第三章 避難緩衝區設計
第三節 電腦避難模擬分析
本節主要利用電腦軟體進行人員避難模擬，探討各種避難緩衝區配置與避難引導情 境對於避難完成時間的影響。本研究採用 THUNDERHEAD ENGINEERING 公司的 PATHFINDER 這套軟體進行避難模擬，場景為某辦公大樓建築物。
3.3.1 電腦模擬軟體簡介
PATHFINDER 為我國建築防火避難性能設計認可的避難模擬軟體之一，PATHFINDER 與 其他國內常用的避難模擬軟例如 BULIDING EXODUS、SIMULEX、FDS-EVAC 等之模擬比較結 果如圖 3-1 所示，橫軸代表時間，縱軸代表建築物內的人員數量，可以看出所有軟體模 擬結果中，人員隨著時間減少的斜率是穩定變化的，表示 PATHFINDER 與 BULIDING EXODUS、
SIMULEX、FDS-EVAC 等國內常用軟體，具有相當程度的穩定可靠性，也可藉此瞭解各軟體 之間相互比對的修正安全係數。由圖 3-8 亦可看出，PATHFINDER 與 FDS-EVAC 的模擬結果 相當接近，安全係數接近。
圖 3-8 電腦擬軟體比較圖
（資料來源：PATHFINDER 官網，http://www.thunderheadeng.com/PATHFINDER/）
PATHFINDER 功能介紹可參考圖 3-9，PATHFINDER 採用視窗互動的方式來建置建築物 的模型，如圖 3-9-A，有助於本研究快速建置建築物模型。PATHFINDER 可以選擇避難者 的衣著，有助於本研究區分一般避難者以及避難弱者，如圖 3-9-B。PATHFINDER 也允許 三度空間建模，搭配 PYROSIM 火煙蔓延軟體來建置模型，也允許空間中擺設家具，家具 的擺設會改變避難者的動線，可以觀察家具擺設對於避難者的影響，如圖 3-9-C。
A.視窗互動建置建築物模型 B.選擇人員衣著
C.三度空間建模
圖 3-9 PATHFINDER 功能介紹圖
（資料來源：PATHFINDER 官網，http://www.thunderheadeng.com/PATHFINDER/）
另外，PATHFINDER 可以設定人員所在空間，可指定人員位置或者指定空間人數隨機 分配位置。且 PATHFINDER 可以個別設定人員的步行速度，這點對於設定每個人的速度以 及設定避難弱者的速度有相當大的幫助。此外，PATHFINDER 也可以個別設定人員的步行 動線或者採用最短避難距離的方式進行避難，對於分析避難規劃對於人流移動的影響有 很大的幫助。PATHFINDER 對於人員設定具有相當大的自由度，有助於本研究避難模擬情 境設定安排。其他功能特點有下：
1.全視窗界面，操作簡單，不用編寫程式碼等。
2.快速使用，模擬結果快，而且記憶體消耗小。
3.可設定人員之性別(男、女、老人、小孩)、速度(分有平均、常數等)、面積(人 物所佔面積)、路線等。
4.有 3D 影像模擬顯示，並有避難路徑指引顯示。
5.可指定逃生路徑及門口，有最近門口、指定門口等。
6.可改變顏色、人物畫面，以利區分樓層，有效看出各樓層避難情況。
7.區域人員配置，分為均勻分配、指定分配等。
8.增加昇降機使用避難功能模式。
樓地板配置 樓梯設置
房間配置 樓層設置完成
人員位置配置 人員性質設定
模擬參數設定 模擬執行畫面
3D 動態模擬影像顯示
圖 3-10 PATHFINDER 建模執行情形圖
（資料來源：本研究整理）
3.3.2 實際案例電腦模擬 一、基本條件
模擬案例為某辦公大樓建築物，鋼筋混凝土防火構造，建築物標準層之平面(圖 3-11)。
該建築物為辦公室用途，共有三個辦公室區域。圖示辦公室總面積 453 平方公尺，查表 3-3 得出辦公室人員收容密度 P 為 0.30（人/m2），計 134 人。設定建築物垮距 8.5 公尺，
走廊寬 2 公尺，樓梯寬 1.2 公尺。
圖 3-11 案例分析示意圖
（資料來源：本研究整理）
二、情境設定
依照圖 3-11 所示平面，避難緩衝區可能配置位置規劃如表 3-4 所示。模擬情境如表 3-5 設定六種情境。建模執行的步驟如圖 3-10 所示，包含樓地板配置、樓梯配置、房間 配置、樓層設置完成、人員設置、人員性質設定（包含位置、速度、衣著顏色、肩膀尺 寸等）。
表 3-4 避難緩衝區設置規劃表 建築物用途 避難緩衝區設置位置
辦公大樓
樓梯間 排煙室 前室
緊急昇降機間
CASE 1 無 往左樓梯 往右樓梯 CASE 2 左樓梯*1、右樓梯*1 往左樓梯 往右樓梯 CASE 3 左排煙室*1、右排煙室*1 往左樓梯 往右樓梯 CASE 4 左前室*2 往左樓梯 往左樓梯 CASE 5 左排煙室*1、右排煙室*1 往左樓梯 往左樓梯 CASE 6 緊急昇降機間*2 往緊急昇降機 往緊急昇降機 人員設定：
(1) 依照辦公室面積計算，人員密度每平方公尺 0.3 人。
(2) 一般人步行速度設定每分鐘 78 公尺，相當於 1.3m/s，肩膀寬度 60 公分。
(3) 輪椅者，以總人數*1.63%計算，無條件捨去。體積以 75*120 公分，速度 1.3 m/s。共 2 人，分布於辦公室 A、B 正中央各 1 人。
3.3.3 電腦模擬結果與分析 一、CASE1 模擬結果
依據前述辦公室人員收容密度，本案例辦公室 A 配有 30 人，辦公室 A 配有 74 人，
辦公室 C 配有 30 人，共計有 134 人；另外輪椅者(身穿紅色上衣)計有 2 人，各分配在辦 公室 A、B 內，其他設定請參閱表 3-2 所示。
CASE1 電腦模擬成果情形圖(圖 3-12)，因為各人員採用隨機尋找就近樓梯避難，遇 擁塞自動會搜尋其他路徑方式。依據電腦模擬結果，計有 71 人選用左方樓梯避難，避難 完成時間約為 232 秒(但搭乘輪椅者無法下樓而避難失敗)；計有 65 人選用右方樓梯避難，
避難完成時間約為 256 秒(但搭乘輪椅者無法下樓而避難失敗)。
在整個避難過程中，因為輪椅者(身速度較慢，且所佔面積也較大，造成避難過程壅 塞。在時間 T=16 秒，輪椅者已到達樓梯口(右梯)，但因為使用輪椅無法利用樓梯避難，
迴堵在樓梯出口，造成其他避難者逃生壅塞，於 T=22 秒時後，全部 2 位輪椅者皆堵在樓 梯出口，造成整體壅塞情況更嚴重。
在時間 T=60 秒，樓梯其他一般避難人員已陸續完成避難，但輪椅者還在樓梯出口排 迴。時間 T=232 秒時，左梯其他人員已全部避難完成(輪椅者除外)；時間 T=256 秒時，
右梯其他人員已全部避難完成(輪椅者除外)。
時間 T=0 秒，樓層人員開始避難逃生 T=20 秒，全部人員隨機選擇樓梯避難，輪
T=50 秒，一般避難者已陸續進入樓梯，完 成避難
T=70 秒，輪椅者一直在樓梯出口排迴，造 成其他人員迴堵壅塞，影響其他人員避難
時間 T=100 秒，其他一般避難人員已陸續完成避難，但輪椅者還在樓梯出口排迴，嚴重 造成後續人流迴堵塞住
時間 T=180 秒，其他一般避難人員已陸續完 成避難，但輪椅者還在樓梯出口排迴，嚴重
造成後續人流迴堵塞住
時間 T=240 秒，因輪椅者無法使用一般樓梯 避難，無法逃出，最後避難失敗 圖 3-12 CASE1 電腦模擬成果情形圖
（資料來源：本研究整理）
的樓梯。依據前述辦公室人員收容密度，本案例辦公室 A 配有 30 人，辦公室 A 配有 74 人，辦公室 C 配有 30 人，共計有 134 人;另外輪椅者(身穿紅色上衣)計有 2 人，各分配在 辦公室 A、B 內，其他設定請參閱表 3-5 所示。
CASE2 電腦模擬成果情形圖(圖 3-13)，且為模擬圖片顯示情楚明確，將避難人物以 圓柱體顯示，一般避難者為藍色，輪椅者為紅色。依據電腦模擬結果，計有 63 人選用右 方樓梯避難，避難完成時間約為 104 秒(輪椅者除外，在避難緩衝區等待)；計有 73 人選 用左方樓梯避難，避難完成時間約為 125 秒(輪椅者除外)。
時間 T=0 秒，樓層人員開始避難逃生 T=15 秒，全部人員隨機選擇樓梯避難，輪 椅者行動緩慢，容易造成迴堵壅塞情形
T=34 秒後，輪椅者陸續至樓梯內避難緩衝區，不影響其他人員避難。一般避難者陸續進 入樓梯，完成避難，形成穩定流暢人流避難情形
時間 T=100 秒，其他一般避難人員已陸續完成避難，輪椅者尚在避難緩衝區等等救援 圖 3-13 CASE2 電腦模擬成果情形圖
（資料來源：本研究整理）
比較 CASE1 與 CASE2，CASE2 設置避難緩衝區提供搭乘輪椅者停留，可以有助於 人流順暢。
三、CASE3 模擬結果
CASE3 模擬情境為避難緩衝區設置於二個排煙室內，每排煙室各一個，輪椅者跑到 指定的樓梯。依據前述辦公室人員收容密度，本案例辦公室 A 配有 30 人，辦公室 B 配 有 74 人，辦公室 C 配有 30 人，共計有 134 人;另外輪椅者(身穿紅色上衣)計有 2 人，各 分配在辦公室 A、B 內，其他設定請參閱表 3-5 所示。
CASE3 電腦模擬成果情形圖(圖 3-14)，且為模擬圖片顯示情楚明確，將避難人物以 圓柱體顯示，一般避難者為藍色，輪椅者為紅色。依據電腦模擬結果，計有 63 人選用右 方樓梯避難，避難完成時間約為 100 秒(輪椅者除外，在避難緩衝區等待)；計有 73 人選 用左方樓梯避難，避難完成時間約為 124 秒(輪椅者除外)。
時間 T=0 秒，樓層人員開始避難逃生 T=18 秒，全部人員隨機選擇樓梯避難，輪 椅者行動緩慢，容易造成迴堵壅塞情形
T=34 秒後，輪椅者陸續至排煙室內避難緩衝區，不影響其他人員避難。一般避難者陸續 進入樓梯，完成避難，形成穩定流暢人流避難情形
圖 3-14 CASE3 電腦模擬成果情形圖
（資料來源：本研究整理）
比較 CASE2 與 CASE3，避難緩衝區設置於樓梯間或排煙室，樓梯間比排煙室多一 層安全區劃，對於等待救援的避難弱者保護較佳，但對於整體避難完成時間沒有太大的 差異。
四、CASE4 模擬結果
示，一般避難者為藍色，輪椅者為紅色。依據電腦模擬結果，計有 61 人選用右方樓梯避 難，避難完成時間約為 101 秒；計有 75 人選用左方樓梯避難，避難完成時間約為 127 秒 (輪椅者除外)。
此模擬情境，雖然避難緩衝區都設置在左邊，當輪椅者緩慢行進時，會造成左梯避 難人流．壅塞回堵，增加避難整體時間。
時間 T=0 秒，樓層人員開始避難逃生 T=18 秒，全部人員隨機選擇樓梯避難，輪 椅者行動緩慢，容易造成迴堵壅塞情形
T=50 秒，輪椅者至左邊排煙室內之避難緩衝區，不影響其他人員避難 圖 3-15 CASE4 電腦模擬成果情形圖
（資料來源：本研究整理）
比較 CASE3 與 CASE4，CASE3 是基於雙向避難的理念將避難緩衝區分散設置，
CASE4 是基於集中管理救援與避難引導的理念將避難緩衝區集中設置，只要提供足夠的 避難緩衝區，對於避難弱者而言，主要為步行距離的差異，對於整體避難完成時間沒有 太大的差異。
五、CASE5 模擬結果
CASE5 模擬情境為避難緩衝區設置於二個排煙室內，每排煙室各一個，但輪椅者二 個都跑到左邊樓梯。
依據電腦模擬成果圖(圖 3-16)，且為模擬圖片顯示情楚明確，將避難人物以圓柱體顯 示，一般避難者為藍色，輪椅者為紅色。依據電腦模擬結果，計有 60 人選用右方樓梯避 難，避難完成時間約為 119 秒；計有 76 人選用左方樓梯避難，避難完成時間約為 132 秒
依據電腦模擬成果圖(圖 3-16)，且為模擬圖片顯示情楚明確，將避難人物以圓柱體顯 示，一般避難者為藍色，輪椅者為紅色。依據電腦模擬結果，計有 60 人選用右方樓梯避 難，避難完成時間約為 119 秒；計有 76 人選用左方樓梯避難，避難完成時間約為 132 秒