111 高普考高考三級 林業技術 林產學 考古題詳解

核心觀念

本題聚焦於台灣「國產材利用與森林永續經營」之核心政策工具與產業發展藍圖，核心考核重點包含：

1. 臺灣木材標章認證體系：為防堵非法採伐（山老鼠）並建立國產木竹材合法身分證，林業主管機關建構之認驗證架構，主要涵蓋三種途徑：

• 產銷履歷驗證（TAP, Traceable Agricultural Products）：依據《農產品生產及驗證管理法》，實施第三方驗證，追溯林地撫育、伐採至加工全程之永續作業規範。
• 優良農產品驗證（CAS）：針對木竹藤加工品之規格、物理機械性能與品質安定性進行驗證。
• 臺灣木材生產追溯（QR code）：登錄林產物合法來源（如私有林、林班地伐採許可），提供消費者直接掃描查詢產地與生產者資訊。

2. 木材利用之環境與產業效益：

• 淨零排放與碳匯效益：木竹材為天然固碳材料，以木質材料取代高耗能鋼筋混凝土（碳取代效應），並減少長程海運之進口碳足跡。
• 木材自給率提升：呼應民國 106 年「國產材元年」政策，朝向逐步提高台灣木材自給率（目標提升至 5%）推進。

3. 法規基準說明：本題以命題當年（民國 111 年）法規與政策推動架構為準（當時林產主管機關為「行政院農業委員會林務局」）。現行法已修正：行政院農業委員會於民國 112 年 8 月改制為「農業部」，主管機關現為「農業部林業及自然保育署」。

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解題方法

本題為標準的政策論述與產業技術整合型申論題。解題應以「標章建立市場信任」為立足點，由產業鏈上下游邏輯依序開展未來發展策略：

1. 破題與定位：簡述臺灣木材標章所代表的「合法來源」與「品質保障」意義，點出標章是扭轉市場偏好、克服進口材低價競爭的基礎。
2. 供應鏈整合（林業生產端）：從林相整理、規格化原木供應、疏伐材小徑木利用切入。
3. 加工技術升級（林產加工端）：強化高溫乾燥、防腐改質、尺寸安定性及結構用集成材（Glulam）、直交集成板（CLT）之標準化技術。
4. 通路與市場拓展（需求端）：導入政府綠色採購、公共工程引導、生活木育推廣。
5. 永續與淨零碳排（環境與制度端）：將國產材使用對接碳足跡查驗、ESG企業合作與建築負碳效益。

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選項分析（標章系統內涵剖析）

本題非選擇題，題幹引言所列三種制度為臺灣木材標章的核心認證途徑，答題時須逐一辨析其定位與分工：

• TAP 產銷履歷：定位於「生產管理與全程可追溯性」，著重於森林經營階段至加工成品的鏈結，建立與國際森林認證（如 FSC、PEFC）接軌的制度基礎。
• CAS 優良林產品：定位於「加工品質與物理機械標準」，確保國產木材製品符合國家標準（CNS）之含水率、強度分級與耐久性，解決過去國產材規格雜亂、品質不均的缺陷。
• 生產追溯 QR Code：定位於「合法來源快速登記與普及化」，降低中小型林農與微型加工廠的認證門檻，達成全面防杜非法木材流入市場的目的。
• 「臺灣木材標章」之整合：作為統一的國家級識別標誌，打破過去標籤混亂的局面，消費者認明此標章即代表「在地、合法、永續」。

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解題技巧

1. 架構層次分明：申論大題務必採用「一、二、三、（一）（二）」分項分點作答，切忌寫成無分段的單篇長文。

核心觀念

本題測驗林產學中「木材物理學」之熱學性質（Thermal properties of wood）。核心考點包括：

1. 熱力學三大物性定義：比熱（Specific heat, $c$）、熱傳導率（Thermal conductivity, $k$ 或 $\lambda$）、熱擴散率（Thermal diffusivity, $\alpha$）。
2. 傳熱控制方程式與物理定律：比熱容量關係式 $Q = m c \Delta T$、一維穩態熱傳導之傅立葉定律（Fourier's Law of Heat Conduction）以及非穩態熱傳導方程式。
3. 多孔性生質材料的微觀結構與密度關聯機制：木材係由「木材實質」（Cell wall substance）與「細胞腔（孔隙中的空氣）」構成之複合多孔材料，木材密度（氣乾密度或全乾密度）直接決定了實質與孔隙的體積分率，進而主導熱傳導與熱擴散之宏觀表現。

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解題方法

本題屬標準結構化名詞比較與推導型申論題，作答時採「三階段架構法」逐項展開：

1. 定義界定：以嚴謹的物理熱力學定義切入，說明能量傳遞或儲存之本質。
2. 公式推導與因次單位標註：明確寫出控制方程式，定義所有符號參數，並標註法定國際單位制（SI 單位）與工程常用單位。
3. 密度影響之機理解釋：

• 比熱為「質量基準（Mass basis）」物性，著重分析木材化學成分實質之特性。
• 熱傳導率受「實質與空氣導熱能力落差」控制，著重分析孔隙率與密度的關係。
• 熱擴散率為「熱傳導率與容積熱容量」之比值，透過複合關係式推導密度對擴散速率之淨效應。

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選項分析（申論題各命題子項深度剖析）

本題為高普考申論題型，題幹要求針對三項特性之「定義」、「公式與單位」及「對密度之影響」進行論述，各子項要點評析如下：

一、比熱（Specific heat, $c$）

1. 定義： 使單位質量（$1\ \text{kg}$ 或 $1\ \text{g}$）的木材，溫度升高 $1\ \text{K}$（或 $1\ ^\circ\text{C}$）所吸收或釋放的熱量。它表徵木材單位質量之儲熱能力。
2. 公式與單位： $c = \frac{Q}{m \cdot \Delta T}$

• $Q$：吸收或放出的熱量，單位為焦耳（$\text{J}$）。
• $m$：木材試體質量，單位為公斤（$\text{kg}$）。
• $\Delta T$：溫度變化量，單位為克耳文（$\text{K}$）或攝氏度（$^\circ\text{C}$）。
• 使用單位：SI 單位為 $\text{J}/(\text{kg}\cdot\text{K})$；公制常用單位為 $\text{cal}/(\text{g}\cdot^\circ\text{C})$。

3. 對密度之影響：

• 比熱與木材密度幾乎無關。木材全乾時之實質化學成分（纖維素、半纖維素、木質素）在各樹種間基本相同，故單位質量的絕乾木材比熱極為恆定（$20\ ^\circ\text{C}$ 時絕乾木材比熱約為 $1.26 \sim 1.38\ \text{kJ}/(\text{kg}\cdot\text{K})$），不論輕質材或重質材，比熱數值無顯著差異。
• 注意區分：若以「容積熱容量」（Volumetric heat capacity, $C_v = \rho \cdot c$）而論，則隨密度呈正比增加，但以質量為基準之比熱本體不受密度影響；影響比熱之主要因子為「溫度」與「含水率」。

二、熱傳導率（Thermal conductivity, $k$ 或 $\lambda$）

1. 定義： 單位厚度的木材材料，當兩側存在單位溫度梯度時，於單位時間內垂直穿透單位受熱面積所傳導的熱量。它表徵材料傳導熱能的速率能力。
2. 公式與單位： 依據傅立葉熱傳導定律（Fourier's Law），一維穩態熱傳導式為： $q = -k \frac{dT}{dx} \implies k = \frac{Q \cdot L}{A \cdot \Delta T \cdot \Delta t}$

• $Q/\Delta t$：熱流速率（熱功率），單位為瓦特（$\text{W}$）。
• $L$：材料厚度（熱傳方向距離），單位為公尺（$\text{m}$）。
• $A$：垂直於熱流方向之傳熱面積，單位為平方公尺（$\text{m}^2$）。
• $\Delta T$：兩端之溫度差，單位為克耳文（$\text{K}$）或攝氏度（$^\circ\text{C}$）。
• 使用單位：SI 單位為 $\text{W}/(\text{m}\cdot\text{K})$ 或 $\text{J}/(\text{m}\cdot\text{s}\cdot\text{K})$；工程單位為 $\text{kcal}/(\text{m}\cdot\text{h}\cdot^\circ\text{C})$。

3. 對密度之影響：

• 熱傳導率隨木材密度增加而呈顯著正相關（近乎線性遞增）。
• 機制：木材是多孔性物質，細胞壁實質的熱傳導率（約 $0.42\ \text{W}/(\text{m}\cdot\text{K})$）遠大於細胞腔內靜止空氣之熱傳導率（約 $0.026\ \text{W}/(\text{m}\cdot\text{K})$）。高密度木材細胞壁厚、孔隙率低，空氣層少，傳熱途徑中高導熱實質所佔比例高，故熱傳導率隨密度上升而直線增加（例如 MacLean 經驗方程式所示，$k \propto \text{Specific gravity}$）。

三、熱擴散率（Thermal diffusivity, $\alpha$）

1. 定義： 指材料在受熱或冷卻的非穩態傳熱過程中，內部溫度趨於均勻或溫度變化波前傳播快慢的物性指標。物理意義為「材料導熱能力（$k$）」與「材料儲熱能力（容積熱容量 $\rho \cdot c$）」的比值。

核心觀念

本題評量考生對於**木材異向性（Anisotropic properties）的理解，以及現代工程木質材料（Engineered Wood Products, EWP）**如何透過重組與膠合工藝克服天然缺陷並改善材料均質性的專業知識。

1. 木材異向性本質：天然木材在縱向（Longitudinal, L）、徑向（Radial, R）及弦向（Tangential, T）之乾縮濕脹係數與力學強度差異懸殊（通常抗拉/抗彎強度 $L \gg R \approx T$；乾縮率弦向：徑向：縱向約為 $10 : 5 : 1$）。
2. 直交式集成板材（Cross-laminated timber, CLT）：以厚度約 $15\sim50\text{ mm}$ 之製材板（Lamella）為主體，將相鄰層木理方向互呈 $90^\circ$ 直交疊合膠壓而成之大尺寸厚板材，藉由「直交配向」互相拘束乾縮濕脹，使二維平面內雙向皆具備高強度與尺寸穩定性。
3. 單板層積材（Laminated veneer lumber, LVL）：以旋切厚單板（Veneer，厚度約 $2.5\sim5.0\text{ mm}$）為構成單元，各層木理大致**平行（Parallel）**於長度方向積層膠合而成之桿件材，主要用途為承受單向高軸向應力。

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解題方法

本題為標準的申論型兩段式考題，作答策略採取**「扣緊異向性破題 $\rightarrow$ 工藝流程模組化 $\rightarrow$ 結構化對比矩陣」**：

1. CLT 製造工序：依木材加工學之生產線標準流程，以「原料準備 $\rightarrow$ 構件加工 $\rightarrow$ 塗膠組裝 $\rightarrow$ 加壓固化 $\rightarrow$ 後段精整」為邏輯軸線展開，並具體點出各階段之加工參數（如含水率、膠黏劑種類、排列層數），展現技術細節。
2. CLT 與 LVL 異同比較：先歸納兩者身為工程木材的共同本質（分散天然缺陷、改善變異性、預製綠建材），再以「構成單元」、「木理配列方式」、「異向性改善程度（二維面材 vs. 一維桿件）」及「主要結構應用」等四大向度切入對比。

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選項分析

本題為高考三級申論題，並非選擇題。試卷評分核心依題意拆解為兩個子題任務，閱卷給分點與解析重點如下：

• 子題任務一：說明直交式集成板材（CLT）之製造工序
• 必須清楚交代各加工階段順序，特別是「人工乾燥控制含水率」、「指接接長」、「直交配向排列（$90^\circ$）」與「面壓/側壓加壓膠合」等關鍵工藝，不可跳步或僅寫概括性字眼。
• 子題任務二：比較直交式集成板材（CLT）與單板層積材（LVL）之異同
• 相同點：須著重兩者同屬利用膠合技術重組木材、有效分散節疤與裂縫等缺陷、提高容許應力與可靠度的結構工程材。
• 相異點：關鍵失分點在於是否清楚指出「CLT 是實木板材直交層積（面材）」而「LVL 是旋切單板平行層積（桿件材）」，以及由此衍生之二維平面尺寸穩定性與單向軸向強度的差異。

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解題技巧

1. 工序記憶口訣：「選 $\rightarrow$ 乾 $\rightarrow$ 刨 $\rightarrow$ 接 $\rightarrow$ 塗 $\rightarrow$ 壓 $\rightarrow$ 切 $\rightarrow$ 驗」。答題時條列化並加粗關鍵字，能迅速吸引閱卷委員給分。
2. 易混淆工程木材辨析：

• CLT：製材板（Lamella）＋ 直交（$90^\circ$ 積層）$\rightarrow$ 二維厚板面材（牆、樓板）。
• 膠合集成材（Glulam）：製材板（Lamella）＋ 平行積層 $\rightarrow$ 一維大斷面桿件（樑、柱）。
• LVL：單板（Veneer）＋ 平行積層 $\rightarrow$ 一維桿件（樑、桁架）。
• 結構合板（Plywood）：單板（Veneer）＋ 直交積層 $\rightarrow$ 二維薄板面材。

3. 首尾呼應「異向性」：作答 CLT 製造與比較時，務必緊扣前言之「木材異向性」，說明 CLT 藉由 $90^\circ$ 直交有效抵銷橫向乾縮與橫向力學強度不足之缺陷。

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【答案】

一、木材異向性與直交式集成板材（CLT）之製造工序

天然木材具有非均質與異向性（Anisotropy），其沿木理之縱向抗拉、抗壓強度顯著優於橫向，且橫向（徑向、弦向）乾縮濕脹率遠高於縱向。

核心觀念

本題聚焦於「木質纖維素生質物（Lignocellulosic Biomass）」在循環經濟與綠色能源領域的應用，核心在於整合林產化學、木材物理加工與生質能源工程之概念。

1. 木質生物質來源與種類：跳脫「原木」思維，強調全材利用（Whole-tree utilization）與廢棄物循環利用，依原料產出生命週期（撫育伐採、加工製造、消費端回收、特約能源林）進行分類，並連結其化學組成（纖維素、半纖維素、木質素）。
2. 生質能源轉換技術途徑：涵蓋將低能量密度、形體不均勻的木材，透過「物理緻密成型」、「熱化學轉換」及「生物化學轉換」三大核心工程技術，轉化為固態、液態或氣態能源之可行路徑。

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解題方法

本題為標準的雙子題申論架構（配分通常為 20～25 分），宜採階層化論述：

1. 第一部分：來源與種類（佔 40% 分數）

• 採「產業鏈生命週期」切入：森林生產階段 $\rightarrow$ 一次與二次加工階段 $\rightarrow$ 使用端回收階段 $\rightarrow$ 專用能源林。
• 補充「化學結構視角」分類（纖維素、半纖維素、木質素），展現林產學本科專業深度。

2. 第二部分：可行性轉換技術（佔 60% 分數）

• 依熱力學與化學反應原理分類為：物理緻密化、熱化學法（直接燃燒、氣化、熱裂解、焙燒）、生化轉化法（木質纖維素水解發酵）。
• 每個技術皆須點出「操作環境條件」、「產物形式」與「實際可行性／工業成熟度」。

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選項分析（申論題評分要點分析）

本題為公務人員高等考試之申論題型，無選項。閱卷評分要點與答題構面分析如下：

• 子題一：木材生物質來源與種類（給分要點）
• 是否清楚區分「採伐殘材」、「製材副產物」、「廢棄木材」與「短輪伐期能源林」等實質來源（完整涵蓋得基本分 8～10 分）。
• 若能進一步點出黑液（造紙副產物）或以化學組成（纖維素、木質素比率影響熱值與轉化路徑）作種類區分，為拉開分數之關鍵。
• 子題二：可行性生質能源轉換技術（給分要點）
• 熱化學技術為核心（直接燃燒發電、氣化製合成氣、快速熱裂解製生質油、焙燒技術），需精準說明反應氣氛（氧化、缺氧、無氧）與溫度區間。
• 物理緻密化（木質顆粒 Pellet）不可遺漏，此為目前國際貿易與工業利用成熟度最高的固態燃料。
• 生化技術需強調「第二代生質燃料（木質纖維素乙醇）」面臨的酵素水解與前處理挑戰，不可誤答為第一代糧食發酵。

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解題技巧

1. 名詞英漢並列：閱卷委員極重視專有名詞精準度，如：木質顆粒（Wood Pellets）、木質生質油（Bio-oil）、合成氣（Syngas）、焙燒／半碳化（Torrefaction）、氣化（Gasification）、熱裂解（Pyrolysis）。
2. 分類架構化：避免平鋪直敘寫散文，善用「物理法、熱化學法、生化法」三維分類框架，層次分明。
3. 避免常見陷阱：

• 勿只寫傳統的「砍柴生火」或「燒木炭」，必須闡述現代化生質能轉換技術與發電利用。
• 說明生質酒精時，務必強調木材屬於「第二代生質酒精原料」，需先突破木質素包裹障礙（前處理與酵素水解），切忌與甘蔗或玉米澱粉的一代技術混為一談。

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【答案】

壹、木材作為生物質（Biomass）之來源與種類

現今林產與綠色能源領域所稱之木質生物質（Lignocellulosic Biomass），主要源自林業經營、木材加工及民生使用後之副產物與廢棄物，其來源與種類可歸納為以下四大類：

一、森林經營與伐採剩餘物（Forest Residues）

1. 森林撫育殘材：在人工林經營過程中，為改善林木品質與林分密度所進行的疏伐（Thinning）、修枝（Pruning）產出之小徑木、彎曲木與枝條。
2. 採伐作業剩餘物：伐木作業後遺留於林地內之樹皮、枝梢材、樹根、被害木及梢頭截斷廢料。

二、木材加工副產物與殘屑（Industrial Wood Residues / Secondary Residues）

1. 固態木質殘料：一次製材廠、合板廠、家具廠產出之邊皮材（Slabs）、截頭（Offcuts）、端材與單板碎料。
2. 粒狀與細粉副產物：鋸切作業產出之木屑（Sawdust）、切削刨削產出之刨花（Shavings）及砂磨產出之砂光粉（Sanding dust）。
3. 化學製漿黑液（Black Liquor）：紙漿蒸煮廢液，內含大量溶解之木質素與半纖維素分解物，為造紙廠自廠熱電共生之重要液態生物質能源。

三、回收廢棄木質材料（Urban Wood Waste / Post-consumer Wood）

1. 營建與拆除建築廢棄木材（Demolition wood）、汰換之木棧板（Pallets）、廢棄木箱及舊家具。
2. 都市景觀綠美化與行道樹修剪產生之修剪枝條與落葉殘枝。