第㆒節 ㈫災模擬問題
在實際的應用案例上，火災模擬常見之問題，可大約略可分為模擬 工具、模擬火災劇本、避難與煙控系統、模擬結果表示方式等四項。
一、模擬工具部份：
在模擬工具選擇及應用分析上，常見的問題如下列
1. 模擬工具軟體之選擇，程式有無相關案例應用實績？
2. 模擬程式有無經過驗證？為商業泛用型流體計算(CFD)軟體、火災 專用模擬軟體、自行撰寫之程式？
3. 模擬結果與實際事件之預期誤差範圍有多大？
4. 計算模型之格點獨立測試？（以模擬對象量體來考慮，使用現今電 腦計算能力，是否可行？測試之參數為何？以特定位置或整體模型 之溫度、風速、濃度、能見度、火載量、進出流場質量或其他參數 等之結果比較？）
5. 程式火災現象之輸入如何設定，所選用工具如為泛用型流體計算軟 體(CFD) 有無進行化學燃燒反應計算，或以設定發熱表面替代火 源，或噴入假想之熱氣流，此額外增加之質量對系統之影響為多 大？若為火災專用之軟體其計算之模式為何？
6. 計算模式之選用？如各種 k-ε model、SIMPLE、SIMPLER、LES、
DNS model 等？
7. 程式為結構性網格或非結構性網格之架構？有無自動產生網格之 功能？
8. 模擬計算之相關假設說明？（有無鬆弛因子之設定？計算時間間隔
之設定？有無考慮輻射熱？氣體是否為可壓縮？其他簡化之假 設。）
二、模擬火災劇本部份：
而建立火災模型及人員避難應用分析上，常見的問題如下列 1. 火源規模（火災最大釋熱量）決定之依據？
2. 模擬之燃燒物為何？（依各場所之特性決定）。
3. 決定火災位置之依據？或如何驗證為最差之條件（worst case）？
4. 火源之面積之決定？依燃燒物之單位面積發熱量？
5. 火災成長曲線為何？非穩態（unsteady）火源或穩態（steady）？立 即達到最大值？或以時間平方曲線（T-square）成長，係數為極快 速、快速、中等、緩慢或其他型式？或依燃燒物之特性設定？
6. 程式之模擬可否考慮室內其他位置材料之延燃？或僅單純為火源 位置著火？是否會造成原有結構之開孔變化？如玻璃或隔間有無 燒毀或破裂？模型是否受到外界氣流或壓差之影響？
7. 模擬之時間決定？100、200、360、500、600 秒？或特定要求之模 擬時間。
8. 模型建立為完整之模擬空間或作部份簡化？
三、人員避難與煙控系統之操作：
1. 火警發生時相對應之排煙策略？
2. 是否有偵煙器之設定？
3. 有無防煙區劃設置？其相關之下垂高度及位置設定。
4. 有無撒水設備？動作時機如何設定？
5. 自然、機械排煙設備之啟動時機？機械排煙設備之運轉容量與防煙 區劃之有無關係？原有空調系統之運轉控制有無加壓或停止送排 風。
6. 人員避難路徑有無造成對外之開孔？如緊急出入門之開啟？
7. 有無防火隔間之操作？
8. 有無加入人員避難之考慮？避難人數之計算依據？
四、模擬結果表示方式：
1. 模擬結果檢驗標準及依據？溫度、風速、能見度、有毒氣體或特定 氣體之濃度、輻射熱強度？
2. 輸出計算結果之參數要求？以彩色圖片或黑白圖片為輸出成果、或 以折線圖表示變化趨勢或以影音動畫檔方式呈現及其他之方式？
輸出之頻率要求？剖面圖之位置要求？
五、火災劇本案例
以下為三個典型大空間之火災劇本之案例。
1.捷運地下車站參考之火災模擬參考劇本與網格：
計畫執行構想說明
(一) 火災模擬參數及假設說明
有關捷運車站防煙區劃的配置，依我國現行法規「各類場所消防安 全設備設置標準」第 189 條中規定：「每層樓地板面積每 500 m2內，
以防煙壁區劃。」第三款亦規定：「依第一款區劃（以下稱為防煙區劃）
之範圍內，任一位置至排煙口之水平距離不得超過 30 m，排煙口應設 於天花板或其下方 80 公分範圍內，除直接面向戶外，應與排煙管道連 接。但排煙口設在天花板下方，防煙壁下垂高度未達 80 公分時，排煙 口應設在該防煙壁之下垂高度內。」之相關規定設計。同條文亦規定防 煙垂壁係指以不燃料建造，自天花板下垂50 公分以上。
「各類場所消防安全設備設置標準」第189 條第 7 款中規定：「前 款之排煙機應能隨任一排煙口之開啟而動作，其排煙量不得小於每分鐘 120 立方公尺，且在一防煙區劃時，不得小於該防煙區劃面積每平方公 尺每分鐘1 立方公尺，在二區以上之防煙區劃時，應不得小於最大防煙 區劃面積每平方公尺每分鐘2 立方公尺。」
本建築物防煙區劃的區分及面積大小決定，係依上述為依據我國現 行法規規定設置，即對空間進行適當之區劃，法規雖然容許之最大區劃 面積為500 平方公尺，然考量風機容量及區劃數量二者，本報告模擬採 適當防煙區劃面積值建立模型。
對火災之情境，將採以下說明之設定進行模擬：
1. 在自然狀態下火源是非穩態的，但將其理想化成穩態的火源，較 容易描述及研究。穩態的火源其熱釋放率為定值，在應用上，通常採用
穩態的火源做為明確且保守的設計。Klote 建議將商業、住宅區每單位 樓層面積之熱釋放率視為500kW/m2（44Btu/s-ft2），而辦公室建築每單 位面積之熱釋放率視為225kW/m2（20Btu/s-ft2），在特殊大空間建築中，
則將擁有可燃物之建築空間每單位面積之熱釋放率視為 500kW/m2
（44Btu/s.ft2），而可燃物有限之建築空間之每單位面積之熱釋放率則 視為225kW/m2（20Btu/s.ft2）。本模擬對象構造及裝修材料，幾乎皆為 難燃或耐燃材質。
2. 假設火災是由垃圾桶，因故點燃失火所造成，而火源成長模式則 採用NFPA 之「T-Square」理論，採普通(Medium)曲線成長。選擇 FDS 程式內建資料庫中，較相近之燃燒物，其燃燒物產生之比例，依其資料
1. 車站穿堂層假設發生於柱號 D1~D2 之車站中線上、柱號 U4 之
C3H7NO2)，其燃燒物產生之比例，依其資料庫內定值設定，CO 為 0.03，
煙塵(soot)為 0.10，不做變動。
３. 而穿堂之火災假設是由垃圾桶，因故點燃失火所造成，火災最 大釋熱量為 2.5MW 之火災模擬，火源位置於柱號 U4~U5 之車站中線 上，而火源成長模式則採用NFPA 之「T-Square」理論，亦採普通(Medium) 曲線成長。
排煙機容量：月台層一台排煙風機容量取為 13m3/s，穿堂層為 15m3/s。
模擬策略：本模擬為非穩態燃燒之火源，依火災成長平方曲線至設 定釋熱量後，持續維持定值，模擬在時間配合人員逃生計算之要求，設 定在t=360 秒結束。依模擬結果之煙擴散速度，取各區劃之能見度達到 21m 時，另再加上設備動作之時間，以 30 秒計算，依序開啟各排煙區 劃之排煙口。
步驟三：網格建立
計算區域：依照最新細設建築圖車站月台層外型尺寸建立格點。
網格規畫：網格規劃在火場近端最小隔點距離0.25m，遠端最小隔 點距離1.0m 為原則。遠端最小隔點距離 1.0m。如此由密漸疏，以避免 計算誤差並縮短模擬時間。不必要之密閉空間，如電梯設施、PAO、樓 梯下方之網格，輸入實心壁體之網格。
步驟四：輸入上述參數、進行模擬及偵錯。
步驟五：模擬結果分析。
上述之火災劇本，僅為一特定條件下之模擬，在各種不同之場合之 火災模擬，須配合各案例之特性建立，而每一參數之擬定，應有適當之 理論依據，或事實假設，而取得相關審查單位之共識後，再進行模擬，
方為可行。
2.挑高中庭參考之火災模擬參考劇本與網格：
國際設計指引中對大空間防煙說明最多者為NFPA 92B[1]，提供了 大空間煙控系統設計的準則。NFPA 92B 內中容包含煙層自然沈積沈 積、軸對稱煙捲吸質量流率、自然排煙量、連接區域的濃煙抑制風量等。
在煙層自然沈積 NFPA 92B 提出穩定熱釋放率(steady fire)與非穩定熱 釋放率(unsteady fire)的經驗公式。
火源的設計對建築的煙控系統有決定性的影響，火源大小代表熱釋 放率的量，熱釋放率會影響火源之成長速度，而且與火災煙塵產生量有 直接的關係。一般火災強度的設定有穩態的火源（steady fire）、非穩態 的火源（unsteady fire）以及實際量測火災成長曲線三種方法。
在自然狀態下火源是非穩態的，但將其理想化成穩態的火源，較容 火源成長模式則採用 NFPA 之「T-Square」理論，採 Ultra-Fast 曲線成 長。選擇 FDS 程式內建資料庫中，較相近之燃燒物，其燃燒物產生之 比例，依其資料庫內定值設定，不做變動，本研究火場規模採用 5MW 及10MW 兩種。
3. 模擬時將火源位置選擇挑高中庭一樓正中間以及閣樓下方，以研 究最不利於逃生的位置，及其他相關參數。
4. 假設中庭門出入口與外界大氣相通，其壓力值為大氣壓力。
(二) 模擬內容及步驟說明：
1. 進行網格分析，以確定模擬所建立之模型為適當，以驗證火場附 近之火源發展為收斂至可接受之模擬結果。
2. 進行無火源之速度場模擬，與火災模擬之案例相互比對。
3. 挑高中庭火災模擬
上述之火災劇本，僅為一特定條件下之模擬，在各種不同之場合之 火災模擬，須配合各案例之特性建立，而每一參數之擬定，應有適當之 理論依據，或事實假設，而取得相關審查單位之共識後，再進行模擬，
方為可行。
3.潔淨室廠房之火災模擬參考劇本與網格：
潔淨室的廠房與一般傳統工廠廠房設計不同，例如潔淨室的幾項特 性：垂直層流、低溫環境與正壓系統，使其在火災的防護上屬動態環境 (Dynamic Environment)，因此在火災及煙流危害的控制技術上比起其他 廠房來的困難許多，且目前條列式法規的要求已不能滿足業界需求，廠 房內使用及早型偵煙警報系統、確保人員避難與消防人員救災環境的防 排煙系統。
潔淨室的廠房與一般傳統工廠廠房設計不同，例如潔淨室的幾項特 性：垂直層流、低溫環境與正壓系統，使其在火災的防護上屬動態環境 (Dynamic Environment)，因此在火災及煙流危害的控制技術上比起其他 廠房來的困難許多，且目前條列式法規的要求已不能滿足業界需求，廠 房內使用及早型偵煙警報系統、確保人員避難與消防人員救災環境的防 排煙系統。