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▌運行天際的捷運—纜車原理解析
▌文／李名揚
▌提供／科學人
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纜車是上、下山或在山丘間移動最好的交通工具，因為它走直線，不必在山路上繞來繞去，可以節省很多時間；而且纜車是用電力驅動，不會污染山區的清新空氣。最近當紅的貓空纜車又是大眾運輸工具，可減少民眾開車情形，節省能源消耗。
台灣目前有四座運行中的載人纜車。到今年正好滿40年的烏來纜車是第一座，也是唯一一座「交著式」纜車；南投九族文化村、花蓮海洋公園和台北市的貓空纜車，則都是「循環式」纜車。另外正在規劃中的有台北市北投到陽明山及高雄市橫跨高雄港到旗津的纜車，也準備採用循環式。
循環式纜車
循環式纜車的纜索就像一條拉長的橡皮筋，拉長的兩端各掛在一個橫置的大型驅動輪上，由這兩個大型驅動輪旋轉來拉動纜索，貓空纜車的驅動輪直徑為4.4公尺；車廂靠「握索器」緊緊握住纜索，纜索移動就帶動車廂前進。因為來回兩方向的纜車靠同一條纜索移動，所以速度一定相同。
握索器的握力必須非常強，才能支撐整部車廂加上載客的重量，以貓空纜車為例，車廂重760公斤，若滿載八個70公斤重的乘客，就是1320公斤；而握索器的握力為2000~4000牛頓，可承載重量遠超過1320公斤。
貓空纜車履勘委員、台灣大學機械系教授顏家鈺指出，握索器是靠強力彈簧自然的彈力來握緊纜索，只要一開始握好了，途中就不太可能發生「握不住」的情形。至於一開始是否握好，纜車系統設計有監控裝置，隨時測量握力強度是否在正常範圍內；另外當纜車要離開車站時，握索器還必須通過一個安全門閥，只有正常握住纜索的握索器才能剛好通過，若握索器沒握好，只要有一點點歪斜，就會撞到安全門閥而被擋下。
車廂進出站時車門是否關緊，也是重要的安全考量，因此在車頂上裝設了一根「開關門連桿」，當車門靠油壓裝置關緊時，連桿也會同時被拉動而倒下，車廂前進時，倒下的連桿會接觸到裝置在車站牆上的感應器，車廂才能出站；若門沒關好，連桿沒完全倒下，經過感應器時兩者沒有接觸到，就會趕緊停車，等待工作人員重新把門關緊或進行檢修。
循環式纜車的纜索上可掛許多個小型車廂，以貓空纜車為例，全長4.03公里，分成兩條纜索，共可掛144部車廂，載滿乘客後重量接近200公噸；而兩條直徑52毫米的鋼纜加起來可承載重量超過400公噸，足以負擔。
鋼纜雖可承受這麼重的重量，但因距離太長，若僅靠六個車站支撐鋼纜，向下拉扯的力量太強，仍容易造成鋼纜及驅動輪損壞；所以在車站與車站之間，還架設了47根15~40公尺高的塔柱來分擔重量，每根塔柱的井基都深鑿到地下15~21公尺處。塔柱上有一排滑輪協助支撐纜索，還裝有纜索偵測器，多點監控纜索狀態。當纜車經過塔柱時，乘客會感覺稍微顛簸，是握索器經過滑輪時必然產生的現象。
在層層保護之後，纜索仍有可能受到日積月累的重力影響而越拉越長、越鬆，危及纜車安全。對於這個問題，顏家鈺指出，在纜索兩端的大型驅動輪上，各有一個向外持續推擠的油壓動力系統，當纜索稍微變長時，油壓系統會把兩個大型驅動輪之間的距離稍微推遠一點，維持纜索不因拉長而下墜；若纜索變長到接近安全極限，也可從油壓系統的推擠距離得知，就可馬上採取行動。 像最近貓空纜車停駛，就是因為纜索變得太長，必須剪掉一段，再重新纏接起來。用「纏接」而非「銲接」是為了增加強度，貓空纜車採用的是稱為「蘭克捻搓法」的特殊纏接法。
交著式纜車
烏來纜車是國內現有四座載人纜車系統中，唯一一座「交著式」纜車，這種纜車通常用在汽車沒辦法到達、間隔距離又不長的地方，而烏來纜車的主要用途就是跨越地勢陡峭的南勢溪谷，通往雲仙樂園。
烏來纜車路線全長382公尺，高低差165公尺，纜道傾角32.5度，主索直徑和貓空纜車一樣為52毫米。行車速度每秒3.6公尺，比貓空纜車略慢，但因只是短距離跨過溪谷，所以行車時間只需2分40秒，比貓空纜車單程需時20分鐘短很多。
和貓空纜車這種循環式纜車不同，掛著交著式纜車的纜索是固定不動的，要靠另外的「拉曳索」來拉動纜車前進。
雲仙樂園副總經理林福財指出，烏來纜車每部可載91人，靠車頂的16個滑輪掛在兩條固定不動的「主索」上，每條主索可負重226噸，但纜車車廂僅重3公噸，即使滿載，也不會超過10公噸，負載完全在安全範圍內。
主索上端固定在上方車站的堅固牆上，下端則在進入下方車站的機房後，連到直徑更粗（72毫米）、負重可達326公噸的「緊張索」，再連到一個50公噸重錘；當纜車走到纜道中間時，纜索承受的拉力最強，此時會把兩個重錘各往上拉起約15公分。使用重錘而不固定在牆上的原因，是重錘會被拉起，可減少主索拉長變形的程度，進而降低主索的耗損。
纜車車頂的滑輪本身沒有動力，也沒有煞車，完全靠拉曳索拉動。拉曳索的動力來自於上方車站機房內直徑2.5公尺的大型驅動輪，拉曳索的一端連接纜車頂上的滑輪裝置，另一端經過驅動輪、連到另一部纜車車頂，所以驅動輪轉動時，是同時操控兩部纜車，這也是為何兩部纜車一定剛好一上一下、交替來回的原因。拉曳索有兩條，每條直徑26毫米，破斷力為47.8公噸，比拉動纜車需要的力量大很多。
拉曳索兩端分別連接兩部纜車的原因，並不是要讓往下走的那部纜車拉動往上走的纜車，事實上，兩部纜車的上下，完全由電腦操控驅動輪主動決定；之所以把兩部纜車連接在一起，是因為這樣兩邊可以取得平衡，減少晃動，提高安全性，又比較節省能量。
兩部纜車除了往上透過拉曳索連接外，往下也透過兩條「平衡索」連接在一起，這麼做是為了讓兩部纜車透過拉曳索和平衡索連接成一個封閉系統，也是為了維持平衡，並提高安全性。平衡索不用施太大力量，所以相對較細，直徑只有22毫米，破斷力為27.3公噸。
林福財說，由於重錘減少了主索的拉長變形，所以主索完全不用更換，只需每月上油並檢查，檢查的方式是由工程人員站在車頂旁邊的工作架上，隨著纜車移動而逐段檢查；拉曳索則每六年更換一次，平時保養除上油外，還要測量直徑，以確認變形的程度。
不論貓空纜車或烏來纜車，都是掛在鋼纜上運行，所以都很怕風，只要風稍微大一點，就必須停止運行。貓空纜車是風速達每秒10公尺以上就要減速，16公尺以上（七級風）就要暫停營運，烏來纜車更只要風速達每秒8公尺以上（五級風）就要暫停。
電視、電影中常看到外國遊客上山滑雪時，坐的一張張椅子，就是最陽春的循環式纜車，在歐洲非常普遍，日本則有不少交著式登山纜車，台灣也在陸續規劃。纜車的安全性雖然不必太擔心，但舒適性卻不容忽略，因為纜車的設計公司主要來自溫帶國家，移植到台灣來時，主其事者一定要適當改良，才能符合本地乘客的需求。
（本文原載於《科學人》雜誌。）
| ▌科學小視窗
▌肺癌基因研究有助研發新療法
▌文╱科科報編輯小組
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根據法新社報導，一個跨國研究已經繪製出造成肺癌的基因變異，一種名為「NKX2.1」的基因變異會加速癌細胞成長。
這項研究以佔肺癌三分之一的肺腺癌為重點，研究人員發現40種以上與肺腺癌有關的基因變異，其中出現頻率最高的變異是在「NKX2.1」基因上。
這項研究刊登在最新的《自然》期刊上，學界認為研究將有助研發肺癌新療法。
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