多運具疏散路網規劃之研究—以核四廠為例
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(2) 多運具疏散路網規劃之研究—以核四廠為例 Multi-Mode Transportation Network Evacuation Planning and A Case Study 研 究 生：陳佳貝. Student ： Jia-Bay Chen Advisors： Anthony Fu-Wha Han. 指導教授：韓復華. 國立交通大學 運輸科技與管理學系 碩士論文. A Thesis Submitted to Institute of Transportation Technology & Management College of Management National Chiao Tung University In Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering in Traffic and Transportation June 2005 Hsinchu, Taiwan, Republic of China. 中華民國 九十四 年 六 月.
(3) 多運具疏散路網規劃之研究—以核四廠為例 學生：陳佳貝. 指導教授：韓復華 教授 國立交通大學運輸科技與管理學系碩士班. 摘要 核電廠周圍地區之安全防護奠基於核子事故之預防、監測、應變與復原各階段相關 之審慎規劃與分工，建立完備的路網疏散計畫是核子事故安全防護在緊急應變階段重要 的一環。核電安全與路網疏散均是以核能電廠為中心，半徑 5 至 10 公里範圍內所定義 的緊急計畫區(EPZ)為計畫範圍。路網疏散計畫的決策分析即在研擬最佳疏散方案，期 能在最短時間內將 EPZ 區內民眾疏散儘快疏散至區外。現有文獻中，核能電廠疏散研究 仍以公路車輛疏散為主。本研究以 TEVACS (Transportation EVACuation System)路網疏 散決策支援系統為基礎，除延伸原系統中私人車輛與公用車輛共同疏散功能外，亦針對 EPZ 內其他運具之疏散可行性及多運具疏散模式進行探討。研究發現，緊急疏散在陸運 方面除公路外，以鐵路疏散之可行性較高；海運(漁船)在緊急疏散上之可行性較低；空 運(直昇機)對病患或行動不便之特定民眾較為可行。 本研究對單線與雙線鐵路疏散之單趟次列車調派模式進行分析，依單線與雙線鐵路 上車站數之不同建立 15 種進場模式與 26 種離場模式，經搭配後共計 76 種組合。本研 究並以核四廠為例，針對其單線雙站鐵路與公路之複合疏散研擬集結與收容地點、民眾 分派、車輛配置與疏散路線安排等適當疏散方案，進行路網疏散決策支援系統之模擬。 結果發現，在特殊假日白天東北風全區 EPZ 疏散的情境下，公路疏散改善前疏散時間為 348 分鐘，如搭配鐵路疏散，其疏散時間為 315 分鐘；公路疏散改善後，疏散時間降為 135 分鐘；而再搭配鐵路疏散，疏散時間則為 123 分鐘。本研究亦發現，鐵公路多運具 路網緊急疏散時，因公路路網較鐵路路網複雜，其改善空間較大，鐵路列車調派策略單 純，其改善空間較小。個案結果顯示，公路疏散之改善效果可達 61%，鐵路疏散之改善 效果約為 9%。本研究建立之鐵公路複合疏散模式亦可提供對非核電事故之其他緊急疏 散計畫之決策參考。 關鍵詞：緊急計畫、多運具疏散規劃、路網疏散模式、決策支援系統、核電安全. i.
(4) Multi-Mode Transportation Network Evacuation Planning and A Case Study Student: Jia-Bay Chen. Advisor:Anthony Fu-Wha Han. Institute of Transportation Technology and Management National Chiao Tung University. Abstract Network evacuation planning is a critical part of a nuclear safety plan. In nuclear safety planning, the emergency planning zone (EPZ) is defined as the area within 5 to 10 kilometers surronding the nuclear power plant. The purpose of emergency network evacuation is to plan for an optimal plan which can evacuative the public from EPZ in a minimal amount of time. In current literature,the mode of transportation for evacuation is considered only to those vehicles on street networks, such as cars, buses and motorcycles. This research is based upon the TEVACS (Transportation EVACuation System), except for the function of extending from the original system to evacuate both the private and the public vehicles, it also focuses on the feasibility of other evacuation modes within EPZ and the exploration of multi-mode evacuation. This research found that in the emergent evacuation on land transportation except for the highway, the feasibility of railroad evacuation is higher; and it is lower in the sea transportation (fishing vessels) for emergency evacuation; in the air transportation (helicopters) it is more feasible for specific people like the sick or the handicapped. We first developed train-dispatching models for multi-mode evacuation, and applied them to the case of the Forth Nucler Power Plant in Taiwan. We proposed and tested alternative multi-mode evacuation plans on the TEVACS system. The analysis results show that under the scenario of a special holiday, day time, northeastern wind and the whole area of EPZ evacuation, it takes 348 minutes for the evacuation before the improvement, and if it collocates with the railroad, the evacuation time is 315 minutes; after the improvement the time is decreased to 135 minutes; and if it collocates with railroad, the evacuation time is then 123 minutes. This research also found that when in railway/highway multi-mode emergent evacuation, because the highway network is more complicated than the railway network, the room for improvement is larger, while the strategy for railroad train assignments is simple, the room for improvement is smaller. The conclusion of this case study manifested that the effect of the improvement for the highway evacuation could reach to 61%, and the improvement effect of the railway evacuation was about 9%. The models developed in this paper should be applicative to emergency scenarios other than nuclear power plants. Keywords: Emergency Plan, Multi-Mode Evacuation Planning, Network Evacuation Model, Decision Support System ii.
(5) 致謝 本篇碩士論文在經歷一年的撰寫終於順利完成，首先感謝恩師 韓復華教授在這三 年來的悉心指導與照顧，不論是邏輯架構的訓練、理論觀念的啟迪、治學態度之嚴謹、 問題之解惑、甚至於人生中做人處事的大道理，都讓學生獲益匪淺。師恩浩蕩，永銘在 心！在此致上最高之謝忱。 論文期中進度審查時，感謝系上任維廉教授與吳水威教師撥空詳閱並提供寶貴意 見；論文口試期間亦承蒙 中華大學 卓裕仁教授與 吳水威教授不吝指教及惠予論文修 正之建議，使論文更趨完整，學生由衷感謝。論文撰寫時也感謝一同奮鬥的小刀、昆諭、 俊德以及過來人威哥，提供論文寫作細節的資訊與技巧，讓我這本論文能順利完成。 這段不算長的三年研究所生活即將劃下句點，想起過去生活中的酸甜苦辣，真是點 滴在心頭。感謝逢甲大學與交通大學的師長們在我求學階段中對我的循循善誘與教授浩 瀚學海知識，也感謝實驗室同甘苦共患難的小刀、昆諭與俊德，大家總是一起在實驗室 拼死拼活趕計畫、一起去調查順便去礁溪洗溫泉、一起在煩悶時殺一場 AOC 或 CS 解 悶，因為有你們的陪伴讓我度過了多少次的低潮。也謝謝實驗室博士生威哥這一年對我 生活上的照料與幫忙，還有陪我一年的志仁學長、依伶、詩芹學姊、兩位可愛又認真的 學妹淑詩與俐諭、程式構建能力頗強的育廷與英文流利的裕智、每逢 Lab 成員生日必定 從上海打電話祝賀的陳娟、以及搞笑瑰寶阿昌、經濟魔人輝鵬，在我求學路上因為有你 們使我的生活更為燦爛美麗。 此外，也謝謝吃飯與哈拉一族的阿界與承正，讓我吃遍新竹美食也聊遍天南地北， 沒有你們我的研究所生活肯定失色不少。同時要特別感謝胡大瀛老師在我大學時對我的 指導與照顧，記得那時胡 Lab 的英志、百賢、達橦與阿 van 學長們以及大學同窗好友許 董與仲強，大家總是吃完飯來一場 4 打 4 互 K 到沒資源可用的 AOC，更常在 Dead Line 前熬夜趕工到早上吃早餐，這段革命情感我想這輩子我永遠不會忘記。 最後，我要將此篇論文獻給我摯愛的爸媽與嫁到新加坡的大姊與嫁到日本的二姊， 感謝爸媽們的辛苦撫養與栽培，也感謝兩位姊姊在求學過程中給予許多精神鼓勵與支 持，讓我能克服層層關卡與考驗取得碩士學位，我只想跟你們說：我愛你們! 此篇碩士論文的完成要感謝的人太多，族繁不及備載，僅將這份榮耀與你們分享！. 記于 iii. 陳佳貝 謹誌 交大網路實驗室 2005.6.
(6) 多運具疏散路網規劃之研究—以核四廠為例 目. 錄. 中文摘要 .....................................................................................................................................i 英文摘要 ....................................................................................................................................ii 致謝 ...........................................................................................................................................iii 目. 錄 .......................................................................................................................................iv. 表目錄 ......................................................................................................................................vii 圖目錄 .......................................................................................................................................ix 第一章. 緒論 ............................................................................................................................1. 1.1. 研究背景與動機 .......................................................................................................1. 1.2. 研究範圍與內容 .......................................................................................................4. 1.3. 研究方法與流程架構 ...............................................................................................6. 第二章. 文獻回顧 ....................................................................................................................8. 2.1. 災害管理與疏散行為 ...............................................................................................8. 2.2. 2.3. 2.4. 2.1.1. 災害管理概念 ................................................................................................8. 2.1.2. 疏散行為分析 ................................................................................................8. 路網疏散模式相關研究 ...........................................................................................9 2.2.1. 疏散時間估算 ................................................................................................9. 2.2.2. Simulation.....................................................................................................10. 路網疏散決策支援系統 ......................................................................................... 11 2.3.1. TEDSS .......................................................................................................... 11. 2.3.2. IDYNEV/PREDYN...................................................................................... 11. 2.3.3. TEVACS .......................................................................................................12. 運輸問題 .................................................................................................................16. iv.
(7) 2.5. 交通指派問題 .........................................................................................................17 2.5.1. 交通量指派問題 ..........................................................................................17. 2.5.2. 路段績效函數(Link Performance Function) ...............................................18. 2.5.3. 最短路徑問題(Shortest Path Problem)........................................................18. 第三章. 不同運輸系統疏散可行性分析 ..............................................................................19. 3.1. 可行性分析架構 .....................................................................................................19. 3.2. 鐵路疏散分析 .........................................................................................................20. 3.3. 海運疏散分析 .........................................................................................................22. 3.4. 空運疏散分析 .........................................................................................................23. 3.5. 小結 .........................................................................................................................25. 第四章. 鐵公路聯合疏散模式構建 ......................................................................................27. 4.1. 鐵路列車調派模式構建 .........................................................................................27. 4.2. 待命點、集結點與收容站評選規則 .....................................................................39. 4.3. 疏散人口之指派 .....................................................................................................42. 4.4. 鐵公路列車車輛聯合調派 .....................................................................................44. 第五章. 個案應用與疏散策略研擬 ......................................................................................48. 5.1. TEVACS＇2004 系統內容說明 .............................................................................48. 5.2. 核四廠 EPZ 運輸系統現況 ....................................................................................49 5.2.1. 公路運輸系統 ..............................................................................................50. 5.1.2. 鐵路運輸系統 ..............................................................................................51. 5.1.3. 海運運輸系統 ..............................................................................................52. 5.3. 人口車輛資料彙整歸納 .........................................................................................53. 5.4. 疏散設施評選及公用車輛路線規劃 .....................................................................55 5.4.1. 公路疏散設施可能位置 ..............................................................................55. 5.4.2. 公路疏散設施評選 ......................................................................................57. 5.4.3. 公路公用車輛路線規劃 ..............................................................................62 v.
(8) 5.4.4 5.5. 鐵路疏散設施評選及路線規劃 ..................................................................69. 疏散情境與策略研擬 .............................................................................................70 5.5.1. 疏散情境分析 ..............................................................................................70. 5.5.2. 疏散策略研擬 ..............................................................................................72. 第六章. 疏散策略結果分析 ..................................................................................................82. 6.1. 改善前分析 .............................................................................................................82. 6.2. 改善措施方案研擬與分析 .....................................................................................83 6.2.1. 瓶頸路段判定 ..............................................................................................83. 6.2.2. 單行道改善 ..................................................................................................85. 6.2.3. 提高公用車輛承載 ......................................................................................86. 6.2.4. 單行道與提高公用承載共同運用 ..............................................................86. 6.3. 公鐵路聯合疏散模擬分析 .....................................................................................87. 6.4. 各種疏散方案結果比較 .........................................................................................91. 第七章. 結論與建議 ..............................................................................................................95. 7.1. 結論 .........................................................................................................................95. 7.2. 建議 .........................................................................................................................96. 參考文獻 ..................................................................................................................................97. vi.
(9) 表目錄 表 1.1. 各類事故影響程度之劃分 .........................................................................................2. 表 1.2. 緊急事故處理之類別劃分原則 .................................................................................2. 表 1.3. 研究範圍表 .................................................................................................................4. 表 3.1. 各列車車種性能比較 ...............................................................................................20. 表 3.2. EMU600 型電聯車性能與規格 ...............................................................................21. 表 3.3. S-76 直昇機性能與規格.........................................................................................24. 表 3.4. 各種運輸系統之疏散可行性評比 ...........................................................................26. 表 4.1. 鐵路列車進場與離開調派模式組合 .......................................................................34. 表 4.2. 鐵路列車進場調派模式(1) ......................................................................................34. 表 4.3. 鐵路列車進場調派模式(2) ......................................................................................35. 表 4.4. 鐵路列車進場調派模式(3) ......................................................................................36. 表 4.5. 鐵路列車離場調派模式(1) ......................................................................................36. 表 4.6. 鐵路列車離場調派模式(2) ......................................................................................37. 表 4.7. 鐵路列車離開調派模式(3) ......................................................................................38. 表 4.8. 人口、車輛在不同時段之調查與推估 ...................................................................43. 表 5.1. 鐵路車站調查狀況結果 ...........................................................................................52. 表 5.2. 漁港狀況調查結果 ...................................................................................................53. 表 5.3. 各宗教、旅遊景點外來人口推算 ...........................................................................54. 表 5.4. 轉換各種車輛的小客車當量表 ...............................................................................54. 表 5.5. 核能四廠緊急計畫區內人口與車輛資料彙整 .......................................................54. 表 5.6. 集結點可能位置清單 ...............................................................................................56. 表 5.7. 收容站可能位置清單 ...............................................................................................56. 表 5.8. 待命點可能位置清單 ...............................................................................................57. 表 5.9. 民眾疏散集結點評選結果表 ...................................................................................59 vii.
(10) 表 5.10. 收容站評選結果表 .................................................................................................60. 表 5.11. 公用車輛待命點評選結果表 .................................................................................60. 表 5.12. 疏散集結點對應之公用車輛待命點與收容站 .....................................................60. 表 5.13. 各車種白天夜晚承載率表 .....................................................................................62. 表 5.14. 集結點指派人數與公用車輛資料 .........................................................................63. 表 5.15. 公用車輛進場路線規劃結果表 .............................................................................64. 表 5.16. 公用車輛疏散路線規劃表 .....................................................................................67. 表 5.17. 路網疏散模擬情境編碼表 .....................................................................................71. 表 5.18. 核能四廠風向情境對應之路口轉向比率檔案 .....................................................72. 表 5.19. 核能四廠疏散模擬主要控制參數一覽表 .............................................................72. 表 5.20. 貢寮車站(D4002)吸收之集結點與疏散人數........................................................75. 表 5.21. 福隆車站(D4003)吸收之集結點與疏散人數........................................................75. 表 5.22. 福隆蔚藍海岸 PCU 數在鐵路疏散方案 A 之變化 ..............................................76. 表 5.23. 福隆蔚藍海岸 PCU 數在鐵路疏散方案 B 之變化...............................................77. 表 5.24. 福隆蔚藍海岸 PCU 數在鐵路疏散方案 C 之變化...............................................77. 表 5.25. 各種疏散策略整理 .................................................................................................78. 表 6.1. 核能四廠改善前基本狀況之路網疏散模擬時間 ...................................................82. 表 6.2. 核四廠各時段瓶頸路段 ...........................................................................................84. 表 6.3. 核能四廠單行道改善措施路段編碼 .......................................................................85. 表 6.4. 各種時段實施單行道改善措施前後之疏散時間比較 ...........................................86. 表 6.5. 各種時段提高公用車輛承載措施之疏散時間比較 ...............................................86. 表 6.6. 各種時段單行道下提高公用車輛承載措施比較 ...................................................87. 表 6.7. 各種時段鐵路疏散方案 A 之疏散模擬時間比較 ..................................................88. 表 6.8. 各種時段鐵路疏散方案 B 之疏散模擬時間比較 ..................................................90. 表 6.9. 例假日白天各種風向不同改善措施之模擬疏散時間比較 ...................................91. viii.
(11) 圖目錄 圖 1.1. EPZ 路網疏散作業流程示意圖 .................................................................................3. 圖 1.2. 研究流程圖 .................................................................................................................7. 圖 2.1. 路網疏散車流模擬模式架構圖 ...............................................................................14. 圖 2.2. 路網車流組成示意圖 ...............................................................................................15. 圖 2.3. 車輛產生行為分析圖 ...............................................................................................15. 圖 4.1. 候選集結點、收容站與待命點之選擇流程 ...........................................................41. 圖 4.2. 人口與車輛資料組成示意圖 ...................................................................................43. 圖 4.3. 鐵公路集結點與民眾疏散示意圖 ...........................................................................45. 圖 4.4. 鐵公路集結點涵蓋範圍界線圖 ...............................................................................45. 圖 4.5. 公用車輛行駛路線受下風向輻射劑量影響示意圖 ...............................................46. 圖 4.6. 鐵路列車行駛路線受下風向輻射劑量影響示意圖 ...............................................47. 圖 5.1. TEVACS 疏散決策支援系統之組成架構 ...............................................................48. 圖 5.2. 核四廠緊急計畫區示意圖 .......................................................................................50. 圖 5.3. 核能四廠緊急計畫區內各運輸系統位置分佈示意圖 ...........................................51. 圖 5.4. 研究範圍內各鐵路車站位置示意圖 .......................................................................52. 圖 5.5. 無適當集結點分區 ...................................................................................................58. 圖 5.6. 集結點位置圖 ...........................................................................................................61. 圖 5.7. 收容站位置圖 ...........................................................................................................61. 圖 5.8. 公用車輛待命點位置圖 ...........................................................................................62. 圖 5.9. 公用車輛進場路線圖(1) ..........................................................................................65. 圖 5.10. 公用車輛進場路線圖(2) ........................................................................................65. 圖 5.11. 公用車輛進場路線圖(3).........................................................................................66. 圖 5.12. 公用車輛疏散路線圖(1) ........................................................................................67. 圖 5.13. 公用車輛疏散路線圖(2) ........................................................................................68 ix.
(12) 圖 5.14. 公用車輛疏散路線圖(3) ........................................................................................68. 圖 5.15. 鐵路車站與電聯車行車時間示意圖 .....................................................................69. 圖 5.16. 鐵路疏散模式 A 示意圖 ........................................................................................69. 圖 5.17. 鐵路疏散模式 B 示意圖 ........................................................................................70. 圖 5.18. 鐵路疏散方案 C 示意圖 ........................................................................................70. 圖 5.19. 雙溪—貢寮車站車行速率分佈圖 .........................................................................74. 圖 5.20. 貢寮—福隆車站車行速率分佈圖 .........................................................................74. 圖 5.21. 福隆—石城車站車行速率分佈圖 .........................................................................75. 圖 5.22. 外來、當地車輛轉移示意圖(1) ............................................................................79. 圖 5.23. 外來、當地車輛轉移示意圖(2) ............................................................................79. 圖 5.24. 外來、當地車輛轉移示意圖(3) ............................................................................80. 圖 5.25. 外來、當地車輛轉移示意圖(4) ............................................................................80. 圖 5.26. 外來、當地車輛轉移示意圖(5) ............................................................................81. 圖 5.27. 外來、當地車輛轉移示意圖(6) ............................................................................81. 圖 6.1. 例假日白天瓶頸路段示意圖 ...................................................................................84. 圖 6.2. 特殊假日白天瓶頸路段示意圖 ...............................................................................84. 圖 6.3. 特殊假日夜晚瓶頸路段示意圖 ...............................................................................84. 圖 6.4. 核能四廠單行道改善路段示意圖 ...........................................................................85. 圖 6.5. 例假日白天東北風各種疏散策略時間比較圖 .......................................................93. 圖 6.6. 特殊假日白天東北風各種疏散策略時間比較圖 ...................................................93. 圖 6.7. 特殊假日夜晚東北風各種疏散策略時間比較圖 ...................................................94. x.
(13) 第一章 1.1. 緒論. 研究背景與動機. 核電廠周圍地區之安全防護奠基於核子事故之預防、監測、應變與復原各階段相關 之審慎規劃與分工，建立完備的路網疏散計畫是核子事故安全防護在緊急應變階段重要 的一環。核電安全與路網疏散均是以核能電廠為中心，半徑 5 至 10 公里範圍內所定義 的緊急計畫區(EPZ)為計畫範圍。有關緊急災變概念，最早係由美國提出，美國政府在 1979 年 3 月美國發生三哩島事件後，為強化過去災害救援機構而成立聯邦緊急災變管理 署(FEMA)。FEMA 首先將災害分為平時預防(Mitigation)、災前準備(Preparedness)、災 害應變(Response)、災後復健(Recovery)四階段，路網疏散規劃是屬於災前準備之範疇 中。原子能委員會早於民國 70 年時即呈行政院頒佈「全國核子事故緊急應變計畫」， 此計畫最主要目的乃在於利用最短的時間集中人力與物力，依照事先的妥善規劃，採行 適當的防護動作，以保障民眾的安全。當核能發電廠發生核子意外事故，達到核能電廠 核子事故程度區分之「廠區緊急事故」（含）以上程度，預估有實施民眾疏散之可能時， 由原子能委員會負責召集各執行委員，並應於十六小時內向行政院報備。執行委員研判 狀況後認為有必要時再召集其他委員共同執行任務。 依照事故之影響程度與演變之順序，可將核能電廠可能發生之緊急情況分成四類： （1）第一類緊急事故：異常事件之示警通知。（2）第二類緊急事故：緊急戒備。（3） 第三類緊急事故：廠區緊急事故。（4）第四類緊急事故：全面緊急事故。各類事故可 能影響程度之劃分，如表 1.1 所示；按事故處理之形式劃分各類事故之級別則如表 1.2 所示。該表顯示，當發生第四類緊急事故 B 級狀況時，為顧及當地民眾之生命安全，必 須請民眾開始採取防護動作並進行疏散，如迅速進入鋼筋水泥遮蔽建築體中緊掩門窗以 免受到放射性微塵粒子的傷害，或要求 EPZ 內民眾收拾家中貴重物品前往離家最近之集 結點，再搭乘公用車輛離開緊急計畫區前往區外收容所暫時居住[25]。國內對 EPZ 之定 義係以核電廠為中心，依 1km 為 1 圈畫 5 圈，再依 16 方位角區分為 80 個計畫的分區 (zone)，如圖 1 所示，正北方最外圈之分區代碼為 1E，正南方最內圈之分區代碼為 9A。 根據「核子事故防護行動指引(民國 90 年 6 月)」[38]之規範，整個核子事故緊急應 變作業可分成三個階段：(1) 早期，當有嚴重外釋危機存在時，或已經外釋數小時之後； (2) 中期，指事故發生後已對外釋來源加以控制，並已得到可靠的環境偵測資料做為判 定採取防護行動的依據；(3) 復原期，指決定解除早期與中期階段實施之防護行動，回 復正常生活狀態的時期。「核子事故防護行動指引」亦訂定事故早期民眾防護行動劑量 標準為：當預估輻射劑量達到全身 0.1 西弗或甲狀腺 1.0 西弗時，必須進行 EPZ 內之民 眾疏散。而在執行路網疏散作業前，應依序完成「通知學校停課，民眾暫停上班」 、 「關 閉公共場所」 、 「疏導外來民眾與車輛離開 EPZ」 、 「設立收容防護站與收容中心」與「公 用車輛之動員、待命與集結」等工作項目。 1.
(14) 表 1.1. 各類事故影響程度之劃分. ‧指運轉規範所規定之異常事件（Reportable event）。 ‧事故電廠放射性物質外釋量超過運轉規範之限制值 第一類緊急事故 時。 ‧電廠狀況超過運轉規範之限制時。 (異常事件之示警通知) ‧火災、風災、水災、地震等或保安事件影響到電廠正 常運轉時。 ‧事故電廠放射性物質外釋超過運轉規範限制值之十倍 時。 第二類緊急事故 ‧電廠之異常事件狀況繼續惡化時。 ‧發生相當於運轉基礎限值之風災、水災、地震等，而 （緊急戒備） 對電廠安全有影響時。 ‧發生放射性物質外釋事故，且外釋之等效碘-131 含量 介於 3.7×1011-3.7×1013 貝克或等效氙-133 含量介於 第三類緊急事故 3.7×1014-3.7×1016 貝克時。 ‧事故電廠廠界個人全身劑量率達 0.5 毫西弗／小時。 （廠區緊急事故） ‧發生超過設計基礎限值之地震、風災、水災時。 ‧發生放射性物質外釋事故，且外釋之等效碘-131 含量 多於 3.7×1013 貝克，或等效氙-133 含量多於 3.7×1016 貝克時。 第四類緊急事故 ‧同時發生燃料嚴重破損與一次系統破漏，且圍阻體完 整性堪虞。 （全面緊急事故） ‧發生核心熔化事故時。 ‧事故電廠廠界個人全身劑量率達 0.01 西弗／小時。 資料來源：核子事故緊急應變計畫(民國 91 年 4 月) [38]. 表 1.2 事 故 類 別 第一類緊急事故 第二類緊急事故. 第三類緊急事故. 級. 別. Ａ級 Ｂ級 Ａ級 Ｂ級 Ｃ級 Ａ級. 第四類緊急事故 Ｂ級. 緊急事故處理之類別劃分原則 劃 分 原 則 異常事件之示警通知。 無放射性物質外釋之緊急戒備事故。 有放射性物質外釋之緊急戒備事故。 無放射性物質外釋之廠區緊急事故。 有放射性物質外釋，但廠界最大個人全身劑量率 小於 0.5 毫西弗／小時之廠區緊急事故。 有放射性物質外釋，且廠界最大個人全身劑量率 大（等）於 0.5 毫西弗／小時之廠區緊急事故。 指已下令執行民眾防護行動之全面緊急事故（自 第三類 Ｂ、Ｃ級事故惡化演變者）。 指突發性之全面緊急事故（事故發生或演變突 然，而無法按序準備與下令執行各項民眾防護行 動者）。. 資料來源：核子事故緊急應變計畫(民國 91 年 4 月)[38] 2.
(15) 預估輻 射劑量. 早期階段. 全身 - 0.005 (西弗) 甲狀腺 - 0.05 ．0.25 (西弗). 核 子 事 故 防 護 行 動 指 引. - 0.05. - 0.1. - 0.5. - 1.0. 通知民眾屋內掩 兒童孕婦應掩蔽或疏散 蔽並做呼吸防護 成人屋內掩蔽呼吸防護. 民眾遵從指示疏散. 服用碘化鉀 (甲狀腺劑量 > 0.25 西弗). 地區進出管制 (於EPZ邊界之道路出入點設立管制站). 疏導外來民眾與車輛離開EPZ 學校暫停上課 民眾暫停上班. 路 網 疏 散 作 業. 離開EPZ的民眾. 關閉公共場所. 路網疏散模擬時間 達到目標疏散率 設立收容防護站 與收容中心. 有私車民眾自行 開車離開EPZ 下達疏散命令 ：. 動員公 用車輛 至待命 點整備. 公用車 輛到達 指定的 集結點. 無私車 民眾至 集結點 集合. 公用車 輛將民 眾載離 EPZ. 收 容 防 護 站 處 理. 清理後民眾 自行離開. 將民眾後送 至收容中心. 註：收容防護站處理包含檢測輻射劑量 、車輛清洗、民眾淋浴更衣 、發放碘片與臨時收容等作業 。. 圖 1.1. EPZ 路網疏散作業流程示意圖 資料來源：[32]. 故疏散時間的長短將直接影響民眾生命安全，當決策者開始下達疏散命令前，擁有 私人運具的家戶民眾將會最早駛離緊急計畫區，而沒有私人運具的民眾則需前往附近的 集結點搭乘公用車輛離開緊急計畫區。為使民眾更迅速離開緊急計畫區、疏散更有效 率，緊急疏散路線規劃之研究便因應而生。根據圖 1.1 可知，下達疏散命令前，緊急計 畫區 5km 界線已封鎖，區內之公共場所關閉，外來遊客亦已離開，同時成立收容防護中 心，下令公用車輛抵達待命點整備。本研究對整個模擬疏散時間之定義為：自私人車輛 產生開始計時，至離開 EPZ 車輛達到目標疏散率的時間為止。整個模擬疏散時間之定義 為：自私人車輛產生開始計時，至離開 EPZ 車輛達到目標疏散率的時間為止。. 3.
(16) 過去國內外核電疏散的研究是以公用車輛為運具，如公車、軍車等，並規劃自集結 點至緊急計畫區外的收容站之疏散路線為主，主要原因在於陸上運具機動性高，民眾在 搭乘時之安全性與便利性亦高於其他運具。因此，相對來說，位於緊急計畫區內之鐵路 列車、船舶、直昇機等運具，以及公用車輛調派過程如公用車輛自緊急計畫區外公用車 輛待命點進入區內集結點的路線規劃部分，過去文獻上甚少探討。 因此，本研究主要目的即是將對核能四廠緊急計畫區內之公車、鐵路列車、航運船 舶等多運具公用車輛調度與疏散路線規劃納入研究考量，依不同運具，研擬適當疏散方 案，以妥善、迅速疏散緊急計畫區內之民眾離開。同時將以韓復華教授及其交通大學研 究團隊過去在個人電腦上發展之 TEVACS (Transportation EVACuation System) 路網疏 散決策支援系統為基礎[31]，建立一套路網疏散規劃決策支援系統，此系統除繼續沿用 原系統私人車輛與公用車輛疏散功能，再因加入了多運具疏散之考量，將能使該決策支 援系統模擬功能更符合現狀，讓整體疏散計畫更臻完備。. 1.2. 研究範圍與內容. 核能電廠緊急計畫區中由於人口稀少，車輛持有率較低，會有部分民眾無法搭乘私 人運具來離開緊急計畫區。在疏散時，有私人運具可使用的民眾即自行尋找疏散路線離 開緊急計畫區。而這些缺乏私人運具使用的民眾便需倚賴政府所調派之公用車輛，方能 離開緊急計畫區。 因此，本研究範圍如表 1.3，主要是針對這些缺乏私人運具使用的民眾構建一套合 適的疏散計畫，包含從運輸系統的選擇、疏散設施(待命點、集結點、收容站)評選以及 疏散路線的規劃。過去在路網疏散規劃決策支援系統(TEVACS)系統中主要是以公路運 輸為主，並未考慮其他運輸系統在疏散上之應用，故此次研究擬針對多運具公用車輛疏 散為研究核心範圍，除了傳統公用車輛之外，亦將鐵路、海運、空運運輸系統納入考量， 對多運具公用車輛調度和疏散路線規劃進行探討。 表 1.3 研究範圍表 旅次來源. 有私人運具. 規劃原理. 民眾自行尋 找疏散路線 離開. 運輸系統 運輸工具. 無私人運具 考慮多運具疏散 陸運 鐵路 海運 空運 公用車輛 列車 船舶 航空器 依不同運具規劃疏散設施(待命點、集結 點、收容站)與疏散路線. 本系統係以路網疏散模擬模式為基礎，構建於個人電腦上，於疏散規劃時輔助災難 管理者作決策之用，系統中主要包括使用者介面、系統控制、資料檔案管理、圖形檔案 管理與路網疏散模擬模式庫五個子系統，其中，路網疏散模擬模式庫包括公用車輛疏散 模擬模式與私人運具疏散模擬模式兩部份。. 4.
(17) 在私人運具疏散方面，由韓復華教授和胡大瀛教授發展之 TEVACS 系統係以巨觀 車流模式為基礎，將私人運具車輛行進在公路道路上時，區分成「產生源」、「路段車 流」、「路口車流」和「吸收端」等步驟，分別對各步驟之車輛行進過程與狀態進行模 擬；在公用車輛疏散方面，該 TEVACS 系統首先將「公用車輛調配」納入模式分析中， 後續由韓復華與卓裕仁發展之 TEVACS-II 則以數學規劃方法建立「集結點區位-分派模 式」，在相異之目標準則下決定最佳集結方案，並動態模擬產生數條公用車輛疏散路線 方案，以時間最短者為最佳建議之公用車輛疏散路線 [3] [26] [27][29]。 故對於路網疏散規劃決策支援系統，本研究範圍即著眼於路網疏散模擬模式庫中之 多運具公用車輛模擬疏散方面，研究內容方面包括：多運具疏散可行性分析、最常使用 運具疏散模式構建、個案應用與疏散策略研擬，以及疏散策略結果之分析等四大要項， 各項說明分述如下： 1.. 多運具疏散可行性分析. 本研究除了傳統公用車輛疏散路線規劃之外，對於使用鐵路列車、漁船及直昇機方 式疏散民眾之方案亦一併考慮在內。因此，必須對使用不同運具進行疏散之可行性深入 瞭解探討後，選擇適合之疏散運具，方能分派民眾搭乘不同運具疏散離開，以期縮短疏 散時間並提升疏散效率。 2.. 最常使用運具之疏散模式構建. 因疏散運具種類增加，傳統的疏散模式勢必需加以調整，首先即需對所增加之疏散 運具構建該運具之調派模式，包含該運具進出 EPZ 範圍之方式以及在 EPZ 中需於何處 搭載民眾離開等；第二，列出疏散設施的評選規則，所謂疏散設施乃是包含待命點、集 結點及收容站；第三則說明疏散人口指派之方法，亦即先瞭解 EPZ 內各分區中之當地人 口有多少民眾需以公用車輛來疏散，再將這些民眾指派至適當的集結點中。最後即說明 在多運具疏散下，如何指派民眾搭乘不同之疏散運具以離開 EPZ 範圍的方法。 3.. 個案應用與疏散策略研擬. 本研究以核四廠為例，介紹 EPZ 內運輸系統現況，並蒐集 EPZ 內人口與車輛資料， 對可行之疏散運具評選疏散設施及規劃疏散路線。其次再依不同疏散運具研擬各種疏散 策略，對疏散策略進行模擬。若產生疏散瓶頸路段時擬以運輸系統管理策略解決問題， 如實施交通改善手段：調撥車道、單行道或是提高公用車輛承載等改善措施，使疏散時 減低壅塞時間，讓民眾可更迅速離開緊急疏散計畫區，並將可能受到的傷害減至最低。 4.. 疏散策略結果分析. 首先對未使用改善措施前的基本狀況之疏散時間加以分析，再瞭解是否產生瓶頸路 段及產生瓶頸路段之位置，並執行前述之各種瓶頸路段改善措施方案以及多運具疏散方 案，以獲取改善後之疏散時間。最後則對各疏散方案分析比較，找出各疏散方案之改善 效益，求得效益較佳之方案。 5.
(18) 1.3. 研究方法與流程架構 關於本研究方法與流程架構如圖 1.2，內容分述如下：. 1. 研究範圍與問題界定：找尋現今國內外在核子事故緊急疏散事件發生時未被考慮或 忽略之疏散方式，納入緊急疏散計畫。 2. 文獻回顧：回顧目前有關核子事故發生時緊急疏散之處理方法、核子事故緊急疏散 決策支援系統之路網疏散模式理論與其發展情況、集結點分派方法理論等，以確實 瞭解核能電廠緊急事件的定義與過去應用之解決方法。 3. 多運具疏散可行性分析：由於研究範圍內存在各種運輸系統，除原本以公路運輸系 統之公用車輛來疏散民眾外，亦將對其他運輸系統之運具進行疏散可行性之分析， 用以找出合適之運具，期能輔助原疏散運具，使民眾之疏散時間更為短縮。 4. 最常使用運具之疏散規劃：經過各種運輸系統之運具可行性分析後，找出除了一般 公路運輸系統外最常、最可能使用的運輸工具。 5. 疏散設施規劃：依據公路與最常使用之運輸系統，分別列出疏散設施(待命點、集結 點與收容站)評選規則，同時依這些規則決定研究範圍內公路與最常使用運輸系統之 妥當待命點、集結點與收容站的地點或設施。 6. 疏散人口指派：將緊急計畫區人口依當地人口與外來人口分類，配合其他合適之運 具，再依人口與集結點地理位置分佈狀況，指派需搭乘公用車輛之民眾至適當集結 點集結與搭乘公用車輛離開。 7. 多運具車輛調派規劃：考慮公路疏散車輛及公路運輸系統以外最常使用的運具，共 同規劃多運具車輛進場路線與疏散路線，同時亦深入探討多運具集結與疏散時之車 輛調派方式。 8. 資料蒐集與整理：蒐集研究範圍—核能四廠 10 公里內之道路屬性資料、集結點、收 容站與待命點資料、鐵路車站與漁港資料、及人口與車輛資料等基本資料，並調查 當地居民車輛持有數及交通車流參數，其次則對上述蒐集之基本資料作一整理，使 一般資料轉為可有效應用之資訊。 9. 個案應用分析與疏散方案研擬：研擬各種不同時段、風向、疏散範圍之情境下之多 運具疏散方案，當產生瓶頸路段時則提出減少需求或增加供給等運輸系統管理改善 措施，期能消弭壅塞的瓶頸路段。 10. 疏散方案評估：應用 TEVACS 系統對不同方案模擬求得疏散時間，進行比較與評估。 11. 結果分析與比較：分析不同方案下多運具公用車輛之疏散時間，並比較其差異，嘗 試找出其原因所在且提出建議之疏散方案。 6.
(19) 12. 結論與建議：根據前述各步驟所得結果，提出具體之結論與建議，並研擬後續研究 之方向與重點項目。. 研究範圍與問題界定. 文獻回顧. 鐵路、 海運與空運 疏散可行性分析. 否 運輸系統 是否合適. 是 多運具疏散模式構建 待命點 、集結點與收容站評選 疏散人口指派 多運具車輛調派與疏散路線構建. 個案資料蒐集與整理. 個案應用分析與 疏散方案研擬. 結果分析與比較. 結論與建議 圖 1.2. 研究流程圖 7.
(20) 第二章. 文獻回顧. 在文獻回顧部分，將分成五部分陳述：首先闡述災害管理概念，並對民眾疏散行為 加以分析；其次，對路網疏散決策支援系統中最核心部分之路網疏散模式進行介紹；第 三，對國內外路網疏散決策支援系統發展狀況深入瞭解與探討；第四，民眾集結點之規 劃選擇乃屬於集結—分派之問題，此類問題可以最簡單運輸問題來求解，在此則對運輸 問題定義提出說明；最後，由於路網疏散模擬模式庫需對公用車輛之行駛路徑加以指 派，因此亦對過去在交通指派問題方法約略簡述之。. 2.1 2.1.1. 災害管理與疏散行為 災害管理概念. 一般而言災害可分為天然災害與人為技術災害，其發生原因與性質各有不同，但 對於民眾而言，此前後兩者在生命與國家經濟之威脅程度上並未有所不同，因此面對 災害隨時可能發生的情況下，必須有一災害管理(Disaster Management)步驟，或稱災變 管理(Emergency Management)步驟，以預防災害發生或災害擴大，同時也能將災害發 生後對民眾生命財產的傷害減至最低。Petak[15]認為災變管理的基本架構分為平時預 防、災害準備、事故回應與災後復健四個層面，即所謂整體災變管理(Comprehensive Emergency Management, CEM)，各層面內容如下： 1. 平時預防(Mitigation)：在一般日常生活中處處可見潛在危機，應時時加以留意，並 減低或排除危機爆發之機會，以防患未然。 2. 災前準備(Preparedness)：在災變發生前研擬各項應變計畫、救災物資、訓練救災人 員應變能力，以備不時之需，而核子事故緊急應變計畫即是屬於此層面。 3. 災害應變(Response)：在災害發生時採取適當之應變措施，並提供緊急救援以穩定 災情，使其不再擴大，並為災後復健清除各項障礙。 4. 災後復健(Recovery)：於災害發生後持續提供支援，直至災區社會經濟回復至受災 害以前的狀況。 2.1.2. 疏散行為分析. 1979 年美國三哩島事件發生後，美國曾對該事故區域民眾進行事故反應行為問卷 調查[1]。調查報告中顯示，此事故為美國第一次發生顯著的核子事故，在資訊傳遞速 度不若今日發達以及當局決策措施與處置不純熟下，當局並未下令展開疏散作業，使 得民眾有絕大多數前往旅館或親友家中躲避，當局所規劃之收容站反而無人前往進行 掩蔽；還有一部份民眾是受鄰居疏散之影響而跟著疏散；另有一部份人因教育程度偏 低，認為災害危險性不高，因此並未進行疏散之動作。. 8.
(21) 在民眾考慮疏散的當爾，首要牽涉之因素即為個人對暫時或長期生活的環境能否 割捨，且不僅僅是外在的物理環境，內心情緒的切斷與割捨也使民眾在疏散前增添更 多掙扎。Quarantelli[16]在 1980 年針對在有預警災害或有經過縝密規劃的疏散計畫狀 態下，發現民眾的疏散行為約可分為下列幾項： 1. 民眾多以機動車輛做為疏散時之主要交通工具。 2. 因為是在有預警的狀態，民眾在撤離過程中，其行為是有秩序、理性且不易產生恐 慌之心情。 3. 道路中車輛之間的肇事比率或故障率極低。 4. 由於具有預警，疏散過程裡許多人或親友團體多半不會在感受到危險時便即刻行 動，通常會先評估災害是否具有急迫性、是否會對生命財產有所損失以及與外界親 屬朋友有所聯絡後，才與周遭鄰居或同伴親友一同疏散。 5. 此外，除非是巨大災變，否則勢必有一部份民眾不願意離開他們的家園。 此外，1981 年 Perry 等[14]學者對人類在疏散時之行為描述也有許多著墨，針對 上述幾種狀況，他認為如這種有預警或是有較長預警時間之災變，位於可能受影響災 區之民眾認為並無立即生命危險，因而較不容易產生恐慌情緒，但相對地也容易輕忽 災害所帶來的危險性。. 2.2. 路網疏散模式相關研究. 路網疏散方面的研究乃自 1970 年代起開始發展，而自 1979 年美國三哩島事件發生 後，有關核能電廠緊急事故之疏散問題便更受到重視與關注。 2.2.1. 疏散時間估算. 1. 消散率模式(Dissipation Rate Model) 1974 年 Hans[4]提出一個估算疏散時間的簡單總計(Aggregate)公式，稱為消散率 模式(Dissipation Rate Model)，是最早應用於疏散分析上的模式。模式中結合疏散區域 大小與區內之人口密度，以迴歸方式進行疏散時間估算。模式並假定每條疏散路徑有 一固定的流出率，時間延滯的公式則是負指數函數。此模式有容易使用之優點，但因 採總計性模式，故對於許多區域性的變數，如路網型式、路口容量、交叉路口管制型 式等，解釋較為不足，且模式亦受到參數影響極大，不能幫助使用者進行路網規劃等 分析。 2. 人工容量分析(Manual Capacity Analysis) 人工容量分析法乃利用公路容量手冊(Highway Capacity Manual)中所提供的容量分 析方法來計算某一疏散區域中每條道路的容量，並由使用者定義該區域中可能疏散的路 徑與疏散人口數。而各區之疏散時間則由欲疏散的人口數與車輛數除以各路徑的容量求 9.
(22) 得。1974 年 Wilbur Smith [22]以及 1980 年 Voorhees[21]便以此方法對 Hampshire 的 Seabrook 核能電廠以及 California 的 Diablo Canyon 電廠進行疏散分析與疏散時間估算。 惟此法缺點在於不容易反應整體路網的實際疏散狀況，也不能解釋車流的關係，對於疏 散過程中可能發生的混亂情況則完全忽略，最大的缺點是在疏散路徑抉擇上受使用者主 觀意識判斷的影響頗大，可能會產生差異極大的結果。 2.2.2. Simulation. 1. 微觀交通車流模擬模式 有些學者以現成的交通模擬模式(如：NETSIM)進行疏散分析，用以改善疏散時間 估算方式不合理的現象。這類模式主要用在小區域路網上評估交通管制策略的績效，並 以跟車(Car-following)理論等微觀車流為基礎，主要著眼在處理路網中每部車與每部車 移動的情形。這種模式的缺點是在電腦執行時會受到電腦記憶體容量的限制，僅能處理 較小型的路網。過去使用微觀模擬模式進行疏散分析的例子很少，僅知曾有學者以 NETSIM[2]進行核能電廠的疏散研究[18]。 2. 巨觀車流模擬模式 1981 年 Sheffi[19]等人於 MIT 發展出專為處理緊集事故之路網疏散巨觀車流模擬模 式 NETVAC 1 (NETwork eVACuation Model 1)；此模式利用模擬法及巨觀車流模式來估 算路網疏散時間，並將路網特性、號誌策略、轉向行為分析等因素納入考量，以車流模 式來計算各路口車輛分配以及路段上的車流性質。NETVAC1 主要係適用於美國地區， 在地理環境不同的情況下，使得 NETVAC1 較不適用於台灣，如該模式中即未考慮公用 車輛之調派，對家戶車輛持有率較美國為低的台灣而言影響甚大。 1982 年 Louisiana Power & Light Company[11]為 Louisiana 的 Waterford 3 核能電廠 發展一套路網疏散巨觀車流模擬模式。研究中以核能電廠為中心，在 10 哩半徑內區分 成 0-2 哩、2-5 哩、5-10 哩與東北、東南、西南、西北四方向等十二個分區。利用車流 性質，以巨觀模擬法估算出各分區與十哩內整個路網所需之疏散時間。其中，疏散時間 包 含 動 員 時 間 (Mobilization Time)30 分 鐘 、 發 佈 警 報 與 民 眾 準 備 時 間 (Individual Preparation Time)15 分鐘，故路網疏散時間是在 45 分鐘之後才開始進行。 該模式對路網特性、路段容量與限速、路口管制措施等因素加以考慮，且假設車輛 產生率為類似常態分配型態，同時亦考慮民眾疏散順序，疏散順序先後分別為學校教職 員學生與醫院病患、工廠員工、最後則為當地居民，至於無私人車輛可搭乘的民眾則以 公用車輛為運具來進行疏散。值得一提的是此模式會顯示各路段等候車輛大於 50 部車 的路段名稱及車輛平均延滯時間，以供使用者參考。. 10.
(23) 路網疏散決策支援系統. 2.3 2.3.1. TEDSS. 1985 年 Hobeika 與 Hwang[6][7][8]等人針對天然災害之疏散，發展出 TEDSS (Transportation Evacuation Decision Support System)運輸疏散決策支援系統，系統包括 「系統控制」 、「資料庫」 、「模擬模式」和「圖形顯示」四個部分。此系統是以消散率 模式為基礎，以其求得之疏散時間做更仔細的指派分析。該模擬模式可分為三個階段： 1. MACROVAC 模式：假設民眾是有秩序的自範圍區進行疏散撤離，其離開率是一常 態分佈圖形，則疏散時間函數假設為一負指數函數。. CP =. 1 1+ e. ( −α ×(T − β )). CP：車輛產生的累積率 T：時間. α：負載因數(loading factor) β：疏散時間的二分之一. 函數中α、β兩參數是用以估計當 CP=100%時的 T，並以流入、流出的觀念估計所 需疏散時間。其中α為與人口密度成反比的參數，β為根據疏散時間 修正的參數。. 2. MASSVAC2 模式：利用 MACROVAC 模式所得之疏散時間進行增量指派。在指派 過程中以最短路徑搜尋法與重力模式建立一起迄表，並以達爾(Dial)指派法進行指 派。 3. HEUORAE 模式：以上述兩種模式為基礎，由路段指標與路線指標決定權重，然後 進行啟發式路徑記錄(heuristic path recording)指派。 此模式之缺點在於使用路網指派模式計算每一條路徑的流量，對路網交叉路口混 亂的情形亦無法反映出來，且所用之均衡指派觀念並不適用於疏散行為。. 2.3.2 IDYNEV/PREDYN 1986 年 Goldblatt 等人[9][10]在 KLD 公司亦發展出一套 IDYNEV /PREDYN 模式。 該模式整合交談式資料輸入與緊急災變路網疏散模擬及疏散時間估算模式，主要包含 「交談式資料輸入」 、「路網疏散模擬」以及「疏散時間估算」三種模式，而 IDYNEV 模式則包含「資料處理」 、「模擬模式」、「容量限制」與「旅次交通量指派模式」四個 部分。此系統利用 PREDYN 模式提供之「使用者螢幕操作」功能來輸入資料進行處理。 模式之優點在於對疏散時所需考量之因素定義十分詳細，惟該模式在路口轉向處理上 採用靜態的交通量指派，並無法代表車輛在實際狀況下路口轉向選擇的動態行為，且 亦未對公用車輛調派之模式納入考量。. 11.
(24) 2.3.3 TEVACS 國內有關核能電廠路網疏散的研究，最早可追溯至民國 76 年，由韓復華教授與胡 大瀛之路網疏散模式研究 TEVACS(Transportation EVACuation System)[27]開始，此後歷 經蘇志哲[33]、顏應明[36]、石丸[24]與卓裕仁[26]，陸續在 NEC 個人電腦及 SUN 電腦 工作站上發展完成一套 TEVACS (Transportation EVACuation System)路網疏散決策支援 系統，並可協助分析在不同疏散作業方式下所需之疏散時間。此模式係以人機交談方式 為介面，包含「資料處理」、「圖形輸入」、「模擬模式」及「圖形顯示」等四個部分。. TEVACS 系統在車流模擬模式的部分採巨觀車流模式為基礎，至於路網疏散車流模 擬模式乃考慮混合車流，故以小客車為車流的單位（PCU）。由於緊急計畫區內仍有民 眾家中並無私人車輛可使用，故除了一般有私人車輛可使用之民眾外，對於這類民眾之 疏散同樣必須加以考慮在內。這些民眾需仰賴政府所派遣之公用車輛，方能離開緊急計 畫區。因此模擬時將車輛分成公用車輛和私人車輛兩種，公用車輛假定依事先指定的疏 散路線移動，私人車輛以儘速離開緊急計畫區範圍為目的，並參考路口下游路段的車速 來選擇轉向。至於模擬的執行則採「間斷時間推移」方式，每隔一模擬時距（interval） 才計算並更新系統資料一次，由此可知模擬時距的選取影響模擬結果甚鉅，必須謹慎地 選擇。根據經驗，模擬時距多選擇路網中最短節線的通過時間。 對路網上的車輛而言，車流的組成可分為：車輛產生、負載，路段行進、移動，路 口停等、轉向，離開路網等動作。雖然這些動作是同時進行的，但對個別的車輛而言， 則依上述動作的先後順序在運作。因此，路網車流模擬模式即可分成：產生源處理、路 段處理、路口處理及吸引端處理等四個程式，並依「產生源Î路段Î路口Î吸收端」的 順序逐步推演。路網疏散車流模擬模式的架構如圖 2.1 所示，路網車流組成示意圖則如 圖 2.2。各處理程式的細節步驟說明如下：. 1. 產生源處理程式 （1） 車輛產生：假設私人車輛之累積產生率為羅吉斯特（Logistic）函數，公用車 輛則為固定產生率，並有一段反應時間讓民眾集結（如圖 2.3 所示）。由圖 2.3 得知，私人車輛累積產生率函數的形式可由 t*（從私車產生至疏散開始 之時間）及 λ（疏散開始時尚未產生之私車比率）求出。 （2） 車輛負載：假設車輛自產生源以一虛擬連線（Connector）負載到鄰近節線的 起點上；一個產生源可連接到多條節線，一條節線亦可被多個產生源負載。 在此並不考慮路邊停車的影響，自路邊起動進入路段的車輛即視為車輛產生 與負載。. 2. 路段處理程式 （1） 車輛移動：以巨觀車流模式為基礎，由移動車輛數計算路段車流密度(K)， 然後代入速率－密度車流關係式中求得車流速率(V)，再以流量公式(Q=KxV) 12.
(25) 計算車流流率。本研究選擇 Drew 巨觀車流模式，其速率－密度車流關係式 為 V = Vf [ 1－（K / Kj） 0.5 ]，其中 Vf 為自由速率、Kj 為擁擠密度。 （2） 車輛到達：將車流速率乘以模擬時距，即可求得該時距內到達下游路口的車 輛數與停等車隊長度。. 3. 路口處理程式 疏散時為避免路口運作失控，常由管制人員（如交通警察）來指揮、疏導交通， 因此本研究假設實際疏散時各路口之運作皆由管制人員來控制。 （1） 路口使用時間分配：以模擬時距為一週期，再根據各臨近路段之停等車隊長 度計算其等效綠燈時間。 （2） 路口轉向比率分配：假設疏散時私車駕駛人係選擇行駛時間最短的吸收端為 其目的地，因此各路口臨近路段會有一轉向偏好係數；然而當駕駛人到達路 口時，仍會參考當時各臨近路段的車流狀況（如速率）來決定最後的轉向。 （3） 公用車輛轉向比率：由於公用車輛有一定的疏散路線，因此其路口轉向比率 視疏散的路線而定；疏散路線經過的下游路段，轉向比率為 1，否則為 0。. 4. 吸收端處理程式 所謂吸收端係指自緊急計畫區外圍離開緊急計畫區之路段，因緊急計畫區外的 路段可延伸任意長度，故 TEVACS 係以半徑五至六公里的範圍來限制吸收端長度。 （1） 吸收路段：假設吸收路段之車流僅受路段容量的限制，流量計算比照一般路 段的方式處理。 （2） 吸收端點：假設容量無限大，車輛自吸收路段到達吸收端點後即視為離開， 因此並無停等車隊產生。 路網車流模擬模式係同時產生私人車輛與公用車輛至路網上，然後依照巨觀車流理 論來模擬車輛在道路上的行止，並藉以推估其行駛時間。根據圖 2.3 可知，在正式下達 疏散命令之前即有少數民眾自行駕車離開，因此通常對整個模擬疏散時間之定義為：自 私人車輛產生開始計時，至離開 EPZ 車輛達到目標疏散率的時間為止。. TEVACS 系統除了對各步驟之車輛行進過程與狀態進行模擬之外，也將電腦模擬結 果與圖形顯示系統相互結合，用以輔助緊急應變決策單位進在各種不同車輛調派與交通 管制措施下進行模擬與分析，以瞭解道路的擁擠情形和疏散時間。 TEVACS 系統最大之貢獻在於模式中將機車與公用車輛納入模式處理，其主要用意 乃考慮國內混合車流特性與小汽車持有率較歐美地區國家為低，期望藉由增加機車與公 用車輛模式處理使 TEVACS 模擬結果能更符合台灣現今環境狀況。又，該模式亦偵測 出路段因道路容量不足而對疏散所產生之延誤情況，並可預測路網改善後之疏散效果。 13.
(26) 模擬開始 部分區域處裡. 是 依情境參數讀檔. 事前處理? 封閉路段處理. 否. 模擬結束. 疏散結束? 否 車輛產生 路段剩餘容量限制 車輛負載. 產 生 源 處 理. 車輛移動 車輛到達. 路 段 處 理. 進入等候車隊. 路段剩餘容量限制 進入等候車隊 路口處理容量限制 進入等候車隊. 車輛離開. 路對車流更新 剩餘容量計算. 路 口 處 理. 吸 收 端 處 理 資 料 更 新. 輸出擁擠程度資料. 圖 2.1 路網疏散車流模擬模式架構圖 資料來源：[30] 14.
(27) 車輛移動. 車輛停等. 車輛轉向 車輛離開. 車輛負載. 車輛產生. 圖 2.2 路網車流組成示意圖 資料來源：[30] 車 輛 累 積 產 生 率 1-λ 0. 私人車輛 公用車輛 t*. 時間 車輛產生時間 路網疏散時間. 預. 防. 警. 護. 公 用 車 輛 待 命. 公 用 車 輛 集 結. 下 達 疏 散 命 令. 私 人 車 輛 產 疏散民眾集結 生. 公 用 車 輛 產 生. 車 輛 產 生 完 畢. 離開 EPZ 車輛達 到目標疏散率. 緊 急 事 故 發 生. 疏 散 結 束. 圖 2.3 車輛產生行為分析圖 資料來源：[30]. 1996 年韓復華教授接受台電公司委託完成「依最新人口、道路及交通運輸狀況更新 核一、二、三廠廠外民眾路網疏散模式及展示系統」[30]計畫，首度利用多媒體技術將 TEVACS 系統轉移至 WINDOWS 視窗環境下，並針對實際需求擴增系統模擬情境與地 理資訊展示功能，開發完成 TEVACS'96 疏散決策支援系統。 TEVACS'96 共包含：系 統控制與使用者介面、路網疏散模擬模式、網路與疏散資料管理以及地理圖形資料展示 等四個模組。 15.
(28) 1999 年全國核子事故處理委員會委託交通大學運輸工程與管理學系進行「核一、 二、三廠緊急計畫區民眾疏散模式及展示系統更新案」[31]，完成更新 TEVASC’96 系 統為 TEVACS’99 系統，並重新模擬估算核一、核二、核三電廠的民眾疏散時間，根據 模擬結果研擬各集結點公用車輛疏散路線建議方案，以及分析疏散瓶頸路段，提出交控 改善措施方案。TEVACS’99 系統可提供六種時段情境、十七種風向情境、兩種範圍情 境（全 EZP 疏散、下風向疏散），以及五種狀況情境（基本狀況、劑量狀況、調撥車道、 單行道、封閉路段）等，共 1020 種情境組合模擬功能，比原 TEVACS’96 系統的 510 種情境多一倍。其中，劑量狀況係配合核安二號演習而增加之功能，可將風向與劑量的 影響納入疏散模擬考量中。 2004 年韓復華教授再度接受台灣電力公司委託，完成「核能四廠疏散路網分析專案 計畫調查工作」[32]，研究中除彙整 EPZ 區域人口、車輛資料，並探勘現場道路、車站 等設施，同時規劃出共同使用公鐵路運輸系統下，公共疏散所需之列車與車輛及其進出 場之路線與集結點。 此外，研究內容也包含核四廠 EPZ 範圍內 GIS 地理資訊系統資料庫之建立，並結 合 TEVACS 路網疏散模擬系統，構建出 TEVACS’2004 系統。此系統可查詢展示核四廠 EPZ 範圍內之相關資料，並可動態顯示各種模擬情境之道路擁擠狀況。 研究中依據 TEVACS’2004 分析之擁擠瓶頸路段，研擬不同之改善疏散之路網方 案，結果發現最佳的疏散方案可有效降低各種疏散情境至 2 小時內，以例假日白天東北 風全區 EPZ 疏散的情境為例，改善前疏散時間為 4 小時 0 分，經綜合單行道與公鐵路最 佳疏散方案改善後，可改善至 1 小時 12 分鐘。. 2.4. 運輸問題. 運輸問題，顧名思義，它是將貨物由甲地送到乙地的問題。問題定義的陳述如下所 示：有 m 個起點 Oi (i=1, 2, …, m)，n 個迄點 Dj (j=1, 2, …, n)；每一起點 Oi 有 pi 個貨物運 送到 n 個迄點 Dj，而每一迄點需求量為 qj。cij 表示由起點 i 運送一單位貨物到迄點 j 的 運輸成本、運輸時間、利潤或收益等，統稱為懲罰值。傳統運輸問題之數學模式如下： m. n. Minimize Z k = ∑∑ cijk xij i =1 j =1. s.t.. m. ∑x i =1. ij. = pi. i = 1, 2, ..., m. ij. =qj. j = 1, 2, ..., n. n. ∑x j =1. xij ≥ 0 i = 1, 2, ..., m j = 1, 2, ..., n. 16.
(29) k = 1 時為單目標運輸問題，k ≥ 2 時為多目標運輸問題。pi，qj 分別表示第 i 個起點 及第 j 個迄點的供給量與需求量。 cijk 表示由起點 i 運送一單位貨物到迄點 j 的懲罰值。 xij 表示由第 i 個起點運送至第 j 個迄點的物品數量。模式中限制條件有 m + n 個，變數 m. n. i =1. j =1. 則有 m × n 個。運輸問題基本型態即是假設總供給量等於總需求量，即 ∑ p i = ∑ q j ， 亦稱為平衡運輸問題(Balanced Transportation problem)。由上式可知運輸問題是一標準線 性規劃模式，具有下列幾項特性：. 1. 2. 3. 4.. 運輸問題的限制條件僅有 m + n - 1 個。 運輸問題並不會發生無限界解的情形。 運輸問題必存在適合條件解。 運輸問題必有最佳解存在。. 運輸問題是標準線性規劃問題，但運輸問題模式存在特殊性，變數間存在特定關 係，因此許多演算法便陸續被發明，使求解運輸問題時能將過程更為簡化。傳統運輸問 題求解方法分兩階段：先求得初始解，再求最佳解。初始解求解方法有西北角法 (Northwest Corner Method Rule)、最小成本法(Least Cost Rule)等；而最佳解求法則可以 Charnes and Cooper 發展之 Stepping Stone Method 以及修正分配法(Modified-Distribution Method)求得。現實生活中有許多決策問題，雖非屬於運輸問題，但因運輸問題擁有許 多利於求解的特性，故仍可將決策問題模式轉為運輸問題求解，如生產排程問題 (Production Scheduling Problem)、指派問題(Assignment Problem)與筵席承包商問題(Cater Problem)等。[23]. 2.5. 交通指派問題. 2.5.1 交通量指派問題 一般而言，交通量指派可分為靜態指派與動態指派，傳統的交通指派是以靜態指 派為主，但因傳統的靜態指派對時間因素未加以考慮，故並不適合應用在計算疏散時 間上。後來學者為改善傳統指派方法的缺點，因而發展出動態指派法。在靜態指派法 方面，如依是否有容量限制來分，有下列兩者：. 1. 無容量限制指派法：忽略流量大小對旅行時間影響，路徑阻抗值維持一定。 2. 容量限制指派法：當流量逐漸增加時，阻抗值亦增加，即路徑混亂情形也跟著增加， 相對於無容量限制指派法，此法較符合路徑實際狀況。 此外，若以指派方法的技術將傳統的靜態指派模式分類，則可分為：全有或全無 指派法(All-or-nothing Assignment)、逐步增量指派法(Incremental Assignment)、均衡指 派法(Equilibrium Assignment)、曲線轉換法(The Diversion Curve Method)、達爾指派法 (The Dial Assignment)等。 17.
(30) 在動態指派法方面，主要觀念是在 1978 年時由 Merchant 與 Nemhauser [12][13] 兩位學者所提出，此模式乃假設旅行時間為一依時函數，接著再以數學規劃型式求解 均衡指派問題。此外，該模式亦假設：流出量函數為一非遞減、連續之凹函數；成本 函數為非負、非遞減且連續之凸函數。 這些假設主要乃為了使車流運作情形更符合實際狀況。在上述假設之下，可將原 數學規劃模式簡化為求解「非線性方程式」問題，並將問題化為「片斷(piecewise)連 續函數」，即可以線性規劃方式求解。Ho[5]即在 1980 年應用連續性最佳化方法求解 片斷線性函數之動態指派問題。. 2.5.2 路段績效函數(Link Performance Function) 路段績效函數之推導源自於巨觀車流模式和交叉路口車輛延滯模式，是一種流量 相關(Volume-dependent)函數，最常用的公式為 BPR 曲線函數。路段績效函數乃用以 估算某一路段流量下的旅行時間或成本，並據以搜尋最短路徑，接著再進行交通量指 派。Spiess[20]認為 BPR 公式有以下幾個缺點：. 1. 當 V/C ≥ 1 後，函數值會急驟上升。 2. 當 V/C ≤ 1 時，可能產生退化情形，容易造成多重解。 因此，Spiess 考慮事實現象的限制，提出圓錐形(Conical)擁擠函數，使公式較符 合實際道路狀況。. 2.5.3 最短路徑問題(Shortest Path Problem) 最短路徑分為一點至多點、多點至多點以及多條最短路徑問題等[17]，其中，多 條最短路徑問題可應用於道路遭到阻斷的情況。一點至多點最短路徑問題求解方法分 為兩種：. 1. 標記設定法(Label Setting)：如 Dijkstra 演算法。 2. 標記修正法(Label Correcting)：如 Moore 演算法。 多點至多點最短路徑求解法以 Floyd 矩陣演算法較具效率；多條最短路徑問題則 以 Yen 演算法較為著名也較為廣泛使用。. 18.
(31) 第三章. 不同運輸系統疏散可行性分析. 為瞭解整個緊急計畫區不同運輸系統疏散可行性在未來作為緊急事故疏散之可 能，本研究針對鐵路、海運與空運運輸系統之特性及功能進行疏散可行探討，其中假設 鐵路運具為台灣鐵路管理局之電聯車，而海運運具為國內漁民使用之近海漁船，以20噸 以下漁船為主，至於空運運具則為緊急救難直昇機。首先在3.1小節中先構建一運輸系統 疏散可行性分析架構，進而以此架構來分析各運輸系統之疏散可行性：3.2小節係針對鐵 路，3.3小節為海運，3.4小節為空運，最後3.5小節乃對各種運具疏散可行性分析整理列 表比較之，並提出除公路運輸以外亦適用於核能電廠緊急事故疏散時之運輸系統。在本 研究中，主要疏散運具仍以公路運輸為優先，經本章之分析後找出適合之運具，做為輔 助之疏散運輸系統，因此本研究並不考慮鐵路、海運、空運混合疏散之情形。. 3.1. 可行性分析架構. 若要評估一運輸系統能否適合於疏散時使用，將可從供給與需求兩大方向著手分 析。所謂供給即是此運輸系統之運具所能提供之功能與特性，而需求則是用以瞭解此運 輸系統在疏散時之能否滿足其疏散之基本所需。針對這兩項分述如下：. 1. 供給分析 一個運輸系統的運具所能提供之功能特性概括而言即是運能、運輸距離、運輸速度 與加速度。運能若大，則表示在同一時間內可搭載大量人數；運輸距離若長，則代表所 搭載之人員可被載運至目的地之距離也較遠；而運輸速度若快，則能將搭載之人員迅速 移動至目的地，縮短旅行時間；加速度數值越高也表示此運具從0km/hr起加速至一般運 轉速度之時間越短，亦代表著該運具能更快速離開原出發地。 供給分析考量運能、運輸距離、運輸速度與加速度四項因子，然而由於是以疏散大 眾為前提，故在疏散時以運能之重要性較高，運輸速度、加速度與運輸距離則為次要考 量。. 2. 需求分析 在疏散時，所使用運輸系統之運具應考慮安全性以及使用便利性。在進行疏散時， 即表示災害已經發生，因此疏散時必須以高安全性之運具為第一優先考量，該運具必須 能確保民眾安全離開，以免民眾受到雙重災害導致身心重創，本研究以運具行駛的安全 性、搭乘離開運具之安全性以及氣候影響運具之安全性來分析之；而使用便利性表示該 運輸系統在民眾集結時運具是否方便民眾搭乘(上下車便捷與否)以及場站是否方便民眾 集結(場站位置與數量是否恰當、是否充足)…等等。. 19.
數據
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![圖 5.3 核能四廠緊急計畫區內各運輸系統位置分佈示意圖 資料來源：[32] 5.1.2 鐵路運輸系統 本研究區有台灣鐵路管理局宜蘭線鐵路(八堵-蘇澳)通過，宜蘭線往西可連接縱貫線 (基隆-高雄)至台中、高雄，往南則連接北迴線(蘇澳新站-花蓮)、花東線(花蓮-台東)至花 蓮、台東。於本研究範圍內包括有牡丹、雙溪、貢寮、福隆、石城與大里等共計六座鐵 路車站，位置、站距如圖5.4所示，其中雙溪站為二等站，貢寮、福隆、大里為三等站， 牡丹站為簡易站，於每日固定時間由雙溪站派員售票管理，石城站則為招呼站，](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/9libinfo/8403030.179314/63.892.173.725.101.710/本研究寮福隆石城與大里等共計六座鐵路車站位置站距如三等站呼站.webp)
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