第三章 性能式防火設計方法
3.4 性能式防火安全設計程序
本節採用美國SFPE Engineering Guide to Performance-Based Fire
Protection Analysis and Design 所定義之性能式設計程序[34][35]作基本架構 的介紹。性能式設計程序[36][37]可分為八個步驟，如圖 3.3，由圖中可得知 在前半段的程序中包含了性能法規類似的架構（目標、機能目的、性能要 求），後半段則是加上試驗設計的性能評估以及性能設計報告等，經由性能 式設計程序，可完成所需的特殊需求。性能式設計程序詳細介紹如下：
1. 定義計畫範圍（Define Project Scope）
在進行性能式設計時，應同時對建築物進行性能式防火設計的原則，
此原則必須建立在實質的需要而不是假設，所以原則的敘述應以可量化來 描述。計畫開始之初應著重於建立與建築物相關之場址或計畫所需之資 料，大致可分為下列10 項：(可以視計畫本身需要增減)
（1） 使用者特性（Occupant characteristics）
（2） 建築物特性（Building characteristics）
（3） 所有物的位置（Location of property）
（4） 消防單位特性（Fire service characteristics）
（5） 公共設施（Utilities）
（6） 環保考量（Environmental considerations）
（7） 歷史（古蹟）的維護（Historical preservation）
（8） 建築物的管理及保全（Building management and security）
（9） 建築物的經濟以及社會價值（Economic and social value of the building）
（10） 可採行的法規（Applicable regulations）
同時應確認計畫中之全部業主，例如：建築物擁有者、建築物管理
者、設計團隊、建築團隊、主管機關等，因為計畫目標之決定將完全取
3. 定義目標（Define Objectives）
定義目標主要是為了進行細部的工程分析和設計，必須將前一步驟中 所決定的業主目標轉換成可以使用火災防護用語來量化的項目，這些項目 就是用來制定性能規範的設計目標。而量化的過程可以是決定性
（deterministic）或是機率性（probabilistic）。
4. 發展性能要求（Develop Performance Criteria）
火災安全防護的性能要求可以是一個確切的數值，或是一個數值的範 圍，其必須相當精確的量化出防火目標的內容，其包含的項目有：
a. 生命安全要求
（1） 熱效應：包含溫度的極限值以及暴露在高溫的時間。
（2） 氣體毒性：由於起火建築物內部的溫度上升，造成人員呼 吸速度加快，同時也加速吸入了各種火災產生的毒性氣 體，主要是 CO、HCl、HCN。
（3） 能見度：此項會嚴重影響人員是否能夠安全的經由逃生通 道逃出火場，而影響能見度的因素就是在視線方向上的粒 子數量，以及眼睛本身的生理因素。
b. 非生命安全要求
（1） 物體的引燃：引燃所需要考慮的條件包括引燃源、引燃源 和目標物之間的距離、引燃源以及目標物的外型、目標物 的材料性質、目標物的表面積-重量比等。
（2） 火焰延燒：影響因素包括燃燒表面的形狀、方向、燃料的 表面積-重量比，通風條件以及氣流流向都會影響火焰延 燒的方向以及速度。
（3） 煙氣損害：損害程度將取決於目標物對於煙氣的敏感程 度。
（4） 防火區劃損害以及結構完整度：此項目之主要功能為保持 人員逃生避難以及消防人員進入救災這段時間內的建築 物結構完整性，保護人員的生命安全。
（5） 物品暴露在火災中造成的損害：損害的機制可以分為熱或 是煙所造成的損害。
5. 發展火災情境及設計火災（Develop Fire Scenarios & Design Fires）
確認火災情境並將之發展成為設計火災的過程包含以下三步驟：
（1） 利用工程方法找出可能發生的火災情境：使用失效模式與效 應分析（Failure Mode and Effect Analysis, FMEA）、失效分析 （Failure Analysis）、歷史資料、手冊、查核表、相關的統計 資料等方法建立火災情境。同時火災情境中應該包含三種內 容：建築物特性、人員特性以及火災特性。
（2） 在可能的火災情境中定義出設計的火災情境：利用機率的方 式，如火災頻率、事件發生的機率、火災防護系統的可用度 （Availability）、火災防護系統的可靠度（Reliability）以及風 險評估等方法；或者可以採用決定性的方式，此種方式是依 照物理或化學性質的分析及評估，或採用實驗數據的相關經 驗公式來預測火災的情形並決定設計的火災情境。
（3） 量化設計的火災情境：分別依照火災情境中的建築物、人員、
火災三種特性進行量化的過程，此過程通常合併了危害分析 （Hazard Analysis）以及風險分析（Risk Analysis）兩種方法。
危害分析用以找出可能潛在的引燃源、燃料以及火災發展情 形；風險分析則是研究危害發生的可能性以及可能造成的結 果。建築物特性方面包括有：各房間的面積及形狀、天花板 高度、裝修材料的性質、建築結構所使用的材料性質、所有 的開口尺寸及位置、樓層數目等。火災特性主要為定義火災 成長曲線的各階段，從引燃開始，歷經成長階段、閃燃階段、
完全發展階段、到最後衰退以至於熄滅。人員特性方面則包 含行為模式、反應時間、反應特質（敏感度、反應性、行動 能力）、人員的避難行動時間等等。
6. 發展試驗設計（Develop Trial Designs）
試驗設計是由數個相互關聯的子系統（Sub System, SS）所組成，共計 有六種，代稱分別為SS1~SS6。
（1） SS1 為火災的發生與成長（Fire Initiation and Development），
其目標為減少引燃發生的機率以及降低火災成長（包含火災 產生的煙氣及熱量）的速率。而可提供防護的概念有管制火 源及可燃物質、良好的火災安全管理措施、物品的堆放情形、
房間的尺寸等。
（2） SS2 為煙層的擴散及控制（Spread, Control, and Management of Smoke），其目標為經由限制煙氣的產生量、控制煙氣的流 動情形來降低因為煙氣所造成的危害。可藉由建築物內外所 用材料的管制、蓄煙設備或結構、排煙設備以及加壓控制，
達到煙層的擴散及控制，並確保人員逃生以及救災時的安全。
（3） SS3 為火災偵測（Fire Detection），其中又可以分為兩部分，
一為火災探測，目的在及早發現火災的發生，可以有充足的 時間通知建築物內部人員並且可與排煙、自動滅火設備動，
達到早期發現並抑制的功能；另一部分為火災警報，目的在 於警告建築物內部人員進行逃生避難的動作，同時通知鄰近 的消防單位火災發生的位置，以利消防人員進行搶救的
工作。
（4） SS4 為火災抑制（Fire Suppression），目的在於及早進行控制 或抑制火災的成長，降低火災所造成的損失。SS4 與 SS3 的 相互關聯性很高，由自動偵測器或人為發現火災的發生後，
利用自動或手動的消防設備進行初期的滅火。然而時間上的 延遲（Delay）是無法避免的，經由偵測系統的作動、訊號的 傳遞到自動消防設備的啟動，其中延滯的時間都有可能造成 火災的迅速擴大，更遑論等鄰近的消防單位來進行滅火工作 所需要的時間了。
（5） SS5 為人員行為及逃生避難（Occupant Behavior and
Egress），目的在於使建築物內部人員在發生火災時能夠平安 的逃生至安全的地方。相關的議題如：不論火災發生於建築 物內部何處，人員都必須能夠經由出口逃生、逃生通道應該 經由防護的手段保持在人員可以安全使用的狀態等，都是必 須考慮的要點。
（6） SS6 為被動式火災防護（Passive Fire Protection），目的在於 利用被動式防火結構來限制火災延燒的範圍，並需防止建築 物結構因火災損害而過早崩塌，危及人員生命安全。可使用 的防護方法包括防火區劃、防煙垂壁、管道中的防火擋板、
窗戶開口防護措施、建築結構本體的耐火性能等。
由前述的介紹可以發現各個子系統之間是互相關聯的，雖然不同的子 系統所要達到的目的都不同，但是仔細觀察其所使用的方法，不難發現各
子系統之間很多相似之處，因此在發展試驗設計的時候這六個子系統必須 同時一起考慮進去。
7. 此步驟中又可以細分為四個不同的子步驟：
(a) 評估試驗設計（Evaluate Trial Designs）
(b) 選擇符合性能要求的設計（Selected Design Meets Performance Criteria）
(c) 修改設計或目標（Modify Design or Objectives）
(d) 選擇最終設計（Select Final Design）
其相互之間的程序關係可以由圖3.4 表示。這四個子步驟屬於性能設計 分為傳統風險分析（Classic Risk Analysis）以及總體風險分析（Risk Binning Analysis）。在傳統的風險分析中，每一個設計火災情境的發生機率以及每
一個防火元件的可靠性都必須加以量化進行分析，分析的步驟如下：
（1） 發展設計火災情境並決定其發生的機率。
（2） 決定試驗設計的可靠度。
（3） 對於採用試驗設計時，火災發生所造成的損失進行量化。
（4） 對於試驗設計失敗時，火災發生所造成的損失進行量化。
（5） 對每一個火災情境皆進行上述相同步驟。
（6） 計算試驗設計的相關風險。
（7） 對每一個試驗設計進行風險評估。
另一個替代的選擇是總體風險分析，此方法相對於傳統風險分析來說是 較為簡單而易於使用的，只要將事件火災後果分級（表3.3）並且與發生機 率（表3.4）合併就可以得到相對的風險等級矩陣，如表 3.5 所示。而人員 死亡或受傷也可以量化成具體的價值，加總在表3.3 中對財產的影響項目之 內，然而由於目前各國對於人命的價值到底如何估計尚無明確的定論，因 此僅能藉由部分資料的參考數值來加以計算，例如John and Hall[38]中就提 到了人命價值的相關討論，其中先將觀念加以說明，同時舉出該數值的範 例以作為參考。
表 3.3 火災後果分級表 幾乎不發生(Beyond Extremely Unlikely) 發生頻率＜10-6/年＊
＊為舉例數值
表3.5 風險等級矩陣
情形下，各個先進國家都逐漸仰賴以電腦模擬軟體來計算火災的發展情 形，同時模擬人員避難的過程、所需要的時間等等。因此電腦模式成為火 災安全設計時用來評估其性能表現的重要工具。不過在使用電腦程式進行 火災模擬的時候也要很注意各方面的不確定性（Uncertainty），例如程式本 身理論以及使用模式的不確定性、輸入數據的誤差、計算上的限制以及設
情形下，各個先進國家都逐漸仰賴以電腦模擬軟體來計算火災的發展情 形，同時模擬人員避難的過程、所需要的時間等等。因此電腦模式成為火 災安全設計時用來評估其性能表現的重要工具。不過在使用電腦程式進行 火災模擬的時候也要很注意各方面的不確定性（Uncertainty），例如程式本 身理論以及使用模式的不確定性、輸入數據的誤差、計算上的限制以及設