第六章 性能式設計軟體應用
第五節 轉換模型後模型再處理
壹、 PyroSim 幾何模型再處理
將 BIM 幾何模型導入至 FDS 前處理器 PyroSim 中後，其幾何模型信息是準確 無誤的，這與之前需二次建模相比，不僅極大的節省了時間且不會出現偏差。在 實際操作過程中，我們也發現了一些問題，Revit 模型中，各建築構件如門、窗及 消防設備等，均以幾何信息形式轉換到 FDS 模型之中，門、窗均為實牆之性質，
為封閉狀態，如下圖。各類消防設備並不能在工程模擬中有相應之功效。故需根 據具體工程案例，在 PyroSim 中，對其門、窗及煙感探頭、自動撒水裝置、補風 機、排風機等消防設施進行重新設置及定義。
圖 6- 5 BIM 幾何信息拋轉後門窗為封閉狀態
貳、 FDS 設置完整電腦模擬模型
本研究案所採用之模型為已有 FDS 模擬過之工程案例，區別在於原案例 採用 FDS 鍵入信息建模，而本案採用 BIM 拋轉導入幾何模型建模。模型其 它部分如：火源規模、燃燒速率、火源位置及測點位置等均與原工程案例一 致。具體設置情況如下。
1. 火災情景
工程案例為五層建築，每一層均有設置火災情景，本研究案採用最危 險之情景，模擬結果與原案例進行比照，其情景說明如下：
表 6- 3 FDS 火災情景設置說明 火源位置 火源規模 火源燃燒速率 火源成長模式 2F 走廊 300kW
(共 1 處)
快速成長曲線 α=0.04689
T-squared（t2）
嚴苛設定火源達到最大火源規 模 0.3 MW 後，維持定值，不 隨時間衰退
圖 6- 6 2F 走廊火源設置位置
網格設置：因重新建模不能與原工程模型完全一致，所以格點大小及總數 會略有不同，但為保證模擬結果更精確，格點大小會比原有模型更精細。設置 說明如下：
表 6- 4 FDS 格點設置說明
案例 總格點數 格點大小
原工程案例模型 2,367,000 全區配置均勻格點，大 小為 30*30*30cm BIM 拋轉 FDS 模型 2,592,000 全區配置均勻格點，大
小為 25*25*25cm
2. 煙毒危害判定標準
火災會產生如一氧化碳、二氧化碳等有害人體之致命性氣體，同時會引起 空氣中氧氣濃度之不足，當各種氣體到達人體所能承受之極限時，便會對避難 人員造成逃生困難甚至造成生命危害。
同時，煙由於成分中含有碳粒及焦油，故在濃度增高時便足以遮蔽光線而 造成視覺的障礙，進而降低能見度，妨礙避難人員從火場中逃生。而能見度的 高低取決於煙的成分、濃度、微粒的大小、分布的情況以及照明設備等狀況，
其中煙的濃度可以由當光線照射經過煙氣時降低光線的亮度或可視度
（Visibility）來測定。故本案將逃生可視度（Visibility）列為影響避難重要因素 之ㄧ。
火災中之主要危害狀況影響因素在 SFPE 防火設計手冊（SFPE Handbook of Fire Protection Engineers）及紐西蘭設計指南（Fire Engineering Design Guide）中 有詳細規定，其對於人體承受危害程度之規定分述如下：
紐西蘭設計指南
紐西蘭設計指南中詳述，當火災發生時人體對於溫度忍受方面以小於 60℃
為極限，在煙毒忍受能力以 CO 須小於 1400ppm、HCN 須小於 80ppm、O2 大於
12％、CO2 須小於 5％為人體忍受極限，同時熱幅射量須小於 2.5 kw/㎡，上述 之基準值均是人體不得暴露超過 30 分鐘的極限值。
在可視距離範圍方面，紐西蘭設計指南建議最小可視距離 10m 為維持最基 本健康條件的簡單判斷方法，最小可視距離 10m 時煙毒尚不至於產生累積到可 危害人體之量，也不至於造成逃生避難上之危害，上述相關數據如表 6-5 及表 6-6 所示：
表 6- 5 煙遮光率所能承受的極限值
Location Minimum visibility(m) Optical density(1/m)
Small rooms
5m 0.2Other rooms
10m 0.1（資料來源：依據：Fire Engineering Design Guide，Third Edition，2008）
表 6- 6 人體承受危害程度指標分析表 危害類型 承 受 極 限
熱對流 氣流層溫度≦60℃（不能超過 30min 以上的暴露時間）
毒性 CO≦1400 ppm (small children incapacitated in half the time) HCN ≦80 ppm
O2≧12%
CO2≦5%
（以上標準以承受 30 分鐘為極限）
熱輻射 輻射熱≦2.5kw/㎡（這相當於氣體層的溫度達 200℃，承受時間小 於 20 秒）
（資料來源：依據：Fire Engineering Design Guide，Third Edition，2008）
針對 SFPE 防火設計手冊及紐西蘭設計指南所制定的煙毒危害標準，
本案均選擇最保守之數據為煙毒判斷基準，綜合表 8.3~8.4，考慮到模擬的
人力成本及電腦負荷，加之以往模擬之經驗，會影響避難成功與否的最主 要的兩個因素為可視距離及避難路徑上氣流層溫度，因此本案僅以下列 2 個數值作為判定標準。
表 6- 7 本案煙毒危害判定標準
煙毒危害項目 判定標準
1
避難路徑上最小可視距離需大於 10 公尺。 Visibility≧10m 本案保守假設在本建築物各空間內均以 10 公尺為避難最小可視距離基準值。
2
避難路徑上氣流層溫度需小於 60℃。(不能超過 30min 以上的暴露時間)氣流層溫度≦
60℃
以紐西蘭設計指南所制定人體承受危害程度指標為量 測基準值。
說明：無論火源位於哪一樓層，各樓層避難路徑上均配置測點監控上述六項危害指標，作為判定是否安全之依據。
3. 煙層界限高度
本案針對火災逃生時煙毒對避難人員造成逃生障礙或是影響避難人員 生理狀態之危害因子為主要量測項目，而逃生避難判斷是以火災開始發生 至各危害因子達到危害數值之時間與人員避難時間比較，判定其避難安全 性能，若空間內之人員避難至安全區域，而危害因子尚未達到危害數值，
則表示該空間符合避難安全要求。而在判斷各空間危害因子是否達到危害 數值的過程中，煙層界限高度亦是影響判斷結果相當重要的因素之一。
在樓層避難安全界限的設定上，以各樓層避難路徑上任一位置 1.8m 高為煙 層界限高度。
在整棟避難安全界限的設定上，保守採用了 Route B 的觀念，以煙層達到 侵入垂直避難樓梯的高度時，即判定整棟避難時間終止，而不再進一步評估濃 煙流入樓梯間的量與下沈的速度。依據表 8.6 所列，本案直通樓梯出入口均屬於
防火門構造，因此整棟避難的煙層界限高度應為開口高度的 1/2。而本案在 FDS 中設置測點的位置與高度即以此為依據，設置於各樓層樓梯間的安全門前方，
高度則為安全門高度的 1/2 處。當這些測點的煙毒危害程度大於表 8.5 的判定標 準時，即表示煙毒已降到此高度並開始洩露至垂直避難的樓梯間內部。此時即 為整棟避難終止的時間點，並視此一時間為整棟避難界限時間。而後再以此一 時間與人員整棟避難時間比較，判斷整棟避難安全性能。
表 6- 8 煙層界限高度
開口部構造 煙層界限高度
設置可常時關閉或隨時關閉的防火設 備，且與偵煙探測器連動的自動關閉 裝置之防火設備。
從該居室地面至各出口上端高度最大 值中之 1/2 高度。
其他構造。 從該居室樓地面起至各出口上端的最
大高度。
（資料來源：建築物防火避難安全性能驗證技術手冊）
4. 測點位置
由第 3 項「煙層界限高度」說明中可知本案在 FDS 中設置測點的位置與高 度即以煙層界限高度為依據，於挑空區畫內之各層直通樓梯出入口前方及避難 通道上設置測點。關於本案電腦模擬之測點位置及高度敘述如下：
(1) 用以量測煙層侵入垂直避難樓梯以致影響整棟避難之測點，於直通樓梯 出入口前方且在安全門高度的 1/2 處設置之。
(2) 用以量測煙層入侵避難通道以致影響樓層避難之測點，以約每 5m 距離 在避難障礙高度 1.8m 處於避難通道上均勻設置之。
(3) 本案在避難通道上以約每 5m 距離在避難障礙高度 1.8m 處均勻設置測 點，本驗證採取較為嚴苛及保守之評價方式，因此選取該層最接近危險 值之測點當成該樓層避難安全界限時間判斷依據。測點位置示意圖如下 圖所示。
圖 6- 7 測點位置示意圖