111 年 國立成功大學交通管理研究所丙組《運輸工程》

本題為名詞解釋題，主要在測試考生對於運輸工程領域中基本概念的理解程度。

(a) 無縫運輸 (Seamless Transportation)
無縫運輸是指在不同的運輸模式（如公車、捷運、火車、飛機、船舶等）之間轉換時，能夠提供順暢、便捷、無間斷的旅運服務。其核心目標是減少旅客在轉乘過程中所需的時間、精力與不便，提升整體運輸系統的效率與使用者體驗。這通常需要透過整合的票務系統、資訊系統、站場設計與營運管理來達成。
【答案】無縫運輸是指不同運輸工具或系統間的銜接順暢，旅客在轉乘時能享有便利、無間斷的旅運體驗，以提升整體運輸效率及使用者滿意度。

(b) 運輸民營化 (Transportation Privatization)
運輸民營化是指將原本由政府部門或公營機構負責的運輸基礎設施（如道路、橋樑、機場、港口、鐵路）或運輸服務（如客運、貨運）的所有權、經營權或部分管理權，移轉給私人企業或機構的過程。其目的通常是為了提高營運效率、引入競爭、減輕政府財政負擔，並可能透過私人投資來加速基礎設施的建設與更新。
【答案】運輸民營化是指將政府擁有的運輸基礎設施或服務，透過出售、特許經營、委託經營等方式，移轉給私人企業經營，以期提升效率、引入競爭並減輕政府財政負擔。

(c) 超高漸變 (Super-elevation runoff)
超高漸變，又稱橫坡或超高，是指在彎道處，為平衡離心力，將彎道外側路面（或軌道）抬高，使其內側與外側之間形成一個橫向坡度的設計。

本題考查交通流理論中的基本參數及其關係。

交通流理論中，速度 ($v$)、密度 ($k$) 和流量 ($q$) 是描述交通現象的三個基本變數。它們之間存在著緊密的數學關係。

1. 定義:

   • 速度 ($v$): 單位時間內車輛行駛的距離，通常指時間平均速度（time-mean speed）或空間平均速度（space-mean speed）。
   • 密度 ($k$): 在單位長度的道路上，某一瞬間行駛的車輛數。常用單位為 車/公里 (vehicles/km)。
   • 流量 ($q$): 在單位時間內，通過某一斷面的車輛數。常用單位為 車/小時 (vehicles/hour)。

2. 關係式:
   速度、密度與流量之間的基礎關係式為：
   $q = k \times v$
   這個公式的意義是，在單位時間內通過某一斷面的車輛總數 ($q$)，等於單位長度道路上的車輛數 ($k$) 乘以車輛的平均速度 ($v$)。想像一下，一個長度為 1 公里的路段，有 $k$ 輛車，如果它們以平均速度 $v$ 行駛，那麼在 1 小時內，通過路段起點的車輛數就是 $k \times v$。

本題考查鐵路車站選址的原則，並要求將這些原則應用於高鐵車站的選址分析。

一、 鐵路車站位址選擇之一般因素

鐵路車站的選址是影響其服務範圍、營運效率、工程成本與周邊發展的重要決策。一般而言，考量因素包含：

1. 服務範圍與區位需求:

   • 服務人口與腹地: 車站應設置於主要城鎮、人口密集區或具有潛在發展的區域，以服務廣泛的旅客或貨物。
   • 交通匯集點: 應考量與其他運輸系統（如公路、航空、市區交通）的連接性，方便旅客轉乘。
   • 經濟活動中心: 靠近商業區、工業區、觀光景點等，以吸引人潮與貨物。

2. 地形與地質條件:

   • 地形平坦開闊: 便於車站站房、月台、軌道、調車場及相關設施的佈設。避免過於崎嶇、坡度過大的地區，以降低工程難度與成本。
   • 地質穩定: 避免地質鬆軟、易滑動、或有地下水湧出的區域，確保結構安全與長期穩定。
   • 排水條件: 良好的自然排水條件或易於構築排水系統。

3. 土地取得與都市計畫:

   • 土地取得成本與難易度: 選擇土地徵收成本較低、產權單純、或有可供利用的公有土地的區域。
   • 都市計畫配合: 需符合都市發展計畫，避免與現有或規劃中的重要建築、設施衝突，並有利於車站周邊的商業與住宅發展。

4. 工程技術與營運考量:

   • 路線連接性: 考量與既有鐵路網的連接順暢度，以及未來擴充的可能性。
   • 營運操作便利性: 方便列車的進出站、停靠、調車、編組等作業。
   • 環境影響: 考量噪音、振動、空氣污染等對周邊環境的影響，並尋求減緩措施。

5. 經濟效益與財務可行性:

   • 建設成本: 包含土地取得、工程施工、設備購置等總成本。
   • 營運收入預期: 根據服務範圍、預估客貨運量來預測收入。
   • 投資報酬率: 綜合評估經濟效益與財務可行性。

二、 高速鐵路車站選擇因素的探討

本題考查公路工程中豎曲線的設計，包含其功能、線形種類及選型原則。

一、 豎曲線 (Vertical Curve) 的功能

豎曲線是指在道路縱斷面上，坡度發生變化的地方，用一條曲線連接兩個不同坡度的路段。其主要功能包括：

1. 提供平順的行車過渡: 避免車輛在坡度驟變處（如坡頂或坡谷）產生劇烈的垂直加速度，提供更舒適的行車感受，減少乘客的不適感。
2. 確保行車安全 (視距):
   • 凸形豎曲線 (Crest Curve): 在坡頂處，由於路面本身形成障礙，會限制駕駛人的視距。設計適當的凸形豎曲線，可以增加視距，確保駕駛人能及早發現前方路況（如行人、障礙物、其他車輛），避免碰撞。
   • 凹形豎曲線 (Sag Curve): 在坡谷處，雖然路面本身不直接遮擋視線，但設計適當的凹形豎曲線，可以確保車輛頭燈在夜間的照明視距足夠，使駕駛人能看清前方道路。
3. 減緩排水衝擊: 在坡谷處，雨水匯集，設計良好的凹形豎曲線有助於引導水流，避免過於集中的衝擊力。
4. 美化景觀與減少工程造價: 在某些情況下，選擇合適的豎曲線線形，可以使道路線形更自然地融入周遭環境，或在滿足功能需求的條件下，選擇最經濟的設計。

二、 豎曲線的線形種類與選擇原則

豎曲線的線形種類，常見的有圓曲線、拋物線，以及在某些特殊情況下會考慮的螺旋曲線。

1. 圓曲線 (Circular Curve):

   • 特性: 圓曲線的曲率是恆定的，即曲率半徑 $R$ 是常數。
   • 優點: 計算相對簡單，易於施工放樣。
   • 缺點: 在連接坡度時，其曲率的變化率（即曲率的變化）不是線性的，可能導致垂直加速度變化較快，舒適性與視距的條件在某些情況下不如拋物線。
   • 應用: 在一些低速、短距離或對舒適性要求不高的場合可能使用。

2. 拋物線 (Parabolic Curve):

   • 特性: 拋物線的曲率變化率是恆定的（即曲率與距離成正比），這意味著垂直加速度的變化是線性的。

本題考查機場設計中的關鍵要素——跑道長度，要求分析影響其長度的各項因素。

機場跑道長度是影響機場容量、適用機型以及營運安全的重要參數。其設計需要綜合考量多方面因素，主要包括：

1. 飛機性能 (Aircraft Performance):

   • 最大起飛重量 (MTOW): 飛機在滿載燃油、乘客和貨物時的最大起飛重量。重量越大，起飛所需的速度和距離也越長。
   • 起飛性能 (Takeoff Performance): 不同機型的起飛性能不同，包括起飛所需的速度、爬升率、以及在特定環境下的起飛距離。
   • 著陸性能 (Landing Performance): 飛機著陸時所需的滑行距離，這與飛機的著陸重量、速度、以及跑道的摩擦係數有關。
   • 襟翼和起落架的使用: 飛機起飛和著陸時，襟翼和起落架的設定會影響其氣動性能和滑行距離。

2. 機場環境條件 (Airport Environmental Conditions):

   • 機場高程 (Airport Elevation): 機場海拔越高，空氣密度越低，發動機推力減小，飛機升力也減小，因此需要更長的跑道來完成起飛。
   • 氣溫 (Temperature): 高溫會降低空氣密度，影響發動機推力和升力，需要更長的跑道。
   • 跑道坡度 (Runway Slope): 跑道上坡會增加起飛距離，下坡則會縮短起飛距離。設計時通常考慮最不利的坡度組合。
   • 風 (Wind):
     • 風向 (Wind Direction): 跑道應盡可能與主導風向一致，以最大化順風或減小逆風，從而縮短起飛和著陸距離。
     • 風速 (Wind Speed): 逆風（Headwind）可以增加飛機的升力，縮短起飛和著陸距離；

本題考查港口工程中，關於港灣選址應具備的理想條件。

一個理想的港灣位址，需要綜合考量自然條件、經濟腹地、交通連結、以及環境與社會因素。以下是具備的條件：

1. 自然地理條件:

   • 深水條件: 能夠提供足夠的水深，以容納大型船舶（如大型貨櫃船、油輪、散裝貨輪）的進出及停泊，減少或避免浚渫工程的需要，以降低建設與維護成本。
   • 避風條件: 港口應位於天然或人工屏障（如海岬、島嶼、海岸線曲折形成的灣口）的保護之下，能有效抵禦強風、巨浪和惡劣天氣的侵襲，確保船舶停泊、裝卸作業的安全與連續性。
   • 良好的水文條件: 避免過於強烈的海流、異常的潮差或紊流，以利於船舶調頭、進出航道及泊位操作。
   • 穩定的海岸與河床: 港口設施（碼頭、防波堤等）的基礎應建立在穩定、不易侵蝕的土質上，避免地質災害（如滑坡、地震液化）的風險。
   • 足夠的岸線長度與腹地: 能夠提供足夠的岸線長度來設置多個泊位，並有足夠的後方陸域（腹地）來佈設倉儲、堆場、聯運設施、工業區及服務設施。

2. 經濟與交通連結條件:

   • 廣泛的經濟腹地: 港口應服務於一個具有較大經濟活動（如工農業生產、進出口貿易）且有發展潛力的區域，能產生足夠的貨源和客源。