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一一一一、、、、前言前言前言前言

一般常見的可燃性氣體為甲烷（ CH4 ），在隧道施工中，高濃度的甲烷常引起缺氧、火災及爆

炸等事故。另外有火山性可燃性氣體 (H2S) ，常見於火山地帶。當甲烷濃度達 5~15% 之爆炸範

圍時，如遇火苗則易引發強烈的爆炸，並產生大量的一氧化碳 (CO) ，造成窒息、中毒等災害，

對隧道的施工安全造成莫大的危害，實不容忽視。有可燃性氣體徵兆的工地必須充分調查其成因

及特性，實施可燃性氣體管理、檢討隧道通風及機具設備防爆處理，並研擬嚴格之安全防災對策

進行管制，以減少災害之發生。

…………………………………………………………………………………………

二二二二、、、、可燃性氣體的成因與特性可燃性氣體的成因與特性可燃性氣體的成因與特性可燃性氣體的成因與特性

2.1 2.1 2.1 2.1 可燃性氣體的成因可燃性氣體的成因可燃性氣體的成因可燃性氣體的成因

由於動植物長時期承受地殼變動產生的高溫、高壓而發生化學變化，並進而演變成各種碳氫化合

物，如石油及煤，此外並產生各種可燃性氣體。可燃性氣體主要有下列四類：

1. 石油系（ Petro1eum ）可燃性氣體：主要成分為甲烷（ CH 4 ）並含微量之乙烷（ C 2 H 6 ）、

丙烷（ C 3 H 8 ）、丁烷（ C 4 H 10 ）等，蘊藏於含有石油之地層。

2. 煤系（ Coal measures ）可燃性氣體：幾乎全為甲烷（ CH 4 ），發生於煤層或含煤 炭 之地

層。

3. 水溶性天然瓦斯（ Water-soluble natural gas ）：甲烷具有水溶性。

4. 沼氣（ Methane ）：主要成分為甲烷（ CH 4 ），發生於湖沼、垃圾掩埋場等含有機腐植土

之地層。

台灣煤礦區分布主要在東北部 ( 瑞芳、八堵等，現己停產 ) ，煤層主要在中新世地層，有上、

中、下三個煤層 ( 詳圖 2.1 所示 ) ，工程位置座落於煤礦區時，應注意煤系可燃性氣體 ( 主

要為甲烷 ) 的出現。

1. 下層 ( 木山層 ) ：厚度約 500 至 600 m ，煤層最窄，但發熱量高，煤質最優良，分布在基

隆 外 木山經汐止至南港。

2. 中層 ( 石底層 ) ：最具經濟價值，可採煤層最多，煤質亦佳，主要分布基隆市、台北縣、桃

園、新竹、苗栗等地。

3. 上層 ( 南莊層 ) ：分布最廣，但因煤質差，煤層又不連續，不值得開採。分布自北部海岸起

南至嘉義阿里山。

台灣省原油分布在苗栗地區，產量不及需求

1% ，主要仰賴進口品。台灣天然氣 的蘊藏

量及開發主要在 苗栗及新竹一帶。一般家

庭用 瓦斯，主要是天然氣和液化石油氣兩

種。天然氣又稱天然瓦斯，主要成分為甲

烷；液化石油氣又稱桶裝瓦斯，主要成分為

丙烷和丁烷，其單位熱能較天然瓦斯高出許

多。天然氣和液化石油氣皆具無色、無臭、

無味、易燃、易爆等特性，故家庭用瓦斯須

加入無毒臭味劑，漏氣時才比較容易察覺，可避免中毒或爆炸等危險。瓦斯漏氣時，常會造成空

氣缺氧，使人窒息；瓦斯若燃燒不完全 ( 燄色呈黃、紅色而非藍色 ) ，也會產生一氧化碳中毒。

2.2 2.2 2.2 2.2 可燃性氣體的特性可燃性氣體的特性可燃性氣體的特性可燃性氣體的特性

各種可燃性氣體之物、化特性如表 2.1 所示，其中，甲烷 (Mathane) 又稱 「 沼氣 」 ， 是隧

道工程中常見可燃性氣體的主要成分。甲烷為無色、無味且無臭的氣體，比重輕（當空氣為 1 時，

甲烷比重為 0.5542 ，詳圖 2.2 ）、密度 0.679 g /l （攝氏 15 度， 1 大氣壓）、燃點約攝氏 537

度，濃度 5 ～ 15.4 ％時遇火會產生爆炸。甲烷具有下列特性，甲烷爆炸之物、化反應將詳述

於 3.3 節。

表表表表 2.1 可燃性氣體之種類及特性可燃性氣體之種類及特性可燃性氣體之種類及特性可燃性氣體之種類及特性

(1) 爆炸性

甲烷爆炸後的化學反應為 CH 4 +2O 2 → CO 2 +2H 2 O ，會吸收大量氧氣，使隧道內缺氧；亦可

有 CH 4 +0.5O 2 → CO+2H 2 之化學反應，發生對人體有害之一氧化碳 (CO) ，而且爆炸時產生

之高溫 ( 約 2000 ℃ ) 及強大壓力 (7kg/cm 2 ) 與爆風，使爆炸中心呈真空狀態，導致強烈迴流

風吹入隧道內。

(2) 水溶性

甲烷係水溶性氣體，溶解度隨溫度而異 ( 攝氏 10 度時的溶解度為 0.042 ，攝氏 70 度時的溶

解度為 0.018) ， 詳 表 2.2 所示。在地下水位下時，其溶解度隨地下水靜水壓力的增加而增大，

50 公尺 高的水位產生 5kg/cm2 的靜水壓，其溶解度是靜水壓 1kg/cm2 的五倍。

(3)石油系甲烷之特性

石油系甲烷中一般含有微量之乙烷、丙烷、丁烷等，使爆炸範圍產生微量變化，通常其爆炸濃度

下限較 5％稍低。

表表表表 2.2 2.2 2.2 2.2 甲烷之溶解甲烷之溶解甲烷之溶解甲烷之溶解度與溫度之關係度與溫度之關係度與溫度之關係度與溫度之關係

2.3 2.3 2.3 2.3 可燃氣體發生狀態可燃氣體發生狀態可燃氣體發生狀態可燃氣體發生狀態

視可燃性氣體 氣體 之貯留型式、地質構造等，隧道工程中可燃性氣體之發生型態可分為四種：

1. 滲出（ Exudation ）：非受壓狀態下緩慢滲出。

2. 噴出（ Blower ）：受壓狀態下噴出。

3. 射出（ Out Blast ）：受壓狀態下突然大量穿破岩盤蜂湧而出。

4. 溶出（ Solution ）：溶於地下水中的甲烷，隨隧道湧水（壓力減低）或施工開挖（溫度升高）

散放而出

依過去隧道工程之施工經驗，大部分可燃性氣體之發生型態均介於滲出及噴出間，另甲烷大部以

接近 100 ％之高濃度滲出或噴出，具水溶性之甲烷亦經常隨湧水流入隧道內並散放出來，必須

特別留意。

可燃性氣體不僅發生於開挖面新露出之岩盤及開挖土碴附近，遇低氣壓狀況或地震後，可燃性氣

體由貯留域與地質岩盤弱面或裂隙吹噴而出之事故亦經常發生。又甲烷的比重較輕，常滯留於隧

道頂端之凹洞（不規則面）或隧道內氣流不及之死角內，形成濃厚之沼氣帶（ Methane Layer ），

不易擴散或稀釋；亦有聚集在隧道頂部以氣團方式緩慢移動之現象。這類分佈狀況不容易被偵測

與預防，在防範工作上需特別注意。

就山岳隧道而言，容易積蓄甲烷等之儲氣構造或地層，包括生氣層、不透氣層所覆蓋之背斜構造、

受構造控制之斷層破碎帶及多孔質之砂岩、凝灰岩及石灰岩等。就以往工程案例而言，台灣最可

能遭遇甲烷等有

害氣體之地層係位於如南莊層、石底層及木山層等主要含煤地層中之背斜構造。平原區則以湖沼

附近含有機物之腐植土層或缺乏地下水之砂層為多。不同地質狀況對可燃氣體之形成仍必須由詳

細之地表地質調查結果加以研判。

2.4 2.4 2.4 2.4 可燃性氣體對人體的影響可燃性氣體對人體的影響可燃性氣體對人體的影響可燃性氣體對人體的影響

可燃性氣體對人體的影響可分三大類：

1. 爆炸：可燃氣體爆炸時造成之高溫高壓將對人體造成直接的傷害 ， 如灼傷與撕裂傷害。

2. 吸入中毒：一氧化碳 (CO) 、硫化氫 (H 2 S) 、二氧化氮 (NO 2 ) 與二氧化硫 (SO 2 ) 皆為有

毒氣體，吸入過量時將對人體造成直接傷害。其中，一氧化碳為無色、無味、無臭的氣體，常使

人員意外中毒而不自覺，由於一氧化碳氣體一旦與血紅素結合，會嚴重妨礙氧氣與血紅素結合，

致使 人體細胞缺氧受損，甚至造成死亡。

一旦發生一氧化碳中毒事件，首先應立即將中毒者移至空氣流通處並靜臥，保持呼吸道順暢，必

要時給予人工呼吸，並解開緊束衣物。急性一氧化碳中毒依吸入濃度，而有不同症狀，輕者頭痛、

胸悶、疲倦、虛弱、嗜睡、腸胃不適及嘔吐，重者則會出現視力模糊、判斷力降低、意識喪失、

抽搐、甚至死亡。若未及時急救治療，易產生大腦功能退化、大小便失禁、缺乏平衡感或植物人

等後遺症。

3. 缺氧症：當隧道中可燃性氣體氣體濃度過高致使空氣中之含氧量不足時，施工人員缺乏充足

之氧氣以供血液循環正常運作。

表 2. 3 詳列各可燃性氣體可產生之危害種類及現有中、美、日的安全管理濃度。表 2. 4 則詳列

氧氣濃度與人體之影響。

表表表表 2.3 2.3 2.3 2.3 可燃性氣體可燃性氣體可燃性氣體可燃性氣體之種類及安全管理標準之種類及安全管理標準之種類及安全管理標準之種類及安全管理標準

註： 1. ACGIH ： American Conference of Governmental Industrial Hygienists

2.PPM ： Part Per Million

表表表表 2.4 2.4 2.4 2.4 氧氣濃度與人體的影響氧氣濃度與人體的影響氧氣濃度與人體的影響氧氣濃度與人體的影響

三三三三、、、、何謂氣爆何謂氣爆何謂氣爆何謂氣爆

3.1 3.1 3.1 3.1 概述概述概述概述

可燃性氣體包括甲烷 (CH 4 ) 、乙烷 (C 2 H 6 ) 、丙烷 (C 3 H 8 )… 等碳水化合物，以及一氧化

碳 (CO) 、氫氣 (H 2 ) 、硫化氫 (H 2 S) 等，此類氣體與空氣混合達一定比例後即可產生燃燒

或爆炸之現象，謂之「氣爆」現象。

一般最常見之可燃性氣體為甲烷 (CH 4 ) ，在隧道施工中，高濃度之甲烷常引起缺氧、火災及爆

炸等事故；當甲烷濃度達爆炸範圍 (5~15.4%) 時，如遇火源則易引發強烈之爆炸、燃燒，並產

生大量一氧化碳 (CO) 造成窒息、中毒等重大災害，對隧道之施工安全造成莫大危害，不容忽視。

因此，有可燃性氣體徵兆的工地必須實施可燃性氣體之氣爆管理、檢討隧道通風及機具設備防爆

處理，並擬定嚴格之防災對策進行管制。

3.2 3.2 3.2 3.2 可燃性氣體的氣爆範圍可燃性氣體的氣爆範圍可燃性氣體的氣爆範圍可燃性氣體的氣爆範圍

茲以最常見之甲烷說明可燃性氣體之氣爆範圍。可燃性氣體與空氣接觸及混合後，當其濃度經稀

釋達到一定程度，如與火源接觸即易產生燃燒或爆炸。

燃燒 (Combustion) 係氧化發熱造成溫度之上昇，吾人之肉眼所感覺熱輻射之波長及強度之現

象；爆炸 (Explosion) 則係氣體發生體積膨脹所伴隨的一種燃燒反應，甲烷爆炸時，爆風產生極

大聲響、燃燒之傳播速度快，受災範圍及程度均大。

地下湧出之甲烷可與空氣混合稀釋，濃度逐

漸降低而達爆炸濃度，但一經稀釋即不可能

再濃縮。甲烷濃度低於 5% 或高於 15.4%

時，火源周圍會出現藍色火焰與黑煙，不會

延伸至其他地方，亦不會產生爆炸。甲烷之

濃度在 5~15.4% 之範圍內時，如遇火源

時，則因其存在狀態之不同而可能產生燃燒

或爆炸狀態。如圖 3.1 所示，甲烷產生氣爆

之危險性較高之濃度範圍為

5~15.4% 。當甲烷之濃度超過 5% ，隨濃度增加其燃燒速度逐漸增大、爆炸性亦增大，於 9.5%

時因完全燃燒而使爆炸威力達最大之狀態。甲烷之濃度超過 15.4% 時，由於空氣中之氧氣濃度

亦變薄，逐漸不易燃燒。

3. 3 3. 3 3. 3 3. 3 氣爆的化學氣爆的化學氣爆的化學氣爆的化學、、、、物理特性物理特性物理特性物理特性

(1) 氣爆的化學反應

空氣中的甲烷完全燃燒時 ( 即甲烷濃度達 9.5% 時 ) 之化學反應式如下所示：

化學式 CH 4 + 2O 2 + 8N 2 → CO 2 + 2H 2 O + 8N 2

分子量 16 64 224 44 36 224

重量比 1 4 14 2.75 2.25 14

容量比 1 2 8 1 2 8

由上式可知，欲讓 1kg 之甲烷產生完全燃燒所需之空氣量為 18kg ，因此，產生二氧化碳

2.75kg 、水蒸氣 2.25kg ，同時殘餘 14kg 氮氣無法反應。惟如空氣供給量不足，則形成不完全

燃燒而產生一氧化碳、氫氣、水蒸氣，其化學反應式如下所示：

CH 4 +O 2 → CO+H 2 +H 2 O

亦即當空氣量充足時，甲烷產生氣爆後因吸收大量之氧氣，使隧道內產生缺氧狀態，又當空氣量

不足時，甲烷的不完全燃燒易形成對人體有害之一氧化碳 (CO) 。

(2) 氣爆之物理特性

甲烷之濃度在 9.5% 時之爆炸威力最大，爆炸瞬間體積膨脹 8.2 倍，每立方公尺約可產生

8500~9500kcal 之燃燒熱值 ( 約與 1kg 之重油產生的熱值相當 ) ，並產生約 2000 ℃ 之高溫及

6.65kg/cm 2 之爆壓，爆風速度則達 160~ 200m /s 。

(3) 殘留瓦斯（ After Damp ）

甲烷在不完全燃燒的狀態下會產生一氧化碳等有害氣體，係氣爆產生對人體最具危害性之殘留瓦

斯，當甲烷濃度在 9.5% 以上（空氣量不足）的情況下，氣爆產生最大量之一氧化碳，其含量及

成分如表 3.1 所示。

由過去氣爆災害死亡人數之統計中，以吸入殘留瓦斯而中毒或窒息死亡之人數最多，其次才為燒

傷死亡或重擊死亡。

表表表表 3.1 3.1 3.1 3.1 甲烷濃度與殘留瓦斯之成分變化情形甲烷濃度與殘留瓦斯之成分變化情形甲烷濃度與殘留瓦斯之成分變化情形甲烷濃度與殘留瓦斯之成分變化情形

氣爆前之氣體濃度 (%) 氣爆後產生之各項氣體濃度 (%)

CH 4 CH 4 以外之可燃氣體 O 2 CO 2 O 2 CO H 2 CH 4 N 2

7 0.14 19.1 6.6 5.8 0.1 低於 0.1 低於 0.1 87.2

10 0.21 18.5 7.6 0.6 0.7 0.5 低於 0.1 90.7

12 0.25 18.0 5.8 0.3 4.4 3.4 0.2 86.0

甲烷容積與壓力成反比，若出現 973m bar 的低氣壓時，滯留在空洞或岩盤裂縫內的甲烷容積為

1.013m bar/ 973m bar x 100=104% 。其增加的 4% 氣體會自空洞或岩盤中排出，大氣壓與 3.4 氣

爆現象可燃性氣體產生氣爆後，爆點附近之空氣受高熱而急速膨脹，此膨脹氣體以高壓力之形式

在坑道內傳播，爆焰 ( 火焰 ) 則緊接其後而至。氣爆剛發生時，火焰呈藍色 ( 若碳塵爆炸，火

焰則呈紅色 ) ，並伴隨火花。

爆點附近之爆炸波與火焰之破壞作用並不

大，反而距爆點一定距離處所受影響最大，

隧道末端附近威力再呈衰減。爆風之破壞作

用除壓力波衝擊外，尚有其後發生之強烈迴

風。產生迴風之原因係壓力波前進後，爆點

附近幾呈真空狀態，當壓力波能量衰減後，

產生逆向前進之壓力所致。氣爆的災害作用

如圖 3.2 所示。

即使可燃性氣體的量與火源條件等均相同，氣爆強度亦視隧道內之各項條件而異。當隧道內有可

燃氣體積存時，如爆點在開挖面附近 ( 隧道底端 ) ，產生之爆音及爆壓極大，且爆焰之傳播速

度最快，但是，爆焰的溫度較低，受害者所受之燒傷及火災之程度較低，惟如爆點在隧道洞口附

近，爆焰之溫度最高，但是爆焰向隧道內傳播之速度最慢，爆壓則極為強大。這類差異係由於爆

炸發生時封閉空間的大小與空氣量的多寡所造成。

…………………………………………………………………………………………

四四四四、、、、隧道工程之可燃性氣體調查與隧道工程之可燃性氣體調查與隧道工程之可燃性氣體調查與隧道工程之可燃性氣體調查與 試驗試驗試驗試驗

4.1 4.1 4.1 4.1 施工前之調查與試驗施工前之調查與試驗施工前之調查與試驗施工前之調查與試驗

施工前之瓦斯調查及試驗項目如下所述，惟瓦斯常以管狀貯留於地層中，這些調查及試驗所得之

瓦斯量並不一定能代表全工區狀況。

(1) 資料收集

當規劃中的隧道路線通過或鄰近已知含有害氣體的地層時，必需參閱相關文獻，調查施工區域其

它隧道在過去遭遇有害氣體的情形；另對該區域內之開挖工程或鑿井工程中瓦斯出現之情形，進

行現地查訪，同時請教當地居民有關地熱及天然氣源的位置及引用或燃燒情形。

(2) 地表地質調查

瓦斯氣體之形成和石油及煤之蘊藏有關，首先由地層形成歷史及地質構造判斷瓦斯存在之可能性

詳圖 4.1 所示。為了掌握瓦斯氣體之貯留狀態，必須實施詳細之地表地質調查及鑽探，以調查

地層層次、地下水位，瓦斯溶解量及種類、瓦斯壓力等，並據以判斷瓦斯之湧出量及範圍等，建

議以 50 ～ 100 公尺 之間隔設置鑽孔，並埋設多孔管在抽水狀態下進行現場試驗。

圖圖圖圖 4.1 4.1 4.1 4.1 蘊藏瓦斯的代表性地質構造模式蘊藏瓦斯的代表性地質構造模式蘊藏瓦斯的代表性地質構造模式蘊藏瓦斯的代表性地質構造模式

(3) 試驗

僅由現場調查通常不易瞭解瓦斯之狀況，須採取鑽孔內氣體、土樣或穩定液 ( 泥水 ) 進行化

驗，以分析瓦斯之成分及含量，並且利用鑽孔進行瓦斯的吸引試驗、量測孔內瓦斯壓力及濃度之

歷時曲線等。

(4) 瓦斯湧出量之預估

瓦斯湧出量之預估方式有二種，惟下列二種方法僅能考慮瓦斯定量湧出之情況，對地質條件因素

無法充分考慮。

1. 由影響範圍內之土體體積推算

基本上，以圖 4.2 所示之影響範圍內之土體體積產生之瓦斯量推算而得。

圖 4.2 中， D ：隧道直徑 (m) ； X ：每日進度 (m) ； α ：開挖面前方影響參數，通常 α

=1.5 ； β：隧道徑向之影響參數，通常 β =1.0 。根據圖 4.2 所示，影響範圍內之土體體積為

式一：

…..( 式一 )

假設瓦斯壓力等於靜水壓力時，地層土體每 1m 3 所含瓦斯量為式二：

……………..( 式二 )

其中 ， ε ：孔隙率 (%) ，通常採 40% 。

H ：覆土深度 (m)

因此，每天之瓦斯湧出量 Q(m 3 / 日 ) 為式三：

....( 式三 )

由式三可換算每分 (min) 之瓦斯湧出量並據以計算所需通風量。

2. 由水溶性瓦斯之溶解度推算

甲烷對水之溶解度如表 2 所示，依據式四推算

瓦斯湧出量：

....( 式四 )

其中， ：預估湧水量 (m 3 / 分 )

：某水溫下之瓦斯溶解度

P ：水壓 (kg/cm 2 )

4.2 4.2 4.2 4.2 施工中之調查與試驗施工中之調查與試驗施工中之調查與試驗施工中之調查與試驗

(1) 水平前進鑽孔探查

對於有瓦斯疑慮之隧道施工區段，不僅在坑內量測瓦斯之濃度，更應在開挖面前方施做水平前進

探查鑽孔，以調查開挖面前方之瓦斯氣體存在狀況。建議鑽孔之數量係每一斷面設置 1 ～ 2

孔，長度則以預估一週之隧道開挖長度或 50 公尺 為準，（可利用假日施做鑽孔，避免影響開

挖面工作）開挖至距鑽孔先端 5 公尺 左右，則進行下一階段之鑽孔作業，以確保一隔離區間，

防止瓦斯噴出之危險。如開挖面前方瓦斯存在之可能性極大時，必須設置長鑽孔 ( 一般為在 120

公尺 以上 ) ，除調查開挖面前方地質情況外，並可作為排氣鑽孔之用。

鑽設水平前進探查孔時，除可對岩心進行取樣，以供研判前方未開挖段地質狀況並兼具排水、宣

洩氣體壓力的功能。前進探查孔施鑽時應隨時量測有害氣體濃度並探測前方地質狀況，探查孔施

鑽完成後，即予以堵塞，並設置監測系統量測孔內氣體的壓力、流量及濃度，以供研判前方未開

挖段含氣帶的位置及出氣情況，並做為開挖階段通風設備佈置及止氣灌漿施作的依據。

(2) 攜帶式 ( 簡易 ) 瓦斯檢測器

由入坑人員攜帶，隨時檢測瓦斯可能停滯之區域，檢測之地點與時機包括開挖面、土碴堆積處、

鑽炸作業前後、工作人員換班前後、內襯砌鋼模附近等。 ( 詳圖 4.3(a))

(3) 固定式瓦斯自動檢測系

統

坑內每隔固定距離設置一

處，拉線集中至坑外之控制

室集中管理，檢測到瓦斯

時，則自動發出警報。 ( 詳

圖 4.3(b))

…………………………………………………………………………………………

五五五五、、、、施工處理對策施工處理對策施工處理對策施工處理對策

5.1 5.1 5.1 5.1 前進鑽孔排氣前進鑽孔排氣前進鑽孔排氣前進鑽孔排氣

隧道內可能出現有毒氣體湧出或存在的區段，宜應利用施工作業段前方的前進鑽孔作業，調查岩

盤中的氣體狀態。鑽探孔數大多為 1-2 支，孔長可取一星期左右的施工輪進長度。開挖至鑽孔

先端之保留段（ Cover Lock ）留 5 公尺 左右，防止噴出。而且，可能出現氣體時，應進行長

鑽孔作業，以及檢測孔口的氣體濃度。 ( 詳圖 5. 1 2 所示 )

若通風方式無法將隧道內的氣體濃度稀釋至安全濃度時，則必須自氣體含有層進行排氣。進行隧

道鑽孔作業時，由於覆土較淺，自作業段前方的地表進行抽水與排氣十分有效。但要避免水位降

低時，出現氣體的情況，則可採藥液灌漿工法防治氣體的發生。排氣裝置如圖 5. 2 3 所示，長

前進鑽孔施工狀況如照片一所示。

5.2 5.2 5.2 5.2 隧道通風設備隧道通風設備隧道通風設備隧道通風設備

具有助燃性物質的蒸氣、可燃性氣體或可燃性粉塵等地方，均有發生爆炸或火災的可能性。為了

防止這類蒸氣或粉塵等引起爆炸或火災，隧道內必須實施通風、換氣、除塵等措施。 ( 詳照片

二 )

隧道內有可燃性瓦斯存在時，必須藉充分之通風迅速將瓦斯濃度 稀 希 釋至安全範圍內，並將

廢氣排出坑外。甲烷之爆炸濃度下限雖為 5% ，為安全起見，最少必須將濃度降至 30% 即 1.5%

以下，因此，隧道內必須有足夠的風量及風速，並且吹送範圍須達開挖面。設計通風系統容量時，

由於不易事先預測瓦斯量，依日本隧道技術協會之建議，通風量設計標準通常訂為風速 0.5m /sec

以上，送風量 8~ 10m 3 /min/m 2 以上。惟可確定瓦斯定量湧出時，為防止隧道頂部形成一瓦斯

滯留域，隧道內風速必須維持 1.0m /s 上。通風換氣方式的種類如圖 5. 3 4 及圖 5.5 所示。

檢討通風設備時，必須特別注意下列事項：

(1) 瓦斯濃度增高時， 可能 有時 須暫時切斷坑內電源，為維持通風設備的正常運轉，通風設

備之電源必須獨立。

(2) 長隧道必須特別檢討設置中間通風豎井之必要性。

(3) 定期 ( 半個月 ) 檢討通風量妥當性。通風量視瓦斯湧出量而定，而瓦斯湧出量與地層條件、

瓦斯壓力、岩石滲透性、開挖長度、施工方法等有關，不易預測，一般皆以鑽探所得資料推估 瓦

斯量，再依據式五及式六 一瓦斯量，再依據式一及式二決定通風量。

Ｑ：通風量 (m 3 /min)

V ：瓦斯湧出量 (m 3 /min)

M ：瓦斯之容許濃度 (%)

(4) 通風方式有送氣及排氣，隧道施工如採排氣方式，則開挖面必須局部設置風機。

圖 5. 3 5 送、排通風方式

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5.3 5.3 5.3 5.3 止氣灌漿止氣灌漿止氣灌漿止氣灌漿

當加強通風後瓦斯濃度仍超過安全標準，則須檢討輔以止氣灌

漿，亦即在隧道開挖面前方施作放射狀之灌漿，以減少有害氣

體逸出量，灌漿完成後再進行開挖，並保持一安全區隔。至於

灌漿佈孔、長度、放射角度及灌漿材料，須視有害氣體特性、

濃度、含量及開挖狀況而定。

(1) 已開挖段之止氣灌漿 ( 詳圖 5. 4) 6)

1. 已開挖段採長孔止氣灌漿方式處理，其佈置示意如圖 5.4 3.6 所示。鑽孔角度向外偏約 7 度，

鑽孔長度超過開挖面至少 5m ，含氣帶之孔底間距以小於 2m 為原則。

2. 鑽孔 順序由上往下，並優先鑽設隧道可燃性氣體逸出源一側，另一側則視需要施作。

3. 每鑽 10m ，量測鑽孔中可燃性氣體濃度一次，若無可燃性氣體或濃度甚低，則以水泥漿低壓

填滿該鑽孔；待漿液凝固後，再重鑽孔並繼續下一個 10m 的作業。

4. 數部鑽機同時作業，當某一鑽孔進入含氣帶後，其餘各鑽孔工作均應暫停，先進行該孔之止

氣灌漿，灌漿完成後，其他孔再繼續施鑽。灌漿材料應使用不會與可燃性氣體產生化學反應的水

泥或樹脂材料。

5. 止氣灌漿孔之漿液凝固後，原孔再重鑽並檢測可燃性氣體是否完全被封堵，若尚有可燃性氣

體逸出時則需補灌。若封堵成功則繼續加深鑽孔，重覆上述量測及灌漿作業，直到設計長度，最

後再以水泥漿封堵鑽孔後視為完成，接著移至鄰孔繼續施作。

6. 含有可燃性氣體之地層帶之鑽孔灌漿以 1 至 3m 為一單元，其施作程序為：鑽孔 1 至 3m →

量測可燃性氣體濃度→止氣灌漿→重鑽孔→檢測灌漿效果→繼續後一單元之 1 至 3m 處理。

7. 灌漿前各孔口需預埋設有閥門之短套管。灌漿時先施灌隧道中可燃氣體發生側部份及頂拱數

孔；而非可燃性氣體發生側部份，則待發生側施灌完成，並量測可燃性氣體濃度是否小於 0.25

％，再視需要施灌。

8. 長孔止氣灌漿施作完成後，若可燃性氣體濃度仍大於 0.25 ％，則視需要作局部短孔止氣灌漿。

(2) 前進開挖段之止氣灌漿 ( 詳圖 5. 5) 7)

1. 依前進探查孔對可燃性氣體濃度的量測結果，對開挖面作不

同程度的止氣灌漿，若前進探查孔施鑽後發現前方有可燃性氣體

逸出時，即施作止氣灌漿；若未發現或僅發現微量可燃性氣體

時，開挖面水平止氣灌漿孔可以減少或省略。 前進開挖止氣灌

漿孔佈置示意圖如圖 3.7 所示。

2. 若為可燃性氣體微量逸出段，鑽孔之孔距以 1m 為原則；若

為可燃性氣體大量湧出段，鑽孔之孔距需縮短至約 0.5m ，並視

止氣成效調整孔距及孔數。

3. 以衝擊式鑽機施鑽，孔徑約 50mm ，孔深約 8.5m ，鑽孔順

序由上往下施作。

4. 灌漿材料應採用具有彈性且無毒的樹脂或水泥材料，以適當之壓力進行灌漿。

5. 灌漿完成後，施鑽檢查孔確認灌漿成效（甲烷濃度須小於 0.25 ％），必要時增加灌漿孔施灌

以確實達到止氣效果。

6. 每輪開挖約 1.5m ， 5 輪共約開挖 7.5m 後，再重覆鑽孔及灌漿工作，使灌漿區保持約 1m 的

重疊段。

(3) 一般止氣灌漿施作程序

1. 施鑽孔口 2m 長、孔徑 NX （直徑約 76mm ）。

2. 鑽孔內先灌入部份水泥漿後，置放 2m 長的預埋管（直徑 50mm ），其前端暫時以塑膠布封

閉。

3. 俟預埋管四周以水泥漿固定後，由孔口開始施鑽止氣灌漿孔，孔徑 AX （直徑約 48mm ）。

4. 止氣灌漿孔施鑽過程中每隔 1.5mm （或依實際需要）量測孔口有害氣體濃度，例如，若甲烷

大於 0.25 ％，立即停鑽，並於每一灌級頂裝設緊圈（ Packer ）施作止氣灌漿；若甲烷濃度小

於 0.25 ％則繼續施鑽。

5. 灌漿材料可視岩盤破碎程度、含水量多寡及後續開炸作業可能造成擾動因素，採用聚胺脂樹

脂系（ Polyurethane Resin ）、氯化氧鎂基水泥系（ Magnesium Oxychloride Inorganic ）、矽酸鈉

系 (Sodium Silicate Formulation) 或一般水泥漿系。

6. 漿液步凝後即擴孔及清洗孔內漿屑，再量孔口有害氣體濃度，例如，若甲烷濃度仍大於 0.25

％，則補灌至濃度低於 0.25 ％為止。

7. 繼續加深鑽孔並每隔 1.5m 量測有害氣體濃度及視需要之灌漿，直到設計長度為止。於封堵

止氣灌漿孔後繼續下一孔的施作。

5.4 優先襯砌及回填

當斷層段或破碎帶的有害氣體源源不斷冒出時，儘早襯砌及回填石材也被視為一個阻止有害氣體

冒出的可行方式，必要時可輔以樹脂灌漿以填補裂縫和空隙。

…………………………………………………………………………………………

六六六六、、、、隧道施工可燃性氣體之安全管理隧道施工可燃性氣體之安全管理隧道施工可燃性氣體之安全管理隧道施工可燃性氣體之安全管理

可燃性氣體之安全管理包括火源管制、人員管制、可燃性氣體濃度偵測及警報系統、安全管理基

準及應變措施等，茲分述如下。

6.1 6.1 6.1 6.1 火源管火源管火源管火源管制制制制

為消除隧道中引發有害氣體爆炸的火源，必須嚴格管制包括所有電器、切割或電焊火焰、打火機、

爆裂物和其他任何引發火源的來源，詳細說明如下：

1. 由於有害氣體的引爆大都因吸煙所引起，所以在

已發現或可能出現有害氣體的隧道中，應禁止吸煙；

除了在隧道明顯處設置告示牌，並在隧道入口處準備

儲物箱供工作人員存放香菸及打火機等進行管制。

2. 禁止使用火焰切割和進行電焊工作，如有需要，

應取得安檢人員的許可，並由管制人員在現場全程量

測可燃性氣體之濃度，証實安全無虞時才可施工，現

場必須備有消防器材。

3. 必須避免施工時因摩擦或打擊產生的火花，必要

時可採取集中送風來稀釋或吹散有害氣體。

4. 隧道內之機具、設備及施工人員的工作服需採用不會產生靜電之材料製成，以防止因靜電而

產生火花，並且工作人員應定時將兩手觸碰開挖岩面以消除靜電。

5. 除了隧道施工所必須的車輛外，其他任何車輛進入隧道需取得管制站值班人員之同意後始得

放行，進入隧道車輛應加掛適當之靜電消除裝置。日本煤炭礦山發生爆炸原因統計圖如圖 6.1 所

示。

6.2 6.2 6.2 6.2 人員管人員管人員管人員管制制制制

1. 防爆計畫中應制定防爆的任務編組，正確執行安全標準、緊急事故處理程序及日常的訓練工

作。

2. 安全管制系統必須建立防爆單位，授權專人負責執行。

3. 隧道洞口設置管制哨及警示標誌，進出隧道人員須做進出管制並登記姓名，管制非施工人員

入內。

4. 工作人員由具備礦坑或有實際處理經驗者施以反覆教育訓練，以避免災害發生。

5. 施工現場每人備有一套空氣呼吸器，並訓練現場工作人員如何操作，以供緊急狀況時使用。

6.3 6.3 6.3 6.3 可燃性氣體濃度偵測及警報系可燃性氣體濃度偵測及警報系可燃性氣體濃度偵測及警報系可燃性氣體濃度偵測及警報系統統統統

(1) 可燃性氣體濃度偵測

在進行隧道的施工作業中，當可能出現可燃性氣體時，為了防止發生氣爆或火災，必須指定人員

檢測氣體濃度，且此檢測人員必須每日在作業開始前、地震發生後與可能出現可燃性氣體時，對

於可能出現可燃性氣體的地方進行濃度檢測，並且將結果做成記錄。

檢測的方法可以固定式自動檢測器與攜帶型檢測器進行，前者是在坑道內各處設置一個檢測中

心，自動檢測氣體並且發出警報，也可在坑外事務所內集中管理的一項裝置。但，其感應器只能

探測至頂拱下 30c m 處的氣體濃度。後者，檢測員可隨身攜帶，且可探測至頂端上的凹處、鑽

探孔中、作業段頂端等局部地方的氣體，使用的是光學式或接觸燃燒式的檢測器，因此在檢測時，

若非同時使用這二種方法的話，則無法進行徹底的檢測。自動檢測器除具有自動記錄警報裝置

外，也有自動斷電的裝置，可進行集中管理。除檢測員使用攜帶型檢測器外，其他如作業段職員

及安全管理人員等都可攜帶使用，現場並應制訂適當之檢測頻率，建議每天 2~3 次，每次應重

複量測 2~3 次。

1. 1. 1. 1. 設置固定式自動檢測器時的注意事項設置固定式自動檢測器時的注意事項設置固定式自動檢測器時的注意事項設置固定式自動檢測器時的注意事項

(a) 不易損壞檢測器用的電線。

(b) 不在靠近電纜的地方配置電線。

(c) 每三個月左右，定期進行感應器的檢查。

(d) 設置後約一星期左右，須注意指示器是否有不穩定的情況。

(e) 感應器儘可能設置在靠近頂拱的地方。

(f) 作業段附近的感應器，須配合施工進度移動。

2. 2. 2. 2. 使用光學式檢測器時的注意事項使用光學式檢測器時的注意事項使用光學式檢測器時的注意事項使用光學式檢測器時的注意事項

(a) 檢測員須熟知檢測器的性能、使用方法、檢測方法等，且盡維護管理之責。

(b) 須明確規定並記錄檢測場所、檢測點及檢測頻率等。

(c) 檢測器不可任意放置在坑內，必須由檢測員隨身攜帶，進行歸零與整備。

(d) 必須注意電池弱時，干擾訊號會模糊量測結果，以及除濕劑與碳酸吸收劑的更換，同時避免

水分滲入檢測器內。

(e) 進行檢測的地點，包括作業段的頂拱、坑內氣流的中心點 ( 坑道 2/3 高度的地方 ) 、坑道

內氣體容易滯留的凹處、距鑽探孔 1m 處附近、風管前端至後方 10m 附近的風管上方、電動機

器的放置場所、使用煙火的地方、油類儲存場所等。

(f) 開始作業或作業中，必須檢測氣體濃度。若因作業需要，必須使用煙火時，須在旁監督檢測。

在氣壓下降、地震後等情況，氣體湧出的機率會增加，此時更應增加檢測次數與加強監測與管制。

(g) 壓氣中進行檢測時，量測濃度必須進行壓力補正。

3. 3. 3. 3. 檢測記錄檢測記錄檢測記錄檢測記錄

檢測員須將檢測值記錄在檢測記錄簿上，且要明示檢測時間與檢測地點等，並且提出報告。同時

也應記錄當時的大氣壓、溫度、氣候等。

(2) 警報系統

檢測結果確定有可燃性氣體存在時，且可能發生爆炸或火災時，必須在指定地點上設置自動警報

裝置。其目的在於迅速掌握可燃性氣體濃度的異常變化，且儘速進行避難或切斷電源等因應措施。

設置固定式檢測器時，宜在工地辦公室及坑內必要地方設置連動式警報裝置，若有電源自動切斷

裝置更佳。

平時，應在每日 作業 前進行如下的檢查，發現異常時，立即修正。

1. 監測儀器有無異常

2. 檢測裝置有無異常

3. 警報裝置的驅動狀態有無異常

6.4 6.4 6.4 6.4 安全管理基準及安全管理基準及安全管理基準及安全管理基準及應應應應變措變措變措變措施施施施

(1) 安全管理基準

為了要充分發揮氣爆防制對策，除了要在防爆計畫書中確立管理機構外，也必須確實遵照制定的

安全管理基準，實施相關對策，防制爆炸等災害的發生。可參考日本山岳隧道及潛盾隧道施工時，

依據可燃性氣體濃度測量結果編定的作業規定，如表 6.1 所示。除此之外，必須整備實施緊急

安全措施及救援措施時的需要設備，以及進行平日的教育訓練。 ( 山岳隧道及潛盾隧道施工狀

況詳照片三及照片四，瓦斯偵測例如圖 6.2 及圖 6.3 所示 )

1. 當隧道內部的可燃性氣體濃度達爆炸下限值的 30% 以上時，必須立刻疏散作業員到安全地

方，且要停止使用煙火等任何火源、進行通風、換氣等相關措施。

2. 在可燃性氣體濃度未降到爆炸下限 30% 以下前，相關人員以外的人，禁止進入隧道內，並且

應在明顯處張貼禁入標識。

3. 為了順利進行工程，坑內的環境管理基準與氣體管理基準必須明確化外，亦必須設定平時的

作業濃度與各種作業的相關限制濃度。

(a) 平時作業基準

此基準是利用換氣的氣體稀釋基準，例如在日本煤碳礦坑，依據防爆對策規定的濃度項目中，排

氣中的濃度為 0.25% 。

(b) 煙火作業基準

根據濃度標準，取得煙火作業實施許可，並且進行氣體檢測。實地 開 炸作業時的實施基準，亦

常適用於平時作業基準。

(c) 疏散基準

設定在達 爆炸 下限值的 30% 的危險濃度為疏散基準，以便在尚有照明時進行疏散。

(d) 坑內電源斷電基準

將坑內電源切斷是為了消除任何會造成爆炸的火源。當突然出現大量氣體時，疏散的作業員必須

關閉風扇，避免氣體尾隨而至，因此必須設定在危險濃度以下。

• 當全體作業員確實疏散後，根據自動警報器指示的濃度值的變化，以及坑口檢測等作業，確

認安全的情況後，始可再度開啟電源。

(2) 應變措施

進行隧道或地下工程施工時，必須充分檢討地質、施工法、環境條件、作業人員的技術程度等，

除此之外，也應了解萬一現場發生重大災害時的相關事項，因此，除防制對策外，必須制定緊急

狀況時的因應處置對策。

在此，對於甲烷出現時的缺氧與氣爆災害等二種處置方法，進行如下說明。

1. 甲烷發生缺氧時的處置方法

發生缺氧災害時的重要事項有 : 確立連絡系統、整備檢測器具、連絡設備、救援用具、救援隊

的編製與訓練、避難所與用具、避難訓練等。

實際上，坑內發生因甲烷導致缺氧死亡的情況時，一般的處理方式，如下說明 :

表表表表 6.1 6.1 6.1 6.1 依據可燃性氣體濃度測量結果編製的作業規定依據可燃性氣體濃度測量結果編製的作業規定依據可燃性氣體濃度測量結果編製的作業規定依據可燃性氣體濃度測量結果編製的作業規定 ( ( ( ( 山岩隧道例山岩隧道例山岩隧道例山岩隧道例 ) ) ) )

可燃性氣體濃度 作 業 規 定

0.25% 以下 平時作業

不足 0.25 ～ 0.5% 一次警戒體制 ... 嚴禁煙火作業

調查氣體發生源與加強氣體檢測

換氣改善

不足 0.5 ～ 1.0% 二次警戒體制 ... 嚴禁爆破

加強換氣設備

1.0% 疏散作業員 ( 避難警報 )

利用自動檢測器測量器體濃度、

檢討因應對策

1.5% 切斷坑內電源，禁止外人 ( 閒雜人 ) 進入坑內

( 潛盾隧道例)

可燃性氣體濃度 氧氣濃度 作 業 規 定

0.25% 以下 19% 以上 平時作業

0.25% ～ 0.5% 19 ～ 18% 作業員連絡、開啟警示燈

調查氣體發生源、加強氣體檢測、換氣改善

0.5% 以上 18% 以下 疏散作業員 ( 避難警報 )

利用自動檢測器測量氣體濃度、

檢討因應對策、加強換氣作業等

1.5% -- 切斷坑內電源，禁止外人進入坑內

(a) 固定式瓦斯檢測器設置例 -1

(b) 固定式瓦斯檢測器設置例 -2

圖圖圖圖 6.2 6.2 6.2 6.2 固定式自動瓦斯偵測器的設置例固定式自動瓦斯偵測器的設置例固定式自動瓦斯偵測器的設置例固定式自動瓦斯偵測器的設置例 ( ( ( ( 山岳隧道山岳隧道山岳隧道山岳隧道 ))))

圖圖圖圖 6.3 6.3 6.3 6.3 潛盾隧道內瓦斯對潛盾隧道內瓦斯對潛盾隧道內瓦斯對潛盾隧道內瓦斯對策相關設策相關設策相關設策相關設備配置備配置備配置備配置例例例例

…………………………………………………………………………………………

七七七七、、、、結結結結 論論論論

由於隧道內有害氣體分布的範圍較難預測，一旦遭遇時又具有突發性爆炸的危險，而災害的處理

措施亦最為艱難，故如何避免及克服有害氣體所帶來的災害，是當今各種隧道工程問題中極待努

力的課題之一。本文將相關研究心得與經驗列舉如下：

(1) 地質調查工作及適當之設計因應非常重要，於規劃階段需根據文獻記載及現場踏勘結果，若

懷疑該路線存在有害氣體，宜優先考慮更改路線以避免氣爆潛在危險。若無法更改路線，於設計

階段需針對有害氣體的產狀及可能範圍作詳細鑽探與試驗；另在發包文件中詳述瓦斯之存在，並

訂出強制性之規範，而業主亦需提供相對之工程費及工期。於施工階段承包商需預先擬定安全防

護措施及適當施工計畫，確實依核定之程序進行鑽探、偵測、開挖及灌漿工作。

(2) 防止隧道內發生有害氣體災害之基本原則如下：

A. 通風稀釋有害氣體；

B. 動火管制；

C. 抑制或排除有害氣體湧入隧道內之補助措施；

D. 建立有害氣體監測系統及安全管理制度。

(3) 隧道內如偵測到有害氣體，且其濃度超過安全標準時，必須立即關閉電源，並開啟緊急照明

設備，以利工作人員疏散，故緊急照明設備、通風設備及有害氣體偵測器必須採用防爆結構設計。

其餘設備則視有害氣體湧入情況及通風系統的佈置，仔細檢討防爆結構的必要性。

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一一一一、、、、前言前言前言前言

潛盾機挖掘前進後為防止土層崩塌，於開挖完成坑道

內架設支撐，此謂一次襯砌，使用之支撐材料稱為環

片 (Segment) 或稱弓形支保。環片為潛盾工程中之重

要結構，其強度必須能完全承受地表超載、土壓、水

壓等載重，及潛盾機掘進千斤頂之反力，且須考慮運

搬、組立等施工載重，以符合安全、經濟及合理設計。

一般環片均以永久性結構物辦理設計。潛盾隧道的斷

面形狀除圓形外，亦有採用其它形狀者，惟本章係針

對最常用之圓形而論 ( 詳圖 1.1) 。

環片之選擇須依使用斷面、使用場所、使用目的及施工條件等，考慮安全性、經濟性、耐久性而

定。

…………………………………………………………………………………………

二二二二、、、、潛盾隧道環片潛盾隧道環片潛盾隧道環片潛盾隧道環片

2.1 2.1 2.1 2.1 環片種類環片種類環片種類環片種類

環片可依使用材料分為混凝土系環片、鋼環片、石墨鑄鐵環片等。

(1) 混凝土系環片

混凝土系環片又可分為鋼筋混凝土環片、合成式混凝土環片及預力混凝土環片等 。

A. 鋼筋混凝土環片

鋼筋混凝土環片可製作任意形狀尺寸、材質均勻，且透水性低，撓性佳且經濟。惟重量較鋼製、

鑄鐵製之環片重，抗張力小而施工性亦欠佳。搬運組合時銜接端容易破損。

B. 合成式混凝土環片

合成式混凝土環片係以鋼料與混凝土組合製作而成，兼有鋼料之強韌性及混凝土之經濟性等特

徵，其單價介於鋼環片與鋼筋混凝土環片間。

C. 預力混凝土環片

預力混凝土環片係以高壓力養護，成為具高彈性之環片，預力混凝土環片重量較鋼筋混凝土環片

輕，其優、缺點同鋼筋混凝土環片。

(2) 鋼環片

鋼環片 (Steel segment) 採用 CNS 2473 「一般結構用軋鋼料」 SS 41 以上鋼料，或 CNS2947 焊

接結構用軋鋼料 SS41 以上鋼料製作而成。鋼環片之鋼料材質均一、強度高、容易搬運、施工性

佳、製作精度高等為其特點。惟較其他材質之環片勁度較小、易腐蝕，接頭止水性較差，對大斷

面隧道之撓度大為其缺點，台灣地區因鋼料貴，其製造費較鋼筋混凝土環片約高一倍。惟因銲接

補強及加工容易，一般常使用於人孔、連接管需開孔補強處或曲線段異形環片製作等。

(3) 石墨鑄鐵環片

石墨鑄鐵又稱延性鑄鐵 (Ductile) ，重量較鋼製環片重，強度高，且耐久性、製品精度、防水性、

勁度等都非常優良，但製作加工較費時，價格較昂貴。目前台灣仍未曾使用，石墨鑄鐵環片適用

於中間人孔及流入管渠直接與潛盾管渠接合時，或隧道穿過建物、鐵道、河川等情況。

2.22.22.22.2 環片組成環片組成環片組成環片組成

隧道每環以數個 A 型環片， 2 個 B 型環片及 1 個 K 型環片分割而成，亦有採數個 A 片加

一個 B 片及一個 K 片 ( 單斜 ) 者，惟後者施工性較差。

環片之分割數應考慮提高環片製作與組立速度、搬運方便及對滲漏水與結構勁度影響等。環片之

分割數目愈少愈好，但應考慮搬運與組立之施工性，一般大斷面為 7~10 分割，中小斷面為 4~6

分割。

環片組立以一環為單位 ( 環片閉合 ) ，一般由隧道下方中央附近開始，左右依序組立，上部中

央附近為最後一片，連結成一環。為考量坑內有滲漏水時須於水中辦理組立作業，接頭不宜設於

隧道仰拱中央附近，如圖 2.1 。

2.32.32.32.3 環片形狀與尺寸環片形狀與尺寸環片形狀與尺寸環片形狀與尺寸

環片形狀分為標準形及異形二種，如圖 2.2 所示，其尺寸及重量之選定，需適合設計與施工條

件，一般環片寬度採 500~1,200mm ，環片寬度大即須加長潛盾機，增加曲線施工、偏差修正之

難度，寬度太小則增加環與環接頭數目。環片重量過重除增加坑內運搬之作業困難外，且須增大

環片組裝機能量，小斷面潛盾隧道如有採用人工組立環片之情形時，每片環片之重量宜在 60kg

以下， K 型環片應在 30~40kg ，每片環片應設置直徑 50mm 灌漿孔，並附有管蓋及灌漿管套

(Socket) ，又使用環片組裝機時應考慮吊裝孔。

圖 2.1 環片形狀 環片斷面圖

異形環片使用於改變隧道方向 ( 橫曲線或豎曲線 ) ，即曲線段及修正偏差之施工，其漸變縮

量、漸變縮角，依環片寬度、襯砌外徑、隧道曲線半徑、環片之分割數及盾尾空隙等決定，詳圖

2.2 。異形環片以曲線半徑大小分為單側漸縮、兩側漸縮兩種型式，半徑大時採用單側漸縮，半

徑小時採用兩側漸縮。曲線段施工或修正偏差時，有單獨使用異形環片或異形環片與標準環片混

合使用，一般以標準環片寬度為異形環片最大寬度，其最大漸縮量為小斷面 30mm 、大斷面

50mm 。

異形量 △ 可以下式表示之：

R ：計算到隧道中心之曲率半徑。 m ：異形環片數目。

n ：標準環片數目。 B ：標準環片寬度。

B T ：異形環片最大寬度。 D o ：隧道外徑。

：計算隧道中心線之曲線長度。

由曲線長度、曲率半徑、環片配置量 m 、 n 等訂定合適之 △ 值，一般 n ： m 以 1 ： 1~1 ：

2 最常用。

2.4 2.4 2.4 2.4 環片之接頭環片之接頭環片之接頭環片之接頭

環片接頭須能滿足設計所定之強度，考量使接頭不發生背填、灌漿液或壓氣洩漏、漏水等情形，

於環片接合面設置止水條，螺栓接合面須設置止水墊圈。

(1) 螺栓配置

環與環間及片與片間續接處，分別採用螺栓以接續環片形成環狀。

螺栓直徑一般在 16~36mm 之間，螺栓孔尺寸須考慮有足夠的餘裕，以確保螺栓安裝之施工性。

(2) 續接處結構 ( 螺栓盒 )

環片續接處包括片與片間之接頭、環與環間之接頭。續接結構有螺栓、鉸、栓銷、栓等型式，目

前以採用螺栓接頭居多。必須考量螺栓和螺栓孔間組合誤差所需之間隙，間隙太小則組立困難，

間隙太大則可能因施工載重造成環片開裂導致漏水。

(3) K 環片接頭角度

K 環片接頭角度 α 之計算，可以下式表示之：

雙斜 K 片： 單斜 K 片：

式中，

： K 片的中心角。 ： K 片能插入之必要餘裕角度。

接頭角度 α 大小影響接頭剪力的大小，以小於 13 ° 為宜，其關係式如下： ( 詳圖 2.3)

：：：： 接頭剪力

N ：環片斷面軸力 Q ：環片斷面剪力

f ：接頭摩擦係數 ( 鋼環片： 0.3 ，混凝土環片： 0.5)

接頭剪力若超過接頭螺栓之抗剪強度，則 K 片將有脫落之危險。通常 α 較大時， 值亦較

大。餘裕角度 一般為 2 ° ~5 ° ，在不影響施工作業下愈小愈好。

耐剪性能方面，單斜 K 片效果比雙斜 K 片好，若是採用軸向插入之 K 片代替徑向插入型 K

片，則無剪力問題。

2.5 2.5 2.5 2.5 縱向肋鈑縱向肋鈑縱向肋鈑縱向肋鈑

鋼環片隧道施工時，潛盾機千斤頂頂住縱向肋鈑取得反力向前推進，因此，千斤頂中心線應儘量

和肋鈑的中心線一致，否則將產生偏心彎矩。

通常肋鈑採等間距配置，相鄰兩環片接頭鈑配合鄰環肋鈑設置。一環之總肋鈑數 ( 含接頭鈑 )

通常是千斤頂數目的倍數。環片組立時，肋鈑 ( 接頭鈑 ) 應形成連續，否則易使主梁和肋鈑變

形。

肋鈑通常彎成丁字形，若有澆置二次襯砌於鋼環片內，丁字形彎折處容易有空氣滯留形成空隙，

需設計排氣孔。

2.5 2.5 2.5 2.5 防水防水防水防水

潛盾隧道防水分三階段考量。第一階段採背填灌漿防水，第二階段採環片接頭防水，第三階段採

一次襯砌與二次襯砌間之防水 ( 一般交通隧道不設二次襯砌 ) 。

第一階段背填灌漿防水之可靠度較低。

第二階段防水為潛盾隧道主要防水措施。環片的接頭設置防水材槽，貼上止水條即可，水壓高的

地方可設兩條止水條。另亦可設置填縫材槽作為備用。

常用之防水材之材質有兩種，分別為彈性橡膠和水膨脹系橡膠。彈性橡膠為加硫之異丁烯橡膠或

氨丁二烯橡膠等合成橡膠系材料，或聚氯脂橡膠的合成樹脂系材料，適用於水壓較低的地層。水

膨脹系橡膠防水材由吸水性聚合物和氯丁二烯橡膠或聚氨脂橡膠混合製成，防水效果較好，目前

使用以 3 倍膨脹率者居多，防水材槽與未膨脹前防水材的體積比為 1.1 左右。

第三階段防水，若因防蝕或其他需求需施作二次襯砌時，可於一、二次襯砌間舖設防水膜，防水

膜厚度以 1.5mm 以上為宜，應小心施作以免破損而失去防水性，常用材質有 EVA( 乙烯醋酸脂

共聚物 ) 、 ECB( 乙烯瀝青共聚物 ) 、 PVC( 聚氯乙烯 ) 及 PE( 聚乙烯 ) 等四種。二次襯砌

可採水密性混凝土，以增加防水效果。

2.7 2.7 2.7 2.7 灌漿孔及吊裝孔灌漿孔及吊裝孔灌漿孔及吊裝孔灌漿孔及吊裝孔

(1) 灌漿孔

灌漿孔是環片與土壤間之盾尾孔隙背填灌漿用，灌漿孔一般採用鋼管，孔塞分成塞式或帽式兩

種。為防止土砂湧入，灌漿孔內一般均設有逆止閥。孔徑依使用灌漿材料而定，一般採用 50mm

左右。

混凝土環片的灌漿孔常兼作為環片的吊點使用，須考量作業之安全性及施工性，以決定灌漿孔的

位置、數量、直徑、材質及強度等。另因灌漿孔和混凝土環片兩者間可能因剝離而導致漏水，所

以於灌漿孔加一圈狀橡膠止水材以防漏水。

(2) 吊裝孔

鋼環片的吊裝孔通常焊接於環片中點附近。混凝土環片則利用灌漿孔作為吊點用，考量灌漿孔可

能被拔出，因此設有錨定鋼筋以增加安全性。

2.8 2.8 2.8 2.8 塗裝塗裝塗裝塗裝

鋼環片和混凝土環片接頭金屬鐵件在儲存期間施作簡單的防銹、防蝕塗裝。

(1) 防蝕、防銹塗裝

常用塗裝材料，鋼環片採 tar 環氧樹脂，混凝土環片接頭金屬鐵件採環氧樹脂。

(2) 防水塗裝

混凝土環片採用環氧樹脂或其他材料作為防水塗裝用

…………………………………………………………………………………………

三三三三、、、、應力分析模式應力分析模式應力分析模式應力分析模式

潛盾隧道係一種在隧道軸向及環向均有接縫 (Joint) 的地下結構物，由於襯砌環片之結構設計法

( 應力分析 ) 仍未確立，設計時必須適切地評估襯砌環片結構與地層之互制行為，以達設計之

經濟性及合理性。目前襯砌環片結構分析模式可區分為二大類：

(1) 載重與地層分別考量。

載重與地層分別考量模式係認為地層對於潛盾隧道之作用只是產生作用於襯砌環片之載重，以計

算襯砌環片在載重作用下產生之內力及變形。此種分析計算模式，按照各襯砌環片間接合模式假

設，可再在細分為如 3.1 節所述之分析計算模式。

(2) 載重與地層合併考量。

載重與地層合併考量模式係認為地層與潛盾隧道襯砌環片共同構成受力變形之整体，並根據連体

力學原理計算襯砌環片與周邊地層之受力及變形。載重與地層合併考量模式由於地下結構物地層

性質及邊界變化複雜，目前大多數問題都賴有限元素法 (FEM) 數值分析解決。

3.1 3.1 3.1 3.1 載重與地層分別考量之分析方法載重與地層分別考量之分析方法載重與地層分別考量之分析方法載重與地層分別考量之分析方法

(1) 潛盾隧道襯砌環片組成行為

由於構成潛盾隧道之襯砌係由環片 (Segment) 與螺栓 (Bolt) 組合而成之環狀體，其接縫之勁度

( 尤其彎曲勁度 ) 較單一環片之勁度低、較易產生變形，應考慮接縫效應之彎曲勁度折減，即

環狀體之彎曲勁度為 ，其中 η 定義為彎曲勁度效率，一般而言， η≦1 。

再者由於隧道軸向環與環間之接縫為交錯配置 (Stagger) 安排，根據試驗結果顯示，當隧道環狀

體受壓變形，此種軸向環與環間之接縫交錯配置會產生彎矩分配及勁度提昇之效果。彎矩 M 提

昇率以 ξ 表示，一般而言， 。

(2) 襯砌環片之結構分析模式

目前根據整環襯砌環片間接合模式之勁度考慮模式，可分為三類（圖 3.1 ）：

A. 整環彎曲勁度一致之環樑模式； B. 多鉸接系統模式； C. 樑 - 旋轉彈簧模式。

圖圖圖圖 3.1 3.1 3.1 3.1 潛盾隧道襯砌環片之結構分析模式潛盾隧道襯砌環片之結構分析模式潛盾隧道襯砌環片之結構分析模式潛盾隧道襯砌環片之結構分析模式

3.2 3.2 3.2 3.2 整環彎曲勁度一致之環樑模式整環彎曲勁度一致之環樑模式整環彎曲勁度一致之環樑模式整環彎曲勁度一致之環樑模式

本模式即日本所謂之「慣用計算法」及其修正方

法，由於自潛盾工法發展初期至今，本模式之使用

實績頗多、且設計考量較簡單明確，故日本下水道

協會、土木學會、鐵道施設協會、營團地下鐵等單

位之設計規範均採用此方法，其主要之考量方式又

分為下述二種：

(1) 慣用計算法

不考慮接縫效應之彎曲勁度折減，組立完成之環狀

體與單一環片具有相同之彎曲勁度 EI 。此方法採

彈性理論分析，在分析計算上較簡便。

慣用計算法襯砌環片之受力狀態，如圖圖圖圖 3.2 3.2 3.2 3.2 所示。

慣用計算法土壓力之計算方式有兩種，其一為將水壓力視為土壓力之一部份以合併方式考慮；其

二為將水壓力與土壓力予以分開之計算方式等二種。通常黏性土層以適用於前者之合併考慮方式

計算，而砂質土層則按後者之分離方式進行計算較恰當。

A 土壓力計算

a 垂直土壓力計算

i. 考慮全覆蓋土壓力情形：淺覆蓋砂質土層

: 垂直土壓力 ( )

H: 至襯砌環片外周頂點之覆土層厚度 : 至襯砌環片外周頂點之靜水面高度

: 地下水位以上土層 單位体積重量 ( )

: 地下水位以下土層 單位体積重量 ( ) : 地表上載荷重 ( )

ii. 考慮鬆動土壓力之情形：砂質土層或較硬粘土層，若覆蓋厚度較大者，則土層之拱效應較有

可能發揮，所以設計計算用垂直土壓力得採用鬆弛區土壓力，詳圖 3.3 。

(a) , (b) ,

(m)

其中， ： 鬆動區高度 (m)

：一般 ：土壤內摩擦角 ( 度 )

c ：土壤凝聚力 ( ) ：土壤單位体積重量 ( )

b 水平土壓力計算

作用於環片兩側之水平方向等分佈載重，其大小係根據垂直土壓力乘以側向土壓係數得之。

其中，

：襯砌環片頂拱中心之水平土壓力 ( )

：襯砌環片底部環片中心之水平土壓力 ( )

：側向土壓係數

：襯砌環片之外徑 (m) ：環片內徑中心半徑 (m)

根據日本土木學會「隧道標準示方書 ( 潛盾篇 ) ，同解說 (1996 年版 ) 」側向土壓係數，地

盤反力係數與土層性質及標準貫入試驗 N 值有表 3.1 之關係。

B. 水壓力計算

a. 垂直水壓力計算

垂直方向水壓視為等分佈載重，襯砌環片上半部頂點採用作用於頂點之靜水壓力；下半部底部採

用作用於底部之靜水壓力，其計算公式如下。

：襯砌環片外周頂點垂直方向水壓力 ( )

：襯砌環片外周底部垂直方向水壓力 ( )

土層種類 K ( )

N 值範圍

極緊密砂質土層

壓密黏性土層

0.35~0.45 3.0~5.0

緊密砂質土層

硬性黏性土層

1.0~3.0

中等黏性土層

0.45~0.55

0.5~1.0

鬆砂質土層 0.50~0.60 0~1.0

軟弱黏性土層 0.65~0.75 0~0.5

極軟弱黏性土層 0.75~0.85 0

b. 水平水壓力計算

水平方向水壓視為等變分佈載重，其計算公式如下。

：襯砌環片外周頂點水平方向水壓力 ( )

：襯砌環片外周底部水平方向水壓力 ( )

C. 自重計算

襯砌環片自重根據下式計算

其中， W : 隧道縱斷面方向每單位長度襯砌環片重量 ( )

: 襯砌環片中心半徑 (m) D. 地盤反力

a. 垂直方向地盤反力

垂直方向地盤反力，與地盤變位無關，以等分佈方式作用襯砌環片，其計算公式如下。

：垂直方向地盤反力 ( ) ：襯砌環片自重反力 ( )

b. 水平方向地盤反力

水平方向地盤反力與地盤變位有關，水平方向地盤反力與襯砌環片水平上下各 之中心角範

圍，以水平為頂點之三角形分佈，其計算公式如下

：襯砌環片單片之彎曲勁度有效率，不同種類環片對應之勁度有效率如表 3.2 所示

表表表表 3.2 3.2 3.2 3.2 襯砌環片勁度有效率襯砌環片勁度有效率襯砌環片勁度有效率襯砌環片勁度有效率

(2) 修正慣用計算法

考慮接縫效應之彎曲勁度折減，即環狀體之彎曲勁度為 ( 彎曲勁度之有效率，

) 。再考慮接縫交錯配置之環間彎矩分配，採折減後之彎曲勁度 η ． EI 計算所得之

斷面力 (M 、 N 、 Q) 中，考慮彎矩 M 提昇率 ，再分配予前後相鄰環狀體，

因此設計彎矩採 ，詳圖 3.4 。

彎曲力矩之提昇率

相鄰襯砌環片彎曲力矩

圖中 M1 係因襯砌環片接縫之拼接組合所造成之彎矩勁度折減以 值表示。 M 2 係因襯砌環

片前後交錯配置所造成之潛盾隧道整体彎矩能力提高，反應於設計彎矩之提昇率 值上。此方

法雖已修正前述彎曲勁度不折減之方法，但實務上 、 值之大小仍無法由理論分析確實掌

握，目前皆採經驗或全尺度環片組立試驗結果推估 ( 一般採 、

) ，惟設計上仍以慣用計算法即 、 較常採用。

A 襯砌環片斷面受力計算法

a 襯砌環片斷面受力計算時，應考慮因接頭存在彎曲勁度之有效率 ( ) 與因互相錯開排列之彎

曲力提昇率 ( )

b 設計用斷面力，應以計算上所得之正與負最大彎曲力矩與其位置之軸力組合者為原則。

修正慣用計算法 及 之取值範圍，根據作用於襯砌環片之諸荷重差異可分類如表 3.3 及 3.4

所示。

c. 慣用設計法襯砌環片斷面應力計算公式，如表 3.5 所示。

3.3 3.3 3.3 3.3 多鉸接系統模式多鉸接系統模式多鉸接系統模式多鉸接系統模式

以鉸接系統模擬環向接縫 ( 同一環狀體之片與片間之接縫 ) 之方法。由於本鉸接系統屬不穩定

結構，必須由周圍地層提供相當程度之反力才可維持結構穩定，因此，較廣泛應用在英國、蘇聯

等歐洲國家之良好地層條件。由於台灣及日本之潛盾工法大都應用於軟弱地層，在環片組立過程

中、或剛脫離盾尾時，即使施工中已採用真圓維持器等輔助措施，惟因地層尚無法及時提供地盤

反力，致環狀體仍有產生較大彎矩之疑慮。因此，多鉸接系統模式較不適用於軟弱地層。

3.4 3.4 3.4 3.4 樑樑樑樑 ---- 旋轉彈簧模式旋轉彈簧模式旋轉彈簧模式旋轉彈簧模式

以「樑」模擬環片主體、以「旋轉彈簧」模擬環向接縫，可同時考慮相鄰兩環以上之樑 - 旋轉

彈簧模式之方法，如僅考慮相鄰兩環時，即所謂「雙環模式」。針對接縫效應，本方法為兼具上

述 3.2 及 3.3 模式特點之折衷方法，當旋轉彈簧模數取無限大時，則等同上述 3.2 之方法，當

旋轉彈簧模數取零時，則等同上述 3.3 之方法。

3.5 3.5 3.5 3.5 載重與地層合併考量之分析模式載重與地層合併考量之分析模式載重與地層合併考量之分析模式載重與地層合併考量之分析模式

載重與地層合併考量之分析模式，雖較麻煩且耗時，惟最近電腦科技之進展迅速，早期因工具限

制而難以考慮之襯砌環片與地層合併考慮之有限元素法 (FEM) 數值分析模式，目前可利用

ABAQUS 、 ANSYS 、 PLAXIS 、 FLAC 或其他等經多方驗證之專業軟體，在分析計算上已

不是件難事。

(1) 有限元素法數值分析計算基本假設

A. 潛盾隧道係屬長條形結構，沿著隧道前進方向之應變幾乎為零，故可按考慮二維平面應變問

題 (2 dimentional plane strain) 進行分析計算。

B. 由於隧道襯砌環片係以螺栓連接時，進行有限元素法數值分析計算時，襯砌之勁度應有適當

的修正，可參照如 Muir Wood (1975) 提出之等值剛性法 ( 折減 I 值，詳如 6.3 節 ) ，評估環

片之真實勁度。

C. 地層之應力 - 應變組成律模式為理想彈塑性 (perfect-plasticity)

D. 地層材料降伏準則：莫耳 - 庫倫 (Mohr-Coulomb) 或其它降伏準則，如 Drucker-Prager ，

modified Cam-clay.. 等。

(2) 土層參數選取

土層分佈可能沿隧道而變化，可加以適當之簡化，但應具備充分之代表性。

土層參數選取係根據現地地質調查、現地試驗、實驗室試驗結果以及經驗公式等，由有經驗工程

師綜合判斷後給出有限元素法數值分析計算時所需參數，常用之估算公式如下：

剪力模數 (G) 及體積變形模數 (B) ，則待彈性模數決定後，根據如下之彈性力學理論公式，可

推求得剪力模數及體積變形模數。

剪力模數 ; 體積變形模數

常用彈性模數估算公式詳表 3.6 ，柏松比 ( ) 範圍如表 3.7 所示。

表表表表 3.3 3.3 3.3 3.3 襯砌環片環襯砌環片環襯砌環片環襯砌環片環 及及及及 取值範圍取值範圍取值範圍取值範圍

力學的分類 依荷重差異之分類 依襯砌環片構造分類

所有外力均為已知

、

地盤反力大小為未知

、 剛性一致之襯砌環片

地盤反力之大小為未知

考慮實驗所求之 、 ( 詳如

表 6.2.4)

多鉸接系襯砌環片 地盤反力之大小為未知 襯砌環片接頭視為鉸接

具有旋轉彈簧之襯砌環片 地盤反力大小為未知 襯砌環片接頭視為旋轉彈簧

表表表表 3.4 3.4 3.4 3.4 試驗室所得之試驗室所得之試驗室所得之試驗室所得之 與與與與 關係關係關係關係

襯砌環片 接頭構造

A 型 0.1~0.3 0.5~0.7 平板形鋼筋混凝土襯砌環

片

栓榫 [ 註

(1)] B 型 (0.3~0.5) (0.3~0.6)

箱形鋼筋混凝土襯砌環片 螺栓

球狀石墨碳鑄鐵襯砌環片 螺栓 0.5~0.7 0.1~0.3

註 (1) ：當 變小， 就有增加之傾向。

表表表表 3.5 3.5 3.5 3.5 慣用設計法襯砌環片斷面應力慣用設計法襯砌環片斷面應力慣用設計法襯砌環片斷面應力慣用設計法襯砌環片斷面應力計算公式計算公式計算公式計算公式

荷重型式 彎 矩 軸 力 剪 力

垂直荷重

水平荷重

水平三角形荷重

水平地盤

反力

自 重

(g)

表表表表 3.6 3.6 3.6 3.6 常用彈性模數估算公式常用彈性模數估算公式常用彈性模數估算公式常用彈性模數估算公式

地層性質 公式

粘土或沉泥

沉泥或砂質砂土

粘土常用公式

其中

四捨五入至 10 之最近倍數

飽和砂土

正常壓密砂土

過壓密砂土

粘土質砂

沉泥，砂質沉泥或粘土質沉泥

軟弱粘土或粘土質沉泥

表表表表 3.73.73.73.7 柏松比柏松比柏松比柏松比 (ν) (ν) (ν) (ν) 範圍範圍範圍範圍

(3) 土層凝聚力 (c) 及內摩擦角 ( )

根據試驗室所得結果取值

(4) 襯砌環片支撐材料設計參數

潛盾隧道襯砌環片一般採用鋼筋混凝土結構支撐，其材料設計參數如下所示。如果使用內撐以補

強先行開挖之隧道，內撐結構應併入分析模式考慮。

A. 混凝土材料性質

單位重 28 天抗壓強度

彈性模數 柏松比

B. 鋼筋

高拉力鋼筋 (G60) 中碳鋼筋 (G40)

(5) 襯砌環片設計載重

A. 呆重 D

包括襯砌環片自重及潛盾隧道開挖解壓所造成之地層壓力載重。

B. 活載重 L 及地表超載

包括地表車行活載重及捷運電聯車活載重。地表車輛載重可參考交通部所頒「公路橋梁設計規範」

有關箱涵之規定，捷運電聯車活載重可參考捷運局所頒佈之相關設計規範。

C. 水壓力

潛盾隧道開挖時為取得較大之環片襯砌受力，需取低水位即於地表下，進行數值分析計算。

D. 地震力

地下結構物之耐震設計與一般地面結構物不盡相同。地面結構物受地震作用之設計考量，一般依

上述外加水平向外力模式考慮；而地下結構物之耐震設計則以地盤受地震波作用下，因地盤之變

位而引起地下結構物隨地盤變位而產生之應力及應變而加以設計。一般地下結構物之變位，很接

近假設地下結構物不存在時地盤之變位，即所謂自由場之變位，以剪切變位傾角 (racking angle)

表示，結構物與地盤之作用力等於使地下結構物產生變位之力，即傳統地下結構物受地震作用影

響之設計方式。地震所引起之土層剪切變位傾角為

其中 I 為重要係數， Vmax 為地表運動最大速度 ( ) ， Cse 為隧道所在位置地震之剪

力波速， Cse 應依量測值而定，若無量測值，下列經驗公式可用來決定地震剪力波速 ( )

適用於凝聚性土壤； 適用於無凝聚性土壤；

地表運動最大速度 Vmax ( )

根據台北捷運工程局土木工程設計手冊之地表運動設計波譜，地表運動最大速度，詳如表 3.8 。

一般剪切變位傾角 (racking angle) 值介於 0.002~0.005 間

表表表表 3.8 3.8 3.8 3.8 台北盆地地表最大運動台北盆地地表最大運動台北盆地地表最大運動台北盆地地表最大運動速度範圍速度範圍速度範圍速度範圍

3.6 3.6 3.6 3.6 潛盾隧道開挖施工順序數值模擬潛盾隧道開挖施工順序數值模擬潛盾隧道開挖施工順序數值模擬潛盾隧道開挖施工順序數值模擬

(1) 初始應力場

在潛盾隧道開挖前，土層已存有初始應力場，其與自重、地下水、地貌及地層構造運動有關，初

始應力係由土層自重產生，即

垂直應力 水平應力

式中

：土層單位重 ;H ：覆蓋土層深度 ：側向土壓力係數，詳表 3.9 。

表表表表 3.9 3.9 3.9 3.9 側向土壓力係數範圍側向土壓力係數範圍側向土壓力係數範圍側向土壓力係數範圍

(2) 潛盾隧道開挖

潛盾隧道係屬全斷面開挖，有限元素法分析計算時亦應配合實際開挖狀況進行數值模擬。由於現

場潛盾隧道實際施工前進面係採壓力平衡方式，因此地下水位以下潛盾隧道開挖之前進面沒有內

水壓抵抗，數值模擬時需定義開挖前進面之水壓為零，以求得較為保守之環片襯砌受力。

(3) 土體漏失率

計算襯砌環片受力時之漏失率考量潛盾隧道襯砌受力與開挖過程之土體漏失率有關，土體漏失率

愈大，地表沉陷將愈大，但由於有土體漏失引致之地層變位發生，相當於地層應力得到釋放，襯

砌環片受力反而會減少。因此計算襯砌環片受力時，可考慮開挖過程土體在沒有漏失情況進行數

值分析計算，以求得較為保守之環片襯砌受力進行設計。

(4) 計算地表沉陷之土體漏失率考量

潛盾隧道開挖過程之盾尾間隙係影響地表沉陷大小及分佈範圍的主要原因詳圖 3.5 ，盾尾間隙

大小與隧道開挖過程之土體漏失率有一致關係。根據 Peck (1969) 研究顯示，施工條件及土層性

質對應可能之土層漏失體積比，如表 3.10 所示。由於都會區潛盾隧道開挖不允許有較大地表變

位發生以免損害既有建物，因此目前國內潛盾隧道開挖考慮盾尾間隙之影響約為 7~8cm ，進行

地表沉陷對既有建物之影響。盾尾間隙變位 7~8cm 對應於之土體漏失率視土層性質而定，一般

約為 3% 左右。

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四四四四、、、、環片襯砌及接頭設計環片襯砌及接頭設計環片襯砌及接頭設計環片襯砌及接頭設計

(1) 主要鋼筋設計

依據應力分析的結果，以 ” 柱 ” 設計方法進行主要鋼筋及剪力鋼筋設計，依 ACI 規範檢核

裂縫寬度，設計流程如表 4.1 。

(2) 施工載重檢核

環片從生產脫模後到工地組合完成以至脫離潛盾機尾，其間將分別承受搬運、堆置、千斤頂推力、

背填灌漿壓力等施工載重，須逐項針對細部加以核算如表 4.2 。

(3) 接頭止水凹槽設計

環片接頭止水設計要兼顧施工初期之立即性及長期之耐久性，故須檢核凹槽容量 Am 及止水材

料體積 A sw ，並依止水材料之特性曲線求得壓應力 σSW 以判別是否可抵抗設計水壓力

σW ，檢核流程如表 4.3 。

表表表表 4.1 4.1 4.1 4.1 環片鋼筋設計流程環片鋼筋設計流程環片鋼筋設計流程環片鋼筋設計流程

表表表表 4.2 4.2 4.2 4.2 施工載重檢核流程施工載重檢核流程施工載重檢核流程施工載重檢核流程

表表表表 4.2 4.2 4.2 4.2 施工載重檢核流程施工載重檢核流程施工載重檢核流程施工載重檢核流程

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五五五五、、、、應用實例應用實例應用實例應用實例

捷運潛盾雙孔隧道之土層參數如表 5.1 ，分析剖面條件如下：

覆土深： 24.2m 隧道內徑： 5.6m

隧道間距： 11.5m 地表交通荷重： 50kN/m 2

隧道內列車輪重： 30kN

表表表表 5.1 5.1 5.1 5.1 地層參數地層參數地層參數地層參數

長期地下水面位於地表面下 3.0 公尺

隧道襯砌採用 25cm 厚、 100cm 寬之預鑄混凝土環片，每環由六片 ( 包含 K 型 ) 環片組成，

混凝土及鋼筋之材料參數如下：

(1) 混凝土

單位重： 28 天抗壓強度 :

彈性模數： 柏松比 (Poisson's ratio) ：

(2) 鋼筋

高拉力 鋼筋： (SD42)

中碳鋼 筋： (SD28) ：

依 3.5 節所述方法計算得變位傾角 Δ=0.00226

【環片 有效 深度折減計算】

環片以螺栓組合，分析時輸入之環片厚度 d 1 及彈性模數 E 1 須予修正，其計算方式如下：

依據 Erdmann J. 之理論計算軸力 N ： N=(N top +N ben )/2

N top =

N ben =

N ：環片平均軸力 E k ：土體彈性模數

R ：隧道半徑 ( 至環片中心線 ) F ：環片截面積

H ：覆土深度

γ ：土壤單位重 γ' ：土壤單位重 ( 水中 )

S ：地表或鄰近結構物載重 H w ：起拱線以上之地下水位高度

接頭有效深度計算 ( 圖 5.1) ：

圖圖圖圖 5.1 5.1 5.1 5.1 環片接頭有效深度環片接頭有效深度環片接頭有效深度環片接頭有效深度

由 (1) 至 (2) 多次疊代計算可得正確接頭深度 a=X ，代入 Muir Wood 公式求 d 1 及 E 1 ：

Ie =Ij + I(4/n) 2 = b [a 3 +d 3 (4/n) 2 ] /12

E d b =E 1 d 1 b E 1 = E d / d 1

E Ie = E 1 (d 1 3 b/12)

d 1 =

Ie ：有效慣性矩 Ij ：接頭處之慣性矩

I ：環片本體之慣性矩

n ：一環之環片數目 (K 片不計 ) ，且 n ＞ 4

a ：接頭深度 b ：環片寬度

d ：環片厚度 E ：環片彈性模數

d 1 ：修正後之環片厚度 E 1 ：修正後之環片彈性模數

依上述方法計算得本例之環片厚度 d 1 及彈性模數 E 1 ：

d 1 =21.6 cm E 1 =3.68×10 7 kN/m 2

本斷面分析使用 FEM 程式〝 PLAXIS 〞，分析網格如圖 5.2 ，鋼筋設計則採強度設計法。

【載重模式及邊界條件】

分析過程施加各種載重之型式如圖 5.3 及 5.4 所示，邊界條件詳見圖 5.5 及 5.6 。

【【【【分析結果應力圖分析結果應力圖分析結果應力圖分析結果應力圖】】】】 ( ( ( ( 非地震狀況非地震狀況非地震狀況非地震狀況 ) ) ) )

圖圖圖圖 5.7 5.7 5.7 5.7 應力分佈等值圖應力分佈等值圖應力分佈等值圖應力分佈等值圖 圖圖圖圖 5.8 5.8 5.8 5.8 變位分佈等值圖變位分佈等值圖變位分佈等值圖變位分佈等值圖

圖圖圖圖 5.9 5.9 5.9 5.9 隧道襯砌內空變位圖隧道襯砌內空變位圖隧道襯砌內空變位圖隧道襯砌內空變位圖 圖圖圖圖 5.10 5.10 5.10 5.10 襯砌軸力圖襯砌軸力圖襯砌軸力圖襯砌軸力圖

圖圖圖圖 5.11 5.11 5.11 5.11 襯砌剪力圖襯砌剪力圖襯砌剪力圖襯砌剪力圖 圖圖圖圖 5.12 5.12 5.12 5.12 襯砌彎矩圖襯砌彎矩圖襯砌彎矩圖襯砌彎矩圖

…………………………………………………………………………………………

【載重組合】

(1) 1.4D+1.7L (2) 0.75(1.4D+1.7L+1.87E)

D ：包含自重、土壓力、水壓力所引起之環片應力

L ：地表車輛、隧道內列車活載重所引起之環片應力

E ：地震力所引起之環片應力

【環片鋼筋設計】

環片鋼筋採柱設計方式，將載重組合結果 ( 考慮組

裝誤差 1cm 所造成的額外彎矩 ) 點繪於軸力 P(t)-

彎矩 M(t-m) 交互影響圖如圖 5.13 。

由交 互影響圖可得設計之軸力及彎矩為：

Mu =119t-m

Pu =14.7t

鋼筋採柱設計法如下：

環片寬 b =100cm 環片全深 h =25cm

有效深度 d =21cm 鋼筋保護層 d' =4cm

混凝土強度 fc' =450 kg/cm 2 鋼筋降伏強度 fy =4200 kg/cm 2

混凝土極限應變 εc =0.003 鋼筋彈性模數 Es=2.04×10 6 kg/cm 2

β1 =0.85-0.05(fc'-280)/70 =0.729 =0.7

Pn = Pu/ =170.0 t Mn = Mu/ =21.0 t-m

e = Mu/Pu =12.35 cm > e min = 0.1 h =2.5 cm (column design)

X b =ε cd / ( f y /Es+0.003 ) =12.45 cm P b =0.85 fc'β 1 X b b =347.1 t > Pn 拉力控制

Xc =ε cd ' / (ε c -fy/Es ) =12.75 cm

Pc =0.85 fc'β 1 X c b =355.3 t > Pn ( fs' < fy ；拉力控制，但壓力筋未降伏 )

中立軸方程式： -1.95x 3 -153.4x 2 +815x+1600=0 x =6.44 cm

fs' =ε c Es ( 1- d' / x ) =2318 kg/cm 2

所需鋼筋量 Asr =(Pn-0.85fc'β 1 bx)/(fs'-fy)=5.02 cm 2

斷面鋼筋比

_______________________________________________________________________________

ρ = 0.004 ＜ ρ min = 0.01 取 ρ =0.01 (As) min =25 cm 2

使用 10-D19 ， As = As' = 14.25 cm 2 OK! 《剪力鋼筋》 d = 21 cm

ψVc= =201kN

Vu = 93kN ＜ ψVc 可使用最小剪力筋

採用 4-D10 鋼筋

S = = 22.7 cm 取 S=20cm

【裂縫檢核】

fs = 0.6f y = 2520 kg/cm 2

d c = 主筋中心至同側混凝土 邊緣距離 = 4.95 cm

n = 主筋個數 = 5 , b = 100 cm

A = 2d c b/n = 198 cm 2 Z = 25031 kN/m < 26000 kN/m ok ！

【環片施工載重檢核】

(1)堆置

預鑄環片可能堆置方式如圖 5.14 所示：

單位角度之環片重 =π(3.052-2.82)×24×1/360 = 0.306 kN/ degree

各型環片重：

K 型 = 0.306×15 = 4.59 kN B 型 = 0.306×64.5 = 19.74 kN A 型 = 0.306×72 = 22.03 kN

換算為均佈載重：

w = 19.74/(2π×2.8×64.5/360) = 6.27 kN/m

B1 環片應力：

L = 2π×2.94×64.5/360 = 3.31m

P = 4.59/2 =2.3 kN

Mp = P×L/3 = 2.4 kN-m Mw = wL/8 = 2.47 kN-m M max = Mp+ Mw = 4.87 kN-m

A3 環片應力：

P = ( 4.59 + 19.74×2 + 22.03×2 )/ 2 = 44.1 kN

M max = -44.1×0.97-6.27/2× (0.18+0.97) 2 = -46.9 kN-m

V max =44.1+6.27×(0.18+0.97) = 51.3 kN

M max < Mu OK ！ V max < Vu OK ！

(2)搬運

搬運時一般以吊索懸掛移動，其方式如圖 5.15 所示：

圖圖圖圖 5.15 5.15 5.15 5.15 環片搬運方式環片搬運方式環片搬運方式環片搬運方式

模擬環片之受力情形如下：

L = 2π×2.8×(72/360) = 3.52 m w =6.27 kN/m

M max = (6.27×3.522)/8 = 9.7 kN-m < Mu OK ！

(3)潛盾機千斤頂推力，如圖 5.16 。

圖圖圖圖 5.16 5.16 5.16 5.16 潛盾機千斤頂潛盾機千斤頂潛盾機千斤頂潛盾機千斤頂

潛盾機千斤頂個數 = 28 個 每個千斤頂推力 = 180 t

假設偏心距 e = 0.025 m 千斤頂 - 環片周向接觸長度

Bs = 2π×2.925/22 = 0.835 m/ 個

環片之受力面積 A = 0.25×0.835 = 0.209 m 2

壓應力 = 9129 kN/m 2

混凝土承壓強度 σc =φ(0.85fc')= 0.7×0.85×45000 =26775kN/m 2 >σ OK ！

(4)環片螺栓槽孔之補強筋

(a) 周向螺栓槽

承壓面積 A = (0.1+0.2)×0.1 / 2 = 0.015 m 2

總力 Vn =σA=9129 kN/m 2 ×0.015=137 kN

A vf = = = 4.11 cm 2

使用 2-D13 四邊形鋼筋 As = 5.08 cm 2

(b) 徑向螺栓槽

最大軸力 P=1620kN 承壓面積 A =14.1×100 =1410 cm 2

壓應力 σ=P / A=115 kg/cm 2 螺栓槽受力面積 A 1 = (10+20)×10 / 2 = 150 cm 2

總力 Vn =σA 1 =115kg/m 2 ×150cm 2 =172.5 kN

A vf = = = 5.18 cm 2

使用 2-D16 四邊形鋼筋 As = 7.92 cm 2

(c) 弧形螺栓孔

弧形螺栓栓緊過程中，扭矩 T(kg-m) 與螺栓軸力 N (kgf) 呈以下關係：T = k × d × N /1000

其中

k = 扭矩係數，一般取 0.15 d = 螺栓直徑 (mm) ，本例採用 22 mm

本項檢核使用扭矩值為 T = 40 kg-m

12121 kg

螺栓對混凝土之總壓力 2P = 2 × N × sin37° = 14589 kg

剪力摩擦筋： A vf = = = 4.96 cm 2

使用 1-D19 V 形鋼筋 As = 5.7 cm 2

(5)K 型環片螺栓孔之剪力筋

單位面積壓應力 σ= 9129 kN/m 2

受力面積 A = (0.37 + 0.25)×0.1 / 2 = 0.031 m 2 斷面剪力 Vn = A×σ = 283 kN

剪力摩擦筋： A vf = = = 8.5 cm 2

使用 4-D13 四邊形箍筋 As = 10.16 cm 2

(6) 背填灌漿壓力

以結構分析程式 STAAD-III 計算單孔及雙孔灌漿時環片承受的應力，以瞭解原設計是否足以應

付該灌漿壓力。

灌漿壓力之分佈如圖 5.19 所示。 分析模式：

分析結果： Pu' = 1050kN ＜ Pu Mu' = 84kN-m ＜ Mu

grout ＜ OK ！ Vu' = 205.6 kN ≒ Vc OK!

(7) 環片組裝階段螺栓之檢核

環片組裝階段螺栓受力情形如圖 5.19 ：

環片重 W = 1.0×3.68×0.25×2.4 = 2.208 t

MF = 0 → 每支螺栓承受拉力 P

P = (2.208×0.5÷0.125)÷2 = 4.416 t

ASTM A307 材料最小拉力強度為 4150kg/cm 2

每支 22 ∮ 螺栓拉力強度

T = 4150×(π×2.22/4)/1000 = 15.78 t T > P ok!

【 環片接頭設計】

接頭凹槽及止水材質佈設如下圖

假設：最大張開量為 2mm 最大錯開量為 2mm

設計水壓

最大壓縮率 OK!

止水材斷面積

凹槽斷面積 OK!

由止水材之特性曲線 ( 材料供應商提供 ) 求得達到最大張開量及最大錯開量時，止水材之壓縮

應力：

OK!

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一一一一、、、、前言前言前言前言

自 Bell 於 1870 年發明電話後， 電信網路歷經人工交換，電路交換發展至現今的 SDH 、 ATM

網路；電腦網路 最初則以 Modem 結合 電信銅纜的 X.25 分封交換 發展至現今的 IP 網路 。

長久以來，如何結合 電信網路與電腦網路的技術，取其兩者的優點，一直是通信業界的重要課

題！ IP 和 ATM 曾經是兩個互相對立的技術，各個 IP 設備製造商和 ATM 設備製造商都曾努

力想吃掉對方，期望 IP 一統天下，或期望 ATM 一家獨秀，但是最終是這兩種技術的融合，那

就是 MPLS 技術的誕生！ MPLS 技術結合了 IP 信令簡單和 ATM 交換高效率的優點！

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二二二二、、、、 IP IP IP IP 對對對對 ATM ATM ATM ATM 的挑戰的挑戰的挑戰的挑戰

傳統的 IP 路由器複雜的路由計算和封包轉發導致速度無法滿足 Internet 需求， ATM 應運而

生。但 IP 技術在近幾年來在頻寬及應用上發展迅速，例如 Giga Ethernet 的崛起， 語音、數據、

視訊等不同訊務的傳輸應用。因此有人做出結論：未來的寬頻網路將是 IP 的天下， ATM 技術

前景黯淡，將逐步走向沒落。在此種情況下，如何看待 ATM 技術呢？

傳統 電信網路技術 是 SDH 、 ATM 而不是 IP ，既然 IP 技術 已經成為通信業務的主流，

為什麼不能按照 IP 業務的需求來重新優化設計 電信網路 呢 ? 以 網路 的分層結構來看，

ATM 位于 IP 和實體層之間，目前在 WAN 主要採用 SDH 作為實體層， ATM 用來承載各種

業務，使用 IP 技術的數據只是其中之一，其他的業務是直接運行在 ATM 之上而不通過像 IP

這樣的的網路層， ATM 以往是各種業務的核心，即使 ATM 傳送 IP 封包的效率不高，但其支

持不同訊務的能力已足以使其受到電信服務商的青睞。

可是，今天的情況發生了變化， IP 成為各種業務的核心，數據、語音和視訊業務都可由 IP 來承載。既

然如此，為什麼還需要在 IP 和 SDH 之間加入一個 ATM 呢 ? ，特別是當數據的業務量超過語音和視訊

的業務量時。

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三三三三、、、、 IP IP IP IP 與與與與 ATM ATM ATM ATM 相結合的技術相結合的技術相結合的技術相結合的技術———— MPLS ( MPLS ( MPLS ( MPLS ( 多協定標籤交多協定標籤交多協定標籤交多協定標籤交換換換換 ) ) ) )

雖然， ATM 面臨 IP 的諸多 挑戰 ，，，， 但目前 ATM 仍然是 WAN 的主要選擇，原因主要是在

可擴展性、可維護性、 QoS 、容錯性、流量控制等方面， ATM 優勢很多，普遍看好的解?方

案是使 ATM 與 IP 相結合而應用於 WAN ，使用 ATM 技術來承載 IP ，這種方法可以綜合

利用二者的長處。 IP 與 ATM 技術相結合的難處在於二者不同的連接技術、尋址方式、位址結

構等。在目前， IP 與 ATM 相?合的技術有： RFC1483 、 RFC1577 、 ATM Forum 定義的

LANE 、 ATM Forum 定義的 MPOA ，尤其是 IETF 考慮制定的 多協定標籤交換

( Multi-Protocol Label Switching ， MPLS) ，它提出了一種將 Layer 3 訊務 ( 如 IP) 映射到 Layer

2( 如 ATM 和 Frame Relay 這樣的交換式網路 ) 的方法。當 ATM 網路設備引入 MPLS 功能

後，將同時支援 IP 業務和其他 ATM 業務。

IP 設備和 ATM 設備廠商實現 MPLS 技術是在各自原來的基礎上做的，對於 IP 設備商，它修

改了原來 IP 封包是直接封裝在 Layer 2 碼框 中的規範，而是在二層和三層封包頭之間插了一

個標籤 (Label) ；而 ATM 設備製造商利用了原來 ATM 交換機上的 VPI/VCI 的概念，在使用

Label 來代替了 VPI/CVI ，當然 ATM 交換機上還必需修改信令控制部分，轉而載入路由通訊

協定， ATM 交換使用了路由通訊協定來和其他設備交換三層的路由資訊。

MPLS 是整合式的 IP Over ATM 技術，即在 Frame Relay 及 ATM Switch 上結合路由功能， 封包 通過虛

擬電路來轉送，只須在 OSI Layer 2 （數據鏈結層）執行硬體式交換（取代 Layer 3 （網路層）軟體式

routing ），它整合了 IP 選徑與 Layer 2 的標籤 交換為單一的系統，因此可以解決 Internet 路由的問題，

使封包轉送的延遲時間減短，增加網路傳輸的速度，更適合多媒體訊息的轉送。因此， MPLS 最大技術特

色為可以指定封包轉送的先後順序。 MPLS 使用 標籤 交換（ Label Switching ），網路路由器只需要判

別 標籤 後即可進行轉送處理。 MPLS 的運作原理是提供每個 IP 封包 一個 標籤 ，並由此決定封包的

路徑以及優先權。與 MPLS 相容的路由器（ Router ），在將封包轉送到其路徑前，僅讀取封包 標籤 ，

無須讀取每個封包的 IP 位址以及標頭（因此網路速度便會加快），然後將所轉送的封包置於 Frame Relay

或 ATM 的虛擬電路上，並迅速將封包轉送至終點的路由器，進而減少封包的延遲，同時由 Frame Relay 及

ATM 交換器所提供的 QoS （ Quality of Service ）對所轉送的封包加以分級，因而大幅提昇網路服務品質

提供更多樣化的服務。

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四四四四、、、、 MPLS MPLS MPLS MPLS 的名詞及傳遞方式的名詞及傳遞方式的名詞及傳遞方式的名詞及傳遞方式

MPLS 標籤 表示路徑和業務的屬性，在入口的邊緣、流入的封包被處理做上 標籤 ，位於核心

的設備僅僅讀這些 標籤 ，賦於適當的業務，然後根據 標籤 轉發這些封包，對這些封包的分析、

分類和過濾只發生一次，是在進入邊緣設備時，經過出口的邊緣設備時， 標籤 被移去，封包轉

發到最終目的地。

1. 1. 1. 1. 以下是一些以下是一些以下是一些以下是一些 MPLS MPLS MPLS MPLS 的名詞的名詞的名詞的名詞

標籤 交換路由器 (LSR) ：核心設備，根據已計算好的交換表，交換被加上 標籤 的封包，這個

設備可為交換機或路由器。

標籤 ：是一個封包頭， LSR 用它來轉發數據， 標頭 的格式是由網路性質決定的，在路由器

網路， 標籤 是一隔離的、 32 位的頭，在 ATM 網路中， 標籤 被放到 VPI/VCI 的封包頭，

在網路核心， LSR 唯讀 標籤 ，不讀網路層的封包頭， MPLS 具有擴展性的關鍵一點是 標籤

僅局限於兩個互相通訊的設備。

邊緣 標籤 交換路由器 ( 邊緣 LSR) ：邊緣設備進行封包初始的處理分類，加上第一個 標籤 ，

這個設備可以是一台路由器，或是一台具有路由功能的交換機。

標籤 交換路徑 (LSP) ：點到點的路徑是根據被分配的所有 標籤 決定的。一個 LSP 可是動態

的也可以是靜態的，動態 LSP 是通過路由資訊自動產生，靜態 LSP 是被明確提供的。

標籤 虛擬電路 (LVC) ： LSP 是在 ATM 的傳輸層實施的，是基於 hop-by-hop 的連接方式，

與 ATM 虛擬電路 (VC) 不同， LVC 不是點到點的實施，這樣避免浪費大量頻寬。

標籤 分發通訊協定 (LDP) ：在 LSR 中進行 標籤 的交流及資訊的傳遞，它在邊緣及核心設備

分發 標籤 ，基於路由通訊協定 OSPF 、 IS-IS 、 RIP 、 EIGRP 或 BGP ，建立 標籤 交換

路徑。

2. 2. 2. 2. 一個封包怎樣在具有一個封包怎樣在具有一個封包怎樣在具有一個封包怎樣在具有 MPLS MPLS MPLS MPLS 功能的網路中傳遞功能的網路中傳遞功能的網路中傳遞功能的網路中傳遞

Step1 ：網路可自動產生路由表，因為路由器或 ATM 交換機可參與內部通訊閘通訊協定如

OSPF/ISIS 資訊交換。 LDP 使用路由表中的資訊去建立相鄰設備的 標籤 值，這個標準建立了

LSP ，預先設定了與最終目的地之間的對應關係，不像 ATM PVC 電路，需要人工設定

VPI/VCI ， MPLS 的標記是自動分配的。

Step2 ：一個封包進入邊緣 LSP 時，它會被處理，決定需要哪種第三層的業務，例如 QoS 和頻

寬管理。基於路由和策略的需求，邊緣 LSR 有選擇地放入一個 標籤 到封包頭中，然後轉發。

Step3 ：位於網路核心的 LSR 讀每一個封包的 標籤 ，並根據交換表取代一個新的，然後。這

個動作將會在所有中心設備中重複。

Step4 ：在出口邊緣的 LSR ，除去 標籤 ，讀封包頭，將其轉發到最終目的地。

對於 IP 商業服務， MPLS 最顯著的好處在於能夠分配 標籤 ，不同的 標籤 可以區分路

由資訊、應用型式和業務級別。 MPLS 標籤 類似預先計算好的交換表，並含有第三層資訊，允

許每個交換機自動將每個封包賦與正確的 IP 服務，表是預先計算的，因此沒有必要在每一跳都

重新處理封包，這樣不僅僅使數據流量分類成為可能， MPLS 還可提供高擴展性。

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五五五五 、、、、國內國內國內國內 MPLS MPLS MPLS MPLS 的應用實例的應用實例的應用實例的應用實例：：：：

目前國內已有 MPLS 應用於 VPN 的企業網路服務，下圖為國內知名 ISP 業者─Seednet 的服務架

構， MPLS VPN 將語音、數據、傳

真、視訊傳輸與網路通訊整合，除

了將企業的網路頻寬作最大效益的

配置和運用之外，更將以往各自獨

立的多項通訊結合在一起，節省費

用，降低整體硬體成本，並同時提

供了企業在各營運基地之間快速、

安全的即時溝通服務。

1. MPLS VPN 1. MPLS VPN 1. MPLS VPN 1. MPLS VPN 服務架構服務架構服務架構服務架構 ：：：：

2.MPLS VPN2.MPLS VPN2.MPLS VPN2.MPLS VPN 與各種網路架構比較與各種網路架構比較與各種網路架構比較與各種網路架構比較：：：：

方案 MPLS VPN ATM 架構 IP/VPN 自建機房

VPN 建構技術 Label Switching

技術

Virtual Circuit

電路導向 IP Tunnellng 電路導向

網路架構 簡單 複雜 / 隨據點增加 複雜 / 隨據點增加 複雜 / 隨據點增加

封包傳送效率 佳 易造成 Over Head 中等 佳

安全性 高 高 中等 高

未來擴充性 高 低 中等 低

各節點設定 既有設備 / 設定簡單 ATM 設備 / 設定困難 既有設備 / 設定複雜 既有設備 / 設定複雜

建置

Full-Mesh

成本及難易

低 / 易 高 / 難 中等 / 難 高 / 難

頻寬管理機制 第二、三層 Qos 第二層 Qos 無 無

Extranet 整合 易 / 成本低 難 / 成本高 難 / 成本高 難 / 成本高

加值服務整合 彈性大 / 成本低 彈性小 / 成本高 彈性大 / 成本高 彈性大 / 成本高

3.MPLS VPN3.MPLS VPN3.MPLS VPN3.MPLS VPN 各種加值應用各種加值應用各種加值應用各種加值應用：：：：

■ 語音整合‧網路電話 ( VoIP )

■ 影音傳遞‧視訊會議 ( Video Conference )

■ 系統整合‧客戶管理 ( ERP 、 CRM )

■ 客服中心平台 ( IP Call Center )

■ 多媒體傳輸‧遠距教學 ( e-Learning )

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六六六六、、、、結語結語結語結語

綜上所述，可以清晰地看到， MPLS 整合 IP 與 ATM 技術的優點，它採用 Layer 3 的 路由機

制與 LDP 結合的方式建立路由表以及前傳表，採用 Layer 2 ATM 技術進行快速交換，為新一

代電信網路提供了優越的技術基礎，既可以達到 Layer 3 的靈活性及可擴展性，也可以達到

Layer 2 的快速交換、流量管理、安全性以及 QoS 的保障，並 整合了語音、數據、傳真、視訊

傳輸與網路通訊等不同訊務的多樣化服務，而 MPLS 技術正是滿足了未來 Internet 高速且大量

傳輸的需求，並且為相容於現在網路技術的最佳選擇。

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一一一一、、、、前言前言前言前言

CBR 值為土壤或碎石級配料與美國加州標準碎石承載力比值的百分率表示值，係用來作為路基

(Subgrade) 及基底層級配料等評估材料強度的方法之一。

CBR 值的試驗方法計有：非擾動樣品、擾動樣品及現場試驗等三種；惟第一種因取樣不易、現

已較少採用，一般設計準則係以第二種為基準，第三種之試驗條件較為嚴謹、試驗值可供參考，

但尚未列為設計時之依據，且 ASTM 已於 2002 年刪除 D4429 不再使用。

另外，如何從 CBR 的試驗值應用到設計值也是一個很重要的課題，運用統計分析立即可以打破

大多數工程人員採用「試驗平均值」作為設計 CBR 值的迷思。同時由美國 AI 或 AASHTO 等

單位所研究、發展的 R 、 K 及 M R 值與 CBR 值的換算公式或相關性圖表，也是有所限制的，

不能胡亂套用。

筆者擬針對上述各項重點事宜，作扼要式之?述及探討，希有利於從業人員佐參暨實務運用為禱。

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二二二二、、、、 試驗方法依據試驗方法依據試驗方法依據試驗方法依據

( 一 ) 室內擾動樣品

1.CNS 12382 。 2.ASTM D1883 。 3.AASHTO 193 。

( 二 ) 現場試驗： ASTM D4429-93 。 (2002 年已刪除 ASTM D4429)

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三三三三、、、、室內擾動試驗作業重點室內擾動試驗作業重點室內擾動試驗作業重點室內擾動試驗作業重點

( ( ( ( 一一一一 ) ) ) ) 試驗儀器試驗儀器試驗儀器試驗儀器

1. 貫入試驗儀之荷重計或壓力環最大承載力須達 10000 磅 、貫入速率為 1.3mm /min 。

2. 加重鉛塊每個重量為 5 ± 0.1 磅 (2.27 ± 0.04 kg ) 。

3. 墊塊尺寸為： D ＝ 150.8 ± 0.8mm ， h ＝ 61.4 ± 0.25mm 。

4. 鐵模尺寸為： D=152.4 ± 0.66mm ， h ＝ 177.8 ± 0.40mm ，延伸環片 h ＝ 51mm 。

5. 夯錘：與夯壓試驗者相同。

6. 膨脹量測用之底盤： D=149.2 ± 1.66mm ，孔洞直徑： D= 1.6mm 。

( ( ( ( 二二二二 ) ) ) ) 試驗步驟試驗步驟試驗步驟試驗步驟

1. 取樣重量：夯壓試驗用約 36 公斤、 CBR 試驗用約 21 公斤、其他一般試驗用約 3 ～ 4 公

斤，合計約為 60 公斤。若含有 No.4 號篩 ( 4.75mm ) 以上之土壤或級配料，因須採用 No.4 ～

3/4 " 之材料替代 (3/4 " ～ 2" )之材料 ，故此類之取樣重量約需 100 公斤左右。

2. 經準備妥當之樣品，要先進行土壤分類、篩分析、阿太堡及比重、含水量等基本試驗。

3. 使用標準式 AASHTO T99 、 ASTM D698 或改良式之 AASHTO T180 、 ASTM D1557 方法

進行夯壓試驗，以求取代表性樣品之最佳含水量 (OMC 值 ) 及最大乾密度 (γ dmax 值 ) 。俾

供作為 CBR 控制之機制。

4. 以最佳含水量 OMC 值準備 CBR 樣品，並以三個不同單位重 ( 每層夯打 10 、 30 及 65 下

等三種方式 ) 製作 CBR 試樣，經泡水 4 天後求出抵抗值與貫入深度關係而得 CBR 值。

5 . 進行貫入試驗前，必須記載樣品泡水 4 天後之膨脹值 ( 表面荷載最少 10 磅 ) 。

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四四四四、、、、現場試驗作業重點現場試驗作業重點現場試驗作業重點現場試驗作業重點

( ( ( ( 一一一一 ) ) ) ) 主要試驗儀器主要試驗儀器主要試驗儀器主要試驗儀器

1. 荷重計或壓力環。

2. 貫入桿及必要之配件。

3. 卡車或怪手 ( 重量要在 3.1T 或 6970 l b 以上 ) 。

( ( ( ( 二二二二 ) ) ) ) 進行現場進行現場進行現場進行現場 CBR CBR CBR CBR 試驗之限制條件試驗之限制條件試驗之限制條件試驗之限制條件

1. 現場土壤或基底層材料，其飽和度大於 80% 以上者。

2. 材料需屬於粗粒料或無塑性土壤 (N.P. 或 PI 值小於 6 者 ) ，且試驗值不受含水量影響者。

3. 施工後兩年皆未曾擾動者 (ASTM D4429-84 之規定原為三年之久。 ) 。

( ( ( ( 三三三三 )ASTM D4429 )ASTM D4429 )ASTM D4429 )ASTM D4429----93 93 93 93 之規定之規定之規定之規定

1. 不必考慮精確度。

2. 求 CBR 值時以貫入度 0.1 吋及 0.2 吋較大者為主，不必比較 0.3 吋等試驗值。

( ( ( ( 四四四四 ) ) ) ) 試驗步驟試驗步驟試驗步驟試驗步驟

1. 每一試驗點相隔距離 ：

(1) 粗粒料材料要 38 公分以上。

(2) 具塑性之土壤要 17.5 公分以上。

2. 利用卡車或怪手固定試驗儀器，並先行預壓 3 psi 再進行試驗。

3. 距試驗點 10 ～ 15 公分外，作工地密度試驗。

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

五五五五、、、、運用運用運用運用 CBR CBR CBR CBR 值之設計手冊及施工規範值之設計手冊及施工規範值之設計手冊及施工規範值之設計手冊及施工規範

( ( ( ( 一一一一 ) ) ) ) 路基土壤強度以路基土壤強度以路基土壤強度以路基土壤強度以 CBR CBR CBR CBR 表示之設計方法表示之設計方法表示之設計方法表示之設計方法

1. 美國陸軍工兵團設計方法： CBR 。

2.AI MS-1 1991 年版設計方法：以 CBR 換算為 M R 。

3.AASHTO 1993 年版設計方法：以 CBR 換算為 M R 。

4.FAA 機場道面設計方法：以 CBR 換算為 K 。

5.PCA 機場道面設計方法：以 CBR 換算為 K 。

( ( ( ( 二二二二 ) ) ) ) 舖築材料強度以舖築材料強度以舖築材料強度以舖築材料強度以 CBR CBR CBR CBR 表示之施工規範表示之施工規範表示之施工規範表示之施工規範

詳表 1 所示。

表表表表 1 1 1 1 ：：：：基底基底基底基底層級配料規定層級配料規定層級配料規定層級配料規定 C.B.R. C.B.R. C.B.R. C.B.R. 值之施工規範彙整表值之施工規範彙整表值之施工規範彙整表值之施工規範彙整表

◎ 國道新建工程局及國道高速公路局

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六六六六、、、、試驗值與設計值之統計方法暨相關規定試驗值與設計值之統計方法暨相關規定試驗值與設計值之統計方法暨相關規定試驗值與設計值之統計方法暨相關規定

( ( ( ( 一一一一 ) ) ) ) 緒言緒言緒言緒言

CBR 的試驗值和設計值，千萬不能混為一談。而鋪設路面之厚度應力求劃一，不能完全依據試

驗值而忽厚忽薄，以免施工時不易控制或徒增困擾，何況每段厚度變化過於頻繁，亦會導致路面

平坦度水準降低。因此，試驗值與設計值之意義不同，由此可見端倪；至於因應之道，除剔除特

別離譜之試驗值不予採用外，一般而言，有下列幾種統計理念或方法可據以求算出合理的 CBR

設計值。

( ( ( ( 二二二二 ) ) ) ) 統計學方法統計學方法統計學方法統計學方法

利用試驗值的平均值減去適當的標準偏差值，可採用公式 (1) 及表 2 表示之，惟需注意當此值

仍低於該工地或借土區最小試驗合理值時，應採用最小之試驗值作為設計值。

R= － t × σ -------------------------- 公式 (1)

公式 R ：代表性設計 R 值。 ：合理試驗值之平均值。

t ：詳如表 2 所列。 σ ：標準偏差值。

( ( ( ( 三三三三 ) ) ) ) 日本瀝青混凝土舖裝要綱方法日本瀝青混凝土舖裝要綱方法日本瀝青混凝土舖裝要綱方法日本瀝青混凝土舖裝要綱方法

1. 剔除偏大或偏小之試驗值

(1) 試驗值偏大時採用公式 (2) ：

γ = ＜γ (n ， 0.05) -------------------------- 公式 (2)

表表表表 2 2 2 2 ：：：：代表性設計代表性設計代表性設計代表性設計 R R R R 值和工程系統可靠度詳表值和工程系統可靠度詳表值和工程系統可靠度詳表值和工程系統可靠度詳表

(2) 試驗值偏小時採用公式 (3) ：

γ = ＜γ (n ， 0.05) ----------------------------- 公式 (3)

(3) 由公式 (2) 及公式 (3) 所得之 γ 值 ( 應同時校核 ) ，若大於表 3 中相對應之 γ 值，則應

予以剔除不用。

表表表表 3 3 3 3 ：：：：評估試驗值偏差過大而需剔除之係數表評估試驗值偏差過大而需剔除之係數表評估試驗值偏差過大而需剔除之係數表評估試驗值偏差過大而需剔除之係數表

2. 試驗值整理

如設計道路某點路基土壤為數層 ( 每層 20 公分 以上之厚度 ) 不同性質之土壤組成時，則需

求出該點自路基頂面至 1.0 公尺 深度間各層土壤之 CBR 平均值，作為該點的 CBR 代表值，

其計算方法詳公式 (4) 所示：

CBR m = ---------- 公式 (4)

式中： CBR m ：該點之 CBR 代表值。

CBR n ：該點自路基頂面下第 n 層土壤的 CBR 值。

h n ：該點自路基頂面下第 n 層土壤的厚度值 (cm) ，且 h 1 +h 2 +h 3 + ······ h n =100 。

3. 決定設計 CBR 值

一設計路段於不同地點取樣並依上述方法得到各點的 CBR 代表值後，則其所採用之設計 CBR

值可依公式 (5) 或公式 (6) 求得：

設計 CBR 值 = ----------------------------------- 公式 (5)

設計 CBR 值 = -------------- 公式 (6)

式中： ：各點的 CBR 代表值的平均值。

σ：標準偏差值。

CBR max ：各點 CBR 代表值中的最大值。 CBR min ：各點 CBR 代表值中的最小值。

d ：詳表 4 所列。惟必須將設計 CBR 求得之值的小數

點第一位降為 0.5 的級數。

4. 區間值與設計值之關係

詳表 5 所示，由表中數據可得知：選定設計值須顧及安全性，土壤之 CBR 大於 20% 時，仍

以 20% 為設計基準較宜。

表表表表 4 4 4 4 ：：：：計算設計計算設計計算設計計算設計 CBR CBR CBR CBR 值之值之值之值之 d d d d 值係數表值係數表值係數表值係數表

表表表表 5 5 5 5 ：：：： CBR CBR CBR CBR 區間值與設計值之關係表區間值與設計值之關係表區間值與設計值之關係表區間值與設計值之關係表

( ( ( ( 四四四四 ) ) ) ) 日本空港日本空港日本空港日本空港 舖裝構造設計方法舖裝構造設計方法舖裝構造設計方法舖裝構造設計方法

計算方法與公式 (6) 相同，惟表 4 所採用之 d 值須修正如表 6 所示。

表表表表 6 6 6 6 ：：：：日本空港計算設計日本空港計算設計日本空港計算設計日本空港計算設計 CBR CBR CBR CBR 值之值之值之值之 d d d d 值係數表值係數表值係數表值係數表

( ( ( ( 五五五五 ) ) ) ) 美國瀝青學會累積曲線方法美國瀝青學會累積曲線方法美國瀝青學會累積曲線方法美國瀝青學會累積曲線方法

此法係由美國瀝青學會 (Asphalt Institute) 發展而

成，乃以 M R 值為橫軸，百分率 (%) 為縱軸，

並將 M R 試驗值由小至大排列，然後取 M R 值

的最小者為 100% ，再依個數比例逐次遞減後，

分別描繪於座標上，並繪製一平滑曲線。

依據道路類別或交通量大小而決定其累積百分率

之可靠度值，以求取設計之 M R 值，詳如表 7 所

示。若續採用表 8 之範例進一步說明，則可將其

相關資料繪製成圖一，然後再求出 M R 設計值，

例如：交通量為 1.0×10 6 時，其 M R 設計值為 56.9M Pa(8250 psi) 。

表表表表 7 ：：：：交通量交通量交通量交通量、、、、累積百分率與累積百分率與累積百分率與累積百分率與 M R 設計值訂定表設計值訂定表設計值訂定表設計值訂定表

表表表表 8 8 8 8 ：：：： M R M R M R M R 試驗值與比例遞減表試驗值與比例遞減表試驗值與比例遞減表試驗值與比例遞減表

在實務上，橫軸之 M R 試驗值以 CBR 試驗值替代之，筆者業已行之有年，同時輔以多項分析、

評估方法予以歸納、比較後，才決定出 CBR 之設計值，故頗具可行性、並無窒礙難行之處。

( ( ( ( 六六六六 )AASHTO )AASHTO )AASHTO )AASHTO 相對破壞係數方法相對破壞係數方法相對破壞係數方法相對破壞係數方法

此法係由美國 AASHTO 所發展而成，從已知或評估之路基土壤現場含水量 ( 飽和量 ) 來決定

設計擬用之飽和度值，然後由飽和度與 M R 值關係圖可求出每月之 M R 代表值相當於採用的

試驗值，將此組 M R 試驗值代入圖二中，即可求得相對破壞係數 (Relative Damage Coefficient) uf

值及其平均值 f ，進而再求出設計用之 M R 值。至於其表示方法可用公式 (7) 計算之。

uf ( 或 f) = 1.18×10 8 ×M R -2.32 ------------------------------ 公式 (7)

( ( ( ( 七七七七 ) ) ) ) 相關規定暨注意事項說明相關規定暨注意事項說明相關規定暨注意事項說明相關規定暨注意事項說明

路基土壤藉由試驗值決定設計值之方法，各類規範或手冊不盡相同，致在使用時，應顧及各項不

同之規定及注意事項，以免張冠李戴或是牛頭不對馬嘴，本節茲將相關的說明列述如下：

1. 統計學方法

(1) 統計平均值若仍小於群組試驗值之最小值時，不可採用所得之統計平均值。

(2) 發生上述情況時，若試驗最小值符合不必剔除之原則，此時之設計值必須採用該試驗最小值。

(3) 不可逕行採用試驗值之平均值作為設計值。

2. 日本瀝青混凝土舖築要綱方法

(1)1994 年新版業已刪除公式 (6) 不用。

(2)CBR 值小於 3% 者需進行改良作業，改良後之土壤 CBR 值設計值以 20% 為上限。

(3) 優良土壤的 CBR 設計值亦不得超過 20% 為原則。

3. 日本空港 舖裝構造設計方法

(1)CBR 設計值需 3 2% ，否則必須置換或改良。

(2)CBR 設計值超過 12% 時，需再行校核，不可逕行採用。

(3) 路基若屬於多層舖築結構者，不可逕行將 CBR 值換算為 K 值設計之。

4. 美國瀝青學會累積曲線方法

(1) 每項工程土壤變化程度不大者，取樣 6 ～ 8 組之試驗樣品。

(2) 建立 M R v.s. CBR 及 M R v.s. R 值之換算公式 ( 詳如後所述 ) 。

5.AASHTO 相對破壞係數方法

(1) 以 CBR 值換算為 M R 值時， CBR 值需 <= 10% ，且土壤種類限定為細顆粒土壤。

(2) 以 R 值換算為 M R 值時， R 值需 <= 20 ，且土壤種類限定為細顆粒土壤。

6.FAA 機場工程設計方法 [ 文獻 (6)]

(1) 任何路基土壤的設計強度 K 值不得大於 500 pci ，超過 500 pci 者，得採用 500 pci 設計之。

(2) 若以 K 值換算為 CBR 值， K=500 pci 約相當於 CBR=50% ( 詳圖三所示 ) 。若與日本方

法相比較，顯然日本方法較為保守、偏安全。

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七七七七、、、、 CBR CBR CBR CBR 值與其他強度表示方法轉換性關係探討值與其他強度表示方法轉換性關係探討值與其他強度表示方法轉換性關係探討值與其他強度表示方法轉換性關係探討

( ( ( ( 一一一一 ) ) ) ) 概述概述概述概述

現階段用來表示土壤以及碎石級配料等材料工程強度的方式，大抵有 R 值、 K 值、 CBR 值、

M R 值等數種；早期甚至採用土壤分類法則與 GI 值，即逕行設計作業，不一而足。

因此，其所衍生的問題，造成各種方法之間的轉換公式或圖表，往往無法確認其可靠程度與合理

性，因而產生設計錯誤或瑕庛之爭議時有所聞。

本章擬以 CBR 值為主軸，個別介紹其轉換問題和限制條件，以厘清視聽。同時，若有其他強度

表示方法彼此的替代方式，亦於主軸之後一併說明之，俾利有興趣之讀者能窺得全貌。

( ( ( ( 二二二二 )CBR )CBR )CBR )CBR 值與值與值與值與 M R M R M R M R 值之關係值之關係值之關係值之關係

1.AI MS-1 及 AI RR-82 [ 文獻 (8) 、 (9)] 研究

成果以英制為主，其相關係數自 750 至 3000 均

屬合理之範圍 ( 詳圖四所示 ) ，一般公式則以

1500 表示 [ 詳公式 (8) 所示 ] 。唯並未設定土

壤種類或限制條件。

M R (psi) = 1500 × CBR ---------------------------- 公

式 (8)

2.AASHTO 設計手冊規定 [ 文獻 (10)]

CBR 與 M R 值相關係數仍為 750 至 3000 ，

參考公式亦為公式 (8) ，但 AASHTO 加列其適

用性條件為： CBR <= 10% 且路基土壤係細顆粒

土壤方可採用之。

3. 文獻 (11) 研究成果

筆者就讀碩士學位期間，於 1987 年完成針對台

灣本省具代表性之區域，選擇六處進行採樣及試

驗工作，獲致 CBR 與 M R 值相關係數自 790

～ 2100 之初步成果，公式 (8)之 1500 係數值

亦建議改採 1200 或 1300 較恰當 ( 相關結果

詳參閱圖五所示 ) 。

經過筆者將近十五年的實務印證及工程試驗資料佐證， 1200 ～ 1300 之係數值頗具成效，使得

CBR v.s. M R 的轉換性有高度的信賴水準。亦顯示並表達了工程材料進行研究的必要性以及重要

程度；否則無法達到本土化之目的。

4. 文獻 (12) 工程實務成果

本工程司於 1992 ～ 1993 年針對台北市區道路取樣 82 組樣品所作之評估及分析的結果；建議

採用土壤分類的方式予以區分，然後再以統計回歸模式分析而獲致表 9 及表 10 之初步成果。

5. 文獻 (13) 研究成果

由 楊慶哲 君於 1991 年針對北二高施工材料所

進行的研究，其相關性如公式 (9) 及圖六所示。由

於所選用樣本的 CBR 值普遍大於 10% 以上，故

其理論模式不同於公式 (8) 所述，亦與 AASHTO

[ 文獻 (10)] CBR ￡ 10% 之規定差異性頗大，應

用時筆者建議可再蒐集較多之資料及文獻后，方較

具可靠性。

M R (Kpa)=5309×CBR+125501 --------------- 公式 (9)

表表表表 9 ：：：：台北市區道路路基土壤台北市區道路路基土壤台北市區道路路基土壤台北市區道路路基土壤 M R 與與與與 CBR 關係分析表關係分析表關係分析表關係分析表

表表表表 10 台北市區道路路基土壤台北市區道路路基土壤台北市區道路路基土壤台北市區道路路基土壤 M R 與與與與 CBR 關係式參考表關係式參考表關係式參考表關係式參考表

( ( ( ( 三三三三 )CBR )CBR )CBR )CBR 值與土壤分類之關係值與土壤分類之關係值與土壤分類之關係值與土壤分類之關係

1.FAA 規定

依據 FAA 早期之土壤分類系統，其與 CBR 值之相關性詳如表 11 所示。至於該分類系統所涵

蓋之區間與 CBR 或其他強度值表示方法之相關程度，則可參考圖三所示。

表表表表 11 11 11 11 ：：：： FAA FAA FAA FAA 土壤分類法與土壤分類法與土壤分類法與土壤分類法與 CBR CBR CBR CBR 相關性對照表相關性對照表相關性對照表相關性對照表

1979 年 FAA [ 文獻 (6)] 則頒布統一土壤分類系統 (USCS) 與 CBR 值之相關性查核表，本文

僅擇其扼要者整理如表 12 所列。

表表表表 12 12 12 12 ：：：： FAA USCS FAA USCS FAA USCS FAA USCS 與與與與 CBR CBR CBR CBR 相關性對照表相關性對照表相關性對照表相關性對照表

2.AASHTO 規定 詳圖三所示。

3.ASTM 規定 詳圖三所示。

( ( ( ( 四四四四 )CBR )CBR )CBR )CBR 值與值與值與值與 R R R R 值之關係值之關係值之關係值之關係

1. 現階段情況

國內現行之施工規範均會訂定 CBR 值或 R 值之下限值要求，例如：

(1)CBR >= 100% 或 R 3 80 。

(2)CBR >= 80% 或 R 3 78 。

(3)CBR >= 20% 或 R 3 55 。

2. 依查核圖代換

詳圖三所示，若與上述規範情形相比較，顯示施工規範之設定值較趨保守而安全。惟可能會增加

作業成本。

3. 公式代換

由公式 (8)CBR 與 M R 之代換公式配合公式 (10) 或公式 (11)R 與 M R 之代換公式，可求出

CBR 與 R 值之代換關係，惟其可靠度有待厘清及印證。

( ( ( ( 五五五五 )CBR )CBR )CBR )CBR 值與值與值與值與 K K K K 值之關係值之關係值之關係值之關係

1. 日本空港 舖裝構造設計方法

承如前述，若路基屬於多層舖築結構者，不可逕行將 CBR 值換算為 K 值設計之。

2. 公式代換

由公式 (8)CBR 與 M R 之代換公式配合公式 (13)K 與 M R 之代換公式，可求出 CBR 與 K

值之代換關係，惟其癥結點仍在於可靠度問題，不可逕行轉換使用。

3. 依查核圖代換 (FAA 及 PCA)

詳圖三所示。惟使用人員需考量安全因子及印證事宜。

( ( ( ( 六六六六 )R )R )R )R 值與值與值與值與 M R M R M R M R 值之關係值之關係值之關係值之關係

1.AI MS-1 及 AI RR-82 研究成果

以英制為例， Shook 與 Kallas 在 1977 年於美國加州之 San Diego 試舖道路研究之成果可得公

式 (10) 所示，惟為建立與 CBR 值較佳之相關性， AI RR-82 將公式 (10) 修正為公式 (11) 。

M R (psi)=772 + 369R ------------------------------------ 公式 (10)

M R (psi)=1155 + 555R ----------------------------------- 公式 (11)

2. 文獻 (13) 研究成果

其相關性如公式 (12) 及圖七所示，其理論模式亦與公式 (10) 及公式 (11) 不同，真正應用前最

好能確實印證。

M R (Kpa)=51292 l nR + 37525 ----------- 公式 (12)

( ( ( ( 七七七七 )K )K )K )K 值與值與值與值與 M R M R M R M R 值之關係值之關係值之關係值之關係

路基土壤 K 值與 M R 值之關係，由於剛性鋪

面設計準則較強調路基土壤與基層級配料兩種

材料的組合Ｋ值強度，且 K 值之試驗費用相當

昂貴並耗費人力、時間，故其直接的相關性研究

不能普遍化，惟文獻 (14) 仍以 16 點試驗值獲

致公式 (13)

及圖八之初步成果，頗值得參考。

l ogM R =1.415 + 1.284 l og K ------------ 公式 (13)

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八八八八、、、、注意事項注意事項注意事項注意事項

1. 從事 CBR 試驗之人員，依據 ASTM D1883 之規定，必須遵照 ASTM D3740 之條款，具備 5

年以上之實務經驗者方能操作之。

2. 設計人員取得 CBR 試驗值相關數據之後，必須運用統計分析法則及可靠度理念來設定合理

的 CBR 設計值、或轉換為其他強度值表示之。但切忌僅採用平均值逕行設計。

3. 路基土壤之 CBR 值低於 3% 或膨脹率大於 3% 者，皆屬不良之土壤材料，從業人員需懂得

判斷並擬妥因應方案。

4.CBR 試驗與夯壓試驗之夯打機具必須一致，以使其能量相同，方能符合設計圖說或施工規範

之規定。

5. 現場 CBR 試驗所用之卡車重量應校核是否達到 ASTM 最小要求值。

6. 夯打 65 下之 CBR 值不必然大於夯打 30 下者，其乃肇因於材料之風化程度高者，高夯打能

量反而易造成粒料粉碎性破壞所致。

7.CBR 3 20% 時，需加強校核工作與偏差之修正。

8. 由夯壓曲線圖可知：相同的乾密度值，可以涵蓋乾側與溼側兩個不同的含水量值；因此，若

含水量變化過大，即使保持相同的乾密度值，乾、溼兩側所求得之 CBR 值並不盡然相同。故含

水量為控制 CBR 值準確性要件之一。

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九九九九、、、、結論與建議結論與建議結論與建議結論與建議

1. 儀器設備簡單、操作容易、稍具土壤常識即可運作及費用低廉等等因素，皆為使用 CBR 值

之優點；但其主要缺失在於乾密度相同而含水量不同時，其 CBR 值之變異性有時頗為離譜，若

非深具經驗者，往往無法判讀或合理地準備試驗樣品。

2. 現場施工控制含水量時，不能唯獨採用 OMC 值，否則必將窒礙難行。

3. 從 CBR 試驗值到設計值，從業人員均需謹慎將事、有時甚至必須事先剔除不合理數據，然

後再選用適當地統計模式以厘定設計值。承如前述，千萬不要稀里呼嚕地只求取試驗值的平均值

就充當設計值了。站在可靠度立場，這只有 50% 的可靠程度，易言之，即相對有 50% 的失敗

率。試問有那一位業主或客戶能夠接受這麼高的瑕庛率或工程災害比率，人人將心比心，天下事

沒有作不好的呀！

4.CBR 值與其他強度表示方法間之關係性，除可參考文獻既有之圖、表或公式之外，尤應側重

本土化及再調查或印證之作業，可避免張冠李戴或偏差度過大之弊病。

5. 試驗人員依據數據整理而得之圖形、曲線，應加註可靠度、相關係數可靠度值或可接受區間

範圍，方能提高其準確度與使用性，否則即違背 CNLA 或 ISO 17025 之規定。不可不慎。

6. 國內少數報告之 CBR v.s. 乾密度曲線係以三點折線表示，若從業人員能通盤了解 CBR 理論

及統計法則，自當知其對錯、不遑多論。

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一一一一、、、、前言前言前言前言

台北市是世界上人口最密集的都市之一，長久以來一直為交通問題所困擾，近年來在政府大力推

動大眾運輸系統的建置，並發展完成以捷運系統為主軸，公車系統為輔的綿密大眾運輸路網後，

使得台北市的交通四通八達，非常便利。但許多民眾出門前想搭 大眾 運輸系統，若非熟悉當地

環境或附近有捷運、公車路線可直達，往往不知道該如何搭乘大眾運輸工具，因此只能憑以往經

驗或在站牌裡辛苦地尋找搭乘目的地，十分費時。許多人因此寧可選擇計程車或自己開車，降低

民眾搭乘大眾運輸工具的意願。

為了便利民眾查詢，增進大眾運輸系統使用的效率，目前世界各國莫不朝向智慧運輸系統 (ITS)

的方向推動與發展，以先進的地理資訊技術(GIS)與網際網路服務所發展之技術來提供民眾充足

的交通 資訊 ，使民眾能在出發前預作路線規劃與運具選擇，縮短用路所耗費之時間。

本文「智慧型大眾運輸轉乘系統」 ( Http://ezgo.taipei-elife.net ) 將以公車地理資料庫為運算基礎，

同時考量捷運、鐵路、與公車不同運具之特性進行複雜之演算邏輯。民眾只需輸入出發地與目的

地兩個端點，即可由系統自動找出距離最短的 交通 方式，提供旅客最佳的大眾運輸搭乘組合建

議。本系統提供民眾上網查詢服務，可改善傳統查詢公車路線時，僅能依靠公車路線圖以按圖索

驥的方式比對查詢。對於人口密集、公車網路綿密的大都市而言，建立一套智慧型大眾運輸查詢

系統，將可有效找出省時的交通方式，提升大眾運輸搭乘效率。另外，公車路線及站位資料「難

建、難管」是公車資料難以快速更新之主要原因，如何方便維護管理，則是本研究期望達成的另

一目標。因此，本文所探討建置之兩大系統包含： 1) 公車資訊轉乘查詢系統 2) 公車資料維

護管理系統。

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二二二二、、、、公車地理資料庫設計概念公車地理資料庫設計概念公車地理資料庫設計概念公車地理資料庫設計概念

公車路網資料包含車站與路線資料，其產生之方式將影響查詢系統執行時所能展現的資訊詳細程

度。過去公車地理資料庫之設計方式大致可分為依空間資料需求之觀點與依運輸需求分析之觀點

等方式產生公車路線資料。再由公車路線資料格式的複雜程度可再細分為三類，分別為點間聯結

的公車路網圖層、沿街道底圖產生公車路線及以動態路段建立三類，如表 1 所示。

表表表表 1 1 1 1 公車路線產生方式比較公車路線產生方式比較公車路線產生方式比較公車路線產生方式比較

前三種公車路線及車站產生方式各有優劣，第一項「點

間連結」雖然建置容易且分析快速，但資料太過簡化﹔

第二項「路線個別數化」雖有建置快速的優點，但卻

缺乏路網分析的能力且有資料需個別維護的問題﹔第

三項「動態路段」以里程方式記錄站位之概念並不符

合一般公車路線管理的需求，並且維護不易。因此有

必要思考一種更佳的公車資料庫設計方式，能兼顧路

網分析能力、維護容易、且能滿足使用者資訊需求等

優點之方式。

真實世界中，由於公車係沿著馬路一側行走，因此站牌在道路兩側皆有設站 ( 單行道除外 ) ，

其關係描述如圖 1 所示。表現到地圖上時，依其比例尺大小及使用之目的而有不同程度的簡括

化，如圖 2(a) 所示，一支站牌可能有 1-3 條路線名稱，最詳細狀態是將一支站牌以一個點圖徵

表示，例如圖 2(b) 中有八個「捷運公館站」的點資料。經過初級簡括化後，同一側的站牌運用

cluster 原理合併為一點，因此圖 2(c) 中剩下兩個「捷運公館站」。

經過簡括化的站牌合併成一個站位，因此資料庫中記錄的是路線及站位的資訊，而公車路線係行

走於路網之上，因此須以道路為最底層的基礎，由道路中抽取公車行經的路段連成公車路線，進

而形成公車路網。同理，站位亦須記錄隸屬之路段，如此便可計算站位間的實際距離，進而進行

路網分析。

從上述真實世界資料結構模型所產生的公車路線資料中可知 ( 如圖 3- 圖 5) ，公車路線、站

位、及路網之關係十分密切，三者之間可任意檢索查詢，例如從任一站位或任一路段可查詢所經

過的公車路線，由公車路線可獲得沿途停靠的站位，行經路段長度、站與站之間的距離等，皆可

輕易經過計算獲得。未來站位遷移或站位更名時，只要修改一次即可同時修改所有公車路線資

料，因此可兼具資料分析與資料維護容易等優點。

本研究所設計分別針對「公車站位」與「公車路線」研擬資料生產程序，由公車站位調查做起，

其資料詳細度可於五千分之一地圖上分出道路兩側之站牌，並於較小比例尺展示時依「地圖簡括

化」原理將站位合併 ( 圖 6) ，並由路網中產生公車路線資訊 ( 圖 7) ，實際成果展示如下。

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三三三三、、、、 大眾運輸轉乘查詢系統分析與設計大眾運輸轉乘查詢系統分析與設計大眾運輸轉乘查詢系統分析與設計大眾運輸轉乘查詢系統分析與設計

１.運用地理資訊系統技術提供動態的大眾運輸分

析查詢，考量捷運、鐵路、與公車三種大眾運輸

工具。依民眾輸入的起點 / 迄點自動分析所有可

能的方案。起點與迄點的選取可依民眾的喜好自

行選擇，分為「公車站牌」、「重要地標」、與

「交叉路口」三種輸入方式。

2.在載具選擇上，本系統載具使用的優先序是定軌

運輸工具優於輪型客車，因此在建議方案的基本

原則是鐵路 > 捷運 > 公車。在轉乘距離及轉乘

載具的取決上，參考台北市大眾運輸政策方向，

考量載具行駛速率、載具阻塞程度及轉乘時間，

以提供定軌工具為主、輪型客車為輔的轉乘方式

為主。

3. 除顯示公車路線外，還包括公車路線沿線各站

的地圖，若須查詢該站牌附近其他鄰近站牌、停

車場等詳細位址資訊，還可連結電子地圖，利用

放大縮小等互動式查詢工具，提供使用者友善的

使用界面。

4.幕後運算是以 GIS 技術作為基礎，所有公車資

料都經實地位址調查，因此可計算出各方案的行

駛距離，供民眾作為方案選擇的參考，與一般純以資料庫設計的公車查詢系統有所不同。

圖圖圖圖 8 8 8 8 轉乘範圍示意圖轉乘範圍示意圖轉乘範圍示意圖轉乘範圍示意圖

圖圖圖圖 9 9 9 9 轉乘查詢流程圖轉乘查詢流程圖轉乘查詢流程圖轉乘查詢流程圖

四四四四、、、、 智慧型查詢系統展示智慧型查詢系統展示智慧型查詢系統展示智慧型查詢系統展示

「智慧型大眾運輸轉乘查詢系統」 是 台北市 「市民交通旅遊網」 ( Http://ezgo.taipei-elife.net ) 人

氣最高的服務之一，也是台北市搭乘大眾運輸工具之最佳搭乘指引。 以最近十分熱門的「台北

一○一購物中心」為例，很多民眾仍不清楚該大樓的確切位置，但現在只要輸入台北一○一這個

地標，或知道台北一○一周圍有哪些地標，就可以透過網站查詢。進入ＥＺＧＯ網站首頁後，點

入網頁左側「大眾運輸」選項，選擇「公車捷運轉乘」，就會出現「公車捷運查詢」畫面，要求

民眾輸入「起點」和「終點」。民眾可自由選擇輸入「公車站位」、「重要地標」或「交叉路口」，

就會出現「建議搭乘方案」。

「起點」與「終點」選取好後，民眾可以選擇所要搭乘的大眾運輸工具，包括「公車」、「捷運」、

及「鐵路」，若沒有特別指定，則會三種交通工具都加以運算，當所有條件都設定好後按下查詢

鍵，系統將開始分析合適之搭乘方案。

以本次查詢範例來說，系統共查出「公車直達」、「捷運轉公車」及「公車一次轉乘」三種搭乘

方式。以「公車直達」來說，系統建議搭乘「 207」可以直達一○一大樓，搭乘距離約 4.8 公里 。

在「捷運轉公車」方面，因搭乘方案眾多，本系統會依搭乘距離排序，列出前五個方案。「公車

一次轉乘」亦如此，系統一共計算出五個不同的方案，供民眾選擇。

若是欲知道某個方案的詳情，可以點選「詳」，可顯示出起迄點詳細的搭乘位置圖。若民眾想要

進一步查詢某條公車的班次，起訖點、停靠站資訊，甚至想要下載列印「公車路線圖」，亦可直

接超連結到該路線的網頁。

其中該公車路線網頁的每一個停靠站也都可以超連結到站牌的網頁，站牌網頁除了顯示該站牌的

位置外，也有詳列該站牌停靠的路線，民眾可以利用超連結的方式以路線查詢站牌，或以站牌查

詢路線，利用交互查詢的方式很快就可以查出適合的交通方式，友善的界面即使對台北市不熟悉

之民眾亦可快速地操作。

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五五五五、、、、公車路線資料庫維護公車路線資料庫維護公車路線資料庫維護公車路線資料庫維護

台北市公車路線資料異動頻繁，大多數的公車族卻無法即時得知正確之路線資料，不論是政府部

門之公車查詢網站，或是坊間書店的公車手冊，更新的頻率往往趕不上變動的速度。詳細探究其

原因，公車路線及站位資料複雜難以維護、及缺乏有效的資料更新機制是其主因。為使民眾能獲

得最正確之資訊並方便管理者維護異動的公車資料，本研究除線上之查詢系統外，另建置一套以

GIS 為基礎之公車資料維護管理系統，提供公車資料之維護與管理。

六六六六、、、、 結論與建議結論與建議結論與建議結論與建議

本文所建置之智慧型公車路線查詢系統運用了 GIS 分析技術，將民眾輸入的起訖點轉換為空間

資訊，並在一定的範圍內搜尋可以轉乘或直達的公車路線，系統經過智慧化的運算分析後提供民

眾公車、捷運、鐵路轉乘查詢建議。讓民眾多了一套可以做為行前規劃的運具選擇工具。目前本

系統是以行駛距離做為篩選的依據，雖已足夠民眾做為參考資訊，但若能 整合即時路況資訊整合即時路況資訊整合即時路況資訊整合即時路況資訊 ，

例如加入道路壅塞資訊，或將須等公車的時間，例如公車班次時間納入建議路線評估考量，則可

提供民眾更真實的資訊模擬。這些都是本系統後續發展時可以進一步研議的方向。

在公車資料產製與維護方面，以往的公車資料圖層主要供運輸分析之用，既繁雜、更新不便且其

站牌或路線資料皆經大幅度之簡化，無法 滿足 民眾查詢之需求。 本系統所設計之公車資料庫

將路網、站位、路線緊密結合，以道路路網為基礎，依路網、站位、公車路線的順序循序漸進加

以建置，並建構一套易於維護操作的公車資料維護系統，以改善公車資料難建、難管之缺點。在

技術層次方面，由於公車資料應用廣泛，因此 建立標準交換介面與其他交通資訊相整合建立標準交換介面與其他交通資訊相整合建立標準交換介面與其他交通資訊相整合建立標準交換介面與其他交通資訊相整合 ，採用

標準交換介面將是本系統未來將可發展的方向，例如以 Web Service 方式提供其他交通資訊輸出

入的基本介面，以達成資訊共享及資訊一致化的目標。

網際網路的時代開啟了便民服務之門，資訊應用亦可化繁複的分析為簡易的操作，大大地減少了

民眾查詢公車路線的時間。本系統目前提供的服務廣受民眾喜愛與歡迎，但未來實際上還有很大

的發展空間，因應行動化通訊平台的環境越來越成熟，擁有個人數位助理與無線上網的民眾也越

來越多，因此 提供多元化資訊展示介面提供多元化資訊展示介面提供多元化資訊展示介面提供多元化資訊展示介面 給不同需求之民眾使用日益重要 。。。。 除了原有的網頁瀏

覽器外， 公車路線查詢系統未來可發展各種移動式設備的查詢服務版本，如 CellPhone、PDA、

KIOSK、LED 看板等，使民眾能以多樣化方式獲取交通資訊，讓民眾除了在家事先查好公車路線

外，出門在外亦可隨時隨地透過無線上網查詢，真正達到 M 化所帶來行的便利。

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一一一一、、、、前言前言前言前言

交通事故之主要原因多屬人為疏失，或導因於違規所致，然而事故發生時受害者及家屬，卻常無

法掌握事故現場車禍事故資料，有鑑於此，交通部於民國 88 年建請內政部警政署通令所屬警察

機關提供事故現場圖及交通事故證明給受害者家屬，以供交通事故證明及司機肇禍舉證，其中可

作為車輛肇事鑑定之重要參考資料為行車紀錄器。

行車紀錄器有三大功用，第一、供運輸公司管考司機差勤、行駛里程及行駛速度；第二、做為車

輛肇事鑑定的參考，如肇事時間、速度；第三、行政機關為車輛安全，辦理運輸管理及取締的參

考，如行車超時、超速。因此於汽車內裝設行車紀錄器，可記錄汽車行駛速度、距離、時間，以

及引擎運轉、運行及停止等資料，可供了解車輛行駛及使用狀況，對於交通事故的鑑定提供了一

項科學的數據做為佐證資料，此外，行車紀錄器的使用，有助於遏止疲勞駕駛、超速等不良駕駛

行為，因此對於提昇交通管理水準、保障車輛運行安全具有重要作用。

交通部於民國 88 年修正「道路交通安全規則」第三十九條，規範自該年 8 月 1 日起 20 公噸以

上的車輛登領新牌照時，需加裝行車紀錄器。並規定民國 90 年 1 月 1 日起，8 公噸以上的車輛

登領新牌照時，亦一律加裝行車紀錄器，並於 90 年 1 月完成修正「道路交通管理處罰條例」增

訂相關罰則，至此有關車輛加裝行車紀錄器已完成法令層面之修訂工作。

行車紀錄器於民國 59 年由日本引進台灣，傳統行車紀錄器屬於機械式，是利用機械式轉軸帶動

指針繪製速度曲線，準確性低且需經過專業訓練之人員加以判讀，具有處理時間長及易被擅改等

缺點。由於數位式行車紀錄器較傳統機械式行車紀錄器具有資料傳輸與管理之方便性，並可減少

人為誤判，同時兼具擴充性、整合性及可依不同需求記錄不同組合之資料等多項優點，為後續建

置智慧化車隊管理之重要基礎設備單元。

目前國內已有多家廠商引進國外設備或自行開發數位式行車紀錄器，惟因缺乏共同技術規範，造

成政府在數位式行車紀錄器推廣作業上產生阻礙，亦影響製造者及運輸業者之投資購置意願，因

此，為促使後續能夠順利推動國內智慧型運輸系統與智慧化車隊安全管理之發展，實有必要就數

位式行車紀錄器技術規範及審驗作業程序予以確立，包括行車紀錄器的適用範圍、定義、功能需

求、測試方式、檢驗規定、標籤 … 等等，並且進一步藉由數位式行車紀錄器之示範應用與觀摩

展示，促進及加速運輸業者及系統技術業者持續的投入。

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二二二二、、、、國內外行車紀錄器應用狀況國內外行車紀錄器應用狀況國內外行車紀錄器應用狀況國內外行車紀錄器應用狀況

((((一一一一) ) ) ) 國外設備發展與現況國外設備發展與現況國外設備發展與現況國外設備發展與現況

行車紀錄器 (Tachograph)於 1925 年在德國發明，到目前已有數十年的歷史，tachograph 是從德文

的回轉速度器(Tachometer)和紀錄(Graphik)兩個文字組合演變而成，最初的主要功能在於記錄駕駛

的行車時間，以避免駕駛過度疲勞開車而影響安全，以及車輛過度運轉而引起事故。行車紀錄器

主要使用在歐洲國家的車隊如巴士、重型貨車及緊急救援車輛，其他國家亦強制規定商用車輛必

須裝設行車紀錄器，以日本為例，租用巴士、八噸以上貨車、以及部分地區的出租車輛及計程車

應依規定安裝行車紀錄器。根據部分歐洲國家的實施經驗，行車紀錄器最初被引進時，由於具有

監視駕駛行為的主要功能，因此造成駕駛及工會的反彈，駕駛將它戲稱為 ” 車上的間諜 (the spy

in the cab) ” ，普遍存有抗拒的心態，然而近年來駕駛的心態有重大的改變，反而將行車紀錄器

視為改善工作環境的利器，由於公路貨運市場的競爭激烈，加上許多公營客貨運公司民營化後，

駕駛的工作時數常常超過法令規定的上限，造成行車安全性降低，行車紀錄器的工作時數記錄功

能就成為駕駛的護身符，而數位式行車紀錄器更能減低行車紀錄被擅改的機率，因此駕駛及工會

多樂觀其成，希望能夠改善他們的工作環境。

數位式行車紀錄器的觀念在 1984

年即被提出，由於能夠提供種類更

為繁多、資料更為詳細的數據，因

此逐漸被商用車隊採用。歐盟已立

法規定於 2004 年 8 月開始強制所有

商用車輛的新車裝設數位式行車紀

錄器，歐盟採用的數位式行車紀錄

器是將數位式資料記錄在駕駛攜帶

的 IC 卡(Driver Card)與車輛單元

(Vehicle Unit)中，IC 卡記錄駕駛的基

本資料、車輛使用資料、駕駛活動

資料(由駕駛自行輸入)、起迄點資料

等，IC 卡可保存 28 天的資料。車輛

單元紀錄設備基本資料、IC 卡插入

與抽出資料、駕駛活動資料、里程

表資料、速度資料等，能夠保存 365

天的資料，車輛單元含有印表機，

可將 IC 卡資料或車輛單元資料列印

出來，而車隊管理者可利用公司 IC

卡(Company Card)下載車輛單元中

記錄的資料。警察或交通監理單位

路檢時需配備手提電腦及讀卡機，

利用控制 IC 卡(Control Card)得到行

車紀錄器資料，或是要求駕駛利用車輛單元的印表機列印資料，以接受檢查。歐盟曾於 1998 至

2000 年進行一項大規模的商用車輛車上系統架構的計畫，稱為 COMETA (Commercial Vehicle

Electronic and Telematic Architecture)，主要原因是市場上商用車輛的車上設備越來越多，彼此功能

重疊、無法相容的情況相當普遍，本計畫的目的在定義各種車上系統的功能(包括行車紀錄器)，

使各系統的介面能夠有效相容，計畫的成果為車上系統的系統架構(System Architecture)，該架構

可視為歐洲地區對於車隊管理系統的一項平臺，所包含的商用車隊管理包括行動電子資訊交換、

數位式行車紀錄器、駕駛輔助系統、電子收費設備等。在此架構中，行車紀錄器子系統擷取、儲

存並保護相關的資訊，這些資訊包括駕駛受到規範的資訊(如車速、工作時數)以及其他車輛操作

的資訊(如加減速、耗油量等)，行車紀錄子系統接受駕駛輸入及車輛感應器傳送的資訊，其資料

庫可由駕駛、車隊管理者及相關單位進入讀取，國外數位式行車紀錄器參考如 圖圖圖圖 1 1 1 1 、 圖圖圖圖 2 2 2 2 、

圖圖圖圖 3 3 3 3 、 圖圖圖圖 4 4 4 4 、 表表表表 1 1 1 1 及 表表表表 2 2 2 2 。

【 資料來源： ISUZU 公司網站 ( http://www.isuzu.co.jp/cv/digitacho2/r01.html ) 】

圖 4. MBCD 管理系統之安全運轉日報

表表表表 1. Siemens VDO 之之之之 DTCO 1381 主要硬體規格主要硬體規格主要硬體規格主要硬體規格

【 資料來源： Siemens VDO 網站 ( http://www.my-fis.co.uk/ ) 】

另一種與行車紀錄器功能類似的產品稱為「事故資料紀錄器」 (Event Data Recorder, or EDR)，

EDR 記錄車輛撞擊前後一段時間內的車輛縱向、橫向加速度、行駛速度與行駛方向，以及大燈、

左右轉燈、煞車、喇叭等相關資訊，利用撞擊前、撞擊時及撞擊後的資料判斷發生事故的原因，

以 VDO 公司生產的 UDS(Umfall Data Schreiber)系統為例，系統可以記錄車速、橫向與縱向加速度，

其記錄頻率達 500 Hz (即週期為 0.002 秒)，發生事故時，系統記錄發生前 30 秒及發生後 15 秒共

45 秒時間內的資料。還有部份的 EDR 具有影像紀錄的功能(如 SIS 公司生產之 MAC Box)，以輔

助事故鑑定及緊急救援之功能。

EDR 與行車紀錄器的差異主要在於 EDR 是專門使用在肇事鑑定上，並且可以利用無線通訊設備

使得事故發生時自動通知緊急救援中心，而行車紀錄器雖然亦有協助肇事鑑定之功能，然而一般

來說行車紀錄器在肇事鑑定的功能上不如 EDR，且行車紀錄器能夠長時間紀錄車輛操作狀態，

此為 EDR 所沒有具備之功能。大體來說，美國大規模的商用車隊傾向裝設 EDR，使車輛在肇事

後責任歸屬較易判定，有利於向保險公司之理賠申請，至於行車紀錄器因需求較低而較少裝設，

此外，部份較高級的自用小客車亦配備有 EDR，有助於行車安全的提昇及肇事鑑定作業的進行。

((((二二二二) ) ) ) 國內國內國內國內 應用應用應用應用 狀況狀況狀況狀況

以往國內運輸業者對於行車安全與車隊管理的觀念較為不足，在節省營運成本的情況下，往往不

重視裝設行車紀錄器所能帶來的效益，使得行車紀錄器在國內的市場推動不易，直到大型貨車及

客運車事故帶來的傷亡程度受到廣泛重視，政府始於民國 88 年規定 20 噸以上新車需裝設行車

紀錄器，更於民國 90 年將範圍擴大至 8 噸以上新車，自此以後，行車紀錄器才普遍裝設於大

型客貨運車輛中，目前國道客運所有車輛均裝設行車紀錄器，而台北市聯營公車及部分客貨運業

者亦皆裝有行車紀錄器。

圖圖圖圖 5. 5. 5. 5. 寶錄電子寶錄電子寶錄電子寶錄電子 BR6800 BR6800 BR6800 BR6800 數位式行車紀錄器數位式行車紀錄器數位式行車紀錄器數位式行車紀錄器

((((資料來源：寶錄電子股份有限公司， BR-6800 使用手冊)

圖圖圖圖 6. 6. 6. 6. 樺崎公司代理之樺崎公司代理之樺崎公司代理之樺崎公司代理之 VDO FM200 VDO FM200 VDO FM200 VDO FM200 數位式行車紀錄器數位式行車紀錄器數位式行車紀錄器數位式行車紀錄器

資料來源：樺崎實業公司產品型錄)

由於業者成本的考量，且政府法令並沒有規定行車紀錄器的種類，目前車輛裝設的行車紀錄器仍

以傳統機械式為主，亦有少數商用車隊採用稱數位式行車紀錄器的產品（ 圖圖圖圖 5 5 5 5 、 圖圖圖圖 6 6 6 6 為國內

廠商發展或代理設備之一），但市面上許多產品仍未獲得財團法人車輛研究測試中心（ ARTC ）

【 5 】之認證，因此是否具有行車紀錄器的功能及精準度仍待商榷。

((((三三三三) ) ) ) 國外應用數位式行車紀錄器之成本效益分析國外應用數位式行車紀錄器之成本效益分析國外應用數位式行車紀錄器之成本效益分析國外應用數位式行車紀錄器之成本效益分析

為了探討數位式行車紀錄器對於提昇道路安全的效益，瑞士曾進行一項研究 (VESIPO, 2002)

【 1 】，該研究假設當地所有大型車輛強制安裝數位式行車紀錄器，執法單位並將數位式行車

紀錄器的紀錄資料做為違規取締依據，設備安裝成本與執法成本做為總成本，估計為每年

1,093,008,000 瑞士法郎，而效益部分則以 2000 年的道路交通意外事故的減少為分析基礎，該研

究估計實施該項政策後，在當年度造成的交通事故中，能夠減少 78 人重傷與 8 人死亡，其效

益估計為每年 88,986,000 瑞士法郎，因此該研究所計算的益本比為 0.08 ，亦即效益遠低於成

本。由此可見，雖然數位式行車紀錄器的效益相當繁多，但由於許多效益不易量化，例如車隊管

理成本減少、車輛維修成本降低等，因此效益容易被低估，產生效益遠低於成本的計算結果。

((((四四四四) ) ) ) 行車紀錄器與車禍鑑定之相關規定行車紀錄器與車禍鑑定之相關規定行車紀錄器與車禍鑑定之相關規定行車紀錄器與車禍鑑定之相關規定

先進各國多無法令條文明確規定行車紀錄器可作為車禍鑑定之依據，多半僅作為法庭審理佐證之

輔助資料，而警察或其他事故調查單位則將行車紀錄器資料列為肇事原因調查時的重要參考資

料。

在美國事故調查屬於警方的權責，但並不一定直接判定事故的發生原因，多將調查結果交由司法

單位判決，在歐洲地區除了警察單位外，汽車製造廠及民間機構亦可調查分析事故發生的原因，

因此常可見許多民間公司有分析行車紀錄器資料以輔助事故調查的收費服務。

((((五五五五) ) ) ) 各國之數位式行車紀錄器技術規範之比較各國之數位式行車紀錄器技術規範之比較各國之數位式行車紀錄器技術規範之比較各國之數位式行車紀錄器技術規範之比較

目前已有歐盟、日本及中國等三個國家或地區正式公佈數位式行車紀錄器之技術規範， 表表表表 3 3 3 3 . 比

較各國技術規範對於數位式行車紀錄器之名稱及定義，其中歐盟稱為「 Digital Tachograph 」，

日本稱為「車輛運行記錄器」，中國稱為「汽車行駛記錄儀」。各國技術規範內容之特色彙整如

表表表表 4. 4. 4. 4. ，歐盟對於駕駛員之工作及駕駛時數限制規定甚為嚴格，因此數位式行車紀錄器必須能夠

詳細記載駕駛員所有的活動資料，並且利用 IC 卡作為資料儲存媒介及權限管理之用，使不同人

員 ( 如駕駛、執法者、業者、修理廠 ) 能夠依據權限下載相關資料；日本則對於行車紀錄器的

分析系統規定甚為詳細，定義出許多行駛資料的統計圖表；中國則要求記錄事故疑點資料，以作

為肇事判斷之參考資料；三個國家的規範均要求車上單元具備列印功能，使得相關人員 ( 如執

法者 ) 能夠快速取得車輛行駛及駕駛之紀錄資料。

表表表表 3. 3. 3. 3. 各國技術規範對於數位式行車紀錄器之定義各國技術規範對於數位式行車紀錄器之定義各國技術規範對於數位式行車紀錄器之定義各國技術規範對於數位式行車紀錄器之定義

【 資料來源：本研究整理 】

表表表表 4. 4. 4. 4. 各國數位式行車紀錄器技術規範各國數位式行車紀錄器技術規範各國數位式行車紀錄器技術規範各國數位式行車紀錄器技術規範之特色之特色之特色之特色

【 資料來源：本研究整理 】

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三三三三、、、、功能需求規劃功能需求規劃功能需求規劃功能需求規劃

功能需求規劃之主要考量項目可以簡示

如 圖圖圖圖 7 7 7 7 ，即現有規格與特性分析、使

用需求、執法需求、設備相容性及現有

技術評估及成本分析，此外，為因應智

慧財產權之規定，數位式行車紀錄器所

使用之技術、包括主機設計軟體、後端

處理分析軟體，對於其專利問題應予適

當考慮與遵守相關法律條文，俾使在制

定技術規範之同時，亦能兼顧設備生產

廠商之權益。

以下將針對數位式行車紀錄器之各項需求略作敘述，並就政府管理單位與民間運輸經營業者立場

分析歸納，據以作為推廣 ITS 政策之執行參考，從而規劃數位式行車紀錄器最適當之核心功能

需求。

((((一一一一))))規格與特性分析規格與特性分析規格與特性分析規格與特性分析

• 現有規格分析現有規格分析現有規格分析現有規格分析

數位式行車紀錄器，依據使用特性使用於小客車、大客車、大貨車、連結車、特種車等，需分別

記錄各種共同及特殊需求，茲將國內目前現有數位式行車紀錄器之特性，彙整如下：

(1) 記錄時間資訊 (2) 記錄行車速率資訊

(3) 記錄煞車紀錄資訊 (4) 記錄行車里程資訊

(5) 記錄車輛轉彎資訊 (6) 記錄車輛怠速資訊

(7) 記錄車輛載重資訊 (8) 記錄車輛引擎資訊

(9) 提供通訊模組

• 環境適應分析環境適應分析環境適應分析環境適應分析

數位式行車紀錄器考慮裝置於各種不同車型與車種，必須長期暴露於各種惡劣環境中運作，因此

必須針對此種特性滿足以下之軟硬體需求，成為適合各種狀態之數位式行車紀錄器。

(1) 溫度適應之特性 (2) 溼度適應之特性

(3) 電力需求之特性 (4) 耐震性及耐撞之特性

(5) 準確度需求之特性 (6) 記憶體需求之特性

(7) 體積需求之特性 (8) 介面擴充需求之特性

(9) 數位資訊相容性之特性需求

((((二二二二))))公私部門使用需求公私部門使用需求公私部門使用需求公私部門使用需求

大型客貨運車裝設數位式行車紀錄器的目的，在於提昇客貨運業之運輸安全、運輸效率及經營管

理績效，因此理想的行車紀錄器系統，應兼顧業者、交通與警政單位的需求，本研究為探求各方

之需求，特進行使用者需求調查，並舉辦兩次座談會邀請各使用單位及技術廠商，探討使用者需

求及技術可行性之間的關係。除了數位式行車紀錄器外，因應業者與監理單位的即時監控需求，

還可搭配 GPS 與無線通訊系統，以形成完整之車隊監控系統。以下先說明業者的需求，再介紹

交通、管理單位的需求。

• 業者需求業者需求業者需求業者需求

運輸業者預期使用數位式行車紀錄器所要達成的目標，包括提昇車隊監控品質、促進行車安全、

提昇財務管理績效等，欲達成上述的目標，對於數位式行車紀錄器之使用者需求可由駕駛員管

理、營運管理、裝設與操作等方面分析：

(1) 駕駛員管理

A. 駕駛員 資料建立：

B. 車輛即 時位置：

C. 車輛操作分析功能：

D. 車輛機械狀態：

E. 影音提醒裝置：

F. 駕駛員即時監督：

(2) 營運管理

A. 車籍資料狀況管理：

B. 建立營運管理系統：

C. 調度排班之應用：

D. 資料安全性：

E. 交通資訊之蒐集：

(3) 行車安全之記錄

A. 駕駛員基本資料、 B. 提供事故位置資訊、 C. 提供車輛動態資料、 D. 提供車輛機械狀態、

E. 提供駕駛員生理狀況

(4) 裝設與操作

A. 後端軟體應用、 B. 操作簡易便利、 C. 裝設位置便於讀取資料

• 交通與警政單位需求交通與警政單位需求交通與警政單位需求交通與警政單位需求

交通與警政單位預期使用數位式行車紀錄器所要達成的目標，包括提昇道路交通安全、強化監理

業務、監督車輛使用、協助肇事分析、輔導業者經營等，欲達成上述的目標，對於數位式行車紀

錄器分為肇事鑑定之參考、交通資訊之蒐集以及管理監理之使用者需求：

(1) 肇事鑑定之參考

A. 駕駛員基本資料

B. 提供事故位置資訊

C. 提供車輛動態資料

D. 提供事故資料之記錄、分析鑑定

E. 提供車輛機械狀態

F. 提供駕駛員生理狀況資訊

(2) 交通資訊之蒐集

A. 提供運價訂定之參考：藉由車輛行駛資料的蒐集，作為業者營運狀況的研究與統計，並可作

為貨運路線運價制定的依據。

B. 提供服務評鑑及補貼之依據：對於客運業者服務績效之蒐集與評估，如行車速率、違規次數、

故障紀錄、班距及遵循路線情形等，以及行車成本的計算功能，如耗油量、延車公里及行駛時間

等，將有助於業者服務品質評估及偏遠路線補貼的依據。

(3) 管理監理功能

A. 駕駛工時管理功能

B. 安全及保全性

C. 管理監控危險品運送車輛

D. 車輛違規查緝功能

E. 後端軟體開發應用

F. 資料輸出功能：有關車輛之相關資料、能經由列印設備及時輸出。

G. 儲存車輛紀錄、駕駛員基本資料

(4) 使用者需求調查

A 問卷設計

B. 問卷分析

C. 綜合分析

((((三三三三) ) ) ) 功能需求所需技術及成本之評估功能需求所需技術及成本之評估功能需求所需技術及成本之評估功能需求所需技術及成本之評估

1. 1. 1. 1. 技術分析技術分析技術分析技術分析

表表表表 5 5 5 5 彙整各層面功能及所對應之應用技術，要達成表內的各項功能，需記錄的資料皆須有記憶

體儲存技術、其他應用的技術尚有速度偵測、油料偵測、機械偵測、酒精偵測、疲勞偵測、罐體

液面感應器等偵測技術，車斗、煞車感應、燈光開關偵測、車門開關偵測等開關偵測技術，以及

定位技術、通訊技術、密碼防護系統等技術，其各項應用技術之次數如 表表表表 6 6 6 6 所示。

表表表表 5. 5. 5. 5. 數位式行車紀錄器功能所需記錄資料與應用技術數位式行車紀錄器功能所需記錄資料與應用技術數位式行車紀錄器功能所需記錄資料與應用技術數位式行車紀錄器功能所需記錄資料與應用技術

No No No No 數位式行車紀錄器功能需求數位式行車紀錄器功能需求數位式行車紀錄器功能需求數位式行車紀錄器功能需求 紀錄資料紀錄資料紀錄資料紀錄資料 應用技術應用技術應用技術應用技術

1 記錄駕駛員身份之功能 駕駛員資料 記憶體儲存技術

2 提供駕駛行為之考核 ( 如超速、急

加減速、異常停留紀錄 ) 速度、時間

加 ( 減 ) 速度偵測器、記憶體儲存

技術、分析軟體

3 提供工時管理功能 ( 如記錄駕駛

出勤狀況 ) 駕駛員資料、時間 記憶體儲存技術、應用軟體

4 提供車輛分析功能 ( 如記錄油耗 ) 記錄油料消耗 記憶體、油料偵測器、分析軟體

5 精確操控車輛，減少車輛維修成本 車輛維修資料 記憶體儲存技術、分析軟體

6 提供聲音或視覺警訊，作為駕駛行

為或機械異常之警告 —

速度偵測、機械異常偵測警示、速率

偵測器介面

7 提供車輛停留 ( 上下貨 ) 時間

( 如記錄怠速時間 ) 時間 記憶體儲存技術、速率偵測器

8 監督駕駛即時動態 ( 如酒醉、休憩

/ 假眠狀態等 ) — 酒精偵測、疲勞偵測警示、通訊技術

9 提供特定需求 ( 如車斗或罐體車

液面感應紀錄 ) 車斗或罐體車液面高度 車斗、罐體液面感應器

10 建立長期車輛維修管理應用系統，

減少車輛故障情形 車輛維修資料 記憶體儲存技術、分析軟體

11 作為營運量統計分析分析 ( 如載

貨 ( 客 ) 量、營運里程 ) 載貨 ( 客 ) 量、里程 記憶體儲存技術、分析軟體

12 作為運輸起迄分析 ( 如里程、時

間 )

載貨數、乘客數及上下車

點、時間

乘客計數設備、記憶體儲存技術、分

析軟體

13 作為營運績效統計分析 載貨 ( 客 ) 量、里程 記憶體儲存技術、分析軟體

14 車輛動態即時調派 — 定位技術、通訊技術、地理資訊系統

(GIS)

15 各路段、時段車輛行駛時間 速度、時間、里程 定位技術、記憶體儲存技術、地理資

訊系統 (GIS)

16 各路段、時段車輛平均行駛速率 速度、時間、里程 定位技術、記憶體儲存技術、地理資

訊系統 (GIS)

17 車輛停等時間 ( 紅綠燈、上下貨時

間等 ) 時間

記憶體儲存技術、速度偵測、分析軟

體

18 提供駕駛員身分 駕駛員資料 記憶體儲存技術

19 提供事故位置資訊 里程、時間 記憶體儲存技術、定位技術

20 提供車輛縱、橫向加減速資訊 速度、時間 記憶體儲存技術、加 ( 減 ) 速偵測

設備

21 提供車輛搖擺 (yaw) 角度 車輛搖擺角度 記憶體儲存技術、水平偵測設備

22 提供煞車資訊 煞車 記憶體儲存技術、煞車感應器

23 提供燈光之使用資訊 ( 頭前燈、左

右轉燈號 ) 資訊 燈光開關記錄 記憶體儲存技術、燈光開關偵測

24 提供 GPS 方向角度資訊 GPS 車輛方向角度 記憶體儲存技術、定位技術、分析軟

體

25 提供駕駛人出勤資訊 駕駛員資料、時間 記憶體儲存技術、分析軟體

26 提供車門開關資訊 車門開關 記憶體儲存技術、車門開關偵測

27 提供車輛機械狀態 車輛機械狀態 記憶體儲存技術、機械性能偵測技術

28 提供駕駛人生理狀況資訊 ( 飲

酒、打瞌睡 ) 酒精濃度、疲勞狀態

記憶體儲存技術、酒精偵測、疲勞偵

測技術

29 具備通訊功能即時遠端傳輸資訊回

車行 — 通訊技術、分析軟體

30 具備列印功能能夠於車上列印出儲

存資料 — 記憶體儲存技術、列印設備

31 能夠儲存車輛行照紀錄 行照號碼 記憶體儲存技術

32 能夠儲存通行證照紀錄 通行許可證 記憶體儲存技術

33 能夠儲存過磅檢驗紀錄 過磅記錄 記憶體儲存技術

34 能夠儲存違規紀錄 違規紀錄 記憶體儲存技術

35 提供防止資料遭到竄改功能 — 設備結構防護、加密技術

36 能夠儲存臨檢結果 臨檢紀錄 記憶體儲存技術

【 資料來源：本研究整理 】

表表表表 6. 6. 6. 6. 數位式行車紀錄器功能所需應用技術之次數分配數位式行車紀錄器功能所需應用技術之次數分配數位式行車紀錄器功能所需應用技術之次數分配數位式行車紀錄器功能所需應用技術之次數分配

2. 2. 2. 2. 成本分析成本分析成本分析成本分析

本研究參考楊進彥君【 4 】年於「汽車行車記錄器應用於交通管理之研究」中將數位式行車紀

錄器之功能分為三大群組之方式，經訪詢國內目前行車紀錄器製造廠商及進口商後，將數位式行

車紀錄器之功能群組調整劃分為如 表表表表 7 7 7 7 所示。

表表表表 7. 7. 7. 7. 數位式行車紀錄器之功能群組項目及採購成本數位式行車紀錄器之功能群組項目及採購成本數位式行車紀錄器之功能群組項目及採購成本數位式行車紀錄器之功能群組項目及採購成本

功能群組 項目 購置成本

紀錄車輛之動態資料

事故資料之紀錄及分析

自動車況偵測紀錄

記錄駕駛者違規、肇事數據資料

記錄車輛違規情形

違規資料之過濾、查核

第一群組

語音提醒駕駛行車安全

單一產品售價約在 2.3 萬元

~4 萬元之間

車輛定位資訊

設備使用狀態之顯示與記錄 第二群組

其他類比、數位訊號之偵測功能

單一產品售價約在 4 萬元

~6 萬元之間

業者服務績效之資料蒐集與評估

記錄車輛之維修、保養情形

防疲勞、酒醉駕車語音警告功能

事件回報功能

道路速限遠端控制

第三群組

交通相關資料蒐集功能

單一產品售價約在 8 萬元

~12 萬元之間

資料來源： [ 羅孝賢、楊進彥， 2000] ，本研究修正

註：第二群組包含第一、第二群組之功能項目

第二群組包含第一、第二、第三群組織功能之功能項目

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四四四四、、、、 技術規範研擬構想技術規範研擬構想技術規範研擬構想技術規範研擬構想

((((一一一一) ) ) ) 技術規範內容必要性探討技術規範內容必要性探討技術規範內容必要性探討技術規範內容必要性探討

經由本研究之調查分析與兩次座談會之綜合討論可知，欲建立數位式行車紀器之技術規範，基本

上仍應廣納各方意見與資料，從而篩選最可行之項目，並循序討論後再予確定，為避免技術規範

之內容思慮欠周，本文擬從三方面為主軸探討其所需建立內容之必要性，俾作為後續規範訂定之

基礎：

1. 1. 1. 1. 功能要求功能要求功能要求功能要求：：：： (1) 軟體功能 (2) 操作介面 (3) 輸入輸出 (I/O) 介面 (4) 電源 (5) 資料儲存。

2. 2. 2. 2. 性能要求性能要求性能要求性能要求：：：： (1) 精度 (2) 使用環境 (3) 耐久特性 (4) 主機機構 (5) 耐撞程度。

3. 3. 3. 3. 營運管理營運管理營運管理營運管理：：：： 營運管理所需之項目因不同運輸型態而異，故原則上可考慮不列入必要性之功

能，以保留設備廠商發揮之彈性。

4. 4. 4. 4. 法規層面法規層面法規層面法規層面：：：： (1) 檢驗校正 (2) 推動方式。

((((二二二二) ) ) ) 不同廠牌設備相容必要不同廠牌設備相容必要不同廠牌設備相容必要不同廠牌設備相容必要性之探討性之探討性之探討性之探討

經由前述之說明與分析可知，數位式

行車紀錄器之規格與特性，因產品等

級與生產廠商間之不同，其使用之結

果亦將產生差異，故在探討其使用需

求之課題時，勢將面臨設備與系統整

合之問題，進一步而言，同樣情形亦

可能發生於系統擴充之問題上。基於

不同廠牌數位式

行車紀錄器相容性之考量，以下擬列

出問題癥結作參考，俾使數位式行車

紀錄器之功能規劃能更趨完善。

• 共同技術規範之建立共同技術規範之建立共同技術規範之建立共同技術規範之建立

• 商業利益與機密考量商業利益與機密考量商業利益與機密考量商業利益與機密考量

• 法令規章法令規章法令規章法令規章

• 檢驗校正檢驗校正檢驗校正檢驗校正

• 使用問題使用問題使用問題使用問題

((((三三三三) ) ) ) 技術規範草案說明技術規範草案說明技術規範草案說明技術規範草案說明

本研究完成使用者需求說明會及期中、期末技術說明會，經廣納各界意見及綜合分析後，已初步

完成功能技術規範初擬，內容包括「功能技術規範」、「通訊協定」及「卡片內容定義」，並配

合業主要求將草案登載於運輸研究所運網頁供各界參考及指教， 圖圖圖圖 8 8 8 8 為本階段核心模組功能與

擴充模組功能形成相關來源， 圖圖圖圖 9 9 9 9 則為技術規範擬訂之方向 【 3 】 。本草案之擬訂自期中

報告後，再歷經多次工作會議研討，誠如預期所言，對於設備多功能考慮之構想最後被務實考量

所取代，其變動考量之主要因素綜合如下：

1.1.1.1.車輛生產問題車輛生產問題車輛生產問題車輛生產問題 2.2.2.2.區域特性區域特性區域特性區域特性 3.3.3.3.成本因素成本因素成本因素成本因素 4.4.4.4.既有法規既有法規既有法規既有法規

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五五五五、、、、未來推動之問題與推動策略未來推動之問題與推動策略未來推動之問題與推動策略未來推動之問題與推動策略

經由前述內容之分析可以發現，數位式行車紀錄器不僅對於營運業者在經營管理上能夠提供許多

助益，一旦運輸車輛發生事故，數位式行車紀錄器更能夠有效的提供當時的行車狀況數據，藉以

釐清肇事責任，提供執法者執法的有效證據。

基於安全管理之考量，目前世界先進各國均積極推動運輸車輛裝置數位式行車紀錄器的工作，國

內方面，雖然交通部目前已公佈 8 公噸以上新登檢領照之汽車必須裝設行車紀錄器，然而目前

國內數位式行車紀錄器裝設之情形仍相當不足，仍須業者、駕駛主動配合以及相關單位積極宣導

與推動，以下簡列相關問題俾作因應策略擬之參考。

((((一一一一) ) ) ) 法令面與制度面之修改與推動法令面與制度面之修改與推動法令面與制度面之修改與推動法令面與制度面之修改與推動

1. 1. 1. 1. 行車紀錄器之裝設行車紀錄器之裝設行車紀錄器之裝設行車紀錄器之裝設

2. 2. 2. 2. 數位式行車紀錄器技術規範之制訂與持續增修數位式行車紀錄器技術規範之制訂與持續增修數位式行車紀錄器技術規範之制訂與持續增修數位式行車紀錄器技術規範之制訂與持續增修

3. 3. 3. 3. 數位式行車紀錄器之裝設數位式行車紀錄器之裝設數位式行車紀錄器之裝設數位式行車紀錄器之裝設

4. 4. 4. 4. 延伸強制裝設行車紀錄器之適用範圍延伸強制裝設行車紀錄器之適用範圍延伸強制裝設行車紀錄器之適用範圍延伸強制裝設行車紀錄器之適用範圍

5. 5. 5. 5. 明定職業駕駛的工作時數規定明定職業駕駛的工作時數規定明定職業駕駛的工作時數規定明定職業駕駛的工作時數規定，，，，並利用數位式行車紀錄器之記錄功能確實執行並利用數位式行車紀錄器之記錄功能確實執行並利用數位式行車紀錄器之記錄功能確實執行並利用數位式行車紀錄器之記錄功能確實執行

6. 6. 6. 6. 配合修定相關法令配合修定相關法令配合修定相關法令配合修定相關法令，，，，將數位式行車紀錄器資料列為執法依據將數位式行車紀錄器資料列為執法依據將數位式行車紀錄器資料列為執法依據將數位式行車紀錄器資料列為執法依據

7. 7. 7. 7. 建立數位式行車紀錄器之定檢制度建立數位式行車紀錄器之定檢制度建立數位式行車紀錄器之定檢制度建立數位式行車紀錄器之定檢制度

8. 8. 8. 8. 應用相關應用相關應用相關應用相關法令對安裝數位式行車紀錄器業者進行實質補助法令對安裝數位式行車紀錄器業者進行實質補助法令對安裝數位式行車紀錄器業者進行實質補助法令對安裝數位式行車紀錄器業者進行實質補助

((((二二二二) ) ) ) 業者業者業者業者、、、、駕駛與相關單位之配合駕駛與相關單位之配合駕駛與相關單位之配合駕駛與相關單位之配合

由於數位式行車紀錄器之裝設需另增額外費用且具備詳細行車監督之作用，目前國內之運輸業者

除依政府之規定外，大都未積極配合紀錄器之裝設，然而數位式行車紀錄器之紀錄資料卻能幫助

業者有效管理駕駛人的駕駛行為及行車動態，除了可避免駕駛人發生不依規定路線行駛或是異常

駕駛行為等情形外，更可有效幫助業者瞭解經營管理之情形，藉由行車紀錄資料之統計分析，可

以幫助業者對於車輛調度、營運路線之設計、營運成本之分析、駕駛人之差勤管理，駕駛行為之

要求等皆有極大之幫助，因此建議未來推動裝置數位式行車紀錄器之相關工作時應對營運業者多

加宣導並吸收運輸業界之意見，令其能瞭解行車紀錄器之優點及效益，進而願意配合政府之相關

措施。

((((三三三三) ) ) ) 與與與與 ITS/CVOITS/CVOITS/CVOITS/CVO 發展之整合發展之整合發展之整合發展之整合

數位式行車紀錄器屬於「商車營運安全管理系統」之一環，建議未來在「商車營運安全管理系統」

的規劃上，應具有以下之考量：

1. 利用數位式行車紀錄器進行高風險運輸業之車隊及駕駛管理，依據數位式行車紀錄器之紀錄

資料進行違規執法，以遏止違規情況的發生，強化國內運輸業的競爭環境，提昇行車安全性。

2. 將行車紀錄器的功能納入政府刻正推動 ITS 相關方案中之指定要項。

3. 建立商車車隊管理相關設備之共同資訊平台，確立統一之通訊協定，以整合相關設備之功能，

避免重複投資造成浪費。

4. 輔導與補助運輸業者採用數位式行車紀錄器之車隊管理方式，提昇商用運輸車隊之經營管理

能力。

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六六六六、、、、結語結語結語結語

綜合本研究針對客、貨運業者及政府監 ( 管 ) 理單位關於數位式行車紀錄器功能需求之調查結

果，在駕駛員管理需求方面，客、貨運業者最為重視的項目均為提供駕駛行為之考核 ( 如超速、

急加減速、異常停留紀錄等 ) ，在營運管理需求方面，客、貨運業者最為重視的項目均為做為

運輸起迄分析 ( 如里程、時間 ) 參考，在交通資訊蒐集之需求方面，貨運業者與政府單位最重

視的項目均為各路段、時段車輛平均行駛速率，客運業者最為重視的項目則為各路段、時段車輛

行駛時間，在肇事鑑定參考之需求方面，貨運業者最重視之項目為提供車輛縱、橫向加減速資訊，

客運業者及政府單位最重視之項目為提供煞車資訊，上述之功能需求調查結果做為本研究研擬數

位式行車紀錄器功能技術規範 ( 草案 ) 之重要參考。

數位式行車紀錄器功能技術規範關於肇事鑑定資料提供之功能，經綜合各界提供之建議後，由於

現階段在成本考量及法令配套上無法加以配合，本研究認為行車紀錄器所提供之資料仍宜界定為

「輔助參考」，暫不作為逕行引用之「直接證據」，因此初期並未列入功能技術規範草案中。

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一一一一、、、、前言前言前言前言

機動車輛是台灣都市的主要運輸工具之一，其中機車超過 1100 萬部，約占三分之二。由於機車

體積小、加速度高，相對於小汽車及公車顯得更為靈活，因此在一般的車流觀測與調查研究中，

多認為機車在道路上行駛其自由度較其他運具為高，而由於不同運具使用共同道路空間，在車流

特性差異的環境下易造成潛在衝突，因此若能將汽機車加以分流，便成為改善機車交通安全的作

法之一。機車停等區就是在分流概念下所提出的路口分流策略之一。

由於機車在路口停等時有向前集中橫向擴張停等的特性，低起動延滯及高加速性都使得機車在路

口疏解時較汽車有更高的效率。為提高路口疏解效率及改善汽機車混合停等可能帶來的衝突，因

此在停止線後劃設一方形區域提供機車停等，並在綠燈始亮時疏解的作法，便是機車停等區設計

的概念。而今台北地區的主要道路路口大多已劃設機車停等區，並嚴格取締汽車進入停等區中停

等。然而機車停等區的劃設目前並無一套嚴謹的方法，且機車停等區的設置尚有許多值得進一步

研究的問題，例如停等區面積大小問題，停等區涵蓋車道的決定，清道時間的設定，對飽和流量

的影響，對起動延滯的影響，對號誌時制的影響等等。除了以上問題之外，舉凡道路幾何工程的

改變都會影響號誌時制的設計，所以考慮停等區問題與號誌時制設計之研究確有進行之必要。

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二二二二、、、、 機車停等區實行現況分析機車停等區實行現況分析機車停等區實行現況分析機車停等區實行現況分析

((((一一一一))))實施現況實施現況實施現況實施現況

機車停等區的設計在過去並無相關設計標準，也無實施經驗。台北市自民國八十九年起在主要路

口設置機車停等區，目前仍不斷修正相關設計中，並無正式的設計標準。

以往對於交叉口機車等候佈設所提之方式有：橫向等候線退縮、階梯式等候線與汽車等候線退

縮。過去的相關研究，並沒有實際案例的佐證，僅以專業判斷歸納出，機車停等區佈設方式較符

合機車之集中停等與整群紓解特性，可能提高道路空間的使用效率。減少汽機車夾雜停等的現

象，提高道路的安全性。

1995 年馮輝昇整合號誌進入路口等候佈置方式[3]，這是第一次加入號誌設計的觀點，在研究中

提出了機車等候佈置方式之篩選流程圖，作為佈置方式之探討。研究中並以汽車等候線退縮而提

供機車停等的方式，進行號誌設計。

因為機車停等特性所引發之設計原則可以歸納如下：寬度方面，需視現場狀況進行不同設計，其

原則是由機車專用道或混合車道左側起向右劃設至路邊緣石，但為考量部份路口右轉車流量大，

號誌時制計劃中若有右轉時相，則寬度則可以實際狀況劃設至右轉車道左側止。至於禁行機車的

快車道則不劃設機車停等區，以免機車為匯入混合車道而發生車流交織的行為。在長度方面，因

為影響到車流之起動延滯、飽和流量等車流特性參數，必須考慮到號誌時制之設計，因此唯有進

行停等區路口之車流特性調查分析之後，才能進一步以模式推導出最佳結果。

((((二二二二))))調查地點說明調查地點說明調查地點說明調查地點說明

在進行調查分析方面，考慮到停等區長寬對

號誌設計參數的影響以及車流特性的影

響，選取的地點應包含不同長度與寬度的停

等區路口；同時亦應考慮不同機車混合比下

的情形。因此本研究調查路口選取的原則為

各種幾何大小不同之停等區路口，並調查不

同混合比之下的情形。但受到調查可行性的

限制，故選取有天橋或制高點之路口拍攝錄

影帶。

由於同一地點之事前事後比較分析之資料取得不易，本研究在南京東路與復興南路交叉口作觀

測，如 圖 1 。事前事後的觀測時間皆為上午尖峰時間 7:30~9:00。事前樣本數 18 週期，事後樣

本數 20 週期，並將調查資料平均做出統計圖表。號誌時制為週期 200 秒，南京東路東向西方向

綠燈時間為 100 秒，紅燈時間 98 秒，黃燈時間 2 秒。

圖圖圖圖 1 1 1 1 調查範圍示意圖調查範圍示意圖調查範圍示意圖調查範圍示意圖

在分析停等區不同長寬對車流特性參數的影響，則選定承德 -民生、承德-民權、和平-新生路口

為觀測路口。

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三三三三、、、、機車停等區與車流特性分析機車停等區與車流特性分析機車停等區與車流特性分析機車停等區與車流特性分析

由於停等區的設置改變車流秩序，機車在前集中使得車流同質性升高，因此可能影響車流之飽和

流率；對汽車而言停等區的設置亦可能影響其起動延滯。對於上述車流特性的改變，也影響了號

誌時制的設計。本研究調查的重點在於汽機車之飽和流率、起動延滯的變化、停等區的使用效率

等。藉由紓解曲線分析，飽和車間距分析、機車飽和流量分析來了解停等區對號誌化路口所造成

的影響。

((((一一一一))))汽車紓解率分析汽車紓解率分析汽車紓解率分析汽車紓解率分析

由 圖 2 可看出，事後快車道紓解率因為機車向前

集中紓解，而使得汽車車流可以混合比較低的狀態

紓解，減少彼此的干擾，因此在約 8 秒左右便達到

一穩定的紓解率。而未設置機車停等區的快車道則

因為汽機車夾雜干擾，所以不容易達到一穩定的紓

解率。

至於混合車道部分，也就是有停等區覆蓋的車道，

看出由於設置了停等區所以增加了汽車的起動延

滯，但是其達到飽和紓解的情形較快，且有較高之

飽和紓解率。這是因為機車提前集中紓解後，純汽

車車流可以有較高之紓解率。依本研究調查平均而

言同樣紓解 20 輛車，有停等區後可以較快將等候

的車輛紓解完。 表 1 為飽和車間距比較表。

表表表表 1 1 1 1 飽和車間距比較表飽和車間距比較表飽和車間距比較表飽和車間距比較表

事前快車道 事後快車道 事前混合車道 事後混合車道

飽和車間距 ( 秒 /

輛 )

2.00 1.92 2.34 2.15

變異數 0.014 0.064 0.0196 0.135

飽和流量 ( 輛 / 小

時 )

1796 1878 1535 1678

圖圖圖圖 2 2 2 2 汽車紓解曲汽車紓解曲汽車紓解曲汽車紓解曲線比較線比較線比較線比較

由事後飽和流率的增加可以知道，停等區的設置對於快車道或是慢車道都是有助益的。因為機車

向前集中先行紓解，使停等區外汽機車夾雜的情形較為減輕，所以可以達到較高的飽和流率。根

據本研究對混合車道汽車飽和紓解率的調查研究顯示，當機車占汽機車總數的比例越低時，汽車

的平均飽和紓解間距將越小。因此可以推論因為機車停等區使得部分機車向前集中，而使得後方

之汽機車混合比降低 (混合比=機車數/[機車數+汽車數])，所以停等區後方之汽車可以比事前有

較高的飽和紓解率。而本研究所調查整理的混合比與汽車紓解間距關係如 表 2 。雖然經由檢定

的結果 兩兩 間的差異並沒有顯著性 (α=0.05)，但是隨著機車混合比的增加，汽車之飽和紓解

間距有隨之增加的趨勢。

表表表表 2 2 2 2 混合混合混合混合比與汽車飽和紓解間距關係比與汽車飽和紓解間距關係比與汽車飽和紓解間距關係比與汽車飽和紓解間距關係

機車混合比 (%) 樣本數 ( 週期 ) 平均飽和紓解間距

( 秒 / 輛 )

標準差 P-value

A(20-50) 21 1.97 0.59 A 與 B 0.3745

B(50-70) 24 2.00 0.82 B 與 C 0.1788

C(70-90) 30 2.10 0.95 A 與 C 0.09

((((二二二二))))汽車起動延滯分析汽車起動延滯分析汽車起動延滯分析汽車起動延滯分析

所謂的起動延滯是指綠燈始亮時，交通量不能立刻達到飽和流率所造成的時間損失。先前研究指

出飽和車間距約在第五部車之後達到 [2]，而本研究將調查所得之各週期樣本的起動延滯加以平

均而得到平均起動延滯。

本研究整理南京復興路口事前事後汽車起動延滯部分如 表 3 所示 (在混合比 70%之下)。

表表表表 3 3 3 3 事前事後汽車起動延滯表事前事後汽車起動延滯表事前事後汽車起動延滯表事前事後汽車起動延滯表

混合車道 快車道

4.0840 4.707 事前起動延滯 ( 秒 )

標準差 1.415 標準差 1.342

7.22 4.935 事後起動延滯 ( 秒 )

標準差 1.331 標準差 1.007

3.622 4.935 事後起動延滯 ( 秒 )

( 以停等區後緣當停止線 ) 標準差 1.14 標準差 1.007

所呈現的結果是，事後的起動延滯增加了，且停等區涵蓋的混合車道起動延滯增加了約 3 秒。

這是因為雖然停等區後方混合比降低有提昇汽車飽和紓解率的效果，但是卻必須多花時間越過停

等區與等待機車自停等區紓解，而這便是造成起動延滯增加的原因。不過若是將停等區後緣視為

退縮的停止線，則呈現出事後混合車道汽車起動延滯其實是比較輕微的，因為汽車車流純化的緣

故。為了解混合比與起動延滯的關係本研究調查的結果如 表 4 。

表表表表 4 4 4 4 混合比與起動混合比與起動混合比與起動混合比與起動延滯關係表延滯關係表延滯關係表延滯關係表

混合比 起動延滯 ( 秒 )

0~30 2.84

30~50 3.51

50~70 5.32

70~80 7.01

80~90 8.23

所以停等區對起動延滯的影響是，一方面因車流純化的減少延滯，另一方面是因為停等區造成汽

車需多花時間等待及通過停等區。

((((三三三三))))機車紓解率分析機車紓解率分析機車紓解率分析機車紓解率分析

由於在未設置停等區時容易發生機車被前方小

汽車阻擋的現象，如此一來，綠燈起動時機車

紓解型態並不明顯。在停等區設置後，機車紓

解率在約 2 秒達到一高峰，之後快速下降，至

6 秒後已呈現維持一較低之紓解率。與無設置

停等區的差異就在於綠燈始亮後，機車紓解的

時間較短而集中。如 圖 3 。

在機車飽和流量的估算上，相關的變數除道路

幾何條件、機車性能、駕駛員特性外，相關的因素還有很多。考慮到機車有很明顯的向前集中橫

向發展的特性，故與機車飽和流量最為相關的為『可容許機車紅燈停等時的寬度』。 [3]

在機車飽和流量的訂定時間上，會依據混合車道、停等區的儲車空間不同，而取不同的時間。本

研究將 承德 -民生、承德-民權、和平-新生路口 調查之停等區飽和紓解率資料，經由線性回歸

分析得到飽和紓解率與停等區寬度的關係式如下：

Sw = 4380+1020W R 2 2 2 2 = 0.965 Sw：機車之飽和紓解率（輛╱小時）

W：車道寬度（公尺）

圖圖圖圖 3 3 3 3 機車紓解率圖機車紓解率圖機車紓解率圖機車紓解率圖 ( ( ( ( 南京南京南京南京 ---- 復興復興復興復興 ) ) ) )

至於在同樣寬度 ( 4.5 公尺 )下不同長度的停等區，經由本研究調查的結果如 表 5 所示

經由 兩兩 檢定結果 (α=0.05)發現機車停等區的飽和紓解率，因長度不同所造成的影響不顯著。

表表表表 5 5 5 5 停等區長度與紓解率關係表停等區長度與紓解率關係表停等區長度與紓解率關係表停等區長度與紓解率關係表

停等區長度 平均飽和流率 ( 輛 / 秒 ) 標準差

5.5 2.23 0.

6 2.47 20

6.5 2.46 15

7 2.45 18

經由 兩兩 檢定結果 (α=0.05)發現機車停等區的飽和紓解率，因長度不同所造成的影響不顯著。

((((四四四四))))機車停等面積分析機車停等面積分析機車停等面積分析機車停等面積分析

停等區內確實停放的機車數目將影響到停

等區設置的效能，因此有必要對機車所需之

靜態停等面積進行分析。本研究選擇尖峰時

段進行觀測，並將因受阻而停等區無法被充

分使用的情形剔除，以估計適合機車停等面

積的設定值為何。

估計機車所需靜態面積 = 停等區面積 /

機車數

本研究發現當一輛機車停等所需的面積估計為 3 平方公尺 時，可以滿足約 85%以上的所需，如

圖 4 。因此本研究將機車停等於停等區內所需的面積定為 3 平方公尺 。因此停等區容量可由下

式求得：

停等區容量 = 停等區寬度×停等區長度÷機車靜態面積( 3 平方公尺 )

如此可作為劃設停等區大小的依據之一。

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

四四四四、、、、模式建立模式建立模式建立模式建立

本研究在建立結合停等區與號誌時制設計的模式，是採用兩階段法。也就是先假設一個初始的號

誌時制作為已知條件，進行停等區大小的求解。而後將所得結果作為號誌時制模式的輸入項目，

圖圖圖圖 4 4 4 4 機車靜態面積需求圖機車靜態面積需求圖機車靜態面積需求圖機車靜態面積需求圖

進而得到在停等區已知的條件下，號誌時制計劃的最佳結果。此時再把號誌時制的求解結果代入

停等區模式中，如此迭代運算以得到最終結合停等區設置的時制最佳化。以下就兩模式進行說明。

((((一一一一))))停等區模式停等區模式停等區模式停等區模式

從分析知道，停等區的設置將使得：

一、停等區涵蓋之快車道的汽車起動延滯增加。

二、停等區涵蓋之混合車道之汽車起動較慢，而紓解率因為混合比降低的緣故提昇。

三、停等區內的機車紓解率提昇，而停等區後方混合車流中的機車則紓解率變動不大。因為由先

前研究及本研究討論，影響混合車流中機車之紓解率主要是車道寬。

藉由以上結論，本研究假設車輛為均勻到達的前提下，以減少延滯時間最多為目標式，修改 馮

輝昇 君 [3]之模式建立以下模式。

Dc ：停等區涵蓋之汽車道所增加之汽車延滯。

Dmc ：停等區涵蓋之混合車道所增加或減少之汽車延滯。

Dm ：停等區涵蓋之混合車道所減少之機車延滯。

其中

Dαi = 2.2468exp(1.1983αi)

式中：

Sc ：汽車道之飽和疏解率。(輛/小時)

：汽車道之尖峰小時流量。 (輛/小時)

Tc ：汽車道之汽車通過停止線所增加的時間。（秒）

L ：停等區長度。（公尺）

N1 ：停等區可停等之車輛數。

Scm ：混合車道之汽車飽和疏解率。(輛/小時)

Scm'：停等區混合車道之汽車飽和疏解率。(輛/小時)

：混合車道之汽車尖峰小時流量。 (輛/小時)

Tcm ：混合車道之汽車通過停止線所增減的時間。

S1 ：混合車道之機車飽和疏解率。(輛/小時)

S2 ：停等區之機車飽和疏解率。(輛/小時)

：混合車道之機車尖峰小時流量。 (輛/小時)

Tm ：停等區停等機車所減少之疏解時間。(秒)

Dα1：原車道配置下混合車道之汽機車起動延滯(秒)

Dα2：停等區佈置方式下之汽機車起動延滯(秒)

V：臨近速度(15 公里/小時=4.17 公尺/秒)

：混合車道 (包含機車停等區)之機車混合比

α 2：混合車道(不包含機車停等區)之機車混合比

r：紅燈時間(秒)，根據調查資料顯示，一般尖峰時段之週期介於 2~3 分鐘，故本研究在計算停止

線退縮距離時，取 75 秒。

W：停等區寬度（公尺）

A：一輛機車須佔用之道路面積(公尺 2 )，由分析本研究取 3.0(公尺 2 )。

((((二二二二))))號誌模式號誌模式號誌模式號誌模式

1. 1. 1. 1. 有效綠燈長度限制有效綠燈長度限制有效綠燈長度限制有效綠燈長度限制

考慮行人需在綠燈時間內能安全通過路口，因此最後一位行人起步時間將決定最小綠燈。因此綠

燈時段必須有最小綠燈限制。

有效綠燈時間長度應該足以讓週期內到達之車輛，在綠燈時間內紓解完畢。

設置機車停等區之混合車道機車流：

其他流動：

：有效綠燈時間 ：停等區機車數

：第一段飽和紓解率 ：第二段飽和紓解率

：週期時間 ：右轉車調整因子

：公車調整因子 ：流量

：綠燈時比

2. 2. 2. 2. 有效紅燈長度限制有效紅燈長度限制有效紅燈長度限制有效紅燈長度限制

為避免駕駛人等待時間過長，及等候車隊超過路段可容納之車輛數，需有最大紅燈長度限制。

3. 3. 3. 3. 損失時間限制損失時間限制損失時間限制損失時間限制

損失時間包含起動延滯與未使用之黃燈時間，以下分別說明：

未設置停等區之純汽車流：

設置停等區之純汽車流：

設置停等區之混合車道汽車流：

機車部分：

所有流動皆設為 0

：損失時間 YLi ：黃燈時間 ：停等區長度

：起動延滯 ：第二段飽和紓解率

4. 4. 4. 4. 綠燈始亮時點與結束時點之限制綠燈始亮時點與結束時點之限制綠燈始亮時點與結束時點之限制綠燈始亮時點與結束時點之限制

由於在模式運算中必須決定流動的先後順序，因此必須引入一個二元的 0-1 決策變數來決定流動

之間的先後順序，才能再決定各流動的綠燈時點，這也是模式中不先決定時相數，不將各流動設

定屬於其中的時相之中，而藉由數學規劃最佳化的運算決定時點，直接編定時制計劃。

本研究之號誌設計模式，每一個時相只會在週期中出現一次，因此模式中所有流動之最後流動的

綠燈結束時點為週期長度，而其他與之衝突之流動的綠燈結束時點皆小於週期時間，也小於最後

一個流動的有效綠燈始亮時點。

對於各時點的決定主要原則為各衝突流動間彼此的清道時間必須引入，亦即在一週期中較後開放

通行之流動的綠燈始亮時點必須大於前一衝突流動之綠燈結束時點與兩流動間清道時間之和，以

圖 5 說明如下：

(1)若流動 i 在流動 j 之前，而流動 i 與流動 j

之間是衝突的，則須建立-二個安全關係式為

，其中 bc 代表 i,j 之間的全紅

清道時間， ，其中 df

代表 j,i 之間的全紅清道時間；反之，若流動

i 在流動 j 之後，則限制式為 i,j 互換。

(2)若流動 h 為最後一流動，則其他與流動 h 衝突之流動，其綠燈時點皆在流動 h 之前，因此限制

式為 ，其中 lm 代表 i,h 之間的全紅清道時間，而下一週期之限制式為

，其中 no 代表 h,i 之間的全紅清道時間。

圖圖圖圖 5. 5. 5. 5. 各流動時點衝突區隔圖各流動時點衝突區隔圖各流動時點衝突區隔圖各流動時點衝突區隔圖

至於流動之間的先後順序，則由整體模式最佳化決定，本模式不先作設定，而經由實際測試，也

確實可行，運算結果將包括流動之間的先後順序。

車流流動順序決策限制式：

lij：全紅清道時間 Vi：綠燈結束時間 Ui：綠燈開始時點

Sd：起動延滯 Wij：流動先後順序參數 aij：流動間衝突參數

c：週期長度 ：綠燈時間 k ：時相長度

5.5.5.5.黃燈時間與全紅清道時間限制黃燈時間與全紅清道時間限制黃燈時間與全紅清道時間限制黃燈時間與全紅清道時間限制

對於設置停等區之混合車道，由於汽機車之猶豫區間不同，必須分別設定各自的紅燈與全紅時

間。因為對於停等區所涵蓋的車道的汽車而言，形同路口加寬，而加寬的距離為停等區的長度，

因此在計算此類流動的清道時間時必須將路口修正為加寬後的寬度，在實際計算時就是公式中將

W(路口寬度)加長：

本研究以下式計算清道時間 [5]，清道時間包含全紅時間與黃燈時間

其中：

T = 清道時間 = 駕駛人反應時間 = 減速度

v = 臨近路口速度 L = 車長 W = 路口寬度

全紅時間以下式 [6]計算

式中

D：橫向路口至衝突點之距離，若有待轉區則以待轉區至衝突點距離計算

K：橫向車輛反應時間，汽車：0.3 秒、機車：0 秒

a：橫向車輛最大加速度(公尺/秒)，機車取 3.33，汽車取 3.19

L：車輛長度，汽車：5 公尺；機車：2 公尺

黃燈時間的計算便由清道時間減去紅燈時間得來。

6.6.6.6.週期長度限制週期長度限制週期長度限制週期長度限制

(1)週期長度等於有效綠燈長度與有效紅燈時間長度之和：

(2)為設定合理之週期長度，需有最大與最小長度限制：

7.7.7.7.模式目標式說明模式目標式說明模式目標式說明模式目標式說明

依?考文獻 [3] 之延滯模式作為本模式之目標函數

min d

d : 延滯值 g : 綠燈時間 N : 停等區停等車輛數 c : 週期時間

S1：第一段飽和紓解率 S2：第二段飽和紓解率

q：流量

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

五五五五、、、、模式應用與結果模式應用與結果模式應用與結果模式應用與結果

((((一一一一))))測試路口背景說明測試路口背景說明測試路口背景說明測試路口背景說明

本研究假定一路口基本資料如

下，道路寬度為南北向 13.4

米 ，東西向 7 米 。對向車道

一律用中央分隔線區隔，東西

向每一方向兩車道，內側車道

為左轉專用道，路寬 3.2 米 ，

外側車道為混合車道，路寬 3.5

米 。南北向每方向各一車道，

為混合車道，路寬 3.5 米 。本

路口之管制規定為機車兩段式左轉，南北向汽車禁止左轉。各方向與路口停止線之距離為 4

米 。各流動群編號如 圖 6 所示。各流動之流量與飽和流量如 表 6 所示。並假設路口無大型

車與右轉車輛。

流動型態 流量 ( 輛 / 小時 ) 飽和流量 ( 輛 / 小時 )

1 汽車 200 1800

2 汽車 500 1700

3 機車 1000 4228

4 汽車 500 1640

5 機車 1850 4887

6 汽車 150 1800

7 汽車 450 1700

8 機車 1000 4228

9 汽車 500 1640

10 機車 1850 4887

利用本研究的模式執行，經由第一階段求解的結果，求出各方向停等區所需的大小如 表 7 所

示。測試路口號誌在延滯最小化之求解結果如 表 8 所示。

表表表表 7 7 7 7 模式求解之停等區幾何模式求解之停等區幾何模式求解之停等區幾何模式求解之停等區幾何

路口位置 停等區寬度 停等區長度

東端 3.5m 7m

西端 3.5m 8m

南端 3.5m 10m

北端 3.5m 10m

表表表表 8 8 8 8 測試路口號誌在延滯最小化之求解結果測試路口號誌在延滯最小化之求解結果測試路口號誌在延滯最小化之求解結果測試路口號誌在延滯最小化之求解結果

流動編號 綠燈始亮時

刻

綠燈結束時

刻

有效綠燈

( 秒 )

損失時間

( 秒 )

飽和度 平均延滯

( 秒 / 輛 )

1 100 120 14.81 4.34 0.9 46.86

2 75 120 37.03 7.15 0.9 39.71

3 72 119 45.05 1 0.586 28.34

4 5 56 41.56 8.2 0.9 37.24

5 1 56 53.50 1 0.794 26.79

6 56 72 11.11 4.34 0.9 47.89

7 59 100 32.94 7.82 0.809 40.60

8 56 99 41.35 1 0.640 31.56

9 4 55 42.61 8.2 0.878 36.26

10 0 55 54.50 1 0.78 25.95

本模式求解之結果可以看出不同的流動間有不同的綠燈時間、綠燈始亮與結束時點等。從平均延

滯來看可以發現機車流動的延滯小於汽車。從時相的觀點來看，大致上可以分成 (1)4、5 與 9、

10 的機車綠燈早開，(2)6、7、8 流動綠燈始亮，(3)2、3 的機車早開，與(4)1 的綠燈始亮等四個

時相。

((((二二二二))))模式比較模式比較模式比較模式比較

本研究所要比較的是路口有停等區與無停等區的比較。由於現況

路口的機車與汽車是使用同一號誌燈頭，因此就本研究所擬之路

口而言，必須將同一方向之機車流動與汽車流動視為同一。根據

顏上堯 君之研究，取小客車當量值為 0.15 將機車流動併入汽車流動之中。路口流動標號如 圖

7 所示。

在無停等區的情形下，號誌週期長度為 173.5 秒，平均每車延滯為 51.80 秒。有停等區的設置下

時制計劃如 表 9 。

表表表表 9 9 9 9 有停等區時制計劃表有停等區時制計劃表有停等區時制計劃表有停等區時制計劃表

流動編號 綠燈始亮時

刻

綠燈結束時

刻

有效綠燈

( 秒 )

損失時間

( 秒 )

飽和度 平均延滯

( 秒 / 輛 )

1 147.7 174 21.4 4.34 0.9 75

2 97.0 174 72.1 4.34 0.9 47.3

3 1 75 69.3 4.34 0.88 48.3

4 76 96 16.0 4.34 0.9 77.6

5 76 147 66.8 4.34 0.84 48.6

6 1 75 70.3 4.34 0.9 48.3

但是兩種方案所求得的延滯單位並不同，並不能直接加以比較，因此我們將之轉換為同一單位以

進行比較，也就是無停等區之各流動的平均延滯乘上各流動之車輛數，將各流動的總延滯值加總

後再除以總輛數，以得到平均每車延滯。計算的結果無停等區方案每車平均延滯為 49.38 秒。如

表 10 所示。從比較可以得知在本研究所提的策略之下，有停等區路口的績效將呈現較有效率的

狀況。

表表表表 10 10 10 10 有無停等區路口績效之比較表有無停等區路口績效之比較表有無停等區路口績效之比較表有無停等區路口績效之比較表

有停等區 無停等區

總平均每車延滯 ( 秒 ) 31.30 49.38

週期長度 ( 秒 ) 120.00 173.50

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

六六六六、、、、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

1.機車停等區的設置使得機車向前集中先行紓解，停等區內的機車可以有較高之飽和紓解率。

2.機車停等區的設置使得後方混合車流混合比下降，汽車車流在純化的情形下可以有較高的飽和

紓解率。

3.混合車道方面汽車起動延滯受到停等區佈設的影響，以至於一方面需要多花時間等待機車先行

紓解，一方面需要通過停等區，但是又因為混合比降低會使汽車流起動較快，兩相影響之下無法

以直觀的方式判別汽車起動延滯的增減，必須透過計算才能得到延滯的增加或減少。

4.本模式提出之停等區設置與號誌時制規劃方案，在路口績效平均每車延滯方面有較佳之表現。

((((二二二二))))建議建議建議建議

1.本研究的模式主要是對機車停等區的特性所建構，並無法完全反映真實路口的情形。所以結合

各種路口管制策略與能夠反映左右轉流動特性對路口影響的模式有待進一步的研究。

2.因受限於數學規劃軟體與現實上並無適當的汽機車延滯推估模式，本研究採用的延滯模式的假

設是，車輛的到達率是均勻到達。未來希望可以發展一套更適合推估汽機車延滯之模式。

3.本模式由於國內外並沒有一套適合的車流模擬程式以進行驗證，基於安全考量亦無法在實際道

路上進行調查驗證。因此建議在模擬模式發展方面，可以建構一套符合國內交通特性之模擬模

式，以利將來從事模式構建與驗證的工作。

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…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

一一一一、、、、前言前言前言前言

台灣地區近年來陸續完成許多高快速道路，為促使高速公路用路人旅行之便利，增進高快速道路

系統之運作效率，使得管理工作亦顯得複雜許多，運輸系統管理與控制措施也就日益重要。對於

用路人而言，行駛至目的地的選擇增加，如何運用有效方法，準確地推算旅行時間，並即時顯示

於相關資訊系統，協助用路人作為路線選擇之依據，除對於旅行者有極大助益外，進而可改善運

輸系統之服務水準。

過去推估旅行時間可應用多種軟硬體設備與估計方法，並利用交通參數資料創造出附加價值，使

得運輸行為之不確定性降低，交通資訊更透明化，提供輔助的決策資訊，以減少無謂的時間與成

本。一般而言，過去研究多利用 AVI 、 GPS 車機或是 VD 偵測器進行推估；然由於國道一號、

二號部份路段及國道三號並無設有 AVI ，且無 GPS 定位模組之客運車經過，故於本路段中將

利用高公局設置的車輛偵測器推估旅行時間。

此外，經由 VD 所推估的旅行時間模式，未來更可與交通電子地圖、即時資訊、先進偵測技術

等擴充功能相互結合，提供如旅行時間地圖、替代道路、路徑導引等之交通服務。對於推算旅行

時間之課題而言，所構建模式之推算能力、個人化的服務與所涵蓋的範圍，乃是交通資訊服務提

供之利基與吸引旅行者使用的主要關鍵因素。

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二二二二、、、、文獻回顧文獻回顧文獻回顧文獻回顧

2.1. 2.1. 2.1. 2.1. 旅行時間相關文獻旅行時間相關文獻旅行時間相關文獻旅行時間相關文獻

在旅行時間預測研究上，國外由於相關技術發展成熟，所能蒐集到的資料較為完臻。相對地，國

內則因相關技術尚未發展至一定水準，使得相關研究常侷限於有限的交通資料，有些則是利用電

腦模擬方式獲得資料，其結果與實際交通情況會有一定誤差。

對於預測旅行時間之概念大致可分為前向式方式與回饋方式。前向式概念是由旅行駕駛者行為建

構行為模式來推導旅行時間，利用行為模擬模式來模擬創造出分析駕駛人行為之假設性資料；回

饋方式為利用即時或事後所偵測之交通參數資料來進一步分析流量與旅行時間之預測值，此方式

較為常見。

鄭志平【民 81 年】應用衝擊波理論於高速公路封閉部分車道時，對於旅行時間的推算。在其旅

行時間推估方式的建立中，將推估方法分成兩大類，一為靜態的推估方式，另一類則為動態的推

估方式。在靜態的推估方式中即假設意外事件發生後或進行短時程的（二小時以內）之施工時，

對於車道封閉的時間能夠事先預知，對於上游需求流量之變化不加以考量進去（即視為穩定），

稱為靜態的推估。相對地，動態的推估方式即假設意外事故或施工路段的上游需求流量，隨著時

間而變化調整。此種即時的推估方式，較能掌握到高速公路的實際車流狀況，對於事件的管理亦

有較佳的效果。

不過此研究中所進行的旅行時間推估，最長距離僅限於意外事件地點至上游最近的交流道處，意

即推估旅行時間的路段範圍並不包含上下匝道的車流干擾。在靜態的旅行時間推估中，利用衝擊

波理論將時空圖繪出並找尋車輛之時空軌跡，以進行旅行時間的推估工作。對於一些假設及輸入

變數必須事先決定，如所計算旅行時間之距離，車道封閉時間、需求流量、車流模式曲線、受阻

路段容量等。

又研究中對於車流模式曲線僅採用林貴璽君【民 75 年】所求出的模式曲線，根據國外研究指出

不同車流模式曲線對於旅行時間的推估有一定的影響，故此為一需加以探討的地方。且另一方

面，對於研究中旅行時間的推估並未包含整個交流道的車流影響，應擴大範圍以利用路人資訊與

相關交通策略的發展。在於事件影響方面僅考慮施工路段作為分析對象，若能加入肇事路段的因

素則必能提高其貢獻性。

Al-Deek 【 1999 】說明單一變數由時間序列之速度資料來決定下一時期的速度值 (Sn+1) ，

Sn+1=(3an-1)Sn-Sn-1 ，其中 Sn 由 an-1 所求出，因此先估計出 an 的估計量，然後由 an 估計

量再求得 Sn+1 的估計量，最後再由公式計算出旅行時間預測值。在多變數的情況下，利用車道

佔有率、交通量、車道長度來計算出平均速度（公式：平均速度＝車長＊ ( 車輛數 / 佔有率 ) ），

如點 24 至點 25 之旅行時間為 T24-25 ＝ ( 距離 24-25)/V24 ＋ ( 距離 24-25)/V25 ，故總旅

行時間為各段所計算出之旅行時間相加。

有關快速道路之交通管理課題上，漢城奧運之旅行時間資訊乃是利用 AVI 技術所獲得，其快速

道路安裝了 AVI 系統，並且利用「資料融合」技術來發展旅行時間估計演算法【 Shin, 1998 】。

利用通訊技術、 AVI 技術來測量旅行時間，而準確度測試則利用所蒐集到的樣本值與人工方式

測量到的旅行時間作卡方適合度檢定，以驗證其是否為一致的分配。目前旅行時間資訊提供乃利

用 17 個影像偵測系統所蒐集到的交通流量、速度與佔有率交通資料來提供旅行時間，其準確性

並不佳。在所建議的旅行時間演算法步驟中，首先利用探測車與影像偵測技術來獲得即時的資

料，將資料轉換成旅行資料所需型式，利用加權平均公式融合資料，最後再運用移動平均方法

(Moving Average Method) 來計算。線上利用最大與最小值的限制來掃瞄資料以削減不適當的資

料，由影像偵測所蒐集到不同車道資料所求得之旅行時間平均值與標準差、偵測車所測到的資料

所計算的旅行時間，利用加權方式來算得融合資料後的旅行時間。最後利用濾波 (filtering) 係數

與公式計算出平滑的旅行時間值。

此外， Chen 【 2001 】以紐澤西長途流量為主之重要路廊 I-80 公路為研究對象，採用 Kalman

filtering method 演算法進行旅行時間預測。以 I-80 公路作為參考，選取之中含有五個匝道之路

段，分為九個節點與八個路段，用 CORSIM 模擬建立出與現實交通車流狀態相似之車流資料，

並且取模擬資料中的 1% 作為交通偵測車之資料，建立預測模式，時段為晨峰兩小時，每五分

鐘進行一次預測。

其預測模式分為 Path-Based ：起點至終點的旅行時間與 Link-Based ：各節點之間的旅行時間算

數和，結果濾波法演算之預測值與實際值蠻接近，且 Path-based 模式比 Link-based 模式的績效

好。研究上亦發現選取模擬資料中 3% 車輛作為交通偵測車之資料，所建立之預測模式績效僅

較採用 1% 的模式好一點，故未來在偵測車數量不足時，可取 1 % 的資料來替代，所構建的模

式一樣有不錯的效果。

至於 Path-based 模式較 Link-based 模式的績效好與一般概念有所突兀，吾人認為可能是現階段

之變數只考慮了旅行時間，未考量事件、道路環境等影響變數特性所致，相對地本研究考量因素

較符合實際行車環境，因此所構建之預測模式亦能較適用於真實道路。

Ding 【 Ding et al.,1999 】研究中有關兩種預測旅行時間模式之輸入變數，包括有路段距離、路

段平均交通量、路段平均速度、路段平均延滯與路段平均等候時間，所有路段個別之交通量、速

度與延滯之平均數與標準差。其類神經網路架構依路段或停靠站不同基準亦有不同，在路段基準

(Link-Based) 的模式中，每個路段有個別之子系統架構來預測個別之旅行時間，並結合到達時間、

出發時間等資訊連結來預測公車之到達時間。在停靠站為基準 (Stop-Based) 的網路模式中，則是

以站間 m 個路段之流量、速度與延滯之平均數與標準差、站與站之間的路口數來建構網路子系

統，再結合旅客需求數、到達時間與到站時間來得到預測之旅行時間值。

Giovanni 【 Giovanni, et al.,2001 】研究中利用路側偵測器所蒐集的車速、流量與佔有率資訊，提

出三種不同旅行時間預測方式，包含靜態旅行時間預估 (Static Travel Time Estimations) 、動態旅

行時間預估 (Dynamic Travel Time Estimations) 與類神經網路 (Artificial Neural Network) 等三種模

式，應用於海牙至鹿特丹港市的 A13 公路。利用蒐集所需之歷史旅行時間，以此三種模式進行

旅行時間預測並比較其準確率，研究結果以類神經網路模式所預估之旅行時間最為準確。

2.2 2.2 2.2 2.2 旅行時間預測模式之交通資料蒐集方式旅行時間預測模式之交通資料蒐集方式旅行時間預測模式之交通資料蒐集方式旅行時間預測模式之交通資料蒐集方式

旅行時間預測之發展概念，一般可大致分為利用模擬分析駕駛人行為之假設性資料來推導旅行時

間，或是利用即時交通參數資料或歷史資料來進一步分析旅行時間之預測值，所預測之旅行時間

可分為動態與靜態預測模式兩類。將針對預測模式所需之交通資料來源與模式選擇等進行分析。

依交通參數資料之蒐集方式，可分為車輛偵測器 (VD) 、探測車 (Probe Vehicle) 以及自動車輛辨

識 (Automatic Vehicle Identification, AVI) 等三大類加以探討。

1. 車輛偵測器

高公局、公路總局與各縣市交通局於各都會區內、高快速道路系統等均佈設有車輛偵測器，藉此

接收各區域內重要幹道的交通資訊，所取得的交通資訊包含有各型車車速、流量與佔有率等資

料。若需藉由所蒐集的交通資料取得旅行時間，則得經過數學式或其他方式的進行推估。

2. 偵測車 (Probe Vehicle)

以特定車輛的實際旅行時間作為其餘車輛之旅行時間預估，可利用其既設之定位模組，回傳通過

該特定道路上之旅行時間與車速資訊，藉以協助作為都會區與替代道路之交通資訊蒐集。

(1) 客運車輛

目前首都客運、大有巴士、和欣客運等市區與國道客運車輛均配置有 GPS 定位模組，可作為車

隊管理、到站時間發布與事件緊急通報之用。並可藉由該車於路段上之實際旅行資訊，如車速、

旅行時間等提供給其餘用路人作為行前與途中之參考。

(2) 公路車輛

藉由計程車加裝 GPS 車機，於電子地圖上顯示該輛車之目前位置，並依一定演算法派遣區域內

車輛予以接送乘客。此外， DHL 、 UPS 、五崧捷運等大型物流公司為方便其車隊管理與派遣，

多於貨車上設有衛星定位系統，以上的準大眾運輸與物流業多於都會區域內道路行駛，可藉此蒐

集都會區內之交通資訊。

(3) 勤務車輛

利用公路巡邏車、警察與消防勤務中心之特定勤務車輛提供路段中之交通事件、相關管制策略與

施工資訊，所選用的旅行時間預測模式可考量該相關事件之影響，將可提供更準確的旅行時間預

測結果。

3. 車輛辨識 (AVI)

智慧型車輛辨識系統主要分為兩種方式，第一類是利用車牌影像辨識技術，第二類則在車輛安裝

車輛單元 ( 如 tag 或 OBU) ，可將道路交通資訊轉換為所需之路段車流資訊。

(1) 車牌辨識系統

國內目前的車牌影像辨識技術相當成熟，一般道路的車牌辨識率已達 80% 以上 ( 夜間需加輔

助光源 ) ，目前已應用在高速公路、都會區快速道路及省道路段上，具有相當成效，因此車牌

影像辨識可穩定的提供路況資訊之用。

(2) 電子收費系統

由於高速公路電子收費預計於民國 95 年初全面正式上路，屆時全國將有眾多車輛安裝車上單元

(On Board Unit, OBU) 以符合電子收費系統的需求。因此僅需在都會區路網的重要地點安裝路側

辨識設備，即可得到足夠的車輛行駛資訊轉換為路段車流資訊。

4. 手機定位

個人手機的普及，可利用手機在各基地台間移動的資訊，或加設 GPS 模組，利用演算法予以定

位用路人目前位置與車行狀況。此外，原先為考量駕駛人安全、路徑導引所設計而推出具有 GPS

模組之自用車，亦可利用其 GPS 定位功能進行交通資訊蒐集之用，用以彌補替代道路系統中交

通資訊蒐集設備的不足。

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

三三三三、、、、高快速公路旅行時間預測模式之規劃高快速公路旅行時間預測模式之規劃高快速公路旅行時間預測模式之規劃高快速公路旅行時間預測模式之規劃

3.1 3.1 3.1 3.1 模式模式模式模式 類型類型類型類型

旅行時間分析方法基本上可區分為靜態旅行時間預測與動態旅行時間預測等兩大類方式，茲就此

兩類預測方式、及其實際應用情形說明如下。

3.1.1 靜態旅行時間預測

1. 統計方法

傳統迴歸分析與時間序列預測方法，多採用機率理論處理非動態旅行時間預測問題。包括有移動

平均法、簡單指數平滑法、 Holt's 指數平滑、 Winter's (H-W) 指數平滑、以及古典分解法、 ARIMA

與簡單多元迴歸等，將各方式簡要介紹如下：

(1) 移動平均法：假設一未來值將會等於過去觀察值之平均，適用於短期且非動態之旅行時間預

測。

(2) 簡單指數平滑法：利用近期之預測值、實際值及平滑係數，以平滑時間序列進行預測，適用

於短期且非動態之旅行時間預測。

(3) Holt's 指數平滑：以簡單指數平滑為基礎，增加對於趨勢性之適用性，適用於短期且非動態

之旅行時間預測。

(4) Winter's 指數平滑：以 Holts 指數平滑為基礎，增加對於季節性之適用性，適用於短期且非

動態之旅行時間預測。 .

(5) 古典分解法：將時間序列有系統地分解成趨勢、季節、循環性和誤差之方法，適於短期、中

期、長期且非動態之旅行時間預測。

(6) ARIMA ：藉由自我迴歸及移動平均，加上差異方程式之趨勢、季節性發展模式，適用於短期

且非動態之旅行時間預測。

(7) 簡單多元迴歸：利用迴歸分析之最小平方法獲得各自變數及依變數之迴歸關係式，適用於短

期且非動態之旅行時間預測。

2. 數學分析法

適用於僅有偵測器時之道路旅行時間預測，藉由各式偵測器所量得之現點速率及兩偵測器相對距

離進行該路段旅行時間之估計與預測，主要旅行時間估計模式如下所示：

(1) 路段運算法 — 以速率、整體均衡觀點：為估算兩偵測器間之路段旅行時間；前者運算模式

為將路段均分為二，以該路段所屬之偵測器估算；後者以整體均衡觀點運算之模式則為記錄一定

時間內之整體旅行時間，並以等候理論估算車輛在特定區間內所需的通過時間。

(2) 靜態路徑運算法：將該路徑以每個路段最新的旅行預測時間加總，即為路徑旅行預測時間；

此路徑運算模式中所計算的旅行時間，均由每個路段中的上下游兩個偵測器所量得之平均車速進

行估計。

(3) 平滑法 — 輸入值、輸出值：為避免資料輸入值與結果輸出值與平均值差異太大，在該時段

中，每個偵測器所量得之車速和流量均需在該點歷史資料平均值的 80%-120% 的區間內。

3.1.2 3.1.2 3.1.2 3.1.2 動態旅行時間預測動態旅行時間預測動態旅行時間預測動態旅行時間預測

1. 動態統計方法

包括有卡門濾波器、 Bayesian 預測、混沌理論等方法，可處理動態旅行時間預測問題。前兩者

之理論基礎乃為條件機率論，而後者混沌理論則是基於微分或差異方程式。其中卡門濾波器為動

態時間序列預測方法，處理一組隨機過程或系統之預測與濾波問題，適用於短期且動態之旅行時

間預測。

2. 類神經模式與模糊理論

類神經模式部分則採以倒傳遞神經網路模式，藉由輸入訓練範例，利用最陡坡降法自動學習，獲

得各層連結權重後即可進行預測，適用於中、長期且動態之旅行時間預測。此外，若採用灰色預

測模式，以累加生成為構建灰色模式之基礎，利用將原始數據經累加生成運算產生明顯指數規劃

性以模擬灰色過程，亦即將離散不規則之原始數據列，經累加生成後產生指數規律，即可進行預

測，適用於短期、且動態與非動態皆可之旅行時間預測。

3. 數學分析法

數學分析法計有動態路徑運算模式，此方法採用歷史資料進行推估，為兩部車同時出現於某特定

路徑中，當一號車進入該路徑時，第二部車恰好離開該路徑，利用第二部車在系統中所經歷之旅

行時間，可作為第一部車將來之路徑旅行時間。

3.2 3.2 3.2 3.2 模式評估選擇模式評估選擇模式評估選擇模式評估選擇

國道一號（汐止系統交流道至圓山交流道、汐止五股高架段）、國道二號（鶯歌系統交流道至機

場系統交流道）及國道三號（汐止系統交流道至鶯歌系統交流道）其餘路段之實際旅行時間資料，

因路段上車機資料取得甚少、且尚未有 ETC 或 AVI 資料回傳，故無法使用類神經模式進行歷

史旅行時間建檔與未來時間之推估，且僅有高公局於運輸走廊路段佈設車輛偵測器，故於此路段

之旅行時間將以數學分析法利用高公局車輛偵測器資料進行推估。

在模式選擇部分，則採用可獨立依據偵測器資料進行運算的數學分析法，並利用相關方法論與評

估指標如統計檢定、平均誤差等，驗證所計算的旅行時間數值。

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四四四四、、、、實驗方法與結果分析實驗方法與結果分析實驗方法與結果分析實驗方法與結果分析

由於國道一號、二號部份路段及國道三號並無設有 GPS 定位模組之客運車經過，在實際車輛旅

行時間樣本數不足的情況下，故於本路段中將用高公局設置的車輛偵測器推估旅行時間。於下列

出旅行時間預測模式類型、實驗過程與評估結果。

4.1 4.1 4.1 4.1 旅行時間預測模式類型旅行時間預測模式類型旅行時間預測模式類型旅行時間預測模式類型

運輸走廊路段所規劃採用的旅行時間預測模組計有四種，模式分別詳介如下：

1. 現點速率計算模式

利用上游路段偵測器所取得的速率推估通過下游路段之車輛旅行時間，以較簡略方式獲得旅行時

間，惟當偵測器佈設區間大會導致交通變異情況較多，故旅行時間差異較大。

2. 平均速率計算模式

利用上下游偵測器所測得的平均速率估算通過該路段的車輛旅行時間，同時考量上下游車速所預

測的旅行時間結果將較僅以單一偵測器作運算之現點速率為準確。

3. 路段運算模式

將兩偵測器中的路段平分，由較接近之偵測器量得的車速估算車輛旅行時間，每個偵測器所量測

之車速，用以預測時間的路段範圍最為接近該偵測器，故所預估之旅行時間較上述兩法更接近實

際旅行時間。

4. 靜態路徑運算模式

將每個路段依據此運算方法所計算出之旅行時間進行加總，即為所相連成的路徑旅行時間。惟本

法假設在時間 t 內進入該預測路徑之車輛具有相同的旅行時間。

4.2 4.2 4.2 4.2 實驗時程與績效指標實驗時程與績效指標實驗時程與績效指標實驗時程與績效指標

1. 時程安排

國道三號中和交流道至鶯歌系統為本計畫推斷路段，全長共 18.4 公里，本路段將利用路側偵測

器進行旅行時間推估與驗證，驗證方式則由偵測車自 93 年 11 月 19 日至 12 月 8 日，共蒐

集 12 天上下午尖離峰旅行時間資料，並利用 4.1 節所提之數學分析法選取 8 筆數據進行旅行

時間預測模組評估。

2. 評估指標

本研究對於路段旅行時間之實證分析所選取的評估指標有三個：平均絕對值誤差率、平均誤差率

與平均每車誤差等，其中前兩者為相對誤差值，不受單位與數值大小之影響，判斷依據較為客觀，

通常為交通管理中心所選用之指標；後者為絕對指標值，駕駛人可用以判定估計值與實際值之差

距程度，為較主觀之評估指標。

(1) 平均絕對值誤差率（ Mean Absolute Percentage Error ， MAPE ）

又稱為平均絕對誤差百分比，用以作為預測模式好壞之評估指標。主因為 MAPE 為相對數值，

不受測量值與預估值單位與大小之影響，能夠客觀得獲得估計值與評估值間之差異程度，計算公

式如式 1 所示：

………………………(1)

其中，

：實際值 ：估計值

：樣本數 ：每車誤差

MAPE 值若越接近 0 表示估計效果越佳，此外， Lewis 則認為 MAPE 為最有效之評估指標，

並訂定相關評估標準，如 表 4.2 4.2 4.2 4.2----1 1 1 1 所示：

表表表表 4.2 4.2 4.2 4.2----1 MAPE 1 MAPE 1 MAPE 1 MAPE 的評估標準的評估標準的評估標準的評估標準

MAPE(%) 說明

<10 高準確的預測

10-20 優良的預測

20-50 合理的預測

>50 不準確的預測

(2) 平均誤差率（ Mean Percentage Error ， MPE ）

MPE 雖對誤差會加以懲罰，但非相對數值，且每一個誤差率均採用相同的權重，故會受到大小、

單位不同等影響，故僅能將結果列為參考之用。計算公式如下：

……………………………..(2)

(3) 平均每車誤差（ Error ）

估計值和實際值之殘差值，計算公式如下：

……………………………..(3)

4.3 4.3 4.3 4.3 評估結果評估結果評估結果評估結果

採用 4.2 節之績效評估指標 MAPE 作為預測模式主要選取標準。由 表 4.3-1 中可看出，此路

段平均旅行時間為 745 秒，以「路段運算模式」所計算之 MAPE 8.71% 為最小， MAPE 值小

於 10% ，在 表 4.2-1 之評估標準中屬於「高準確的預測」，表示在無車機路段以偵測器推估

旅行時間即為可行之方式，故將選取此方法進行預測模式測試，其餘評估指標如 MPE 與絕對指

標 Error 如 表表表表 4.3 4.3 4.3 4.3----1 1 1 1 所示。

表表表表 4.3 4.3 4.3 4.3----1 1 1 1 模式驗證結果模式驗證結果模式驗證結果模式驗證結果

中和 — 鶯歌系統路段

平均實際時間 T=745s 運算方法

平均絕對值

誤差率（ MAPE ） 平均誤差率（ MPE ）

每車平均

誤差 ( 秒 )

預測旅行時間 T=731s 現點速率 8.84% -1.34% 15.75

預測旅行時間 T=730s 平均速率計算 9.13% -0.82% 15

預測旅行時間 T=731s 路段運算 8.71% -0.82% -14.23

預測旅行時間 T=739s 靜態路徑運算 9% 1.79% 6

表表表表 4.3 4.3 4.3 4.3----2 2 2 2 路段運算法測試結果路段運算法測試結果路段運算法測試結果路段運算法測試結果

中和 — 鶯歌系統路段

平均實際時間 T=766.5s 運算方法

平均絕對值

誤差率（ MAPE ）

平均誤差率

（ MPE ）

每車平均

誤差（秒）

預測旅行時間 T=741s 路段運算 7.77% 4.81% -25.75

選取 4 筆旅行時間資料進行預測模式測試，結果如 表表表表 4.3 4.3 4.3 4.3----2222 所示，平均旅行時間為 760 秒，

相對誤差之平均絕對值誤差率為 7.77% ，亦小於 10% ， MPE 為 4.81% ，故以「路段運算法」

作為旅行時間預測模式通過測試，並將此模式作為以車輛偵測器推估旅行時間之模式。

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五五五五、、、、結論與建議結論與建議結論與建議結論與建議

1. 於無車機、 ETC 與 AVI 設備等路段，以佈設之車輛偵測器求得之速度、流量可利用現點速

率、平均速率計算、路段運算、靜態路徑運算等多種方式運算，其中，以利用「路段運算模式」

所求得之平均絕對值誤差率為最小。 2. 車輛偵測器屬於點偵測方式，於交流道區域或壅塞地區

容易產生誤差，如佔率太大時產生估算不準之情形，且無法取得實際壅塞時間，建議於經費或時

程允許的情況下，輔以偵測車或車機方式，取得實際旅行時間以為驗證。

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一一一一、、、、前言前言前言前言

中華顧問工程司於 92 年 10 月與國工局設施組及國道東部公路蘇和段設計顧問太田義和先生

共同投稿國際學術研討會「 International Symposium"Tunnel Safety and Ventilation"

conference"TU,GRAZ,19-21 April 2004 」論文乙篇， 欣獲大會接受並邀請前往奧地利 GRAZ 大學

發表，本次 International Symposium 論文研討會 ( 圖 1 ) 之會議內容許多篇為探討近年來歐洲長

隧道發生火災之原因與因應，其主要議題項目有隧道通風、氣流模擬、隧道安全及風險評估等技

術參加之論文，係以國道東部公路蘇澳和平段六、七號隧道間之出露段鼓音橋氣流模型實驗分析

裝設百葉之最佳角度，期對隧道換氣有所助益，未來可應用於實際隧道案。期間並前往瑞士

Kirchenwald 隧道、 Gotthard 隧道及 Gotthard Base 高鐵隧道蒐集有關設施運作及災後平復資

料，作為目前東部公路長大隧道設計之參考。國工局並來文，請本司派員代表向國際研討會發表，

藉此機會代為擷取相關技術議題。

本次行程如下本次行程如下本次行程如下本次行程如下：：：：

4/17 啟程，台北 urich→ 香港 →Zurich

4/18 Zurich→Vienna, Vienna→Graz

4/19 奧地利 Graz ，參加研討會

4/20 奧地利 Graz ，參加研討會

4/21 奧地利 Graz ，參加研討會之 Plabutsch 隧道考察相關設施

4/22 瑞士 Luzern ，考察 Kirchenwald 隧道相關設施

4/23 瑞士 Goschenen ，參訪 Gotthard 公路隧道行控中心及隧道相關設施

4/24 瑞士 Locarno 考察 Bypass 隧道相關設施及 Gotthard Base 高鐵隧道展示館

4/25 瑞士 Locarno →Minosio 拜訪 Lombardi 顧問公司後回程 →Bellinzona→Zurich

4/26 由 Zurich→ 香港 → 台北

以下乃針對本次行程之發表、考察及參訪所見所聞，以及所蒐集到的技術資料詳加整理，逐次說

明如后。

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二二二二、、、、研討會內容研討會內容研討會內容研討會內容

本次會議以隧道安全及隧道通風為主軸，論文共計 38 篇分 6 個場次安排發表，包括隧道安全

救援系統、煙控設計、風險評估、 CFD 及動態模擬分析等領域，每當留給討論的時後，詢問與

答辯十分熱烈，時有爭得面紅耳赤，惟態度和善常以歡笑中收場，可說是集各國通風防災精英於

一堂。場外有固定攤位供國際著名廠商展示，解說員兼具專業與理論素養，頗為積極與用心。

綜觀此次隧道安全與通風會議議中，不難看到各國在長隧道之危險事故與風險評估之應用十分重

視，唯有建立隧道安全體制，方能保障隧道行車安全。倘若法令規章不甚周全，防災救援體系、

技術與組織不健全，如何能產生投資誘因？

隧道工程科技日新月異，值得觀摩學習，希望台灣產官學界能積極參加國際研討會，協助本國決

策者提昇決策品質，研訂建媾屬本土化之隧道安全管理機制，作減災、救災最佳之決策判斷。

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三三三三、、、、論文發表論文發表論文發表論文發表

本司係國內各工程顧問機構中，對隧道通風系統與機電系統工程最具經驗與實力，且擁有完整之

隧道通風規劃、設計及監造相關經驗之顧問機構。為提昇在隧道通風方面之技術水準，除首先於

國內提出隧道通風技術研發計畫，建立我國規模最大的長隧道通風實驗室外，並與日本太田顧問

公司合作在本司高雄進行多項實驗 。故藉此次國際研討會中做一完整性論述向外發表，不但對

本司未來業務有所裨益，亦著實 介紹了台灣目前隧道工程規模與通風設計經驗。

本次論文題目為 ” 隧道通風間歇性氣流模型試驗 ”(Scale model experiment for the ventilated air

interference at intermittent tunnels ) ，探討兩隧道間之出露段間距雖然很短，事實上仍對隧道換氣

有所助益，尤其對兩座長隧道在長時間運轉之成本考量上，如何減少電力容量以節省能源；如何

維持隧道內之空氣品質，如何有效排煙，以不影響行車安全為通風考量之重點。 藉由 動態模型

實驗可實際應用在公路隧道工程及空氣品質改善之對策，相信本司未來在國內外發展隧道通風系

統不論從技術的提昇或經驗的傳承可期，進而建立隧道火災預防及救災排煙之全盤對策以提供工

程、學術界等完整文獻。論文重點有三：

( 一 ) 藉由模型實驗裝置印證活塞效應產生之氣流吞吐效應。

( 二 ) 廢氣沿著上下游隧道與高架橋在車道上排放之分佈情形。

( 三 ) 觀察高架橋兩側不同型式之魚鰓式百葉，比較後選擇最佳型式建構。

再者，行經出露段所造成

視覺、光線突變，強風與

暴雨將對駕駛者將產生不

舒適感、甚至影響行車安

全等問題，經本篇論文提

出之改善方案，即研擬以

考慮橋台兩側採用魚鰓式

百葉，使氣流直接對外氣

交換，減少下游隧道廢氣累積之可能性，惟須考慮設置後經濟、美觀及行車安全等因素評估，遂

提出各型式之百葉建議，包括不同之角度、間距與厚度組合，藉由模型實驗裝置印證活塞效應產

生之氣流吞吐效應，提供土建設計設計參考，是本論文之重要結論。發表人口頭發表情形 ( 照

片 1 ) ( 照片 2 ) 。

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四四四四、、、、研討會安排之參觀行程研討會安排之參觀行程研討會安排之參觀行程研討會安排之參觀行程

---- 奧地利奧地利奧地利奧地利 Plabutsch Plabutsch Plabutsch Plabutsch 隧道隧道隧道隧道

研討會第三天前往 GRAZ 西北

側 Plabutsch 隧道，一行大約 75

人分乘二輛巴士，沿市區青翠草

坡間來到隧道南洞口控制中心參

訪，行前在 GRAZ 校門留戀一番

( 照片 3 ) ，沿途可看到許多防音

牆，型式多而有變化 ( 圖 3 ) ，

而到處可見隧道洞口，其造型美

觀大方亦可防止眩光 ( 圖 4 ) 。

GRAZ 市區成為中歐南北穿越長

途觀光必經之地。城裡長久以來

照片照片照片照片 1 1 1 1／／／／發表論文發表論文發表論文發表論文 ( ( ( ( 一一一一 ) ) ) ) 照片照片照片照片 2 2 2 2／／／／ 發表論文發表論文發表論文發表論文 ( ( ( ( 二二二二 ) ) ) )

以電車為主要交通工具，因為觀光景點也多，到處可聽到電車叮噹聲或和弦聲穿梭，充滿音樂氣

氛，多年來這裡人門不太喜歡興建高架或地下捷運系統。轎車仍然可以分享道路，但看起來不算

太多 ( 照片 4 ) ，因為大部份集中於郊區轉乘用 。

Plabutsch 隧道 為全奧地利第二長之隧道， 全長約 9.9 公里，二 孔 (2 車道 / 孔 ) 隧道單向

通車，施工步驟採分期施工方式， 1987-1990 以單孔先行施工後供兩線對向通車之後，第二孔

於 1999 年開始施工，採原導坑擴挖隧道方式，目前土建已完工，正值機電工程包括通風、照明、

消防、交控等系統已接近完工階段，本座隧道 控制中心造景盤、工作站及監視器依人體工學設

計 ，充滿現代與舒適感，視覺、溫溼度有家的感覺，即使解說時參觀的人多，空調亦可負荷 ( 照

片 5) 、( 照片 6) 、 ( 照片 7 ) 。通風基於安全因素考慮，同期施工或分期施工均採全橫流式，

後因近四年間阿爾卑斯脈接連發生數個隧道火災，隧道防災與通風改善刻不容緩，主要將排煙區

域集中，開口加大，使得緊急狀況發生時考慮逃生方向與 走行速度及濃煙之關係 ，就是當火災

發生時如何由火災點逃生至最近避難橫坑，而不致因開口數量太多而使煙霧擴散遭到波及。奧地

利政府體認到必須儘速研訂具體有效的對策，除將緊急應變措施納入設計外，並採全尺度排煙演

習。通風排煙概念亦大幅改善，例如：其一，將橫流式之排氣管道系統排氣口由原第一期隧道 6m

2 加大至 12m 2 ( 照片 13 ) ，並從所有排氣口全開改為縮小範圍 (1~3 口 ) 供集中排煙用；其

二，將 整座隧道由 5 個安全區段改為 6 個，洞口增設 Jet Fan 以配合排煙區劃、導引逃生及

救援計劃 。相關隧道基本資料摘錄如下；

- 隧道開挖斷面積為 95-115m 2 ，通風管道約 22.16 m 2

( 排氣為 11.19 m 2 ，送氣為 10.97 m 2 )

- 行車速度 80km/ 小時，藉 CCTV 監視車流狀況 ( 照片

9 )

- 交通量 20,000 輛 / 天 ( 重車比例 25 ％ ) 重車進入

隧道口情形 ( 照片 10 ) ，巴士出隧道口情形 ( 照片 11 )

- 逃生橫坑 (3m×4m) 每 250m 一處 ( 照片 12 )

- 每一個通風區間約 1.9km ，共三座通風機房，每一座

各設置 4 台 ( 兩送兩排 )2.8mo 軸流風機 ( 圖 7 ) 。每

部通風機容量 200cms×450kW

- 消防水栓每 106m 一處

- 緊急電話及滅火器每 250m 一處 ( 圖 8 )

- 風機馬達耐溫等級 400℃/2 hour

- 通風豎井採蚌殼式造型，兼具景觀與防雪功能 ( 照片

14 )

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五五五五、、、、瑞士瑞士瑞士瑞士 Kirchenwald Kirchenwald Kirchenwald Kirchenwald 隧道隧道隧道隧道

4 月 21 日結束奧地利之行，隨後 4 月 25 日入境瑞士 Zurich 轉 Luzern ，由 瑞士 Lombardi

顧問公司派駐之工地主任 Mr. MatthiasNeidhart 安排考察 Kirchenwald 隧道相關設施。

Kirchenwald 隧道長約 1.6 公里 位於瑞士首都 Zirich 西南方 Luzern 市藉 A2 國道由北往南主

要樞紐，由於 1986 年交通量大增，必須增加通連銜接 A2/A8 國道，該隧道特色為橋隧之間長

有落石又緊臨 Lucerne 湖的複雜地形當，並需增加一條銜接 Brunig 之 A8 國道之交流道設在一

個背脊型山頭 (Lopper Mountain) 中，呈現 Y 型路網，豎井 142m 穿過險峻陡峭岩層，在出隧

道東洞口通往 Stansstad 城鄉後，便進入典型 Swiss Cheese 湖光山色區域，猶如 乳酪的表面呈

一個個破洞狀。隧道洞口及實景請詳 ( 照片 15 ) ( 照片 16 )

本 隧道 預定 2008 完工通車。另值得一題的是， 該隧道 與本工程司所設計蘇花段隧道採用相

同的通風方式，稱為點排式通風系統 (Point Extraction Ventilation System) 。其相關隧道基本資料

摘錄如下；

- 隧道開挖斷面積為南北向 72-84m 2 ，另通往 A8 之面積約 64-86 m 2

- 行車速度 80km/ 小時

- 交通量 20,000 輛 / 天 ( 重車比例 25 ％ )

- 兩隧道間 By Pass 逃生橫坑每 200-230m 一處

- 採用點排式通風系統，南端一座地下通風機房

- 逃生橫坑每 250m 一處，共 6 處

本次前往現場參訪時之各工地施工情形如 ( 照片 18 ) ( 照片 19 ) ( 照片 20 ) 所示。

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六六六六、、、、瑞士瑞士瑞士瑞士 Gotthard Gotthard Gotthard Gotthard 隧道隧道隧道隧道

Gotthard 隧道為目前世界最長之公路隧道，長約 16.9 公里 位於瑞士阿爾卑斯山脈廣大地區 ，

近五年間， Gotthard 隧道 即發生於 2001 年 10 月 24 日 肇因為 貨車對撞失火， 死亡人數

11 人。其他同樣在 阿爾卑斯山脈也 發生了重大隧道火災事件，如 1999 年 03 月 24 日義大

利 - 法國間之 Mont Blanc 隧道，長約 11.6 公里， 肇因為 載油質品貨車失火， 死亡人數 39

人。另 於 1999 年 5 月 29 日 在 奧地利 Tauern 隧道，長約 6.4 公里，發生 肇因為汽 車、

油漆貨車失火， 死亡人數 12 人。以上隧道均為單孔對向通車，除 Gotthard 隧道有平行之 避

難坑道外，其餘隧道則闕如。

此行訪問了 Gotthard 公路隧道行控中心 ( 照片 21 ) ，由總工程師 Mr. Walter Steiner 親自說明

Gotthard 隧道災後復建情形及如何改善設施，提昇隧道安全 ，近年來各國 研究隧道火災，特別

在改善排煙方面 不遺餘力。但 發生火災時之隧道兩端的行控及指揮中心係不同國家邊界，往往

在聯繫上出了語言不同、權限劃分不清狀況，因而造成甚大的災害，衍生了種種隧道安全問題的

因應困境，包括大量的避難及救援設施 ( 照片 22 ) ( 照片 23 ) ，所產生的災後應變處理的問題。

Mr. Walter Steiner 建議車輛翻覆可能造成毒氣或酸液的洩漏，最好在隧道入口附近駐有維生、檢

修站，準備充足的救援器材，如救護車輛配備氧氣瓶，呼吸器，手套及化學衣防護具。而日常的

定期訓練更是當時可以將用路人救出及撲滅火災重要的因素。

Gotthard 隧道災後復原工作快速，歸功於 URI 營運公司有完善之 緊急應變計畫、危機管理及災

後復原計畫。該公司認為執行力與後續支援是關鍵因素，如作業前的修復計畫和規劃及工程管

理、法務賠償、採購時程等單位，如何在最短時間內，向股東提出說明，並儘速準備所需資源，

使復工作業儘早進行，減少公司損失。配合其他如廢棄物清除作業程序，補強作業區現場勘查評

估、溝通和訓練等皆應做好安全防護措施。例如為防止人員感電，須架設安全柵或絕緣覆蓋物，

電線穿越走道或潮濕地須架高。

該座隧道之隧道通風方式採用全橫流式通風系統，其在發生火災時之操控時機及整段全區採均壓

排氣方式不妥，火災逃生與救援時安全區間不易掌控，因而造成甚大的災情。全橫流式通風系統

雖然開挖面積較大，所需動力較大，工程費用較高，惟廢氣不易累積，適合較長隧道採用。 有

鑑於此， Gotthard 隧道修改排煙系統由全區排煙改為成為集中排氣式。正與本工程司規劃設計

蘇和段隧道通風方式有異曲同工之妙 。 另外逃生橫坑增加明顯標誌並予放大尺寸，有利導引

逃生( 照片 28 )。

本次有機會實際到 Gotthard 隧道現場，能在冗長的隧道裡行駛的機會，坐在前座親身感受那種

無奈帶點恐怖的情境，前景視野在 15 分鐘完全沒有變化！( 照片 25 ) ( 照片 26 ) ( 照片 27 )對

首次來此的臨場的人，真是難得一次的經驗。

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七七七七、、、、瑞士瑞士瑞士瑞士 Gotthard Base Gotthard Base Gotthard Base Gotthard Base 高鐵隧道高鐵隧道高鐵隧道高鐵隧道

4 月 25 日 清早參觀了 Gotthard Base

高鐵隧道展示館，位於隧道南口近

Lugano 市。隧道長達 57 公里由北口

Erstfeld 至南口 Bodio 貫穿整個 瑞士

阿爾卑斯山脈， 單行 二 孔隧道，兩處

橫坑並在中間設置一處 800m 高豎

坑，橫坑間隔每 325m 一處，兩對橫渡

線，整體隧道各通道接合及設施示意詳

( 圖 18 ) 。該隧道根據列車結構特性，

儘量維持直線、坡小及 3D 定向，採用

9.58m o TBM 鑽掘。

在安全方面，考慮活塞造成隧道內空氣急速擠壓，行車時速保持約 200km/hr 旅行速度，上下行

隧道之間無服務隧道，每孔隧道各有 2 座地下緊急停靠站，萬一發生緊急事故，旅客可迅速由

停靠站進入，逃往橫坑。隧道停靠站逃生通道 。

此外，車速以最高可達 250km/hr 快速通過隧道，將加強裝設專用的監視系統，並配合嚴格確實

的鋪軌作業，將對行車安全性有更高的保障。這條全世界最長的鐵路隧道 ( 英法海底隧道約 50

公里 )1995 開始規劃， 1998 招標， 1999 開始施工， 2010 營運啟用。

瑞士國鐵 (The Swiss Federal Railway) 認為她是整個歐聯鐵路的樞紐，網絡的心臟，值得新建。惟

技術性上評估不算困難，重點在施工品質與通車後之行車安全，保證在任何情況下，備有完整通

風設施及搭配安全無虞的緊急逃生路徑。

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八八八八、、、、結語及建議結語及建議結語及建議結語及建議

由於隧道為較封閉之空間，一旦發生事故易引起嚴重的人員傷亡，近年來國際間發生多起長隧道

之火災事故，造成大量人員傷亡與財物損失，引起國際震驚。此研習會同時將近年來國外較著名

的隧道事故案例，分別就災害發生原因、監控與消防設施之運作、防災 ( 通風 ) 策略及風險評

估等方面提出探討。 言談之間，歐聯各國，尤其奧地利、瑞士等國隧道 施工經驗已臻成熟，工

程師將尋求更大的挑戰。進而 研究由事故原因用統計技術來推定結果，以落實隧道設計與施工，

而如何找出有效的防災救災的對策才是營運管理的重點。藉著這些對策的落實，方可大幅降低人

為災害所造成的損失和周遭環境的破壞。

以下提出數項結論供隧道安全及通風後續規設參考：

●選擇較佳之通風排煙系統選擇較佳之通風排煙系統選擇較佳之通風排煙系統選擇較佳之通風排煙系統 - 奧地利、瑞士 改採點排式與縱流合併通風方式簡稱「點排式」通

風系統，與中華顧問蘇和段提出之規劃方式雷同，其系統性能良好，正常污染空氣直接由管道吸

入後由隧道機房排出，新鮮空氣自然由隧道口引入。所需動力較小，設備噪音及散熱較小。可使

用於單孔雙向行車隧道。火災逃生與救援均佳。

●初期初期初期初期 (Initial phase) (Initial phase) (Initial phase) (Initial phase)火災之縱流風速須保火災之縱流風速須保火災之縱流風速須保火災之縱流風速須保持更低持更低持更低持更低 0.5m/s0.5m/s0.5m/s0.5m/s 以下以下以下以下 -正常交通時段，在隧道內因有車輛

活塞效應，保持一定較高的風速，一但發生事故或火災，煙熱擴散旋踵而至，影響範圍擴散甚至

波及鄰近隧道；建議應將即刻切換為緊急模式且保持 0.5m/s 以下，使視線、火場溫度、幅射熱

及毒氣濃度縮小範 圍，使 初期火災 。

●隧道救援安全運作最佳條件隧道救援安全運作最佳條件隧道救援安全運作最佳條件隧道救援安全運作最佳條件 -隧道災害發生後，需要救援人員進入隧道內進行搶救及撲滅火

災。端賴在當時是否有足夠受過訓練的人員及器材設備。

●隧道災害對經濟效益之影響隧道災害對經濟效益之影響隧道災害對經濟效益之影響隧道災害對經濟效益之影響 -雖然天然災害是不可避免的，甚至在行車上及人為的一時疏忽均

可能釀成大災難，惟事前應有妥善周詳的規劃、風險評估及實地演練，作好預防與的工作，當災

害不幸發生時可減輕傷害及衝擊於最低。特別是在歐洲各長大隧道相繼發生大規模火災之，人門

重新思考百廢待舉與風險評估之間，效益平衡點在那裡？各項復平工作已造成社會成本擴張而產

生推擠作用，通車之前的賠償問題延宕而遙遙無期？這些狀況是可以預見的。但是無論如何，事

前的準備仍遠勝於事後的措手不及。

最後，本報告結合國內重大隧道工程與前述之概念相較，尚有改善空間。此行旨在探討如何整合

未來重大交通工程設計理念及相關科技策略方向，亦不失為激勵本工程司工程師們努力以赴的原

動力，冀望能多多參於類似相關隧道安全防災與救援之研究研討會，並藉本報告拋磚引玉希望更

多人關心隧道安全，請各先進多多給予指教。