107 地方特考三等 建築工程 建築營造與估價 考古題詳解

核心觀念

本題考查綠建築專題中的「綠建材制度」及其在「結構營造材料」上的實務應用，涉及法規定義、評定體系與建築材料生命週期評估（Life Cycle Assessment, LCA）。

1. 法源與標準依據：

• 本題以命題當年（民國 107 年）法規為準，主要法源為《建築技術規則》建築設計施工編第十七章「綠建築基準」第三節「綠建材」，以及內政部建築研究所訂定之「綠建材標章評定要點」。（現行法已修正：民國 109 年 7 月 1 日施行之新法已將供公眾使用建築物之室內綠建材使用率由 $45\%$ 提高至 $60\%$、室外綠建材使用率由 $10\%$ 提高至 $20\%$，答題仍依 107 年核心觀念為主）。

2. 核心範疇：綠建材之定義、四大分類指標（生態、健康、高性能、再生）。
3. 結構評估觀點：比較鋼骨結構（SC）與鋼筋混凝土結構（RC）時，不可偏離至「結構力學」或「耐震性能」，必須嚴格鎖定於「綠建材與全生命週期環境負荷」之視角，涵蓋材料開採、隱含能量（Embodied Energy）、隱含碳（Embodied Carbon）、施工營造廢棄物、室內環境逸散物及拆除回收再生率。

解題方法

本題為配分各 5 分的三段式申論題，答題策略應採「高密度關鍵字」、「法規標章標準架構」與「對比矩陣法」進行鋪陳：

1. 第一小題（定義）：採「總體定義 ＋ 四大標章類別」之標準架構作答，明確引述內政部評定制度，界定材料生命週期在「環境負荷」與「人體健康」兩大核心維度。
2. 第二小題（特性與優點）：將綠建材之「特性」與「優點」分別條列，由其內在物理/化學本質（低耗能、低逸散、高回收、高機能）對應至外部效益（減碳、維護居住者健康、循環經濟）。
3. 第三小題（SC 與 RC 綠建材觀點比較）：以全生命週期階段（製造生產、施工營造、使用維護、拆除回收）為橫軸，SC 與 RC 為縱軸進行系統化對比，避免流於發散的印象式描述。

選項分析

本題為申論試題，非選擇題型。各子題評分爭點與論述核心如下：

• 子題一（定義評分點）：須精準呈現「生命週期循環（原料採取、製造、使用、廢棄再利用）」、「對地球環境負荷最小」與「對人體健康無害」三大法定定義要件，並列出內政部四大綠建材分類，方可獲滿分 5 分。
• 子題二（特性與優點評分點）：不可僅寫空泛的「環保、好用」，須涵蓋資源再利用、低揮發性有機化合物（TVOC）逸散、防音/隔熱等機能提升，並對應至「人體健康保護」與「生態減碳」雙重效益。
• 子題三（結構比較評分點）：閱卷常見失分點為大量論述「RC 比較耐震」或「SC 自重較輕跨距大」等力學觀點。必須緊扣「綠建材評定範疇」（如：鋼材屬優良再生材料但初生冶煉耗能高；RC 現場濕式作業廢棄物多且拆除多為降級利用，但可摻入高爐石/飛灰作為再生綠建材）。

解題技巧

1. 審題嚴防偏題：第三小題題幹已明確限制「從綠建材的觀點」，論述焦點必須鎖定在「隱含碳/碳足跡」、「能耗與資源耗竭」、「室內外污染與廢棄物」、「循環再生潛力（Recyclability）」。力學性能（如剛度、韌性）僅能在關聯到「減省構件截面以降低材料耗用總量」時作為輔助論點。
2. 答題架構模組化：四大綠建材標章分類（生態、健康、高性能、再生）是解答第二、三題的檢驗骨架。比對結構時，可直接用這四項指標檢核 SC 與 RC，閱卷委員能迅速勾稽評分點。
3. 善用專業術語：引用「生命週期評估（LCA）」、「隱含能量（Embodied Energy）」、「循環經濟與原級再生」、「揮發性有機化合物（VOC）」、「粒料替代」等詞彙，強化論述深度。

【答案】

一、綠建材之定義（5 分）

依據內政部建築研究所及《建築技術規則》之規定，「綠建材」（Green Building Materials）​係指： 在原料採取、產品製造、應用過程和使用以後的再生利用循環中，對地球環境負荷最小、對人體健康無害之建築材料。

實務與評定體系中，綠建材涵蓋下列四大範疇：

1. 生態綠建材：指取自天然資源且未經深度加工、無匱乏危機、消耗最少能源並具生物分解特性之建材（如未經化學處理之竹材、天然木材）。
2. 健康綠建材：指低毒性、低危害健康風險，特別是極低甲醛及揮發性有機化合物（TVOC）逸散率之室內建材與塗料。
3. 高性能綠建材：指在特定物理性能（如防音、透水、隔熱、節能節水）具有卓越效能，能提升環境品質之建材。

核心觀念

本題旨在測驗考生對於既有鋼筋混凝土（RC）校舍結構耐震評估與補強工程之實務營造技術、力學機制與施工細節之掌握。涉及之核心法令與規範以命題當年（民國 107 年）為準，主要依據：

1. 內政部《建築物耐震設計規範與解說》。
2. 國家地震工程研究中心（NCREE）《校舍耐震能力評估與補強技術手冊》。
3. 教育部「公立高級中等以下學校校舍耐震能力改善計畫」標準工法指引。

結構背景與受震弱點： 台灣傳統中、小學校舍多為「單跨懸臂走廊」系統，縱向（走廊向）常因通風採光開設大量窗戶，並砌築矮磚牆（窗台牆），導致原本之長柱變為「短柱」，地震時極易引發脆性剪力破壞；且柱數量不足、橫向箍筋間距過大（大於 $15\text{ cm}$）且無 $135^\circ$ 耐震彎鉤，極需提升整體側向強度與韌性容量。

解題方法

申論題作答關鍵在於​「圖文並茂」​與​「工法系統化」。答題切入點包含：

1. 補強機制與原理：說明剛度、剪力強度、韌性如何改變。
2. 構造圖說（平面／立面／斷面）：清楚標示既有構件、新設構件、界面植筋、鋼筋配置與基礎銜接。
3. 施工程序與要點：界面打毛、化學植筋錨定、無收縮混擬土澆置及開孔排氣。
4. 優缺點及適用性：比較採光通風、使用空間干擾、經濟性及基礎承載需求。

試題詳解

一、RC 翼牆補強工法（10 分）

1. 原理與機制

RC 翼牆（Wing Wall）工法是在既有 RC 柱之單側或雙側，沿著建築物縱向增建厚度約 $20 \sim 25\text{ cm}$、寬度約 $80 \sim 120\text{ cm}$ 的鋼筋混凝土單元短牆，且牆體直接生根於新設或加固之基礎上。

• 力學效應：將既有柱轉化為類似工字形或帶翼邊構件，大幅提高柱構件的側向剪力強度（$V_n$）與初始側推剛度（$K$），有效降低側向位移並減輕既有柱的軸向剪力負擔，破壞模式由柱端脆性剪力轉化為牆底彎曲降伏之延展性破壞。
• 空間效益：牆體凸出寬度可配合窗台尺寸設計，補強後仍能保留中央大部分的採光、開窗與通風功能，為校舍走廊向補強最常用的標準工法。

2. 構造示意圖

【RC 翼牆補強立面與斷面配置圖】

 既有 RC 梁 (Beam)
 ==========┬=================┬==========
 │ 化學植筋 │ 既有窗開口
 │ (Top Dowels) │ (保留採光)
 ──────────┴───────┐ │
 │ │ │
 │ 新設 RC │ 既有 RC │
 │ 翼牆 │ 柱 │
 │ (Wing Wall) │(Column) │
 │ │ │
 │ 雙排配筋 │ 化學植筋│
 │ (Double Mat Rebar)───────┤
 │ │ 柱側界面│
 ──────────┬───────┘ 打毛處理│
 │ (Base Dowels) │
 ==========┴=================┴==========
 新設/既有基礎梁 (Foundation Beam)

【柱與翼牆接合水平斷面圖】
 
 ┌───────────────┐
 │ ● ● ● ● ● │ ← 新設翼牆端部邊界柱筋（閉合箍筋）
 │ │
 │ ────-─── │ ← 雙排水平與垂直剪力筋
 │ │
 │ ● ● ● ● ● │
 └───┬───┬───┬───┘
 │ │ │ ← 化學植筋（埋入既有柱，間距 15~20 cm）
 ┌─┴───┴───┴─┐
 │ ● ● ● │
 │ 既有 RC 柱 │
 │ ● ● ● │
 └──────────────┘

3. 施工重點與步驟

1. 基底與界面處理：打除既有柱表面粉刷層，混凝土表面全面進行機械鑿毛（粗糙度至少達 $5\text{ mm}$ 以上），並以高壓空氣吹淨粉塵。
2. 化學植筋（Doweling）：依設計孔徑與深度鑽孔，注射結構用環氧樹脂（Epoxy），植入剪力交連鋼筋。植筋深度不得小於 $15d_b$（$d_b$ 為鋼筋直徑），並依規範抽取試樣進行拉拔試驗（Tensile Proof Test）。
3. 鋼筋組配：配置雙排垂直與水平鋼筋網，外緣設置邊界構件（垂直主筋及封閉式耐震箍筋），牆頂與梁底、牆底與地梁接合處均須徹底錨定。
4. 灌漿與排氣：使用高流動性或自充填混凝土（SCC），若頂部無足夠灌漿高度，模板頂部需設置傾斜注漿斗與排氣孔，確保混凝土充填密實且不產生沉縮裂縫。

二、其他二種耐震補強工法（15 分）

除了 RC 翼牆工法，校舍常見且力學成熟之補強工法尚有​「RC 擴柱補強工法」​與​「鋼構斜撐補強工法」。

工法一：RC 擴柱補強工法（Column Jacketing）

1. 原理與機制

在既有 RC 柱周圍包裹單側、雙側或四面全包之新設鋼筋與自充填混凝土，使原本斷面尺寸增大（例如 $40\text{ cm}\times 50\text{ cm}$ 擴增至 $60\text{ cm}\times 70\text{ cm}$）。

• 力學效應：外圍密集的外加耐震閉合箍筋能提供既有核心混凝土優良的側向圍束力（Confinement），大幅改善軸壓承載力、抗彎容量與變形韌性容量；斷面慣性矩增大亦顯著提高構件剛度。
• 特性：幾乎不影響原教室窗戶開啟面積與走廊動線，施工範圍侷限於柱周邊，適用於走廊立面開口無法封閉或受剪力破壞風險高的柱構件。

2. 構造示意圖

核心觀念

本題為《建築營造與估價》與《建築結構系統》之核心經典考題，命題核心在於評量考生對「非結構構件與結構構件交互作用」所引發之耐震幾何缺陷與力學機制的理解。涉及之核心力學與耐震規範觀念包括：

1. 側向勁度與剪力分配原理： 柱兩端固定（Fixed-Fixed）時，側向勁度公式為： $k = \frac{12EI}{H_n^3}$ （其中 $E$ 為彈性模數，$I$ 為斷面慣性矩，$H_n$ 為柱淨高）。在樓層側移量 $\Delta$ 相同時，柱所分配承受的地震水平剪力為： $V = k \cdot \Delta = \frac{12EI}{H_n^3} \Delta$ 水平剪力與淨高之三次方成反比（$V \propto H_n^{-3}$）。

2. 剪力跨高比（Shear Span-to-Depth Ratio）與破壞模式轉變： 剪跨比通常以 $\frac{M}{V \cdot d}$ 或 $\frac{H_n}{2d}$ 表示（$d$ 為有效深度）。當淨高 $H_n$ 大幅縮短導致剪跨比小於 $2$（或 $\frac{H_n}{D} < 4$）時，構件破壞模式將從具備優良消能韌性的「撓曲破壞」（Flexural Failure）轉變為無預警的「脆性剪力破壞」（Brittle Shear Failure）。

3. 強剪弱彎原則與剪力需求： 依據《建築物耐震設計規範》與《混凝土結構設計規範》（以命題當年民國 107 年規範為準），柱構件之設計剪力需求 $V_e$ 係由柱兩端塑性鉸達到可能最大彎矩強度（$M_{pr}$）時所平衡推導： $V_e = \frac{M_{pr1} + M_{pr2}}{H_n}$ 當柱淨高 $H_n$ 劇減，剪力需求 $V_e$ 將反比暴增；若剪力需求超越混凝土與橫向箍筋所能提供之剪力剪力強度（$V_n = V_c + V_s$），即在柱產生韌性彎曲降伏前發生剪力崩塌。

解題方法

本題屬於標準的三段式申論題型，配分比例分別為 10 分、5 分、5 分。解析切入點應精準切中核心：

1. 第一子題（何謂短柱效應，10 分）：先給出工程定義，接著輔以「力學勁度分配（$k \propto H^{-3}$）」與「剪力需求激增（$V_e \propto H^{-1}$）」兩大推導核心，並說明剪跨比如何影響破壞機制。
2. 第二子題（對建築物之影響，5 分）：從材料與構件層面（X 形斜裂縫、混凝土壓碎、主筋挫屈）延伸至整體結構系統層面（軸向承載力喪失、軟弱層與樓層扭轉偏心）。
3. 第三子題（常見好發位置，5 分）：列舉建築營造現場實務中最常見的 4～5 種拘束狀況，結合建築空間配置（如開窗、地下室通風、樓梯間、夾層、基地坡度）進行具體分類說明。

選項分析

本題為申論題，非選擇題，無選項可逐一辨析。作答時應以標號條列、層次分明的方式回答各子題所問，並於作答中穿插力學推導公式，以展現專業度與論述深度。

解題技巧

1. 掌握三階段記憶心法（3S）：

• Stiffness（勁度暴增）：局部構件拘束 $\rightarrow$ $H_n$ 縮短 $\rightarrow$ 勁度呈 3 次方急遽上升。
• Shear demand（剪力暴增）：受分配之水平剪力激增，且平衡彎矩所需之剪力需求（$V_e$）大幅提高。
• Shear brittle failure（剪力脆性破壞）：剪跨比過小，在達到彎曲降伏前即發生斜張力或斜壓應力破壞。

2. 常見陷阱與扣分點：

• 誤區一：僅將短柱定義為「長度本來就很短的柱」。必須強調是因「非結構構件（如 RC 磚牆、腰牆、樓梯樑）局部拘束，導致原本正常設計的柱淨高被壓縮」。
• 誤區二：只寫破壞現象，未提及力學公式。申論題若能列出 $k = \frac{12EI}{H_n^3}$ 與 $V_e = \frac{2M_p}{H_n}$，評分老師即能確認考生具備扎實之結構力學底子。

核心觀念

本題測驗公共工程管理之制度核心與實務施工品質管控能力。

1. 法規依據：以命題當年（民國 107 年）之《公共工程施工品質管理作業要點》及《政府採購法》第 70 條為準（現行法規後續雖有部分文字調整，惟「廠商自主品管、監造單位品質保證、機關品質查核」之三級架構核心始終不變）。
2. 品質管理系統架構：公共工程三級品管制度將工程生命週期的品管責任，依層級劃分為「第一級：承包商（施工廠商）自主品管」、「第二級：監造單位品質保證」、「第三級：主辦機關及主管機關工程查核與督導」。
3. 品質異常成因分析：工程品質缺失通常源於「人（人員素質/心態）」、「機（機具設備）」、「料（材料合格與否）」、「法（施工工法/計畫規範）」、「環（環境/管理制度）」等五大構面（4M1E）之失控。

解題方法

1. 子題一（三級品管之內容）：

• 採「層級化、權責化」切入。每一級均清楚列出：執行主體、核心任務、具體作法與產出文件。
• 明確指出一級為「管制（Control）」、二級為「保證（Assurance）」、三級為「查驗／評鑑（Audit/Inspection）」，層次分明。

2. 子題二（品質不良 5 大成因）：

• 避免僅單純指責「工人素質差」等單一空泛藉口，應從營建專案生命週期之「前期設計發包」、「材料管控」、「廠商自檢」、「監造把關」及「機關管理」等五個獨立維度切入，說明制度失效之具體環節。

選項分析

本題為國家考試之申論題，非選擇題，無選項之對錯辨析。考生作答時應以清楚的條列式、小標題取代大段落敘述，使閱卷委員能精確對應兩子題（各 10 分）的評分指標。

解題技巧

1. 配分與版面控制：兩小題各占 10 分，版面篇幅應維持 1:1，切忌第一題寫了一整頁、第二題僅草草寫兩行。
2. 主體不混淆：

• 第一級是「施工廠商」，核心文件是「品質計畫」與「自主檢查表」。
• 第二級是「監造單位」，核心文件是「監造計畫」與「抽查驗紀錄表」。
• 第三級是「工程主辦機關及上級主管機關」，核心機制為「品質督導」與「工程施工查核小組查核」。

3. 品質不良成因列舉訣竅：結合工程實務術語（如：檢驗停留點未落實、最低標低價搶標、自主檢查作假、圖說衝突未套繪），展現專業實務歷練。

【答案】

一、公共工程三級品管之內容（10 分）

依行政院公共工程委員會訂定之《公共工程施工品質管理作業要點》，公共工程三級品管制度架構如下：

1. 第一級：施工廠商之品質管制（自主品管系統）

• 執行主體：得標之營造廠商（統包商／承包商）。
• 核心任務：落實自主品管責任，確保施工成果符合契約圖說與規範標準。
• 具體內容：
• 成立品質管理組織，指派合格且專職之品管人員。
• 依工程特性與規模編定「品質計畫」（含整體品質計畫與分項品質計畫）。
• 擬定材料及施工檢驗程序，按工序切實執行「自主檢查」，落實各項檢查表單之填報與記錄。

核心觀念

本題屬於營建工程整地估價中的方格網法（Grid Method / 四稜柱法）土方量計算。其核心觀念與公式如下：

1. 基本定義與基準高程：

• 預定整地高程為基準面 $H_0 = 40\ \mathrm{m}$。
• 各轉角點之施工高差（挖填深度）$h_i = H_i - H_0$。
• 若 $h_i > 0$，代表原地表面高於預定高程，屬於挖方（Cut）。
• 若 $h_i < 0$，代表原地表面低於預定高程，屬於填方（Fill）。

2. 單一方格面積：

• 方格每邊長 $a = 8\ \mathrm{m}$，單一方格水平投影面積： $A = a^2 = 8 \times 8 = 64\ \mathrm{m}^2$

3. 方格網土方計算公式：

• 分塊平均高程法：每一獨立方格之柱體體積以其四個轉角點之平均施工高差計算： $V_k = A \times \bar{h}_k = A \times \frac{h_1 + h_2 + h_3 + h_4}{4}$
• 角點權重綜合法：若將全區方格加總，每一角點會依其被相鄰方格共用之次數（權重 $n = 1, 2, 3, 4$）進行加權計算： $V_{\text{total}} = \frac{A}{4} \left( \sum h_1 + 2\sum h_2 + 3\sum h_3 + 4\sum h_4 \right) = \frac{A}{4} \sum_{i} n_i h_i$ 其中常數項 $\frac{A}{4} = \frac{64}{4} = 16\ \mathrm{m}^2$。

解題方法

題目文字僅列出各轉角處之高程數值，缺漏原始方格網之拓撲拼接圖形。依題目所列各行節點排列之幾何連續性與命題慣例，合理將其對應為標準連續方格網單元（共由 10 個標準方格組成），依方格網法分別計算各方格土方量後加總求得淨土方量。

步驟一：計算各節點施工高差（相對預定高程 $40\ \mathrm{m}$）

各行轉角處高程之挖填深度 $h = H - 40$ 如下：

• 第一列高程：
• $43 - 40 = +3\ \mathrm{m}$
• $44 - 40 = +4\ \mathrm{m}$
• $42 - 40 = +2\ \mathrm{m}$
• $41 - 40 = +1\ \mathrm{m}$
• $43 - 40 = +3\ \mathrm{m}$
• $42 - 40 = +2\ \mathrm{m}$
• 第二列高程：
• $42 - 40 = +2\ \mathrm{m}$
• $42 - 40 = +2\ \mathrm{m}$
• $42 - 40 = +2\ \mathrm{m}$
• $41 - 40 = +1\ \mathrm{m}$
• 第三列高程：
• $41 - 40 = +1\ \mathrm{m}$
• $40 - 40 = 0\ \mathrm{m}$
• $40 - 40 = 0\ \mathrm{m}$
• $42 - 40 = +2\ \mathrm{m}$
• 第四列高程：
• $40 - 40 = 0\ \mathrm{m}$
• $40 - 40 = 0\ \mathrm{m}$
• 第五列高程：
• $41 - 40 = +1\ \mathrm{m}$
• $41 - 40 = +1\ \mathrm{m}$
• 第六列高程：
• $39 - 40 = -1\ \mathrm{m}$
• $38 - 40 = -2\ \mathrm{m}$
• $39 - 40 = -1\ \mathrm{m}$

步驟二：各方格土方量逐塊計算

利用單一方格公式 $V_k = 16 \times (h_1 + h_2 + h_3 + h_4)$ 依序計算各區塊土方量：

1. 主體上方橫向方格群（由第一列至第三列構成之網格）：

• 方格 1（角點高差：$+3, +4, +2, +2$）： $V_1 = 16 \times (3 + 4 + 2 + 2) = 16 \times 11 = 176\ \mathrm{m}^3$
• 方格 2（角點高差：$+4, +2, +2, +2$）： $V_2 = 16 \times (4 + 2 + 2 + 2) = 16 \times 10 = 160\ \mathrm{m}^3$