第二章 國外火災模擬發展現況及相關驗證及確認標準
第二節 國外火災模擬相關驗證及確認標準及分析
本研究蒐集 ASTM 及 ISO 火災模擬相關標準，如：ASTM E1355-火災模擬 預測能力評估標準（Standard Guide for Evaluating the Predictive Capability of Deterministic Fire Models）、ASTM E1472-火災模擬程式文件化標準（Standard Guide for Documenting Computer Software for Fire Models ）、ASTM E1591-火災成 長模擬資料取得標準（Standard Guide for Obtaining Data for Fire Growth Models）、 ASTM E1895-火災模擬程式使用及限制標準（Standard Guide for Determining Uses and Limitations of Deterministic Fire Models）及 ISO 16730-消防安全工程之 評估，下列將分別說明。
一、美國 ASTM 相關標準
(一) ASTM E1355-火災模擬預測能力評估標準 1. 適用範圍
(1) 本標準提供一評估火災模擬預測能力，適用於所有火災模擬，
用以評估火災影響。
(2) 本標準包含四種評估方法，如下：
i. 定義模擬程式及模擬情境。
ii. 驗證模擬程式之理論基礎及各種假設之適當性。
iii. 驗證火災模擬數學分析與數值分析之完整性。
iv. 量化火災模擬程式模擬相似情境之不確定度與準確度。
(3) 本標準並非解決所有安全的問題，使用者應制定合適的安全和 健康相關規範，並於標準使用前確定其適用性及相關限制。
(4) 本標準並無提供定量的方法。
2. 火災模擬與情境定義 (1) 火災模擬文件：
i. 程式辨別：
說明模擬程式名稱、程式基本計算方式、程式運算流程圖、程 式發展版次、程式維護與更新方法。
ii. 參考文獻：
應列舉該模擬所引用的相關文獻資料。
iii. 模擬函數定義：
說明模擬背景資料及相關火災參數，如：火災成長速率、煙的 擴散速率與避難逃生時間等。
iv. 模擬理論基礎：
說明火災現象的理論基礎與模擬計算的相關物理法則、主要的 方程式及數學模式。
v. 模擬數學分析基礎：
說明數學方法、程序以及數值分析求解的計算算法過程。
vi. 程式說明：
列舉該程式所需輔助程式及外加數據檔案，說明求解各主要選 項之功能。
vii. 注意事項與限制：
列舉軟硬體的注意事項與限制，並提供模擬執行範圍和能力。
viii. 參數輸入：
說明參數輸入資料來源，例如工具書、期刊、研究報告與試驗 數據等，並提供預設值或一般慣用值。
ix. 輸出結果：
說明程式的結果輸出，及參數輸入與輸出結果之關聯性。
x. 變數列表：
表列程式與次程式中的變數及參數，並說明其使用條件與目 的。
(2) 模擬情境評估：
i. 提供模擬評估結果，包括完整的參數範圍，進而使用者可 自行評估。
(i) 相關情境現象的描述。
(ii) 表列每一模擬預測值，進一步評估其準確性。
(iii) 每個變量之準確性評估。
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3. 模擬理論基礎
(1) 模擬的理論基礎須透過火災現象的專家，以物理學與化學為基 礎做專業的審查。審查內容如下：
i. 針對該文件進行完整的評估，特別針對理論基礎中的假設 值與近似值進行更完整的評估。
ii. 依據現行文件技術，評估理論基礎中的假設值與方法是否 合理。
iii. 評估經驗值或文獻資料所使用之常數與預設值的準確性 及適用性。
4. 數學與數值分析之完整性 (1) 分析試驗(Analytical Tests)
應用在已得知其解答的狀況下，進行分析測試能有效評估模擬 功能的正確性。
(2) 編碼檢查(Code Checking)
透過第三方來認證，檢查方式可透過人工或是電腦編碼程式來 找出錯誤，進而增加程式的信賴度。
(3) 數值分析試驗(Numerical Tests)
數學模式通常被表示在微分與積分的方程式中，而該數學模式 通常複雜並難以求解，因此數值方法通常被應用求得近似的結 果。
5. 量化相似模擬情境下之不確定性與準確度 (1) 模擬靈敏度
i. 模擬靈敏度是評估參數如何影響其模擬結果，參數輸入須 注意下列事項：
(i) 主要影響模擬的參數。
(ii) 可接受的參數範圍。
(iii) 參數輸入與輸出結果量化模擬靈敏度。
ii. 參數輸入
(i) 情境資料，如：結構幾何、環境狀況與火災情境等。
(ii) 物質屬性資料，如：熱傳導係數、密度與比熱。
(iii) 數值常數，如：火災空氣捲入係數、孔流常數與結構 常數等。
(2) 模擬預測能力評估
i. 模擬必須針對模擬結果進行相關參數的評估，如下：
(i) 火災成長及擴散(例如溫度、煙濃度與氣體濃度等)。
(ii) 火焰延燒速率及防火時效等。
(iii) 逃生避難時間與結構強度分析。
(iv) 主動式與被動式消防設備設計。
ii. 進一步模擬評估應包括模擬設計開發階段與模擬使用階 段。
(i) 設計者火場情境的建立是否正確 (ii) 使用者火災模擬的選擇是否正確 (iii) 電腦模擬計算是否正確
(二) ASTM E1472-火災模擬程式文件化標準 1. 適用範圍
(1) 本標準針對火災學研究、工程計算與相關防火工程之火災模擬，
提供電腦模擬文件化的相關資訊。
(2) 本標準提供三種文件的編寫方式：(1)技術文件; (2)使用者操作 手冊; (3)安裝、維護及程式手冊。
(3) 本標準無提供數值上的應用，僅建議採用國際單位制(SI)進行 文件編寫。
(4) 本標準並非解決所有安全的問題，使用者應制定合適的安全和 健康相關規範，並於標準使用前確定其適用性及相關限制。
(5) 本標準並無提供定量的方法。
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2. 技術手冊內容 (1) 功能
i. 定義模擬程式運算火災的問題與功能，例如火災成長的計 算、煙的蔓延與逃生避難等。
ii. 說明火場情境，以流程圖表示。
(2) 技術說明 i. 理論基礎
(i) 說明現象的理論基礎。
(ii) 確認火災模擬內之主要假設及任何簡化性假設。
(iii) 提供模擬理論基礎的審查結果，標準 E1355 建議由一位 或多位精通火災的物理及化學反應之專家審查。
ii. 數學基礎
(i) 說明數學方法、程序及數值解之計算算法。
(ii) 提供參考算法和數值方法。
(iii) 提供經過模擬大量的數學&數值的分析結果。相關分析測 試、代碼檢查和數值分析在標準 ASTM E1355 有更多的 說明。
(3) 程式說明
i. 說明程式內容及程式執行所需的輔助程式或外部資料檔 案。
(4) 資料庫
i. 說明資料背景之來源及內容。
(5) 評估模擬程式預測能力
i. 評估模擬於特殊狀況的預測能力（參酌標準 ASTM E1355）。
(6) 靈敏度
i. 提供模擬靈敏度分析結果（參酌標準 ASTM E1355）
3. 使用者操作手冊內容 (1) 技術說明
i. 詳細內容如技術手冊中之技術說明。
(2) 程式說明
i. 全面且完備之說明。
ii. 說明使用之方法及程序，並說明計算流程。
(3) 操作與安裝資訊 i. 程式安裝說明。
ii. 確認程式可成功執行、編輯程式語言。
(4) 程式注意事項
i. 說明解決各種問題的各項功能。
ii. 說明程式輸入及輸出間之關係。
iii. 說明程式執行方法與技術基礎。
iv. 說明程式執行的操作基礎。
(5) 輸入資料
i. 說明輸入資料來源。
ii. 提供預設值或一般慣用數值。
iii. 輸入材料性質及其他輸入資料的相關程序，可參考 ASTM E1591。
(6) 外部資料文件
i. 說明資料文件的使用與程式執行的相關性。
(7) 系統需求
i. 說明安裝和運行電腦程式所需的程序。
(i) 表列執行程式所需的操作系統與控制指令。
(8) 輸出資訊
i. 說明程式輸出資料。
(9) 個人與程式需求
i. 說明一般人員執行一般運算時間與設定時間。
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ii. 提供相關信息，供使用者評估在電腦系統上執行應用程式 的所需時間。
(10) 比對樣本
i. 提供樣本的輸出資料文件，使用者得以驗證是否正確使用 程式。
ii. 在選擇比對樣本時，考慮以下因素：
iii. 選擇標準樣本或明確定義的範例。
iv. 選擇大部分皆可執行之項目。
v. 電腦的執行時間在合理範圍內。
(11) 限制
i. 列出硬體和軟體的限制。
(12) 錯誤訊息
i. 當錯誤訊息發生時，請表列其適當的對應對策。
ii. 當錯誤訊息顯示和說明時，請描述處理方法。
4. 安裝、維護及程式手冊 (1) 一般事項
i. 應適當的描述相關參考文件。
ii. 電腦產生之文件可以補充或取代傳統文件，如：表列程式 中詳細註解、子程式名稱。
(2) 系統需求
i. 硬體要求：表列程式已成功測試的整機配置設備。
ii. 軟體要求：作業系統、子程式資料庫。
(3) 軟體結構
i. 說明整體程式的結構、邏輯和詳細的流程圖。
(4) 資料文件
i. 程式有關資料庫和文件使用與維護的程序。
(三) ASTM E1591-火災成長模擬資料取得標準 1. 適用範圍
(1) 本標準說明火災成長模擬所需輸入之資料。
(2) 本標準說明如何取得資料。
(3) 本標準著重於固體材料之引燃、熱解及延燒情況。
(4) 本標準以國際單位 SI 制為標準單位。
(5) 本標準並非解決所有安全的問題，使用者應制定合適的安全和 健康相關規範，並於標準使用前確定其適用性及相關限制。
(6) 本標準無法用於提供定量的措施。
2. 本標準提供模擬所需輸入資料與相關材料屬性的彙編；進一步本標 準提供輸入參數的取得方式與訊息。
3. 針對以下輸入參數進行探討：
(1) 燃燒效率 (2) 密度 (3) 放射率
(4) 火焰消光係數 (5) 火焰延燒參數 (6) 燃燒熱
(7) 汽化熱 (8) 熱裂解熱 (9) 熱釋放率 (10) 引燃溫度 (11) 質量損失率 (12) 燃燒產物生成率 (13) 熱裂解溫度 (14) 比熱
(15) 熱傳導係數 (16) 熱慣性
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(四) ASTM E1895-火災模擬程式使用及限制標準 1. 適用範圍
(1) 本標準以有系統性之方法評估火災模擬程式。
(2) 本標標準提供具體的火災模擬之限制。
(3) 本標準主要為協助模擬開發者、模擬使用者與專家。
(4) 本標準並非解決所有安全的問題，使用者應制定合適的安全和 健康相關規範，並於標準使用前確定其適用性及相關限制。
(5) 本標準並無提供定量的方法。
2. 模擬使用者指引
(1) 定義評估對象是否具火災風險或火災危害。
(2) 評估合適之火災模擬程式。
(3) 評估火災模擬程式是否具備 ASTM E1472 要求之文件。
3. 模擬開發者指引
(1) 須記錄模擬於確認階段時之最佳設定方法與可能發生的錯 誤。
(2) 須提供公開模擬文件的路徑以供審查，特別針對模擬數值應用 分析、物理限制與模擬內部的限制等（參酌標準 ASTM E1472）。
(3) 應說明驗證火災模擬程式所採用之火災標準試驗法。
4. 專家指引
(1) 審查者應先備有模擬相關文件化文件（參酌標準 ASTM E1472）。
(2) 審查者應先備有模擬預測能力評估之所需文件（參酌標準 ASTM E1355）。
(3) 審查者需要求模擬分析的所需完整文件，包括模擬的描述、數
(3) 審查者需要求模擬分析的所需完整文件，包括模擬的描述、數