臺北科技大學土木與防災研究所學位論文
國立臺北科技大學,正常發行
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隨著能源即將耗盡、燃料價格不斷攀升及溫室氣體排放量過高，各國無不積極採取因應措施。2007年通過「峇里島路線圖(Bali Roadmap)」，在此次會議中，我國、新加坡及南韓等新興工業國家，已被列入下一波溫室氣體管制對象。2008年行政院通過「節能減碳無悔措施全民行動方案」，徹底落實「節能減碳」施政主軸。2007年電力部門火力發電佔比為68.8%，二氧化碳排放約佔全國總排放量59%，「減碳」將使電力部門成為首要衝擊對象，政府陸續提出「再生能源發展方案」及「擴大國內天然氣使用方案」等能源替代方案，將對電力部門成本效益產生不確定的影響，政府貿然投入龐大社會資源，是否能符合成本效益原則。 本研究採用長期能源替代規劃系統作為研究工具，以台電公司為案例之基礎方案，天然氣方案及再生能源方案作為比較之替代方案，模擬2008至2025年電力部門受能源替代方案成本效益之變化情形，並藉由敏感度分析，探究變數對成本效益之影響程度。本研究結果2025年替代方案（天然氣及再生能源）較基礎方案具備效益，亦即替代方案為值得推行之方案；若考量二氧化碳減量成本及技術變化，則方案效益將提高。敏感度分析結果以資本成本對總成本影響幅度較大。
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淡水河在過去因過量之採砂造成河床下陷嚴重，河川之地形有了大幅的改變，導致二重疏洪道之分洪量由原先之9,200cms降至6,500cms，差異甚大，可知淡水河河床之沖淤，對於遭逢洪水時之疏洪道分洪量影響甚大。為避免因河床持續下降對橋樑與堤防構成威脅，政府全面禁止淡水河系開採砂石，在無人為之干擾下，淡水河河床經由自然沖淤有逐漸回淤之現象。 因此本研究利用SMS軟體進行二維流場之數值模擬，以淡水河最新之河床斷面作為基礎，模擬目前淡水河河床在持續淤積之情況下，兩種不同之淤積範圍，從上游淤積至台北橋與淤至關渡橋，以及在淤積範圍內四種不同之淤積高度，分別為0.5公尺、1公尺、1.5公尺及2公尺，在遭逢兩百年之洪水時，對二重疏洪道之分洪量、洪水位及流速各有何影響，以瞭解疏洪道在未來是否仍有其防洪效果，以及對整個淡水河流域內防洪工程所帶來之問題。模擬結果顯示，當淤積範圍至關渡橋且淤高至2公尺時，所得到之分洪量最大也最接近規劃初期之水準，但同時上游之洪水位卻有可能面臨溢堤之危險；因此淡水河河床之淤積確實有助於分洪量提升，但過度之淤積卻反而可能為淡水河流域帶來危害。
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目前台灣所保存的古蹟或歷史建築物中以磚造佔最大比例，但此類建築物為多為承重牆系統，缺乏抵抗水平地震力的能力，加上材料的劣化等因素使建築物產生結構性的損壞，形成維護與保存上的一大挑戰。 本文除勘查建築物之破壞情形外，另實施一連串材料試驗及非破壞檢測以了解建築物材料性質及鋼筋配置，並對照原始設計圖，視其是否與現況相符，以作為修復規劃設計者之必要資訊。在國內對既存老舊磚造建築物之耐震評估經常不被重視，導致補強結果不甚理想，因此本研究根據既有的評估方式與有限元素法探討此建築物的結構缺陷及耐震能力是否有缺陷的評估提供整體安全性的改善。結果發現傳統評估方式無法呈現建築物受震之真實情況，而簡易評估方式則著重於磚結構受面內剪力之影響，卻忽略面外彎矩的檢核，故常導致檢核結果有高估之現象。
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本研究在探討非飽和殘積紅土之工程性質，以及吸力變化對非飽和土壤變形和抗剪強度特性的影響。本研究將針對林口紅土台地所取得之現地擾動土樣，製成重模試體，進行物理性質與三軸力學行為試驗，如單向度壓密、壓密不排水(CU)、壓密排水(CD)及常含水量(CW)等三軸壓縮試驗。 透過改良式三軸試驗儀，來探討在不同基質吸力下紅土之剪力強度變化情形，將不同三軸試驗結果之剪力強度做比較，再將試驗結果與前人研究進行討論與比較。本研究分兩大主軸做分析：一、得到壓密不排水(CU)試驗和常含水量(CW)的結果，與朱信安 (2004)和Yu (2006)的資料彙整，透過多元線性迴歸分析求出最佳化的破壞包絡面；二、著重於飽和土壤的臨界狀態分析，施作三軸壓密排水(CD)壓縮試驗，依試驗前後結果顯示，ν-lnp’的分佈圖在乾側面的變化較濕側面明顯。此外，紅土的臨界狀態線(CSL)在不同土壤構造下，其臨界狀態線的趨勢相似。將這些紅土相關參數應用於工程實務上，使工程設計開發更能精確地使用適當之土壤參數，並供做現地穩定性分析與破壞機制之數值模擬。
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臺北都會區大眾捷運系統於70年代開始規劃設計淡水線及木柵線時，於廠站內設置重要電氣設備之場所，例如車站機電設備區、牽引動力配電區、低壓配電室、通訊號誌室、控制電驛室及儲油室等空間防護面積，雖然未達法定樓地板面積，依法規可免設系統性自動滅火設備；惟考量捷運系統對於都會區公共運輸重要性，如因火災而造成設備損毀導致系統癱瘓無法營運，所衍生的社會成本將無從估計，因此當時捷運總顧問就前述重要電氣設備之場所消防安全設備，評估選用當時被廣為採用的海龍1301滅火藥劑，保護該等場所與營運相關的重要設備。 海龍滅火藥劑被國內外消防界公認是高效率、低毒性、低導電性而且潔淨的理想滅火藥劑，因對大氣臭氧層的嚴重破壞影響到全球生態環境，遭蒙特婁議定書(The Montreal Protocal)列管，海龍滅火藥劑雖然禁止使用，可是不適用水系或泡沫等會產生水損或造成防護區污染場所之消防防護，勢必尋求使用海龍替代滅火藥劑。 海龍替代滅火藥劑選用，設計者評估基準考量或有不同，或偏好某特定產品，或迎合業主需求，較偏向主觀考量，所決定海龍替代滅火藥劑，是否為最佳選擇？本研究藉由專家問卷調查，以幾何平均數值來篩選評估次項目準則，再以AHP層級分析評估海龍替代滅火藥劑對人體安全、環境保護、成本效益、滅火效能、及法令規定等主項目、次項目之準則權重與準則特徵值及一致性檢定分析，建立一評分標準表，最後以建立的海龍替代滅火藥劑次項目評分標準表實例證FK-5-1-12、HFC-227ea、HFC-23及IG-541等4種常用海龍替代滅火藥劑，求得其評選分數，決定海龍替代滅火藥劑選用優先順序。
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共同管道內之維生管線乃都會區發展生存之命脈線，一旦失去了所有維生管線，而整個都會區瞬間變得滿目瘡痍，沒水、沒電、通訊中斷、無法供應天然氣、生活頓時回到原始，所以其重要性遠遠超過政、經、商各界的作為，實不容有任何災害意外發生。 所以都會區或新建大型集合住宅或工業、科學園區等之共同管道興建，已越來越受重視，因為該等住宅、園區內地面上架空線、地面下埋設管線已嚴重影響穩定的民生需求與整體景觀，加上各項管線擴建及公共工程新建，其施工路段道路上、下方密佈數十種公共、私人管線，當管線與公共工程施工位置有所衝突時，通常需於工程施工前完成辦理管線遷移作業，則道路挖挖補補、坑坑洞洞勢所難免，造成路無幾米平，對民生需求之供應品質與日益嚴重壅塞之交通問題產生嚴重影響。 公共與私人管線不外乎電力、電信、自來水、瓦斯、軍訊、警訊、雨水、污水、路燈、號誌及有線電視、固網及各式各樣的光纖等，在有限的路幅空間內，面臨管線種類及數量眾多、複雜之情形下，而可供參考之管線圖資大多與現況不符，造成管線遷移作業溝通協調耗時，在施工過程中，以拆遷、埋設方式處理之電力、電信、瓦斯管線，時常彼此挖損，而無預警的停電、停話、數據線被挖斷百貨業無法刷卡、餐飲業無瓦斯炊膳等引發民怨；公共工程主體無法依既定時程進行，而延誤後續施工，導致無法如期如質完工。 就都會區防災體系與災後搶救、動員復舊作業檢討，公共與私人管線於天然型之地震災害後，因地層變動導致建物倒塌，造成地上、地下管線設備之傾斜與挫曲斷裂，造成電力、電信、瓦斯等維生管線毀損，同樣衍生停電、停話等一次災害，甚因瓦斯漏氣引起爆炸、失火、中毒等二次災害。此時救援人員在斷水、斷電、停話、停瓦斯之處境下，將增加救災設備需求，加重救援人員之負荷，救援的困難度與災後復舊費用、時程均相對提高，各項災害損失及人員傷亡亦較大。 共同管道之興建對上述問題是否有所助益，本論文研究將依據共同管道與公共管線之相關法規，並參考相關文獻，針對規劃設計、施工過程、管理機制、工期檢討、效益分析與社會整體評價等議題提出檢討，據以討論與評估公共工程施工之運用，探討瞭解因市區道路管線遷移作業造成公共工程施工阻礙及延誤狀況，再藉由管線遷移對捷運工程之影響，並尋找相關管線遷移影響因素及其較佳之作業方式，以作為日後規劃設計參考，期能減少日後監造單位與施工廠商間之契約爭議。
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全球面臨傳統能源的枯竭的問題外，聯合國氣候變化綱要公約也要求工業國家氣體減量之責任，因此尋求替代的再生能源成為趨勢。以台灣的地理位置來說，適合發展太陽能光電系統，加上永續建築發展的影響下，建築整合太陽光電系統也為國內推動的計畫之一，但經過數據統計的分析，一般民眾裝設系統的意願仍不佳。從工研院推廣的過程中可窺知其目標仍以政府、學校等機構為主要對象，卻少以個人家戶為目標，而有文獻指出「科技的創新與進展不只在實驗室裡發生，一般民眾使者也可能扮演詮釋科技或影響變遷的主題角色」，再加上國內再生能源政策仍在發展中，因此，欲從一般民眾的角度來探討太陽能光電系統回饋制度的影響。藉由情境模擬的分析，了解單一和搭配的回饋制度與成本之互動關係，提供決策者有不同回饋機制之選擇來推動再生能源，並嘗試找出回饋機之之最佳方案。文獻回顧中蒐集國外學者對於建築整合太陽光電系統之文獻及政府所頒發政策，由情境模擬後，了解太陽光電系統回收與發電價格變化情形，經過淨現值之比較，可得知太陽光電回饋機制之優劣。本研究將計算不同費率與機制搭配之結果，提供政府在制定法案時之參考依據。
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本研究中針對台北樟腦廠現有之樟腦倉庫及物品倉庫等兩棟建築物進行結構分析，以瞭解其結構系統是否滿足現行規範之要求。由於上述兩棟建築物之主要結構系統為磚構造，其中建築物屋頂及樓版之垂直載重皆由四周磚牆承受，而側向載重則完全由磚牆所吸收。由於磚牆屬於非韌性構材，亦無任何贅餘度可言，一旦發生破壞，建築物恐有倒塌之虞，因此業主目前亦規劃一補強方案以提供建築物足夠之結構承載力。分析結果顯示樟腦倉庫之樓版、主梁、基礎、四周磚牆、以及物品倉庫之外牆中有多處強度不足，而補強方案亦有未臻完備之處，因此建議業主責成設計單位提出必要之改善措施。
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隨著精密儀器和自動化控制科技的日新月異，著手進行三軸自動化系統的構建，以利工程實務上之需，是一項重大的突破，除了截取傳統三軸儀器的優點外，更利用先進的軟體撰寫，加深了自動化系統對大地工程界的影響。其中包含有硬體設備(感應、處理、控制單元)和管理軟體(計讀、分析、回饋)組合而成之伺服系統，以期在試驗上達到簡便、有效、精確的目的。土壤三軸 試驗是一門先進的試驗技術，國內針對此方向的研究甚少，但其重要性在大地工程的實務中已佔有不可輕忽的地位。 本研究先於本校自行研發一套可進行土壤 試驗之自動化三軸儀器。配合圖控程式LabVIEW7.1的數據擷取及回饋控制，達成在實驗室內模擬現地土層的自然壓密行為，以求得靜止土壓力係數 值。為保持試體側向不變形之 狀態( )，除了要選擇高解析度的量測儀器和控制系統外，對於偵測試體之體積變化、調整三軸室內之圍壓以及壓密速率和階段時間的決定將是本系統在籌組時所考慮的主要因素。此開發出來的系統具有人性化之操作介面，可以簡便快速方式實驗，而自行撰寫之軟體也能配合試驗者之需求，隨時依需要進行修改。結果顯示，此儀器可解決人為控制操作之不便，且提供較能符合試驗過程的需要之系統；試驗求得的 值，與Jaky提出的經驗公式比較，得到極高的可靠性，也證明本系統能實際應用於工程實務上。
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台灣屬於山多平原少的地形，河川坡度大且長度短，水源涵養不容易，台灣的用水需求卻越來越高，所以，在過去幾年，壩的需求量不斷增加，其中土石壩高度大於15公尺的約有20幾座，其主要的目標大部分是灌溉、民生供水及工業用水為目標，這些土石壩體，靜態穩定性因為長時間的壓密，已經趨向穩定。然而，台灣處於環太平洋地震帶上，依據中央氣象局所公布的信息，台灣從1991年至2006年觀測的結果顯示，每年平均約有1000次的有感地震，可說是相當頻繁，所以土石壩在地震發生時的動態穩定性顯的更值得探討。 在土石壩動態反應分析中有許多方法，包括較早期的擬靜態法，到最近的有限元素法、有限差分法，這些分析方法對於土石壩的耐震能力評估皆有相當程度的可信度，為了提升模擬的真實性，本文以嘉義地區的仁義潭為例，分別輸入Sin波、1999年9月21日集集大地震的加速度，以及同年10月22日的嘉義地震，且採用FLAC程式模擬;阻尼的部分採用材料的遲滯阻尼（Hysteretic Damping），接著在土石壩的壩心增加濾層土壤，與一般常見的分析（不考慮濾層）比較。經由三個加速度波的分析結果發現，濾水層對於加速度以及速度之影響較小，在位移的部分增加濾水層之位移量都小於無增加濾水層之位移；動態孔隙水壓力在增加濾水層以後，明顯的將下游面的超額孔隙壓力減低，證明了濾水層之重要性。