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百年戰爭演化史:坦克大進擊!—《知識大圖解》

知識大圖解_96
・2016/09/21 ・3121字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 555 ・八年級

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重裝戰爭再進化―自第一次世界大戰至今的機械創新

古希臘重裝步兵手持盾牌,齊步向前、漢尼拔迦太基大軍以戰象迎敵,洞悉未來的達文西則在 1487 年畫下一輛武裝戰車。雖然坦克車的概念──能制霸戰場的武裝戰車──幾乎與人類的戰爭史一樣古老,但一直要到一百年前,無堅不摧的坦克車才正式上場服役。

以吱嘎作響的改裝浴缸為前身,坦克車自第一次世界大戰開始便一直是軍隊克敵致勝的祕密武器,而且這種戰車的角色十分多元。從突破防線、摧毀堡壘,到偵查敵情、作為支援火力,坦克車的角色千變萬化。為了順利完成任務,坦克車有三大基本要素:火力、行動力與保護力。坦克車的火力集中,能衝破敵軍陣線,還能在任何地形上快速前進、深入敵軍陣營;重裝盔甲更能保護士兵,讓他們能無後顧之憂地勇敢完成任務,在前線以更專業、有效的方式迎敵。

坦克車首次上戰場時身負眾望,前線戰士期盼從此不必再陷入壕溝戰的僵局。隨後,坦克車逐漸進化為重裝系統,成為主導戰場的決定性武器。現今,坦克車既是潛在的致勝關鍵,也可能是已經過時的昂貴機器。無論如何,坦克車的技術演進與對戰爭的影響確實讓人歎為觀止。

毫無疑問,坦克車光是存在,就足以繼續影響所有戰事的決策以及各種陸上保衛戰。因此在可見的未來中,坦克車依然會穩坐軍隊頭號資產寶座。

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坦克的過去與現在

坦克車的設計如何因應現代戰場需求

在第一次世界大戰之前,其他領域的研發工作已為坦克車的設計帶來許多實際效益。例如,當時履帶已用於某些重型牽引機上,效果比輪胎好,而且當時大家認為「功率重量比」對於戰車的移動力與效能表現影響極大。

經過全面性的研究,研發人員打造出基本的內燃機,並在牽引機或底盤上方鉚接鋼板外殼。機組人員可以勉強透過觀察孔查看外部狀況,並以操作桿組操控方向。原本供步兵與砲兵用的機關槍與大砲也經改良後裝上車體。

馬克 1 號 打破壕溝戰僵局的首輛坦克車

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第一次世界大戰陷入膠著的壕溝戰,當時大家極力希望突破僵局,因此催生出世界上首輛主戰坦克車──英國的馬克 1 號(Mark I)。當時的英國海軍大臣是溫斯頓.邱吉爾,他在 1915 年設立了陸舟委員會(LandshipCommittee),並負責製造盔甲戰車,馬克 1 號坦克戰車就此誕生。

馬克 1 號僅重 28 噸多,使用福斯特-戴姆勒六汽缸引擎作為推進系統。當時共打造了兩款,雄型款搭載兩架霍奇克斯六磅重機槍,雌型款搭載兩架維克斯重型機關槍。兩款戰車皆另外配備三架輕型機關槍。單艙內共乘載八名機組人員。英國陸軍於 1916 年二月訂購 100 輛馬克 1 號,並於索姆河戰役首次啟用,其中幾輛雖於戰中損毀或動彈不得,仍展開了現代戰爭之序幕。

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雖然現代的一般步兵若是遇上坦克車,幾乎是兇多吉少,但早期的坦克車卻是笨重、動不動就故障的滑稽機器。那時的引擎根本無法推動沉重的機身前進,過熱的引擎發出陣陣濃煙,燻得操控人員動彈不得。第二代重裝車輛則從一次大戰的經驗中汲取教訓,將戰時開發出的多項新技術投入第二次世界大戰中使用。車底盤已依用途改良,柴油引擎與汽油引擎馬力提升,並且從飛機製造業借引擎來使用。機關槍與大砲接上可旋轉砲塔、盔甲升級,車間通訊則以可靠的無線電取代過去的信號與方向旗。

二十世紀後半葉之後,科技日新月異,坦克車因此改頭換面,成為現代機械戰爭中的制霸武器。有了 GPS 導航系統,車間通信協調有如神助。技術成熟的遠紅外線目標獲取與穩定系統,讓坦克車能同時追蹤多個目標,即便在移動中也能精準發射武器。推進系統亦採用最新科技,使用包覆了複合盔甲的渦輪引擎,此款盔甲比鋼板來得更輕、更堅固,大幅提昇速度與安全性。

挑戰者 2 號 英國步兵的主戰坦克車

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許多軍事分析師讚譽英國的挑戰者 2 號為當今全球最優良的主戰坦克車。挑戰者 2 號於 1986 年至 1991 年間開發而成,雖然與前身(挑戰者 1 號)的名字相同,但其實兩者相容的設備不到 5%。

挑戰者 2 號是精良的主戰坦克車,重量不到 70 噸,而且是二戰以來,首款由隸屬於英國航太系統公司的軍火供應商「陸地系統分部」獨家設計、研發並量產的坦克車。挑戰者 2 號的主要武器為口徑 120 公釐的 L30 CHARM 戰車砲,塔台與槍身透過固態電子系統操控。車上也配有小型武器,包括一挺口徑 7.62 公釐的 L94A1 同軸機關炮與一挺口徑 7.62 公釐的 L37A2 指揮官機關槍。有了第二代查布漢(Chobham)複合裝甲的保護,挑戰者 2 號在伊拉克戰爭中戰績特別輝煌。

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現代戰場

進可攻、退可守,坦克車功能大解密

自初上戰場至今,坦克車在戰爭裡擔任過各種角色。世界重要軍事組織對於坦克車的潛力評估各有所見,有人積極開發,有人看壞前景,坦克車在此同時則發展出各種角色、積極分工。

有的坦克車搭載了重裝盔甲與武器,戰力驚人。有的坦克車則設備精簡,追求速度與操控能力。早在坦克車歷史初期──也就是第一次世界大戰期間──英國的步兵便已開始同時使用重裝的馬克 4 號與馬克 5 號,以及相對敏捷輕巧的「惠比特」小靈犬坦克車(Whippet)。重裝坦克車用以突破德軍壕溝防線,為輕裝坦克車開路,以利長驅直入,強攻敵軍陣營。

重裝坦克車擲出猛烈砲火,輕裝坦克車則有如現代騎兵。此種戰略一直沿用至第二次世界大戰,由輕、中、重裝三種坦克車延續前代的分工。坦克戰變得越來越普遍,而隨著任務越來越多元,裝甲坦克車的樣式也越來越繁複,有些甚至專用於摧毀敵軍的坦克車。

從冷戰至 21 世紀間,為了節省開支,加上科技進步,出現了主戰坦克車。主戰坦克車擁有推進力十足的高效能引擎和複合裝甲,速度也更上一層樓。不同類型坦克車間的效能差距也因此縮小。現代主戰坦克車結合了各種早期設計,整合為齊一且致命的戰爭機器。

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未來重裝戰

坦克車隨著科技進步不斷演化,能夠碾壓爆破、突破重圍的坦克車,已然成為 20 世紀戰爭的代表。而未來,也許一切將有所不同。有些分析師認為重裝坦克的黃金時期不再,有些則認為坦克車會不斷演化與適應,繼續稱霸明日戰場。

科技持續改造坦克車與反制武器。裝載了地獄火飛彈的阿帕契直升機能在短短幾秒內快速鎖定目標,粉碎敵軍坦克車。無人飛行器亦具相同性能。即便不考慮科技進步,陸軍也能以肩射武器朝坦克車快速發射彈藥,再馬上躲回藏身處。

在此同時,坦克車也因科技創新增添不少新戰力,可進入狹巷中與叛亂者對戰,或在荒漠中鎖定敵軍身影。火力強大的武器與特製彈藥無堅不摧,複合裝甲更提供了空前的保護。反制系統則能阻擋並擾亂所有逼近的「智慧型」武器。

未來戰場上,坦克車再也不是昔日跛行於荒原、不斷噴射火焰的古怪機器,而將成為革命性的戰鬥系統。隱形科技能逃過雷達與熱成像系統偵測,自動無人坦克車的操縱者也不須再親赴前線。如「機器獵豹」(Cheetah)這類的精密機器人系統也在不斷發展,目前正由美國國防部評估效能。有了劃時代科技,坦克車仍將馳騁戰場多年。

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混合坦克車的優勢

運送一名士兵與相關設備,一天約需 80 公升燃料。燃料效率將是未來軍事應變計畫中的關鍵要素,而混合坦克車正符合此趨勢。經過多年研發,英國航太系統公司與諾斯洛普.格拉曼公司(NorthropGrumman)發表了心血結晶「地面戰鬥載具」(GCV),使用混合電子推進系統,燃料效率比起早期裝甲戰車,提昇高達 20%。鋼板外殼下,保護著共三名機組人員與九名備戰步兵。然而沉重的車體目前仍是一大挑戰。


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本文節錄自《How It Works知識大圖解 國際中文版》第24期 〈2016年09號〉

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從認證到實踐:以智慧綠建築三大標章邁向淨零
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/11/15 ・4487字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 建研所 委託,泛科學企劃執行。 


當你走進一棟建築,是否能感受到它對環境的友善?或許不是每個人都意識到,但現今建築不只提供我們居住和工作的空間,更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生,正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題,確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染,同時提升我們的生活品質。然而,要成為綠建築並非易事,每一棟建築都需要通過層層關卡,才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境,政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立,旨在透過標準化的建築評估系統,鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時,為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法,自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止,已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品,涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築,不僅提升建築物的整體性能,也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

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說這麼多,你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程,要經歷哪些標準與挑戰?

綠建築標章智慧建築標章綠建材標章
來源:內政部建築研究所

第一招:依循 EEWH 標準,打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源,是綠建築(green building)的核心理念,但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單,而是涵蓋建築物的整個生命週期,也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內,都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準,讓我們先回到 1990 年,當時英國建築研究機構(BRE)首次發布有關「建築研究發展環境評估工具(Building Research Establishment Environmental Assessment Method,BREEAM®)」,是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後,於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」(Leadership in Energy and Environmental Design, LEED)這套評估系統,加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶,氣溫高,濕度也高,得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生,四個英文字母分別為 Ecology(生態)、Energy saving(節能)、Waste reduction(減廢)以及 Health(健康),分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級,設有九大評估指標。

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我們就以「台江國家公園」為例,看它如何躍過一道道指標,成為「鑽石級」綠建築的國家公園!

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園,也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時,還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築,其外觀採白色系列,從高空俯瞰,就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落;從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊,生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構,設計自然護岸,保留基地既有的雜木林和灌木草原,並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物,採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙,不僅強化了環境的保護力,也提供多樣的生物棲息環境,使這裡成為動植物共生的美好棲地。

台江國家公園是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築。圖/內政部建築研究所

第二招:想成綠建築,必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築,使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中,對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

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這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出,一路到今日,國際間對此一概念的共識主要包括再使用(reuse)、再循環(recycle)、廢棄物減量(reduce)和低污染(low emission materials)等特性,從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時,使用自然材料與低 VOC(Volatile Organic Compounds,揮發性有機化合物)建材,亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後,內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度,以建材生命週期為主軸,提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說,為確保室內環境品質,建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件;為了防溫室效應的影響,須使用本土材料以節省資源和能源;使用高性能與再生建材,不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性,也強調材料本身的再利用性。


在台江國家公園內,綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念,更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設,並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料,為鳥類和小生物營造棲息空間,讓「蚵殼磚」不再只是建材,而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆,整體綠建材使用率為 52.8%。

被建築實體圍塑出的中庭廣場,牆面設計有蚵殼格柵。圖/內政部建築研究所

在日常節能方面,台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如,引入樓板下的水面蒸散低溫外氣,屋頂下設置通風空氣層,高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出,廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地,創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企,如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流,不僅提升了隔熱效果,減少空調需求,讓建築如同「與海共舞」,在減廢與健康方面皆表現優異,展示出綠建築在地化的無限可能。

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島式建築群分割後所形成的巷道與水道。圖/內政部建築研究所

在綠建材的部分,另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程,其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材,比方提高高爐水泥(具高強度、耐久、緻密等特性,重點是發熱量低)的量,並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」,還用再生透水磚做人行道鋪面。

2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所
2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區,首先,他們捨棄金屬建材,讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是,他們也將施工開挖的土方做回填,將有高地差的荒地恢復成平坦綠地,本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪,無痛轉綠。

雲林豐泰文教基金會的綠園區。圖/內政部建築研究所

等等,這樣看來建築夠不夠綠的命運,似乎在建材選擇跟設計環節就決定了,是這樣嗎?當然不是,建築是活的,需要持續管理–有智慧的管理。

第三招:智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率,除了從建築設計與建材的使用等角度介入,也須適度融入「智慧建築」(intelligent buildings)的概念,即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性,使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器,用於蒐集環境資料和使用行為,並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

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為了推動建築與資通訊產業的整合,內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度,為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂,目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例,為了掌握建築物生命週期中的能耗,需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標,評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面,則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境,以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中,充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術,來達成兼顧環保和永續發展的理念,也是利用建築資訊模型(BIM)技術打造的指標性建築,受到國際矚目。

樹林藝文綜合大樓。圖/內政部建築研究所「111年優良智慧建築專輯」(新北市政府提供)

在興建階段,為了保留基地內 4 棵原有老樹,團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描,並將大小等比例匯入 BIM 模型中,讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離,確保施工過程不影響樹木健康。此外,在大樓啟用後,BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」,透過 3D 建築資訊模型,提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護,包括保養計畫、異常修繕及耗材管理,讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用,從建造設計擴展至施工和日常管理,使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management,簡稱 FM ) 為例,該系統可在雲端進行遠端控制,根據會議室的使用時段靈活調節空調風門,會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣,而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率,保持低頻運作,實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

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總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現,從源頭減少碳足跡;綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小,並保障居民的健康;智慧建築標章運用科技應用,實現能源的高效管理和室內環境的精準調控,增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用,讓建築不僅是滿足基本居住需求,更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

建築物於魚塭之上,採高腳屋的構造形式,尊重自然地貌。圖/內政部建築研究所

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