114 公務人員升官等薦任 水利工程 營建管理與工程材料 考古題詳解

114 年・公務人員升官等・薦任・水利工程
試題代碼 營建管理與工程材料

第 一 題40 分

某專案工程活動關係如下表所示,請依此繪製與計算:

活動前置活動工期(日)
A—3
BA5
CA4
DB、C6
EC2
FD、E3

(一) 請繪製本專案之箭線圖(Activity-on-Arrow Diagram),並標示節點間邏輯關係。(10 分)

(二) 計算各活動的最早開始時間、最早完成時間、最晚開始時間、最晚完成時間、專案總工期,並求出該專案的浮時與關鍵路徑。(15 分)

(三) 若下列活動可透過加班或增加資源以縮短工期,並產生相對應的成本變化,假設專案期望將總工期壓縮至 15 日,應採取何種活動壓縮策略最具成本效益。(15 分)

活動原工期(日)最短工期(日)每縮短 1 日增加成本(萬元)
C4310
D6415

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核心觀念

本題考驗箭線圖(Activity-on-Arrow, AOA)的邏輯表示、要徑法(CPM)的時間參數計算,以及在指定完工期限下的最低成本趕工。

AOA 以箭線表示活動、節點表示事件。活動必須在其所有前置活動完成後才能開始。若需表示活動間的邏輯關係,可用虛作業連接事件節點;虛作業工期為 00,不消耗時間與成本。

對活動 i→ji\to j,其工期為 dijd_{ij}:

ES=最早開始時間,EF=ES+dij,LF=最晚完成時間,LS=LF−dij,TF=LS−ES=LF−EF.\begin{aligned} ES &= \text{最早開始時間}, & EF &= ES+d_{ij},\\ LF &= \text{最晚完成時間}, & LS &= LF-d_{ij},\\ TF &= LS-ES=LF-EF. \end{aligned}

節點最早時間採順推計算,節點最晚時間採逆推計算。總浮時 TF=0TF=0 的活動為關鍵活動,連成的路徑為關鍵路徑。

解題方法

(一)箭線圖

下圖以 XX 表示虛作業,工期為 00。事件節點編號可依拓樸順序配置:

(1) ──A(3)──> (2)
 ├──B(5)──> (3) ──D(6)──> (5) ──F(3)──> (6)
 │ ▲
 └──C(4)──> (4) ──X(0)────┘
 └──E(2)──────────────> (5)

節點 (3)(3) 與 (4)(4) 均須完成,才能開始 DD;因此以虛作業 XX 將 CC 的完成事件連至 DD 的起點 (5)(5)。同時,EE 由 CC 完成後開始,並於 (5)(5) 與 DD 匯合,再開始 FF。故 FF 必須等 DD 與 EE 都完成。

(二)活動時間、浮時與關鍵路徑

先做順推,計算各節點最早事件時間:

節點最早時間 EE計算
10起始事件
230+30+3
383+53+5
473+43+4
514max⁡(8+6, 7+0, 7+2)=14\max(8+6,\ 7+0,\ 7+2)=14
61714+314+3

再由終點逆推節點最晚事件時間:

節點最晚時間 LL計算
617終點最晚時間等於專案工期
51417−317-3
47min⁡(14−0, 14−2)=7\min(14-0,\ 14-2)=7
3814−614-6
23min⁡(8−5, 7−4)=3\min(8-5,\ 7-4)=3
103−33-3

活動最早、最晚時間及總浮時如下。活動 DD 的起點事件須等節點 (3)(3) 和 (4)(4) 都發生;其事件時間為兩者取大值,而本例恰為 88。

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第 二 題30 分

針對某都市道路拓寬工程,請回答以下問題:

(一) 請說明本工程最重要的三項前期作業。(15 分)

(二) 請指出本工程最可能面臨的兩項主要風險,並扼要說明其關鍵應對措施。(15 分)

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核心觀念

都市道路拓寬不是單純增加路面寬度,而是牽涉土地取得、既有管線、交通維持、周邊建物及公共設施介面的整合工程。前期作業的目的,是在發包施工前確認「工程做不做得成、用地與管線能否配合、施工期間如何維持通行」,以降低變更設計、工期延誤與民眾陳情風險。

本題未提供道路現況、拓寬範圍及工址條件,以下以一般都市道路拓寬工程為前提作答。涉及法規時,以命題當年(民國 114 年)法規為準。

解題方法

依都市道路拓寬的主要限制,將前期作業歸納為三項:調查與規劃設計、用地取得及拆遷協調、管線調查遷移與交通維持規劃。風險則從拓寬工程最常見、且足以左右進度與施工安全的因素切入:用地與管線介面風險及施工期間交通與公共安全風險。

(一)最重要的三項前期作業

1. 現況調查、可行性評估與基本設計

先確認道路現況及拓寬後的工程條件,包括地形測量、道路及路口幾何、地質與地下水、既有排水系統、周邊建物出入口、公共設施、交通量與行人動線等。另須盤點都市計畫道路線形、道路用地範圍及相關計畫,以確認拓寬範圍與工程目標相符。

依調查結果進行方案比較及基本設計,確定道路寬度、車道與人行空間配置、路口改善方式、排水與照明等設施,並初估工程經費、工期及施工分期。若現況資料不完整,施工後容易發生設計變更、數量增加或地下障礙物未納入等問題。

2. 用地取得、地上物拆遷及利害關係人協調

確認拓寬所需土地範圍,逐筆釐清土地權屬、使用狀況及地上物,盤點私有土地、建物、圍牆、招牌、出入口等受影響項目,並安排用地取得、補償、拆遷及遷移時程。

土地取得應依相關規定辦理協議價購及必要的徵收程序,並及早與土地所有權人、住戶、店家及地方單位溝通,協調施工界面與出入替代方案。都市道路拓寬常受用地未交付或拆遷協調延遲影響;若未先掌握可施工範圍,工程即使完成發包,也可能無法依計畫開工或連續施工。

3. 地下管線調查、遷移協調與交通維持規劃

彙整自來水、污水、雨水、電力、電信、瓦斯及其他地下管線資料,會同管線事業單位確認位置、深度、材質、使用狀況及遷移需求。圖資須配合現地探查或試挖核對,釐清管線遷移設計、權責分工、施工順序、經費及時程,避免開挖後才發現衝突。

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第 三 題30 分

根據內政部建築研究所報告,建築全生命週期的溫室氣體排放包含「使用碳排(Operational Carbon)」及「蘊含碳排(Embodied Carbon)」兩部分,而依據 2022 年國際能源署(International Energy Agency, IEA)的最新研究顯示,全球溫室氣體排放,建築部門約占 37%。

(一) 請說明「建築碳足跡」、「使用碳排」與「蘊含碳排」的定義。(15 分)

(二) 請以全生命週期觀點與參考下表,說明建築工程常見工程材料「鋼筋」、「混凝土」與「水泥」之蘊含碳排量特性。(15 分)

係數名稱碳足跡數值宣告單位政府部門/公司名稱公告年份
鋼筋0.66公斤(kg)環境部2015
水泥(不分型號)0.907公斤(kg)公路總局蘇花公路改善工程處2017
混凝土(210 kgf/cm2210\ \mathrm{kgf/cm^2})310立方公尺(m3^3)公路總局西部濱海公路南區臨時工程處2019

備註:假設乾燥狀態下普通混凝土密度在 2000 kg/m32000\ \mathrm{kg/m^3} 至 2800 kg/m32800\ \mathrm{kg/m^3} 之間。

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核心觀念

本題考查建築全生命週期碳排的分類,以及如何辨讀不同建材碳足跡係數的宣告單位。建築碳排分為使用階段的「使用碳排」與建材及工程活動所造成的「蘊含碳排」;兩者合計才是建築全生命週期碳足跡。

碳足跡通常以二氧化碳當量(CO2e\mathrm{CO_2e})表示,將各種溫室氣體依其全球暖化潛勢換算後加總。計算結果須同時交代評估標的、生命週期範圍及功能或宣告單位,否則不同數值不能直接比較。

(一)三項定義

建築碳足跡:在明確的評估範圍與期間內,建築物於全生命週期各階段所產生的溫室氣體排放總量,以CO2e\mathrm{CO_2e}表示。依本題分類,可寫為:

建築全生命週期碳足跡=使用碳排+蘊含碳排\text{建築全生命週期碳足跡} = \text{使用碳排} + \text{蘊含碳排}

使用碳排(Operational Carbon, OC):建築物使用階段,因運轉及使用所需能源或資源而產生的碳排,例如空調、照明、電梯、熱水及其他設備用電,以及相關燃料使用所造成的排放。評估時須說明採用的使用期間與能源排放係數。

蘊含碳排(Embodied Carbon, EC):建築物生命週期中,除使用階段能源運轉排放以外,由材料及工程活動所造成的碳排。常見範圍包括原料取得、建材製造與運輸、工地施工、更新修繕、拆除及廢棄處理等階段。鋼筋、水泥與混凝土的製造排放,均屬蘊含碳排的重要來源。

題幹所述建築部門約占全球溫室氣體排放量37%37\%,表示建築減碳須同時處理營運能源與建材、施工等蘊含排放。

(二)鋼筋、混凝土與水泥的蘊含碳排特性

**解題方法:先看單位,再換成可比較的基準。**表中鋼筋與水泥以公斤為宣告單位,混凝土則以立方公尺為宣告單位。若要比較每公斤材料的碳足跡,須以混凝土密度將每立方公尺數值換算成每公斤數值。

1. 鋼筋

表列鋼筋係數為0.66 kg CO2e/kg0.66\ \mathrm{kg\ CO_2e/kg},即每使用1 kg1\ \mathrm{kg}鋼筋,對應約0.66 kg CO2e0.66\ \mathrm{kg\ CO_2e}的碳足跡。鋼筋的蘊含碳排來自原料取得、煉製、軋製及運輸等生命週期活動;工程用量大時,累積排放亦顯著。

2. 水泥

表列水泥係數為0.907 kg CO2e/kg0.907\ \mathrm{kg\ CO_2e/kg},即每使用1 kg1\ \mathrm{kg}水泥,對應約0.907 kg CO2e0.907\ \mathrm{kg\ CO_2e}。水泥熟料製造涉及燃料燃燒及石灰石煅燒等過程,因此單位質量碳足跡高。此係數標示為「不分型號」,不能直接代表所有水泥產品在不同製程、配比或廠商條件下均有相同排放。

3. 混凝土

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