111 高普考高考三級 交通技術 運輸工程 考古題詳解

核心觀念

本題出自民國 111 年高考三級交通技術類科《運輸工程》，為公路路線幾何設計與施工規劃中最經典的申論題型。考查的核心觀念包含：

1. 土方工程經濟性與環境永續：公路工程經費中，土石方開挖、運搬、回填與處置占極大比例。土方平衡旨在使挖方（Cut）與填方（Fill）在考量工程特性後達到數量相當，以極小化棄土與借土成本。
2. 土石方體積計算公式：

• 平均斷面法（Average End Area Method）： $V = \frac{A_1 + A_2}{2} \times L$
• 稜柱體公式（Prismoidal Formula）： $V = \frac{L}{6}(A_1 + 4A_m + A_2)$

3. 土壤體積變化率（Swell and Shrinkage）： 土壤具有原狀土（Bank）、鬆散土（Loose）與壓實土（Compacted）三種狀態。挖方夯壓至路堤填方時會產生體積縮小現象，計算時必須導入**收縮率（Shrinkage Factor, $S$）**進行修正： $V_{\text{挖, 等效}} = \frac{V_{\text{填}}}{1 - S}$
4. 土積圖（Mass Diagram / Mass Haul Diagram）： 利用連續里程之代數累積土方量曲線與「平衡線（Balance Line）」進行土方縱向調配分析，以求得最佳挖填平衡點與最小運費。

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解題方法

本題為「原因說明」搭配「程序推導」的兩段式申論題，解題切入點應分為兩大主軸：

1. 第一部分：為何力求土方平衡 應由巨觀至微觀，從「工程成本」、「環境保育與水保」、「外圍交通衝擊」、「施工效率與風險」四個維度條列切入，論理完整且層次分明。
2. 第二部分：土方平衡之計算步驟 不可僅寫出公式，必須交代完整的工程作業程序：

• 橫斷面面積求算（幾何分塊或坐標法）。
• 相鄰樁號間土方體積計算（平均斷面法與稜柱體修正）。
• 土壤脹縮特性折算（將填方體積折算為等效挖方體積）。
• 繪製土積圖並運用平衡線調配（利用圖解法決定經濟運距、借土區與棄土區）。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題。考生作答時應採結構化條列式陳述，嚴禁寫成無分段的長篇散文；段落需標上清晰序號（一、二、（一）、（二）），關鍵公式與土積圖原理務必完整呈現。

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解題技巧

1. 避免致命疏漏——土壤收縮率：許多考生計算土方平衡時直接假設「挖方量 = 填方量」，這在工程實務上是大忌。務必點出「1 立方公尺的天然挖方，壓實後體積會縮小（通常縮小約 10%～20%）」，因此必須經收縮係數折算後才可比較。
2. 答題加分關鍵——土積圖性質：

• 曲線向上代表「挖方路段」；曲線向下代表「填方路段」；曲線頂點為「由挖轉填之反曲點」；底點為「由填轉挖之轉折點」。
• 水平線（平衡線）與曲線之兩交點間，其挖方量與填方量完全平衡。

3. 引入經濟運距概念：說明若縱向調配運距超過「經濟運距極限（Limit of Economical Haul, LEH）」，縱向運土費用高於就近「棄土＋借土」之費用時，則不宜強求全線縱向平衡，應劃分工區平衡。

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【答案】

一、公路設計力求土方平衡之原因

公路定線在縱坡與高程設計時，力求使全線或各工區之有效挖方量等於填方需求量，其主要原因如下：

1. 大幅降低工程造價（經濟效益） 土石方開挖、載運與填築費用在公路總造價中占比極高。若土方達到平衡，可直接將挖方路段之土石就地縱向調配作為相鄰路堤之填方，能極小化外購「借土（Borrow）」與向外運處置「棄土（Waste）」之費用。

核心觀念

本題考查《運輸工程》中「軌道工程與場站規劃」之核心基礎，涉及鐵路與大眾捷運系統車站的月臺（Platform）幾何配置、運轉特性與站區旅運動線設計。 依據我國《鐵路修建守則》（以命題當年民國 111 年法規標準為準）及《大眾捷運系統工程設計規範》，月臺為供旅客上下車、候車及轉乘之土木結構與營運介面。月臺之幾何配置直接影響：

1. 軌道線形與進出站行車速率（如分岔線形對道岔與速限的影響）。
2. 車站結構體開挖尺寸與工程造價。
3. 旅客動線服務水準（LOS）與停站時間（Dwell Time, $T_d$）。
4. 營運調度彈性（如待避、折返與越行能力）。

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解題方法

本題為經典申論題，切入點應以「月臺與軌道之相對幾何配置」為分類主軸，由最基礎之形式逐步延伸至高運量及特殊營運需求之形式。論述架構應具備系統性：

1. 建立分類體系：涵蓋五大主要型式——「島式月臺（Island Platform）」、「側式／岸式月臺（Side Platform）」、「混合式月臺（Combined Platform）」、「西班牙式月臺（Spanish Solution）」與「港灣式／終端式月臺（Bay / Terminal Platform）」。
2. 多維度剖析優缺點：各型式均應從「工程與用地成本」、「旅客動線與轉乘便利性」、「站務與機電設備配置」、「行車調度與運能影響」等四個工程專業維度進行對比。
3. 彙整比較：以系統化之比較表歸納各型式之關鍵特性，展現答題結構之完整度。

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選項分析

本題為高普考申論題，非選擇題，無固定選項。評閱重點在於考生對各型式特徵與適用情境剖析之精準度：

1. 島式月臺剖析：

• 特徵：月臺置於中央，兩側為上下行軌道。
• 核心邏輯：尖峰具互補性、設備集中節省成本，但軌道進出站需向外展延（S彎線形），不利通過線高速行駛。

2. 側式月臺剖析：

• 特徵：軌道置於中央，月臺分別置於兩側。
• 核心邏輯：軌道平直有利直通高速行車、施工斷面規則，但所有站務與無障礙設備需建置兩套，換向需上下立體動線。

3. 混合式月臺剖析：

• 特徵：如「一島一側（2面3線或2面4線）」配置。
• 核心邏輯：專為待避、始發折返設計，調度靈活度最高，惟站體龐大、造價高。

4. 西班牙式月臺剖析：

• 特徵：一軌兩側均有月臺（上車與下車分流）。
• 核心邏輯：大幅縮短列車停站時間 $T_d$ 並提升路線最小班距（Headway）之運能，但耗費極大地下空間與兩側車門控制機構。

5. 港灣式月臺剖析：

• 特徵：路線終端止衝，月臺三面或側面包覆。
• 核心邏輯：平面無障礙進出站極佳，但列車無法貫通運轉，須折返推拉，區間運能受限。

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解題技巧

1. 構圖思維與關鍵字標註：作答時可用簡潔文字方塊標示各型式之剖面或平面關係（如：[軌]-[臺]-[軌]），並點出專業關鍵詞：如「停站時間（Dwell Time）」、「待避運轉」、「跨月臺轉乘（Cross-Platform Interchange）」、「線形彎折」、「機電設備重複率」。
2. 四面向檢驗法：說明優缺點時，切忌只泛泛寫「方便」或「不方便」，務必緊扣四大面向：

• 營運調度（待避、折返、班距）
• 旅客服務（動線衝突、換向、無障礙）
• 工程土建（用地面積、隧道/明挖斷面、線形）
• 經濟成本（垂直動線設備數量、站務人力）

3. 常見失分陷阱：

• 遺漏「西班牙式」或「港灣式」月臺，僅回答島式與側式，導致內容不完整而失分。
• 優缺點描述顛倒（例如誤將側式月臺寫為有利換向）。

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【答案】

軌道車站月臺（Platform）為提供旅客安全候車、上下車之核心介面。依月臺與軌道之相對平面配置，常見型式及其優缺點論述如下：

一、島式月臺（Island Platform）

• 配置特徵：一座月臺夾於兩股正線軌道中間，軌道在兩側，月臺在中央（配置形式：軌道－月臺－軌道）。
• 優點：

1. 站務與服務設備共用：電梯、電扶梯、樓梯、候車椅、站務設施及資訊顯示系統均可集中配置於中央月臺，節省初期設備投資與日後維護成本。
2. 乘客換向方便：搭錯方向或臨時變更行程之旅客，可在同月臺直接轉身換乘相反方向列車，不需上下樓層穿越天橋或地下道。
3. 尖峰容量互補：上下行方向之晨昏尖峰客流通常相反，島式月臺可彈性調配月臺表面積，整體月臺總寬度需求較雙側式為小。
4. 有利於跨月臺轉乘：於多線交會站可配置為平行雙島式，提供同方向「跨月臺轉乘」（Cross-platform interchange）。

• 缺點：

核心觀念

本題評量機場工程中「跑道系統幾何配置與規劃設計」之核心知能，法源與技術規範以命題當年（民國 111 年）交通部民用航空局《民用機場設計暨運作規範》及國際民航組織（ICAO）《Annex 14: Aerodromes》為基準。本題涵蓋四大核心範疇：

1. 配置位置（Runway Configuration & Separation）：

• 跑道型態選擇（平行跑道、交叉跑道或 V 型跑道）。
• 平行跑道中心線間距（Centerline Separation）要求：區分非獨立平行儀器進場（Dependent Parallel Approaches，至少 $915\text{ m}$）、獨立平行儀器進場（Independent Parallel Approaches，至少 $1,035\text{ m}$，若無精密跑道監視雷達 PRM 則需 $1,310\text{ m}$）及獨立平行離場（Independent Parallel Departures，至少 $760\text{ m}$）。
• 空側與陸側設施佈設（航廈區、滑行道系統與空側淨空限制）。

2. 方位（Runway Orientation）：

• 風向與風速統計：利用「風玫瑰圖」（Wind Rose Analysis）計算風向涵蓋率（Wind Coverage）。依規範，主要跑道可用率（Usability Factor）不得低於 $95\%$。
• 基準機型側風限制：機場基準代字為 3 或 4 時，最大允許側風分量（Maximum Crosswind Component）為 $20\text{ knots}$（約 $10.5\text{ m/s}$）。
• 空域整合：平行既有跑道以維持現行終端管制區（TMA）、標準儀器離場（SID）與進場（STAR）航線之一致性。

3. 長度（Runway Length）：

• 設計基準機型（Critical Aircraft）之飛機基準起降場長（Airplane Reference Field Length, ARFL）。
• 標準長度之環境三要素連續修正公式：
• 海拔高度修正（Elevation Correction）：每高於平均海平面 $300\text{ m}$，長度增加 $7\%$。
• 參考溫度修正（Temperature Correction）：每高於標準大氣溫度 $1^\circ\text{C}$，長度再增加 $1\%$。
• 有效坡度修正（Effective Runway Slope Correction）：跑道最大與最小標高差除以總長所得之有效坡度，每增 $1\%$，長度增加 $10\%$。

4. 編號方法（Runway Designation）：

• 以跑道著陸方向之「磁方位角」（Magnetic Azimuth）除以 10，四捨五入取二位數。
• 雙平行跑道以進場方向視角由左至右分別冠以 "L"（Left）與 "R"（Right）；三條平行跑道則冠以 "L"、"C"（Center）、"R"；四條以上平行跑道則以臨近整數度數分組編號。

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解題方法

本題為國家考試高分必備的「申論型系統設計題」。作答切入點必須從「法規標準」結合「桃園國際機場既有物理條件與長程運作需求」，按題意所列四項要點依序鋪陳：

1. 配置位置規劃：

• 空間佈設：桃機既有北跑道（原 05L/23R）與南跑道（原 05R/23L）間距約 $1,470\text{ m}$。第三跑道配置於既有北跑道北側，採「寬距近平行跑道」配置。
• 間距設計：第三跑道與北跑道中心線距離規劃約 $1,080\text{ m}$，大於 ICAO 獨立平行進場之最低間距標準（$1,035\text{ m}$），賦予空管實施「獨立平行離到場」的完全作業彈性。
• 動線配置：跑道間預留空間設置衛星廊廳、維修棚廠與雙向環抱式滑行道系統，減少航機穿越運作跑道（Runway Incursion）之風險。

2. 方位規劃：

• 風向條件：根據桃機全年氣象觀測風玫瑰圖，盛行風向為東北風（冬季東北季風）與西南風（夏季西南氣流），既有跑道之方位即已滿足 $\ge 95\%$ 的可用率。
• 幾何方位：第三跑道方位必須與既有兩條跑道完全「平行」，採磁方位約 $053^\circ - 233^\circ$ 配置，以共享空域走廊並避免三條跑道起降航跡交錯。

3. 長度規劃：

• 基準機型考量：桃機屬 ICAO 代字 4F 等級機場，第三跑道定位為能容納 B777-300ER、A350-1000 及 A380-800 等長程重型客貨機在最大起飛重量（MTOW）下滿載直飛起飛。
• 修正推導：
• 機場海平面基準長度需求約 $3,300\text{ m}\sim 3,600\text{ m}$。
• 考慮桃機參考標高（Elevation 約 $32\text{ m}$）、夏季月平均最高溫（參考溫度約 $33^\circ\text{C}$）及有效坡度之修正：

核心觀念

本題考查「綠色港口（Green Port）」與「國家淨零排放策略在海運／港灣工程之實踐」。考生需掌握港埠碳排放結構（範疇一：直接排放、範疇二：能源間接排放、範疇三：其他間接排放），並結合重大政策架構進行系統性申論。

• 政策與法規依據：
• 本題以命題當年（民國 111 年）國發會發布之「臺灣 2050 淨零排放路徑及策略」與交通部「運具電動化及無碳化」關鍵戰略、臺灣港務股份有限公司綠色港口政策為準。（註：民國 112 年《氣候變遷因應法》已正式公布施行並將 2050 淨零排放目標入法，現行法規已更加完備，惟解題架構仍以命題當年政策藍圖為核心）。
• 關鍵工程與管理技術：
• 岸電系統（Onshore Power Supply, OPS / Cold Ironing）：船舶靠泊期間熄火接用陸電，減少輔機燃油燃燒。
• 船舶減速（Vessel Speed Reduction, VSR）：於進港管制區（如 20 浬內）降速，大幅降低燃油消耗與排放。
• 裝卸機具電氣化／無碳化：門式起重機油轉電（E-RTG）、全電動跨載機與場內拖車。
• 替代能源加注設施（Bunkering）：液化天然氣（LNG）、綠色甲醇（Methanol）、氫/氨（Hydrogen/Ammonia）等低碳與零碳燃料基礎設施。
• 綠能與智慧微電網：港區太陽光電、風電開發，結合儲能系統（BESS）與智慧能源管理系統（EMS）。

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解題方法

本題為標準的政策與工程實務結合之申論題。解題切入點應避免空泛論述，建議採取「排放源盤查 $\rightarrow$ 短中長期路徑規劃 $\rightarrow$ 關鍵推動構面 $\rightarrow$ 整合效益」之工程邏輯開展：

1. 破題界定目標：點出我國國際商港（基隆、臺北、臺中、高雄、花蓮、蘇澳、安平）呼應國際海事組織（IMO）溫室氣體減排戰略與國家 2050 淨零路徑之定位。
2. 多維度開展路徑：以港口營運活動之四大核心面向（船舶、機具、能源、管理）切入，層次分明。
3. 分階段設定里程碑：

• 近期（2025 年）：擴建高低壓岸電、推動機具油轉電、布設港區屋頂太陽光電。
• 中期（2030 年）：港區公務與拖車全面電動化、建立低碳替代燃料加注示範點、打造智慧能源管理系統。
• 長期（2050 年）：全面使用無碳能源、建立零碳船舶加注生態系、港區完全碳中和。

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選項分析（申論評析重點）

本題為申論題，閱卷重點在於各面向減碳措施之技術可行性與完整性，評析要點如下：

1. 船舶端（外來最大排放源）：

• 傳統作法僅依賴港勤減速，無法解決靠泊高污染問題；淨零路徑必須主打「高壓岸電（針對貨櫃船及郵輪）」與「低壓岸電（針對散雜貨船及公務船）」，搭配港費減免誘因，才能實質降低靠泊期間排放。

2. 場站與機具端（港區直接排放源）：

• 堆場傳統柴油 RTG 排放量大，改採「軌道式門式起重機（RMG）」或「油轉電（E-RTG）」技術純熟且成效顯著；水平運輸車輛（拖車、AGV）則循電動化與氫燃料電池技術逐步汰換。

3. 港區能源供給端（電力與加注設施）：

• 若外購電力仍為高碳燃煤發電，岸電減碳效益將大打折扣；路徑必須結合「港區自發綠電（太陽能、風能）」與「微電網儲能」，並前瞻布局未來國際零碳船用燃料（如綠氫、綠氨、綠色甲醇）之加注碼頭。

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解題技巧

1. 審題關鍵字聯想：看到「淨零路徑」，答題必須具備「時程階段（短／中／長期）」與「工程指標（量化或具體設備）」，避免寫成一般環境保護口號。
2. 記憶口訣——「船、機、電、能、智」：

• 船：船舶降速、岸電設備（OPS）。
• 機：裝卸機具電氣化（E-RTG）、無碳化運具。
• 電：港區再生能源開發（光電、離岸風電運維基地）。
• 能：替代燃料（LNG/氨/氫）儲運加注體系。
• 智：智慧港口管理平台（智慧水電、交通預約管制）。

3. 扣分陷阱：