108 年 國立臺灣大學土木系碩士班交通組《運輸工程學》

本題主要考察運輸工程領域五個重要名詞的定義與基本概念。

1. Mobility as a Service (MaaS)
   MaaS 是一種整合各種交通運輸服務的數位平台，旨在提供使用者從行程規劃、預訂到支付的一站式無縫體驗。它將公共交通、共享汽車、自行車、計程車、叫車服務等整合於單一應用程式中，使用者可以根據自身需求選擇最適合的組合，以取代傳統的私人汽車擁有。MaaS 的目標是提升運輸效率、減少交通擁塞、降低碳排放，並提供更便利、個人化的出行方式。
   【答案】MaaS 是一種整合各種交通運輸服務的數位平台，旨在提供使用者從行程規劃、預訂到支付的一站式無縫體驗，以取代傳統私人汽車擁有，提升運輸效率並提供個人化出行。

2. Tram Train
   Tram Train 是一種結合了有軌電車 (Tram) 和火車 (Train) 特性的軌道車輛系統。其主要特點是可以在城市內的有軌電車軌道和市郊的鐵路軌道上運行。這使得 Tram Train 能夠將市郊的鐵路網絡連接到市中心的有軌電車網絡，提供更直接、便捷的點對點服務，無需在市郊車站換乘。它結合了有軌電車的靈活性和市中心通行能力，以及火車的載客量和長途運輸能力。
   【答案】Tram Train 是一種結合有軌電車和火車特性的軌道車輛，可同時在城市有軌電車軌道和市郊鐵路軌道上運行，實現市郊鐵路與市中心有軌電車網絡的無縫連接。

3. Sight Triangle
   Sight Triangle (視距三角形) 是道路交叉口設計中的一個重要概念，指確保駕駛員或行人能夠安全地觀察到來自其他方向的交通流，從而做出正確駕駛決策的區域。

本題考驗對於燈塔設計中高度考量因素的理解。燈塔的高度設計是為了確保其光線能傳播足夠的距離，並在海上或岸邊的船隻上清晰可見，同時也要考量到其他環境因素。

燈塔高度設計的主要考量因素及決定方式如下：

1. 可見距離 (Range of Visibility)：這是最重要的考量。燈塔的高度與其發光強度、光源本身的高度（離海平面高度）、以及地球曲率共同決定了其可見距離。

   • 地球曲率影響：由於地球是圓的，遠方的船隻會被地平線遮擋。燈塔越高，其「地平線」就越遠，理論上可見距離就越長。
   • 計算公式：可見距離 $D$（單位：海浬）大約可由以下公式估計：$D = \sqrt{2h_l} + \sqrt{2h_s}$，其中 $h_l$ 是燈塔本身離海平面高度（單位：英尺），$h_s$ 是觀察者（船上人員）眼睛離海平面高度。在設計時，通常會假設一個標準的觀察者高度（例如 15 英尺），並以此計算所需燈塔高度以達到預設的航行安全距離。
   • 大氣條件：霧、雨、雪、霾等大氣條件會顯著降低燈塔的可見距離，因此在設計高度時，通常會考量該地區的典型大氣能見度，並適度增加高度以應對不利天氣。

2. 地理環境與障礙物：

   • 地勢：如果燈塔建在較高的陸地上，其基礎高度本身就較高，可能可以稍微降低塔身高度。反之，若建在低窪或平坦地區，則需要更高的塔身。
   • 周邊障礙物：附近的島嶼、山丘、高建築物或其他結構可能會遮擋燈塔的光線。設計時必須確保燈塔的高度足以越過這些障礙物，使其光線能到達預設的航行區域。

本題要求說明接縫式鋼筋混凝土鋪面（Jointed Plain Concrete Pavement, JPCP）的重要元素，並需搭配圖示說明。由於無法在此處提供圖示，我將以文字詳細描述其重要組成元素及其功能。

接縫式鋼筋混凝土鋪面（JPCP）是一種常見的混凝土路面類型，其主要目的是透過預先設置的接縫來控制混凝土因溫度變化和載重作用而產生的膨脹與收縮裂縫，使其在預定位置產生裂縫，並便於維護。

JPCP 的重要元素包括：

1. 混凝土面板 (Concrete Slab)：

   • 說明：這是鋪面的主要結構層，由鋼筋混凝土構成。它承受車輛載重，並將載重傳遞到下方的基層或土壤。
   • 鋼筋 (Reinforcement)：JPCP 中的鋼筋主要作用是防止因溫度變化和乾燥收縮引起的早期裂縫，並在產生裂縫後，將裂縫兩側的板塊保持在一起，傳遞一定的載重，防止錯動。鋼筋在 JPCP 中通常是網狀鋼筋 (welded wire mesh) 或鋼筋籠，但其鋼筋量通常不高，主要用於控制裂縫而非完全防止裂縫。
   • 功能：提供堅固、耐久的鋪面表面，抵抗磨損和交通載重。

2. 接縫 (Joints)：

   • 說明：接縫是 JPCP 最關鍵的設計元素之一。在混凝土澆築過程中或之後，會在預定的位置切割或形成特定的接縫，以控制混凝土的開裂。
   • 類型與功能：
     • 膨脹縫 (Expansion Joints)：設置在較長的混凝土路段之間，或者在橋頭、建築物連接處，目的是為混凝土提供膨脹空間，防止因溫度升高或濕度增加而引起的擠壓破壞（如擠壓隆起、板塊擠壓）。膨脹縫中通常會填充彈性材料（如瀝青、橡膠），並可能在接縫下方設置傳力鋼筋 (dowel bars) 或傳力銷 (tie bars) 來協助傳遞載重。
     • 收縮縫 (Contraction Joints)：這是最常見的接縫類型，設置在混凝土路面中，目的是在混凝土冷卻收縮或乾燥收縮時，引導裂縫在接縫處產生。收縮縫通常是沿路面板長度方向切割，深度約為板厚的三分之一到四分之一。
     • 施工縫 (Construction Joints)：在混凝土澆築作業中斷時，新舊混凝土層之間形成的縫。為了確保結構連續性，施工縫通常會採用傳力鋼筋或剪力鍵 (keyways) 來加強連接。
     • 縱向接縫 (Longitudinal Joints)：沿著道路行車方向設置的接縫，用於連接相鄰的混凝土車道，或控制路面板的收縮。

本題考驗對交通流基本參數之間關係的理解，這是巨觀車流模型的核心概念。

巨觀車流模型（Macroscopic Traffic Flow Models）將車流視為連續的流體，描述車流的宏觀特性，其中最基本的三個參數是流率 (flow, $q$)、速率 (speed, $v$)，以及密度 (density, $k$)。它們之間的關係是交通流理論的基石。

參數定義：

• 流率 (Flow, $q$)：單位時間內通過某一點或某斷面的車輛數。通常以車/小時 (vehicles/hour) 為單位。
• 速率 (Speed, $v$)：車流中車輛的平均速度。通常以公里/小時 (km/h) 或英里/小時 (mph) 為單位。在巨觀模型中，常使用時間平均速率 (time-mean speed)。
• 密度 (Density, $k$)：單位長度道路上（例如每公里或每車道）的車輛數。通常以車/公里 (vehicles/km) 或車/英里 (vehicles/mile) 為單位。

三者之間的關係：

這三個參數之間存在一個簡單而重要的數學關係，即：

$q = k \times v$

這個公式的意義是：單位長度道路上的車輛數（密度 $k$）乘以車輛的平均移動速度（速率 $v$），就等於單位時間內通過該斷面的車輛數（流率 $q$）。

關係的闡述與圖示（文字描述）：

這種關係可以用一個二維圖形來表示，橫軸為密度 ($k$)，縱軸為流率 ($q$)。

1. 零密度點 (k=0)：當道路上沒有車輛時（密度 $k=0$），流率 $q$ 也為零。

本題考驗對鐵路道岔（轉轍器）中舌形轉轍器（Point Switch or Turnout）工作原理的理解，並需結合圖示說明。由於無法在此處提供圖示，我將以文字詳細描述其結構與功能。

舌形轉轍器是鐵路系統中用於引導列車從一條軌道轉換到另一條軌道的關鍵設備。它允許列車在兩個或多個軌道之間進行選擇性通行。

舌形轉轍器的組成與工作原理：

舌形轉轍器的核心組件是「舌軌」（Point Rail 或 Switch Rail）和「轍軌」（Stock Rail）。

1. 轍軌 (Stock Rail)：

   • 這是兩條固定不動、與主軌道平行的鋼軌。它們為舌軌提供支撐，並在列車通過時提供連續的軌道面。

2. 舌軌 (Point Rail / Switch Rail)：

   • 這是舌形轉轍器中最關鍵的活動部件。舌軌是一根（或一對）被精確加工成尖形（錐形）的鋼軌。
   • 舌軌的一端是尖細的「尖端」(point)，另一端是較寬的「根部」(heel)。
   • 舌軌的尖端被設計成可以緊密地、無縫隙地貼合在轍軌的內側。

3. 轉換機構 (Switching Mechanism)：

   • 這是一套機械裝置，用於移動舌軌。它可能由手動操作桿、電動馬達或氣動/液壓裝置組成。
   • 轉換機構將舌軌從一側的轍軌推向另一側，使其尖端與對應的轍軌緊密接合。

工作原理說明（結合圖示描述）：

想像一個基本的「Y」形道岔（例如，將一條軌道分叉成兩條）。

• 情境一：列車沿直線方向通行
  • 當列車需要沿著主軌道（或稱為直股）前進時，舌軌的尖端會被推動，緊密地貼合在右側的轍軌上。

本題考驗對於環境衝擊分析中噪音評估的理解，包括衡量的重點及常用指標。

在環境衝擊分析（Environmental Impact Assessment, EIA）中，噪音評估是評估交通、工業、建築工程等項目對周遭環境影響的重要環節。其目的是預測噪音對居民、生態系統及其他敏感區域可能造成的影響，並提出減輕對策。

噪音衡量的重點：

噪音衡量的重點在於量化噪音的「強度」、「頻率」、「持續時間」以及「對接收者的影響程度」。具體來說，包括：

1. 背景噪音水平 (Background Noise Level)：

   • 了解在沒有新建項目（或在項目營運前）時，區域內原有的噪音水平。這是評估項目預期產生的額外噪音影響的基準。

2. 預期噪音源 (Anticipated Noise Sources)：

   • 識別項目中可能產生噪音的主要來源，例如：交通（車輛、火車、飛機）、工業設備（機器運轉、風扇）、建築施工（打樁、機械操作）、商業活動（空調、人聲）等。

3. 傳播路徑與衰減 (Propagation Path and Attenuation)：

   • 噪音如何在空氣中傳播，以及在傳播過程中會受到的衰減（如距離衰減、建築物遮擋、大氣吸收等）。這影響著遠離噪音源的接收點的噪音水平。

4. 敏感接收點 (Sensitive Receptors)：

   • 識別對噪音特別敏感的區域或人群，例如：住宅區、學校、醫院、圖書館、公園、野生動物棲息地等。這些地點的噪音標準通常比一般區域更嚴格。

5. 噪音暴露時段 (Exposure Period)：

   • 噪音的影響程度常與其出現的時間有關。日間噪音、夜間噪音、尖峰時段噪音都可能需要分別衡量，因為人體對夜間噪音的敏感度通常較高。

6. 噪音的特性 (Noise Characteristics)：

   • 評估噪音是否為連續性、間歇性、脈衝性（突發性）、或是單一頻率（純音）或寬頻噪音。脈衝性或純音噪音可能比同等能量的寬頻噪音更令人煩擾。

常用的噪音指標：

為了量化和比較不同噪音源和不同時段的噪音，發展了許多標準化的噪音指標。最常用的指標包括：

1. 聲壓級 (Sound Pressure Level, SPL)：

   • 這是最基本、最直接的噪音強度衡量單位，通常以分貝 (dB) 表示。
   • 由於人耳對聲音的感知是 log 尺度，因此使用分貝來表示聲壓級。
   • 例如：$20 \mu Pa$ 的聲壓級定義為 0 dB (SPL)。

2. 加權聲壓級 (Weighted Sound Pressure Level)：

   • 為了反映人耳對不同頻率聲音的敏感度差異，會對原始聲壓級進行頻率加權。