113 年 國立臺灣大學土木系碩士班交通組《運輸工程學》

本題主要在探討運輸規劃在運輸工程領域中的定位與方法論。

(a) 運輸規劃在運輸工程、運輸系統建設中所扮演的角色

運輸規劃是運輸工程與運輸系統建設的起點與導引，其核心角色體現在以下幾個方面：

1. 確立需求與目標： 運輸規劃首要任務是理解與預測運輸需求（例如旅運需求、貨運需求），並設定運輸系統的發展目標（例如提升效率、改善安全性、促進公平性、環境永續）。
2. 策略與方案研擬： 基於需求與目標，運輸規劃需要研擬可行性的策略與方案，包括新建或改善交通基礎設施（道路、軌道、港口、機場）、導入新的運輸技術或營運模式（大眾運輸、共享運具、智慧交通系統）、以及制定相關的政策與法規。
3. 決策支援： 運輸規劃提供量化分析與評估工具，協助決策者在眾多選項中，選擇最符合效益、效率、可行性及社會期望的方案。它將工程技術與社會經濟因素結合，確保建設成果能真正服務於社會。
4. 整合與協調： 運輸系統涉及多種模式（公路、鐵路、航空、水運）及眾多利害關係人（政府部門、營運商、使用者、社區），運輸規劃需要扮演整合者的角色，協調不同層級、不同部門、不同利益間的關係，以達成整體運輸系統的最佳化。
5. 前瞻性與永續性： 運輸規劃著眼於未來，預測未來趨勢（人口結構、經濟發展、科技進步、氣候變遷），並將永續發展原則（環境保護、社會公平、經濟可行）融入其中，引導運輸系統朝向更健康、更具韌性的方向發展。

簡而言之，運輸規劃是將「願景」轉化為「行動」的橋樑，確保運輸工程的建設與發展，能夠準確回應社會需求，並朝向預期的目標前進。

(b) 四步驟運輸規劃的流程及其目的

運輸規劃通常可簡化為四個核心步驟，此流程的目的是系統性地解決運輸問題，並導向最佳解決方案：

1. 現況分析與需求預測 (Current Situation Analysis & Demand Forecasting)：
   • 內容： 收集現有運輸系統的數據（交通量、旅行時間、事故率、運輸設施現況等），分析其效能與限制。同時，預測未來特定時期的運輸需求（例如十年後的人口、就業、車輛成長，進而推估旅次發生、轉移、分配及路線選擇）。
   • 目的： 了解問題的根源與現況，識別系統的瓶頸與潛力，並為未來的規劃奠定客觀的基礎。需求預測是所有後續規劃的關鍵輸入。

本題探討「交通友善區」（Traffic Calming Zone）的概念、具體措施及其施行考量。

「交通友善區」(Traffic Calming Zone) 的概念

交通友善區（或稱交通寧靜區、交通緩和區）是一種城市規劃與交通工程的策略，旨在透過改變道路的設計、環境與管理方式，降低車輛的通行速度、減少交通流量、提升道路使用者的安全感與舒適度，進而改善社區的居住品質與生活環境。其核心理念是將道路空間的使用權，從過去單純以車輛為中心，轉變為更重視行人、自行車騎士、居民以及其他非機動性交通工具的使用者，創造一個更安全、更友善、更宜人的街道空間。

具體作法、效用，以及施行上須考量的因素

以下列舉三項常見的交通友善區具體作法，並說明其效用及施行考量：

1. 作法：設置減速丘 (Speed Humps) 或枕 (Speed Cushions)

   • 說明： 在道路上設置連續的凸起構造，迫使車輛必須減速通過。枕（Cushions）通常設計為較寬且中間有縫隙，讓救護車、消防車等大型車輛的輪胎可以通過，而一般小型車輛則會被減速。
   • 效用：
     • 降低車速： 這是最直接且顯著的效用，迫使駕駛人放慢車速，尤其在住宅區、學校周邊等敏感區域，能有效減少高速車輛對居民的干擾與危險。
     • 減少車流量： 為了避免頻繁通過減速設施帶來的不適，部分駕駛人可能會選擇避開該區域，進而減少通過性車流。
     • 提升安全性： 降低的車速能顯著減少事故發生的機率，即使發生碰撞，撞擊力道也會大幅減輕，降低事故的嚴重性。
   • 施行考量：
     • 救護與消防車輛的影響： 需謹慎設計，確保緊急車輛能順利通過，否則會嚴重影響緊急應變。
     • 噪音與振動： 車輛通過時可能產生額外噪音與振動，影響鄰近住戶。
     • 對特定車輛的影響： 某些車輛（如低底盤汽車）通過時可能造成損壞。
     • 設置密度與位置： 需合理規劃，避免過度設置造成交通不順暢。

2. 作法：設置瓶頸 (Chicanes) 或縮減車道寬度 (Narrowing Lanes)

   • 說明： 透過在道路兩側設置植栽、路燈、停車空間，或改變路緣線，使道路在某些路段變窄，或呈現S型彎曲。
   • 效用：
     • 降低車速： 駕駛人為了安全通過狹窄或彎曲的道路，會自然減速。
     • 減少車流量： 狹窄的車道會讓駕駛人感覺不適，或難以會車，進而減少通過性車流。
     • 增加綠化與美化： 設置植栽等設施，能美化街道景觀，提升社區環境品質。
     • 提供行人空間： 縮減車道可釋放部分道路空間給行人或自行車。
   • 施行考量：
     • 大型車輛通行： 需確保公車、貨車等大型車輛仍能順利通行，避免影響物流與公共運輸。
     • 視距： 設置時需確保駕駛人有足夠的視距來判斷路況，避免產生危險。
     • 排水問題： 改變路緣線可能影響道路排水。

本題主要在探討交通流理論中的巨觀（宏觀）與微觀模型，以及流量、密度、速度之間的關係。

巨觀車流中 $q$ (流量)、$k$ (密度)、$v$ (速度) 的關係

在交通工程中，我們常使用三個基本參數來描述車流的狀態：

• 流量 (Flow, $q$)： 指單位時間內通過某一點或某一斷面的車輛數。單位通常為 車/小時 (vehicles/hour)。
• 密度 (Density, $k$)： 指單位長度道路上的車輛數。單位通常為 車/公里 (vehicles/km) 或 車/英里 (vehicles/mile)。
• 速度 (Speed, $v$)： 指車輛的平均行駛速度。通常區分為時間平均速度 ($v_t$) 與空間平均速度 ($v_s$)。在描述巨觀車流時，常使用空間平均速度。

這三個參數之間存在一個基本且重要的關係式：
$q = k \cdot v$
這個關係式是基於「連續性」原理，即在沒有車輛進入或離開某一段道路的情況下，單位時間內通過該段道路的車輛數，等於該段道路上的車輛密度乘以車輛的平均速度。

圖示說明：

我們可以透過繪製 $q$-$k$ 曲線、$v$-$k$ 曲線、$q$-$v$ 曲線來闡述這些關係。最常見的是繪製 $q$-$k$ 曲線，其典型形狀如下：

• $q$-$k$ 曲線：

  • 當密度 $k$ 很小時（接近 0），流量 $q$ 也接近 0，因為車輛稀少，通過的車輛數自然不多。
  • 隨著密度 $k$ 增加，流量 $q$ 也隨之增加。此階段車輛間距較大，速度相對較高，整體效率提升。
  • 當密度 $k$ 達到某個最大值時，流量 $q$ 也達到最大值，稱為最大流量 ($q_{max}$)。此時的密度稱為最佳密度 ($k_{opt}$)，而對應的速度稱為自由流速度 ($v_f$)。
  • 當密度 $k$ 超過 $k_{opt}$ 後，雖然車輛越來越多，但由於車距縮小、車輛相互干擾增加，車速開始下降。此時，流量 $q$ 反而開始下降，進入壅塞流 (Congested Flow) 區域。
  • 當密度 $k$ 達到最大值（車輛完全靜止，例如追尾碰撞後），流量 $q$ 降為 0。此時的密度稱為阻塞密度 ($k_{jam}$)。

  圖示如下（請想像一個座標圖，橫軸為 $k$，縱軸為 $q$）：

  q (流量)
  ^
  |       /-------\
  |      /         \
  |     /           \
  |    /             \
  |   /               \
  |  /                 \
  +----------------------> k (密度)
  0  k_opt  k_jam
  

  在 $k < k_{opt}$ 的區域，稱為自由流 (Free Flow)；在 $k > k_{opt}$ 的區域，稱為壅塞流 (Congested Flow)。

• $v$-$k$ 曲線：

  • 當密度 $k$ 很小時，速度 $v$ 接近自由流速度 ($v_f$)。
  • 隨著密度 $k$ 增加，速度 $v$ 開始下降。
  • 當密度 $k$ 達到阻塞密度 ($k_{jam}$) 時，速度 $v$ 降為 0。
  • 典型形狀為一條從 ($0, v_f$) 開始，向右下方傾斜，並在 $k=k_{jam}$ 時與 $k$ 軸相交的直線或曲線。

本題為是非題，要求判斷四個陳述是否正確，若錯誤需說明原因。

(a) 關於益本比(B/C)最高原則

• 判斷： 非

• 問題說明：
  當評估交通壅塞改善方案時，選擇益本比 (Benefit-Cost Ratio, B/C) 最高之方案，並非總是最佳的決策。B/C 比值衡量的是方案所能帶來的效益總額與成本總額的比值。雖然 B/C > 1 表示方案的效益大於成本（可行），且 B/C 值越高代表效益與成本的相對效率越高，但這並不能直接保證「最大化改善效益」。
  主要的考量點在於：

  1. 預算限制 (Budget Constraint)： 實際的工程決策往往受到預算限制。若有兩個方案，方案 A 的 B/C 為 3，方案 B 的 B/C 為 2.5，但方案 A 的總成本遠高於方案 B，且超出可用預算，那麼即使 B/C 較高，也無法執行。此時，可能需要選擇 B/C 較低但總效益（Benefit）較高或在預算內的方案。
  2. 總效益 (Total Benefit)： 方案的目標應是最大化總體社會經濟效益，而不僅僅是效益與成本的比值。一個 B/C 比值略低但總效益遠高於其他方案的項目，可能才是更值得優先執行的。例如，方案 A 的總效益為 100 億，總成本為 50 億，B/C = 2；方案 B 的總效益為 80 億，總成本為 20 億，B/C = 4。若預算充足，方案 A 帶來的絕對效益更高。
  3. 其他評估標準： 除了 B/C 比，方案評估還需要考量其他非貨幣化的效益（如環境改善、社會公平、安全提升），以及風險、可行性、公平性等因素。

  因此，選擇 B/C 最高方案是其中一個重要指標，但不是唯一或絕對的標準，不能僅憑此一點來做最終決策。

(b) 關於機場跑道與滑行道柔性鋪面

• 判斷： 非

• 問題說明：
  機場跑道和滑行道所採用的鋪面材料，對於飛機起降的安全至關重要。雖然瀝青鋪面（柔性鋪面）成本相對較低，但其不適合用於跑道和滑行道的長期主要鋪面。
  主要問題在於：

  1. 承載能力與變形： 飛機的起降和滑行，特別是重型飛機，會產生極高的瞬間載重。瀝青鋪面（柔性鋪面）在這種高載重下，容易發生永久變形（如車轍）、彈性變形過大，甚至材料疲勞損壞。這會嚴重影響飛機起降的平穩性與安全性。
  2. 燃油滲漏的影響： 燃油（尤其是航空燃油）對瀝青材料具有腐蝕性。雖然題目中提到「偶爾發生」，但燃油滲漏會導致瀝青材料軟化、溶解，進一步破壞鋪面結構，縮短其使用壽命。
  3. 溫度的敏感性： 瀝青鋪面對溫度變化較敏感，高溫時會軟化，低溫時會變脆，這會影響其在不同氣候條件下的穩定性。
  4. 跑道與滑行道的嚴苛要求： 跑道和滑行道需要極高的平整度、強度和耐久性，以承受巨大的應力、頻繁的載重以及高速滑行。相較之下，剛性鋪面（如水泥混凝土鋪面）通常能提供更好的承載能力、更高的強度和更好的尺寸穩定性，更適合機場跑道與滑行道的需求。

  因此，機場跑道和滑行道通常採用水泥混凝土鋪面（剛性鋪面），而不是瀝青鋪面。瀝青鋪面可能用於停機坪的某些區域，或作為跑道、滑行道的輔助層，但作為主要結構層則不適用。

本題要求分析圖示路口的車禍碰撞類型、肇因及改善措施。由於題目附有圖示，詳解將基於一般路口碰撞圖的常見情況進行推論。

圖示說明（假設情況）

假設圖示顯示的是一個典型的十字路口，車禍碰撞點多發生在路口中央或路口附近。常見的碰撞類型包括：

1. 側面碰撞 (Angle Collision / T-bone Collision)： 車輛沿著其行進方向的側面，與另一輛車的側面發生碰撞。例如，直行車與闖紅燈或未依規定讓車的左轉車碰撞，或直行車與未依規定停車的支線道車輛碰撞。
2. 追撞 (Rear-end Collision)： 一輛車撞上前方的另一輛車的尾部。常見於車流減速、停車或起步時。
3. 正面碰撞 (Head-on Collision)： 兩輛車沿著其行進方向迎面相撞。這在路口較少見，除非是逆向行駛或車輛失控。
4. 碰撞車輛的側面（非正面）： 例如，一輛車在路口轉彎時，其車身側面與另一輛直行車或轉彎車輛發生碰撞。

主要的車禍碰撞類型、肇因與改善措施

基於圖示（假設為十字路口，且碰撞點集中在中央區域），最主要的碰撞類型很可能是「側面碰撞」與「追撞」。

1. 碰撞類型：側面碰撞 (Angle Collision)

• 說明： 兩輛車的側身相互撞擊，通常發生在路口處，例如車輛在路口進行左轉、右轉或穿越時，與另一方向的直行車輛發生衝突。
• 肇因可能為何：
  • 闖紅燈： 一方車輛未遵守號誌指示，強行通過路口。
  • 未依規定讓越線車輛： 例如，左轉車未禮讓直行車，或支線道車輛未禮讓幹道車輛。
  • 視線不良： 路口周邊建築物、植栽遮蔽視線，或夜間照明不足，導致駕駛人未能及時發現對向來車或側向來車。
  • 判斷失誤： 駕駛人對來車速度、距離判斷錯誤，或低估了通過路口所需的時間。
  • 車道配置問題： 路口車道配置不當，例如左轉專用道過短，導致左轉車輛需侵入直行車道等待，增加碰撞風險。
• 可能的改善措施：
  • 加強號誌時制管理： 設置更長的專用左轉或右轉時相，或採用全綠燈時相（All-Red Phase）來淨空路口。
  • 改善視線： 修剪遮蔽視線的植栽，移除阻擋視線的障礙物，或改善夜間照明。
  • 設置轉彎專用車道與標誌： 確保有足夠的轉彎空間，並設置清晰的轉彎指示標誌。
  • 加強執法取締： 嚴格取締闖紅燈、未依規定讓車等違規行為。
  • 設置預警標誌或設施： 例如，在易肇事路口設置「注意來車」標誌，或在左轉車道前設置「請禮讓直行車」標誌。

本題探討新增車站對臺鐵營運的影響，以及如何減輕這些影響。這涉及鐵路行車調度與營運效率的議題。

新增車站對列車營運的影響

新增車站，尤其是在現有營運路線上，會對列車營運產生多方面的影響，主要體現在以下幾個方面：

1. 行車時間增加 (Increased Travel Time)：

   • 影響： 每增加一個停靠站，就意味著列車需要減速進站、停靠、開車，這都會增加整體行程時間。特別是對於原本以長途運輸為主的列車（如自強號），新增停靠站會顯著延長其行駛時間，降低其吸引力。
   • 原因： 列車進站需要減速，停靠需要時間，開車離站也需要加速。這些都是額外的時間耗損。

2. 行車間隔縮短與營運彈性降低 (Reduced Headway & Operational Flexibility)：

   • 影響： 鐵路系統的行車密度（即兩班列車之間最小的間隔時間，Headway）是有限的。新增車站意味著需要在現有行車間隔內增加一個停靠點，這會迫使列車必須在更緊湊的時間內完成進出站與通過，使得行車間隔需要拉長，或現有路線的運輸能力（Capacity）下降。
   • 原因： 列車在站與站之間運行，車站本身就是一個「暫停」點。越多車站，列車在站內停留的時間就越多，這會壓縮線路上其他列車的運行時間，導致整體行車間隔變大，無法更密集地發送列車。

3. 號誌系統與調度複雜度增加 (Increased Complexity of Signaling & Dispatching)：

   • 影響： 新增車站需要設置新的號誌設備、進出站股道、月台、調車設備等，這會增加號誌系統的複雜性，也使得行車調度員的工作更加繁重。調度員需要更精確地掌握列車位置與時機，以確保安全與效率。
   • 原因： 每個車站都需要與前後區段的號誌系統聯動，確保列車進出站時的安全。調度員需要協調進出站列車、待避列車、通過列車等多種情況。

4. 營運成本增加 (Increased Operating Costs)：

   • 影響： 新建車站本身有建設成本，營運後還需要增加人員（站務、保全、清潔）、電力、維護等營運成本。
   • 原因： 這是顯而易見的，任何新增設施都會帶來額外的營運支出。

5. 列車運行模式的改變 (Changes in Train Operation Patterns)：

   • 影響： 為了兼顧服務範圍與運輸效率，可能會需要調整列車的運行模式。例如，部分長途列車可能仍不停靠新站，而開闢區間車或區間快車來服務新站旅客，這增加了列車班次的複雜性。
   • 原因： 不同的旅客有不同的需求（速度 vs. 服務範圍），需要設計不同類型的列車班次來滿足。

如何避免、減少這些影響

為了在新增車站的同時，盡量減少對現有列車營運的負面影響，可以採取以下策略：

本題要求提出臺灣當前運輸發展或交通管理的三項主要困境與挑戰，說明選擇的理由，並提出可能的解決方案。這需要結合時事、政策與專業知識進行分析。

臺灣運輸發展與交通管理所面臨的三項主要困境與挑戰

以下選擇三項個人認為最為關鍵的困境與挑戰：

1. 交通安全問題嚴重，尤其機車與行人事故頻傳 (Serious Traffic Safety Issues, Especially Motorcycle and Pedestrian Accidents)

• 選擇考量：

  • 社會影響巨大： 臺灣交通事故的發生率與死亡率長期居高不下，對個人、家庭及社會造成巨大的傷痛與經濟損失。尤其機車族群與行人（弱勢用路人）的傷亡比例偏高，顯示交通安全問題已成為嚴重的公共衛生與社會議題。
  • 國際比較劣勢： 相較於已開發國家，臺灣的交通事故數據仍顯落後，亟需全面性的改善。
  • 政策關注焦點： 近年來政府也將「交通安全」列為重要施政目標，顯見其重要性與急迫性。

• 可能的解方：

  • 系統性安全改善 (Systemic Safety Improvement)：
    • 道路設計改造： 針對易肇事路段進行「工程改善」，例如優化路口幾何設計、增加行人穿越設施、設置機車專用道或待轉區、改善照明、清除視線遮蔽物。推動「零傷亡願景」(Vision Zero) 的理念，將安全置於最高優先。
    • 速度管理： 檢討並適當降低部分區域（如住宅區、學校周邊）的速限，並加強執法。
    • 交通工程與科技應用： 導入智慧交通系統，如事故預警系統、輔助駕駛系統的推廣，以及利用大數據分析找出事故熱點並精準改善。
  • 執法與監管強化 (Enforcement and Regulation)：
    • 嚴格執法： 加強對酒駕、毒駕、超速、闖紅燈、未禮讓行人等嚴重違規行為的取締。
    • 科技執法普及： 擴大科技執法（如區間測速、闖紅燈偵測、未禮讓行人偵測）的應用範圍，並確保執法數據的公開透明。
  • 用路人教育與行為改變 (Education and Behavioral Change)：
    • 強化交通安全教育： 從基礎教育（學校）到成人再教育，全面提升用路人的安全觀念與風險意識。
    • 推廣安全駕駛習慣： 鼓勵保持安全距離、不分心駕駛、正確使用安全帶與安全帽。

2. 大眾運輸系統發展不均與使用率偏低 (Uneven Development of Public Transportation and Low Usage Rates)

• 選擇考量：

  • 永續發展需求： 為了達成減碳目標、緩解交通壅塞、提升能源效率，發展高效的大眾運輸系統是必然趨勢。
  • 城鄉差距明顯： 臺灣的大眾運輸發展在都會區（如北捷、高捷）與非都會區（如部分縣市公車路線稀疏、班次少）存在顯著差異，導致非都會區居民的出行不便，或高度依賴私人運具。
  • 私人運具依賴性高： 臺灣私人運具（汽車、機車）的普及率極高，導致交通壅塞、空氣污染、停車空間不足等問題。提升大眾運輸使用率是解決這些問題的關鍵。

• 可能的解方：

  • 強化都會區軌道運輸網絡 (Strengthening Metropolitan Rail Networks)：
    • 持續擴充與優化： 擴建捷運、輕軌系統，並優化現有路線的班次與服務範圍，使其能涵蓋更多區域，提供更便捷的接駁。
    • 整合不同運具： 發展「公共運輸導向開發」(TOD, Transit-Oriented Development)，將大眾運輸場站周邊與住宅、商業、辦公功能結合，鼓勵民眾搭乘。
  • 發展區域與跨域公共運輸 (Developing Regional and Inter-city Public Transportation)：
    • 提升公車服務品質： 在非都會區，透過導入智慧公車系統（如預約式公車、彈性路線）、增加班次、優化路線設計、提供轉乘優惠等方式，提升公車的便利性與吸引力。