107 高普考普通考試 航海技術 船藝學概要 考古題詳解

核心觀念

本題旨在測驗船舶計算之基本重量名詞定義及其數學關係，主要涵蓋以下觀念：

1. 排水量（Displacement, $\Delta$）： 船舶浮於水中時所排開水的重量，依阿基米德浮力原理，其數值等於船舶本體及其所裝載全部物品的總重量。在滿載設計吃水（Full Load Design Draft）時的排水量，即為「滿載排水量」。
2. 輕船重量（Lightship Weight, $W_L$ 或 輕排水量 Light Displacement）： 指船舶建造完工並具備出海航行能力時的空船重量。其包含船體結構、機器設備（主機、輔機、管系）、軸系與螺旋槳、鍋爐工作水及管路常存液體等，但不包含貨物、燃油、潤滑油、淡水、壓載水、船員、行李及各類消耗物料。
3. 載重量（Deadweight, DWT）： 指船舶在特定吃水下所能裝載的所有外來重量總和，包含所載貨物、燃料油、潤滑油、淡水、壓載水、消耗品、糧食、物料、船員及其隨身行李等。其基本數學關係式為： $\text{排水量 } (\Delta) = \text{輕船重量 } (W_L) + \text{載重量 } (\text{DWT})$

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解題方法

由題意可知船舶在滿載設計吃水狀態下的各項已知數據，求解步驟如下：

1. 已知條件：

• 輕船重量 $W_L = 2{,}850 \text{ 噸}$
• 滿載設計吃水時之排水量 $\Delta = 6{,}400 \text{ 噸}$

核心觀念

本題旨在測驗船舶穩度中箱型船（Box-shaped vessel）幾何特性與縱向穩定中心基線高（$KM_L$）​的計算能力。涉及的核心定義與公式如下：

1. 浮心高度（$KB$）： 浮心（Center of Buoyancy, $B$）為水下排水體積之幾何中心。對於等吃水之箱型船，其水下幾何形狀為均勻長方體，故浮心自龍骨基線（Keel, $K$）起算之垂直高度 $KB$ 為吃水深度的二分之一： $KB = \frac{d}{2}$

2. 縱向定傾半徑（$BM_L$）： 縱向定傾中心（Longitudinal Metacenter, $M_L$）至浮心（$B$）的距離為 $BM_L$，由水線面對通過漂心之橫軸慣性矩（$I_L$）除以排水體積（$\nabla$）推導而得： $I_L = \frac{B_{ship} \cdot L^3}{12}$ $\nabla = L \cdot B_{ship} \cdot d$ $BM_L = \frac{I_L}{\nabla} = \frac{\frac{B_{ship} \cdot L^3}{12}}{L \cdot B_{ship} \cdot d} = \frac{L^2}{12d}$ (式中 $L$ 為船長，$B_{ship}$ 為船寬，$d$ 為吃水)

3. 縱向穩定中心基線高（$KM_L$）： 龍骨至縱向定傾中心之垂直距離 $KM_L$ 為浮心高度與縱向定傾半徑之和： $KM_L = KB + BM_L$

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解題方法

本題已知船長 $L = 100\text{ m}$、船寬 $B_{ship} = 20\text{ m}$、等吃水 $d = 8\text{ m}$。題目已給定吃水深度，因此船體水下之幾何形狀已完全確定，直接由幾何公式分步計算：

步驟一：求浮心高度 $KB$ 箱型船之浮心位於吃水深度之中點： $KB = \frac{d}{2} = \frac{8}{2} = 4\text{ 公尺}$

核心觀念

本題測驗「船藝學」中錨泊裝備（Anchoring Equipment）之基礎構造分類與幾何幾何機構作動原理。 依據船藝學與造船工程規範，錨若「依構造形式（有無橫桿）」區分，標準分類為：

1. 有桿錨（Stock Anchor）：具有與錨爪平面垂直正交的「錨橫桿（Stock）」。
2. 無桿錨（Stockless Anchor）：無錨橫桿，錨爪（Flukes）與錨幹（Shank）間以銷軸鉸接，可自由轉動一定角度。

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解題方法

本題為國家考試標準的「申論與工程簡圖繪製題」。作答應採取三段式架構：

1. 明確界定兩大類別：說明分類標準為「有無錨橫桿及其作動鉸鏈構造」。
2. 工程簡圖繪製與部為標註：畫出兩類錨之幾何輪廓，並以引線標註主要構成部位（錨卸扣、錨幹、錨橫桿、錨臂、錨爪、錨冠、轉軸）。
3. 對比構造特徵、作動機制與實務優缺點：說明兩者在海床的咬底方式及船上收放（能否直接收入錨鏈筒）之根本差異。

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選項分析（題型屬申論題，此處進行構造要件與部位功能分析）

一、有桿錨（Stock Anchor）

• 構造特徵：由錨卸扣（Shackle）、錨幹（Shank）、錨橫桿（Stock）、錨臂（Arm）、錨爪（Fluke）及錨冠（Crown）組成。錨橫桿位於錨幹頂端（或上部），與兩側錨爪所構成的平面互呈 $90^\circ$ 垂直正交。
• 作動機制：錨落底後，由於錨橫桿長且平臥於海床，迫使錨幹傾斜，兩錨爪呈一上一下的直立角度；當錨鏈向前水平拖曳時，直立朝下的錨爪即深刺入泥沙中咬底。
• 實務特性：
• 優點：單爪深埋，抓重比（抓力與錨重之比值，Holding Power to Weight Ratio）高（約為錨重的 $4 \sim 8$ 倍）。
• 缺點：另一個未咬入海床的錨爪露於泥面之上，船舶偏盪時極易造成錨鏈纏繞錨爪（形成「纏錨」，Foul Anchor）而失去抓力；且因具有凸出的長橫桿，無法將錨幹直接收入錨鏈筒（Hawse Pipe）內，起落錨必須使用吊錨架（Cathead）收存在甲板上，操作繁複，現代大型商船已不再採用為主錨，僅常見於帆船、古船或特種小艇。

核心觀念

本題旨在測驗考生對於船體鋼材表面處理技術與防蝕前置作業的瞭解程度。鋼材表面處理的品質是決定保護塗層（底漆、面漆）附著力與防蝕壽命最關鍵的因素（占防蝕成敗 $70\% \sim 80\%$）。命題依據主要涵蓋：

1. 國際標準組織表面清潔度標準（ISO 8501-1 / SIS 05 59 00）：劃分手工具／動力工具除銹等級（$\text{St } 2$、$\text{St } 3$）與噴射除銹等級（$\text{Sa } 1$、$\text{Sa } 2$、$\text{Sa } 2.5$、$\text{Sa } 3$）。
2. 國際海事組織（IMO）保護塗層性能標準（PSPC）：規範壓載水艙與散裝貨船雙舷側空間新造與檢修時的表面處理等級（一般要求達到 $\text{Sa } 2.5$ 且表面粗糙度在 $30 \sim 75\ \mu\text{m}$）。
3. 除銹物理與化學原理：去除鋼材表面附著之氧化皮（軋延鱗片，Mill Scale）、紅銹（鐵氧化物）、鹽分（氯化物）、油脂及舊漆膜，並賦予鋼板適當的錨狀微觀粗糙度（Surface Profile）。

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解題方法

解答申論題型應採「分類系統化、定義明確化、標準量化」的答題策略：

1. 破題定義：簡述表面處理之目的（提高附著力、徹底消除腐蝕因子、建立粗糙度）。
2. 分類詳述四大主流作業工法：

• 人工手工具除銹（Hand Tool Cleaning）
• 動力工具除銹（Power Tool Cleaning）
• 噴射（噴砂）除銹（Abrasive Blast Cleaning）
• 高壓／超高壓水射流除銹（High/Ultra-High Pressure Water Jetting）
• 輔助／特殊工法（酸洗、火焰除銹）

3. 整合國際規範等級：每一種除銹方法均對應標示其 ISO 8501-1 清潔度代號，使閱卷委員看見專業術語與精準度。
4. 收尾總結：提點工法選用原則（塢修大型工程 vs. 在航船員日常保養）。

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選項分析

本題為申論題型，無選項。申論題閱卷時係依考生列舉之「方法完整性」、「技術原理與適用場合」、「標準等級對應」作為評分級距：

• 僅列出單一噴砂或敲銹者：得分僅屬基礎門檻（約 $30\% \sim 40\%$）。
• 完整涵蓋手工、動力機械、噴砂、水刀除銹，並能精確引用 $\text{St}$ 與 $\text{Sa}$ 標準者：屬於高分群（$80\% \sim 100\%$）。

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解題技巧

1. 記憶口訣：「手動噴水化」（手工具、動力工具、噴砂、水射流、化學酸洗）。
2. 規格對照竅門：

• 字母代號：$\text{St}$ 源自德文 Stahl（鋼），代表手工與動力鋼刷工具；$\text{Sa}$ 源自德文 Sandstrahlen（噴砂），代表噴射衝擊。
• 必背黃金標準：造船與重大塢修要求一律寫「$\text{Sa } 2.5$（非常徹底噴射除銹）」，船上保養寫「$\text{St } 3$（非常徹底動力工具除銹）」。

3. 常見失分陷阱：

• 忘記說明「粗糙度」的重要：除銹不只要乾淨，還需要有粗糙度（Anchor Pattern），否則漆膜抓不住。
• 忽略「水刀除銹無粗糙度」之限制：超高壓水刀（UHP）能洗去鹽分但無法在光滑鋼板上造出新粗糙度，且需提防「閃銹（Flash Rust）」。

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【答案】

船體鋼材表面處理之主要目的在於清除鋼材表面之鐵銹、軋延鱗片（Mill Scale）、可溶性鹽類、油脂、舊塗層及異物，並形成適當之錨狀粗糙度（Surface Profile），以確保後續底漆獲得足夠之機械錨固力與防蝕效能。目前航運界與修造船廠常用之除銹作業方法計有以下幾類：

一、噴射除銹法（Abrasive Blast Cleaning）

此為修造船廠乾塢作業與新造船塗裝工程中最普遍且最徹底之表面處理方法。

1. 原理：利用壓縮空氣或離心葉輪，將高速動能賦予研磨磨料（如鋼砂 Steel Grit、鋼珠 Steel Shot、石榴石、銅渣或矽砂），撞擊鋼材表面以剝離銹蝕與氧化皮。
2. 分類：

• 乾式噴砂（Dry Blasting）：傳統標準作法，除銹徹底且能形成理想錨狀波紋（通常控制在 $30 \sim 75\ \mu\text{m}$），但粉塵污染較大。
• 濕式噴砂（Wet/Slurry Blasting）：磨料混合水流噴射，可大幅抑制粉塵並帶走鹽分，惟噴洗後表面易發生「閃銹（Flash Rust）」，常需添加緩蝕劑或迅速抽乾施漆。