原有合法場所既設消防安全設備有效性及改善技術與工法之研究

原有合法場所既設消防安全設備

有效性及改善技術與工法之研究

內 政 部建 築研 究 所委 託研 究

中 華 民 國 109 年 12 月

(本 報 告 內 容 與 建 議 ， 純 屬 研 究 小 組 意 見 ， 不 代 表 本 機 關 意 見 )

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原有合法場所既設消防安全設備

有效性及改善技術與工法之研究

內 政 部建 築研 究 所委 託研 究

中 華 民 國 109 年 12 月

(本 報 告 內 容 與 建 議 ， 純 屬 研 究 小 組 意 見 ， 不 代 表 本 機 關 意 見 )

受委託單位： 財團法人消防安全中心基金會

研究主持人： 沈子勝

協同主持人： 何岫璁

顧 問： 鄭志強

研 究 助 理 ： 周中祺、楊卿源、彭美珠

研 究 期 程 ： 中華民國 109 年 1 月 30 日至 12 月 31 日

研 究 經 費 ： 新臺幣 120 萬 4,400 元

目 次

目 次 ... I

表 次 ...III

圖 次 ... V

摘 要 ... VII

第一章

緒 論 ... 1

第一節 研究緣起與背景... 1

第二節 研究範圍與內容... 2

第三節 研究方法與流程...12

第二章

自動撒水設備的調查與分析 ...27

第一節 撒水頭試驗結果與分析 ...27

第二節 放水試驗與模擬分析 ...38

第三章

防災監控系統的調查及改善技術 ...55

第一節 防災監控系統的現況調查 ...55

第二節 受信總機的整合與試驗 ...67

第四章

結論與建議 ...85

第一節 結論 ...85

第二節 建議 ...95

參考書目 ...99

附錄一 採購評選會議紀錄審查意見及回應表 ...103

附錄二 期中審查意見回覆 ...107

附錄三 期末審查意見回覆 ... 113

附錄四 新品撒水頭測試數據 ... 119

附錄五 自動撒水設備水力計算結果彙總 ...133

附錄六 防災監控系統現地調查紀錄 ...155

附錄七 設置標準建議修正條文對照表 ...165

附錄八 撒水頭外觀目視檢查表 ...191

附錄九 第一次專家座談會暨專家諮詢會議紀錄 ...193

表 次

表 1- 1 撒水頭取樣前基本資料調查表 ... 13

表 1- 2 水系統配管摩擦損失公式彙整 ... 18

表 1- 3 Hazen – Williams Equation摩擦係數C ... 18

表 1- 4 日本與美國加壓送水裝置相關規範索引 ... 20

表 2- 1 新品撒水頭之樣本資料 ... 27

表 2- 2 新品撒水頭的試驗結果 ... 27

表 2- 3 既設撒水頭樣本及試驗項目 ... 30

表 2- 4 既設撒水頭外觀檢查結果 ... 31

表 2- 5 既設撒水頭耐洩漏試驗結果 ... 33

表 2- 6 既設撒水頭動作溫度試驗結果 ... 34

表 2- 7 既設撒水頭功能試驗結果 ... 35

表 2- 8 既設撒水頭熱氣流感應試驗結果 ... 37

表 2- 9 幫浦性能曲線測試結果 ... 42

表 2- 10 現地實測與水力計算之結果 ... 43

表 2- 11 水力計算參數設定表 ... 44

表 2- 12 NFPA 13 場所危險等級之建議 ... 45

表 3- 1 防災監控系統現地調查表 ... 55

表 3- 2 現地調查建築物之基本資料 ... 60

表 3- 3 防災監控系統表示/警報/操作之現況調查彙總表 ... 63

表 3- 4 未由防災監控系統及受信總機表示/警報/操作彙總表... 65

表 3- 5 連結送水設備表示項目通報例 ... 68

表 3- 6 防災監控系統相關之消防安全設備及單價代號 ... 70

表 3- 7 防災監控系統相關費用假設值 ... 71

表 3- 8 小場域防災監控系統相關之消防安全設備清單 ... 71

表 3- 9 小場域火警受信總機輸出/輸入訊號數量 ... 72

表 3- 10 小場域P型受信總機整合防災監控系統費用 ... 73

表 3- 11 小場域R型受信總機-中繼器傳輸整合防災監控系統費用 .... 73

表 3- 12 小場域R型受信總機-通訊協定整合防災監控系統費用 ... 74

表 3- 13 大場域防災監控系統相關之消防安全設備清單 ... 75

表 3- 14 大場域火警受信總機輸出/輸入訊號數量 ... 75

表 3- 15 大場域P型受信總機整合防災監控系統費用 ... 78

表 3- 16 大場域R型受信總機-中繼器傳輸整合防災監控系統費用 .... 79

表 3- 17 大場域R型受信總機-通訊協定整合防災監控系統費用 ... 79

表 3- 18 小場域及大場域建築物防災監控系統費用比較 ... 80

表 3- 19 大場域建築物防災監控系統改善檢核表 ... 80

表 3- 20 專用型和通用型防災監控平台之比較 ... 83

表 4- 1 自動撒水設備外觀檢查建議增列條文 ... 85

表 4- 2 滅火設備大規模修繕的建議 ... 86

表 4- 3 NFPA 25 自動撒水設備檢查、測試和維護保養摘要 ... 87

表 4- 4 原有合法建築物防火避難設施及消防設備改善辦法 ... 89

表 4- 5 各類場所消防安全設備設置標準修正對照表 ... 91

圖 次

圖 1- 1 自動撒水設備放水之燃燒釋熱率比較 ... 5

圖 1- 2 撒水頭試驗研究流程圖 ... 12

圖 1- 3 耐洩漏測試設備 ... 14

圖 1- 4 動作溫度測試設備 ... 15

圖 1- 5 功能試驗箱 ... 16

圖 1- 6 熱氣流感應試驗設備 ... 17

圖 1- 7 熱氣流感應試驗設備配置圖 ... 17

圖 1- 8 自動撒水設備之管路系統分析研究流程圖 ... 21

圖 1- 9 防災監控系統調查與整合研究流程圖 ... 25

圖 2- 1 既設撒水頭取樣過程紀錄 ... 28

圖 2- 2 既設撒水頭取樣照片 ... 30

圖 2- 3 撒水頭耐洩漏試驗照片 ... 32

圖 2- 4 撒水頭動作溫度試驗樣品照片 ... 34

圖 2- 5 撒水頭功能試驗樣品照片 ... 36

圖 2- 6 撒水頭熱氣流試驗樣品照片 ... 38

圖 2- 7 實驗對象自動撒水設備平面圖 ... 39

圖 2- 8 實驗對象自動撒水設備系統圖 ... 40

圖 2- 9 自動撒水設備各管段對應現況 ... 41

圖 2- 10 自動撒水幫浦性能曲線圖 ... 42

圖 2- 11 現地實測與水力計算曲線圖 ... 43

圖 2- 12 NFPA 13 自動撒水放水密度/防護面積曲線圖 ... 44

圖 2- 13 自動撒水設備放水性能之影響因素 ... 47

圖 2- 14 C值對供水高度及放水密度之影響 ... 48

圖 2- 15 C值對供水高度及放水壓力之影響 ... 48

圖 2- 16 設計條件對放水壓力之影響 ... 49

圖 2- 17 設計條件對放水密度之影響 ... 50

圖 2- 18 撒水頭防護半徑對放水壓力之影響 ... 51

圖 2- 19 撒水頭防護半徑對放水密度之影響 ... 51

圖 2- 20 撒水頭放水係數對放水壓力之影響 ... 52

圖 2- 21 撒水頭放水係數對放水密度之影響 ... 53

圖 3- 1 防災監控系統現地調查紀錄照片 ... 62

圖 3- 2 I/O傳輸監控架構和物聯網資料庫架構之比較 ... 67

圖 3- 3 既有防災監控系統功能擴充模式 ... 68

圖 3- 4 防災監控系統顯示畫面例 ... 70

圖 4- 1 第三方管理制度架構 ... 90

摘 要

關鍵字：原有合法建築物、自動撒水設備、防災監控系統 一、緣起 相較於新建建築物，原有合法建築物適用於建築物興建時的法令標準，與經 歷多年經驗與案例後修正之法令有所不同。其防火避難設施及消防安全設備可能 相對弱於現行法規的情況下，原有合法建築物消防安全理當投入更多的研究與關 注。由於設置於建築物中的消防安全設備有可能會隨著時間、環境因素而逐漸老 化、損壞。然而，時間對於消防安全設備的影響究竟為何？設置達一定以上時間 之消防安全設備該如何進行抽樣、檢查、測試和評估呢？一旦發現設備功能異常 或性能衰減，如何在不破壞建築物結構、設備情況下，透過對建築物衝擊影響較 小的技術、工法或同等性能的替代性方案使安全與經濟可達到平衡，確實是刻不 容緩的議題。 二、既設撒水頭試驗調查 為調查於建築物設置一段時間之撒水頭，其放水性能是否會因為產品材質、 設置環境、管內水質而造成影響，本研究首先針對新品撒水頭進行動作試驗， 了解市面上銷售及安裝之撒水頭樣品的放水性能試驗結果。在已設置之撒水頭 取樣方面，本研究以 11 層以上且屋齡 20 年以上之原有合法建築物為調查對象 抽取撒水頭，並依序進行外觀檢查、 耐洩漏試驗、動作溫度試驗、功能試驗及 熱氣流感應試驗。根據試驗結果及試驗過程中之觀察，提出既設撒水頭之管理 與政策上之建議。 三、撒水設備放水試驗與模擬 首先挑選實驗場域進行現地試驗，針對自動撒水設備最末端末端查驗裝置進 行放水測試。將現地測試結果和水力計算工具進行比較，確認水力計算工具正確 性後，進行不同設計參數(幫浦揚程、海森威廉 C 值、撒水頭防護半徑、撒水頭 放水係數)的樣本計算模擬分析。最後，針對原有合法建築物之現況特性，並提 出提升民眾改善意願的管理制度和政策建議。 四、防災監控系統現況調查與整合技術 首先進行防災監控系統現地調查，了解目前高層建築物防災監控系統與認可

基準功能規範之符合度。其後，探討 P 型或 R 型火警受信總機進行電氣傳輸和 通訊整合之技術相容性。引用資通訊(Information and Communication Technology, ICT)及物聯網(Internet of Things, IoT)相關技術，提供新建及既存原有合法建築物 可行的整合方式，並提出法規增修之建議。 五、研究發現 (一) 既設撒水頭試驗 1. 撒水頭因外力及環境因素所造成撒水頭外觀缺失和撒水頭洩漏，可透過定 期檢修作業察覺並予以汰換。 2. 長時間的管內鏽蝕、汙垢之物理、化學等因素，有可能會造成撒水頭發生 沉積現象及影響撒水頭熱氣流反應時間。上述因素難以於檢修時以外觀目 視察覺和判斷。 (二)撒水設備放水試驗與模擬 1. 管路系統長時間使用會造成海森威廉 C 值下降，進而影響撒水頭放水性能。 幫浦性能也可能逐漸衰減而影響撒水設備放水性能。建議管理權人應於定 期消防檢修時，紀錄幫浦性能曲線和末端查驗裝置放水壓力。自動撒水設 備放水性能衰減時，可交叉比對長期紀錄的幫浦性能曲線和放水壓力，決 定經濟、合理、有效的改善方式。 2.撒水設備性能改善方區域分為「公共區域」和「區分所有權」範圍，前者可 透過增大幫浦揚程或減少配管摩擦損失；後者藉由調整撒水頭防護半徑和 放水係數提高放水密度。增列性能判斷指標，有助於民眾改善提升消防安 全設備效能意願。 (三) 防災監控系統現況調查與整合技術 1. 本研究採用物聯網資料庫結構進行整合，將受信總機電氣訊號和通訊訊號 傳送至資料庫，再傳送指定畫面、語音、文字至指定的使用者載具。此外 透過資料庫管理架構，可將資料紀錄、儲存、分析，有助於政府對於火災 預防制度的管理，達到減少人力和資源的目標 2.既有高層建築物防災監控系統的功能普遍來說尚未完備，建議公協會可辦理 防災監控系統整合技術相關之研討會或課程，藉由整合技術之普及化，協

助更多建築物現地提升其防災監控系統之功能。 六、主要建議事項 經由研究執行結果，為提升原有合法場所之消防安全，建議未來可以加強的措施 如下： 建議一 加強消防專技人員對於撒水頭外觀檢查之教育訓練：立即可行建議 主辦機關：中華民國消防設備師公會全國聯合會、中華民國消防設備士公會全國 聯合會、中華民國消防設備師(士)協會 協辦機關：中華民國消防工程器材商業同業公會全國聯合會、台灣區消防工程器 材工業同業公會 建議加強消防專技人員對於撒水頭外觀檢查之教育訓練，以增加消防專技人 員檢修之判定專業，例如：撒水頭外觀腐蝕比率、本體生鏽情況、玻璃球液體流 失現象之判斷方式。藉由提高消防專技人員之檢修能力，以於執行檢修作業時發 現缺失、及時汰換，確保撒水頭具備應有之功效。 建議二 研修「消防機關辦理建築物消防安全設備審查及查驗作業基準」之增列條文：中 長期建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：內政部消防署、中華民國消防設備師公會全國聯合會、中華民國消防 設備士公會全國聯合會、中華民國消防設備師(士)協會 本研究建議針對「管路沖洗試驗」進一步研討其施作程序、方法及國內消防 專技人員專業能力與執行現況後，取得共識後再行就「消防機關辦理建築物消防 安全設備審查及查驗作業基準」自動撒水設備性能試驗項目中，增列「管路沖洗 試驗」之內容，以清除管道系統中的碎屑，避免管內雜物堆積在撒水頭而影響撒 水頭性能。 建議三 研修「消防安全設備及必要檢修項目檢修基準」之增列條文：中長期建議 主辦機關：內政部建築研究所

協辦機關：內政部消防署、中華民國消防設備師公會全國聯合會、中華民國消防 設備士公會全國聯合會、中華民國消防設備師(士)協會 本研究建議進一步調查或分析參酌 NFPA 25 第 5.2.1.1.1 節或日本消防裝置 工業會之建議，於美國、日本之消防專技人員執行之比率、檢查方法、場所如何 配合、可能產生費用及其他問題等情形，以及其建築或消防主管機關採強制、輔 導或宣導何種推動方式，以擷取其實際經驗。 建議四 建議設置達一定年份之撒水頭抽樣進行動作溫度試驗和功能試驗：中長期建議 主辦機關：內政部消防署 協辦機關：財團法人消防安全中心基金會、財團法人中華民國消防技術顧問基金 會、中華民國消防設備師公會全國聯合會、中華民國消防設備士公會 全國聯合會、中華民國消防設備師(士)協會 考量台灣國情與日本相近，且快速反應型撒水型之採用十分普遍，參照日本、 美國之建議做法，裝設一定時間以上之撒水頭應實施抽樣試驗，並視試驗結果決 定是否汰換。 建議五 「原有合法建築物防火避難設施及消防設備改善辦法」第二十五條第二款增列性 能判斷指標：中長期建議 主辦機關：內政部營建署 協辦機關：內政部消防署、內政部建築研究所 原有合法建築物防火避難設施及消防設備改善辦法第二十五條第二款規定： 「滅火設備之施工及結構安全確有困難者，應設有與現行法令同等滅火效能之滅 火設備」，本研究建議該款評估「同等滅火效能」滅火設備時，可將撒水放水壓 力和放水密度皆視為撒水設備之性能指標，以供原有合法建築物設計單位選擇， 有助於民眾改善提升消防安全設備效能之意願。 建議六 增修「各類場所消防安全設備設置標準」之建議條文：中長期建議

協辦機關：中華民國消防設備師公會全國聯合會、中華民國消防設備士公會全國 聯合會、中華民國消防設備師(士)協會 既有高層建築物在防災監控系統的電腦設施之建置，以及相關之防災設施、 設備的表示項目、警報項目、操作項目等功能普遍來說尚未完備，為使消防專技 人員和各縣市消防機關圖說審查、竣工查驗有更明確之標準。本研究提出針對「各 類場所消防安全設備設置標準」之建議修正條文。

ABSTRACT

Keywords: original legal buildings, automatic sprinkler equipment, disaster prevention & monitoring system

1. Background

Compared with newly built buildings, the legal standards used to apply to the originally constructed legitimate buildings are different from those that have been revised after years of experience and cases. Since their fire-proof refuge facilities and fire-fighting safety equipment may be relatively weaker than the requirements prescribed by current laws and regulations, therefore, the fire safety of the original legal buildings should receive more research and attention. Generally speaking, fire safety equipment installed in buildings may gradually wear out and become damaged due to time and environmental factors. Problems that arise from such phenomena tend to reflect the impact of time on fire safety equipment. How to conduct sampling, inspection, testing, and evaluation for fire safety equipment that has been installed for a certain period? Once the equipment is found to function abnormally or performance is degraded, how to achieve a balance between safety and economy through technology, construction methods, or alternative solutions with equivalent performance that have less impact on the building as far as damaging the structure and equipment of the building? These are indeed urgent issues.

2. Test of the investigation for existing sprinkler head Test Investigation

In order to investigate whether the water discharge performance of sprinklers installed in buildings for a period of time would be affected by the product material, installation environment, and water quality in the pipes, this study first conducted an operation test on new sprinklers to obtain the water release performance test results of sprinklers currently sold and installed on the market. With regard to the sampling of the sprinkler heads that have been set up, this study took the original legal buildings with 11 floors or more along with an age of more than 20 years as the survey object to sample the sprinkler heads, and proceeded with the appearance inspection, leak resistance test, operating temperature test, functional test, and hot air induction test in order. Based on the test results and observations during the test, suggestions on the management and policies of the existing sprinklers were put forward.

3. Water release test and simulation of sprinkler equipment

First, this research selected the experimental field to carry out on-site testing, and conduct a water release test for the inspection device at the end of

the automatic sprinkler. After comparing the on-site test results with the hydraulic calculation tool and confirming the correctness of the hydraulic calculation tool, a sample calculation simulation analysis of different design parameters (lift of pump, Hessen-William c value, sprinkler protection radius, sprinkler head release coefficient) was then performed. Finally, targeting the current characteristics of the original legal buildings, the management system and policy conducive to a willingness to improve, details are proposed and recommended by the study.

4. Investigation and integration of technology of the current situation for the disaster prevention & monitoring system

First, an on-site investigation of the disaster prevention monitoring system was conducted to understand the current high-rise building disaster prevention monitoring systems, and the conformity of benchmark function specifications. Then, the technical compatibility of P-type or R-type fire alarm switchboards for electrical transmission and communication integration were discussed. After citing technologies related to information and communication technology (ICT) and Internet of Things (IoT), this study provides feasible integration methods for new and existing legal buildings, and puts forward suggestions for amendments to regulations.

5. Research findings (1) Existing sprinkler head test

A. The appearance defects and leaks of the sprinkler head that are due to external forces and environmental factors can be detected and replaced through regular maintenance.

B. Long-term rust, dirt, physical and chemical factors in the pipe may cause the sprinkler head to experience deposit phenomenon and affect the reaction time of the sprinkler's hot air flow. The above mentioned factors are difficult to visually detect and judge during maintenance.

(2) Water release test and simulation of sprinkler equipment

A. The long-term use of the piping system will cause the Hesen William C value to drop, which will further affect the water discharge performance of the sprinkler head. At the same time, the pump performance may gradually decay and affect the water discharge performance of the sprinkler equipment. It is recommended that the management right holder should record the pump performance curve and the discharge pressure of the terminal inspection device during regular fire maintenance. When the water discharge

curve and the water discharge pressure recorded over time can be cross-compared to determine an economical, reasonable, and effective improvement method.

B. The area for improving the performance of sprinkler equipment is divided into

"public area" and "differentiated ownership". The former can be improved by increasing the pump lift or reducing the friction loss of piping, while the latter can increase the density of released water by adjusting the protection radius of the sprinkler head and the discharge coefficient. The addition of performance judgment indicators will help people improve their willingness to improve the effectiveness of fire safety equipment.

(3) Investigation and integration technology of the current status of the disaster prevention & monitoring system

A. This research used the Internet of Things database structure for integration, and transmitted the electrical and communication signals of the alarm control panels to the database, and then delivered the designated screen, voice, and text to the designated user vehicle. In addition through the database management structure, data is recorded, stored, and analyzed, which will help the government to manage the fire prevention system and achieve the goal of reducing manpower and resources.

B. Currently, the functions of the existing high-rise building disaster prevention & monitoring system are generally not complete. It is therefore recommended that public associations can organize seminars or courses related to integration technology of disaster prevention & monitoring systems to help more buildings to improve on site through the popularization of integration technology.

6. The main recommendations

Through the results of the research and implementation, measures that can be strengthened and will improve the fire safety of the original legal place in the future are recommended as follows:

Recommendation 1

Strengthen the education and training of fire-fighting specialists for the appearance inspection of sprinklers: immediate feasible recommendations

Organizer: The National Association of Fire Protection Engineer R.O.C., Fire Safety Technician Association of the Republic of China, and Chinese Fire protection Engineer’s Association Union

Co-organizers: Republic of China National Association of Fire Engineering Equipment and Taiwan Fire Industry Association

It is recommended to strengthen the education and training of the fire-fighting specialists for the appearance inspection of the sprinkler to increase the judging expertise of the fire-fighting specialists, such as: the corrosion rate of the sprinkler's appearance, the body rust, and the judging method of the glass bulb liquid loss. By improving the maintenance capabilities of fire-fighting specialists, defects can be found and replaced in time during maintenance operations to ensure that the sprinkler has the proper function.

Recommendation 2

The proposed additional clauses in the "Fire-fighting agency's handling of building fire safety equipment review and inspection operation standards": medium and long-term recommendations

Organizer: Building Research Institute, Ministry of the Interior

Co-organizers: county and city Firefighting Agencies, The National Association of Fire Protection Engineer R.O.C., Fire Safety Technician Association of the Republic of China, and Chinese Fire protection Engineer’s Association Union

This research proposes to further study the implementation procedures and methods of the "pipeline flushing test", as well as the professional capabilities and implementation status of domestic firefighting specialists, and then reach a consensus before proceeding with the "firefighting agency's review and inspection of building fire safety equipment" In the "benchmark" automatic sprinkler equipment performance test project, the content of "pipe flushing test" is added to remove debris in the pipeline system and prevent debris from accumulating on the sprinkler head and affect the performance of the sprinkler head.

Recommendation 3

"Fire safety equipment and necessary overhaul items maintenance standards" proposed additional provisions: medium and long-term recommendations

Organizer: Building Research Institute, Ministry of the Interior

Co-organizers: county and city Firefighting Agencies, The National Association of Fire Protection Engineer R.O.C., Fire Safety Technician Association of the Republic of China, and Chinese Fire protection Engineer’s Association Union

This study proposes to further investigate or analyze the NFPA 25 section 5.2.1.1.1 or the recommendations of the Japan Fire Service Industry Association, the ratio of firefighting professionals in the United States and Japan, the

issues, etc., and what kind of promotion methods the construction or fire control authority adopts to compel, counsel, or promote in order to capture their actual experience.

Recommendation 4

It is recommended to set up a sampling of sprinkler heads for a certain year for action temperature test and function test: medium and long-term recommendations: medium and long-term recommendations

Organizer: National Fire Agency, Ministry of the Interior

Co-organizers:Taiwan Fire Protection Safety Center Res Foundation, Taiwan Fire Technology Foundation, The National Association of Fire Protection Engineer R.O.C., Fire Safety Technician Association of the Republic of China, and Chinese Fire protection Engineer’s Association Union

Considering that Taiwan’s national conditions are similar to those of Japan, and the rapid-response sprinkler type is very common, referring to the recommendations of Japan and the United States, sampling tests should be carried out for sprinklers installed for more than a certain period of time, and whether to replace them depends on the test results.

Recommendation 5

"Measures for the improvement of fire protection refuge facilities and fire protection equipment for existing legal buildings" Article 25 Paragraph 2 adds performance judgment indicators: medium and long-term recommendations Organizer: Construction and Planning Agency Ministry of the Interior

Co-organizers: National Fire Agency, Ministry of the Interior and Architecture and Building Research Institute, Ministry of the Interior

This study proposes to add performance judgment indicators to Article 25, Paragraph 2 of the "Existing Legal Building Fire Protection Refuge Facilities and Fire Equipment Improvement Measures", to provide the original legal building design units to choose, which will help the public to improve and upgrade Willingness for the effectiveness of fire safety equipment.

Recommendation 6

Suggested amendments to the "Standards for the Installation of Fire Safety Equipment Based on Use and Occupancy": medium and long-term recommendations

Co-organizers: The National Association of Fire Protection Engineer R.O.C., Fire Safety Technician Association of the Republic of China, and Chinese Fire protection Engineer’s Association Union

The establishment of computer facilities in the existing high-rise building disaster prevention monitoring system, as well as the related disaster prevention facilities, equipment display items, alarm items, operation items and other functions are generally not complete, in order to enable firefighting specialists and counties and cities The fire department has clearer standards for graphic review and completion inspection. This study puts forward the proposed amendments to the "Standards for the Installation of Fire Safety Equipment Based on Use and Occupancy".

第一章 緒 論

第一節 研究緣起與背景

隨著社會發展，建築規模日益龐大、型態也更加複雜。為了因應建築使用的 時代趨勢，每當經歷某些案例或一段時間後，政府即會修訂「各類場所消防安全 設備設置標準」(以下簡稱消防設置標準)以期發揮設置消防安全設備之功效。消 防設置標準共 239 條，自頒布迄今共修訂 10 次。然而，基於法律不溯及既往原 則，新頒布法令往往僅能規範新建或用途變更之場所。為此，內政部建築研究所 近年投入大量研究能量，探討建築物防火避難安全、消防安全設備，以及建築物 安全管理、緊急應變處置技術等。然而，相較於新建建築物，原有合法建築物適 用於建築物興建時的法令標準，與經歷多年經驗與案例後修正之法令有所不同。 其防火避難設施及消防安全設備可能相對弱於現行法規的情況下，原有合法建築 物消防安全理當投入更多的研究與關注。 由於設置於建築物中的消防安全設備有可能會隨著時間、環境因素而逐漸老 化、損壞。換言之，建築物年代愈久，消防安全設備堪用風險亦愈高。例如，設 置多年的電氣設備、幫浦、配管，可能造成幫浦效率降低、配管鏽蝕洩漏等情況。 然而，時間對於消防安全設備的影響究竟為何？設置達一定以上時間之消防安全 設備該如何進行抽樣、檢查、測試和評估呢？一旦發現設備功能異常或性能衰減， 如何在不破壞建築物結構、設備情況下，透過對建築物衝擊影響較小的技術、工 法或同等性能的替代性方案使安全與經濟可達到平衡，確實是刻不容緩的議題。 基於上述，本研究將分別就自動撒水設備防災監控系統進行調查和分析，以達到 以下目的： (一) 提出既設撒水頭檢查及試驗方式之相關建議。 (二) 提出提升撒水設備放水性能之技術和制度建議。 (三) 提出防災監控控系統整合技術與改善評估方式。

第二節 研究範圍與內容

一、撒水頭性能試驗 撒水頭是決定自動撒水設備能否發揮放水防護的關鍵角色之一，消防安全 設備認可基準明定撒水頭應通過外觀檢查、功能檢查、熱感度試驗、動作試驗 等測試。本研究針對不同使用年限的撒水頭進行取樣測試，並針對 20 年以上撒 水頭材質疲勞老化導致是否尚具防護功效進行探討。材料疲勞損壞又稱持久極 限，其可定義為在經過許多周期的周期應力後，材料不會產生疲勞破壞的周期 應力。ASTM 未定義持久極限，但認為持久極限的數值會類似疲勞極限，自動 撒水設備中撒水頭為相當重要的角色，本研究針對使用二十年以上之撒水頭進 行外觀及性能測試，已針對其材料疲法度對撒水頭性能的影響範圍進行測試。 NFPA 25(2017)明確規範各類撒水頭應於特定年限後進行定期檢查，以一般 反應型撒水頭為例，應於使用 50 年後進行更換或測試，其後每隔十年應再進行 測試或更換一次；快速反應型撒水頭應於 20 年後進行更換或測試，其後亦每隔 十年進行測試或更換。針對原有合法建築使用多年的自動撒水設備，其撒水頭 因年久而無法正常動作的幾個原因包括材料疲勞(Fatique)、設備損壞、環境腐 蝕等因素。諸多因素中疲勞破壞往往主要原因之一，其動作異常往往是毫無預 警無法預測，因此正確評估撒水頭耐用性是非常重要的。撒水頭是否已因老化 疲勞導致火災發生時無法正常動作可以透過性能測試來進行驗證。Khalid A.M.(2019) 以案例統計分析分析澳大利亞 18 座購物中心建築物進行自動灑水 系統故障率分析，研究標的自動撒水系統設備使用期間故障率約 1.4%~9.8%， 意即系統可靠度約 90.2%~98.6%。其購物中心的自動撒水可靠度較高層建築辦 公大樓高約 3~4%( Moinuddin 2014)，其故障率最高的設備為撒水頭及閥配件。 程鑫(2017)以金屬疲勞強度進行應用，其研究指出疲勞是材料在應力或應變反 覆作用下產生的性能變化，最早於 1829 年，探討反覆增加金屬附載的疲勞性質 利用反覆施力用於鐵錬試驗。1840 至 1850 年，常因反覆負荷作用，而致使火 車軸產生破壞，於是「疲勞」名詞被提出。1850 至 1870 年透過車軸疲勞實驗， 發展出可視為最有一慣性及系統性的疲勞研究，提出 S-N 曲線與疲勞極限 (fatiguelimit)的觀念並且提高疲勞應力幅度(stress range)比最大應力(maximum

stress)更顯著的重要。撒水頭於自動撒水系統中具相當重要的功能，因此 NFPA 25(2017)要求每年應進行一次的外觀檢查。除定期檢查外，若明確察覺撒水頭 產生滲漏或損壞應立即進行備品替換。除此之外 NFPA 13 針對自動撒水系統安 裝標準進行規範，除應依設置數量配置備用撒水頭外，規範自動撒水設備之撒 水頭產生洩漏、鏽蝕、損壞、玻璃球熱敏元件液體流失、撒水頭性能受損、外 覆原廠以外油漆塗裝等狀態應立即進行撒水頭更換，系統更換數量大於 20 個以 上時應符合 NFPA 13 進行靜壓測試。 儘管消防法第九條規定，設置消防安全設備場所之管理權人應委託消防設 備師或消防設備士定期檢修消防安全設備，將檢修結果報請當地消防機關備查。 然而，依消防安全設備檢修及申報辦法規定密閉式自動撒水設備進行性能檢查 時，檢查項目僅包括：水源、電動機控制裝置、啟動裝置、加壓送水裝置、呼 水裝置、配管、送水口、流水檢知裝置、輔助撒水栓、耐震措施等。綜合檢查 時，則僅就接裝在建築物各層各流水檢知裝置配管系統的末端查驗閥測試等同 撒水頭放水性能之放水壓力。換言之，現行的自動撒水設備檢修作業中，對於 受熱開啟、抑制火勢的密閉式撒水頭，僅於外觀檢查時確認其外形、感熱及撒 水分佈障礙、未警戒部份，並沒有針對撒水頭進行動作試驗及熱氣流感應試驗， 另社團法人日本消防裝置工業會也針對消防設備大規模修繕的建議進行耐用年 限的研究。 二、設置時間對自動撒水設備之影響 Marchant(1982)以時間概念將火災與避難過程依照發生的先後順序提出以下 公式： 1 ≤ + + Tf Ta Tr Tp Tp(Time prove)是指火災產生的熱、煙、光或氣體經由探測器偵測或採手動 方式發出警報的時間；Tr(Time reaction)則是自接收火災警報至開始避難的時間；

Ta(Time action)為開始避難至抵達安全地點需要的時間。其中，Tf(Time final)可視

為「避難容許時間」(Available Safe Egress Time、ASET)，代表火災發生至環境 已無法安全避難的時間。許多避難的相關研究，著重於縮短 Tp、Tr 和 Ta。NFPA 92, “Standard for Smoke Control Systems” (2015)將建築物劃分為高溫煙層與低溫

空氣層，並以兩者間的介面定義為煙層高度。高溫煙層與低溫空氣層之間會存在 一煙層過度區域，此過度區域之底部稱為煙層第一徵兆。以人員從火場避難逃生 之設計目標看來，煙控設計的目的就是創造一個有助於避難人員疏散的流場，藉 由該流場維持一個相對安全的避難逃生路徑。自動撒水設備設置的目的之一，即 是希望藉由水的噴淋來抑制燃燒釋熱率(Heat release rate, HRR)，進而降低驅動熱 煙擴散的浮力(Buoyancy Force)，防止火災煙流蔓延至逃生通道中。 自動撒水設備自 1812 年發展迄今已 200 餘年，已證實為經濟且可靠的滅火 設備之一。火災發生時，火場溫度促使撒水頭達到設定溫度而開啟放水。藉由虛 擬原點之概念及火羽流之溫度、速度成高斯分佈之特性，發展出估算火羽流溫度 及速度之公式。利用此公式計算本研究實驗之火的大小，且對於火羽流的溫度與 速度進而分析其撒水頭作動之溫度與速度等之依據進行相關探討。Xin Ye et al.(2016)的研究中指出，自動撒水設備可有效減少火災發展初期的發熱量及熱輻 射效果。撒水不僅可吸收火場環境熱量，還可預淋濕燃燒物周圍環境，以達到控 制及撲滅火勢功能(趙清德，2009)。Frank(2013)研究發現自動撒水滅火系統有效 性為 70%至 99.5%，但是不正確操作也會有 0.5%至 30%的失敗率。美國國家防 火協會 NFPA(National Fire Protection Association, NFPA)的資料(1925~1964)則顯 示，撒水設備的滅火成功率可達 96.2%，可見自動撒水設備對於火災成長抑制可 扮演非常重要的角色。 國內外法令並未針對自動撒水管路系統規範使用年限，但因金屬管路系統 因水源雜質、鏽蝕、老化等均會造成管路摩擦損失產生變化，自動撒水設備的 配管維護工作，僅定期檢查階段僅檢查閥類、過濾裝置、排放管和流水檢知裝 置二次側配管，並沒有針對管路摩擦損失進行重新計算。長期使用的配管，可 能因管壁鏽蝕、鍍鋅剝離或髒污雜質而影響內徑或的管材摩擦係數 C 值(friction loss coefficient)，造成摩擦損失增大而無法達到完工初期時的放水壓力。本研究 擬針對實際案例進行放水壓力測試後再以水力計算工具進行管路摩擦損失 C 值 變化的驗證與計算。美國自動撒水設備水力計算中針對場所設置進行檢討，並 依序進行建築使用型態、系統選用、自動流水檢知裝置與立管配置後進行基本 設計參數與流量計算、摩差損失等反覆計算後進行設備安裝，但隨著建築物使

用年份造成管系水鏽、雜質、老化等因素直接影響水系統的摩擦損失 C 值，進 而影響自動撒水設備強度及均勻度。世界各開發中及已開發國家建築形態均趨 向高層化、大面積、使用型態複雜的特性。高層建築物火災發生時因為消防搶 救及人員避難較一般建築物困難，因此高層建築物的消防安全需仰賴自動撒水 設備進行防護，如此重要的設備除了需要滿足設置階段的法規需求外，更應該 要針對滅火效能進行驗證，確保人員安全。此外，上述性能檢查的配管部分， 僅檢查閥類、過濾裝置、排放管和流水檢知裝置二次側配管，並沒有針對管路 摩擦損失進行重新計算。長期使用的配管，可能因管壁鏽蝕、鍍鋅剝離或髒污 雜質而影響內徑或的管材摩擦係數 C 值(friction loss coefficient)，造成摩擦損失 增大而無法達到完工初期時的放水壓力。 圖 1- 1 自動撒水設備放水之燃燒釋熱率比較 (本研究繪製) 近年來，長照機構、醫療機構、老人住宅等避難弱者之場所，一旦發生火災 即易造成多人罹難。該場所自動撒水設備若能於火災發生時發揮正常功效，對於 初期火災滅火、抑制，提供相對安全的避難環境應有其正面幫助。Simo Hostikka et al.(2020)針對某醫療院所的火災調查研究中發現，自動撒水設備不僅可抑制燃 燒釋熱率的成長，並且可藉由抑制火勢發展進而防止火場高溫和毒性氣體對人員 的危害。陳建忠(2014)針對建築物消防水系統滅火實驗與撒水頭動作性能實驗指 出，撒水頭作動時間會受到距離火源位置及熱傳導所影響，且撒水頭下方障礙物 亦會造成動作影響。實驗發現，當撒水頭位於 5.2 公尺時，無論遮蔽率百分比 皆因障礙物上方撒水頭設置過高、使作動時間不穩定，導致撒水失效，且作動後 亦無法使下層火災達到滅火，但位於障礙物上方撒水頭仍可防範風管、管線等障

礙 物 上 方 之 火 災 。 陳 泓 翔 (2006) 提 出 Alpert’s Correlation 、 Heskestard 和 Delichatsios 之天花板噴流經驗公式主要功用有：同位置之煙氣最高溫度及最大 速度，出現最高溫度與最大速度後，便可用此估算探測器之作動時間。蔡榮鋒 （2011）針對建築物火災滅火性能關鍵要素：火警自動警報系統與自動撒水系統 進行研究，自動撒水系統與探測器連動裝置於小空間建築中，自動撒水滅火其效 果較無差異，但當建築物空間越大時利用探測器連動撒水系統滅火其效果較為顯 著。David(2012)自動撒水系統進行火災初期的滅火性能已獲相當多的案例及文獻 認可，但傳統的設置方式往往忽略建築物使用型態與管理模式。經統計與案例探 討後發現自動撒水系統經中央監控系統整合火警自動警報設備具有更高的防護 效益。 自動撒水設備是由加壓送水裝置、配管、閥件、另件、撒水頭等組成。當火 災發生時，撒水頭的噴放可發揮抑制火源發熱速度、冷卻環境溫度、防止火勢擴 大延燒等功能。臺灣有許多原有合法建築物，甚至許多建築物完工已達 20 年以 上甚至更久。上述裝設的自動撒水設備其附屬的電氣設備、幫浦、配管亦較為老 舊，設備或元件可能因長時間設置或使用，造成設備無法符合原設計的功能，甚 至無法正常動作。因此，調查既設自動撒水設備之現況並提出改善對策或政策建 議，對於原有合法建築物之消防安全是很重要的。本研究旨探討自動撒水設備建 置後隨建築物屋齡增長對於原水力計算所設計的管路系統是否具原設計功效。建 築物雖依法規定期維護保養與檢查，但密閉式自動撒水設備進行性能檢查時，檢 查項目僅包括：水源、電動機控制裝置、啟動裝置、加壓送水裝置、呼水裝置、 配管、送水口、流水檢知裝置、輔助撒水栓、耐震措施等。綜合檢查時，則僅就 接裝在建築物各層各流水檢知裝置配管系統的末端查驗閥測試等同撒水頭放水 性能之放水壓力。原有合法建築物因相對使用時間長，故其消防安全設備的電氣 設備、幫浦、配管也較為老舊，可能造成幫浦效率降低、配管鏽蝕、撒水頭動作 與否、排煙風管洩漏等因素，已無法達原設計功能，甚至無法動作，而使用者並 不自知，一旦發生火災，恐有無法正常作動的風險。建築物建造年代愈久，使用 之消防安全設備愈堪慮，風險性亦愈高。

三、既設防災監控系統調查與整合 陳國糧(2017)研究透過火災危害訊息來源、品質及發布方式的流程改善， 使疏散人員對於火災訊息之高信任度進而避免人員疏散遇到火煙危害之情形。 避難理論及引導規劃的研究方面：陳國糧(2017)在決策輔助系統對預避難過程 信任機制影響之研究提出，藉由決策輔助系統強化與警報間的信任機制，縮短 預備避難所需時間，增加可供避難時間。語音對人的心理影響研究方面：若火 災發生時，在居室內沒有聽到廣播設備動作聲響，便無法於黃金時間內思考避 難逃對策。另依據「各類場所消防安全設備設置標準」第 135 條規定緊急廣播 設備之音響警報應以語音方式播放。曾至齊(2016)『高層建築物防災中心之防 災監控系統與消防救災需求之研究-以臺北市為例』研究發現，於消防演練過程 中場所本身及消防搶救人員缺乏與防災中心暨防災監控系統之使用經驗，且儘 管防災監控系統整合度高，但市面上末端系統卻因功能性不足導致系統整合遇 到窒礙難行的困境。緊急應變決策的核心資訊源自建築物防災中心，近年許多 學者開發緊急廣播動態語音輔助避難引導決策系統相關軟硬體的連結整合及編 碼演算，自動將訊息分類、自動產出呈現不同的訊息文字內容，經過適當的判 斷提供管理、通報、避難引導與搶救等相關人員，透過語音、推播或畫面提示 動態訊息正確，即時的進行避難疏散，給不同的接受對象。因此，防災中心是 否具備正確且即時的決策建議資訊便相當重要，其可以現場模擬方式結合年度 自衛消防編組、融入演練中，再針對通報班人員、醫護從業人員及病患進行訪 談、整理調查意見，再將訪談人員提出之意見或建議希望此系統能夠在緊急應 變時提供決策輔助，有效提供給避難疏散人員，並在避難引導設備與設計上做 最好的準備。George O(1991)研究指出透過中央監控整合自動警報系統，當災害 發生初期發揮有效的資訊顯示與警報功能同步動作具有較佳的預警功效。 日本針對一定規模以上建築物，應於防災中心、中央管理室、守衛室等常 時有人處所，設置符合認可的「防災監控系統」以進行防災設備的監視和操作： (一) 防火對象物，並符合以下規定之一者。 (二) 總面積 1,000 ㎡以上地下建築物。 (三) 中央消防主管機關認定之下列建築物。 Kinateder(2014)從建築火災疏散模式進行風險認知探討，火災疏散中導入行

動決策模型和啟發式系統方法會影響人們對風險的防護措施準備。防災中心內 火災自動報警系統的連動控制是建築自動消防設施的靈魂，其控制的對象主要 包括：火災應急廣播、火災警報裝置、通風及防排煙設施、防火捲簾…等。連 動控制系統的品質直接影響到建築自動消防設施的防滅火效能，該文就火災自 動報警系統連動控制中存在的問題進行分析探討。通過對火災自動報警系統連 動控制中存在的問題：連動設備動作不規範、防火捲簾和常開防火門兩側探測 器的設置、連動控制命令的形式等進行了分析探討，提出一些見解和建議。翁 世杰(2005)認為防災中心應建構緊急應變系統、攝影系統、中央監控系統及各 子系統、緊急應變決策系統、數位學習系統、簡訊服務、電腦與電話整合、知 識庫系統、執勤管理系統、文件製作系統、專業訓練管理系統)，有助於於第一 時間對緊急災變建立正確處理程序，有效縮短緊急災變應變處理時間。 防災中心於災害發生時須提供防火管理與搶救決策者準確的決策資訊， Groner(2016)指出，平時場所的使用者行為會與建築型態互相產生關連性，使用 者與使用者間也會相互關聯。因此，產生 2 個關聯作用；火災發生時，由於建 築形態會影響火災燃燒現象，加上避難者與避難者的相互關聯作用，故會產生 4 個關聯作用；但由於高齡者住宅或照護機構的住民為消防上所稱的避難弱者， 因此其因子之間的影響，除 Groner(2016)所提 4 個關聯作用外，建築物的型態 對避難弱者逃生行為的關聯作用、避難弱者對火災反應的關聯作用、避難弱者 之間的對火災反應的關聯作用以及避難弱者與一般使用者之間於火災避難期間 的關聯作用，成為更複雜的 8 個關聯作用。當人們接收到火災警報時，不論是 經由火、煙、或警鈴等方式，都會先試著了解原因並求證，若發現是誤報，則 會選擇不應變(Ramachandrn, 1990)。避難者在火場中的避難行為有三項影響因 子：1. 知覺火災後第一個行為不一定是避難，開始避難的決定是由所處的火災 危害程度來決定。2. 建築物型態、人員性別、身體健康狀態、所扮演的角色等 因素，會影響避難前之行為。3. 當知覺火災後，由內在的個人因素以及外在的 環境因素決定避難行為，且避難行為會隨著所處的環境變動而改變。Wiegman 等人(1992)在火災或其他極端事件中人員做出行動決策之前，心理評估主要有 三項識別過程：

(二) 對情況(火災)做出解釋。 (三) 對自身或其他人的風險程度做出定義與解釋。 林俐婷(2003)在信賴與風險知覺之關係的研究中將可能影響信任度的因素 分成未知的效果、訊息的來源、專業知識三個部分。(Lennart Sjöberg, 2001)人們 認為專家的知識也是有限的，而且專家也會有犯錯的時候，或者也可能高估自 己的能力與知識，進而認為可能有尚未發現的潛在性風險或影響，因此信任度 會受到影響。再者，Peter A. Groothuis(1997)提出，一般人可以從各種的媒體、 機構或管理部門等相關的管道獲得訊息，但某些管道的訊息來源在人們心中缺 乏公信力，因此訊息信任度受到影響。Michael Siegrist et al.(2000)指出，人們對 一些風險事件缺乏相關的專業知識時，將無法直接對其風險程度做評估，因此 仰賴專家所提供的建議，且對專家的信任會直接影響人們的避難決策。若預警 訊息能夠說明災害發生的地點、時間、強度等，將更加有助於人們相信訊息並 做出自我保護的決策與避難行動。Kuligowski(2008)認為建築物防災監控系統中 避難引導表示及警報功能若不完整且過於簡化。將使建築物火災中無法明確呈 現實際的容留人員避難狀態。由於高層建築物相對樓地板面積較大、空間和用 途相對複雜之特性，因此對於人員的避難逃生和救災人員的搶救來說相對困難 度也較大。 然而，國內外眾多學者及研究均針對防災監控系統整合的重要性進行研究 與探討，我國內政部於 108 年頒布實施「防災監控系統綜合操作裝置認可基準」 目的即在確保防災監控系統可在火災發生時，及時提供避難逃生和救災人員正 確的設備訊號和火場資訊。對高層建築物的管理權人、自衛消防編組及消防救 災單位來說，防災監控系統可提供火災及時資訊以供決策。此一政策發展將大 幅提升高層建築物防災資訊整合與救災資源管理，鄭元良(2019)依「建築技術 規則」及「各類場所消防安全設備設置標準」之條文內容提出智慧型防災中心 設置指引與提出智慧建築評估安全手冊之建議。並於檢視「建築技術規則」之 條文內容具體化相關係項說明。研究中發現，各單位對於當初業管法規分類方 式有所不同。臺灣目前對於非高層建築物的中央管理室、中央控制室、守衛室 等尚無設備監視和操作的規定。以下綜合「各類場所消防安全設備設置標準」(以 下稱設置標準)第 238 條及「建築技術規則」(以下稱技術規則)第 259 條對於防

災中心的相關規定，歸納說明如下： (一)設置規定 1.高層建築物應設置防災中心。 2.設於避難層或其直上層或直下層。 3.設於消防人員自外面容易進出之位置。 4.設於便於通達緊急昇降機間及特別安全梯處。 5.樓地板面積不得小於 40 平方公尺。 6.出入口至屋外任一出入口之步行距離在 30 公尺以下。 (二)構造設施 1.應以 2 小時以上防火時效之牆壁、防火門窗等防火設備及該層防火構 造之樓地板區劃分隔。 2.室內牆面及天花板(包括底材)以耐燃一級材料為限。 3.冷暖、換氣等空調系統為專用。 4.防災監控系統相關設備以地腳螺栓或其他堅固方法予以固定。 5.設有供操作人員睡眠、休息區域時，該部分以防火區劃間隔。 (三)監視及控制 1.火警自動警報設備 2.緊急廣播設備 3.瓦斯漏氣火警自動警報設備 4.消防栓設備 5.自動撒水設備 6.水霧滅火設備 7.泡沫滅火設備 8.二氧化碳滅火設備 9 乾粉滅火設備 10.鹵化烷滅火設備 11.惰性氣體滅火設備 12.語音閃滅標示設備 13.連結送水管 14.排煙設備

16.蓄電池設備 17.緊急電源插座 18.無線電通信輔助設備 19.常開式防火門 20.緊急昇降機設備 (四)超高層建築物 高層建築物達 25 層或 90 公尺以上者，防災監控系統應具功能如下： 1.各種設備之記錄、監視及控制功能。 2.相關設備運動功能。 3.提供動態資料功能。 4.火災處理流程指導功能。 5.逃生引導廣播功能。 6.配合系統型式提供模擬之功能。 儘管許多學者陸續提出足夠的災害及防災設施及設備資訊，對於緊急應變 和救災決策的重要性。內政部亦參酌日本制度和相關研究建議於民國 108 年頒 佈「防災監控系統綜合操作裝置認可基準」。然而實務上，火警受信總機、各項 防災設施及設備，其與防災監控系統之間的整合技術之研究發表仍相當有限。 特別是針對原有合法建築物，其設置之 P 型或 R 型火警受信總的整合可能設計 電氣傳輸和通訊整合的技術相容性。在提升原有合法場所之消防安全的同時， 尚不至於造成建築管理單位的衝擊和困擾。本研究擬引用資通訊(Information and Communication Technology, ICT)及物聯網(Internet of Things, IoT)相關技術， 提供新建及既存原有合法建築物可行的整合方式。甚至可透過資料的紀錄、儲 存、分析、演算函數，進而做到專家決策和防救災人工智慧。為此，本研究首 先調查 10 年以上和近年興建的建築物其防災中心監控功能之功能現況。除了核 對系統是否達到認可基準規範之內容以外，將進一步分析 P 型受信總機和 R 型 受信總機整合上可能面臨之問題，並提出具體的整合技術及建議。

第三節 研究方法與流程

一、撒水頭試驗 (一) 撒水頭的抽樣及試驗 為調查於建築物設置一段時間之撒水頭，其放水性能是否會因為產品材質、 設置環境、管內水質而造成影響，本研究首先針對 107 年度、108 年度、109 年 度的新品撒水頭進行動作試驗，了解市面上銷售及安裝之撒水頭樣品的放水性 能試驗結果。在已設置之撒水頭取樣方面，本研究以 11 層以上且屋齡 20 年以 上之原有合法建築物為調查對象。表 1-1 為撒水頭取樣前基本資料調查表，調 查人員在取樣前必須事先取得該建築物管理權人或所有權人同意後，再實施撒 水頭取樣並進行動作試驗及熱氣流感應試驗。有關撒水頭試驗之研究流程如圖 1-2 所示。 圖 1- 2 撒水頭試驗研究流程圖 (本研究整理) 本研究撒水頭試驗場地為「財團法人消防安全中心基金會」之試驗室，依序進行新品撒水頭及建 築物取樣撒水頭試驗，透過試驗過程觀察、試驗結果分析並參考國外相關文獻，就設置於建築物 之密閉式撒水頭提出相關政策和制度上的建議。

表 1- 1 撒水頭取樣前基本資料調查表 取樣人員 取樣者姓名 取樣日期 ____/__/__ 取樣地點 縣市；行政區；設置時間；系統年份 建築型態 □集合住宅；□商辦大樓；□住商大樓；□醫療機構； □工業廠房；□旅館飯店；其他___________ 產地類型 □台製品；□進口品 (本研究整理) (二) 實驗儀器及試驗方法 撒水頭取樣後，本研究依據「密閉式撒水頭認可基準」依序進行外觀檢查、 耐洩漏試驗、動作溫度試驗、功能試驗及熱氣流感應試驗，相關試驗項目及判 定方式如下所列。 (一) 外觀檢查 外觀檢查是以目視方式，就下列各部分檢查有無製造上之缺陷： 1. 易熔片型撒水頭 易熔片、框架、調整螺釘等承受負載之部分，不得有龜裂、破壞、 加工不良等損傷，或嚴重斷面變形。 2. 玻璃球型撒水頭 玻璃球內之氣泡大小應穩定，且玻璃容器上不得出現有害之傷痕及 泡孔。 3. 共同檢查事項 (1) 迴水板應確實固定，不得有龜裂、砂孔、鰭片壓損、變形，或流水衝 擊所致之表面損傷。 (2) 調整螺釘之螺母部分及尖端之形狀，不得對撒水產生不良影響。 (3) 調整螺釘應確實固定。 (4) 裝接部分之螺紋形狀應符合標準，不得有破損、變形之現象。 (5) 噴嘴部分不得有損傷、砂孔、變形等不良現象。 (6) 墊片部分不得有位置偏差或變形現象。 (7) 撒水頭表面不得有危及處理作業之鐵銹或損傷。

(二) 耐洩漏試驗 圖 1-3 為耐洩漏測試設備，可同時試驗 20 個樣品，壓力計最高壓力可達 試驗壓力之 1.5 倍。採用空氣壓力作試驗時，能將樣品裝在水中並能使其與 水面約成 45 度。碼表附積算功能，精密度可設定為 1/5 s、1/10 至 1/100 s。 圖 1- 3 耐洩漏測試設備 使用耐洩漏試驗機將撒水頭施予 25 kgf/cm2_{之靜水壓力，保持 5 分鐘不} 得有漏水現象。以目視檢查有困難者，則將撒水頭之墊片部分用三氯乙烯 洗滌乾淨、放置乾燥後，裝接於空氣加壓裝置之配管上，然後將撒水頭浸 入水中，施予 25 kgf/cm2_{之空氣壓力 5 分鐘，檢查有無氣泡產生，據以判斷} 有無洩漏現象。試驗操作步驟如下： 1. 將樣品置於木架內及準備計時碼錶。 2. 取出撒水頭並安裝於靜水壓力試驗機之裝接配管上，將目視結果記錄於 試驗記錄表內。 3. 將撒水頭裝置配管置入水槽內，確認撒水頭完全浸入水中。 4. 打開氮氣(N2)瓶上之控制閥，並調整氮氣鋼瓶上之調壓閥至25 kgf∕cm2空 氣壓力。 5. 以碼錶計時 5 分鐘，並以目視檢查撒水頭有無漏水現象。 (三) 動作溫度試驗 將撒水頭置入溫度分布均勻之液槽內，標示溫度未滿79℃者採用水浴， 79℃以上者採用油浴。由低於標示溫度 10℃之溫度開始以不超過 0.5℃/min 之加熱速度昇溫直至撒水頭動作為止。圖 1-4 為實驗用動作溫度測試設備， 該高溫液槽能一次放入 8 個以上之樣品。槽內設置攪拌裝置，溫度計採雙

套管式水銀溫度計，溫度計量測範圍-30〜50℃(最小刻度在 0.2℃以下)，試 驗操作步驟如下： 1. 將樣品置於木架內及準備計時碼錶。 2. 打開玻璃球熱衝擊試驗機電源、加熱、時間控制器及馬達開關。 3. 將試驗水槽內加入適當之自來水。 4. 設定溫度控制器之溫昇速度及加熱時間後，按下溫度控制器開始加熱。 5. 直至撒水頭動作(釋放機構應能完全分解，如屬玻璃球型，其玻璃球應破 損)為止。 6. 目視觀察撒水頭之動作溫度，並紀錄測試結果，並依下列公式計算動作 溫度實測值(α0)與標示溫度(α)之偏差，其值用無條件捨去法取至小數第 一位。 偏差(%)＝

α

0

_α

−

α

×

100

圖 1- 4 動作溫度測試設備 (四) 功能試驗 當撒水頭設置於建築物後，可能因配管內水流的雜質、成分等物理或 化學性質，造成玻璃球止水墊沾黏撒水頭放水孔，或是易熔片機構無法在 撒水頭動作後正常脫落。因此，本試驗為既設撒水頭的重點試驗項目，目 的即是確認 O 型圈、彈片等零件不得塞住或卡住撒水頭放水孔，亦即不得 發生沉積現象。圖 1-5 為實驗用功能試驗箱，箱面玻璃保持清晰以供試驗 人員以於 60 秒內判別 O 型圈、彈片等零件是否落在迴水板上。螺紋接頭 可透過水平儀或角度儀校正，以確保垂直方可達到實驗要求，操作步驟如 下：

1. 將樣品置於木架內及準備計時碼錶、壓力錶、加熱吹風機及安裝工具和 止洩帶。 2. 啟動加壓幫浦，調整系統壓力至 0.5 或 3.5 或10 kgf∕cm2之水壓。 3. 關閉水源控制球閥。 4. 將撒水頭依正常使用之安裝方向，組裝於功能試驗箱配管後，開啟水源 控制球閥。 5. 打開熱吹風機，以目視觀察撒水頭動作情形。 6. 若出現沉積現象時，按下計時碼錶，沉積現象不得超過 1 分鐘。 7. 紀錄目視結果。 圖 1- 5 功能試驗箱 (五) 熱氣流感應試驗 本研究考量撒水頭長時間設置於建築物後，感熱元件材質可能因時間 或環境條件而影響其動作時間，因此針對建築物取樣之既設撒水頭進行熱 氣流感應試驗，以調查撒水頭的動作時間情況。圖 1-6 和圖 1-7 為熱氣流感 應試驗設備及配置圖，試驗設備能對撒水頭施以 1.0 kgf∕cm2_{的空氣壓，氣} 流溫度控制精度為±2℃，氣流速度控制精度為±0.1m/s，操作步驟如下： 1. 撒水頭以聚四氟乙烯膠帶密封於試驗配管，施以 1.0 kgf∕cm2之空氣壓 力。 2. 試驗過程中，黃銅製裝置座溫度應保持在20±1℃。 3. 氣流溫度應在規定值±2℃以內。(一種為 135℃、二種為 197℃) 4. 氣流速度應在規定值±0.1 m∕s 以內。(一種為 1.8m/s、二種為 2.5m/s)

5. 安裝方向對水平氣流無方向性之撒水頭，可以任意方向裝置進行試驗； 而具有方向性之撒水頭，則以水平氣流對感熱元件影響最直接之角度為 起點。 6. 撒水頭應先置入20±2℃之恒溫槽內 30 min 以上，再迅速定位進行試驗。 7. 試驗時觀察撒水頭之動作狀況，其釋放機構應完全動作，且動作時間應 符合規定。 圖 1- 6 熱氣流感應試驗設備 圖 1- 7 熱氣流感應試驗設備配置圖 二、撒水設備放水試驗與模擬

由於管壁黏滯性(Viscosity)的影響，因此水流與管壁間會產生摩擦損失和壓 力損失。當配管因鏽蝕、雜質等因素造成管內徑變小或摩擦係數增加時，配管 摩擦損失將會隨之增加。Autoine de Chezy(1775)所發展的 Chezy Equation 是最 早研究流速與管路摩擦損失的關聯，1905 年由 Hazen 與 Williams 以流體實驗發 展出廣泛應用於各種管立摩擦損失的海森威廉公式(Hazen-Williams Equation)， 除此之外針對管系中摩擦損失計算還包括應用於層流流場的達西-偉斯巴斯方 程式(Darcy-Weisbach Equation)；應用於紊流流場的柯爾布魯克(Colebrook-White Equation)；沒有壓 力 的重力流場則以 曼寧 公式(Manning Equation)等驗算， Moody(1994) 提出管內壁的光滑或粗糙度與摩擦損失阻力關係圖，進而得以快 速而準確解答 Colebrook Equation 中的 f 值。流體在管道內所產生的壓力與流 體的位能變化(elevation)及流體的密度或比重有關係，依質量守恆與能量守恆的 定律 Hazen – Williams Equation (1905)提出流體阻力損失所產生的能量方程式， 其關鍵係數則為摩擦損失(C 值)。下表為國際上普遍用於消防水系統進行水力計 算之之公式。 表 1-2 水系統配管摩擦損失公式彙整 國家 適用公式 臺灣、美國、日本、大陸 海森威廉公式 _{∆P =} 6.05𝑄1.85 𝐶1.85_𝑑4.87× 105 英國 達西方程式

_g

v

d

l

f

h

2

2

=

俄羅斯 曼寧公式 5.33 2 2 295 . 10 j d Q n i= (本研究整理)

Chang(2006)針對 Hazen – Williams Equation 中的 C 值進行不同管材與不同 年份的比較表，C 值確定後 Hazen – Williams Equation 即完全符合 Moody(1994) 與 Darcy，如表 1-3 所示:

表 1- 3 Hazen – Williams Equation 摩擦係數 C

管材類別 使用年份 C 值 管材類別 使用年份 C 值

10 年 160 鍍鋅鐵管(GIP) 0 年 120 20 年 160 10 年 110 30 年 160 20 年 90 40 年 160 30 年 70 PVC/CPVC 熱塑性塑膠管 0 年 150 鑄鐵管(CIP) 0 年 120 10 年 130 10 年 107 20 年 110 20 年 95 PE/PP 其他熱塑性塑膠管 0 年 140 30 年 80 光滑金屬管－直管 0 年 140 40 年 65 水泥管 0 年 110 粗造管材 － 60 阻塞造成嚴重紊流 － 40 (本研究整理) 消防署於民國 87 年內消字第 87E0112 號頒布「消防幫浦加壓送水裝置等及 配管摩擦損失計算基準」(以下稱配管摩擦損失計算基準)之摩擦損失計算公式， 該公式源於 NFPA-13(Standard for the Installation of Sprinkler Systems)的海森威 廉公式(Hazen–Williams Formula)。將海森威廉公式的管材摩擦係數 C 值(friction loss coefficient)以碳鋼鋼管 C=120 代入 NFPA 13 23.4.2.1 配管摩擦損失計算公 式中，再進行單位換算後即為配管摩擦損失計算基準的公式內容。

表 1- 4 日本與美國加壓送水裝置相關規範索引

日本規範 美國規範

有關自動撒水設備之管路系統分析，本研究先挑選實驗場域進行現地試驗， 針對自動撒水設備最末端末端查驗裝置進行放水測試。將現地測試結果和水力 計算工具進行比較，確認水力計算工具正確性後，進行不同設計參數之樣本模 擬分析，並提出管理制度和政策上之建議。 圖 1- 8 自動撒水設備之管路系統分析研究流程圖 (本研究整理) 三、防災監控系統調查與整合 依各類場所消防安全設備設置標準規定，一定規模以上建築物應設置自動 警報設備，依建築技術規則及設置標準規範，高層建築物應設置防災中心，其 主要目的為提供火災時救災專業決策資訊，使救災人員能夠進行有效救災。傳 統 P 型或 R 型火警受信總機僅能呈現火警探測器及相關手自動探測元件提供的 火災資訊，無法有效提共建築物整合性災害搶救決策資訊，且二十年以上建築 物更多數僅於公共空間設置受信總機等侷限資訊的監測設備，因此與現行建築 使用型態與人員管理模式有相當大的資訊落差。我國建築研究所近年投入大量

研究能量探討既有建築物消防安全技術含括建築物防火避難安全、消防安全設 備，以及建築物安全管理、緊急應變處置技術等。其中，11 層以上且屋齡 20 年以上之原有合法建築物設置自動撒水設備之場所，可能因時間、環境等因素， 是否仍具符合現行法令的防護功能有待商榷。本研究另調查建築物防災中心內 監控設備或設施之類型、功能，並進行評估測試。最後，具體提出原有合法建 築物既設撒水設備、防災中心監控功能改善之建議。 由於原有合法場所可能受限於既成空間區劃、配管埋設、設備已安裝、更 新施工不易等不利因素，造成管路改善或重新配置確有困難，本研究將另提出 在不破壞建築物結構、設備之情況下，透過新技術、移動式的工法或簡易性、 同等性能的替代性設備，使安全與經濟達平衡的解決方案。此外，由於高層建 築物發生重大災害(如：火災、爆炸、建築傾倒)時，防災中心可供救災人員進 駐以掌握災害相關資訊，提高救災效率、減少傷亡。因此，本研究另針對防災 中心內監控設備或設施之類型、功能進行調查，並提出改善防災中心監控盤功 能之技術、工法或替代設備之解決方案。我國建築技術規則及各類場所消防安 全設備設置標準均針對防災中心設置要點進行規範，唯相關法規近年並無大幅 進行探討。以消防主管機關、建築物管理權人、消防專技人員對於防災中心的 功效是否滿足日常災害預防、災害管理、災害搶救等各階段的實質用途。 防災中心中應建置消防警報系統、消防監控系統、水源與電力控制系統、 通訊與屋宇環境控制功能，以消防警報系統為例，其連動控制對象主要包括: 通風及防排煙設施、防火捲簾、防火門、緊急升降機、電梯、建築物電源、緊 急廣播等。 一、 防災中心之功能 日本針對一定規模以上建築物，應於防災中心、中央管理室、守衛室等常 時有人處所，設置符合認可的「防災監控系統」以進行防災設備的監視和操作： (一) 防火對象物，並符合以下規定之一者： 1. 總樓地板面積 50,000 ㎡以上建築物。 2. 樓層高度 15 層以上，且總樓地板面積 30,000 ㎡以上建築物。 (二) 總面積 1,000 ㎡以上地下建築物。

1. 樓層高度 11 層以上，且總樓地板面積 10,000 ㎡以上建築物。 2. 樓層高度 5 層以上，且總樓地板面積 20,000 ㎡以上建築物。 3. 地下層樓地板面積面積 5,000 ㎡以上建築物。 臺灣分別於「各類場所消防安全設備設置標準」(以下稱設置標準)第 238 條及「建築技術規則」(以下稱技術規則)第 259 條提出防災中心之相關規定， 非高層建築物的中央管理室、守衛室，則尚無防災設備監視和操作之相關規定。 以下為綜合國內外關防災中心之相關規定，歸納說明如下： 二、 我國防災中心法令規範 (一) 設置規定 1. 高層建築物應設置防災中心。 2. 設於避難層或其直上層或直下層。 3. 設於消防人員自外面容易進出之位置。 4. 設於便於通達緊急昇降機間及特別安全梯處。 5. 樓地板面積不得小於 40 平方公尺。 6. 出入口至屋外任一出入口之步行距離在 30 公尺以下。 (二) 構造設施 1. 應以 2 小時以上防火時效之牆壁、防火門窗等防火設備及該層防火構造 之樓地板區劃分隔。 2. 室內牆面及天花板(包括底材)以耐燃一級材料為限。 3. 冷暖、換氣等空調系統為專用。 4. 防災監控系統相關設備以地腳螺栓或其他堅固方法予以固定。 5. 設有供操作人員睡眠、休息區域時，該部分以防火區劃間隔。 三、 本研究依防災中心設置規定進行下列要點探討 (一) 監控與操作 1. 火警自動警報設備 2. 緊急廣播設備 3. 瓦斯漏氣火警自動警報設備 4. 消防栓設備 5. 自動撒水設備

6. 水霧滅火設備 7. 泡沫滅火設備 8. 二氧化碳滅火設備 9. 乾粉滅火設備 10. 鹵化烷滅火設備 11. 惰性氣體滅火設備 12. 語音閃滅標示設備 13. 連結送水管 14. 排煙設備 15. 緊急發電機 16. 蓄電池設備 17. 緊急電源插座 18. 無線電通信輔助設備 19. 常開式防火門 20. 緊急昇降機設備 (二) 超高層建築物 高層建築物達 25 層或 90 公尺以上者，防災監控系統應具功能如下： 1. 各種設備之記錄、監視及控制功能。 2. 相關設備運動功能。 3. 提供動態資料功能。 4. 火災處理流程指導功能。 5. 逃生引導廣播功能。 6. 配合系統型式提供模擬之功能。 防災中心設置之目的，係供救災指揮人員使用，當建築物發生重大災害(如： 火災、爆炸、恐怖攻擊)時，救災指揮人員可立即進駐防災中心，快速掌握災害 相關資訊，指揮救災人員前往搶救、滅火、控制、救援等地點，提高救災效率， 便能減少傷亡與財務損失。法規雖要求防災中心的位置可設於避難層或其直上 層或直下層，其出入口至屋外任一出入口之步行距離在 30 公尺以下即可。但