111 高普考高考三級 航海技術 船藝學 考古題詳解

核心觀念

本題測驗船舶**初穩度（Initial Stability）與平衡狀態（Equilibrium Status）**之判定準則，為《船藝學》與《船舶操縱》中最基礎且必考的核心考點。

1. 基本點定義：

• 重心（Center of Gravity, $G$）：船舶各部結構與裝載物總重力之作用集中點，重力 $W$ 垂直向下作用於此。
• 浮心（Center of Buoyancy, $B$）：船舶排開水體之體積幾何中心，亦即浮力 $\Delta$ 垂直向上作用之點。船舶橫傾時，浮心沿橫向移動至新位置 $B_1$。
• 橫定傾中心（Transverse Metacenter, $M$）：船舶在微小橫傾角（通常 $\theta \le 10^\circ \sim 15^\circ$）下，傾斜後浮力之垂直作用線與船舶初始對稱中線（Centerline, CL）之交點。

2. 核心力學公式：

• 定傾中心高（Metacentric Height, $GM$）： $GM = KM - KG$ （其中 $KM$ 為基線至定傾中心距，$KG$ 為基線至重心距）
• 復原力臂（Righting Lever, $GZ$）： $GZ = GM \sin\theta$
• 復原力矩（Righting Moment, $M_R$）： $M_R = \Delta \times GZ = \Delta \times GM \sin\theta$ （$\Delta$ 為排水量，重力與浮力大小相等：$W = \Delta$）

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解題方法

本題為圖示與說明並重之申論題。解題切入點為：先定義微小橫傾（$\theta$）下重力與浮力形成的力偶性質，再藉由 $M$ 與 $G$ 的垂直相對位置判定 $GM$ 之正負，進而區分三種平衡狀態。

考生在應試卷面上作圖時，應畫出船舶橫傾剖面、中線（CL）、傾斜前後水線以及 $M$、$G$、$B$、$B_1$ 之標記與力線方向。

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一、穩定平衡（Stable Equilibrium）

• 相對位置關係： 定傾中心 $M$ 位於重心 $G$ 之上方，即 $KM > KG$。
• 數值特性： $GM > 0 \quad (\text{正定傾中心高}), \quad GZ > 0$
• 力學機制說明： 當船舶受外力微傾 $\theta$ 角時，浮心外移至 $B_1$。自 $B_1$ 向上之浮力線與中線相交於 $M$（在 $G$ 之上方）。向下之重力（過 $G$）與向上之浮力（過 $B_1$）形成一抵抗傾斜之復原力矩（Righting Moment），此力矩使船舶在外力消失後自動回復至正浮狀態。

【圖示：穩定平衡 (GM > 0)】
 中線 (CL)
 ▲
 │
 ┼ M (定傾中心)
 ╱│
 ╱ │
 ╱ ┼ G (重心) ───[Z] 
 ╱ │ │
 ╱ │ │ W ↓ (重力)
 ╱ ┼ B (原浮心) 
 ╱ │
 ┼ B1 │
 │ 
 ▲ Δ (浮力)
 (浮力線通過 M，在 G 上方，產生反向復原力矩 ↺)

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二、隨遇平衡（Neutral Equilibrium / Indifferent Equilibrium）

• 相對位置關係： 定傾中心 $M$ 與重心 $G$ 重合於同一點，即 $KM = KG$。
• 數值特性： $GM = 0, \quad GZ = 0$
• 力學機制說明： 當船舶受外力微傾 $\theta$ 角時，浮心雖外移至 $B_1$，但其垂直浮力作用線恰好通過重心 $G$（因 $M$ 與 $G$ 重合）。重力與浮力作用在同一直線上，兩者作用線間距 $GZ = 0$，既不產生復原力矩，亦不產生傾覆力矩。當外力消失後，船舶不會回復正浮，也不會繼續傾覆，而是停留在傾斜後的新傾角位置。

核心觀念

本題考查航海技術與船舶構造的核心基礎——船舶甲板（Decks）的命名與分類系統。 甲板是鋪設在船體骨架上的鋼板層，具備分隔空間、承受縱向強度與橫向水壓、以及防止水密失效等多重功能。依據國內外船藝學規範與航政法規（如《國際載重線公約》、我國《船舶安全法》及《船舶設備規則》等），甲板依其「所在部位（Position/Location）」劃分時，與依「功能（Function）」或「強度（Strength）」劃分有所不同。命題核心在於考生能否以主船體內部縱剖面與**上層建築（Superstructure）／甲板室（Deckhouse）**之空間相對位置，精確標定各層甲板的標準中英文名稱，並透過清晰的縱剖面示意圖表達船體空間幾何架構。

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解題方法

本題為標準的「繪圖說明題」，閱卷評分重心為圖文對照與分類層次：

1. 繪圖切入點：繪製一幅典型三島式（Three-island vessel）或現代商船的「縱剖面輪廓示意圖（Inboard Profile Schematic）」，圖中必須由下而上、由首至尾清楚標註各甲板基準線。
2. 說明架構切入點：甲板依所在部位應分為兩大系統論述：

• 主船體內部甲板（Main Hull Decks）：由最上層全通甲板依垂直順序向下分布（如：上甲板、中甲板／第二甲板、下甲板／第三甲板、平台甲板、內底板）。
• 上層建築與甲板室甲板（Superstructure and Deckhouse Decks）：分布於主甲板之上的局部甲板，包含船首、船尾及船舯各層甲板（如：艏艛甲板、艉艛甲板、橋樓甲板、艇甲板、駕駛甲板、羅經甲板）。

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選項分析

本題為國家考試高考三級之申論題，非選擇題，故無個別選項。評分重點在於考生對以下各部位甲板定義之完整度與精確度：

甲板部位名稱（中／英）	所在空間位置與特徵	評分關鍵點
上甲板（Upper Deck）	船體最頂層貫通首尾之最高一層全通甲板。	標註為計算乾舷之基準與水密主屏障。
第二甲板（Second Deck / 'Tween Deck）	上甲板下方第一層貫通或部分貫通的下層甲板。	亦稱中甲板或間甲板，用於垂直分隔貨艙。
第三甲板（Third Deck / Lower Deck）	第二甲板下方的連續甲板。	多見於大型雜貨船或客船深層艙區。
平台甲板（Platform Deck）	局部鋪設、未貫通全船之水平甲板。	位於機艙或首尾尖艙內部，不計入船體總縱強度。
內底板（Inner Bottom / Tank Top）	雙層底頂部的鋼板層（最底層甲板）。	隔絕雙層底油水艙，承受貨艙載重。
艏艛甲板（Forecastle Deck）	船首部上層建築頂部的甲板。	設置錨泊、繫泊絞纜機具之工作面。
艉艛甲板（Poop Deck）	船尾部上層建築頂部的甲板。	尾部繫泊作業與舵機房上方平台。
橋樓甲板（Bridge Deck）	船舯上層建築最底層頂部甲板。	連接住艙區與甲板室之基座。
艇甲板（Boat Deck）	吊掛與放置救生艇（Lifeboat）之甲板。	位於居住艙區外側或上方，屬重要應急逃生甲板。
駕駛甲板（Navigation Bridge Deck）	設置駕駛台（Wheelhouse）與海圖室之甲板。	操船瞭望與航儀操作核心部位。
羅經甲板（Compass Deck / Flying Bridge）	駕駛台頂部之最高一層露天甲板。	安置標準磁羅經、雷達天線、信號燈桅。

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解題技巧

1. 圖形比例與標籤線：答題紙上作圖不要求工程級等比例，但必須具備「船首、船尾、船舯甲板室」基本輪廓。標籤線一律使用引出線水平引至兩側，避免字跡混在圖線內。
2. 命名階梯記憶法：

• 垂直方向（主船體）：內底板 $\to$ 平台甲板 $\to$ 第三甲板 $\to$ 第二甲板 $\to$ 上甲板。
• 上層結構（甲板室由下至上）：主甲板 $\to$ 橋樓甲板 $\to$ 艇甲板 $\to$ 駕駛甲板 $\to$ 羅經甲板。

3. 避免混淆陷阱：

• 切勿將「乾舷甲板（Freeboard Deck）」、「量噸甲板（Tonnage Deck）」、「強度甲板（Strength Deck）」直接作為主答案，這三者是依「法定計算與結構功能」劃分，而非純依「所在部位」劃分。答題時可附帶提及：「上甲板在多數商船同時兼具乾舷甲板與強度甲板之功能」，展現專業廣度。

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【答案】

船舶甲板（Ship Decks）依其在船體之所在部位（Position），主要可劃分為「主船體內部甲板」與「上層建築及甲板室部位甲板」兩大類別。

一、船舶甲板所在部位縱剖面示意圖

核心觀念

本題測驗航海技術類科《船藝學》中船舶操舵設備（Steering Gear System）的構造原理、系統分類及工程實務特性。核心範疇涵蓋：

1. 舵機之功能與分類標準：依驅動能源（動力源）與舵機致動機構（Actuator）之機械運作原理進行系統劃分。
2. 力學與空間特性：不同舵機在傳遞舵扭矩（Steering Torque, $T = F \times r$）、承受舵桿橫向剪力與彎矩、機械容積效率及舵機房空間配置上的差異。
3. 國際公約與法規要求：國際海上人命安全公約（SOLAS）第 II-1 章第 29 條及我國《船舶設備規則》（以命題當年民國 111 年法規為準）對於主舵機（Main Steering Gear）與輔助舵機（Auxiliary Steering Gear）在轉舵速率（滿載全速由一舷 $35^\circ$ 轉至另一舷 $30^\circ$ 需於 28 秒內完成）、雙套動力系統備援之適應性。

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解題方法

本題屬申論題型，答題切入點應兼具「宏觀廣度」與「主流深度」：

1. 第一層次（動力型式劃分）：先提綱挈領說明舵機按驅動能源之演進與種類（手動、純電動機械式、電液舵機），確立現代遠洋商船以「電動液壓舵機（Electro-Hydraulic Steering Gear）」為核心之背景。
2. 第二層次（致動結構劃分）：針對現代商船普遍裝設之電液舵機，深入聚焦於兩大主流型式——「往復柱塞式（Ram Type）」與「轉葉式（Rotary Vane Type）」。
3. 第三層次（優劣點對比）：自「結構可靠度與維護性」、「受力力學特性與扭矩輸出」、「體積重量與空間佔用」、「耐衝擊與油品清潔要求」四個維度，系統化進行優缺點對照分析。

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選項分析

本題為申論申述題，非選擇題。試卷評分標準與結構拆解指標如下：

• 項目一：舵機分類完整度（佔分約 40%）： 若僅答出「電動舵機、液壓舵機」等動力分類，僅能獲基本分；必須進一步指出商船實務致動核心為「往復柱塞式」與「轉葉式」，方符合高考三級專業水準。
• 項目二：優缺點剖析之專業深度（佔分約 60%）： 評分著重於工程實務細節，如：柱塞式之橫向側向推力、高壓油封外漏易檢修；轉葉式之純扭矩無側推力、內漏難查、油品清潔度高度敏感等關鍵論點。

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解題技巧

1. 對比記憶架構：

• 柱塞式：體積大、重、不怕輕微油髒、外漏好修、大舵角力矩下降。
• 轉葉式：體積小、輕、極怕油髒、內漏難抓、全舵角力矩恆定、舵桿只受純扭矩。

2. 常見作答陷阱：

• 避免混淆「操舵控制傳遞機構（Telemotor / 追隨機構）」與「致動舵機本體（Steering Gear）」。
• 避免僅泛稱「油壓舵機很好、機械舵機很差」，應以船舶工程術語精確指稱「容積效率」、「液壓衝擊」、「舵桿彎矩」。

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【答案】

一、船用舵機之種類

船用舵機主要有以下兩種分類維度：

1. 依驅動動力與傳動方式分類：

• 手動舵機（Hand Steering Gear）：利用人力透過滑輪、鏈條或小容量液壓手動泵轉向，僅適用於小型艇筏或作為應急輔助備用。
• 純電動機械式舵機（Electric Mechanical Steering Gear）：電動機經減速齒輪箱帶動扇形齒輪（Quadrant）或蝸輪蝸桿推動舵柄，多見於中小型沿海船舶或內河船。

核心觀念

本題屬於船藝學與船舶穩度中典型的**箱形船破艙浸水（Bilging of a Compartment）**計算題，主要測驗以下核心觀念與定義：

1. 浮力損失法（Lost Buoyancy Method）： 當船體艙間破裂浸水後，該浸水部分不再提供浮力。原先由該空間所提供的浮力，必須藉由船舶剩餘之完整水線面面積下沉，排開同等體積的水量來補償，船體整體重量保持不變。
2. 浸透性／浸透率（Permeability, $\mu$）： 指艙間內部扣除貨物或結構物實體體積後，實際能容納進水之空間比例。

• 題目給定浸透性 $\mu = 40\% = 0.4$。
• 浸水之有效水線面面積即為該艙間面積乘上 $\mu$。

3. 平行下沉量（Parallel Sinkage, $\delta d$）： 若不計縱傾（題目未指定艙間之縱向位置，依國考命題慣例求其增加之平均吃水），增加之吃水公式為： $\delta d = \frac{v}{A_w'}$

• $v$：浸水艙在原吃水線以下損失之浮力體積（$\text{m}^3$）。
• $A_w'$：船舶剩餘之完整水線面面積（$\text{m}^2$）。

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解題方法

本題箱形船全寬為 $B = 12\text{ m}$，長 $L = 100\text{ m}$，深 $D = 6\text{ m}$，原吃水 $d_1 = 3\text{ m}$。浸水艙長 $l = 15\text{ m}$（艙寬與船寬同為 $12\text{ m}$），浸透率 $\mu = 0.4$。

採用浮力損失法逐步推導：

步驟一：計算損失之浮力體積（$v$）

浸水艙間在原吃水線以下，進水所取代的有效浮力體積為： $v = l \times B \times d_1 \times \mu$ $v = 15 \times 12 \times 3 \times 0.4 = 216\text{ m}^3$

步驟二：計算剩餘有效水線面面積（$A_w'$）

1. 船舶原始完整水線面面積（$A_w$）： $A_w = L \times B = 100 \times 12 = 1200\text{ m}^2$
2. 浸水艙間之有效進水水線面面積（$a$）： $a = l \times B \times \mu = 15 \times 12 \times 0.4 = 72\text{ m}^2$
3. 剩餘完整水線面面積（$A_w'$）：