港灣工程中最艱鉅也耗時最長的部份為防波堤施築。防波堤多為沈箱結構，其施工程序係先於岸邊選擇適當地點作為沈箱製作場，先行預鑄沈箱本體，待強度足夠後拖放到海堤位置，下沈至定位，最後將沈箱結構連成一體，成為防波堤。沈箱拖放前須先於海中構築防波堤基座，通常先整平海床，並拋放塊石及碎石，達到設計高程後，再舖平夯實，使成為堅實之沈箱基礎以保防波堤穩固，該項作業均在海面下為之。施工中量測高程，舖平塊石，均為潛水人工作業，受天候及海象影響甚大，工作也至為艱苦。
台灣及日本均位於太平洋島弧邊緣，受季風影響，太平洋風浪極大，故施工環境惡劣，一年中能夠海上作業時間有限。故以機械化及遙控施工取代潛水人員作業，除可縮短施工時間，節省經費，亦可免除水下作業可能發生的危險。
日本於
1989年起施築位於鹿島港以北55公里外常陸那珂港[1]，因天候及工期的因素，而發展出自動化的水中拋石機械(Marine Rubble Base Placing Equipment)。共計有四種：本機械為水中機械人式拋石機，施工時先置於海底，由支援母船作遠距離有線遙控操作，機身附有地形測量裝置，依地形遙控拋石量，並以附雷射反光鏡之桿件伸出水面，供定位測量用。拋石後先以機械耙整平，利用轉輪碾壓裝置進行壓實作業。
本設備乃以起重機船吊放一可供拋石之井筒
(Shaft)，筒內附一重鎚，頂部連結光學三稜鏡供光波測量定位用，當石料拋下後，利用起重機吊起井筒內之重鎚，使自由落下，同時量測高程，達到碾壓及舖平之效果。本機具為四支腳架之大型夯實機，施工時以纜索自拋石船吊放至拋石基礎，並以夯實機振動所拋石料，使沈箱基礎固結，機體附定位桿控制基礎高程，其移動則由拋石母船控制。
此為水中大型震動機，以起重船吊放機體至拋石基礎，並利用四支腳架來控制其定位，然後拋石並振動舖平。
拋石基礎的精度在人力施工時大約可控制於
5公分左右，若在外海浪高或以機械拋石，則很難達到此一標準，依據日本以機械施工的經驗，其精度參考值30公分，標準偏差容許10公分，而且若實際施工時精度偏差較大，應事先將沈箱底版補強。通常以自動化機械進行拋石作業時多以量測儀器來控制基礎之高程，若海床較深且容許偏差較大時，可以聲納測深器來作檢測，然因聲納探測器適用之波高極限為50公分，若波高過大，則需在測量船上裝置雷射反光鏡，並以陸上自動追蹤式光波測位儀來測定船身上下振動之幅度後，將測得之數據即時傳送至測量船以補正測深資料。自動化機械拋石作業之條件限制較人力作業寬鬆，即使在暴風雨後海底視線不良時亦可如常施工為其特點。
沈箱體積龐大，每具動輒數百噸以上，為便於拖放作業，沈箱製作場通常使用乾船塢，或於岸邊圍海築堤，再於堤內開挖整地、製作沈箱，拖放時再破堤進水使沈箱浮起。乾船塢製作沈箱數量有限，圍堤堰亦有場地、天候限制，且產能很低。
沈箱完成後，如何將之移至水中以便拖放，是最困難的問題。日本常陸那珂港建港時，首度運用空氣膜式橫移裝置來克服製作場限制及困難的沈箱移動作業。該港採用
8,000噸/只的超大型沈箱，為使沈箱預鑄及拖放有效率，故採用陸上沈箱場，其大小為260平方公尺，由八條生產線同時進行，其配置如圖所示。在廠房上方中央有一縱向軌道可將完成之沈箱拉曳至海上，而自製作台至中央軌道之間為便於沈箱移動，又配置了四組橫向軌道。在軌道上載運沈箱之設備即稱為空氣膜式沈箱橫移裝置。
空氣膜式沈箱橫移裝置示意圖
懸浮式移動設備由東德研發完成。每一路線由四組軌道構成，並由四列台車群共同負載沈箱移動。每一列台車群由五輛台車連結，而每輛台車各有三組懸浮式移動設備，也就是說每一個沈箱被
60組懸浮式移動設備所支撐。各組懸浮式移動設備可由上下移動沈箱之油壓千斤頂與可在軌道滑移之支撐架所構成。當油壓千斤頂將沈箱向上頂起後即對支撐架供給壓縮空氣，使支撐架與軌道間產生氣流，形成流體薄膜使摩擦係數減低為
0.01以下，在此狀態下更利於台車車頭所配置之油壓筒向前推進。經由油壓千斤頂之調整，可將60台懸浮式移動設備所負載之重量均分為三部份，利用三個支點，使全體達平衡狀態。
為使製作完成之沈箱得確實安放於防波堤之設計位置，故使用沈箱沈水控制設備
(DCL)。一般沈箱吃水情形在10公尺以上，故為使沈箱得以浮起並被拖曳，在沈箱場前之水域及航路至少需有12公尺之深度。但若利用DCL搭載則僅需吃水4.2公尺，水域及航路之深度只需5.5公尺即可。沈水控制設備外觀與竹筏相似，特點如下：
首先將載有沈箱之沈水控制設備
(DCL)由固著狀態向上浮起後，以1~2節(每小時1~2海哩)之速度曳航至進水場後，再以纜索及錨錠設備將沈箱固定位置，一面調節纜索一面向沈水控制設備注入壓艙水使之沈降至沈箱吃水面深處，用拖船將DCL拉出，完成進水作業。惟本作業限定於波高1公尺、風速10公尺/秒以內施作。
現行防波堤沈箱置放方式，乃當沈箱基座完成後，以拖船拖至基座上方，再以纜索、絞車
(Winch)牽引至預定位置，待測量無誤後，將海水導入沈箱使之下沈至定位。施放過程每一環節均須熟練作業手、潛水員及精密定位測量，且作業受波浪影響很大，充滿風險。為了克服作業人員短缺、高齡化，及天候海象的限制，日本港灣技術研究所已開發出沈箱自動設置系統，並已完成水工模擬試驗，讓系統以全自動的方式，操控沈箱定位及下沈。除可減少對人力的依賴，置放效率高、定位精準，且對波浪條件限制較小。控制系統由下列五項不同功能的部門所組成：自動量測波高，沈箱位置，動搖量
量測資訊的輸入及控制信號輸出內電腦工作站控制，經由
A/D類比數據轉換輸出入埠接收及傳送。由於沈箱置放可能受計測資料傳送及絞車動作之間的時差而產生動搖，控制系統內建程式予以預測，再經量測值加以修正。
沈箱位置及動搖程度可經由工作站之螢幕顯示，以利操控。
操作員利用鍵盤輸入控制指令
控制系統流程圖如下。經過模型試驗顯示，現行沈箱拖放作業之容許誤差約
0.2~0.5公尺。而使用本系統時，若波高0.5公尺，則不論波浪周期為何，均可將沈箱精確置放定位。《2》
防波堤沈箱自動拖放控制系統
參考文獻
1.
林直樹(1996)，”常陸那珂港機械化施工”特殊工法與機械化、情報化施工”，山海堂。2.
白石悟等(1996)，”防波堤沈箱自動設置系統”，運輸省港灣技術研究所。
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