高層建築物排煙系統與人員避難關聯性之研究
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(2) 高層建築物排煙系統 與人員避難關聯性之研究. 內政部建築研究所研究報告 中華民國 96 年 12 月.
(3) 高層建築物排煙系統 與人員避難關聯性之研究. 研究主持人：李玉生 主任秘書 協同主持人：蘇銘宏 教授 研 究 員 ：紀人豪 助理教授 蘇崇輝 助理教授 研 究 助 理 ：劉俊豪. 內政部建築研究所研究報告 中華民國 96 年 12 月.
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(5) ARCHITECTURE AND BUILDING RESEARCH INSTITUTE MINISTRY OF THE INTERIOR RESEARCH PROJECT REPORT. The Study of the Relationship Among the Smoke Exhaust Systems and People Egress for High-rise Buildings. BY LEE, YU-SHENG SU, MING-HORNG CHI, REN –HAO SU, CHONG-HUI LIU, JUN-HAO December, 2007.
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(7) 目次. 目次 表次 .......................................... Ⅲ 圖次 .......................................... Ⅳ 摘要 .......................................... Ⅴ 第一章 緒論 .................................... 1 第一節 研究緣起與背景 .................... 1 第二節 研究範圍與對象 .................... 5 第三節 研究方法與步驟 .................... 7 第二章 文獻回顧、法規研析與火災案例分析 ....... 13 第一節 文獻回顧 ......................... 13 第二節 國內、外相關法規研析 ............. 20 第三節 火災案例分析 ..................... 35 第三章 高層建築物排煙系統與人員避難的關聯性 ... 39 第一節 高層建築物排煙系統方案介紹 ....... 41 第二節 高層建築物人員避難特性研析 ....... 60 第三節 高層建築物排煙系統與人員避難的關聯 性 ............................... 65 第四章 國內高層建築物設計案例的驗證模擬作業 ... 77 第一節 驗證模擬作業說明 ................. 81 第二節 設計案例的驗證模擬作業後續 ....... 82 第三節 國內高層建築物煙控系統設計規範之建 議 ............................ 104 第五章 結論與建議 ............................ 111. I.
(8) 高層建築物排煙系統與人員避難關聯性之研究. 第一節 結論 ........................... 111 第二節 建議 ........................... 114 附錄一 本計畫歷次重要會議記錄及回應情形........115 參考書目 .....................................133. II.
(9) 表次. 表次 表 1-1. 台灣地區直轄、縣市政府轄區範圍內的高層建築物數量分佈統計 表(94 年 12 月前) ...................................... 4. 表 1-2. 各種排煙系統的成本與效益分析表....................... 11. 表 2-1. 火場中人體承受的危害類型與承受範圍表................. 34. 表 3-1. 火場中濃煙驅使力與產生效應對照表..................... 59. 表 3-2. 台北 101 大樓排煙設計系統概述表....................... 59. 表 3-3. 建築物內部空間與人員安全避難時間計算關係表........... 62. 表 3-4. 建築物內部空間與支援消防搶救條件關係表............... 63. 表 3-5. 建築物內部空間與煙控條件關係表....................... 64. 表 3-6. 房間避難安全之檢驗─人員避難逃生..................... 71. 表 3-7. 房間避難安全之檢驗─濃煙流動與擴散................... 72. 表 3-8. 樓層避難安全之檢驗─人員避難逃生..................... 73. 表 3-9. 樓層避難安全之檢驗─濃煙流動與擴散................... 73. 表 4-1. 四種煙控模式影響因素整理表.......................... 103. III.
(10) 高層建築物排煙系統與人員避難關聯性之研究. 圖次 圖 1-1 整體研究計畫流程圖 .............................................................................10 圖 2-1 建築物樓層區劃煙控系統圖(核心式加壓系統) ..................................31 圖 2-2 樓層內再區劃正負壓煙控系統圖 (三明治式加壓系統) ....................31 圖 2-3 樓梯間區劃之正負壓煙控系統圖(部區域煙控配合樓梯加壓系統) ..32 圖 2-4 北歐建築基準委員會分類體系級圖 .....................................................33 圖 2-5 紐西蘭建築法規之 5 級制法規架構概略圖 .........................................33 圖 3-1 增壓化以阻止煙自門縫洩露示意圖 .....................................................48 圖 3-2 減壓化使煙排出建築物外示意圖 .........................................................48 圖 3-3 以足夠速度的氣流阻擋煙之蔓延示意圖 .............................................49 圖 3-4 樓梯間加壓方式系統示意圖(一) ..........................................................50 圖 3-5 樓梯間加壓方式系統示意圖(二) ..........................................................51 圖 3-6 樓梯間加壓方式系統示意圖(三) ..........................................................52 圖 3-7 加壓式通風形成壓力梯度，建構人員避難逃生時之無煙逃生路徑圖.53 圖 3-8. “排煙口/補氣口”比與「排煙量」之關係圖 ..........................................54. 圖 3-9. “排煙口/補氣口”比與「煙層高度」之關係圖 ......................................54. 圖 3-10. “排煙口/補氣口”比與「煙層溫度」之關係圖 ....................................55. 圖 3-11 空調兼用排煙系統圖─以辦公室為例 ..................................................56 圖 3-12 空調兼用排煙系統圖─以停車場為例 ..................................................57 圖 3-13 空調設備兼用排煙系統構架圖 .................................................................58 圖 3-14 濃煙分布區域分析圖(立體截面圖) ..........................................................74 圖 3-15 濃煙局部排洩方式示意圖 .........................................................................74 圖 3-16 核心式加壓方式示意圖 .............................................................................75 圖 3-17 火場中人員避難行為架構圖 .....................................................................81. IV.
(11) 摘要. 摘. 要. 關鍵詞：高層建築物、煙控系統、避難系統、性能式設計 一、研究緣起 依據國內目前統計，高於 16 層(含)之建築物已達 2,646 棟，相對於 一般建築物，高層建築物於火災事故發生後，更須依靠自身之消防安全 設備以確保人員傷亡之降低，是以對於高層建築之消防安全規範檢驗具 有相對迫切性。高層建築物更由於平時處於建築內部人數眾多，倘若發 生事故，如需將內部人員進行疏散，及至完畢，在實務上也是一件高難 度之挑戰工作。本研究針對「高層建築物排煙系統與人員避難關聯性」 加以探討，以提供未來高層建築規劃設計時重要之參考。. 二、研究方法及過程 本計畫之研究方法如下： (一) 文獻回顧、法規研析與火災案例分析：彙整國內外相關文獻、法規 與高層建築火災案例，獲得高層建築物的初步安全評估因素。 (二) 學者專家座談會：本計畫共舉辦二次學者專家座談會，邀請相關學 者專家、業界代表、設計單位代表、政府單位代表等，對於期程內 研究成果，提出階段性的審核，並對未來計畫發展方向提出建議。 (三) 分析美國世貿中心大樓(WTC)恐怖攻擊事件調查報告，探討高層建 築物的煙控策略與工程設計方案之趨勢，以建立高層建築物排煙系 統的最佳設計方案。 (四) 國外高層建築排煙系統發展趨勢：經由實際案例蒐集，匯整目前國 際間對於高層建築排煙系統新技術，分析其設計概念，探討既有設 計方式與新技術於經濟效益之差異性。. V.
(12) 高層建築物排煙系統與人員避難關聯性之研究. (五) 個案分析：整理高層建築排煙系統與人員避難關聯性，以個案分析 高層建築人員避難能承受之煙層下降高度、避難容許時間，及收容 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，驗證避難是否符合安全。. 三、重要發現 (一) 依照國外工程案例經驗，高層建築興建成本十分高昂，動輒數十億 、百億之興建費用。規劃與施工之初，建築物既然以高層方式建造 ，施工單位於經濟層面之考量必有其特殊商業意涵包含於其中，因 此性能式設計為目前國際間趨勢之一。 (二) 取得台灣地區直轄市、各縣市政府轄區內高層建築物的數量統計資 料，可提供政府單位分配災害防救資源，以及後續研究之參考。 (三) 根據美國世貿中心大樓(WTC)恐怖攻擊事件調查報告，高層建築物 的煙控策略可分為三方面著手，即(1).增壓化、(2).減壓化、(3). 產生適當氣流組織；至於，高層建築物排煙系統的工程設計方案之 趨勢，可分為四種，即(1).以機械排煙作為濃煙局部排洩的系統、 (2).核心式加壓排煙系統、(3).三明治式加壓排煙系統、(4).局部 區域煙控配合樓梯加壓排煙系統。 (四) 根據高層建築物人員避難逃生的特性，獲得降低火災濃煙成為影響 人員避難逃生阻礙的 5 種方式，即為(1).避免火勢的增大、(2).建 立防煙區劃、(3).避免煙經由管道處垂直流動、(4).將濃煙稀釋、 (5).控制煙移動。 (五) 經由逐步分析步驟可獲得高層建築排煙系統與人員避難關聯性，未 來對於高層建築取得最佳經濟效益前提下，排煙系統新設計或新技. VI.
(13) 摘要. 術之發展必成為一趨勢，人員避難策略亦將因排煙系統之發展而有 所調整，因此在逐步邁向國際化發展之台灣地區，相關法規內容之 彈性將會受到一定之考驗。. 四、主要建議事項 本研究雖已初步完成台灣地區高層建築排煙系統與人員避難關聯性 ，但相較於國外相關法令，目前國內針對高層建築排煙系統與人員避難 之規定多比照一般建築物，未有特殊之規定。性能式設計理念雖為國際 間發展潮流之一，但接受度仍受到一定之質疑。因此，本計畫綜合歷次 專家學者座談會的建議，提出後續研究發展的要項如下所述： 建議一 持續擴充專家意見諮詢：立即可行建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：內政部消防署 本計畫在研究過程之中，藉由產、官、學各界的專家學者大力 配合，陸續提供相關建議，期望未來能持續擴充專家諮詢作業的範 圍，邀請國內更多的學者專家共襄盛舉，並以此調整本計畫的各項 意見等內容。. 建議二 與「性能式設計法之防火避難安全計畫審查新制」等相關法規 予以接軌：立即可行建議 主辦機關：財團法人台灣建築中心 協辦機關：內政部建築研究所 自民國 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。其中 ，依據建築技術規則總則編第三條之四之內容，某些較為高大建築. VII.
(14) 高層建築物排煙系統與人員避難關聯性之研究. 物或與地下公共運輸系統相連接之地下街或地下商場，應檢具防火 避難綜合檢討報告書及評定書，或建築物防火避難性能設計計畫書 及評定書，經中央主管建築機關認可。. 建議三 持續探討國際間高層建築煙控系統與避難之發展趨勢：中長期 建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：財團法人台灣建築中心 由於目前台灣地區現代都會區建築物逐漸朝向高大化之趨勢， 如已興建完成之高雄市東帝士 85 國際廣場(Tuntex Sky Tower, 348m) 、台中市世華國際大樓(Shr-Hwa International Tower, 175m)、台北市 101 大樓(Taipei 101, 509m)等建築，或是即將於民國 102 年完成之台 北雙子星大樓。在基於經濟層面下煙控系統與人員避難發展之新趨 勢，將日趨增加，對於相關資料收集與研發有其必要性。. 建議四 建築技術規則高層建築物之修正：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 在本計畫研究架構與流程之下，持續建構高層建築物火災評估 法，作為建立邁向全面性本土化防火性能法規之基礎，因此建議可 於建築技術規則建築設計施工編第十二章「高層建築物」專章，以 及各類場所消防安全設備設置標準第四章消防搶救上之必要設施中 第三節「排煙設備」二個法規條文。. VIII.
(15) 摘要. Abstract Keywords: High-rise Building, Smoke Control System, Egress System, Fire Performance- Based Design 1. Background At present, the quantity of the high-rise building has already reached 2,646 Taiwan. Different from the general building, the high-rise building needs depending on his own fire safety devices to reduce casualties while the fire happening. So we need the fire security regulations of these buildings urgently. Since a lot of person occupy high-rise building inside, if the disaster accident occur, if need to evacuate personnel, it will be a highly difficult job on the practice. This study is discussed by how to utilize the appropriate building scheme, cooperate with of personnel refuge characteristic, to set up the latest mode of smoke exhaust tactics for high rise building.. 2. Research method and process The research methods of this project are as follows. (1) Review reference, analyze regulation and study of fire case This project gathered the related domestic and foreign evaluation methods for the reference, to obtain the fire safety factors of high-rise buildings. (2) Consult experts This project held 2 consulting conference with related experts for the opinions and comments for the research. The invited experts included the academics, engineering representatives, fire security representatives and government officials. They provided many constructive suggestions for this research. (3) This research has already analyzed the relevant buildings of American. IX.
(16) 高層建築物排煙系統與人員避難關聯性之研究. World Trade Organization centre (WTC) suffer to the survey report that terror attacked. Besides, the trend of the tactics and design plan of project of smoke control system for the high-rise buildings have been discussed at the same time, in order to set up and arrange the best design plan of the smoke control system. (4) To study the development trend of smoke control system for foreign high-rise building: Via the collection of the real case, this research has already put the new technology of arranging the smoke system of international skyscraper at present in order. So the research analyse economic difference between existing and new technology. (5) The case analysed: Put in high-rise building arrange smoke control system and personnel take refuge getting related, analyse with case highrise building personnel take refuge, after estimating and taking refuge and finishing necessary time in accordance with the check formulae set up, and then with is it permit time than right, is it accord with safe to take refuge to prove.. 3. Important research results (1) Consulting the foreign project case, the construction cost of the high-rise building is very expensive. The beginning of planning, since the building adopts the high level to be built, there must be economic considerate, so performance-based design is designed. (2) This research got the quantity of every county urban high-rise building in Taiwan, and it will offer the government to assign the disaster to defend and rescue resources, and the reference of follow-up study. (3) According to the survey report of American World Trade Organization centre (WTC) for Terror attacking, the high-rise smoke of building it accuse of tactics' can dividing for (1). Pressurization, (2). De-pressue,. X.
(17) 摘要. (3). Produce the proper air current organization. The high-rise building arranges the trend of the smoke system, can divide into (1)Smoke Purge, (2).Core Pressurization, (3).Sandwich Pressurization, (4).Zoned Smoke Control with Stair Pressurization. (4) Go on characteristic that take refuge according to high-rise building personnel, the scene of a fire influence hindrance that person flee for one's life have (1). Avoid the increase of the intensity of a fire, (2). Set up smoke zoning, (3). Prevent the smoke from flowing vertically via the channel place, (4). Dilute the smoke, (5). Smoke movement Control. (5) The high-rise building of future is on the premise of best economic benefits, arranging the new design of smoke system or the development of the new technology since the trend. Personnel taking refuge the tactics will be adjusted in some extent. The relevant regulation content receive the certain challenge.. 4. Main suggestions Although this research have accomplished the relationship among the smoke exhaust systems and people egress for high-rise buildings in Taiwan, but looks on foreign relevant regulation, it is contrast more general buildings to at present, not make special regulation. Some suggestions were submitted as follows.. Suggestion I: Continue to extend the suggestion consultation of expert and scholar: Immediate strategy Executive institution: Architecture and Building Research Institute, Ministry of the Interior Cooperative institution: National Fire Agency, Ministry of the. XI.
(18) 高層建築物排煙系統與人員避難關聯性之研究. Interior With the big assistance from industry, government and academia, it is suggested that consultation be continued for many other researches.. Suggestion II: Whether integrate with such relevant regulations as performancebased design fire prevent of law take refuge and plan to examine making newly safely : Immediate strategy Executive institution: Chinese Architecture & Building Center Cooperative institution: Architecture and Building Research Institute, Ministry of the Interior Since the 2004, Taiwan Building Code - Article 3 and relevant clause revise and enlarge, some comparatively tall and big buildings or the underground street or underground market linking with public transportation system of underground according to the regular general provisions of building technology, should is it make a self-criticism report and evaluate book synthetically to take refuge to fire prevention to have to examine.. Suggestion III: Continue to verify the Development trend of analyse the smoke of international skyscraper and accusing of the system and taking refuge continuously Executive institution: Architecture and Building Research Institute, Ministry of the Interior Cooperative institution: Chinese Architecture & Building Center Because the trend towards enormous design at present in Taiwan, such as already building Tuntex Sky Tower, Shr-Hwa International Tower, Taipei 101, or Taipei Twin-star building finished on 2013, the system and personnel taking refuge on the basis of the smoke under the. XII.
(19) 摘要. economic aspect will collect and research and develop necessity to relevant materials.. Suggestion IV: The rule of building technology is about the revision of the special chapter of. 'the high-rise building ': intermediate-long term. strategy Executive institution: Construction and Planning Agency, Ministry of the Interior Cooperative institution: National Fire Agency, Ministry of the Interior Under the structure and procedure of this research, sustainable to carry on high-rise building fire assess foundation of law, as is it march toward. comprehensive. localization. fire. prevention. foundation,. performance of regulation to set up. Propose compiling the special chapter of chapter 12 ' the high-rise building ' in Taiwan Building Code, and “Standards for Installation of Fire Safety Equipments Based on Use and Occupancy” Chapter four fire control rescue essential facility on - section three ' rank the smoke control equipment ', the clause is revised.. XIII.
(20) 第一章緒論. 第一章 緒 論 第一節 研究緣起與背景 現代都會區建築物逐漸朝向高大化之趨勢，表 1-1 為台灣地區 16 層以上建築物統計表。已興建完成之高雄市東帝士 85 國際廣場(Tuntex Sky Tower, 348m) 、 台 中 市 世 華 國 際 大 樓 (Shr-Hwa International Tower, 175m)、台北市 101 大樓(Taipei 101, 509m)等建築，或是即將 於民國 102 年完成之台北雙子星大樓，均為著名之高層建築物，在國際 間亦為眾人所知曉。未來如果萬一發生火災意外事故，將造成極為嚴重 之人員傷亡與財物損失。 由於高層建築物興建成本極為高昂，而基於社會責任與保護建築不 受火害影響之考量，興建者對消防法規相關規定亦願意遵循，設置消防 安全設備。事實上，興建者亦深深體會到防災安全的重要性，對於相關 軟硬體配套措施十分注重，深恐一旦發生災害事故，興建多年之建築物 將毀於一旦夕。 但對於排煙系統與避難性統之規劃設計，仍大多以一般居室設計規 範加以要求，並未考量其特殊性，台北 101 大樓即為典型之代表。顯示 目前消防法規仍有部分需考量評估之處。 高層建築物一旦發生火災事故，其影響層面將非常廣，更由於建築 物內人員眾多，任何之避難計畫均需與排煙計畫進行結合，不可單獨、 分別規劃之，此為目前國際間之消防安全趨勢. B-1. 。. 近年來，雖允許採用簡單的性能式設計(Route B)，根據性能式法 令規定，導入性能評價法，進行建築物安全性確認，然相關探討亦僅針 對新建築，對於既有建築，「排煙系統」與「避難系統」幾乎是各自獨 立規劃、無任何關聯性。 B-1. BOMA International, BOMA’s Guide to Security and Emergency Planning, Building Owners and Managers Association (BOMA) International, USA, 2000.. 1.
(21) 高層建築物排煙系統與人員避難關聯性之研究. 回顧過去台灣近五年來高樓層建築物火災案例，顯示火災事故從未 曾停止發生過，對於日後須防範事項因而有其必要性。當中首要著名案 例即為 90 年 5 月 12 日之台北縣汐止東方科學園區之大火。該大火燃燒 並擴散達 42 個小時，有 70 多家高科技廠商造成數十億損失，而起火點 為 3 樓的某佛具店。 94 年 6 月 16 日，台北市著名「敦南富邑」大樓，16 樓住戶因裝 修而引發火災，造成 3 死 8 傷，經調查起火原因為工人在充滿了易燃 物及松香水的環境中工作，竟然抽菸工作。94 年 2 月 26 日台中市金沙 大樓（22 層）發生火災，造成 4 人死亡 3 人受傷及重大財物損失。96 年 1 月 14 日十四樓高之南亞塑膠員工宿舍，一樓發生火警，造成父子 2 死 1 傷。 台灣地區對於高層大樓防災、救災問題嚴重性極為重視，完善的防 火管理可避免火災發生，及發生時避免造成嚴重的損害，屬於軟體層面 ，而消防安全設備可輔助減少火災可能性、降低及確保火災發生後不至 有嚴重之損害，屬於硬體設施，二者為相輔相成，無分輕重。 對於高樓層火災事故之搶救，由於目前消防單位之雲梯車有樓層高 度限制，事務上，消防單位在高樓層火場事故現場之搶救過程中也並不 強調完全依賴雲梯車進行。主因考量為在高度過高下，有其搶救上之侷 限性. B-4. 。同時高空救災時，若採用水柱灌射方式，其出口壓力最多僅可. 再向上方射水二樓層之高度，因此一般消防人員對高層建築物之外部滅 火能力亦大約僅能達十一層樓左右之高度。也因此，針對高度十五樓以 上之高樓建築物，假若發生火災事故時，必須首重倚靠建築物內部消防 安全設備之運作，藉以撲滅火災，此亦為現行國際間消防搶救對策之主 流思維. A-1. 。. 據此，目前世界各國對於高層建築物火災的防救之道，必須協調建. B-4. Minneapolis Fire Department, Safety Program and Emergency Procedures for High-Rise Buildings, USA, 2001. A-1 陳弘毅，火災學，鼎茂圖書出版社，93 年 4 月。. 2.
(22) 第一章緒論. 築物內部的消防安全硬體面與管理面，使二者發揮最大之功效，也因此 ，無論面對人為事故之火災，抑或是天然災害之地震所引起事故，防救 災策略均把大部分的防護功能轉向建築物規劃設計時應發揮的自我防 護力儲備。 高層建築物更由於平時處於建築內部人數眾多，倘若發生事故，如 需將內部人員進行疏散，及至完畢，在實務上也是一件高難度之挑戰工 作。因此本研究針對「高層建築物排煙系統與人員避難關聯性」 加以 探討，以提供未來高層建築規劃設計時重要之參考。. 3.
(23) 高層建築物排煙系統與人員避難關聯性之研究. 表 1-1 台灣地區直轄、縣市政府轄區範圍內的高層建築物數 量分佈統計表(94 年 12 月前) 樓 層 合 計 縣市 總計. 16 層. 17 層. 18 層. 19 層. 2646 842 348 259 215. 20 層. 21 層. 167 154. 22 層. 23 層. 188 108. 24 層. 25 層. 26 層. 27 層. 28 層. 29 層. 30 層 以 上. 82. 76. 37. 37. 43. 29. 61. 16. 23. 台北縣 737 183 81. 70. 49. 36. 48. 76. 42. 28. 39. 11. 9. 26. 台北市 429 139 72. 63. 48. 23. 15. 16. 8. 10. 4. 8. 8. 4. 桃園縣 383 131 67. 56. 28. 33. 15. 25. 17. 8. 台中市 348 119 40. 29. 22. 28. 25. 16. 12. 13. 16. 7. 4. 4. 3. 10. 高雄市 333. 88. 33. 28. 33. 20. 23. 20. 14. 13. 9. 9. 11. 9. 10. 13. 基隆市 165. 94. 18. 12. 14. 19. 台南市 55. 8. 14. 4. 2. 4. 4. 4. 4. 4. 新竹市 47. 8. 2. 2. 2. 1. 1. 27. 2. 2. 高雄縣 30. 28. 8. 2. 8. 2. 2. 1. 2. 2. 台南縣 24. 4. 7. 3. 4. 3. 嘉義市 15. 11. 1. 1. 台中縣 15. 11. 1. 彰化縣. 8. 4. 1. 1. 苗栗縣. 8. 4. 1. 1. 屏東縣. 5. 4. 1. 南投縣. 3. 1. 新竹縣. 2. 花蓮縣. 2. 1. 雲林縣. 1. 1. 嘉義縣. 1. 台東縣. 1. 1. 1 4. 1. 2. 1. 1. 2. 1. 1. 1. 2. 2 1. 1. 1 1 1. 1 1. (資料來源：本研究整理). 4. 2. 7. 2 1. 11. 1 1.
(24) 第一章緒論. 第二節 研究範圍與對象 依據國內目前統計，高於 16 層(含)之建築物已達 2,646 棟，相對 於一般建築物，高層建築物於火災事故發生後，更須依靠自身之消防安 全設備以確保人員傷亡之降低，是以對於高層建築之消防安全規範檢驗 具有相對迫切性。對於現代的建築消防工程而言，應不再只是追求符合 現有相關安全規範與技術，而是應進行全面性的火災安全評估，本研究 針對高層建築物進行結合主動式排煙系統與人員避難行為之探討，預期 將可使火災損失極小化，追求利潤極大化，創造建築物本身永續經營的 力量。 對於高層建築物而言，至今世界各國尚未有明確且統一的定義，一 ,-. 般常見的分類如下 B-3 B 15： 一、美國防火協會（NFPA）： 係指任何建築物，其最上層樓地板高度已超越雲梯車所能達到 之最大高度，而必須由內部進行火災搶救者。 二、消防科學辭典（Fire Sciences Dictionary）： 其定義與 NFPA 相似，並特別強調此類建築物無法迅速將民眾 疏散，且室內、外有明顯之壓力差者。 三、西元 1971 年 4 月 12 日國際高樓消防安全會議： 1.建築物高度已超出當地消防救援能力。 2.火災發生時煙囪效應明顯者。 3.安全逃生時間甚長者。 四、國內建築技術規則設計施工篇第 12 章第 227 條之定義： 建築物高度在 50 公尺以上，或 16 層以上之建築物。 環顧現今各國對於高層建築物火災的防救之道，均著重於建築物內 B-3. National Safety Council, Evacuation Systems for High-Rise Buildings, USA, 2002. NFPA Codes & Standards--產品標準及規範，http://www.firebook.tw/nfpa/nfpa_b21.asp. B-15. 5.
(25) 高層建築物排煙系統與人員避難關聯性之研究. 部的防火硬體面與管理面，所以無論為人為事故之火災，抑或是天然災 害之地震所引起之事故，防救災策略均把大部分的防護功能轉向建築物 規劃設計時應發揮的自我防護力儲備，也因此允許較具彈性之設計規劃 ，以確保其安全性。因而日本緊隨澳、英、紐、美等國之後也在性能式 防火設計上開始著墨，並於 1998 年修訂其建築基準法，改實施性能規 定。 由於高層建築物具有用途、功能、使用型態多樣性，相對在消防安 全管理上便較為重要，而建築物進出人員成分較為複雜，目前對高層建 築物管理面持續加強，本研究可藉由硬體面之分析，強化高層建築物之 消防安全設備，與消防安全管理二者相輔相成，達到消防安全更趨完善 之目的。 內政部建築研究所自 86 年起即著手規劃研究相關課題，其中以 86 年所提出「建築物防火安全技術開發與應用研究 5 年(87.07-92.06)計 畫」以建立我國建物性能式法規的架構，並參考各先進國家在建築物防 火工程及性能防火法規之發展重點，並配合國內社會民情、產業需求及 法規體系等條件，復參酌先進國家過去建築物防火研究發展的策略及經 驗綜合而成。本研究所獲得之成果十分豐碩，所獲致之結果將可作為未 來針對高層建築物防火安全性能式設置專章編撰時之參考。. 6.
(26) 第一章緒論. 本 計 畫 研 究 目 的 為 :一、研 擬 物 流 倉 儲 類 建 築 物 火 災 的 可能損失項目與相對權重，並檢討其與國內外相關研 究的差異性。二、建構乙套適宜本土性相關消防的評 估作業流程、評分表、評分落點的涵義等，完成此類 建築物的防火安全評估基準。 第三節 研究方法與步驟 由於高層建築物平時內部人數眾多，加上空間寬廣、各類型場所多 夾雜其中，包含危險性較高、火害程度嚴重之場所，因而即使危險性較 低場所身處其中，亦無法儘考量自身場所類別與規模，而是需進行整體 評量。況且一旦發生事故，如需將內部人員進行疏散、及至完畢，於實 務上也是一件高難度之挑戰工作。因此有必要參考國外先進國家之相關 高層建築設計與規範，進行系統化之研究分析，並導入本土，以收他山 之石之功效。 美國自 911 事件後，對於高層建築之消防系統已傾向於主動式防火 設備(Active Fire Safety Equipment)之裝設，包含滅火系統與排煙系 統，而對於人員避難行為的探討，更加重視，主要為認為此二者間具有 一定程度之關聯性，無法獨立分開規劃與設計。因而費時數年以進行了 一系列之探討，所得之結果十分值得國內之參考。例如電力失效後之排 煙系統，啟動程序不正常、功能失效，導致妨礙人員避難行為之正常進 行，終至嚴重之傷亡。 研究報告指出，高層建築火災對人員傷亡主要是火與煙，尤其以後 者為劇。此種建築火場之煙擴散與流動情形，主要受「自然力」與「強 制驅使力」所影響，包含： 在「自然力」部分，「浮力」與「膨脹力」為火場高溫所產生，火 場「煙囪效應」與「自然風力」則受當時氣象條件(外氣溫度與自然風 的大小與方向)所影響。 對於「強制驅使力」部分，則為由建築內部機械設施所產生，包含. 7.
(27) 高層建築物排煙系統與人員避難關聯性之研究. 空調系統、電梯活塞效應、排煙系統「強制驅使力」等。 如能在對於「自然力」妥善加以考量下，適當規劃以利用建築內部 機械設施之「強制驅使力」，並配合人員避難特性之探討，為最新高層 建築煙控策略擬定之主要理念，而相關消防法規更須與時俱進，配合此 設計理念，例如性能化設計。整理並分析高層建築煙控策略，並與人員 避難行為相結合，提供相關結論供參考，即為本研究動機之一。 於高層建築發生火災時，可利用蓄煙或進行機械或自然排煙，進行 動態式煙控。將煙進行適當之導引(排煙)、阻擋(防煙)、或是短暫停留 (蓄煙)，以控制煙的蔓延方向與速度，爭取人員避難時間與空間，以增 加逃生成功機會，為近來煙控理念之主流。 火場中如能對外界非可控制因素─「自然力」加以適當考量下，利 用建築內部消防安全設施，將可減低人員傷亡。而相關設施則包含既有 的設備，例如排煙風機、風管、風門等，假若能更近一步擬定妥善之運 轉規劃，進行強制煙控與壓力煙控，以對煙的移動範圍、移動速度進行 更加嚴密控制，將能使身陷火場人員獲得無煙的避難逃生環境，增加其 獲救機會。 故本研究首先將收集國外高層建築煙控系統規劃與設計規範，進行 此類建築設計要求之分析，提供未來相關設施規範制訂時重要參考依據 。其次，本研究亦將收集近年來國內高層建築物火災案例之相關資料， 以了解火災對於高層建築所造成的危害。 另外，由於無論是國內外研究報告，均指出高層建築火場濃煙之分 布，且往往造成人員嚴重傷亡，並導致財物損失。分析此種建築火場之 煙擴散與流動情形，可區分為受「自然力」與「強制驅使力」所影響。 本研究亦將利用建築內部對於火災事故發生後處理「濃煙」之消防安全 設施加以適當規劃，並配合此類建築人員避難特性之探討，建立最新高 層建築煙控策略之擬定，據以提出國內高層建築火災煙控防救安全對策 ，作為未來研擬相關安全條文時之參考。. 8.
(28) 第一章緒論. 因此，經由本年度計畫之執行，相關完成之具體成果如下： 收集與分析美國商業部國家標準與技術局(National Institute of Standards and Technology，以下簡稱 NIST)針對美國世貿中心大樓 (WTC)事故所進行之調查報告。 藉由產險業者與消防單位的協助，收集近年來國內高層建築物火災 案例之相關資料。 分析高層建築物人員避難行為特性，與模擬主動式煙控系統區間加 壓之概念，包含「濃煙局部排洩方式(Smoke Purge)」、「核心式加壓 (Core Pressurization)」、「三明治式加壓(Sandwich Pressurization) 」、「局部區域煙控配合樓梯加壓(Zoned Smoke Control with Stair Pressurization)」等多種方式，加以模擬分析，以建立全方位主動式 煙控系統。 提出國內高層建築物火災的可能性項目，與火災預防的安全對策， 作為未來研擬相關安全規範之參考。 邀請產險公司、高科技業者、政府機關、研究單位等各界代表，共 同參與學者專家的座談會，檢討前述各項研究成果。 故本研究首先將收集最新國外高層建築排煙系統設計理念資料，例 如美國世貿中心大樓(WTC)事故調查報告，以研究高層建築排煙系統設 計趨勢，以進行整理與分析高層建築煙控系統最適化設計。 同時將藉由產險業者與消防單位的協助，收集近年來國內高層建築 物火災案例之相關資料。並分析高層建築物人員避難行為特性，與模擬 主動式煙控系統區間加壓之概念，包含適當之導引(排煙)、阻擋(防煙) 、或是短暫停留(蓄煙)藉以形成有利於逃生的壓力梯度(「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)，加以分析，以建立全方位主動式煙控系統。 根據現行工程施工成本與效益分析，各系統之比較如表 1-2 所示。 最後本研究將提出國內高層建築物火災損失的可能項目，與火災預. 9.
(29) 高層建築物排煙系統與人員避難關聯性之研究. 防的安全對策，作為未來研擬相關安全規範之參考。並邀請產險公司、 高科技業者、政府機關、研究單位等各界代表，共同參與學者專家的座 談會，檢討前述各項研究成果。 承上所述，本計畫主要工作內容及其詳細進行步驟，示如以下之工 作流程，如圖 1-1 所示。. 10.
(30) 第一章緒論. 研究計劃目標、方法與 步驟確認 蒐集有關高層建築物建築煙控 系統之設計方法與資料. 整理與分析國內外高層建築物 建築煙控系統規範. 高層建築物人員避難特性之分 析與研究 專家、學者座談會議的意 見整合 進行高層建築物排煙設計方案 與人員避難的關連性研析 期中階段審查會議的意見 整合 進行國內高層建築物設計案例 的驗證模擬作業 提出國內高層建築物煙控系統 設計規範之建議 期末階段審查會議的意見 整合 結論與建議. 圖 1-1 整體研究計畫流程圖 (資料來源：本研究整理). 11.
(31) 高層建築物排煙系統與人員避難關聯性之研究. 表 1-2. 各種排煙系統的成本與效益分析表. 濃煙局部 排洩方式 (Smoke Purge). 核心式加壓 (Core Pressurization). 三明治式加壓 (Sandwich Pressurization). 局部區域煙控配 合樓梯加壓 (Zoned Smoke Control with Stair Pressurization). 工 程 費 用. 一般. 一般. 較高. 較高. 維 護 管 理 經 費. 一般. 較高. 較高. 較高. 涵 蓋 效 益. 佳. 佳. 極佳. 極佳. (資料來源：本研究整理). 12.
(32) 第二章文獻回顧、法規研析與火災案例分析. 13.
(33) 高層建築物排煙系統與人員避難關聯性之研究. 第二章 文獻回顧、法規研析與火災案例分析 第一節 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 B-12. A-2. ：. 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. 14.
(34) 第二章文獻回顧、法規研析與火災案例分析. 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.. 15.
(35) 高層建築物排煙系統與人員避難關聯性之研究. 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.. 16.
(36) 第二章文獻回顧、法規研析與火災案例分析. 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. 17.
(37) 高層建築物排煙系統與人員避難關聯性之研究. 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.. 18.
(38) 第二章文獻回顧、法規研析與火災案例分析. 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 建築物自衛消防編組之建構基準。當中說明組織架構之建構基準為何、 編組後各組職責之建構基準須注意哪些事項，同時亦兼顧對弱勢者避難 時之考量，相關內容在高層建築消防安全管理極具參考價值。. C-3. 內政部建築研究所資訊服務網，http://abri.gov.tw/achievement/index.aspx. 19.
(39) 高層建築物排煙系統與人員避難關聯性之研究. 高層建築由於內部人員眾多，且因要進行水平避難與垂直避難行為 ，導致疏散距離長，一旦進行避難逃生行為時，由於人類行為因素容易 因恐慌發生二次災害，因此如何在進行大規模疏散時，不會發生意外事 故，需要妥善利用「相對安全區」與「絕對安全區」的概念與關聯性。 目前國內依據行政院災害防救委員會核定之「公共安全管理白皮書 」實施計畫，頒定「高層建築物中間層避難空間設置原則」 A-6，針對樓 層設計數高於 36 層以上之建築物，至少應設置一處中間層避難空間， 每增加 20 層時，應增加設置一處。相關規定即考量，當事故發生後， 避難人數眾多，逃生者直接到達地面層而無甚何停留，將相當耗費體力 。同時將造成下部樓層擁塞而影響避難時逃生路線之通暢性，反而造成 恐慌與危險。 由於「絕對安全區」乃是到達火災建築物以外的區域，此時人員不 至於發生意外。而「相對安全區」是在火災建築物內不會受到延燒或立 即危害的區域，例如高層建築物內部的緊急升降機間與安全梯間均為「 相對安全區」，同時為確保人員安全，該些區域依據法規必將設置緊急 照明設備、排煙設備等消防安全設備，具有足夠之空間容納滯留者。因 此將大樓內部人員先行導引至此，以避免避難行為之衝突，為極為重要 之概念。相關之「中間層避難空間」包含室內空間、半戶外空間及戶外 空間等三類. C-6. 。. 國內外高層建物發生過幾個代表火災，而且都造成重大人命傷亡及 財物損失，另一方面由於國內之法規要求及使用狀況與國外明顯不同， 為防患於未然，實有必要瞭解其危險性。. A-6 C-6. 20. 財團法人台灣建築中心，高層建築物中間層避難空間設置原則，96 年 11 月。 財團法人台灣建築中心，http://www.cabc.org.tw/.
(40) 第二章文獻回顧、法規研析與火災案例分析. 第二節. 國內、外相關法規研析. 火場中產生之有毒物質包含刺激性與麻痺性成分，如人員暴露於濃 度較高之環境，或是停留時間較長將導致昏迷、休克，若不即時離開， 將導致死亡，參考目前NFPA 130 對於火場中人體承受危害度指標如表 2-1 所示 B-16。本研究茲將相關法規研析如下所述： 一、煙控系統 美國國家防火協會（National Fire Protection Association）制 定將近二百多種適用於各種建築物採用的法規，其中包含： NFPA 92A ─ Standard for Smoke-Control Systems Utilizing Barriers and Pressure Differences 2006 Edition為一般典型建築物 所適用，其主要涵括範圍即為「專用」與「非專用」煙控系統的設計、 安裝、測試，等準則，為國際間知名之煙控系統法規 B-9。 在 NFPA 92A 開宗明義就提到所有的火災會產生煙，假如沒有將煙 控制的話，將會擴散到整個建築物危及到生命財產的安全。故應設計煙 控系統用來抑制煙流進主要之逃生出路、出口通道或其他建築物相似作 用的區域。當設計煙控系統時，若加上自動撒水系統或其他類似設備時 ，則對煙控效果將有莫大的幫助。 相關法則規定為： a. 在避難逃生期間，能提供一安全逃生通道。 b. 控制和減少火災區煙的擴散。 c. 控制並保持未著火地區之環境，以利搜救滅火工作之進行。 d. 保護人員生命安全和減少財物損失。 其次，NFPA 92A 所包含的範圍有煙控系統之設計、裝置、測試、 操作及維修，另外還包含空調系統改成煙控系統之設計等。其制定的主 B-16. NFPA 130, "Fixed Guideway Transit and Passenger Rail Systems", National Fire Protection Association, 2000. B-9 NFPA 92A, "Smoke-Control Systems", National Fire Protection Association, 2000.. 21.
(41) 高層建築物排煙系統與人員避難關聯性之研究. 要目的係提供指導，以達成以下一項或多項目標： a. 在避難逃生期間，能提供一安全逃生通道。 b. 控制和減少火災區煙的擴散。 c. 控制並保持未著火地區之環境，以利搜救滅火工作之進行。 d. 保護人員生命安全和減少財物損失。 關於煙控之基本原理，在 NFPA 92A 指出，煙經常隨著建築內之空 氣流動，雖然火可阻隔在防火區劃內，但煙卻很快擴散至鄰近之區域。 煙擴散之路徑有結構之縫隙、管路滲透、風管、打開之門。而導致煙擴 散至防火區劃外之主因：(a)煙囪效應(b)火災溫度效應(c)天氣條件，特別 是風及氣溫(d)空調系統。以上因素會造成區劃隔板、牆、樓板之壓力差 而導致煙的擴散，所以改變壓力差可以控制煙的流動。 建築物構造及設備，例如牆、樓板、門、風門及配合 HVAC 系統 可以協助控制煙的流動。實際上整棟建築物的設計和結構氣密性對於煙 控具有實質意義。稀釋煙的濃度並非完成煙控的方法，煙控並非簡單的 供氣和排氣而已。煙控可用以下兩基本原理來說明： (a) 足夠大小的空氣壓力差作用在區劃隔間，將可控制煙的流動 (b) 足夠大小的平均空氣速度，將可抵擋煙的流動。 上述第一種控制煙流動的方法是在區劃樓板和建築物的其他部份 產生壓力差，建築物加壓的基本觀念是建立一個較火災區高壓的空間， 這種方法可以使空氣流入火災區且防止煙漫延整個建築物。 上述第二種控制煙流動的方法氣流可用來防止煙流經過一個空間 ，這個原理一般常用於門打開時控制煙的流過。氣流通過打開的部份進 入火場必須有足夠的速度才能防止煙的離開，因此需要大量空氣所以控 制煙流動。利用氣流並不是最好的方法。 至於有關加壓煙控系統設計參數方面共有六種，包括：(1)一般，設 計準則以政府法令或標準為主、(2)洩漏面積參數、(3)天氣資料、(4)壓 力差、(5)氣流、(6)門打開之數量。. 22.
(42) 第二章文獻回顧、法規研析與火災案例分析. 1.美國 NFPA 90A─Installation of Air Conditioning and Ventilating Systems, 2002 edition 為控制火災發生時所產生之火焰，經由空調通風系統而在建築物內 部延燒，也控制火場產生濃煙，避免經由空調通風系統在建築內部等渠 道蔓延，並允許建築物內之空調系統於緊急狀況時可兼為他用，即時轉 換成為煙控系統。有關NFPA Codes & Standards--產品標準及規範，可 參考相關資料. B-15. 。. 在 NFPA 90A 中，開宗名義就提到：空調系統有能力將「煙」、「 熱氣」與「火焰」傳送到建築物內的各個角落，同時亦有可能提供新鮮 空氣至火場，而助長火勢。因此，如何將防火/防煙等功能，加入於空調 系統中，不僅能有效保護人身安全與減少財物損失，此即為空調系統併 用煙控系統之基礎。 因此美國防火協會制定 NFPA 90A 的主要用意有五項： (a) 限制火災時產生的煙，藉由空調系統於建築物內蔓延，或從建築物 外進入 (b) 限制火災時產生的火焰，藉由空調系統於建築物內蔓延，或從建築 物外進入 (c) 規定設置空調系統時，須保持建物結構，如樓地板、隔間、屋頂、 牆與天花板等，防火性能的完整性（fire-resistive integrity） (d) 須將空調系統之起火（ignition source）與可燃（combustibility）部 份所佔比率降至最低 (e) 允許建築物內空調系統於緊急狀況時移作他用，即為煙控系統 以上五點不僅為 NFPA 90A 所認為保障人身安全與減少財物損失 的最小要求（minimum requirements），同時亦為設計空調兼用煙控系統 最基本要求，即具備防火/防煙功能。 為了讓空調系統具備防火/防煙之功能，可以利用平面區劃、垂直 B-15. NFPA Codes & Standards--產品標準及規範，http://www.firebook.tw/nfpa/nfpa_b21.asp. 23.
(43) 高層建築物排煙系統與人員避難關聯性之研究. 區劃與防火/防煙閘門之配合，進行整體建築物空調系統之設計。於 NFPA 90A 則列出以下各項，須具備防火/防煙功能： (1)空調機房（Air-Handling Equipment Rooms） 空調機房設計有很多種，其中特別值得注意的是直接以風管與豎井 相接的型式。而豎井內，為回風管道與送風風管。由於空調機房內擺設 有送風機等等重要設備，為了讓空調系統於火災時仍能兼用做煙控系統 ，於機房四周必須用防火牆隔開。 而在空調機房的外氣進氣口（Outside Air Intake），則須裝設防火 閘門（FD）。必要時須關閉防火閘門，以預防鄰棟建築物發生火災時的 煙或火焰，藉由外氣進氣口引入。 (2)開口部之穿透防護 此項為使空調系統具備防火/防煙功能最重要的工作。於設置空調 系統時，必須保持建築物防火性能的完整性。故對於開口部之穿透處之 防火/防煙功能，亦須詳加設計。 此處 NFPA 90A 所謂的開口部（Opening），為指空調系統中的風 管穿過以下所列各項，形成之開口，包括： 防火牆或防火隔間牆 防火地板 防火天花板或防火屋頂 豎井 防煙阻體 當空調系統穿過上述五項本身已經具備防火/防煙功能時，位於該 斷面之風管內必須裝置防火/防煙閘門（FSD），以確保防火/防煙功能之 完整性。 2.美國 NFPA 92B─Standard for Smoke Management Systems in Malls,. 24.
(44) 第二章文獻回顧、法規研析與火災案例分析. Atria, and Large Spaces, 2005 Edition 為介紹高大型建築物，介紹中庭煙氣控制方法和中庭煙氣控制系統 的設計計算公式，以收集其煙層沉積速度，當中最為著名者即為「N百 分比法」，以作為煙層高度判定準則 B-10。 3.中國「高層民用建築設計防火規範」 中國國家標準之「高層民用建築設計防火規範」（Code for fire protection design of tall buildings），適用於下列新建、擴建和改建的高 層建築及其裙房： 10 層及 10 層以上的居住建築、建築高度超過 24 公尺的公共 建築等等，但當高層建築的建築高度超過 250 公尺時，建築設 計採取的特殊的防火措施，應提交國家消防主管部門組織專題 研究、論證。. 「高層民用建築設計防火規範」共分為九大部分，其中內容中 5. 防火、防煙分區和建築構造、6.安全疏散和消防電梯、7.消防給水和滅 火設備、與 8.防煙、排煙和通風、空氣調節等等，為其防火避難設計之 重要內容 B-3。 另外，排煙設計為高層民用建築防火規範的重要組成部分，根據設 計規定在房屋的有關部位設置防煙、排煙設施。一般情況下，一個防火 區可劃分為若干個排煙區。排煙設備包括排煙口、排煙閥、排煙風機和 活動的防煙捲簾、垂壁等，並應設自控裝置與煙感器或溫感器聯鎖。對 有關空調或通風系統，能進行自控，按要求分別關閉或啟動。 4.「建築技術規則」建築設計施工編 B-10. NFPA 92B, "Smoke Management Systems in Malls, Atria and Large Areas", National Fire Protection Association, 2000. B-3 Norman, E.G., and Bernard, M.L., “Human Factors Consideration in the Potential for Using Elevators in Building Emergency Evacuation Plans,” NIST-GCR-92-615, NIST, 1992.. 25.
(45) 高層建築物排煙系統與人員避難關聯性之研究. 於民國 83 年「建築技術規則」建築設計施工編增訂第十二章高層 建築物專章，以規定高層建築之防火避難相關設計事宜。其開宗明義第 二百二十七條就列出：「本章所稱高層建築物，係指高度在 50 公尺或 樓層在 16 層以上之建築物。」 C-4 高層建築物專章共分為四節，包括第一節一般設計通則、第二節建 築構造、第三節防火避難設施、與第四節建築設備。其中與防火避難較 為相關的為第三節與第四節之內容。 於第三節防火避難設施中明訂，「高層建築物應設置二座以上之特 別安全梯並應符合二方向避難原則。二座特別安全梯應在不同平面位置 ，其排煙室並不得共用。……」、「高層建築物通達地板面高度五十公 尺以上或十六層以上樓層之直通樓梯，均應為特別安全梯……」、「高 層建築物設有燃氣設備時，應將燃氣設備集中設置，並設置瓦斯漏氣自 動警報設備……」等等，均與一般建築物防火避難設計之規定有所不同 ，且較為嚴苛。 5.「建築技術規則」總則編 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。其中， 有關建築技術規則總則編第三條之四之內容如下： 下列建築物應檢具防火避難綜合檢討報告書及評定書，或建築物防 火避難性能設計計畫書及評定書，經中央主管建築機關認可；如檢具建 築物防火避難性能設計計畫書及評定書者，並得適用本編第三條規定： 一、高度達 25 層或 90 公尺以上之高層建築物。但僅供建築物用途 類組 H-2 組使用者，不受此限。 二、供建築物使用類組 B-2 組使用之總樓地板面積達 30,000 平方公 尺以上之建築物。. C-4. 26. 內政部營建署全球資訊網，http://www.cpami.gov.tw/index.php.
(46) 第二章文獻回顧、法規研析與火災案例分析. 三、與地下公共運輸系統相連接之地下街或地下商場。 因此，我國達 25 層或 90 公尺以上之高層建築物，除了需按照「各 類場所消防設備設置標準」與「建築技術規則建築設計施工編第十二章 高層建築物」設計相關防火避難設施外，另還要檢具「防火避難綜合檢 討報告書」或「建築物防火避難性能設計計畫書」，送相關單位審查核 定，以取得建照。. 二、高層建築物的煙控策略 1.增壓化。 2.減壓化。 3.產生適當氣流組織。 應用於工程設計方法包含： 1.以機械排煙作為濃煙局部排洩的系統。 2.核心式加壓，如圖 2-1 所示。 3.三明治式加壓，如圖 2-2 所示。 4.局部區域煙控配合樓梯加壓，如圖 2-3 所示。. NFPA 92A 所包含的範圍有尚有空調系統改成煙控系統之設計等， 可作為高層建築物興建時，作為空調兼用煙控系統之空調系統型式。 由於高層建築霧內部人員於火災事故發生後需進行人員疏散、離開 火災發生樓層，至避難層或地面層，涉及垂直避難路徑問題，目前國際 間採用的即為「樓梯間加壓化」，對於高於某特定樓層之建築物，更加 入「中間層避難空間」之觀念。 美國芝加哥已朝向修改使用 50 年之久的建築相關法規，對於樓高 超過 35 英呎(11 公尺)之商業建築強制規定裝設自動灑水設備，對於高. 27.
(47) 高層建築物排煙系統與人員避難關聯性之研究. 層建築也因 2003 年 10 月 17 日庫克郡市政府辦公大樓大火、導致六人 死亡，建議老舊之高層建築務須加裝樓梯間加壓風機。主要目的，就是 讓建築物於火災發生時，能將該樓梯間形成可供人暫時待守的無煙環境 ，以提供救火人員準備救火時一個發動場所。而對於火災的樓層，增壓 化的樓梯間則需維持該層樓梯間的門內外之壓力差，以限制火災區煙流 的滲透。 對照以往國內、外許多火災案例分析得知，樓梯間常是濃煙的流通 與積集的管道。例如嘉義「嘉年華大樓」火災，死亡的 11 人之中，有 6 人在樓梯間內被濃煙嗆死。1972 年 5 月日本大阪『乾日』百貨大樓火災 、1980 年 11 月美國「米高梅飯店」大火中，經分析重大傷亡的原因， 均為濃煙經由空調系統擴散或濃煙進入樓梯間而阻礙人員之逃生路徑 為主。 樓梯間之所以成為建築物火災中致命的關鍵，原因為濃煙速率受重 力影響產生水平移動與垂直移動之差異性。於垂直的移動速度方面，因 大於人員爬樓梯的逃生速度。由於濃煙水平擴散移動的速度約為 0.5～ 0.75 m/sec，而人員水平移動的速度則約為 1.5～2.0 m/sec。因人員速 度大於煙水平擴散的速度，故人員水平逃生獲救之機率較大。而煙垂直 上升的速度約為 1.5～3.5 m/sec，而人員爬樓梯的速度只約為 0.5 m/sec ，因此人員逃生的速度顯然比煙的垂直流動速度慢的很多，當然非常容 易受濃煙影響，導致人員處於濃煙密佈環境下而威脅人員生命安全。故 樓梯間加壓的必要性，不僅在保護人命，亦是阻擋煙向上的流動。 基本上，梯間增壓化仍是利用送風機、風管以及氣密性高的樓梯間 牆壁與屋頂，在火災發生時，讓樓梯間內產生應有之壓力，使煙不易進 入。並且在樓梯間門開啟時之瞬間，能夠產生往梯間外流動的氣流，以 降低煙流進入樓梯間之量。. 三、高層建築物與性能式法規之結合. 28.
(48) 第二章文獻回顧、法規研析與火災案例分析. 目前國際間許多高層建築之消防安全設備已不再侷限於以條列式 法規(Prescriptive-Based Code)規劃之，而逐步朝向以性能式法規 (Performance-based Code)代替，主要是因為我國過去消防法規之訂定 ，多參酌日本消防法規，以其為基準，法規內容具有明確要求之注意事 項，執行時依法執行，此原本是用意良善之規定 C-5。只是一旦發生嚴重 火災傷亡事故後，為提升消防安全程度，使得法規日趨複雜，如此複雜 性之規定套用於高層建築物，並非皆為十分洽當，有時反容易造成困擾 、或衍生更多興建時之成本支出，甚至造成高層建築規劃設計時綁手綁 腳之阻礙。 因此對於高層建築物之興建而言，採用性能式法規設計，將使規劃 設計者更具有彈性空間，更可做為我國加入世界貿易組織與其化成員國 建築業務接軌的橋梁，據此政府應擬具相關配套措施，以符合國內建築 產業之需求. A-8, B-6. 。目前各國性能法規發展之探討介紹如下：. 1.北歐建築基準委員會性能法規之發展 1963 年，北歐建築基準委員會針對北歐各國之建基準加以檢討。 在檢討過程中，建築基準委員會對各國的建築基準內容加以彙整，制定 共通性之法規架構，開發了「北歐建築基準委員會分類體系」，將建築 基準分為五種等級，如圖 2-4 所示。 2.紐西蘭與澳洲性能法規之發展 1986 年，紐西蘭建築產業界組成「建築產業委員會」，針對性能 法規進行研究。並在 1990 年向政府提出建築規範法案報告書。其主要 架構與北歐建築委員會錠分類體系相似，如圖 2-5 所示，其差異點在於 ：非強制性內容(不包含在建築規範內)的第四級必須有驗證及預測第三 級要求之方法及第五級必須符合設計要求之具體「解決方法」。 C-5. 內政部消防署，http://www.nfa.gov.tw/ 丁育群，我國性能式建築法規發展現況之研究，建築技術規則修正案專題報告，91 年 7 月，P34-37。 B-6 NFPA, NFPA Ready Reference – Fire Safety in High-Rise Buildings, National Fire Protection Association, USA, 2003. A-8. 29.
(49) 高層建築物排煙系統與人員避難關聯性之研究. 而 在 澳 洲 ， 亦 有 和 紐 西 蘭 相 似 之 建 築 法 規 (Building Code of Australia)(BCA)；但在 BCA 當中，相當於紐西蘭建築法規第五級之「 符合要求之具體解答」，亦包含在建築規範第之中。 3.美國性能法規發展之概說 美國建築法規是由各州、郡、市等地方政府各自訂定、執行，並非 由聯邦政府統一訂定。但美國有三種主要法規，提供各地方政府於訂定 建築規制時之參考或引用。其主要法規制定之重要精神在於各項性能明 確化，並規範本身可繼續維持某些規格式規定。即便是「性能」取向， 但美國建築法規發展趨勢仍不屬於性能化規定。 4.日本性能法規之發展 日本建築基準法歸朝向「性能化」發展之原因，係為解決社會議題 、消除國際貿易上之非關稅障礙，並促使性能法規與國外相互認證及使 用，若是性能試驗方法是獨有、無法得到外國承認的，則對於使用國外 產品方面將形成一大障礙。 所以，日本著手性能化規定之修正，包含性能驗證之試驗及分析方 法，並謀求與國外試驗方法相互協調，或針對國外之試驗結果及通過外 國認定的產品加以認證，如此便可與國外之試驗方法相互採認，這就是 所謂的「相互認證」。 5.我國性能式建築法規發展現況 我國性能式防火避難技術評定的前置工作已逐漸完備，其目的在於 提供從事性能式設計的建築物有一參考之法源依據。建立政府性能式防 火避難審查機制，則是行政機關實施性能式防大避難設計審查時與業界 團體的溝通平台，藉由審查過程的互動及溝通來解決業界從事性能式防 火避難設計時所面臨之困難點、設計或是施工不適法之處，並提出配套 措施、解決建管行政人員之審查疑慮，進而促使建管及消防機關瞭解建 築物的安全及合法性 C-1。. C-1. 30. 全國法規資料庫，http://law.moj.gov.tw/fl.asp.
(50) 第二章文獻回顧、法規研析與火災案例分析. 四、建築物防火避難安全驗證技術 內政部建築研究所配合世界各先進國家發展性能式法規與潮流，於 93 年頒訂「建築物防火避難安全性能驗證技術手冊」。由於該技術手冊 設計規劃建築物人員避難安全性能驗證，探討之對象包括居室、樓層及 整棟建築物避難安全性能評估. A-5,7. 。. 經過後續研究者比較各種「區域模式」之理論架構，並以樓地板面 積小於兩百平方公尺之內部空間為分析對象，以「簡易二層法」之相關 公式對該空間進行火災風險評估，並以「建築物防火避難安全性能驗證 技術手冊」方法進行發煙量與煙層下降時間之比對。 因此目前對於防火避難安全驗證，若建築空間樓地板面積小於兩百 平方公尺時，採用「簡易二層法」驗證可得較佳結果。而當面積大於兩 百平方公尺以上之建築時，則以「建築物防火避難安全性能驗證技術手 冊」之方式進行驗證可獲得良好成果。兩者在防火工程應用上具有互補 性，且皆為可靠之火災風險評估工具，可應用於實際之工程案例中。. A-5 A-7. 內政部建築研究所，建築防火有關性能式設計法建議草案與案例解說，91 年 6 月。 陳建忠、王榮進、林慶元，建築物防火避難安全性能驗證技術手冊，內政部建築研究所，93 年 2 月。. 31.
(51) 高層建築物排煙系統與人員避難關聯性之研究. Smoke Zone. + + + + + + +. + + + + + + + +. + + + + + + + +. 圖 2-1 建築物樓層區劃煙控系統圖(核心式加壓系統) (資料來源：參考文獻 B-9). + + + + + +. Smoke Zone. + +. 圖 2-2 樓層間區劃正負壓煙控系統圖 (三明治式加壓系統) (資料來源：參考文獻 B-9). 32.
(52) 第二章文獻回顧、法規研析與火災案例分析. + + + + + + + + + + + + +. Smoke Zone. + + + + + +. 圖 2-3 樓梯間區劃之正負壓煙控系統圖 (部區域煙控配合樓梯加壓系統) (資料來源：參考文獻 B-9). 33.
(53) 高層建築物排煙系統與人員避難關聯性之研究. Level 1：全面性目標 Level 2：將第 1 級之訂定目 標，以各項「機能項目」表示 Level 3：實現第 2 級「機能 項目」之各種訂定目的要求 Level 4：測試以上各項要求 是否符合規定之驗證方法 Level 5：符合要求之具體事 例 圖 2-4. 北歐建築基準委員會分類體系級圖. (資料來源：參考文獻 A-4). Level 1：規範之目的 Level 2：機能性要求 Level 3：對於性能要 求，應保有特性 Level 4：符合規定之 驗證、預測方法 Level 5：符合規定之 具體「解答」 圖 2-5 紐西蘭建築法規之 5 級制法規架構概略圖 (資料來源：參考文獻 A-4). 34.
(54) 第二章文獻回顧、法規研析與火災案例分析. 表 2-1 火場中人體承受的危害類型與承受範圍表 危害類型 火場溫度 煙層濃度 熱輻射. 有毒氣體. 承受範圍 10 秒鐘內暴露溫度低於 60℃ 最初 6 分鐘內暴露溫度低於 50℃ 暴露時間若增長，暴露溫度應更低 緊急出口標示燈於 30m 處需維持 80 lux 於 10 秒鐘內暴露低於 6300w/㎡ 於 6 分鐘內暴露低於 1600w/㎡ 超過 6 分鐘暴露低於 950w/㎡ 平時狀況： CO 濃度於 10 秒鐘內暴露低於 2000ppm CO 濃度於 6 分鐘內暴露低於 1500ppm 火場避難逃生： CO 濃度低於 800ppm. (資料來源：參考文獻 B-16). 35.
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