES TRAINS : 719. V PU.MOY.= 277. KW PU.EFF.= 874. KW * * TENSION MOYENNE EN TRACTION : 670. V PU.MOY.=1197. KW PU.EFF.=1218. KW * * TENSION MOYENNE EN RECUPERATION: 766. V PU.MOY.= 866. KW PU.EFF.=1101. KW * * TENSION MINIMALE : 445. V AU PK: 22257. M * * TENSION MAXIMALE : 876. V AU PK: 19984. M * *--------------------------------------------------------------------------------------------------* * COMPORTEMENT DES SOURCES * *--------------------------------------------------------------------------------------------------* * PR 1 PR 2 PR 3 PR 4 PR 5 PR 6 PR 7 * * * 16015.18752.20986.22455.25020.26396.27850. * * * 12.5****** 12.5****** 12.5****** 12.5 * * * * * PUISSANCE MOYENNE (KW) * * 780. 0. 2290. 0. 2122. 0. 552. * * * * * INTENSITES MOYENNES (A) * * 1021. 0. 3159. 0. 2908. 0. 866. * * * * * INTENSITES EFFICACES (A) * * 1326. 0. 3928. 0. 3625. 0. 1944. * * * * * INTENSITES MAXIMALES (A) * * 3026. 0.11892. 0. 8594. 0. 4615. * * * * ************************************************** **************************************************

ch62_4R2[1] 附錄 2-15 13/12/2009

Second part of extension *************************************************** ************************************************* * RESULTATS GLOBAUX * ************************************************** ************************************************** * * * REDUCTION A 70. % A GAUCHE DU PK: 17800. ET A DROITE DU PK: 35800. * * CALCUL AVEC SOURCE DE THEVENIN AU PR 1 * PASSAGE EN PUISSANCE ( -1900.A, 2400.A) * * * * MISES EN PARALLELE PONCTUELLES (RP= 35.90 RN= 35.90) * * FEEDER NEGATIF DE 34.00 MILLIOHMS * * * * TENSIONS : PR= 786.V ON= 0.V ( .0000) , TRAIN= 850.V 900.V ( 0.) * ************************************************** ************************************************** * * * ENERGIE FOURNIE PAR LES PR : 597299. KJ 165.9 KWH 4977. KW * * * * ENERGIE ABSORBEE PAR LES TRAINS : 782389. KJ 217.3 KWH 6520. KW * * * * PERTES JOULES EN LIGNE : 90929. KJ 25.3 KWH 758. KW * * * * ENERGIE REGENEREE PAR LES TRAINS : 276018. KJ 76.7 KWH 2300. KW * * * * TAUX DE REGENERATION : 35.3 % * * * * ENERGIE REGENERABLE PAR LES TRAINS: 335429. KJ 93.2 KWH 2795. KW * * * * RECEPTIVITE DE LA LIGNE : 82.3 % * *--------------------------------------------------------------------------------------------------* * COMPORTEMENT DES TRAINS * *--------------------------------------------------------------------------------------------------* * TENSION MOYENNE DES TRAINS : 724. V PU.MOY.= 276. KW PU.EFF.= 865. KW * * TENSION MOYENNE EN TRACTION : 682. V PU.MOY.=1209. KW PU.EFF.=1231. KW * * TENSION MOYENNE EN RECUPERATION: 783. V PU.MOY.=1038. KW PU.EFF.=1212. KW * * TENSION MINIMALE : 525. V AU PK: 30898. M * * TENSION MAXIMALE : 899. V AU PK: 35666. M * *--------------------------------------------------------------------------------------------------* * COMPORTEMENT DES SOURCES * *--------------------------------------------------------------------------------------------------* * PR 1 PR 2 PR 3 PR 4 PR 5 PR 6 * * * 27850.28459.30627.33111.35000.36243. * * * 12.5 12.5****** 12.5****** 12.5 * * * * * PUISSANCE MOYENNE (KW) * * -578. 2483. 0. 2191. 0. 881. * * * * * INTENSITES MOYENNES (A) * * -897. 3394. 0. 3014. 0. 1163. * * * * * INTENSITES EFFICACES (A) * * 1915. 3837. 0. 3773. 0. 1635. * * * * * INTENSITES MAXIMALES (A) * * 3261. 7360. 0. 8441. 0. 4329. * * * * ************************************************** **************************************************

ch62_4R2[1] 附錄 2-16 13/12/2009

2.4.2.2 PPSS load First part of extension

ch62_4R2[1] 附錄 2-17 13/12/2009

Second part of extension

ch62_4R2[1] 附錄 2-18 13/12/2009

2.4.2.3 Line voltage First part of extension

ch62_4R2[1] 附錄 2-19 13/12/2009

Second part of extension

捷運地下車站月台門洩漏量分析

摘摘摘摘 要要要要

高雄捷運系統為我國近年來重大的公共建設之一，雖然捷運地下站體

之設計於世界各國已經有百年以上的經驗，然在我國卻仍然處於起步的階

段，因此有關捷運地下站體之結構、機電、空調、自動控制及緊急避難逃

生系統之設計及技術研發，仍然有賴全體工程師之努力，以期提升我國之

競爭力及人民生活水準。

為顧及乘客於月台候車時之安全及避免能源之浪費，因此，現今捷運

地下車站候車月台之設計皆設有月台門，以阻絕閒雜人等進入軌道區而發

生危險，並可將軌道區較高溫度之廢氣隔絕於外，並藉由軌道排氣井排出，

以降低車站所需設置空調設備之容量。

然而，當列車進站時，月台門需開啟一段時間以便乘客上下列車，此

時列車本身之空調散熱系統，又將造成站體額外的負載，因此，對於月台

門開啟時站體流失的冷能必須加以估算，以便決定空調系統之設計。筆者

於參加高雄捷運系統 CO1 標之設計時，發現目前國內各大工程顧問公司對

於月台門洩漏量之估算，並無一標準流程及工具，且沒有關於此一方面之

文獻及資料，所估算之數值往往過大或是缺乏理論基礎而遭致業主質疑。

有鑑於此，筆者乃收集並參考國內外之設計手冊及文獻，整理成一系列系

統性的計算過程及方法，並以計算流體力學(CFD)三維模擬軟體建立完整的

地下車站模型，模擬列車進站時之情形，由電腦計算之結果與數學解析之

結果作比對，以了解數學模型之誤差。

展望未來「台北捷運系統淡水、新店及板橋各線增設月台門對現有排

煙及空調之影響評估」案，台北捷運公司為提高旅客在月台層之安全性，

避免蓄意或意外掉落軌道情事發生，計畫於營運中之各線車站設置月台

門，並就 34 座現有地下車站，重新辦理現有排煙系統之電腦煙流模擬及空

調通風系統之環境模擬（SES）等影響評估與系統改善設計作業，概估所

需投入人力約 250 人月。種種跡象顯示，將來捷運地下車站月台層之設計，

附設月台門已然是不可或缺的趨勢，因此，利用電腦快速的計算能力，對

月台門洩漏量作更精確的計算，儼然成為未來設計捷運地下車站估算空調

負載時必要的工具，三維電腦模擬技術的開發將更形重要，且影響更為深

遠。

機械部

工程師 孫禹銘孫禹銘孫禹銘孫禹銘

一一一一、、、、前前前前 言言言言 政府近年來為提升國際競爭力，積極推動各項現代化的都市建設，其

中都市捷運系統，更是整體建設成果的指標。而捷運系統中空調系統的設

計，則是其中一項不可或缺的環節。

對於熱負載的計算，一直是環控工程師主要的課題；而對於各項熱負

載的解析及實驗，也一直是環控工程師努力的目標。本報告針對高雄捷運

地下車站 O1 站，於裝設月台屏門系統下分析環境狀況，分別以數學分析

以及三維計算流體力學模擬程式 FDS V3.1 進行月台門洩漏量模擬分析，以

輔助計算站體公共區因列車停靠，月台門開啟，冷風洩漏之額外冷卻負載。

本文先以數學解析方式對地下捷運車站月台門洩漏量作一完整分析

及計算，再以計算流體力學(CFD) 計算之結果與數學解析之結果作比對，

以了解數學模型之誤差。

二二二二、、、、數學解析數學解析數學解析數學解析 ((((一一一一))))概述概述概述概述

本計算為考量在列車尖峰營運期間，列車進站後月台門開啟，O1 車站

冷風洩漏到軌道區，及同時間外氣藉由地面通道洩漏到車站內兩者的交換

風量。計算依據請參考：

SUBWAY ENVIRONMENTAL DESIGN HANDBOOK-VOLUME

I-PRINCIPLES AND APPLICATIONS-2nd Edition【1】。

((((二二二二))))數學模型數學模型數學模型數學模型 1. 1. 1. 1. 基本假設基本假設基本假設基本假設

(1) 為取得較可靠的交換風量，故計算上以尖峰時間正常模式考量。

依據基本設計資料“環控工程橘線 SES 模擬分析報告”【2】顯示，該時段

列車發車間距最短為 120 秒。所以定義計算週期時間為 120 秒。

(2) 列車未進站時月台門應完全關閉，此段時間為 95 秒。

(3) 列車進站時月台門應完全開啟，此段時間為 25 秒。

(4) 月台門完全關閉時之縫隙，計算上忽略不計。所以此時月台區與

軌道區並無冷風交換。

(5) 月台門完全開啟時，隧道區為一均勻壓力。

2. 2. 2. 2. 問題描述問題描述問題描述問題描述

依據九十一年八月「高雄都會區捷運系統紅橘線路網建設案橘線 CO1

區段標統包工程-環控工程基本設計圖」【3】，O1 車站由 TEF 排氣所造成

之空氣流動系統如下所述：

當 TEF 運轉，UPE、OTE 從軌道區經排氣井排氣時，外氣由車站穿堂

層出入口進入，經樓梯、月台層及月台門進入軌道區；同時亦有部分外氣

從釋壓通風井及車站前後端連接其他車站之潛盾隧道進入，如圖一圖一圖一圖一所示。

其中 Q1 包含 O1 車站進/排風之淨流入量。

圖一圖一圖一圖一 O1 O1 O1 O1 車站軌道區排風系統簡圖車站軌道區排風系統簡圖車站軌道區排風系統簡圖車站軌道區排風系統簡圖((((前視圖前視圖前視圖前視圖))))

Q3 為 O1 排風井 TEF 設計之額定排風量之 1/4(單側軌道一半之排風

量，如圖二圖二圖二圖二所示)，由於軌道兩側之計算條件完全相似，因此可以線性化處

理，也就是先單獨處理再相加求總和。

(1) Q3=20CMS。

(2) 釋壓井面積 5×5.2 約 26m2，長度約 65m，90 度肘接管 6 個。

(3) 排風井面積約 18m2，長度約 52m。

(4) 與下一站連接之潛盾隧道面積約 21.08 m2，長度約 1000m。

(5) O1 車站總排風量 EA=38.28CMS，外氣總進風量 FA=39.8CMS，

O1 車站進/排風之淨流入量=1.52CMS。

(6) 月台與軌道區介面月台門開口共 24 扇，每扇開口面積約 0.825 m2，

控制體積內之開口面積共 12×0.825 約 10 m2。

(7) 連接穿堂與月台之樓梯(或電扶梯)共八座，單座樓梯開口面積 2×8

約 16 m2。

(8) 穿堂層對外之出入口共兩處，每處開口面積為 3×6 約 18 m2，穿堂

層對外之出入口面積共 2×18 約 36 m2。

圖二圖二圖二圖二 O1 O1 O1 O1 車站軌道區排風系統簡圖車站軌道區排風系統簡圖車站軌道區排風系統簡圖車站軌道區排風系統簡圖((((俯視圖俯視圖俯視圖俯視圖))))

3. 3. 3. 3. 問題分析問題分析問題分析問題分析

依前項問題描述，以單側軌道中心線區分 1/2 空間為控制體積，控制

體積內為流體力學之均勻狀態，須滿足質量平衡、動量平衡及能量平衡。

控制體積與外界連通之開口為：

(1) 與下一站連接之潛盾隧道

(2) 釋壓井

(3) 排風井

(4) 月台門開口

(5) 中心線另側軌道區空間

邊界條件為：

(1) 與下一站連接之潛盾隧道為均勻風速進入，風量 Q4

(2) 釋壓井為均勻風速進入，風量 Q2

(3) 排風井為均勻風速排出，風量 Q3

(4) 月台門開口均勻風速進入，風量 Q5

(5) 中心線另側軌道區空間，由鏡射原理，兩邊假設條件完全相同，

故無進出風量，風量為 0。

4. 4. 4. 4. 數學模式建立數學模式建立數學模式建立數學模式建立

依參考文獻【1】第三章，地下捷運站氣體流入控制體積之各類通道

須計算其管路類比電阻，如下所示：

(1) 直井

0PCT CD

LfCC ∆++=

------------------------(1)

上式中

CT，為管路流動阻力特性質

CC，為驟擴/驟縮損失特性質

f‧L/D，為黏滯損失特性質

CΔP0，為接頭(含肘管、T 接頭等)損失特性質

各類管系損失特性 C 值，如附錄附錄附錄附錄 AAAA 之表一之表一之表一之表一所示。

(2) 夾層

穿堂及月台皆視為夾層，由樓梯(或電扶梯)所連接夾層之損失特性

值，如下所示：

2

2

=

∑i

i

KmK

C

A

AZ

---------------------------(2)

上式中

ZMk，為夾層間第 K 座樓梯阻力特性質

AK，為從夾層流入第 K 座樓梯之開口面積

Ai，為從夾層流出之第 i 個出口

Ci，將夾層流出口視為孔口，Ci 為孔口之損失特性值

(3) 站體

經由潛盾洞道相連之其他站體，須視為一整體損失。

(4) 車站出入口

經由車站出入口進入之損失，視為一孔口損失，外界面積視為無窮

大。如附錄附錄附錄附錄 AAAA 之表一之表一之表一之表一，SQUARE EDGE ORINFICE IN DUCT。

A0/A=0，C0=2.5

(5) 月台門

當月台門完全開啟時，月台與隧道之洩漏率計算，參考 John Hklote &

James A Milk,“DESIGN OF SMOKE MANAGEMENT SYSTEMS”【4】

單一側月台門開始時的冷風交換量，根據參考資料【4】的公式：

NPAKQ f1PD ×∆××= ...........................................(3)

其中

Kf=0.84

N=12 月台門數量(單側，控制體積內)

QPD1=一側月台門完全開啟時，月台與軌道之洩漏率

整理上式可得

2)(

1

NAKR

f ××=

....................................................(4)

由以上敘述可知，當 TEF 啟動後，外氣進入站體的通路共有三條，第

一條由穿堂進入，經樓梯、月台、月台門，進入控制體積；第二條由釋壓

井進入；第三條由其他站體之潛盾隧道進入控制體積，然後由排風井離開。

其中第一條通路包含穿堂、樓梯及月台之夾層損失；第二條包含管

長、彎頭及驟擴損失；第三條包含站體、管長及驟擴損失。

如上所述可得系統類比電路，如圖三圖三圖三圖三所示：

圖三圖三圖三圖三 O1 O1 O1 O1 車站軌道區排風系統車站軌道區排風系統車站軌道區排風系統車站軌道區排風系統等效類比電路等效類比電路等效類比電路等效類比電路

5. 5. 5. 5. 問題簡化問題簡化問題簡化問題簡化

為有效求出問題之解析解，必須對問題做進一步分析，以便合理地簡

化問題。

(1) 連接兩各站體之潛盾隧道，一般由於列車在其中行走，故必須考

慮由活塞效應所引起，在兩個站體之間的壓差。本案所考慮的狀況則為，

列車停靠，月台門開啟之時，此時隧道間應無列車行走；假設一般站體之

設計條件相似，且站體本身固有之流動阻抗相當大，因此兩個站體間之静

壓差很小，不足以克服兩個站體間之阻力，所以假設其間並無流動發生，

Q4=0。簡化等效電路為如圖四圖四圖四圖四所示：

(2) 本案目的為求出從月台洩漏至軌道區之流量，並不需要求出 TEF

之額定静壓升，故無須考慮排風區段之壓降，圖四圖四圖四圖四 之等效電路可再簡化如

圖五圖五圖五圖五所示：

圖四圖四圖四圖四 簡化後簡化後簡化後簡化後等效類比電路等效類比電路等效類比電路等效類比電路

圖五圖五圖五圖五 再簡化再簡化再簡化再簡化等效類比電路等效類比電路等效類比電路等效類比電路

((((三三三三))))計算過程計算過程計算過程計算過程 由圖五圖五圖五圖五寫出管路壓降方程式

令 P0-PR=ΔP

ΔP=R1･Q52 ---------------------------(5)

ΔP=R2･Q22 ---------------------------(6)

Q2+Q5=Q3=20 CMS-------------------(7)

求出各進氣管路 R 值

22A

CR

•= ρ ------------------------------(8)

上式中

R 為各進氣管路等效電阻值

ρ 為空氣密度約 1.2 kg/m3

C 為各進氣管路損失特性值

A 為各進氣管路有效斷面積

1. 1. 1. 1. 釋壓井釋壓井釋壓井釋壓井

外氣由釋壓井進入，所遭遇的總阻抗，包含入口處的驟縮損失、管長

損失、900彎頭損失、出口之驟擴損失等等之串聯；茲分別詳述如下：

(1) 入口

查附錄附錄附錄附錄 AAAA 之表一之表一之表一之表一(驟縮，abrupt contraction square edge A2/A1=0)，得 CC

＝0.34

(2) 由已知條件，釋壓井面積約 26m2，長度約 65m。

查附錄附錄附錄附錄 AAAA 之表二之表二之表二之表二(取 Average Concrete，ε=0.003ft) 、圖一圖一圖一圖一(Complete

Turbulence，ε/Dh=1.79×10-4)，

由(1)式，得 f＝0.013

f‧L/Dh=0.013‧65/5.1=0.166

(3) 由已知條件，90 度肘接管 6 個。

查附錄附錄附錄附錄 AAAA 之表三之表三之表三之表三【5】，知 90彎頭 C 值為 1.2

CΔP0=1.2×6=7.2

(4) 出口

查附錄附錄附錄附錄 AAAA 之表一之表一之表一之表一(驟擴，abrupt exit A1/A2=0)，得 CC＝1

外氣由式(1)壓井管道進之總損失特性值

CT＝0.34+0.166+7.2+1＝8.706

由(6)式

R2＝1.2‧8.706/(2‧262)＝7.727×10

-3

2. 2. 2. 2. 站體站體站體站體

外氣由站體進入，所遭遇的總阻抗，包含入口處的孔口損失、樓梯損

失、月台門損失，等等之串聯；茲分別詳述如下：

(1) 入口

由地面進入穿堂之入口，由已知條件共有兩處，每處開口面積為 3×6

約 18 m2，單一入口之 C 值，查附錄附錄附錄附錄 AAAA 之表一之表一之表一之表一(驟縮，SQUARE EDGE ORINFICE

IN DUCT A0/A=0)，得 C0=2.5，兩處入口並聯之 C 值為 2.5/4=0.625。

入口處之等效 R 值

Ri=1.2‧0.625/(2‧362)＝0.289×10

-3

(2) 樓梯損失

穿堂及月台夾層共有八座樓梯，首先計算單座樓梯之 R 值，再以並聯

電阻求等效電阻。

由已知條件，單座樓梯開口面積約 16 m2(氣流流入)，月台門每扇開口

面積約 0.825 m2，控制體積內之月台門開口(氣流流出)共 12 扇。由(2)式

AK＝16 m2，Ai＝0.825 m

2，Ci 參考【1】，P3-68，Fig.3.47，Ci＝5

將上述各項參數代入(2)式，得 Z=13

樓梯共八座，並聯等效 C 值為 13/82＝0.203，

等效電阻 RS＝(1.2×0.203)/[2(0.825×12) 2]＝1.24×10

-3

(3) 月台門損失

由已知條件，月台門開口面積約 0.825 m2，控制體積內之月台門開口

共 12 扇，代入(4)式，得

RP=1/(0.84×0.825×12)2=14.46×10

-3

R1= Ri +RS+ RP =15.989×10-3

將 R1、R2 代入(5) 、(6) 、(7)式解聯立方程式，求出 Q5

Q5＝8.2 CMS

月台門單側洩漏量 Q1 等於 2 倍 Q5 的洩漏量，等於 16.4 CMS。

三三三三、、、、CFDCFDCFDCFD 分析分析分析分析 ((((一一一一))))模型建立模型建立模型建立模型建立

上述數學分析，由於問題的複雜性，故僅只考慮已有經驗公式的各分

枝段之損失，忽略軌道區內列車停靠阻流現象，OTE、UPE 等排氣口其相

對位置的問題，以及控制體積內流場實際上並非均勻的假設。尤其本案之

控制體積相當大，因此控制體積內流場的實際情形所影響的誤差，將更為

顯著。所以有必要再利用 CFD 做進一步的分析，以便得到最接近的答案。

本模擬主要數據係參考自九十一年八月「高雄都會區大眾捷運系統紅

橘線路網建設案橘線 CO1 區段標統包工程-環控工程細部設計圖」【6】，

含原有車站穿堂層、月台層及出入口之網格，參考現有之車站斷面及電聯

車尺寸，如圖六圖六圖六圖六、圖七圖七圖七圖七所示，增加明挖覆蓋車站之軌道區、軌道側之失火

電聯車、車站單側前後端之潛盾隧道、及軌道上方排氣系統(OTE, Over-Track

Exhaust)、軌道下方排氣系統(UPE, Under-Platform Exhaust)及車站之隧道排氣

風機排氣井。

圖六圖六圖六圖六 O1 O1 O1 O1 車站斷面圖車站斷面圖車站斷面圖車站斷面圖

圖圖圖圖七七七七 標準標準標準標準電聯車尺寸電聯車尺寸電聯車尺寸電聯車尺寸圖圖圖圖

所有模擬均假設站體除兩端出入口及排風口外，其餘部分均為密閉、

無洩漏之情形。以三維模擬計算軟體 FDS 3.1【7】、【8】、【9】建立之

模型說明如下：

1. 車站公共區包括月台層、穿堂層共有八座樓梯，對外 A、B 兩個出

入口，於明挖覆蓋車站月台旁增加上行軌軌道區，長度為 280m，車站斷面

約為 3.9m(W) X 5.6m(H)，如圖八圖八圖八圖八所示。

圖圖圖圖八八八八 O1車站模型斷面圖車站模型斷面圖車站模型斷面圖車站模型斷面圖

2. 軌道區停有一部電聯車，長度為 130m，如圖九圖九圖九圖九所示。電聯車之外

殼除考慮旅客乘座之空間，並將車輛底板下方之轉向架、車輪等部分，以

固體網格代表。OTE、UPE 風管之配置，如圖十圖十圖十圖十所示。車輛底板與月台地

板面等高，其車廂內部斷面尺寸約為 2.8(W) X 2.0m(H)，電聯車內部之剖面

圖，如圖十一圖十一圖十一圖十一所示。

電聯車旅客乘座之空間為流體，電聯車外殼為最小單位厚度（20cm）之固

體網格所圍成。失火列車於模擬時間為 0 時，速度為 0 停於車站月台層軌

道側。

3. 車站月台門一側共有 24 扇，如圖十二圖十二圖十二圖十二所示，每扇之尺寸為

2mX1.8m，厚度設定為最小單位厚度（20cm）固體網格，位置與電聯車之

車門相互對齊。於整個模擬過程中，月台門均維持開啟狀態。

圖圖圖圖九九九九 O1 車站模型電聯車圖車站模型電聯車圖車站模型電聯車圖車站模型電聯車圖

軌道區

穿堂層

月台層

軌道區下行端

加長段

電聯車

軌道區上行端

加長段

圖圖圖圖十十十十 O1 車站車站車站車站 OTE、、、、UPE 風管配置風管配置風管配置風管配置((((仰視仰視仰視仰視))))圖圖圖圖

圖圖圖圖十一十一十一十一 O1 O1 O1 O1 車站電聯車內部之剖面圖車站電聯車內部之剖面圖車站電聯車內部之剖面圖車站電聯車內部之剖面圖

UPE 底盤 車輪

OTE 車門 車窗 聯結器

圖圖圖圖十二十二十二十二 O1 車站月台門側視圖車站月台門側視圖車站月台門側視圖車站月台門側視圖

((((二二二二))))網格設定網格設定網格設定網格設定 地下車站軌道層計算區域，模擬依據之建築配置平面為現有之細部設

計車站建築平面圖【6】，除穿堂層及月台層之模型外，另外附加尺寸為

6.4 公尺(高) ×4 公尺(寬) ×280 公尺(總長度以兩端釋壓井為範圍)之軌道區。

網格配置，取垂直方向之長度比例小於 H/24 為計算精度，全部計算區

域共分五個網域，其中由於軌道區太長，因此分為火源所在之中間區段，

上行區段，及下行區段。整體網格配置如表表表表 1111 所示：

表表表表 1 1 1 1 O1O1O1O1 車站軌道區網格配置表車站軌道區網格配置表車站軌道區網格配置表車站軌道區網格配置表

區段座標 網域

編號 名稱

X

m

Y

m

Z

m

網格大小

m3

1 軌道區中間段 -90~90 -7~-3 -1.2~5.2 0.2

2 軌道區上行區

段 -140~-80 -7~-3 -1.2~5.2 0.4

3 軌道區下行區

段 80~140 -7~-3 -1.2~5.2 0.4

4 月台層 -79~65 -4~4 0.5~5.5 0.5

5 穿堂層 -94~68 -7.5~7.5 4.5~8.5 0.5

本模型之網格數為 788,160，模擬時間 0-30 秒之流場變化。

月台門 天花板 樓梯

((((三三三三))))風機運轉設定風機運轉設定風機運轉設定風機運轉設定 1. TEF1. TEF1. TEF1. TEF

於正常模式下，皆維持常態運轉，軌道側排氣風機(TEF)之風量為

20m3/s/台，每一車站有 4 台 TEF，總排氣量為 80m

3/s 單側 TEF 之排氣量為

40m3/s，分別由 OTE 及 UPE 排出。排風口之排氣時間由燃燒開始時間為 0

至模擬結束時間為 30 秒止。

2222. OTE. OTE. OTE. OTE、、、、UPEUPEUPEUPE 設置設置設置設置

UPE 位於月台下方，依基本設計圖共有 75 處排氣口。配合模型中電

聯車之網格尺寸，排氣口網格尺寸定為 1.0mX0.25m，於正常模式時 UPE 之

風量每一側軌道為 24m3/s，UPE 之設置如圖十三圖十三圖十三圖十三所示。

OTE 共有 24 處排氣口，位於電聯車上方，配合電聯車之尺寸，排氣

口網格尺寸定為 0.6mX0.6m。依細部設計圖 OTE 風管尺寸為 1.5mX0.6m，

風量於正常模式時，每一側軌道為 16m3/s，亦即上下行端各 8m

3/s 風量。於

所建立之模型中軌道上方有一 OTE 風管，其面積為 0.9m2，長度為 144m。

OTE 排風口位於風管下方，如圖十四圖十四圖十四圖十四所示。

圖圖圖圖十三十三十三十三 O1 O1 O1 O1 車站軌道區車站軌道區車站軌道區車站軌道區 UPEUPEUPEUPE 設置圖設置圖設置圖設置圖

圖圖圖圖十四十四十四十四 O1車站軌道區車站軌道區車站軌道區車站軌道區 OTE設置圖設置圖設置圖設置圖

UPE，共 75 個

OTE 排風管 OTE，共 24 個

SEF 排煙風管

((((四四四四))))熱傳邊界條件熱傳邊界條件熱傳邊界條件熱傳邊界條件 除計算程式內建熱傳邊界條件外，另增加車體結構、內部設置(如座

椅)、車窗及月台門等不同物體，分別為薄金屬、單層玻璃及玻璃纖維設定

熱傳導係數。除薄金屬依 FDS V3.1 內建資料庫設定外，其餘如表表表表 2222 所示：

表表表表 2 2 2 2 單層玻璃及玻璃纖維熱傳導性質表單層玻璃及玻璃纖維熱傳導性質表單層玻璃及玻璃纖維熱傳導性質表單層玻璃及玻璃纖維熱傳導性質表

ALPHA k Thickness 名稱

M2/s W/m･K m

單層玻璃 7.5E-6 14.0 0.2

玻璃纖維 8.6E-8 0.036 0.025

其中 ALPHA 為熱擴散係數 k 為熱傳導係數 Thickness 為單位厚度

((((五五五五))))起始條件起始條件起始條件起始條件 本模擬起始溫度設定條件為：

穿堂層：30

月台層：28

軌道區：40

車廂 ：26

外氣 ：32

如圖十五圖十五圖十五圖十五所示。

圖圖圖圖十五十五十五十五 軌道區煙控模擬溫度起始設定軌道區煙控模擬溫度起始設定軌道區煙控模擬溫度起始設定軌道區煙控模擬溫度起始設定

軌道區，40

穿堂層，30

月台層，28

車廂，

26

依細部設計設定站體穿堂層及月台層公共區之送、回風系統，送風口

尺寸為 0.6M x 0.6M(如圖十六圖十六圖十六圖十六所示)，於穿堂層送風量 0.17 m3/s 有 34 個，送

風量 0.165 m3/s 有 35 個(共 69 個，如圖十八圖十八圖十八圖十八所示)；於月台層送風量 0.166 m

3/s

共有 52 個。(如圖十七圖十七圖十七圖十七所示)

回風口尺寸亦為 0.6M x 0.6M，於穿堂層排風量 0.61 m3/s 共有 16 個；

於月台層排風量為 0.458 m3/s 亦有 16 個。

在穿堂層兩處出口由於與外界相連接，因此設為壓力邊界，其壓力值

為大氣壓力，溫度值為室外溫度，風量大小由程式自行計算。

軌道區之明挖覆蓋車站含潛盾隧道總長，依細部設計設定為 280M

長，端末設定為通戶外之外氣條件(忽略釋壓管道之壓損)。

圖圖圖圖十六十六十六十六 月台門月台門月台門月台門 thermal couplethermal couplethermal couplethermal couple 設定設定設定設定（（（（剖面圖剖面圖剖面圖剖面圖））））

月台門

穿堂層回

風口

Thermal

couple

UPE

月台層回

風口

圖圖圖圖十七十七十七十七 HVAC HVAC HVAC HVAC 月台層送風口位置圖月台層送風口位置圖月台層送風口位置圖月台層送風口位置圖（（（（仰視圖仰視圖仰視圖仰視圖））））

圖圖圖圖十八十八十八十八 HVAC HVAC HVAC HVAC 穿堂層送風口位置圖穿堂層送風口位置圖穿堂層送風口位置圖穿堂層送風口位置圖（（（（仰視圖仰視圖仰視圖仰視圖））））

((((六六六六))))量測設定量測設定量測設定量測設定 依基本設計，列車進站時月台門應完全開啟，此段時間為 25 秒，因

此總計算時間設定為 30 秒(28 秒以上即可)，月台門完全關閉時之縫隙，計

算上忽略不計，所以此時月台區與軌道區並無冷風交換。於各月台門設定

thermal couple，使程式自動積分以求各月台門之質量流率，最後換算成冷

風洩漏量，如圖十九圖十九圖十九圖十九所示。

軌道區邊界

穿堂層邊界 月台層送風口，共

52 個

月台層邊界

穿堂層送風口，

共 69 個

O1車站月台門冷風洩漏量

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

TIME

Q CMS

圖圖圖圖十九十九十九十九 月台層冷風洩漏量月台層冷風洩漏量月台層冷風洩漏量月台層冷風洩漏量

四四四四、、、、結果與討論結果與討論結果與討論結果與討論 ((((一一一一))))洩漏量分析洩漏量分析洩漏量分析洩漏量分析

月台層冷風洩漏量計算結果，如圖十九圖十九圖十九圖十九所示：

計算結果為，30 秒內通過 24 個月台門之瞬間流率。月台門開啟前，

由於溫度梯度驅動，透過門縫的質量流率，可能從軌道流向月台；另外於

月台門開啟瞬間，可能造成計算結果突然增大。

因此從月台洩漏至軌道區的冷風洩漏量，去掉月台門開啟前 3 秒鐘以

及月台門突然開啟的瞬間反應，取其他穩定狀態下計算結果的平均值，單

側月台層之冷風洩漏率約為 22.8CMS。

((((二二二二))))CFD 分析比對分析比對分析比對分析比對 由月台門洩漏量數學分析之結果與 CFD 計算結果作誤差分析比對，其

結果如下：

281008.22

4.168.22 =×−％

由以上的比對結果可知，數學解析計算結果與 CFD 計算結果之誤差

值，在百分之 28 以內。

((((三三三三))))結結結結 論論論論 由以上的分析可得下列幾點結論：

1. 以 CFD 電腦模擬計算結果，單側月台層之冷風洩漏率約為

22.8CMS；以數學解析模式計算結果，單側月台層之冷風洩漏率約為

16.4CMS。

2. 從月台層洩漏至軌道區的冷風，並非均勻地從月台門流出，而係大

部分集中於下半部；此一現象之驅動力有二，即為滯留軌道區上部的熱空

氣所造成之溫度梯度，以及位於月台下方之 UPE 所造成之壓力梯度所造成。

3. 滯留於軌道區車體上部之熱空氣不易被帶走，較有效之方式為利用

OTE 於上部抽離，不過可能會造成月台層洩漏量加大。

4. 欲使用解析方式，估算月台層洩漏量時，應考慮車體於軌道區所產

生的效應，才不至於設計上產生較大的偏差。

參考文獻參考文獻參考文獻參考文獻 (1) Subway Environmental Design Handbook, 1976, U.S. Dept. of Transportation.。

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(10) 高雄都會區大眾捷運系統紅橘線路網建設案土建及車站工程設計規

範(0)版－高雄捷運局。

區域性排水防洪預警系統應用探討

摘摘摘摘 要要要要

在防災體系中水患之防治，與降雨頻率、區內排水系統設計標準、聯

外水路容量及區外防洪標準等因素有關，在諸多不確定因素下，水患發生

必然有其風險性存在，故本文之目標在規劃建構一套運作模式，透過對區

內雨量及排水系統水位即時監測資訊，利用電腦圖形及水文數據資料進行

分析及預測，提供相關資訊供管理單位作為決策之參考，使得區內排水在

設計標準內能經常保持正常運作，對於超頻率之降雨亦能隨時掌控排水狀

況，適時發布警訊提醒區內廠商，採取適宜之緊急應變措施，使廠商損失

降至最低。文中以台南科學工業園區為例，介紹園區排水防洪標準、排水

設施及監測預警系統，並應用類神經網路模式架構之水位預報模式，經由

2002 年 7 月至 2003 年 7 月間為期一年之實測資料訓練及測試，有效預測

2003 年 8 月之雨量-水位變化，未來可經由持續建置觀測資料及訓練測試模

式，提高預測精度及預測時間，使本預警系統更具實用價值。

一一一一、、、、前前前前 言言言言

排水防洪設施是防災基礎建設之一，主要為降雨時，排除地表雨水逕

流，使得都市免於積水之患，所能排除的地表逕流量，受限於都市建設中

排水防洪建設經費，在台灣因都市不同的型態，對水患防護的標準會有不

同，一般都市雨水下水道建設的標準為排除再現期三年或五年一次降雨所

產生的逕流量，在重要工業區或科學園區亦有提升至再現期二十五年一次

降雨所產生的逕流量之例。由於防災體系中，水患防治與降雨頻率、區內

排水系統設計標準、聯外水路容量及區外防洪標準等因素有關，在諸多不

確定因素下，水患發生必然有其風險性存在，因此如能於排水防洪硬體建

設完成後，輔以防洪資訊監測及預報等軟體建設，使管理維護防救災單位

迅速掌握正確的資訊，期能將災害減至最低。

南科工業園區

管理局 局長 沈世琨沈世琨沈世琨沈世琨

水 環 部

經 理 林文松林文松林文松林文松

水 環 部

副 理 張仁德張仁德張仁德張仁德

水 環 部

正 工 程師 林茂佟林茂佟林茂佟林茂佟

水 環 部

工 程 師 胡湘帆胡湘帆胡湘帆胡湘帆

對於都市或工業區雨水下水道之研究，以往多注重調查、模擬與檢

討，在水理模擬方面已獲致相當好的成果，也廣泛應用於台北市及許多新

開發地區的模擬檢討，然而在預測方面之研究較少有深入之探討，主要因

雨水下水道系統集流時間太短，水理模式計算時間較長，無法及時發出警

告訊號，故實用價值不大。若能配合適當之雨量計、水位計等即時監測系

統，再輔以運算時間快速，能以有限之即時監測資料反映實際狀況之預測

模式，應可在豪大雨來臨時進行預測，提早發出警報，擬定緊急應變措施，

俾能對園區廠商提供更進一步保障。本文目的在建構一套區域性排水防洪

預警監測系統，並以實際應用例為說明，以供相關防災預警系統參考。

二二二二、、、、台南科學工業園區排水系統台南科學工業園區排水系統台南科學工業園區排水系統台南科學工業園區排水系統

台南園區之台南基地第一期工程面積 638 公頃(二期擴建區 400 公

頃)，現有排水系統分別屬於大洲排水及鹽水溪排水兩大系統。大洲排水路

以東約 126 公頃屬鹽水溪支流大洲排水路排水區，大洲排水幹線長度 9.5

公里，流域面積 3,413 公頃，園區開發位於該流域中、下游位置較低處；

大洲排水路以西約 490 公頃屬鹽水溪排水路及其支流安順寮排水路上游排

水區，鹽水溪排水路幹線長度 19 公里，流域面積 11,445 公頃，安順寮排水

路為鹽水溪排水支流，長度約 10 公里，流域面積 2,090 公頃。台南園區鄰

近排水系統分佈及相互關係如圖一圖一圖一圖一所示。

園區內排水設計保護基準幹線採 25 年一次之洪峰流量，支線及路邊

收集系統採 10 年一次之洪峰流量，滯洪池設計容量採 50 年一次之一日暴

雨入流量，扣除滯洪池出口流量(採開發前 10 年一次之洪峰流量）。廠房

樓地板高程採用 100 年一次之一日暴雨量產生之水位，並建議依廠房之重

要性酌加 30~50 公分。區外排水則採 10 年一次之洪峰流量。園區內計畫設

置四座滯洪池 A、B、C、D，總用地面積約 45 公頃，總調洪量約 104 萬立

方公尺，，除可蓄留園區內因開發行為增加之洪水，以避免造成下游危害

外，並藉由滯洪池 D 之容量及永久抽水站(每秒抽排 20 立方公尺洪水)，可

提供鄰近北三舍地區約 188 公頃集水面積之排水防洪功能，台南園區一期

排水系統如圖二圖二圖二圖二所示。

三三三三、、、、降雨及排水系統即時監測預報系統降雨及排水系統即時監測預報系統降雨及排水系統即時監測預報系統降雨及排水系統即時監測預報系統

((((一一一一))))降雨及排水系統監測規劃降雨及排水系統監測規劃降雨及排水系統監測規劃降雨及排水系統監測規劃

降雨形成之地面水藉由涵渠收集後流向低處積聚，如豪雨集中促使地

面承受水量累增，當排水渠路渲洩不及、堵塞或下游滯遲倒流等，將導致

地面水流漫淹形成災害。因此，為防範災害衍生，乃配合園區排水系統分

佈設立排水系統監測及防洪預警中心。藉由現場涵渠水路檢測以進行平時

及暴雨期間區內各排水系統水位監測及分析作業，配合水位觀測系統，提

供區內各排水路及集水區水位監測及預報系統所需之資料，並經由園區權

責(管理維護與防災)單位統一指揮管理進行預報及防災應變工作，俾降低

區內豪雨時期洪災發生與淹水損失。

計畫之區域排水系統監測及防洪預警監測系統，包括依園區各集水區

排水路與滯洪池排放系統水位監測(34 處)、區內降雨量監測(2 處)、大洲排

水路水位及防洪閘門遠隔操作(6 處)，構件為園區排水及防洪預警監控系

統，並以污水處理廠暫訂為中央監控管理中心，未來將移設於防洪抽水站，

利用及配合現場檢測資訊傳輸、監控中心數據收集、顯示及記錄並提供預

警分析等。主要架構如下：

(1)現場檢測點/操作點：雨量量測站、水位量測站、閘門操作。

(2)信號傳輸：量測資料、操作指令、訊號傳輸品質及保護等通訊網路

介面及設備。

(3)監控及預報中心：傳輸訊號接收、指示及記錄、資料彙整及分析、

預報作業。

佈置於現場水位檢測站其檢測水位數據採連續式，配合水位預報模式

分析需要，每六分鐘傳輸一筆資料。

現場水位量測數據經由傳訊介面裝置，可自動傳訊至監控中心系統主

機，進行即時顯示與記錄，當降雨產生水位達到預設警戒值時，可經由監

控中心預設警報裝置產生警示並顯示於監控板上，且立即傳訊至園區權責

(管理維護與防災)單位以統一指揮，就近直接進行排水涵渠疏通或提供防

災應變處置。

((((二二二二))))水位預報系統水位預報系統水位預報系統水位預報系統

1. 水位預報模式研選

園區之雨水下水道屬於小型集水區，小集水區的預測模式有別於大集

水區，一般傳統預測模式之水文模式或水理模式，需花甚多時間進行相關

參數調整，若集水區的地形水文等物理特性改變，模式的重新設定將甚繁

複且專業，因此小集水區之預測模式，除了預測本身之運算速度需快速外，

對於集水區地形水文特性之變化亦須能隨時掌握，故模式須具有學習能

力，配合即時監測資料做各種時段之預測。

類神經網路是一種並行的計算模式，能進行非線性運算，有很強的自

學習及自適應能力，亦是一種大規模的複雜系統，內部有大量可調參數，

有高度的靈活性；同時亦是一種高度並行處理信息的機制，具有高速運算

的能力。本研究係應用類神經網路理論中倒傳遞演算法之學習能力，建立

一個三層（輸入、隱藏、輸出）之類神經網路模式，模擬並預測雨水下水

道中非線性之水文現象。模式以雨量站、下水道系統中有限之水位站及下

游出口抽水站或調洪池等監測資料做為輸入，以預測未來時刻可能發生之

水位。

模式以實際雨水下水道系統為例，以 2002 年 7 月至 2003 年 7 月一年

之雨水下水道系統實測資料，做為類神經網路模式訓練及測試之用；模式

分別預測未來第 6 分鐘、第 12 分鐘及第 18 分鐘之水位值，並以 2003 年 8

月所發生之一場降雨記錄作為模式預測驗證之用。

2. 水位預報模式實例分析

以園區排水分區 A、B 集水區為範圍，其集水面積分別為 100.48 及

325.41 公頃。排水系統出口前設有一滯洪池，滯洪池 A 面積約 5 公頃、滯

洪池 B 面積約 15 公頃，經滯洪池調節後流入下游排水路。於滯洪池出、入

口及滯洪池本身以及上游人孔處設置水位監測站，並預測各監測站之水

位，各排水分區示意圖如圖三圖三圖三圖三所示。

應用倒傳遞類神經網路模式(Back-propagation Network)架構水位預測模

式，其輸入層有 4 個變數，隱藏層有 2 個變數，輸出層則有 3 個變數；輸

入層之變數包括有分別 6 分鐘前及目前之降雨強度變化量及人孔水位變化

量，輸出層之變數則為所預測之第 6 分鐘、第 12 分鐘及第 18 分鐘後之各

人孔水位變化量ΔH(t+1)、ΔH(t+2)及ΔH(t+3)，以目前水位加上所預測之

水位變化量即得出預測之水位值。系統模式架構如圖四圖四圖四圖四所示。

整理 2002 年 7 月至 2003 年 7 月間實測之 7 場降雨記錄及人孔水位資

料，作為預測模式之訓練及測試樣本，藉模式調整參數進行訓練及測試工

作，直到能量誤差達到一收斂值為止，其流程如圖五圖五圖五圖五所示。

為確定模式在區域中之適用性，以提高模式之信賴度，需對模式作驗

證。本研究中乃以效率係數與體積誤差為評估標準，以驗證模式之精確度。

其使用方法及結果如下：

(1)效率係數(CE)：

∑

∑−

−−=

2

2

)(

)(1

HH

HHCE

OBS

ESTOBS

(1)

式中， ESTH ：推估水位值；

OBSH ：觀測水位值；

H ：觀測水位平均值。

(2)體積誤差(VER)：

(2)

式中， ESTH：推估水位值；

OBSH：觀測水位值；

∆t ： 演算時距。

(3)水位高峰發生時間稽延(Lp) ：

預測水位高峰發生時間與實測水位高峰發生時間之間隔差距。

100%tH

t)HH(VER

OBS

ESTOBS ×∆⋅∑

∆⋅∑ ∑−=

以 2003 年 8 月實測之降雨、水位記錄作為模式預測驗證之預測驗證範

例，茲將所得到之結果說明如下：

(1)表 1 為類神經網路模式預測 6、12 及 18 分鐘後之各人孔水位所得結

果比較。參數檢定結果分別以效率係數及體積誤差等兩項校驗標準，研判

及比較所模擬之精度，模式預測之效率係數及體積誤差均以預測 6 分鐘後

之水位 H(t+1)結果為最佳、12 分鐘後之水位 H (t+2)次之、18 分鐘後之水位

H(t+3)最差；其中，以 B5 監測站預測水位之效率係數及體積誤差最小，A1

監測站預測水位之效率係數及體積誤差最大。

(2)在模式進行預測時，其趨勢大致上頗為一致，尤其是在水位歷線之

最初時段及退水時段最為平緩且相近。預測水位發生之高峰時間，與真實

資料或有些許之差距，隨著所預測之時距的增大而產生較大之時間稽延，

但各階段之平均水位高峰稽延時間均較所預測之時間間隔為短；其中，以

A3 監測站預測之水位平均水位高峰稽延時間最小，A2 監測站預測之水位

平均水位高峰稽延時間最大。

A1、A2、A3 及 B5 監測站水位實測與各階段預測變化圖如圖六圖六圖六圖六、圖七七七七、

圖八圖八圖八圖八及圖九圖九圖九圖九所示。

((((三三三三))))降雨及排水系統監測預報雛形系統降雨及排水系統監測預報雛形系統降雨及排水系統監測預報雛形系統降雨及排水系統監測預報雛形系統

排水監測預報系統架構係將降雨及排水系統監測計畫與水位預測模

式作一結合，以預告即將發生之洪水大小(流量、水位)及洪水期間，使當

地相關機構、民眾及廠商等能即時採取適當的避洪措失。本系統是配合監

測計畫所獲得的雨量及水位資料來推估各處之流量及水位等，以提供預警

避洪及運轉防洪設備，例如抽水站、滯洪池等。因此能正確且即時地提預

報洪泛區之洪水位及儘可能拉長預告發生危急洪水位之預警時間，是本系

統的目標。

1. 1. 1. 1. 資源需求資源需求資源需求資源需求

在未來推展本排水監測預報系統時，因系統開發需求及資料維護需

要，故必須結合預測模式及相關設備、遙測及遙控設施等軟硬體。在規劃

上應配合資訊系統架構，並具有開放性及整合性，以便日後能使本系統符

合資料共享的整體作業環境，且亦須考量軟硬體市場現況及發展應用趨

勢。故本系統模式採用類神經網路模式(ANN)配合硬體監測資料的輸入，

並以程式語言開發出符合使用者的操作介面。

2. 2. 2. 2. 系統功能規劃系統功能規劃系統功能規劃系統功能規劃

(1) 檔案管理

a. 本系統採用 Access 資料庫存放資料，將接收之監測水位站、雨量站

等即時傳輸資料，自動存放於已建置好的 Access 資料庫中。

b. 自動將類神經網路模式即時預報之各項水文資訊存放於水文預報

資料庫中。

(2) 資訊顯示

a. 即時顯示：

即時顯示水文資訊於圖面，使用者可以清楚地看到各分區水文監測站

之水文即時資訊。

b. 圖示點選：

於圖面上點選監測站即可顯示所選監測站之即時資訊，方便使用者查

詢資訊。

c. 分類顯示：

即時監測資訊依各集水區進行分類顯示，將同一集水區之資訊以同一

色系表示。淺藍色代表 A 區、淺綠色代表 B 區、粉紅色代表 C 區、淺黃色

代表 D 區、淺紫色代表大洲排水路、其他顏色則分別代表其他排水分區。

d. 警告訊息：

若水位監測站之水位高於涵渠之 80%時，就將該站之圖示改變為警示

圖示，並於發生後前三秒發出聲響提醒使用者注意，警示圖示則於監測水

位值低於警戒值後恢復為正常圖示。

(3) 即時預報

系統應用類神經網路進行水位預報，除顯示各水位監測站之預報資

料，亦即時計算顯示各預報值與真實值之誤差，供使用者操作時的參考依

據。

(4) 資料繪圖：

將已記錄之即時監測資訊與預報資料一併繪圖，使用者可依需要選擇

繪製不同時間長度的資料。

3. 3. 3. 3. 系統執行簡介系統執行簡介系統執行簡介系統執行簡介

「台南科學園區排水系統監測預報雛形系統」提供使用者各項即時監

測資訊及預報水位。以 2003 年 8 月之實測降雨及水位資料製作成測試檔，

模擬系統接收之即時傳輸監測資料測試系統的執行能力。現已完成之預測

系統包括有 A、B 兩個排水分區。各集水區之即時接收資訊於圖面上各監

測站旁顯示，系統執行畫面見圖十圖十圖十圖十所示：

圖十圖十圖十圖十中，「南科平面圖」下方列有目前的日期、時間，左下方列有水

位站、雨量站之代表圖示，右上方為指北針及比例尺，上方文字窗顯示所

選之站名。系統於自訂時間內自動執行接收及預報工作，系統接收到水文

資訊後，即以建置好之類神經網路模式進行水文預報工作。

於執行期間若點選 B1 監測站，系統右側視窗即顯示出該監測站之即

時資訊及預報資訊，並於右下方視窗繪製水位變化圖，如圖十一圖十一圖十一圖十一所示：

水位變化圖中，藍線表示即時傳輸資料記錄，紅色虛線表示預報未來

第 6 分鐘之記錄，紅色實線表示現在時刻預報之未來第 18 分鐘之水位資

訊。縱軸標示水位，單位為公尺，淺藍色粗線表示涵渠高程及涵渠高程；

橫軸標示時間，單位為次/6 分鐘，負號代表過去的時間，0 代表目前時間，

1、2、3 分別表示未來 6、12、18 分鐘之預報水位。使用者可依需要繪製不

同記錄時間內之資訊，圖十二圖十二圖十二圖十二為使用者繪製 120 分鐘內的水位變化圖。

四四四四、、、、結論結論結論結論

工業園區排水系統若能完善地進行維護管理工作，確保排水系統的功

能運作正常，則工業園區積水災害的發生機率和規模就可以減少至最低，

保障區內人員及財產之安全。透過「降雨及排水系統即時監測預報雛形系

統」，即時顯示及預報工業園區內的水文情況，提供管理維護單位最具參

考價值之資訊，管理維護單位可以即時預警操作，以消減工業園區內積水

災害發生之機率及其規模。

本系統應用類神經網路模式架構之水位預報模式，經由 2002 年 7 月至

2003 年 7 月間為期一年之實測資料訓練及測試，可以有效預測 2003 年 8 月

之雨量-水位變化，各水位監測站之第 6 分鐘水位預測值與實際值之誤差非

常小，平均預測水位高峰之稽延時間也可以在預測之時距內，表示此模式

於預測第 6 分鐘之水位結果佳，極具參考價值。而第 12 分鐘及第 18 分鐘

之水位預測值則隨著預測時間之增大而逐漸有誤差值變大以及平均預測水

位高峰之稽延時間變大之結果，使得其參考價值較低，為使管理單位可以

有更充分之時間從事即時預警操作工作，未來可經由持續建置觀測資料及

訓練測試模式，提高預測精度及預測時間，使本預警系統更具實用價值。

五五五五、、、、參考文獻參考文獻參考文獻參考文獻

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行動電話應用於交通資訊蒐集

之應用研究

摘摘摘摘 要要要要

根據交通部電信總局之統計，至 2003 年底台灣地區使用 GSM（Global

System for Mobile Communications）行動電話系統的用戶數為 25,090 千戶，

普及率高達世界第一位，除了個人化之通訊需求外，許多應用行動電話衍

生之商業服務亦不斷地推陳出新，其中定位服務更是逐漸受到使用者的重

視。鑑於國內行動通訊發展之有利條件，交通部遂於民國九十一年進行「利

用行動電話偵測交通資訊之可行性研究」，嘗試藉由對蜂巢式行動通訊系

統之研析，以了解利用行動電話系統進行交通資訊監控的現有技術水準，

及此項技術應用在交通系統控制與旅行者資訊管理上之潛力與可行性，並

於隔年賡續推動「行動電話定位技術應用於 ITS 資訊平台之開發與實作」

之研究計畫（以下簡稱本計畫），期望利用國內既有綿密的行動電話網路

蒐集交通相關資訊，其主要著眼點為相對於傳統車輛偵測器等偵測設施，

其建置與維護成本相對較低，若能找尋到適當之蒐集方式，其資料經由資

訊中心整理後不僅可回饋通訊業者或其他交通資訊提供者作加值服務，同

時可補充既有交通偵測設施之不足，進而提供用路人更豐富之行車資訊。

本文擬將就此研究相關內容，從技術發展、研究測試及應用服務等各方面

提出說明與探討，希能藉此研究之議題延伸後續發展，並引發更具體之業

務發展機會。

一一一一、、、、前前前前 言言言言

本計畫之主要目的係擬利用國內既有綿密的行動電話網路與高普及

率 行 動 電 話 用 戶 ， 以 實 測 作 為 ， 探 究 行 動 定 位 服 務 (Location Based

Serviced；LBS)技術應用於交通資訊收蒐實際狀況。本計畫擬採用本項 LBS

技術之主要利基點在於國內手機持有率高、技術環境趨於成熟，同時目前

亦有業者已逐步利用本項技術推出相關之商業加值服務。故短期內，相較

於其他通訊技術，LBS 技術應是比較可行有效之工具。就交通監控及資訊

管理的角度觀之，利用 LBS 此一管道所收集的交通資訊，經過適當之加值

資 訊 部

副 理 吳榮煌吳榮煌吳榮煌吳榮煌

智慧運輸部

專案工程師 鄭子玔鄭子玔鄭子玔鄭子玔

處理，應可計算出某些路段或特定區段之平均車速；其後，如果再經過進

行資料後續處理，應可進一步預測其旅行時間，且可再將此有用資訊再透

過資訊可變標誌、手機、網際網路、數位廣播等管道，提供用路人規劃旅

程或路線之依據，進而減少用路人之旅行時間。長期而言，更可調整用路

人之旅運行為，如經由最適路徑之導引，可間接減少車輛延滯造成之空氣

污染，進而提昇能源使用效率。未來，若本項實測計畫實施成效良好，在

大規模推動下，將可減輕各政府機關對於收集即時路況所需佈設各式車輛

偵測器之施政壓力與財力負擔。故本計畫之重要性，可見一斑。

二二二二、、、、國內外發展現況及探討國內外發展現況及探討國內外發展現況及探討國內外發展現況及探討

((((一一一一))))行動定位技術分類行動定位技術分類行動定位技術分類行動定位技術分類

行動電話持有者之位置通常可以透過幾種不同的定位方法獲得，這些

方 法 包 括 Cell-ID （ 微 細 胞 識 別 碼 ） 、 Enhanced Observed Time

Difference(E-OTD)、Time of Arrival（TOA）、Wireless Assisted GPS（A-GPS）

等，若以技術型態區分一般又歸納為網路端（Network Based）或系統端定

位、行動端（Mobile Based）定位與混合式定位三大類，以下將針對這些方

法作簡要說明：

1. Cell1. Cell1. Cell1. Cell----IDIDIDID

Cell-ID 之定位技術需要網路端之 BTS(Base Transceiver Station) 驗證行

動電話正與其處於溝通情況，當手機撥號時網路端將即時更新其所在之細

胞(Cell)位置，若手機處於開機但未通話情況時，系統網路僅記錄其最後通

話之位置於 HLR(Home Location Register) ，故為更新手機之最新位置，網路

端將通知手機監視其週圍之 BTS 信號，如此網路端始能獲得手機端所處之

Cell-ID 資訊。Cell ID 定位技術之準確率與細胞分佈範圍有關，依典型之

GSM 細胞分佈可以 2 公里到 20 公里，若以更小範圍之微細胞(Pico Cell)而

言，則可縮小至 150 公尺，此外若以 Cell-ID 搭配 TA(Timing Advance)或以

Cell-ID 搭配信號強度(Signal Strength；RX Measurement/Network Measurement

Results) 亦可達到提升準確率之效果。

2. E2. E2. E2. E----OTDOTDOTDOTD

Cell-ID 之技術係在不需增加網路設備或更改手機情況下，在現有 GSM

蜂巢式通訊網路架構為基礎，在網路上定出手機的位置，惟其準確率不高，

若要增加準確率可在網路上增加位置量測設備 LMU(Location Measurement

Unit)，E-OTD 定位技術是在 GSM 網路之基地台間安裝一部 LMU 設備，LMU

可以安裝在基地台或位置伺服器內，其內含精確之原子鐘作為定位時序校

對依據，當定位系統進行定位查詢時，先命令目標手機送出電波訊號，電

波訊號經附近基地台接收後轉送至最近之 LMU，LMU 依照基地台個別收

到的時間，計算出目標手機與其附近基地台之距離，然後以多點交插定位

原理計算出目標手機正確位置。

3. TOA3. TOA3. TOA3. TOA 或或或或 TDOATDOATDOATDOA

相較於 E-OTD 在 GSM 網路許多基地台間裝設 LMU，定位方法 TOA

是在 GSM 網路上所有的基地台都裝置 LMU 設備，所有的 LMU 都包含精確

的原子鐘作為定位的時序校對依據，從目標手機發出的訊號傳送到週遭三

個基地台的 LMU 後，基地台的 LMU 即能準確的計算出目標手機與基地台

間的距離，之後同樣以多點交叉定位的方法，定位出目標手機的正確位置。

4.4.4.4. AAAA----GPSGPSGPSGPS

A-GPS(Assistant Global Positioning System)定位技術是混合定位技術，即

利用行動端定位功能與網路端定位功能的結合。A-GPS 之定位方法需要在

手機內增加 GPS 接收模組，並改造手機天線，但手機本身並不對位置訊息

進行計算，而是將 GPS 的位置信號數據傳給後端網路，由網路的定位服務

器進行位置計算，同時後端網路依據 GPS 的參考網路所產生之輔助數據，

如差分校正數據、衛星運行狀態等傳遞給手機，並從網路端之手機資料庫

查出手機的近似位置傳給手機。由於此時手機可以很快擷取到 GPS 信號，

一般僅需幾秒的時間，不需像 GPS 的首次擷取時間可能要 2～3 分鐘左右，

而精度也可縮小至 10 公尺之範圍，高於一般只使用 GPS 信號之精度。

以上各種定位方法之比較大略可整理如表表表表 1111.

表表表表 1111 定位方法比較定位方法比較定位方法比較定位方法比較

定位方法 類別 支援網路 定位精度 網路端投資 行動端投資

Cell-ID 網路端 GSM/GPRS、 WCDMA、

CDMA2000

125m 以上 低 低

E-OTD 網路端 GSM/GPRS、 WCDMA、

CDMA2000

50~125m 高 低

TOA 或

TDOA

網路端 GSM/GPRS、 WCDMA、

CDMA2000

50~125m 高 低

A-GPS 行動端+網路端 GSM/GPRS、 WCDMA、

CDMA2000

5~50m 中 高

【資料來源：本文整理】

((((二二二二))))國外發展狀況國外發展狀況國外發展狀況國外發展狀況

行動定位服務之發展已經受到世人之囑目，據美國權威機構預測，2004

年行動定位服務之產值在美國將達到 40 億美元，全世界為 300 億美元；歐

洲的研究報告亦指出，2005 年行動定位服務市場將為 43.8 億歐元；按照日

本 NTT DOCOMO 無線加值業務的發展曲線，數據業務的 5%將與定位服務

相關。

關於國外行動定位服務相關發展案例，本計畫以各洲別、定位技術、

通訊系統、精確度以及資訊加值應用進行分類，將先進之定位技術加以分

類整理如表表表表 2222 所示。

表表表表 2 2 2 2 國外行動定位服務案例彙整表國外行動定位服務案例彙整表國外行動定位服務案例彙整表國外行動定位服務案例彙整表 【資料來源：本研究計畫整理】

洲別 公司別 定位技術 通訊系統 資訊加值應用 精確度

歐洲 英國劍橋大學 CGI GSM 追蹤定位 －

歐洲

英國

Cambridge Positioning Systems

(CURSOR)

EOTD、CGI-TA GSM 追蹤定位、行動資

訊服務

25~250m <50M (67%)

歐洲 英國 CellPoint Inc. E-OTD 、 TDOA 、

A-GPS 、 E-CGI 、

Cell-ID

GSM、GPRS 追蹤定位、緊急救

援、行動資訊服務 －

歐洲 德國 kaisaleh 教授 TOA、TDOA GSM 追蹤定位 －

歐洲 德國西門子 A-GPS E -OTD GSM、GPRS、

UMTS

追蹤定位、緊急救

援、行動資訊服

務、車隊管理、行

動入口網站、行動

付款

－

歐洲 德國 Modelsoft Oy

communicate Signal Level GSM

追蹤定位、緊急救

援、行動資訊服

務、車隊管理

<1KM (95%

probability level)

歐洲 瑞典易利信

（ERICSSON） A-GPS 或網路終端

(Network-based) GSM

追蹤定位、緊急救

援、行動資訊服

務、車隊管理 －

歐洲 奧地利 ONE CGI-TA （ CI- Cell Identity）

GSM 追蹤定位、行動資

訊服務、車隊管理 －

歐洲 芬蘭 Nokia E-OTD GSM

追蹤定位、即時路

側車輛救援、緊急

救援、行動資訊服

務、車隊管理、行

動路口網站、行動

付款

97-148M (67%)

美洲 美國 Enhanced 911 緊

急救援系統

利 用 最 大 概 似 法

(MLE) 估 計 提 升

TOA、TDOA、AOA定位經度

Any system

追蹤定位、緊急救

援、行動資訊服

務、車隊管理、犯

罪追蹤

－

亞洲 日本 NTT DoCoMo i-Area PHS

氣象資訊、電子地

圖、美食資訊、交

通訊息、攜帶式地

圖、住宿情報

－

((((三三三三))))國內發展案例國內發展案例國內發展案例國內發展案例

相較於美國以法令方式（E911）規範其國內行動通訊業者配合定位服

務，國內目前尚未有同樣之約束規定，惟經 921 大地震後有關於緊急情況

之通訊服務因救援安全需求而逐漸受重視，現在 GSM 系統只要透過手機直

撥「112」緊急救難專線，即可直接連線到內政部警政署的 110 報案專線或

119 急難救助中心尋求救援協助；至於在商用服務上，受限於語音通訊市

場漸趨飽和之情況，行動通訊業者無不絞盡腦汁創造其他商業機會，行動

定位服務正是其應用的項目之一，其所包涵之內容各具巧思，大體而言為

一般生活消費之應用，茲將各家業者推出之商業行動定位服務加值內容整

理如表表表表 3333。

表表表表 3 3 3 3 國內行動定位服務案例彙整表國內行動定位服務案例彙整表國內行動定位服務案例彙整表國內行動定位服務案例彙整表

行動通訊業者 服務名稱 行動定位服務 通訊技術 收費方式

中華電信 Emome 行

動加值

1) 即時路況及車位

2) 台灣電子地圖

3) 台灣走透透

4) 行動導航等

GSM/GPRS 使用 emome 行動上網服務

除上述費用外，另須支付

通信費；GSM 客戶按現行

行動上網費率計收;GPRS

客戶按現行 GPRS 費率計

收。

遠傳電信 行動嚮導 1)採用易利信行動定位系統，

2)自行研發 GSM 定位技術

(E-CGI)，提供鄰近餐廳、泡

湯、醫院、銀行等地址、電話、

推薦服務和費用等資料。

GSM/GPRS *131#簡訊服務，每筆成功

的簡訊定位服務，一次提

供一或兩筆簡訊，收費則

為每次 3 元。

台灣大哥大 828 隨身美

食家

以台灣大哥大自行開發之基

地台地理定位功能、即時結合

美食資料庫，可在任何時間、

地點搜尋所在位置最近之美

食。

GSM/GPRS 每月 20 元，簡訊每則１元

(依實際下載之每則簡訊

數量計費)。

汎亞電信 527 行動保

全

提供坐計程車時用手機輸入

並記憶車號的功能，協助找尋

失物或保障乘車安全使用。

GSM/GPRS 以撥通後之通話時間長度

計算。

大眾電信 無線關懷 利用基地台三點定位功能，誤

差僅 100 公尺左右，提供老

人、小孩行蹤安全定位服務。

PHS 30 元/月。

【資料來源：本文整理】

三三三三、、、、應用行動電話定位技術偵測交通資訊之規劃應用行動電話定位技術偵測交通資訊之規劃應用行動電話定位技術偵測交通資訊之規劃應用行動電話定位技術偵測交通資訊之規劃

((((一一一一)92)92)92)92 年期測試規劃年期測試規劃年期測試規劃年期測試規劃

本計畫原擬以四年的時間應用「行動電話定位技術」，進行交通資訊

收集與提供即時系統之開發與實作，執行時間自民國九十二年至民國九十

五年共計四年期。第一年期建置計畫為應用行動電話通訊技術於國道高速

公路，構建即時交通資訊收集與提供機制。第二年期建置計畫為應用行動

電話通訊技術於省道與重要聯絡道路、快速道路之即時交通資訊收集與提

供。第三年期建置計畫為應用行動電話通訊技術於都會區道路之即時交通

資訊收集與提供。第四年期建置計畫則進行路網系統整合、實際測試、績

效評估與永續經營模式之建立，本文僅以 92 年期之規劃內容為例說明如

下：

第一年期研究計畫將以北部區域第一及第二高速公路為範圍。在不影

響目前系統營運的情形下，與行動電話系統業者合作，應用行動電話定位

技術於上述研究路線進行即時交通資訊蒐集與提供之可行性研究，作為未

來提供用路人路徑選擇等交通資訊來源參考。

資料蒐集來源管道係利用行動電話網路，偵測行動台所在 Cell-ID 資

訊，並利用基地台於高速公路分佈狀況將 Cell-ID 資訊轉換為高速公路上位

置資訊，以提供交通資訊之蒐集；在資料提供方面，規劃相關資訊加值服

務項目，並規劃以無線通訊方式傳送交通資訊給行動中之用路人。

((((二二二二))))行動通訊業者定位技術應用方案與可行性行動通訊業者定位技術應用方案與可行性行動通訊業者定位技術應用方案與可行性行動通訊業者定位技術應用方案與可行性

本計畫(92 年期)合作廠商和信電訊針對行動定位技術之應用，於 2003

年採用 Nokia 的行動定位技術--「mPosition」作為行動定位服務的解決方案。

Nokia 所推出的「mPosition」行動定位解決方案由 Gateway Mobile Location

Center(GMLC)、Serving Mobile Location Center(SMLC)、以及其他相關的網路

產品等產品組成，其行動定位技術的運作架構，主要是透過核心設

備—GMLC 來負責系統網路與應用伺服器間的連結，一方面利用 Cell-ID 的

定位技術計算使用者所在位置，同時接收、處理來自使用者要求提供定位

服務的訊號；另一方面則透過 HTTP/S 協定與應用伺服器連結，接收來自

於網際網路或內容提供者的應用內容，再將其傳送給使用者。另一項設

備—SMLC，則負責將 Cell-ID 所得之數據轉換為經緯度後，再傳送給 GMLC

進行定位資訊的處理，如圖一圖一圖一圖一所示。

目前這套行動定位解決方案雖仍採用簡易的 Cell-ID 定位技術，定位準

確度的誤差範圍達 500-1000 公尺，不過從 Nokia 的資料來看，「mPosition」

已為營運業者保留了系統升級的空間，換句話說，此套方案的下一個版本

除了可以納入 E-OTD 與 A-GPS 定位技術外，更可適用於 2.5G 的 GPRS 網

路與 3G 的 WCDMA 網路，甚至於是未來的全 IP 網路。而其定位準確度的

誤差範圍更可縮小至 50-100 公尺。然而，截至 2003 年中為止，Nokia 仍未

宣佈將推出內建 E-OTD 軟體或 A-GPS 元件的新手機計畫，因此，短期內業

者僅能利用 Cell-ID 技術提供準確度較低的行動定位服務，俟內建定位功能

的新手機推出與 2.5G 以後的新網路佈建完成後，才能提供準確度較高與應

用項目較豐富的行動定位服務，參考表表表表 4444。

【【【【資料來源資料來源資料來源資料來源：：：：Nokia 網頁網頁網頁網頁 http://www.nokia.com/nokia/】】】】

圖一圖一圖一圖一 Nokia-「「「「mPosition」」」」的系統架構圖的系統架構圖的系統架構圖的系統架構圖

表表表表 4 4 4 4 Nokia 「「「「mPosition」」」」行動定位解決方案及相關時程計畫行動定位解決方案及相關時程計畫行動定位解決方案及相關時程計畫行動定位解決方案及相關時程計畫

定位技術 精準度 投資費用 PROTOCOL Nokia Remark

CI 500m-5Km USD0.7M - Q2,2002 -

CI+TA+RX 300m~3km USD2.0M - Q2,2002 -

TDOA 45~90m USD7.0M GSM/CDMA Q3,2003 Time Difference Of arrival

EOTD 50-150m USD7.0M GSM Q4,2003 Enhance Observed Time

Difference

A-GPS 25~80m N/A CDMA Q3,2004 Assisted GPS

【資料來源：和信電信】

CI+TA+Rx(Rx：接收功率) 行動定位方式使用細胞、區方位，基地台

中央至手機的距離，及 Rx Level 來定位手機。此行動定位方式在單一基地

台下，所有手機均可定位。在實際 GSM 網路上，單一數據的因素不能代表

行動定位的準確性，亦即行動定位精準度受下列多重因素的影響：

1. 基地台之細胞(Cell)大小

2. 基地台型號：全方位/區方位 基地台

3. 基地台至手機的距離(Time Advance, TA value)

4. 測量 TA 之精準度

5. 線性距離與非線性距離之因素（LOS／NLOS）

6. 手機能收到基地台之數量

7. 手機接收到基地台的相關地理環境

((((三三三三))))擷取定位手機資訊之方法與介面擷取定位手機資訊之方法與介面擷取定位手機資訊之方法與介面擷取定位手機資訊之方法與介面

手機擷取定位資訊的前提假設是一般大眾所使用的手機(移動台，

mobile sets)，可以經由定位應用系統，透過無線通信業者之系統取得定位資

訊，其主要方式可以歸納成三種：一是由手機端(移動台)主動發出訊息，

二 為 基 地 台 系 統 主 動 擷 取 訊 息 ， 三 為 移 動 台 運 動 路 程 經 過 兩 個

LAC(Location Area Code)時，將自動產生區域更新事件(event)，了解此三種

方式是本計畫進行實測前必須準備之前置工作重點，茲個別提出說明如下：

1. 1. 1. 1. 由手機端主動發出訊息由手機端主動發出訊息由手機端主動發出訊息由手機端主動發出訊息

此方式可以產生的主要訊息型式為通話紀錄(CDR)，惟必須由手機端

發出通話後，才能產生通話紀錄。無疑的，經由手機端主動發話所產生的

CDR為成本最低的方式，無須更動現有的系統設備，因為業者也都仰賴CDR

來收取費用，故資訊的儲存與取得顧慮較少，僅須增加一些擷取界面便可

對其再作加值應用。但此種方式取得之資料相對較不精確，除了資料量不

夠大且必須有通話才能產生紀錄外，CDR 內之定位資訊為間接資訊，而非

直接之手機位置資訊，即 CDR 內容係開始通話時接收到的基地台與通話結

束時的基地台的識別編號(Cell ID)，而非經緯度的座標，更不是手機的經緯

度座標，因此資料必須再進一步處理才能縮小手機的位置範圍。通話紀錄

擷取流程如圖二圖二圖二圖二所示。

2.2.2.2.由基地台系統主動擷取訊息由基地台系統主動擷取訊息由基地台系統主動擷取訊息由基地台系統主動擷取訊息

系統主動擷取定位資訊可以排除 CDR 的各種缺點，簡言之，無

須高速公路參數，無須系統參數，也無須手機主動發話，無線通信

系統業者的系統端，只要該手機在開機的狀態中，系統便可以主動

的取得手機的位置。然而由於以通信服務為主的無線通信系統業

者，定位服務並非其主要業務，故要提供定位服務，尚須擴增或更

新系統的設備，因為所有的轉換工作都須由系統來處理，故此一系

統主動擷取定位資訊，其成本相對較高。關於擷取界面程序步驟，

對於無線通信系統業者的系統而言，擷取定位資訊的應用系統都被

稱定位服務的客戶端(LCS， Location Service Client)， 無線通信系

統提供一套通信協定的應用程式界面 (API，Application Program

Interface)讓客戶端來連結上該系統以擷取資訊，和信採用 Nokia 系

統， Nokia 提供之應用程式界面(API，Application Program Interface)

稱為移動定位協定(MLP，Mobile Location Protocol)。此套移動定位

協定(MLP)係遵守 http 之規定，除了採用 http 規定之格式外，目前該

通信協定之內容並無開放性標準可以遵守，Nokia 亦仍處於發展中。

當客戶端(Client)向系統下達通信命令後，系統中之 GMLC 便透過內部

網路及機制向交換機要求找尋移動台之位置，而交換機便透過基地台細胞

發出廣播呼叫(Paging)，並以基地台傳回到達時間(Time Advance)及信號強度

來計算其在基地台細胞裏的相對位置，之後將所得到的定位資訊回傳給

GMLC，再送給客戶端(Client)，此一資訊流程中最主要的步驟便是呼叫

(Paging)機制。圖三圖三圖三圖三顯示整個呼叫流程，同時這也表示出此一主動擷取定位

資料的方式與電信業者間之系統整合界面，無法利用既有的通信管道，而

是要添加系統設備才能完成此一任務。所須添加的設備包括匣道移動定位

中心(GMLC)及移動定位服務中心(SMLC)，由 GMLC 及 SMLC 向交換機 MSC

發出 MLP 命令，而後交換機進行 Paging 以取的定位資訊。Nokia 的移動定

位協定，擁有多種的命令型態，並可依客戶端要求立即傳回單個或多個手

機的定位資訊(Standard Location Immediate Services)，也可以由系統端向客戶

端主動報告手機定位資訊(Standard Location Reporting Services)，也可以是自

動的回報(Triggered Location Reporting Services by event or time)，而該採取何

種方式端視定位服務應用系統的性質來決定。

讀取通話記錄

(CDR)

基地台識別編號

(Cell ID)

經緯度的座標 (x，y) 預存基地台系統參數

移動台位置範圍 預存高速公路參數

範圍中心座標

資料庫 (x， y)

定位資訊發佈

圖二圖二圖二圖二 通話記錄通話記錄通話記錄通話記錄(CDR)擷取流程擷取流程擷取流程擷取流程

圖圖圖圖三三三三 定位服務通信架構示意圖定位服務通信架構示意圖定位服務通信架構示意圖定位服務通信架構示意圖

3.3.3.3.自動產生區域更新事件自動產生區域更新事件自動產生區域更新事件自動產生區域更新事件(event)(event)(event)(event)

無線交換系統的交換機(MSC)管轄無數個蜂巢細胞基地台，在通話交

換的管理上， 蜂巢細胞會劃分成群組(Grouping)而成為一區域(LA，Location

Area)，每一個交換機轄下的蜂巢細胞基地台便階層劃分成數個區域，而形

成 MSC-LA-Cell 的階層，通常一個交換機控制約 3-4 個區域。 交換機如何

掌握移動台的確切移動形蹤? 當然，最終是透過廣播呼叫的機制(Paging)，

若有定位精度的要求，就要配合設備定位演算能力的擴增。然而在廣播呼

叫之前，每一個交換機在任何時間都會掌握所有管轄下的移動台基本動態

狀況(profile)，這是透過 HLR(Home Location Register)及 VLR(Visited Location

Register)的機制而達成。亦即移動台所在的區域位置(LAC)改變時，交換系

統會在 VLR 做更新登錄(Location Updating)，當移動台移動範圍跨越兩個交

換機時，便會在 HLR 上做更新登錄(Location Updating)。故這兩類的位置辨

識碼的更新，使得系統中的 HLR 及 VLR 隨時保留著轄下的所有移動台號

碼的最新現況。

就高速公路上的車量 CarT 而言，可以區分成三大類：(1)沒有手機及

手機沒開機者 CarNo，(2)有手機並開機者 CarMs，及(3) 開機且通話者

CarSp，其中開機且通話者 CarSp 只是 CarMs 的一部分，我們可以預知車上

手機號碼的數量 CarSim 也遠小於有手機並開機者 CarMs，因此：

CarT = CarNo + CarMs，

CarMs >> CarSp，

CarMs >> CarSim，

其中

CarT ： 高速公路總車量 ，

CarNo： 高速公路上沒有手機及手機沒開機 ，

CarMs： 高速公路上有手機並開機者，

CarSp： 高速公路上開機且通話者，

CarSim： 可預知高速公路上之手機號碼的數量 ，

故較有代表性的資料，應該來自於 CarMs，而非 CarSp 或 CarSim。

CarMs，來自於第三種方式，故通過臨接區域所產生的交換區域碼更新記錄

值得深入研究。

總結這三種方式，以交換區域碼更新紀錄（即自動產生區域更新事件

(event)）最符合本節所述前提假設，只要一般大眾使用手機(移動台)於車

上，便可以經由定位應用系統並透過無線通信業者來取得定位資訊，惟此

為技術應用之分析，本計畫執行過程仍面臨更新資料非即時、部分資料受

通訊網路系統嚴密保護而無法直接取用等實際問題。

四四四四、、、、實驗測試與分析實驗測試與分析實驗測試與分析實驗測試與分析

((((一一一一))))測試目的與測試範圍測試目的與測試範圍測試目的與測試範圍測試目的與測試範圍

本實測之主要目的係依據計畫原始需求，在不影響目前系統營運的情

況下，擬進一步了解利用現有行動電話定位技術以收集交通資訊之實際情

況及後續擴大應用的可行性。至於整體測試作業，經前述之規劃分析後，

擬訂如下工作要點：

1111. 於國道高速公路特定區域範圍，進行問題發掘、方法調整、資料分

析與範圍控制等實測工作，期能掌握具體工作進度。

2.2.2.2. 利用探測車法輔以人工紀錄以取得真值。

3. 3. 3. 3. 配合和信電信系統增添無線定位系統設施之建置時程（民國 92 年

下半年），採兩階段實測進行探討，第一階段利用手動撥打電話以取得和

信電訊所提供之 Cell-ID 資料，並比較分析行動電話之自動定位與手動撥打

之實測結果；第二階段利用系統主動擷取和信門號之 Cell-ID 資料，探討以

系統主動擷取定位資訊之實測結果。

4. 4. 4. 4. 測試時段：為避免測試時段過於接近交通尖峰時段，導致影響正常

時段之測試，本計畫選取測試日期之下午 2～6 點為測試時段。

5. 5. 5. 5. 測試路線：以國道一號高速公路段為測試路線，並選取三重到內壢

交流道為測試路線範圍，相關測試路線資料參考圖四圖四圖四圖四與表表表表 5555。

6. 6. 6. 6. 測試設備：車輛端，(1)第一階段實測以國道客運業車輛六輛作為測

試車輛，另配備工程模式手機、一般手機、備用電池等。(2)第二階段實測

搭配 GPS 設備作為對照，以裝載 GPS 車機之小汽車五輛作為測試車輛，並

配備 GPRS（General Packet Radio Service）手機及備用電池等。

表表表表 5 5 5 5 測試路段相關里程表測試路段相關里程表測試路段相關里程表測試路段相關里程表

高速公路里程表高速公路里程表高速公路里程表高速公路里程表 里程里程里程里程(公里公里公里公里)

內湖交流道 17

松江路交流道 23

重慶北路交流道 25

三重交流道 27

泰山收費站 35

林口交流道 41

桃園交流道 49

桃園機場交流道 52

中壢休息站 55

內壢交流道 57

中壢交流道 62

幼獅交流道 67

楊梅交流道 69

((((二二二二))))測試流程與方法測試流程與方法測試流程與方法測試流程與方法

1. 1. 1. 1. 第一階段測試操作步驟如第一階段測試操作步驟如第一階段測試操作步驟如第一階段測試操作步驟如圖五圖五圖五圖五所示所示所示所示，，，，計有兩種方式進行計有兩種方式進行計有兩種方式進行計有兩種方式進行，，，，分別說明分別說明分別說明分別說明

如下如下如下如下：：：：

圖圖圖圖五五五五 第一階段測試操作步驟流程圖第一階段測試操作步驟流程圖第一階段測試操作步驟流程圖第一階段測試操作步驟流程圖

(1)探測車法

a. 每隔 30 秒鐘撥打手機。

b. 記錄事項(依重要性排序)：里程標示、停等時間、是否為停等點(交

流道、收費站)、瞬時速度、時間。

c. 利用工程手機自動取得 Cell-ID 之訊號強弱數據，再經由人工記錄

以獲得高速公路沿線各路段相對應之 Cell-ID 值，相關資料可整理成高速公

路沿線基地台南北向分佈表。

(2) Cell-ID 法

利用和信電訊所偵測資料，可獲得偵測時間與對應之 Cell-ID，再配

合觀測之路段距離資料，可整理成高速公路基地台沿線南北向分佈表。

2. 2. 2. 2. 第二階段測試操作步驟如第二階段測試操作步驟如第二階段測試操作步驟如第二階段測試操作步驟如圖六圖六圖六圖六所示所示所示所示，，，，計有兩種方式進行計有兩種方式進行計有兩種方式進行計有兩種方式進行，，，，說明如下說明如下說明如下說明如下：：：：

測 試 計 畫

觀 測 之 路段 長 度

觀 測 資 料和 信 偵 測

資 料

偵 測 之 路 段 長 度（ Ce l l - I D距 離 ）

觀 測 之時 間

偵 測 之時 間

高 速 公 路 基 地 台 南北 向 分 佈 表

高 速 公 路 基 地 台 南北 向 分 佈 表

工 程 手 機

檢 定 是 否無 差 異

檢 定 是 否無 差 異

取 基 地 台 涵 蓋 範 圍中 點

圖圖圖圖六六六六 第二階段測試操作流程圖第二階段測試操作流程圖第二階段測試操作流程圖第二階段測試操作流程圖

(1) 和信擷取定位資訊

主動擷取定位資訊方式之一是以每隔 10 秒鐘擷取 5 個指定門號

(2、4、6、8、10)，每輪擷取之十個門號分別位於五輛車上，如圖七圖七圖七圖七所示。

(2) GPS 資料取得

GPS 為現行許多車隊或移動式偵測器所取得之定位資料，因此第

二階段實測每部車輛上備有 GPS 車機與手機進行測試，以 GPS 作為真值與

主動擷取之定位資訊結果進行比較，如圖八圖八圖八圖八所示。

圖圖圖圖七七七七 主動擷取定位資訊示意圖主動擷取定位資訊示意圖主動擷取定位資訊示意圖主動擷取定位資訊示意圖

圖圖圖圖八八八八 GPS 與與與與 GSM 定位方向示意圖定位方向示意圖定位方向示意圖定位方向示意圖

((((三三三三))))結果分析結果分析結果分析結果分析

1. 1. 1. 1. 工程手機模式與自動撥打模工程手機模式與自動撥打模工程手機模式與自動撥打模工程手機模式與自動撥打模式之比較式之比較式之比較式之比較

本計畫的核心標的與最終目標應是由系統自動擷取行動台對應的位

置，但受限於現有技術及系統設備功能，本計畫以撥號定位之方式來模擬

自動定位效果。實測方面，本計畫運用工程模式手機模擬自動定位及運用

一般模式手機實地撥號測試等兩種方式辦理。在執行兩種測試之後，以一

公正之方式檢定其兩者定位之無差異，並選擇以 T 檢定方式檢定兩者之差

異，檢定結果如表表表表 6666 所示。

表表表表 6 手動與自動差異之手動與自動差異之手動與自動差異之手動與自動差異之 T 檢定結果分析表檢定結果分析表檢定結果分析表檢定結果分析表

Paired Samples Test

Paired Differences

95% Confidence

Interval of the

Difference

-

Mean Std.

Deviation

Std.

Error

Mean Lower Upper

t df Sig.

(2-tailed)

自動自動自動自動/

手動手動手動手動 -.1290 .33792 .04779 -.2250 -.0330 -2.699 49 .010

2. 2. 2. 2. 以基地台涵蓋範圍中點取代實際地點以基地台涵蓋範圍中點取代實際地點以基地台涵蓋範圍中點取代實際地點以基地台涵蓋範圍中點取代實際地點

由於目前定位精準度只能取得 Cell-ID 值之 ID 資料，因此本計畫利用

高速公路基地台分佈表取得各基地台於高速公路上之分佈範圍，並以各基

地台分佈範圍之中點值作為各基地台 Cell-ID 位置之代表值，再以基地台涵

蓋範圍中點取代實際地點，然需利用統計方法檢定其兩者定位之差異狀

況，仍以 T 檢定方式檢定兩者之差異，檢定結果如表表表表 7777 所示。

表表表表 7 7 7 7 涵蓋範圍中點取代實際點之涵蓋範圍中點取代實際點之涵蓋範圍中點取代實際點之涵蓋範圍中點取代實際點之 TTTT 檢定結果分析表檢定結果分析表檢定結果分析表檢定結果分析表

Paired Samples Test

Paired Differences

95%

Confidence

Interval of the

Difference

-

Mean Std.

Deviation

Std. Error

Mean

Lower Upper

t df

Sig.

(2-tai

led)

定

位

誤

差

.2844 .61637 .15409 -.0441 .6128 1.845 15 .085

3. LAC3. LAC3. LAC3. LAC 實測結果分析實測結果分析實測結果分析實測結果分析

LAC 之定位誤差取決於進入 LAC 時，該 Cell-ID 之涵蓋範圍與定位誤

差，以第一次實測之結果可知定位誤差約為兩百多公尺。根據測試數據可

知，假設 LAC 於此實測之高速公路路段可能涵蓋範圍長度約為 10 公里，

因此若以平均時速 60 公里計算，約需十分鐘才可得到第二筆定位資訊，此

為資訊更新頻率之限制。

((((四四四四))))實測結果衍生問題探討實測結果衍生問題探討實測結果衍生問題探討實測結果衍生問題探討

1. 1. 1. 1. 技術可行性與實務上限制探討技術可行性與實務上限制探討技術可行性與實務上限制探討技術可行性與實務上限制探討

綜觀國內外技術文獻與報告，對於技術介紹與產品報導部份相當廣泛

深入，但對於設備投資，操作盲點與重要限制等項則甚少探討。本計畫經

由對於電信業者進行問卷訪談已深刻了解到，由於目前行動定位之市場需

求不甚明顯且設備投資成本過高，因此電信業者對於需投入大量成本以提

高系統端定位精確度之建置工作多躊躇不前。雖然目前由系統端進行行動

定位的工作遭遇重要困難，但這並不表示未來電信業者不予投資行動定位

的相關系統設備，尤其是未來進入 3G 通訊時代，相信在開拓、挖掘新的

行動定位需求方面必能有較大突破，是時必能引發業者投資意願。

2. 2. 2. 2. 系統容量限制系統容量限制系統容量限制系統容量限制

由於行動定位系統設備之投資金額相當龐大，本研究團隊成員之一和

信電信為配合本計畫，耗資新購入之行動定位系統（MLS）設備為例，其

系統最大容量(Max Capability)也僅有：50 TPS（最大處理能力），而合約使

用單位(RTU)：限制在 2 TPS，因此於未來有大量行動定位需求時，將遭遇

系統容量不足之限制，相反的亦只有市場產生大量定位需求，才能驅動市

場機制促使業者進行系統容量設備投資，故研究行動定位相關服務項目以

發掘與創造市場需求，成為重要課題。

五五五五、、、、隱私權問題隱私權問題隱私權問題隱私權問題

利用行動電話定位技術可提供道路即時交通資訊收集與提供，並可提

供相關個人化定位服務，但用戶個人資料於定位過程中將可能傳遞至電信

業者及網路接取業者手中，進而涉及隱私權問題。過去隱私權與今日隱私

權有相當大之差異，過去個人的相關資訊之收集的過程是繁瑣且複雜的，

在今日網路化的社會中許多個人化之資訊隨著電子化、網路化而散佈各

地，資訊隱私權的問題逐漸浮現。所謂「資訊隱私權」，有認為係指「非

侷限於不讓他人取得我們的個人資訊，而是應該擴張到由我們自己控制個

人資訊的使用與流向」，而依據 1974 年美國隱私法精神，亦有認為其意義

在於「在沒有通知當事人並獲得其書面同意之前，資料持有者不可以將當

事人為某特定目的所提供的資料用在另一個目的上」。

依國家別、相關法令及其所規範之內容進行分類整理，各國隱私權相

關法律規範歸納如表表表表 8888 所示。針對行動定位所產生之隱私權相關課題，透

過了解各國立法精神、原則與相關規範內容可知，如在公開或使用其他人

知悉用戶之位置資訊前須經其事前同意授權，並保障通信安全及維護使用

者權益，政府官員或相關業者不得向他人或其他機關公開個人紀錄等，此

舉可作為未來從事行動定位業務時避免侵犯手機用戶位置隱私之參考。

目前國內對於行動定位之法令規範仍無施行細節之相關規定，為求行

動定位之長期性發展，使電信業者能更為積極投入行動定位市場，並避免

民眾之對隱私權受損產生疑慮，長期而言仍須仰賴完整行動定位相關法律

訂定，並配合完善的資料加密機制，以確保行動定位隱私權得到最完善的

保障。然短、中期仍可遵循目前法令之相關規範，透過對於使用者事前同

意契約之簽訂、業者資料處理與加密機制之建立，以避免相關法律糾紛。

表表表表 8 8 8 8 國內外隱私權相關規定整理表國內外隱私權相關規定整理表國內外隱私權相關規定整理表國內外隱私權相關規定整理表

國家 相關法令 規範內容

聯邦隱私法 ‧ 規範聯邦政府處理及使用個人資料相關事項

隱私保護觀察委員會

‧ 個人隱私保護定期觀察與報告

‧ 規定政府官員不得向他人或其他機關公開個人記

錄，除非係例行使用。

電子通訊隱私法 ‧ 網路監聽（聲音訊息）及電子郵件（非聲音訊息）

之隱私權保護。

電腦比對及隱私權保護法 ‧ 政府例行使用問題

電信法 ‧ 電信業者在收集消費者私人網路資訊（CPNI）後之

使用、公開，有嚴格之限制。

美國

無線通訊及公共安全法

‧ CPNI之定位資訊釋義

‧ 明訂電信服務提供者在公開或使用其他人知悉用戶

之位置資訊前須經其事前同意授權。

電信事業個人資料處理

及隱私保護指令

‧ 安全

‧ 通訊秘密

‧ 資費及帳單資料

‧ 來話顯示之限制

‧ 自動轉接

歐盟

資料保護法案

‧ 任何機構均需先向政府申請，始得收集個人資料。

‧ 對個人資料之收集、使用及散播均需得當事者同意。

‧ 各機構具向當事人解釋收集資料之理由、讓當事人

取得該資料、更正錯誤資料與避免讓未經允許的團

體使用該資料等義務。

‧ 各機構亦擁有退出不滿意的資料之權利。

德國 電信服務資料保護法

‧ 個人資料保護之重要性

‧ 規範網路應用過程所衍生之個人及營業資料侵害狀

況。

電信法（§6、§7） ‧ 保障通信安全及維護使用者權益

通訊保障及監察法

(§1、§2、§3、§4、§29)

‧ 保障人民秘密通訊自由不受非法侵害，並確保國家

安全，維護社會秩序。 台灣

電腦處理個人資料保護法

(§8、§13、§18、§19)

‧ 規範電腦處理個人資料，以避免人格權受侵害，並

促進個人資料之合理利用。

【【【【資料來源：本研究計畫整理】】】】

六六六六、、、、結結結結 語語語語

1. 1. 1. 1. 本計畫對於國內外應用行動電話通訊技術發展現況與各種定位行

動電話定位技術進行廣泛研究，於技術面上了解各種定位技術內容、應用

方式、限制與技術發展趨勢，階段性成果可作為未來進行行動電話定位應

用之選擇參考。

2.2.2.2. 透過實地測試與分析，以網路端進行行動定位之精準度仍有改善空

間，例如藉由定位位置修正至高速公路之方式，惟其結果仍符合技術上之

預期。

3.3.3.3. 由於網路端設備投資不足，系統與傳輸容量有限，因此目前以網路

端利用行動定位收集即時交通資訊有即時性之限制，亦即相關資料可推估

歷史旅行時間，但尚不足以進行即時動態旅行時間推估。

4.4.4.4. 透過本期研究及與電信業者進行問卷訪談後，初步了解由於市場需

求尚不明顯且設備投資成本過高，因此電信業者對於投入大量資金以提高

網路端定位精確度的投資作為仍躊躇不前，故目前國內業者對於以網路端

進行行動定位之作法不甚熱中；雖然如此，未來電信業者投資於行動定位

並非全無可能，因為未來進入 3G 通訊時代時，倘若能開拓、挖掘出新的

行動定位需求，引發業者投資意願，對於實務上進行行動定位預期將能有

顯著突破。

七七七七、、、、參考文獻參考文獻參考文獻參考文獻

(1) 行動電話定位技術應用於 ITS 資訊平台之開發與實作(一)：應用行動電

話通訊技術於國道高速公路之即時交通資訊收集與提供, 民國 93 年 1

月。

(2) 無線通訊網路概論-GSM，GPRS，3G，WAP，Application,文魁資訊股份

有限公司，禹帆編著。

(3) 中國 BREW 手機網，「3G 時代之移動定位」，

網址：http://www.86brew.com/eoknews/html/2004-1-18/2004118172716.htm。

(4) CTI 論談，「GeoMode」定位技術和增值服務，趙月旺，網址

http://www.ctiforum.com/factory/f03_09/sh_hongtu/sh_hongtu03_0901.htm

台灣地區採用飛灰處理土壤

之可行性分析暨探討

摘摘摘摘 要要要要

台灣地區使用於路堤填方及路基土壤的材料，其土壤性質之分類大多

為 A-6～A-7-6，且 CBR 試驗值亦小於 5%者居多，因此，經常造成從業人

員之困擾與難題。

為解決上述問題，業界研究或推展之新材料及新工法不勝枚舉。本工

程司承辦國內工業園區之案例，亦遭遇沼澤地開發之瓶頸，適逢當地電廠

運轉產生大量之飛灰亟待處理，經蒐集資料、評估分析之後，始擬定「飛

灰處理土壤」之解決方案並付諸實行，粗具成效。

本文擬介紹「飛灰處理土壤」在本工程司研究之初步成果，並與國內、

外之相關文獻資料互為印證，或可提供工程界卓參，同時企盼賜予指正意

見。

一一一一、、、、前前前前 言言言言

台灣地區土壤材料面臨材質降低，來源短絀及強度不足等三大盲點之

時日已久，深深困擾鋪面或材料工程師，即使採用改良劑或與級配料混拌

之工法，皆涉及經濟性與施工性之訾議揮之不去。

有關以「飛灰處理土壤」的方式來提昇路堤填方品質或路基土壤強度

的作法，由於國外工程已行之有年、資料豐富可供參考印證之外，國內之

台灣電力公司亦設置煤灰處理與利用小組，專責飛灰利用之研究及推廣運

用等事宜，頗值得國內業界再深入思考並推展。

本工程司藉工程機緣，得以取得試驗分析之機會，並擬定設計準則與

施工規範，筆者擬就試驗要求、注意事項及採用此一工法之必要性等項目，

提出較具關鍵性之扼要說明，祈能落實「飛灰處理土壤」擬在台灣地區使

用之成熟度暨業界之信心。

二二二二、、、、飛灰處理土壤之定義飛灰處理土壤之定義飛灰處理土壤之定義飛灰處理土壤之定義

材試部

組 長 房性中房性中房性中房性中

「飛灰處理土壤」，顧名思義，係指在土壤材料中添加若干比例(可能

因土壤種類之不同而採用不同之比例)的飛灰，藉以降低土壤之膨脹性、塑

性、收縮性或彈性(Sponge)，同時增加固結性而達到增加工程強度或承載力

之目的。

另據文獻(1)記載，1970 年代初期，英國每年約使用 1100 萬噸飛灰於

填土工程中，約占年產量的 1/4 以上；而美國則遲至 1977 年才使用 1400 萬

噸飛灰於水泥的製造、瀝青混凝土中之填充料和填土材料中，總使用比例

仍低於該國年產量的 1/5 以下。

台灣地區則於民國 74 年(1985 年)頒布、1997 年修訂卜特蘭飛灰水泥用

飛灰之 CNS 11271[文獻(2)]規範，並於民國 85 年(1996)頒布卜特蘭飛灰水泥

CNS 11270 [文獻(3)]規範，業界亦採用飛灰水泥混凝土之製品，唯鮮少運用

於填土工程，使用比例之資料亦付之闕如，難以查考。

因此，在國內強調廢棄物回收和副產品再利用之時代，同時殷鑑於

英、美最近二十年來均呈現大幅度將飛灰使用於填方土壤之實況，尤值得

工程界重視並推廣之。

三三三三、、、、飛灰處理土壤之選用原則飛灰處理土壤之選用原則飛灰處理土壤之選用原則飛灰處理土壤之選用原則

((((一一一一))))依工程用途而異依工程用途而異依工程用途而異依工程用途而異

因工程目的之不同及土壤用於路基、基底層的差異，導致所使

用的土壤與處理材料有所不同，其一般原則歸納整理詳如表表表表 1111 所示。

由表表表表 1111 中可初步得知，飛灰之處理材料適用於細粒料或細顆粒

之土壤。

((((二二二二))))依土壤類別而分類依土壤類別而分類依土壤類別而分類依土壤類別而分類

1. 1. 1. 1. 塑性土壤塑性土壤塑性土壤塑性土壤

若土壤屬於高塑性者，添加飛灰可以獲得改善，目的在於減少

彈性，並可因而提昇工程強度或承載力。

2. 2. 2. 2. 沈泥質粘土沈泥質粘土沈泥質粘土沈泥質粘土

可使用少量的飛灰以降低土壤之膨脹與收縮性為主。

3.3.3.3. 一般土壤一般土壤一般土壤一般土壤

一般土壤與飛灰之混合處理，係以 AASHTO 或 ASTM 之試驗規範為

主。設計規範則可參考 FHWA(Federal Highway Association)。

4. 4. 4. 4. 粒料粒料粒料粒料

飛灰改良粒料之目的在於降低粒料之膨脹性及塑性、提昇次級粒料材

質、降低唧水現象(Pumping)，可因而增加荷重承載力和改善應力分配性能

(詳表表表表 1111 所示)。

表表表表 1 1 1 1 路基路基路基路基、、、、基底層選用之土壤基底層選用之土壤基底層選用之土壤基底層選用之土壤、、、、粒料與處理材料一覽表粒料與處理材料一覽表粒料與處理材料一覽表粒料與處理材料一覽表

使 用 層 別 土 壤 類 別 建議使用之處理材料

粗粒料 SA、SC1、MB、CP

細粒料 SA、SC1、MB、CP

低塑性指數粘土 CP、SC1、CMS、LMS、SL

1.路基土壤穩定

(1)改良路基土壤、增加強度

高塑性指數粘土 SL、LMS

細粒料 CMS、SA、SC1、LF (2)降低冰凍敏感性

低塑性指數粘土 CMS、SC1、SL、CW、LMS

(3)防水和改善逕流 低塑性指數粘土 CMS、SA、CW、LMS、SL

低塑性指數粘土 CMS、SC1、CW、C、LWS、SL (4)控制收縮和膨脹

高塑性指數粘土 SL

高塑性指數粘土 SL、LMS (5)降低彈性

彈性沉泥和粘土 SC1、CMS

細粒料 SC1、SA、MB、LF 2.基底層處理

(1)改良次級材料 低塑性指數粘土 SL、SC1

粗粒料 SA、SC1、MB、LF (2)改良荷重承載力和應力分

配性能 細粒料 SC1、SA、LF、MB

(3)降低唧水現象 細粒料 SC1、SA、LF、MB

3.修補或翻修 級配料 SC1、SA、LF、MB 備註： CP ：夯壓(Compaction) MB：機械拌合(Mechanical Blending) CMS：水泥改良土壤( Cement Modified Soil) SA ：瀝青處理土壤(Soil Asphalt) CW ：化學防水處理(Chemical Waterproofers) SC1：水泥處理土壤(Soil Cement) LF ：石灰與飛灰(Lime-Fly Ash) SL ：石灰處理土壤(Soil Lime) LMS：石灰改良土壤(Lime Modified Soil)

((((三三三三))))依土壤性質與添加材料之特性而分優先順序依土壤性質與添加材料之特性而分優先順序依土壤性質與添加材料之特性而分優先順序依土壤性質與添加材料之特性而分優先順序

土壤性質以阿太堡試驗結果及顆粒大小予以評估分類。

例如：塑性指數 PI 值小於 7 者為低塑性土壤、PI 值大於 17 者為

高塑性土壤；顆粒大小則以通過 No.4 篩、停留 No.200 篩及停留 No.4

篩、通過 No.200 篩等百分率作為評估之標準。原則上可參考表表表表 2222 所

示。

((((四四四四))))經濟性因素經濟性因素經濟性因素經濟性因素

處理材料之單價、供應量、運距、時效、使用成效及施工能力

等項目，皆為影響經濟性之重要因素。設計規劃時需進行詳細調查、

分析與評估之前置作業，以避免浪費公帑或衍生執行面之之難題。

表表表表 2 2 2 2 土壤類別與處理方式土壤類別與處理方式土壤類別與處理方式土壤類別與處理方式((((依順序排列依順序排列依順序排列依順序排列))))參考表參考表參考表參考表

土壤類別 最有效處理方式(依順序排列)

粗顆粒土壤 瀝青水泥飛灰石灰機具拌和

細顆粒土壤 瀝青水泥飛灰石灰氯化物機具拌和

低塑性土壤(PI＜7) 瀝青水泥飛灰石灰化學止水物滾壓

高塑性土壤(PI＞17) 石灰飛灰排水

四四四四、、、、飛灰處理土壤之試驗要求飛灰處理土壤之試驗要求飛灰處理土壤之試驗要求飛灰處理土壤之試驗要求

若路堤填方或路基土壤擬採用飛灰處理土壤之方式時，則自規劃、設

計階段即需擬定相關的試驗項目及試驗計劃，以利工進。

一般而言，因規劃、設計所需參考採用者如表表表表 3333 所示。

五五五五、、、、影響飛影響飛影響飛影響飛灰處理土壤性質之因素灰處理土壤性質之因素灰處理土壤性質之因素灰處理土壤性質之因素

((((一一一一))))土壤本身物理性質土壤本身物理性質土壤本身物理性質土壤本身物理性質

需針對土壤進行一般的物理性質試驗分析，以求取設計、規劃

時所需採用之設計參數值。

((((二二二二))))土壤本身化學性質土壤本身化學性質土壤本身化學性質土壤本身化學性質

可針對土壤進行有機物含量及種類分析，若有需要時，應再分

析有毒害性化學物含量試驗，以避免施工後難以善了之難題。

((((三三三三))))工程問題工程問題工程問題工程問題

1. 施工人員能力與素質。

2. 施工機具之適當性。

3. 土壤含水量之控制。

4. 土壤粉碎的程度。

5. 工地密度。

6. 採用飛灰之種類。

7. 使用飛灰的含量。

8. 施工時的氣溫。

9. 拌和的方式與均勻性。

10.養護方式與期程。

11.滾壓能量。

表表表表 3 3 3 3 飛灰處理土壤規劃暨設計階段試驗項目表飛灰處理土壤規劃暨設計階段試驗項目表飛灰處理土壤規劃暨設計階段試驗項目表飛灰處理土壤規劃暨設計階段試驗項目表

試 驗 方 法 試驗項目

CNS AASHTO ASTM

1.土壤勘查、取樣 ― T86 D420

2.原狀土壤試驗

(1)篩分析

11776

T88

D422

(2)液性限度(L.L) 5087 T89 D4318

(3)塑性限度(P.L) 5088 T90 D4318

(4)-"4 比重 5090 T100 D854

(5)+"4 比重及吸水率 488 T85 D127

(6)含砂當量 ― T176 D2419

(7)洛杉磯磨損 490 T96 D131

(8)pH 值 ― T200 E70

3.飛灰處理土壤

(1)CBR 試驗

12382 T193 D1883

(2)夯壓試驗 ― T99 或 T180 D698 或 D1557

(3)壓縮性試驗 12239 T216 D2435

(4)透水性試驗 ― T215 D2434

4.飛灰試驗(1)篩分析 11776 T88 D422

(2)Blaine 細度分析 ― ― C204

(3)液性限度(L.L) 5087 T89 D4318

(4)塑性限度(P.L) 5088 T90 D4318

(5)含水量 5091 T265 D2216

(6)比重 5090 T100 D854

(7)夯壓試驗 ― T99 或 T180 D698 或 D1557

(8)相對密度 ― ― D2049

(9)無圍壓縮試驗 12384 T208 D2166

(10)直接剪刀試驗 11778 T236 D3080

(11)三軸剪刀試驗 ― T234 D2850

(12)壓縮性試驗 12239 T216 D2435

(13)透水性試驗 ― T215 D2434

六六六六、、、、飛灰處理土壤研究成果飛灰處理土壤研究成果飛灰處理土壤研究成果飛灰處理土壤研究成果

((((一一一一))))概論概論概論概論

為顧及安全性暨經濟效益，研擬採用飛灰處理土壤的方案，的

確可以解決部分工程之難題，亦為現階段時代潮流之趨勢。

本研究成果依據既有採得之土壤，以通過 NO.4 號篩細顆粒之部

分與飛灰進行拌和試驗，並以原狀土之試驗結果為對照組， 可獲致

飛灰用量在 20%～30%時，具有顯著之成效。惟若原狀土之工程強度

值已可達到設計要求時，則可免予進行飛灰處理之程序。

((((二二二二))))土壤性質分析土壤性質分析土壤性質分析土壤性質分析

本研究工作所採用的土壤材料，係經過篩分析處理全部通過

No.4 號篩之細顆粒土壤，其一般物理性質試驗結果列於表表表表 4444、、、、表表表表 5555、、、、

表表表表 6666、、、、表表表表 7777 內。

((((三三三三))))飛灰處理土壤主要試驗飛灰處理土壤主要試驗飛灰處理土壤主要試驗飛灰處理土壤主要試驗

1. 夯壓試驗：

(1)試驗方法：AASHTO T180。

(2)試驗數量：四種土壤共作 16 組。

2. CBR 試驗；

(1)試驗方法：AASHTO T193。

(2)試驗數量：四種土壤共作 16 組。

3. pH 值試驗；

(1)試驗方法：ASTM D4792。

(2)試驗數量：四種土壤共作 16 組。

((((四四四四))))試驗結果及分析試驗結果及分析試驗結果及分析試驗結果及分析

1.1.1.1. 夯壓試驗：

夯壓試驗共作 16 組，其最佳含水量值及最大乾密度值列在表表表表 4444、表表表表 5555、

表表表表 6666、表表表表 7777 內。

2.2.2.2. CBR 試驗：

CBR 試驗共作 16 組，其相關之試驗結果列在表表表表 4444、表表表表 5555、表表表表 6666、表表表表 7777

內。

3.3.3.3. pH 值試驗：

pH 值試驗共作 16 組，其試驗結果列在表表表表 4444、表表表表 5555、表表表表 6666、表表表表 7777 內。

4.4.4.4. 結果分析：

(1)CBR 設計值：

a. 由試驗數據，可得到不同壓實度標準時 (90%、95%及 100%三種)

所對應的 CBR 試驗值如表表表表 8888 所列。

b. 由表表表表 8888 可得圖一圖一圖一圖一、圖二圖二圖二圖二、圖三圖三圖三圖三、圖四圖四圖四圖四之曲線圖。

(a)以樣本 CBR 試驗值而論，若 CBR 設計值需求為 5％以上(壓實度 95

％)，則可不作飛灰處理之作業。

(b)若擬用於路床或路堤時，可僅研定壓實度 90%(含)以上，不需訂立

CBR 設計值。

(2)pH 值訂定：

由表表表表 4444、表表表表 5555、表表表表 6666、表表表表 7777 結果得知：選取土樣之原始 pH 值為 6.0～7.7，

飛灰處理後之土壤 pH 值昇高為 7.5～8.8，可以符合文獻(4)5.2＜pH＜12.6

之規定。

表表表表 4 No.1A4 No.1A4 No.1A4 No.1A～～～～1D1D1D1D 試體試驗結果一覽表試體試驗結果一覽表試體試驗結果一覽表試體試驗結果一覽表

試體編號

試驗項目

1A

土+飛灰 0%

1B

土+飛灰 10%

1C

土+飛灰 20%

1D

土+飛灰 30%

#4 100 100 100 100

#10 100 100 100 100

#40 99 99 99 99

篩 分 析

(通過百分率)

#200 91 90 88 87

最大乾密度，g/cm3 1.865 1.785 1.717 1.679 夯壓

試驗 最佳含水量，% 12.8 14.1 14.9 16.4

CBR rd(95)max ,% 5.1 13.0 13.2 16.7

65 下 3.02 1.55 1.26 1.01

30 下 3.72 1.92 1.63 1.20

膨脹

率，％

10 下 3.33 2.24 1.89 1.37

-#4 篩視比重 2.67 2.62 2.60 2.57

pH 值 6.0 7.5 8.1 8.6

液性限度，% 27 29 31 31

塑性限度，% 7 7 7 8

U.S.C.S. CL-ML CL-ML CL-ML CL-ML 土壤

分類 AASHTO A-4(5) A-4(6) A-4(6) A-4(7)

表表表表 5 No.2A5 No.2A5 No.2A5 No.2A～～～～2D2D2D2D 試體試驗結果一覽表試體試驗結果一覽表試體試驗結果一覽表試體試驗結果一覽表

試體編號

試驗項目

2A

土+飛灰 0%

2B

土+飛灰 10%

2C

土+飛灰 20%

2D

土+飛灰 30%

#4 100 100 100 100

#10 100 100 100 100

#40 99 99 100 100

篩 分 析

(通過百分率)

#200 52 58 60 63

最大乾密度，g/cm3 1.945 1.823 1.767 1.728 夯壓

試驗 最佳含水量，% 11.4 12.8 13.8 14.8

CBR rd(95)max ,% 37.0 32.0 29.5 40.6

65 下 0.15 0.39 0.32 0.49

30 下 0.17 0.23 0.23 0.22

膨脹

率，％

10 下 0.09 0.27 0.38 0.47

-#4 篩視比重 2.68 2.65 2.62 2.59

pH 值 7.0 8.1 8.4 8.4

液性限度，% 19 ― ― ―

塑性限度，% 1 N.P. N.P. N.P.

U.S.C.S. ML/SM ML ML ML 土壤

分類 AASHTO A-4(0) A-4(0) A-4(0) A-4(0)

表表表表 6 No.3A6 No.3A6 No.3A6 No.3A～～～～3D3D3D3D 試體試驗結果一覽表試體試驗結果一覽表試體試驗結果一覽表試體試驗結果一覽表

試體編號

試驗項目

3A

土+飛灰 0%

3B

土+飛灰 10%

3C

土+飛灰 20%

3D

土+飛灰 30%

#4 100 100 100 100

#10 100 100 100 100

#40 99 100 100 100

篩 分 析

(通過百分率)

#200 72 76 74 76

最大乾密度，g/cm3 1.905 1.840 1.770 1.720 夯壓

試驗 最佳含水量，% 11.8 13.2 14.2 15.0

CBR rd(95)max ,% 9.1 16.0 16.5 17.2

65 下 1.32 1.25 1.06 0.99

30 下 1.99 1.40 1.33 1.18

膨脹

率，％

10 下 2.12 2.01 1.89 1.66

-#4 篩視比重 2.65 2.64 2.62 2.58

pH 值 6.6 7.7 8.2 8.3

液性限度，% 25 27 29 38

塑性限度，% 6 7 6 14

U.S.C.S. CL-ML CL-ML CL-ML CL-ML 土壤

分類 AASHTO A-4(2) A-4(4) A-4(3) A-6(10)

表表表表 7 No.4A7 No.4A7 No.4A7 No.4A～～～～4D4D4D4D 試體試驗結果一覽表試體試驗結果一覽表試體試驗結果一覽表試體試驗結果一覽表

試體編號

試驗項目

4A

土+飛灰 0%

4B

土+飛灰 10%

4C

土+飛灰 20%

4D

土+飛灰 30%

#4 100 100 100 100

#10 100 100 100 100

#40 99 99 99 99

篩 分 析

(通過百分率)

#200 81 76 75 77

最大乾密度，g/cm3 1.850 1.798 1.738 1.682 夯壓

試驗 最佳含水量，% 14.0 13.8 13.0 15.7

CBR rd(95)max ,% 5.2 5.2 5.2 11.3

65 下 1.59 2.47 3.01 1.83

30 下 2.87 3.32 3.28 2.15

膨脹

率，％

10 下 2.84 3.13 3.32 2.32

-#4 篩視比重 2.64 2.61 2.57 2.55

pH 值 7.7 8.4 8.5 8.8

液性限度，% 28 29 31 32

塑性限度，% 8 9 9 9

U.S.C.S. CL CL CL/ML CL/ML 土壤

分類 AASHTO A-4(5) A-4(5) A-4(6) A-4(6)

表表表表 8 8 8 8 試驗土樣試驗土樣試驗土樣試驗土樣 CBRCBRCBRCBR 試驗值與壓實度關係一覽表試驗值與壓實度關係一覽表試驗值與壓實度關係一覽表試驗值與壓實度關係一覽表

壓實度(%)

試驗編號 90% 95% 100%

1A 1.8 5.1 12.8

1B 5.5 13.0 24.0

1C 5.6 13.2 28.5

1D 9.0 16.7 29.6

2A 16.0 37.0 64.0

2B 11.0 32.0 47.5

2C 13.0 29.5 50.0

2D 22.0 40.6 54.0

3A 4.0 9.1 22.0

3B 6.0 16.0 35.5

3C 8.0 16.5 32.0

3D 9.0 17.2 32.0

4A 2.0 5.2 14.0

4B 2.7 5.2 12.5

4C 2.6 5.2 9.6

4D 6.5 11.3 21.0

CBR 值 (%)

((((五五五五))))討討討討 論論論論

1. 依據本研究之結果，同時檢討 CBR 設計值之下限值，可一併釐清

其使用上的必然性是否 100%非得要採用飛灰處理土壤不可？這可從其經

濟性及供料的充足性等層面，作多面向的思考及定奪。

2. 飛灰處理土壤若擬使用於路床及路堤，其壓實度可降至 90%(含)以

上，且不需設定 CBR 設計值。

3. 舉例而言，若路基土壤 CBR 強度設計值為 10%時，則若選用第二

組土樣，可免作飛灰處理作業，若選用第一、三組土樣，最少需添加 10%(含)

以上的飛灰混拌之；但若選用第四組土樣，則飛灰添加量需在 30%(含)以上

方具成效。由此可見，設計工程師在事前進行材料調查的重要性矣。這也

是後續方案研選以及成本分析的圭臬，希冀設計人員能落實此一觀念與認

知。

七七七七、、、、採用飛灰處理土壤之注意事項採用飛灰處理土壤之注意事項採用飛灰處理土壤之注意事項採用飛灰處理土壤之注意事項

1. 在現場工地拌和之用水量，一般土壤不宜超過最佳含水量±2%，若

為粘性土壤則不宜超過最佳含水量±4%。

2. 裝載及運送飛灰時，應顧及防護措施，以防止空氣污染及工作人員

吸入過多之粉塵。

3. 工地儲存應避免受潮及高溫照射，拌和作業時亦應避免飛灰漫天飛

揚。

4. 現場拌和作業應力求充分、均勻地混合，灑水亦應採取噴佈方式，

以免混拌結塊不易打散。

5. 隨著飛灰使用量的增加，拌和後之土壤的最大乾密度值亦隨之降

低；而最佳含水量值則反之昇高，故現場之拌和用水量控制值不能僅以純

土壤之情況考慮。此點再次凸顯試拌試配作業之重要性。

6. 飛灰之使用種類宜以 F 級或 C 級為主。

7. 飛灰本身的 pH 值應介於 5～9 之間。

8. 土壤摻配飛灰一定有效嗎？表表表表 4444、表表表表 5555、表表表表 6666、表表表表 7777 之數據已不言可

喻。故不可閉門造車、憑空設計之論點，自有其道理矣！

八八八八、、、、結論與建議結論與建議結論與建議結論與建議

1. 身為鋪面或材料工程師，尤其需要建立試拌、試配之觀念，方可保

證材料料源及材質無虞，同時獲致良好的工程品質及經濟效益。

2. 飛灰處理土壤工法在國外業已行之多年，在台灣地區卻阻礙重重，

頗令工程人員倍感挫折感。建議公務單位應先健全法令、規章，必可節省

公帑無數呀！

3. 飛灰處理土壤，應可廣泛使用於路堤、路床、路基或基、底層之填

築作業，故設計人員應同時明白上述各工程標的物的設計條件及限制性，

切忌移花接木、亂用一通。

4. 選用任何規範或設計準則時，皆應以最新版次者為優先，不可迂腐

或有鴕鳥心態。

九九九九、、、、參考文獻參考文獻參考文獻參考文獻

(1) 台灣電力公司煤灰處理與利用小組，“煤灰填土手冊”，1987 年 6 月。

(2) CNS 11271，“卜特蘭飛灰水泥用飛灰”，1997 年。

(3) CNS 11270，“卜特蘭飛灰水泥”，1996 年。

(4) 林平全，“飛灰混凝土”，科技，1991 年 8 月。

(5) 台灣電力公司綜合研究所，“飛灰利用之研究(二)”，1987 年元月。

公共建築工程專案設計進度管理模式之比較

摘摘摘摘 要要要要

本文選擇二個預算相近之案例，第一個案例是中華顧問工程司(以下簡

稱 CECI)承攬之台北都會區捷運系統維修機廠設計案，第二個案例是業主

聘請 CECI 擔任營建管理顧問之台北市某機關辦公大樓設計案。本文先比

較二者設計進度管理過程與管理績效，證明專案導入管理模式能提升績效

後，再依據二者業主、營建管理顧問、設計單位扮演之角色建構二個案例

之管理模式，進而提出公有建築物設計進度管理責任矩陣之建議。

一一一一、、、、前前前前 言言言言

依據工程影響線得知有效之營建專案管理應始於規劃設計階段，國內

研究者林淑燕也提出規劃設計階段是工程生命週期中最重要階段之相同論

點[11]。而設計階段之管理，國外學者 Farr 認為設計管理是界定設計問題，

尋找適合之設計者，使設計者能在預算額度內適時完成管控之設計過程

[6]。此外，Turner 認為設計管理需要管理技巧與瞭解設計全部過程，設計

程序如何配合企業程序等[7]。國內研究者田志強指出設計管理可以分為專

案事前計劃、專案執行中控制、專案完成後檢討、溝通協調等四個程序[12]。

從專案管理角度視之，設計管理之進度、成本、品質三大目標中以進

度為首要目標，唯有進度才有具體成果可以量測成本與品質。關於設計進

度管理，國內研究者林家煌指出設計進度管理是為推進或確保設計、製圖、

出圖、套圖等作業時程所作之管理活動[8]。惟實務上設計進度卻常發生逾

期狀況，國內研究者戴期甦與何純平認為設計單位缺乏管理與整合經驗是

主要原因[14]。因此，如何確實執行工程設計專案之進度管理，以確保設計

能如期(或提前)完成，便成為設計階段專案管理之重要工作。

國內目前公有建築物設計標招標文件多會要求設計單位提出工作計

畫，將其中之時程計畫作為最有利標評審項目之一，惟目前設計單位提出

之時程計畫多非依據工作量為基礎而建立，造成設計展開後無相關數據可

以作為設計進度管理之基準，設計也常發生逾期之狀況。國內設計管理實

務上以台北市政府捷運工程局在區段設計標招標文件中規定：「設計單位

需提出以工作量為基礎之工作時程計畫，設計單位依此計畫為基準執行以

月為頻率之自主管理設計進度」之作法最為嚴謹。而各細部設計顧問(Detail

協 理 兼

建築部經理 王菊楚王菊楚王菊楚王菊楚

建築部專案經理

中華大學碩士生 何純平何純平何純平何純平

中華大學

副 教 授 余文德余文德余文德余文德

design consultant，簡稱 DDC)也都能配合此模式於期限內完成設計，可見此

模式之效益，故此一量化之管理模式可以作為公有建築物專案設計進度管

理之參考依據。本研究將利用標竿案例研究法，以台北捷運區段設計標專

案之設計進度管理模式為典範，建立設計進度量化管理模式，並經案例驗

證其可行性，可以作為其他同業之參考。

二二二二、、、、進度管理進度管理進度管理進度管理

文獻關於進度管理(Progress management)之研究甚多，以下針對與設計

進度管理執行相關之文獻進行回顧與討論，作為本文發展進度管理量化模

式之參考。

((((一一一一))))中國國家標準之規定中國國家標準之規定中國國家標準之規定中國國家標準之規定

中國國家標準 CNS 14485(譯自 ISO 10006)第 5.5 節定義與時間有關過程

包含作業依存性規劃(Activity dependency planning)、作業需時(Estimation of

duration)、時程發展(Schedule development)、時程管制(Schedule control)等四

個過程。活動依存性規劃就是鑑別專案各項作業間相互關係、邏輯之互動

性與依存性；工期估算就是在特定條件下，利用資源完成每項作業之時間；

時程發展就是將專案期限、作業依存性與工期交互關聯起來成為架構，並

發 展 為 總 時 程 與 細 部 時 程 ； 此 三 個 過 程 可 通 稱 為 時 程 計 劃 (Schedule

planning)。時程管制則是管制專案作業依據時程計畫進行，包含建立時程檢

討時機、資料蒐集頻率、管制專案作業、管制資訊等四項主要工作[3]。

((((二二二二))))國際專案管理學會之規定國際專案管理學會之規定國際專案管理學會之規定國際專案管理學會之規定

國際專案管理學會(PMI)發行之「專案管理知識體系導讀指南」

(PMBOK® Guide，ANSI/PMI 99-001-2000)第 6 章定義「專案時間管理」包含

作業定義(Activity definition)、作業排序(Activity sequencing)、作業工期估算

(Activity duration estimating)、時程發展(Schedule development)、時程控制

(Schedule control)等五個過程。作業定義就是確認專案分工結構中所需執行

之作業項目；作業排序就是辨識與律定各作業間之相互關連性及其執行之

先後順序；作業工期估算就是估算完成某一作業所需之工期；時程發展就

是決定各項作業之開始與結束時間、順序及期限；此四個過程可通稱為時

程計劃(Schedule planning)。經過核准之專案時程即為時程基準，是控制時

程之依據。時程控制則是控制專案時程之變動[5]。實務上時程控制方法包

含績效報告與變更控制等二項主要工作，績效報告就是進度報告，設計階

段通常以月報為主；變更控制就是趕工與修正時程計劃等[15,18]。

((((三三三三))))行政規定行政規定行政規定行政規定

關於設計進度管理之權責劃分可依據「各機關辦理公有建築物作業手

冊」(以下簡稱「作業手冊」)表 2-1 與表 2-2 內容之說明：業主應該監督設

計單位之各項設計作業時程控制，業主聘有專案管理廠商時則由專案管理

廠商監督[2]。至於進度管理方法可參考「機關委託技術服務廠商評選及計

費辦法」(以下簡稱「技服辦法」)第五條第一項第五款條文之說明：業主

應在投標文件規定投標廠商提出服務建議書說明工期；同辦法第六條第一

項與第二項第七款條文則說明：業主應規定得標廠商提出服務建議書說明

工期；同辦法第八條第一項第十三款條文則說明：設計單位應提出月報說

明工作進度[1]。關於業主、專案管理廠商、設計單位間之設計進度管理責

任矩陣，國內研究者余文德與何純平提出一參考模式可作為設計進度管理

之依據[13]。

三三三三、、、、第一個案例管理過程第一個案例管理過程第一個案例管理過程第一個案例管理過程

((((一一一一))))案例背景說明案例背景說明案例背景說明案例背景說明

CECI 參與台北捷運建設十餘年，承攬南港線、新店線、中和線、新莊

線、蘆州線、內湖線等區段設計標服務之業務。本文以 CECI 建築部 83460

專案設計進度管理模式為研究範圍，作為建構公有建築物專案設計進度管

理模式之參考。83460 專案係 CECI 建築部 1997 年承攬之台北捷運新莊線

DL197 設計標細部設計服務業務，該標預算約新台幣四十億元。

((((二二二二))))各單位角色各單位角色各單位角色各單位角色

本案例合約述明業主負責執行全盤性計畫管理與計畫時程控制，招標

文件載明了業主預定之專案期程：第一階段調查服務時程預定自 1997 年 9

月起 10 個日曆月，第二階段服務(含基本設計與細部設計)時程預定自 1998

年 7 月起 17 個日曆月。合約另規定細部設計顧問(以下簡稱 DDC)負責策劃

管理協調與執行合約內各項服務工作，以符合合約進度期限之要求。亦即

DDC 設計專案是在業主之專案管理架構下執行履約服務(圖一圖一圖一圖一)，業主將

DDC 視為其外委設計之分包商[15]。

籌劃階段 規劃階段 設計階段 施工階段 營運階段

業主

專案

DDC

設計專案

圖一圖一圖一圖一 第一個案例專案管理組織關聯圖第一個案例專案管理組織關聯圖第一個案例專案管理組織關聯圖第一個案例專案管理組織關聯圖

((((三三三三))))時程計劃時程計劃時程計劃時程計劃

DDC 在投標時提送了一份技術計畫書，內容之一就是依據招標文件的

業主預劃之 17 個日曆月時程，編製設計專案預定工作時程與預估將完成

1,368 張圖紙(預估設計圖績效為 2.65 圖/日曆天)，該預定工作時程與工作量

被列為合約之一部份。得標後 DDC 依據合約規定另外提送了一份執行服務

自辦籌劃 自辦規劃 外委設計 自辦監造 自辦營運

設計 技術支援

報告書，內容之一就是依據合約服務期限與服務範疇，編製結構分工圖與

P3 時程計畫網圖[18]。

((((四四四四))))進度控制進度控制進度控制進度控制

DDC 依據核可的時程計畫次第展開設計，1997 年 10 月展開第一階段

調查工作，1998 年 11 月展開第二階段設計工作，設計分別在 DDC 內部六

個部門間進行。DDC 依合約規定提送月進度報告，月進度報告內容之一就

是設計標時程管制圖、設計圖進度紀錄表、工作人時表、本月完成工作、

未來三月預定執行工作等。各項作業實際時程以實橫桿線標示，實際進度

累計曲線以實線標示，與進度表原預定的作業時程與進度作比對，讓業主

瞭解設計進展之現況與趨勢[18]。

控制結果整地標 2000 年 1 月提送設計原件，土建標 2000 年 2 月提送

設計原件，水電標(含空調)與電梯標 2000 年 3 月提送設計原件，共計歷時

17 個日曆月完成 1,930 張設計圖紙與施工規範(依業主標準規範編製)、工程

經費(依業主 PM 軟體編製)，實際設計圖績效為 3.74 圖/日曆天，遠較原預

估值佳，證明專案導入管理模式能提升設計績效(圖三圖三圖三圖三)[18]。

1,930 張圖(實際)

績效提高

1,368 張圖(預估)

實際績效=3.74 張圖/日曆天

預估績效=2.65 張圖/日曆天

518 日曆天

圖圖圖圖三三三三 第一第一第一第一個案例設計圖績效個案例設計圖績效個案例設計圖績效個案例設計圖績效

四四四四、、、、第二個案例管理過程第二個案例管理過程第二個案例管理過程第二個案例管理過程

((((一一一一))))案例背景說明案例背景說明案例背景說明案例背景說明

CECI 自 1998 年起參與公有建築物專案之專案管理業務，已承攬十餘

件案例。本文以 CECI 建築部 88106 專案設計進度管理模式為研究範圍，作

為建構公有建築物專案設計進度管理模式之參考。88106 專案係 CECI 建築

部 1999 年底承攬之台北地區某機關辦公大樓新建工程營建管理顧問工作

(以下簡稱 CMC)，本案於 1999 年 12 月與業主簽約，設計單位卻早於 1998

年 10 月與業主簽約。該標預算亦約新台幣四十億元。

((((二二二二))))各單位角色各單位角色各單位角色各單位角色

本案例設計單位比 CMC 提早 14 個日曆月進場，規劃設計合約中並未

述明業主之角色與預劃之專案時程，祇規定設計單位需擬定規劃設計工作

進度計畫表，經業主審定後實施。營建管理合約則規定營建管理顧問(以下

簡稱 CMC)審查全案時程進度管制表，CMC 進場後，業主卻認為 CMC 應負

責管理進度。其實 DDC 之營建管理專案、設計單位之規設監造專案都是在

業主之專案管理架構下各自執行履約服務(圖二圖二圖二圖二)，業主與 CMC 及設計單位

分別簽約，基本上 CMC 與設計單位都是業主外委之分包商[16,17]。

籌劃階段 規劃階段 設計階段 施工階段 營運階段

業主

專案

DDC

營建管理專案

設計單位

規設監造專案

圖二圖二圖二圖二 第二個案例專案管理組織關聯圖第二個案例專案管理組織關聯圖第二個案例專案管理組織關聯圖第二個案例專案管理組織關聯圖

((((三三三三))))時程計劃時程計劃時程計劃時程計劃

2000 年 1 月 CMC 進場瞭解前面之設計過程後向業主報告，1998 年

10 月至 1999 年 12 月期間屬於規劃階段，2000 年 1 月起才算細部設計階段。

CMC 要求設計單位依據業主預期之 12 個日曆月時程編製設計時程計畫，

作為管理進度之依據[19]。

((((四四四四))))進度控制進度控制進度控制進度控制

設計單位依據核可之時程計畫次第展開設計，整個設計分散在建築

師、結構技師、電機技師、空調技師等四處事務所進行。二紙合約都沒規

定 CMC 或設計單位提送月進度報告，CMC 為了管理進度要求設計單位預

估總圖數與擬訂每月完成的進度。設計單位預估了 550 張圖並以此作為管

制月進度的依據。CMC 與業主討論後認為差距過大，決定不採用設計單位

之月進度報告。CMC 與業主重新估算，CMC 預估總圖數為 1,350 張，業主

預估總圖數為 1,500 張。CMC 以 1,500 張圖數為基準(預估設計圖績效為 4.11

圖/日曆天)，將設計單位送審之結構、建築、水電、空調四標設計文件依工

作量權重與預算權重統計設計進度。CMC 每月底提送進度報告，各項作業

實際時程以實橫桿線標示，實際進度累計曲線以實線標示，與進度表原預

定的作業時程與進度作比對，讓業主瞭解設計進展的趨勢[19]。

設計過程中因為建築基地東側的都市道路改道與土地交換問題，造成

都市設計審議由預劃的 2000 年 7 月延至 12 月才完成，工程經費審查由 2000

年 10 月延至 2001 年 1 月才完成，結構外審由預劃的 2000 年 9 月延至 2001

年 2 月才完成，造成業主 2000 年 12 月完成設計的第一次期望值落空。當

時業主提出 2001 年 3 月完成設計的第二次期望值，最後設計延到 2001 年 6

自辦籌劃 外委規劃 外委設計 外委監造 自辦營運

營建管理

規劃 設計 監造

月才結束，歷時 18 個日曆月完成 1,538 張設計圖與施工規範(依公共工程綱

要施工規範編製)、工程經費(未依 PCCES 軟體編製)。實際設計圖績效為 2.82

圖/日曆天。雖較預估績效為低，但介於案例一之預估績效(2.65 圖/日曆天)

與實際績效(3.74 圖/日曆天)之間，CMC 以第三者身份管理設計單位之設計

進度仍能獲得相當之管理績效，證明專案導入管理模式能提升設計績效(圖圖圖圖

四四四四)[19]。

1,538 張圖(實際) 工期展延

1,500 張圖(業主預估)

實際績效=2.82 張圖/日曆天

第二次預估績效=3.3 張圖/日曆天

第一次預估績效=4.11 張圖/日曆天

365 日曆天 455 日曆天 546 日曆天

圖四圖四圖四圖四 第二個案例設計圖績效第二個案例設計圖績效第二個案例設計圖績效第二個案例設計圖績效

五五五五、、、、二個案例管理績效比較二個案例管理績效比較二個案例管理績效比較二個案例管理績效比較

((((一一一一))))管理績效比較管理績效比較管理績效比較管理績效比較

由二個案例之管理績效(圖三圖三圖三圖三、圖四圖四圖四圖四)比較，第一個案例招標文件規定

投標廠商技術計畫書須提出時程計畫作為評選依據，得標後 DDC 提出執行

服務報告書須制定進度管理方案，並提出月進度報告，有效自主控制設計

進度以符合合約期限的規定，這些已成了業主內部的標準作業程序(以下簡

稱 SOP,圖五圖五圖五圖五)，DDC 也能秉持服務精神努力達成任務，這些都是成功的因

素。第二個案例雖然管理責任矩陣有明顯界面問題(圖六圖六圖六圖六)，但若非都市道

路改道土地交換、都市設計審議、工程經費審查等原應於規劃階段執行等

干擾設計進展的因素，依據第一個案例的設計圖績效換算，本案設計有可

能於第 15 個日曆月結束(業主第二次期望值)，甚至可能於第 12 個日曆月結

束(業主第一次期望值)。

((((二二二二))))行政規定符合度比較行政規定符合度比較行政規定符合度比較行政規定符合度比較

1.1.1.1. 機關委託技術服務廠商評選及計費辦法

第一個案例業主內部之 SOP 符合「技服辦法」之相關規定(表表表表 1111)。第

二個案例業主內部沒有類似之 SOP，管理責任矩陣(圖六圖六圖六圖六)也有改進空間，

CMC 進場後提出管理方案建立月進度報告機制，此時才符合該辦法之相關

規定，之前規劃階段並不符合規定(表表表表 1111)。

2.2.2.2. 各機關辦理公有建築物作業手冊

第一個案例業主內部之 SOP 符合「作業手冊」表 2-2 工作項目第二

之(二)的權責劃分規定(表表表表 2222)。第二個案例 CMC 進場後提出管理方案建立月

進度報告機制，此時才符合該手冊表 2-1 工作項目第二之(二)的權責劃分規

定，之前規劃階段並不符合規定(表表表表 2222)。

((((三三三三))))中國國家標準符合度比較中國國家標準符合度比較中國國家標準符合度比較中國國家標準符合度比較

第一個案例業主之 SOP 符合中國國家標準 CNS 14485 之規定(表表表表 3333)。

第二個案例業主內部沒有類似之 SOP，管理責任矩陣(圖六圖六圖六圖六)也有改進空間；

CMC 進場後提出管理方案建立月進度報告機制，此時才符合 CNS 14485 之

規定，之前規劃階段並不符合規定(表表表表 3333)。

業主 DDC

招 綱

標 要

階 計

段 劃

細

部 需改正

時

程

計

劃

設

計

階 需改正

段

進

度

控

制

否

圖五圖五圖五圖五 第一個案例設計進度管理責任矩陣第一個案例設計進度管理責任矩陣第一個案例設計進度管理責任矩陣第一個案例設計進度管理責任矩陣

招標文件 (專案期程)

執行服務報告書 (細部時程計畫)

產出文件

改善行動

同意備查

審查

投標技術計畫書 (綱要時程計畫)

合約文件

審查

招投標、議約過程

啟始會議(設計單位簡報)

設計過程

品管

統計進度

月進度報告

結束

結案會議(設計單位簡報)

同意備查 設計展開

同意結案

業主 CMC 設計單位

細

部

時

程

設 計 需改正 需改正

計 劃

階

段

需改正 需改正

進

度

控

制

否

圖六圖六圖六圖六 第二個案例設計進度管理責任矩陣第二個案例設計進度管理責任矩陣第二個案例設計進度管理責任矩陣第二個案例設計進度管理責任矩陣

表表表表 1 1 1 1 二個案例與二個案例與二個案例與二個案例與「「「「機關委託技術服務廠商評選及計費辦法機關委託技術服務廠商評選及計費辦法機關委託技術服務廠商評選及計費辦法機關委託技術服務廠商評選及計費辦法」」」」符合度比較表符合度比較表符合度比較表符合度比較表

第一個案例 第二個案例

技服辦法第

六條

合約載明業主預劃的專案時程，

DDC 依據合約期限與服務範疇編

製設計時程計畫。

合約未規定，設計展開後，CMC 進場

提出管理方案要求建築師依據業主第

一次預期的 12 個日曆月時程，編製設

計時程計畫。

技服辦法第

八條第一項

第十三款

管制頻率以月為單位，DDC 提送

月報，業主審查。

管制頻率以月為單位，CMC 與建築師

各自提送月報，進度以 CMC 月報為

準，業主複查。

結論 符合該辦法相關規定。 CMC 進場後提出管理方案建立月進度

報告機制，此時才符合該辦法的相關

規定。之前規劃階段並不符合規定。

通知計畫送審

同意備查

複審

規劃報告

產出文件

工作計畫 (設計時程計畫)

統計進度

月進度報告

審查

通知文件送審

月進度報告

改善行動 設計過程

審查 複審

結案會議(設計單位簡報)

審查

點收

結束

同意備查 設計展開

同意結案

表表表表 2 2 2 2 二個案例與二個案例與二個案例與二個案例與「「「「機關機關機關機關辦理公有建築物作業手冊辦理公有建築物作業手冊辦理公有建築物作業手冊辦理公有建築物作業手冊」」」」符合度比較表符合度比較表符合度比較表符合度比較表

第一個案例 第二個案例

作業手冊

表 2-1(或表

2-2)

第二之(二)

無專案管理廠商，DDC 自主管制

設計階段各項作業的進度，業主

定期監督DDC自主管制設計進度

的有效性。

CMC 進場後提出管理方案建立月進度

報告機制，CMC 與建築師各自提送月

報，進度以 CMC 月報為準，業主複查。

結論 符合該手冊表 2-2 相關規定。 CMC 進場後提出管理方案建立月進度

報告機制，此時才符合該手冊表 2-1

的相關規定；之前規劃階段並不符合

規定。

表表表表 3 3 3 3 二個案例與二個案例與二個案例與二個案例與 CNS 14485CNS 14485CNS 14485CNS 14485 符合度符合度符合度符合度比較表比較表比較表比較表

第一個案例 第二個案例

CNS 14485

第 5.5.2 節

期間估計

合約載明業主預劃的專案時程，

DDC 依據合約期限與服務範疇編

製設計時程計畫。

設計展開後，建築師依據業主第一次

預期的 12 個日曆月時程，編製設計時

程計畫。

CNS 14485

第 5.5.3 節

時程展開

測量與補充地質調查於第一階段

執行，DDC 依據核可的時程計畫

次第展開第二階段設計。

建築師依據核可的時程計畫次第展開

設計。因規劃階段應辦理的事項未

辦，延至設計階段辦理，干擾設計進

展造成進度落後。

CNS 14485

第 5.5.4 節

時程管制

管制頻率以月為單位，DDC 提送

月報，業主審查。

管制頻率以月為單位，CMC 與建築師

各自提送月報，進度以 CMC 月報為

準，業主複查。

結論 本案業主內部的 SOP 符合國家標

準相關規定。

CMC 進場後提出管理方案建立月進度

報告機制，此時才符合國家標準的相

關規定；之前規劃階段並不符合規定。

六六六六、、、、結論與建議結論與建議結論與建議結論與建議

((((一一一一))))結結結結 論論論論

第一個案例 DDC 首次承接類似業務，細部設計卻能如期完成，業主

之 SOP 與 DDC 發揮服務精神全力完成任務都是成功之原因。第二個案例

業主沒有類似之 SOP，因此造成規劃階段不符合行政規定與 CNS 14485 之

狀況；CMC 進場後提出管理方案建立月進度報告機制，此狀況才獲得改善。

第二案例同時間接驗證設計進度管理是專案管理廠商之責任，國內研

究者王國平在調查中指出若專案管理廠商不管理設計進度，設計進度延誤

也沒在第一時間報告業主，專案管理廠商須與設計單位共同為設計進度延

遲負責；若專案管理廠商積極管理設計進度，設計進度延誤也在第一時間

報告業主，專案管理廠商則不須為設計進度延遲負責[9]。也間接驗證設計

進度管理不被重視，國內研究者彭聖麒在調查中指出業主對時間、品質、

成本、溝通、技術/工具等五大構面之服務過程重視度與滿意度，時間都排

名第四；對時間、品質、成本具體成果等重視度與滿意度，時間則排名第

二[10]。

((((二二二二))))建建建建 議議議議

綜合前面各節所述，提出公有建築物進度管理責任矩陣之建議(圖圖圖圖

七七七七)，提供同業參考。關於設計進度管理模式，建議業主採取下列三項措施：

1.在設計標招標文件中規定廠商投標時提出服務建議書，作為最有利標之

評審依據；2.規定得標廠商設計啟始前需提出設計工作計畫書，說明設計

工作計畫與設計進度管理，經審核通過後才准展開設計；3.規定得標廠商

履約過程中提出月進度報告，建立以月為頻率定期檢討進度之機制，以符

合行政規定與中國國家標準 CNS 14485 之相關規定。

((((三三三三))))後續研究後續研究後續研究後續研究

本文建議之公有建築物進度管理責任矩陣圖(圖七圖七圖七圖七)乃基於二個案例比

較而得，此管理矩陣雖然在二個案例中獲得極佳之管理績效，然而作為公

有建築物設計進度管理 SOP 還需要進一步驗證，因此後續研究可繼續將本

文建議之管理責任矩陣應用於其他公有建築物設計專案中，以驗證其有效

性。

業主 專案管理廠商 設計單位

綱 需改正

招 要

標 時

階 程

段 計

劃

需改正

細

部 需改正

時

程

計

劃

設

計

階 需改正

段

需改正

進

度

控

制

否

圖七圖七圖七圖七 建議之公有建建議之公有建建議之公有建建議之公有建築物設計進度管理責任矩陣築物設計進度管理責任矩陣築物設計進度管理責任矩陣築物設計進度管理責任矩陣

專案期限

審查

審查

專案時程計畫

執行服務計畫書 (細部時程計畫)

統計進度 複審

合約文件

複審

產出文件

投標服務建議書 (綱要時程計畫)

招投標、議約過程

審查報告

啟始會議(設計單位簡報)

月進度報告

審查報告

品管

擬定招標文件

月進度會議(設計單位簡報)

同意備查 設計展開

同意備查

審查

結束

同意備查

統計過程 改善行動

結案會議(設計單位簡報)

七七七七、、、、參考文獻參考文獻參考文獻參考文獻

(1) 行政院公共工程委員會，「機關委託技術服務廠商評選及計費辦法」，

行政院公共工程委員會(2002)。

(2) 行政院公共工程委員會，「各機關辦理公有建築物作業手冊」，行政

院公共工程委員會(2001)。

(3 )經濟部標準檢驗局，「CNS 14485 品質管理－專案管理品質指導綱要」

(2000)。

(4) The International Organization for Standardization，’’ISO 10006 Quality

management－Guidelines to quality in project management’’，ISO(1997)。

(5) Project Management Institute，”ANSI/PMI 99-001-2000 A Guide to the Project

Management Body of Knowledge”，PMI(2000)。

(6) M. Farr, “Design Management”, Hodder and Stoughton, Warwick(1996)。

(7) B.T. Turner, “Management of Design”, Industrial and Commercial

Techniques Ltd., London(1968)。

(8) 林家煌，「公共工程統包專案設計管理之研究」，碩士論文，台灣大

學土木工程研究所，臺北(2003)。

(9) 王國平，「公共工程專案管理廠商責任之探討－以建築工程為例」，

碩士論文，中央大學土木工程研究所，桃園(2003)。

(10)彭聖麒，「工程專案管理廠商服務滿意度評估之研究」，碩士論文，

中華大學營建管理研究所新竹(2003)。

(11)林淑燕，「工程主辦機關辦理大型工程設計審查系統建構之研究」，

碩士論文，台灣科技大學營建工程系，臺北(2002)。

(12)田志強，「設計作業時間規範」，碩士論文，成功大學土木工程研究

所，台南(2001)。

(13)余文德、何純平，「公有建築物專案設計進度管理模式之比較」，2003

海峽兩岸工程管理研討會論文集，第 15-1－15-10 頁，新竹(2003)。

(14)戴期甦、何純平，「設計管理的模式與技術」，營建管理季刊第 45 期，

臺北，第 50－57 頁(2000)。

(15)台北市政府捷運工程局，「台北都會區捷運系統新莊線 DK197 設計標

合約」，台北(1997)。

(16)空軍總司令部，「忠勇分案工程委託規劃設計監造契約」，台北(1998)。

(17)空軍總司令部，「忠勇分案工程委託專業營建管理服務契約」，台北

(1999)。

(18)中華顧問工程司建築部 83460 專案，「台北都會區捷運系統新莊線

DK197 設計標月進度報告」，台北(1998－2000)。

(19)中華顧問工程司建築部 88106 專案，「忠勇分案工程專業營建管理月進

度報告」，台北 (2000－2001)。

日本橋梁工程建設參訪報告

摘摘摘摘 要要要要

本文為 92 年 12 月 21 日至 92 年 12 月 28 日赴日本參訪橋梁工程建設

之心得報告，將日本參訪行程做一番整理後，簡要概述，包括東京灣岸高

架道路及大阪灣岸高架道路所見之各種橋梁，春本鋼構廠(大阪廠)、三座

施工中橋梁包括大阪栗東橋(Rittoh Bridge)、長崎日見橋(Himi Bridge)及長崎

女神大橋(Megami Bridge)之施工現場見聞等，提供橋梁工程師參考。

一一一一、、、、前前前前 言言言言

92 年 11 月底日本著名 APS (At-site Prefabricated cable System) 工法協會

配合日本大阪 Rittoh Bridge、長崎 Himi Bridge 及 Megami Bridge 等橋梁工程

之施工情形，來函邀請本工程司張荻薇副總經理及第一結構部同仁赴日本

參觀懸吊工法之先進橋梁施工。由於懸吊工法橋梁(如斜張橋、吊橋)正為

本部所積極研發之橋型，亦為將來重大橋梁工程所採用之型式，為進一步

瞭解日本最新的橋梁工程建設，蒐集更多先進橋梁設計及施工技術，以供

本部設計、監造之參考，此一考察機會實屬難得，經奉准請張荻薇副總經

理率隊，本部由三位資深工程師林曜滄組長、張英發正工程師、張志斌正

工程師偕同赴日參訪學習。

本次行程如下：

92.12.21 台北搭機到東京

92.12.22 拜會 APS 工法協會及參訪東京灣岸高架道路

92.12.23 由東京到大阪，參訪大阪 Haltecs Factory

92.12.24 參訪第二名神高速道路栗東橋(Rittoh Bridge)

92.12.25 參訪大阪灣岸高架道路，下午由大阪到福岡

92.12.26 及 27 參訪長崎日見橋(Himi Bridge)及長崎女神大橋(Megami

Bridge)

92.12.28 福岡搭機回台北

副總經理 張荻薇張荻薇張荻薇張荻薇 第一結構部

組 長 林曜滄林曜滄林曜滄林曜滄

第一結構部

正 工 程師 張英發張英發張英發張英發

第一結構部

正 工 程師 張志斌張志斌張志斌張志斌

以下乃針對本次行程之拜會及參訪所見所聞，及所蒐集到的技術資料

詳加整理，逐次說明如后。

二二二二、、、、拜會拜會拜會拜會 APSAPSAPSAPS 工法協會工法協會工法協會工法協會

國內許多斜張橋或拱橋之鋼索錨碇系統，均係採用 APS 鋼索錨碇系

統，例如本工程司所設計之台北市重陽大橋、東西向快速道路漢寶草屯線

E408 標的鋼拱橋塔斜張橋、花蓮太魯閣大橋，其他如台北圓山水管橋、南

投集鹿大橋等亦採用此錨碇系統。92 年 12 月 22 日上午搭乘地下鐵前往東

京八丁堀拜會 APS 工法協會，受到協會理事長大宮司 尚博士熱情接見，

除聽取協會的相關技術簡報外，同時協會也針對近年來日本橋梁最新的技

術發展，諸如浪形鋼腹鈑配合 RC 上下翼版的複合式箱型梁的設計、SP 橋

面版(Sequential Prestressed Precast Slab)的接合構造與施工方法及 APS 鋼索

錨碇系統等內容，均一一作詳盡之介紹，讓我們學習到最新之橋梁技術。

另對於本部最近辦理之重陽橋檢測維修問題、屏東大鵬灣景觀活動橋等設

計問題也順便向日本橋梁專家請益，是本次日本參訪行程中額外之收獲。

(詳見照片照片照片照片 1)

照片照片照片照片 1

三三三三、、、、東京灣岸高架道路東京灣岸高架道路東京灣岸高架道路東京灣岸高架道路

拜會 APS 工法協會後，下午隨即前往東京著名觀光地淺草(Asakusa)，

搭乘觀光遊艇沿東京隅田川下行，一直到日之出（Hinode）棧橋及台場

（Taiba）海濱公園，沿線可看到許多日本的各式各樣橋梁，有梁橋、拱橋、

斜張橋、吊橋等應有盡有，有如觀賞一場橋梁博覽會，日本橋梁工程界讓

橋梁除具交通功能外，亦可成為觀光景點之具體作法，兼具教育與休閒功

能，實值得我們學習與效尤。沿線各橋名稱包括吾妻橋、駒形橋、厩橋、

藏前橋(照片照片照片照片 2)、JR 總武線橋、兩國橋、新大橋、清洲橋(照片照片照片照片 3)、隅田川

大橋、中央大橋、佃大橋、永代橋(照片照片照片照片 4)、勝鬨橋、灣岸高架橋(照片照片照片照片 5)、

彩虹大橋及京浜大橋(照片照片照片照片 6)等。

照片照片照片照片 2

照片照片照片照片 3

照片照片照片照片 4

照片照片照片照片 5

照片照片照片照片 6

四四四四、、、、大阪大阪大阪大阪 Haltecs FactoryHaltecs FactoryHaltecs FactoryHaltecs Factory

本次所參訪的春本鐵工(株)所屬大阪工廠，雖不是 HALTECS 公司最

大的鋼結構工廠，但是此工廠已建廠近 60 年，施工人員經驗豐富，且為本

次參訪中之栗東橋浪形鋼腹鈑之施工鋼構廠，廠內正進行栗東橋鋼構加

工，從裁切、鑽孔、焊接、噴砂、油漆等均逐一介紹，看到工人仔細的操

作機器，嚴謹的態度，完成之成品品質令人讚賞，其相關施工如照片照片照片照片 7。

照片照片照片照片 7

五五五五、、、、栗東橋栗東橋栗東橋栗東橋 (Rittoh Bridge) (Rittoh Bridge) (Rittoh Bridge) (Rittoh Bridge)

栗東橋位於第二名神高速公路大津 JCT 及信樂交流道之間、琵琶湖東

南之崇山峻嶺間，其位置圖如圖一圖一圖一圖一所示。第二名神高速公路為日本 21 世紀

高規格幹線道路網核心路線之一，自愛知縣名古屋市至兵庫縣神戶市，全

長共 174 公里。設計速率採 140km/hr，除可有效縮短名古屋至神戶之行車

時間外，亦為名神高速公路之替代道路，未來並可促進日本產業復甦及振

興文化、社會、經濟等活動。

本橋之設置地點位於自然公園內，且有陡峭的地貌。本橋西側為栗東

隧道，在地形上為一陡坡，惟因該區域具有部分罕見珍貴植物，在地形及

生態保育考量下，橋型的選擇上，以採用較長跨徑、減少橋墩的橋梁為原

則。有鑑於上述原因，本橋於設計時採用特殊橋型的脊背橋(extradosed

bridge)，其完成之預想圖如圖二圖二圖二圖二所示。

本橋為融合當地景觀及特色，橋塔側面造型採單頂鶴意象設計，以表

現 出 其 獨 特 的 造 型 。 本 工 程 上 行 線 橋 長 為 495 公 尺 ( 跨 度 配 置 為

70+115+170+140m) ， 下 行 線 橋 長 為 555 公 尺 ( 跨 度 配 置 為

75+90+75+160+155m)，兩線橋寬均為 19.6 公尺，梁深 4.5 公尺，橋墩高約

70 公尺，主橋橋塔高 31 公尺。為了減輕自重、提高施工效率及品質、易

於未來維修等考量，本橋梁採用了最新技術之浪型鋼腹鈑 RC 翼版之複合

式箱型梁配合外置預力的結構設計，其結構尺寸如圖三圖三圖三圖三及圖四圖四圖四圖四所示。

本橋為脊背橋(extradosed bridge)，與一般預力橋梁之鋼腱設置於大梁內

部不同，本預力混凝土橋之鋼腱設置於大梁外部以提高鋼腱效率。因此，

本橋之外型類似斜張橋(Cable Stayed Bridge)，力學行為則介於斜張橋與傳統

預力混凝土橋之間。本橋型之優點除鋼腱之應力在活載重作用時之變動性

較斜張橋小外，橋塔高度亦可較低，施工也較容易。

本橋型腹版採用浪型鋼腹鈑，此種浪型鋼腹鈑橋係現代最新型的複合

式橋梁。此橋型橋梁除重量較傳統橋梁輕之外，因浪型腹鈑較不抵抗軸力，

可使預力更有效地傳遞至混凝土版上。通常浪型鋼腹鈑橋梁為單室結構，

但栗東橋因橋面較寬，首次採用單箱三室之結構，其主梁斷面圖五圖五圖五圖五所示，

此為全世界之首例。

本橋所使用之鋼腱於橋塔鋼腱錨碇處固定地錨碇方式，採用鋼及混凝

土混合式結構，於大梁鋼腱錨碇處之隔版為採用鋼構架隔版(Steel Frame

Diaphram)方式，其鋼製的鋼構架隔版構造及尺寸如圖六圖六圖六圖六及圖七圖七圖七圖七，可有效地

減輕本橋型之主梁重量。另考量構造空間及未來橋梁的維護檢查管理上之

實用上，本橋型之橋塔採用鋼製錨碇座，再以錨碇螺栓方式與橋塔相結合。

本次前往現場參訪時之各工地實景如照片照片照片照片 8888、、、、照片照片照片照片 9999、、、、照片照片照片照片 10101010 所示。

照片照片照片照片 8

照片照片照片照片 9

照片照片照片照片 10

六六六六、、、、大阪灣岸高架道路大阪灣岸高架道路大阪灣岸高架道路大阪灣岸高架道路

大阪灣岸地區為大阪市最多橋梁的區域，本區域的著名橋梁有拱橋系

的西宮港大橋及夢舞大橋等，斜張橋系的常吉大橋及天保山大橋等，桁架

橋系的港大橋，吊橋系的此花大橋(照片照片照片照片 11111111)。

照片照片照片照片 11

大阪灣岸高架道路橋梁中，以連絡夢洲及舞洲間的夢舞大橋最為特殊

及具技術性，亦為世界上橋梁的先例。夢舞大橋為一座浮體式同時可旋轉

可動的橋梁，為世界上第一座新形式的橋梁，並開創廿一世紀橋梁新技術。

目前本橋已完工通車，橋型為一座三跨連續鋼拱橋，造型相當特殊且線條

平滑優美，如照片照片照片照片 12121212。若為固定式橋梁，同樣為景觀及造型相當出色的，

但本橋最大的特色為其河中基礎採浮體式，即其橋體本身隨潮汐的高低而

上下調整，其橋梁上部結構及相關尺寸如圖八圖八圖八圖八所示。

本橋的特色是橋梁上部結構是完成靠其下部二個大浮體式基礎所支

承，浮體式基礎的長度及寬度都高達 58 公尺，厚度為 8 公尺，其浮體式基

礎如圖九圖九圖九圖九所示。

由於本橋是浮動在水上，因此於浮橋與兩端陸地橋梁段相銜接側，均

設有反力牆，以作為暴風時，提供浮橋對於風及海浪有充分的結構強度，

以確保以上面行走車輛的安全，其反力牆的結構如圖十圖十圖十圖十所示。為配合橋梁

旋轉打開時之功能，本反力牆之設計為活動式，可於打開航道時打開。浮

體式基礎除承受上部結構的載重外，亦作為橋梁旋轉打開航道時之承載

體，其旋轉打開時之畫面如照片照片照片照片 13131313。

本橋除橋梁結構外，實際上尚搭配相當多的精密機械設備，彼此相互

配合結合，始能創造及完成世界級的先進橋梁技術。本橋所搭配的機械設

備如浮橋打開時之鉸接、側跨橋梁之頂升及反力座牆之打開等，須與機械

設備相呼應，其設備參見照片照片照片照片 14141414。

七七七七、、、、日見橋日見橋日見橋日見橋 (Himi Bridge) (Himi Bridge) (Himi Bridge) (Himi Bridge)

日見橋位於長崎快速道路往南延伸線上，距長崎交流道 4 公里，該延

伸線自長崎多良見交流道至長崎交流道共計 11.3 公里，完工後將為出入長

崎之重要交通要道，其位置圖如圖十一圖十一圖十一圖十一所示。

本橋自規劃階段開始，考量與週遭環境相協調之橋梁景觀，同時在耐

久性及輕量化的考量下，採用脊背橋(extradosed bridge)。本橋因採預力混凝

土配合浪型鋼腹鈑箱型梁橋，為全世界首例之浪型鋼腹鈑脊背橋。橋塔亦

採用具現代感之流線造型，其橋梁型式參見照片照片照片照片 15151515。由於本橋型於開始建

造時為全世界之首例，除經由風洞實驗來確保強風吹過設置地點之地貌作

用橋梁的安全，同時亦於工地現場作 1/2 的模型實驗，參見照片照片照片照片 16161616，來確

認鋼索錨碇部的性能及浪型鋼腹鈑結構撓曲行為的安全性。

本 橋 為 三 跨 連 續 浪 型 鋼 腹 鈑 脊 背 橋 ， 全 橋 跨 度 長 達 365 公 尺

(91.75+180+91.75=365)，橋梁全寬為 12.95 公尺，梁深採固定深度 4.0 公尺，

其斷面尺寸詳如圖十二圖十二圖十二圖十二。

由於本橋位山谷中，其兩端為隧道，因此其橋墩 P1、P2 橋墩高度均

相當高，分別約為 31 公尺及 46 公尺，同時其橋塔配合其鋼索錨碇的配置，

橋塔高度為 19.8 公尺，其橋墩斷面尺寸如圖十三圖十三圖十三圖十三所示。

日見橋之橋型具有下列幾項特點：

1. 採用脊背橋(extradosed bridge)外觀為預力混凝土結構，其橋型與栗

東橋相同，實際上為複合性材料之結合及使用。鋼結構於本橋型所佔之比

例亦相當大，例如其腹鈑為浪型鋼鈑、其主梁部份及橋塔部份之錨碇部均

為鋼結構。本橋型於跨度約為 100 公尺左右，較斜張橋或梁橋更具經濟性。

2. 由於本橋型主梁翼版採混凝土版、腹版採浪型鋼鈑之混合式結構，

如圖十四圖十四圖十四圖十四所示，因此本結構具有以下優點：

(1) 大梁重量較輕。

(2) 施工較有效率，可縮短施工時間及降低施工成本。

(3) 手風琴效應，即腹版較不承受軸力，預力可更有效地傳遞至混凝

土版上。

(4) 可提高大梁之剪力強度。

3. 本工程主梁內設置外置預力(External Cable)，如圖十五圖十五圖十五圖十五所示，具有

以下優點：

(1) 因預力鋼腱配設皆在混凝土外，故施工較容易。

(2) 預力鋼腱維修較容易，品質較易掌握。

(3) 可設置鋼腱的空間較大。

4. 本工程採用大型工作車，每個節塊長達 6.4m，可減少節塊數量，以

提高施工速度。

5. 主橋橋塔之鋼索錨定座採用鋼結構設計，如圖十四圖十四圖十四圖十四中所示，以減少

工地現場作業、降低施工成本。主梁梁錨碇處之隔版亦採鋼結構設計，除

可減少工地現場作業外，亦可降低大梁自重。

6. 由於日見橋之橋型在建造時為全世界之首例，故在施工前先製作了

1/2 尺寸之實體模型進行載重試驗，以確認鋼腱錨碇處強度、錨座附近應力

行為、浪型鋼腹鈑與混凝土翼版接合處之應力行為、鋼構隔版與浪型鋼腹

鈑間之焊接強度、彎矩破壞模式及預力鋼腱應力。

本施工順序為先施作橋墩，然後施築橋塔並架設懸臂工作車，再以懸

臂節塊方式施作並設置外置預力鋼腱。目前本工程已大致完成，本次參訪

時之現場相片參見照片照片照片照片 17171717。

照片照片照片照片 17

八八八八、、、、女神大橋女神大橋女神大橋女神大橋 (Megami Bridge) (Megami Bridge) (Megami Bridge) (Megami Bridge)

本工程位於日本九州長崎主要地方道路南環狀線之臨港道路女神大

橋線上，介於長崎市大浜町與新戶町間，其相關位置如圖十六圖十六圖十六圖十六所示。本工

程全長為 5 公里，其中橋梁長度為 1289 公尺，主橋為跨越長崎港的女神大

橋。女神大橋全長為 880 公尺，其中中間跨度長達 480 公尺，側跨為 200

公尺，其主梁斷面、側面圖及主塔正面圖，如圖十七圖十七圖十七圖十七所示。主橋下部結構

為分別為直接基礎(1P)、沉箱基礎(2P、3P)及深樁基礎(4P)。

女神大橋目前尚在施工中，其施工過程參見照片照片照片照片 18181818，本次參訪時之現

場相片參見照片照片照片照片 18181818，其完成預想圖如圖十八圖十八圖十八圖十八所示。

照片照片照片照片 18

九九九九、、、、結語及對大司之建言結語及對大司之建言結語及對大司之建言結語及對大司之建言

由於日本土地大，海岸線長及海灣多，且由四大島嶼（本州、九州、

四國、北海道）組成，因此橋梁成為串連各地的最好方式。本次到日本參

訪橋梁建設，見識到日本的橋梁建設技術日新月異，並朝向與景觀融合之

美麗造型設計，其施工技術、方式及機械設備的先進，可稱為世界之最。

本工程司為國內橋梁首屈一指的設計單位，對於橋梁先進技術的創新

及研發，應積極地創新及吸取。本次的參訪，對於日本地區的施工技術、

方式及機械設備的先進技術，有進一步的瞭解，同時更可收集到許多的橋

梁技術及橋型，以供後續工作使用。

由於懸吊工法橋梁(如斜張橋、吊橋)正為本部所積極研發之橋型，亦

為將來重大橋梁工程所採用之型式，本次的參訪可瞭解日本最新的橋梁工

程建設，蒐集更多先進橋梁設計及施工技術，以供本部設計、監造之參考。

另本次有機會實際到工地現場及鋼構工廠參訪，是難得一次的經驗，

更體會日本之橋梁工程師敬業精神與榮譽感，他們對於施工細節之講究及

不斷之設計及施工技術創新，均是激發我們繼續堅守崗位、努力不懈之原

動力。另對於工地工安之管理及環境整潔之維護均也留下深刻之印象，本

部設有監造單位，對於日本工地現場環境的維護及施工細節之講究，將會

我們日後設計及監造工作學習的目標及努力的方向，同時會對未來的監造

有所助益。