第四章 案例調查與避難模擬
第五節 電腦模擬與實驗比較
第五節 電腦模擬與實驗比較
模擬案例包含電腦模擬與人流演練，內容包含場所介紹、避難計畫與情 境設定、實驗安排、電腦模擬、實驗分析與綜合討論，研究配合既定的消防 演練辦理，分述如下：
一、 場所介紹：
實驗地點為台北市某旅館（B4 類），如圖 4-15。10 層樓建築物，有緊 急用昇降機 2 座，一般電梯 3 座，樓梯 2 座。實驗的樓梯為右方樓梯寬度 120
第四章 案例調查與避難模擬
公分，每階之階深 27 公分高 18 公分。8F 平面面積約 924 平方公尺，雙人客 房 17 間，每間 2 人合計 34 人，收容人數依技術手冊規定為「住房人數*1.1」， 換算收容 37 人。整棟建築物樓地板面積超過 3000 平方公尺，警報設備分層 鳴動。走廊淨寬度 120 公分，進入樓梯之防火門寬 100 公分。房間到房門口 的步行距離 8 公尺，房門口到樓梯口的距離 22 公尺，走樓梯往下一個樓層 的水平距離 9.4 公尺。
圖 4-15a 圖 4-15b 圖 4-15 模擬二之電腦模擬現場示意圖
（資料來源：本研究整理）
二、 避難計畫與情境設定
（一） 避難計畫：現行該建築物既有的自衛編組演練概況如下表 4-6 所示：
表 4-6 自衛編組演練流程表 狀
況
內容 處置單位 狀況 處置流程 備考
一 狀況發 生
防災中心 >火警受信總機顯 示起火處所。
>設備開始動作。
>通報該層通報班成員前往 查看。
>通知機電人員檢視設備運
作情形。
第四章 案例調查與避難模擬
（4）想搭電梯，等不到電梯，每層 1 人，共 3 人。
（5）失去方向不知所措亂跑，每層 1 人，共 3 人。
（6）以為火警誤報，出門察看又返回房間，每層 1 人，共 3 人。
（三） 實驗安排
實驗開始時，避難者往右方樓梯移向避難層，消防隊員自避難層經右方樓梯向上 移動。錄影機安排於 2 樓到 9 樓的樓梯間各 1 台，以及 7 樓到 9 樓的走廊各 1 台，
共 11 台錄影機錄下全部過程。位置如下：
1、 於 9F、8F、7F 窗戶角落上面，如圖 4-16。
圖 4-16a 圖 4-16b 圖 4-16 模擬二之攝影機安裝位置圖（1）
（資料來源：本研究整理）
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2、於 9F 到 2F 的樓梯平台，如圖 4-17a、圖 4-17b。
圖 4-17a 圖 4-17b 圖 4-17 模擬二之攝影機安裝位置圖（2）
（資料來源：本研究整理）
（四） 電腦模擬
以向下避難速度 54（公尺/分鐘）相當於 0.9（公尺/秒），以及消防隊 員向上行進速度 39（公尺/分鐘）相當於 0.65（公尺/秒），透過 PATHFINDER 2011 版，進行下列模擬，模型設定之步驟如圖 4-18 所示：
1 樓及出口設置 樓梯設置
房間配置 第 9 樓設置完成
人員設置 人員性質設定
消防人員配置 模擬參數設定
第四章 案例調查與避難模擬
模擬執行畫面 模擬動態結果
圖 4-18 模擬模型設定步驟
（資料來源：本研究整理）
本研究採用了 3 種模擬模式設定，模式 1：只有避難者，沒有消防隊。
模式 2：避難人員與消防人員二者競用，採用 PATHFINDER 內鍵的「最短距離 模式」。模式 3：避難人員與消防人員二者競用，樓梯設定分隔線，避難人 員與消防人員自動靠邊的模式。模擬畫面如圖 4-19 所示。整理模擬結果如 表 4-7 所示。
(1)模擬結果畫面-只有避難者，沒有消防隊(總模擬時間 136.15 秒)
T=0 秒 T=20 秒
T=40 秒 T=60 秒
T=90 秒 T=120 秒
第四章 案例調查與避難模擬
(2)模擬結果畫面-二者競用，「最短距離模式」，避難者與消防隊互不相讓。(模擬失敗，
人員塞住)
T=0 秒 T=10 秒
T=20 秒 T=30 秒
T=60 秒 T=91.7 秒，人員塞住
(3)模擬結果畫面-二者競用，樓梯設定分隔線，二者均靠邊，人流情形與實驗情形接近。
(總模擬時間 377.88 秒)
T=0 秒 T=20 秒
T=40 秒 T=80 秒
T=150 秒 T=168 秒，消防隊員全部到達起火層
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T=240 秒 T=360 秒
圖 4-19 模擬畫面圖
（資料來源：本研究整理）
電腦模擬有背藍色背包的消防隊員向上前進
電腦模擬有背藍色背包的消防隊員向上前進，與避難人員在樓梯間遭遇的情形，電腦模
擬圖中，不同穿著的避難人員代表來自不同樓層的避難人員。
避難人流持續與消防救災人員競用遭遇的情形。
消防隊員已經上去救災，低樓層只有剩下避難人員的情形。
圖 4-20 模擬結果與實驗照片比較圖
（資料來源：本研究整理）
表 4-7 模擬情形表
模式 模擬情形 模擬結果
1 只有避難者，沒有消防隊 人流順暢，整棟避難完成時間 136.15 秒。
2 二者競用，「最短距離模式」 避難者與消防隊互不相讓，塞住不動。
3 二者競用，樓梯設定分隔線 二 者均靠邊 ，人流 情形與 實驗情 形接 近，整棟避難完成時間 377.88 秒。
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（資料來源：本研究整理）
由模擬結果與實驗錄影帶觀察比較，得出下列初步結果：
2. 只有避難者，沒有消防隊的情形，代表沒有競用的情形發生，模擬結果 人流順暢，整棟避難完成時間 136.15 秒。
3. 當避難人員與救災人員均採用最短距離模式，由於樓梯的內側距離最 近，避難人員與消防人員爭先走樓梯的內側，造成人流塞住不動，實際 的情形既然樓梯還有剩餘寬度，應該是會繞道外側而行比較合理。
4. 模式 3 的人流模擬情形較接近，避難人員靠外側，救災人員靠內側。實 際實驗的情形是，由於救災人員要拉水線，因此由樓梯內側的空間垂直 拉水線，領頭的消防隊員在前端負責開路，會把人員趕到外側，由於人 流有跟隨性，接續的人流會自動往樓梯外側避開消防人員，整棟避難完 成時間 377.88 秒，觀察發現，只要樓梯能夠留出一個人可以通行的寬度，
則那一排人流的速度似乎不會有因為密度而降低流速。
5. 依上述第 2 組與第 3 組實驗看來，實際救災時，消防隊員將人趕到樓梯 外側，一方面是拉水線需要，另一方面可以避免擁塞。如果不實行這樣 的作為，則可能類似前述模式 2 的模擬情形，避難人員與救災人員戶不 相讓塞成一團，由此看來，將避難者趕到外側的作法是一個妥當的消防 戰術行為策略。
6. 依上述第 1 組與第 3 組實驗看來，第 1 組模擬的避難人流可以雙排避難，
整棟避難完成時間 136.15 秒。第 3 組只剩下單排人流避難，整棟避難完 成時間 377.88 秒，表示競用發生時，避難完成時間必須重新評估。
（五） 實驗分析 1、移動速度分析
樓層 避難者下行 （公尺/分鐘） 消防隊上行
（公尺/分鐘）
遭遇之避難 者序號 未遭遇 A 遭遇 B 未遭遇 C 平均
9F 68.46 54.00 消防未到 67.50 81.00 30～31
8F － － － － － －
7F － － － － － －
6F 85.86 63.86 51.55 66.96 41.75 26～68 5F 77.14 58.56 40.22 56.05 26.04 8～68 4F 消防已到 49.78 36.26 45.33 28.10 1～57 3F 40.50 54.12 46.48 49.22 28.08 3～37 2F － － － － 28.81
總平均 54 39
（資料來源：本研究整理）
（1） 避難者下行速度分為未遭遇消防隊、遭遇消防隊、消防隊已經通過等三段，避 難者遭遇消防隊之序號 26～68 代表第 26 位避難者到第 68 位避難者與消防隊 遭遇。
（2） 避難人員往下避難的速度介於每分鐘 36.26 到 85.86 公尺之間，平均每分鐘 54 公尺，這個速度是指水平分量而言。這個速度高於技術手冊的下樓梯速度每分 鐘 36 到 47 公尺。本實驗的人員年齡介於 20 歲到 40 歲之間，模擬的情境設定 可參閱本節第二單元，讀者可以由前述情境比較實驗的速度與技術手冊的速 度，可以推知技術手冊的速度比本實驗情境的實驗結果來的保守。
（3） 目前技術手冊提供的人員上行速度介於每分鐘 27 到 35 公尺之間，但其對象是 指地下室往上避難的避難者，並非消防人員。消防隊上行的速度，實驗結果介 於每分鐘 26.04 到 81 公尺之間，平均每分鐘 39 公尺，目前文獻尚未發現消防 隊前進速度的資料，本實驗提供的資料可資參考。實際上，消防隊員是經過訓
第四章 案例調查與避難模擬
練的人員，因此在無阻礙的時候行進的速度相當快速，在本實驗中，著裝備的 消防隊員（參閱圖 4-14）行進的速度高達每分鐘 81 公尺，但消防隊員行進之 間，會有相當多時間在接駁水線，有時候會停下來聯繫救災事宜，因此平均的 行進速度只有每分鐘 39 公尺，這些數值的上下落差很大，引用時宜注意情境。
2、由圖片分析
圖 4-21 模擬二之避難情形圖
（資料來源：本研究整理）
（1） 理論上，避難人流的有效流動係數固定時，通過的人數會與樓梯寬度成正比。
當避難者與人員競用時，消防隊人員佔據樓梯的一半，使得原本避難人流可以二 排並行變成單排行進。
（2） 調閱錄影帶可以發現，實驗開始前段，避難人員還沒有與消防隊員遭遇前，避 難人流在樓梯間的密度不高時，避難人流只有一排，有人喜歡走旁邊扶著牆壁
或扶手，有人喜歡走中間比較寬敞，很少並排的現象。可能由於避難者在通過 防火門的時候是一個接一個，也可能避難者在快速移動的時候，並排不方便高 速前進。但也可以發現跑步快速移動的比率較高。
（3） 避難者與消防隊遭遇的時候，被消防隊趕到一旁，當原本人流密度不高（避難 人員可以維持一個接一個單排前進）時，實際上消防隊員與避難人員同時使用 樓梯間，讓避難者由跑步變成快速前進。
（4） 當樓梯寬度原本可以允許二人並行，當避難人流的密度高到可能必須雙排前進 時，此時的樓梯寬度被消防隊佔用一道，則避難人流由二道變成一道時，這種 情形下，避難人員與消防人員競用樓梯間可能造成人流擁塞速度減緩。實際實 驗的情形是，當樓梯寬度足夠二排人並行時，避難人員會跑步、會超越，每個 人行進的速度差異相當大，當競用的時候，避難人流變成一排，避難者由跑步 變成快速移動，人流密度明顯增加，接近每個避難人員的移動速度接近。
第六節 樓梯間競用問題的綜合討論