112 年 國立臺灣大學土木系碩士班交通組《運輸工程學》

本題為解釋名詞題，共分為五個子題，旨在測試考生對運輸工程相關基本名詞的理解程度。

1. Gravity Model (重力模式)
   重力模式是一種交通生成與分配模型，用於預測不同區域（來源地與目的地）之間的人員或貨物移動量。其基本原理類比於物理學中的萬有引力定律，認為兩地之間的旅行量與兩地的「吸引力」（通常與人口、經濟活動強度等相關）成正比，而與兩地之間的「距離」（旅行時間、旅行成本等）成反比。
   數學表達式通常為：
   $T_{ij} = K \frac{P_i P_j}{d_{ij}^b}$
   其中：

   • $T_{ij}$：從區域 $i$ 到區域 $j$ 的旅行量。
   • $P_i$：區域 $i$ 的吸引力因子（如人口、GDP）。
   • $P_j$：區域 $j$ 的吸引力因子。
   • $d_{ij}$：區域 $i$ 與區域 $j$ 之間的距離或旅行成本。
   • $K, b$：比例常數，通常透過實際數據校準。
     在運輸規劃中，重力模式常用於預測不同區域間的交通量，例如小汽車、公共運輸、貨物運輸等。

2. Cast Manganese-Steel Frog (鑄錳鋼道岔)
   鑄錳鋼道岔（Frog）是鐵路軌道轉轍器（Switch）系統中的關鍵組件，特別是在道岔的交叉點。它是由一塊鑄造而成、含有高錳鋼成分的鋼材所製成，其主要功能是引導列車車輪從一條軌道安全地轉換到另一條軌道，或是讓車輪在交叉點上跨越另一條軌道。
   具體來說，在道岔的交叉部分，當列車的車輪需要跨越另一條軌道的軌縫時，鑄錳鋼道岔能提供一個平滑的過渡，避免車輪發生碰撞或脫軌。高錳鋼的材質具有優異的耐磨損和抗衝擊性能，能夠承受列車頻繁通過的巨大壓力，因此非常適合用於製造道岔的關鍵部位，以確保行車安全和延長組件壽命。

3. Minimum Passing Sight Distance (最小超車視距)
   最小超車視距（MPSD）是指在道路設計中，為了確保車輛能夠安全地進行超車操作，駕駛員需要能夠看到前方足夠的距離，以便有足夠的時間和空間完成超車動作，而不與對向來車發生碰撞。這個距離必須考慮到超車車輛的加速、行駛距離、被超車輛的速度、以及對向來車的速度與反應時間。
   MPSD 的計算通常包含以下幾個主要因素：

   • 駕駛員的反應時間。
   • 超車車輛的加速性能。
   • 被超車輛的行駛距離。
   • 對向來車的行駛距離。

本題要求繪製一個大型人工港灣並標示主要設施，旨在測試考生對港口規劃與佈局的理解。人工港灣通常是在淺海或海岸邊利用填海造陸或結構物（如離岸碼頭）建造而成，主要功能是提供船舶停泊、裝卸貨物、旅客服務及相關後勤支援。

繪製說明：
繪製時需包含以下基本要素，並合理佈局：

1. 海岸線/陸地：港灣的陸域依托。
2. 防波堤 (Breakwaters)：保護港區免受風浪侵襲，通常為海堤結構，可為消浪結構或實心結構。
3. 碼頭 (Quays/Piers)：供船舶停靠裝卸貨物的岸邊設施。可細分為：
   • 貨櫃碼頭 (Container Terminal)：專門處理貨櫃的碼頭，設有岸橋 (Gantry Cranes) 及堆場。
   • 散雜貨碼頭 (Bulk/General Cargo Terminal)：處理散裝貨物（如煤炭、礦石、穀物）或雜貨的碼頭，可能設有專門的裝卸設備（如抓斗、輸送帶）。
   • 油輪碼頭 (Oil Terminal)：處理石油、化學品的碼頭，通常設有輸油管線。
   • 客運碼頭 (Passenger Terminal)：供渡輪、遊輪停靠。
4. 航道 (Fairway/Channel)：供船舶進出港區的水道，需要足夠的寬度和深度。
5. 錨地 (Anchorage)：供船舶暫時停泊或等待進港的區域。
6. 填海造陸區域 (Reclaimed Land)：用於擴充港口腹地，可作為貨櫃堆場、倉儲、工業區等。
7. 輔助設施：如港口行政大樓、海關、維修廠、加油站、消防站、交通聯絡道（連接港區與內陸）。

繪製範例與標示說明：

                                                (外海)
                                                ~~~~~~
                                     ~~~~~~~~~~~~~~
                                  ~~~~~~  (波浪) ~~~~~~~~

本題旨在測試考生對機場系統組成及其功能的理解，特別是從客運角度區分空側 (Airside) 與陸側 (Landside) 的設施，並闡述其如何實現機場的兩大主要功能：旅客運輸與貨物運輸（儘管題目側重客運，但機場的貨運功能亦是其重要組成）。

機場的兩大主要功能：

1. 旅客運輸 (Passenger Transportation)：安全、高效地將旅客從地面運送到飛機，以及將抵達的旅客從飛機運送到地面。
2. 貨物運輸 (Cargo Transportation)：安全、高效地將貨物從地面運送到飛機，以及將抵達的貨物從飛機運送到地面。

我們將從空側與陸側分別列舉設施並說明其功能：

A. 空側 (Airside) 設施

空側是指機場內所有與飛機運行直接相關的區域和設施，通常由機場管理機構嚴格控制進出。

• 跑道 (Runway)：
  • 組成：長條形的鋪設區域，有明確的標識和燈光系統。
  • 功能：供飛機起飛和降落的場所。確保跑道的長度、寬度、強度和淨空符合飛機性能要求，並有良好的排水系統。
• 滑行道 (Taxiway)：
  • 組成：連接跑道與停機坪、航廈之間的聯絡道。
  • 功能：引導飛機在機場地面上從跑道滑行至停機坪，或從停機坪滑行至跑道，以進行起飛或降落。
• 停機坪/機坪 (Apron/Ramp)：
  • 組成：位於航廈附近，供飛機停放、裝卸旅客和貨物、加油、維護的區域。
  • 功能：提供飛機作業的平台。在此進行旅客上下機（登機門、空橋）、貨物裝卸、加油、清潔、簡單維護等。
• 航管設施 (Air Traffic Control Facilities)：
  • 組成：塔台 (Control Tower)、雷達系統、導航設備 (如 ILS, VOR)。
  • 功能：由空中交通管制員負責監控和指揮空域內及機場地面上飛機的飛行，確保飛行安全與效率，協調起降、滑行等活動。
• 機務維護設施 (Aircraft Maintenance Facilities)：
  • 組成：機棚 (Hangar)、維修車間。
  • 功能：對飛機進行日常檢查、定期維護和緊急修理，確保飛機處於安全適航狀態。
• 輔助航空設施 (Auxiliary Aviation Facilities)：
  • 組成：助航燈光、標識、氣象觀測設備。
  • 功能：提供飛行員在起降及滑行時所需的導引和資訊。

B. 陸側 (Landside) 設施

陸側是指機場內所有與地面交通、旅客服務、貨物處理及行政管理相關的區域和設施，通常是公眾可以到達的區域。

• 航廈 (Terminal Building)：
  • 組成：旅客候機大樓，包含報到櫃台、安全檢查區、出境/入境審查區、免稅商店、餐飲區、行李處理系統 (Baggage Handling System, BHS)、登機門 (Gates)、空橋 (Jet Bri

本題旨在測試考生在有限預算和特殊環境（離島隧道、特定交通組成）下，進行鋪面類型選擇的能力，並要求說明理由與思考邏輯。鋪面主要分為剛性鋪面 (Rigid Pavement) 和柔性鋪面 (Flexible Pavement)。

鋪面類型比較：

• 剛性鋪面 (Rigid Pavement)：主要由厚水泥混凝土板構成，將載重分散至較大的面積，並透過板的彎曲抵抗應力。
  • 優點：耐久性好、壽命長、維護頻率低、對水敏感性較低、承載力高。
  • 缺點：初期建造成本高、施工較慢、裂縫處理較複雜、路面反光性強（隧道內可能影響視覺）。
• 柔性鋪面 (Flexible Pavement)：由多層不同材料組成，最上層為瀝青混凝土，載重主要由各層材料逐層分散至路基。
  • 優點：初期建造成本較低、施工快速、路面較平順、對交通荷載敏感性較低。
  • 缺點：耐久性相對較差、易受溫度、水份影響、需要較頻繁的維護、壽命較短。

情境分析：

1. 環境：離島的隧道。
   • 隧道內：封閉環境，通風、排水、照明是關鍵。鋪面損壞可能導致交通中斷，維修困難且成本高昂。路面反光性（剛性鋪面較高）可能影響駕駛視覺。
   • 離島：運輸成本高，材料取得不易，維修困難。
2. 交通組成：
   • 主要：機車 (Motorcycle) 和小客車 (Passenger Car)。這兩者對路面的衝擊力相對較小，且輪跡壓力較窄。
   • 偶爾：遊覽車 (Tour Bus) 和工程車 (Construction Vehicle)。這些車輛軸重較大，輪跡壓力較寬，對鋪面的衝擊力較大，尤其是在轉彎或重載時。
3. 預算限制：負責單位預算不多，意味著初期建造成本和長期養護成本都需審慎考量。

思考邏輯與鋪面選擇：

在「預算不多」且「維修困難」的條件下，長期養護成本和耐久性成為關鍵考量。

• 剛性鋪面：初期成本高，但一旦建成，其耐久性長、維護需求低，非常適合隧道這種維修不便且一旦損壞影響巨大的環境。雖然初期建造成本較高，但從全生命週期來看，其低養護成本可能更符合「預算不多」的長期目標。尤其考慮到偶爾經過的重載車輛，剛性鋪面的高承載能力和均勻分散載重能力更具優勢。
• 柔性鋪面：初期成本較低，但耐久性相對差，易受水損（隧道內排水是關鍵）和溫度影響，且需要較頻繁的維護。

核心觀念

本題考查速度—時間圖的面積意義：

$$\text{行駛距離}=\int v(t)\,dt$$

亦即速度—時間圖下的面積。圖示列車在兩站間依序經歷：

• 加速時間：$t_a$
• 等速行駛時間：$t_c$
• 減速時間：$t_d$
• 停站時間：$t_p$

其中 $t_p$ 發生於列車停靠車站時，不屬於兩站間的純行駛時間。

解題方法與推導

列車最高速度為 $V_{\max}$，兩站距離為 $D$。

速度—時間圖下的面積由兩個三角形與一個長方形組成：

$$D=\frac{1}{2}V_{\max}t_a+V_{\max}t_c+\frac{1}{2}V_{\max}t_d$$

整理等速行駛時間：

$$V_{\max}t_c = D-\frac{1}{2}V_{\max}(t_a+t_d)$$

因此：

$$t_c = \frac{D}{V_{\max}}-\frac{t_a+t_d}{2}$$

兩站間純行駛時間為：

$$T=t_a+t_c+t_d$$

代入上式：

$$T = t_a+ \frac{D}{V_{\max}}-\frac{t_a+t_d}{2} +t_d$$

整理得：

$$\boxed{ T=\frac{D}{V_{\max}}+\frac{t_a+t_d}{2} }$$

若要計算包含停站時間的站間運轉週期，則須再加上停站時間 $t_p$：

本題旨在測試考生對運輸需求管理 (Demand Management) 與供給管理 (Supply Management) 策略的理解，以及如何結合運用以達成運輸系統的整體管理目標。所謂「運輸系統管理的目的」，通常是指提升效率、減少壅塞、降低污染、提高安全性、改善使用者體驗等。

「減少需求」與「減少供給量」是兩種不同的策略，但有時可以相互配合使用。

策略一：減少需求 (Demand Management)

這是透過各種手段來降低人們對特定交通服務或出行的總體需求，尤其是在高峰時段或特定區域。

• 目的：緩解尖峰時段的交通壓力，減少壅塞，降低能源消耗和污染。
• 方法舉例：
  1. 差別費率 (Congestion Pricing / Peak-Hour Pricing)：
     • 說明：在尖峰時段或特定擁擠區域（如市中心）收取較高的通行費（如過路費、停車費、進入費）。例如，新加坡的電子道路收費系統 (ERP) 或倫敦的交通擁擠稅。
     • 如何減少需求：提高尖峰時段出行的成本，促使部分非緊急的出行者改在離峰時段出行、使用公共運輸、拼車或取消行程，從而減少進入擁擠區域的車輛總數。
  2. 鼓勵替代出行方式 (Promoting Alternative Modes)：
     • 說明：透過改善公共運輸服務（增加班次、擴大網絡、降低票價）、推廣自行車和步行（建置自行車道、人行道）、鼓勵拼車 (Carpooling) 和共乘 (Ride-sharing) 等。
     • 如何減少需求：使人們有更多可行的、有吸引力的替代方案來取代私人汽車單獨出行，從而減少對道路的總體需求。例如，開發完善的捷運系統，讓通勤者願意搭乘捷運而非開車。
  3. 彈性工作安排 (Flexible Work Arrangements)：
     • 說明：推動企業實施彈性工時、遠距工作 (Telecommuting)、壓縮工作週等。
     • 如何減少需求：分散通勤尖峰時段的出行需求，減少一天中特定時段的交通流量。遠距工作則直接減少了通勤出行的總次數。

策略二：減少供給量 (Supply Management)

這是透過限制或優化交通基礎設施的可用性，以控制進入系統的交通量。

• 目的：直接控制進入特定區域或道路的交通流量，防止超負荷運行，維持一定的服務水平。
• 方法舉例：
  1. 設置停車位限制與高價停車 (Parking Restrictions and High Parking Fees)：
     • 說明：限制特定區域（如市中心）的停車位總量，並設定高昂的停車費用。
     • 如何減少供給量：降低了車輛進入並停留在該區域的便利性和經濟性，間接限制了能在此區域合法停放的車輛數量，從而減少了進入該區域的交通量。這與需求管理中的高價停車費有重疊，但這裡更強調「供給的限制」。
  2. 車道管制或封閉 (Lane Control or Closure)：
     • 說明：在特定時段或事件期間，選擇性地關閉部分車道，或實施車輛種類限制（如只允許特定車輛進入）。