文獻回顧

對於高層建築之煙流、蔓延區域、煙控及空調之影響程度需加以探 討，由於排煙系統屬於建築物設備之一，於國外亦有歸類於HVAC設備 之一種。因此，美國冷凍空調學會ASHRAE之重要研究學者John H. Klote 於 1994 年之文章中指出，美國官方有系統地研究火災煙控項目，開始 於1939 年之NBFU（National Board of Fire Underwriters）。而 1968 年在 美國冷凍空調學會ASHRAE之年會研討會中，則開始大量出現有關火災 與煙控之論文發表，自始美國各界則對於此方面投入大量人力與物力進 行研究^B-12。

1986 年 M.L. Chen，將樓梯間內的壓力分布作一分析，並提出最差 的設計狀況。且對樓梯間內流動阻力的大小，作實測與計算。

1987 年 K.P. Cheungy，則提出將傳統的樓梯間加壓煙控策略加以改 進。改進的方法為測置樓梯間前室，擴大避難空間的範圍，縮短人逃至 安全地帶的時間。

1989 年 Clark，探討如何在冬季考慮室內外極大的溫度差所產生的 煙囪效應，設計樓梯間加壓煙控系統。並以電腦模擬及實地測試，比較 各層樓樓梯間與居室之間的壓力差。

1993 年 Tamura 與 MacDonald，更進一步比較高層建築中樓梯間加 壓煙控、機械排煙及正負壓區劃利用加拿大火災實驗樓，等三種煙控策 略，並加以評估。設計樓梯間加壓煙控系統計狀況。且對樓梯間內流動 阻力的大小，作實測與計算。

人員於火災中避難方式具有一定之特性，包含^A-2：

B-12 J..H. Klote & J.A. Milke, "Design of smoke management systems ", ASHRAE Inc., Atlanta, 2002.

A-2何明錦、簡賢文，都市空間大量人員避難行為基礎研究，88 年 6 月，內政部建築研

歸巢特性。

從眾特性。

向光特性。

左轉特性。

躲避特性。

習慣特性。

往開闊處。

駝鳥心態。

潛能發揮。

高壓失能。

由於濃煙關係著人員避難行為與判斷，使避難逃生設施之情形等隨 著建築物之機能複雜化、量體大型化、高樓化、與地下化等趨勢，原本 只按照條列式法規設計之煙控系統，愈來愈不合乎實際建築物之真正需 求。另外，同時國際間多年來亦時常發生傷亡與損失重大之各類建築物 火災事件，激發許多建築物採用性能式設計，與許多國家陸續跟進制訂 性能式法規^B-7,8。

其中，George V. Hadjisophocleous 於 1999 年文中指出，檢視應用 性能式設計所使用之判定基準，大致分為兩類。一為定量性判定基準（

Deterministic Criteria），亦即人身安全、火災成長與擴散情形、火場暴 露、與建築結構性能等等。另一為或然性判定基準（Probabilistic Criteria

），亦即事件危害的程度與事件之可能性等。

而A.H. Buchanan 於 1999 年撰文指出，紐西蘭於 1993 年實施性能 式法規的5 年後，已形成重大改變，愈來愈多的建築物之防火災安全設

究所。

B-7,8 McGuire, J.H. ”Smoke Movement in Building Fires.” Fire Technology 3 (3), pp.163-173, 1968.

McGuire, J.H. ”Control of Smoke in Building Fires.” Fire Technology 3 (4), pp.281-290, 1968.

計捨棄條例式設計，轉而採用性能式設計。而其設計系統時之考量，也 從之前較為重視財產安全，轉變為重視人身安全。

Ray Sinclair2001 年於文中指出，建築物業者與設計者基於三點考量

，而進行挑高中庭3D CFD 電腦模擬分析。這三點考量為：1.當真正發 生火災時，排煙系統可滿足防災需求。2.尋求合理之排煙系統初置成本 與日後維護成本。3.當為滿足防災需求，業者有充分意願配合減少容留 人數與商場營業面積。

而隨著電腦科技之進步，應用於防火工程設計與火災煙流預測之電 腦程式也愈來愈多。

於1992 年任職於 FMRC 之 Raymond Friedman，統計當時世界上用 於火災與煙流之程式共有 62 種之多，應用領域包含防火區劃設計、撒 水頭啟動、火災延燒、火警警報器偵知、與煙流動特性等等。接著後繼 者Stephen M. Olenick 於 2003 年更新統計，當時世界上用於火災與煙流 之程式已達168 種之多，且將分為 Zone Models、Field Models、Detector Response Models、Egress Models、Fire Endurance Models、及 Miscellaneous Models 等類型。

由美國NIST所發展之FDS程式，自從 2000 年發表以來，目前已發 表至第4 版，全球各地有許多建築物之防火工程，使用FDS進行煙控系 統之設計。同時也促使許多研究，利用各種方法，例如全尺度實驗等，

去驗證FDS之準確性^B-11。

2001 年於 Phillip A. Friday 發表之論文，使用 FDS 模擬 FM/SN 研 究機構所完成之7 個全尺度火災實驗之情境，以印證 FDS 程式之準確性

。本全尺度實驗之設施為長18.3 m × 寬 12.2 m × 高 6.1 m，且其內部之 通風設備可調整1 至 12 次換氣率（ACH），火災規模最大可達 2 MW

。研究發現增加FDS 程式之格點數，並無法增進煙柱溫度之準確性，但

B-11 Kevin B. McGrattan, Fire Dynamics Simulator User’s Guide, National Institute of Standards and Technology, 2002.11.

可更加準確預測煙柱紊流之形狀。

而Kevin B. McGrattan 於 2002 年亦使用 FDS 重現發生於 2001 年 7 月之鐵路隧道列車火災。於本文中指出，FDS 模擬之目的為預測火災時 最高之隧道表面溫度與內部煙氣溫度。除了利用FDS 重現火場溫度分佈 外，研究中也於類似隧道中進行多項全尺度實驗，以印證FDS 程式之準 確性。實驗結果與模擬結果顯示，其兩者之溫度數值差別在50 oC 內，

證實FDS 程式之準確性。

我國於民國 93 年起藉「建築技術規則」總則編第三條及相關條文 之增訂，開始實施性能式設計法之防火避難安全計畫審查新制。並由內 政部公佈「建築物防火避難性能驗證技術手冊」。

本手冊採國際火災工學相關學術及規範準則資料分析避難人員能 承受之煙層下降高度，推算出避難容許時間，然後再以調查歸類所得之 收容人員密度、步行速度、出口流量、居室面積、步行距離、出口寬度 等資料，依所建立之驗算公式推估避難完成所需之時間後，再與避難容 許時間比對，確認避難是否符合安全。

世界各先進國家依據科學為基礎的防火工程進行避難安全工程設 計，以突破傳統的規格式設計，建立一個可以將火災與風險採以量化分 析，並利用評估分析方法驗證是否可以達到法定安全值的性能規範。

美國 2001 年 9 月 11 日發生 911 恐怖攻擊事故後，由於造成紐約世 界貿易中心(World Trade Center,WTC)的倒塌，對整個國家、社會產生 嚴重的心理衝擊，美國商業部國家標準與技術局(NIST)遂於 2002 年 8 月開始著手進行調查，以為期 24 個月的時間、共計花費 1 千 6 百萬美 金(約台幣 5 億 3 千萬)經費的規模下，取得極有價值之研究報告。當中 針對三方面著手，即(一)增壓化、(二)減壓化、(三)產生適當氣流組織

。

相關調查報告乃針對 WTC 災難的發生緣由與所造成災害逐一加以 分析，擬定更廣泛的應變計畫外，也納入一項研究與發展計畫，以提倡

建築與營建領域中標準、規範與準則的改變。

報告當中顯示，當攻擊事故發生時，排煙系統並未及時啟動，同時 因攻擊行動造成部分設施毀壞，因此即使排煙系統動作，但是未達原設 計之功效。同時，因世貿大樓興建於早期之 1968 年時代，因此當時法 規並未規定逃生梯需設置樓梯間加壓系統，因此無法保障人員避難逃生 時所處環境為安全無虞之情形。

而風管系統於建築物當初興建時，建築法規雖未規定但仍設置防火 /防煙風門下，於攻擊事故發生當時，對人員避難逃生之環境防護似乎 未能有效發揮。

該報告最重要的結論是，由於當初整套煙控系統乃考量火災發生時 之處理系統，並未考量受恐怖攻擊等外力因素造成設備損害、致使設備 一開始運作時便無法達到原設計功效，此為最大之致命點，其結論部分 有關煙控系統如下^B-18：

一、紐約世貿中心 WTC1 與 WTC2 的煙控系統，在 2001 年 9 月 11 日前已 設置。

二、當紐約世貿中心 WTC1 與 WTC2 恐怖攻擊事故發生時，煙控系統並未 及時啟動，同時因攻擊行動造成部分設施毀壞，因此即使排煙系統 動作，但是未達原設計之功效。

三、由於紐約世貿中心 WTC1 與 WTC2 有全區設置自動撒水頭，故不需要 依據紐約地方建築規範(BCNYC)第 5 條、第 86 條之規定設置主動式 排煙系統、熱流管道間，以及梯間加壓排煙系統等。

四、由於飛機突然撞擊的情形之下，即使煙控系統得以完全啟動，也無 法完全確保煙控系統能完全控制煙霧的擴散。

五、當 2001 年 9 月 11 日恐怖攻擊事件發生時，樓梯間的煙控加壓系統

B-18 National Institute of Standards and Technology, NIST NCSTAR 1-4,”Federal Building and Fire Safety Investigation of the World Trade Center Disaster - Active Fire Protection Systems”, Sept., 2005.

確實有效地幫助部份內部人員，得以安全逃離建築物。

六、紐約世貿中心 WTC1 與 WTC2 的空調風管系統，於建築物當初興建時

，建築法規雖未規定，但仍設置防火/防煙風門下，於攻擊事故發 生當時，對人員避難逃生之環境防護似乎未能有效發揮。

報告中針對排煙系統即提出「濃煙局部排洩方式」、「核心式加壓

」、「三明治式加壓」、「局部區域煙控配合樓梯加壓」等多種方式，

以建立更加嚴謹的現代高層建築煙控策略。

對於煙控策略排煙、防煙、蓄煙等手段，應用於避難時首先需考量 其建築結構型態，其次為考量濃煙分布情形，此亦為目前現行法規面尚 未考量之處。下圖為現行法規對於排煙風機啟動之邏輯性概念。

在國內部份，91 年災害防救會曾針對國內高層建築訂定管理，撰 寫「高層建築物建築及消防安全管理」，當中擬定短、中、長期目標，

相關內容係將一般建築物，主要為強化建築安全檢查及追蹤管理，落實 防火避難設施及設備安全之清查及維護，並建議「建築技術規則」增列 高層建築物提報防火避難計畫書規定^C-3。

對於高層建築之消防安全管理面，國內亦有許多學者加以探討，例 如「高層建築物全棟避難管理作業程序暨規劃全棟避難方案」即依據高 層建築物執行全棟避難有關考量下，例如「何人下達避難作業？」、「

下達避難活動之時機為何？」、暫時安全區之位置？」等，以擬定高層

下達避難活動之時機為何？」、暫時安全區之位置？」等，以擬定高層