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中華技術電子書 中華民國九十二年七月第 59 期發行所 : 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 : 中華技術雜誌編輯委員會主任委員 : 謝大墉編輯委員 : 陳福勝 陳志超 林文松陳進傳 張荻薇 葉銘煌崔伯義 賴芳雄 管長青王菊楚 何金駒 堵一強馬俊雄 廖學瑞 朱福來地址 : 台北市辛亥路二段 185 號 28F 電話 :(02)27363567 網址 :http:// www.ceci.org.tw 工程實務 * 台北市航測地形圖更新 數值地型製作及歷史圖資影像建置 鄧曜輝 鄭宏逵 * 山岳隧道統包工程之設計與施工 工 張嘉興 王文通 陳福勝 * 舖面工程進行材料調查作業重點須知暨說明明. 房性中 * 建築物性能式防火安全工程設計與程序之探討討. 程銘華 李友錚 * 長焊鋼軌之設計 施工與養護.. 護 楊漢生 林再淡 耿則中 張正欣 工程論著 * 談公共工程設計者可否執行監造 蕭水宏 工程研究 * 航攝影像控制實體資料建置與自動化量測之探討討. 李莉華 趙鍵哲 工程新知 * 高解析度衛星影像製作正射影像 闕文鏈 陳微鈞 * 專案管理執行與 BL3 BL4 高階生物實驗室 室.. 邱威仁 洪至讀 彭貴釗 工法專題 * 潛盾隧道工法常見問答集 -2 潛盾機篇.. 篇 李魁士 陳福勝 主編 : 網頁編輯 : 美工指導 : 網頁指導 : 堵一強 張莎莉 袁雅玲 Eric 歐雯 許英玨

終於從 SARS 的列管名單中除名, 脫離了口罩的束縛, 心頭的陰霾也一掃而空, 大家又再回復到正常的生活型態 但在這炎炎的夏日裡, 衛生習慣還是不能掉以輕心, 腸病毒 登革熱依舊環繞四週, 伺機而入 目前各級學校正值暑假期間, 趁此時旅遊價格低廉合理, 建議各位做父母的把握機會計劃舉家出遊, 除了紓解工作的疲累外, 更可增進親子關係, 留下日後美麗 甜蜜的回憶 第 59 期 中華技術 輪由航空測量部負責邀稿, 獲得熱烈的回應, 限於篇幅除本期各篇先與讀者共饗外, 其餘精采的大作只得暫時保管, 留待下回見啦 為禮遇輪值邀稿部門, 本期前三篇先由航空測量部擔綱演出 為推動各項市政建設, 台北市政府採用數位地球科技技術, 自民國 91 年起連續四年編列經費製作基本圖資料, 本司有幸參與 84 年度地形圖測製 91 年度之修測及 DTM( 數值地形模型 ) 業務, 因服務良好而續獲承辦 92 年度之業務, 台北市航測地形圖更新 數值地形圖製作及歷史圖資影像建置 敘述台北市全區 272 平方公里航測攝影 DTM 測置 彩色正射影像製作 全區數值地形圖修測更新 調會補測 圖檔編修 民國 58 年類比地形圖歷史影像掃描及等高線資料庫建置作業之方式與成果 航測業務中需要進行地面控制測量, 以獲取空中三角測量中所需之控制點資料, 然地面控制測量費用高 且耗費大量人力與時間, 航攝影像控制實體資料建置與自動化量測之探討 乃嘗試利用適當比例尺, 且已完成空中三角平差計算的航照影像資料, 選取並儲存不易變遷的地形地物影像, 及其三維座標資訊, 作為航測業務所需的控制實體 自從 1999 年 9 月 24 日美國 Space Imaging 公司成功發射全世界第一顆商業影像衛星 IKONOS, 引發傳統製圖產業的革命,2001 年 10 月 18 日美國 Digital Globe 公司發射 QuickBird( 捷鳥 ) 高解析度衛星, 以此 高解析度衛星影像製作正射影像, 更可達到取像彈性大 單張影像拍攝範圍大 軌道重覆率高等優點 還記得上一期那隻可愛的土撥鼠嗎? 潛盾隧道工法常見問答集 2 潛盾機篇 介紹這隻可愛的土撥鼠, 讓您在更了解它之後能成為您的好朋友, 在您的工作上給您更多的協助 台灣山區道路常因地震 豪雨而崩坍中斷, 為避免日後損壞 減少維護及顧及用路人安全起見, 部份路段改以安全度較高的隧道型式興建, 並為爭取搶通時效, 近期漸採 統包 方式發包施築, 山岳隧道統包工程之設計與施工 即以本司與營造廠合作之中部某山區道路為例, 敘述如何界分設計與施工的權責, 在雙方充分配合下, 工程得以順利提前完成之成功經驗 針對鋪面工程依使用目的差異須於事前訂定不同的試驗項目與取樣方式, 鋪面工程進行材料調查作業重點須知暨說明 乃筆者根

據其多年的實務經驗, 列出鋪面工程材料調查的類別 範圍 用途 規劃 項目 方法 試驗與取樣應注意事項 水火無情, 每年祝融奪走多少寶貴的生命, 造成許多破碎的家庭, 建築物的防火設計一向都受到極大的重視, 在同時重視機能與需求的情況下, 建築物性能式防火安全工程設計與程序之探討 即針對特種建築物進行彈性化 自由化的性能設計, 經由觀察 推理 假設 檢證等程序, 以達成科學分析的方法 一般業主為避免 球員兼裁判 的顧慮, 而將設計者排除在監造工作之外, 談公共工程設計者可否執行監造 就此一限制提出 FIDIC 在製訂一般條款時之精神, 乃合約之管理宜由設計該工程及準備合約文件的顧問公司擔任, 才能使工程順利進行 鋼軌接頭為軌道結構最弱點, 因受列車行駛衝擊, 導致道床鬆弛 接頭下沉, 造成軌道損壞與乘客不適, 民國 90 年 7 月 13 日台鐵莒光號第 41 次列車於竹南 ~ 造橋間出軌, 本司受邀研討肇事的原因, 長焊鋼軌之設計 施工與養護 在探討因軌道挫屈導致出軌事故的緣由, 並提出防範與改善之方案 SRAS 病毒快速傳播, 造成嚴重的致命風波, 再次引起各界重視國內醫療體制的缺失與設施之不足, 唯有 BL3( 次高階 ) 與 BL4( 高階 ) 生物實驗室才可安全處理與研究類似 SARS 病毒, 專案管理執行與 BL3 BL4 高階生物實驗室 提出該類實驗室在規劃 建造 經營 維護每一環節必須注意之事項, 可供國內後續籌備興建時參考 在您的愛護與支持下, 中華技術 的專業水準日益提升 精益求精 A To A+ 是我們一向的自我期許, 您的建言將可幫助我們達成此一目 標 灌溉園區 comment@ceci.org.tw 歡迎您針對本期刊載的 文章 論點提出建議或回響

台北市航測地形圖更新 數值地型製作 及歷史圖資影像建置 航測部經理 鄧曜輝 航測部正工程師 鄭宏逵 摘要 都市計畫係政府為改善居民生活環境, 針對一定地區內有關都市生活之經濟 交通 環境等各項市政設施作有計畫之發展 關於都市計畫之規劃, 其基本作業資料為地形圖資 由於測量技術之發展, 可說是日新月異, 進步非常快速 台北市政府有鑑於各項重大建設的開發及都市計畫 各類管線 水土保持 建管 地政等市政建設多元化, 並為增進市府業務推動與執行順暢, 於 91 年度起全面實施航空攝影測量, 製作大比例尺彩色正射影像 錄製 4 米網格數值地型資料, 並分年度修測地形圖以符合現況 ; 掃描歷史圖資, 建檔保存及建置完成等高線資料庫, 提供各單位使用 一 前言台北市政府都市發展局因應電腦化的需求, 創先於民國 80 年起推動大比例尺數值航測都市計畫地形圖業務, 為國內首先辦理數位航測的縣市政府單位, 有鑑於台北市轄境建物林立 地形繁雜 作業量龐大, 經分年度 ( 民國 80~84 年 ) 辦理, 並分別由國內主要航測機構及廠商承辦, 作業期間因受不同廠牌航測儀器 作業環境, 另因歷年市政建設造成地形改變, 因此, 於民國 87~89 年分別辦理地面修測作業及圖檔全面整理, 使圖資符合現況及圖檔格式符合內政部 SEF(Standard Exchange Format) 標準交換格式規定 由於重大工程建設的開發及地政 都市計畫等市政建設多元化, 同時配合市府消防局對防洪 防災各項規劃管理需求, 於九十一年度起分年度辦理台北市數值地形圖修測 圖檔編修及屬性資料庫建置暨數值地形模型 (DTM) 補建工作, 全面實施航空攝影 建置高精度 DTM 製作大比例尺正射影像及國內首次航空測量修測更新地形圖 本年度 ( 九十二年度 ) 將延續第一期的業務, 辦理地形圖更新 建置文山區完整連續等高線資料, 提供各項地理資料系統 (GIS) 使用, 同時掃描民

國 58 年類比地形圖 建立歷史資料檔 提供數位保存方式及結合新舊地形圖資影像資料, 方便查詢與比對 本工程司有幸參與八十四年度地形圖測製 九十一年度之修測及 DTM 等業務, 期間與台北市政府都市發展局良性互動, 秉持以往辦理交通建設之航空測量豐富經驗, 密切配合業方需求, 提供最佳技術服務, 並獲肯定續辦九十二年度業務 二 計畫目標台北市政府都市發展局推動本工程業務預計達成下列計畫目標 : 1. 業務多元化, 更替圖資符合現況由於市政建設業務的多元化, 包括都市計畫 各類管線工程 水土保持 環境影響評估, 以及建管 地政等相關業務, 對於地形圖之使用需求頻仍, 原本使用的地形圖資因重大工程建設開發, 以致有些與現況不符, 為增進市政府業務推動與執行順暢, 全面實施航空攝影, 辦理地形圖的修測實有其必要性與急迫性 2. 建立全區高精度數值模型使用全區航空攝影像片, 建置一套完整的 DTM 資料, 除提供市政建設及 3D 立體影像建立外, 對往後防洪 防災各項規劃 管理與決策的優良能力與品質, 將能提供更正確詳實的資料 3. 製作彩色正射影像製作大比例尺彩色正射影像圖檔, 建立台北市都市發展變遷之歷史資料庫, 支應各項建設參考使用及提供快速查詢現況影像資訊 4. 建立歷史地形圖影像資料針對許多市府珍貴歷史地形圖資, 因時遷物移 紙圖的保存環境不易保持及使用查詢管理不便, 本計畫將民國 58 年完成台北市地形圖資料 ( 膠片 ), 以高精度掃描儀製作歷史地圖資料檔, 提供影像數位保存方式, 並可檢視台北市不同時期之地圖, 瞭解該地區環境 社會與文化變遷情形及發展差異 配合未來電腦化管理, 結合新 舊地形圖資影像資料庫, 達成影像保存及歷史圖資方便查詢 比對等目的 5. 等高線資料庫建置依據台北市政府都市發展局九十一年度完成數值地形模型 (DTM) 資料, 建置文山地區三維等高線完整連續資料, 除補充修正原地形圖外, 可提供各項地理資訊系統應用之基本資料, 支應坡度 坡向 土方計算及水土保持等各類工程建設使用 三 工作範圍

計畫作業範圍包括台北市全區, 面積約 272 平方公里 主要作業包括全區航空攝影 數值地形模型 (DTM) 測製 彩色正射影像製作 全區數值地形圖修測更新 調繪補測 圖檔編修 民國 58 年類比地形圖歷史影像掃描及等高線資料庫建置作業 四 內容概述 1. 地面控制測量 (1) 已知點檢測 (2) 航空標佈設 (3) 航空標控制測量 2. 航空攝影 (1) 航線設計 (2) 空中垂直攝影 3. 空中三角測量 4. 1/1000 立體測圖更新 5. 調繪補測 6. 地形圖編製 7. 1/1000 彩色正射影像製作 8. 數值地形模型測製 9. 等高線資料庫建置 10. 類比地形圖資掃描 第一 二期作業程序詳如圖一 圖二作業流程圖所示 規劃航標佈設 航空攝影 地控測量 像片掃描空中三角測量 地形測量 DEM 製作影像處理 調繪補測圖面編輯整飾 1/1000 地形圖 正射圖 DTM 地控成果 圖一第一期作業流程

五 第一期建置成果說明 ( 一 ) 第一期建置成果主要成果項目如下 : 1. 地面控制測量成果 2. 空中三角測量平差成果 3. 航空攝影像片及影像檔 4. 1/1000 地形圖更新成果檔 ( 內湖地區 ) 5. 1/1000 彩色正射影像檔 6. 數值地型 DTM 檔 ( 二 ) 地面控制測量 1. 作業方式採 GPS 衛星定位方式實施控制測量, 同時使用 9 台 GPS 定位儀以相定位靜態基線測量方式, 將三角點 已知點及空標點聯成網狀, 採用蛙跳式觀測, 分區進行接收仰角大於 15 度及四顆以上衛星雙頻載波及電碼, 每一時段至少觀測 40 分鐘以上 GPS 觀測量經過週波脫落 電離層等修正處理, 做網形平差計算 TWD97 座標成果, 並轉換 TWD67 座標 2. 成果內容完成已知點佈標 222 點及新設空標 151 點, 全區之佈標控制點分佈詳如圖三台北市數值地形圖修測作業航標點展點位置圖

圖三台北市數值地形圖修測作業航標點展點位置圖 ( 三 ) 空中三角測量平差 1. 作業方式掃描像片成為影像檔, 於影像工作站內做影像匹配, 自動產生像片連接點, 建立像片與像片間重疊關係, 以地面控制空標點進行定位, 用光束法共線原理, 依最小二乘平差法同時解算各像片投影中心位置 三軸傾斜參數 (X Y Z ω φ κ) 及連接點大地座標 2. 成果內容台北市全區共計拍攝 40 條航帶, 總計 1,122 模, 考量作業時程分南北二區整體平差, 各航線投影中心詳如圖四航線及像片投影中心索引圖 ( 四 ) 航空攝影像片及影像檔內容完成攝影像片及掃描檔數量共計 1228 片, 像片比例尺 1/4700~ 1/5000, 掃描解析度 20μm, 相對於地面解析度 9~10 公分, 每個檔案大小約 400M byte ( 五 )1/1000 地形圖更新成果內容第一期作業範圍包括 : 內湖地區基隆河截彎取直 環東快速道路及重劃區, 總計修測 46 幅, 面積约 1020 公頃 圖五所示為基湖路重劃區之地形變化

圖四台北市修測作業航線及像片投影中心索引圖

( 六 )1/1000 彩色正射影像檔 1. 作業方式採用影像工作站, 以地面高程模型 DTM 進行正射影像微分糾正, 重新投影成像, 各像片做正射鑲嵌時, 擷取接近像主點影像, 減少高差位移之投影誤差, 選擇道路 河川等天然界做鑲嵌接縫使圖面美觀合理, 最後再進行色差勻化工作 2. 成果內容台北市全區正射影像檔共計 677 幅, 以 TIFF 格式儲存, 每像素 (Pixel) 為 12.5 公分 (GSD), 每個檔案大小約 95Mbyte ( 詳圖六 )

( 七 ) 數值地型 DTM 檔 1. 作業方式數值地型製作方式為在精密解析測圖儀內建立之航測模型量取等間距規則網格點 地形特徵線 結構線 ( 山脊線 山谷線 ) 地形斷線( 地面傾斜角度劇烈變化處 ) 及重要點獨立點 ( 山頂 山窪 鞍部等 ), 以組成不規則三角網 (TIN) 方式內插數值地型 DTM ( 詳圖七 ) 特徵線獨立點網格點 圖七 2. 成果內容完成台北市全區 DTM 檔共計 677 幅, 儲存格式為 X Y Z(ASCⅡ 格式 ), 提供不同間距 10M*10M 及 4M*4M 之 67 座標系統與 97 座標系統 ( 詳圖八 ) 圖八新店溪 3D 透視圖

六 第二期建置內容說明 ( 一 ) 立製修測地形圖 1. 作業準備依據台北市政府都市發展局提供修測範圍之地形圖檔, 套合於 91 年度 ( 第一期 ) 完成之彩色正射影像, 判識修測地區 地形 地物變化情形, 對變化較大地區依據作業經驗, 在 50% 以上有明顯改變區域, 於航測立體模型內重新立測 變化較小的區域以現地調繪補測方式補充之 須重新立測範圍的標定方式以街廓 巷道 河流等為界, 立測範圍線內刪除原地形地物應儘量整體, 避免後續接邊與編修的問題 2. 修測作業環境建立 (1) 本工程司在影像工作站內建置一套完整修測作業環境, 依據市府發展局提供之圖式規格表, 分別建立各類地形測繪編輯功能之工具列 (Tool Bar), 可以在工具列上點選功能或數位功能板上按鍵選擇所需測繪地形物, 內容包括道路 房屋 河川 植被 等高線 各種人孔 獨立高程點及註記等 (2) 作業人員僅需依立測項目功能點選工具鈕, 測繪作業系統會自動切換至所需數化地形物的圖層及其規定之線型 線寬 顏色 圖例等, 無需人工介入, 可以避免人為錯誤 ( 詳圖九 ) 3. 修測地形圖圖元特性分類 (1) 地形圖圖元分類非常多元, 依據其圖式常有不同表示方法, 因此為配合作業一致性, 及圖形有效整理, 節省儲存空間, 增加圖形處理速度, 必須根據現有圖檔圖元特性作適當分類, 圖十為根據點 線 面及註記等圖元特性之分類表 : (2) 現有之台北市地圖檔為 2D 型態儲存格式, 為使部份地形圖例能作有效運用, 例如獨立高程點 等高線 建物等圖形, 附有相關高程或樓層數之屬性, 為有助於未來相關 GIS 處理應用及提供 SEF 標準交換格式, 因此有必要作屬性註記關聯, 圖十一為根據不同圖元及特性之關聯分類表 ( 二 ) 等高線資料庫建置 1. 採用原始量測資料 ( 網格點 地形斷線 特徵點 ), 以不規則三角網 (Triangulated Irregular Network, 簡稱 TIN) 進行內插計算, 產生等高線檔 等高線計算時, 加入房區之封閉閉合線資料 (dead area), 使計算之等高線不通過房屋封閉平面區塊, 以沿房屋線繞行通過, 可以減少編修之人工作業量 圖十二表示加入房屋封閉區塊及未加入房屋封閉區塊的情形 2. 於等高線計算時, 多幅同時進行, 產生之等高線檔應逐幅與地形圖套合編修, 注意跨越圖幅地區的編修合理, 避免切割圖幅後造成接邊問題 新算等高線轉為 2D 檔後再進行套合現有地形圖檔, 等高線之屬性需加標籤, 標籤值即為等高線高程, 獨立高程點符號作標籤顯示, 高程值即為標籤屬性

八大類地形地物編碼測量控制點 行政 建物交通系統公共事業網路 植物覆蓋 水 系 地 貌 圖九

站地形圖圖元分類圖式範例 DGN 檔圖元 點圖 控制點 人孔 水田 旱田 竹林 空地 樓層 獨立高程點 變電所 油塔 控制點 共享式零件 (Shared Cell) 元 等 線 土坎 磚牆 板牆 水泥欄 鐵絲網 鐵 直線 (Line) 連續線段 圖 路 凹地 生籬 防風針葉林 路堤 小 (Line String) 複合連續線段 元 土堤等 磚牆 (Complex Chain) 面 RC 建物 BC 建物 ( 磚屋 ) 建築中房屋 多邊形 (Shape) 複合多邊形 圖 臨時屋等 RC 建物 (Complex Shape) 元 註 臨時屋註記 捷運車 站 道路 湖泊 文字 (Text) 文字節點 記 水庫等 地標註記 車(Text Node) 圖十地形圖圖元特性之分類表

地形圖圖元分類圖式範例 DGN 檔圖元 點圖 控制點 人孔 水田 旱田 竹林 空地 樓層 獨立高程點 變電所 控制點 共享式零件 (Shared Cell) 元 油塔等 線 土坎 磚牆 板牆 水泥欄 鐵絲網 直線 (Line) 連續線段 圖 鐵路 凹地 生籬 防風針葉林 路 (Line String) 複合連續線段 元 堤 小土堤等 磚牆 (Complex Chain) 面 RC 建物 BC 建物 ( 磚屋 ) 建築中房屋 多邊形 (Shape) 複合多邊形 圖 臨時屋等 RC 建物 (Complex Shape) 元 地形圖圖元屬性分類圖式範例 DGN 檔圖元 獨立高程點等高線 ( 計曲線 首曲線 ) 註記建物關聯式剖線 獨立高程點 39.25 100 等高線註記 RC 建物關聯式剖線 共享式零件 (Shared Cell) 與高程註記作成標籤產生關聯等高線 ( 直線 連續線段 複合連續線段 ) 與標高註記作成標籤產生關聯建物 ( 多邊形 複合多邊形 ) 作關聯式剖線, 產生關聯, 樓層註記與建物作成群組產生關聯 圖十一地形圖屬性特性分類表

( 未加入房屋封閉區塊 ) ( 加入房屋封閉區塊 ) 圖十二 ( 三 ) 類比地形圖資掃描 1. 類比地形圖數位化的緣由由於市府發展局過去所使用地形圖膠片已屆物理年限, 使用查詢不方便, 因此分年度將珍貴的歷史圖資進行掃描數位化後保存 未來這些數位化成果可提供下列好處 : (1) 地形圖圖面數位化後, 電腦圖檔將比圖紙的保存時間更長 (2) 可以檢視不同時期之地圖, 獲取環境 社會 文化變遷及發展差異 (3) 節省圖櫃空間, 增大辦公室作業空間 (4) 配合電腦化管理, 將可快速搜尋出所需圖面 (5) 數位化後之圖面更便利與已建立之資料庫連結 2. 地形圖圖面掃描建檔流程詳圖十三 原始地形圖 膠片 掃描輸入 建檔編號 掃描圖面編修與校正 Oce 9800 GTX 影像編修軟體 SID 格式檔案 SID MrSID 軟體壓縮 檔案存檔 轉換 TWD67 系統 建立 Geotiff 格式 圖十三

3. 作業方式 (1) 採用掃描儀器儀器採用 Oce 9800 高速原稿輸入,Oce 9800 為等比例接觸掃描之儀器, 可確保一次掃描原稿範圍之影像, 整批掃描自動編號建檔, 資料格式為 Tiff (2) 掃描作業步驟 a. 原稿掃描以一次掃描原稿方式, 設定 300dpi 以上解析度來掃描, 膠片掃描面積約為 70cm * 50cm, 故可獲得的像素為 488 萬畫數的影像檔, 單一檔案約為 46.5MB, 以 1/1200 比例尺來計算, 相對地面解析度可達 0.10 ( 公尺 / 像素 ) b. 地形圖影像圖面編修作業掃描所得之影像檔, 運用影像軟體 (GTXRasterCAD) 並依據該圖廓四角座標及方里線內交點等相對數值之關係, 校正影像圖面的傾斜及清除影像雜點 主要校正及編修內容包括 : (a) 影像圖面的雜奌清除 (b) 影像圖面的傾斜轉正 (c) 影像縱橫軸尺度校正 (d) 影像框除和重定範圍 c. 座標轉換及 GeoTiff 圖檔格式製作經由以上的步驟, 修正了歷史地形圖影像因掃描所產生之各項誤差, 而恢復影像本身相對的幾何關係, 然而必須將其轉換至共同的地面座標 ( 採用 TWD67) 才能納入地理資訊系統應用 為了將圖幅之區域座標轉換至 TWD67 座標系統, 本計畫以全市樁位共同點 ( 如都市計畫樁 三角點及歷史建物 古蹟等自然點 ), 分別比較六參數轉換 (Affine Transformation) 與最小二乘配置法 (Least Square Collocation) 座標轉換方法之優劣, 並估計原區域座標系統之系統性誤差, 再以平差偵錯 (Data Snooping) 方法, 剔除不可靠之共同點, 擇優計算出轉換參數與適合之分區, 各圖幅轉換至 TWD67 座標系統, 並經套疊一千分之一數值地形圖比對相同地物, 視相對關係無誤後, 製作成 geotiff 格式影像 4. MrSID 軟體壓縮作業 (1) MrSID 是由 Lizard Tech 公司出品的高畫質影像壓縮軟體, 能使檔案較大的影像在保持高品質原則下, 做高壓比的壓縮, 並確保影像能在數秒內呈現在使用者的眼前, 並完成縮放平移的動作 (2) 類比的圖面使用高解析度掃描後, 再壓縮成原來的 5%( 壓縮比 20: 1) 除壓縮一般的掃描影像格式外, 亦可壓縮具有地理坐標系統的影像格式, 例如 GeoTiff Image ERDAS USGS DOQ 等格式

(3) 台北市全區 963 幅 1/1200 類比地形圖以 MrSID 軟體分幅壓縮後, 賦 予其原始膠片圖號之主檔名, 錄存於光碟片或等效儲存媒體, 壓縮前全部 圖檔約 45GB, 經壓縮後約為 2.2GB 七 結論台北市為國內首要都市, 市府發展局為打造台北市為世界級首都, 研擬二十一世紀台北發展藍圖, 建構台北市都市空間發展架構, 形塑台北具備山水都市 活力都市 合作都市 健康都市的多元面貌 為建構廿一世紀的世界級首都, 辦理各項台北市綜合發展計畫修訂 研擬未來發展藍圖及願景, 均需建立在良好數值地形圖及高品質數值地型等圖資 近年來數位地球科技突飛猛進, 向來供市府各項建設規劃並為資訊應用之基本圖資料, 而原成果圖面記載資料距今已屆十年, 與實地資料差距甚大, 無法滿足市府各項建設規劃需求 故於九十一年度起連續四年編列此項經費, 已完成全市四公尺間距數值地形模型 677 幅正射影像圖檔, 並持續推動分年修測地形地物變動區域之數值地形圖及修正全市之等高線模型 由於測量技術發展日新月異, 測量產品已由類比圖資走向數位影像, 高解析的衛星影像以及掃描數化的空照影像, 其解析力高, 都已朝向數值影像製圖發展 未來影像地圖將會取代傳統地圖, 以電子影像地圖方式發展, 三維地形圖資搭配正射影像也將朝向 3D 城市建模及網路資料庫管理方向發展 參考文獻 (1) 台北市數值地形圖修測 圖檔編修及屬性資料建置 ( 第一期 ) 暨數值地形模型 (DTM) 補建工作 服務建議書,2002 年 5 月 (2) 台北市數值地形圖修測 圖檔編修及屬性資料建置 ( 第二期 ) 服務建議書,2003 年 3 月 (3) 台北市數值地形圖修測 圖檔編修及屬性資料建置 作業規範

山岳隧道統包工程之設計與施工 地工部工程師 張嘉興 地工部組長 王文通 地工部經理 陳福勝 摘要 目前台灣地區之工程為爭取時效及減少施工上之介面問題, 已漸漸採用統包方式來進行發包作業, 以期能使相關工程完工如期 造價如度 品質如式為目標 一般統包工程均由營造廠所承攬, 而目前台灣營造廠又往往無足夠設計人力來進行相關設計工作, 因此為配合相關設計作業, 營造廠或施工單位往往均需與設計顧問公司配合 故如何在設計與施工上, 設計顧問公司與營造廠或施工單位能充分良好配合, 即對工程之成功佔相當關鍵之因素 本文將針對中部某山區之山岳隧道以統包方式, 邊設計及邊施工之案例予以探討, 以期可作為相關類似工程之參考 一 前言台灣地區在九二一大地震中造成許多山區連外道路崩塌而中斷, 雖曾搶通恢復通車, 惟於 2001 年 7 月桃芝颱風豪雨襲擊下, 又造成更嚴重之崩塌, 搶修工程高度困難 因此, 為維護用路人生命財產之安全, 部分路段考量改採興建安全度較高之隧道 惟往往搶修通車時程緊迫, 在依傳統發包方式採設計與施工分階段辦理, 不但所需時間較長, 且設計與施工分別由不同單位承攬, 可能產生之設計理念無法傳達, 使設計與施工產生相當之落差, 及契約管理量與界面偏多, 往往無法符合實際需求, 統包 (Design-Build,Turnkey) 則成為主辦機關偏向選擇採用之方式 本統包案例為山區之山岳公路隧道, 全長約 640 公尺, 採邊設計邊施工方式進行, 因此主辦機關與統包廠商權責如何劃分, 設計與施工之間的配合等, 均為本文所探討之重點 二 工程概況 ( 一 ) 概述本工程位於台灣中部山區溪頭與杉林溪間之山區道路, 由於道路路基嚴重坍方, 修復不易, 因此考量以隧道方式作為永久修復之方案 新建之隧道長約 640 公尺, 加上北口假隧道長約 18 公尺, 南口約 5 公尺, 總長 663 公尺 隧道為雙向車道, 單車道寬 3.25 公尺, 兩側路肩寬 0.25 公尺, 淨高 4.6 公尺, 車道兩側各設置淨寬 1.0 公尺人行道, 人行道淨高為 2.0 公尺

路面工程則包括隧道內瀝青混凝土及級配粒料底層所組成之柔性路面 本工程係以統包方式辦理, 統包廠商必須負責辦理工程設計與配合工作暨工程施工 ( 二 ) 工程環境及工程地質背景 1. 工程環境依據氣象站近十年來 (1991~2000) 之統計資料顯示, 本工程地區年平均降雨量約 2213.5 公厘, 每年受梅雨及颱風季節影響, 降雨量集中於五月 六月 七月及八月, 月平均雨量均在 300 公厘以上 全年平均降雨日數約 154 天左右, 月平均降雨日數分佈類似降雨量分佈 本工程地區屬於副熱帶氣候, 因位處於山區, 全年平均氣溫約 16.6, 月平均氣溫變化約在 10 ~20 之間, 各月平均氣溫以七月 20.4 較高, 一月 11.4 較低 ( 詳圖一 ) 在本工程場址重要的地質危害為邊坡崩塌, 由於厚層砂岩受節理切割後, 造成大小不一的岩塊, 其所造成的破壞模式主要是楔型破壞, 而局部較陡的節理則會產生翻倒破壞 水亦是造成此厚層砂岩產生崩塌的主要因素, 由節理面多有鐵染現象, 與部份露頭正在滲水或滴水現象顯示, 在地下水沿著節理流動下, 將使節理面的強度降低, 摩擦阻抗減小, 使岩塊容易鬆動脫離岩體而產生楔型破壞或翻倒破壞 本場址在地質分區上屬於西部麓山帶地質區, 分佈地層為中新世的關刀山砂岩, 主要呈細至中粒, 淡灰至青灰色, 含泥質, 但岩體強度頗為堅硬, 抗風化能力較強, 多呈厚層塊狀, 地層位態並不明顯 主要相關層面位態與節理位態立體投影分析圖, 請參見圖二 節理發育為本場址主要的地質構造, 大多數節理呈閉合現象, 局部含有砂泥之夾心, 厚度在 1~5mm 不等, 大多有褐色的鐵染現象, 局部目前仍有滲水現象 ( 照片一 ), 在邊坡上則可發現有開口狀況, 應是受解壓或先前之崩塌牽動影響造成 另依據地表圖二主要不連續面立體投影圖地質調查結果顯示, 隧道沿線可

能遭遇三條大小不一的剪裂帶, 其方向大致與隧道線呈直交, 因此其影響 不至太大, 惟仍需注意 2. 工程地質隧道沿線岩性主要為細至中粒, 淡灰至青灰色, 含泥質之砂岩所組成, 砂岩呈厚層塊狀, 膠結良好, 岩質緻密堅硬, 單壓強度屬中強程度 由現場地質調查資料顯示, 不連續面頗為發達, 局部地區有地下水滲出, 因此岩塊易沿不連續面掉落 另部分含泥質成份較高的砂岩夾層約呈水平分佈, 且其具有較不透水特性, 若其分佈於隧道開挖的頂拱時, 有產生沿節理切割的岩塊整片掉落之虞 由於本隧道覆蓋厚度最大約 250 公尺, 隧道開挖時之地盤行為型式有 (1) 堅固地盤 (2) 地層結構條件下之後續斷裂 ( 岩楔掉落 ) 及 (3) 空洞過應力等三種, 其中推測楔型掉落為本隧道施工之較常見之困難 (Hazard), 應特別留意 本隧道沿線支撐型式分為 II III IV V 及 VI 等五種 隧道洞口主要之工程地質問題為洞口邊坡潛在楔型破壞問題, 及局部較陡的節理存在翻倒破壞潛能, 因此隧道進洞時除應加以注意外, 並不宜採大開挖邊坡方式進洞 隧道南北洞口附近均有山溝發育, 因此隧道洞口排水問亦應審慎考量 三 統包工程 ( 一 ) 統包工程在進入世界貿易組織 (WTO) 後, 以統包契約方式辦理重大工程之設計 施工 設備採購及安裝, 已成為工程界愈來愈盛行採用之工程計畫興建方式 此種工程興建方式, 因具有縮短工期 節省經費 簡化管理及提升效率等多重優點, 因此國際工程界已逐漸採用 故工程師及工程管理人員對此種統包契約方式, 應具有正確之觀念與認知, 方能順應國際潮流 統包工程之 統包 一辭源自國外工程 Turnkey 承攬制度, 其含意即由統包廠商負責工程之設計與施工, 最後再將成果交到業主手上 ; 與一般將全部工程交由一家承商施作, 或於建築工程中納入水電等工程之 總包 並不相同 依據國際顧問工程師協會 (FIDIC) 聯合國跨國機構中心 美國土木工程師協會 (ASCE) 及美國建築師協會 (AIA) 等機構或單位對統包 (Turnkey) 均有所定義, 其本意與 設計 / 施工 (Design/Build) 相近, 惟 設計 / 施工 所服務之範圍較小, 僅負責工程之設計與施工, 而 統包廠商

所提供之服務除工程之設計與施工外, 尚包括提供工程融資 工址評估與用地取得 代替申請證照服務及完工後之短期營運 ( 評估是否符合功能需求 ) 等 有關 統包 之定義, 以往並未有任何機構或團體加以明確界定 根據 採購法 規定 : 機關基於效率及品質之要求, 得以統包辦理招標 前項所稱統包, 指將工程或財物採購中之設計 施工 供應 安裝或一定期間之維修等併於同一採購契約辦理招標 其併於同一採購契約辦理招標之範圍如下 : 1. 工程採購, 含細部設計及施工, 並得包含基本設計 測試 訓練 一定期間之維修或營運等事項 2. 財物採購, 含細部設計 供應及安裝, 並得包含基本設計 測試 訓練 一定期間之維修或營運等事項 上述規定對於統包工程之範疇可謂已有相當明確之界定, 惟對於統包工程之範圍是否可涵蓋規劃之部分尚有待釐清 而依據 FIDIC 等國際統包模式, 有關統包工程之範圍應可包括工程規劃事項, 較能切合實際作業需求 ( 二 ) 執行架構之種類由 統包 之定義可知, 承攬統包工程之廠商必須負責工程之設計與施工, 而實際之發包策略上又因統包廠商組成方式之不同分為 :(1) 以施工承包商為主體之統包架構 ;(2) 以設計顧問機構為主體之統包架構 ;(3) 由施工承包商與設計顧問機構聯合承攬組織為主體之統包架構 ; 及 (4) 綜合設計 / 施工之大型工程組織為主體之統包架構 對開發單位或業主而言, 則一般將對計畫本身所需之時程 成本與技術性, 或開發單位之管理人力及計畫之特殊需求等因素逐一考量後決定執行架構 而本工程所採用之統包架構屬第一種型態, 由於本統包工程中施工作業佔成本之絕大部分, 因此, 統包工程之執行架構由施工廠商所主導, 統包廠商本身擁有施工單位, 設計工作則由專業設計顧問機構辦理, 統包廠商並須對業主負全責 此種統包架構之缺點為統包廠商無法控制某些設計上潛在之問題及其可能造成之影響 ; 然設計顧問機構與施工承包商間之充分協調與瞭解為工程執行成敗之關鍵 以設計顧問機構為主體之統包架構, 係由設計顧問機構為統包商, 對業主負工程契約範圍內之設計及施工 ( 包括介面協調 ) 之全部責任, 而設計顧問機構另行將施工部分, 分包予各專業施工承包商, 各施工承包商應對統包商負各分標施工及配合之責任 因此統包商必須有足夠之財務能力以承擔因施工所造成之超額風險 以施工承包商與設計顧問機構結合為聯合承攬組織之統包架構, 需連帶對業主負工程契約範圍內設計及施工之全部責任 此一執行架構由施工承包商為主, 但設計顧問機構須負連帶責任, 因此, 其配合程度較前述二

種方式為佳, 且業主有權在甄選統包廠商時, 對設計顧問機構之信譽與能力進一步評鑑, 可降低完全由施工承包商主導而選到信譽不佳設計顧問之風險, 對業主之權益較有保障 惟聯合承攬方式須特別考慮參與成員之財務與權責分配比例, 以及相互間之信任度等問題 第四種之架構則由業主將契約範圍內設計及施工之責任委由綜合設計 / 施工之大型工程組織承辦, 與聯合承攬統包方式之不同, 在於本組織為單一公司型態, 且為長續性之經營組織, 機構內即擁有設計及施工部門, 可單獨執行工程設計工作或工程施工, 在管理 協調方面較為有利 通常此一型態之統包商須有足夠之財力支援, 可承擔較大之風險, 對業主較有保障 惟為維持龐大組織, 其營運成本過鉅, 財務負擔大, 故此類型並不多見 ( 三 ) 統包制度之優缺點工程之統包制度依其執行架構與統包廠商之組織型態 ; 業主 施工廠商及設計顧問機構, 或主承包商與不同領域之業者, 茲彙整其優缺點分析如表 1 四 設計與施工本案例隧道統包工程由營造廠所主導, 主要工作項目分為兩大項, 即工程之細部設計及施工 ( 含工程慣例上應辦理之事項 ) ( 一 ) 細部設計細部設計工作主要包括 : 1. 隧道主體工程 隧道洞口邊坡保護 假隧道等工程 2. 隧道北洞口整治區安全擋土措施及景觀配合等設施 3. 施工運輸道路 施工便道 ( 橋 ) 索道 運碴道路及其他運輸等設施 工地辦公室 施工場地等一切臨時用地之取得及相關工程設計 4. 水土保持計畫之送審核定 5. 配合工作主要包括地質調查及工程測量 ( 二 ) 施工部分 1. 隧道工程依核定之設計圖及施工技術規範施工 2. 隧道北口整治區隧道北洞口整治區為供本工程隧道開挖棄方填築之場所之一 3. 既有道路之復舊與維持約 1 公里 施工階段需藉以進出施工路段, 部分坍方路面淨寬不足, 山側為高陡崩坍邊坡, 需自行設計與施築施工運輸道路復舊與維持, 包括數處既有道路路基崩坍之整治回填復舊, 與崩坍土石方之清除, 以維持施工期間之道路暢通

4. 附屬工程包括護坡 排水工程 交通工程 ( 含道路標誌 路面標記及標線等 ) 隧道照明等工作 5. 施工索道, 為利隧道雙向開挖要求, 及本工程施工機具材料等之運輸 6. 棄碴, 預估隧道碴料約 4.5 萬立方公尺, 棄碴區需施作必要之水土保持與擋土措施 ( 三 ) 設計及施工之探討本工程係以施工承商為主承攬統包工程的統包工程, 惟設計與施工仍分別由不同單位負責, 因此在執行時介面之整合為本工程所必須面對且解決的問題 而由於本工程為道路災害復建工程, 致使施工工期為主辦機關最主要的考量因素, 因此主辦機關在現場督導作業時, 以能增加工程進度作為首要考量 主辦機關所要求的現場作業方式 施工承商施工方式與設計單位所提出的設計理念往往略有所差異, 又由於本統包工程主辦機關的招標文件所提供的發包圖, 只針對隧道淨空斷面提出需求, 對於有關的隧道相關配置措施並無明確規定, 且計價方式又以按實作數量計價, 各工程項目亦有相關單價 故為滿足相關合約及規範規定, 必須藉由多次協調與討論, 以解決三方不同的意見, 此亦為最困難之部分, 因設計 施工及主辦機關各有立場及堅持 以下就本工程所遭遇的相關介面問題加以探討說明 : 1. 本工程由於係以施工承商為主承攬之統包工程, 擔負本工程施工成敗之全責, 因此, 施工承商是本工程施工階段之總指揮官 ; 然因一般統包工程係於設計尚未完成前所承攬之工作, 基於承商 在商言商, 追求施工最大利潤之原則下, 細部設計工作均以承商之要求為考量重點, 造成本工程無法依主辦機關之預期推展, 如相關施工步驟及工法, 儘量以現場執行較易且相關來價合理為首要考量 2. 設計單位僅為附屬於施工單位之分包廠商, 其執行設計之理念往往受制於施工廠商, 造成主辦機關對設計與施工品質較難掌握, 且無法以超然 獨立之立場進行相關設計作業, 致使其成果或品質可能無法與一般隧道工程之水準相比擬 3. 統包工程對設計單位有參與實際施工之機會而培養現場經驗, 且可於施工過程中, 藉由與施工單位之合作, 引入新式施工技術或概念, 進而提昇工程專業設計能力 就本隧道工程而言, 所採用之施工方式為新奧工法之理念, 雖目前山岳隧道已大部分採用本工法, 惟在台灣地質變化不宜掌握情況下, 仍有許多值得探討之處 4. 主辦機關為求順利完成本工程, 及在完工工期壓力下, 均希望施工承商能依現場指示執行工作, 惟在執行後可能施工項目不在合約單價內, 因本工程為按實作數量計價, 或與設計圖有所不同, 在工作協調上需花較多時間, 及往後仍需進行合約變更, 以符合實際完成之工程 故未來新統

包工程若採按實作數量方式計價, 其招標文件除列明功能需求外, 計價用 的單價亦應考慮列入相關項目之參考單價, 以減少產生新增單價的困擾, 及甲乙雙方所需協商的時間與人力 五 結論本統包工程進行時, 參與設計之顧問公司感受到與一般隧道工程規劃 設計程序或基準諸多不同之處, 該措施或作為均將影響隧道品質 成本與工期, 這為未來統包工程所應予考量之處 統包工程為未來工程發包之主要趨勢, 雖對主辦機關 施工承商及設計顧問機構等均有其優缺點, 經本案例探討發現, 統包商信譽非常重要, 招標時須嚴格把關 ; 統包商影響設計品質 主辦機關不易審核, 因此招標文件必須要明確訂定相關工程需求及契約彈性原則等事項 ; 施工承商內應有施工工程專業領域之人員, 請其共同參與設計顧問之相關程序或會議, 則可將設計疏失責任之風險降至最低 ; 設計顧問應依主辦機關之功能需求, 基於一般規劃 設計程序與原則進行工程之規設工作, 並應堅持職業及專業道德進行相關之結構物設計 總之, 統包商應於計畫推動時, 依計畫之特性妥善研擬適切之因應對策, 並能與設計顧問充分配合等, 為專案計畫可如期如質推動 完竣之最主要因素 參考文獻 (1) 李得璋 (2002) 公共工程實施統包制度之檢討與展望, 土木水利, 第二十九卷, 第三期, 第 99~101 頁 (2) 劉玲娥 (2003) 統包模式實用性探討, 國道網,133, 一月號 (3) 張欽森 林仁壽 蕭俊志 張嘉興 (2002) 由觀塘工業區開發計畫工業港 造地工程及液化天然氣接收站之統包探討工程介面問題, 國立台灣科技大學, 營建工程系 營建管理學分班

表 1 統包制度優缺點彙整表 對象 工程業主 施工廠商 設計顧問機構 優點缺點 1. 設計與施工同一契約, 減少發包作業次數 2. 業主僅辦理契約管理, 大幅減少介面協調問題與工程管理人員 3. 藉設計與施工之併行作業而縮短工期 4. 統包廠商利用設計者補充統包廠商之專門施工技術而降低工程造價 5. 統包廠商利用施工者充分瞭解設計理念而確保工程品質之落實 6. 易於配合執行變更設計 7. 易於追究工程責任 1. 可促使廠商規模大型化, 擴充經營範圍 2. 統籌設計 施工作業, 增加對整體計畫之控制程度 3. 對業主的需求更加瞭解, 大幅降低專案計畫之風險與不確定性風險與不確定性 4. 與設計顧問機構建立直接契約關係, 可改善溝通管道 5. 可選擇更適用選擇更適用之工法及材料工法及材料 6. 減少設計 - 施工協調之時間或成本浪費 7. 快速處理工程變更問題 8. 藉由與設計顧問之合作, 引入新式施工技術與概念, 提升工程專業技術 1. 獲得參與決策機會, 利於掌握工程品質 2. 培養現場經驗 3. 提升經營規模與企業形象 4. 減少與施工廠商發生索賠糾紛的機率 5. 減少文書作業成本 6. 擴大業務來源與客戶基礎, 提高獲利機會 7. 藉由與施工單位之合作, 引入新式施工技術與概念, 提升工程專業設計能力 1. 若統包廠商信譽不佳或執行成效差, 則業主須負擔較大之風險 2. 統包廠商之設計牽就本身之施工技術或施工機具, 業主不易查核 評估其設計或施工計畫之適宜性 3. 業主不易控制統包廠商之設計程序, 工程變更設計亦然 4. 須另聘雇專業管理顧問協助, 俾能控制統包廠商, 增加業主成本 1. 必須擔負設計顧問作業疏失之責任 2. 於設計尚未全部完成前承攬工程, 成本難以確定 3. 營造綜合綜合保險範圍不包含設計作業疏失之理賠, 需另投保另投保 專業責任險 或承擔可能損失之風險承擔可能損失之風險 4. 統包市場相對較少, 業務獲取不易 5. 備標費用較高, 增加投標廠商之財務負擔 1. 必須擔負施工作業疏失之責任 2. 需要較多之週轉金週轉金 作業設備及作業場所, 初期營運成本較高 3. 減損於傳統傳統發包發包方式方式中獨立超然之立場

鋪面工程進行材料調查作業 重點須知暨說明 材試部組長 房性中 本文轉載自現代營建月刊 90 年 8 9 月第 260 261 期 摘要鋪面工程所需進行的材料調查作業及範圍相當廣泛, 更因使用目的的不同而因應須製定不同的試驗項目或取樣方式等等, 均凸顯出材料調查對鋪面工程的重要性 本文筆者擬針對鋪面工程材料調查的類別 範圍 用途 規劃 項目 方法 試驗與取樣等問題, 扼要地陳述和說明, 希望藉由理念的澄清及溝通, 進而提昇國內鋪面工程之品質與服務水準 一 前言本文所謂之 材料調查作業, 僅針對鋪面工程規劃 設計及施工時所需材料之調查工作, 諸如 : 土壤 級配料 水泥混凝土 瀝青混凝土 借棄土區等項目 ; 至於材料取樣和試驗方法, 則應依照規範規定之 CNS AASHTO ASTM 或相關之文獻以及政府法令辦理之, 俾利取得合格且合法的適用材料 有關材料調查的項目, 應精準 精簡且具備充要性, 同時主持材料調查工作之工程師, 應有專業素養及豐富的經驗, 以因應隨時之變化或突發狀況, 並保持本項工作既有之水準和品質 二 材料調查類別與範圍 ( 一 ) 材料調查類別 1. 定期性調查 (1) 基於國家性或區域性 ( 例如 : 省 縣市 ) 整體政策或經濟共同體規劃或作為釐訂策略之需要, 而定期進行天然資源之調查作業, 例如 : 借土區土壤蘊藏量 山級配調查等項目

(2) 基於各主管機關之需要或執行規範規定條款而定期所作的調查工作 (3) 因商業性之品質要求而進行之調查, 可供一般使用者或消費者自由參考 運用者 ; 此類調查作業經常由財團法人或公會等機構 ( 具公信力之單位 ) 進行 2. 需要性調查各工程主管機構基於規模較大而重要工程之規劃而進行之調查作業 3. 實用性調查工程師已掌握工程規劃或可行性研究報告之材料調查資料, 為進行初步或細部設計所必須再進一步著手的材料調查工作 一般而言, 此階段之項目較規劃階段詳細且必須足以提供作為設計作業之準則或依據 4. 確認性調查工程主管單位或監造單位若對調查結果抱持懷疑, 或調查成果本身具有明顯的不合理性時, 權責機關或承辦人應有權限要求設計單位 施工單位或另行委請公正立場的第三單位 ( 機關 ) 進行所謂的確認性調查 若以工程品質的角度來看此項問題, 一般所謂的 QA( 品質保證 ), 可以說是確認性調查最常執行的模式之一 惟若欲真正落實 QA 作業, 筆者建議應注重執行面, 而非行政程序及文件資料之合理化而已 同時在法理權限內, 主其事者亦需具備相當之經驗及素養, 可避免徒作虛功或事倍功半 ( 二 ) 材料調查範圍材料調查之範圍應涵蓋路權區域內所有可用材料之使用性, 以及借 棄土區之調查 施工便道之規劃與佈設等 另外對於規範規定之採購材料, 其各項儲運 處置及試驗作業亦屬材料調查範疇之一 若以材料而言, 則其範圍包括 : 土壤 岩石 級配料 地下水位及各種施工材料 ( 例如 : 水泥 瀝青 鋼筋 水泥混凝土及瀝青混凝土. 等等 ) 皆屬之 若可能的話, 可列出單價及運費等進一步之資料 三 材料調查用途 1. 了解工址或路權範圍內地表下或地面上之土壤 岩石及地下水位等工程資料, 俾供下列各項工作之運用 : (1) 因材料種類及特性而選擇挖 填工程或基礎工程設計暨處理之模式 (2) 開挖或填方之方式和高度, 以及邊坡穩定處理分析及施工之方法 (3) 可決定是否需要進行降低地下水位之措施和方案 (4) 軟弱土壤地區是否換土或進行改良之依據 (5) 評估借土區材料之蘊藏量及合格與否 (6) 評估棄土區環境之影響 (7) 決定工程之縱 橫斷面及高程之依據

(8) 路基土壤 路堤工程或路塹工程之處理及排 導水措施 (9) 地下水資源之規劃及運用 (10) 景觀及自然生態之保護與維持 2. 了解各種施工材料之來源的穩定性 蘊藏量以及其工程品質之良寙與否 3. 了解各種工程材料 ( 含施工法及人工等 ) 之單價或儲運費用, 俾利編列預算 4. 了解各種工程材料之強度值, 俾利進行應用及設計 5. 校核規劃或初步設計階段之材質是否符合規範之規定值 6. 進行 QA 作業, 以確認 QC( 品質控制 ) 之準確性和施工品質 四 材料調查流程與規劃 ( 一 ) 流程 1. 界定材料調查的類別或用途 2. 執行作業前之規劃與工作安排 3. 資料收集 4. 選定料源或位址 5. 依特性選定調查之方法或規模 6. 現場踏勘 取樣或訪查 記錄 7. 進行檢 試驗作業, 同時決定試驗項目及數量 8. 提送報告 ( 二 ) 規劃規劃材料調查之作業, 是一件相當重要 繁複且吃重的事情, 而且規劃得當與否將直接影響作業時程 精準度及調查費用等 因此, 規劃的內容可能需涵蓋 : 調查方法 工具 人力 取樣事宜 運送 試驗項目以及報告記錄等等, 皆需事前作週詳之規劃, 方能竟其全功 同時在規劃之初, 建議即應作好應變措施及 check list, 可防止重要事項之遺漏或發生無可挽回 ( 救 ) 之憾事 五 材料調查項材料調查項目 ( 一 ) 大宗工程材料必須訪價及校核配合設計準則者 1. 水泥混凝土材料 (1) 水泥基本物性及化物 (2) 水泥之儲存及定期檢驗 (3) 粒料之級配及材質 (4) 附加劑 化學摻料及礦物摻料使用前之試驗 (5) 各等級水泥混凝土強度 fc' 之每方水泥用量及配比

(6) 拌和用水之檢驗 2. 瀝青混凝土材料 (1) 瀝青基本物性及化性 (2) 瀝青之儲存及定期檢驗 (3) 粒料之級配及材質 (4) 附加劑使用前之試驗 (5) 填充料之級配及材質 (6) 各等級瀝青混凝土之配比及設計穩定值等 3. 基底層級配料 (1) 級配及材質之調查 (2) 取樣及試驗工程強度值, 例如 :CBR 值或 MR 值等 (3) 借料區蘊藏量調查 (4) 運距規劃及施工便道之佈設 4. 水泥處理土壤或級配料 (1) 水泥混拌土壤或級配料之用量 (2) 研擬強度設計值 (3) 訂定特定條款俾利施工 (4) 水泥基本物性及化性 (5) 水泥之儲存及定期檢驗 (6) 拌和用水之檢驗 5. 其他特殊材料之調查 校核及運用例如 : 鋼筋 土壤改良劑 填縫劑 養護劑 反光標記 油漆 鍍鋅 欄杆 防水層 照明設備 消防設備.. 等等與鋪面工程有關之施工材料以及施工規範 特定條款或設計圖說中規定之材料者, 均需依循調查程序列述調查或試驗之項目 ( 含提送廠商證明書之材料 ), 以確保工程品質無虞 ( 二 ) 借土區材料必須訪價及校核或研訂特定條款者 1. 使用於路堤 路床或路基土壤之調查路床或路基土壤之調查 (1) 路堤及路床只要能夠施工, 且依 ASTM D2487 規定 : 不屬於 Pt OH 及 OL 者, 即可作為填方之土壤 (2) 路基土壤除路堤及路床之條件外, 尚需求出設計強度值並訂定規格 2. 使用於基底層級配料之調查或特殊處理 (1) 材質及強度值均需符合一般規範或特定條款 (2) 特殊處理例如 : 水泥處理級配料, 調查項目同本文前列所述 其他特殊處理或相關規定, 除依廠商型錄辦理外, 尤須側重校核 經配合設計後始能訂定作業準則 ( 三 ) 現場或工址之調查

1. 既有道路或機場跑 滑道及新工定案者之現場土壤與級配料調查 若對鋪面面層強度須進一步了解, 亦可鉆心取樣並試驗強度值 2. 橋梁 橋支承或線型走向之邊坡材料的調查 3. 現場水文資料以及挖方材料再利用可能性或可行性之調查 ( 含執行方式之評估與效益 ) 若挖方材料已不具使用性, 則須進一步研擬棄方或棄土區之執行計畫與相關事宜 少數業界未將棄土或棄土區事宜納入材料調查之項目, 在現階段講究回收再利用之政策目標之下, 恐有所失之不足 因此, 筆者特藉本文, 揭櫫此一建議, 尚祈引起共鳴 六 材料調查方法 ( 一 ) 依試驗場所分類 1. 室內試驗凡是可以充分取樣且送至試驗室者, 皆可進行指定的室內試驗項目 並可分析其物性 化性或工程強度值 2. 現場試驗凡是必須在現場或工址進行試驗者, 皆可謂之現場試驗 具代表性者例如 : 平鈑載重 k 值試驗 工地 CBR 試驗 (ASTM D4429 已於 2002 年刪除不用 ) 地下水位觀測. 等等項目皆屬之 ( 二 ) 依取樣方式分類 1. 人工開挖試坑調查 土壤及級配料之取樣, 一般均採用人工開挖方式辦理, 前者尤以卵礫石層或表土較深者為宜, 並可視地質情況決定支撐之問題 打樁之可行性.. 等 後者則依據 ASTM 或 AASHTO 之規定, 須於相當之深度採取試驗樣品者, 亦可運用人工開挖方式辦理之 2. 機械開挖試坑或明挖, 適用於沖積層之材料調查 可節省大量之人力及工時 3. 地質鑽探適用於基礎之地質調查 邊坡或開闢方法之借土區等, 可採取劈管擾動樣品以及薄管不擾動樣品, 一般均送回試驗室內試驗分析, 而現場記錄之 N 值資料, 屬於現場調查要項之一 每孔完成鉆探作業移機後, 可視需要安排該孔進行地下水位之觀測調查事宜 至於地質鉆探的方式, 尚可分類為垂直及水平或具傾斜角度等三種 4. 螺旋機調查適用於粘土 沈泥質粘土或砂質沈泥等土壤之調查, 試驗方法為 ASTM D1452 或 AASHTO T203 ( 三 ) 依規範種類分類 1. AASHTO 2. ASTM

3. BS 4. CNS 5. DIN 6. JIS 7. 其他特殊規範 ( 四 ) 依破壞與否分類此乃係針對既有之鋪面系統所進行調查的分類方式, 一般分為下列兩種 : 1. 破壞式調查例如 : 開挖取樣作室內試驗或開挖後逕作現場試驗者皆屬之 2. 非破壞式調查利用器材或高科技儀控裝置可逕行調查既有鋪面系統材料之性質者, 且對結構不產生破壞者皆屬之 七 材料調查試驗項目 ( 一 ) 基本資料材料調查的某些基本資料相當重要, 不容忽視, 否則後續之調查作業即失去意義 至於基本資料包含的項目, 屬於重要者如下所列 : 1. 取樣地點或試驗位置 ( 含里程 ) 2. 取樣時間或試驗期程 3. 料源記錄 4. 取樣或試驗人員 ( 有時含陪同取樣之人員 ) 5. 調查方式 6. 調查之材料的名稱 7. 業主或指定本次調查之公司名稱 8. 平面位置及深度之標示 9. 調查器材或準則 規範之記錄 10. 其他特殊狀況或特殊要求之登錄 ( 二 ) 路基土壤材料試驗項目各種鋪面設計方法對於路基與厚度之定義並不一致, 例如 : 越南慣用 15 公分即屬特例之一 因此在決定取樣深度時, 除須考慮挖方或填方之狀況外, 尚需顧及特殊情形 至於路基土壤材料之試驗項目, 請詳參表 1 及表 2 所列

表 1 路基土壤材料試驗項目一覽表 ( 柔性鋪面適用 ) 試驗方法 認知程度 試驗地點較多之處 試驗 檢驗項目會作亦不會作兩者 CNS ASTM AASHTO 室內工地會應用須會應用皆有 (1) 路基土壤規範 M57 (2) 篩分析等試驗 5086 C136 T27 11776 D422 T88 (3) 阿太堡試驗 5087 T89 D4318 5088 T90 (4) 比重試驗 5090 D854 T100 (5) 土壤分類 (USCS)(AASHTO) D2487 12387 D3282 M145 (6)CBR 試驗 ( 室內 ) 12382 d1883 T193 (7)R 值試驗 12383 D2844 T190 (8)M R 試驗 (AIMS-10) T292 (9) 夯壓試驗 ( 標準式 ) 11777 D698 T99 (10) 夯壓試驗 ( 改良式 ) D1557 T180 (11) 工地密度試驗 ( 砂錐法 ) D1556 T191 (12) 工地密度試驗 ( 核子儀法 ) D2922 T238 D3017 T239 (13) 土壤 ph 值 D4792 表 2 路基土壤材料試驗項目一覽表 ( 剛性鋪面適用 ) 試驗方法 認知程度 試驗地點較多之處 試驗 檢驗項目會作亦不會作兩者 CNS ASTM AASHTO 室內工地會應用須會應用皆有 (1) 路基土壤規範 D420 R13 (2) 篩分析 5086 C117 T11 11776 C136 T27 (3) 顆粒分析 D422 T88 (4) 阿太堡試驗 5087 5088 D4318 T89 (5) 夯壓試驗 ( 標準式 ) 11777 D698 T99 (6) 夯壓試驗 ( 改良式 ) D1557 T180 (7) 收縮試驗 D427 (8) 有機物含量 T267 (9)CBR 試驗 ( 室內 ) 12382 D1883 T193 (10)K 值試驗 12393 D1195 T222 (11) 工地密度試驗 ( 砂錐法 ) D1556 T191

( 三 ) 路床土壤材料試驗項目位於路 ( 道 ) 基下之土壤材料, 一般稱為路床 試驗項目除可依據表 1 中之 (1)~(5) (9)~(13) 或表 2 中之 (1)~(8) 及 (11) 項辦理之外, 若路床屬於高填方, 或有沈陷顧慮時, 可能需加作下列之土壤強度試驗 : 1. 無圍壓縮試驗 :ASTM D2166 AASHTO T208 2. 直接剪力試驗 :ASTM D3080 AASHTO T236 3. 壓密試驗 :ASTM D2435 AASHTO T216 4. 三軸試驗 : (1) UU:ASTM 2850 或 Bishop & Henkel (2) CU:ASTM D4767 或 Bishop & Henkel (3) CD:Bishop & Henkel ( 四 ) 基底層級配料試驗項目詳表 3 所列述 表 3 基底層級配料試驗項目一覽表 試驗方法 認知程度 試驗地點較多之處 試驗 檢驗項目會作亦不會作兩者 CNS ASTM AASHTO 室內工地會應用須會應用皆有 (1) 級配料規範 D1241 D2940 M147 (2) 級配料取樣 D75 T2 (3) 篩分析 5086 C136 T27 (4) 阿太堡試驗 5087 T89 D4318 5088 T90 (5)+No.4 比重及吸水率 488 C127 T85 (6) 含砂當量試驗 D2419 T176 (7) 膨脹試驗 D4792 (8) 夯壓試驗 ( 改良式 ) D1557 T180 (9)CBR 試驗 ( 室內 ) 12382 D1883 T193 (10)R 值試驗 12383 D2844 T190 (11) 工地密度 ( 砂錐法 ) D1556 T191 (12) 工地密度 ( 大型砂錐法 ) D4914 (13) 最大乾密度 ( 震動法 ) D4253 (14) 最小乾密度 D4254 (15) 粒料單位重 1163 C29 T19 (16)M R 試驗 T292

( 五 ) 瀝青混凝土材料試驗項目 詳表 4 所列述 試驗 檢驗項目 瀝青混凝土 ( 面層 底層 ) 1. 瀝青 表 4 瀝青混凝土材料試驗項目一覽表 試驗方法認知程度試驗地點較多之處 CNS ASTM AASHTO 會作亦會應用 不會作須會應用 (1) 瀝青膠泥規範 ( 針入度分類 ) D946 M20 (2) 瀝青膠泥規範 ( 粘度分類 ) D3381 M226 (3) 油溶瀝青規範 (M.C) D2027 M82 (4) 乳化瀝青陰極 ( 中凝 ) 規範 D977 M140 (5) 乳化瀝青陽極規範 D2397 M208 (6) 針入度試驗 D5 T49 (7) 絕對粘度試驗 D2171 T202 (8) 動粘度試驗 D2170 T201 (9) 閃光點 D92 T48 (10) 薄膜烘箱試驗 D1754 T179 (11) 滾動薄膜烘箱試驗 D2872 T240 (12) 延長性 D113 T51 (13) 溶解度 10092 D2042 T44 (14) 比重試驗 D70 T228 (15) 水分測定 3517 D95 T55 2. 粒料 (1) 粗細粒料試驗與混凝土相同 (2) 填充料規範 D242 M17 3. 瀝青混凝土配合設計 12395 D1559 T245 (AI MS-2) 4. 瀝青混凝土試驗及檢驗 (1) 瀝青混合物取樣 12388 D979 T168 (2) 瀝青拌和廠檢驗 D290 T172 (3) 瀝青混合物包裹程度 12394 D2489 T195 (4) 瀝青混凝土用開水求包裹法 12391 D3625 (5) 瀝青混合物最大理論密度 8758 D2041 T209 (6) 瀝青混凝土壓實度 12390 T230 (7) 石臘包裹求瀝青混凝土單位重 8757 D70 T228 (8) 核子儀求瀝青含量 D4125 T287 (9) 核子儀求工地密度 D2950 (10) 瀝青混凝土面乾內飽和 8759 D2726 T166 (11) 瀝青混凝土動彈性模數 D4123 (12) 瀝青混凝土抗壓試驗 D1074 T167 (13) 瀝青混凝土浸壓試驗 D4867 T283 (14) 瀝青含量抽油試驗 D2172 T164 附註 :ASTM 與 AASHTO 之規範或試驗方法不同者 除施工規範規定外, 公路工程可依 AASHTO 方法辦理 室內 工地 兩者皆有

( 六 ) 水泥混凝土材料試驗項目詳表 5 及表 6 所列述 試驗 檢驗項目 面層水泥混凝土 表 5 水泥混凝土材料試驗項目一覽表 試驗方法認知程度試驗地點較多之處 CNS ASTM AASHTO 會作亦會應用 不會作須會應用 1. 卜特蘭水泥規範 61 C150 M85 2. 輸氣劑規範 3091 C260 M154 3. 粒料 (1) 取樣 485 D75 T2 (2) 篩分析 (3) 細粒料表面含水量粒料含水量試驗 486 489 (4) 比重及吸水率 487 488 (5) 洛杉磯磨損率 490 3408 C117 C136 C70 C566 C128 C127 C13 C535 T11 T27 T255 T84 T85 T96 室內 工地 兩者皆有 (6) 扁長率 D4791 4. 水泥混凝土 (1) 取樣 1174 C172 T141 (2) 坍度試驗 1176 C143 T119 (3) 含氣量 ( 壓力法 ) 9661 C231 T152 (4) 單位重 拌和體積含氣量等 11151 C138 T121 (5) 試體製作及養護 1231 C31 T23 (6) 抗壓試驗 1232 C39 T22 (7) 抗彎試驗 ( 三點式 ) 1233 C78 T97 (8) 鑽心取樣 1238 C42 T24 (9) 鋼筋網規範 A184/M A185 M54/M M55 (10) 鋼線網規範 6919 A497 M221 (11) 鋼筋規範 560 A615 M31 (12) 混凝土養護劑 C171 C309 M171 M148 (13) 化學摻料 12283 C494 M194 (14) 填縫劑 D1751 D1752 M213 M153 附註 :ASTM 與 AASHTO 之規範或試驗方法不同者 除施工規範規定外, 公路工程可依 AASHTO 方法辦理

表 6 低強度水泥混凝土材料試驗項目一覽表 ( 剛性鋪面適用 ) 試驗方法認知程度試驗地點較多之處 試驗 檢驗項目 CNS ASTM AASHTO 會作亦 會應用 不會作 須會應用 室內 工地 兩者 皆有 (1) 取樣 1174 C172 T141 (2) 坍度 1176 C143 T119 (3) 含氣量 ( 壓力法 ) 9661 C231 T152 (4) 單位重 拌和體積 含氣量等 11151 C138 T121 (5) 試體製作 養護 1231 C31 T22 (6) 抗壓試驗 1232 C39 T23 (7) 篩分析 5086 C136 T27 (8) 量測鉆心試體 C174 T148 (9) 水質規範 3090 C94 T26 (10) 粒料規範 1240 C33 M6 M80 (11) 混凝土拌和 3090 C94 (12) 水硬性水泥規範 61 C150 M85 (13) 輸氣劑規範 3091 C260 M154 (14) 混凝土養護劑 2178 C171 C309 M171 M148 (15) 化學摻料 12283 C494 M194

( 七 ) 水泥處理工法試驗項目詳表 7 所列述 表 7 水泥處理工法試驗項目一覽表 試驗方法認知程度試驗地點較多之處 試驗 檢驗項目 CNS ASTM AASHTO 會作亦 會應用 不會作 須會應用 室內 工地 兩者 皆有 (1) 土壤勘查 工地取樣 D420 T86 (2) 原狀土壤試驗及級配料試驗 1 篩分析試驗 C136 D422 T27 T88 2 阿太堡試驗 5087 5088 D4318 T89 T90 3-No.4 比重 D854 T100 4+No.4 比重及吸水率 488 C127 T85 5 含砂當量試驗 D2419 T176 6 洛杉磯磨損試驗 490 C131 T96 7pH 值 E70 T200 (3) 水泥處理土壤 級配料試驗 1 夯壓試驗 D558 T134 2CBR 試驗 ( 室內 ) D1883 T193 3 單軸抗壓試驗 D1633 4 抗彎試驗 D1635 5M R 試驗 T292 T294 6 乾濕夯壓試驗 D559 T135 7 凍融試驗 D560 T136 8R 值試驗 D2844 T190 9 簡便試驗 (Short-cut Test) PCA Soil Handbook 水泥含量試驗 D806 T144 (4) 卜特蘭水泥規範 61 C150 M85

( 八 ) 瀝青處理工法試驗項目詳表 8 所列述 表八瀝青處理工法試驗項目 試驗方法 試知程度 試驗地點較多之處 試驗 檢驗項目會作亦不會作兩者 CNS ASTM AASHTO 室內工地會應用須會應用皆有 (1) 熱拌式瀝青處理底層與面層密級配相同 (2) 乳化瀝青處理土壤 D4223 AI MS-19 (3) 油溶瀝青處理土壤 D4223 (4) 乳化瀝青規範 ( 陰極 ) D977 M140 (5) 乳化瀝青規範 ( 陽極 ) D2397 M208 (6) 油溶瀝青 (RC) D2028 M81 ( 九 ) 岩石材料試驗項目 1. 一般物理性質試驗 :ISRM 2. 單軸岩石抗壓試驗 :ISRM 3. 直剪及點荷重試驗 :ISRM 4. 消散試驗 :ASTM D4644 或 ISRM 5. 篩分析 :ASTM C136 AASHTO T27 6. 粒料單位重 :ASTM C29 AASHTO T19 7. 比重及吸水率 :ASTM C127 C128 AASHTO T85 T84 8. 磨損試驗 :ASTM C131 AASHTO T96 9. 健度試驗 :ASTM C88 AASHTO T104 10. 有機物含量 :ASTM C40 AASHTO T21 11. 抗張力試驗 :ISRM 12. 膨脹試驗 :ISRM 13. 三軸試驗 :ISRM 14. 靜彈性模數試驗 :ISRM 15. 動彈性模數試驗 :ISRM 16. 潛變試驗 :ISRM 八 建議與結論 1. 材料調查作業是一份千頭萬緒的任務與技術, 未具經驗或粗心大意者皆極易造成重大偏差之結果或失敗 因此, 此項工作應以嚴肅而正確的理念來進行, 方可達到調查作業之本意與目標

2. 少數工程師曾提及 : 500 公里或 1000 公里長的公路工程, 做一組 CBR 試驗即可 其理論合適否? 相信讀者心中自有評斷, 不遑再論 3. 多一分防颱準備, 少一分財產損失 防颱工作如此, 材料調查工作又何嘗不是呢? 4. 進行材料調查之前, 應詳細規劃其範圍 項目 數量與精準程度 適用性以及成本支出等要點 否則, 不是牛頭不對馬嘴, 就是偏差過大或因經費不足而中途停擺, 這樣就失去調查的意義了 5. 調查作業進行中, 仍需隨時校核或修正偏離現象, 以免得到錯誤成果而前功盡棄 例如 : 過程中的拍照存證 收集透明罐樣本封存以及試驗后多餘樣品保留一段時日備驗, 或準備補作試驗點等等措施, 均是萬全準備之良策, 從業人員千萬不可嫌麻煩而漠視之 6. 因材料調查工作所衍生之運距 單價預算概估或百姓抗爭等問題, 均須一併列入考量, 否則無法順利推動工程進度 曾有一鉆探工作, 只因居民抗爭而須出動百名警察長期站崗才能完成調查作業 7. 古有名訓 : 不在其位, 不謀其政 亦云 : 術業有專攻 等等, 因此, 進行材料調查工作, 應釐清權責與專業分工, 切忌存有本位主義或文人相輕之心態, 若此, 則將事倍功半 8. 從事材料調查作業人員, 除應力求成果報告的準確度之外, 尤須加強統計分析與不確定度量測之理念和能力, 尤其近年來政府大力推動 CNLA 認證體系, 未標示 不確定度量測值 之校正報告或測試 ( 試驗 ) 報告有塗改 偽造等情形者, 將會被判定重大瑕疵 ; 嚴重者甚至可能中止或取消試驗室 CNLA 認證核可之資格, 從業人員不可不慎 9. 從業人員應加強在職訓練或講習 心得交換, 可達經驗汲取 事半功倍之成效 10. 凡事按部就班, 不要老是希冀一蹴可及或抄捷徑, 更忌憑經驗來假定試驗值 參考文獻 (1) 房性中, 材料暨鋪面工程實務問答集, 文笙書局,1998 年 10 月 (2) 吳學禮, 鋪面 材料工程實務,1996 年 5 月 (3) 吳繼伯, 材料調查, 中華顧問工程司路面工程手冊,1989 年 11 月 (4) 吳學禮, 試驗新知 ( 之二 ): 中華顧問工程司 P/M 工程師常用之試驗 檢驗項目, 中華技術第二十六期,1995 年 4 月

建築物性能式防火安全工程設計 與程序之探討 機械部正工程師 程銘華 中華大學副教授 李友錚 摘要從歷史發展沿革與角度剖析, 各國防火安全設計及法規執行, 皆在互相觀摩學習後, 配合國情之需要, 進而衍伸為國家法規以成為防災安全設計之最高準則 隨著環境變遷 防災科技創新, 傳統條列式法規已面臨挑戰 因此, 各國在防火安全設計方面亦逐漸發展為性能式設計走向, 而法規解釋面則更傾向於開放, 已形成世界防火安全設計之潮流 在設計多元化與自由度之趨勢, 建築美觀與防災安全管理兼容並蓄下, 先進國家許多高品質建築設計孕育出現代化城市的魅力, 繼而帶動防災科技產業蓬勃之發展, 這種具有挑戰性之法規發展與策略運用, 實有值得我國借鏡與學習的地方 由近年來產官學界共同研討之 建築法規修正與防火安全設計 研討會中, 建物安全防災體系已從設計 施工 延伸至維護管理階段, 形成建物安全管理系統之生命週期 同時政府在推動性能設計法之草擬方案上已經有了具體成效, 這種帶動我國防災觀念新思維, 不但影響所及於各級主管機關 相關科所之學術團體, 更凸顯建立性能式設計與安全防禦機制之重要性 一 前言安全等級的境界是研究如何以較低之造價成本, 來提高設計彈性以確保防火安全 因此建築物防火安全設計是否能確保建物安全與美觀, 在互相重視機能需求下, 彈性化 自由化之性能式設計日漸採用於特種建築物, 諸如機場航廈 地下鐵 捷運 購物中心與安全逃生相關之 煙控 技術應用案例等, 而軟體工具成為 性能式法規 設計法之計算 模擬與評估之關鍵技術 因此, 善用電腦軟體工具之預測與分析能力, 來建構一套安全 合理 有效之性能式防災技術, 以尋求肇事率與危安因子間因果關係, 更需有高階的資訊網絡管理系統之工作平台, 以及防火專家之參與方能執行 設計人員則在安全期望值內, 模擬發生事故時災害之類型及特性, 制定防火策略以使施工成本與生命安全效益獲得平衡 由於軟體計算輸入之值終究需具有防火專業經驗之工程師, 以科學知識以及工學技術為基礎

過去防火系統方法與應用計算軟體有 FDS STAR-CD FLUENT PHOENICS CFX4 FLOW 3D 等成熟商品, 可成功用來預測複雜形狀建築物內火災延燒現象 高溫煙之流動與煙流擴散行為, 也可進行煙層溫度與濃度的計算預測 並將燃燒複雜現象排除次要變數條件, 予以簡化煙場模式之建構, 使火災煙控性能可經由觀察 推理 假設 檢證等程序, 達成一種科學分析方法 惟軟體輸出驗證除應用實證外, 在防火安全設計領域之人命安全評量交叉比對中, 又以日本避難檢視法 美國費氏動態技術之人命安全曲線與 NFPA-130 避難規定, 最為防火安全專家認同 並用來評估 避難安全分析結果與軟體避難時間計算 之合理性, 以做為防火安全人員對煙控 機制 決策 執行 之維護管理策略, 這亦是引用 性能法規 對防火安全設計與程序探討課題最大之貢獻 二 我國性能法規之發展趨勢與展望國內建築法規中防火法規主要分為兩大領域, 一為建築法體系;一為消防體系 建築法體系旨在規範 建築法 及 建築技術規則, 其著重於建物防火區劃 耐火構件時效 樓梯間數量 走廊寬度等主動式建築物防火構造與避難逃生動線設施, 以防止初期火災擴大及延燒之條文規定 而消防法體系規範 消防法 及 各類場所消防安全設備設置標準, 則著重於被動式避難逃生與消防滅火設備, 諸如消防栓 自動撒水 自動火警警報廣播 煙控等設備, 做為人命安全考量 有關建築防火安全法規與消防防火安全規定, 長期以來法規條文相互牽制影響, 以致消防安全與建築美學孰輕孰重之爭議不斷, 導致使人民對安全價值觀之定義落差過大, 但不可否認彼此在安全考量因素下, 相依度卻是休戚與共 因此如何整合這兩大法規領域, 加速融合並建立兩者之良性管理機制, 使其具有相乘效果, 除需仰賴政府有計畫以法令推動與配合立法外, 專家學者可扮演性能法規與設計程序文獻資料供應者, 做為政府知識溝通橋樑 同時政府更應將國內代表性之個案研究與應用, 有系統的整合發表, 提供專業領域之學者腦力激盪與學習課題 如此當可為我國培育專業知識工作者, 及激勵有創新思考之人才投入, 共創防災安全設計科技產業之新契機 三 我國建築物性能式防火法規整體架構我國建物性能式法規的架構, 係參考各先進國家在建築物防火工程及性能防火法規之發展重點, 並配合國內社會民情 產業需求及法規體系等條件, 復參酌先進國家過去建築物防火研究發展的策略及經驗綜合而成 因此內政部建築研究所自 86 年起著手規劃研究相關課題, 其中以 86 年所提出 建築物防火安全技術開發與應用研究 5 年 (87.07-92.06) 計畫 註 2, 更明確將性能式防火法規作為計畫之主軸, 並以 建築技術規則 各

類場所消防安全設備設置標準 等規格式法規條文為架構, 檢討如何納入性能式設計法之工作範疇於法規條文項目, 使其成為未來我國性能法規架構藍圖 該研究研析我國國情之性能式法規設計架構, 其主要綱要包括 : (1) 性能防火規範; (2) 防火設計準則與評估方法; (3) 檢驗認證與評估審查; (4) 火災模擬驗證 至於權責單位及相關執行要點論述如下 ; ( 一 ) 性能防火規範 1. 研修現行建築及消防之防火法規 ( 內政部建築研究所草擬中 ) 2. 材料防火 ( 防焰 耐燃 ) 性能規定 ( 中華民國商檢局, 依據消防法施行細則第七條第四項規定 ) 3. 構建與構造之耐火性能規定 ( 內政部營建署, 建築技術規則施工編相關條文規定 ) 4. 消防設備與設施之滅火設備性能規定 ( 內政部消防署審議審查委員會 ) 5. 煙控與避難逃生之防火功能性能規定 ( 內政部消防署審議審查委員會 ) ( 二 ) 防火設計準則及評估方法 1. 綜合防火設計與評估 ( 性能法規之應用工具 ) 2. 防止起火與成長設計與評估 ( 性能法規之應用工具 ) 3. 避難安全設計與評估 ( 性能法規之應用工具 ) 4. 耐火構造設計與評估 ( 性能法規之應用工具 ) 5. 結構耐火災後安全評估 ( 性能法規之應用工具 ) ( 三 ) 檢討認證與評估審查 1. 檢測認證制度 ( 內政部營建署與消防署 ) 2. 檢驗標準與試驗基準 ( 內政部營建署與商檢局 ) 3. 審核認可與審查作業 ( 內政部營建署與消防署 ) 4. 建築防災計畫書評估審查 ( 內政部營建署與消防署 ) ( 四 ) 火災模擬驗證審查 1. 火災反應模式

( 性能法規之應用工具 ) 2. 自動警報設備之反應系統 ( 性能法規之應用工具 ) 3. 緊急避難逃生模式 ( 性能法規之應用工具 ) 4. 火災危險安全評估模式 ( 性能法規之應用工具 ) 5. 生命安全評估模式 ( 性能法規之應用工具 ) 以上顯見整體防火安全設計與程序規章制度是否落實, 涉及範圍包括政府組織體系及產官學界理論與實務面之技術層級, 是否能與世界防火工程領域接軌 由於國家正已全面著手各種綱要施行細則架構基礎, 透過產官學協同合作, 並適度修正採購法防弊限制條件以興利為目標, 在如此誘因下, 性能式防災安全設計必然發生革命性觀念改變 當設計目標更為明確, 在政府主導下將 性能法規 之設計程序推向法律地位, 並學習民間企業化經營理念, 以 效率觀點 與 技術本位 為出發點之結合, 形成一場 觀念革命, 其影響層面極為深遠, 當可預見能將整體防災科技產業供應鍊 (supply chain) 管理最大之價值, 這亦是提升未來國家競爭力重要之關鍵成功因素 (key success factor) 四 火災安全設計基本概念與對策火災安全設計所要求之基本概念與層級架構, 一般來說為了達成建築法規防火安全的目的, 其表現之方法以日本學者田中踍義 註 6 與歐美學術團體為代表性, 大致上可分為機能式要求 規格基準 性能基準式等方式 當今國內專家學者正研擬性能式火災安全設計方式草案, 終究係學習國外設計流程, 以 設計目的 基本要件 技術基準 做為層級架構 亦即定義建物火災安全設計目的, 以求證各項目性能之實質內容符合安全設計 ( 詳圖一 ) 以某機場建物火災安全設計為例, 設計基礎與方法即專注於建築使用機能導向 並以條例式法規規格為基準 雖已依消防法規所規定設置滅火設備 火警警報 避難方向指標等設計, 惟現行法規中, 因機場建築物使用用途特殊 規模與內部空間免不了超出某一法規限度之些微差距, 主管機關因此常限於法規基準 一慣性 思考邏輯, 使得本案從嚴解釋執行審 ( 勘 ) 驗工作 而這種延伸思維較為容易發生執法者之差別待遇, 亦很難適切的因應機場建物多元的設計條件

設計要件與技術基準 設計目的 避難安全 機能要求 經濟合理 性能式法規基 設計火災所 條列式法規 容許安全結果 火災實證 驗證方法 電腦模擬工具 消防主管機關 符合規定 圖一火災安全設計法之架構 本案環境特殊, 在無法完全符合現行法令功能之範圍前提下, 選擇引用 各類場所安全設備設置標準 第二條條文, 以新工法 新技術之防火設計體系, 才適時彌補這一部份缺口, 以符合現有法規規定 雖然這亦表示某種程度它是可保障人民生命財產最低限度的立場, 同時亦凸顯表達 性能設計法 其與 建築法 消防法 皆具有互補性之地位 然而初始

在執行性能式火災安全設計之要件與技術基準審議簡報階段中, 業主與審議委員在如何解釋法令規章間存在之安全認知差異做出客觀之評估基準, 以期能符合火災安全標準, 通常需以防火專業角度來驗證與釐清 故有關本案例引用 性能法規 相關之防火安全設計與程序與心得所獲得之三點共識與工作心得歸納如下, 提供產業界對未來選擇 性能式法規 時之參考 (1) 設計機能式方面要求經由消防審議委員會專案審查方式處理, 給予設計者最大創意之價值所在, 個案因設計目標清楚, 則雙方對專業合理判斷形成共識度高 (2) 設備規格基準方面要求在適法上因需高技術能力及消防科學學理與知識說明, 在安全方面之設備投資考量才有意義 (3) 系統性能基準式方面若需採用較高之技術能力, 因專業背景不一, 則可能遭遇審查較為嚴謹之困擾, 但相對卻能激勵設計者提供相當之設計自由度與創新需求之設計理念 (4) 案例心得過去有關機場航廈性能式煙控設計法之審議進行簡報中, 使用 FDS 軟體工具雖已能充分反應電腦模擬預測火災成長現象, 但由於電腦軟體仍有一定程度之限制條件及作業瓶頸, 無法面對多重真實火災情境之現場實際模擬 尤其當今廣為使用之流場模式 (Field model) 性能設計策略, 電腦模擬時仍存有無法以自然對流方式, 及熱空氣所引起之火焰延燒行為與燃燒情境 因此, 若能輔以實證拍攝錄影研析詳 ( 相片一 ) ( 相片二 ), 強化模擬參數之合理輸入, 此種理論與實務結合方法, 可完善解決火災避難廣播引導充滿較不確定因子, 形成清楚之避難引導逃生時間策略 故未來火災安全現場勘驗時, 若能適用於同一尺度燃燒情境時, 雙方在公平基準原則下, 先行對設計目標達成合理共識 至於必須採取何種規格等級的避難逃生安全對策, 雖不在書面審議限制條件, 但可想像將在取決於建物功能性規範與業方認知防火安全品級之需求條件下, 透過專家學者舉證以優於法令最低規定之審議制度獲得共識自然而解決 相片一火災燃燒實體情境驗證

相片二冷煙區與熱煙區情境驗證 五 性能式法規之發展目的與經濟貢獻就各國性能式設計方法之發展, 近年來國際間發表若干有關性能法規之論文, 足以說明一般人對 性能法規 高度興趣, 特別在防火安全工程領域 引用性能式設計須先了解性能式安全設計之設計目標與法源, 方可建構良好之研究方向與優質之操控對策 由於性能設計體系中, 北歐法規委員會, 註 2 所創導 NKB(Nordic Committee on Regulations) 之五階層圖統一法規, 其發展目的旨在規範 (1) 從人命安全為設計目的之概念緣起; (2) 人員避難手段以確保所具備之功能要件; (3) 性能設計要求定量化與定性化; (4) 建構性能式法規之設計準則; (5) 利用工程方法驗證或實驗方法驗證予以評估 故綜觀各國發展性能式防火法規架構, 大都以此基準而加以修正, 而融合自己特有文化成為法規條文之對策如圖二 由於安全在火災安全設計上相對的概念, 並非絕對可到無災害的境界, 為達到此防火安全設計目標, 所投入的經濟成本風險, 在知識與技術透明化下, 官方所推動 性能式法規 理當應有科學 合理的分析與說明才能獲取產業界之支持與認同 基於人命安全與投資成本互為消長之本質, 安全又經濟之設計在理論上或許是不存在的, 因此, 透過最佳化的模式來求得兩者或更多互為消長因子之間的平衡點, 性能式設計法是值得嘗試的解決方法, 亦是政府發展 性能式法規 之目的 經濟學的理論明白指出, 一個國家在經濟發展的過程中會不斷進行結構的改變, 有些產業會逐漸失去國際競爭利基 而新的產業必須持續發展出來, 故成功之經濟發展必須有成功之產業轉型升級, 諸如 性能式法規 允許採用性能式設計法於防火安全設計工程領域, 就是讓我們去除傳統思維, 改變為 創新需求 以利科技產業有效導引, 進而發展成為高度之經濟行為 因此近年來世界各防火先進國家, 防火工程其設計目的乃希望經由觀察 推理 假設 檢證等程序, 達成一種科學分析方法 註 7, 促使現有法規或設置標準能不斷追求創新需求, 民間力量則持續改進防火科技材料, 以減低不合理防火限制, 使得大自然有限的防火資源獲得最佳邊

際替代率 因此, 功能式法規 在進行目標管理, 應以 創新需求 彈性設計 彈性價格 三大產出組合, 在預算彈性化下更追求效用極大 註 7, 並維持人命安全效用水準, 使我國 性能式法規 得以邁向 性能設計 方法之第一步 而產業界在國家防火安全設計政策目標確定後, 才會激勵市場之供需力量, 而願意在 市場均衡 發展下投入該領域之研發, 這亦就是經濟學家用以分析觀察市場機能之經濟現象與功能式法規對經濟層面之貢獻 目的 性能需求 性能需求等級 s F P E N F P A C O D E 性能設計法 符合規定的規格 計算方法或評估方法 圖二性能性法規之架構

六 性能式與規格式設計目標研析與比較國內現階段引用之性能式審議制度, 由於成員來自具有不同專業背景的專家學者, 內政部消防署常以廣徵社會賢達人士, 以約聘制度將其納入人力資源管理, 並接手處理民間引用性能式案例之審議業務 但由於各專家學者非專職之限制, 且開會審議討論週期性過長, 因而形成所受理案件曠日費時 故對講求效率之企業界, 普遍對性能法規設計存有無法認同之心態, 這對國內推動 性能式法規 邊際效益, 實為負面表象 因此, 期待政府法令之宣導與立法盡快催生, 以發揮邊際效能來補償這些缺失, 使政府與企業有透明化之知識溝通平台, 普遍瞭解接受性能式設計法, 設計彈性化可帶來之經濟效益與確保生命財產安全 由於國內性能式設計案所引用 性能法規 剛在起步階段, 大都僅以無法符合 條例式法規 條文之範圍項目, 而引用 性能法規 做為防火安全設計理念 衡諸過去案例使用時機與策略, 皆以 煙控與避難安全設計 為替代方案訴求提案, 尚無將整體建物以 性能式法規 全面性規模提出檢討, 因此可預期一但政府立法後, 國內防火安全科技產品與防火知識必能快速建立起來, 相信未來在這一領域將有極大之揮灑空間 本章節如表 1 旨在淺顯比較性能法規與條例法規之優缺點, 其目的是闡述應用性能設計目標, 是要求在合乎各界所求的安全管理最佳解 ( 平衡點 ) 給予產官學另類邏輯思緒 圖三 圖四旨在介紹英國與美國如何以科學的方法論, 經由現象 觀察 事實與驗證 註 7 邏辑流程方塊圖, 來擷取有價值之系統知識 卓參有關美英兩國對建築物防火安全設計程序與目標, 經設計流程交叉比對其共通點可歸納如下, 提供類似案例引用參考 1. 工程運用計算皆採用決定論模式 (deterministic), 提供量化資料結果與概率論模式 (probabilistic) 技術, 將完成之成果互相比對防火設計安全性 2. 防火安全設計目標皆以生命安全為基準, 如 CO HCN O2 CO2 熱輻射 煙層溫度 可見度等因子, 做為設計者確保建物內收容人員能有足夠時間, 完成避難行為之設計安全策略 3. 性能設計方法與評估模式旨在評估性能設計有關之工學手法所能預測之煙控避難安全 防止起火擴大 耐火設計及防止它棟延燒為評估策略 4. 各種方法論所引用之理論學說及步驟工學計算模式, 較缺乏完整之實證機制之環境, 故正當性仍待考驗

表 1 性能式法規與規格式法規設計分析比較 法規類型優點劣點 本研究整理 規格式法規 性能式法規 1. 符合規定, 簡單且直接評估 2. 無需高層次之專業知識 3. 標準化易於執行 1. 建立安全設計目標 2. 創新設計之人性空間 3. 新科技建立商機, 提升建築防火技術與防災性能技術門檻, 符合國際潮流 減少貿易障礙 4. 國際化接軌形成共識提升我國防火技術之國際地位 5. 需高層次之專業知識, 創造高知識工作者之高所得勞動市場 6. 設計與投資成本彈性化 7. 強化防災設計整合與操控策略能力 8. 挑戰條例式法規之限制條件, 強化法規條文之互補性, 符合經濟學柏瑞圖效率概念 9. 模擬與實證結合交叉比對做為模擬輸入參數值之參考 10. 預測模式可減少設計功能性不足與錯誤, 符合經濟學之完全互補之無異議曲線定義 1. 條文未述及明確目標 2. 法規結構複雜 3. 無經濟成本考量 4. 無彈性與創新設計 5. 執法者專業解釋之困擾 1. 量化安全較難定義 2. 需具專業技術與知識 3. 評估防火安全設計工具待考驗 4. 軟體應用與專業技術層級整合能力不足 5. 國內專業審議制度待改進 6. 無本土化安全檢證工具 7. 人民對安全設計之需求不熟悉, 無法具體提出安全目標 8. 國內實體驗證環境數不足無法對模擬結果提出強烈之說服力 9. 建築與消防法規條文之整合待突破

七 結論與建議 ( 一 ) 結論綜觀國內性能式法規發展策略與做法, 其執行面仍以條例式法規為防火安全設計依歸, 即建築物安全防火設計均以被動式及主動式防火設備規範為技術範疇 由於我國消防科學發展軌跡早期傾向學習日本條列式消防法規為基準,1990 年代以來則在保險公司及中生代消防專家與學者漸進式導向學理性較佳之 NFPA 消防法規, 形成執行多年法規條文之科學合理性遭受挑戰 過去防災安全執行層面只要能依法執行, 無需耕耘理論基礎, 長期以來墨守成規已為常態 在缺乏專業素養激勵下, 防災安全設計工作

當然只能流於型式, 業者更因不具有相關專業知識而盲目投資, 淪為妥協法規條文之產物或配合官方消檢及建物發照時討價還價之工具, 導致防災與消防專業地位普遍不受重視 然而隨著防災知識的演變與累積教訓, 政府體認民眾在防災認知落差過大之錯誤思維下, 新的防災法規須不斷修正 因此, 今天性能設計方法之適時推動, 將可預見吸引更多高知識技術背景人力從事防災安全工作, 如此永續發展之工程設計制度實為提升防災科技之新契機 ( 二 ) 建議近年來世界各防火先進國家均以防火工程 (ISO/TC 92/SC Fire Safety Engineering,FSE) 為設計基礎, 做為指導與未來開發研究工作方針, 其目的乃希望以科學方法, 促使現有法規或設置標準不斷創新, 並改進防火材料與科技, 以減低不合理防火限制, 使得有限的防火資源獲得經濟合理安全有效 因此, 性能式法規便成為防火工程的設計領域共同努力的方向 然而建物火災構成因素頗為複雜, 許多防火安全策略應先建立設計目標與情境, 運用科學技術加以研析 這個工作目的就是使設計者和法規執行官員能清楚瞭解法規背後一些基本原理, 而有助於建物性能設計的評估步驟及支持全尺度驗證正當性 我國在產官學界對 規格式法規 與 性能式法規, 雖各有其認知上之優點與缺點, 但審查制度之合理性, 即所謂防火專家所提出的經驗判斷之適當性不致被產生質疑, 故建議應強化審查人員之法規素養, 非依循審議人員 盲目 之思考邏輯, 而是先定位設計目標為宗旨, 取得彈性創新設計來取得安全與經濟之平衡點 如此才可能鋪陳我國性能式法規設計法跨出彈性設計之第一步 產業界在國家防火安全設計政策目標確定後, 才會更願意投入該領域之研發費用, 如此良性互動將有助於我國性能式法規之導入與提升我國防火科學工程技術地位 八 參考文獻 (1) 交通部運輸研究所, 我國國際機場緊急應變與救助措施之調查與評估 1998 年 (2) 內政部建築研究所, 建築物防火法規與防火安全設計研討會 論文集 1999 年 (3) 內政部建築研究所, 建築物防災準則之編訂 - 以挑空中庭建築物為例, 1994 年 9 月 (4) 中華顧問工程司, 中正國際機場二航廈北候機廊廳新建工程 機械排煙與自然排煙設備系統, 審查文件 2002 年 5 月 (5) 中央警察大學消防學系, 中正國際機場航站大廈消防安全改善研究計畫成果報告書,1995 年 8 月 (6) 田中踍義性能的火災安全設計之概要 (7) 毛慶生等基礎經濟學,2001 年 5 月

長焊鋼軌之設計 施工與養護 鐵道部 經理楊漢生 鐵道部顧問 林再淡 鐵道部專案工程師 耿則中 鐵道部工程師 張正欣 摘要 鋼軌接頭為軌道結構 ( 道碴 軌枕 鋼軌及扣件等所組成 ) 之最大弱點, 該處受行駛中列車的激烈衝擊, 頗易發生道床鬆弛 接頭下沉, 造成軌道材料之損壞, 且車輛的振動將使乘客產生不舒適感 現代化軌道為徹底改善鋼軌接頭之缺點, 遂採取連續焊接之方式 ( 註一 ) 將鋼軌接頭予以取消, 使其成為連續焊接鋼軌 (Continuous Welded Rail), 藉以減少軌道之維修工作, 並可增加使用年限 經理論與實驗證明, 長焊鋼軌之伸縮僅發生於兩端各約 100 公尺範圍內, 中間則為伸縮量幾乎無變化之不動區間, 而不動區間因溫度上升使其鋼軌軸力增加, 此時若道碴橫向阻力不足以抵抗鋼軌軸力, 將產生軌道挫屈 為有效預防長焊鋼軌發生軌道挫屈, 甚而因此造成列車出軌事故, 於長焊鋼軌之設計 施工各階段與管理 養護等層面, 皆須特別加以考量與注意 註一 : 台鐵之長焊鋼軌係利用長度為 5~25m 間之短鋼軌或長度為 25m 之定尺鋼軌連續焊接而成 常見的鋼軌焊接方法計有閃電對頭焊接 ( 電阻火花焊接,Flash Butt Welding) 瓦斯壓接法(Gas Pressure Welding) 熱劑焊接 (Thermit Welding) 及封閉式電弧焊接 (Enclosed Arc Welding) 等 各國大多先在焊軌工場用閃電對頭焊接機完成一定長度之焊接鋼軌後, 再運往工地使用熱劑焊接或封閉式電弧焊接法焊連之 一 前言九十年七月十三日上午十時許, 台鐵莒光號第四十一次列車行經竹南 - 造橋間之南港溪橋北橋台附近之東正線時, 發生列車出軌事故 為釐清事故發生之真正原因, 台鐵 行車保安委員會 立即邀集學者專家組成本事故之專案調查小組, 初步排除事故發生原因為車輛等機械因素, 而係因長焊鋼軌軌道挫屈肇致列車發生出軌事故, 並決議針對橋軌互制行為 路基沉陷等可能產生軌道挫屈之因素, 委請本工程司作一研究與分析, 以探討事故路段產生軌道挫屈之真正原因, 並提出如何防範與改善之建議方案, 進而確保日後之行車安全

本文係將前述研究案中有關長焊鋼軌設計 施工 養護等研析內容作 一簡單之介紹 ; 另針對部頒 1067 公厘軌距鐵路長焊鋼軌舖設及養護規範 修訂前後之條文加以比較說明 二 名詞定義名詞定義 基本理論與條件 ( 一 ) 名詞定義 1. 長焊鋼軌 (Continuous Welded Rail): 長度在二百公尺以上而能在中央產生不動區間之連續焊接鋼軌 2. 一般區間長焊鋼軌 : 不包含舖設於隧道內及無道碴橋梁上之長焊鋼軌區間 3. 隧道內長焊鋼軌 : 舖設於隧道內之長焊鋼軌 4. 橋上長焊鋼軌 : 舖設於無道碴橋梁上之長焊鋼軌 5. 無道碴橋梁 : 包含有道床之版式軌道與無道床之鋼直結軌道及橋枕軌道之橋梁 6. 舖定溫度 : 舖定長焊鋼軌工作, 自開始至扣緊連接扣件過程中之平均鋼軌溫度 7. 重新舖定 : 鬆弛連接扣件後重新舖定長焊鋼軌 8. 道碴橫向阻力 : 道碴中之軌框沿軌道直角方向作水平移動時, 軌枕與道碴間所發生之阻力 9. 伸縮區間 : 長焊鋼軌兩端隨溫度昇降而伸縮之區間 10. 長焊鋼軌不動區間 : 整根長焊鋼軌除兩端各約一百公尺伸縮區間外之中央段, 為不隨溫度昇降而伸縮之區間 11. 伸縮接頭滑距 : 伸縮接頭之滑動距離 12. 緩衝軌 : 毗連長焊鋼軌端舖設之數根定尺鋼軌或標準長度以下之鋼軌 ( 二 ) 長軌伸縮理論公式與伸縮區間長度 1. 理論公式 (1) γ = γ0 ( 彈性抵抗時, 見下圖一 ) P ( 軸力 ) P t 圖一 0 P(X)=γ X X b P t = EAβ t X ( 鋼軌長度 )

(2) γ = ky 及 γ = γ0 ( 彈塑性抵抗時, 圖二 ) P ( 軸力 ) P t (X) = P t - (P t - P b) e -µ X-X b 0 0 P b P(X)=γ X γ =γ X b γ = ky P = EAβ t t X ( 鋼軌長度 ) 圖二彈塑性抵抗時之鋼軌軸力分佈圖 2. 伸縮區間長度

( 三 ) 長焊鋼軌舖設及養護之基本條件 1. 防止發生軌道挫屈 2. 防止產生鋼軌過大之伸縮與爬行 3. 防止材料局部損耗 4. 扣件扣夾力路堤段 : 需有足夠扣夾力以防止鋼軌爬行 無道碴橋梁段 : Case1: 採用與路堤段一致的扣夾力時, 應檢討橋台或橋墩是否有足夠強度抵抗鋼軌軸力變化引致之額外應力 Case2: 採用橋上扣夾力為路堤段的一半或更低, 以降低橋上鋼軌軸力之影響 5. 鋼軌與枕木間之扣夾力大於縱向道床阻力時, 長軌伸縮量將依鋼軌溫度及縱向阻力來決定 6. 原則上道碴必需提供足夠的橫向阻力, 以防止軌道挫屈 三 長焊鋼軌之設計為防止長焊鋼軌發生挫屈或產生異常之伸縮與爬行等情形, 設計時需考量舖設路段之路線線形條件, 並依其特性之不同 ( 如土路基 橋梁或隧道 ) 分別加以評估與分析 而無道碴橋梁之橋上長焊鋼軌需更進一步考量鋼軌扣夾力與鋼軌軸力間之相互影響, 亦即研析橋軌互制行為 另橋梁支承配置 路基與橋梁銜接處之橋台基礎型式與路基土壤承載力 道碴軌道與無道碴軌道界面處理等, 均為長焊鋼軌設計時必須考量之因素, 茲將相關內容整理如下 : ( 一 ) 路線線形條件 1. 平面 : 曲線半徑在 300m 以下者不得舖設 : 反向曲線半徑在 1000m 以下者, 不得連續舖設整根長焊鋼軌 2. 縱面 : 變坡地段之豎曲線半徑在 3000m ( 目前日本規定為豎曲線半徑 2000m) 以下者, 不得舖設

( 二 ) 一般路段 1. 一般區間長焊鋼軌係包括土路基 有道碴橋梁及長度為 100m 以下之短隧道 2. 路基高填土有下沉之虞或路基不良地段, 不得舖設 3. 爬行劇烈之地段不得舖設 ( 三 ) 橋梁段 1. 道碴軌道屬於道碴軌道之橋梁, 鋼軌與梁間之作用力傳遞係經鋼軌扣件 PC 枕木 200~300mm 厚度之道碴層, 及道碴與橋面版接觸的摩擦力互相傳達 ( 見圖三 ) 其中大部分的力量, 包括列車行駛時引起的振動, 都在道碴中被分散 緩和 因此, 對道碴軌道之橋上長焊鋼軌之伸縮及軸力之計算, 可依照一般土堤路基之長焊鋼軌處理, 通常無須考慮與橋梁之互制影響 圖三橋上長焊鋼軌與橋梁間作用力之傳達徑路 2. 無道碴軌道對無道碴軌道之橋梁, 長焊鋼軌與橋梁間作用力之傳達路徑如圖三, 在橋枕軌道 版式軌道及直結軌道時, 鋼軌與梁間受溫度變化之軸力大小係依預先設計之鋼軌扣件之縱向阻力而決定, 另一方面橋梁受溫度變化之伸縮則受支承束制之影響, 因此長焊鋼軌與橋梁間之互制將增減鋼軌軸力, 使軸力分佈複雜化 因此, 於既有無道碴之橋梁上舖設長焊鋼軌時, 必須針對橋軌互制之影響實施計算, 檢討是否適宜舖設長焊鋼軌, 必要時應設置伸縮接頭 ; 新設計之橋梁, 則可利用跨距及支承之合宜佈設, 使橋上能舖設長焊鋼軌

參考圖四以單跨簡支梁為例說明, 橋梁位於長焊鋼軌不動區間時, 隨 著溫度變化, 梁會以固定支承端為不動點而發生伸縮, 由於梁與鋼軌之溫 度變化伸縮量相異, 致鋼軌與梁之間會有軌道縱向力之作用 圖四 (1) 分析計算使用之符號分析計算時使用之符號如下 : E: 鋼軌彈性係數 A: 鋼軌斷面積 β: 鋼軌鋼線膨脹係數 β : 梁之線膨脹係數 t: 與舖定溫度之溫度差 γ: 橋梁區間道床縱向阻力 γ0: 一般區間道床縱向阻力 Pt=EAβt: 溫度差 t 時不動區間之鋼軌軸力 (2) 假設條件分析計算時假設條件如下 : A. 長焊鋼軌舖定時之橋梁溫度與鋼軌溫度相同, 而溫度上昇量 下降量亦相等 B. 梁不被鋼軌拘束, 隨溫度之變化自由伸縮 C. 縱向阻力 γ 及 γ0 為定值 D. 梁與鋼軌之相對變位是經由梁上之扣結裝置, 對鋼軌施加單位長度均等之縱向阻力 γ 所造成

考慮長焊鋼軌之不動區間內有單跨之橋梁時, 所定之溫度上昇量 t 時, 梁之伸長量為圖四上方向右移動以 Gy 直線表示 此時鋼軌各點相對於舖定時之移動量以 Ry 曲線表示, 於 O 點梁與鋼軌之移動量相等 (Gy=Ry), 此時在 AC 及 BD 間因鋼軌向右側移動, 故縱向阻力 γ0 向右側作用, 於 OA 間亦因鋼軌向右之移動量比梁大, 致縱向阻力向左作用, 另一方面 OB 間之梁向右移動較大因此縱向面阻力 γ 向右作用 如上述決定阻力方向, 即對應之軸力分佈可得如圖四所示, 求解未知數 χ1 χ2 δ (3) 分析計算流程於前述假設之條件下, 對梁上長焊鋼軌之軸力計算流程如下 : A. 假設鋼軌與梁之移動量之一致點 O, 繪製軸力分佈圖如圖四所示之情形, 此時 C D 為梁區間外鋼軌之不動點 B. 以變位量相等與軸力之連續性, 決定未知數之關係式 又 CO 間之鋼軌伸長量與 O 點之梁之移動量為一致,S1 為 CO 間之軸 力圖所包含之面積, 則 CO 間之變位可以下式表示 C. 式 1~ 式 3 式聯立求解可得 χ1 χ2 δ 以此計算雖然亦可適用二跨度以上之橋梁, 但隨著跨數增加, 變數亦增加, 難解度亦提高 D. 如解答不適當須重新假設一致點再計算, 若其他梁一致點超過梁範圍, 表示假設一致點為不適當, 必須改變一致點重新再計算 E. 繪製軸力分佈圖, 可得最大鋼軌軸力及鋼軌端伸縮量 上述之計算係針對橋梁位於長軌之不動區間 3. 跨距及支承配置對鋼軌應力之影響長焊鋼軌在活動端有軸力累積現象, 在梁長較大之活動端亦有較大軸力, 參考圖五 (a) (b), 不同支承配置 (FM 及 FF MM) 之橋上長軌軸力計算例中, 可以比較發現 ;FF MM 支承配置之橋梁鋼軌軸力較均一, 不易累積軸力, 而 FM 支承配置之橋上長軌軸力雖然中央附近軸力較小, 但活動端橋台卻有軸力累積現象, 顯然, 橋長 跨距及支承配置對橋上長軌之軸力有顯著影響 圖五 (c) (d) 為當最大鋼軌軸力達到 100tf 時, 其梁跨數與總長關係圖

4. 伸縮接頭之配置舖設或設計橋上長焊鋼軌時必須針對橋長 跨距 橋台及橋墩之強度 支承配置 鋼軌扣件之爬行阻力 伸縮接頭之配置等項目, 在構造物和軌道兩方面做充份檢討 為此, 日本國鐵對於橋上舖設長焊鋼軌特別規定如下 : (1) 構造物之設計若未進行橋上長軌之軸力檢討, 應考慮長焊鋼軌之縱向載重為 1tf/m/ 股道 (2) 對應鋼軌扣件之爬行阻力應小於 5kgf/cm/ 每支鋼軌 (3) 舖設長焊鋼軌橋梁之支承配置方式與設置伸縮接頭之位置相關規定如表 1 ( 四 ) 隧道段隧道長度在 100m 以上時, 宜單獨舖設長焊鋼軌 ; 而隧道外之長焊鋼軌亦應儘量避免舖設入隧道內 ( 五 ) 無道碴軌道與道碴軌道界面處理 1. 橋梁與路堤連接之過渡段, 由於結構勁度突然變化, 容易造成應力集中 差異沉陷 軌道不整 乘車舒適度降低, 為改善此問題而採用骨材與水泥拌合之低坍度, 貧級配混凝土回填成進橋混凝土塊 (approach block), 使結構勁度驟變轉換為平滑漸變過程 另外為避免橋台背填土之壓密沉陷問題, 可以在橋台背填土之原地表面下進行高壓灌漿改良地盤 ( 圖六 )

2. 為減緩因軌道構造不同所造成之沉陷及列車衝擊力, 可以將道碴軌道自橋台處向橋跨方向延伸 5.0m 以上, 並舖設 2 根緩衝木枕後銜接無道碴軌道 ( 圖六 ) 3. 無道碴軌道與道碴軌道銜接處之界面路段, 道碴橫向阻力應達到 600kg/m 以上 圖五 圖六橋梁版式軌道與路堤道碴軌道界面處理示意圖 四 長焊鋼軌之施工長焊鋼軌之縱向軸力將隨外在溫度昇降而產生變化, 因此軌道結構 ( 鋼軌 接頭 軌枕及道碴 ) 與舖定溫度等舖設條件於施工時須特別加以注意, 以避免因此導致軌道挫屈 ( 一 ) 鋼軌條件每公尺 50 公斤以上或同等鋼軌, 無塑性變形, 並經超音波探傷器等檢查合格者 ( 二 ) 接頭構造條件 1. 一般區間, 以使用伸縮接頭 (EJ) 為原則, 但溫度變化小且幾乎不發生爬行之區間, 得以緩衝軌代替之 2. 採用緩衝軌時, 應使用經過熱處理之魚尾螺栓, 如有絕緣接頭時, 其結合應特別注意 3. 介曲線及豎曲線中不得舖設 EJ ( 三 ) 軌枕條件

1. 一根軌枕之橫向阻力 F = aw+bγge+cγgs 橫向阻力 g=f/s/2 其中 W = 枕木上重量 (kgf) γ = 道碴單位體積重量 (kgf/cm 3 ) Ge = 枕木端面對上緣之斷面一次矩 (cm 3 ) Gs = 枕木側面對上緣之斷面一次矩 (cm 3 ) S = 枕木間距 a,b,c= 係數, 如下表 係數 a b c 軌道結構 PC 枕 碎石 0.75 2 1.8 木枕 碎石 0.75 29 1.3 2. 軌枕以使用 PC 軌枕為原則, 其配置以達到道碴橫向阻力 400kg/m, 縱向阻力 600kg/m 以上為準 3. 溫度變化較小之隧道內及橋上長焊鋼軌 ( 軌枕直接扣於梁上者 ) 平 交道 道岔範圍內得使用木枕 一般長焊鋼軌區間之軌枕配置標準表 鋼軌重量 枕木數目 40 公斤 36 根 /25m 50 公斤以上 38 根 /25m 4. 曲線區間 隧道內及橋上長焊鋼軌區間之軌枕配置應依 軌道橋隧檢查養護規範 之相關規定辦理 ( 四 ) 道碴條件 1. 道碴橫向阻力定義將軌枕拉出位移達 2mm 時之道碴阻力測定值 2. 道碴道床應具有 400kg/m 以上之道碴橫向阻力, 舖設前應先作抽樣試驗 ( 表 2 表 3 表 4 表 5 表 6)

表 2 長焊鋼軌區間必須之道碴橫向阻力表 曲線半徑 / 道碴橫向阻力 長焊鋼軌舖設區間 鋼軌重 600m 以上 400m 以上, 未滿 600m 300m 以上, 未滿 400m 60kg 500kg/m 以 650kg/m 以上 750kg/m 以上 隧道外路段 上 50N,100 磅 400kg/m 以 520kg/m 以上 600kg/m 以上 上 木枕 50N 200kg/m 以 - - 隧道 上 路段 PC 枕 60kg,50N 100 磅 300kg/m 以上 - - 註 1. 長焊鋼軌舖設區間之道碴橫向阻力必須維持在本表數值以上 2. 道碴橫向阻力係指拉動軌枕 1 根之道碴橫向阻力拉拔試驗之公式換算值 表 3 道碴橫向阻力之試驗值 (kg/ 一根軌枕 ) 軌道構造種類底面端面側面合計 窄軌新幹線 50N, PC3 號, 碎石 180 195 185 560 40N, PC7 號, 碎石 170 210 200 580 50N, 木枕, 碎石 100 115 105 320 50N, 木枕, 卵石 80 110 115 305 50T, PC3Ta, 碎石 260 360 300 920 60, PCHC, 碎石 345 585 500 1430

表 5 舖設長焊鋼軌及養護時必須之道碴橫向阻力 必須之道碴橫 軌道構造軌枕 必須之道碴橫 考慮散亂 ( 不平均 ) 乘係 鋼軌 向阻力 (kg/m) 配置 ( 根 /25m) 向阻力 (kg/ 根 ) 數 1.2 之值 (kg/ 根 ) 38 658 790 60kg 500 39 641 769 41 610 732 43 581 697 38 526 631 50N 400 39 513 616 41 488 586 43 465 558

表 6 自沼田式求出必須之道碴橫向阻力 (kg/ 根 ) 60kg 50N 鋼軌 38 43 38 43 (T-t) 軌枕 ( 根 /25m) 5 14 13 14 13 10 54 48 54 48 15 116 102 113 100 20 196 173 192 170 25 299 264 292 258 30 420 371 411 363 35 560 494 550 486 40 718 635 704 622 45 895 791 878 776 註 :T 鋼軌之最高溫度 ;t 舖定溫度 ( 五 ) 舖定溫度 ( 表 7 圖七) 1. 指舖定長焊鋼軌工作, 自開始至扣緊連接扣件過程中之平均鋼軌溫度 2. 不得低於預期最高鋼軌溫度 35 ( 若道碴橫向阻力確保為 500kg/m 以上則可放大至 40 ) 3. 不得高於預期最低鋼軌溫度 50 4. 台鐵之舖定溫度已修訂為 25~50

五 長焊鋼軌之養護與管理為確保長焊鋼軌之軌道構造處於安全之狀態, 必須針對鋼軌 接頭 道碴等軌道結構定期保養, 另亦需針對路線 鋼軌軸力與道碴橫向阻力等進行必要之監測與管理, 相關內容說明如下 : ( 一 ) 基本原則舖設長焊鋼軌地段之養護作業, 應依養護作業限制表 ( 規範附件四 ) 辦理 1. 防止發生挫屈 2. 防止過度伸縮及爬行 3. 防止材料局部損耗 ( 二 ) 鋼軌扣件之養護 1. 所有螺栓 螺帽 螺旋道釘及鉤頭道釘均應保持規定之擰緊度 2. 彈簧扣件產生滑動 變動方向或墊片移動時, 應予重新擰緊 3. 長焊鋼軌兩端約 25m 範圍內之連結裝置, 應增加重擰次數 ( 三 ) 接頭構造之養護 1. 伸縮接頭 (EJ) (1 ) EJ 鋼軌踏面應圓滑平順 (2) 酷暑 酷寒時對接頭之滑距狀態應詳細檢查 (3) 連接配件應予擰緊 (4) 尖軌與受軌重疊部位之軌枕下面道碴應予砸實 (5) 檢測軌距及方向尺寸時應參照設計圖, 就其要點施行 (6) 設在圓曲線上之 EJ ( 日本新幹線 R 800m, 在來線採 60kg 鋼軌時 R 600m 方得舖設 EJ) 應隨時實施檢測, 予以矯正 (7) EJ 與 CWR 間之接頭處應防止接頭沉落及發生鋼軌破端 2. 緩衝軌 (1) 具有處理 CWR 理論伸縮量之適當縫寬 (2) 接頭螺栓應保持 5000kg-cm 之扭矩, 並依預期溫度上昇或下降時之縫寬表 ( 規範附件五 ) 予以設置 (3) 鋼軌絕緣配件之保養與維護 (4) 防止毗連之 CWR 產生不一致之爬行 (5) 防止接頭沉落 ( 四 ) 道碴形狀之整備 1. 肩寬與厚度依規定尺寸隨時補充 2. 道床肩部之道碴加寬與加高 3. 軌枕下砸實, 軌枕底以上夯實

4. 砸道養護作業後, 其上層道碴應加以夯實 5. 橋梁 平交道前後及凸形變坡地段, 應特別注意道碴阻力 ( 五 ) 噴泥及浮枕之處理若產生噴泥或浮枕情況時, 將導致道碴阻力減少, 應立即實施置換道碴及砸道工作 ( 六 ) 溫度影響注意事項 1. 酷暑期間, 非不得已, 不得進行道碴之擾動作業, 以確保其橫向阻力 ( 表 8 圖八 表 9) 2. 軌溫未超過舖定溫度 15 前, 必須完成道碴上層夯實作業, 以達其阻力標準 3. 軌溫超過或低於舖定溫度 20 時, 應嚴禁一切維修作業 表 8 夏期實施挖出道碴作業時之限制 作業種類 挖出軌枕端表面全面挖出 鋼軌長 長焊鋼軌定尺鋼軌 轉轍器 軌道構造曲線半徑鋼軌種類 直線及半徑 50kgN 鋼軌 800m 以上 50kg 鋼軌之曲線直線及半徑 50kgN 鋼軌 600m 以上 50kg 鋼軌之曲線 40kgN 鋼軌 37kg 鋼軌 30kg 鋼軌 半徑 400m 50kgN 鋼軌以上, 未滿 50kg 鋼軌 600m 之曲 40kgN 鋼軌線 37kg 鋼軌 50kgN 鋼軌 50kg 鋼軌 40kgN 鋼軌 37kg 鋼軌 30kg 鋼軌 軌枕根數 38 以上 43 以上 39 以上 34 以上 43 以上 39 以上 慢行速度 溫度限制 適 用 (km/h) 50 以下 50 以下 40 以下 40 以下 35 以下 30 以下 35 以下 上升 表示自舖定溫 1. 道碴斷面 13 (8 ) 度起之變化, 不得有不 下降 ( ) 內為隧道內 足 14 (10 ), 挖出為單側 2. 道碴不得 接縫為 0 為止, 長度為 25m 有鬆弛 以內 如超過 3. 左右鋼軌 25m 以上時, 接頭不得 應採取保持其 錯開 道碴橫向阻力 4. 長鋼軌按 之適當措施 長焊鋼軌 規定辦理 5. 撤除扣件 作業應與 其他作業 時間錯開

1 挖出軌枕端部道碴 挖出註 : 不得擾亂軌枕間之道碴 2 表面全部挖出 挖出圖八註夏季實施挖出道碴作業限制示意圖 : 不得擾亂軌枕底面之道碴 圖八夏季實施挖出道碴作業限制示意圖

( 七 ) 長焊鋼軌之重新舖定 1. 不能在適宜之溫度範圍內舖定時 2. 發生過大之爬行或伸縮時 3. 挫屈之鋼軌撥正復舊時 4. 發生不規則之軸力時 5. 發生毀損實施修復時 6. 養護作業撥道超過 30mm 或起道超過 50mm 時 7. 取消伸縮接頭或緩衝軌時 ( 八 ) 長焊鋼軌之狀態管理 ( 表 10 圖九) 1. 伸縮狀況 2. 爬行狀況 3. 道碴狀況 4. 扣件狀況

( 九 ) 軌道構造監測系統 1. 爬行基準樁 2. 鋼軌軸力測定器 ( 圖十 ) 3. 道碴橫向阻力測定器 ( 圖十一 ) 4. 道沉陷量測定器 5. 路線整正用基準樁 ( 圖十二 圖十三 ) 6. 鋼軌溫度測定器 ( 圖十四 )

六 部頒規範修訂前後之比較有鑑於鐵路行車速度日益提高, 行車密度日趨增大, 原 1067 公厘軌距鐵路長焊鋼軌舖設及養護規範 ( 民國 75 年頒佈 ) 已有部份不合時宜 因此, 台灣鐵路管理局乃參考國外養護規章和依據累積之養護經驗, 並以鐵路行車安全及實務需要為考量, 邀集學者專家將該規範加以修訂, 報部後, 於民國 91 年 11 月頒佈實施 七 結語長焊鋼軌之優點甚多, 但由於溫度變化等因素易使長焊鋼軌產生過大軸力而引發軌道挫屈, 造成列車出軌事故, 在國外也時有發生, 故相關改

善措施不斷更新 有關長焊鋼軌之舖設與養護, 交通部於民國 75 年 2 月 27 日交技 (75) 字第 04489 號頒佈 1067 公厘軌距鐵路長焊鋼軌舖設及養護規範, 現基於環境及設施之變遷, 交通部委請專家學者針對前述規範進行審議與修訂完成, 並已於民國 91 年 11 月 13 日交技字第 0910011237 號頒佈, 同時廢止原規範 長焊鋼軌設計時, 必須對舖設路段之地質情況深入瞭解, 並特別考量路線線形之佈設條件, 再依一般路段 橋梁段 隧道段等不同特性分別加以研析, 尤其無道碴軌道橋梁設計時更需考量橋上長焊鋼軌之橋軌互制行為 ; 另亦需加強相關單位 人員對長焊鋼軌舖設與養護之知識及訓練, 以確保日後之行車安全 傳統道碴式軌道遭受列車衝擊後不斷發生劣化, 須經常投入大量人力 物力來維修, 由於軌道維修屬高危險之重勞動工作, 軌道維修工費佔鐵路營運成本甚大比例, 故應積極研採安全 堅固 耐久且經濟之無道碴軌道 然無道碴軌道種類繁多, 且大部分版式軌道型式之噪音振動問題都較道碴軌道嚴重, 為解決通過都會區之無道碴軌道之噪音振動問題, 並考慮施工 維修之便利性, 在南港專案軌道工程建議採用防振 PC 軌枕直結軌道 ( 如圖十五 ), 相關介紹將於未來撰文說明

參考文獻 (1) 1067 公厘軌距鐵路長焊鋼軌舖設及養護規範 - 交通部交技 (75) 字第 04489 號頒佈 ; 民國 91 年 11 月 13 日交技字第 0910011237 號修訂 (2) 鐵路工程學 - 黃民仁編 (3) 長鋼軌實務 - 蘇應森編 (4) 長焊鋼軌 ( 講義 )- 陳世昌 (5) 線路 - 軌道設計. 管理 - 宮本俊光 渡邊偕年編 (6) 線路工學 - 佐藤吉彦 梅原利之編 (7) 新線路 - 須田征男等四人編 (8) 長焊鋼軌作業 - 伊地知堅著 (9) 保線大學講座. 長焊鋼軌 - 日本保線協會誌 1983.10~1984.4 (10) 軌道挫屈事故之防止 - 日本保線協會誌 1984.3 (11) 介在一般區間長焊鋼軌中之無道碴橋梁 - 日本保線協會誌 1985.9~10 (12) 長焊鋼軌區間之軌道構造 - 日本保線協會誌 1999.3 (13) 長焊鋼軌整備標準 ( 案 ) 及解說 - 日本保線協會誌 1983.1 (14) 橋上長焊鋼軌區間之 EJ 配置 -( 日本 ) 構造物設計資料 NO.54 (15) 舖設長焊鋼軌橋梁之支承配置 -( 日本 ) 構造物設計資料 NO.51 (16) 關於軌道挫屈之理論解析 - 日本保線協會誌 1984.12 (17) 軌道挫屈之防止對策 - 夏期作業之規制 - 日本保線協會誌 1996.6 (18) 日本株式會社 KANEKO CORPORATION 之總合型錄

談公共工程設計者可否執行監造 高雄捷運專案獨立專案副理 蕭水宏 摘要最近國內幾項公共工程監造案競標對監造者之資格有所限制, 對該工程之設計者排除參加資格 本文參酌 FIDIC 一般條款提出觀點, 說明由設計者監造應為其訂定精神 一件工程的施工合約文件大致如下 : 技術文件 : 圖 施工規範 ; 商業文件 : 合約本文 一般條款 價目表 以上技術文件及價目表均由設計者製作, 而合約本文和一般條款業主有制式文件, 亦有請設計者校核後才使用的 其中一般條款規定合約中業主 承包商和工程司之職責, 以及各方風險分攤 施工檢驗 工期 變更 估驗 保固等等, 是合約中之主要文件 一般條款之嚴謹將減少合約糾紛, 並使工程順利進行, 目前以國際顧問聯盟 (FIDIC) 版本最普遍, 國內捷運 高速公路等大型工程均使用 FIDIC 並定期由世界上業主 承包商以及顧問界之代表舉行會議, 檢討更新各條款 在 FIDIC 一般條款使用指引中闡明該一般條款係建立在以下之架構上 :(1) 業主出資 ;(2) 公開競標 ;(3) 不適用於沒有工程司之工程, 該工程司係由業主委託管理合約, 一般均由設計該工程和準備合約文件之顧問公司擔任 條款並規定工程司的判斷和決定均要中立, 此一精神甚至當工程司為業主一員 ( 即所謂家內工程司 ) 時亦須維持不變 近年來各項工程規模龐大, 外在環境複雜, 而且承商走向仲裁訴訟之趨勢漸增, 在在均需有甲乙雙方公平之一般條款 即使像 FIDIC 如此周詳之條款都有賴於原合約文件之設計者在甲乙方間充當公平之裁判, 何況其他 由上觀之, 主辦機關若將設計者排除於監造之外, 則與其所使用之合約文件精神背道而馳, 惟有正確選擇工程司使其發揮專業責任, 在嚴謹之一般條款下執行合約管理, 才能使工程順利進行

航攝影像控制實體資料建置 與自動化量測之探討 航測部工程師 李莉華 台灣大學助理教授 趙鍵哲 摘要 航測業務中地面控制之測量目的, 係獲取空中三角測量中所需的控制點資料, 藉以計算各像片透視中心相對於地面座標系的位置與姿態, 以供後續地形圖測製 數值地形模型或正射影像生產等之相關應用 由於地面控制測量業務所需之經費約佔全案經費之 15%~20%, 不僅佔相當多的成本, 且耗用許多的人力資源及時間 本文嘗試從適當的比例尺且完成空中三角平差計算的航照影像資料中選取及儲存不易變遷的地形地物影像, 及其三維座標資訊, 作為航測業務所需的控制資料 ( 本文稱此資料為控制實體 ), 而為了對建立的控制實體進行自動量測並減少人工干預, 文中亦針對影像中控制實體自動辨識及量測工作的匹配技術進行探討 初步的實驗成果顯示 : 搭配良好的控制實體建構及匹配技術能有效完成擷取自控制實體資料庫中的控制點自動量測任務 一 前言科技進步快速, 電腦計算能力遠大於從前, 致使航測業務隨著儀器設備功能之提昇, 進到數值化作業時代, 優點之一就是可以應用電腦的高速計算能力和影像匹配相關技術, 發展點位自動化量測的作業方式 以目前作業所使用的航測數值影像工作站即是此時代科技革命下的產品 雖然航測的部份作業已走向數值化, 但執行空中三角所需的控制資料仍需以傳統的方式實施地面控制測量, 不但須投入相當多的外業測量人力, 其業務所需費用亦不少 多年來, 本工程司航測部配合國家重大工程建設已承辦不少的航測業務, 且拍攝相當多的航照影像及生產地形 地物相關成果資訊, 如果能從這些已拍攝之航照影像資料選取合適的比例尺及不易變遷的地形地物影像, 並記錄相關的點位三維座標訊息, 建構控制實體作為新拍影像控制之用, 不但可以減少外業工作人力投入和成本花費, 而且, 若建構完成的控制實體資料分佈的密度足夠, 除充做為控制點之用外, 也可以在空中三角

測量計算的流程中作為像片連結點 (tie points), 並運用影像匹配的相關技術發展自動化控制點量測的工作 以目前本司航測部受託於高鐵銀行團所承辦的製作 1/2500 正射镶嵌圖為例, 由於地面控制佈標點的遺失率甚高, 且部份的點位受到遮蔽的影響無法量測, 同時雖有其他高鐡航測案之航測標可用, 但受限於像片比例尺的差異, 在影像上無法辨別, 因此工程路線全長 345 公里約四百張的航照影像所用之控制資料, 全採用人工的方式在已經完成空三的航照影像中進行選取與量測, 耗費相當多的人力資源 所以若藉由建立影像資料控制實體資料庫, 並配合發展影像匹配技術, 使其成為一套可行的控制點量測系統, 如此可以自動化作業方式降低作業成本及增加效能 由以上理念, 所研議之系統架構流程如圖一所示, 紅色方框之部分目前尚未與本系統結合 相關之影像匹配技術已委託學術單位配合開發 二 影像控制實體建置 ( 一 ) 影像控制實體概述航照影像中所有地物 地貌皆可以點 ( 如球場界線交點或道路標線交點 ) 線( 如屋脊線或道路標線 ) 面( 如球場或屋頂面 ) 資料型態做為歸類,

空中三角測量所用之佈標點在影像上即是以點資料 (T 字標之交點 ) 之型態 表示, 如圖二 圖二航測空中三角測量所用之佈標點 ( 資料提供 : 台北市政府都發局 ) 本試驗所建置的控制資料包含了各種型態特徵之影像資料, 故統稱為實體, 也就是文中的控制實體, 如所圖三示 在建置控制實體時盡量以不易變遷之地物且具備足夠輻射與反差訊息作為選取的依據, 以此原則才有利於發展影像匹配技術, 進行自動量測 為使控制實體的建置能有效充當控制點使用, 並能搭配影像匹配技術進行自動化量測, 其資料本身除了需含有顯著變化的輻射資訊, 並應獲悉影像中心點之地面三維座標幾何訊息及其它屬性訊息 以下各小節將說明幾何資訊及輻射資訊如何建置, 及相關資料之儲存方式, 以供後續自動化量測之用 圖三各種型態特徵之控制實體影像資料 ( 二 ) 幾何資訊建置建置幾何資訊最直接的方法就是利用人工選擇特徵點位的方式進行 由本單位目前開發幾何資訊之建置界面, 透過這個界面操作者可瀏覽影像上之地形 地物 經操作者辨識可作為控制實體影像區塊之後, 先用人工點選量測方式在各重疊影像中確定影像區塊中心座標, 然後系統利用最小二乘前方交會自動求解出該影像控制實體中心之三維座標 經操作者檢核前方交會成果, 完成幾何資訊建置 由於建置過程操作者必須介入建

置程序中, 然後再由電腦輔助自動完成建置的工作, 所以整個過程是以半自動化的方式進行 ( 三 ) 輻射資訊建置本系統之輻射資訊是以原始影像建置, 並無考慮航照影像攝影當時的位置 太陽照射角度 大氣輻射 鄰近地物所產生之陰影和遮蔽 以及建置地物本身之材質或雜訊等等所產生之影響 也就是在操作者在前述以半自動完成幾何資訊建置之後, 系統便依據所需建置控制實體影像區塊之大小輸出控制實體對應之所有的影像區塊, 完成輻射資訊之建置 ( 四 ) 控制實體資料貯存控制實體影像經過品質檢核後應建立資料貯存相關的資訊, 以利後續使用 維護 更新等目的 本節將貯存的相關資訊分為二大類 : 1. 控制實體存放資料的形式控制實體資料之貯存是以 1/5000 像片基本圖之圖幅大小為貯存的最小目錄單元, 並建立索引資料, 資料貯存時根據索引資料及控制實體座標存放, 貯存範例如表 1 所示 2. 控制實體本身資訊包含控制實體的輻射資料 ( 以 raw 為附檔名 ) 描述控制實體的輔佐資料及幾何資料 ( 以 ifo 為附檔名 ), 亦包含匹配時所需的參考資訊 表 1 控制實體資料貯存範例 (1/5000 像片基 ( 控制實體點號 ) ( 控制實體 ) 本圖圖幅目錄 ) 0000445.ifo 00004451.hdr 00004451.raw 96233090 0000445 00004452.hdr 00004452.raw 00004453.hdr 00004453.raw 00004454.hdr 00004454.raw D:\database\96233090\0000445\0000445.ifo M M 三 影像控制實體自動化量測自動化量測的目的是希望在作業的過程中能減少人工的操作, 利用影像匹配方法及策略取代人眼辨識及量測記錄的工作 匹配是基於影像相關的原理, 利用相似性來求像點在新拍影像中的位置 下列各小節除對匹配理論做概述之外, 並說明本試驗所採用的區域式匹配技術 (Area-based Matching) 之匹配策略 演算法則及如何達到自動化量測功效

( 一 ) 匹配理論概述相關 (correlation) 的理論應用在不同的領域有不同的執行方法, 以影像而言可以電子式 光學式或數值式等方式來進行, 本研究是以數值式的方式利用統計相關方式, 以標準化互相關法 (Normalized Cross Correlation; NCC ) 計算相關係數值來評估影像的相似程度, 再以最小二乘匹配法 (Least-Squares Matching; LSM) 作精確確認 其作法是將像片經過離散取樣及量化 (Quatization) 轉換成像元 (Pixel), 並以一個數值來代表像元的灰度值 再以灰度值作為觀測值代入所選定之目標函數計算, 而以灰度值為主的匹配稱為區域式匹配 匹配的處理原則係將控制實體之影像定義為目標視窗, 並以目標視窗的像元為標的, 另在新拍影像中被定義為搜尋視窗的影像範圍內, 運用影像匹配理論找到最相似的像元位置, 其示意圖如圖四 圖四目標視窗與搜尋視窗示意圖 ( 二 ) 匹配策略目前所取得之新拍攝影像的外方位參數近似值是根據負責航拍的航空公司所提供之 GPS 資料及航高資料, 根據經驗, 可推導外方位參數位置精度至 10m, 而姿態參數約為 3 匹配時便以上述各值決定搜尋視窗的範圍 為有效找出最相似的位置, 應避免太大的搜尋範圍, 但受限於外方參數近似值不夠精確之影響, 使搜尋範圍擴大降低計算效能 為改善效能, 本試驗加入影像金字塔 (Image Pyramid) 匹配策略作層次式 (Hierarchical) 的匹配 當搜尋範圍超過設定之臨界值時便採用影像金字塔策略 利用影像金字塔匹配的作法是降低影像的大小及解析度 ( 即作影像粗化處理 ), 並依需求考量影像金字塔的層數 以此策略進行時, 同時需考慮目標視窗最小的範圍, 應仍保有足夠的特徵資訊進行匹配 ( 三 ) 匹配演算法則本實驗使用之影像匹配方法為標準化互相關法及最小二乘匹配法, 標準化互相關法為目標視窗與搜尋視窗之間灰度值的相關係數演算, 當目標視窗在搜尋視窗經過目標函數計算之後, 可得到相關係數矩陣, 此矩陣中

最大相關係數值即為最相似位置 最小二乘匹配則是將目標視窗經過參數的轉換, 與搜尋視窗相對應灰階相減, 組成灰階差值觀測方程式, 滿足改正數加權平方和最小者為最相似的位置 標準化互相關法之匹配具高可靠度, 但低精度的匹配成果適合作為低可靠度 高精度之最小二乘匹配法的初始位置 所以在影像金字塔匹配策略下由 NCC 匹配結果提供下一層匹配之近似值, 同時在最高解析度時加入 LSM, 並比較兩種匹配成果的座標差值, 作為判斷匹配成功與否的一個依據 另外, 若 LSM 無法收斂, 亦判定為匹配失敗 層次式匹配法匹配軌跡示意圖如圖五所示, 右邊放大圖中各顏色之方框即為層次式匹配的軌跡 圖五層次式匹配各層匹配軌跡圖 ( 依序為 : 紅色 青色 藍色 綠色, 其中綠色為 LSM 匹配之成果 ) 當單張像片內匹配成功點數足夠進行後方交會計算時, 將以此演算法來提升外方位精度, 據以縮小搜尋視窗範圍再進行匹配以提高匹配成功率 當所有新拍攝之影像都已匹配完成之後, 記錄並輸出各控制實體之像片座標 地面座標及完成方位解算之像片外方位參數等相關資訊 ( 四 ) 匹配自動化控制實體自動化量測的方式是將影像匹配時所需參考的各項資訊藉由參數檔方式管控, 包括像片相關資料輸入 控制實體影像擷取 層次匹配至匹配成果輸出等工作, 其目的為利用批次作業, 減少人工干預 下列相關資訊為匹配時參數檔之內容 : 1. 外方位參數近似值 : 飛行計畫執行後, 航空公司所提供的 GPS 資料及航高資料

2. 外方位參數精度 : 藉由經驗值, 估算外方位參數精度 ( 包括位置參數和姿態參數 ) 由外方位參數近似值及共線方程式將控制實體投影至新拍像片上, 利用所投影之控制實體在像片上座標值之誤差 (dx dy), 以便決定搜尋視窗範圍 其示意圖如圖六 搜尋範圍 Z dy P dx Y Z L X L P Y L X 圖六由外方位參數近似值及共線式將控制實體投影至新拍像片上決定搜尋視窗範圍示意圖 3. 像片參數 : 記錄像片座標及影像座標數值, 以便求得影像與像片轉換參數 4. 新影像一個像元 (pixel) 對應地面之大小 : 目的為使目標視窗 ( 來自控制實體影像 ) 與搜尋視窗之像元對應地面大小的關係化為等量 5. 最小目標視窗尺寸 6. 最大搜尋視窗範圍 7. 相機焦距 8. 控制實體格式 9. 圖幅 像片資料及像比例尺 : 以像片基本圖之圖幅概念建構控制實體索引檔, 再根據像片外方位參數 像片比例尺及像幅大小研判新拍影像與所建構之圖幅間之關係, 以便對應控制實體之存放位置 10. 新拍影像之航線方位角 : 為執行 NCC 匹配, 必須將控制實體旋轉至與新拍影像相同航線方向, 控制實體航線方位角已貯於控制實體之檔頭資訊 四 實驗與分析 ( 一 ) 試驗資料來源說明本測試所使用之資料是本司航測部使用 LHSystem Socket Set 航測影像工作站上執行過之空中三角平差計算的航照影像, 試驗資料內容如表 2 所述 :

表 2 測試資料相關說明 項目 建置控制實體資料來源 新拍攝之航照影像資料來源 像比例尺 五千分之一 一萬分之一 航攝像機焦距 30 公分 (RMK_TOP 型像機 ) 15 公分 (LMK-1000 型像機 ) 掃描解析度 15µm 25µm 試驗影像片號 7_110 7_111 8_89 8_90 8_91 8_92 8_93 8_94 8_95 8_96 8_97 4_28 4_29 4_30 已完成空三平差計算之資料中, 除原有之影像檔外, 像片座標和影像座標的轉換參數資料 以及外方位資料均可以利用於建置影像控制實體資料 本試驗測試範圍如圖七所示 橘色及藍色代表建置控制實體影像的範圍, 紫色則為新拍影像的範圍, 紅色圈代表影像的投影中心 N 圖七測試範圍 ( 二 ) 控制實體成果及精度分析本試驗共建置 38 個控制實體, 輸出之相關資料如表 3 所示 控制實體的精度指標是由多張像片中以最小二乘前方交會法, 求解中心點幾何座標位置時的精度表示, 包括三軸的誤差分量及中誤差值, 其分佈圖如圖八 圖九所示 圖八為控制實體三軸誤差分量之分佈圖, 平面 (X Y) 平均精度約在 5cm 以內, 高程 (Z) 平均精度約在 20cm 以內 圖九為控制實體中誤差之分佈圖, 其平均中誤差值約在 14cm 以內 基本上控制實體的精度是建構在已完成的空三成果之下, 如果已完成的空三平差成果完全符合精度規範, 則控制實體主要的幾何建置誤差來源除了承襲原有空三平差方位參數誤差, 另外亦受到建置控制實體的點位辨識量測誤差影響

表 3 控制實體輸出之相關資訊項目內容控制實體的影像 (*.raw) 格式為 raw image 檔頭資訊 (*.hdr) 實體路徑 實體長度 實體寬度 影像來源張數 在原始影像之影像座標 原始影像之路徑 新拍影像之航線方位角 座標資訊 (*.ifo) 影像來源張數 中誤差值 X Y Z dx dy dz 像比例尺 攝影日期 掃瞄解析度 0.6 0.5 0.4 誤差值 (m) 0.3 0.2 x y z 0.1 0 1241377 6311240 3140797 4151513 2101130 4610290 1730794 9270063 4250026 3130728 4110023 9350114 6956600 9340113 4489898 5490758 5720426 6540764 4450000 8400030 1840140 點號 9900315 1500755 6529956 4270181 4399798 6289748 3519691 3769912 5829121 2929868 8909580 8769474 3648980 7969386 1939552 8291005 7961213 圖八控制實體三軸誤差分量之分佈圖 35 30 25 中誤差值 (cm) 20 15 中誤差 10 5 0 1241377 6311240 3140797 4151513 2101130 4610290 1730794 9270063 4250026 3130728 4110023 9350114 6956600 9340113 4489898 5490758 5720426 6540764 4450000 8400030 1840140 點號 9900315 1500755 6529956 4270181 4399798 6289748 3519691 3769912 5829121 2929868 8909580 8769474 3648980 7969386 1939552 8291005 7961213 圖九控制實體中誤差 ( 2 x 2 y 2 z σ + σ + σ ) 之分佈圖

( 三 ) 控制實體自動化量測匹配成果及分析本試驗以三張新拍影像進行匹配測試, 測試過程中分別以不同演算法來探討匹配成功率, 演算法 (1) 為僅用影像金字塔匹配策略之演算法 ; 演算法 (2) 為影像金字塔策略加利用後方交會更新外方位參數之演算法, 匹配的成果如表 4 所示 在表 4 中可發現以演算法 (2) 匹配時成功率明顯提升, 尤以 4-29 4-30 更為顯著, 且影像金字塔的粗化層數減少效率亦得到提升 表 5 為針對演算法 (2) 歸納出匹配失敗的原因, 不難發現大部份失敗之原因為地貌產生改變所造成 其他匹配失敗原因如輻射差異過大 目標視窗過度粗化等, 可從建置控制實體時改善 建置時盡量避免選取陰影 遮蔽之地形地物或過於微弱之特徵 未來可考慮加入控制特徵 ( 點 線 面或地形特徵 ) 合宜地在匹配運算中強調相對的確定性來加以改善 表 5 所列匹配失敗的情形 表 4 不同演算法之匹配成果 片號 4-28 4-29 4-30 金字塔層數 匹配成功點數 匹配失敗點數 (1) 3 4 11 (2) 3 7 8 (1) 3 4 18 (2) 2 或 3 10 12 (1) 3 6 20 (2) 1 14 12 匹配成功點號 ( 粗體字為演算法 (1) 之匹配成果 ) 5031389 7961213 0631124 3140797 2101130 6540764 6710953 9270063 4250026 4110023 9900315 0631124 3140797 0461029 5490758 6540764 6710953 9270063 4110023 9350114 0069566 9340113 9900315 4270181 4399798 3519691 3769912 7759170 8909580 5490758 6540764

表 5 匹配失敗原因 片號 失敗原因 ( 針對演算法 (2)) 地貌產生改變 建物經拍攝後幾何變形 目標視窗過度粗化 輻射差異過大 匹配到相似點 4-28 0461029 5490758 0000445 1500755 3130728 1241377 4151513 5720426 4-29 3130728 9350114 6529956 1241377 1840140 6820231 9340113 8400030 4270181 5720426 2101130 1500755 4-30 3130728 8400030 5829121 2929868 5720426 1730794 0000445 6289748 4489898 6529956 1840140 6820231 五 結論與建議本研究工作在控制實體資料建置系統部份已開發完成交談式的作業方式, 操作者可藉由此系統建置不同像比例尺之控制實體, 可將本司航測部多年來累積已完成空中三角計算處理之航照影像資料建置成控制實體, 逐步發展成控制實體資料庫, 以供往後新拍影像作控制之用 在建置的過程中操作者所選取的實體應考量為配合自動量測所需注意之事項, 以增加匹配成功率且達到長期使用之目的 為使控制實體量測達到自動化而發展的匹配技術以自動化的方式呈現, 藉由參數檔控管計算的各項資訊, 包括像片資訊輸入 控制實體擷取, 匹配成果輸出等, 均不需人工干預, 對於相異於控制實體之尺寸大小及影像方位角之新拍影像亦能有效達成自動匹配作業 在設計的演算法則以初步匹配成果進行後方交會更新外方位參數近似值, 方位參數精度提升不但可使搜尋視窗範圍縮小, 減少計算時間亦提高匹配成功率 由試驗中之匹配案例發現, 失敗的原因多指向現況改變, 經確認變遷後, 應將此類控制實體從資料庫中刪除, 並補足新的控制實體, 達到資料維護 更新之永續經營目標 根據本研究作業所獲取的經驗對往後運用有下列幾點建議 : 1. 可將匹配技術運用在控制實體量測作業, 以提高量測精度及效率 2. 發展影像分析工具, 以瞭解特徵資訊在不同比例尺空間之變異, 以便在影像粗化作業中能有效掌握特徵資訊, 避免造成錯誤的匹配 3. 匹配作業雖達到自動化之目的, 但不代表能處理及掌握任何狀況 因此, 可朝向利用交談式的作業環境, 以人工給定較佳的影像初始位置, 減少搜尋範圍, 提高匹配效能

參考文獻 (1) 邱式鴻, 航照影像作為 SPOT 影像控制用之研究, 成功大學航空測量研究所碩士論文, 中華民國八十年 (2) 黃英婷 蔡榮得, 影像鑲嵌自動化之研究,pp.223-230, 第二十屆測量學術及應用研討會, 中壢中華民國九十年 (3) 邱式鴻 李莉華 趙鍵哲, 航照影像控制實體建置與自動量測之可行性探討,pp.53-61, 第二十一屆測量學術及應用研討會, 新竹, 中華民國九十年

高解析度衛星影像製作正射影像 以 QuickBird 捷鳥衛星影像為例 航測部工程師 闕文鏈 銳俤公司高級工程師 陳微鈞 一 前言在 1999 年 9 月 24 日美國 Space Imaging 公司成功發射了全世界第一顆商業影像衛星 IKONOS, 此顆解析力達一公尺的影像衛星在傳統製圖產業引起了廣泛的注目與討論 而 2001 年 10 月 18 日美國 DigitalGlobe 公司發射的 QuickBird 捷鳥衛星解析力則可達 61 公分 ( 全色態 ), 為現今商業資源衛星中解析力最高之衛星影像 高解析衛星影像之優點在於取像彈性大 單張影像拍攝範圍大 軌道重覆率高等優點, 於天候良好的狀況下可快速獲取大區域之影像, 適合用於需定期更新的製圖應用 如近兩年來台北市政府已開始使用高解析衛星影像進行製圖, 搜集台北市每年影像資料 二 QuickBird 捷鳥衛星影像簡介 QuickBird 捷鳥衛星影像, 在垂直地面拍攝時, 地面解析力可達 0.61m, 為現今解析力最高之高解析度商用資源衛星影像 捷鳥衛星可同時提供全色態影像 (Panchromatic) 及多光譜影像 (MultiSpectral) 兩種影像資料 運用全色態影像擁有的高解析力, 進行控制點的選取, 再加上具有色彩資訊的多光譜影像, 透過影像融合的方式, 將單色的 0.61m 全色態影像與彩色的 2.44m 多光譜影像融合為 0.7m 的兼具高解析力與色彩的彩色衛星影像 (QuickBird 捷鳥衛星影像基本資料與產品說明見表 1 與表 2) 三 研究作業基本資料 QuickBird 捷鳥衛星影像基本資料說明如下 : 使用 QuickBird 捷鳥衛星影像拍攝日期為 2002 年 12 月 15 日, 拍攝角度 20 度, 覆雲量 1 % 使用影像規格為全色態(Panchromatic) 影像, 地面解析力 67 公分, 影像處理等級為基本影像 (Basic Imagery) 等級 影像涵蓋範圍包括台北縣汐止市 深坑鄉 石碇鄉 永和市 中和市 三重市, 與台北市士林區 內湖區 南港區 松山區 中山區 大同區 中正區 大安區 信義區 文山區等地區, 如圖一所示

圖一 ( 資料來源 http://www.quickbird.com.tw)

四 控制點資料使用控制點資料主要為沿用台北市都市發展局既有 IKONOS 衛星影像控制點資料 ( 見圖二 ) 既有衛星控制點分為兩種, 其一為工研院能資所於民國 90 與 91 年所佈設測量之對空標誌, 點位精度均優於 15 公分 ( 能資所, 2003); 另一則為地面自然明顯地物點, 是由台北市 1/1000 地形圖中所選取, 此項亦由能資所完成檢測 既有衛星影像控制點若有所不足, 則另使用台北市正射航空照片, 由其中選取具大地座標之地物點資料作為補充控制點之用 控制點位置須均勻分布於欲進行正射處理之捷鳥衛星影像, 並且擁有良好之幾何條件

五 數值高程模形資料數值高程模型資料來源是使用由本工程司航測部在民國 91 年執行台北市都發局委託之 台北市數值地形模型補建案, 由 91 年 8 月至 10 月所拍攝之航空像片中所錄製之高精度數值高程模型資料, 原始成果資料為 10 公尺網格資料, 數值高程模型資料經檢核驗收, 其高程資料檢核誤差約在 20 公分 ( 航測部,2002) 在本次作業中, 將原始資料再內插為 5 公尺網格之數值高程模型 其高程資料以灰階顏色顯示如圖三 圖三台北市數值高程模型 六 工作流程與方法使用之軟體為 PCI Geomatica OrthoEngine 系列產品線中的 High-res Satellite Model 高解析度衛星影像正射處理模組, 處理流程如圖四

圖四衛星影像處理工作流程 ( 一 ) 在衛星影像上選取控制點資料在作業中, 一共選用 13 個控制點, 在衛星影像範圍中可清楚辨識確定控制點位置或標誌者, 依控制點之記錄內容進行控制點選取, 並均勻分佈於影像之上, 其分佈如圖五所示 其中有七個為佈標控制點 (sh xx), 五個為地面自然地物點 (gp xx), 一個由台北市正射航空照片所選取控制點 (G0003) (13 個控制點分布情形見圖五 ) ( 二 ) 衛星影像正射化作業完成控制點選取後, 即進行區域光束法平差, 得到衛星影像姿態參數與控制點改正量, 再加入數值高程模型資料, 在不考慮人工建築物所造成的高差位移 陰影與遮蔽為前提下, 採用立方迴旋法內插取樣 (Cubic resampling), 進行衛星影像的正射糾正, 圖六為套疊行政區界之正射成果影像圖, 正射面積約 225 平方公里

圖五衛星控制點分布情形 圖六套疊行政區界之正射影像圖, 正射面積約 225 平方公里

七 成果展示與分析 ( 一 ) 控制點改正量與均方根 (RMS) 值進行區域平差法後, 可以得到各個控制點資料的改正值, 並可由改正值的資料中判斷控制點數目是否足夠且均勻分布 從表 3 的改正值報告中, 可以看出 13 個控制點中最大的改正量是位置在內湖區的控制點 sh11, 改正量為 1.295 公尺 ; 最小的改正量為台北縣的 G0003, 改正值為 0.002 公尺, 平均改正量為 0.558 公尺,X 方向的均方根為 0.48 公尺,Y 方向均方根為 0.49 公尺 由於捷鳥衛星影像一個像元為 0.67 公尺, 而平均改正量小於 1 個像元, 最大的改正值也小於 2 個像元,X 方向與 Y 方向的均方根值也小於 0.5 公尺, 此成果符合五千分之一相片基本圖製圖精度要求的控制平差結果 (1/5000 相片基本圖控制點誤差規範為 1 公尺 )( 內政部,2000) ( 二 ) 正射影像套疊地形圖資料比對圖七是捷鳥衛星正射影像所涵蓋之台北市 12 個行政區界範圍套疊 1/1000 地形圖比對資料說明, 其中除北投 士林 文山區未有全部範圍影像之外, 其他行政區皆有正射影像資料 故將在 12 個行政區中, 每個行政區域挑選 1 到 2 張之 1/1000 地形圖資料, 與台北市正射影像圖做誤差比較與分析 由於正射影像並非 真 正射影像 (true ortho image), 故在房屋等人工建物地區會有高差位移存在, 所以在比較線畫圖與正射影像時, 以可以清

楚辨識的地面資料為準, 如道路邊界 中央分隔島 操場邊界 明確地類 界等資料 圖七 12 個行政區中所選擇地形圖套疊正射影像資料相關位置圖

1. 文山區 (1/1000 地形圖圖號 :4535 4536) 文山區共選取 16 個明顯地物或邊界點, 包含可在正射影像中明顯分辨的操場邊界 河濱公園中體育場 公園設施與地形圖的線畫資料比對, 比對成果分析如圖八

2. 萬華區 (1/1000 地形圖圖號 :3642 3642) 在萬華區部份一共量測 10 個明顯的地物與邊界資料, 包含學校的操場邊界 體育場範圍和道路中央的分隔島, 比對成果分析如圖九 平均改正量 (Mean) 均方根 (RMS) 平面距離 X 方向 Y 方向 1.068 0.554-0.128 1.276 0.550 0.703 圖九

3. 中正區 (1/1000 地形圖圖號 :3844 3845) 在中正區共量測 13 個位置, 包含下圖左上方的總統府前凱達格蘭大道前停車場 中山北路汽車分隔島與北一女中學校內操場, 比對成果分析如圖十 平均改正量 (Mean) 均方根 (RMS) 平面距離 X 方向 Y 方向 0.882 0.453-0.196 0.992 0.669 0.253 圖十

4. 大安區 (1/1000 地形圖圖號 :4144 4144) 大安區共量測 12 個明顯地物資料, 包含大安高工和建國高架橋下兩邊地物, 比對成果分析如圖十一 平均改正量 (Mean) 均方根 (RMS) 平面距離 X 方向 Y 方向 1.316 0.683-0.373 1.859 1.115-0.744 圖十一

5. 信義區 (1/1000 地形圖圖號 :4444 4445) 在信義區則選擇 13 個明確地物點, 包含國父紀念館及台北市政府周邊地區, 比對成果分析如圖十二 平均改正量 (Mean) 均方根 (RMS) 平面距離 X 方向 Y 方向 1.017 0.290-0.242 1.192 0.463 0.729 圖十二

6. 南港區 (1/1000 地形圖圖號 :5046 5046) 南港區則是選擇一處較為能夠清楚辨識地面地物之空曠丘陵地, 量測 12 個明顯資料, 比對成果分析如圖十三 平均改正量 (Mean) 均方根 (RMS) 平面距離 X 方向 Y 方向 0.839-0.179-0.053 0.776 0.344 0.431 圖十三

7. 大同區 (1/1000 地形圖圖號 :3848 3849) 大同區一共量測了 13 筆資料, 因該區多為密集建築區, 故多選在大馬路口 ( 重慶北路 ) 或挑選學校 ( 太平 雙連 大橋國小 ) 等明確地物, 比對成果分析如圖十四 平均改正量 (Mean) 均方根 (RMS) 平面距離 X 方向 Y 方向 1.088-0.173 0.222 1.630 1.285 0.345 圖十四

8. 中山區 (1/1000 地形圖圖號 :4152 4252) 中山區則是選擇基隆河北邊的大直地區, 一共量測 14 筆明確地物, 比對成果分析如圖十五 平均改正量 (Mean) 均方根 (RMS) 平面距離 X 方向 Y 方向 1.456 0.710-0.888 2.385 0.927 1.458 圖十五

9. 松山區 (1/1000 地形圖圖號 :4450 4450) 松山區是以松山機場東側資料為主, 一共量測 13 筆資料, 比對成果分析如圖十六 平均改正量 (Mean) 均方根 (RMS) 平面距離 X 方向 Y 方向 1.237 0.069-0.865 1.640 0.640 1.000 圖十六

10. 內湖區 (1/1000 地形圖圖號 :4850 4851) 內湖區選擇三軍總醫院周邊資料, 一共量測了 13 筆資料, 比對成果分析如圖十七 平均改正量 (Mean) 均方根 (RMS) 平面距離 X 方向 Y 方向 1.343-0.446-0.680 2.054 0.719 1.391 圖十七

11. 士林區 (1/10 1/1000 地形圖圖號 :4255 4255) 士林區則選擇中影文化城週邊資料, 共量測 11 筆明確地物, 比對成果分析如圖十八 平均改正量 (Mean) 均方根 (RMS) 平面距離 X 方向 Y 方向 1.373 0.638-0.857 1.999 0.775 1.224 圖十八

12. 北投區 (1/1000 地形圖圖號 :3563 3663) 北投區共量測 14 筆地物, 選取分佈於政戰學校一帶明確的操場邊界及地面地類界等地物, 比對成果分析如圖十九 平均改正量 (Mean) 均方根 (RMS) 平面距離 X 方向 Y 方向 0.926 0.684-0.085 0.977 0.671 0.306 圖十九

13. 全台北市 12 個行政區綜合統計分析台北市 12 個行政區所量測的 154 筆資料, 包含平地與丘陵地或是綜合所有量測資料, 統計比對分析後平均位移為 1.118 公尺 ( 約 1.6 pixel), 標準差則為 1.466 公尺 ( 約 2.1 pixel), 與常用之台灣地區 1/5000 相片基本圖相比, 精度可達到 1/5000 相片基本圖所要求規範 (1/5000 基本圖規範碎部地物誤差 2.5 公尺以下 )( 內政部,2000), 說明如圖二十 平均改正量 (Mean) 均方根 (RMS) 平面距離 X 方向 Y 方向 1.118 0.232-0.422 1.466 0.698 0.833 圖二十 由此可知使用 QuickBird 捷鳥衛星影像進行正射影像製作, 在各種地形均能夠達到相當高的精度 若在急需影像資料供作各種使用時, 可使用 QuickBird 捷鳥衛星影像既有歷史資料快速完成正射影像處理 對於航空攝影有一定的互補作用 八 結論 1. 正射影像處理時間短 : 以本次研究為例, 當控制點資料與數值地型模型資料均已準備妥當後, 大約僅需要 2.5 小時的時間即完成整幅 QuickBird 捷鳥衛星影像的正射作業 (225 平方公里, 包括大部分台北市資料 ) 在基本資料 ( 衛星影像資料 控制點和數值高程模型 ) 準備妥當時, 僅需一到兩天即可完成大範圍的正射作業, 對於緊急需要的狀況下, 可以達到極高的效率 2. 精度足夠 : 在本次的研究中可以發現, 使用 QuickBird 捷鳥衛星影像正射資料量測比對明確地物或地類界的偏差,96% 以上的量測資料 (154 筆資料僅 5 筆有 2 公尺以上偏差 ) 可達到 2 公尺以下, 已可達到 1/5000 像片基本圖的規範 3. 影像色彩均勻一致 : 衛星影像拍攝面積廣大, 以 QuickBird 捷鳥衛星影像為例, 在垂直地面拍攝時, 像幅為 272 平方公里, 若是在拍攝角度 25 度時, 相幅更達到 432 平方公里, 相較於航空像片, 可以減少大量的影像鑲嵌 (mosaic) 調色(color balance) 及接邊修整的工作, 同時也無航空像片常有的聚光燈效應 (spotlight effect)( 林明旻等,2002) 同一區域 QuickBird 捷鳥衛星影像與航空照片正射糾正處理比較, 說明如圖二十一

QuickBird 捷鳥衛星影像 1/17000 航空照片 影像解析度 67 公分 34 公分 ( 掃描 20 µ m /pixel) 所需影像張數 1 幅約 100 張照片 (44 張相片基本圖圖幅 ) 所需作業時間 1~2 天 1~2 週 含雲量 1 % 0 % 接邊修整不需需要 調色單幅色澤一致, 不需調色需調整統一各張色澤 圖二十一 附註 : 衛星影像版權 :DigitalGlobe 公司所有影像提供單位 : 銳 科技股份有限公司衛星影像名稱 :QuickBird 捷鳥衛星影像影像處理軟體 :PCI Geomatica OrthoEngine 影像正射糾正處理軟體 參考文獻 (1) 九十二年度建構台北市高解析度衛星影像及應用模組工程案 服務建議書,p.5, 能源與資源研究所,2003 (2) 台北市數值地形圖修測 圖檔編修及屬性資料建製( 第一期 ) 暨數值地形模型 (DTM) 補建工作 成果檢測報告, 中華顧問工程司航空測量部, 2002 (3) 高分辨率衛星影像五千分之一基本圖之製作, 林明旻 呂秀慧 余翠紋,2002 (4) 台灣地區基本圖測製管理規則, 內政部,2000

專案管理執行與 BL3 BL4 高階生物實驗室 建築部專案經理 邱威仁 建築部工程師 洪至讀 建築部工程師 彭貴釗 一 前言 中華顧問工程司執行專案管理服務以來, 工程之類型繁多, 其中國家衛生研究院 榮總醫學科技大樓, 均沒有 BL3 BL4 之高階生物實驗室執行經驗, 建築部因而聘有國際知名之專業機構, 澳洲 COX GROUP 擔任顧問, 値此 SARS 傳染期間, 特將高階生物實驗室加以介紹與經驗分享 依據美國 Centers for Disease Control and Prevention (CDC) 將生物實驗室安全分為由低至高的 BL1 BL2 BL3 BL4 四個主要等級, 而所謂次高的 BL3(P3) 及最高的 BL4(P4) 高階生物實驗室, 即此實驗室安全等級可以處理未知或致命病原體或是可能會引起嚴重之流行病 又依據該機構相關建議, 一般之細菌或寄生蟲並不需要 BL4 等級防護只要在 BL2(P2) BL3 (P3) 等級生物實驗室裡處理即可, 美國政府最近列出數種致命病原體, 必須在最高的 BL4 等級生物實驗室內操作, 而一些較為人知的病原體如下 : 1. Ebola( 衣波拉病毒 ) 2. Hemorrhagic fever 3. Marburg 4. Lassa 5. Hanta virus( 漢它病毒 ) 6. Anthrax( 炭疽熱 ) 等今年大陸 香港 台灣所流行之嚴重急性呼吸道症候群 -SARS 病毒, 從其快速傳染 致命而引起之嚴重流行病 ( 尚未證實能藉由空氣傳播 ), 只有在次高的 BL3 最高的 BL4 等級實驗室才可以安全處理及研究, 以保證研究人員及其附近環境安全, 而此次 SARS 病毒不但造成社會極度恐慌及經濟蕭條, 以致整個國家及社會付出很高代價 因此, 我國對 BL3 BL4 等級之高階實驗室之需要已到刻不容緩的地步, 以培養國家生物科技研究發展能力, 高階實驗室興建不再是奢侈浪費 趨勢直至西元 2000 年底, 全世界大約已建立了 25~30 座最高的 BL4 等級生物實驗室, 計有美國 澳洲 德國 英國 瑞典 法國及俄羅斯等國家擁有 BL4 生物實驗室, 而這個數字正在增加, 至於 BL3 生物實驗室更是現

代國家興建任一座新建生物實驗室大樓之標準配備, 其總數全世界已多至無法統計, 但需特別注意的是 BL3 BL4 生物實驗室要蓋在那裡, 尤其是 BL4 生物實驗室? 而它的鄰居會如何反應更應特別重視, 所以目前 BL4 生物實驗室興建最大困難就是如何排除鄰里社區的反對 由於地球村的來臨, 飛行旅遊非常普遍, 因此致命病原體的擴向全世界的機會逐漸增加, 且生化戰和生化恐怖主義盛行, 病原體之抗藥性越來越多發現, 及人類不斷的太空探險 原始森林破壞, 而造成更多未知病原體來到我們世界 BL3 BL4 所需設施及設備依據美國 CDC 所提供 BMBL(Biosafety in Microbiological and Biomedical Laboratories) 規定, 簡單地說, 次高等級的 BL3 生物實驗室建造主要規範就是實驗室無論是地板 牆壁 天花板的任何穿洞 裂縫都必須密封 ( 可用 silicone sealant 填縫 ) 及避免開孔, 使其容易日日清潔, 且附有實驗室專用的滅菌鍋 並設置前室及附連鎖氣密門 自動感應水龍頭 獨立 HEPA 排氣等設備之負壓 隔離 安全管制的生物實驗室 而最高的 BL4 等級的生物實驗室主要設施及設備為 : 除了 BL3 生物實驗室規定外, 必須單獨建築在人口密度較低區域, 不與其他建物相連, 獨立 HEPA 進 排氣並配備真空箱 ( 手套式排煙櫃或生物安全櫃 ) 和防護衣, 科學家利用手套式真空箱工作, 這些病原體決不外露至真空箱外, 而科學家必須穿上具正壓且能提供本身維生系統之防護衣 因為所有系統需要極複雜之支援設備, 估計只有 15~20% 空間用在工作空間, 其餘空間主要用在安全維護上, 如更衣室 淋浴室 廢棄物處理室及相關之機械 電子支援設備 BL4 生物實驗室需考慮能支援科學家在地震或恐怖攻擊下繼續工作 ( 參圖一 圖二 圖三 ) 圖一 BL4 實驗室工作者穿上防護衣工作情形 )

圖二 BL4 實驗室器材示意圖 經 HEPA 排氣 經 HEPA 進氣 BL4 生物實驗室手套式排煙櫃 生物安全櫃 1. 進氣排氣皆由 HEPA 過濾進出 生物安全櫃 圖三 BL4 實驗室生物安全櫃 造價 BL3 BL4 生物實驗室之設施都非常昂貴, 無論是規劃 建造 經營 維持 但實際造價是很難估計, 因為每一套設備都是特別的, 平均造價每一平方公尺約需新台幣 10~14 萬元, 尤其是 BL4 生物實驗室設備平均每一平方公尺約需新台幣 30~40 萬元 而從以上資訊可以了解興建 BL3 BL4 生物實驗室將會遭遇到三個課題 : 1. BL4 生物實驗室興建地點選擇因安全考量, 地點應選在 (1) 避免在人口稠密區域

(2) 可防止攻擊且容易加強防護 (3) 避開強震區 2. 規劃 建造建造 經營經營 維持經費昂貴 BL3 BL4 生物實驗室不只是規劃 建造經費昂貴, 經營 維持更需長期支援, 如因經費不足無法維持 BL3 BL4 生物實驗室最佳狀態, 恐會造成安全顧慮, 也是 BL3 BL4 生物實驗室興建需特別考慮 3. 興建技術及品質現今國內擁有 BL3 BL4 等級生物實驗室並不多, 只有台大醫院及衛生署疾病管制局屬 BL3(P3) 等級及國防大學預防醫學研究所屬 BL4(P4) 等級, 但都無經國際實驗室組織之安全認證, 因此有關 BL3 BL4 生物實驗室興建, 在國內更是需要付出心力和技術, 而借重先進國家經驗與國外顧問合作也是可行方法之一, 下一章 BL3 BL4 生物實驗室興建可提供一些參考 二 BL3 BL4 生物實驗室興建 ( 一 ) 生物實驗室安全生物實驗室通常是特別且獨特, 工作環境可能遇到特別感染疾病危險, 因此安全防護是必需而不可免, 也因工作危險程度不同, 而需要不同等級的安全防護 實驗室安全防護可歸納為三個主要條件 : 1. 實驗室的訓練及技術每一實驗室的每一項實驗皆有其特殊性及危險性, 工作人員應在實驗進行前, 熟悉每一項實驗的操作手續準則, 以防止因操作不當對人員 環境造成危險 2. 安全裝備 第一道防護設備第一道防護設備 安全裝備是保障實驗室安全的第一道防護設備, 主要設備為排煙櫃和生物安全櫃 排煙櫃為工作人員在處理化學藥品時工作檯及防護設備, 其功能是排去化學藥品產生之揮發氣體, 以保障工作人員及實驗室的安全 生物安全櫃是實驗室處理微生物安全工作檯及防護設備, 會因處理危險等級不同, 使用不同等級生物安全櫃 ( 依美國 CDC & NIH 現行實驗室生物安全準則建議使用 ) 3. 第二道防護設備第二道防護設備 是指不同等級安全防護之生物實驗室設計計和建造方式, 通常亦採用美國 CDC & NIH 現行實驗室生物安全準則建議 ( 參圖四 )

( 二 )BL4 生物實驗室興建目前有關 BL4 生物實驗室設計 興建規範各國大致相似, 如美國 CDC & NIH 中華民國農委會 澳洲國家標準及歐洲等國都有其規定: 如美國 CDC & NIH 現行實驗室生物安全準則, 對生物實驗室安全及生物安全櫃分級有以下規定 ( 其內容都用敘述性說明, 無量化要求 ): 生物實驗室安全分級 :( 參表 1) 生物安全櫃分級 :( 參表 2) 我國農委會對實驗室生物安全準則亦有規定, 內容大致與美國 CDC& NIH 現行實驗室生物安全準則相同, 而澳洲國家標準則有較詳述說明及量化說明, 可作為上述內容之補充說明 : 依現行澳洲國家標準生物實驗室規定 (PC1 PC2 PC3 PC4in the Australian Standard): 實驗室安全符合微生物實驗室安全 AS/NZS2243.3 之規定實驗室設計及建造符合 AS 2982 之規定

1. 生物實驗室 (BL1 BL2 BL3 BL4) 建立, 標準規定說明 :( 參圖五 ) (1) 一般實驗室符合 AS/NZS2243 AS 2982 之一般實驗室規定 (2) 生物實驗室符合 AS/NZS2243.3 AS 2982 之生物實驗室規定 (3) BL1 生物實驗室符合 AS/NZS2243.3 AS 2982 之生物實驗室及 Appendix B:PC1 規定 (4) BL2 生物實驗室符合 AS/NZS2243.3 AS 2982 之生物實驗室及 Appendix B:PC1 PC2 規定 (5) BL3 生物實驗室符合 AS/NZS2243.3 AS 2982 之生物實驗室及 Appendix B: PC1 PC2 PC3 規定 (6) BL4 生物實驗室符合 AS/NZS2243.3 AS 2982 之生物實驗室及 Appendix B: PC1 PC2 PC3 PC4 規定 圖五 生物實驗室 (BL1 BL2 BL3 BL4) 標準規定 2. 實驗室安全 (AS/NZS2243) 說明有關實驗室硬體設施及生物安全規定, 依現行澳洲實驗室規定將遵守以下規定 : (1) 實驗室規劃符合 AS 2982 規定 (2) 實驗室安全責任及緊急事件程序 (3) 普通安全程序 3. 實驗室規劃 (1) 建造及設計 依 AS 2982 規定 a. 出入口寬度 : 大於 12.5M 或大於周長 1/5 b. 逃生距離 最近出口 : 單一出口小於 7M, 雙出口小於 30M c. 逃生距離 出口及防火逃生梯 : 同一隔間小於 45M, 不同間口小於 60M

d. 設備安裝 : 包含危險的操作及危險物品儲藏須遠離出口大門 e. 門 : (a) 防火門 (b) 裝設檢視窗 (c) 出口門設門弓器及門閂 f. 走廊 : 寬度大於 1500mm, 距離防煙門小於 30M g. 裝出口指示燈 h. 避免陽光直射 i. 禁止飲食 j. 充分洗手設施 k. 儲藏空間供放實驗室記錄或暫時不用設備 l. 供行動不便者使用 (2) 火災偵測及爆炸防護 : 裝設於預知可能發生之處 (3) 緊急警報系統及運作 當火災發生時 : a. 釋放全區可聽見的緊急警笛及可見的緊急警燈 b. 遙控訊號系統 中央監控盤 c. 提供救火隊清楚所有火災偵測 滅火設備指示盤及建物位置圖 d. 排煙系統應繼續運作, 直到被人為關閉 e. 防火或防煙門應自動打開 電動門 (4) 危險物品資訊 : a. 清單 : 安全人員能取得實驗室危險物品使用及物料安全資料清單 b. 危險物品適當標示 c. 每一實驗室外需有適當告示 指出每一實驗室可能危險 d. 與緊急處理機構之聯繫 (5) 安全檢查 : 成立生物安全委員會定期發現及改善不安全操作 (6) 安全設備 依 AS 2982 規定準備 : a. 滅火器 b. 防火毯 c. 洗眼設備 每一實驗室 d. 至少一處安全淋浴 e. 合適急救設備 f. 合適不燃且具吸收物料 吸收溢出 g. 佈告欄刊出重要安全規定 h. 安全操作手冊 i. 安全玻璃 頭盔 手套及面罩 j. 合適手電筒型式 k. 聽覺保護 l. 適當地點裝置輔助呼吸設備

(7) 危險物品儲存 : 依新功能調整儲存隔間 (8) 通風 排除實驗室操作所產生之污染 a. 輸送管速度蒸汽及氣體大於 10m/s 清除污染濃縮水氣建議介於 12m/s~ 15m/s 特殊物質建議介於 17m/s~ 22m/s b. 排煙櫃 c. 局部排煙通風 每一實驗台需排除吸入危險物質 d. 實驗室運作時保持攝氏 20 度以下 (9) 電氣安全 ( 四 ) 實驗室安全責任及緊急事件程序 1. 安全責任 2. 失火 緊急事件及解救程序 3. 急救 ( 五 ) 普通安全程序 1. 安全指揮建議 2. 個人防護設備使用 3. 危險物品容器 4. 排煙櫃使用 5. 普通實驗室操作 6. 儀器操作 7. 真空吸管操作 8. 內部壓力下操作 9. 微波分解 10. 實驗室廢棄物處理 ( 六 ) 實驗室設計及建造 : 醫學科技大樓實驗室將依 AS 2982 規定, 其規定內容如下 : 一般實驗室 : 1. 一般實驗室建造需求 2. 管線設施 3. 電氣設施 4. 通風及空氣品質 5. 健康及安全需求 6. 危險物品儲存 7. 特殊實驗室 8. 生物實驗室 9. 放射物品及離子化放射使用 10. 初 高級中學實驗室

額外需求 : 微生物實驗室 PC1 PC2 PC3 PC4 規範醫學科技大樓生物實驗室需遵守一般實驗室 生物實驗室 放射物品及離子化放射使用 BL1(PC1) BL2(PC2) BL3(PC3) BL4(PC4) 規範及輻射物品及離子化放射使用相關規定 ( 七 ) 實驗室設計及建造內容說明 1. 普通實驗室建造需求 (1) 避免陽光直射 小於 70W/m2 (2) 樓板 : a. 樓板完工時需具以下特性 : (a) 平坦 (b) 不滲透的 (c) 耐得住的化學藥品 (d) 適當機械及結構強度 (e) 合適實驗室操作及令操作者愉快 (f) 止滑 (g) 容易清洗 b. 樓板需封蓋防止危險物質穿透 c. 樓板開口需防止液體穿透 d. 濺出溶液易清洗 (3) 牆 : 完工時需具以下特性 : a. 整平 b. 防止穿透 c. 耐得住的化學藥品 d. 容易清洗 (4) 天花板 : 需固定 平整 不吸收, 採取材料如礦纖板 石膏板 水泥纖維或水泥塗抹認可塗料 可洗 光亮 淡色 (5) 窗 : 可開窗面積不小於樓板面積 2% (6) 實驗桌 : 實驗桌需具以下特性 : a. 桌面需具以下特性 : (a) 平坦 (b) 不滲透的 (c) 耐得住的化學藥品 (d) 防刮 (e) 容易清洗 (f) 防靜電 (g) 防眩 (h) 無接縫或減少接縫以避免滲漏, 如連接牆或洗手台則需密封 b. 實驗桌安裝 固定 接頭 裝設 要讓地板容易清洗

c. 工作寬度 實驗桌間或與設備間距離 詳圖六 (a) 單邊無穿越交通 1020mm (b) 單邊加上穿越交通 1200mm (c) 雙邊無穿越交通 1350mm (d) 雙邊加上穿越交通 1800mm (7) 架子 : 所有架子儲存物品無化學上反應 a. 開放式架子應減少灰塵聚集 b. 使用儲櫃 密閉式較好 (8) 排煙櫃 : 依 AS2243.8 規定 (9) 餐廳及休息室應不放置實驗室區域 (10) 管制進出是必要地, 並在入口處告示實驗室用途 危險 有關區域管制進出, 員工須被允許才能進入 (11) 熱水器 : 瓦斯熱水器或熱水器不應裝置在實驗室內 2. 管線設施 (1) 辨識及顏色規定 : 清楚標示 位置清楚易接近 (2) 與出口分開之獨立裝置需清楚標示 (3) 外露管線設施須固定於托架, 與牆面並保留至少 25mm 淨空 (4) 從氣體鋼瓶分出管線 : a. 管線材料需防撞擊 b. 需遵守危險物品規定 c. 鋼瓶儲存及安全操作將遵守規定 d. 控制在操作最小壓力 自動關閉 流量限制 e. 管線容易接近, 並作適當保護避免損害 (5) 真空吸管管線 : a. 防止吸管倒流 b. 病理及微小生物可能需要特別型式吸嘴 (6) 供水設施 : a. 供水及污水排放避免交互感染 b. 飲用水需從實驗室外無危險之虞處提供

c. 提供安全淋浴及洗眼設施 d. 廢液丟棄槽需遠離進風口 3. 電氣設施 (1) 遵守電氣 AS3000 規定 (2) 實驗室動力出口需依 AS2430 規定 (3) 提供高品質動力 (4) 插座高度離實驗桌至少 300mm 高 (5) 有關電器安全及電動設備作必要之練習 (6) 實驗室亮度 : 需符合 AS1680.1 及特殊工作需要之亮度 4. 通風及空氣品質 (1) 符合 AS1668.2 規定 (2) 自然通風系統 (3) 機械通風系統 (4) 空中傳播污染物 a. 限於空中傳播污染物在安全範圍內 b. 控制可燃氣體及揮發物在安全範圍內 (5) 區域排氣通風 a. 排氣避免再導入進風口 b. 排氣等級符合政府機關規定 c. 使用循環排氣必先驅除污染物 d. 利用排放管道排氣並保持負壓 e. 排放管道避免死角 f. 風扇馬達不能放在氣流處 g. 提供警告標示及限制範圍 (6) 儲藏室依不同物品需符合不同通風要求 5. 健康及安全需求 (1) 提供安全裝備如滅火器 防火毯 合適不燃且具吸收物料等個人保護裝備 (2) 至少提供一處緊急淋浴及每一實驗室設洗眼設備, 並距離實驗室內任何一點不超過 10M (3) 提供洗手設施於實驗室出口處, 含冷 熱水 (4) 明顯處放置安全告示, 內容至少包括 : a. 緊急事件處理過程 b. 強調特別危險物 (5) 安全標誌需符合規定 (6) 危險標誌及告示 依政府規定告示危險物品 6. 危險物品儲存 (1) 可燃液體 壓縮氣體鋼瓶 腐蝕物品需分開放置

(2) 可燃液體 : a. 實驗室不存放超過一定容量 b. 不相容物品應分開存放 c. 每一實驗室之儲藏櫃不超過 250L, 實驗桌下儲藏櫃不超過 30L d. 儲藏櫃通風需符合規定 (3) 可燃液體儲藏每處不超過 500L, 並符合政府規定 (4) 壓縮氣體鋼瓶儲藏符合 AS2243.10,AS2030.1 規定 (5) 腐蝕物品儲藏區 : a. 儲藏架高不超過樓板高度 1M b. 牆面材料需用如水泥或石塊加上防蝕保護層, 防止化學反應 c. 樓板材料需用水泥加上防蝕保護層, 並提防溢出 d. 儲藏區入口處標示儲藏內容, 如 : 酸 腐蝕物品 (6) 化學物品儲藏櫃 : a. 化學物需與其他物品分開儲存 b. 至少提供一個儲藏櫃供會排放危險氣體之化學物 c. 會排放極危險氣體需與其他化學物分開儲存 (7) 提供暫時儲存之固體與液體廢棄物區域 7. 生物實驗室 (1) 實驗室規劃 : a. 工作區域分開 行政及研究區域分開 b. 微生物工作區域提供消毒及預先準備設施 c. 已消毒物及污染物 廢棄物需分開 (2) 通風需符合相關規定 (3) 使用高壓滅菌鍋消毒會再使用物品 (4) 微生物廢棄物丟棄 a. 提供有效使用消毒及廢棄物丟棄之裝備 b. 將廢棄物丟入焚化爐, 並提供方便出入和安全運送 c. 焚化爐需符合政府規定 8. 放射物品及離子化放射使用 (1) 一般規定 : a. 放射區域入口處需張貼放射警告標誌 依政府規定 b. 放射 放射性同位素實驗室需設保護體 保護體儘可能減低放射量 c. 依不同放射源作不同層次保護體 d. 限制進出 e. 放射實驗室一般需求 : (a) 隔離 : (i) X 光機器 產生放射線儀器 密封放射源需單獨使用

(ii) 遠離一般行政辦公室 (b) 規劃 : 有以下事項需特別注意 (i) 放射保護及光束沒有永久設於儀器內 (ii) 放射光束及擴散方向沒有內在保護 (iii) 放射相連區域包括樓上或樓下 (iv) 儀器操作和出入 (v) 結構體保護裝置 (vi) 樓板載重需考慮沉重保護體, 實驗室出入通道 (vii) 電力及冷凍需求 (viii) 門設連結鎖控制進入, 防止意外 (ix) 放射區域設警告標誌告示 (x) 提供合適儲藏空間 f. 放射性同位素實驗室一般需求 : (a) 隔離 : (i) 放射核種儲藏室及操作區域分開 (ii) 放射性同位素實驗室需遠離辦公室 (b) 規劃 : 有以下事項需特別注意 (i) 提供設備 空調 通風及排水設計 (ii) 緊急事故設備進入及實驗室緊急出口 (iii) 提供固體 液體 氣體廢棄物丟棄 (iv) 提供放射物質及廢棄物儲存空間 (v) 必須有放射保護體 (c) 放射性同位素實驗室及儲存室不適合作為建築擴充連接處 (d) 實驗室依低 中 高等級層度不同要求乾淨要求 (e) 管道及管線作密封保護 (f) 提供每人 10 m 2 工作區域, 天花高度 2.4m (g) 提供一處非常乾淨區域 (h) 實驗室認證 : 每一實驗室門上需張貼告示, 告示內容如下 : (i) 實驗室工作內容確認 (ii) 指出主要潛在危險 (iii) 告示緊急事故之個人保護裝備 (iv) 告示緊急事故發生時需聯絡之人名及電話號碼 g. 含放射性液體廢棄物之排放口與建築物內其他之排水系統分開 (2) 放射性同位素實驗室最小規定 a. 實驗室分級 : 依 AS2243.4 規定分低 中 高等級 b. 除非提供適當屏障, 廁所 餐廳 飲水設施不能直接開放在放射性同位素實驗室前 c. 放射及非放射區域間屏障處提供換鞋設施

d. 高等級實驗室不能提供開放式儲櫃 e. 減少對地板保護層損害 f. 低等級實驗室 : (a) 接合處設置遠離於污染源且必需密封及防水, 建議採用無縫塑膠地板, 不接受油漆及地毯 (b) 牆必須平滑 不導電 無外露水 電 瓦斯管線, 並塗亮 / 半亮漆 (c) 實驗室桌面應具平滑防水 無化學反應 易清洗 建議採用三聚氰胺 無縫乙烯基 環氧基樹脂包覆 不鏽鋼, 不接受油漆 (d) 安排排水裝置堵塞時不感染建築物其他區域 (e) 提供安全設施供放射性核種存放 冰箱 冷凍櫃將供醫藥 生物放射性同位素實驗室使用 (f) 排煙櫃處理低量非揮發低致命放射等級之放射性核種將依放射保護顧問決定 (g) 不採用循環回風之排煙櫃 g. 中等級實驗室 : 除了高等級乾淨度及符合低等級實驗室為中等級實驗室基本條件外, 另外需符合以下需求 : (a) 樓板足夠支撐保護體重量, 保持平滑 無污染 連續表面 採用無縫塑膠地板可抗酸 溶劑, 容易擦淨 (b) 實驗桌足夠支撐保護體重量, 桌面輕微抬高防止溢出 (c) 接合處要防漏且不積污染 (d) 提供可自動 膝蓋 腳操作之洗手槽 (e) 排水系統應適當標示並設於容易操作位置, 採用能抗化學反應塑膠管, 避免使用金屬管造成管內污染 (f) 手套式生物安全櫃需有其獨立排氣濾網 (g) 放射性同位素實驗室單位面積之最小外氣流量 (L/s.m 2 ) 生物及化學 3 至 6 動物室 10 放射核種放置室 3 低等級放射性同位素實驗室 3 至 6 中等級放射性同位素實驗室 6 至 9 高等級放射性同位素實驗室 > 9 (h) 依放射保護顧問決定是否需要套鞋和圍籬 (i) 採用適當的生物安全櫃 (j) 至少提供一符合 AS2243.8 規定之排煙櫃 h. 高等級實驗室 : 在建造前須仔細設計, 現成的實驗室極少可改成高等級實驗室, 在設計初期放射保護顧問及相關機構應常被諮詢, 並符合低 中等級實驗室要求, 另外提供以下需求 :

(a) 提供最小外氣流量 9L/s.m 2 之通風系統, 利用過濾收集氣體顆粒, 儘可能減少放射性氣體廢棄物對大氣排放, 不超過政府規定 (b) 每一手套式生物安全櫃應隨時保持負壓 (c) 啟動自動隨時關閉警鈴系統, 當通風系統失敗時 (d) 實驗室應採不能開啟之固定窗 (e) 加強保護和遙控操作大量伽馬放射源, 並考慮樓板荷重和起重機使用 (f) 提供去污器具 (g) 警告標誌 燈和連結鎖須符合 AS1216 和 AS1319 規定 (h) 更衣室設於實驗室入口 (i) 放射區域及非放射區域清楚圍籬 (ii) 圍籬四周儲放衣服, 靠近操作邊則放置容器供放使用過衣服 (iii) 提供圍籬兩邊可自動 膝蓋 腳操作之水龍頭 (iv) 個人之監視設施 (v) 由更衣室吹向操作區域之通風系統 (vi) 提供淋浴 (vii) 指導規則 (3) 放射物質需安全存放, 防止被偷 遮蔽遮蔽 通風通風 設輻射警告標誌設輻射警告標誌 額外需求 : 微生物實驗室 PC1,PC2, PC3,PC4 規範 本案需 BL1 BL2 BL3 BL4 規範要求 : 參照 (PC1 PC2 PC3 PC4) 規定 生物實驗室需設立合乎 GMAC ( Genetic Manipulation Advisory Committee) 物理防護 (PC) 等級警告標示 a. 生物實驗室 BL1(PC1) 需求規定 : 位於實驗桌 櫃子 設備之開放空間都要可清潔 b. 生物實驗室 BL2(PC2) 需求規定 : PC2 需求除了 PC1 規定外, 更需提供以下需求 : (a) 每一實驗室可供腳 膝蓋 電動操作之附有供冷熱水調節之洗手槽 (b) 除非有其他考量實驗室應保持空氣淨流入, 允許回風, 但不能流入非 PC2 區域 (c) 應提供壓力蒸氣滅菌壓力鍋處理實驗室感染廢棄物 (d) 實驗室開窗應提供紗窗 (e) 靠近實驗室入口處應提供衣服掛鉤 (f) 生物安全櫃之安裝及位置須依 AS2647 規定 (3) 生物實驗室 BL3(PC3) 需求規定 : PC3 需求除了 PC1 PC2 規定外, 應需提供以下需求 : a. 實驗室應與其他區域隔離, 並防止公眾接近

b. 實驗室窗戶應關閉和密封 c. 提供能淨化空氣之氣體 d. 第三級之生物安全櫃排氣須直接排到外氣 e. 實驗室內應提供壓力蒸氣滅菌壓力鍋處理實驗室感染廢棄物 f. 實驗室供水避免回流 g. 除非有毒或放射性廢棄物, 液體排放應直接排到下水道設施 h. 應提供緊急事件之雙向溝通, 或警鈴設施 i. 實驗室應與鄰近區域保持負壓之通風系統 實驗室通風系統應符合以下規定 : (a) 當氣閘門關閉時實驗室保持低於相鄰區域 50pascals (b) 當氣閘門開啟時實驗室保持低於相鄰區域 25pascals (c) 需有獨立排氣風扇經濾網排至室外, 排氣風扇採用可變量式, 以容易控制調整房間壓力 (d) 供氣須提供實驗室內門有一具濾網的小洞以協助調整房間壓力 (e) 排氣濾網需採用 HEPA 型式依 AS 4260.1 規定 (f) 在實驗室內提供儀表板式的測量工具, 指出房間負壓 (g) 空調開關需設於測量工具旁 (h) 提供警鈴以指出房間壓力消失 (4) 生物實驗室 BL4(PC4) 需求規定 : PC4 需求除了 PC1 PC2 PC3 規定外, 應需提供以下需求 : a. 實驗室需位於獨立建築物或建築物之獨立區域 b. 實驗室前室需有淋浴及相互連鎖 自動關閉門及供人員進出設施, 外部門可上鎖 c. 實驗室內有可供與外界聯繫之電話或設施 d. 室內之牆 樓板 天花需密封和容易煙燻消毒構造 抗水及化學藥品 容易清洗和消毒, 建築物所有開口需防止昆蟲及害蟲入侵, 所有窗戶需抗破碎 e. 提供雙向開門之高壓滅菌鍋消毒物品從使用端至另一側之更衣室, 位於外部之高壓滅菌鍋開向外界之門與外牆需密封, 高壓滅菌鍋之內門與外門需自動連鎖反應, 外門需等高壓滅菌完成後才能開啟 (a) 需提供供傳遞之浸泡池 煙燻室 消毒儀器, 供不能在高壓滅菌鍋消毒之物品及儀器消毒 (b) 提供獨立不循環之通風系統, 系統要能維持壓差和氣流方向流向最危險區域, 每一區域壓差至少 25Pa, 提供可隨時偵測出進排氣氣流錯誤功能發生之警鈴及不同自動型式度量, 提供顯示不同區域之壓差

實驗室排出氣體需經過 HEPA 濾網過濾, 釋放需遠離建築物和進風口, 實驗室進氣需先前過濾和 HEPA 濾網以防止感染氣體侵入, 濾網設置需儘量靠近實驗室以減少風管感染長度, 濾網裝置空間需設計可供濾網更換前消毒, 更換後容易定期測試 (d) 排氣系統提供兩個合併之 HEPA 濾網過濾 (e) 提供門禁管制設施 (f) 裝置防破壞之可監控窗, 使實驗室可了解外界情形 (g) 應提供以熱或化學處理之設備, 來消毒實驗室及淋浴之排放物 (h) 所有設施在使用前必須有經測試 調查和結果報告 (i) 提供自動啟動之緊急能源 緊急照明及聯繫系統 三 結語中華顧問工程司自擔任台北榮總醫學科技大樓專案管理工作, 同時也聘請澳洲 Cox Group 擔任專案之實驗室專業顧問, 專案成員也和國外顧問參訪 Johnson & Johnson Research Pty Limited Herston Medical Research Centre Queensland Institute of Medical Research CSIRO Joint Research Complex 等具有 BL3 等級實驗室之生技實驗大樓 並參考美國 NIH 相關規定及其他最新相關實驗室書籍 期刊 報告發表, 作為專案執行之參考及依據, 並期望醫學科技大樓實驗室獲得認證 至於研究何種病毒或實驗需要 BL3 BL4 生物實驗室, 可依據美國 CDC 相關建議生物安全等級或依研究實驗專案主持人的自我判斷, 且目前所有各國生物實驗室安全等級標準都只是對各等級提出最低要求, 各個實驗室可依本身實驗內容加強各種不同防護, 如在 BL3 等級實驗室設立正壓清淨室 (Clean Room), 或減少排氣疑慮設置兩個連續系列排氣 HEPA 濾網和裝設高速加氣排放煙囪等設施 BL3 BL4 等級實驗室為次高及最高等級安全防護生物實驗室, 無論規劃 建造 經營 維持每一環節都大意不得, 並每一設施使用前必須有經測試 調查和結果報告, 目前國內飽受 SARS 病毒肆虐, 為維護整體國民生命安全,BL3 BL4 等級生物實驗室在國內設立是有其必需性, 但興建前整體深入考量籌劃更是重要 四 參考資料 (1) Earl Walls Associates Quarterly Report on Laboratory Design. by Earl Walls Associates 2002 (2) Research Laboratory NIH Design Policy and Guidelines.by N.I.H. 2000 (3) 行政院農委會家畜衛生試驗所實驗室生物安全手冊 農委會 (4) Australian Standard. by Standards Australia & Standards New Zealand 1997

(5) Guidelines for Laboratory Design Health and Safety Consideration. by Louis J. Diberardinis 2001 (6) Biomedical Research Laboratory Facilities. by The American Institute of Architects 2003 (7) Laboratory Design Guide. by Brian Griffin 2000 (8) Laboratory Design Construction and Renovation. by National Academy of Science 2000 (9) Biosafety in Microbiological and Biomedical Laboratories. by U.S. Department of Health and Human Service 1999 (10) BSL-3 Laboratory Design Resource. by Phoenix Controls Corporation 2003

潛盾隧道工法常見問答集 2 潛盾機篇 地工部專案經理 李魁士 地工部經理 陳福勝 2.1 潛盾機採用舊品時, 規範中應如何規定? 考量之重點為何? 答覆 : 1. 依日本會計法規及工程計價條件下並不允許採用舊品, 除非機具所有權是業主的, 如有採用舊品亦多半採用在山岳隧道之 TBM 機具 日本有家名為 國土機具 之公司, 專門搜集棄殼使用過後之千斤頂等設備加以整理, 再組裝完成潛盾機後外銷至國外 潛盾機一般在經過約 1,000 公尺之磨耗後, 機具之維修費用會比採用新品時多好幾倍, 此點亦必須加以考慮 2. 潛盾機若採用舊機具而可得標, 恐將無人願採用新機具 3. 另外需考量設計時所考慮之工率 進度等皆為採用新品之狀態, 若採用舊品時是否可順利按原工率完成規範所要求之工程等問題 在日本道路公團之山岳隧道, 曾有業主購買機具供承商使用之案例, 工作完成後下一標的工程設計, 是以該舊品進行工率與費用之估算 2.2 台北捷運機具之費用是分攤在進尺費中, 並無另外一筆機具費 如承商採用舊機具, 目前部份標別之規範規定要求承商向原製造商取得修復及支援證明 答覆 : 1. 機具製造廠商與承商的保證書對業主並無絕對的保障, 機具製造廠商只要承商提出相對的價錢及合約保證, 即可出具證明文件, 但對業主並無保障, 業主關心的是使用的機具是否能按合約規定完成工作 故依設計時之工率 進尺速度, 承商保證能依約完成即可, 單價分析中能反應該需求即可, 與新舊品機具無關 2.3 若設計到達處採棄殼處理, 並新購盾殼以配合轉進施作另條潛盾隧道, 請問新購盾殼如何規範? 是否一定採用新品? 答覆 :

1. 潛盾機於施作過程中唯一無法拆卸更換修理之部分為轉動軸心, 其餘均可在拆解維修, 特別在一些使用舊機具之案例被成功的執行後, 很難硬性規定一定需採新品 2. 惟使用舊品相對機械損壞之機率較高, 其對工期衝擊則難以事前評估 如隧道需穿越既有構造物, 正巧發生機具故障, 對建物安全影響極鉅 2.4 潛盾機經過行駛棄殼拆解後, 於工址重新裝設新殼, 其精準度將較原來於工廠組裝時為差 潛盾機之精準度較差可能會有哪些問題? 應如何注意或處理? 答覆 : 1. 潛盾機內部零件經過一段距離行駛後, 配上按原尺寸之新殼, 其可能產生之差異很難掌控 2. 切削面盤於設計時可將距離之因素考慮進去, 面盤不可扭曲變形, 另於到達井亦可做必要之檢修, 較無問題 舊機與新殼之精密度差異主要在 sealing 填縫部分, 如果地下水位不高時, 可能不會有太大之影響 2.5 土壓平衡式與泥水加壓式之優劣點及工作井作業空間分析? 答覆 : 1. 泥土壓式潛盾工法 (Earth Pressure Balanced Shield Method) (1) 所謂泥土壓式潛盾工法, 係將加泥材加壓注入開挖面以提高掘削土之止水性並塑造掘削土之塑性及流動性 ; 在同時維持開挖面壓力的狀態下, 一方面驅動潛盾機之切削機頭 (Cutter head) 進行隧道之鑽掘作業 挖除之砂土經螺運機 (Screw conveyor) 等機具進行排土作業, 再利用各種輸送設備將之運至坑外 2. 泥土壓式潛盾工法之特點 (1) 利用從潛盾機掘削面 (Cutter face) 注入加泥材之方式, 可有效控制開挖面掘削土與加泥材之攪拌效果 (2) 於螺運機排土部裝設特殊之止水裝置, 以有效的提高止水性 (3) 由於開挖面和隧道坑內係以隔鈑 (Bulkhead) 阻隔, 因此坑內作業環境良好 3. 泥土壓式潛盾工法之開挖面穩定法 (1) 配合潛盾機之推進速度, 從潛盾機面板取土口 (Slit) 後面之加泥材注入口注入適當之加泥材, 則加泥材受到面板迴轉作用之強制性攪拌以及土艙 (Chamber) 內 拌合土壤 之擠壓, 會向開挖面前方滲透而將地盤空隙中之自由水擠出並同時填滿地盤空隙, 結果開挖面因而得以維持穩定 (2) 這種在潛盾機面板前方 ( 開挖面 ) 所形成之加泥材滲透區域稱之為 泥膜 泥膜中之加泥材在不被自由水稀釋之情況下與開挖下來之土砂

進行攪拌, 而攪拌完成之 拌合土壤 則自取土口被取進土艙內, 再以螺運機排出 (3) 另藉由螺運機之迴轉數變換操作可有效控制排土量, 並進而掌控土艙內之泥土壓 4. 泥水壓式潛盾工法 (Slurry Shield Method) (1) 泥水壓式潛盾工法係為克服滯水砂層 滯水砂礫層等即使運用如壓氣等各種輔助工法都難以穩定之高水壓崩壞性地盤, 而研發之潛盾施工法 (2) 泥水壓式潛盾機係在切削機頭 (Cutter head) 之後面裝設隔鈑 (Bulkhead), 藉由充滿於開挖面與隔鈑間之泥水艙 (Chamber) 內, 較自然水壓稍大之泥水壓來維持開挖面之穩定, 而一方面驅動切削機頭進行鑽掘作業 (3) 挖除之土砂經與泥水攪拌後, 以流體狀態輸送至坑外之泥水處理場處理 5. 泥水壓式潛盾工法之特點 (1) 除了安全 高效率 無公害 適用地質範圍廣泛之外, 且因使用泥水壓維持開挖面穩定之故, 無需施作地盤穩定工法 (2) 由於掘削下來之土砂係利用排泥管以流體狀態運出坑外, 因此潛盾機內部可利用之空間加大, 且坑內作業之安全性亦獲得提昇 (3) 對於海底 河底等特殊施工條件之工程適用性佳 6. 根據文獻資料, 在日本之潛盾隧道工法中, 近年來潛盾機採用之趨勢為密閉型佔 96.9% 開放型佔 2.6% 其他型式佔 0.5% 而密閉型中泥水壓式為 25.2% 土壓式為 71.7%( 其中泥土壓式 69.8% 土壓式 1.9%) 7. 泥土壓式潛盾工法因須具備泥水處理設備, 因而其所需之設備用地需求面積較泥土壓式潛盾工法大 而工作井之配置需視工址條件而定, 於必要時可採立體化之安排 8. 潛盾機應選擇以適合工址條件之機種為優先考量, 惟以國內而言, 如泥土壓式潛盾工法可行時, 其將較泥水壓式潛盾工法經濟 因而泥水壓式潛盾工法目前在國內僅有包括台北捷運 CH221 施工標在內之少數幾個工程案例, 參見照片一照片一

2.6 針對三重市地區之黏土 砂土互層之沖積土層而言, 適合採用土壓平衡式或泥水式潛盾機? 答覆 : 1. 潛盾隧道通過之土層大都屬沉泥質粘土層, 施工時所需之皂土或高分子加泥材份量之需求並不多, 以採用土壓平衡式潛盾機較為經濟 2. 水壓力約在 10kg/cm2 左右, 土壓平衡式潛盾機已可因應 3. 泥水式潛盾機在日本有許多採用之案例, 除隧道所經地層地下水壓力大外, 因採用土壓平衡式潛盾機時需添加皂土等添加物, 其挖出之土壤需以廢棄物處理 ; 而泥水式潛盾機因其廢方在經其附屬設備分離處理後可直接棄置, 在日本之價錢有時反而較低 2.7 有關卵礫石層中施作潛盾工程之適用性如何? 答覆 : 1. 在卵礫石層中使用潛盾工法施作隧道, 是一件非常困難的事 日本是在反覆的失敗後, 才達到目前能夠施工的狀態 2. 使用壓氣手挖式潛盾工法時, 雖然工法本身之問題較少, 但如何選擇經濟的 有效地補助工法卻是一件很難的事 3. 使用密閉型機械式潛盾工法時, 問題很大 因此, 採取各式各樣的對策, 諸如 : 切刃性能之改良 礫石除去設備等 4. 地下水壓很大之情況下, 如採用土壓系潛盾工法, 可能引致螺運機取土口之土砂噴發 (blowout), 必須考慮適當之對策 5. 礫石層中施工之重點在於充分的事前調查, 必須詳細調查礫石之量 最大粒徑 粒徑分佈等資料, 針對調查結果再來檢討使用明挖工法或手挖式潛盾工法之適用性

2.8 潛盾隧道之開挖面上方為黏土層, 下方為透水性大之緊密礫石層時, 施工時為了保持開挖面之穩定, 是否需做何種特別之處理? 答覆 : 1. 如採用泥水加壓式潛盾工法時, 不需特別採用保護措施 ( 一般僅檢討泥水加壓式及土壓平衡式潛盾工法兩種 ) 2. 砂層或礫石層之上部有黏土層時, 會有被壓水頭之情況, 有關此類之調查資料, 必須在設計文件上明白指出 3. 有受壓水頭存在時, 採用泥水加壓式潛盾工法比土壓系潛盾工法佳 4. 除了潛盾工法之選擇外, 並不需特別之對策, 但礫石層之礫徑分佈對潛盾機之設計及開挖速度有極大之影饗, 設計時必須特別注意 5. 關鍵課題在於卵礫石層之粒徑大小, 粒徑小則較無影響 ; 粒徑大時, 不僅潛盾機之製造費用增加, 且須視水壓大小 出水量多寡 礫石大小以決定各種補助工法 2.9 潛盾隧道 ( 直徑約 6M) 受限於既有地形與路權, 其最小轉彎半徑僅 R=20M( 位於 T 字道路上 ), 且該處隧道之最小覆土僅約 1 倍直徑, 而該處隧道之中心上方為砂質粉土夾火山灰 偶夾安山角礫岩塊 ; 隧道之中心下方則為安山角礫岩塊夾火山灰之地盤, 地下水位處地表下約 2~3M, 設計與施工需注意事項? 如未來該隧道直徑可縮小為 4M, 針對地盤條件, 建議隧道線行作何種調整較佳? 答覆 : 1. 施工可行, 但很困難 日本有直徑 7M R=15M 之成功案例, 但該案地質並非安山岩 2. 於安山角礫岩層中, 如 R=60M, 超挖刃 (copy cutter) 則可能可於潛盾機旋轉一圈即完成轉彎所需之超挖量 但 R=20M, 潛盾機之超挖刃 (copy cutter) 勢必無法旋轉一圈即完成轉彎所需之超挖量, 必須經過多圈旋轉後才能完成切削轉彎所需之超挖量, 操作十分困難, 超挖刃 (copy cutter) 之設計需要多一點之資料 3. 角礫岩與火山灰混合比例不均勻, 施工時常發生粉狀之充填物被排入隧道內取走, 但角礫岩塊留置堆積於潛盾機外之情形 4. 在地層各種特性中, 以最大粒徑最不易推估, 而此項資料對選擇潛盾機機型及礫石處理方式最為重要, 潛盾機之設計需預知須處理之粒徑, 但實務上卻又難以事前準確地預估, 在日本通常係以經過鑽探 試坑等調查所得最大尺寸之 1.5~3 倍作為可能之遭遇之塊石尺寸 以工地附近之開挖露頭照片, 角礫岩塊已可能達 50cm, 如以工地旁之園圃推積塊石則可能達 1M 以上, 如未來施工遇此等情形, 潛盾機勢將無法前進而須採停機灌漿後由人員出去清除障礙, 因此潛盾機面盤應配置有人孔之裝置

5. 安山角礫岩塊硬度高, 其本身強度可能高達 1,000Kg/cm2, 超挖刃 (copy cutter) 切削困難且磨損嚴重, 且難以被打碎, 宜請製造商提供意見 6. 超挖部之地盤自立性需檢討 7. 隧道直徑縮小為 4M 並不能減少困難度, 反而不易解決安山岩塊問題, 針對隧道位處角礫層之 300M 且有 R=20M 之工程範圍, 或許宜檢討明挖覆蓋工法或採 NATM 山岳隧道 + 管冪工法之可行性, 採 NATM 工法時, 需檢討採用降水及止水灌漿工法 2.10 隧道直徑 4M 總長度約 1.8 公里, 於砂 頁岩互層之南莊層長約 1,500M, 而位於上述安山角礫岩塊地層約 300M, 使用何種潛盾機機型較適宜? 施工工率進度如何預估較適宜? 出發工作井之豎井將位於地表下 120M 之深度, 對施工進度之影響為何? 應做何種因應措施? 答覆 : 1. 礫岩塊地層是 TBM 或 shield 潛盾機最不願意碰到之地盤, 如純就長約 1,500M 砂 頁岩互層之南莊層而言, 可以採簡單型之 TBM 施工, 但其要應付安山角礫岩塊地層則有困難, 以 1,500M 而言, 使用簡單型之 TBM 施工應已具經濟性, 對於約 300M 安山角礫岩塊地層, 如可取得施工用地, 宜考慮採 NATM 山岳隧道 + 管幕工法 + 降止水措施進行施工, 其未知之風險較少 2. 設計與施工注意事項為於砂 頁岩層與角礫岩塊地層之介面以及地形坡度容易聚集大量地下水之區域, 地下水之處理方式是注意重點 3. 如要選用一部機具時, 可採兼用型之潛盾機 ( 岩盤應對型 ), 並於切削盤面上設置人孔, 以利岩塊堆積之故障排除 4. 施工工率應視安山岩塊之狀況研判, 一般難以研判推定, 在日本通常係於發包文件上作部份之假設條件, 諸如以潛盾機應克服之礫岩粒徑, 另預估施工可能會遭遇停機而須採取灌漿 ( 或壓氣 ) 再由人員出去潛盾機外清除障礙之費用與時間及可能之次數, 以作為合約執行之依據 5. 針對砂 頁岩層, 可以一般之 TBM 功率預估, 而針對角礫岩塊地層, 或可考慮採取與 NATM 施工之功率 ( 如 60M/ 月 ) 去預估 6. 針對深達 120M 之岀發工作井, 以隧道總長 1,800M 之平均長度為 900M 加上 120M 之輸送長度, 必須設置高速捲揚機 有關 120M 深井輸送效率時可參考相關案例之情形 ( 如八卦山隧道豎井達 200 多公尺 ), 至於潛盾機內土渣清運方式則可與潛盾機製造商討論 7. 針對另一段隧道經過在沖積層中約 350M 與 300M 長之角礫岩塊地層中進行 6M 直徑隧道, 應檢討潛盾機開挖面之切削刃 bitter 與螺旋運輸機之直徑尺寸及是否有中軸而應考慮土碴尺寸及止水性, 恐須於不同地層更換不同型式以應對之

8. 密閉型潛盾機可處理之卵礫石粒徑大小則視泥水加壓或土壓式而異 泥水加壓式潛盾機之排礫方式如表 1 所示, 而其可施工範圍則取決於排泥管徑之大小, 依潛盾機直徑不同, 可排除之卵礫石粒徑大小如表 2 所示 惟如採泥水倉內 ( 如旋轉閥 ) 排除方式, 可排除最大粒徑可達潛盾機外徑之 1/9~1/10 土壓式潛盾機如採帶式螺運機排除土碴, 其可排除之最大粒徑約為螺運機直徑之 2/3 或潛盾機外徑之 1/5~1/6, 如採一般軸式螺運機, 則其可排除之最大粒徑約為潛盾機外徑之 1/10~1/14, 詳表 3 及表 4 所示 採密閉型潛盾機種時, 如地層中出現之卵礫石尺寸大於表 1 表 2 及表 3 之可處理範圍, 即須先採一次破碎或二次破碎之方式處理, 參見圖一與圖二 表 1 泥水加壓式潛盾機之排礫方式 排除位置排除方式備註 泥水倉內排除方式貯碴室振動顆粒分級篩選機. 易被黏土及有機物阻塞 旋轉閥方式. 土壓式潛盾工法亦可採用 貯碴室方式 排泥管內排除方式篩石機間續式 連續式 表 2 泥水加壓式 ( 排泥管內排除方式 ) 潛盾機之可排除最大粒徑 潛盾直徑 (M) 排泥 ( 礫 ) 管直徑 可排除最大粒徑 2.0~2.7 6( 英吋 ) φ100 150l 2.7~3.5 8( 英吋 ) φ150 250l 3.5~5.0 8~10( 英吋 ) φ150 250l 5.0~6.0 10~12( 英吋 ) φ200 300l 6.0 以上 10~12( 英吋 ) φ200 300l 註 :l 為長邊,φ 為短邊

表 3 土壓式 ( 排除方式 ) 潛盾機之可排除最大粒徑 潛盾直徑 (M) 螺運機直徑 可排除最大粒徑 備 註 2.0~2.7 φ500 φ350 350l - 2.7~3.5 φ700 φ450 450l - 3.5~5.0 φ900 φ600 600l ( 有止水問題 ) 5.0~6.0 φ1000 φ700 700l ( 有止水問題 ) 6.0 以上 φ1000 φ700 700l ( 有止水問題 ) 註 : 本表為採用帶式螺運機之情況

9. 近年來小松機械 Komatsu 已開發一種搖擺式 ( 非 360 度旋轉 )TBM, 或許可以較容易應付角礫岩地層, 但細節須洽小松機械 10. 本案案件特殊, 日前洽不同之潛盾機製造商而有較大出入之看法與差異較大之潛盾機型設計成果, 但經檢討恐皆仍有再修正之處所 宜明確地提供預估之限制條件, 諸如潛盾機應克服之礫岩礫徑, 角礫岩可能之分佈假設情形尺寸 頻率 硬度及施工可能會遭遇停機而須採取灌漿再由人員出去潛盾機外清除障礙之人孔與相關設施等要求, 潛盾機製造商才能據以評估並設計以獲得較適宜之潛盾機種, 同時於合約文件與預算及工期上宜進行巨石等障礙物處理之規劃準備減少合約糾紛 11. 同樣地本案如果詢問山岳隧道或潛盾隧道工程師, 在工法 工程費與工期上可能也會有極大之差異 宜洽詢不同之山岳隧道或潛盾隧道專業工程人員意見及不同之機具製造商看法後, 再作綜合性之建議 2.11 如何決定潛盾機之推力? 答覆 : 1. 考慮潛盾機推進時各種抵抗力之總和乘以一安全係數, 以決定潛盾機之總推進力, 通常可委由製造潛盾機之機械工程師估算 2. 潛盾機開挖面單位總推力, 依潛盾機種而異, 機械式潛盾機種大約為 70~110t/m2 3. 比較土壓式及泥水式潛盾機之推力, 一般土壓式之推力較大 又小口徑之潛盾機, 其單位面積所需之設計推力較大 ( 因小口徑之潛盾機長相對於外徑之比例較大 ) 4. 除非如卵礫石層特別之情況外, 地下鐵單線隧道斷面之潛盾機, 其單位開挖面積之推力大約為 100 t/m2 左右, 推力並不因地盤種類而有急遽變化

5. 推力之估算公式為 F=α*D2,D: 潛盾機外徑,α= 因土壤狀況而定 之係數, 一般黏土層 α=0.5~1.0, 砂層 :α=0.8~1.5, 詳細資料可向潛盾機 製造商查詢 2.12 潛盾機切割與運輸注意之考量事項為何? 答覆 : 1. 應先調查潛盾機抵達高雄港或基隆港之吊運設備能量, 吊運設備能量不同將涉及潛盾機切割片數 2. 運送受運輸道路之轉彎半徑 橋梁承載所限制, 必要時需進行橋梁補強, 台北捷運 C222, C560 標已有運輸 130 T 潛盾機例 3. 工地吊放時, 原則上應將吊車之腳架安排置放於工作井外之地面上 如工作井外淨空受限 ( 如遇陸橋阻礙 ), 需採將吊車之腳架置放於工作井內時, 可考慮於完成之底板上架設臨時中間樁支撐 另潛盾隧道之施工門型吊車亦可採相同方式辦理