工程實務工程實務工程實務工程實務

● 半固態瀝青膠泥之黏度試驗特性 吳武雄、陳裕新

● 再生、石膠泥、排水性瀝青混凝土配合設計概述及其 CNLA 認證作業 廖學水、陳裕新

● 中鋼轉爐石使用於鋪面結構研究之初期成效探討 房性中

● 台灣地區鋪面工程之現況問題探討與展望 廖學水、房性中

● 美國 NIH 實驗室設計說明 林金波、彭貴釗、

洪至讀

● 都市計畫公共設施用地多目標使用之申辦－以台中車站站區空間多目

標使用為例

陳國光 、林宏儒

● 國立大學學生宿舍 BOT 首例 － 中正大學第三期學生宿舍民間參與興

建經營招商案

林芳清、羅文貞

● 地方政府社會福利設施委外經營案例─桃園縣婦女館民間參與營運招

商案

蕭孟玫

● 高雄捷運消防水系統設計共用泵浦組之探討─以 O 10 車站為例 鄭紹材、林文華

● 洪氾區劃設圖資需求與精度分析之研究 張哲豪、謝奇峰

● 利用 CHAMP GPS 資料決定衛星軌道及地球重力模型 黃金維、許淑珍

● 潛盾隧道工法常見問答集 -6 隧道施工之建物保護 陳福勝、李魁士、

林摩西

● 鋪面平坦度檢測標準之探討 周家蓓、李怡萱

● 冰凍工法之設計與施工(上) 陳福勝、何泰源

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摘摘摘摘 要要要要

瀝青膠泥應用於工程範疇上作為瀝青混合料的黏結材料，迄今已歷時數千年，最早可追溯至公元

前 3800 年的美索不達米亞(Mesopotamia)第一次利用天然瀝青的膠結特性作為建築石料的黏結材

料，其間多以天然瀝青為主，直到 1900 年以後，由於石油煉油技術的逐漸成熟並高度發展，石

油瀝青便大量的使用於鋪面材料上。

瀝青膠泥的種類繁多，「黏度」係現階段國際上用以作為瀝青膠泥等級分類的主要標準單位之一，

舉凡天然瀝青、石油瀝青與近年來為因應道路鋪面功能性質需求而研發產製的改質瀝青，以及美

國聯邦公路局 (FHWA)費時數年發展之超級鋪面(Superpave)，其所採用瀝青分類等級 P-G Grade

等，基本上皆是以黏度為分類基準，不同的黏度代表不同等級的瀝青膠泥，在工程實務應用上，

其黏度及溫度的關係與瀝青膠泥的各項工作性質指標息息相關，深切影響瀝青與瀝青混合料在設

計、生產、施工及品質管制的各項作為。

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壹壹壹壹、、、、前言前言前言前言

瀝青膠泥為黏彈性材料，同時具有黏滯性與彈性的雙重特徵，在高溫狀態下，瀝青膠泥的行為幾

乎為一黏滯性的流體，呈現如機油一般；在低溫時，則仿若固體，於彈性範圍內施加減荷重會恢

復原來的形狀。瀝青膠泥的黏度除作為等級分類的基準外，亦決定瀝青混合料在生產拌和、鋪築

與滾壓的作業條件，黏度大者，需要較高的溫度以維持工作性，反之，則溫度需求較低。

瀝青膠泥的黏度種類包含黏度、動黏度、視黏度度等，以前二者較常使用於工程實務上，其定義

及單位如下：

一、黏度：係指流體對變形或內摩擦力的阻抗，以剪應力對剪應變速率的比值表示之，

單位為 dyne．s/cm2，即 poise；國際單位 SI 制為 Pa．s，單位為 N．s/m

2，相等於 10 poise

或 1000 cp。

二、動黏度：係指流體黏度與密度的比值，為測定流體在重力狀態下流動之阻抗力，單

位為 cm2/s，即 st；國際單位 SI 制為 m

2/s，實際應用以 mm

2/s 較普遍，即 cst，1cst=10

-2st。

以往求取此二種瀝青膠泥黏度所採用的試驗方法，主要是依據 ASTM D2170 與 ASTM D2171，

AASHTO T201 與 T202 等試驗法，乃使用包含 Connon-Manning，Asphalt Institute，Modified Koppers，

Connon-Fenske，Zeitfuchs Cross-Arm，Lantz-Zeitfuchs 等不同型式的毛細管，以定壓真空抽氣及重

力流動的方式測定瀝青膠泥在不同溫度的黏度或動黏度，諸多關於瀝青工程的書籍或工程規範，

皆是引用此等試驗法以求取黏度，惟此等試驗法在試驗過程中要求的溫控精度條件為試驗溫度

±0.03℃，溫控條件極為嚴苛，一般的儀器設備甚難符合，加以毛細管管徑細小，通過管徑的樣

品量會因瀝青膠泥種類而使代表性產生差異，其試驗為固定速率性質，並不適合且不利於黏度與

剪應變率相關的改質瀝青之黏度量測，再則，毛細管乃玻璃材質、易碎且單支價格不斐，於試驗

完成後清洗不易等因素，因而國內目前應用此等方法進行瀝青黏度試驗的試驗單位仍屬少數。

黏度既是指流體對變形或內摩擦力的阻抗，以剪應力對剪應變速率的比值表示之，且顧及改質瀝

青材料的發展日新月異，再生瀝青混合料(Reclaimed Asphalt Pavement，RAP)之萃取瀝青(Extracted

Asphalt)的應用，使剪應變率對黏度正確性的影響已達不可忽視的程度，現階段包含瀝青工程書

籍或工程規範已漸次轉而採用美國 Brookfield 旋轉黏度儀、以旋轉方式求取瀝青黏度，相關的試

驗法主要為 ASTM D4402 及 CNS 14186，本儀器因具備可調整的轉速，能因應不同特質的瀝青膠

泥在剪應變率的影響，黏度高、低者皆可適用。本文亦將以試驗法為試驗基準，探討瀝青膠泥的

黏度試驗特性。

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貳貳貳貳、、、、瀝青膠泥黏度特性瀝青膠泥黏度特性瀝青膠泥黏度特性瀝青膠泥黏度特性

瀝青膠泥為溫感性材料，包含黏度在內的各種性質皆與溫度狀態相關，當瀝青膠泥加熱至高溫狀

態時會產生流體行為，按流體中牛頓流體與非牛頓流體及其相關的定義：

一、牛頓流體(Newtonian Liquid)：流體受到剪力時，不同的剪應力或剪應變率作用下，

具有相同的黏度者，即剪應變速率與剪應力具有固定比例關係之流體稱為牛頓流體。

二、非牛頓流體(Non-Newtonian Liquid)：流體受到剪力時，不同的剪應力或剪應變率

作用下，具有不同的黏度者，即剪應變速率與剪應力不成固定比例關係之流體稱為非牛

頓流體。

三、剪應變速率(ShearRate，SR)：流體中間層相對於其它層的速率，量測表示單位為

1/秒 (即 sec-1)。

四、剪應力(Shear Stress，SS)：剪力運動時單位面積所產生的阻抗力，國際單位 SI

制為 Pascal，cgs 單位為 dynes/cm2。

一般的石油瀝青膠泥在 60℃時的狀態已接近牛頓流體，但仍會展現出非牛頓流體的行為，其黏

度仍受到試驗過程之剪應變率的影響，同一瀝青樣品在某特定溫度下、量測黏度值時若施以不同

的剪應變率，會得到不同結果的黏度值，當瀝青膠泥黏度愈高，或如改質瀝青等材料相位不同的

瀝青，剪應變率的影響愈明顯，反之，當瀝青黏度較低，如一般的石油瀝青 AC-10、AC-20 等，

剪應變率的影響則較輕微。以旋轉黏度儀試驗分析說明，將剪應力(SS)及剪應變率(SR)取對數

(log)，分別為 Y 軸及 X 軸，線性迴歸出試驗結果的直線關係：

logSS = C × logSR + K (式 2.1)

式中之 C 值稱為流體指數(Flow Index)，當 C 值等於 1.0 時，表示流體為牛頓流體；若 C 值小於

1.0，表示流體為假塑性流體(Pseudoplastic)；若 C 質大於 1.0，表示流體為膨脹性流體(Dilatant)，

對 60℃狀態的一般的石油瀝青膠泥而言，大部分仍界於假塑性流體與牛頓流體，其 C 值約界於

0.8 至 1.0 間。而改質瀝青或某些特殊的瀝青材料，則可能為假塑性流體，亦可能為膨脹性流體，

需視其產製時的添加物為何。

K 為截距，為 logSR 等於 0 時對應之 logSS，亦即 SR = 1.0 對應的 logSS，黏度值即為 10K，由此

關係可知黏度值的量測是要排除剪應變率的影響，於測試過程中，若能採用固定的剪應變率或藉

某些量測手段使剪應變率成為一定值或近似定值，則可排除或將剪應變率影響降至最小、得到正

確的黏度值。

國內現行使用的瀝青膠泥，包含道路與機場鋪面，在石油瀝青方面主要為 AC-10、AC-20、AC-30、

AR-4000、AR-8000 等，黏度值界於 1,000～8,000 poises，在改質瀝青方面則以 CNS 14184 之聚合

物改質瀝青Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型為主，黏度值約在 4,500～20,000 poises，近年來部分專業廠商汲取日本

技術與經驗、發展出更高黏度的改質瀝青(約可達 200,000 poises 以上)，惟並未大量使用於道路鋪

面。石油瀝青與改質瀝青在黏度性質上展現不同的特質，如前述，黏度愈高者，受剪應變率的影

響也愈大，且當黏度值使用目的不同時，欲排除剪應變率影響所採取的量測手段亦有差異，因此，

量測這些不同瀝青膠泥的黏度值，除需視其黏度規格及樣品產製特性外，黏度值的使用目的亦是

決定量測手段的共同因素。

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參參參參、、、、BrookfieldBrookfieldBrookfieldBrookfield 旋轉黏度儀簡介旋轉黏度儀簡介旋轉黏度儀簡介旋轉黏度儀簡介

Brookfield 旋轉黏度儀是配合加熱控制系統將瀝青膠泥樣品控溫至所需的試驗溫度範圍內，以轉

子(Geometry 或 Spindle)浸入特定試管容器內的瀝青膠泥樣品中，藉旋轉對瀝青膠泥產生一剪應變

率，此旋轉產生的阻抗經由扭力(Torque)換算成剪應力，再計算出該轉速下的黏度值。在有效扭

力值區間的條件下，藉由調整轉子轉速(rpm)，能產生不同的剪應變率及對應的剪應力，對於不

同的瀝青膠泥，可搭配施以不同的量測手段，達到量測目的。

國內已有多數試驗單位使用本儀器進行瀝青黏度試驗，尤以改質瀝青的量測為甚，現階段為配合

資源回收再利用而全力推廣的再生瀝青混凝土，其 RAP 萃取瀝青的黏度與混合後瀝青的黏度目

標值，皆指定採用本儀器依 ASTM D4402 或 CNS 14186 試驗法進行試驗，做為工程品管的依據，

致瀝青相關廠商與試驗單位均紛紛購置，普及度日漸提高。

Brookfield 旋轉黏度儀常用的轉子型號主要為 SC-18 至 SC-31，每一個轉子的黏度量測範圍與旋轉

黏度儀的型號相關，目前的量測範圍已可達 250,000 poises 以上。較之前述採用毛細管的黏度試

驗，基本上具有下列優點：

一、儀器之操作方便、容易。

二、溫度控制僅需試驗溫度±1.0℃，一般的加熱控制條件均可達到。

三、校正查驗作業與試驗程序相同，易於進行。

四、剪應變率可視瀝青膠泥種類調整，以契合材料特性。

五、使用的樣品量較多，結果較具代表性。

六、試驗完成後較易於清洗善後

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肆肆肆肆、、、、黏度試驗要件黏度試驗要件黏度試驗要件黏度試驗要件

瀝青膠泥黏度試驗要件包含樣品處理，不同樣品特性與試驗目的之試驗操作等，茲予分述如下：

一一一一、、、、樣品處理樣品處理樣品處理樣品處理

瀝青膠泥為溫感性材料，當與空氣接觸後，空氣中的氧就和瀝青膠泥產生氧化作用，其內含成份

由飽和成份→芳香族→樹脂類漸次轉化為較脆硬的瀝青精，且降低各成份的相容性，尤其在高溫

狀態下的老化作用至為明顯，當溫度超過 200℉(93.3℃)，每提高 25℉(13.9℃)老化速率便增為

約 2倍，因此 300℉(148.9℃)狀態下之老化速率為 275℉(135℃)的 2倍；325℉(162.8℃)狀態

下之老化速率為 275℉(135℃)的 4倍。基於此，瀝青膠泥的加熱處理除應避免產生局部過熱的

情況外，在加熱時間與加熱溫度均須予以適當的限制，防止在樣品處理過程中過度老化，損及樣

品的代表性。

(一)樣品加熱過程應時時攪拌樣品，且加熱至樣品能達到流體狀態、順利倒入試樣容器即

可，加熱時間應控制在 60 分鐘以內完成。

(二)加熱溫度不得大於樣品預期軟化點溫度+90℃。以國內使用的石油瀝青而言，軟化點

約為 40～50℃，加熱溫度須以 130～140℃為限；而改質瀝青因種類繁多且與改質的

方式有關，加熱溫度自 140～240℃皆有之，仍應依其種類訂定。

(三)若改質瀝青係屬於以添加物進行瀝青性質改質者，於加熱、攪拌、倒取試樣時，尚

應注意不可產生添加物與瀝青材料相位分離的情形，導致樣品處理不具代表性。

二二二二、、、、試驗操作試驗操作試驗操作試驗操作

黏度值既受到剪應變率影響，在量測過程中即應設法將此影響程度去除或降低至最小，按美國策

略性公路研究計畫(Strategic Highway Research Program，SHRP)之研究報告 SHRP-A-369 與

SHRP-A-370 研究結果顯示，當轉子轉速所產生的扭力值位於有效扭力值區間內、且接近有效扭

力值區間之上限時，剪應變率的變化較近似於定值，對黏度測試結果的影響最小，因此，在試驗

操作方面，配合瀝青膠泥樣品的特性、試驗目的，選擇適合的黏度範圍的轉子、控制並施以轉速

條件，即能將剪應變率的影響藉量測手段去除或降低至最小。

(一)試驗目的僅為求取某一特定溫度的黏度值

1.在轉子的選擇及轉速的設定上，應使測試過程產生的扭力值儘量趨近有效扭力區間的

上限；同一個型號的轉子，若採用較高的轉速所產生的扭力值仍未超過規定上限時，則

應以較高轉速進行測試。

2.扭力值低於有效扭力值區間時，可嘗試提高轉速；若仍無法明顯提昇扭力值，表示選

用的轉子型號的黏度適用範圍過高，應改用黏度適用範圍較低的轉子型號。反之亦然。

(二)試驗目的係為求取瀝青膠泥的拌和與夯壓溫度瀝青膠泥的拌和溫度與夯壓溫度定義為當瀝

青膠泥的動黏度分別等於 170±20cst 與 280±30cst 時的溫度條件，於諸多文獻或規範（如美國瀝

青學會之 AI MS-2 及 ASTM D2493 等）皆採黏度－溫度的半對數圖以繪製黏度－溫度關係線，求

取拌和與夯壓溫度，惟不同的瀝青膠泥在測試其黏度值時，需要有不同的量測手段。

1.瀝青膠泥為石油瀝青石油瀝青的材質條件較改質瀝青單純，要降低剪應變率對黏度值

的影響較為容易，當轉速提高使產生的扭力值接近有效扭力值區間時，其黏度值趨於穩

定的情形較改質瀝青明顯且穩定(例如圖 4.1)，因此可選定數個特定溫度，按前述(一)

方式分別求取其黏度值，再繪製黏度－溫度的半對數圖繪製黏度－溫度關係線，求取拌

和與夯壓溫度(例如圖 4.2)。

圖圖圖圖 1 1 1 1 石油瀝青黏度與轉速關係石油瀝青黏度與轉速關係石油瀝青黏度與轉速關係石油瀝青黏度與轉速關係((((例例例例) ) ) )

圖圖圖圖 2 2 2 2 黏度黏度黏度黏度－－－－溫度關係求取拌和與夯壓溫度溫度關係求取拌和與夯壓溫度溫度關係求取拌和與夯壓溫度溫度關係求取拌和與夯壓溫度((((例例例例))))

2.瀝青膠泥為改質瀝青

改質瀝青因材質因素，其黏度受剪應變率的影響較為顯著，因此在求取其黏度值時，需

採用不同於石油瀝青的量測手段，降低剪應變率的影響，獲致的黏度值方得以用於繪製

黏度－溫度關係線，求取拌和與夯壓溫度。以下以文及圖例方式說明採用之量測手段：

(1)視改質瀝青黏度值高低的特性，設定一起始的試驗溫度(例如圖 4.3 之Ⅰ℃)，先以

較低的轉速直接測定並記錄其產生的黏度值與對應的剪應變率，而後約以 5～20 rpm 的

轉速增量，分別續量測 4～5 次黏度值與剪應變率的對應關係。

(2)繪製此溫度狀態下的黏度值與剪應變率之半對數關係曲線。

(3)再以 15～20℃的溫度增量，設定二個不同的試驗溫度(例如圖 4.3 之Ⅱ℃及Ⅲ℃)，

依前述(1)求取並繪製此二溫度狀態下的黏度值與剪應變率之半對數關係曲線。

圖圖圖圖 3 3 3 3 黏度與剪應變率關係黏度與剪應變率關係黏度與剪應變率關係黏度與剪應變率關係((((例例例例) ) ) )

(4)於黏度值與剪應變率關係曲線較為平緩處繪製一直線，與三個關係曲線相交(例如圖

4.4 之 A、B、C)，意即在扭力值較大、較穩定的情形下採固定剪應變率。

圖圖圖圖 4 4 4 4 選定固定剪應變速率選定固定剪應變速率選定固定剪應變速率選定固定剪應變速率((((例例例例) ) ) )

(5)於繪製此相交三點之黏度值與溫度的半對數關係線(例如圖 4.5)，求取拌和及夯壓溫

度。

3.旋轉黏度儀測得並顯示的黏度值單位為 cP 或 poise，而求取拌和及夯壓溫度時應用的

黏度－溫度半對數圖之黏度的單位是動黏度 cst，因此應用上必須先予以單位轉換。

圖圖圖圖 5 5 5 5 繪製黏度繪製黏度繪製黏度繪製黏度－－－－溫度關係求取拌和與夯壓溫度溫度關係求取拌和與夯壓溫度溫度關係求取拌和與夯壓溫度溫度關係求取拌和與夯壓溫度((((例例例例))))

Tx 之動黏度(cst) =

Tx 之黏度(poises)

×100

[1 – 0.00061×(Tx - 25)]×Gb ( 25℃ )

(式 4.1)

式中 Tx = 試驗溫度(℃)

0.00061 = 瀝青膠泥之體積膨脹係數(/℃)

Gb ( 25℃ ) = 瀝青膠泥於 25℃ 時的比重值

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伍伍伍伍、、、、注意事項與結論注意事項與結論注意事項與結論注意事項與結論

一、嚴格而言，瀝青膠泥仍屬於非牛頓流體範疇，黏度值並非其絕對的性質，但可以反應此流體

在特定量測系統中的行為模式，因此必須認知到以此方法量測求得的黏度結果，在實務應用上有

其侷限條件，並不能完全預測該流體應用於工地現場時的行為模式。

二、 Brookfield 旋轉黏度儀的正確性乃藉標準矽油進行校正查驗，此標準矽油視為本儀器設備的

參考物質，是目前追溯驗證的唯一方式，除須定期進行校正查驗外，當儀器的垂直度或線性關係

發生重現性的疑慮時，皆應再予驗證確認，以獲致正確得結果。

三、瀝青膠泥為溫感性材料，各項性質與溫度及時間密切相關，進行樣品處理時須注意加熱溫度

及時間的控制，避免不當的處理過程損及樣品特性。

四、對同一瀝青膠泥樣品而言，於同一特定溫度狀態下，若取黏度適用範圍內的不同型號轉子分

別進行測試，獲得的結果亦須符合校正查驗的誤差限制條件，如不然，表示旋轉黏度儀的線性關

係已偏離，應予調校處理。

五、調高轉速時，應注意不可僅為提昇扭力值而將轉速調整太高，使樣品液面旋轉太快產生過深

的漩渦，致轉子與樣品的接觸面改變，獲得的非正確狀態的黏度值。

六、改質瀝青的性質與一般石油瀝青具有諸多的差異，不易求取其拌和與夯壓溫度，試驗人員需

累積經驗、謹慎為之，方能熟悉應對。

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摘摘摘摘 要要要要

為因應日益增加的交通量及台灣地區氣候環境因素，加以砂石等天然資源短絀需回收再利用之環

保要求，國內道路鋪面近年來遂汲取國外之研究發展經驗，導入石膠泥瀝青混凝土（ SMA）、

排水性瀝青混凝土與再生瀝青混凝土等三種瀝青混合料的使用觀念，期能提高道路鋪面的品質，

達到各項功能性與環保的要求，再加上傳統上使用的密級配，在承載條件上則幾乎已完整包括國

內現階段於柔性道路鋪面結構所使用的瀝青混凝土材料。

瀝青混凝土配合設計是瀝青混凝土材料於工程應用的前端條件，係將其組成材料訂定某一適當的

混合比例，藉拌和得到的瀝青混合料性質能符合相關準則或施工規範的要求，作為生產控制的依

據，重要性不言可喻，本司材料試驗部本於道路鋪面工程的應用需求及試驗的專業性與公正性，

已陸續建立各種瀝青混凝土配合設計作業的服務能量，且基於「標準化」的要求及「公共工程施

工品質管理作業要點」的規定，辦理申請「中華民國實驗室認證體系（ CNLA）」之認證，並

已獲得認證通過。

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壹壹壹壹、、、、前言前言前言前言

國內由於經濟快速發展，交通量日益增加，加以台灣地區屬於高溫多雨的氣候特性，使得傳統密

級配的道路鋪面呈現功能負荷的窘境，服務品質快速遞減，而石膠泥瀝青混凝土於組成架構上的

不同思維，可提供重交通量較佳的抵抗能力，排水性瀝青混凝土的多孔隙設計，在潮濕天候狀況

下，可確保路面的抗滑力並降低水漂現象，增益行車安全。公共工程施工綱要規範第 02743 章

與第 02797 章皆以專章納入此二種瀝青混凝土材料的各項組成及施工規範；包含高速公路在內，

近幾年國內已有多條道路試鋪此二種瀝青混凝土材料，且未來之第三代高速公路：東部蘇澳－花

蓮高速公路也將採用作為柔性道路鋪面材料，交通部國道新建工程局並已參酌公共工程施工綱要

規範制訂其施工技術規範。

頻繁的經濟活動，導致資源的消耗與日俱增，要求資源回收再利用的永續環保意識日漸高漲，因

此使用再生材料便為必然的趨勢，自道路鋪面刨除的回收瀝青混合料 (Reclaimed Asphalt

Pavement，RAP)摻入新料拌和成為再生瀝青混凝土，在國內其實早已行之有年，惟當時並訂定生

產及品質管制規範，致品質參差不齊，近年來在公共工程委員會的主政之下，制訂了公共工程施

工綱要規範第 02966 章用以規範再生瀝青混凝土，針對瀝青拌和廠實施評鑑制度，經評鑑通過者

方得生產再生瀝青混合料，且為漸次推動資源有效利用，公共工程委員會乃分階段訂定再生瀝青

混合料於瀝青混凝土的使用比例，現階段的使用比例則為 40%。

本司材料試驗部為提供前述三種瀝青混凝土之配合設計作業服務，遂逐次建立相關的儀器設備及

標準作業程序，試驗工程師戮力投入以累積試驗經驗，達到試驗領域的專業條件，且鑑於公共工

程施工品質管理作業要點之規定及試驗領域標準化的認證需求，提出申請 CNLA 認證，於 93 年

10 月份通過認證並核發證書，迄今仍屬試驗業界之唯一。

以往使用的瀝青混凝土種類，除開放級配之僅供摩擦與部分排水功能外，在承載條件上絕大多數

皆為傳統之密級配，其配合設計所應用之馬歇爾方法早已嫻熟於試驗業界、廣泛的提供服務，本

司材料試驗部亦已首先取得 CNLA 認證，此作業方法極易於各式文獻中查閱，故不再於本文介

紹與探討，將主述以前述三種瀝青混凝土配合設計及其認證作業的相關事項。

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貳貳貳貳、、、、 組成材料與級配特性組成材料與級配特性組成材料與級配特性組成材料與級配特性

按美國瀝青學會 MS-2(第六版)對瀝青混凝土配合設計的解釋為：「瀝青混凝土配合設計係決定

瀝青材料與粒料之最佳組合模式，當應用於道路鋪面材料時可獲致長期且持續性的良好績效，其

包含材料的選擇及使用的比例，於進行一連串試驗後，求取某一級配於某一瀝青含量下，反應的

物理性質能滿足相關於交通量與環境特性之規範要求」。因此瞭解瀝青混凝土的組成架構 ，是

為正確執行配合設計作業的先決條件。

組成材料與級配特性概述如下：

一一一一、、、、再生瀝青混凝土再生瀝青混凝土再生瀝青混凝土再生瀝青混凝土

再生瀝青混凝土級配屬於密級配，密級配之特性為採用優良級配，即粗粒料至細粒料均勻分配，

粗、中粒徑的粒料所構成的空隙皆可由細粒料充分填充，形成一緊密的結構，再配合適當的瀝青

膠泥作為黏結材料，產生穩定性高、強度佳且具有耐久性的瀝青混合料。密級配理論中最著名的

當屬富勒氏曲線（ Fuller ' s Curve），美國聯邦公路局(FHWA)將富勒氏公式中的常數 n 作了修正，

由 0.5 次方改為 0.45 次方，並以篩網孔徑的 0.45 次方作為橫座標以繪製粒徑分布曲線，提供了理

論上的零孔隙最大密度級配曲線，藉以評估級配的優劣。

關於粒料材質的要求，各相關的施工規範皆會按其工程特性需求，訂定合格的檢驗標準，除此之

外，為提供強度良好的組成結構，粒料須有一定比例以上的破碎面及一定限制條件的扁平顆粒含

量，粒形圓滑者易產生顆粒間相互滑動，使用上須予限制。填縫料則以石粉及回收粉塵最為常見，

回收粉塵中含有塵土、瀝青與其它細粉，成份與性質較難控制，加入瀝青混凝土中會使勁度增加，

導致更硬更脆，一般而言並不建議完全使用回收粉塵。 黏結材瀝青膠泥的使用仍以 AC-10 為

主，另視 RAP 萃取瀝青的黏度值，搭配添加再生劑，以達到黏度的目標值範圍。

二二二二、、、、石膠泥瀝青混凝土石膠泥瀝青混凝土石膠泥瀝青混凝土石膠泥瀝青混凝土（（（（ SMA SMA SMA SMA））））

SMA 在歐洲稱為 Stone Mastic Asphalt，在美國稱為 Stone Matrix Asphalt，乃源自德國、問世迄今

已歷 40 餘載，SMA 之粒料級配係屬於跳躍級配（Gap-Graded）的粒料密實結構，採用高比例的

粗粒料含量，使粗粒料直接連接產生互鎖作用（Interlock），組成穩定的骨架，並以細粒料填補

其骨架中的空隙，形成密實結構，再包裹較厚的瀝青膜，緊密連結，目的便在於提供明顯優於密

級配的承載能力與耐久性。

SMA 中所含的瀝青含量較密級配為高，主要原因在於含有高比例的填縫料，有關填縫料的要求

條件與密級配者並無不同，為使高瀝青含量能有效成為穩定性高的包裹瀝青膜，除添加纖維作為

穩定劑效果外，對於瀝青膠泥的黏度要求亦較高，以研究及應用之現況顯示，改質瀝青可得到較

佳的效能。

纖維是 SMA 最常見的添加物，其功能作用包含加勁、分散、吸附、穩定、與增黏等，目前應用

的纖維主要為木質纖維、礦物纖維及有機纖維等三大類，添加比例約為對瀝青混合料重量比的

0.3～0.4%。

依 SMA 的組成架構與承載機制，對於粒料粒形與材質要求條件自然會較高於密級配。

三三三三、、、、排水性瀝青混凝土排水性瀝青混凝土排水性瀝青混凝土排水性瀝青混凝土

排水性瀝青混凝土源自於 1950 年代的美國，國外較具規模的發展則約起於 1970 年代，乃採用大量單一粒

徑粒料之跳躍級配，建構高空隙率的瀝青混合料，其粗粒料含量高達 70～85%，空隙率可達約 20%，提供

孔隙排水的功能，而粗粒料間的互鎖作用則為結構上主要的強度依靠，與 SMA 的機制相同，但細粒料則明

顯較少，以形成高孔隙結構。

為提高道路鋪面的耐久性，排水性瀝青混凝土同樣必須具備足夠的瀝青膜厚度包裹粒料，為使瀝青膜能有

效包裹粒料，宜使用黏度較高的瀝青膠泥，如改質瀝青，在應用實務上的確會得到較佳的成效，同時亦可

添加纖維達到提高瀝青握裹力的目的。

由於排水性瀝青混凝土係使用於道路鋪面面層，且厚度多不大於 5 公分 ，因此對於粒料的要求亦包含須

具有良好的粒形、良好的材質等，類同於 SMA 之要求。

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參參參參、、、、 配合設計依據方法及單項試驗法之配置配合設計依據方法及單項試驗法之配置配合設計依據方法及單項試驗法之配置配合設計依據方法及單項試驗法之配置

配合設計的主要目的是評估壓實後瀝青混凝土的各項性質，其作業方法除須能達到擷取所需的試

驗結果或參數外，瀝青混合料壓實模式乃設計流程中最重要的影響因素，壓實是降低瀝青混凝土

中的空隙率、使粒料重新排列的過程，因此採用的壓實方式與壓實後的瀝青混凝土行為自然相

關，試驗室中常用的瀝青混凝土試體壓實方法有靜壓法、夯壓法、柔搓法、旋轉剪力法、振動法

及滾壓法等，在配合設計作業中，眾所周知的馬歇爾法即屬於夯壓法，近年來名震鋪面界的超級

鋪面（ Superpave）乃使用剪力夯實機（SGC）以旋轉剪力法壓實試體。

至今國內外的研究結果顯示以旋轉剪力法所製成的瀝青混凝土試體，較夯壓法更能模擬瀝青混凝

土的行為模式，國外已有諸多配合設計法採用 SGC 為壓實的儀器設備，惟 SGC 價格不斐，配合

設計步驟繁鎖，室內之配合設計無法直接作為工地品質控制的依據，因此並不便於一般試驗單位

應用，普及度仍待觀察，國內亦僅少數學術機構具備；而馬歇爾法則具有儀器構造簡單、便宜、

方法較為簡易、且室內之配合設計可直接作為工地品質控制之依據，於實際應用上可簡化作業程

序等優點，故自 SGC 問世迄今，馬歇爾法仍廣為世人所採用。基於此普及度的現況，公共工程

施工綱要規範內容中，在壓實條件上仍以馬歇爾法作為各種瀝青混凝土配合設計的主要壓實模

式，本司所建置與認證的配合設計作業亦同。

一一一一、、、、再生瀝青混凝土再生瀝青混凝土再生瀝青混凝土再生瀝青混凝土

再生瀝青混凝土係將 RAP 資源回收利用，配合新粒料、新瀝青等組合成瀝青混合料，目前使用

的級配範疇仍以密級配為主，因此其配合設計方法如同傳統者以馬歇爾法為應用大宗，依據之配

合設計準則主要為美國瀝青學會（Asphalt Institute）AI MS-20 手冊，而提供作為傳統密級配配合

設計依據準則的 AI MS-2，其附錄內容亦納入有關再生瀝青混凝土配合設計步驟，惟不若 MS-20

詳盡，故標準作業程序的建立仍以參照 AI MS-20 為主。

二二二二、、、、石膠泥瀝青混凝土石膠泥瀝青混凝土石膠泥瀝青混凝土石膠泥瀝青混凝土（（（（ SMA SMA SMA SMA））））

SMA 的配合設計理念因材料組成與傳統密級配瀝青混凝土並不相同，因此其配合設計方法也互

有差異， 飛散損失量與瀝青含量關係曲線 德國在發展 SMA 鋪面技術時，即以馬歇爾法為基礎

作小幅度修改；美國國家瀝青科技中心 NCAT（National Central Asphalt Technology）以策略性公路

研究計畫 SHRP（Strategic Highway Research Program）之研究成果發展出 SMA 配合設計方法，美

國國家合作公路研究計畫 NCHRP（National Cooperative Highway Research Program）在其 Report 425

中亦收納 SMA 配合設計方法；另於 AASHTO PP41 及 MP8 亦屬之。

在 NCHRP Report 425 中關於 SMA 配合設計在試體壓實模式上，同時併行採用包含 SGC 之旋轉

剪力法及馬歇爾之夯壓法等，按國內工程應用現況，乃參照其馬歇爾法建立配合設計之標準作業

程序。

三三三三、、、、排水性瀝青混凝土排水性瀝青混凝土排水性瀝青混凝土排水性瀝青混凝土

排水性瀝青混凝土基於功能需求，使用極大比例的粗粒料，較少的細粒料，組成架構迴異，因此

傳統的馬歇爾法無法對其特殊性質提供明確的試驗指標，在歐美各國與日本皆有其不同的配合設

計方法，美國較偏向開放級配， NCAT 發展出的配合設計法步驟繁鎖，日本的配合設計法源自

歐洲並加以部分改變，在本範疇上，國內（包含公共工程施工綱要規範）係採用日本道路協會所

發行的「排水性鋪裝技術指針(案)」之配合設計法為主，標準作業程序亦參照此法建立。

四四四四、、、、單項試驗法單項試驗法單項試驗法單項試驗法

本三種瀝青混凝土配合設計之內容性質係涵蓋並依循諸多單項試驗法進行包含樣品準備、樣品試

驗及混合料試驗等試驗程序步驟，續依各該配合設計法定義之分析要項進行試驗數值計算分析，

求取符合配合設計準則或規範的瀝青混合料比例，因此符合各單項試驗法的需求，乃進行配合設

計作業前的必要條件，分述如下：

(一)再生瀝青混凝土：需配置涵蓋之單項試驗法如下：

1.粗、細粒料篩分析試驗法。

2.粒料中小於 75 μ m(No.200)篩材料含量試驗法。

3.粗粒料比重及吸水率試驗法。

4.細粒料比重及吸水率試驗法。

5.道路鋪面用礦物填縫料篩分析試驗法。

6.道路鋪面用礦物填縫料比重試驗法。

7.以馬歇爾儀器試驗瀝青混合料塑性流動阻力試驗法。

8.瀝青混合料之理論最大比重試驗法。

9.已壓實瀝青混合料之高度與容積比重、密度試驗法。

10.半固態瀝青類材料密度試驗法。

11.半固態瀝青類材料黏度試驗法。

12.瀝青含量試驗。

13.洗油後粒料篩分析試驗。

14.瀝青溶液萃取回收瀝青材料作業。

(二)石膠泥瀝青混凝土（SMA）：除需具備前述再生瀝青混凝土配置之第 1～11 項單項試驗法外，

另尚需配置涵蓋：

12.粒料間孔隙及虛密度(單位重)試驗。

13.未壓實瀝青混合料垂流試驗。

14.瀝青混合料抗水份浸害能力試驗（TSR）。

(三)排水性瀝青混凝土：除需具備前述再生瀝青混凝土配置之第 1～11 項單項試驗法外，另尚需

配置涵蓋：

12.壓實瀝青混凝土 Cantabria 飛散試驗。

13.未壓實瀝青混合料垂流試驗。

14.瀝青混凝土室內透水試驗

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肆肆肆肆、、、、 配合設計流程概述配合設計流程概述配合設計流程概述配合設計流程概述

一一一一、、、、再生瀝青混凝土再生瀝青混凝土再生瀝青混凝土再生瀝青混凝土

(一)樣品準備

1.RAP、新粒料與新瀝青之各項單項試驗，求取對應的試驗數值。

2.將 RAP 視為粒料的一種，訂定各粒料比例，求取混合粒料級配。

4.粒料比重之修正：若粒料間比重值差異大於 0.20，則須修正其組成比例。

5.配料：依比例配製每一試樣所需之重量，一般需要 15 個試體及 1 個理論最大比重試樣。

(二)訂定瀝青含量需求值

1.估算混合粒料之瀝青含量需求值(P b )。

2.估算混合粒料之新瀝青需求量(P nb )。

3.計算新瀝青占全部瀝青之百分率(R)。

(三)選擇新瀝青

1.依圖 1(摘錄自 AI MS-20)選擇需要的新瀝青黏度等級。

A：萃取瀝青的黏度值

B：瀝青黏度目標值與新瀝青占全部瀝青百分率之對應點

C：需選擇的新瀝青黏度值

2.若新瀝青黏度值無法滿足選擇的黏度值要求，則須再依圖 2(摘錄自 AI MS-20)選擇添加再

生劑。

D： R 等於 0 之瀝青黏度目標值。

E：再生劑之黏度值以直線連接 D、E。

F：對應於橫座標軸 R 值為再生劑添加比例。

(四)試驗步驟

1.瀝青含量範圍須包含 5 個瀝青量，並以 0.5%的間隔變化。計算每個瀝青含量需添加入拌和試樣

的新瀝青量。

2.拌和瀝青混合料及夯製馬歇爾試體。

3.求取瀝青混合料之理論最大比重。

4.求取夯製的馬歇爾試體之容積比重、高度及 穩定值 、 流度值 。

(五)資料分析

1.計算 混合粒料容積比重 (Gsb)， 瀝青混合料之粒料有效比重 ( Gse)、 吸油率 ( Pba)、 有效瀝

青含量 ( Pbe)、 粒料間空隙 ( VMA)、 空隙率 ( Va)、 空隙被瀝青填充率 ( VFA)。

2.繪製瀝青含量與試體容積比重、穩定值、流度值、空隙率、VMA、VFA 等 6 個關係曲線。

(六)建議瀝青含量

1.選擇「建議瀝青含量」需考量的要件甚多，包含交通量、氣候、經濟性及耐久性等因素，試驗

工程師可依經驗、環境及設計條件等選擇或調整之，惟應符合規範的要求。

2.依 AI MS-20 及 AI MS-2 對於使用於道路鋪面之密級配，其選擇「建議瀝青含量」係以優先選取

空隙率等於 4.0%的瀝青含量，若空隙率 4.0%對應的瀝青含量有部份瀝青混合料性質未能符合規

範，得予調整選取瀝青含量使各項性質符合規定，以此為「建議瀝青含量」。

二二二二、、、、石膠泥瀝青混凝土石膠泥瀝青混凝土石膠泥瀝青混凝土石膠泥瀝青混凝土（（（（ SMA SMA SMA SMA））））

(一)樣品準備

1.粒料與瀝青先進行各單項試驗，求取對應的試驗數值。

2.訂定三個初試級配：訂定不同之粒料比例，配製出三個初試級配。

3.配料：依比例配製每一試樣所需之重量，試樣數量如下：

(1)初試級配階段

粗粒料搗實單位重：每個初試級配需 1 個試樣，共 3 個試樣。

夯製馬歇爾試體：每個初試級配需 3 個試樣，共 9 個試樣。

理論最大比重試驗：每個初試級配需 1 個試樣，共 3 個試樣。

(2)選定級配階段

夯製馬歇爾試體：每個瀝青含量需 3 個試樣，共 9 個試樣。

理論最大比重試驗：每個瀝青含量需 1 個試樣，共 3 個試樣。

(3)驗證級配與建議瀝青含量階段

垂流試驗：需 4 個試樣。

抗水份浸害試驗：採 TSR 試驗需 9 個試樣；採滯留強度試驗需 6 個試樣。

(二)初試級配的嘗試瀝青用量

1.NCHRP Report 425 內容，以混合粒料容積比重 2.75 對應瀝青含量 6.0%(對瀝青混合料)作為嘗試

的基準，當容積比重 2.75 變化 0.05 時，嘗試瀝青含量對應異動 0.1%。

2.台灣地區粒料材質特性並不易符合前述容積比重條件，惟以一般用於瀝青混凝土之粒料而言，

瀝青含量 6.0%仍可作為嘗試值的變化基準。

(三)試驗步驟

1.初試級配階段

(1)三個初試級配之粗粒料試樣，分別求取其搗實單位重值。

(2)以選擇之嘗試瀝青含量，三個初試級配各夯製馬歇爾試體，各進行理論最大比重試驗。

(3)夯製的馬歇爾試體分別求取其試體容積比重值。

(4)計算粗粒料間空隙(VCA DRY )、馬歇爾試體之粒料間空隙(VMA)、空隙率(Va)及馬歇爾試體之

粗粒料間空隙率(VCA MIX )。

(5)選擇三個初試級配中 VCA DRY ＞VCA MIX 者，且 VMA＞17.0%者。若不只一個初試級配符

合條件，則選擇粗粒料比例較低者作為選定級配。

2.選定級配階段

(1)參考嘗試瀝青含量所得的空隙率值，訂定試拌瀝青含量範圍進行試體夯製。 (2)瀝青含量範圍

須包含 3 個瀝青量，並以 0.5%的間隔變化。

(3)每個瀝青含量各夯製馬歇爾試體，各進行理論最大比重試驗。

(4)求取馬歇爾試體之容積比重、高度及 穩定值 、 流度值 。

(四)資料分析

1.計算空隙率、VMA、VCA MIX 。

2.繪製瀝青含量與試體容積比重、穩定值、流度值、空隙率、VMA、VCA MIX 等 6 個關係曲線 。

(五)選擇建議瀝青含量

1.在考量要件方面，仍以空隙率等於 4.0%為首要選擇條件。

2.須再確認對應之 VCA MIX 小於 VCA DRY ，以確保 SMA 的功能架構。

(六)驗證級配與建議瀝青含量階段

1.選定建議瀝青含量後，尚須進行垂流試驗與抗水份浸害能力試驗，以驗證此瀝青混合料是否可

符合 SMA 性質指標。

2.抗水份浸害能力試驗，據公共工程施工綱要規範內容，可選擇以 TSR 或滯留強度試驗法進行。

三、排水性瀝青混凝土

(一)樣品準備

1.粒料與瀝青先進行各單項試驗，求取對應的試驗數值。

2.訂定三個初試級配：訂定不同之粒料比例，配製出三個初試級配。

3.配料：依比例配製每一試樣所需之重量，試樣數量如下：

(1)初試級配階段

夯製馬歇爾試體：每個初試級配需 3 個試樣，共 9 個試樣。

理論最大比重試驗：每個初試級配需 1 個試樣，共 3 個試樣。

(2)選定級配階段

垂流試驗：每個瀝青含量需 2 個試樣，共 10 個試樣。

肯塔堡(Cantabria)飛散試驗：每個瀝青含量需 1 個試樣，共 5 個試樣。

(3)驗證級配與建議瀝青含量階段

透水試驗：需 1 個試樣。 滯留強度試驗：需 6 個試樣。

(二)預估初試級配的瀝青用量：瀝青用量估算的理論基礎是以排水性瀝青混凝土具有約 20%的空

隙率，粒料被瀝青包覆的膜厚度約 14 μ m，如此可獲得透水性良好且兼具耐久性的瀝青混凝土。

(三)試驗步驟

1.初試級配階段

(1)以預估之瀝青用量，三個初試級配各夯製馬歇爾試體，各進行理論最大比重試驗。

(2)分別求取馬歇爾試體高度及試體在空氣中重量、在水中重量。

(3)計算全空隙率(Va)、連續空隙率(Vc)、閉合空隙率(Vd)。

(5)繪製三個初試級配於 No.8 篩通過百分率與全空隙率(V C )之關係曲線，選定可達到目標空隙率

± 1%的級配(例如圖 3)。

2.選定級配階段

(1)排水性瀝青混凝土在選擇建議瀝青含量的要項為「垂流量」與「肯塔堡飛散量」，於選定混

合粒料級配後需決定瀝青含量範圍，進行垂流試驗及肯塔堡飛散(Cantabria)試驗。

(2)瀝青含量範圍須包含 5 個瀝青量，以 0.5%間隔變化。

(3)每個瀝青含量各進行垂流試驗，各夯製馬歇爾試體進行肯塔堡飛散(Cantabria)試驗。

(四)資料分析

1.繪製垂流量與瀝青含量關係曲線，其曲線轉折點之切線交點，即為本混合粒料瀝青含量的上限

值(例如圖 4)。

2.繪製肯塔堡飛散損失量與瀝青含量關係曲線，其曲線轉折點之切線交點，即為本混合粒料瀝青

含量的下限值(例如圖 5)。

(五)選擇建議瀝青含量：排水性瀝青混凝土在選擇「建議瀝青含量」時需考量的要件主要為透水

性、結構強度及耐久性，因此試驗工程師雖然可在瀝青含量上、下限範圍內依據經驗、環境及設

計條件等選擇或調整之，惟仍應以偏向垂流試驗之瀝青含量上限值，可獲得不致發生垂流現象且

較大的瀝青膜厚度，提高耐久性。

(六)驗證級配與建議瀝青含量階段：選定建議瀝青含量後，尚須進行透水試驗與滯留強度試驗，

以驗證此瀝青混合料是否可符合性質指標。

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伍伍伍伍、、、、 CNLA CNLA CNLA CNLA 認證作業認證作業認證作業認證作業

認證作業乃評鑑試驗室在人員、程序、設備等三方面是否符合認證規範與相關試驗法的規定，因

此除品質系統運作外，試驗室之人員在訓練、專業認知及操作的熟練度，程序與依循方法間的契

合度，儀器設備的功能、精確度等皆是評鑑的重點事項，在申請配合設計認證前應做好各項準備

作業，以展現試驗室的技術執行能力。

一一一一、、、、人員人員人員人員

(一)書面資料研讀：須對作業內容充分瞭解，包含名詞定義、樣品處理、程序步驟、計算分析等

注意事項皆應熟悉無誤。

(二)實作訓練：累積處理樣品的經驗、熟悉儀器設備的操作、掌握試驗步驟的竅門及對試驗結果

有效與否的判定。

(三)樣品準備：準備樣品亦屬於人員實務經驗的展現，必須在有限的評鑑作業期程內，將不同的

試驗過程藉樣品準備之完善性充分的展現。

二二二二、、、、程序程序程序程序

(一)建立標準作業程序：人員進行試驗操作乃依循標準作業程序，因此作業程序與標準方法間是

否契合、是否融入實務經驗，是認證作業對於程序文件的評鑑指標。

(二)建立必須的紀錄與報告格式：紀錄的內容應涵蓋試驗過程的結果與必要參數，供資料分析及

追溯驗證；報告格式內容須能符合認證規範、試驗方法及委託者事項明細等應備出具事項。

(三)建立量測不確定度評估報告：屬於定量性質的試驗，須進行量測不確定度評估作業並建立量

測不確定度評估報告。

三三三三、、、、儀器設備儀器設備儀器設備儀器設備

(一)校正查驗：儀器設備的功能、規格、容量與精確度等皆應按量測追溯的規定予以校正查驗，

確認符合試驗法的規定。

(二)動線規劃：儀器設備安置位置應利於試驗過程的使用與操作，避免產生動線干擾或動線過長

的現象。

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陸陸陸陸、、、、注意事項與結論注意事項與結論注意事項與結論注意事項與結論

1.粒料與瀝青的性質是配合設計能否成功的關鍵因素之一，尤以 SMA 及排水性瀝青混凝土為甚，

因此進入配合設計作業前，粒料與瀝青的各項性質是否能滿足相關規範的要求，應先予以檢驗確

認。

2.配合設計的作業要旨係混合粒料與瀝青拌和後，所得的瀝青混合料性質能滿足配合設計準則或

規範的要求，因此用於拌和的多個瀝青含量所產製的瀝青混合料性質須預期能涵蓋準則或規範範

圍，方可於試驗結果中選取適當的瀝青含量。

3.若各項試驗結果的性質分析均可符合配合設計規範的要求，則已完成配合設計試驗步驟。惟若

無法完全符合配合設計準則或規範的要求，應調整工作拌和公式，重作配合設計試驗程序。

4.排水性瀝青混凝土於驗證階段尚訂定以車轍試驗，作為組成結構壓實後之穩定度驗證條件，在

必要的情形下，仍需配合指定條件進行驗證。

5.SMA 與排水性瀝青混凝土配合設計步驟若至驗證階段才發現瀝青混合料性質無法完全符合規

範，所導致的原因大部份可歸責於材質因素，因此更換材料種類、變更添加量或添加新材料等，

應是 重作配合設計試驗程序前的考量重點 。

6.依行政院公共工程施工綱要規範第 02966 章之規定，用於道路鋪面底層材料之再生拌和料，其

RAP 瀝青含量不得低於 3.0%(對 RAP 重量比)；用於面層者，其 RAP 瀝青含量不得低於 3.8%(對

RAP 重量比)，因此於 RAP 瀝青含量求出後，須注意是否符合此綱要規範的規定。

7.要一次獲得合乎配合設計規範的結果並不容易，尤其以相同瀝青含量夯製的試體，其試驗值亦

可能差異頗大，常需重製試體，試驗工程師對於配合設計各步驟之細節及代表之意涵須有正確的

認知，對每一試驗過程均應細心處理，方能累積經驗、獲致正確的結果。

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摘摘摘摘 要要要要

轉爐石為中國鋼鐵股份有限公司因工業生產而產生之副產品之一，經過學術界及業界多方面之研

究與應用，若使用於鋪面結構層，不但經濟且可節省天然資源，並增進副產品再生利用之契機。

惟為慎重及校核設計參數，本工程司接受中國鋼鐵股份有限公司暨中聯爐石處理資源化股份有限

公司聯合委託，於 2003 年 9 月進行一為期約三年(契約時程)之試鋪路段績效研究案。

本績效研究在高雄南區資源廠區內試鋪道路長度 144 公尺、寬度 7 公尺、分為三種斷面，依照台

灣地區常用之方法予以規劃、設計、施工及品管，並擬訂自完工後長達 2 年之研究和分析工作。

路基、基底層及面層，在施工階段每一層皆作室內外試驗與分析工作，完工後則以非破壞性檢測

為主，若有必要再輔以破壞性試驗印證之。現已完成完工時及完工後一個月之績效評估試驗，初

期成效頗佳，茲擇其精要撰述之，或許可提供各界專家酌參。

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壹壹壹壹、、、、前言前言前言前言

中鋼轉爐石使用於鋪面基底層的事實，近年來中鋼與中聯公司皆不遺餘力地予以探討、試驗、試

鋪、應用及追蹤其成效，除可節撙天然資源外，無形中亦將業界與學術單位結合，一起從事鋪面

研究與材料特性資料蒐集、印證等工作，筆者有幸能夠參與此項研究案，雖僅粗具一個月完工期

程之評估成效，仍祈藉提出規劃架構與成果報告之便，以資共同研討，釐定未來明確的運用目的

與目標為禱。

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貳貳貳貳、、、、辦理績效研究緣由辦理績效研究緣由辦理績效研究緣由辦理績效研究緣由

中聯公司近年來完成轉爐石許多室內評估試驗及經濟分析，並在陸軍步校及高雄縣市多處道路推

廣採用，惟總覺得若未能以試驗道路加以規劃、研究及印證，似乎無法證實達到經濟與安全兩大

原則。因此，中鋼暨中聯公司再撥經費於高雄南區資源廠區內辦理長達 2 年之績效研究，俾便獲

致更周詳資料及推展之信心。

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參參參參、、、、試鋪路段工作項目試鋪路段工作項目試鋪路段工作項目試鋪路段工作項目

依照鋪面新工階段之設計、品管及維護調查等步驟，予以規劃辦理如下：

一、鋪面厚度設計、鋪築結構規劃及交通量負載量評估。

二、施工階段品質管制。

三、室內績效研究試驗。

四、完工時、完工後一個月、半年、一年及兩年之非破壞性檢測工作

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肆肆肆肆、、、、鋪面厚度設計暨鋪築結構概述鋪面厚度設計暨鋪築結構概述鋪面厚度設計暨鋪築結構概述鋪面厚度設計暨鋪築結構概述

一一一一、、、、 鋪面厚度設計方法鋪面厚度設計方法鋪面厚度設計方法鋪面厚度設計方法

(一)AI MS-1 1991 年版 [ 文獻 (1)] 。

(二)AASHTO 1993 年版 [ 文獻 (2)] 。

二二二二、、、、 設計年限設計年限設計年限設計年限：：：： 20 20 20 20 年年年年。。。。

三三三三、、、、 路基土壤設計強度值路基土壤設計強度值路基土壤設計強度值路基土壤設計強度值

(一) 試驗值：取樣 6 組，作一般物性及 CBR (11% ～ 58%) 試驗。

(二) 設計值： CBR 3 15% 或 M R 3 9000 psi 。

四四四四、、、、 基底層材料設計強度值基底層材料設計強度值基底層材料設計強度值基底層材料設計強度值

(一) 碎石級配料：取樣乙組，作一般物性及 CBR(115%) 試驗，可符合設計值 CBR 3 70% 之要

求，並取 M R 3 26000 psi 。

(二) 轉爐石：取樣 2 組，作一般物性及 CBR(125%) 試驗，可符合設計值 CBR 3 70% 之要求，

並取 M R 3 26000 psi 。

五五五五、、、、交通量負載量分析結果列於交通量負載量分析結果列於交通量負載量分析結果列於交通量負載量分析結果列於表表表表 1 1 1 1 [ [ [ [ 文獻文獻文獻文獻 (3)] (3)] (3)] (3)] 內內內內。。。。

六六六六、、、、鋪面厚度及鋪築結構亦列於鋪面厚度及鋪築結構亦列於鋪面厚度及鋪築結構亦列於鋪面厚度及鋪築結構亦列於表表表表 1 1 1 1 內內內內。。。。

七七七七、、、、 試鋪路段鋪築結構示如試鋪路段鋪築結構示如試鋪路段鋪築結構示如試鋪路段鋪築結構示如圖圖圖圖 1 1 1 1 [ [ [ [ 文獻文獻文獻文獻 (3)] (3)] (3)] (3)] 。。。。

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伍伍伍伍、、、、 施工階段品質管制施工階段品質管制施工階段品質管制施工階段品質管制

一一一一、、、、試鋪試壓試鋪試壓試鋪試壓試鋪試壓

(一) 試鋪配置：試鋪長度 23 公尺，如圖 1 所示。

(二) 鋪築材料及厚度：

1. 天然碎石級配料 25 公分 厚度。

2. 轉爐石 25 公分 厚度。

(三) 試驗項目：施工中每 3 、 5 、 7 或 9 次滾壓後即辦理砂錐法工地密度試驗 (AASHTO

T191-02) ，每種斷面每乙種滾壓次數各作 2 組。

(四) 試鋪試壓成果：

1. 試驗結果詳表 2 [ 文獻 (3)] 所示。

2. 天然碎石級配料及轉爐石各滾壓 7 次 ( 滾壓機具 10T 以上 ) ，即可達到施工規範壓實度大

於 100%( 含 ) 以上之要求。

二二二二、、、、路基土壤材料路基土壤材料路基土壤材料路基土壤材料

路基土壤工地密度試驗 ( 詳表 3) 其中有三處試驗結果壓實度未達 95%( 含 ) 以上，經現場工

程師要求改善並增加測試點後，均可達到施工規範壓實度大於 95% ( 含 ) 以上之要求。

三三三三、、、、基底層碎石級配料基底層碎石級配料基底層碎石級配料基底層碎石級配料

碎石級配料工地密度試驗結果詳表 4 所示，壓實度均可達到施工規範大於 100%( 含 ) 以上之

要求。

四四四四、、、、基底層轉爐石材料基底層轉爐石材料基底層轉爐石材料基底層轉爐石材料

(一) 砂錐法工地密度試驗：轉爐石工地密度試驗結果亦詳表 4 所示，壓實度均可達到施工規範

大於 100% ( 含 ) 以上之要求。

(二) 膨脹率試驗：共進行 10 組測試，由中聯公司辦理，試驗結果詳表 5 所示，可符合施工規

範及 CNS 14602 膨脹率小於 1.5% 之要求。

(三)TCLP 試驗：共進行 2 組 8 項之測試，由中聯公司辦理，試驗結果亦詳表 5 所示，均在環

保法規容許值限度以下。

五五五五、、、、瀝青混凝土材瀝青混凝土材瀝青混凝土材瀝青混凝土材料料料料

(一) 瀝青混凝土配合設計及瀝青檢驗，皆可符合施工規範之要求。

(二) 壓實度共檢測 12 組，由本工程司辦理，每層之平均值皆在 96% 以上，且單一值均大於 94%

以上，符合施工規範之要求。試驗結果詳表 6 所示。

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陸陸陸陸、、、、 績效研究試驗績效研究試驗績效研究試驗績效研究試驗

績效研究分為室內及工地試驗，前者以轉爐石強度與養護日期關係為主，後者作完工時、完工後

一個月、半年、乙年及兩年等五次試驗。現已完成完工後一個月之試驗與評估作業。

一一一一、、、、室內試驗室內試驗室內試驗室內試驗

(一) 室內試驗共作一般物性、夯壓及 CBR 試驗，其試驗項目及數量列於表 7 內

(二) 轉爐石室內試驗與養護日期關係結果列於表 8 。從表 8 中結果可以得知泡水 28 天後之

CBR 值較泡水 4 天者強度提昇約 2 倍。

二二二二、、、、工地試驗工地試驗工地試驗工地試驗

本試鋪路段擬定計畫為施工中、施工完成、完工後一個月、半年、一年及兩年等各作工地試驗乙

次，現僅完成施工中、完工後及完工後一個月之撓度試驗、平坦度試驗、 PCI 評估及高程測量

等工作，茲列述如下：

(一) 撓度試驗：

1. 路基土壤滾壓完成時之撓度試驗值列於圖 2 及表 9 ，由表 9 可繪得圖 3 。

2. 基底層滾壓完成時之撓度試驗值列於圖 4 及表 10 ，由表 10 可繪得圖 5 。

3. 面層完成時之撓度試驗值列於圖 6 及表 11 ，由表 11 可繪圖 7 。

4. 完工後一個月面層之撓度試驗值列於圖 8 及表 12 ，由表 12 可繪得圖 7 ，以資與完工時之

情形作比對。

5. 路基土壤完成滾壓後，由撓度試驗結果得知 0K+095 ～ 0K+144 (A 段 ) 之撓度值最大，

0K+000 ～ 0K+049 (SA 段 ) 之撓度值次之，而以 0K+049 ～ 0K+095 (S 段 ) 之撓度值最小。

6. 基底層完成滾壓後，各段撓度值趨勢與路基土壤一致，唯 ( +2S) 值皆下降 (SA 段下降

68% 、 S 段下降 53% 、 A 段下降 64%) 。詳表 9 及表 10 。

7. 面層完成時及完工後一個月，各段撓度值趨勢仍與路基土壤及基底層一致， ( +2S) 值亦

皆下降。詳表 9 、表 10 、表 11 及表 12 。

8. 基底層採用 50 公分 厚度之 S 段轉爐石材料，現階段撓度值指標 ( +2S) 最低，初步顯示

優於 A 段及 SA 段。

(二) 平坦度試驗：

1. 平坦度為路面服務品質之主要指標之一，未開放交通前之平坦度若不能合乎規定，即是施工

不良；開放交通後之路面勢必增加凹凸不平，亦即平坦度可作為路面承受之能耐和服務水準之指

標，試驗統計結果詳表 13 及表 14 。

2. 由表 13 及表 14 分析結果可以得知完工時及完工後一個月所觀測之面層平坦度其 值皆

尚合乎規定，僅 SA 段完工後一個月之 = 2.61mm ＞ 2.4mm 。

3. 若以每 1.6km 超過 6mm 之剖面指數值 178mm 作評估指標，則現階段各段皆可合乎規定。

(三)PCI 評估：

本工程司於 93 年 5 月 27 日 派員進行現場 PCI 調查評估之作業，分析結果如下：

1. SA 段有 2×0.5= 1.0m 2 表面粒料鬆散分離之現象，損壞密度為 0.29% ， 扣減值 =2 ，可得

PCI 值 =98 。

2. S 段有 7×1= 7m 2 表面粒料鬆散分離之現象，損壞密度為 2.17% ， 扣減值 =5 ，可得 PCI 值

=95 。

3. A 段有 0.2 × 0.2= 0.04m 2 乙處唧水現象，經中聯公司掘除修補後，現為 0.3 × 0.3= 0.09m 2 之

補綻缺失，損壞密度為 0.03% ，因小於 0.1% 之下限值，故暫定扣減值 =0 ，可得 PCI 值 =100 。

基於嚴謹的施工與品管監督作業，本試鋪道路之 PCI 評估成效皆在 95 分以上，屬於 Excellent

分類之階段。 (Excellent 之下限值為 PCI=85 分 ) 。

(四) 高程測量

完工後道路高程的變化，可以提供施工材料是否趨於穩定的判定依據，不論產生隆起、膨脹或沈

陷等缺失，均可作為研擬處理對策之重要參考資料 ( 以完工及完工後一個月做比較 ) 。

1. SA 段面層高程未變化，底層差值為 -1mm 及 -2mm 。

2. S 段高程全部沒有變化。

3. A 段高程差值為 -1mm ～ -4mm ，可能係路基仍有極輕微之沈陷現象或鋪築材料本身之壓密

行為造成。

4. 全段鋪面現階段未具膨脹或隆起之現象，俟長期觀測後，再行評估成效。

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柒柒柒柒、、、、 結論與建議結論與建議結論與建議結論與建議

一、中鋼轉爐石材料使用於鋪面結構研究計畫乙案，在高雄市南區資源回收廠內試鋪長 144m 之

試驗道路，並分為三種鋪面結構斷面 ( 詳表 1 及圖 1) ，以茲對照比較各主要控制因素間之差

異性。

二、本案基底層材料 ( 轉爐石及碎石級配料 ) 經試鋪試壓之結果，而決定滾壓 7 次即可達到

施工規範壓實度大於 100% ( 含 ) 以上之要求。且轉爐石材料之壓實度略高於碎石級配料。

三、績效研究分為室內及工地兩大類，室內以強度與養護期間關係為主，工地以完工時、完工後

一個月、半年、一年及二年之撓度試驗、平坦度試驗、 PCI 調查評估及高程測量等作業為主。

四、 室內 CBR 試驗養護日期 ( 泡水 ) 分為 4 天、 28 天及 180 天等三種，現階段可由表 8

得知 CBR 值 ( 泡水 4 天 ) 由 177% ～ 195% 增加到 395% 及 425% ，約增加為 2 倍。

五、工址路基土壤之 CBR 試驗值為 11% ～ 58% ，統計平均之設計值為 15% ，屬於優良材

質之路基材料，故在鋪面結構總厚度 60 公分之規劃下，預估 20 年設計年限內可承載設計交通

量 EAL (AI) 或 ESAL (AASHTO) 值為 2×10 6 ( 詳表 1 ) 。

六、工地試驗結果如下：

(一) 撓度試驗

1. 各結構層次之撓度試驗結果，皆顯示 A 段 (0K+095 ～ 0K+144) 之撓度值最大， SA 段

(0K+000 ～ 0K+049) 次之，而以 S 段 (0K+049 ～ 0K+095) 之撓度值最小。

2.經統計分析後， S 段之 ( +2S) 值亦最低，初步顯示優於 A 段及 SA 段。

(二)平坦度試驗

1.從表 13 及表 14 分析結果，可以得知完工時及完工後一個月所觀測之平坦度，其 值皆尚

合乎規定，僅 SA 段完工後一個月之 = 2.61mm ＞ 2.4mm 。

2.若以每 1.6km 超過 6mm 之剖面指數值 178mm 作評估指標，則現階段各段皆可合乎規定。

(三)PCI 評估

現階段各段 PCI 值皆在 95 分 ( 含 ) 以上，屬於 Excellent 分類之階段。

(四)高程測量

除 S 段高程沒有變化外， SA 段及 A 段具輕微下陷之現象，可能係路基仍有極輕微之沈陷或

鋪築材料本身之壓密行為所造成。

全段鋪面現階段未具膨脹或隆起之現象，俟長期觀測後，再行評估成效。

表表表表 1 1 1 1 鋪面厚度鋪面厚度鋪面厚度鋪面厚度、、、、鋪築結構及交通量預估值明細表鋪築結構及交通量預估值明細表鋪築結構及交通量預估值明細表鋪築結構及交通量預估值明細表 [ [ [ [ 文獻文獻文獻文獻 (3)] (3)] (3)] (3)]

設計方法 AI MS-1 1991 年版 AASHTO 1993 年版 建議交通

量

設計年限

( 年 ) 20 20 20

區 別 SA 段 S 段 A 段 SA 段 S 段 A 段 ─

PSI=2.0 4.3×10 6 4.3×10 6 4.3×10 6 交通量

(EAL) PSI=2.5 1×10 6 1×10 6 1×10 6

5.9×10 6 5.9×10 6 5.9×10 6 2×10 6

面層 AC(cm) 10 10 10 10 10 10

S 25 50 ─ 25 50 ─ 底層 (cm)

A 25 ─ 50 25 ─ 50

合計 (cm) 60 60 60 60 60 60

─

註：(轉爐石) S: Slag ； (碎石級配料)A: Agg.

表表表表 2 2 2 2 試鋪試壓工地密度試驗報告表試鋪試壓工地密度試驗報告表試鋪試壓工地密度試驗報告表試鋪試壓工地密度試驗報告表 [ [ [ [ 文獻文獻文獻文獻 (3)] (3)] (3)] (3)]

表表表表 3 3 3 3 路基土壤工地密度試驗報告表路基土壤工地密度試驗報告表路基土壤工地密度試驗報告表路基土壤工地密度試驗報告表 [ [ [ [ 文獻文獻文獻文獻 (3)] (3)] (3)] (3)]

表表表表 4 4 4 4 基底層材料工地密度試驗報告表基底層材料工地密度試驗報告表基底層材料工地密度試驗報告表基底層材料工地密度試驗報告表 [ [ [ [ 文獻文獻文獻文獻 (3)] (3)] (3)] (3)]

表表表表 5 5 5 5 中聯爐石處理資源化股份有限公司中聯爐石處理資源化股份有限公司中聯爐石處理資源化股份有限公司中聯爐石處理資源化股份有限公司

轉爐石樣品檢驗報告轉爐石樣品檢驗報告轉爐石樣品檢驗報告轉爐石樣品檢驗報告 [ [ [ [ 文獻文獻文獻文獻 (3)] (3)] (3)] (3)]

‧‧‧‧表單編碼： H2-E 2-001-05

‧‧‧‧委託單位：中聯爐石處理資源化 ( 股 ) 公司 ‧‧‧‧採樣者：陳思元

‧‧‧‧樣品名稱：轉爐石級配料 ‧‧‧‧採樣日期： 930205

‧‧‧‧樣品編號： S930205 ‧‧‧‧報告日期： 930512

‧‧‧‧採樣地點：轉爐石儲存區 ‧‧‧‧報告編碼： 93-H2-128

檢 驗 結 果 檢 驗 項 目

1 2 平均

分 析 方 法 法規

容許值 備 註

總鉛 mg/L 0.004 N.D. 0.002 NIEA R 306.11C ＜ 5.0

總銅 mg/L N.D. N.D. N.D. NIEA R 306.11C ＜ 15.0

總鉻 mg/L 0.002 N.D. 0.001 NIEA R 306.12C ＜ 5.0

總鎘 mg/L N.D. N.D. N.D. NIEA R 306.11C ＜ 1.0

總硒 mg/L N.D. N.D. N.D. NIEA R 306.11C -M ＜ 1.0

總砷 mg/L N.D. N.D. N.D. NIEA R 301.11C ＜ 5.0

總汞 mg/L N.D. N.D. N.D. NIEA R 314.11C ＜ 0.2

溶

出

試

驗

六價鉻 mg/L * * * NIEA R 309.12C ＜ 2.5

1 0.88 * 0.88

2 1.02 * 1.02

3 0.96 * 0.96

4 0.79 * 0.79

5 0.95 * 0.95

6 0.99 * 0.99

7 1.01 * 1.01

8 0.99 * 0.99

9 1.02 * 1.02

轉爐石膨

脹性試驗

(10 天 )

10 1.08 * 1.08

CNS 14602 ＜ 1.5%

備 註

茲證明本表所列化學及物理試驗結果均按本公司存檔資料記載，正確無誤總鉻規範＜

5ppm 。六價鉻規範＜ 2.5ppm 。固化體如檢驗超出 2.5ppm 時，另檢驗六價鉻比色法。

試驗結果遠低於法規容許值者，以 N.D. 表示。

表表表表 6 6 6 6 瀝青混凝土壓實度試驗報告表瀝青混凝土壓實度試驗報告表瀝青混凝土壓實度試驗報告表瀝青混凝土壓實度試驗報告表

試體

編號

取樣位置

( 上層 )

試體

高度

(cm)

吸水率

(%)

2 5 ℃

容積比重

2 5 ℃

密度

(kg/m 3 )

容積比重

標準值

壓實度

(%)

壓實度規

範 (%)

1 0K+007 右側 4.5 0.62 2.436 2429 2.527 96 ＞ 94

2 0K+030 左側 4.8 0.68 2.517 2509 2.527 100 ＞ 94

3 0K+049 右側 5.2 0.53 2.478 2471 2.527 98 ＞ 94

4 0K+087 左側 5.2 0.53 2.484 2477 2.527 98 ＞ 94

5 0K+105 左側 4.5 0.52 2.496 2489 2.527 99 ＞ 94

6 0K+125 右側 5.0 0.46 2.513 2505 2.527 99 ＞ 94

試體

編號

取樣位置

( 下層 )

試體

高度

(cm)

吸水率

(%)

2 5 ℃

容積比重

2 5 ℃

密度

(kg/m 3 )

容積比重

標準值

壓實度

(%)

壓實度規

範 (%)

1 0K+007 右側 5.1 0.41 2.474 2467 2.539 97 ＞ 94

2 0K+030 左側 5.3 0.28 2.520 2512 2.539 99 ＞ 94

3 0K+049 右側 5.7 0.57 2.441 2434 2.539 96 ＞ 94

4 0K+087 左側 5.1 0.54 2.516 2508 2.539 99 ＞ 94

5 0K+105 左側 5.0 0.62 2.485 2478 2.539 98 ＞ 94

6 0K+125 右側 5.2 0.57 2.467 2460 2.539 97 ＞ 94

表表表表 7 7 7 7 轉爐石績效研究試驗項目及數量表轉爐石績效研究試驗項目及數量表轉爐石績效研究試驗項目及數量表轉爐石績效研究試驗項目及數量表

類 別 試驗項目 數 量 ( 組 ) 備 註

一般物理性質試驗 2

夯壓試驗 2 轉爐石

CBR 試驗 8

CBR 試驗養護時間分為 4

天 (4 組 ) 、 28 天 (2 組 )

及半年 (2 組 ) 三種

表表表表 8 8 8 8 轉爐石轉爐石轉爐石轉爐石 CBR CBR CBR CBR 值與養護時間關係表值與養護時間關係表值與養護時間關係表值與養護時間關係表

類 別 試驗值 AASHTO T180 規 範 ( ％ ) 備 註

最大乾密度 (kg/m 3 ) 2640 2645 夯壓試驗

OMC ( ％ ) 8.0 7.8

─

泡水 4 天 177 192,195,187 養護日期

(CBR, ％ ) 泡水 28 天 ─ 425, 395

底層 ≧ 70 ％

表表表表 9 9 9 9 路基土壤撓度試驗結果統計表路基土壤撓度試驗結果統計表路基土壤撓度試驗結果統計表路基土壤撓度試驗結果統計表

區別 樁 別

試驗

點數

最大值

(mm)

最小值

(mm) (mm) S (mm)

+2S

(mm)

SA 段 0K+000~0K+049 8 2.73 0.29 0.97 0.78 2.53

S 段 0K+049~0K+095 8 1.69 0.13 0.59 0.52 1.63

A 段 0K+095~0K+144 8 2.25 0.29 1.31 0.69 2.69

表表表表 10 10 10 10 基底層撓度試驗結果統計表基底層撓度試驗結果統計表基底層撓度試驗結果統計表基底層撓度試驗結果統計表

區 別 樁 別 試驗

點數

最大值

(mm)

最小值

(mm) (mm) S (mm) +2S (mm)

SA 段 0K+000~0K+049 18 0.82 0.22 0.48 0.17 0.82

S 段 0K+049~0K+095 22 0.90 0.22 0.43 0.17 0.77

A 段 0K+095~0K+144 20 0.94 0.18 0.57 0.20 0.97

表表表表 11 11 11 11 面層完成時撓度試驗結果統計表面層完成時撓度試驗結果統計表面層完成時撓度試驗結果統計表面層完成時撓度試驗結果統計表

區 別 樁 別 試驗

點數

最大值

(mm)

最小值

(mm) (mm) S (mm) +2S (mm)

SA 段 0K+000~0K+049 20 0.59 0.03 0.30 0.19 0.68

S 段 0K+049~0K+095 20 0.71 0.03 0.23 0.18 0.59

A 段 0K+095~0K+144 20 0.99 0.19 0.48 0.23 0.94

表表表表 12 12 12 12 面層完工後一個月撓度試驗結果統計表面層完工後一個月撓度試驗結果統計表面層完工後一個月撓度試驗結果統計表面層完工後一個月撓度試驗結果統計表

區 別 樁 別 試驗

點數

最大值

(mm)

最小值

(mm) (mm)

S (mm) +2S (mm)

SA 段 0K+000~0K+049 19 0.46 0.02 0.21 0.15 0.51

S 段 0K+049~0K+095 17 0.38 0.02 0.16 0.10 0.36

A 段 0K+095~0K+144 20 0.70 0.14 0.45 0.16 0.77

表表表表 13 13 13 13 面層完成時平坦度試驗結果統計表面層完成時平坦度試驗結果統計表面層完成時平坦度試驗結果統計表面層完成時平坦度試驗結果統計表

凸 處 凹 處

區

別 樁 號

統

計

長

度

(m)

觀

測點

數

( 記

載 )

最大

(mm)

3mm

以

上

最大

(mm)

3mm

以上

(mm)

S

(mm)

V

%

觀測

點超

過 3m

m/ 6m

m 之

總數

(mm)

每

1.6km

超過

3m m/

6m m

之指數

(mm)

SA

段

0K+000~0K+0

49

98 64 7 3 7 11 2.42 1.98 81.8 38/2 620/33

S 段 0K+049~0K+0

95

92 64 6 4 7 5 1.91 1.87 97.9 28/1 487/17

A 段 0K+095~0K+1

44

98 64 4 1 6 5 1.67 1.44 86.2 12/0 196/0

註：V= ×100 ％

表表表表 14 14 14 14 面層完工後一個月平坦度試驗結果統計表面層完工後一個月平坦度試驗結果統計表面層完工後一個月平坦度試驗結果統計表面層完工後一個月平坦度試驗結果統計表

凸 處 凹 處 區

別

樁 號 統

計

長

度

(m)

觀

測點

數

( 記

載 )

最大

(mm)

3mm

以

上

最大

(mm)

3mm

以上

(mm)

S

(mm)

V

%

觀測

點超

過 3m

m/ 6m

m 之

總數

(mm)

每

1.6km

超過

3m m/

6m m

之指數

(mm)

SA

段

0K+000~0K+049 98 64 7 8 7 9 2.61 2.09 80.1 43/4 702/65

S

段

0K+049~0K+095 92 64 4 4 5 3 1.84 1.34 72.8 10/0 174/0

A

段

0K+095~0K+144 98 64 4 1 6 2 1.48 1.20 81.1 5/0 82/0

註：V= ×100 ％

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摘摘摘摘 要要要要

台灣地區道路、機場採用柔性與剛性鋪面的沿革均長達半個世紀以上，除設計考慮因素日益完備

並切合實況之外，鋪築材料的研發、改進，政府機構及學術單位均居功厥偉；在在都顯示了鋪面

工程 的重要性不言可喻。

鋪面工程設計方法，以美國而言，柔性鋪面係以 AI 、 AASHTO 及加州三大系統為主軸，剛性

者則以 PCA 、 AASHTO 及 FAA 三大方法為主軸，唯皆以最新版本為依歸。台灣地區除道路

主管機關多達數十個之外，沿用之設計方法差異性極大，甚至仍有採用 50 年前之美國舊版者，

值得商榷。至於未要求提送鋪面設計報告書之單位，更加令人?把冷汗。

本文擬以筆者技術專業之角色，粗淺提出台灣地區鋪面工程之現況問題探討以及未來之展望，希

能對土木工程界略盡棉薄之力。

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壹壹壹壹、、、、前言前言前言前言

台灣地區採用柔性鋪面的歷史長達五十餘年、剛性鋪面更長達六十餘年，因此，不只從業人員者

眾，亦累積了相當豐富的經驗與難能可貴的文獻資料。由此觀之，堅持與提昇鋪面品質的理念，

尤需加強並落實至執行面，方能達到事半功倍之成效。

以用路人的眼光來看，管路挖掘的頻繁、對平坦度的詬病、年年刨除、回鋪面層的作法、 .… 等

等既存的事實，是不是除了造成社會百姓的不便與危險之外，我們技術人員也要亟思改進之道才

對呢？

職是之故，若能呼籲產、官、學、研各界多多重視現況問題，並有好的展望與因應措施，一定可

以逐步改善目前鋪面工程的缺失與危害程度。

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貳貳貳貳、、、、台灣地區鋪面工程管理機構採用規範之比較台灣地區鋪面工程管理機構採用規範之比較台灣地區鋪面工程管理機構採用規範之比較台灣地區鋪面工程管理機構採用規範之比較

國內主管道路之機關有：高速公路局、國道新建工程局、公路總局、內政部營建署、台北市及高

雄市政府工務局、民航局、工業局及港務局等等數十個單位，除所使用之設計方法不一致之外，

鋪築結構也不相同。茲將其差異性 ( 柔性鋪面 ) 列如表 1 所示，剛性鋪面列如表 2 所示。

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參參參參、、、、設計考量因素設計考量因素設計考量因素設計考量因素

柔性鋪面設計之考慮因素，早期僅以路基土壤簡略試驗為主、交通量分析模式亦不夠嚴謹，致鋪

築材料厚度需靠經驗作主觀性的設定；現階段則必須基於路基土壤強度、交通量分析、鋪築材料

及環境因子等條件，作綜合性的設計與考量，才能決定鋪築結構種類、強度與厚度。

有關現階段國內常用設計方法之考慮因素項目列於表 3 。有興趣了解其沿革歷史之讀者，筆者

建議可參考文獻 (1) 及文獻 (2) 。表 3 之各項說明可參考文獻 (3) 及文獻 (4) 。

剛性鋪面設計之考慮因素，早期大部份均付之闕如，或僅由簡單的篩分析及阿太堡試驗結果即逕

行決定鋪築材料及厚度值。現階段則必須基於路基土壤強度、交通量分析 ( 飛機另稱為離場量

分析 ) 、鋪築材料及環境因子等條件，作綜合性的考量與設計，才能決定鋪築結構種類、型式、

強度與厚度等成果。

有關現階段國內常用設計方法之考慮因素項目列於表 4 。有興趣了解其沿革歷史之讀者，筆者

建議可參考文獻 (5) 、文獻 (6) 及文獻 (7) 。表 4 之各項說明可參考文獻 (8) 、文獻 (9) 、文

獻 (10) 及文獻 (11) 。

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肆肆肆肆、、、、提昇柔性鋪面設計品質的方法提昇柔性鋪面設計品質的方法提昇柔性鋪面設計品質的方法提昇柔性鋪面設計品質的方法

一一一一、、、、道路工程道路工程道路工程道路工程

(一) 主要機構採用之設計方法

1. 國道高速公路局：中山高速公路興建時採用美國加州方法 1968 年版及 AI MS-1 1969 年版方

法，近年之拓寬工程則採用 AASHTO 1993 年版方法為主、 AI MS-1 1991 年版方法為輔。並首

先研擬 採用大粒徑瀝青混凝土材料，而由本工程司自辦研究案，於民國八十五年完成期末報告。

現已納入行政院公共工程施工綱要規範 [ 文獻 (12)] 第 02711 章使用。

2. 國道新建工程局：以 AASHTO 1993 年版為主，積極研發石膠泥瀝青混凝土與再生瀝青混凝

土等材料，並且嚴格進行工地執行材料試驗相關作業程序之掌控，同時由本工程司完成文獻 (13)

之研究報告、提出具體可行的建議方案供參。

3.公路總局：早期以美國加州 1963 年版方法為主，並研訂本省之輪重當量係數。近期則改以 1995

年版方法為主，並於民國八十六年四月函示各等級道路必須符合各結構層最小厚度之需求。至於

加鋪設計方法則採用 AI MS-17 1983 年版為主。

4.內政部營建署：早期以 AI MS-1 1956 年版為主，民國六 O 年代以後，改採 1969 年版為主，

現階段有些工程使用 1991 年版方法。

5.台北市及高雄市政府：早期以 AI MS-1 1969 年版為主，目前則改採 1991 年版者居多。同時

台北市政府積極推動控制性低強度回填材料 (Controlled Low Strength Materials ：又簡稱為 CL SM)

使用於市區道路窄幅之挖掘、回填等作業。

6.民航局：持續採用美國聯邦飛航總署 (Federal Aerodrome Administration; 簡稱 FAA) 1990 年版之

設計方法為主，另從 1995 年 7 月起，配合設計方法之施工規範，改採逐章逐節抽印本更新之

方式辦理 update 作業。部份勤務道路及停車場鋪面設計則採用 AI MS-1 1991 年版。另機場剛

性道面加鋪設計，多處運用大粒徑 AR-4000 瀝青混凝土，成效卓著。

表表表表 1 1 1 1 台灣地區常用之柔性鋪面設計方法比較表台灣地區常用之柔性鋪面設計方法比較表台灣地區常用之柔性鋪面設計方法比較表台灣地區常用之柔性鋪面設計方法比較表

主管機關 鋪築種類 新工設計方法 加鋪設計

方法

鋪築結構 材料研究

中山高速公

路新建

加州方法 1968

AI MS-1 1969 —

國道高速公

路局

( 高公局 ) 中山高速公

路拓寬

AI MS-1 1991

AASHTO 1993 —

摩擦層：開放級配

面 層：瀝青混凝土

底 層：瀝青處理底層

基 層：礫石級配料

大粒徑瀝青混凝土

多孔隙排水瀝青混

凝土

石膠泥瀝青混凝土

國道新建工

程局

( 國工局 )

第二條高速

公路

( 北二高 &

南二高 )

AASHTO 1986

AASHTO 1993

—

摩擦層：開放級配瀝

青混凝土

面 層：密級配瀝青混

凝土

底 層：瀝青處理底層

基 層：礫石級配料

石膠泥瀝青混凝土

再生瀝青混凝土

公路總局 省道及縣道 加州方法 1963

加州方法 1995

AI MS-17

1983

面 層：瀝青混凝土

底 層：碎石級配料

基 層：砂石料

—

內政部營建

署 ( 原住宅

及都市發展

局 )

縣轄市道路 AI MS-1 1956

AI MS-1 1969

AI MS-1 1991 —

( 同公路總局 )

( 部份街道已不用砂石

料 )

控制性低強度回填

材料 (CLSM)

台北市及高

雄市政府工

務局

院轄市道路 AI MS-1 1969

AI MS-1 1991 —

( 同公路總局 )

( 部份街道已不用砂

石料 )

控制性低強度回填

材料 (CLSM)

高壓力連鎖磚

彩色瀝青混凝土

民航局 機場內道路 AI MS-1 1991

FAA 1990

FAA 1990 面層：瀝青混凝土

(AR-4000)

底層：碎石級配料

基層：礫石級配料

—

工業局

科管局

工業區

科學園區

AI MS-1 1991

AASHTO 1993 —

面層：瀝青混凝土

底層：碎石級配料

基層：礫石級配料

—

表表表表 2 台灣地區常用之剛性鋪面設計方法使用情形說明表台灣地區常用之剛性鋪面設計方法使用情形說明表台灣地區常用之剛性鋪面設計方法使用情形說明表台灣地區常用之剛性鋪面設計方法使用情形說明表

主管機關 鋪築種類 新工設計方法 加鋪設計方法 材料研究

中山高速公路新建及

附屬設施

PCA(9) ※ —

國道高速公路

局

( 高公局 ) 中山高速公路拓寬及

附屬設施

PCA(9)

AASHTO —

—

國道新建工程

局

( 國工局 )

第二條高速公路及附

屬設施 ( 北二高 &

南二高 )

PCA(9)

AASHTO —

—

公路總局 省道、縣道及附屬設

施

PCA(9) AI MS-17 1983 —

內政部營建署

( 原住宅及都市

發展局 )

縣轄市道路及附屬設

施

PCA(9)

—

控制性低強度回填材料

(CLSM)

台北市及高雄

市政府工務局

院轄市道路及附屬設

施

PCA(9)

—

控制性低強度回填材料

(CLSM)

高壓力連鎖磚

民航局 機場跑滑道、停機坪

及道路

PCA(8)(9)

FAA

FAA —

工業局

科管局

工業區

科學園區

PCA(9) — —

※ (8) 表示為文獻 (8) 、 (9) 表示為文獻 (9) 。

附屬設施可能涵蓋項目為：收費站、側車道、停車場、休息站、公車站台及人行步道等。

表表表表 3 ：：：： AI 、、、、 AASHTO 及加州方法考慮因素比較表及加州方法考慮因素比較表及加州方法考慮因素比較表及加州方法考慮因素比較表

AI MS-1 (1991 年版 ) AASHTO (1993 年版 ) 加州方法 (1995 年版 )

1. 路基土壤強度：Ｍ Ｒ 1. 路基土壤強度：Ｍ Ｒ 1. 路基土壤強度： R

2. 交通量分析： EAL 2. 交通量分析： ESAL 2. 交通量分析： TI

3. 環境因素 3. 環境因素 3. 鋪築材料折算比

4. 設計年限 4. 使用年限 4. 設計年限

5. 固定設計圖 5. 路面現況使用績效指數 5. 安全因素

6. 可靠度與標準偏差 6. 設計公式

7. 鋪築材料折算係數

8. 設計公式

表表表表 4 ：：：： PCA 、、、、 AASHTO 及及及及 FAA 方法考慮因素比較表方法考慮因素比較表方法考慮因素比較表方法考慮因素比較表

PCA (1984 年版 ) AASHTO (1993 年版 ) FAA 方法 (1989 年版 )

1. 路基土壤強度： K 1. 路基土壤強度：Ｍ Ｒ 1. 路基土壤強度： K

2. 交通或離場量分析 2. 交通量分析 2. 離場量分析

3. 環境因素 3. 環境因素 3. 鋪築材料折算係數

4. 設計年限 4. 使用年限 4. 設計年限

5. 固定設計圖 5. 鋪面現況使用績效指數 5. 安全係數

6. 水泥混凝土強度 6. 可靠度與標準偏差 6. 水泥混凝土強度

7. 安全係數 7. 鋪築材料折算係數 7. 設計荷重

8. 設計荷重 8. 設計公式 8. 固定設計圖

7. 工業局及港務局：筆者設計時以 AI MS-1 1991 年版為主，有時亦採用 AASHTOl 1993 年版方

法予以分析後並列比較之。

8.其他：部分工程未經計算分析，即逕行決定鋪築結構厚度值；有時連圖說的標示值根本就不符

合設計規範最小值規定，知其梗概者，真得?把冷汗。

(二) 交通部頒布之「柔性鋪面設計規範」 ﹝( 文獻 (4)﹞ ，由本工程司主辦、筆者忝任計畫主

持人，涵蓋國內常用之 AASHTO 1993 年版、 AI MS-1 1991 年版、 AI DAMA 1990 年版程式

方法及美國加州 1995 年版等方法，同時併入本工程司本土化材料調查之研究案彙整的設計查核

圖以及經驗係數建議值，業於民國九十一年元月定稿頒布。

二二二二、、、、 機場工程機場工程機場工程機場工程

(一) 民航局：同上一 之 6 節所述，惟經常仍需提送施工特訂條款。

(二) 軍用機場：泰半均由軍方專業技術人員自行設計及監造，設計安全係數亦較高、厚度相對

較厚。

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伍伍伍伍、、、、 提昇剛性鋪面設計品質的方法提昇剛性鋪面設計品質的方法提昇剛性鋪面設計品質的方法提昇剛性鋪面設計品質的方法

一一一一、、、、 道路工程道路工程道路工程道路工程

(一) 設計人員確實瞭解各種設計方法之精義，並落實設計工作。

(二) 設計階段即須進行材料調查之作業，以免設計成果窒礙難行。

(三)設計人員尤需檢視施工規範或另行擬定特訂條款。

(四)增加材料研究預算，積極推動新工法、新材料。

(五)各鋪築結構層應注意最小厚度值之規定。

(六)各版塊間接縫之設計與佈設應依設計規範規定辦理。

(七)避免使用長寬比＞ 1.25 之版塊尺寸，否則完工後一定衍生橫向裂縫。

(八) 剛性鋪面上加鋪瀝青混凝土時，加鋪前應先處理接、裂縫，以免日後快速衍生反射裂縫。

二二二二、、、、 機場工程機場工程機場工程機場工程

(一)民航局：同上一之所述。

(二) 軍用機場：同上四、 ( 二 ) 第 2 點所述。

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陸陸陸陸、、、、 現階段釐定施工規範的癥結點現階段釐定施工規範的癥結點現階段釐定施工規範的癥結點現階段釐定施工規範的癥結點

施工規範乃為完成設計者理念撰寫而成的文件，進而要求承包商據以施工及作業的準則；同時亦

賦予監造人員相當的權責可以調整品管頻率及檢、試驗數量的增減。係屬極重要的工程文件。

但是，在實務上卻仍存在著下列諸多癥結點尚待改善或扭轉從業人員錯誤之觀念，筆者不揣意，

謹列述如下：

一一一一、、、、施工規範與設計方法的一致性施工規範與設計方法的一致性施工規範與設計方法的一致性施工規範與設計方法的一致性

(一)AI MS-1 1956 年版規定與現行規範不一致

少數單位現仍使用 AI MS-1 1956 年版設計方法，但卻延用 AI SS-1 1969 年版或 1992 年版之施

工規範，犯了明顯地錯誤。

(二)AI MS-1 1969 年版規定與現行規範不一致

AI MS-1 1969 年版設計方法依據 AI SS-1 1969 年版施工規範規定底層級配料之 CBR 值需在

100%( 含 ) 以上；而現用之最新版規定皆將底層材質強度 CBR 值降為 80%( 含 ) 以上，故若

仍使用 AI MS-1 1969 年版設計方法及查核圖表，亦顯然不符現況。

(三) 行政院公共工程施工綱要規範有待釐清

依據文獻 (12) 架構，同一章節之施工規範允許使用於各類公共工程之領域，在各項工程所使用

之設計條件不同及方法各異的前提下，此一作法有待商榷及釐清。

二二二二、、、、設計方法未與時俱進設計方法未與時俱進設計方法未與時俱進設計方法未與時俱進

(一)設計理論的更迭

以 AI MS-1 系列設計方法為例，其沿革為 1956→1963→1969→1981→1984→1991 年版，更從

1981 年版起改用多層彈性理論之理念製作查核圖表及改寫施工規範，故現階段若仍沿用 1969

年版之前的設計方法，顯然不符情理。

(二) 設計因素的變異

新版設計方法對於設計因素的考量，比舊版嚴謹且項目增加。尤其是超載及排水因素，為控制鋪

面壽命的兩大重要項目，舊版方法卻付之闕如，因此，舊版方法的適用性，理當不言可喻。

(三)未進行鋪面分析暨設計

1.新版方法之面層最小厚度柔性者為 10 公分、剛性者為 13 公分或 15 公分，但筆者仍能於設

計圖說中見到小於 10 公分、 13 公分或 15 公分厚度之面層標示值。知之甚深者，心中倍感惶

恐。不知者卻真是不知其嚴重性與合法性。

2.市區道路之刨除或加鋪，大多皆未作設計分析。

三三三三、、、、使用萬年的施工規範使用萬年的施工規範使用萬年的施工規範使用萬年的施工規範

(一) 制式施工規範

1.相同單位的大小工程，皆採用相同標準的施工規範。

2. 施工規範標準本一旦發行，經常是歷經十年以上未能再行修訂或改版。

3. 設計人員未校核施工規範、亦未提出特訂條款。

(二)抄襲國外施工規範

1. 直接沿用國外標準，未克考慮本土性問題。

2.當國外施工規範已改版多年或多次，少數單位仍採用舊版翻譯本。

(三) 設計人員未克熟稔施工規範條款的來龍去脈，甚至有些設計者從不查閱其內容，當然不明

瞭在施工程序上所可能遭遇的難題。造成不但不能替承包商及監造人員解決問題之窘境，有的時

候，竟還一問三不知，羞赧至極呀！

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柒柒柒柒、、、、 提昇柔性鋪面工程品質的作法提昇柔性鋪面工程品質的作法提昇柔性鋪面工程品質的作法提昇柔性鋪面工程品質的作法

一一一一、、、、道路工程道路工程道路工程道路工程

(一)選用最新版本的設計方法。

(二)施工規範配合設計方法進行修訂或改版，否則必須另提特訂條款。

(三)增加超載及排水因素之考慮。

(四)落實材料調查之作業水準與權責分工。

(五)設計值需符合最小厚度值之規定。

(六)加鋪厚度大於 2.5 公分時，需作分析設計之工作。

(七)未臻成熟之工法或材料，可採研究案或試鋪、試作等方式印證之。

(八)設計者要培養全面觀及通盤了解之專業能力。

(九)設計成果不得違背政府採購法之相關規定。

(十)落實施工品質管理及監督之機制。

(十一)政府單位應注重鋪面平坦度欠佳及坑洞引起用路人抱怨甚或傷亡之事實，不可一直置之不

理。

(十二)面層鋪設完成未達養護期程前，不宜逕行開放通車。

(十三)任何一個環節皆不能有「偷工減料」之念頭。否則即使有再好的制度及再嚴的監工，也難

保不會被「省工節料」而損及安全和品質。

二二二二、、、、機場工程機場工程機場工程機場工程

(一)選用 FAA 最新版本的設計方法。

(二)因顧及飛安而需採行夜間施工時，應釐定更嚴謹的施工程序及管制措施。

(三)上述道路工程之建議作法皆準用之。

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捌捌捌捌、、、、 未來展望未來展望未來展望未來展望

一、新工設計方法： 柔性鋪面 建議採用交通部部頒設計規範為主，並隨時以 AI MS-1 、

AASHTO 及美國加州最新版本為輔； 剛性鋪面則以 FAA 為主，兩者皆須 落實設計前之材料

調查作業。

二、加鋪設計方法：建議採用 AASHTO 1993 年版或 AI MS-17 最新版方法，凡加鋪厚度≧ 2.5 公

分者，皆應提出設計計算書作為依據。

三、未落實設計工作之單位或人員應加強宣導，俾讓其了解此程序之重要性暨嚴重性。

四、加速研發本土性之新工法及新材料，配合施工規範之擬定，俾利工作之推展。

五、加強改善鋪面平坦度欠佳及到處坑洞之現況，以維民安。

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玖玖玖玖、、、、 結論與建議結論與建議結論與建議結論與建議

一、現階段鋪面工程因主管道路機關較多，現用版本及設計方法不一而足。甚至有些單位不需設

計計算書。凡此種種現況，建議不妨先以交通部部頒設計規範及 FAA 為藍本，以利漸次趨於一

致。

二、 加鋪 (Overlay) 與封層 (Seal) 不同，因為加鋪 ( 刨除重鋪超過 2.5cm ) 未達水準致常常修

補令人詬病，因此要以 AASHTO 1993 年版或 AI MS-17 方法求之。

三、施工規範 ( 特定條款 ) 為設計者要求施工者執行符合設計方法的原則與假設條件而訂定

的，如今部分工程師未加以校核並使用不合乎設計方法之規範，宜加強其全面觀及深入了解之程

度。

四、 部分單位使用的施工規範未符合設計原則、設計方法亦未及時更新、加鋪超過 2.5cm 未設

計等項，為台灣地區鋪面工程的一些缺點，有待及時改進以提昇整體之品質。

五、材料調查可分為資源調查、定期性調查及應用性調查，國內目前只有作到應用性調查乙項。

其落實作法建議可參考文獻 (14)。

六、 鋪築結構的配置須因道路使用的狀況、車輛行駛的類別予以調整，尤其是卡車、連結車超

載嚴重，為此而考量超載因素，成為重要的機制之一。

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壹壹壹壹、、、、前言前言前言前言

生物科技是政府大力提倡未來之明星產業，國內無論公部門或私部門皆積極投入大量人力及物

力，其中國家衛生研究院竹南院區工程及榮民總醫院醫學科技大樓工程，更是近幾年政府重大工

程對生物實驗投資興建之最重要目標之一；建築部擔任此二案之專案管理工作，因此對實驗室 設

計領域也累積多年經驗， 基於本司內部知識共享，特將業主所指定必須遵從之重要設計準則─

美國 National Institutes of Health(NIH)實驗室 設計準則， 加以分析與探討，並提出相關成果與經

驗，俾供大家分享。

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貳貳貳貳、、、、 綱要綱要綱要綱要

NIH 研究實驗室手冊所描述為 NIH 在規劃及設計實驗室之一般或特別最低需求條件，也是 NIH

整體使命的一部份，而研究實驗室及研究物品（動物）之關係必須細心考慮，通常實驗室和動物

室於實驗大樓內分區必須不同且分開，才能滿足系統、安全和管理需要，相對的提供研究物品（動

物）至實驗室距離也不要太遠。

一一一一、、、、實驗室活動實驗室活動實驗室活動實驗室活動

生物研究包括不同科學準則必須提供合適實驗室空間，實驗室設備應提供空間，從事實驗、資料

處理及補充、樣品和設備儲藏及記錄儀器；實驗室應可配合生物醫療環境迅速改變及新加入之科

學準則作調整 ；實驗室設施應提供行政活動及非正式人員相互溝通空間，行政空間應包括主管、

秘書及支援辦公室；提供區域以鼓勵科學家交換意見空間，可能區域包括休息室、影印室、樓梯

間、卸貨區、會議室、廁所、走廊、陽台。

二二二二、、、、NIHNIHNIHNIH 一般人員配置一般人員配置一般人員配置一般人員配置

實驗室人員數量配置依實驗型式不同有很大區別，在 NIH 平均每一實驗室有三十人，分為幾個

組，組織上有實驗室主任及組長領導其組員，應於規劃階段及早決定每一實驗室分組面積及配

置；規劃目標通常假設每個實驗室有一至二個主要研究員或資深科學家及二位秘書工作及儲藏檔

案、影印機、電腦、書桌、信箱等空間。

三三三三、、、、實驗室趨勢實驗室趨勢實驗室趨勢實驗室趨勢

生物醫療研究發展非常迅速，設施設計必須預期這些發展，而高度複雜儀器及機械化將是生物醫

療研究未來潮流，未來實驗室趨勢將朝向大型、密集、開放、共享實驗支援室及獨立特殊功能實

驗室；在最近幾年生物醫學研究對排煙櫃使用大量減少，因為研究者已採用較不具毒性化學藥品

及步驟，取代產生許多揮發及致癌物物質，相關冷房及暖房需求則持續增加，而開放式實驗室對

空間利用及資源共享更有效率。

提供電腦使用空間為現代實驗室基本要件應配置於實驗室附近，並配有最新網路科技供研究員使

用，通常電腦使用空間有微處理機、個人電腦、掃瞄機、印表機等 。

四四四四、、、、使用者參與使用者參與使用者參與使用者參與

使用者特別是研究員之意見，應於設計階段中加入需求計畫。

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參參參參、、、、 計畫目標計畫目標計畫目標計畫目標

NIH 提供最新之研究實驗室，以維持世界級生物醫學之領導地位，為維持此目標，無論興建或更

新之 研究實驗室，須符合持續改變的 生物醫學研究需求；於設計規劃階段，實驗室研究者應包

含於團隊，以符合實驗之特殊要求，計畫需求應有系統且精確完整之特別規劃，而規劃過程應指

出使用者需求、使用密度、建築物動線、機電、管路系統及安全考量，以下為研究實驗室設計計

畫目標之最小建議需求：

一一一一、、、、生活環境品質考量生活環境品質考量生活環境品質考量生活環境品質考量

實驗室應提供研究者舒適安全環境以增加創造力，也可減少員工流動率，進而容易招募新進員

工；提供直接自然光及戶外景觀、舒適工作空間、配合協調顏色、適當健全的組織配置、社會福

利、適宜運動健身設施、提款機、販賣機或托兒設施以提昇工作者生活品質 。

((((一一一一))))自然光自然光自然光自然光

實驗室及辦公室在與機能需求不衝突下，應提供自然光及戶外景觀，但必須考量自然光對電腦螢

幕及實驗檯，產生眩目及日照熱對室內溫度影響，而擁有大型設備及冰箱之實驗支援區並不需要

自然光，實驗室使用攝影和光學診斷科技應設置較暗區域如實驗支援區。

((((二二二二))))照明照明照明照明

實驗室研究工作需要高品質之照明，在實驗工作表面需提供無陰影及足夠及均質照度，並考慮特

殊實驗室及電腦使用空間之照度。

((((三三三三))))噪音噪音噪音噪音

實驗室裡的噪音是很難控制，因為房間裝修材料通常是硬且不吸音，設備如排煙櫃、離心機、真

空幫浦在實驗室內會製造噪音，在規劃時怕噪音之區域應儘可能離開噪音源。

((((四四四四))))振動振動振動振動

在工作場所設備所引起之振動，會對生活品質產生不良影響；敏感儀器是必須在結構上作減震，

有些敏感儀器則需置放在減震桌上，或減震樓板，或靠近結構柱子。

((((五五五五))))公共空間公共空間公共空間公共空間

在生物研究合作中交換意見，通常是建立在正式或非正式溝通、接觸，在建築規劃概念上，增加

使用者間非正式接觸，理想上可強化各單位活動；鄰近公共設施如會議室、休息室、廁所、咖啡

區，鼓勵研究員間非正式接觸及互動，而公共空間應

能共享，這些空間應設計能吸引研究員，離開實驗室

及辦公室；動線型式及走道細心設計也可增加使用者

於建築物各區域間接觸，設計應考慮非正式接觸區域

如凹室或走廊末端供研究員非正式街接觸，而不使用

正式休息室，如開放樓梯間、電梯間及公用走道，並

引進自然光及戶外景觀；佈告欄、指標、座位應配置

於入口大廳，會議室入口應開向大廳以增加互動機

會，另外可能互動空間是鄰接禮堂、會議室或其他公

共空間出入口之展示空間，這些區域應被指定規劃於

設計內。 （參圖一）

((((六六六六))))效率效率效率效率

效率是實驗室是否成功之主要因素，設計者應仔細考慮人員、動物、物品、廢棄物之動線、機能

之關係及 鄰接處，以增加空間有效利用 。

((((七七七七))))指標符號指標符號指標符號指標符號

指標符號可以幫助員工及訪問者，於實驗室裡知道其方向；指標符號與建築物需和諧搭配；很重

要的是，符號也能指示出區域，當生物危險工作正進行之生物安全等級。

二二二二、、、、實驗室研究空間實驗室研究空間實驗室研究空間實驗室研究空間

擁有高品質研究人員對於完成 NIH 之使命是非常重要，NIH 目標就是提供每一研究員合適及舒

服之實驗室工作空間、支援室、儲藏室、辦公室及行政支援空間，並以創造一個安全有效環境。

((((一一一一))))實驗室工作空間實驗室工作空間實驗室工作空間實驗室工作空間

合適實驗室之空間，應提供符合實驗室之各組成物如排煙櫃、生物安全櫃、實驗檯、儀器、儲藏

所需之空間；空間必須合適提供安全之工作區域，包括如使用設備、防止污染裝置、桌面，並必

須符合現今個別行動不便者需求。

((((二二二二))))實驗室實驗室實驗室實驗室支援空間支援空間支援空間支援空間

實驗室對支援空間需求，增加的非常快，實驗室與支援空間之比率從過去的 2:1 增加到現在的

1:1；應考慮將會產生噪音、熱、振動之設備，放置在鄰近實驗室之支援空間，這些可能為專用

或共用的開放凹室或房間，但也必須與實驗室相同模矩。

((((三三三三))))研究員辦公室研究員辦公室研究員辦公室研究員辦公室

儘可能將研究員之書桌與實驗桌分開，而辦公室應於實驗室區內。

((((四四四四))))實驗行政區域實驗行政區域實驗行政區域實驗行政區域

行政辦公室應提供行政人員舒適工作空間，這些空間應設置於實驗室外，面積合適具安靜及美觀

之環境，並提供檔案、資料及辦公傢俱之儲存空間。

((((五五五五))))附屬空間附屬空間附屬空間附屬空間

附屬空間包括 衣櫃、會議室及休息室等，這些空間對整個實驗室非常重要，因為它可作為提供

研究員間相互接觸及交換意見場所。

((((六六六六))))基本生物醫學研究實驗室空間規劃基本生物醫學研究實驗室空間規劃基本生物醫學研究實驗室空間規劃基本生物醫學研究實驗室空間規劃

實驗室最主要成員為研究員，包括科學家、實驗室技術人員、研究人員，他們花用超過百分之五

十以上時間待在實驗室；典型實驗室配置空間範圍從四人使用模矩，每一人使用 17.5M 2 至二

人使用模矩每一人使用 31.26M 2 ，並依據實驗室研究種類、規劃模式及共用資源決定。考量空

間規劃影響包括防護設施、與動物實驗室關係、輻射及生物安全之需求、可使用之會議空間及實

驗室其他支援設施，於早期規劃階段，與主要研究員諮商決定實驗工作之空間。

((((七七七七))))根據過去經驗基本生物醫學研究實驗室之一般規則根據過去經驗基本生物醫學研究實驗室之一般規則根據過去經驗基本生物醫學研究實驗室之一般規則根據過去經驗基本生物醫學研究實驗室之一般規則

以下圖表為根據過去經驗基本生物醫學研究實驗室空間使用分析，實驗室支援空間約佔實驗室空

間之百分之五十，這些經驗並無加入研究員之年資考慮，也無包括特別機能實驗室如核磁共振、

鐳射實驗室、動物室等，這些機能區域必須加入整體預算和規劃考量。 （參圖二）

((((八八八八))))粗估商數粗估商數粗估商數粗估商數

因為編制預算預估之目的使用粗估商數，建築物粗面積通常包括地下室、夾層、閣樓、電力、機

械、交換機房、封閉卸貨空間；粗面積比淨面積之粗估商數範圍通常取決於實驗室內部走道型式、

隔間、設備分佈、機械設備形狀，對一典型研究實驗室其粗估商數通常為 1.54 至 2。

三三三三、、、、彈性及合適性彈性及合適性彈性及合適性彈性及合適性

實驗室設計應富有彈性及可調整性，這個概念鼓勵一般性空間之發展，可提供機能變更，而無需

作基礎建設改變；並儘量避免設置過多特定規劃或定製空間。

((((一一一一))))設備及系統配置設備及系統配置設備及系統配置設備及系統配置

設備必須重複及一致分佈到每一實驗室，並設計提供可簡單擴充，而不影響鄰近區域，設備可置

於設備走道上方或設備夾層，允許改變且無需提昇建築物基礎設備、容量或主要分佈系統；在不

影響實驗室每日操作下，所有建築物系統組成需要作定期維護和修理。

提供不可預期之新研究規定和科技未來所需之公用設備是一樣重要的，容量設計應允許研究員增

加設備和儀器，以符合需求持續之改變，而不危害到實驗室之健康和安全。

((((二二二二))))擴充考量擴充考量擴充考量擴充考量

設計實驗室應考量未來之擴充，包括水平和垂直擴充，主要建築物系統規劃在預算限制下，應預

留容量以提供未來成長和研究目標之改變，建築物系統和規劃應與現有主要規劃一致。

((((三三三三))))設備與實驗室連接設備與實驗室連接設備與實驗室連接設備與實驗室連接

實驗室設備必須分佈於每一獨立實驗室模矩，每一設備連接點設於一定位置，提供簡單擴充而不

影響之臨近空間；設備運作設置於設備走道或設備夾層空間，以允許實驗室空間之變更，不必增

加或提升中央基礎設備的容量或位置，且所有管線連接至設備和裝置應設於設備走道或設備夾層

空間裡。

四四四四、、、、設備和系統分佈概念設備和系統分佈概念設備和系統分佈概念設備和系統分佈概念

公用事業設施及設備包括通訊及資訊系統，無論於水平或垂直方向必須安排於特定區域，提供一

致之系統及水電設施分佈到每一實驗室，三度空間規劃讓設備容易進出及維護，提供最多之操作

彈性，設計選擇及公用事業配置系統位置是依產品功能、經濟上具競爭力、容易進出維護、減少

實驗室干擾、減少生物病毒感染、未來水電設施及實驗室改建等考量，以下為 NIH 院區所建立

使用概念，雖然有其優缺點，使用設備夾層已為現今潮流。

((((一一一一))))天花板及管道間天花板及管道間天花板及管道間天花板及管道間

提供管道間供公用事業設施垂直分佈，水平分佈經過天花板空間到實驗室，由上至下提供至工作

區域，廢棄物則從水平收集再從管道間送下。

((((二二二二))))設備維修走道設備維修走道設備維修走道設備維修走道

公用事業設備分佈提供只供維護人員專用走道。（參圖三）

((((三三三三))))設備維修夾層設備維修夾層設備維修夾層設備維修夾層

設備維修夾層讓毫無阻礙之實驗室空間有最多選擇性；天花板上之專用進出樓版將設備水平分

佈，設備服務從設備維修夾層垂直拉下至實驗室；垂直集中管道連接建築物之維修夾層；夾層空

間分區應細心設計，水平分區包括電及通訊區、進風區、送風區、管線及消防撒水區及出入口區，

維修夾層高度建議至少 2100mm，以便維修人員進出。(參圖四、圖五)

五五五五、、、、模矩規劃模矩規劃模矩規劃模矩規劃

雖然很多研究者有特別實驗設計需求， NIH 目標是建立一個共同理想空間具有共同的條件，提

供所需機械、管線、電力等系統及隔間，以符合不同研究之需求。實驗室模矩提供建築物系統，

作最大彈性、安全、經濟有效之設置，以符合未來改變及主要研究員特殊研究建立實驗室計劃。

((((一一一一))))實驗室及實驗室模矩實驗室及實驗室模矩實驗室及實驗室模矩實驗室及實驗室模矩

實驗室模矩是建築物量體之基本概念並提供規則及重複之空間和設備，必須在模矩架構上細心安

排，不受樓梯、管道間、剪力牆、電梯及其他 阻礙物限制，規劃模矩必須適當尺寸，因此較大

單位可以由幾個模矩組成，允許定量空間產生和標準化之機械、電力、管線系統容易進入每一模

矩；舉例說明不同模矩規劃配置可能性。 (參圖六)

實驗室建築物建立在規律和重複模矩規劃如 3350mm x 3350mm 單元， 定量空間產生，可以提供

較多種類之實驗室及實驗支援機能，實驗室模矩寬度通常決定於走廊寬度 1525mm，再加上兩側

相當於 914mm 之實驗桌或設備空間，這尺寸增加彈性、可用性及方便所有使用者容易使用，實

驗室模矩深度之決定，取決於建築物本身限制、多少人使用實驗桌、工作上會使用何種設備、總

共需要多少桌子及防護設備如排煙櫃、生物安全櫃；一個理想模矩深度為 10050mm，一個標準

形狀可能包括研究員桌子約 1525mm 寬提供足夠工作空間；實驗桌應發展為一種模矩型式，允許

構件互相交換或部份設備代替實驗桌組件，實驗桌上提供系統式可互相交換要件之開放架或密閉

式儲藏櫃。

((((二二二二))))結構單元空間結構單元空間結構單元空間結構單元空間

建築物結構系統與模矩規劃有關，主要結構柱不要干擾實驗室空間及減少樑對機電管線影響，結

構系統及柱列應增加建築物效能，實驗室建築物設計應減少振動。

六六六六、、、、規劃概念規劃概念規劃概念規劃概念

((((一一一一))))實驗室鄰里概念實驗室鄰里概念實驗室鄰里概念實驗室鄰里概念

一個實驗室鄰里不只是實驗室和實驗支援，也包括辦公室及辦公室支援、供應物品儲藏及共享設

備如電腦設施，以期望實驗室鄰里有更多生產力，減少昂貴之實驗支援空間；為提昇科技鄰里意

識，通常實驗室鄰里結合 30 至 60 人，包括 6 至 8 位主要研究員，加上他們的博士後同事及實

驗助手及不同功能支援，實驗室鄰里應清楚組織及自在活動，通常實驗室設置於建築物外部，實

驗支援空間則設置於內部，提供許多交錯的走廊及共用的實驗室，讓鄰里內之活動更加容易(參

圖七)及 NIH Building 50 鄰里設計概念(參圖八)。

((((二二二二))))開放式實驗室概念開放式實驗室概念開放式實驗室概念開放式實驗室概念

開放式實驗室就是實驗室不設隔間，開放式實驗室鼓勵研究員間互相接觸；為加強實驗室與外界

環境之關係，建築物之設計將主要實驗空間，設置於建築物外部，並由一般模矩型式簡單的組成，

以提供一個彈性環境，減少研究員間阻礙，以提供一個開放式氣氛。

((((三三三三))))實驗室集中支援核概念實驗室集中支援核概念實驗室集中支援核概念實驗室集中支援核概念

所有實驗支援機能應集中設置，及提供各方向容易進入實驗支援核之概念，這概念是非常有用且

有效率，它的粗估商數從 1.82 至 1.67，材料和設備運送與人員動線分開，實驗室集中支援核概

念，是完全適合作研究之工具。

((((四四四四))))虛走道虛走道虛走道虛走道

虛走道是實驗室鄰里裡連繫實驗室及改善溝通之走道，在最新建造完成之實驗室，虛走道貫穿實

驗室一邊，虛走道雖不是主要緊急出口，但可作為提供實驗室之第二個逃生出口；實驗室可以輕

易沿著虛走道裝置隔間，這預留實驗室第二個逃生出口，也可將不合適之機能空間隔離；虛走道

可讓人員、設備及實驗樣品在實驗室內容易移動，及在主要研究員所領導下，各組人員在一起工

作。

((((五五五五))))另一種實驗室群組概念另一種實驗室群組概念另一種實驗室群組概念另一種實驗室群組概念

另外一種實驗室群組配置（參圖九），是由高度密集機械及實驗支援機能集中，並設置於中央區

域，實驗檯空間環繞於實驗支援空間，辦公空間則設於建築物外圍，這個概念將可獲得最多的自

然光和景觀，實驗支援空間集中使建築物機電使用更有效率，也可使結構配置有彈性，讓設備所

需之最大負載集中於群組中央區，提供長跨距之實驗檯及辦公空間，讓更多之開放空間沒有結構

柱衝突。

((((六六六六))))物料管理物料管理物料管理物料管理

在實驗室區域內，物料移動發生在一般走廊，假如有

設備走廊之提供，它的尺寸大小必須適合物料運送。

((((七七七七))))開放樓梯空間開放樓梯空間開放樓梯空間開放樓梯空間

開放樓梯空間減少不同樓層空間使用者溝通阻礙（參

圖十），但必須有很好的防火區隔。

((((八八八八))))多用途空間多用途空間多用途空間多用途空間

一個可以作電腦傳輸、知識交換之多用途空間，包括

提供有可以連線之電腦桌、茶水設施及非正式會議空間，以建立建築物內使用者彼此間互動及吸

引外面人的區域。（參圖十一、圖十二）

((((九九九九))))圖書閱覽室圖書閱覽室圖書閱覽室圖書閱覽室

在網路來臨的時代，圖書閱覽室雖不再像過去那樣

受歡迎及需要，但使用者仍渴望有一個能閱讀最新

期刊之閱覽室；而閱覽室應為一個安靜、舒適、光

線充足，在其周圍配有放置書及期刊之書架。

（參圖十三）

七七七七、、、、實驗室建築物之機能關係及分區實驗室建築物之機能關係及分區實驗室建築物之機能關係及分區實驗室建築物之機能關係及分區

在規劃一個實驗室，設計者必須說明實驗室所有機

能及活動之關係，將相似機能安排於同一區，為使

建築物使用，變得更加有效率，當在作一個實驗室規劃，以下幾個觀點使用，可以決定空間和機

能關係。

1.定義建議使用者之組織架構或一般機能原則。

2.定義相互關係所需之機能原則等級，畫出建議相互關係之圖樣，以決定它們功能。

3.決定每一獨立工作區域所需之廢棄物及物料之操作流程，規劃時必須指出可能會發生之危害安

全與建康。

4.決定鄰近每一實驗室分區所需之特別實驗支援。

5.定義鄰近實驗室工作區之辦公室。

6.決定那些實驗室空間可能需要特別機械設備之獨立工作區域。

進而決定型式和鄰近等級，當規劃彈性及合適工作空間，基本上仍要得到以下資訊。

1.機電管線需求。

2.防火規劃需求。

3.生化危險及輻射安全需求。

4.何種化學物使用。

5.主要科技設備安裝。

6.排煙櫃安裝密度。

7.建築物使用人口。

8.多少工作站。

9.特別工作站之型式。

((((一一一一))))規劃圖樣規劃圖樣規劃圖樣規劃圖樣

規劃圖樣是從模矩發展及關係，用幾何圖形描繪出基本規劃分區，包括實驗室區、辦公室區、走

廊及支援區，這些只是圖樣必須符合建築物規劃、基地限制、及使用者需求。

((((二二二二))))實驗室及實驗支援概念實驗室及實驗支援概念實驗室及實驗支援概念實驗室及實驗支援概念

實驗室建築規劃必須說明機能與動線關係，圖十四顯示位於實驗室、實驗支援及辦公室間之人員

主要動線，中央走廊提供實驗室隔離人員及物料流動。

((((三三三三))))實驗室區使用單走道實驗室區使用單走道實驗室區使用單走道實驗室區使用單走道

圖十五顯示主要人員走廊位於實驗室區，連接主要辦公室，中央走道支援實驗室與辦公室，人員

與物料移動結合，所有空間可接收直接自然光。

(四) 實驗實驗實驗實驗室及實驗支援區引進自然光實例室及實驗支援區引進自然光實例室及實驗支援區引進自然光實例室及實驗支援區引進自然光實例

圖十六 NIH Building 50 將自然光引入實驗室內以提高研究環境品質。

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肆肆肆肆、、、、 結結結結 語語語語

國家衛生研究院竹南院區工程及榮民總醫院醫學科技大樓工程皆為國家投資數十億之重大建

設，同時業主們也為生物醫學界之翹楚；建築部擔任此二案專案管理工作，負責設計審查之工作，

期間也閱讀研究美國、澳洲之相關規範，基於知識傳承，相繼撰寫了 B L3、BL4 高階生物實驗

室、 美國 NIH 動物實驗室及實驗室設計準則探討，其目的是提供本工程司了解最新相關實驗室

設計相關訊息，作為將來本工程司對相關實驗室設計爭取有所幫助，至於有關業主要求協助實驗

室認證之領域，相對於部門從前之工作經驗更是遙遠，因此建築部在此刻即將著手收集資料研

究，以符合業主需求及業務需要。

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壹壹壹壹、、、、 辦理公共設施多目標使用之前提及法令依據辦理公共設施多目標使用之前提及法令依據辦理公共設施多目標使用之前提及法令依據辦理公共設施多目標使用之前提及法令依據

公共設施之設置係基於公益性目的，期能服務居民、滿足生活上之需求及維持良好之都市生活環

境，惟為鼓勵民間投資興建公共設施（獎勵投資辦理都市計畫公共設施辦法）、彌補都市計畫區

公共設施用地之不足、促進公共設施之有效及多元利用，故都市計畫法第三十條規定公共設施用

地得作多目標使用，以滿足實際都市發展之需要。

惟都市計畫公共設施之多目標使用，應以 避免影響原規劃設置公共設施之機能避免影響原規劃設置公共設施之機能避免影響原規劃設置公共設施之機能避免影響原規劃設置公共設施之機能 為前提，並注意

維護景觀、環境安寧、公共安全、衛生及交通順暢，否則因為多目標使用而造成土地使用機能之

衝突或管制之失控，將失去了複合使用之意義，故針對允許多目標使用之用地類別、使用項目、

准許條件、作業方法及辦理程序等事項，訂頒有「都市計畫公共設施用地多目標使用辦法」（以

下簡稱「多目標使用辦法」），作為多目標使用之辦理依據，以避免藉由多目標使用之名，而為

土地炒作之實。

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貳貳貳貳、、、、 多目標使用之辦理流程及應備之書圖文件多目標使用之辦理流程及應備之書圖文件多目標使用之辦理流程及應備之書圖文件多目標使用之辦理流程及應備之書圖文件

公共設施用地申請作多目標使用應具備之書圖文件於九十二年六月前實施之「都市計畫公共設施

用地多目標使用方案」並未明確規範，多由各級地方政府依其作業慣例或以行政命令方式，對於

多目標使用申請計畫書之內容進行規範，因此發生各地方政府對相關書圖文件之要求精細度不同

之情形發生。直至民國九十二年六月二十七日發布實施之「都市計畫公共設施用地多目標使用辦

法」將應備具之書圖文件進行統一規範，使得申請單位有一個明確遵守之規範，依該辦法應備具

之文件內容及申請流程如下：

一一一一、、、、申請書申請書申請書申請書：：：：應載明下列事項應載明下列事項應載明下列事項應載明下列事項：：：：

(一)申請人姓名、住址；其為法人者，其法人名稱、代表人姓名及主事務所。

(二)公共設施名稱。

(三)公共設施用地坐落及面積。

(四)其他經直轄市、縣（市）政府規定之事項。

二二二二、、、、公共設施用地多目標使用計畫公共設施用地多目標使用計畫公共設施用地多目標使用計畫公共設施用地多目標使用計畫：：：：應表明下列事項應表明下列事項應表明下列事項應表明下列事項：：：：

(一)公共設施用地類別。

(二)申請使用項目、面積及其平面或立體配置圖說。

(三)開闢使用情況及土地、建築物權屬。

(四)對原規劃設置公共設施機能之影響分析。

(五)對該地區都市景觀、環境安寧與公共安全、衛生及交通之影響分析。

(六)依本辦法規定應徵得相關機關同意之證明文件。

(七)其他經直轄市、縣（市）政府規定之事項。

多目標使用應備具上述文件，向該管直轄市、縣市政府申請核准。

三三三三、、、、公共設施用地多目標使用申請流程公共設施用地多目標使用申請流程公共設施用地多目標使用申請流程公共設施用地多目標使用申請流程：：：：

申請流程，依實際之作業經驗，歸納整理如圖一，直轄市、縣（市）政府受理申請後，經審查合

於規定者，發給多目標使用許可；不合規定者，駁回其申請；其須補正者，應通知其於十五日內

補正，屆期未補正或補正不完全者，駁回其申請。

註註註註：：：：實際之作業流程仍須視個案用地類別及縣實際之作業流程仍須視個案用地類別及縣實際之作業流程仍須視個案用地類別及縣實際之作業流程仍須視個案用地類別及縣（（（（市市市市））））政府本於權責發布之審議流程而定政府本於權責發布之審議流程而定政府本於權責發布之審議流程而定政府本於權責發布之審議流程而定。。。。

圖一都市計畫公共設施用地多目標使用申請流程圖圖一都市計畫公共設施用地多目標使用申請流程圖圖一都市計畫公共設施用地多目標使用申請流程圖圖一都市計畫公共設施用地多目標使用申請流程圖

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參參參參、、、、 法令條文分析法令條文分析法令條文分析法令條文分析

多目標使用辦法依其管制之精神，可將其概分為一般性之管制規範及特別規範，其中一般規範為

不論何種用地類別，皆須遵守之管制規定，大多為原則及一般性之規定；特別規範為針對特定之

公共設施用地類別，考量各類型用地之性質，規範准許之條件及允許之使用項目，因此，若欲進

行多目標使用，除須檢核是否符合一般性之規範外，同時須符合該用地類別之特別規範。分別說

明如下：

一一一一、、、、一般規範一般規範一般規範一般規範

(一)私人或團體投資興辦公共設施用地作多目標使用，其所需用地得依都市計畫法第五十三條及

土地徵收條例第五十六條之規定辦理。

(二)直轄市、縣（市）政府、鄉（鎮、市）公所、各該公用事業機構興闢，或私人或團體依本辦

法申請公共設施用地作多目標使用者，應同時整體闢建完成。必要時，得整體規劃分期分區闢建。

(三)相鄰公共設施用地以多目標使用方式興建地下或地上層停車場者，得合併規劃興建。公園用

地、道路用地地下以多目標使用方式興建商場或超級市場者，亦同。

(四)公共設施用地得作為捷運系統、節水、環境品質監測站及都市防災救災設施使用；其面積

○‧○五公頃以上者，得兼作機車停車場使用。

(五)公共設施用地多目標作商場、百貨商場或商店街使用者，其樓地板面積不得超過一千平方公樓地板面積不得超過一千平方公樓地板面積不得超過一千平方公樓地板面積不得超過一千平方公

尺尺尺尺。但作車站、體育場或市場使用或政府整體規劃開闢者，不在此限。

(六)公共設施用地得同時作立體及平面多目標使用。

二二二二、、、、特別規範特別規範特別規範特別規範

特別規範針對公共設施用地之多目標使用類別、立體及平面多目標使用、允許項目及准許條件，

採正面列舉方式，明文規定於「多目標使用辦法」之附表內。

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肆肆肆肆、「、「、「、「台中車站站區空間多目標計畫台中車站站區空間多目標計畫台中車站站區空間多目標計畫台中車站站區空間多目標計畫」」」」案例說明案例說明案例說明案例說明

為因應運輸型態多元發展，鐵路局積極改變自身角色，除構思車站多功能利用，開發整建車站站

區及週邊地區成為轉運樞紐，更期待藉由多目標使用，強化行旅生活服務功能，目前計有：羅東、

苗栗及台中車站等，進行或已完成多目標使用之申辦作業，以下例舉中華顧問工程司承辦之台中

車站站區空間多目標計畫為案例，進一步說明多目標使用之內容：

一一一一、、、、辦理經過辦理經過辦理經過辦理經過

本案於九十二年四月向台中市政府提出申請，九十三年二月二日市府邀集內部各局室召開審查會

議後，同意本案之多目標申請，並於九十三年六月取得核准函。

二二二二、、、、計畫目標計畫目標計畫目標計畫目標

(一)強化車站功能，繁榮鐵路發展

車站地區匯聚人流、車流及資訊流，為都市之精華地區，但本基地以往僅作為鐵路客、貨運輸相

關業務使用，未盡地用效益，故實有必要善用區位優勢，積極利用現有資源，提供方便且多元化

之服務，進行培養、繁榮鐵路運輸所必須之事業。

(二)帶動商圈發展，促進更新再造

隨著都市成長週期變化，舊市中心區已出現衰敗的現象，故市政府近年來積極推動本區更新及景

觀改善工作。由於本區權屬單純，經市政府核准多目標使用後，立即可以進行再造，故考量舊市

中心區振興的急迫性，利用本區導入階段性之使用，對於帶動周邊地區更新再發展有拋磚引玉之

效，並可改善站前都市景觀。

三三三三、、、、申請範圍及面積申請範圍及面積申請範圍及面積申請範圍及面積

本計畫申請多目標使用之基地範圍位於台中車站前站，共包括 8 筆土地，面積約 2.77 公頃，包

括台中車站、辦公房屋、倉庫、繼電器室及機械室，土地所有權人為中華民國，管理者為交通部

台灣鐵路管理局。

四四四四、、、、計畫內容楖述計畫內容楖述計畫內容楖述計畫內容楖述

(一)開發策略

1.推動舊有具特色建築物之再生利用。

2.強化行人動線系統，形塑良好休憩環境。

3.提供停車設施，供通勤旅客及逛街購物遊客使用。

4.強化經營內容組合與形塑空間環境的特色。

5.結合鐵路遊憩系統，進行整體行銷。

6.主動或配合市中心再開發的更新政策，帶動都市更新之公共議題。

(二)開發方式

以招租方式委託民間廠商經營，其中有關建築使用執照之取得、變更、防火避難設施及消防設備

改善，由承租廠商依建築法、建築技術規則、台中市建築管理自治條例及舊有建築物防火避難設

施及消防設備改善辦法等相關法令規定進行改善並取得市政府之核可，始得對外營業。

(三)計畫內容

為提供方便且多元化服務，初步規劃作為餐飲服務、廣場、零售商場、辦公處所、停車場及藝文

展覽表演場所等使用，惟本案於市府核發多目標使用許可後，才正式進行廠商招租，因此考量承

租者之實際需求，對未來之引入活動保留彈性，在不違背法令之允許使用內容下，根據有意進駐

之承租者意見調整使用內容。

圖三圖三圖三圖三 開發構想示意圖開發構想示意圖開發構想示意圖開發構想示意圖

五五五五、、、、其他說明其他說明其他說明其他說明

(一)本基地位處台中車站特定專用區，受到鐵路立體化不確定因素之影響，本計畫僅為中、短期

之利用，未來長遠之規劃藍圖，仍須依循研議中之台中車站特定專用區整體計畫。

(二)由於車站為一都市門戶，市府為避免多目標使用影響都市景觀，另規範未來經營之廠商有關

都市景觀之規劃，須另提請市政府審議。

(三)多目標辦法使用對於車站多目標，特別規範須提供二倍之停車空間，由於本案多目標使用之

面積規模小且週邊停車空間供給充足，故仍可滿足法令之需求，並不致對週邊交通產生較大之衝

擊，且能提供旅客一個更佳之候車空間。

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伍伍伍伍、、、、 結語結語結語結語

一、多目標使用係於都市計畫規範之用地類別增加其他使用用途，對於整體土地使用計畫而言，

可將其視為特例（增加使用項目，原應辦理都市計畫變更），故「多目標使用辦法」有較一般規

定更為嚴格之規定，申請單位於提出多目標之申請前，對於多目標使用之必要性、相關衝擊之減

緩、建築、景觀、消防及公共安全均應事先進行完整之規劃及考量，以縮短審查之時間。

二、部分地區之都市計畫於制定之初，考量使用項目增加可能衍生之影響，為維持既有之規劃理

念，可能於都市計畫書圖載明不適用「多目標使用辦法」之規定，故欲進行多目標使用之申請，

除法令之規定外，對於都市計畫書圖之管制規定亦應一併深入了解。

三、政府積極推動民間參與公共建設，於招商文件之設計上，可能以公共設施多目標使用容許之

商業活動作為允許之附屬事業，期增加整體財務效益，惟多目標使用辦法之管制規定繁瑣，對於

規模、區位、停車供給及容許之項目均有限制，使附屬事業之開發未必能符合市場之需求，反而

可能增加更多之成本支出（例如：車站用地之多目標使用雖不受商場規模在一千平方公尺之下之

限制，但卻需提供較法定需求多一倍之停車供給），相關之限制須轉換為成本之支出，一併納入

民間參與之財務規劃考量，避免落入多目標使用即為放寬使用項目之萬靈丹的迷思。

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國立中正大學創建於民國 78 年並開始招收學生。由於建校至今已逾十五年，學生人數逐年成長

現有之宿舍已不敷學生之需求，為提供學生良好受教環境、強化學校生活機能提供學生安全、適

意之居住環境，擬於寧靜湖東南處興建第三期學生

宿舍。

政府為減輕於教育經費之財務負擔，於民國 88 年

制訂「國立大學校院基金設置條例」，所有國立大

學校院自 89 年會計年度開始需設立校務基金，而

於往後年度學校之各項經費支出皆須由學校自行

籌措部分經費。於學校自籌經費有限之情形下，未

來由民間參與興建經營教育設施之需求因應而生。

中正大學依據「促進民間參與公共建設法」及「教育部

暨所屬機關館所辦理民間參與公共建設作業流程」，在

符合原興辦目的之原則下委託專業顧問辦理民間參與興

建經營招商作業，於 民國 91 年 6 月 7 日 完成「第三期學生宿舍民間參與興建經營招標作業顧問」案顧問

甄選，並於 民國 91 年 6 月 28 日 與中華顧問工程司完成本案之服務契約簽署（詳圖一），依約推動各項

工作並於 民國 93 年 6 月 14 日 順利與民間機構完成簽約。

壹壹壹壹、、、、 計畫概述計畫概述計畫概述計畫概述

本案係為教育部授權中正大學辦理，依據促進民間參與公共建設法第八條第一項第一款規定，採

用由民間興建、營運、移轉（ BOT）方式辦理，本案之公共建設類別係屬文教設施，依據「促

進民間參與公共建設法之重大公共建設範圍」之定義，「投資總額不含土地達新臺幣一億元以上

之公立高中職以上學校及其設施。」即為重大公共建設，本案符合上述規定，得享有包括減徵營

利事業所得稅（第三十七條）、投資抵減營所稅（第三十七條）、減免地價稅、房屋稅等（第三

十八條、第三十九條）、原始投資股東抵減營利事業所稅（第四十條）等有關重大公共建設之優

惠，本案重要項目如下：

一、民間機構名稱：昱成聯合科技股份有限公司

二、簽約日期： 民國 93 年 6 月 14 日 。

三、民間投資額度： 7.47 億元。

四、計畫內容概述

（一）設施內容

由民間廠商出資興建及營運地下一至地上八層樓可容納 2,000 人之第三期學生宿舍及相關附屬

設施，基本要求為房間區分單人房、雙人房、四人房等三種，營運以使用者付費原則(依水電使

用量之多寡另外付費) ，相關附屬設施必須包含生活必須之餐飲、休閒等附屬事業經營（本案位

置詳圖二、民間機構所提建築模擬詳圖三）。

（二）履約保證金

為確保民間機構履行本案，興建期提供新台幣 3,000 萬元、營運期 1,500 萬之履約保證金。

（三）土地租金

依「促進民間參與公共建設公有土地出租及設定地上權租金優惠辦法」規定辦理，興建期為設定

地上權土地面積×公告地價之 1％、營運期為設定地上權土地面積×公告地價之 3％。

（四）權利金

開發權利金 300 萬元，固定權利金 100 萬元。另有營運權利金（於委託範圍營業收入超過新台

幣 2 億元時，應按該年度營業收入支付一定比例金額作為營運權利金），如表 1。

表表表表 1 1 1 1 營運權利金收取標準營運權利金收取標準營運權利金收取標準營運權利金收取標準

營業收入（元） 營運權利金比例（ %）

1～200,000,000 0

200,000,001～250,000,000 1

250,000,001～300,000,000 2

300,000,001～350,000,000 3

350,000,001 以上（含） 4

（五）許可年限

本計劃許可期間自簽訂契約之日起共 33 年，其中興建期 3 年及營運期 30 年，若民間機構提前

完成興建，經中正大學同意得提前營運。

於委託興建營運許可年限屆滿前三年，民間機構經評定為「營運績效良好」者，得向中正大學申

請續約，其期間以每次十年為限；有關續約之內容及條件，屆時由雙方議定之。

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貳貳貳貳、、、、 辦理經過辦理經過辦理經過辦理經過

本案係以民間參與之角度研析投資市場、法律及財務可行性等，提出「可行性評估報告」、「先

期計畫書」，再就民間投資招商策略考量，擬定「申請須知」、「契約」及「評審辦法」草案，

並於公告後就本案各項文件作釋疑、澄清及說明，最後協助中正大學與最優申請案件申請人完成

簽約程序，詳細工作時間及內容詳表 2，整體招商作業時程可分為先期作業、公告階段、甄審階

段及議約簽約等四個階段，辦理過程說明如下：

一、 可行性研究及先期規劃作業階段

於 民國 91 年 8 月 31 日 提送本案之可行性評估報告書，教育部於 民國 92 年 1 月 16 日 授權

中正大學辦理本案後續招商。

二、 擬定招商文件階段

於民國 92 年 1 月 20 日提送招商專業文件草案（包含申請須知及委託經營契約草案），並於 民

國 92 年 3 月 12 日 以電子郵件方式傳送招商專業文件（草案）上網定稿版，公開徵求民間廠商

之意見，並於 民國 92 年 3 月 14 日 及 18 日分別於嘉義及台北辦理招商說明會。

三、 公告招商階段

本案分別於 民國 92 年 4 月 15 日 、 民國 92 年 7 月 25 日 、 民國 92 年 10 月 6 日 、民國 93

年 2 日 17 日辦理公告，於第四次 民國 93 年 4 月 1 日 截止收件日時，計有昱成聯合科技股份

有限公司、明村營造股份有限公司兩家廠商申請送件。

四、 甄審及簽約階段

於 民國 92 年 5 月 14 日 經甄審委員會議決「昱成聯合科技股份有限公司」為最優申請案件申

請人、明村營造股份有限公司為次優申請案件申請人，中正大學並於 民國 93 年 06 月 14 日 與

最優申請案件申請人完成簽約。

表表表表 2 2 2 2 本案辦理相關工作時程表本案辦理相關工作時程表本案辦理相關工作時程表本案辦理相關工作時程表

時 間 完 成 工 作

民國 91 年 06 月 08 日 簽定顧問服務契約

民國 91 年 08 月 13 日 參訪逢甲大學學生宿舍

民國 91 年 08 月 31 日 提送可行性評估報告

民國 91 年 10 月 03 日 提送可行性修正報告、先期計畫書（草案）

民國 91 年 10 月 21 日 辦理對地方及地方政府說明會

民國 91 年 10 月 29 日 提送可行性評估、先期計畫書（修正版）

民國 91 年 12 月 17 日 先期計畫書經教育部核定

民國 92 年 01 月 16 日 教育部核定先期計畫書並授權中正大學繼續辦理本計畫後續相關事宜

民國 92 年 01 月 24 日 提送可行性評估報告、先期計畫書（修正定稿版）

民國 92 年 01 月 20 日 提送招商專業文件草案（包含申請須知、委託經營契約、評審辦法草案）

民國 92 年 03 月 12 日 發佈投資資訊（招商專業文件草案上網）

民國 92 年 03 月 14 日 協助召開招商說明會（嘉義場次）

民國 92 年 03 月 18 日 協助召開招商說明會（台北場次）

民國 92 年 03 月 28 日 召開第一次甄審委員會議

民國 92 年 04 月 04 日 完成公告之招商文件修訂（包含申請須知、委託經營契約草案及評審辦法）

民國 92 年 04 月 15 日 正式上網公告招商（第一次）

民國 92 年 06 月 16 日 第一次公告截止收件，無廠商送件流標

民國 92 年 07 月 17 日 赴工程會說明本案執行

民國 92 年 07 月 25 日 正式上網公告招商（第二次）

民國 92 年 08 月 07 日 至台北縣政大樓參加工程會招商博覽會設攤說明

民國 92 年 09 月 05 日 第二次公告截止收件，無廠商送件流標

民國 92 年 10 月 06 日 正式上網公告招商（第三次）

民國 92 年 10 月 17 日 協助中正大學回覆廠商之釋疑（富永昶建設股份有限公司）

民國 92 年 11 月 20 日 第三次公告截止收件，無廠商送件流標

民國 92 年 12 月 31 日 赴工程會進行本案續辦研討

民國 93 年 02 月 17 日 正式上網公告招商（第四次）

民國 93 年 03 月 08 日 協助中正大學回覆廠商之釋疑（德寶營造股份有限公司）

民國 93 年 03 月 10 日 協助中正大學回覆廠商之釋疑（德昌營造股份有限公司）

民國 93 年 04 月 01 日 截止收件計有昱成聯合科技股份有限公司、明村營造股份有限公司申請遞件

民國 93 年 04 月 09 日 協助中正大學作相關投標文件預審之幕僚工作，第二次甄審委員會議（資格預

審）

民國 93 年 04 月 30 日 申請人完成資格文件補正及澄清；協助中正大學作相關補正、澄清投標文件審

查幕僚工作

民國 93 年 05 月 14 日 協助召開第二次甄審委員會，宣布資格預審結果，並評選出最優及次優申請案

件申請人

民國 93 年 06 月 07 日 提送中正大學有關昱成聯合科技股份有限公司（乙方）之興建營運執行計畫書

審查意見

民國 93 年 06 月 14 日 雙方完成契約簽訂

民國 93 年 07 月 13 日 於教育部舉辦國立中正大學第三期學生宿舍記者會

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參參參參、、、、 計畫效益計畫效益計畫效益計畫效益

本案為國內第一宗依促參法完成招商簽約之「民間參與興建營運國立大學宿舍案」，於許可年期

33 年間所帶來之效益，以下就政府財務及社會經濟效益分別說明：

一、 政府財務效益

（一）因採用 BOT 方式辦理本計畫，替政府節省約 7.47 億元興建費用，及每年營運維修成本約

800 萬。

（二）權利金收入：包含開發權利金 300 萬元、定額權利金每年 100 萬元

（三）土地租金收入：每年約 50 萬元（營運期）

（四）稅捐收入：包含房屋稅每年約 200 萬元、營利事業所得稅，每年約 900 萬元(不含營運前

五年免徵營利事業所得稅)，興建營運期間約可替政府帶來約 10 億元稅收收入。

二、 社會經濟效益

（一）提供學生優質住宿環境（宿舍模擬示意圖詳圖四）。

（二）開發初期將創造建築、建材工人就業機會。

（三）營運期間可帶來管理 、維護、清潔人員之

就業機會。

（四）產生群聚效果，有利大學城之開發，學校與

地方相互發展成長、有助於商業活動之活絡

（五）廠商回饋：包含學術推廣金每年 5 萬元、

舉辦宿舍園遊會每年 50 萬元、獎助學金每年 54.8

萬元、寒暑假住宿優惠七折優惠、協助學生向金融

機構辦理助學貸款、提供工讀機會每年 60 萬元，

營運期 30 年總回饋金額約 8,994 萬元

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肆肆肆肆、、、、 遭遇困難及解決方法遭遇困難及解決方法遭遇困難及解決方法遭遇困難及解決方法

一一一一、、、、投資障礙因素投資障礙因素投資障礙因素投資障礙因素

在招商過程中主要影響民間機構之投資意願，係有投資誘因不足、風險考量問題、 執行面及整

體環境上之因素，如下說明：

（一）本案投資報酬率太低、回收年期過長，部分廠商表示由於本案投資報酬率太低，回收年期

過長（估計約 12 年）。

（二）本案區位地點考量，由於本案位於嘉義民雄地區，相較於北部學校廠商對於未來可收取之

租金較為保守。

（三）至少 3,000 人之學生宿舍，未提供學生住宿率保證，廠商評估目前人口成長及大學人數成

長，認為未來出租之風險較大影響投資意願。

（四）宿舍區聯絡教學區之人行陸橋部分要求民間機構興建，隱含不確定性造成投資上疑慮。

（五）部份廠商無法取得銀行融資意願書及評估意見，且認為對於廠商資格要求過高。

（六）同性質招商案公告之影響，由於本案截止收件前國立台灣大學亦主動公告徵求民間機構興

建營運學生宿舍，亦對本案造成衝擊。

（七）本案等標期間內，適逢ＳＡＲＳ疫情擴大及建築原物料高漲，影響廠商投資意願。

二二二二、、、、 激勵民間投標之作法激勵民間投標之作法激勵民間投標之作法激勵民間投標之作法

針對招商過程中廠商之相關建議，主要朝向減低投資風險、降低負擔成本、擴大參與層面，具體

作法如下說明：

（一）調整投資規模將至少容納 3,000 人調整為 2,000 人，除因規模減少降低投資金額外，亦減

少民間機構對於宿舍出租率之不確定性。

（二）減少附屬設施工程項目，廠商必須投資因本案衍生之管線設備工程、污水管線工程（由校

方興建污水管線至基地邊緣）、聯絡人行陸橋等附屬設施工程部分改由政府興建，有效減少民間

機構之興建成本。

（四）增列政府承諾住宿率之保證，於租金合理性及住宿品質（依據安全管理設備、營運及清潔

維護、學生意見反應等項目）符合中正大學要求之條件下，甲方提供營運期前十五年住宿率百分

之九十五（ 95%）之保證。

（五）增加建築要求之彈性，如宿舍單元面積、樓高等限制要求，調整為建議參考。

（六）租金調整方式及幅度放寬，考量民間機構於營運期間因校外租金明顯變動、投入相當之設

備以提升宿舍之品質或其他經校方認可之情事，經民間機構提報校方確認後即可高於原訂標準。

（七）廠商資格之調整，由資本額 2 億調整為 1 億，並允許成立新公司方式辦理，唯須於投資

計畫中載明依原公司或新公司辦理本案。

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伍伍伍伍、、、、 結語結語結語結語

本案自 民國 91 年 6 月 28 日 與完成顧問服務契約簽訂，至 民國 93 年 6 月 14 日 完成與民間

機構－昱成聯合科技股份有限公司簽約，約計兩年期間其中經歷了四次招商公告及無數次之廠商

拜訪，推動過程可說是相當艱辛漫長，而最後本案能順利完成招商（詳圖五、圖六），主要有以

下幾點成功關鍵 :

一一一一、、、、招商企圖旺盛招商企圖旺盛招商企圖旺盛招商企圖旺盛、、、、積極積極積極積極

校方招商企圖旺盛，除顧問團隊招商動作積極外，校方除透過各種管道釋出本案招商訊息外，更

表達招商之企圖與合作之誠意，有效減低廠商部分疑慮，另顧問團隊除鎖定特定潛在廠商外，推

動期間更透過網頁、郵寄、傳真、新聞等持續發佈招商訊息，積極探詢更多可能潛在投資者。

二二二二、、、、掌握眾多潛在投資廠商掌握眾多潛在投資廠商掌握眾多潛在投資廠商掌握眾多潛在投資廠商，，，，持續進行招商持續進行招商持續進行招商持續進行招商

顧問團隊掌握眾多潛在投資廠商，並配合校方進行招商說明，依據本案特性及投資規模鎖定特定

潛在投資人，除協助舉辦說明會外，如遇有投資意願廠商，主動邀請校方共同向廠商進行本案說

明。

三三三三、、、、校方與顧問團隊充分合作校方與顧問團隊充分合作校方與顧問團隊充分合作校方與顧問團隊充分合作，，，，思考招商策略思考招商策略思考招商策略思考招商策略

校方與顧問團隊充分合作，積極思考本案各階段之推動策略，除顧問團隊外，中正大學並邀請校

內具有法律、財務、工程、營運專長教職員，成立工作推動小組持續推動本案，在推動各階段提

供專業判斷建議，如在先期規劃階段，除建議合理收取權利金外，更考量減低廠商負擔提高本案

招商誘因之策略，包括校方承諾興建聯絡人行陸橋、負責興建污水管線至基地邊緣等。

四四四四、、、、採納廠商意見採納廠商意見採納廠商意見採納廠商意見，，，，適時調整招商條件適時調整招商條件適時調整招商條件適時調整招商條件

招商過程中如遇廠商合理意見即進行相關評估，考量對本案有所助益且不影響校方權益下，參考

採納並調整招商文件，並基於合理公平原則下，將相關可能修訂內容適時反應予其他有興趣之潛

在廠商。

五五五五、、、、多方支持及協助多方支持及協助多方支持及協助多方支持及協助

雖經多次流標，另獲教育部及工程會支持及提供相關建議，持續辦理招商方能甄選出合適之民間

機構。

誠如中正大學 衛民 教授所說的「 BOT 是一個信任的事業」，在中正大學釋出招商之最大誠意

及堅持下，招商顧問配合校方持續招商並提供全方面專業、即時之顧問服務，及工程會、教育部

之協助下，終能順利完成招商。

與民間機構簽約僅是本事業的一個開端而已，未來校方和民間機構必須以合作伙伴之推動模式，

推動本案各項興建、營運工作，方能順利推動本案達到多贏之局面。

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壹壹壹壹、、、、 計畫概述計畫概述計畫概述計畫概述

一一一一、、、、婦女館興建之緣由婦女館興建之緣由婦女館興建之緣由婦女館興建之緣由

桃園縣婦女館 (以下簡稱「婦女館」)之興建目標在於： 1 提供桃園縣婦女朋友全方位的活動空

間，充實婦女精神生活，發揮知識性、文藝性、休閒性、保護性等多元化的服務功能。 2 結合

桃園縣內婦女團體及相關資源建立保護網絡。 3 加強兩性平權教育宣導。 4 充實婦女生活領

域，協助婦女再教育、再成長、再就業以提升婦女社會地位。 5 加強對貧困及不幸婦女照顧或

轉介服務，以保障婦女權益。 6 對單親家庭提供心理諮詢、親職教育及二度就業或創業訓練。

二二二二、、、、婦女館之特色婦女館之特色婦女館之特色婦女館之特色

婦女館為結合「知性、感性、靈性」的前瞻性規劃，內部空間設計具有國際水準的演藝廳及會議

廳、婦女圖書室、資訊室、諮商室、藝術迴廊、展示空間、女性大觀園、休閒咖啡區、茶藝區、

健身房、三溫暖、韻律空間及防身術學習室、停車場等，並配合公園設施，採用玻璃帷幕可從戶

外看到室內展示空間，另規劃戶外表演空間及兒童遊戲區 ; 以提供婦女多元化的活動展覽、成

長、教育、休閒娛樂等場所，以落實婦女福利。

三三三三、、、、婦女館委外經營管理之緣由婦女館委外經營管理之緣由婦女館委外經營管理之緣由婦女館委外經營管理之緣由

婦女館採整體委託經營管理，由民間機構廠商以自負盈虧方式辦理。桃園縣政府 (以下簡稱「縣

府」)基於下列因素，乃依「促進民間參與公共建設法」規定，委託民間機構經營管理：

(一)提昇服務品質，創造合理利潤，加強實質管理維護功能

婦女館規模龐大，設施齊全，實際管理維護並非易事，啟用後如欲維持良好服務品質，復需用及

大量之員工，以及編列鉅額營運、管銷、維護、人事等費用，將成為縣府財政上之沉重負擔；若

委託具經營能力之民間機構營運管理，由得標廠商繳納權利金以取得經營管理權，不僅政府得以

權利金挹注縣庫，且提昇婦女館服務品質，發揮應有功能。

(二)提高公器使用效益，為政府運作模式，注入企業化運作之新理念

婦女館設施多元化而豐富，為提高公用財產使用效益，乃決定在不影響政府既定婦女福利政策原

則下，將婦女館經營管理業務委外，其生財工具規劃已瑧備完善，委由進駐經營之民間機構，只

要能掌握營運市場之定位，加上積極之行銷手法，必定能夠創造出營運業績，同時得以引進專業

經營管理訓練技術及人才，為政府傳統運作模式注入企業化之新理念。

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貳貳貳貳、、、、 辦理經過辦理經過辦理經過辦理經過

本案辦理過程中所發生之重要時點如下表所示：

時程 重要事項 成果

92 年 3 月 31 日 簽定顧問服務合約

92 年 5 月 26 日 完成可行性評估與先期計畫

書

1.可行性評估報告書(修正定稿版)

2.先期計畫書(修正定稿版)

92 年 6 月 13 日 完成招商文件及評審辦法草

案

1. 申請須知草案

2. 委託經營契約草案

3. 評審辦法草案

92 年 6 月 24 日 招商說明會

92 年 7 月 15 日 第一次公告

92 年 9 月 2 日 資格預審及綜合評審 二家廠商投標，琉園股份有限公司為最優申

請案件申請人

92 年 10 月 23 日 第二次公告

92 年 11 月 19 日 資格預審及綜合評審 一家廠商投標，元智大學為最優申請案件申

請人

92 年 12 月 17 日 與元智大學簽訂委託營運契

約

本案委託期間自民國 92 年 3 月 31 日起至民國 92 年 9 月 30 日止，契約期間內，順利於民國 92

年 9 月 2 日遴選出本案最優申請案件申請人─琉園水晶股份有限公司(以下簡稱「琉園」)，依申

請須知規定其必須於接獲縣府通知之次日起二十日內提送修正後之營運管理計劃書，但因琉園之

總體經營規劃無法依甄審委員會意見修改提出營運管理計畫書，是故無法如期簽約，造成第一次

公告流標。

本案於民國 92 年 10 月 23 日進行第二次公告，於民國 92 年 11 月 19 日召開綜合評審選出本案最

優申請案件申請人─元智大學，元智大學如期依申請須知規定提送修正後之營運管理計畫書並於

民國 92 年 12 月 17 日完成簽約。

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參參參參、、、、 計畫效益計畫效益計畫效益計畫效益

一一一一、、、、計畫之社會效益計畫之社會效益計畫之社會效益計畫之社會效益

(一)照顧婦女朋友

1.提供婦女朋友多元化、全方位的休閒活動場所，充實精神生活。

2.加強各機構婦女專業人員在職訓練，以提昇服務品質與專業水準。

3.辦理婦女各項知性、進修、教育宣導活動，以提昇婦女自我成長。

4.辦理個組保護網絡之協調聯繫會報，增進資源整合，確保婦女人身安全。

5.組訓志工人員，充份運用人力資源，擴大民間參與各項社會服務。

6.加強婦女團體資源及資訊之整合，以擴大服務績效。

7.提供婦女各項福利服務，促進溫馨祥和社會。

(二)善盡社會責任

得標廠商於投資計畫書中承諾，在達成營運管銷平衡後，願意將盈餘提撥一定比例（ 0.5%）回

饋縣府，供為公益使用，對於特定使用對象(婦女、里民及弱勢團體)，門票給予八折之優惠等，

在在強調敦親睦鄰，回饋地方，用以善盡社會責任。

(三)創造就業機會

得標廠商在未來人員招募方面將以專業職能為考量，但儘可能與社區人才作結合，優先考量附近

里民資源及大專院校學生，有助於創造整體並兼顧地區發展，創造就業機會。

二二二二、、、、計畫之經濟效益計畫之經濟效益計畫之經濟效益計畫之經濟效益

(一)提高公器的使用率與加強維護

公有設施常因制度僵化及缺乏專業經營而至閒置或效益不彰，形成國家資源之浪費；藉由民間經

營婦女館，將能使設施及制度做更有效的使用，並可透過權利金之機制，使經營績效得以回饋政

府，由全體桃園縣民共享。

(二)為政府注入新的運作模式

1.創造利益均霑的投資環境，引進民間機構的活力、精神、機制與效率。

2.由民間機構之參與經營發揮營運之創意，為政府注入新的營運模式，開創政府與民間機構雙贏

之經營契機，可避免政府員額膨脹及預算編列之困擾，以減輕政府財務負擔，藉以促進國家整體

經濟成長。

(三)提供高品質、平價位的教育訓練及休閒服務

婦女館設備多元而完善，為全國婦女朋友，提供高檔品質、平實價位的教育訓練及休閒服務。未

來經營者將保留部分場地供縣府社會局使用，以利社會局設立婦女福利窗口，結合縣內婦女團體

及相關資源建立保護網絡，由社會福利資源對貧困及不幸婦女提供照顧、心理諮詢、親職教育或

轉介服務，以保障婦女權益。

三三三三、、、、政府之財務效益政府之財務效益政府之財務效益政府之財務效益

(一)節省政府經費支出，增加財稅收入

婦女館以 OT 方式，委由民間專業機構經營管理，以民間專業經營管理技術及人才經營管理，大

幅減少政府人事成本，避免員額膨脹，公用財產使用效益亦可得提高，同時營運、管銷成本及財

務風險由民間經營者負擔，公部門不須編列鉅額預算維持日常運作，如以十年合約期計，政府每

年可自民間機構收取房屋稅、地價稅及營業稅約 324 萬元，預計本案許可期間，對整體政府財稅

可節省總額為 3,240 萬元。公辦公營者，需員額 17 至 20 人，每個月之人事費用至少需負擔約 100

萬元，以 OT 方式經營者，政府每年可節省人事費用成本約 1,200 萬元，若再增加權利金之收入

後，政府在本計畫許可期間可獲得財務收益至少 1.6 億元挹入縣庫，有效減輕縣府財政負擔。

(二)政府權利金收入，挹注縣庫財源

考量本案具公益性及廠商經營成本負擔，每年僅收取經營權利金，計算如下：

依鼓勵廠商創造業績分享利潤之原則，每年按營運總收入之 0.5%計算，十年總計約可收取 200

萬元。

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肆肆肆肆、、、、 遭遇困難及解決方法遭遇困難及解決方法遭遇困難及解決方法遭遇困難及解決方法

一一一一、、、、 本案具公益性本案具公益性本案具公益性本案具公益性，，，，非一般投資大眾所喜好之產業非一般投資大眾所喜好之產業非一般投資大眾所喜好之產業非一般投資大眾所喜好之產業

一般投資者聽到“婦女館”，往往會將其與婦女及公益聯想在一起，在推案之過程中造成縣府及

顧問團隊極大的困擾，在拜訪潛在廠商之過程中，即便是公益性很強的廠商都對本案抱持保留態

度。所幸顧問團隊在婦女館經營規劃上以突破傳統之經營手法打破對婦女成長及學習活動之觀念

限制，以活潑創作學習融入婦女日常生活，此觀點獲得許多廠商之認同，進而積極詢問本案，最

後成功吸引兩家廠商投標，選出最優申請案件申請人。

二二二二、、、、 具公益性之社會福利設施具公益性之社會福利設施具公益性之社會福利設施具公益性之社會福利設施，，，，如何創造誘因如何創造誘因如何創造誘因如何創造誘因，，，，吸引廠商投資吸引廠商投資吸引廠商投資吸引廠商投資？？？？

具公益性質且服務特定族群之公共設施委外經營案，經常讓投資者望之卻步，探討其原因有二：

(1)公益性與獲利性經常呈反向關係，就以營利為導向之廠商而言，此類案件較不討好；(2)公益

性案件似乎擺脫不了公部門及社會大眾時時刻刻監督之包袱，廠商深怕一不小心便被冠上“唯利

是圖”之封號。

在瞭解本案之先天限制後，縣府及顧問團隊即努力思索：如何利用後天之努力將本案成功招商出

去？分析本案成功招商且具示範效果可供類似案件參考之事蹟如下：

(一)在可行性研究階段，即找出對本案未來發展有阻礙之關鍵因素，預為規劃排除，包括：

1.婦女館之空間規劃係以公部門之角度考量，不一定符合投資者之需求，為使民間機構能有充分

之經營彈性，創造生存契機與利基，縣府同意在「不違背本館興建目的」、「保證建物結構安全

無虞」及「現有設施變動最少，滿足民間機構未來經營需求，創造最高效益」的原則下，賦予民

間機構適度權限，以針對其經營定位及財務狀況進行空間與設施運用的調整修正。

2.因本案具公益性，為使民間機構能夠財務自足，縣府主動協助民間機構，當縣府辦理相關會議

演講、教育訓練及藝文展演時，將優先考量使用婦女館之相關設施及協助於主要進出動線及鄰近

道路設置道路指示系統，有效導引非當地客源至婦女館。

3.破除一般人認為公益設施穩賠不賺之觀念，在可行性研究階段，顧問團隊在規劃婦女館未來經

營定位時，即以創新之手法，以「活潑創作學習融入婦女日常生活」之中心思想獲得縣府及潛在

投資廠商之贊同，這也是未來招商成功之關鍵點。

(二)縣府屏除只辦行政不辦業務之心態，對於未來廠商經營婦女館所會面臨之問題，主動配合顧

問團隊，在招商作業階段，與縣府其他各局室協調溝通，充分展現公部門與私部門之合作夥伴關

係。

(三)有效與潛在投資人溝通，潛在投資人意見若屬合理可行即立刻與縣府內各局室協調，能退讓

之條件一次讓足。

(四)政府先期投入之未完工程，敬邀民間經營廠商一起驗收，增加民間機構對政府所交付資產之

信心。

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伍伍伍伍、、、、 結語結語結語結語

本案定位以永續發展婦女福利為目標，第一階段委外經營管理期限以十年為期；揆諸得標廠商元

智大學之教育辦學經驗與信譽，未來經營婦女館不僅足以勝任且遠景可期。如經營續效良好，依

契約規定，得給予優先續約一次，其期間以一次十年為限，其目的即在於激勵經營廠商為婦女館

做長期規劃，可減少再次辦理委外營運作業，耗費政府財力、人力的額外支出，符合中長期桃園

縣政發展之需要及 OT 案之精神。

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高雄捷運消防規劃以撒水及室內外消防栓系統泵浦共用，勢將引申泵浦、釋壓閥及減壓閥間之管

路壓力與水量變化，故本論文將以高雄捷運 O 10 車站為例，並以泵浦、減壓閥與釋壓閥之性能

曲線作為探討依據，藉以探討兩者共用之消防水系統穩定性。

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壹壹壹壹、、、、 O 10 O 10 O 10 O 10 車站消防水系統設計依據及計算車站消防水系統設計依據及計算車站消防水系統設計依據及計算車站消防水系統設計依據及計算

一、車站消防水系統泵浦之設計依據：

(一)高雄捷運設計規範【1】及初步設計水系統流程圖。

(二)依據內政部解釋令(88)內消字第 8876061 號函【2】：有關室內、室外消防栓共用泵浦時，其

出水量應為兩者最大出水量之合計，全揚程應為兩者中之較大者，且須無妨礙各設備之性能。

(三)依據各類場所消防安全設備設置標準第 37 條【3】：室內消防栓放水壓力超過 7 KG /CM 2

時，應採取有效減壓裝置，採第一種消防栓，其泵浦全揚程及出水量不得小於下列計算值： 泵

浦全揚程=消防水帶摩擦損失水頭+配管摩擦損失水頭+落差+17(計算單位：公尺)

H=h1+h2+h3+17m

泵浦出水量：採第一種消防栓其出水量每支不得少於 150 LPM，超過兩支以兩支出水量計算。

(四)依據消防安全設備設置標準第 42 條【3】：室外消防栓放水壓力超過 6 KG /CM 2 時，應採

取有效減壓裝置，其室外消防栓泵浦全揚程及出水量不得小於下列計算值：

1、泵浦全揚程=消防水帶摩擦損失水頭+配管摩擦損失水頭+落差+25(計算單位：公尺)

H=h1+h2+h3+25m

2、泵浦出水量：室外消防栓其出水量每支不得少於 400 LPM；超過兩支以兩支出水量計算。

(五)依據各類場所消防安全設備設置標準第 58 條【3】：

1、自動撒水系統，其泵浦全揚程及出水量不得小於下列計算值：

泵浦全揚程=配管摩擦損失水頭+落差+10(計算單位：公尺) H=h1+h2+ 10m

二二二二、、、、車站消防水系統泵浦之計算車站消防水系統泵浦之計算車站消防水系統泵浦之計算車站消防水系統泵浦之計算

依據前述各項消防水系統之泵浦系統圖如（圖 1）所示及泵浦啟動控制圖（圖 2），

圖圖圖圖

1 1 1 1 泵浦系統圖泵浦系統圖泵浦系統圖泵浦系統圖

圖圖圖圖 2 2 2 2 泵浦啟動控制說明圖泵浦啟動控制說明圖泵浦啟動控制說明圖泵浦啟動控制說明圖

計算消防泵浦流量設計計算：

(一)以撒水系統計算：泵浦全揚程=配管摩擦損失水頭+落差+10(計算單位：公尺)

H=h1+h2+ 10m

h1= 12.8m (管路摩擦損失水頭+警報逆止閥損失水頭)

h2= 12.52m (泵浦至最高端之撒水頭高程)

H=(12.8+12.52+10)x1.1(設計餘裕)= 39m

最高端之揚程為 39M(大於最遠端揚程)

所需水量：90x30=2700 LPM

(二)室內外消防栓：泵浦全揚程=消防水帶摩擦損失水頭+配管摩擦損失水頭+落差+25(計算單位：

公尺)

H=h1+h2+h3+ 25m

h1= 4m (消防水帶摩擦損失水頭)

h2= 25.95 m (管路摩擦損失水頭+一齊開放閥)

h3= -2.86 m (泵浦至隧道室外消防栓之高程)

H=(4+25.95-2.86+25)x1.1= 57.3m

最遠端之揚程為 57.3m

所需水量為 300+800=1100 LPM

故泵浦採最高揚程： 57.3m

最大出水量合計：1100+2700=3800 公升/每分鐘(LPM)

綜合上述 1.2.3 .項情境之總合，取揚水量 Q= 3800 公升 /每分鐘(LPM)，揚程 H= 57.3m

泵浦馬力 (HP)= ，取 75KW

Q=泵浦出水量(M 3 /min)

H=額定揚程(M)

E=泵浦效率％

採用： 1 台運轉，1 台備用；交替運轉。

消防持壓泵浦：依內政部消字第 8774191 號函示；取 10HP(7.5KW)。

三、單位說明：

LPM：公升/分鐘 D：直徑(公分)

M：公尺 CM：公分

KG：公斤 △P=揚程(M)

H：高度差

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貳貳貳貳、、、、 泵浦泵浦泵浦泵浦、、、、釋壓閥及減壓閥設計動作流程釋壓閥及減壓閥設計動作流程釋壓閥及減壓閥設計動作流程釋壓閥及減壓閥設計動作流程

一、 當末端查驗閥開啟，壓力桶壓力下降，持壓泵浦啟動；若閥關閉，壓力下降在 6.0 KG/CM 2

以上時，壓力達壓力桶設定壓力時，持壓泵浦停止，系統回復正常；若閥持續開啟(達 10 分鐘以

上或壓力下降至 5.5 KG/CM 2 以下)，消防泵浦啟動，除手動停止外，系統泵浦持續運轉，釋壓

閥依泵浦性能曲線圖 (如圖 3）及洩放流量參考曲線圖 (如圖 4），水量(11700 LPM)由釋壓閥管

路流出，管路壓力下降。

圖圖圖圖 3 3 3 3 泵浦性能曲線圖泵浦性能曲線圖泵浦性能曲線圖泵浦性能曲線圖【【【【4444】】】】

二、當消防栓測試出水口開啟時，壓力桶壓力下降，持壓泵浦啟動；若閥關閉，壓力上升至設定

點 (6.0 KG/CM 2 )以上時，即壓力達壓力桶設定壓力(系統需求壓力)時，持壓泵浦停止運轉，系

統回復正常；若閥持續開啟(達 10 分鐘以上或壓力下降至 5.5 KG/CM 2 以下)，消防主泵浦啟動，

除手動停止外，系統主泵浦持續運轉加壓，管路壓力達 7.0 KG/CM 2 以上時，減壓閥啟動，排出

部分水量由釋壓閥流出，管路壓力下降，以維持系統設定之壓力，並保護管路安全

1000 10000 20000 30000

L/MIN (公升/分鐘)

Flow rater-water

圖圖圖圖 4 4 4 4 洩放流量參考曲線圖洩放流量參考曲線圖洩放流量參考曲線圖洩放流量參考曲線圖【【【【5555】】】】

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參參參參、、、、 問題及討論問題及討論問題及討論問題及討論

一、若室內外消防栓總揚程超過超過 7 KG /CM 2 以上時，系統管路之減壓閥及釋壓閥之設定壓

力，即應調整至 7 KG /CM 2 以下，若使用點之位置不在最遠及最高處時，靠近泵浦端之壓力將

超過 7 KG /CM 2 以上，將不符合消防設置標準第 37、42 條規定，因此室內外消防栓放水壓力

超過 7 KG /CM 2 、 6 KG /CM 2 時，此時各使用點應採取有效減壓裝置。

二、假設初時最高端位置單顆撒水頭啟動，在十分鐘內主泵浦不啟動 (以時間控制)，先由持壓

泵浦運轉，其壓力在管系造成之壓力變化，以撒水頭放水量 80 L PM 計，則由（圖 5）持壓泵浦

性能曲線圖核算，得知管系壓力將超過釋壓閥設定值，釋壓閥開啟，此時管系壓力變化檢討如下：

△ P 1 (釋壓閥管系壓力)=△P 2 (撒水管系壓力)+H ( 式 1 )

H=高度差(M)

Q T =Q 1 +Q 2 ( 式 2 )

Q T =泵浦總水量(LPM)

Q 1 =撒水頭水量(LPM)

Q 2 =釋壓閥水量(LPM)

圖圖圖圖 5 5 5 5 持壓泵浦性持壓泵浦性持壓泵浦性持壓泵浦性能曲線圖能曲線圖能曲線圖能曲線圖【【【【4444】】】】

△ P=1.2xQ 1.85 x(I+I')/D 4.87 ( 式 3 )

△P=揚程(M)－管路摩擦損失水頭

Q=標稱管徑配管流量(LPM)

I=管長(M)

I'=另件等效管長(M)

D=管徑(CM)

由式 1 及 3 (假設管系壓力平衡下及釋壓閥管系等效管長為

10M 、撒水管系之 (I+I')/D 4.87 經運算為 17.7468x10 -5 H= 12.52M )

得知 Q 2 1.85 = 40.564xQ 1 1.85 +2384762 ( 式 4 )

由（圖 3）及（圖 4）與式 4 得知：

A.當揚程大於 7 KG /CM 2 時，水量及壓力由釋壓閥釋放，以保護管系壓力安全。

B.當降到釋壓閥設定值時，由（圖 4）知泵浦水量約為 120 LPM；此時管系末端之撒水頭水量幾

乎為零，此時主消防泵浦啟動運轉，直至建立系統設定壓力。

C.於壓降時間超過十分鐘後，主泵浦啟動；由式 4、式 2、圖 3 及圖 4 知釋壓閥出水量：2885 LPM，

最高端單顆撒水頭出水量為 80 LPM。管系統內壓力達 7.1 KG /CM 2 ，撒水頭出水壓力為 4.57 KG

/CM 2 ，此時造成主泵浦為管系平衡，造成撒水頭放射壓力過大，但撒水流量卻無增加。

三、假設車站穿堂層(與泵浦房同一層)發生火災時狀況：撒水頭由一顆、二顆……. 依序增加，

其管系壓力及流量分析如下：

由式 1 及 3(假設管系壓力平衡下及釋壓閥管系等效管長為 10M 、撒水管系之 (I+I')/D 4.87 事先

運算為 9.3071x10 -5 及 H= 0M )

得知 Q 2 1.85 = 21.273xQ 1 1.85 ( 式 5 )

由（圖 4）及（圖 5）與式 2 及 5 得知：

(一)當撒水頭破裂數量一個時，其壓力及流量之最遠端單顆灑水頭檢討如肆、二所述。

(二)撒水頭破裂數量多於一個時，主泵浦啟動；其數量與流量及壓力之關係如下：

1.其數量為 2 個時，由圖 3 知泵浦運轉壓力為 7.2KG /CM 2 時，此時釋壓閥已開啟(超過 7KG /CM

2 )，其出水量為 3750LPM 之間，其撒水頭出水量為 80 LPM。而經數值運算管系壓力為 7.2 KG /CM

2 之間，撒水頭出水壓力為 5.28KG /CM 2 之間；因此理論運算上，能符合消防設置標準。

2.其數量大於 2 個時；因釋壓閥已開啟，泵浦性能因侷限釋壓閥流量由（圖 4）得知必須維持在 7.1

KG /CM 2 以上，由圖 3 知泵浦出水量維持在 4400 LPM 左右，因此撒水頭流量由式 2 及 5 關係

中得知撒水頭流量不隨個數增多而增多，撒水管系維持在 197 LPM 左右(2 個撒水頭出水量)，因

此理論上流量需求為 160 LPM 以上，而實際上只有 197 LPM 左右。

四.假設以隧道最遠端之室外消防栓放水啟動狀況：

系統上將先啟動輔助泵浦，瞬時壓降至 6.55 KG /CM 2 以下，主泵浦將立即啟動。

由式 1 及 3(假設管系壓力平衡下及釋壓閥管系等效管 10M 、撒水管系之 (I+I')/D 4.87 事先運算

為 2.94x10 -6 及 H= -2.86M )

得知 Q 2 1.85 = 10.2xQ 1 1.85 -544762 ( 式 6)

由圖 4 及圖 5 與式 2 及 6 知，當室外消防栓箱使用啟動後，此時釋壓閥開啟，出水量為 556~ 3588L

PM 之間，消防栓出水量為 400~1100 LPM，則管內系統壓力為 7.8 KG/CM 2 ~7.1 KG/CM 2 之間，

消防栓出水壓力為 5.63 KG/CM 2 ~3.01 KG/CM 2 之間，符合消防設置標準。

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肆肆肆肆、、、、 結論結論結論結論

於消防管系統中因泵浦、釋壓閥及減壓閥之間管路壓力變化，雖可由釋壓閥及減壓閥來控制管路

壓力；但其穩定性仍不理想，主要原因在於釋壓閥開啟後，其開度會隨泵浦之壓差及流量而開大

或關小，但並不會關閉，除了泵浦停止運轉或泵浦流量曲線落在釋壓閥設定之壓力下，釋壓閥才

有可能關閉。而釋壓閥之存在，雖可確保整個管路系統避免管壓過大，但也將使整個消防水系統

性能可靠性減低；若提高釋壓閥設定壓力，雖可使整個系統之可靠性提高，但管路需承受較大之

管壓風險，故泵浦仍宜分成撒水及室內外消防栓兩系統，將可使系統效率及可靠性提升，唯泵浦

機房空間仍需重新規劃；且室內外消防栓亦應設置減壓太平龍頭，俾促使任一位置之消防栓皆符

合消防設置標準之減壓規定。

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摘摘摘摘 要要要要

近年來政府相關單位對於洪災的防治，已不僅考慮以工程手段來禦洪，而進一步思考，採用非工

程方式的洪氾區劃設來管制洪氾土地的利用。「基隆河洪氾區土地使用管制辦法」，是我國現行

法規中唯一以「洪氾區」作為土地利用管制規劃者。基本上，「洪氾區」的劃設技術及圖資需求，

在整個洪氾區管理課題上相當重要：由於洪氾邊界範圍具有不確定性，洪氾邊界範圍的界定方

式、圖籍精度是否能夠符合劃設區域的需求、劃設圖資項目是否足以說明洪氾區劃設成果，這些

因素將直接影響到土地所有權人的利益與土地使用權力，也會涉及到經濟、政治、工程、科學、

法律等層面的爭議。因此，本研究擬以未來實際應用所需考量的經濟與法規因素，進行劃設需求

分析，透過洪氾區邊界水位高程的不確定性分析，研究中以基隆河流域為案例，展示出洪氾區域

變動邊界概念，並提出可能的處理方式，以提供洪氾區劃設技術之參考及準則修訂。

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壹壹壹壹、、、、 前言前言前言前言

洪水災害為台灣本島主要的災害之一，政府長期以來實施了多期防洪水利工程建設計畫，但每當

遇到颱洪侵襲，工程防洪效益始終不彰，導致災害損失持續上升、政府負擔愈趨沉重。鑑於國外

先進國家，對於防洪不再以硬邦邦的水工結構體來抵抗洪水，而是採取較柔性的非工程防洪措施

來管理洪氾土地，讓水能適宜流入到洪水平原，位在洪水平原內的居民亦能了解其所居住之危險

性。所以近年來政府相關單位對於洪水災害的防治，已不單僅考慮以工程手段來禦洪，而擬改採

以配合非工程手段的洪氾區劃設來管制洪氾土地的利用。

根據水利法第六十五條：「主管機關為減輕洪水災害，得就水道洪水氾濫所及之土地，分區限制

其使用。前項土地限制使用之範圍及分區辦法，應由主管機關就洪水紀錄及預測之結果，分別劃

訂，報請上級主管機關核定公告後行之。」因此，本研究擬以未來實際應用所需考量的經濟與法

規因素，進行劃設需求分析，進而討論劃設成果中，洪氾劃設圖資項目與圖籍精度的一致性。此

外，透過洪氾區邊界水位高程的不確定性分析，研究中以基隆河流域為案例，利用地理資訊系統

技術展示出洪氾區域變動邊界概念，並提出可能的處理方式。

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貳貳貳貳、、、、 洪氾區劃設圖資需求洪氾區劃設圖資需求洪氾區劃設圖資需求洪氾區劃設圖資需求

洪氾區管理需求分析最重要的一環即是洪氾區域之劃設圖資，劃設圖資的良寙將是影響現況的土

地管理或未來納入國土計畫的參考方針。洪氾區劃設在於將可能或時常淹水之洪氾區域區劃出

來，然後繪製成洪氾圖。而洪氾圖完成後可提供相關單位在洪水限制策略、洪水預警及洪災保險、

洪氾區規劃與管理、洪水救災與防治整備等工作參考。

依據「基隆河洪氾區土地使用管制辦法」規定，管制範圍比例尺不小於 1/2,400 。 然而，台灣

除了部份沿海地區有 1/1,000 的海岸像片地形圖外，其他大多為 1/5,000 至 1/10,000 的像片基本

圖，因此在洪氾區劃設之圖籍精度需求上，受限於無法取得更高的圖籍精度而遷就目前較高的

1/5,000 精度，顯然的 1/5,000 精度略為不足。在目前劃設洪氾區域之圖資精度不足情況下，是否

仍需要進行洪氾區劃設？本研究認為現階段須行劃設的理由有三點：第一、目前劃設圖資精度雖

未達洪氾土地管制規範之要求，但就現階段洪氾區域劃設可供洪氾管理之規劃、警示之用；第二、

目前仍有許多主要資料的來源或品質具有不確定性，如空間高密度水文觀測量、洪氾區域實際調

查、精準高流量觀測等，相對於這些背景事務與資料品質的配合，地形資料對於洪氾模擬所造成

的不確定性，並不見得是主要的影響因素；第三、考量洪氾風險分級的劃設方式，應可以進行基

本的洪氾區域劃設工作。

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參參參參、、、、 淹水模擬淹水模擬淹水模擬淹水模擬

淹水模擬在洪氾區劃設是提供洪水發生前之預測功能。在水利工程應用上，淹水模式已廣泛被應

用於模擬淹水情形，有關水理分析淹水模式主要包括一維及二維淹水模式，而一維模式如

HEC-RAS 水理 模式， 由於該模式為一維演算模式，對於二維洪氾區域地形變化僅能以水面高

程加以呈現，無法完全掌握氾濫體積的動態變化，較不容易反應實際淹水情形，見圖 1 所示。

採用擬似二維核胞水理模式時，由於該模式區劃多個核胞網格為淹水模擬單元，以歷年洪水範圍

及洪水痕跡、地形變化（等高線分佈）狀況重要道路、鐵路或地面高程較高（如高速公路）之公

路、陸地與排水路之交接處、農地之田埂處、堤防、建築物、土地使用分區狀況等為核胞網格邊

界，較符合實際地形變化及淹水情況，見圖 2 所示。但擬似二維核胞的劃設須透過具有相當知

識、經驗的專業水利人員或工程師，利用不同分析、計算的工具或軟體才能順利進行。然而，在

即時淹水模擬需求下，對於核胞劃設之作業程序或是分析計算工具不夠熟悉，其實很難達成模擬

的需求。應用二維淹水模式，如 SOBEK 為一套整合性軟體系統，整合河川、都市排水系統與

流域管理的套裝程式，該模式是以數值地型（ DTM ）網格資料為淹水模擬計算單元，而數值

地型（ DTM ）網格資料之間距亦是模式資料計算量多寡主要依據，見圖 3 所示。一般而言，

不同淹水模式之選擇需配合地文、水文及蒐集之相關資料，而因應模式之不同需求，且有不同的

圖資、輸入參數、輸出資料。

本研究將選用 SOBEK 二維水理模式為基隆河流域之淹水模擬， SOBEK 依應用區域可區分為

三套整合程式，分別為 SOBEK-Rural 、 SOBEK-Urban 及 SOBEK-River 。此三套整合程式共包

含了水理分析 (Water flow) 、降雨逕流 (Rainfall run-off) 、水質分析 (Water quality) 、輸砂演算

(Sediment transport) 、地形變遷演算 (Morphology) 、鹽分入侵 (Salt intrusion) 及即時控制

(Real-time control) 等七種模組，各整合程式所包含之模組則如表 1 所示。 整體而言， SOBEK

模式在應用上可包含降雨逕流之推估，河川水理、水質及輸砂計算，都市下水道系統與淹水區域

的模擬，對於水利相關決策單位在進行管理、決策與分析時，將可提供相當大的助益。SOBEK-Rural

適用於河川模擬、河道溢淹及水質，SOBEK-Urban 適用於河川模擬、都市排水，SOBEK-River 適

用於河川模擬、輸砂運移及水質。

圖圖圖圖 1 HEC 1 HEC 1 HEC 1 HEC----RASRASRASRAS 水理水理水理水理 模式模式模式模式

圖圖圖圖 2 2 2 2 擬似二維核胞水理模式擬似二維核胞水理模式擬似二維核胞水理模式擬似二維核胞水理模式 圖圖圖圖 3 SOBEK3 SOBEK3 SOBEK3 SOBEK 水理模式水理模式水理模式水理模式

表表表表 1 SOBEK 1 SOBEK 1 SOBEK 1 SOBEK 模式各整合程式功能一覽表模式各整合程式功能一覽表模式各整合程式功能一覽表模式各整合程式功能一覽表

Module\Product line SOBEK-Rural SOBEK-Urban SOBEK-River

Water Flow V V V

Rainfall Run-off V V

Water Quality V V

Real-Time Control V V

Sediment Transport V

Morphology V

Salt Intrusion V

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肆肆肆肆、、、、 不確定性與風險分析不確定性與風險分析不確定性與風險分析不確定性與風險分析

進行洪氾區劃設時，水理分析所採用的淹水模式，均是基於完整水力計算理論所發展。就圖 4

所示為 SOBEK 水理模式所模擬計算結果，並展繪出各網格內的水位高程值情形。由圖 4 中之各

網格內的水位高程值說明只要水位高程值 D i ＞ 0 即為洪氾區域，如淹水 0.061 m 、 0.133 m 、

0.146 m 等網格皆被納入淹水區域。 然而，以淹水模式來模擬真實環境的反應，仍然受限許多

的不確定因子影響，包括率定所採用的現場調查資料，參數值的決定等，都有其隨機性存在。模

式內各參數基本上都是以定值方式輸入，就複雜的自然環境而言，定值估計仍然有所不足。如推

估曼寧糙度係數值，在實際河川環境並不是一個固定現象，而是隨著時間與地點之不同而有所變

化。即使針對同一條河川，在不同使用者使用下，對於參數值的估計也可能有所不同。基於上述

種種因素，模式計算輸出值與現地實際狀況未必能完全符合，必須考慮不確定性的影響。

圖圖圖圖 4 SOBEK 4 SOBEK 4 SOBEK 4 SOBEK 計算結果展繪各網格內之水位高程值計算結果展繪各網格內之水位高程值計算結果展繪各網格內之水位高程值計算結果展繪各網格內之水位高程值

應用淹水模式所計算出各個空間位置上的水深，是洪氾區劃設的主要依據。為說明水深不確定性

對於洪氾區劃設的影響，本研究應用不確定性分析方法，透過各輸入參數的變異狀況，評估相應

之模式輸出值所具有之不確定性。並結合機率分布，量化各個計算水深的超越機率，以說明淹水

模擬成果資料的信心程度，作為後續洪氾區域劃設的決策依據。進行淹水模式模擬所需輸入之資

料包括水文資料如洪水流量、河口水位，地文資料如河川斷面資料、水工結構物之空間資訊及漫

地流計算網格之網格資訊等。由於完整不確定性分析所要考慮的參數將會相當複雜，為清楚說明

水深計算與洪氾劃設的影響，有必要簡化研究中選擇分析參數。 研究中主要考量 SOBEK 模式

輸入參數對輸出值影響較大之模擬參數，且針對 SOBEK 二維水理模式的特性，選擇分析參數為

河道糙度係數。根據水利署委託交通大學防災工程研究中心之「基隆河洪氾區劃設水理模擬分析

研究」報告中，設定河道糙度係數為 0.045，評估相應模式輸出值所具有之不確定性。 可將模式

的輸出入關係，表示成函數式如下：

D i ＝ f （ N r ） (1)

D i ： 模式輸出值 ， D i 為第 i 個網格之淹水深度

N r ：河道糙度係數

選用不確定性分析方法時，因研究區域涵蓋範圍較大，淹水模式模擬需時較久。 因此，選擇計

算量適中的 Harr 點估計法( Harr's Point Estimates Method )。基隆河河道糙度係數 N r 經過率定為

0.045，在此將此參數值代入哈爾點估計法之系統程式，挑選出特定參數 N r ± σ r （即 N r ＝

0.035、N r ＝ 0.055），代入 SOBEK 中 分 別計算流域範圍內所有洪氾網格的水位深度。在每

個淹水模擬格點上，所計算出的兩個特定水位深度，再代回 Harr 點估法中，計算出相應水位深

度之平均值（Mean）、標準差（Stand Deviation）。如表 2 所示，僅考慮河道糙度影響，將造成

各個計算格網上的淹水深度，產生標準差 30-50cm 的變化。就洪氾區劃設而言，淹水深度標準差

的資訊，顯示在定義洪氾邊界時，也必須考慮不確定性的因素。然而，以一般直觀中，洪氾邊界

僅為圖形上的定義，其不確定性的表示方式仍有待探討。

表表表表 2 2 2 2 納莉事件納莉事件納莉事件納莉事件----基隆河汐止局部區域洪氾網格標準差分佈情況基隆河汐止局部區域洪氾網格標準差分佈情況基隆河汐止局部區域洪氾網格標準差分佈情況基隆河汐止局部區域洪氾網格標準差分佈情況（（（（160160160160 網格間距網格間距網格間距網格間距））））

淹水深變化量 30cm 以下 30cm~50cm 50cm 以上

格點數 9 58 55

研究中以風險分析的機率概念，結合水深不確定性，提出洪氾區風險分級的劃設方法。銜接式

(1)，洪氾區劃設的過程可以水深為應變數，表達成函數的型式如下：

A=Polygon （ D i ＞ h ） (2)

其中， h 表示設定水深，超過高度 h 的網格，即為淹水區域；Polygon 代表劃設動作的函數，其

產出即為洪氾區域的多邊形 A。

由不確定性分析的計算成果，可以歸納出計算格網水深值 D i 的 平均值與標準差兩階動差。結

合風險機率的概念，將水深值 D i 設定為常態分佈，則式 (2)中的 D i ＞ h 判斷式，可以重新表

示如下： P r （ D i ＞ h ）＞ R (3)

其中， P r 為機率函數， R 即為計算水深 D i 超越設定水深 h 的超越機率。

以圖 5 的 2 個網格之不確定性計算水深案例，可將式（3）的說明展開如圖 6。依據兩個水深案

例的不確定性與常態分布機率設定，圖 6 分別以常態分佈的累積分佈函數圖，並分別以設定水深

為 30cm 及 2m 來討論。

編號 ： 1

Mean ： 4.812

Std.Dev ： 2.366

編號 ： 2

Mean ： 0.231

Std.Dev ： 0.231

圖圖圖圖 5 5 5 5 計算格網之水深不確定性分析案例計算格網之水深不確定性分析案例計算格網之水深不確定性分析案例計算格網之水深不確定性分析案例

以設定水深 h=30 cm 來看，如圖 6 案例 1 顯示，在此網格內淹水 30 cm 以上的機率約為 98%；

然而，案例 2 則說明如圖 7 所示，該網格內的機率為 40%。以劃設洪氾區域時，這個超越機率資

訊，說明了如果設定以 30 cm 為淹水深度時，有 98%的信心可以認定案例 1 的網格在洪氾區之

內，但只有 40%的信心可以認定案例 2 的網格在洪氾區之內。因此，如果以式（3）作為淹水區

域的判斷，取設定水深的超越機率 R 為 90%時，案例 1 將認定為洪氾區域，案例 2 則排除在洪

氾區域之外。如果設定設定水深為 2 m 時，如圖 8 所示，案例 1 網格內淹水 2 m 以上的超越機

率為 85%，而案例 2 網格淹水 2 m 以上的機率則接近為 0，如圖 9 所示。因此，如果仍選擇設

定水深的超越機率為 90%時，案例 1 與案例 2 將排除在洪氾區之

圖圖圖圖 6 6 6 6 編號編號編號編號 1 1 1 1 之網格淹水之網格淹水之網格淹水之網格淹水 30cm30cm30cm30cm 以上之機率以上之機率以上之機率以上之機率 圖圖圖圖 7 7 7 7 編號編號編號編號 2222 之網格淹水之網格淹水之網格淹水之網格淹水 30cm30cm30cm30cm 以上之機率以上之機率以上之機率以上之機率

圖圖圖圖 8 8 8 8 編號編號編號編號 1111 之網格淹水之網格淹水之網格淹水之網格淹水 2m2m2m2m 以上之機率以上之機率以上之機率以上之機率 圖圖圖圖 9 9 9 9 編號編號編號編號 2222 之網格淹水之網格淹水之網格淹水之網格淹水 2m2m2m2m 以上之機率以上之機率以上之機率以上之機率

單以圖 5 所表示各案例淹水深度平均值 4.812m 與 0.231m 來定義洪氾區域，研究中所提風險分級

的劃設方法，充分考量了不確定性的資訊，較能周全地確認洪氾發生可能性，以減少將來洪氾區

域劃定的爭議。就編號 1 之洪氾網格內，淹水深度 30cm 或 2m 以上的風險機率都超過 80%以上，

所以編號 1 之洪氾網格地區應屬高風險淹水區域。而編號 2 之洪氾網格內，淹水深度 30cm 或 2m

以上的風險機率都低於 50%以下，所以編號 2 之洪氾網格地區可歸於低風險淹水區域。因此，在

洪氾區分級劃設，應該考量各淹水網格之不確定性下的水位高程值變動情況，將同為淹水機率高

的洪氾淹水網格劃分為一區來加強管理，本研究將以此劃設概念運用在基隆河應用案例之洪氾土

地的管制分區。

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伍伍伍伍、、、、 風險分級劃設風險分級劃設風險分級劃設風險分級劃設

根據水利法第六十五條：「主管機關為減輕洪水災害，得就水道洪水氾濫所及之土地，分區限制

其使用。」此外，淡水河洪水平原管制辦法第二條：「洪水平原管制之目的，在於排除氾區內之

積水，劃定發展限制範圍，以減輕災害。其管制程度分為一級管制區及二級管制區二等。」；「基

隆河洪氾區土地使用管制辦法」為例，將洪氾區分為一級管制區及二級管制區。然而，深究上述

分級方式，其實仍然基於洪氾程度與其發生可能性來加以分級，這也是實務上對於洪氾區認定的

一般準則。由上述三法規條文，本研究建議洪氾土地分區可依其淹水風險程度而劃分管制。

式 (3)即是以洪氾發生的機率為判斷準則。其中，洪氾程度的認定，即是由設定水深 h 來表達；

發生的可能性，則是以超越機率 R 作為判斷依據。套用式(2)與式(3)，研究中提出以淹水風險程

度的整合劃設方式如下：

A ＝ Polygon （ (P r (D i ＞ h) ＞ R) (4)

當所計算的淹水深度 D i 大於所設定的設定水深 h 之機率大於超越機率 R 時，則劃設單位可以

「有把握」地認定該區域為洪氾區。因此，將此邏輯應用在各個計算格網上， 由前述水理模式

不確定性分析結果，可應用 地理資訊系統相關技術，針對各個計算格網上水深的平均值與標準

差，把原為文數字格式資料轉換輸出成向量圖資。配合格網水深常態分佈的設定，可與設定水深

比較，以判斷機率是否大於超越機率，則可逐一定義出洪氾區的範圍。本研究以納莉事件對基隆

河汐止市部份地區為例，圖 10 圈選之區域。

圖圖圖圖 10 10 10 10 納莉事件納莉事件納莉事件納莉事件----160m160m160m160m 網格淹水模擬區域網格淹水模擬區域網格淹水模擬區域網格淹水模擬區域

引用上述之洪氾土地風險分級概念，分別探討以設定水深 h 為 30 cm 及 50 cm ， 90%與 80%為

其超越機率 R 的淹水範圍。綜觀目前國內水利相關法規，其實並沒有明確定義所謂設定水深。

然而，一般淹水深度到達 30 cm 或 50 cm 時，多半都已造成土地及人民財產上的損害，因此研

究中取設定水深為 30 cm 與 50 cm 作為測試。此外，應該選擇多少機率值為超越機率 R，以減

少判斷與未來爭議的風險，也是本研究所要探討的一個主要論點。

首先探討 90%與 80%超越機率在研究案例淹水 30 cm 以上的情形，進而探討 90%與 80%超越機

率在研究案例淹水 50 cm 以上的情形。當 80%超越機率淹水 30 cm 以上，其洪氾網格風險如圖

11 所示。當 90%超越機率淹水 30 cm 以上，洪氾網格風險如圖 12 所示。

圖圖圖圖 11 11 11 11 納莉事件納莉事件納莉事件納莉事件 ----80% 80% 80% 80% 超越機率淹水超越機率淹水超越機率淹水超越機率淹水 30cm 30cm 30cm 30cm 圖圖圖圖 12 12 12 12 納莉事件納莉事件納莉事件納莉事件----90%90%90%90%超越機率淹水超越機率淹水超越機率淹水超越機率淹水 30 cm 30 cm 30 cm 30 cm

之洪氾網格之洪氾網格之洪氾網格之洪氾網格（（（（ 160m × 160m 160m × 160m 160m × 160m 160m × 160m ））））風險圖風險圖風險圖風險圖 之洪氾網格之洪氾網格之洪氾網格之洪氾網格（（（（ 160m × 160m 160m × 160m 160m × 160m 160m × 160m ））））風險圖風險圖風險圖風險圖

在圖 11 中，80%超越機率淹水 30 cm 以上的洪氾網格有 113 格，也就是說根據風險計算結果，

有 80%以上的信心或是把握，估計這 113 格，共計 2,892,800 m 2 的土地會淹水至 30 cm 以上。

在圖 12 中，90%超越機率淹水 30 cm 以上的洪氾網格有 107 格，則顯示有 90%以上的信心或把

握，約有 2,739,200 m 2 的土地會淹水至 30 cm 以上。就洪氾區土地劃設來看， 80%超越機率所

要管制的土地將比 90%超越機率多 153,600 m 2 。

另外，考慮淹水 50 cm 以上之風險機率，當 80%超越機率時約有 2,764,800 m 2 的土地會淹至 50

cm 以上，如圖 13 所示。當 90%超越機率時約有 2,585,600 m 2 的土地會淹水 50 cm 以上，如圖

14 所示。就以 50 cm 為淹水基準而言， 80%超越機率所要管制的土地將比 90%超越機率多 179,200

m 2 。

由上述分別以 30 cm 、 50 cm 為設定水深之洪氾風險機率成果，本研究將其整理於表 3。從表

3 中可知，所定義淹水面積最少的案例為設定水深 50 cm ，且超越機率 90%。淹水面積最大的

案例則為設定水深 30 cm ，且超越機率 80%。以前者而言，對於劃設單位，可以說是選擇洪氾

事件發生機率較高，且水深認定也較為嚴格的方式來定義洪氾區域，因此，其對應淹水面積也會

較小。相對的，以較為寬鬆的水深認定，且選擇洪氾事件發生機率略低的標準，也會涵蓋較大的

淹水面積。以實務單位而言，以較嚴格方式的定義洪氾區域，在後續的土地管理執行上，能夠減

少認定上可能的爭議。

圖圖圖圖 13 13 13 13 納莉事件納莉事件納莉事件納莉事件----80%80%80%80%超越機率淹水超越機率淹水超越機率淹水超越機率淹水 50 cm50 cm50 cm50 cm 圖圖圖圖 14 14 14 14 納莉事件納莉事件納莉事件納莉事件 ----90% 90% 90% 90% 超越機率淹水超越機率淹水超越機率淹水超越機率淹水 50cm 50cm 50cm 50cm

之洪氾網格之洪氾網格之洪氾網格之洪氾網格（（（（ 160m × 160m 160m × 160m 160m × 160m 160m × 160m ））））風險圖風險圖風險圖風險圖 之洪氾網格之洪氾網格之洪氾網格之洪氾網格（（（（ 160m × 160m 160m × 160m 160m × 160m 160m × 160m ））））風險圖風險圖風險圖風險圖

表表表表 3 3 3 3 不同淹水基準對不同淹水基準對不同淹水基準對不同淹水基準對 80%80%80%80%及及及及 90% 90% 90% 90% 超越機率淹水超越機率淹水超越機率淹水超越機率淹水 情形差異分析表情形差異分析表情形差異分析表情形差異分析表

淹水基準（ cm ） 超越機率 淹水格點數 淹水面積（ m 2 ） 淹水面積差異（ 80%-90%）

80% 113 2,892,800 30

90% 107 2,739,200

153,600（ m 2 ）

80% 108 2,764,800 50

90% 101 2,585,600

179,200（ m 2 ）

前述案例對於洪氾區劃設而言，計算解析度仍然有所不足， 160 m 間距的計算網格對於土地管

理所需的精度上，只能用於規劃方面。研究中以 40 m 間距的數值地形進行加密計算，得到圖 15

的成果。明顯地，從視覺上就可以判斷高解析度的格網資料提供了較為可行的土地分劃依據。然

而，許多局部現象也值得劃設時的討論。如圖 15，P r （ D i ≧30 ） ≧ 80%內的洪氾區域含有

零星的島型畸零地，是否該納入洪氾土地管理，其實就是劃設洪氾區所要碰到的實務課題。以本

案例而言，由圖 15 中可以看出，太過零散地形分布造成的局部地區淹水機率較低。考量洪氾土

地整體管理的原則，將其納入洪氾區域管理仍屬必要。

由於洪氾機制發生的成因相當複雜，都包含了相當高的不確定性，自然無法以一單純的界線來代

表洪氾區域的範圍，所以在此應依各洪氾網格內之水位高程計算值與其發生的機率來劃設洪氾區

域的界線。然就水利相關單位在未來洪氾土地劃設，應先訂定淹水基準，本研究在此採取 30cm

與 50cm 為淹水基準。劃設洪氾管制區域，應考量風險分級管制，見圖 16 所示。

圖圖圖圖 15 15 15 15 納莉事件納莉事件納莉事件納莉事件----80%80%80%80%超越機率淹水超越機率淹水超越機率淹水超越機率淹水 30 cm 30 cm 30 cm 30 cm 之洪氾網格之洪氾網格之洪氾網格之洪氾網格（（（（ 40 m × 40 m 40 m × 40 m 40 m × 40 m 40 m × 40 m ））））風險圖風險圖風險圖風險圖

圖圖圖圖 16 16 16 16 洪氾風險管制理範圍示意圖洪氾風險管制理範圍示意圖洪氾風險管制理範圍示意圖洪氾風險管制理範圍示意圖

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陸陸陸陸、、、、 結論與建議結論與建議結論與建議結論與建議

一、就國內目前防洪手段已漸趨向由工程防洪轉變至非工程防洪的洪氾區管理，並由水利相關單

位正積極研究施行的可行性，所以在當前或未來的國土計畫政策上，洪氾區域劃設在技術及精度

上要能匹配。

二、在現階段洪氾區劃設之圖籍精度需求上，受限於無法取得更高的圖籍精度而遷就目前較高的

1/5,000 精度，但實際執行洪氾模擬計算，仍有許多主要資料的來源或品質具有不確定性。根據

前述基隆河計算案例可知，應用現有的數值地形模型與 1/5000 相片基本圖，採用風險分級的整

合劃設方法，仍然可以可靠地進行基本的洪氾區劃設工作，並可供洪氾管理之規劃、警示之用。

所以就目前水理計算平面解析度的精度而言，1/5,000 之圖籍精度應該還適用。

三、本研究以納莉事件對基隆河流域為例，針對 SOBEK 水理參數不確定性分析的結果，以超

越機率的概念來劃定洪氾邊界之範圍（ Zone ），提供水利專家及工程師未來在洪氾土地管制界

線劃設的新概念，並提出可能的處理方式，以提供洪氾區劃設技術之參考及準則修訂。

四、未來我國在洪氾區域管理應可考慮按管理目標而設不同風險等級，再依淹水水位高程之情形

來進行洪氾區域劃設。

五、 就目前國內水利相關單位或法規，並沒有明確定訂基本洪水位外，對於淹水的最小值定義

亦不明，因此在洪氾區劃設及未來洪氾區管理上定受爭議。所以本研究建議，相關單位應盡快釐

訂全國一致的基準洪水位，或訂定淹水之最小值。

六、本文在洪氾風險劃設所採用的 90%、80%的超越機率僅是建議水利相關單位 參考 ，是否符

合洪氾區域劃設實務上的需求，則有賴後續研究或有關單位作一驗證 。

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摘摘摘摘 要要要要

本文 結合 GPS Prep. 和 GEODYN II 由 GPS 相位資料採用動力法解算 CHAMP 軌道，求得之

軌道與 GFZ 公佈之 CHAMP 精密軌道於 X 、 Y 、 Z 三方向的差異量分別為 1.454m 、

3.467m 、 2.925m ，整體而言解算軌道的精度為公尺量級。地球重力場模型是採取兩步法利用

德國 Muenchen 技術大學所提供之 CHAMP 軌道來進行求解，所得之重力場模型稱為 NCTU ，

其中 以 GRACE 衛星數據所得之重力場模型 GGM01S 當做真值，分別減去 EGM96 和 NCTU

得到大地起伏差異量、重力異常差異量， 結果不管於大地起伏亦或重力異常皆顯示 所解算的

NCTU 比 EGM96 更接近真值，證明了本文所解算的 NCTU 相較於 EGM96 其精度確實有改

善。

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壹壹壹壹、、、、 前言前言前言前言

近幾年，低軌衛星探求重力場任務十分熱門，應用所得之重力場時間序列可初步分析其變化機

制，有助於瞭解全球氣候、海水位、環流系統等變遷，變遷週期從數月到數十年都有可能 ( 黃

金維， 2003) 。 預計於 2005 年秋天發射升空的中華衛星三號 (ROCSAT-3/COMIC) ，即把重力

場模型求定規劃為重要任務之一 ( 太空計畫室， 2004) ，而由衛星探求重力場是利用低軌衛星

(Low-Earth Orbit ， LEO) 精密軌道運動資料，因此在解算重力場模型前必需先行精密定軌，本

論文即針對上述課題做一研究。

顧及衛星資料取得的難易度，於是選擇 CHAMP 衛星數據做為本文之應用， CHAMP

(CHAllenging Minisatellite Payload) 為德國主導之衛星任務，其載具設備除了其本身專屬的 酬載

外，衛星上還裝有 GPS( Global Positioning System) 雙頻接收儀， 用於低軌衛星的連續跟蹤，對

軌道擾動進行準確、連續地監測，該接收儀 提供高精度、無遮蔽的 GPS 相位及碼資料

( CHAMP-ISDC Home Page ) 。 CHAMP 衛星所提供各類資訊，只需於 CHAMP 網站

http://op.gfz-potsdam.de/ champ.html 進行註冊，即可獲得最新之 CHAMP 資料。

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貳貳貳貳、、、、 CHAMP CHAMP CHAMP CHAMP 衛星衛星衛星衛星

2000 年 7 月 15 日 11 ： 59 ： 59.628 UTC ， CHAMP 衛星由俄羅斯 COSMOS 火箭發射升

空，傾角為 87.275 度，初始高度為 454 km ，設計衛星壽命為 5 年，軌道為接近圓形和近極，

如此一來就可以獲得接近覆蓋全球的觀測，方便衛星地面跟蹤， CHAMP 衛星的物理參數詳

( 表 1) ：

表表表表 1 CHAMP 1 CHAMP 1 CHAMP 1 CHAMP 衛星的物理參數衛星的物理參數衛星的物理參數衛星的物理參數 (GFZ) (GFZ) (GFZ) (GFZ)

總質量 522 kg

高度 750 mm

長度 8333 mm

（包括 Boom ：長為 4044 mm ，高為 224 mm ，寬為 224 mm ）

寬度 1621 mm

面質比 0.00138 m2/kg

通過地面跟蹤和星載 GPS 觀測，在曆元 2000/08/01 00 ： 00 ： 00 GPS ， CHAMP 衛星的狀

態如 ( 表 2) ：

表表表表 2 CHAMP 2 CHAMP 2 CHAMP 2 CHAMP 衛星軌道元素衛星軌道元素衛星軌道元素衛星軌道元素 (GFZ) (GFZ) (GFZ) (GFZ)

長半徑 (Semi-major axis ) 6823.287 km

偏心率 (Eccentricity) 0.004001

傾角 (Inclination)

近地點變角 (Argument of the Perigee)

升交點赤經 (Right Ascension of the Ascending Node)

平近點角 (Mean Anomaly)

CHAMP 衛星具有以下優點：

一、最多有 12 顆 GPS 衛星同時對 CHAMP 衛星進行連續跟蹤，而由地面跟蹤只能是一維不連

續跟蹤，如 SLR ， DORIS ， PRARE 等。

二、由於 CHAMP 衛星軌道是低軌、近圓、近極，因此幾乎覆蓋全球範圍， CHAMP 能夠採集

更多的地球引力場資訊。

三、採用加速度計直接測量非保守力，實際應用中可以不採用大氣密度模型、太陽輻射壓模型、

地球反照壓模型等近似或經驗模型。

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參參參參、、、、 衛星定軌與地球重力場模型解算程式衛星定軌與地球重力場模型解算程式衛星定軌與地球重力場模型解算程式衛星定軌與地球重力場模型解算程式

吾人以 GPS Prep. 軟體處理 GPS 相位觀測數據後，接著利用 GEODYN II 解算 CHAMP 衛星軌

道。

一一一一、、、、GPS GPS GPS GPS 前處理前處理前處理前處理：：：： GPS Prep. GPS Prep. GPS Prep. GPS Prep.

GPS Prep. 軟體安裝於 SUN Unix 系統上，主要針對 GPS 的觀測資料進行處理，其操作流程分

為四步驟： TABLES→REPORT→FixCLOCK→GDF ， TABLES 主要的執行內容為：整合輸入的

地球 自轉 參數 (Earth Orientation Parameter ， EOP) 和太陽、地磁觀測資料 (Solar & Geomagnetic

Observation ， SGO) 並 產生列表 。 FixCLOCK 的功能為對 IGS 測站和 CHAMP 衛星的觀測

資料進行衛星鐘差改正、天線相位中心偏移改正、衛星姿態改正、接收器時鐘修正，並進一步對

輸入的觀測資料計算週波未定值 (Carrier Phase Ambiguities) 和週波脫落 (Cycle Slip) 的求解和修

正，設定檔案名並輸出於指定的路徑位置。 GDF 將讀取 GPS 導航星曆和整合前面兩步驟

TABLES 、 FixCLOCK 的輸出資料，轉換成 GEODYN II 輸入檔 (GIIS 步驟，檔名 ftn40) 的格

式，同時也產生 GPS 衛星的初始參考狀態和鐘差修正值。

其中 REPORT(EOP&SGO Tables Report Program) 的功能為產生地球自轉參數 (Earth Orientation

Parameter ， EOP) 和太陽、地磁觀測資料 (Solar & Geomagnetic Observation ， SGO) 狀況的報告，

另外也可對 TABLES 所輸出的 EOP&SGO 檔進行修改，但一般來說使用的頻率不高，此部分於

本文則不加以闡述，相關訊息可參照 GPS Prep. 操作手冊 ( Martin ， 2002) 。

二二二二、、、、 動力法解算軌道動力法解算軌道動力法解算軌道動力法解算軌道：：：： GEODYN II GEODYN II GEODYN II GEODYN II

動力法 (Dynamic Method) 解算軌道必需考慮到各種擾動力模式對衛星的影響，擾動力模式包括

有固體潮擾動、海潮擾動、大氣阻力擾動、太陽輻射壓擾動、地球輻射壓擾動、相對論效應等，

上述擾動模式見(Long et al. 1989) 1-2 章節之介紹 ，因此利用動力法解算軌道相當複雜，目前交

通大學自行研發的程式 CTODS( 張莉雪， 2003) ，仍在測試階段，所以本文是選擇 GEODYN II

軟體來進行軌道的解算。

GEODYN II 是目前功能最完善的大地衛星計算軌體，由美國太空總署（ NASA ）機構下的 Wolf

Research and Development Group(EG&G) 所發展，其主要功能為軌道預估 (Orbit Prediction) 及參數

估計（ Parameter Estimation ）兩種模式。

GEODYN II 在計算時主要分為三個步驟，即 TDF→GIIS→GIIE( 黃立信， 2002) ，其中因經過

吾人的實作經驗有作部份的修改，目前使用的 TDF 版本為 2002 年 11 月版， GIIS 與 GIIE 版

本為 2003 年 2 月版。

(一)TDF(Tracking Data Formatter) ：選擇觀測資料並將格式轉換為 GEODYN S 所需格式並將資料

壓縮。另外此步驟還須 A1-UTC 、太陽通量、地磁活動和地球自轉參數等資料，目前上述資料

NASA 皆將其整合於一個檔案 gdntable.data 並公 佈於網址： http://geodesy2.gsfc.nasa.gov 。

(二) GEODYN S ： 讀入 TDF 所輸出之觀測資料檔、行星星曆、重力場資料及參數初始值檔

ftn05 ，參數檔主要輸入軌道測定和參數估計所需參數值，並轉換為 GEODYN E 格式。參數檔

ftn05 的格式是非常嚴謹，所以在編排時必須配合 GEODYN II 使用手冊 ( Pavlis et al. ，

2002 ) ，輸入的參數檔分成三大類：

1. 全球參數：各項擾動力模式的設定 ( 如大氣模式、地位係數、海潮係數、行星星曆等參數 ) 。

2.測站參數：如測站座標、觀測截角 … 等。

3.軌道弧的參數：衛星初始向量、積分步長、參考座標系 … 等。

(三)GEODYN E ：此部份為軟體主要計算部份，包含軌道積分與參數求解計算，所輸出的結果包

含參數解、觀測值殘差及衛星星曆等。

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

肆肆肆肆、、、、 GPS GPS GPS GPS 相位觀測資料求解相位觀測資料求解相位觀測資料求解相位觀測資料求解 CHAMP CHAMP CHAMP CHAMP 衛星軌道衛星軌道衛星軌道衛星軌道

一一一一、、、、CHAMP CHAMP CHAMP CHAMP 及及及及 IGS IGS IGS IGS 之之之之 GPS GPS GPS GPS 觀測數據觀測數據觀測數據觀測數據

CHAMP 衛星上有高精度的 GPS 接收儀裝置，用於低軌衛星的連續跟蹤，對軌道擾動進行準

確、連續地監測，此資料可直接由德國 GFZ ISDC(Information System and Data Center)

http://isdc.gfz-potsdam.de/champ/welcome.html 下載得之。本文所使用的 CHAMP 星載 GPS 數據日

期為 2002 年 11 月 18 至 20 日 ( 表 3) 。

表表表表 3 3 3 3 本文使用之本文使用之本文使用之本文使用之 CHAMP CHAMP CHAMP CHAMP 星載星載星載星載 GPS GPS GPS GPS 數據數據數據數據

此外也加入了地面 IGS 追蹤站的 GPS 觀測數據，本文選擇了 30 個 IGS 觀測站 ( 圖 1) ，集

其相關的訊息有編號、所在位置、經度、緯度，以及測站的天線跟接收器型號，這些訊息有利於

GPS Prep. 進行相位中心的改正與 GEODYN 測站參數的設定。

圖圖圖圖 1 1 1 1 全球全球全球全球 30 30 30 30 個個個個 IGS IGS IGS IGS 觀測站分佈圖觀測站分佈圖觀測站分佈圖觀測站分佈圖

二二二二、、、、重力場模型重力場模型重力場模型重力場模型

本文主要使用的重力場模型為 EGM96 與 GGM01S 。 EGM96 為美國太空總署 (NASA Goddard

Space Flight Center) 、俄亥俄州立大學 (Ohio State University) 和美國國防製圖局 (National Imagery

and Mapping Agency) 共同合作發展出完全達 360 階的全球重力場模型，包含的重力資料有地面

重力測量資料、海洋重力測量資料、衛星測高重力資料等 (Lemoine et al. ， 1998) 。而 GGM01S

為 GRACE 衛星利用 111 天 ( 資料日期為 2002 年 5 月到 11 月間 )K 波段距離變化率、姿

態角和加速度的資料整合得完全達 120 階的重力場模型 (GRACE Home Page) 。

三三三三、、、、GPS GPS GPS GPS 相位資料解算相位資料解算相位資料解算相位資料解算 CHAMP CHAMP CHAMP CHAMP 衛星軌道程序衛星軌道程序衛星軌道程序衛星軌道程序

圖 2 為 GPS 相位資料解算 CHAMP 衛星軌道的步驟流程，此步驟是參照 NASA 所製定的整

合 GPS Prep. 和 GEODYN 操作手冊 ( Rowlands ， 2004) ，首先：

1. 輸入低軌衛星預估軌道 (CHAMP Predict Orbit) ，利用 GEODYN 求得 CHAMP 參考軌道和軌

道弧參數 (CHAMP 軌道初始值、經驗加速度、空氣阻力係數 ) 。

2. 將 CHAMP 參考軌道檔 fort.30 輸入至 GPS Prep. ，且在輸出設定檔 setup.gdf 分別選擇

TYPE85(IGS 觀測站、 GPS 衛星與星載 GPS 接收站組成之相位雙差觀測量 ) 、 TYPE87(IGS 觀

測站與 GPS 衛星組成之相位雙差觀測量 ) 。

3. 輸入 GPS 導航資料 (Navigation Data) ，以 GPS Prep. 輸出 GPS 軌道 pcedata.dat 。

4. 將 GPS 軌道檔案 pcedata.dat 輸入 GEODYN 並求得 GPS 軌道弧的參數 (GPS 軌道初始

值、經驗加速度、空氣阻力係數 ) 。

5. 步驟 2 的 TYPE87 輸出檔 observ.dat 修改檔名為 fort.41 為 GEODYN 輸入檔，此時

GEODYN 的 GPS 軌道弧參數是採用步驟 4 所輸出的修正值，以 GEODYN 求得 IGS 觀測站

的鐘差修正值。

6. 步驟 2 的 TYPE85 輸出檔 observ.dat 修改檔名為 fort.41 為 GEODYN 輸入檔， GEODYN

的 GPS 軌道弧參數設定值與步驟 5 同且加入 IGS 追?站的鐘差修正值，而 CHAMP 的軌道弧

參數採用步驟 1 所輸出的修正值，最後 GEODYN 解得 CHAMP 軌道。

圖圖圖圖 2 GPS 2 GPS 2 GPS 2 GPS 相位資料求解相位資料求解相位資料求解相位資料求解 CHAMP CHAMP CHAMP CHAMP 衛衛衛衛星軌道流程圖星軌道流程圖星軌道流程圖星軌道流程圖

四四四四、、、、CHAMP CHAMP CHAMP CHAMP 定軌結果定軌結果定軌結果定軌結果

圖 3 、圖 4 、圖 5 給出 GFZ 所解算之 CHAMP 精密軌道 (Postprocessed Science Orbit ， PSO)

與本文解得之 CHAMP 軌道於 X 、 Y 、 Z 三方向之差異，其差異之最大值於三方向分別是

5.45m 、 9.42m 、 10.6m 。

表 2 為 GFZ 軌道與本文軌道於 X 、 Y 、 Z 三方向差異量之統計，由均方根值 (Root Mean

Square ， RMS) 來看 X 方向為 1.454m 、 Y 方向為 3.467m 、 Z 方向為 2.925m ，整體而言

解算軌道的精度為公尺量級，最大差異量為 Y 方向的 3.467m ，推測精度不佳最主要原因可能

是於解算 CHAMP 軌道時，同時也求解 GPS 衛星軌道，如能在 GEODYN 計算中加入精密星

曆，即把 GPS 衛星軌道當作已知，應能大幅提升 CHAMP 軌道的精度。

圖圖圖圖 3 GFZ 3 GFZ 3 GFZ 3 GFZ 軌道與本文解算軌道於軌道與本文解算軌道於軌道與本文解算軌道於軌道與本文解算軌道於 X X X X 方向之差異圖方向之差異圖方向之差異圖方向之差異圖

圖圖圖圖 4 GFZ 4 GFZ 4 GFZ 4 GFZ 軌道與本文解算軌道於軌道與本文解算軌道於軌道與本文解算軌道於軌道與本文解算軌道於 Y Y Y Y 方向之差異圖方向之差異圖方向之差異圖方向之差異圖

圖圖圖圖 5 GF 5 GF 5 GF 5 GFZ Z Z Z 軌道與本文解算軌道於軌道與本文解算軌道於軌道與本文解算軌道於軌道與本文解算軌道於 Z Z Z Z 方向之差異圖方向之差異圖方向之差異圖方向之差異圖

表表表表 4 GFZ 4 GFZ 4 GFZ 4 GFZ 軌道與本文解算軌道差異量之統計軌道與本文解算軌道差異量之統計軌道與本文解算軌道差異量之統計軌道與本文解算軌道差異量之統計 單位單位單位單位：：：： m m m m

MEAN STDEV MAX MIN RMS

dx 0.023 1.454 5.450 -5.000 1.454

dy -0.124 3.465 9.420 -7.370 3.467

dz 0.756 2.826 10.600 -9.360 2.925

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

伍伍伍伍、、、、 求解地球重力場模型求解地球重力場模型求解地球重力場模型求解地球重力場模型

由人造衛星來求解重力場模型有兩種可行方法，分別是一步法、兩步法 ( 朱聖源、施闖， 2003) ，

所謂的一步法是用 LEO 和地面站的原始觀測數據，同時求解衛星軌道和重力場模型，需要解算

大量的參數 (GPS 衛星軌道、 LEO 軌道、 EOP 參數等 ) ，計算工作量巨大，對硬體的要求也

相對的提高；而兩步法是先定衛星軌道，接著再解算重力場模型，本章重點即是針對 CHAMP 衛

星採用兩步法進行地球重力場模型的解算。

一一一一、、、、CHAMP CHAMP CHAMP CHAMP 衛星軌道資料衛星軌道資料衛星軌道資料衛星軌道資料

因本文求解地球重力場模型是選擇兩步法，所以需要 CHAMP 的衛星軌道數據，而此資料是由

德國 Muenchen 技術大學 (TUM ， Technical University of Munich ) 所提供， Muenchen 技術大

學的 Svehla D. 博士利用運動學原理由星載 GPS 相位原始數據對 CHAMP 衛星進行軌道求解，

CHAMP 軌道解算結果與 2002 年 1175GPS 周的 SLR(Satellite Laser Ranging) 定軌結果比較詳

( 圖 6) ，其軌道差異之標準差為 23mm (Svehla and Rothacher ， 2003) 。

圖圖圖圖 6 CHAMP 6 CHAMP 6 CHAMP 6 CHAMP 軌道解算結果與軌道解算結果與軌道解算結果與軌道解算結果與 SLR SLR SLR SLR 的比較的比較的比較的比較

二二二二、、、、重力場模型解算結果重力場模型解算結果重力場模型解算結果重力場模型解算結果

本文自 Svehla D. 博士所提供之一年 CHAMP 軌道資料，選取 2002 年 11 月 18 日 -20 日三

天數據以 EGM96 為初始值來解算地球重力場模型， 最後由 GEODYN 軟體解得之重力場模型

NCTU 將與 GGM01S 進行比較，其差異量以大地起伏和重力異常來表達。

表 5 、表 6 為 GGM01S 與 EGM96 、 GGM01S 與 NCTU 分別 5 階、 25 階、 60 階、 70

階的大地起伏差值統計結果；表 7 、表 8 為 GGM01S 與 EGM96 、 GGM01S 與 NCTU 分別

5 階、 25 階、 60 階、 70 階的重力異常差值統計結果。比較 GGM01S 與 EGM96 、 GGM01S

與 NCTU 兩組的大地起伏差值統計結果 ( 表 5 ~ 表 6) ，從表中的均 方根值可知 GGM01S

與 NCTU 在各階的差值皆比 GGM01S 與 EGM96 的差值小，表示所解算的 NCTU 比 EGM96

更接近重力場模型真值，也證明本文所解算的 NCTU 相較於 EGM96 其精度確實有改善，再由

GGM01S 與 EGM96 、 GGM01S 與 NCTU 兩組的 重力異常 差值統計結果 ( 表 7 ~ 表 8)來比

較，同樣顯示上述之結果。

表表表表 5 GGM01S 5 GGM01S 5 GGM01S 5 GGM01S 與與與與 EGM96 EGM96 EGM96 EGM96 大地起伏差值統計結果大地起伏差值統計結果大地起伏差值統計結果大地起伏差值統計結果 ／／／／單位單位單位單位：：：： m m m m

表表表表 6 GGM01S 6 GGM01S 6 GGM01S 6 GGM01S 與與與與 NCTU NCTU NCTU NCTU 大地起伏差值統計結果大地起伏差值統計結果大地起伏差值統計結果大地起伏差值統計結果 ／／／／單位單位單位單位：：：： m m m m

表表表表 7 GGM01S 7 GGM01S 7 GGM01S 7 GGM01S 與與與與 EGM96 EGM96 EGM96 EGM96 重力異常差值統計結果重力異常差值統計結果重力異常差值統計結果重力異常差值統計結果 ／／／／單位單位單位單位：：：： mgal mgal mgal mgal

表表表表 8 GGM01S 8 GGM01S 8 GGM01S 8 GGM01S 與與與與 NCTU NCTU NCTU NCTU 重力異常差值統計結果重力異常差值統計結果重力異常差值統計結果重力異常差值統計結果 ／／／／單位單位單位單位：：：： mgal mgal mgal mgal

本文於解算重力場模型的過程中要求輸出 CHAMP 衛星軌道數據，所以於表 ９ 給出 CHAMP

之 TUM 軌道與本文解算之軌道於各階數的差異量，此處之 TUM 軌道意指德國 Muenchen 技

術大學所提供之 CHAMP 軌道，由表中可看出所求解的重力場模型當階數越低時其均方根值越

大，此原因為解算低階的重力模型時無法吸收高頻率的軌道誤差，而導至階數越低所得到的軌道

誤差越大，從軌道誤差最小的 70 階中，又以 X 方向的差異量最小為 0.991 公尺。圖 8 、圖

9 、圖 10 是解算 70 階重力場模型所得到 TUM 軌道與本文軌道於三方向之差異圖， X 、 Y 、

Z 三方向最大差異量分別為 2.305 公尺、 5.379 公尺、 5.203 公尺。

表表表表 9 CHAMP 9 CHAMP 9 CHAMP 9 CHAMP 之之之之 TUM TUM TUM TUM 軌道與本文解算軌道差異量之統計軌道與本文解算軌道差異量之統計軌道與本文解算軌道差異量之統計軌道與本文解算軌道差異量之統計 ／／／／單位單位單位單位：：：： m m m m

階數 MEAN STDEV MAX MIN RMS

x 0.704 1.694 7.300 -4.483 1.834

y 0.787 3.810 9.506 -7.545 3.890 5 階

z 0.022 2.834 9.955 -9.252 2.843

x 0.704 1.694 7.300 -4.483 1.346

y 0.787 3.810 9.506 -7.545 3.464 25 階

z 0.022 2.834 9.955 -9.252 2.634

x -0.010 1.000 2.305 -2.006 1.024

y 0.018 3.331 5.379 -5.489 3.357 60 階

z -0.012 2.451 5.203 -5.044 2.449

x -0.010 1.000 2.305 -2.006 0.991

y 0.018 3.331 5.379 -5.489 3.319 70 階

z -0.012 2.451 5.203 -5.044 2.445

圖圖圖圖 8 CHAMP 8 CHAMP 8 CHAMP 8 CHAMP 之之之之 TUM TUM TUM TUM 軌道與本文解算軌道於軌道與本文解算軌道於軌道與本文解算軌道於軌道與本文解算軌道於 X X X X 方向之差異圖方向之差異圖方向之差異圖方向之差異圖

圖圖圖圖 9 CHAMP 9 CHAMP 9 CHAMP 9 CHAMP 之之之之 TUM TUM TUM TUM 軌道與本文解算軌道於軌道與本文解算軌道於軌道與本文解算軌道於軌道與本文解算軌道於 Y Y Y Y 方向之差異圖方向之差異圖方向之差異圖方向之差異圖

圖圖圖圖 10 CHAMP 10 CHAMP 10 CHAMP 10 CHAMP 之之之之 TUM TUM TUM TUM 軌道與本文解算軌道於軌道與本文解算軌道於軌道與本文解算軌道於軌道與本文解算軌道於 Z Z Z Z 方向之差異圖方向之差異圖方向之差異圖方向之差異圖

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

陸陸陸陸、、、、 結論與建議結論與建議結論與建議結論與建議

一、 由 GPS 相位資料解算 2002 年 11 月 18-20 日三天之 CHAMP 軌道，從三方向的差異統

計結果顯示 X 方向為 1.454m 、 Y 方向為 3.467m 、 Z 方向為 2.925m ，其軌道最大差異量

為 Y 方向的 3.467m ，總體而言解算軌道之精度為公尺量級。雖精度不甚理想，但此部份之研

究成功將 GPS Prep. 結合 GEODYN II 進行軌道之求解。

二、本文採取兩步法進行地球重力場模型的求解，所解得之重力場模型稱為 NCTU 。 重力場

模型是以 GGM01S 當做真值，分別減去 EGM96 和 NCTU 得到大地起伏差異量、重力異常差

異量，結果發現不管是大地起伏差異量亦或重力異常差異量， GGM01S 與 NCTU 的差值皆比

GGM01S 與 EGM96 的差值較小，表示所解算的 NCTU 比 EGM96 更接近重力場模型真值，也

證明本文所解算的 NCTU 相較於 EGM96 其精度確實有改善 。

三、利用兩步法求解重力場模型的過程中要求輸出衛星軌道資料，將此軌道資料與 TUM 軌道

與進行比較， TUM 軌道意指德國 Muenchen 技術大學所提供之 CHAMP 軌道，比較結果顯示

所求解的重力場模型當階數越低時其均方根值越大，此原因為解算低階的重力模型時無法吸收高

頻率的軌道誤差，而導至階數越低所得到的軌道誤差越大。

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

一一一一、、、、 各種型式之潛盾隧道如穿越建物下方各種型式之潛盾隧道如穿越建物下方各種型式之潛盾隧道如穿越建物下方各種型式之潛盾隧道如穿越建物下方，，，，對建物之影響為何對建物之影響為何對建物之影響為何對建物之影響為何 ? ? ? ?

答覆答覆答覆答覆：：：：

如以台北盆地砂土與黏土互層之軟弱地盤為例如以台北盆地砂土與黏土互層之軟弱地盤為例如以台北盆地砂土與黏土互層之軟弱地盤為例如以台北盆地砂土與黏土互層之軟弱地盤為例，，，， A A A A 、、、、 B B B B 、、、、 C C C C 、、、、 D D D D 四種情形造成沉陷的大小四種情形造成沉陷的大小四種情形造成沉陷的大小四種情形造成沉陷的大小

推估為推估為推估為推估為 B>D>C>A B>D>C>A B>D>C>A B>D>C>A ，，，，其考量原因如下其考量原因如下其考量原因如下其考量原因如下：：：：

A 最小；只有一個隧道，雖然斷面較大但施作單純，影響期短，較不會有問題。

B 最大；其施工速度很慢，影響期間最長，因隧道為上、下垂直佈置，隧道開挖面將較接近地

面結構物，影響最大。

C 次小；其與 D 之優劣較難判斷，選擇 C 稍佳之主要考量為兩隧道一起施工之狀態下造成之

影響期間較Ｄ為小。

D 次大；則是由於分次施工，施工期較 C 長，沉陷之影響可能會較大。

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

二二二二、、、、 台灣目前多採以台灣目前多採以台灣目前多採以台灣目前多採以 Peck Peck Peck Peck 、、、、 Schumit Schumit Schumit Schumit 公式為主之半經驗式或配合公式為主之半經驗式或配合公式為主之半經驗式或配合公式為主之半經驗式或配合 FEM FEM FEM FEM 分析推估潛分析推估潛分析推估潛分析推估潛

盾開挖所造成之地表沈陷量並以此計算作為安排建物保護範圍之參考盾開挖所造成之地表沈陷量並以此計算作為安排建物保護範圍之參考盾開挖所造成之地表沈陷量並以此計算作為安排建物保護範圍之參考盾開挖所造成之地表沈陷量並以此計算作為安排建物保護範圍之參考，，，，現行日本以何種現行日本以何種現行日本以何種現行日本以何種

方式估算方式估算方式估算方式估算（（（（例例例例 Jeffy Jeffy Jeffy Jeffy 提案式提案式提案式提案式 ? ? ? ? 或其他或其他或其他或其他）？）？）？）？

答覆答覆答覆答覆：：：：

新加坡捷運可能是歐洲廠商多之關係，也是多採用 Schumit 建議之方式以地表沉陷量與潛盾隧

道開挖面積關係預估，但大小差異很大，參見圖 6-1 ，也是有很多之爭議。

圖圖圖圖 6 6 6 6----1 1 1 1 地表沉陷量與地盤漏失量之關係地表沉陷量與地盤漏失量之關係地表沉陷量與地盤漏失量之關係地表沉陷量與地盤漏失量之關係

[[[[引自引自引自引自 G. Wayne Clough; Birger Schmidt, ”Design and Performance of Excavations and Tunnels in Soft Clay ”from G. Wayne Clough; Birger Schmidt, ”Design and Performance of Excavations and Tunnels in Soft Clay ”from G. Wayne Clough; Birger Schmidt, ”Design and Performance of Excavations and Tunnels in Soft Clay ”from G. Wayne Clough; Birger Schmidt, ”Design and Performance of Excavations and Tunnels in Soft Clay ”from

Soft Clay Engineering , 1981, pp.567Soft Clay Engineering , 1981, pp.567Soft Clay Engineering , 1981, pp.567Soft Clay Engineering , 1981, pp.567----636363634. ]4. ]4. ]4. ]

• 沉陷量與施工之控制有極大之關聯，且潛盾施工之技藝也一直在進步，並無一定準確之

估算基準，宜以當地施工水準及地質條件所實測之數據為準。

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

三三三三、、、、 於高地下水位之砂土層於高地下水位之砂土層於高地下水位之砂土層於高地下水位之砂土層，，，，潛盾隧道之直徑為潛盾隧道之直徑為潛盾隧道之直徑為潛盾隧道之直徑為 5M 5M 5M 5M ，，，，其上方約其上方約其上方約其上方約 6M 6M 6M 6M 處存有一既有之處存有一既有之處存有一既有之處存有一既有之

4M 4M 4M 4M 直徑之地下管線與之互相平行約直徑之地下管線與之互相平行約直徑之地下管線與之互相平行約直徑之地下管線與之互相平行約 300M 300M 300M 300M ，，，，於設計與施工時應否作較特殊之考量於設計與施工時應否作較特殊之考量於設計與施工時應否作較特殊之考量於設計與施工時應否作較特殊之考量？？？？

答覆答覆答覆答覆：：：：

施工時主要需防止地盤沉陷施工時主要需防止地盤沉陷施工時主要需防止地盤沉陷施工時主要需防止地盤沉陷，，，，應檢討應檢討應檢討應檢討：：：：

• 開挖面之安定 (土水壓及取土量之控制)

• 背填灌漿之材料及確實與否，瞬結型背填灌漿之材料對防止地盤沉陷效果較佳。

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

四四四四、、、、 如何減小潛盾隧道施工造成之沉陷變位如何減小潛盾隧道施工造成之沉陷變位如何減小潛盾隧道施工造成之沉陷變位如何減小潛盾隧道施工造成之沉陷變位？？？？

答覆答覆答覆答覆：：：：

• 潛盾隧道開挖勢將造成周遭地盤位移，地盤位移量之預估是施工前作為評估建物保護工

作之重要依據。一般而言，伴隨潛盾隧道施工所產生之地盤變位原因與其因應對策，依

發生時機可區分為五大階段，參見圖 6-2 及表 6-1 之說明。

圖圖圖圖 6 6 6 6----2 2 2 2 潛盾推進所產生地盤變位之分類潛盾推進所產生地盤變位之分類潛盾推進所產生地盤變位之分類潛盾推進所產生地盤變位之分類

表表表表 6 6 6 6----1 1 1 1 潛盾隧道施工產生之地盤變位發生原因與因應對策潛盾隧道施工產生之地盤變位發生原因與因應對策潛盾隧道施工產生之地盤變位發生原因與因應對策潛盾隧道施工產生之地盤變位發生原因與因應對策

五五五五、、、、 有關台北捷運工程日前針對潛盾隧道穿越民房下方之建物保護方式曾檢討並考慮有關台北捷運工程日前針對潛盾隧道穿越民房下方之建物保護方式曾檢討並考慮有關台北捷運工程日前針對潛盾隧道穿越民房下方之建物保護方式曾檢討並考慮有關台北捷運工程日前針對潛盾隧道穿越民房下方之建物保護方式曾檢討並考慮

在施工規範上規定在施工規範上規定在施工規範上規定在施工規範上規定：「：「：「：「穿越民房下方需採二次灌漿作為建物保護穿越民房下方需採二次灌漿作為建物保護穿越民房下方需採二次灌漿作為建物保護穿越民房下方需採二次灌漿作為建物保護 ( ( ( ( 施工示意與功能如施工示意與功能如施工示意與功能如施工示意與功能如

圖圖圖圖 6 6 6 6----3 3 3 3 所示所示所示所示 ) ) ) ) 。。。。二次灌漿以小於二次灌漿以小於二次灌漿以小於二次灌漿以小於 5kg/cm 2 5kg/cm 2 5kg/cm 2 5kg/cm 2 之壓力在離環片之壓力在離環片之壓力在離環片之壓力在離環片 0~2m 0~2m 0~2m 0~2m 範圍內施作範圍內施作範圍內施作範圍內施作。。。。二次二次二次二次

灌漿需在各環圈離開盾構尾端灌漿需在各環圈離開盾構尾端灌漿需在各環圈離開盾構尾端灌漿需在各環圈離開盾構尾端 24 24 24 24 小時及小時及小時及小時及 8 8 8 8 環襯砌內完成環襯砌內完成環襯砌內完成環襯砌內完成。。。。另盾首灌漿應於每環推進另盾首灌漿應於每環推進另盾首灌漿應於每環推進另盾首灌漿應於每環推進

前完成前完成前完成前完成。。。。」」」」等之相關考量等之相關考量等之相關考量等之相關考量，，，，有無建議改進之處有無建議改進之處有無建議改進之處有無建議改進之處？？？？

圖圖圖圖 6 6 6 6----3 3 3 3 二次灌漿建物保護二次灌漿建物保護二次灌漿建物保護二次灌漿建物保護

答覆答覆答覆答覆：：：：

• 以業主立場來看，為確保潛盾隧道穿越鄰房下方時，民房不致損壞，所以會有如此的設

計要求內容。惟為達此安全要求之目的，所有之保護措施應在潛盾機通過前完成才適宜。

• 若事前之灌漿改良效果及背填灌漿執行不理想，隧道通過後才有再做二次灌漿之需求。

• 針對隧道通過後再從環片灌漿孔進行二次灌漿之效果與時機之評估，可以由潛盾機挖掘

產生之地表沉陷槽來看，一般而言，施工造成之主要沉陷在環片脫離潛盾機時即產生，

因此要求背填灌漿必須立即實施以減少沉陷發生。以前之開口式潛盾機挖掘常發生達

20~30cm 之地表沉陷，而現在潛盾機之技術較成熟，地表產生之沉陷量較小。

• 由地表沉陷槽來看，部分介紹二次灌漿文獻報導根據台北捷運工程部分之監測例發現

「潛盾隧道施工產生之沉陷主要發生在潛盾機通過後約 1~2 週間，在潛盾機通過之 24

小時內施工引起之地表沉陷並不明顯，而於第 2 天起逐漸產生」，因而認為在 24 小時

內施作二次灌漿對地表沉陷控制可能有極佳之貢獻。但亦有部份潛盾隧道施工之觀測案

例顯示主要沉陷之發生在環片脫離潛盾機時即產生。此等出入可能是地盤因素或觀測值

係經由地表沉陷點或深層觀測點之觀測差異結果，而此等機制關係到二次灌漿之實際有

效性極巨，宜設法作進一步之驗證。

• 在日本，曾以做研究之態度進行沉陷觀測，發現主要沉陷之發生在環片脫離潛盾機時即

產生。而根據日本某地表沉陷觀測研究案例顯示，參見表 6-2 ，在沖積砂土層中，百分

之九十以上之沉陷係發生在階段四即已產生，即階段五之沉陷量僅約佔 5% ，即可預知

在沖積砂土層中，二次灌漿之實際有效性恐將極微。至於在沖積黏土層中，階段五之沉

陷量則約佔 45% ，由於此是地表沉陷點之觀測結果，黏土層之應變反映至地表需較長

之時間，執行二次灌漿之實際有效性仍有待進一步之觀測驗證。

表表表表 6 6 6 6----2 2 2 2 黏土層與砂土層各階段之沉陷分佈情形黏土層與砂土層各階段之沉陷分佈情形黏土層與砂土層各階段之沉陷分佈情形黏土層與砂土層各階段之沉陷分佈情形

地盤 階段一 階段二 階段三 階段四 階段五

沖積黏土層 6% 6% 6% 6% 5% 5% 5% 5% 8% 8% 8% 8% 34% 34% 34% 34% 47% 47% 47% 47%

沖積砂土層 0% 0% 0% 0% 3% 3% 3% 3% 33331% 1% 1% 1% 60% 60% 60% 60% 6% 6% 6% 6%

• 另就學理而言，如將地盤區分為土及水，當環片脫離盾殼後 ( 厚約 7~7.5cm) ，水將立

即充填此一盾尾空隙，而土之部分則與其自立性有關，研判充填之時間亦不會太長 ( 砂

性土將較黏性土更快 ) ，圖 6-4 為盾尾空隙充填歷時變化之實驗量測例 ( 案例之地盤

為 qu=0.503kg/cm 2 之黏性土 ) ，盾尾縫隙約在環片脫離盾殼後 60 分鐘內自然充填完

畢。因此潛盾隧道施工須於最短之時間內進行背填灌漿，進而確實能充填此一盾尾空隙

以減少地盤沉陷量。

單軸壓縮強度單軸壓縮強度單軸壓縮強度單軸壓縮強度 = 0.503Kg/cm 2 = 0.503Kg/cm 2 = 0.503Kg/cm 2 = 0.503Kg/cm 2

• 就以所指之二次灌漿時機而言，其對沉陷之防止主要為長期壓密沉陷之部分，多作一項

保護措施自然是增加一些保護效果，但研判其成效恐不大。另灌漿改良體是否能均勻成

型 ( 因灌漿孔在環片之環與環間之排列為交錯排列 ) 亦恐影響其成效。

• 建物保護之方式應以隧道鑽掘前即採取對策最為有效，事後之防護對沉陷之防止效果則

較為有限。

• 實際上發生之沉陷因潛盾機械進步而漸小，只有因地中土壓力不平衡而產生之沉陷，或

因背填灌漿品質不佳、或時機不對或灌漿材料不適當，才會造成較大之變位。以目前之

技術而言，潛盾隧道通過民房下方時，採用瞬結型材料進行背填灌漿應為較有效之方法。

• 常見之背填灌漿性能比較如表 6-3 ，其中綜合評估欄僅供參考，應視個案情形檢討評估。

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六六六六、、、、 潛盾機通過建築物下方時之設計及施工之考量潛盾機通過建築物下方時之設計及施工之考量潛盾機通過建築物下方時之設計及施工之考量潛盾機通過建築物下方時之設計及施工之考量，，，，包括如何配合進行背填灌漿及二包括如何配合進行背填灌漿及二包括如何配合進行背填灌漿及二包括如何配合進行背填灌漿及二

次灌漿次灌漿次灌漿次灌漿；；；；另配合灌漿之施作另配合灌漿之施作另配合灌漿之施作另配合灌漿之施作，，，，環片灌漿孔的配置環片灌漿孔的配置環片灌漿孔的配置環片灌漿孔的配置及孔數限制如何考量及孔數限制如何考量及孔數限制如何考量及孔數限制如何考量 ? ? ? ?

答覆答覆答覆答覆：：：：

• 台北捷運規範所謂 ” 二次灌漿 ” 應是指為保護上方建物，由隧道內利用環片灌漿孔

另行插管 ( 至 2m 左右 ) 施作於背填灌漿範圍之外的地盤改良，與背填灌漿之「二次

背填灌漿」定義不同，宜定義清楚。其灌漿壓力規定上限為 5kg/cm 2 恐不甚合理，因

其灌注壓力與所採用的灌注方式與設備 ( 日本系列或歐洲系列 ) 而有頗大的差距。對

日系而言， 5kg/cm 2 或許可以，但對部分歐洲灌漿系統而言則可能太小。

• 另背填灌漿壓力一般採用 2.0~2.5kg/cm 2 ，超過 3kg/cm 2 以上可能會對環片造成不良

的影響。應視環片設計時所考慮能承受之最大背填灌漿壓力而定，或安排使二次灌漿範

圍離環片有一適當之距離。

• 環片灌漿孔配置應考慮環片安裝需求及需進行灌漿之範圍而定。

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七七七七、、、、 盾首灌漿與二次灌漿是否會影響潛盾隧道施工盾首灌漿與二次灌漿是否會影響潛盾隧道施工盾首灌漿與二次灌漿是否會影響潛盾隧道施工盾首灌漿與二次灌漿是否會影響潛盾隧道施工？？？？

答覆答覆答覆答覆：：：：

• 盾首灌漿之施工可行性與隧道尺寸有關，大型潛盾機由於作業空間大，執行盾首灌漿並

不會對隧道推進作業有太大影響。其受隧道直徑影響大，需洽製造廠研究配置之可行

性、瞭解作業空間與動線之安排及灌漿施工所需之作業時間，才能作最終之判斷。一般

而言，直徑約 6m 隧道配置盾首灌漿孔之安排應屬可行。

• 若確實需要盾首灌漿時，則應於潛盾機械設計時於盾首預設灌漿孔，為求較佳之灌漿結

果，灌漿孔之配置需均勻。

• 早期之開放式潛盾機於盾首灌漿時需先封口，再進行灌漿處理。

• 由於機械式潛盾機內部有很多機械，可用空間較小，於隧道前方需要灌漿時，亦有在盾

首設灌漿孔之案例。泥水式潛盾機前面為泥水艙無法設灌漿孔，只可在泥水艙後方約 50

公分處設置；土壓平衡式潛盾機之土艙處因無法穿越，設置灌漿孔也有其限制。故無論

土壓平衡式潛盾機、泥水式潛盾機於盾首設置灌漿孔皆有其限制，如擬於機身上設置也

受內部空間限制，需與機械製造商研討設置。

• 理論上由盾首灌漿為可行，但實務上機首空間已被各類機具佔滿，施工時需詳細檢討。

但儘管施工性不佳，仍有廠商如此設計施工，但需要能力很強的承商來配合施作。

• 灌漿孔可於設計圖面上配置，但除非地表面上無法進行地面灌漿，很少有案例是由盾首

來進行灌漿作業。盾首灌漿耗時甚長，影響隧道鑽掘極鉅，台北捷運曾有採用盾首灌漿

之實例，惟其係作為災變搶救 或進出土艙外作業 之用。

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八八八八、、、、 是否二次灌漿一定要在環片脫離盾構後是否二次灌漿一定要在環片脫離盾構後是否二次灌漿一定要在環片脫離盾構後是否二次灌漿一定要在環片脫離盾構後 8 8 8 8 環內或環內或環內或環內或 24 24 24 24 小時內完成小時內完成小時內完成小時內完成 ? ? ? ? 其施作之最其施作之最其施作之最其施作之最

佳時機為何佳時機為何佳時機為何佳時機為何 ? ? ? ?

答覆答覆答覆答覆：：：：

• 理論上，愈快施作效果愈好。

• 但如要在上述時限條件下執行時，則不適宜採用機械自動化同步背填灌漿之潛盾機，因

其灌漿材非為瞬結型，無法在需求時間內固結，插入二次灌漿管時，背填漿體會流出反

而不利。如待灌漿體凝固才將灌漿管穿越背填灌漿，進行二次灌漿時恐太晚而無太大意

義，且有破壞背填灌漿與再次擾動地盤之疑慮。

• 如欲於 24 小時內執行時，宜採用非機械手動式之同步背填灌漿，在最短時間內完成瞬

結型背填灌漿 ( 一般在 12 小時內固結 ) ，才可能在 24 小時內執行二次灌漿。

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九九九九、、、、 台北捷運案例中台北捷運案例中台北捷運案例中台北捷運案例中，，，，雖於訂製潛盾機時設計盾首灌漿設備雖於訂製潛盾機時設計盾首灌漿設備雖於訂製潛盾機時設計盾首灌漿設備雖於訂製潛盾機時設計盾首灌漿設備，，，，但實際施工時卻未見運但實際施工時卻未見運但實際施工時卻未見運但實際施工時卻未見運

用盾首灌漿進行建物保護用盾首灌漿進行建物保護用盾首灌漿進行建物保護用盾首灌漿進行建物保護，，，，大半採二次背填灌漿或二次灌漿大半採二次背填灌漿或二次灌漿大半採二次背填灌漿或二次灌漿大半採二次背填灌漿或二次灌漿，，，，並無法達成設計機械之預並無法達成設計機械之預並無法達成設計機械之預並無法達成設計機械之預

定效果定效果定效果定效果，，，，是否製造上有問題是否製造上有問題是否製造上有問題是否製造上有問題 ? ? ? ?

答覆答覆答覆答覆：：：：

• 潛盾工程技術主要是施工技術而非設計技術。機械製造商並不負施工成敗之責，成敗之

責任在於施工承包商。

• 盾首灌漿耗時甚久，一般承商並無意願於盾首進行灌漿，或僅於特殊之緊急情況下作為

搶救之用。因沒有真正想要做，只是在設計機具時點綴性的設置灌漿孔，所以施工時無

法發揮施作盾首灌漿之功效。

十十十十、、、、 日本的案例中日本的案例中日本的案例中日本的案例中，，，，潛盾在民房下方通過時潛盾在民房下方通過時潛盾在民房下方通過時潛盾在民房下方通過時，，，，產生之沉陷最小是多少產生之沉陷最小是多少產生之沉陷最小是多少產生之沉陷最小是多少 ? ? ? ?

答覆答覆答覆答覆：：：：

• 沉陷產生的原因太多，很難明確指出最小的沉陷量。

• 因不能假設及確定施工時一切都在最佳狀況，所以仍會有保護措施。一般除在隧道內進

行灌漿之外，或對民房進行預撐工程，也會在民房下方，由地面預留灌漿管進行灌漿，

當觀測到產生沉陷時可立即進行灌漿。

• 對重要結構物於設計時即應進行指定建物保護之考量。但重點仍在承包商是否有良好的

施工能力。

• 亦有承商以托底方式來保護建物之案例。

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十一十一十一十一、、、、 台北並尚無採盾首灌漿作為建物保護之實例台北並尚無採盾首灌漿作為建物保護之實例台北並尚無採盾首灌漿作為建物保護之實例台北並尚無採盾首灌漿作為建物保護之實例，，，，部份施工案採於環片上進行二次部份施工案採於環片上進行二次部份施工案採於環片上進行二次部份施工案採於環片上進行二次

灌漿灌漿灌漿灌漿。。。。盾首灌漿即為事前灌漿盾首灌漿即為事前灌漿盾首灌漿即為事前灌漿盾首灌漿即為事前灌漿，，，，是否對通過民房下方時之保護效果較佳是否對通過民房下方時之保護效果較佳是否對通過民房下方時之保護效果較佳是否對通過民房下方時之保護效果較佳 ?( ?( ?( ?( 設定凝結時設定凝結時設定凝結時設定凝結時

間間間間 ) ) ) )

答覆答覆答覆答覆：：：：

• 是否能做如此均勻的盾首灌漿，需與製造商充份溝通。檢討圖面的設計是否能完成。

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十二十二十二十二、、、、 出土量與背填灌漿及二次灌漿三者之間有何者關係出土量與背填灌漿及二次灌漿三者之間有何者關係出土量與背填灌漿及二次灌漿三者之間有何者關係出土量與背填灌漿及二次灌漿三者之間有何者關係 ? ? ? ? 日本是否有挖出土量日本是否有挖出土量日本是否有挖出土量日本是否有挖出土量、、、、前前前前

進體積進體積進體積進體積、、、、背填量及沉陷量間之關係背填量及沉陷量間之關係背填量及沉陷量間之關係背填量及沉陷量間之關係。。。。

答覆答覆答覆答覆：：：：

• 出土量與背填灌漿及二次灌漿三者之間應無特別之關聯。

• 一般在設計時，背填灌漿量之估算係採理論值之 1.5 倍來編預算，但實際上背填灌漿量

則可能較少或超出許多。

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十三十三十三十三、、、、 潛盾隧道穿越民房下方時潛盾隧道穿越民房下方時潛盾隧道穿越民房下方時潛盾隧道穿越民房下方時，，，，是否由地表進行斜灌是否由地表進行斜灌是否由地表進行斜灌是否由地表進行斜灌，，，，而不必從盾首再灌而不必從盾首再灌而不必從盾首再灌而不必從盾首再灌 ? ? ? ?

答覆答覆答覆答覆：：：：

基本上基本上基本上基本上，，，，通過民房下方時之保護措施需考量之順序建議為通過民房下方時之保護措施需考量之順序建議為通過民房下方時之保護措施需考量之順序建議為通過民房下方時之保護措施需考量之順序建議為：：：：

• 背填灌漿宜採瞬結型灌漿材料，採非機械手動式之同步背填灌漿。

• 隨著潛盾機向前開挖，環片外緣與盾尾地盤所形成之盾尾間隙，必須迅速地以穩定材料

填充，以防止地盤鬆動、地表沉陷、隧道漏水及不均勻土壓作用於環片上。利用潛盾機

推進之同時，亦於環片脫離盾殼後之第一時間進行背填灌漿。

• 視地盤條件、潛盾隧道鄰近受保護建物之情況，施以不同之背填灌漿壓力與注入率，以

適時減少地盤之變位量，達到建物保護之目的。

• 背填灌漿之灌漿壓力一般採潛盾機開挖面之操作壓力加上 0~1kg/cm 2 為原則，但以環

片設計時所允許之最大背填灌漿壓力為上限。

• 背填灌漿之注入率視灌漿工法、地盤條件、灌漿材料種類、灌漿壓力等而異。參考過去

工程案例之統計資料顯示，在正常施工條件下，背填灌漿之注入率多在 100~200% 範圍

之間 ，參見圖 6-5 。

• 若地面環境許可，潛盾機通過民房下方前應於地表先行灌漿。可考慮從地面小巷或房屋

縫隙中進行灌漿，但若不能使灌漿體灌注完整，才需從隧道內來灌漿。

• 針對特殊穿越建物之個案，曾有承包商思考採日本最近開發類似導向鑽孔之斜鑽方式進

行灌漿保護，參見圖 6- 5 之示意。

• 盾首灌漿之可行性需洽製造廠商再研討。

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十四十四十四十四、、、、 潛盾隧道穿越建物時潛盾隧道穿越建物時潛盾隧道穿越建物時潛盾隧道穿越建物時，，，，是否應限制其每日進尺數是否應限制其每日進尺數是否應限制其每日進尺數是否應限制其每日進尺數 (8M/day) (8M/day) (8M/day) (8M/day) ，，，，以達控制沉陷及建以達控制沉陷及建以達控制沉陷及建以達控制沉陷及建

物保護之目的物保護之目的物保護之目的物保護之目的 ? ? ? ?

(1) (1) (1) (1) 為求背填灌漿強度發揮為求背填灌漿強度發揮為求背填灌漿強度發揮為求背填灌漿強度發揮 ( ( ( ( 或每環背填有一定或每環背填有一定或每環背填有一定或每環背填有一定時差時差時差時差 ) ) ) ) ，，，，以達較有效之沉陷控制而要以達較有效之沉陷控制而要以達較有效之沉陷控制而要以達較有效之沉陷控制而要

求限制每日進度是否合理求限制每日進度是否合理求限制每日進度是否合理求限制每日進度是否合理 ? ? ? ?

(2) (2) (2) (2) 就沉陷控制就沉陷控制就沉陷控制就沉陷控制 ( ( ( ( 如在背填灌漿時能確實完成之前提下如在背填灌漿時能確實完成之前提下如在背填灌漿時能確實完成之前提下如在背填灌漿時能確實完成之前提下 ) ) ) ) ，，，，每日進尺是愈快愈好或是每日進尺是愈快愈好或是每日進尺是愈快愈好或是每日進尺是愈快愈好或是

否應限制否應限制否應限制否應限制 ? ? ? ? 建議每日限制進尺數為何建議每日限制進尺數為何建議每日限制進尺數為何建議每日限制進尺數為何 ? ? ? ?

答覆答覆答覆答覆：：：：

• 通過建物下方時並不需放慢速度，只要背填灌漿能跟上速度即可。

• 針對背填灌漿材料，很重要之考量準則是要求得一「不致被地下水流沖走並取得早期強

度且不致使灌漿管塞管之適合配比材料」。

• 背填灌漿在施灌後於未凝結達設計強度前並不會流失，而會填充在環片與超挖的空隙

中。規範中對背填漿強度雖有要求，但卻不是等 24 小時後或 3 天強度完全發揮後才再

進行下一輪施作，故對於每日限制進尺數並不需限制，而是通過房屋下方時，更需要求

確實地完成每輪作業需完成之工作 ( 尤其背填灌漿之品管 ) 。

• 一般可根據預定每日實際之工作時間，依合理之安排作業循環時間 (cycle time) 來計算

進度，超過不合理之進尺數時，表示其中可能有部份步驟作業不確實 ( 如產生背填灌漿

跟不上或螺栓未鎖緊的情形 ) ，如此會對通過之上方建物有不良之影響。

• 日本一般以每日 8 輪來做規劃設計時之輪進標準，但實務上在施工階段，施工廠商則

視其每日實際工時、工班安排及機具設備能量等，而會有較高之每日進尺數。

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十五十五十五十五、、、、日本潛盾工程中日本潛盾工程中日本潛盾工程中日本潛盾工程中，，，，最佳的狀況是在多少時間內完成背填最佳的狀況是在多少時間內完成背填最佳的狀況是在多少時間內完成背填最佳的狀況是在多少時間內完成背填 ? ? ? ?

答覆答覆答覆答覆：：：：

• 係以機械式同步灌漿來進行背填灌漿，其施工時保持漿液的壓力，當潛盾機往前移動

時，量測之壓力降低時，可自動補充灌注灌漿材料，一般設定之灌注壓力設定在 2~3kg/cm

2 。

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十六十六十六十六、、、、 同步背填灌漿與即時灌漿效果是否一致同步背填灌漿與即時灌漿效果是否一致同步背填灌漿與即時灌漿效果是否一致同步背填灌漿與即時灌漿效果是否一致，，，，穿越建物時是否需要強制要求採穿越建物時是否需要強制要求採穿越建物時是否需要強制要求採穿越建物時是否需要強制要求採同步同步同步同步

背填灌漿背填灌漿背填灌漿背填灌漿 ? ? ? ? 是否宜在規範中指定採用具有機械自動化之同步背填灌漿設備之潛盾機是否宜在規範中指定採用具有機械自動化之同步背填灌漿設備之潛盾機是否宜在規範中指定採用具有機械自動化之同步背填灌漿設備之潛盾機是否宜在規範中指定採用具有機械自動化之同步背填灌漿設備之潛盾機？？？？

答覆答覆答覆答覆：：：：

• 日本一般在規範上規定採用同步背填灌漿，但對所需要之設備並不明定，機械式自動化

之同步背填灌漿設備 ( 或稱全自動同步背填灌漿 ) 或採用非機械式（手動式）立即灌

漿 ( 或稱手動即時背填灌漿 ) 均稱為同步背填灌漿。同步之要求僅指要求施工者在最

初短時間內完成背填灌漿。

• 瞬結型灌漿不易在機械式自動化之同步灌漿設備中採用，因其凝固速度非常快，難以在

待機狀態使用。

• 對於採用機械式同步背填灌漿設備或採用非機械式（手動式）瞬結型背填灌漿材料之比

較，目前仍認為以採用瞬結型背填灌漿對防止地表沉陷之效果較佳，參見圖 6- 6 。

•

圖圖圖圖 6 6 6 6----6 6 6 6 導向斜鑽方式進行鑽孔灌漿保護示意導向斜鑽方式進行鑽孔灌漿保護示意導向斜鑽方式進行鑽孔灌漿保護示意導向斜鑽方式進行鑽孔灌漿保護示意

• 此外，機械式同步背填灌漿設備雖為可行，但實務上，各大營造廠商認為仍有部分執行

上之問題，且施工上容易塞管而會妨礙施工之速度，所以部分廠商並不樂意採用，仍宜

由實際執行者根據其經驗選擇施工方式。

• 設計時可考慮明確規定需要採用瞬結型灌漿材料之隧道區段位置 ( 如通過鄰房下方之

區段 ) 。

• 另外，地表沉陷量與潛盾機械之操作方式也很有關係，例如千斤頂推力的操作不當、轉

盤速度設定不當、操作手操作的熟練度不夠，均可能使沉陷量加大。

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十七十七十七十七、、、、 非機械式非機械式非機械式非機械式（（（（手動式手動式手動式手動式））））立即灌漿同步背填灌漿立即灌漿同步背填灌漿立即灌漿同步背填灌漿立即灌漿同步背填灌漿 ( ( ( ( 或稱手動即時背填灌漿或稱手動即時背填灌漿或稱手動即時背填灌漿或稱手動即時背填灌漿 ) ) ) ) 如何在如何在如何在如何在

潛盾機脫離盾殼後之第一時間進行同步背填灌漿潛盾機脫離盾殼後之第一時間進行同步背填灌漿潛盾機脫離盾殼後之第一時間進行同步背填灌漿潛盾機脫離盾殼後之第一時間進行同步背填灌漿 ? ? ? ?

答覆答覆答覆答覆：：：：

• 全自動同步背填灌漿方式 係利用位於盾尾機殼之灌漿孔配合潛盾機掘進速度進行背填

灌漿，惟因同步灌漿裝置較潛盾機外徑更突出，所需之鏡面開口需較大，增加施工困難

度。另在進入出發、到達井之地盤改良區之硬質地盤須進行超挖，有時會妨礙方向控制

及影響到達井處之止水性，且灌漿管常因灌漿材阻塞而必須停機清理及更換零件，參見

圖 6- 7 。

• 以高雄捷運某工程為例，統包商原本即擬採 全自動同步背填灌漿方式之潛盾機，但於

執行會至遇岩盤地層之路段時，亦打算將 突出之灌漿孔切除，改採即時背填灌漿之方

式辦理。另台北捷運亦曾發生潛盾機於穿越出發井之地盤改良時，因實際之地盤改良強

度遠高於設計之地盤改良強度 qu ≧ 20~30kg/cm 2 ，超出潛盾機超挖刃 copy cutter 原設

計條件造成超挖刃損壞之案例。

• 一般而言， 全自動同步背填灌漿 之灌漿孔係配置於盾尾機殼上方，實際施灌之位置亦

不完全對準盾尾空隙之處所，背填灌漿材是否確實灌注到盾尾空隙上，則是另一存疑項

目，參見圖 6- 8 示意。

圖圖圖圖 6 6 6 6----8 8 8 8 同步背填灌漿示意同步背填灌漿示意同步背填灌漿示意同步背填灌漿示意

• 因此部分營造廠商則改採維修較容易、障礙排除迅速之手動即時背填灌漿方式來達到在

第一時間內進行背填灌漿。其可在環片灌漿孔脫離盾尾封圈後 ( 約半環 ) ，可確實地

在盾尾縫隙之處所開始進行背填灌漿，且採取對沉陷控制效果較佳之瞬結型背填灌漿材

時較無執行之困難。

• 手動即時背填灌漿可利用由環片灌漿孔所裝設之灌漿控制閥，由控制室設定灌漿壓力採

自動控制於潛盾機前進時隨即配合注漿。

• 有關手動即時背填灌漿程序與步驟概述如下，參見圖 6- 9 ：

圖圖圖圖 6 6 6 6----9 9 9 9 同步背填灌漿裝置與盾尾縫隙位置同步背填灌漿裝置與盾尾縫隙位置同步背填灌漿裝置與盾尾縫隙位置同步背填灌漿裝置與盾尾縫隙位置

1) 潛盾機之油壓千斤頂向後推擠已組立成環之環片。

2) 由電腦控制灌漿閥配合潛盾機之推進而進行背填灌漿注入。

3) 當潛盾機持續推進時，將持續由盾尾刷外側之灌漿孔繼續注漿，直到下一環之灌漿孔通過盾

尾刷後，經由三向閥式開關控制，將漿液轉向該下一環注漿。

4) 而已灌注完成之前一環上之灌漿管及灌漿控制閥，將以人工拆除移至新組立之下一環，準備

進行背填灌漿。

5) 依上述步驟，隨著潛盾機之推進反覆施作。

此外，必要時手動即時背填灌漿可配合環片上之灌漿孔位置進行多角度灌漿，可避免因注漿不足

所產生之地表沉陷。

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十八十八十八十八、、、、 國內是否有於潛盾隧道盾首前方進行灌漿之案例國內是否有於潛盾隧道盾首前方進行灌漿之案例國內是否有於潛盾隧道盾首前方進行灌漿之案例國內是否有於潛盾隧道盾首前方進行灌漿之案例？？？？又如何設計其灌漿又如何設計其灌漿又如何設計其灌漿又如何設計其灌漿？？？？其成效其成效其成效其成效

如何如何如何如何？？？？採何種配比採何種配比採何種配比採何種配比？？？？

答覆答覆答覆答覆：：：：

• 國內採用之潛盾機部分設有可供進行盾首前方灌漿或探查之配置孔，如多數之台北捷運

隧道鑽掘機。但實際採潛盾隧道盾首前方進行灌漿之施工案例則較少，諸如台北捷運中

和線之 CC276 、 CC277 施工標及新店線之 CH222 施工標曾採此方式作為潛盾機排除

障礙物之因應措施。如圖 6- 10 所示之案例，潛盾機推進時巧遇於潛盾機面之流木致使

流木隨潛盾機旋轉造成地表坍塌，施工時除盾首灌漿外，亦採混凝土回填路面後，再進

行障礙物之排除。因此等搶救個案之作業，均搭配多種措施同時進行，因而難以單獨評

估盾首灌漿之成效。台北捷運板橋線亦有一利用盾首前方灌漿之緊急搶救施工例。

• 據了解，某承包商亦計畫安排於潛盾機內部設置 4 個灌漿孔，根據其配置之角度，於

隧道穿越特殊之受保護建物前，計畫於潛盾機前方鑽掘約 14M ，預計利用 1 天之工期

於超出隧道淨空之外緣施灌約 4.8M 之半環狀之盾首灌漿，而後隧道再鑽掘前進 4 環

(4.8M) 後再重複鑽孔 14M 再進行 4.8M 之盾首灌漿，參見圖 6- 11 示意，惟水平鑽孔

時可能造成之沉陷控制則是另一項應注意之課題。

• 灌漿配比設計主要仍視地盤條件、使用之灌漿材料性質及相關之施工配合需求而定 ( 如

灌漿土體強度、凝結時間等 ) ，可參考相關之地盤灌漿書籍資料辦理。

圖圖圖圖 6666----11111111 潛盾機排除障礙物因應措施潛盾機排除障礙物因應措施潛盾機排除障礙物因應措施潛盾機排除障礙物因應措施

[[[[引自朱介平引自朱介平引自朱介平引自朱介平、、、、崔澎生崔澎生崔澎生崔澎生、、、、高蔚明高蔚明高蔚明高蔚明、、、、虞尚仁虞尚仁虞尚仁虞尚仁「「「「捷運中和線二七五標過新店線潛盾施工捷運中和線二七五標過新店線潛盾施工捷運中和線二七五標過新店線潛盾施工捷運中和線二七五標過新店線潛盾施工」」」」1997.9.11~12 1997.9.11~12 1997.9.11~12 1997.9.11~12

『『『『台北捷運局十週年局慶工程研討會台北捷運局十週年局慶工程研討會台北捷運局十週年局慶工程研討會台北捷運局十週年局慶工程研討會』』』』] ] ] ]

十九十九十九十九、、、、 相較於二次灌漿須等到一段時間後才鑽孔灌漿相較於二次灌漿須等到一段時間後才鑽孔灌漿相較於二次灌漿須等到一段時間後才鑽孔灌漿相較於二次灌漿須等到一段時間後才鑽孔灌漿，，，，而鑽孔又有可能引起而鑽孔又有可能引起而鑽孔又有可能引起而鑽孔又有可能引起破壞背填破壞背填破壞背填破壞背填

灌漿材料或導致地下水壓變動甚至引起地表沉陷之疑問灌漿材料或導致地下水壓變動甚至引起地表沉陷之疑問灌漿材料或導致地下水壓變動甚至引起地表沉陷之疑問灌漿材料或導致地下水壓變動甚至引起地表沉陷之疑問，，，，二次灌漿對建物保護之有效性二次灌漿對建物保護之有效性二次灌漿對建物保護之有效性二次灌漿對建物保護之有效性

存有諸多爭議存有諸多爭議存有諸多爭議存有諸多爭議。。。。且其施作亦將影響工進且其施作亦將影響工進且其施作亦將影響工進且其施作亦將影響工進，，，，如擬將預定進行二次灌漿之灌漿量於背填灌漿如擬將預定進行二次灌漿之灌漿量於背填灌漿如擬將預定進行二次灌漿之灌漿量於背填灌漿如擬將預定進行二次灌漿之灌漿量於背填灌漿

時一併施作時一併施作時一併施作時一併施作，，，，其相較於二次灌漿亦較不會影響隧道鑽掘工進其相較於二次灌漿亦較不會影響隧道鑽掘工進其相較於二次灌漿亦較不會影響隧道鑽掘工進其相較於二次灌漿亦較不會影響隧道鑽掘工進，，，，也較容易執行也較容易執行也較容易執行也較容易執行 ( ( ( ( 承包商承包商承包商承包商

也較願意確實去施作也較願意確實去施作也較願意確實去施作也較願意確實去施作 ) ) ) ) ，，，，即針對隧道經過之鄰房條件即針對隧道經過之鄰房條件即針對隧道經過之鄰房條件即針對隧道經過之鄰房條件 ( ( ( ( 無建物無建物無建物無建物、、、、一般保護建物一般保護建物一般保護建物一般保護建物、、、、加強加強加強加強

保護建物保護建物保護建物保護建物、、、、指定保護建物指定保護建物指定保護建物指定保護建物 ) ) ) ) ，，，，在第一時間內採取使用不同在第一時間內採取使用不同在第一時間內採取使用不同在第一時間內採取使用不同 ( ( ( ( 提高提高提高提高 ) ) ) ) 背填灌漿壓力與注背填灌漿壓力與注背填灌漿壓力與注背填灌漿壓力與注

入率作為建物保護之對策構想是否合理可行入率作為建物保護之對策構想是否合理可行入率作為建物保護之對策構想是否合理可行入率作為建物保護之對策構想是否合理可行？？？？

答覆答覆答覆答覆：：：：

• 不贊成採二次灌漿作為建物保護措施。

• 雖然有部分書籍及施工案例有採較高背填灌漿壓力以控制沉陷量之敘述，但其有效性仍

有待檢討驗證。

• 理論與實際有時仍有一段差距，但此等差距並不會被敘述在文章中。潛盾隧道施工後，

打開環片有時是看到背填灌漿材，但有時卻未見到背填灌漿材，在環片脫離潛盾機盾殼

後，盾尾縫隙立即由週遭地盤所充填，因此在規範上或施工時，大家只是盡量去做到將

盾尾縫隙 100% 以上之背填灌漿材灌到地盤中，但其實並不十分清楚背填灌漿往哪裡

跑，因此採取使用不同 ( 提高 ) 背填灌漿壓力與注入率作為減少地盤沉陷之成效仍有

待確認。

• 台北捷運曾有部分工程標採取此等方式施作。據了解，曾有工址先採取 3kg/cm 2 壓力

作為施灌背填灌漿管控標準，但在連續幾環之施作後，卻由地表上發現漿體冒出之現

象，因而改採取以 200% 之注入率作為施工控制之標準，盡量將 200% 以上之漿體灌注

到地盤中，加上配合其他之施工管控作業後，亦獲得不錯之沉陷控制，地表沉陷約在

1~1.5cm 間。由此案例現象，亦可認為增加灌背填灌漿壓力或注入率似乎具備可達到充

填地盤以減少沉陷之功效。

• 參考表 6-2 之各種保護措施所示，如採取 (1) 較佳之潛盾機 ( 如中折式潛盾機減少超

挖量 ) 、 (2) 潛盾機掘削時採較皂土成本高之高分子加泥材以獲得較佳之潤滑效果以減

少潛盾機運轉時對地盤摩擦擾動、 (3) 使用充填效果好之瞬結型背填灌漿材與注入量、

(4) 聘請具有豐富經驗之領班操作手施工 ……. 等，均可有效的減少地盤沉陷量，而這

些措施均會增加操作成本， 且 這些必要之處置措施亦是作為建物保護措施最確實有效

之方式，除特殊或重要之指定受保護建物外，在計價付款上不宜採取一定要承包商執行

地盤改良才認定完成建物保護之策略，宜鼓勵承包商朝減少潛盾機鑽掘產生地盤沉陷之

方向去努力，以減少進行地盤改良作為建物保護措施之需求，而非一定要做額外之地盤

改良才算執行建物保護。

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

二十二十二十二十、、、、 潛盾隧道施工造成之沉陷受施工管理良宥與否影響極鉅潛盾隧道施工造成之沉陷受施工管理良宥與否影響極鉅潛盾隧道施工造成之沉陷受施工管理良宥與否影響極鉅潛盾隧道施工造成之沉陷受施工管理良宥與否影響極鉅，，，，對於採用做好潛盾隧對於採用做好潛盾隧對於採用做好潛盾隧對於採用做好潛盾隧

道施工管理以減少地盤之沉陷量之做法見解如何道施工管理以減少地盤之沉陷量之做法見解如何道施工管理以減少地盤之沉陷量之做法見解如何道施工管理以減少地盤之沉陷量之做法見解如何？？？？

答覆答覆答覆答覆：：：：

• 潛盾隧道施工所造成之沉陷問題主要與地下水、施工範圍、及深度有關；一般而言，其

影響因素可分為下列幾點： 1. 土質狀況 2. 地下水狀況 3. 選用工法 4. 潛盾機型式 5.

操作管理 6. 直徑與覆土厚度之比。

• 潛盾隧道技術是經由施工累積之經驗所逐步檢討發展而來，施工造成之地層下陷與崩

坍，因近年來潛盾隧道施工技術之改善已經大幅減少。密閉式潛盾機相較於開放機械式

之潛盾機對地面影響較少，然潛盾隧道之施工在針對不同之地盤條件而言，仍會產生程

度不一之影響。

• 就地盤條件而言，對於 1. 地質特別疏鬆軟弱者、 2. 地盤固結較差者、 3. 巨石存在者，

潛盾施工將較為困難，當然若隧道路線通過以上三種地質條件交錯出現者，則更加困難。

• 潛盾隧道於環片設計時所選用之環片組裝方式將影響鑽掘過程中環片組裝過程及周圍

地盤支撐時間，亦將影響盾尾縫隙及加諸於潛盾機版之土壓。雖然選用適合且良好之背

填灌漿填充材及控制背填灌漿填充材固結時間是很困難，惟仍應設法採用撓性較佳之環

片及採能使一次背填灌漿效果好之方式辦理。

• 惟即使是採用撓性再好之環片及背填灌漿材料，對原始地盤而言，並無法維持地盤之原

始狀況不變異，因而施工是一定會對周遭所有影響。施工前對周遭之現況調查是非常重

要的，顧問公司須讓業主明瞭工程狀況及可能發生之費用，同時對於選擇施工廠商方式

亦很重要。

• 如果業主僅單純地將設計工作交給顧問公司，施工工作交給承包商，相關問題將不會改

善。顧問公司必先將可能狀況與業主討論，並於設計時，檢討： 1. 適用之潛盾機種類

與相關設備、 2. 環片型式與強度、 3. 灌漿材料及填注方式，以減低對周遭環境影響來

進行相關設計。合理之設計考量亦應包含：對周遭環境之影響、掘進工率之假設、以及

挖掘之土方管理與後續運送處理之方式等。

• 此外，針對隧道環片亦必需選擇良好之環片製造商、潛盾承包商須有足夠的經驗及良好

信譽，包括現場負責人要有良好之品格學識等，同時每日對現場施作狀況必須進行校核

等，都是重要與須審視之項目。

• 總而言之，以上管理方式是大眾皆知，但實際執行時仍有許多困難而未能確實做好。

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二十一二十一二十一二十一、、、、 在沉陷控制要求下在沉陷控制要求下在沉陷控制要求下在沉陷控制要求下，，，，如何作最佳背填灌漿材料之選擇如何作最佳背填灌漿材料之選擇如何作最佳背填灌漿材料之選擇如何作最佳背填灌漿材料之選擇。。。。

答覆答覆答覆答覆：：：：

• 灌漿材從過去到現在有很多種，目前認為二液瞬結型對地盤沉陷控制較佳。

• 以往有採用砂漿，後來採空氣砂漿型灌漿材但孔隙較大，現在大多採用藥液瞬結型灌

漿，應視地盤條件與預算而定，近來由於民眾意識高漲，採用二液瞬結型灌漿材之案例

較多，但相對價格比較高。

• 背填灌漿材料應具備充填性良好、初期強度高之特性，流動性愈大，愈容易施工。二液

瞬結型灌漿之 A 、 B 液在噴出口混合後噴出，如凝結秒數過快時，將無法施工。另灌

漿材容易在注入口附近固結，較遠處則可能形成孔隙，理論上，灌漿應在各灌漿孔輪流

施灌，惟在實務上則多僅在左右兩側上方施灌，加上環片在脫離真圓保持器後，因環片

自重而下墬與變形等因素，實際上常造成隧道正上方仍存有空隙之現象。瞬結型灌漿材

之流動性相當重要，施工時應配合多設置檢查孔（利用環片之灌漿孔即可）調查與確認

背填灌漿之空隙並適時調整灌漿配比與施灌方式。

• 採用之灌漿設備亦要能確保灌漿材能充填孔隙。一般而言，固結時間稍長，流動性佳，

較容易填滿所有孔隙，但其注入量與成本亦較高。

• 就背填灌漿注入之管理而言，一般採壓力與流量作為管控之標準，壓力有時不易達到設

定值，因有時會有漏漿情況發生，流量亦難正確計算，施工時主要還是以灌漿壓力與流

量搭配共同控制，並多利用檢查孔確認背填灌漿材之充填情形。

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二十二二十二二十二二十二、、、、 背填灌漿經由背填灌漿經由背填灌漿經由背填灌漿經由 K K K K 片環片施灌片環片施灌片環片施灌片環片施灌，，，，有無不妥之處有無不妥之處有無不妥之處有無不妥之處？？？？ 20 20 20 20 幾年前之潛盾隧道技術手幾年前之潛盾隧道技術手幾年前之潛盾隧道技術手幾年前之潛盾隧道技術手

冊收列背填灌漿順序例如圖冊收列背填灌漿順序例如圖冊收列背填灌漿順序例如圖冊收列背填灌漿順序例如圖 6 6 6 6---- 13 13 13 13 ，，，，但近期之技術手冊則未做此方面之說明但近期之技術手冊則未做此方面之說明但近期之技術手冊則未做此方面之說明但近期之技術手冊則未做此方面之說明，，，，考量原因考量原因考量原因考量原因

為何為何為何為何？？？？

圖圖圖圖 6 6 6 6----13 13 13 13 背填灌漿順序例背填灌漿順序例背填灌漿順序例背填灌漿順序例

答覆答覆答覆答覆：：：：

• 背填灌漿經由 K 片環片施灌並無不妥之處。

• 早期之背填灌漿結果多呈現隧道上方較厚而下方無背填灌漿材之情形，但近年來因潛盾

機之進步，背填灌漿結果是隧道呈浮在背填灌漿體中之分布情形。

• 背填灌漿順序最好是由下而上、左右輪流以避免對隧道造成偏壓，然灌漿孔之注入移動

也不一定需要那麼多孔，假設僅用一孔能將縫隙灌滿，則也是可行，惟一般難以如此。

• 背填灌漿最重要的是要將孔隙填滿，因此如以前所述，施工時要經常利用打開灌漿孔以

檢查灌漿情形，並做必要之調整。

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摘摘摘摘 要要要要

國內由早期不斷新建道路的形態，至今轉變為以維修養護為主，如何定期維修養護道路，提供駕

駛人與乘客行車舒適度與安全性，並降低使用者成本、延長鋪面壽齡為目前重要之課題。由於鋪

面服務能力受施工時品質與施工技術影響，但國內目前道路施工規範以 三米 直規為檢測儀器，

此檢測方式與標準為早期所訂定，目前已不合時宜，更難以反映與道路使用者行駛舒適感受最具

直接關係的道路平坦度。有鑑於此，本文主要目的為蒐集各國路面平坦度檢測標準，並探討平坦

度規範賞罰標準、賞罰機制、賞罰範圍與架構，以補充國內執行面之不足，提供道路主管機關評

判依據，以使未來國內道路單位建立適用於國內市區道路平坦度檢驗之規範，確實掌握鋪面平坦

度變化情況。

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壹壹壹壹、、、、 前言前言前言前言

往年國內近半以上道路須進行養護維修作業，而目前實務上各道路主管機關礙於時間、設備、儀

器，或相關人員教育訓練推廣不足，雖然頒布有以 三米 直規檢驗之規範，但因其執行不易，且

無法實際反映路面平坦度，故目前仍依工程師之專業判斷或經驗法則評判。但因考量工程師主觀

經驗評判方式不易傳承，且個人主觀意識亦會影響評判結果，容易造成資源浪費與分配不均，增

加道路使用者之時間與成本。 但觀察多數單位於實際工程完工後，並無進行驗收檢測工作，原

因之一為新鋪道路竣工長度動輒數十公里，如此龐大面積若採用檢測速度慢的平坦儀進行施測工

作，不但費時、費力且窒礙難行；近年來雖然國內引進不少平坦度檢測儀器，但因國內欠缺一套

完整之檢測標準與流程可茲遵循， 故擬於本文中進行國內、外平坦度相關文獻之蒐集，並深入

探討國外各項規範制訂之緣由。

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貳貳貳貳、、、、 國內平坦度檢測執行現況國內平坦度檢測執行現況國內平坦度檢測執行現況國內平坦度檢測執行現況

我國現行之新工道路驗收制度，鮮少以平坦度為檢測項目。而目前國內頒佈新工道路檢測規範主

要為交通部「公路工程施工規範」【1】、交通部台灣區國道新建工程局與國道高速公路局「施

工技術規範」【2】，交通部公路總局「公路工程施工說明書」【3】，及公共工程委員會編訂之

「公共工程施工綱要規範」【4】等四種，其中多數採用 三米 直規為檢驗儀器（參見表 1）。

以下略述各規範之相關規定。

一一一一、「、「、「、「公路工程施工規範公路工程施工規範公路工程施工規範公路工程施工規範」」」」

於熱拌瀝青混凝土路面完工後，以 三米 直規進行路面平坦度檢測。其任一點高低差，於底層或

結合層不得超過± 6 公釐，一般公路面層不得超過± 3 公釐。

二二二二、「、「、「、「施工技術規範施工技術規範施工技術規範施工技術規範」」」」

瀝青混凝土路面，於路面完工後之表面平整度以 三米 直規進行檢測。其任一點高低差不得大於

± 3 公釐。對於不同之基、底層材料亦有明確之平坦度相關規定。

三三三三、「、「、「、「公路工程施工說明書公路工程施工說明書公路工程施工說明書公路工程施工說明書」」」」

瀝青混凝土路面分層舖設時，於最後次一層以及最後一層舖設完成後，即應利用 三米 直規或高

低平坦儀進行平坦度檢測，以每 200 公尺為一檢測單位，每 1.5m 收集一點高低差，每連續 10

點為一組，每組之標準差不得大於±4 公釐。

平坦度檢測如遇到「不包括底層或原有路面整理之路面加封工程」、「無法封閉交通之雙車道或

單車道工程」或「豎曲線及平曲線範圍內不適合做平坦度檢驗之路段」，可列為排除檢測區段。

四四四四、「、「、「、「公共工程施工綱要規範公共工程施工綱要規範公共工程施工綱要規範公共工程施工綱要規範」」」」

對於瀝青混凝土鋪面有關平坦度之相關規定，本規範要求完成後之路面應以 3 米 直規沿平行於

或垂直於路中心線之方向檢測時，一般公路之面層任何一點高低差，不得超過± 6 公釐，平坦度

標準差不得大於 2.6 公釐。

表表表表 1 1 1 1 我國現行新工道路平坦度檢驗規範彙整我國現行新工道路平坦度檢驗規範彙整我國現行新工道路平坦度檢驗規範彙整我國現行新工道路平坦度檢驗規範彙整 【【【【 5 5 5 5】】】】

規範頒訂單位 檢驗儀器 計算參數 分批方式 門檻值

單點高低差 無 ＜ 6 公釐 一般公路

平坦度標準差 無 S＜2.6 公釐

單點高低差 無 ＜ 3 公釐

公共

工程會

三米 直規

高速公路

平坦度標準差 無 S＜2.4 公釐

公路總局 三米 直規 平坦度標準差 200 公尺 S＜4 公釐

高公局 三米 直規 單點高低差 無 ＜ 3 公釐

交通部 三米 直規 單點高低差 無 ＜ 3 公釐

綜合我國現行之制度，均以 三米 直規或高低平坦儀為新工道路平坦度檢測，但觀察多數單位於

實際工程完工後並無進行驗收檢測工作，其原因之一為新鋪道路竣工長度動輒數十公里，如此龐

大面積若採用檢測速度慢的平坦儀進行施測工作，不但費時、費力且窒礙難行。近幾年來國內雖

然引進不少平坦度檢測儀器，但另因國內並無一套完整之檢測標準與流程可循，且國內道路施工

受限於機械設備、施工人員技術，與其他管線挖埋等因素之相互影響，導致國內目前市區道路平

坦度不佳。

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參參參參、、、、 美國平坦度驗收規範美國平坦度驗收規範美國平坦度驗收規範美國平坦度驗收規範【【【【 6,7 6,7 6,7 6,7】】】】

本研究所蒐集之美國規範內容共計有十八州，包括：緬因州、華盛頓州、佛蒙特州、維吉尼亞州、

蒙大拿州、懷俄明州、賓西法尼亞州、加州、印地安那州、密西根州、俄亥俄州、北達克塔州、

堪薩斯州、伊利諾州、德州、明尼蘇達州、密西西比州、奧勒岡州等（參見表 2 與表 3）。

由蒐集之資料得知，美國目前公路均已逐漸引入具有完整機制之新工完成道路平坦度驗收規範，

其中採用國際糙度指標（IRI）為平坦度指標的共七州，而採用縱剖面指標（PI）為平坦度指標

的總共十一州。整體而言大部分仍以縱剖面指標為主，其次為國際糙度指標。但根據美國地區道

路主管單位表示，未來各州之平坦度檢測指標將逐步朝向以國際糙度指標為主。

表表表表 2 2 2 2 美國各州使用美國各州使用美國各州使用美國各州使用 IRIIRIIRIIRI 為平坦度指標表為平坦度指標表為平坦度指標表為平坦度指標表

地區地區地區地區 平坦儀種類平坦儀種類平坦儀種類平坦儀種類 平坦度指標與量測標準平坦度指標與量測標準平坦度指標與量測標準平坦度指標與量測標準 附註附註附註附註

緬因州 等級一或二之平坦儀 國際糙度指標，每 200 公尺 計算一

次 IRI 值，每 1000 公尺 為一區段 無

華盛頓州 採用 WSDOT 測量作業

車執行量測 國際糙度指標

不需量測 IRI

者， 以 三米

直規進行檢測

佛蒙特州 剖面式平坦儀 國際糙度指標 無

維吉尼亞州 南達科塔型剖面平坦

儀與 10-英呎直規

國際糙度指標，每 200 公尺 或 1000

公尺 計算一 IRI 值，每 160 公尺 為

一檢測區段

剖面式平坦儀

不適用之區段

以 兩公尺 直

規進行檢測

蒙大拿州 Class I Laser Road

Profiler

國際糙度指標，以寬 3.66 公尺 、長

320 公尺 為一檢測區段 無

懷俄明州 慣性式平坦儀 國際糙度指標，檢測區段的寬度視情

況而定 無

賓西法尼亞州 輕量型平坦儀 國際糙度指標，每一車道之兩輪軌跡

線均需進行量測 無

表表表表 3 3 3 3 美國各州使用美國各州使用美國各州使用美國各州使用 PIPIPIPI 為平坦度指標表為平坦度指標表為平坦度指標表為平坦度指標表

地區地區地區地區 平坦儀平坦儀平坦儀平坦儀 速度與動力速度與動力速度與動力速度與動力 平坦度指標與量測標準平坦度指標與量測標準平坦度指標與量測標準平坦度指標與量測標準 中央覆蓋帶中央覆蓋帶中央覆蓋帶中央覆蓋帶

加州 加州平坦儀 速度：不超過步行速度

動力：手動或汽油引擎

縱剖面指標（ PI）

每 100 公尺 為一區段

上凸 /下凹

5 公釐

印地

安那州

剖面式平坦儀 速度：不超過步行速度

動力：手動或汽油引擎

縱剖面指標（ PI）

每 160 公尺 為一區段

上凸 /下凹(公釐)

5 公釐

密西

根州

剖面式平坦儀 速度：不超過步行速度

動力：手動或汽油引擎

縱剖面指標（ PI）

每 160 公尺 為一區段

上凸 /下凹

5 公釐

俄亥

俄州

加州平坦儀 速度：不超過步行速度

動力：手動或汽油引擎

縱剖面指標（ PI）

每 160 公尺 為一區段

上凸 /下凹(英吋)

5 公釐

北達

克塔州

Cox CS820

剖面式平坦儀

無詳述 縱剖面指標（ PI）

每 160 公尺 為一區段

上凸 /下凹(英吋)

0 公釐

堪薩

斯州

加州平坦儀

異常凹凸點：

三米 直規

速度：不超過步行速度

動力：手動或汽油引擎

縱剖面指標（ PI）

每 100 公尺 為一區段

上凸 /下凹

5 公釐

伊利

諾州

5 公尺直規、

加州平坦儀

量測速度要≦ 70 公尺 /

小時

縱剖面指標（ PI）

每 160 公尺 為一區段

5 公釐

德州 10 英尺直規、

剖面式平坦儀

速度：不超過步行速度

動力：手動或汽油引擎

縱剖面指標（ PI）

每 160 公尺 為一區段

5 公釐

明尼

蘇達州

加州平坦儀 速度：不超過步行速度

動力：手動或汽油引擎

縱剖面指標（ PI）

每 160 公尺 為一區段

上凸 /下凹

5 公釐

密西

西比州

剖面式平坦儀 速度：不超過步行速度

動力：手動或汽油引擎

縱剖面指標（ PI）

每 160 公尺 為一區段

上凸 /下凹

5 公釐

奧勒

岡州

加州平坦儀 速度：不超過步行速度

動力：手動或汽油引擎

縱剖面指標（ PI）

每 160 公尺 為一區段

上凸 /下凹

5 公釐

肆肆肆肆、、、、 加拿大平坦度驗收規範加拿大平坦度驗收規範加拿大平坦度驗收規範加拿大平坦度驗收規範【【【【6,86,86,86,8】】】】

本文蒐集之加拿大規範，有英屬哥倫比亞省、亞伯達省與薩克斯其萬省、曼尼托巴省、紐芬蘭省、

新斯科細亞省、愛德華王子島、安大略省、魁北克省與新伯朗斯威克省共十個地區，分析比較該

等地區所使用之量測儀器、平坦度指標、檢測區段長度、與適用範圍（詳見表 4）。

表表表表 4 4 4 4 加拿大各省之平坦度指標表加拿大各省之平坦度指標表加拿大各省之平坦度指標表加拿大各省之平坦度指標表

地區地區地區地區 平坦儀平坦儀平坦儀平坦儀 平坦度指標平坦度指標平坦度指標平坦度指標

中央中央中央中央

覆蓋帶覆蓋帶覆蓋帶覆蓋帶

英屬哥倫比亞、

亞伯達 省 、

薩克斯其萬省

剖面式平坦儀

縱剖面指標（ PI）

檢測區段長： 100 公尺

上凸 /下凹

5 公釐

柔性路面

高低

平坦儀 曼尼托巴 省

剛性路面 3 米 直規

縱剖面指標（ PI）

檢測區段長： 100 公尺 TCR 指

標值

上凸 /下凹(公釐)

5 公釐

安大略省 加州平坦儀

縱剖面指標（ PI）

檢測區段長： 100 公尺

上凸 /下凹

零公釐

柔性 路面 慣性平坦儀

國際糙度指標（ IRI）

檢測區段長： 100 公尺

無

魁北克省

剛性 路面 加州平坦儀

縱剖面指標（ PI）

檢測區段長： 100 公尺

5 公釐

新伯朗斯威克、

新斯科細亞省、

愛德華王子島、

紐芬蘭省

加州平坦儀

縱剖面指標（ PI）

檢測區段長： 100 公尺

上凸 /下凹

5 公釐

伍伍伍伍、、、、 中國大陸平坦度驗收規範中國大陸平坦度驗收規範中國大陸平坦度驗收規範中國大陸平坦度驗收規範【【【【9999】】】】

於中國大陸方面，目前對於路面工程之驗收檢驗項目標準值係區分為高速公路與其他公路二個等

級，分設其驗收通過之門檻值，並依據鋪面型式區分為水泥混凝土、瀝青混凝土、瀝青貫入式、

瀝青表面處理等多種不同型式之面層，另亦依據面層特性差異訂定不同檢驗項目與驗收標準，最

後依各型式路面之特點予以不同配分（詳見表 5）。

表表表表 5 5 5 5 中國大陸路面平坦度驗收檢驗標準中國大陸路面平坦度驗收檢驗標準中國大陸路面平坦度驗收檢驗標準中國大陸路面平坦度驗收檢驗標準

規定值或允許偏差規定值或允許偏差規定值或允許偏差規定值或允許偏差

面層型式面層型式面層型式面層型式 檢查項目檢查項目檢查項目檢查項目 高速公路高速公路高速公路高速公路

或一級公或一級公或一級公或一級公

路路路路

其他其他其他其他

檢查方法和頻率檢查方法和頻率檢查方法和頻率檢查方法和頻率 配分配分配分配分 (%) (%) (%) (%)

標準偏差 (mm) 1.5 2.5

IRI(cm/km) 250 450

平整度值 :全線每車道連續量

測，每 100m 計算 IRI 和標準偏

差值

水泥混

凝土

單點高低 (mm) 5 三米 直規 :每 200m 挑選兩處

15

標準偏差 (mm) 1.2 2.5

IRI(cm/km) 200 420

平整度值 :全線每車道連續量

測，每 100m 計算 IRI 和偏差值

瀝青混

凝土或

瀝青碎石 單點高低 (mm) 5 三米 直規 :每 200m 挑選兩處

高速公路

和一級公

路 :15

其他 :20

偏差 (mm) 3.5

IRI(cm/km) 580

平整度值 :全線每車道連續量

測，每 100m 計算 IRI 和偏差值

瀝青貫

入式

單點高低 (mm) 8 三米 直規 :每 200m 挑選兩處

20

偏差 (mm) 4.5

IRI(cm/km) 780

平整度值 :全線每車道連續量

測，每 100m 計算 IRI 和偏差值 瀝青表面

處理

單點高低 (mm) 10 三米 直規 :每 200 公尺 挑選兩

處

20

規範內容中所規定之抽樣頻率，係以雙車道為準，若實際車道數多於雙車道，則依據車道數之比

值增加抽樣頻率。表 5 詳細列出中國大陸地區平坦度相關驗收檢驗標準。

舉例來說：若鋪面面層為瀝青混凝土面層，其驗收項目包括壓實度、平整度（平坦度）、彎沈度

（撓度）、抗滑、厚度、中線平面偏差、縱斷高程、寬度、橫坡九項。各檢驗項目之配分以厚度、

壓實度、平坦度、撓度四項為主，各佔 20%；另外還包括寬度、坡度等項目，總計分數為 100 分。

根據加總結果評定完工路面之品質狀況，若總計得分不小於 85 分者評定為「優良」；小於 85 分

但不小於 70 分者為「合格」；小於 70 分者為「不合格」，若經改善後可重新辦理驗收，但所得

評分等級僅可列為「合格」。

大陸地區瀝青混凝土面層路面之平整度驗收，就其驗收之平坦度儀器可採用自動或半自動平整度

儀，量測時沿全線每車道連續進行，以每 100 公尺為一檢測區段，計算數據之合格率。若以 三

米 直規測定平整度時，則以表 5 各種面層型式平坦度的相關規定中之單點高低差作為指標，超

過者為不合格；反之合格。按每公尺結果計算合格率，合格率達 95%以上者，可得該項配分之滿

分；合格率小於 70%，則得 0 分；若介於 70%～95%之間，則以內插方式進行給分。

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陸陸陸陸、、、、 日本平坦度驗收規範日本平坦度驗收規範日本平坦度驗收規範日本平坦度驗收規範【【【【10101010】】】】

日本現行規範係採用 三米 直規作為道路平坦度驗收標準儀器，但有鑑於國際上採用自動化儀器

之趨勢，目前日本道路公團亦積極研究採行國際糙度指標（ IRI）為驗收標準，唯目前尚未完成

相關研究，亦未將其列為正式規範，故於此仍以 三米 直規驗收之相關規定為主要探討內容。

日本路面平坦度驗收規範主要依循日本道路協會瀝青鋪面綱要，採用 三米 直規量測所得之標準

差為驗收標準，沿車道線以內 80~100 公分左右與車道平行線為測線，沿著車道平行線前進，每

進行 1.5 公尺 取一點高低差，紀錄至 1 公釐。於收集調查路段之高程差後，每 6~10 點為一組，

並計算各組全距（R）。當各組全距求得後，接著計算全部各組之平均全距（ ），再以平均全

距除以統計係數 d 2 ，即可求出平坦度標準差（ ）。其中統計係數 d 2 之大小與每組

的點數有關，其值如表 6 所示。

表表表表 6 6 6 6 日本道路協會平坦度標準差之統計係數日本道路協會平坦度標準差之統計係數日本道路協會平坦度標準差之統計係數日本道路協會平坦度標準差之統計係數（（（（d 2 d 2 d 2 d 2 ））））表表表表

每組之點數每組之點數每組之點數每組之點數 d 2 d 2 d 2 d 2 係數值係數值係數值係數值

6 2.53

7 2.70

8 2.85

9 2.97

10 3.08

柒柒柒柒、、、、 平坦度驗收規範賞罰機制探討平坦度驗收規範賞罰機制探討平坦度驗收規範賞罰機制探討平坦度驗收規範賞罰機制探討

本文綜合分析美國與加拿大共計十八州與十省，就其規範之標準、架構、適用範圍等，分別探討

賞罰制度之基本概念、賞罰機制與範圍等。

一一一一、、、、賞罰制度之基本概念賞罰制度之基本概念賞罰制度之基本概念賞罰制度之基本概念

經彙整美國與加拿大之平坦度規範後，發現其對測得各路段平坦度之評估，可分為五種不同結

果，即獎勵區、接受區、校正區、懲罰區與拒絕區（如圖 1 所示），亦即各地方政府之驗收工程

師除監督該承包商道路鋪築是否合於一般可接受的平坦程度外，更藉由獎金來獎勵施工品質特別

優良的承包商；而以罰金來懲治施工品質低劣的承包商，但若結果不合格之程度並不嚴重，則承

包商可透過無償整平的修正工作，將平坦度提升而無需罰款。因此，依此概念可訂出五項平坦度

標準分區，各分區之具體意義說明如後。

圖圖圖圖 1 1 1 1 美加平坦度標準分區範圍美加平坦度標準分區範圍美加平坦度標準分區範圍美加平坦度標準分區範圍

(一)獎勵區

當承包商完成新工道路鋪設後，當地之公路主管機關會派遣專業之工程師進行 道路平坦度檢

驗，若其檢驗結果良好，則除支付完工後原契約應給付之金額外，另依照規定提供適度獎賞金額

給承包商以玆鼓勵，而此有獎金提供之平坦度指標範圍稱之為”獎勵區”。

(二)接受區

當新工道路平坦度檢驗結果良好，平坦度指標在合格的範圍內，但未達相當優良程度時，工程司

則只給於承包商完工後原契約上應 ? 付之金額，並不提供任何獎金，而此平坦度指標範圍稱為”

接受區”。

(三)校正區

若新工道路平坦度檢驗結果不合格，在接受區的範圍以下，工程師依規定要求承包商進行無償之

磨平等相關改善工作，直到符合規定之合格標準內，才給付承包商原契約所訂之工程契約價款，

同時規定經改善後的道路平坦度檢驗結果若落入獎勵區的範圍內時，不再提供獎金，而此範圍稱

為”校正區”。

(四)懲罰區

指新工道路平坦度檢驗結果之不合格程度已非常嚴重，超出可無償校正範圍，表示此承包商之施

工品質惡劣，需以罰金以示懲戒，同時仍需改善。

(五)拒絕區

當平坦度檢驗結果之不合格程度較懲罰區嚴重，已非可接受或可校正之平坦度品質，此時工程司

可解除契約，拒絕給付該承包商任何費用，如加拿大的英屬哥倫比亞省。某些州則在超出懲罰區

之外即落入拒絕區範圍內，亦即需無償刨除重鋪改善至合格為止，如緬因州。

二二二二、、、、賞罰機制彙整比較賞罰機制彙整比較賞罰機制彙整比較賞罰機制彙整比較

依據本文蒐集之美國與加州共約 30 州與省的新工道路平坦度檢驗規範，其中部分地區並未詳列

其賞罰機制，彙整 27 個詳列賞罰機制之州與省，經比較後發現下列幾項要點：

(一)分區規劃

各州省並非均完整規劃五級分區，如美國蒙大拿州與懷俄明州皆無校正區與拒絕區，亦即一旦平

坦度驗收結果為不合格即予罰款，並無償校正至合格範圍內。

(二)獎懲金額計算方式

各州省之獎懲制度差異甚大，其金額計算方式可分以下三種：

(1) 在某平坦度標準值範圍內，賞或罰某固定百分比乘以每量測區段單價金額。如美國俄亥俄

州、伊利諾州、奧勒岡州。

(2) 在某平坦度標準值範圍內，每單位量測區段賞或罰某固定金額。如美國北達克塔州與堪薩斯

州。

(3) 採用付費因子公式。如美國的緬因州、奧勒岡州與懷俄明州。

(三)獎懲金額平衡度比較

多數州省對於獎懲金額採「重罰輕賞」的分配方式，例如俄亥俄州之懲罰區上限為 10%，獎勵

區上限則僅有 5%；少數州省採「重賞輕罰」之分配方式，尤以採累進固定金額的州偏向此種方

式，例如北達塔克州與堪薩斯州，另佛蒙特州與奧勒岡州採相等賞罰，不特別偏向獎勵或懲罰。

三三三三、、、、賞罰機制彙整比較賞罰機制彙整比較賞罰機制彙整比較賞罰機制彙整比較

(一)採用 PI 指標之州省：

由圖 2 中可大致看出以 PI 值為驗收門檻上限標準之各州省，其門檻值大多訂在 200m m /km 以

內，而有些州則是屬於比較寬鬆的狀況，如北達克塔州、德州等。

(二) 採用 IRI 指標之州省：

由圖 3 中獲悉 IRI 之指標驗收門檻上限標準大多訂在 60c m/km -140c m/km 以內，除了華盛頓州

較為嚴格之外，其他州的平坦度接受範圍較為接近。

註：薩克斯其萬 (1) 為 Tangents and Curve ＞ 600m 情況；

薩克斯其萬 (2) 為 Curve ＜ 600m , Sublots within 50m of Bridge or RR crossing or end sublot

圖圖圖圖 2 2 2 2 美加使用美加使用美加使用美加使用 P1P1P1P1 為指標之各州平坦度接受範圍為指標之各州平坦度接受範圍為指標之各州平坦度接受範圍為指標之各州平坦度接受範圍

圖圖圖圖 3 3 3 3 美加使用美加使用美加使用美加使用 IRIIRIIRIIRI 為指標之各州平坦度接受範圍為指標之各州平坦度接受範圍為指標之各州平坦度接受範圍為指標之各州平坦度接受範圍

(三)根據 LTPP 於 1996-2001 年間涵蓋美國 47 個州與加拿大 8 個省，總共 1,793 個試驗區段進行

研究，於研究期間所蒐集之左、右輪軌跡 IRI 值以及剖面資料，運用統計方法計算出 PI 5m m- IRI

與 PI 0.0m m- IRI 之迴歸式，將美國與加州對於瀝青鋪面之評估標準統一比較後發現，採用 5 公

釐 覆蓋帶 PI 值等於 160m m/km，運用上述資料建立之公式計算後，對應於採用 IRI 指標之值約

為 150c m/km。若採用 零公釐 覆蓋帶 PI 值等於 600m m/km，對應於採用 IRI 指標值約為 180c

m/km（詳圖 4），兩者範圍相當吻合。

圖圖圖圖 4 IRI 值與值與值與值與 PI 值對照表值對照表值對照表值對照表

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捌捌捌捌、、、、 平坦度驗收規範架構探討平坦度驗收規範架構探討平坦度驗收規範架構探討平坦度驗收規範架構探討

根據美國、加州、日本與中國大陸之平坦度規範發現，雖然各國使用之儀器、平坦度指標或制訂

之標準不盡相同，但其基本架構以及實施細節均採固定模式，本節將就美國與加拿大共計十八州

與十省之規範架構進行探討。

一一一一、、、、一般規定一般規定一般規定一般規定

此部分說明平坦度對鋪面的重要性，並介紹該規範之適用範圍，及檢測時所用之儀器與指標。同

時規範中強調以獎賞制度鼓勵承包商加強施工品管，以鋪築平坦度良好、行駛舒適度高的道路。

部分地區尚特別強調，在道路完工後須向工程師提出平坦度檢驗申請，待工程師針對整個路段進

行勘查，確保安全性（移除障礙物）並確認路段可達設計速限後，才同意進行平坦度的檢測。

二二二二、、、、儀器與設備儀器與設備儀器與設備儀器與設備

在檢測過程中所需儀器、操作方法、校估標準和方式、操作人員等皆由承包商負責，儀器和操作

人員需通過核可並取得證照方可施作。而在檢測前，承包商需提供計畫書予工程師參考，內容包

括儀器詳細介紹（含校估）、操作人員、操作方式及相關證照，以便由工程師決定檢測方式及設

備選用，且一旦經決定後，除特殊情形，不得任意更改。

三三三三、、、、平坦度檢測相關規定平坦度檢測相關規定平坦度檢測相關規定平坦度檢測相關規定

檢測區段的長度或範圍、採縱向或橫向、量測次數以及排除區段在此皆有詳細的規定。一般而言，

在鋪築前承包商須先實地操作儀器以熟悉量測方法，並在每一個工作日結束後進行當日檢測，若

有任一區塊之每日平均 PI 值大於 110 公釐/公里時，路面鋪築工作就不得繼續進行，直到承包商

對此路段之路面完成修正工作後，才可繼續鋪築。最後總檢測則在完工後，未開放車輛通行前進

行，若承包商未依此辦理則一切後果須由承包商自行承擔。另外，無論初始量測或後續量測，承

包商必須提供附近區域的交通控制及調查，而一切因檢測對舖面造成的損壞都由承包商負責修

補。至於有關排除區段的部分，則不列入平坦度及獎懲考慮範圍之內，但仍舊需要以 三米 直規

來進行高低差的檢測。若有不合格的區段，須馬上進行修復工作。

四四四四、、、、鋪面平坦度驗收標準鋪面平坦度驗收標準鋪面平坦度驗收標準鋪面平坦度驗收標準

美加兩國各州省規範均有詳細列出各州平坦度的合格範圍，並包含指標、單位、適用區段和排除

區段等內容；此外單點高低差亦以 三米 直規進行規範管理。對於平坦度不合格而須進行改善的

地方，承包商必須提修復計畫書，待工程師核准後方得進行，一切的費用支出均由承包商負責。

最後，改善完成並通過驗收標準的區段均須由工程師蓋章核准通過。

五五五五、、、、賞罰制度賞罰制度賞罰制度賞罰制度

各州省有其付費調整方式，內容有相當程度的出入，部分州省是將每車道分開計算，部分則以每

日施工後的平坦度進行每日付費調整，此外另有部分地區利用付費公式來進行調整工作。

其次，若是首次鋪設結果落於校正區，承包商進行平坦度改善工程後之平坦度若提高，且落於獎

賞區範圍，部分州省將依照新鋪後的平坦度給予賞勵，但多數州省則無論改善效果再好也不給予

獎勵。值得注意的是，有些州省強調若整段工程之量測結果顯示平均平坦度超過某個上限值時，

則無論單一檢測區段是否落於獎賞區，皆將取消受獎資格，亦即此段工程將不會得到任何獎賞。

六六六六、、、、平坦度改善工法平坦度改善工法平坦度改善工法平坦度改善工法

規範中列出一般整平方式以及注意事項。當承包商自行量測後發現有區域不合標準時應即刻刨除

後進行加鋪，而工程師要注意其刨除深度要夠，整平時更不得使用衝擊性的儀器(如鐵鎚)，另外

整平的費用均由承包商承擔，且整平區段皆不列入賞罰考慮，若承包商對工程師檢測上有質疑

時，可提出申請進行調查，但費用得由承包商負擔。

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玖玖玖玖、、、、 結論與建議結論與建議結論與建議結論與建議

一一一一、、、、結論結論結論結論

本文共蒐集有美國 18 州、加拿大 10 省、大陸以及日本等地區之平坦度相關規定，將較完整之美

加兩國各州省規範比較後，了解各州省對於所採用之平坦度評估指標、鋪面驗收標準、賞罰制度

與賞罰金額等課題之作法雖不一致，但皆將賞罰制度納入驗收規範；且美加兩國新工道路主要仍

以 PI 值為評估標準，多數訂有平坦度賞罰機制，平坦度檢測結果分區（包含獎勵區、接受區、

校正區、懲罰區與拒絕區），各區執行方式不同，但多數州省以實際金額方式獎勵與懲罰施工品

質優良或低劣的廠商。

二二二二、、、、建議建議建議建議

道路平坦度檢驗規範之發展與應用，於世界多國已行之有年，觀察國內雖有多套檢測標準，然而

實務單位鮮少採行，因此，道路平坦度品質要求較難以執行與落實，造成國內道路現況難與先進

國家並駕齊驅。道路之平坦度對於用路人的駕駛舒適感與行車品質有著最直接的反映，更是決定

將來鋪面養護成本多寡與使用年限長短之重要因素。隨著國內路網不斷擴張、財政資源有限以及

國人對道路行駛品質要求日殷的情況下，如何於道路鋪築時控制完工品質、提高道路服務水準實

為當務之急。

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摘摘摘摘 要要要要

冰凍工法係一可靠度高及安全性佳之輔助工法，由於國內近來公共工程建設之使用需求日增，本

文乃整理冰凍工法之適用性、調查、設計及施工之技術資料，供同仁進行工程規劃設計之參考。

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壹壹壹壹、、、、 前言前言前言前言

冰凍工法 (Ground Freezing Method) 係針對軟弱地層或地下湧水豐富之地層進行開挖時，將地層

先施以臨時凍結，以提高地層之強度及不透水性之工法。亦即利用冰凍工法將土壤中之水分凍

結，藉凍土之高強度及不透水性作為施工所需之短期穩定設施。

冰凍工法約在 1862 年第一次被應用在土木工程上，由英國用在維爾斯 (Wales) 山脈採礦工作

井，以防止軟弱不透水層之崩塌，隨後歐洲及蘇聯等地區亦陸續採用，如 1886 年於瑞士之步行

隧道工程 ( 施工總長 24m ) 、 1906 年於法國之橫斷河床地鐵工程、 1933 年於蘇聯地鐵工程

之工作井、 1942 年於巴西之 26 層高樓 ( 不均勻沉陷之修正 ) 、 1960 年於加拿大之雙拱鐵

道隔牆拆除工程等，其應用範圍相當廣泛。尤其在歐洲及蘇聯使用頗多。

日本於 1959 年開始由京都大學村 山塑郎 教授首先從事冰凍工法之研究，於 1962 年首次在大

阪守口市試用於橫斷河床水道敷設工程， 1968 年正式用於東京金杉橋工程及大阪市金里工區之

橫斷河床地鐵工程。自 1973 年以來隨著潛盾施工法之普及和化學灌漿引起地下水污染問題，促

使冰凍工法使用案例遽增。

國內先後也在民國 83 年台北捷運新店線 CH221 標 ( 楊國榮等人， 1999) 、民國 84 年台北

捷運板橋線 CP262 標 ( 宋立民， 1997) 及民國 92 年台北捷運板橋線 CD266 標府中站，於災

後復舊時使用冰凍工法。民國 94 年台北捷運新莊線 CK 570C 道岔結構及 CK 570G 大橋國小

站，採用冰凍工法做為開挖輔助工法。由於未來冰凍工法做為主體工程施工的輔助工法之機會有

增多之趨勢，本文乃收集整理相?設計與施工資料，供同仁規劃設計之參考。

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貳貳貳貳、、、、 冰凍工法之適用性冰凍工法之適用性冰凍工法之適用性冰凍工法之適用性

冰凍工法具有可靠度高、安全性佳及無公害等優點，但因為費用高及工期長，一般僅作為主體 工

程 施工之輔助工法，且通常在其他輔助工法不可行時採用。

冰凍工法施工對象主要為橫越河川、公路、建築物下之地鐵工程，及一些都市地下街或地下通道、

管道開挖，隧道潛盾工程出發到達端之地盤處理等各項工程，其目的在強化地盤周邊、穩定工作

面及防止開挖面大量滲水。冰凍工法常用於處理地層開挖所遭遇的滲水、湧水問題，一般用於當

高壓灌漿、藥液灌漿、降水、噴凝土等輔助工法都不可行時之救援方式。

冰凍工法之所以在國內外常被用來做深隧道之潛盾發進、到達、地下接合與急曲線之防護，及深

開挖災害搶救或擴挖 …… 等較困難工作，主要是因其具有 (1) 完整的止水性、 (2) 與其他構

造物有良好的接密性、 (3) 與不同的地質交互作用可得較佳之一體性、 (4) 安全性高、 (5) 復

元性佳、 (6) 施工的確實性好、 (7) 沒有公害、 (8) 改良後強度高且平均、 (9) 施工管理確

實 …… 等特性；故其費用雖較高、工期雖較長，但在安全性的考量下，較困難工作採用冰凍工

法之機率仍極高。 ( 詳圖 1)

規劃冰凍工法前之地層狀況探測，研究地盤周邊環境等因素，頗為重要。採用冰凍工法之一般條

件及其特性概述如下 :

一、土壤之含水量最低限度為 5~7% 。

二、 覆土厚宜 大於 4 公尺 。

三、砂性土壤其所形成之凍土強度較黏性土為高，飽和度愈高，則凍土之強度也愈高。

四、 單排冷凍管列所凍結之凍土厚度，與冷凍管配置有關係，一般厚度為 1~ 4 公尺 不等。

五、 凍結體之冷凍程度與周圍土壤溫度應保持一定關係，故需隨時檢測此二者之溫差。設定凍

結體之冷度一般為 -10 ℃ ℃ 至 -20 ℃ 不等，依外圍土層溫度，隧道體內溫度或地表溫度而定。

凍結體之冷度亦有接近 -30 ℃ 或降至 -40 ℃ 甚至更低者。

圖圖圖圖 1 1 1 1 冰凍工法之特色冰凍工法之特色冰凍工法之特色冰凍工法之特色

六、在地下水流動太大或河川漲落差過高之地帶，規劃時需考慮水流所造成之熱能量補充效應，

若大於冷卻能量，將使冷凍效果減弱，甚或無法凍結。一般土壤空隙內水之滲流速度大於 1~ 2m

/day ，則採鹵水冷凍系統冰凍時，冰牆將不易形成須採用液態氮冷凍工法。

七、 採用冰凍工法施工之隧道乃分段進行，冷凍管鑽孔長度分布為 10~ 50 公尺 均有，長度越

長之冷凍管，其管徑需越大，以維持冷凍管之鑽設精度。

由於處理地層開挖面之止水及穩定問題，通常採用降水、藥液灌漿、高壓灌漿、噴凝土等地盤改

良之輔助工法，各工法皆具有其適用條件，選擇何種工法均需先瞭解工區地層實際狀況，施工條

件及開挖方式，並據以進行可行性研究及審慎評估後，方可使日後開挖工程進行順利。採用冰凍

工法亦不例外，且其前置作業較其他工法更為重要。一般而言，考慮採用冰凍工法之合宜時機，

茲條列如下：

一、降水工法會導致建築物或街道、地下管線發生沉陷及損害之虞時。

二、當藥液灌漿會影響地下水質造成污染地下水之疑慮時。

三、當壓力灌漿遭遇低滲透性土壤，影響固結效果時。

四、當噴凝土工法無法有效克服開挖面湧水問題時。

五、適用於高地下水位且透水性高之地層開挖處理。

六、 適用於軟弱地層如流沙、爛泥層、礦碴層、崩積層等進行豎井、橫坑、及隧道之開挖。

七、當點井鑽孔、排水坑工法會使開挖中之隧道因偏土壓導致異常變形時。

八、 當河 ( 海 ) 底隧道施工之地層條件 ( 高透水性且地層層次分布不規則 ) 適合時。

參參參參、、、、 冰凍工法之調查冰凍工法之調查冰凍工法之調查冰凍工法之調查

冰凍工法較一般地層改良工法費用較高昂，為獲致確實的效果，必須掌握地形及地質、地下水流、

周邊環境、障礙物等條件，上述資料不僅可判斷冰凍工法的適用性，並可做為設計及施工之依據。

一一一一、、、、現地環境調查現地環境調查現地環境調查現地環境調查

( 一 ) 土地現況：調查現地屬於道路或河川用地、都市或郊外，並調查地表或地下有無特殊限

制條件，特別在環境保護上之噪音、振動之規定。

( 二 ) 道路狀況：交通維持必要之調查及道路使用申請。

( 三 ) 冷凍基地：儘量接近工程地點取得冷凍基地。

( 四 ) 電力：冰凍工法需要大量的電力，事前與電力公司協商取得供電承諾。

二二二二、、、、 鄰近建物與障礙物調查鄰近建物與障礙物調查鄰近建物與障礙物調查鄰近建物與障礙物調查

施工位置附近的結構物，可能直接受冰凍工法的影響，包括建築物、橋梁、鐵塔等地上結構物，

以及自來水、下水道、維生管線等地上埋設管線，應調查其位置、規模、結構型式、基礎型式、

使用現況等。

三三三三、、、、 地形及地質調查地形及地質調查地形及地質調查地形及地質調查

地形及地質條件係冰凍工法設計之基本，應進行充分之調查。地形應採廣範圍之調查，包括台地、

山谷等影響地下水流速與流向之因素。地質調查則包括文獻調查、地層分布、地下水文及水質、

現場試驗及室內試驗等，另外，為利埋設冷凍管所需之鑽孔施工性調查、地中溫度分布及氣象條

件等。

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肆肆肆肆、、、、冰凍工法原理與冰凍工法原理與冰凍工法原理與冰凍工法原理與設計流程設計流程設計流程設計流程

依據改良目的及初步調查資料，完成概略設

計檢討 ( 含冷凍範圍、工期、工程費檢

討 ) ，並決定是否採用冰凍工法。決定採用

冰凍工法後，再依補充調查結果進行基本設

計，包括凍土結構計算、冷凍速度及冷凍能

量負荷計算等。冰凍工法之設計流程如圖 2

所示。

右右右右圖圖圖圖 2 2 2 2 冰凍工法之設計流程冰凍工法之設計流程冰凍工法之設計流程冰凍工法之設計流程

冰凍工法係將冷凍管 ( 直徑約 75m m~

100m m 之鋼管 ) 按所定的間距 ( 約 80c

m) 埋設於欲處理之地層中，利用液態氮或

鹵水 (Brine) 冷凍液經冷凍管循環，將土中

熱量攜出，而使土壤孔隙中之水轉換為冰並將冷凍管周圍土層予以凍結。初期凍土會形成以冷凍

管為中心的年輪狀圓柱形，若將冷凍管以適當的間距埋設，則可形成相鄰的圓柱狀凍土，最後會

形成連續凍土壁體或環狀之冰牆，詳圖 3 所示。凍土壁體會有完全之止水性及高強度，可作為

臨時性的擋土壁體。凍土具有下列特性 :

圖圖圖圖 3 3 3 3 凍土之成長過程凍土之成長過程凍土之成長過程凍土之成長過程 ( ( ( ( 精研精研精研精研，，，， 2004) 2004) 2004) 2004)

一、高抗壓強度：強度可達到 60 ～ 200kg /cm 2 ，如此可承擔設計載重，作為臨時性的樁或擋

土牆，或穩定軟弱地層，有助於深開挖、隧道或豎井的開挖穩定。

二、不透水性：地層開挖時，凍結地層可成為圍屏或帷幕之保護層，沒有大量出水之虞。

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

伍伍伍伍、、、、冰凍工法之凍結方式冰凍工法之凍結方式冰凍工法之凍結方式冰凍工法之凍結方式

冰凍工法之凍結方式可概分為密閉式循環系統及開放式循環系統兩種，應依工程的特性及需求選

擇適當之凍結方式。密閉式循環系統費時較長，但可形成穩定的凍土，適合大規模、長期的凍土

工程；開放式循環系統可急速冷凍，成本較昂貴，適合於小規模、急迫性之凍土工程。

密閉式循環凍結方式係將氯化鈣或鹵水 (Brine) 冷凍液 ( 凝固點最低可達－ 70℃ ) 經由冷凍

機冷卻後，再輸入冷凍液循環系統凍結土壤；開放循環凍結方式係以低溫液化氣體 ( 液態氮等 )

直接冷凍土壤。其中，液態氮的凍結方式是屬急速冷凍 ( 可達－ 196℃ ，一般係使用於較急迫

或改良體積小於 100m 3 之區域，成本較昂貴 ) ；而鹵水 (Brine) 的凍結方式則是屬於循序漸進

的 ( 需花較多時間，但能造成較穩定的凍土，因此較適合大規模、長期間的凍土工程 ) 。茲將

兩種凍結方式說明如下： ( 詳圖 4) 。

圖圖圖圖 4 4 4 4 冰凍工法之凍結方式冰凍工法之凍結方式冰凍工法之凍結方式冰凍工法之凍結方式

一一一一、、、、密閉式循環系統密閉式循環系統密閉式循環系統密閉式循環系統 ( ( ( ( 以鹵水冷凍系統為主以鹵水冷凍系統為主以鹵水冷凍系統為主以鹵水冷凍系統為主 ) ) ) )

圖 4 所示為密閉式循環系統冷卻方式係經由冷媒、冷卻水及冷凍液 (Brine) 三個循環系統，將

地層之熱量以間接方式發散於大氣中，以使地層冷卻結凍，其作法原理類似冰箱之冷卻方式。各

個循環系統之運作原理如下 :

( 一 ) 冷凍液 (Brine) 循環系統

由冷凍液 (Brine ，一般採用氯化鈣溶液 ) 循環幫浦、蒸發器與冷凍管組成。以冷凍液 ( 凝固點

最低可達 -70 ℃ ) 循環吸收地層之熱量，散熱到冷媒循環系統中。運作過程為由循環幫浦將冷

凍液 ( 氯化鈣凝固點為 -55 0 C ) 輸送到蒸發器冷卻至約 -25 0 C 後，注入冷凍管吸收地層熱

量，冷凍液再循環至蒸發器散熱冷卻。如此重複循環冷卻使地層冰凍。

( 二 ) 冷媒循環系統

冷媒循環系統是由壓縮機、冷凝器與蒸發器所組成。其功用在於吸收冷凍液之熱量，藉由循環方

式散熱於冷卻水系統中。運作時，壓縮機將冷媒 ( 一般採用 R-22) 壓縮為高溫高壓之氣體，再

經冷凝器冷卻成為高壓低溫之液態冷媒，並通過膨脹閥減壓，將低溫低壓之液態冷媒置於蒸發器

中，經吸收冷凍液之熱量後液態冷媒蒸發成為氣態冷媒，氣態冷媒再度吸入壓縮機壓縮成高壓高

溫之氣態冷媒，此一形成完整冷媒冷凍循環，一般稱此為冷凍循環系統或通稱為冷凍機，其中冷

媒為一種易揮發之液體，在冷凝器中放熱凝結成液體，但在蒸發器中則吸熱蒸發成氣體。壓縮機

則提供循環中壓力差，使冷媒於系統中循環流動。

( 三 ) 冷卻水循環系統

係由冷卻水循環幫浦、冷凝器與冷卻塔所組成。其作用是將冷媒系統的熱量以水氣蒸發方式散熱

於大氣中。運作時係由冷卻水循環幫浦將冷卻水加以循環。此冷卻水將自冷凝器內吸收之熱發散

於大氣中。冷凝器內是以冷卻水作為冷卻介質。

二二二二、、、、開放式循環系統開放式循環系統開放式循環系統開放式循環系統 ( ( ( ( 液態氮冷凍系統液態氮冷凍系統液態氮冷凍系統液態氮冷凍系統 ) ) ) )

開放式冰凍工法亦稱為液態氮冰凍工法，係將液態氮 ( 汽化溫度 -196 ℃ ) 直接經由輸送管，或

經由連接液化氮儲存槽直接灌入埋設地層內之冷凍管，藉由液態氮的汽化熱吸走地層之部分熱

量，汽化後之氮氣在排出過程中又會吸收地層部分熱量，以此方式急速將地層凍結起來。由於氮

氣是直接排出於大氣中而不再收回，故稱為開放式冰凍工法。

三三三三、、、、兩種凍結方式之比較兩種凍結方式之比較兩種凍結方式之比較兩種凍結方式之比較

上述兩種冷凍系統中，鹵水 (Brine) 系統因冷凍液之溫度較高 (-25 ? C) ，故形成凍土所需時間

長，此方法適用於大規模與工期長之工程。開放式循環系統因液態氮之溫度低 (-196 ? C) 冷凍力

強和凍結速度快之特點，其冷凍能力約為鹵水 (Brine) 之十倍。且較低溫度對地質強化有更佳之

效果，尤其在較低溫時，冰和岩石反而會收縮，可抵消部分因為水結冰在初期造成之膨脹壓及隆

起。在設備操作部分，液態氮工法比鹵水 (Brine) 冷凍液來的容易，不需要複雜操作及眾多儀表

監控，也不需要在現場設置龐大機具設備。惟液態氮工法之費用較鹵水 (Brine) 系統昂貴。兩系

統之優缺點如表 1 所示。

表表表表 1 1 1 1 凍結方式之種類及優缺點比較凍結方式之種類及優缺點比較凍結方式之種類及優缺點比較凍結方式之種類及優缺點比較

凍結方式凍結方式凍結方式凍結方式 冷凍材料冷凍材料冷凍材料冷凍材料 適用土壤範圍適用土壤範圍適用土壤範圍適用土壤範圍 優點優點優點優點 缺點缺點缺點缺點

1. 密閉式循環系統

(Brine 冷凍系統 )

氯化鈣溶液 適用於任何地層 1. 適用於大規模

與施工期長之工

程 2. 費用較低廉

1. 形成凍土之時間較

長 2. 地層隆起或下

陷量較大 3. 冷凍機

組龐大、操作較複雜

2. 開放式循環系統

( 液態氮冷凍系

統 )

液態氮 適用於任何地層 1. 形成凍土之時

間較短

2. 地層隆起或下

陷量較少

3. 設備操作簡單

迅速

1. 費用昂貴

( 摘自 陳逸駿 ， 2003)

陸陸陸陸、、、、 土壤基本熱性質與凍土特性土壤基本熱性質與凍土特性土壤基本熱性質與凍土特性土壤基本熱性質與凍土特性

一一一一、、、、土壤基本熱性質土壤基本熱性質土壤基本熱性質土壤基本熱性質

冰凍工法之設計應對土壤之基本熱性質有具體瞭解，包括 (1) 土壤之熱性質、 (2) 土壤冷凍速

度、 (3) 地下溫度分布、 (4) 土壤解凍速度。

( 一 ) 土壤之熱性質

土壤的熱性質一般是以容積含水率為指標來推算 ( 一般係由地層的孔隙率與飽和度來計算出容

積含水率，並決定熱性質 ) ，其中地層溫度 θ℃ 是以欲改良地區之地下水溫度來決定，通常

在歐洲地區假定值為 14℃ ，日本為 18℃ ，赤道附近為 27℃ ，台灣則為 24℃ 。

( 二 ) 土壤凍結速度

如地下溫度、冷凍液溫度愈低，冷凍管徑愈大則凍結速度愈快。一般平板凍結比單管凍結快，管

列凍結則介於中間。 ( 詳圖 5) 。實務上多以管列理論的凍土成長曲線（凍土層與凍結時間之

關係）到設計凍土厚度所需之時間。

圖圖圖圖 5 5 5 5 不同凍結型態之冷凍速度比較不同凍結型態之冷凍速度比較不同凍結型態之冷凍速度比較不同凍結型態之冷凍速度比較

( ( ( ( 精研精研精研精研，，，， 2004) 2004) 2004) 2004)

圖圖圖圖 6 6 6 6 不同冰凍型態之凍結負荷比較不同冰凍型態之凍結負荷比較不同冰凍型態之凍結負荷比較不同冰凍型態之凍結負荷比較

( ( ( ( 精研精研精研精研，，，， 2004) 2004) 2004) 2004)

凍結負荷（冷凍能量負荷）是指單位時間自冷卻面（冷凍管表面）單位面積傳入之熱量。凍結負

荷在凍結開始時較大，但將隨著凍土的成長而減少，其中平板冰凍的凍結負荷最初比單管冰凍的

凍結負荷的值大，但因凍土成長快，因此其減少的比例亦大，一段時間後反而比單管的負荷小，

管列凍結最初是單管負荷、待管列間的凍土連結後，則逐漸變為平板負荷。依據管列的凍結負荷

曲線可推算出凍結設備（冷凍機）所必要的容量。 ( 詳圖 6) 。

( 三 ) 地下溫度分布

地下溫度分布亦同樣地可以分析計算。依實際經驗在凍結區域與未凍結區域，其分布曲線各異，

在凍結區域內凍土的溫度大致隨著距冷卻面的距離增加而實線性增加，溫度分布是近乎直線，未

凍結區域內的溫度則是非線性遞增，並在遠方形成逐漸與初期地下溫度相接近的曲線。利用上述

特性經由凍結區域內冷凍管與測溫管間之間距及溫度差，即可依直線理論求出凍結面的位置。

( 詳圖 7) 。

圖圖圖圖 7 7 7 7 凍結面之判讀方式凍結面之判讀方式凍結面之判讀方式凍結面之判讀方式 ( ( ( ( 精研精研精研精研，，，， 2004) 2004) 2004) 2004)

( 四 ) 土壤解凍速度

凍土的自然解凍速度，可採單向度 ( 一維 ) 解凍理論求出，其解凍速度是依存於凍結時的冷卻

溫度與冷卻時間，其冷凍液溫度愈低、凍結期間愈長則解凍速度愈慢。一般而言，解凍的速度是

極為緩慢的。因此在凍結維持的階段，因短期停電或機械故障致冷卻中斷時，可知是不必掛慮的，

但凍土如被外氣、流動的水、或其他構造物所傳來的熱加溫時，其解凍速度將會加快，因此必須

充分加以注意 ( 通常於凍土的開放面均會於其表面設置隔熱材 ) 。圖 8 所示為凍結日數與解

凍厚度之理論曲線，顯示經過 50 天凍結後，停止凍結時其第一天的自然解凍速度約為 l

cm/day 。

圖圖圖圖８８８８ 凍結日數與解凍厚度之關係凍結日數與解凍厚度之關係凍結日數與解凍厚度之關係凍結日數與解凍厚度之關係((((精研精研精研精研，，，，2004)2004)2004)2004)

二二二二、、、、 凍土的特性凍土的特性凍土的特性凍土的特性

冰凍工法的設計應掌握凍土的特性，包括 (1) 凍土的強度特性、 (2) 凍土的膨脹與收縮特性、 (3)

地下水流的影響。

( 一 ) 凍土的強度特性

通常單軸壓縮強度為 0.3kg/cm 2 之軟弱土壤，祇要將其冷凍為－ 20℃ 之凍土時其強度可一躍

而成為 45kg/cm 2 以上 ( 增加約 150 倍 ) ，但一般而言在溫度愈低或是土壤顆粒愈大之情況

下，強度會愈大。 ( 詳圖 9 、圖 10 及圖 11)

圖圖圖圖 9 9 9 9 凍土的強度與溫度之關係凍土的強度與溫度之關係凍土的強度與溫度之關係凍土的強度與溫度之關係 圖圖圖圖 10 10 10 10 凍土的強度與鹽分濃度之關係凍土的強度與鹽分濃度之關係凍土的強度與鹽分濃度之關係凍土的強度與鹽分濃度之關係

圖圖圖圖 11 11 11 11 凍土之粒徑與力學性質凍土之粒徑與力學性質凍土之粒徑與力學性質凍土之粒徑與力學性質 ( ( ( ( 精研精研精研精研，，，， 2004) 2004) 2004) 2004)

(二 ) 凍土的膨脹與收縮特性

一般裝於容器中的水會因凍結而產生約 9% 的膨脹，但在地層中因水分子會因受擠壓而往外散

開，故一般在透水性良好的砂或砂礫層地層中是不會產生膨脹現象的，但通常在 20μ 以下細小

的微粒土壤居多時，因水分子較難往外擴散，故會產生凍脹現象。另在凍結時會產生膨脹的土壤

通常在解凍時亦會產生比凍脹量更大幅度的收縮（融況），其主要原因在於當凍結土中的冰溶解

時將很輕易地脫水，而較細小的微粒土壤則因冷凍時已遭擠壓，故解凍時亦較不易回復，因而產

生收縮沉陷。凍土的膨脹與收縮特性詳圖 12 所示。減輕凍脹之對策包括： 1. 減小凍結區範圍；

2. 於凍土區內設置解壓孔或溫水管； 3. 凍結前將凍土區內之含水量降低； 4. 增加地下水之黏

性； 5. 儘量不要設計為封閉型凍結區； 6. 凍結區預先以灌漿方式加以固化； 7. 採用快速冰

凍方法如降低凍結初期之冷凍液溫度等，以縮短達到設計凍土厚所需之時間，減輕吸水作用造成

的凍脹。

減緩凍土融沉量之對策包括： 1. 在構造物下方設計支撐； 2. 在構造物下方進行地盤改良； 3.

在冷凍區外做一隔牆以限定沉陷區； 4. 解凍時做脈狀灌漿讓解凍物融沉量與脈狀灌漿的隆起量

達到平衡； 5. 凍結區預先以灌漿方式加以固化。

( 三 ) 地下水流的影響

當地層中的地下水流超越某種界限時，其帶進的熱會使冷凍管間的凍土無法連結，致無法形成所

期待的凍土牆。由施工經驗得知，通常流速在 1 m /day 以下的地下水流，對凍結幾乎是無影響，

但如有界限流速以上的水流時，採取降低流速之輔助措施 ( 如灌漿等 ) 是有必要的。 ( 通常

Brine 系統地下水流不得大於 2 m /day ，液態氮系統不得大於 10 m /day) 。

圖圖圖圖 12 12 12 12 凍土的膨脹與收縮特凍土的膨脹與收縮特凍土的膨脹與收縮特凍土的膨脹與收縮特性說明性說明性說明性說明 ( ( ( ( 精研精研精研精研，，，， 2004) 2004) 2004) 2004)

柒柒柒柒、、、、冷凍管配置與設計凍土形狀冷凍管配置與設計凍土形狀冷凍管配置與設計凍土形狀冷凍管配置與設計凍土形狀

冰凍工法之防護形狀依地層改良之目的不同而異，可藉冷凍管之排列模式形成所需之凍土形狀。

依設計凍土形狀，決定冷凍管之配置，包含冷凍管間距、數量、水平或垂直等。

一一一一、、、、冷凍管型式冷凍管型式冷凍管型式冷凍管型式

冷凍管型式有 (1) 單管式、 (2) 雙重管式、 (3) 限定式及 (4) 鑽孔式等四類，設計時應依冷凍

之目的、凍土形狀及現場特性等，選擇適當之冷凍管。

由於冰凍工法有冷凍液不可以滲流到凍結土層的嚴格限制，以免因土層內含有冷凍液而造成一塊

永不凍結區。一般冷凍管的內外管都是使用低碳無縫鋼管，也就是一般使用的瓦斯鋼管 (Steel Gas

Pipe, SGP) 。常用的冷凍管有以下四種型式 : ( 如圖 13 所示 )

( 一 ) 單管式冷凍管

單管式冷凍管為由一根冷凍管所構成，冷凍液由冷凍管一端進入，再由冷凍管另一端流出，其主

要目的是當作貼附板來使用，以保持凍結區外圍介面的溫度和凍土的溫度相當，不至於因為邊界

溫度過高而影響到凍結區內凍土的維持。

( 二 ) 雙重管式冷凍管

雙重管式冷凍管由內管 ( 通常外徑 3/4in.) 和外管 ( 通常外徑 3-1/ 2 in .) 所構成，冷凍液從內

管進入，在流經外管時和地層進行熱交換。一般雙重管式冷凍管通常用於垂直凍結土層，以等間

隔的方式排列埋設至欲凍結的深度，利用凍結的管列效應形成凍土牆。

( 三 ) 限定式冷凍管

限定式冷凍管由內管 ( 通常外徑 3/4in.) 、限定管 ( 通常外徑 1-1/ 4 in .) 和外管 ( 通常外徑

3-1/ 2 in .) 所構成，限定式冷凍管和雙重管式冷凍管均屬於同行冷凍管，但兩者的差別主要在於

當凍結區範圍並不需要從地表開始往下凍結，而僅需要凍結某深度之區域時，限定式冷凍管內之

限定管部分填充隔熱材料，可只冷凍欲冷凍之區域，節省能源。結凍時，冷凍液從內管進入，在

流經未被隔熱材料包覆的外管時和地層進行熱交換，然後冷凍液從內管和限定管之間流出。

( 四 ) 鑽孔式冷凍管

鑽孔式冷凍管可直接利用凍結管外管進行鑽孔，通常在水平方向凍結土層時使用，除了由內管

( 通常外徑 3/4in.) 和外管 ( 通常外徑 3-1/ 2 in . ，底端設有鑽頭及逆止閥 ) 有一支供水管將鑽

孔用水供應到外管底部。鑽放凍結管前，所構成外，還應於鑽孔處加裝止水裝置（止水箱），以

防止鑽孔時地下水湧入工作區。因水平鑽孔的關係，在拔除水平冷凍管時可能會造成外圍土砂隨

地下水湧入，所以在凍結完成後，水平冷凍管通常不拔除，只移除管內之冷凍液後，以水泥皂土

漿回填，再切斷鋼管頭部以鐵板封口焊接即完成工作。

(a) 單管式冷凍管

(b) 雙重管式冷凍管 (c) 限定式冷凍管

(d) 鑽孔式冷凍管

圖圖圖圖 13 13 13 13 冷凍管之型式冷凍管之型式冷凍管之型式冷凍管之型式 ( ( ( ( 陳逸駿陳逸駿陳逸駿陳逸駿 ，，，， 2003) 2003) 2003) 2003)

二二二二、、、、冷凍管配置冷凍管配置冷凍管配置冷凍管配置

一般而言，冷凍管之配置有單列配置與複數列配置。不論是單列配置或複數列配置、每一列之冷

凍管以 0.8m 居多。單列配置之凍土厚度，如可不考慮凍土造成所需之時間，其厚度可望達到

2.0~ 3.0m 左右。但考慮到實際上凍土造成之處存有工作井之擋土壁及工期考量，凍土造成時間

較短，估計最大可達 1.5~ 2.0m 左右 ( 詳圖 14) 。此外，如需造成單列凍土厚度 1.5m ～ 2.0m

程度以上之凍土時、可採用複數列配置，冷凍管列間之最大間距為 2.5m 程度左右， 2 列配置

之下凍土厚度約可達 3.2~ 4.0m 左右。 ( 詳圖 15)

圖圖圖圖 14 14 14 14 單列配置之凍土厚度單列配置之凍土厚度單列配置之凍土厚度單列配置之凍土厚度 圖圖圖圖 15 15 15 15 複數列配置凍土厚度複數列配置凍土厚度複數列配置凍土厚度複數列配置凍土厚度

基本上凍土是從冷凍管起呈年輪狀成長，地中溫度之分布將隨時間產生變化，理論上如冷凍管

之配置關係與配置條件為相同時，此?度也會相同。但實際上現地可能有加熱源、地下水流及其

他預測外影響之溫度變化發生情形。因此必需以同樣之條件（距冷凍管列之距離）設置測?管進

行對地中溫度之預測。一般而言，測溫管數量為冷凍管數量的 2 成左右。

三三三三、、、、設計凍土形狀設計凍土形狀設計凍土形狀設計凍土形狀

常用的冰凍工法之設計防護形狀有圖 16 所示之種類。

( 一 ) 全凍土形

為當無法從工作井內埋設水平冷凍管時所採用的形狀。由於必須施作垂直冷凍管，須在地面上佔

用較大的凍結配管基地，且隨後開挖隧道時凍土的鑽掘量也較大。

( 二 ) 圓筒型

在可以施作水平冷凍管的工程中，大多使用圓筒型防護形狀，此種方式的優點在於地面上所使用

的配管基地面積小，而且其凍土鑽掘量也很少。

( 三 ) 箱型

箱型防護形狀和圓筒型防護形狀使用時機相同，只是根據結構體形狀的不同來改變水平冷凍管排

列方式。

( 四 ) 門型

使用門型防護形狀需要在隧道結構下方有一層不透水層 ( 如黏土層 ) ，可利用該層防止地下水

從下方湧入施工區域。隧道兩側的冷凍管必須延伸崁入仰拱下方的不透水層，較短的冷凍管則凍

結隧道頂拱上方的土層，此種防護形狀的隧道開挖面所遇之土壤為未凍結土。

( 五 ) 其他

根據不同的土質條件、結構體形狀和施工需求，可使用更經濟、合適的凍土形狀，可利用水平冷

凍管、垂直冷凍管組合而成如 : 馬蹄型、圓錐型、組合型等。

(a) 全凍土型 (b) 圓筒型 (c) 箱型 (d) 門型 (e) 其他

圖圖圖圖 16 16 16 16 設計凍土形狀分類設計凍土形狀分類設計凍土形狀分類設計凍土形狀分類