緒論

第一章 緒論

第 一 節 研 究 緣 起 與 背 景

國內產業環境隨著全球經濟體的變遷而快速轉變，高科技產業不斷興起，傳 統產業則面臨空前的挑戰，在產業轉型的急遽過程中，各種重大火災爆炸事故(北 誼興火災爆炸、中油氣爆、永興化工爆炸、聯瑞火災..等)層出不窮，也因此造成巨 額的社會成本及嚴重的人員傷亡和財物損失。為防範大型火災事故的發生以及尋 求有效的抑制措施，近年來已成為大家努力的方向與目標。

以積體電路產業而言，過去兩年因火災而損失的金融即高達約 200 億台幣，

面對如此高額的損失，對半導體業者與產險業者而言，都是慘痛的經驗。現有高 科技產業都是應用有限的土地設置精密而昂貴的設備，製程中處處可見可燃性 (Combustible)、易燃性(Flammable)之氣體(例如：SiH4、H2、AsH3..)與液體(例如：

IPA、Acetone、光阻劑..)，因此單位面積的火載量(Fire Load)與投資成本皆高於一 般產業，一旦發生意外，損失勢將更創新高。

在此，不禁要仔細的思考一個問題，面對特殊危害作業場所或高風險作業場 所，以現有的防火安全技術能力與裝備是否能夠在火災成長初期(Growth Phase)有 效 的 控 制(Control) 或 抑 制 (Suppression) 火 災 的 成 長 ， 實 在 是 損 害 防 阻 (Loss Prevention)的重大關鍵。

由於產業的變遷速度遠超過法規訂定與修訂的腳步，目前已有許多先進國家 朝向性能式設計與評估(Performance Based Design, PBD)的方向發展。性能式設計 與評估 (PBD)可彌補法規的限制並提昇損害防阻能力，以順應產業製程與設備瞬 息萬變的進化過程，達到經濟效益與安全兼容並顧的目標。

大部份的國家，像美國、北歐、英國、法國、日本、紐西蘭、澳洲..等，對於 特殊建築物、公共設施或高風險作業場所之安全設計，近年來已突破法規的範疇，

其主因乃目前各國所訂定之標準或法規並不能完全涵蓋所有行業或作業場所(尤其 是特殊作業場所或高風險作業場所)，因此依現行之規範作為設計之依據顯然無法 有效保障人員安全。有鑑於此，各國在近十年已陸續將性能式設計的理念，以文 件化方式逐漸建立並試著和現行法規融合，以因應變化快速的社會變遷所衍生的 高風險成本。

以美國而言，目前已朝雙軌計畫(“Dual Track” Approach)努力，即朝現有法規

及性能式設計雙軌(Prescriptive-Based and Performance-Based）的方向同步進行，未 來將在科學與技術的基礎上以文件化方式將兩者作整合，但是此部份的整合目前 尚未訂定完成時間點。美國政府雖然對於雙軌計畫並沒有明顯的時間點，但是美 國部份大型技術機構如：Safety to Life、Fire Alarm、Merchant Vessels、Cultural Resources and Atomic Energy 已將 PBD 制定成規範與標準。

其他國家如澳洲，亦成立Fire Code Reform Center Ltd. (FCRC)，並於 1994 年 修改澳洲建築法(Building Code of Australia，BCA)，明文將 Performance-Based 列 入；加拿大則於 1987 年和澳洲共同發展 Firecam(Fire Risk Evaluation and Cost Assessment Model)作為 Performance Fire Code 的重要工具，1995 年由 Canadian Commission on Building and Fire Code (CCBFC) 及 Canadian Codes Center 將性能 式設計納入Canadian Building Codes，預計 2001 年完成 Objective-Based Code；英 國、紐西蘭、日本..等亦陸續制定相關文化並納入相關之法規(Building Standard Law、New Zealand Design Guide or Code of Practice)。

第 二 節 性 能 式 火 災 安 全 設 計 七 大 步 驟

所謂的性能式設計包括七個主要過程：場址與計畫資料的確認(Identify Site or Project Information)、火災安全目標、機能目的與性能基準(Identify Fire Safety Goals , Functional Objectives , and Performance Criteria)、發展性能基準與設計基準(Develop Performance Criteria and Design Criteria (Design Objective))、火災歷程的發展 (Develop Fire Scenarios)、火災設計的發展(Development of Design Fires)、替代設計 的發展與評估(Develop and Evaluate Design Alternatives)、文件化與規格說明書 (Documentation and Specification)等項目，以下就各細項加以說明：

1.2.1 場址與計畫資料的確認

此部份著重於場所的資料收集與分析，例如：場址、構造、設施、製程、建 築物特性(大小、平面佈置、建築式樣)、火載量(Fire Load)、其他(高天花板 (High-Ceiling)、大空間 (Large Volume Spaces)、高度人員聚集場所(High Occupant Loading)。

除上述內容之外，操作上的特性涉及建築物或製程特殊功能，或企業體自我

第一章 緒論 之需求，這些種類包括：特殊製程、危險物之使用或儲存、高價值設備區域、或 是允許極短暫停機的區域。

另外人員的特性也是相當重要的考量因素，包括年齡、能力、人員是否休憩 於此、人員是否行動自如、年幼者、老人..等因素。

1.2.2 火災安全目標、機能目的與性能基準

一般而言，火災安全目標(Goals)乃是依企業體本身所預計達成之安全期望設 定點，因此在火災安全領域中，常見的四個目標有人員防護(Protection of Life)、資 產保護(Protection of Property)、任務保護(Protection of Mission)、環境保護(Protection of the Environment from the Unwanted Affects of Fire and Fire Control)。

廣泛的火災安全目標是指對火災安全需求程度反應在顧客的期望上。這樣的 定義如果以法規角度而言，可將其表達成是「公共安全(Public Safety)」，若是以 公司角度則是「相關人員或單位之安全」。

以美國國家防火安全協會1994 年之生命安全法規(Life Safety Code)中之火災 安全目標為例：「保護人員在火災發展初期的生命損失」；以企業之目標而言則 為：「使企業免於火災損害所導致的生產損失」。這樣的表達，相信每個人都能 同意，但是並不見得每個企業體的目標皆是相同。

目的(Objectives)的建立在於提供更多的方向以符合目標之所需，在性能式設 計法規中，對於建築物與其系統的功能目的必須符合火災安全目標。舉例而言，

功能目的可以是指當火災發生初期使人員有充裕的時間移動至安全處所而不受火 煙的侵害。換句話說，當火災事件發生時，建築物及其系統之設計必須足以提供 人員避難至安全處所，以符合火災安全目標。

為了使功能目標或損失目標清楚，必須要有能夠確認的方法或數值計算。達 此目的所需之功能要件(Performance Requirements)包括：建築材質、組合、系統、

構成要素、建構方法，以符合火災安全目標與目的。舉例而言：當房間發生火災，

火煙開始擴散，此時必須在煙流擴散之前對人員進行警告，並且維持逃生通道的 安全與通暢，直到人員到達安全處所。這些要件中的每一項都牽涉到建築物與系 統和生命安全目標與功能目的(Functional Objectives)的符合程度，且當中的每一個 重要因素皆能夠量測與計算。

1.2.3、發展性能基準與設計基準

一般人的觀念認為功能基準在於起火房間的閃燃(Flash-Over)預防，防火工程 師在意的是不同場所之現場條件與設計參數是否相同。以預防閃燃為例，熱釋放 率、通風開放區域和最上層溫度才是最重要的設計參數。每一個建築物和設計情 況皆不相同，因此設計基準也因個案而有所不同，這也是大部份的性能式設計法 規並不包括設計基準，而由防火工程師依計畫屬性或特殊性選用合適基準進行設 計。

以下則以生命安全為設計目標來說明設計系統內容之不同：Fire Safety Goal 在於保護可燃物起火後的人員安全，但此處很難量化。Functional Objective 則是提 供人員足夠時間抵抗火災影響以到達安全處所，此處的火災影響更詳細的說，包 括熱(Heat)、熱輻射 (Thermal Radiation)及煙(Smoke)。Performance Requirement 則 是控制起火房間的火災擴散，如果火勢沒有離開房間，人員也在起火房間外部，

如此將不會暴露在輻射熱和高溫中，受煙侵害將會最小。為了符合功能要件，就 需要一份預防起火房間發生閃燃的Performance Criteria ，這裡所依據的是一旦最 上層氣體閃燃，火勢將擴散至起火房間之外。為符合上述基準，工程師必須設計 成可將頂層最高溫度控制在500℃以下，以預防閃燃之發生。

1.2.4、火災歷程的發展

特殊火災歷程的描述包括從起火、燃燒到最大成長火勢的估計與危害結果。

其中有兩個因素需要考量，即或然率(Probabilistic)與決定性(Deterministic)。

火 災 歷 程 的 考 量 必 須 考 慮 許 多 因 素 ， 包 括(1) 起 火 前 的 情 況 (Pre-fire Situation)：建築物、區劃、環境；(2)引火源(Ignition Sources)：溫度、能量、接觸 潛在燃料的面積和時間；(3)起火物(Initial Fuels)：狀態、表面積與質量比、熱釋放 率(Heat Release Rate)；(4)補充可燃物(Secondary Fuels)：數量、分佈；(5)擴大可能 性(Extension Potential)：區劃、結構、面積；(6)人員狀態(Occupant Condition)：警 戒(Alert)、熟睡、行動自由者(Self-mobile)、殘障者(Disabled)、嬰兒(Infant)、年長 者(Elderly)；(7)關鍵因素(Critical Factors)：通風(窗戶或門)、環境、作業形態。

1.2.5 火災設計的發展

火災設計是對於特殊火災歷程進行工程描述，例如：熱釋放率、火災成長率、

空間產物、產物生成率、或是其他能被量測或計算之參數。典型的火災成長曲線 或火災設計曲線能看出熱釋放率。整個火災設計過程包括成長期(Growth Phase)、

第一章 緒論 最大熱釋放率、穩定燃燒期(Steady State Phase)與衰退期(Decay Phase)。

1.2.6 替代設計的發展與評估

發展火災歷程與火災設計曲線後,下一個步驟是發展和評估非傳統設計。一些 非傳統火災安全設計應該在此步驟加以評估，包括法規規定之要件，法規規定之 要件通常作為評估與審查之基線，以了解設計目的是否符合需求。

火災設計曲線與設計目的的評估過程是由不同火災安全量測與評估反覆進 行。評估因素例如：偵煙探測與自動撒水系統之增設、通風系統特性之修改、建 築材質種類之更換、內部裝修和具體內容之評估。

以上所述都是性能式設計的基本概念，簡言之，性能式設計至少應包含下列 幾點：

★火災發生與發展

★煙流發展與管理

★火災擴散與管理

★火災偵測與抑制

★人員通報與撤離及其他

★火場通報與反應 1.2.7 文件化與規格說明書

最後一個步驟則是分析與設計的文件化，及設備與設置說明書的準備。分析 與設計的報告應是性能式設計概念中的關鍵因素，應將分析與設計的步驟作全面 性的描述，報告內容至少應含下列各點：

‧分析或設計之目的(Objectives of the Analysis or Design)：可以 被保證的理由。

‧ 設 計 途 徑 之 敘 述 (Statement of Design Approach (Philosophy))：方法的取用、為什麼被取用、假設為何、應用 何種工程工具與數學。

‧場址或計畫資訊(Site or Project Information)：危害分析與架構 的描述，製程與人員(例如：危害、風險、結構、物料、使用、

佈置、現有系統、人員特性..)

‧ 顧 客 目 標 與 目 的 的 敘 述(Statement of Client Goals and Objectives)：性能式分析與設計的認同，誰同意？何時同意？

‧性能基準(Performance Criteria)：設計基準，性能基準與性能 要件間的關係，包括安全與可靠度的應用及必要的支持。

‧性能基準(Performance Criteria)：設計基準，性能基準與性能 要件間的關係，包括安全與可靠度的應用及必要的支持。