2001年1月6日傍晚，一名農婦返家經過台中新社頭嵙山，機車突然熄火，正想到附近村子找人協助，轉頭卻驚見產業道路旁的農用溝渠內，躺著一具女性裸屍，嚇得立刻向東勢分局報案。
年輕女屍 身分難辨識
當年負責偵辦此案的刑事小隊長詹捷州說：「鑑識人員到場後，確認死者是年輕女性，而且遭到焚屍，但可能是汽油猛烈燃燒，很快熄滅，僅燒掉衣服、毛髮與表皮，死者全身赤裸，皮膚呈粉紅色，頭部遭重擊、面目難以辨識，加上她身上沒有證件，所以查出死者身分成為當務之急。」
當晚，時任台中縣警察局長陳瑞添（已歿）親自主持專案會議，眾人針對採證照片猜測死者身分，不少刑警認為死者年紀很輕、身材姣好，應該是酒店小姐，但陳瑞添獨排眾議，他指出，死者大腿的膚色比胯部黑，顯然經常穿迷你裙或是短褲曬太陽，最重要是她腳上有「人字型」曬痕，很有可能是檳榔西施。
陳瑞添強調，檳榔西施上班時，通常會穿人字厚底拖鞋，坐在玻璃櫥窗內，白天被太陽曝曬，腳上才會有人字曬痕，若是酒店小姐，則多半穿高跟鞋，不會有此曬痕。果然，警方透過媒體公布死者特徵，還註明可能是檳榔西施，隔天就有一女子打電話到警局報案，指無名女屍很可能是她的同事。
掌握車款 清查無進展
報案女子在台中大雅「貂蟬檳榔店」工作，她前往殯儀館認屍，看到死者手上戴的尾戒與佛珠，就確定是她的同事小芳。
她告訴專案小組，同年1月5日、案發前一天，小芳曾問她要不要跟客人一起去唱歌，報案女子透露，當天傍晚下班後，三名男子開著一輛白色豐田轎車來檳榔攤載小芳，但晚上10點後，小芳陸續打了三通電話給她，第一通是哭訴客人不讓她走；打第二通時顯然醉了，話說不清楚，還喝斥身邊的男人別亂摸；最後一通講沒幾句就被人搶走、掛斷。
聽完報案女子的說法，警方僅掌握「白色豐田轎車」一個線索，且檳榔攤沒裝監視器，加上當年路口監視器並不多、畫質又差，警方大費周章，只找到一段疑似嫌犯駕駛的轎車，停在某加油站購買10元汽油的畫面，但沒拍到車號，下車買汽油的人也面目模糊，根本當不了證據。
雖然如此，警方仍抱著大海撈針的決心，清查台中地區一千多輛同款轎車，並要求辦案人員逐一訪談、調查車主當天的行蹤，忙了一個月都徒勞無功。就在案情陷入膠著時，另一組人員過濾檳榔攤的市話通聯紀錄，有了進展，當天有一通僅僅六秒的手機來電，但機主表示，他的手機日前失竊，電話並不是他打的。
為了緝凶，詹捷州親訪手機的主人，該機主是工地主任，他懷疑手機是被某個應徵臨時工的男子偷走，因為這個人上班一天就消失無蹤，還好他有要求對方留下個資，詹捷州一看臨時工的名字叫張鎮興，心中立刻有了底。
吸毒三嫌 推諉遭擊破
原來，張鎮興與連襟劉榮三、劉榮三的哥哥劉榮華，都是東勢當地的吸毒累犯，他們曾一天犯下5起飛車搶案，也被詹捷州抓過好幾次，他太了解這三個人，而且他們案發後無故在東勢消失，更讓警方認定三人涉嫌重大。
更令警方振奮的是，專案小組清查三人親友，發現劉榮三住在新北三重的母親，名下就有一台與涉案車輛同款的白色豐田轎車，於是北上查訪，發現三人攜家帶眷，一起藏匿在劉母住處，警方不費吹灰之力將他們帶回台中偵訊。
詹捷州說，當時專案小組證據不足，沒有拘票，只能請他們回台中協助調查，但途中刻意不與嫌犯交談，更不提及案情，對他們製造「無言的壓力」；回到分局後，就立刻隔離，讓三人孤立。警方先針對抗壓性最低的張鎮興，讓他看死者的屍體照片，但這傢伙演技一流，還邊看邊說：「夭壽喔！這麼年輕的女孩，是誰如此殘忍，下得了手？」假裝跟自己毫無關係。
詹捷州冷眼看他表演，決定賭一把，他拍桌怒斥：「你下車買汽油的照片，已經被監視器拍到，還不承認！」詹捷州說，其實影片看不出是誰，但他知道張鎮興在這三人中地位最低，肯定是他奉命下車買汽油。這下賭對了，張不再掙扎、坦承犯行，卻把責任推給連襟，說是劉榮三逼他一起下手。
專案小組各個擊破，從三嫌互相推諉的供詞，拼湊出案情輪廓。案發當天，劉榮三開著母親的車，南下台中找哥哥與連襟，張鎮興提議，揪他搭訕多日的檳榔西施一起到豐原「闔家歡KTV」唱歌喝酒，三人在包廂內灌醉小芳，接著將她載到豐原中正公園，張鎮興、劉榮三先後在汽車後座性侵小芳。
法庭翻供 主謀無悔意
受辱的小芳，酒醒後哭著說要提告，讓劉榮三暗起殺心，他先開車至后里，再轉石岡，甚至開進東勢林場，途中還到加油站買汽油，就是想找地點殺人棄屍，最後在新社頭嵙山偏僻處停車。
劉榮三先以鐵鎚重擊小芳頭部，導致她顱骨凹陷，腦漿滲出，接著潑灑汽油，準備焚屍，這時已經呈彌留狀態的小芳突然跳起來尖叫，劉榮三卻繼續攻擊，還命令張鎮興也必須打，算是「投名狀」，就這樣二人邊燒、邊搥，活活燒死、打死小芳。三人犯案後開車逃逸，但可能是太過緊張，竟然「鬼打牆」，短短的路程花了3個多小時才繞出來。
因罪證確鑿，三人很快遭起訴，法院審理時，劉榮三毫無悔意，竟誣陷小芳自願以一萬元性交易，事後卻抬價到五萬元，還拿汽油威脅「不給錢就同歸於盡」，他搶過汽油不慎點燃，但小芳沒死，是張鎮興重擊她頭部才鬧出人命，推得一乾二淨，不過法官不採信，認定劉榮三及張鎮興性侵、殺害小芳。
全案經詳細審理後，法院認定劉榮華只負責把風，判他十二年徒刑；張鎮興性侵小芳，並在劉榮三逼迫下，重擊小芳二下，判處無期徒刑；劉榮三不僅性侵，還冷血殺人，惡行重大，沒有教化的可能，判處死刑，全案定讞，但劉榮三目前尚未執行，仍在牢裡等待槍決。根據與劉榮三、張鎮興同房的獄友轉述，二人幾乎每天晚上都睡不好，常半夜尖叫，說西施來了，向他們索命，十分煎熬。
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