TSA 學術專題報告

TSA學術交流共分五組：結構工程、水資源管理、大地工程、交通工程及都市規劃，今年的大主題為：「永續性」

結構工程：

Topic：「結構的永續性」

台灣位於環太平洋火山地震帶旁，每年需花費龐大的經費在於結構修繕、補強及重建更新上，同時在2000年代以前所興建的建物並不符合目前的建築規範，急需補強，以上是台灣結構物所面臨到的挑戰，鑒於今年的主題及考量台灣背景，我們將「結構的永續性」定義為在「結構物的生命週期中，總花費最少的設計」即為永續的結構設計。

策略：

下圖表示傳統結構及先進結構的總花費金額（此處結構亦表示可能在舊有結構上用先進的工法做補強）我們預期的是或許先進結構在建造方面花費較高，不過結構系統較為可靠，在面對災害時能有較好的表現，所以可大幅減少建築物修繕費用，因此對於先進結構的要求就聚焦於：

-方便維修
-維修價格低
-不須經常維修

Strategy 1-Method for Structural Reinforcement

BRB全名為挫屈束制型斜撐，是一種常見的耐震補強用建材。一般的單材料組成的斜撐抗壓應力的能力較差，而BRB則利用鋼材加上外套管圍束，並在其中加入混凝土的方式有效抵擋拉、壓兩種方向的應力。

BRB示意

Strategy 2-A New Material

在混凝土內添加鋼纖維可以有效增強其抗拉強度，卻也會使混凝土的工作性降低，造成施工上的困難。因此，廖文正教授研究以自填充混凝土為設計基材，透過改善骨材級配及漿體強度，並添加適量鋼纖維，已成功研發一系列針對不同強度需求之高流動性應變硬化鋼纖維混凝土。經實驗證實，以此類混凝土施作之偶合梁只需搭配規範要求之一半的肋筋量，其力學行為、受損狀況便能遠遠優於一般混凝土。

在提升耐久性與使用年限的同時，其中使用的永續綠色摻料（如飛灰及矽灰）取代了近50%之水泥量，更符合永續發展的趨勢。

纖維混凝土示意

Strategy 3-Advanced structure system

若在鋼結構的梁柱系統中加入高張力鋼索（鋼腱, Strands）則於地震時有助於結構自行復位，這就是「自復位結構」的概念，運用特殊的樑柱接頭設計，一般狀況下，活載及死載產生的彎矩由鋼腱傳遞，若遇大地震時，當地震力造成而外彎矩大於鋼腱能傳遞的限度時，梁柱間會產生間隙，則藉由間隙來釋放額外的地震力，於地震後，再由鋼腱的力量將結構來回原本的位置，因此自復位結構有較好的耐震表現，同時也具有結構殘餘變形小的優點，所以維修價格較為低廉。

自復位結構示意	遇大地震時，梁柱間會產生間隙

水資源管理：

為了呼應大主題--永續，此次台大水資源管理組的報告主題訂為：維護水環境的永續性之洪水控制。內容首先介紹臺灣地區山多、坡陡、流急，及夏季降雨集中、颱風來襲，等等因素造成地面逕流過多使得洪災發生。接著說明首都臺北地區的整體防洪計畫概要，從堤防、水庫、疏濬排砂、抽水站運作到政策實施、法令頒布等項目。然後舉出成功的案例：員山仔分洪道，視為改善臺灣水利環境的里程碑，分析其基本結構與運作狀況。

最後總結出防洪措施實際解決的問題與防洪目標的達成，間接維護了臺灣水利環境的永續性。

員山仔分洪道設計：

入口端

1. 梳子壩：

梳子壩設於員山子分洪道上游端，共有三道，主要用途為阻擋巨石及巨型漂流物，以免衝入分洪設施造成損壞。

梳子壩	員山子分洪道入口端

2. 攔河堰：

攔河堰為混凝土重力式寬頂堰，堰高68公尺，其基部設有開口，排除基隆河日常水量，當基隆河水位高於63公尺，則入流量超越基部開口之出水量，水位開始在攔河堰上游端蓄積。

左為排砂道，右為攔河堰	側流堰與靜水池

3. 側流堰

側流堰為混凝土重力式平頂堰，堰高62.5公尺，當基隆河水位高於62.5公尺，則自然溢流過堰，進入靜水池。

4. 靜水池：

靜水池位於側流堰與分洪堰之間，其作用為給予水流緩衝，避免直接衝撞設施，同時亦有沉沙之效果，當靜水池水位高於63公尺，則溢流過分洪堰，進入排洪隧道。靜水池與排砂道相接。

5. 排砂道：

排砂道與靜水池相接，平日排砂閘門全開，以利排除靜水池之沉砂，當洪水來臨，排砂閘門關閉，洪水在上游端蓄積，當洪水退去（水位降至與側流堰同高之62.5公尺）重啟排砂閘門，排除沉砂。

6. 分洪堰：

分洪堰為圓弧形臥箕式堰，其上設有導流墩，壩頂高63 公尺，主要功能在於分隔靜水池與排洪隧道，當洪水水位高於63公尺，自然溢流過堰頂，進入排洪隧道。

7. 導流墩：

導流墩設於分洪堰之上，當河道水流受到河中物體及兩岸碰撞之影響，會形成斜向水流、橫流以及回流等不穩定流態，導流墩可以有效削弱這些狀態。改善水流條件，加速導流。

8. 束縮段：

束縮段經過精密設計，其形狀與坡度有加速水流之效果，迅速將泥沙帶走，部會阻塞隧道。

分洪隧道：

分洪隧道全長2484公尺，坡度均為1/100，內徑12公尺，全程以鑽鑿、鑽炸方式施工，共分為三的段落：
-一號隧道：總長1117公尺。
-過河段：總長27公尺，鑽過九份溪。
-二號隧道：總長1308公尺。

出口端：

1. 漸變段：

斷面隧道之圓形，逐漸轉變為長方形，同時上方設有通氣孔，以防真空現象發生。

2. 陡槽段：

將水舌以45度陡角拋向消能池，以消耗龐大能量。

3. 消能池：

水深六公尺，底部為混凝土結構。

4. 護堤：

位於消能池底端，堤頂高程為4公尺，當消能池水位超過堤頂，自動溢流而出，其功能除了蓄積消能池水位，亦具有防止海水倒灌，灌入設施之功能。

出口端示意	消能池與護堤

大地工程：

今年TSA大地組以災害與永續發展間的關係為討論主題。日本、台灣、韓國先蒐集國內一常見之大地相關災害之資料，於TSA活動期間再進行整合。

代表台灣的台大土木系以「地層下陷」為討論目標。

首先，在報告中我們簡介地層下陷的主要成因、造成的影響。再來提出台灣、日本、韓國發生的有關案例。

接著，在整治對策的部份中，我們針對現有的監測技術提出介紹。由於發生地層下陷的地區「無法」真正復原。只能以限制開發、回填土壤、持續監測等方式，減緩地層下陷對人類的影響。其中，獲得足夠可信資料才能做出正確的應對，所以我們選擇介紹現有的監測技術。

地層下陷發生後的補救需要龐大經費，於是我們在結論提出：合理的開發以避免地層下陷發生，是較符合經濟效益及永續發展的作法。

交通工程：

Topic： 「public bike sharing 公共自行車系統」

臺灣共有兩個較有規模的公共自行車系統，分別是台北的YouBike和高雄的C-Bike，它們的系統規模以及營運狀況都不太相同，因此我們就此兩系統作介紹及比較。另外，我們也探討如何使公共自行車更廣泛地被使用，因此我們先介紹現有的行銷手段，再從給予一些我們的建議。

就城市背景而言，台北市的大眾交通工具使用率比高雄市高，因此可能也比較適合公共自行車的發展。C-Bike較YouBike早開始發展，因此就現有的規模而言，高雄的公共自行車不論是租賃站的數量和腳踏車的數量皆比台北多。營運狀況的部分，台北的公共自行車周轉率大約達到10次／輛／天，為高雄的兩倍。兩種系統都與城市的大眾運輸系統票卡作結合，是台灣的公共自行車系統比日本及韓國的系統更為成功之處。

在行銷手段而言，包含設站於大眾捷運系統附近，能夠有效的接駁轉乘的乘客;以及發展自行車步道、舉辦許多活動帶領民眾使用、提供兩小時內轉乘公車的折扣，以及與智慧型手機的應用程式結合等等，都是能夠提高使用率的做法。

最後，我們的認為兩個系統的發展皆算成功，而我們的建議是增加規模，涵蓋都市的更多區域，才能提高使用量；以及配合更多的廣告或是代言，才能提高使用率。另外，設置更多的腳踏車道、提供更明確的腳踏車路權指示等等都能提供我們更安全的使用環境，也能夠使公共自行車更廣泛的被使用。  

都市規劃

我們一開始接到的主題是以地景保存為大主題，於是我們開始想到底什麼樣的城市風貌算是好地景，怎麼樣算是壞地景；經過組員蒐集各地的資料後我們有淡水、九份、勤美、寶藏巖……各地的照片。分析討論過後我們覺得如果是好的地景除了照顧到美觀以外還要能夠符合居民的使用習慣、能夠與居民互動。

接著我們列舉一些台灣有關地景保存的法律：《文化資產保護法》和《景觀法草案》。前者的缺點可能是新興的景觀可能不受此法保護、後者的缺點是因為式草案，所以沒有特別指明要保護的對象，略顯空泛。

最後我們舉寶藏巖為例子來當作台灣地景保存的例子，從文化背景、民眾挺身抗議的過程到最後成功地保留下該地風貌並且成為一個展示許多藝術相關活動的空間。然後我們覺得如果能夠再發展出超過藝術活動展示的多樣性的話，可以為這個地景保存的案例加分不少。