112 高普考高考三級 土木工程 營建管理與工程材料 考古題詳解

核心觀念

本題考查土木工程材料在永續發展與國家「2050淨零排放」政策下的綠色轉型，核心包含：

1. 混凝土生命週期評估（LCA, Cradle-to-Gate）之碳排放結構：釐清由原料開採、水泥製造、混凝土拌和至運輸各階段之碳排比重（其中水泥熟料製造佔整體混凝土碳足跡之 $80\% \sim 90\%$ 以上）。
2. 水泥熟料製造之碳排化學機理：石灰石高溫煅燒脫碳之製程排放反應式： $\text{CaCO}_3 \xrightarrow{\Delta} \text{CaO} + \text{CO}_2 \uparrow$ 以及高溫旋窯化石燃料燃燒之能源排放。
3. 低碳混凝土（Low-Carbon Concrete）技術策略：替代膠結材料（SCMs, Supplementary Cementitious Materials）之卜作嵐效應、替代燃料與原料（AFR）、骨材級配緊密堆積理論、化學摻劑減水減膠，以及碳捕捉、利用與封存（CCUS）與混凝土碳礦化封存技術。

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解題方法

本題為標準申論題，採**「生命週期鏈結對應法」**切入解題：

1. 碳排來源分析：依生命週期「原料開採 $\rightarrow$ 水泥熟料燒製 $\rightarrow$ 骨材加工與運送 $\rightarrow$ 預拌混凝土廠拌和 $\rightarrow$ 工地運輸」進行系統化解析，量化各環節特徵，突顯「水泥熟料煅燒」為最關鍵核心。
2. 減碳策略研擬：緊扣前述各階段碳排成因，提出可落地、符合我國公共工程規範與產業界推動之對應技術（水泥端、混凝土端、施工與運輸端、新興負碳技術），展現邏輯閉環與工程實務深度。

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選項分析

本題為申論題，無客觀選項。國考閱卷評分重點與配分結構如下：

• 碳排放來源（佔約 40% 分數）：能否準確指出水泥製造的「原料脫碳化學反應（製程排放）」與「化石燃料高溫燃燒（燃燒排放）」之本質區別，並完整涵蓋骨材、拌和及運輸等範疇。
• 減碳策略（佔約 50% 分數）：能否具體列出各工程技術手段（如卜特嵐石灰石水泥、飛灰／高爐石粉取代熟料、替代燃料 AFR、化學外加劑應用、CCUS 與碳礦化技術）。
• 工程專業性與條理性（佔約 10% 分數）：是否採用工程規範標準術語（如 SCMs、水膠比、卜作嵐反應），架構層次是否清晰。

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解題技巧

1. 精準拆解「水泥」與「混凝土」之差異：切勿混為一談。混凝土本身是由水泥、水、粗細骨材及化學摻料拌和而成；碳排主要寄宿於「水泥製造」階段，答題時必須以水泥熟料的碳排為主力，再延伸至混凝土的製備與物流。
2. 碳排來源「黃金配比記憶法」：

• 水泥熟料煅燒脫碳（化學反應）：約佔水泥碳排 $50\% \sim 60\%$。
• 旋窯化石燃料燃燒（熱能）：約佔水泥碳排 $30\% \sim 40\%$。
• 設備電力消耗（機械動力）：約佔水泥碳排 $5\% \sim 10\%$。

3. 減碳策略「四層面架構」： 熟料減量（替代材） $\rightarrow$ 能源轉型（替代燃料、能效） $\rightarrow$ 配比優化（低水膠比、緻密堆積） $\rightarrow$ 前瞻技術（碳礦化、CCUS）。

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【答案】

生產水泥混凝土過程之碳排放來源及相關對應減碳策略，依材料生命週期詳細說明如下：

一、 生產水泥混凝土過程中的碳排放來源

混凝土整體生命週期（Cradle-to-Gate，搖籃到大門）中，碳排主要集中於「水泥製造」，其餘依序為「骨材開採加工」、「預拌拌和」及「原物料與成品運輸」：

1. 水泥製造階段（佔整體碳排放 $85\% \sim 90\%$ 以上，為最主要來源）

• 原料脫碳化學反應（製程直接排放，約佔 $50\% \sim 60\%$）： 生產水泥熟料（Clinker）時，主要原料石灰石（主成分為碳酸鈣 $\text{CaCO}_3$）需於旋窯中加熱至約 $900^\circ\text{C}$ 以上進行煅燒分解，釋放大量二氧化碳： $\text{CaCO}_3 \xrightarrow{\Delta} \text{CaO} + \text{CO}_2 \uparrow$ 此部分屬於不可避免之化學製程固有排放。
• 旋窯化石燃料燃燒（燃燒直接排放，約佔 $30\% \sim 40\%$）： 為使生料在高溫下燒結成矽酸三鈣（$\text{C}_3\text{S}$）及矽酸二鈣（$\text{C}_2\text{S}$）等熟料礦物，旋窯燃燒帶溫度需達到 $1400^\circ\text{C} \sim 1450^\circ\text{C}$，通常大量燃燒煤炭、重油等化石燃料，產生龐大燃燒碳排。
• 設備運轉電力消耗（間接排放，約佔 $5\% \sim 10\%$）：

核心觀念

本題測驗行政院公共工程委員會（PCC）「共通性施工綱要規範」（特別是第 02742 章「瀝青混凝土鋪面」、第 02745 章「再生瀝青混凝土鋪面」及「公共工程使用再生粒料通則」等）於鋪面工程中之規定，核心在於掌握循環經濟材料於道路面層與底層之適用性限制，以及工程現場品質保證與環境安全之雙軌抽驗機制。

• 法規基準：本題解題依據以命題當年（民國 112 年）之公共工程施工綱要規範與環境保護法規為準。
• 適用種類限制：瀝青混凝土面層直接承受行車磨耗與氣候侵蝕，底層則承擔主要彎拉應力，對材料之強度、耐候、抗磨及體積安定性要求極高，並非所有再生粒料皆可納入。
• 抽驗架構：再生粒料進場必須兼顧「環境安全無害（環境保護法規標準）」與「工程力學性能（道路施工規範標準）」，採出廠提報與工地會同抽樣複驗之雙重把關。

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解題方法

本題為標準之規範與實務檢驗申論題，作答切入點與層次架構如下：

1. 第 (一) 子題（再生粒料種類）：從規範對「高規格鋪面（面層、底層）」之旅運承載及耐久要求切入，明確列出允許使用的再生材料名稱（瀝青混凝土刨除料、鋼鐵爐碴之氧化碴與轉爐石），並說明其工程適用特性與限制（例如禁止使用焚化底渣）。
2. 第 (二) 子題（抽驗與試驗工作）：架構必須依「品質管理雙軌制」拆解為環境安全檢驗（環保項目）、工程力學與物理性質檢驗（工程品質項目），以及材料專項特性檢驗（針對爐碴安定性或 RAP 老化程度），並註明各項試驗之代表標準（CNS / ASTM）。

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選項分析

本題為國家考試專業科目之申論題，非選擇題。

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解題技巧與常見陷阱

1. 常見陷阱（材料種類混淆）：

• 考卷上切勿作答「焚化底渣再生粒料（IBA）」。焚化底渣因孔隙率高、吸水率大且重金屬溶出潛勢高，規範明定不得用於瀝青混凝土面層及底層（僅允許用於路堤填築、道路級配底層或 CLSM 控制性低強度回填材料）。
• 「高爐石粉」多用於取代水泥，非骨材粗粒料；能作為瀝青粒料的鋼爐碴僅限安定化後之「電弧爐煉鋼氧化碴」與「轉爐石」。

2. 答題關鍵口訣（抽驗項目）：

• 環保面：一驗毒性溶出（TCLP）、二驗酸鹼腐蝕（pH 值）、三驗夾雜異物（雜質率 $< 1.0\%$）。
• 工程面：三度兩率一磨耗（粒度級配、健度、比重與吸水率、扁平細長率、洛杉磯磨耗率）。
• 專項面：若是爐碴必考「浸水膨脹試驗」（防路面爆孔）；若是 RAP 必考「抽油瀝青含量與針入度/黏度」（防老化脆裂）。

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【答案】

(一) 允許使用的再生粒料種類（10分）

依據公共工程共通性施工綱要規範（第 02742 章「瀝青混凝土鋪面」及第 02745 章「再生瀝青混凝土鋪面」），可用於鋪面工程面層及底層之再生粒料種類主要為下列各類：

1. 瀝青混凝土刨除料（回收瀝青路面料，Reclaimed Asphalt Pavement, RAP）：

• 將舊有瀝青混凝土路面經刨除、破碎、篩分處理後獲得之材料，顆粒表面包覆既有瀝青膠泥。
• 依工程司核可之配合設計使用，通常用於底層之掺配比例較高，用於面層時為確保抗滑與平整，掺配比率依規範受嚴格上限管制（通常建議不大於 $15\% \sim 20\%$）。

2. 電弧爐煉鋼爐碴（氧化碴，EAF(O) Slag）：

• 電弧爐煉鋼製程中，於氧化期產出之非金屬副產物。

核心觀念

本題考查營建管理領域中「建築資訊模型」（Building Information Modeling, BIM）之基礎學理機制與實務落地困境。

1. BIM 之核心學理：涵蓋物件導向技術（Object-Oriented）、參數化建模（Parametric Modeling）、關聯式變更引擎（Bi-directional Associativity）、單一真實數據來源（Single Source of Truth, SSOT）及共同資料環境（CDE）之協同作業架構。
2. 施工實務導入瓶頸：涉及工程生命週期中「設計端」至「施工端」之模型精細度（LOD）銜接斷層、軟硬體互通性、合約法制效力權責、組織抗拒及投資報酬率（ROI）不易量化等實務挑戰。

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解題方法

1. 第 (一) 子題（BIM 原理）：

• 避免僅將 BIM 描述為「3D 繪圖工具」。應從「資訊承載體」與「資料庫管理」的高度出發，依序解析：物件導向與參數化設計、單一數據庫與關聯聯動機制、多維度（nD）生命週期資訊整合，以及跨領域協同作業與開放標準四項基本原理。

2. 第 (二) 子題（施工階段困難）：

• 採用工程管理專題分析常見的四維構面進行系統化條列：技術與資料層面、人才與組織文化層面、合約規範與權責劃分層面、成本投入與效益誘因層面。重點論述實務痛點（如 LOD 落差、2D 圖與 3D 模型法律地位爭端）。

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選項分析

本題為申論題，無選項分析。

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解題技巧

1. 答題結構化：申論題評分重視架構條理性。原理題切忌流水帳，必須提煉出專業技術關鍵字（如：Parametric Engine、CDE、LOD、IFC、SSOT）。
2. 得分亮點掌握：

• 原理部分強調「圖資關聯變更」（牽一髮而動全身，平面、立面、數量統計表同步更新）。
• 施工困難部分務必指出「設計模型（LOD 200/300）無法直接用於施工（LOD 350/400）」之銜接成本，以及「傳統 2D 圖說與 3D 模型衝突時誰具法律效力」的合約實務盲點，此為閱卷委員評定高分之關鍵。

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【答案】

(一) 建築資訊模型（BIM）之原理

建築資訊模型（BIM）係指在建築與土木工程之全生命週期（規劃、設計、施工、營運維護）中，建立、整合並管理工程幾何與非幾何資訊之數位化作業流程與技術。其核心運行原理如下：

1. 物件導向與參數化建模原理（Object-Oriented & Parametric Modeling）

• 傳統 CAD 係由無工程語意之點、線、面所構成；BIM 則以「智慧工程元件（Smart Objects）」為基礎單位（如樑、柱、板、牆、管線等）。
• 每一物件均具備內部「幾何參數」（長、寬、高、形狀、空間坐標）與「非幾何屬性」（材料規格、力學強度、防火時效、設備型號、原廠編號等），並藉由幾何約束規則相互定義與關聯。

2. 單一真實數據來源與關聯連動機制（Single Source of Truth & Bi-directional Associativity）

• BIM 本質為一高度關聯式的「物件資料庫」。專案的所有產出物（包括平面圖、立面圖、剖面圖、大樣圖、3D 視圖以及工程數量清冊）皆由同一套三維核心模型即時投射、運算萃取而來。
• 具備「雙向關聯連動性」：任一構件的尺寸或屬性修改，系統將自動、即時地同步更新所有相關圖說、斷面及數量統計表，徹底根除傳統 2D 圖說中平面、立面尺寸不一致與數量計算人為疏失之弊端。

核心觀念

本題旨在測驗工程專案管理中「施工進度衡量與管控」的核心學理與實務作業。進度計算不僅是用於評估實際工期是否落後或超前（進度管控），亦是工程分期給付（估驗計價）的法律與合約依據。

在營建工程管理中，計算工程進度主要分為兩個層次：

1. 單項作業（Work Item）之進度計算：針對單一工作項目衡量其完成百分比。
2. 整體專案（Project Level）之進度加權整合：將各分項作業的完成度依合約預算或資源權重進行加權汇总。

計算方法所依循的關鍵物理量與公式架構為：

• 作業進度百分比（$P_i$）： $P_i = \frac{\text{實際完成量（數量、工時或時間）}}{\text{預計總量}} \times 100\%$
• 整體工程進度百分比（$P_{\text{overall}}$）： $P_{\text{overall}} = \sum_{i=1}^{n} \left( W_i \times P_i \right)$ 其中 $W_i$ 為第 $i$ 項作業之權重值（通常滿分為 $1.0$ 或 $100\%$），滿足 $\sum W_i = 1$。

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解題方法

答題時應採取「分類歸納、定義解析、公式推導、適用時機」之架構，由微觀作業之衡量方法，延伸至總體專案之整合計算，條理如下：

一、 實體完成數量法（Units Completed Method / 數量比率法）

1. 原理：直接量測現地已完成的物理工程量與合約預計總工程量之比值。
2. 計算公式： $P = \frac{Q_{\text{act}}}{Q_{\text{total}}} \times 100\%$ 式中，$Q_{\text{act}}$ 為現地實際完成工程數量；$Q_{\text{total}}$ 為契約（或設計變更後）核定之預估總工程數量。
3. 適用對象：計量單位明確、工作產出具高度均質性且重複性高的工項。

• 例：土方開挖與回填（$\text{m}^3$）、混凝土澆置（$\text{m}^3$）、鋼筋綁紮（$\text{t}$）、路面瀝青鋪設（$\text{m}^2$）、連續壁施工（$\text{m}$）。

二、 費用比率法（Cost-Ratio Method / 金額權重法）

1. 原理：以「已投入產出之貨幣價值」對「總預算價值」之比率衡量進度。此法為台灣公共工程施工估驗計價最主流之依據。
2. 計算公式： $P = \frac{\sum (\text{各工項已完成數量} \times \text{合約單價})}{\text{合約總價}} \times 100\%$
3. 適用對象：整體工程進度綜合計算、每月工程估驗計價。
4. 特點：能直接與財務現金流連結，但須注意材料預付款若直接計入，可能造成實體進度被虛增的現象。

三、 耗用工時比率法（Labor Hours / Work-Hours Ratio Method）

1. 原理：以已消耗的直接工時（人時或機時）佔完工所需總工時之比率計算。
2. 計算公式： $P = \frac{H_{\text{act}}}{H_{\text{total}}} \times 100\%$ 式中，$H_{\text{act}}$ 為累積實際耗費直接人工人時；$H_{\text{total}}$ 為預計總投入直接人工人時。
3. 適用對象：人工成本佔比極高、非以單純物理數量計量的勞力密集型工作。

• 例：水電配管、儀控拉線、設備精密安裝與檢校。

四、 經過工期比率法（Elapsed Time Method / 時間比率法）

1. 原理：若某項工作為持續性服務或均勻消耗性工作，以歷經工期佔預定總工期之比率代表進度。
2. 計算公式： $P = \frac{T_{\text{elapsed}}}{T_{\text{total}}} \times 100\%$ 式中，$T_{\text{elapsed}}$ 為已施作之日曆天或工作天；$T_{\text{total}}$ 為核定之該作業總天數。
3. 適用對象：產出無法明確物化、與時間呈線性關係之持續性輔助項目。

• 例：工地安全衛生管理、抽排水作業、專案監造與管理、臨時水電維護。

五、 里程碑法（Milestone Method / 階段權重法）

1. 原理：將單一大型或長工期作業劃分為若干具代表性之查驗節點（Milestones），並賦予各節點固定權重。只有當特定節點百分之百完成並驗收後，才給予該階段之進度。
2. 進度計算準則：

• 分段權重累積：例如基礎工程細分為「開挖完成（$20\%$）$\rightarrow$ 封底與基礎版完成（$50\%$）$\rightarrow$ 側牆回填完成（$100\%$）」。
• 二元規則（0/100 法則）：作業未完成前進度為 $0\%$，完全完工驗收即計 $100\%$（多用於極短天數之單元工作）。