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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臺灣地區四面環海與世界的聯繫須藉由海空運輸，其中航空運輸快速便捷，且可縮短運輸時間，已成為跨國界或長距離行程的主要運具。 近年來經濟快速崛起及觀光日趨頻繁，為因應與日俱增之旅運需求，各國陸續新建或擴建機場以提昇競爭力及吸引客貨運量，俾利爭取成為區域航空樞紐。我國政府完成「兩岸經濟合作架構協議」簽署，開啟了國際與兩岸市場的航運新世代，國內部份國際機場針對機場航廈、道面及助導航設備進行功能性整修，提昇我國機場整體形象，藉由標準化機場服務及設施，讓旅客有舒適及安全的飛航旅程。 在國內機場擴建經常面臨土地取得及既有障礙物清除問題，依據交通部民用航空局頒布之「民用機場設計暨運作規範」，將障礙物定義為「所有位於供航空器地面活動區域內或突出於航空器飛航保護面之固定（包括臨時及永久）及移動之物體或其部分」。為維護飛航安全，機場周圍須保持無障礙物之空域，使飛機能安全運作，以確保飛航安全，並防止障礙物增多而使機場無法運作。 本研究藉由幾起重大空難案例，分析機場風險因子係因氣候或人為因素。以基本儀降系統面（basic ILS surface）、障礙物評估面（obstacle assessment surface, OAS）及碰撞風險模型（CRM）等三種方法，以探討障礙物間隔高度（OCA/H），創造機場周遭都市發展無阻礙與飛安零風險之機制，並提供標準之機場服務及設施，讓旅客有一舒適及安全的飛航旅程。
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翡翠水庫係提供大台北地區飲用水，保護良好水質並防止水庫優養化格外重要。由翡翠水庫水質檢測結果顯示，水庫在1988年至2005年曾經出現過12個月份的優養化現象。其主要污染來源，推測和非點源汙染有關。集水區之營養鹽負荷變化會對水庫藻類生態產生衝擊，藻類之生長又影響水質，三者息息相關。 本研究旨為應用AQUATOX模式模擬集水區營養鹽負荷對翡翠水庫水質與藻類生態變化之影響，並藉由設置最佳管理作業(BMPs)控制集水區營養鹽負荷，評估營養鹽削減條件下水質與藻類生態之變化。研究結果期能提供水庫管理局及相關單位擬定防止水質惡化與藻類控制之對策，並作為水庫管理的參考。 AQUATOX為一個水生生態系統模擬模式，可模擬多種汙染物的濃度以及汙染物對水中魚類、無脊椎動物和水生植物的影響。 研究首先收集翡翠水庫集水區1998至2009年氣象、地文、水文及水質資料，應用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模式模擬水庫上游集水區所產生的污染負荷，再輸入AQUATOX進行水質與翡翠水庫藻類優勢種生態模擬，以了解水質變化趨勢與藻類生態消長；接著利用經檢定驗證過後的模式模擬集水區設置BMPs後水庫水質的改善情況及藻類生長情形。 AQUATOX模式以大壩站之水質與藻類觀測值進行檢定驗證，檢定和驗證結果顯示碳生化需氧量效率係數分別為0.6和0.5，總磷之檢定的效率係數為0.5而驗證為0.2，另葉綠素a檢定和驗證之排序效率係數則分別達到0.93和0.87，顯示模式對翡翠水庫之長期的水質模擬結果相當合理。另外，藻類之模擬結果顯示，藍綠藻為水庫之優勢藻種，藻類濃度以夏天最高而冬天偏低；其他如綠藻、矽藻和隱藻則隨季節變化出現，模擬結果十分符合觀測資料。最後本研究以SWAT模式模擬集水區農業用地設置複合式BMPs後之營養鹽負荷，再輸入經檢定驗證後之AQUATOX模式，模擬營養鹽負荷量改變候翡翠水庫之水質與藻類影響，發現藻類濃度有明顯下降。 評估上游集水區之營養鹽負荷對水質和藻類的影響，有助於採取適當措施控制非點源汙染，以預防水庫優養化，期能維護翡翠水庫的水質達成水資源永續發展利用的目標。
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近年來由於氣候變遷與全球暖化影響，極端事件發生頻率逐漸增加。台灣地處北半球颱風路徑要衝所在，然而面對洪災所造成的威脅，政府之經費資源有限，故對治水措施優先順序之管理是迫切需要的。有鑑於此，本研究旨在應用多重指標淹水風險模式，評估研究區域在未來氣候變遷衝擊下，淹水風險之變異程度，並從評估指標之權重關係，有助於未來洪水管理措施的制定及優先次序的安排。 本研究整理相關災害與風險評估之文獻，建立淹水災害風險因子分析方法，再應用非典型層級分析法，除彙整專家意見外，更將淹水災區之民眾意見納入，以決定各評估因子間的權重關係。研究首先應用水文水理及淹水模式模擬蘭陽溪流域5、10、25、50、100和200年重現期，分別在平均潮位及歷年來最大暴潮位邊界條件下之淹水災害風險圖，接著再從國科會TCCIP計畫所提供研究區域未來氣候變遷條件下之模擬颱風降雨事件，挑選近未來(2015-2039年)及21世紀末(2075-2099年)兩時期中超過100年重現期之颱風降雨，進而模擬分析其淹水危害性、脆弱性、暴露量及風險地圖，最後並將風險區分為低、中、高、極高四級，以評估氣候變遷衝擊下風險變化之趨勢。 研究結果顯示，隨著重現期增加高淹水風險村里主要集中於蘭陽溪流域以北之村里，在氣候變遷後蘭陽溪流域以南之村里淹水風險有上升之趨勢，此風險分佈與變化分析可供相關單位做為管理決策參考，以適度提高地方對淹水災害抵抗能力，在資源配置及災救上作更合理化的運用，減輕淹水災害所帶來的衝擊。
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臺北科技大學位於台北市中心區，屬典型都會校園。隨時代轉變，學生人口逐漸增加，為舒緩對校舍使用量與考量學生安全，校方開始興建大型校舍以供使用，因此既有綠地大量減少，既有水文狀態改變，失去調節都市微氣候之能力，對環境產生相當大之影響，與都市之關係也轉為封閉且不友善。為改變校區開發所造成之環境影響及恢復與都市有善關係，於2003年受教育部「永續校園推廣計畫」補助，以「生態環境恢復與維護」及「永續建築」兩大目標開始進行規劃，2004年已完成第一期工程，2010年完成第二期工程。從2004年至2010年止期間已完成透水鋪面、綠屋頂、植生滯留池、入滲溝、雨水回收、草帶等相關生態設施（LID/BMP設施）之施作。 本研究利用LID決策支援系統（SUSTAIN），模擬北科大既有LID/BMP設施，對於地表逕流之削減效益，模擬結果顯示，從2010年1月1日至2011年12月31日止，北科大既有LID/BMP對於兩年之地表逕流削減量達6751m^3，削減效益達2.0%，整體削減效益達13%，以透水鋪面組合最具成效，佔75%之削減量，其中各設施對於地表逕流削減量，植生滯留池為1.09m^3/m^2、透水鋪面為、1.11m^3/m^2、綠屋頂為0.76m^3/m^2、草帶為0.39m^3/m^2、入滲溝為0.40m^3/m^2。
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現階段建築物全生命週期中設備維護管理多採用竣工圖說、紙本表單記錄及簡易電子檔案進行建築物維護管理作業，但竣工圖說無法精確展現環境設施詳細三維資訊，紙本表單填寫有資料缺漏或毀損問題，簡易電子檔案無法即時提供進度資訊，如此不僅無法落實設施維護管理之理念，更可能造成設備功能失常及使用壽命降低，甚至發生危害狀況。 近年來建築資訊模型(Building Information Modeling, BIM)概念興起，由於BIM具有單一資料庫功能、攜帶資訊便利、3D視覺化、模擬化、分析及連結資訊以及整合效能等特性，特此提出針對現有設備管理導入BIM時之應用流程與模式，探討導入時可能面臨狀況，擬定相關導入機制包含初步導入規劃與準備、模型建置細部要求與流程及正式導入於設施維護管理可依據之機制等。藉由建築物內緊急照明燈為例，實際操作過程具體展現快速確認設備位置，透過行動裝置可直接輸入維護紀錄，同步更新管理端進度資訊，並可立即輸出相關報表，大幅提升檢修作業效率及品質，並且建立完備的設施維護管理流程與機制，擬定相關導入流程機制包含初步導入規劃與準備、模型建置細部要求與流程、正式導入於設施維護管理時可依據之機制，提升建築物設施使用價值及延長其壽命，期能有助於後續研究發展。
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都會區捷運系統因便捷、舒適、班次密集、降低汽機車污染及符合國際節能減碳概念等優勢，無疑的已成為世界各大都會區運輸系統的首選。臺北捷運自85年營運通車以來，普遍受到乘客的支持與肯定，也成為許多縣市交通規劃重要藍圖，然因其興築地點均位處人口住宅高度密集區域，營運階段伴隨而來的噪音振動問題，不可避免的時常為沿線居民所詬病。 臺北捷運興築初期即採用了彈性基鈑無道碴道床軌道以降低軌道振動，它雖可符合環保相關規範，但對於隧道段上方住戶及鄰近敏感地區諸如學校醫院等機關而言，噪音振動仍是個大問題。臺北捷運為消弭接踵而至的陳情抗議聲浪，在評估諸如電聯車改善、地質改良、土建結構設計等多種減振抑噪方案，並考量其經濟效益後，自新莊卅蘆洲線（即新蘆線）起首度興築現今軌道界公認最具有減振抑噪效果的浮動式道床軌道（Floating Slab Track , FST），予以改善噪音振動，並於後續信義線、松山線及環狀線等後續路網規劃施築。 國外浮動式道床軌道經驗約達四十餘載之歷史，然其於本土軌道工程界尚屬一新興道床系統，考量浮動式道床設置需求及普及性日益增加，本研究擇臺北捷運現行之新蘆線橡膠支承墊預鑄短版系統及信義線金屬彈簧支承場鑄長版系統為例，透過AHP層級分析法問卷調查，搜集分析相關單位專家意見，以建立浮動式道床系統選用因子及權重分配，期能為後續路網之浮動式道床系統選用提供參考。
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夯土材料來自天然，取得容易，施作簡便且價格低廉，早期常用於構築居所及房舍，保存至今即成為古蹟及歷史建築。夯土屬未經強化之原始材料，其抗潮性低，抗壓及抗剪性能皆不佳。縱使古人曾就其原料配比以及製作和施工方式等多方面改良，企圖增強性能，但效果有限。依據「文化資產保存法」之條文，對於古蹟及歷史建築之修復，有必要時得採用現代科技與工法。本研究因此使用近年來在膠結方面有突出表現之無機聚合物，嘗試以不同比例掺入原始夯土材料，以提升其基本物性。實驗結果得知，所製作之膠合夯土磚的抗壓強度可達20 ~ 200 kgf/cm2，遠超過古蹟夯土磚之8 kgf/cm2，及現有磚廠製夯土磚之15 kgf/cm2。同時其抗潮性亦大幅提昇，且可回收再利用，對於作為古蹟及歷史建築夯土結構之修復甚至補強之材料，其可行性甚為樂觀。
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營建工程中各個專案設計不盡相同，過去施工人員通常以2D的施工圖說來解讀圖說中所夾帶的資訊。將面對大量的設計圖說及不同的施工方法，在工程完工前施工人員只能從過去的經驗中猜測或想像建物竣工時的模樣，並無法以視覺化之方式瞭解工程完工後之情況。建築資訊模型(Building Information Modeling，BIM)能夠提供強大的3D視覺化模型，作為工程師以及施工人員更明確的施工依據。以目前的技術已能夠順利地透過所建置完成的BIM模型產出施工圖說，當現場收到完成之模型時，若需瀏覽圖說上面所展示的剖面的話，則需另外再開啟BIM模型並以手動切割模型調整至最佳瀏覽視角，此項作業相當耗費時間。根據上述理由，本研究將具具低成本、高容錯率及讀取速率高等優點之二維條碼(Two-Dimensional Bar Coding)導入施工圖中做為3D模型之連結。使用者只需要有可連結網路之電腦設備以及具備30萬畫素以上之攝像工具，就能夠透過讀取條碼之動作，快速連結至雲端的BIM模型。所連結之模型為製圖者在製作施工圖時就已經調整至最佳視角之模型。另外可藉由掃描特定物件之二維條碼並且上傳至本系統，系統會根據條碼內所放置之物件編號自動切割調整伺服器中之模型至最佳視角，並匯出製網路瀏覽器當中。透過本系統，使用者可以大量省去調整模型之時間，進而提高工作品質及效率。
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在台灣，由於經濟蓬勃發展，交通便利性提升，興建不少交通建設，造橋鋪路的過程中，難免遇到山坡地的開挖，山坡地的順向坡最怕坡腳露空，即使有了護坡以及擋土牆的措施，有地表水、雨水滲入土壤中或地下水位的改變，使得透水層的水經入滲後堆積於坡腳處，原先非飽和土壤呈現近飽和狀態，降低了土壤剪力強度，隨時可能觸發邊坡破壞。 於 2010 年 4 月 25 日國道三號 3.1 K 處，沒有明顯降雨的當天，發生了大規模的邊坡崩塌事件，造成 4 人不幸罹難。該調查報告指出破壞原因為邊坡岩體節理發達、順向坡地質構造明顯、地下水入滲與季節水位變化等因素。本研究為了瞭解入滲行為對岩屑強度之關係，與其相關工程特性，於國道三號 3.1 K 下邊坡處取得擾動岩屑，進行一系列的實驗室試驗，包括基本物理性質試驗、岩屑水份特性曲線 (SWCC) 以及透過改良式三軸試驗儀，在不同基質吸力下進行常吸力三軸 CD 試驗，為本研究之主軸。從常吸力剪切試驗中獲得岩屑剪力強度參數、延伸破壞包絡面並與剪─入滲試驗進行探討。
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水利工程人員利用水理模式模擬颱洪事件用於解決水利工程規劃上時，水文資料、斷面資料、模式參數上取得之不易；避免耗費大量時間在蒐集資料上而縮短分析上的時間。目前水利署與荷蘭Deltares合作發展之FEWS_Taiwan平台上已彙整颱洪事件水文資料庫，並結合各式水文水理模式進行模擬河川水位演算，並可在平台上提供演算結果展示與輸出決策支援報表等功能，因此水利工程人員可透過FEWS_Taiwan平台銜接外部模式模擬歷史事件。但模擬歷史事件時，水理模式內各參數與斷面資料應轉換至當時狀況，但轉換流程相當複雜與繁瑣。 本研究發展可替換水理模式斷面資料系統，使得FEWS_Taiwan平台銜接外部模式模擬歷史事件時，能迅速將模式建立並模擬及對於不同時期的斷面資料轉換後對於模式的改善進行成果分析。以滿足水利工程師在進行水理模式模擬時的對於不同年份斷面資料分析成果之需求。在實作上利用網際網路應用程式並整合模式斷面資料庫，並以Google Earth作為圖台展示介面，使用者經由本平台選擇合適之斷面量測資料，系統會自動將選擇之斷面資料轉換成為水理模式可使用之斷面資料，提供水利工程師模擬分析使用。