我國建築防火安全工程及設計法發展策略及必要項目規畫研究

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(1)內政部建築研究所. 研究計畫成果報告. 我國建築防火安全工程及設計法發展策略及必要項目規畫研究. 計畫主持人：陳教授俊勳共同主持人：熊教授光華. 研究單位：國立交通大學委託單位：內政部建築研究所計畫編號：MOIS 891002.

(2) 執行期程：八十八年十月至八十九年十月. 中華民國八十九年十月二十一日. 內政部建築研究所研究計畫成果報告. 我國建築防火安全工程及設計法發展策略及必要項目規畫研究. 計畫主持人：陳教授俊勳共同主持人：熊教授光華研究人員：林木榮研究助理：蕭啟宏黃金樹.

(3) 研究單位：國立交通大學委託單位：內政部建築研究所計畫編號：MOIS 891002 執行期程：八十八年十月至八十九年十月.

(4) ARCHITECTURE & BUILDING RESEARCH INSTITUTE MINISTRY OF INTERIOR. RESEARCH PROJECT REPORT. The planning of developing strategy and subjects for fire safety engineering and design guide. BY CHIUN HSUN CHEN KUANG HUA HSIUNG MU JUNG LIN CHI HONG HSIAO JIN SHU HUANG.

(5) Oct 21, 2000.

(6) 摘. 要. 關鍵詞：性能法規、性能防火安全工程設計法、設計準則. 本研究主要是針對實施性能法規時，所需要配套措施「性能防火安全工程設計法」之設計準則（Design Guides）的相關內容作一規劃。首先先說明其必要性，並釐清「性能法規」和「性能防火安全工程設計法」相似和相異之處；接著將所收集到的英、美、澳、紐等國防火安全工程設計準則列表比較並分析，表列項目有十四個項目，此外亦包括日本相關資料；再根據評比分析的結果，以美國美國 The SFPE Engineering Guide to Performance-Based Fire Protection Analysis and Design 為主，融入其他國家的一些特點，規劃出一個基本架構。此架構主要包括三個部份：基本資料的建立、分析與設計、文件與規格說明書之準備。其中以第二部份為整個設計準則的核心，除了作細部的解說外，並提供一個案例作參考，以提供對「性能防火工程設計法」有興趣者一個重要的參考依據。依據前述比較及建議架構，本研究亦規劃六個必要重點研究項目，包括有使用計算工具的認証、我國現行防火法規量化之可行性研究、國外案例的分析研究、經濟效益分析方法的研發、風險評估方法的研發、結構耐火設計法的研發，以落實性能防火安全工程設計法的執行。最後，針對性能法規適用範圍、現行規格法規的修訂、積極從事基礎研究工作以建構工具性手段（內容有引燃和火災成長現象研究、火警探測器、人員避難逃生特性分析、火災統計與原因調查等）、管理制度的確立以及和保全系統的結合、教育訓練和保險業者的角色作一些建議。.

(7) ABSTRACT. Keywords ： Performance-Based Code, Fire Safety Engineering Design, Design Guide The research is to plan the corresponding contents of design guides for the fire safety engineering design methods when the performance-based codes are carried out. First, the meaning of performance-based codes is explained to distinguish it from the one of fire safety engineering design method. Next, a 14-item table, consisting of the design guides used in UK, USA, Australia and New Zealand, is given to make a comparison analysis. The updated one of Japan is also included. According to the results of analysis, an infrastructure, based on The SFPE Engineering Guide to Performance-based Fire Protection Analysis and Design, is proposed by including some special features from other countries. It comprises three parts, which are the establishment of basic information, analysis and design and documentation, respectively. The second part is the key element, therefore, a detailed explanation is provided and an example case is given for this part. In addition, six items of research topics, which are the validation of engineering tools, quantification of the present codes, analyses of case studies, method of cost effective analysis, risk analysis and models for structural element analysis in fire, are proposed as well in order to complete the application of performance-based design. Finally, a set of conclusions and recommendations are given. They includes the suitable domain for using the performance-based code, the modification of the present prescribed codes, the basic topics for fire research, the combination of management and security system, the education and training, and the role of insurance that should play..

(8) 目. 次. 第一章緒論第一節研究動機與目的.......................................................................... 01 第二節研究方法及進行步驟................................................................. 04 第二章性能法規和防火安全工程設計法之簡介第一節性能法規....................................................................................... 06 第二節防火安全工程設計法................................................................. 11 第三章各國之防火安全工程設計準則之綜合比較表第一節前言................................................................................................ 15 第二節英美紐澳等四國防火安全工程設計指導原則之比較........ 16 第三節日本性能法規防火設計評估方法之簡介.............................. 50 第四章擬建議之我國防火安全工程設計法準則架構及擬規劃必要研究之項目第一節前言................................................................................................ 56 第二節設計步驟與流程.......................................................................... 58 第三節擬規劃必要研究之項目 ............................................................ 73 第五章結論與建議第一節結論................................................................................................ 76 第二節建議................................................................................................ 77 參考文獻 ............................................................................................................... 81.

(9) 表. 目. 錄. 表 1.1 防火目標與相關利害關係者目的的例子 .............................................. 18 表 2.1 風險可容忍度............................................................................................... 21 表 2.2 生命安全基準(Life-safety criteria)-可燃物之毒性生成物所造成之可容忍條件.................................................................................................... 21 表 2.3 生命安全基準(Life-safety criteria)-熱所造成之可容忍條件................ 21 表 2.4 煙遮蔽所造成之可容忍條件..................................................................... 21 表 2.5 物質引燃基準............................................................................................... 22 表 4.1 針對生命安全之逃生路逕工程設計目的 .............................................. 63 表 4.2 針對資產保護為目標的工程設計目的................................................... 63.

(10) 圖. 目. 錄. 圖 12.1. 子系統數值分析流程................................................................................ 44. 圖 4.1. 典型的設計火災曲線 ............................................................................... 65. 圖 4.3. 熱釋放曲線之 Qcr 與 Qdo 之關係圖 .................................................... 66. 圖 4.4. 評估替代方案............................................................................................. 69.

(11) 第一章. 緒論. 第一節研究動機與目的近年來火災給台灣地區居民帶來了無比的震憾和極大的人命及財物損失，而吾人於苦思對策之際，不妨可從他人類相關研發的經驗中找尋解決方法的一些啟示；同時更應時刻掌握最近世界發展潮流之脈動，使我國全體國人在追求防火安全之際，更能兼顧到經濟與有效的目標。我國近年來由於頻生多人死亡之重大火災，有關建管及消防法規亦隨之作某種程度修改。但對既有建築物，受限於「法律不溯及既往之原則」，以及諸多特殊用途建築物，諸如機場航廈、地下捷運系統、「巨蛋」式超大體育設施以及大賣場式之購物中心等，在適用現行法規有明顯困難之對象物；特別是近年來台灣地區陸續建造接近或超過 100 樓層之超高層建築物，雖然在現行法令設有超高層之專章之規範，但超高層建築物在極龐大收容人數及複雜用途使用之下，該超高層建築物是否能與一般建築物具有相同之「安全水準」不禁令人懷疑，且其法定防護手段之效益及成本頗須進一步探討。另外，對法規執行者以及防火安全或消防工程師而言，他們所面臨的一項重要議題是一旦當法規已經訂定或是消防安全設計已經完成之時，如何來決定建築物發生火災時，其居民的人命危險(fire risk to life) 程度。以往，吾人之思維邏輯均藉著「片面漸進增量法」 (incremental approach)來解決此一議題：意即如果我們在法規上增加一些要求，或者在設計上增加些消防安全設施等，只要所增加的部份超越以過去法規或是以往設計的話，就會比較安全。換言之，這些措施採行結果應該可以減少居民的危險。唯當人命之價值及財物價值日益受到重視、人類對火災本質日益瞭解、以及各國在災害防救資源有限而力求經濟有效之訴求中，世上各國莫不積極致力於發展具有成本效益觀念之人命安全和性能規範(Performance-based codes)之際，前述之「片面漸進增量法」已無法達到建構一個兼具整合性及合理性的建築物防火安全體系之目的。因此，為建構一個具整合性和合理性的建築物防火安全體系，我們必須尋求一些工具來計算火災危險(fire risk)，俾能決定建築物本身或消防安全設計是否符合安全的水準(safety level)。同. 1.

(12) 時，從建築物個體之需求上，找出各種「防護手段」(protection measures) 之間最佳之組合，既可符合安全需求事實的現況，亦能兼顧經濟成本之各種設計上之考量。在我國，建築與消防法規體制係屬於傳統之「規格法規」 (specification codes or prescription-based codes)，其最大之優點在於極容易使用。建築師於設計之初，祗要充分掌握法規的要求(例如：避難緊急出口之最小寬度，或避難記錄之最長之步行距離等)，進行設計即可，至於此一設計是否可達到真正之安全則「勿庸煩惱」。但是，一旦設計之對象物非原法定之標準型態建築物時，則此種極端缺乏彈性之法規要求的作法就暴露出現行法規的諸多缺點，加上我國相關之規範絕大多數「沿襲」自國外之法規，一方面既缺乏國內本土性之基礎研究，作為規範制定之參考，再方面對已執行之規範，均未作科學化及系統化之分析，以瞭解其合理性及效益性。因此，從事相關設計之建築師及工程師均以法規之要求作為設計之上限，鮮有針對所設計之對象物因時、因地、因用途、因潛在之危險度等不同而為適當之設計。因此，一旦面臨法規適用有困難之處，(諸如：超高層建築物、地下捷運空間、「巨蛋」式超大型體育設施、機場航廈等)亦多採「削足適履」之作法，以求能通過執照之審查為滿足，至於設計結果能否達到「理想之安全」，則無法(亦無意願)予以確定。針對此點，中華民國建築師公會全國聯合會於 89.2.21.在建研所召開相關研討會中，建議購物中心等大型建築物之防火區劃得採用性能法規或其他方法替代案。另外，為配合前述之議案，在 5.24.於桃園台茂購物中心開座談會，建議我國採用性能法規，將之應用於大型挑高或大規模空間之建築物，如高鐵車站、海洋博物館等博物館等，顯現出性能法規和性能防火安全設計法在我國目前尤其是針對特殊建築物有其急迫性，其相關建議可參見下頁。. 2.

(13) 建議調整之法規. 逃生設施. 防火區劃. 消防設備. 按規定三十公尺設樓梯密度過高。. 衍生之問題以性能性法規規範. 建議修正. 文. 技術規則第 93 條直通樓梯與步行距離以性能性法規規範. 條. 技術規則第 98 條直通樓梯之總寬度. 一、不利逃生避難。以煙控模擬與逃生二、不利消防人員辦識火避難計劃取代源。三、不利將煙導中至庭排出之設計。四、不利創造高品質之設計。. 一、樓梯密度過高，按每一００平方公尺六０公分寬座二公尺計本案必須 36 寬之樓梯。二、以總樓地板方式計必 1/8 須提供座二公尺寬之 15 樓梯。三、按澳洲法規僅需十座樓梯。. 取消. 以性能性法規規範. 技術規則第 79 條防火區劃. 一、逃生功能重疊，增加開發者之投資。二、能否發揮實際避難功能值得懷疑。. 以煙控模擬與逃生避難計劃補充. 技術規則第 90 條避難層出入口. 各類場所消防安全設備設置標準第 166 條緩降機、救助袋等設施. 無針對中庭空間特別規範設備設置標準。. 避難層出口要求過大：每一００平方公尺樓地板需六０公分寬直通樓梯向戶外開口之要求，使本案額外需增設之開口增加將近一倍。. 各類場所消防安全設備設置標準第條消防設 188,18 備排煙備設置規定. 3.

(14) 近年來，為期能解決長久以來「規格法規」所存在先天條件之缺陷，世界各先進國家：例如英、紐、澳、加、美等國，甚至東鄰日本，均紛紛推動所謂「性能法規」(Performance-based codes)，期能整合各項火災防護手段，一方面更能以功能為導向強調更具彈性及系統整合觀念作為達成「建築物防火安全(消防)安全」目標之手段，另方面更能考慮彈性所採行各種防護手段之經濟成本效益之問題。從傳統之「規格(慣例)性法規」轉變到「功能性法規」之過程，事實上已行之多年；祇是近幾年來，普受世界各國之重視。特別是在防火安全工程之領域中隨著下列各項因素(或是條件)的日益成熟，這些轉換之工作呈現具體且長足的進步。這些因素包括有：(1)我們對火災現象瞭解日漸清楚；(2)各項工具性的手段(包括各種模式及電腦軟體)日益發達；(3)經由各種災例及技術之開發，我們可更清楚的分析及瞭解法規的真正目的及可供解決的手段；(4)考慮到有限的資源下，如何建構一個可兼顧成本與效能的防火安全設計方法系統，已是各界所期望；(5) 基於全球性商業貿易機制及團體組織之興起，原有地方(區域)性或國家性之特有防火和消防安全的法規及準則，易造成貿易障礙，而倍受衝擊。. 第二節研究方法及進行步驟在我國，建築研究所早就體認到此種發展趨勢，而且上述因素，在建研所多年的努力下幾乎可說是趨近成熟，所以在其第一個五年防火計畫(82.7∼87.6)的倒數第二年（85.9~86.6.30），開始進行「建築物性能防火法規與技術規範之規劃研究」；後續一年則委托主持人從事有關「建築物火災模式應用及架構評估研究」之研究案。接著在前年開始的第二個五年計畫－「建築物防火安全技術開發與應用研究(87.7∼92.6)」開始進行一系列相關先導性的研究，例如: 「建築物火災危險評估模式驗證研究」、「國內高層建築物火災危險與消防安全成本評估電腦化應用之研究」、「建築火災安全法規轉型性能規定之探討（一）必然符合規定之研議」、「性能防火法規施行策略研究－日本經驗」及「性能防火法規施行策略研究－加拿大經驗」等。以上這些研究案，除了「建築物性能防火法規與技術規範之規劃研究」外，其餘基本上是屬於火災模式的應用及其他先進國家實施性能法規經驗的探討。而本研究案係在假. 4.

(15) 設我國完成性能法規立法的情形下，針對目前各防火研究先進國家實施性能法規所依據的指導原則（Guideline）作一個深入的探討，並作個別的比較與分析，並參酌國內社會現況、建築物特性、研究能力等本土因素，來建立我國發展防火安全工程（Fire Safety Engineering）及其設計方法（Engineering Design）所須的策略及相關必要項目的規劃，另外並建議國內尚待加強之相關研究課題，作為第二個五年計畫後期及第三個五年計畫有關防火工程研發的重點，以期一旦我國決定施行防火性能法規時，在事前已準備好有完整的使用工具。而進行的步驟如下所列： (1) 蒐集並了解目前各國實施性能防火法規的現況，以及他們所使用的防火設計指導原則。 (2) 分析及比較這些國外先進國家防火安全工程設計指導原則（Fire Safety Engineering Design Guideline）之內容。 (3) 探討我國防火工程研究的現況，並探討整合建築法規和消防法規重疊雷同部份之可行性。 (4) 建立我國建築防火安全工程及設計法發展策略及必要項目之規劃以及尚待加強之研究課題。 (5) 舉辦專家諮詢會議，針對(2)、(3)及(4)之工作內容作審核及建議，以收集思廣意之效。 (6) 撰寫期末總結報告。. 5.

(16) 第二章性能法規和防火安全工程設計法之簡介第一節性能法規何謂「性能法規」？與實質內容如何？迄今仍有爭議，而少有定論。甚至有論者指出當前我國法規中，訂有新技術、新工法、或新設備，無法適用現法規或適用有困難者，應檢具證明，經相關中央主管審查認可備案即予以核准之彈性規定，即可視某種形式之「性能法規」。但近年來之英、美、加、澳、紐等國在發展「性能法規」之努力上，己漸形成共識；即是「性能法規」須具備四大要項：第一、清楚敘明目標何在，衡量結果之指標即是以所欲達目的本身的價值(例如：拯救人命或財物)；第二、指定可證實的機能要求，且該項要求具有與前項目標兩者之間環環相扣可示範和量化之關係；第三、容許任何可達功能要求之解決手段(方法)；第四、通常是設立某一特定之「安全水準」(a level of safety)作為性能目標。很明顯，前述所謂彈性規定之說明，不太能符合這些「性能法規」要求的標準。以世界上目前推行「建築物防火(消防)安全工程（Fire Safety Engineering）」之「性能法規」最有力之二個國家紐西蘭及英國為例，在其建築規範中均確立了： (1) 目標 (Objectives) ， (2) 機能需求 (Functional requirements) ， (3) 功 ( 性 ) 能敘述 (Performance statements)(包括：對出火、逃生避難路徑、火勢延燒、火災中結構穩定性等各要件或現象之情形下各種防護手段應有之功(性)能表現)等架構。常見之「性能法規」之體系架構圖，可參見下頁之架構圖。. 6.

(17) 常見「性能法規」體系架構圖. 目. 標. 機能需求功(性)能敘述. 未來推動「性能性法規之重要工具. 工程方法 (手段). 技術資料. 統計. 超越法規. 7. 傳統之「規格性法規」之最主要之基礎改革.

(18) 近年來各先進國家所推行「性能法規」共通之特色，可大致歸納如下： 1. 以達到(滿足)特定安全水準之消防安全目標為依歸； 2. 以成熟的工程技術為手段； 3. 以火場成長危害之各項模式(包含決定性或機率性)為評估方法； 4. 以燃燒行為以及燃燒生成物之物理性和化學性之影響情形為考量之重點； 5. 以定量方法評估各種不同設計手段，期能求得可達到最低損失者，最具功(性)能目標； 6. 容許各種不同(代替)設計手段。較傳統之「規格法規」對防護手段的要求一成不變的情形，未來「性能法規」將會詳列防火和消防安全之各項目標(Goals)、各種手段之目的(Objectives)、及各種機能需求(Functional requirements)；同時列出各種可符合法規要求的設計方法(alternative design methods)。在此，常有許多人誤解以為一旦採行「性能法規」，就必須採用工程計算方式(engineering calculation method)來作防火安全工程之設計，事實上並非完全如此。通常「性能法規」並不會明確指定何種設計方法會比他種之設計方法來的更好，祗是近年來發展之結果，工程計算之方法最常被人拿來確認(verification)法規條文中之各項規定。藉著各項輔助工具之日益長足發展，工程方法(engineering method)在輔助建築物消防安全設計上，則顯得日愈重要。一般而言，「性能法規」可視為具體反映出「政策決策者」(例如法規制定者)為闡述(說明)社會大眾對特定建築物所應具有之健康衛生、安全與舒適之「社會期望」之具體結果的一項文件，在該法規中並不敘明何種方法是可接受的手段或實施方法。反之，一般的「規格法規」對應具有之健康衛生或安全的水準，是透過一些對不同居住用途的極為通則性的「最低限度要求」(minimum requirements)來予以規範。下列為類似有關敘述之例子，可以用來說明傳統法規之典型的性能要求敘述方式：「所有的構造物均需依下列所舉之一種或一種以上之類別按其使用之用途予以分類」「本法應確定逃生避難設備(施)設計之「最低臨界條件」(minimum. 8.

(19) criteria)為．．．．」「一棟建築物或構造物必須分類如下．．．」而在「性能法規」中，對一棟建築物所應具有健康衛生、安全、和舒適的功能要求，則是透一連串具有彈性的「社會目標」(Societal goals)、「機能目的」(Functional objectives)、及「功(性)能需求」 (Performance requirements)等不同階層法律來予以定義。其彼此間之關係如下圖所示。. 目標 (Goals) 機能目的 (Functional Objectives) 功(性)能需求 (Performance Requirements) 「視同合法」之代替性設計(方法). 功能為基礎之代替性設計(方法). "Deemed-to-Satisfy" Alternatives. Performance - Based Alternatives. 9.

(20) 1. 社會目標(Societal Goals) 在「性能法規」中對「社會目標」之敘述通常是站在法規主管事項之立場，對一棟建築物所應具有之健康衛生、安全、及舒適水準予以最上位階原理原則性之規範，這些規定一般來說極為定性化，但往往在法條之文義中會附有針對設計者所作之設計是否合乎法令規定，有關人員可以採用一些經認可的方法或模式(指定量的)予以評估之規定。法規中對「社會目標」的敘述通常是反應出「決策者」(或是法規制定主管官署)在闡述社會大眾對一棟建築物所期盼的事項(或價值)。以下為類似有關敘述之例子：「應確保建築物範圍內公眾之安全、健康衛生、和福祉」「保護民眾免於因建築物崩塌而受傷」「保護那些在火災發生初期未能獲通(告)知之建築物居民，可免於火災所帶來人命之傷亡．．．」「保護居民免於因缺乏適當之保健措施而造成舒適性之喪失．．．」. 2. 機能目的(Functional Objectives) 「機能目的」層級法條則提供在「性能法規」中比前述「社會目標」層級更詳細之規定。在本層級中其敘述內容通常是指陳一棟建築物或其中之各項設施(備)系統之功能如何來符合建築物應有之「社會目標」。以下為「機能目的」有關敘述之例子：「所有建築物．．．必須設計成或是築造成可安全地支撐所有的負載，包括靜載，而不致於使各種結構構件及其材料超過其容許應力 (或是在加上各種適當負載因子後之容許強度)值」「建築物、建築構件、及其基地工作物於其使用年限之中必須能抵抗在構築中或使用時所可能遭受各種負載之總和，甚至在改變負載時亦同。」「每棟築物必須備有各種安全防護手段來防止火勢擴大延燒，讓建. 10.

(21) 築物居民有足夠時間避難至安全的地點而不致為火災及其效應所傷害．．．」. 3. 功(性)能需求(Performance Requirements) 「功(性)能需求」層級法規通常是在「性能法規」中為規定的最為詳盡之規範層級。在本層級中，其敘述內容通是指陳建築物中某項(種) 建築材料、組件、系統、元件、設計因子、和構造工法要達到該法規中對該建築物之「社會目標」及「機能目的」所列各項要件之應有作法。以下為「功(性)能需求」有關敘述之例子：「為抑制火勢在建築物蔓延，裝璜在牆上或天花板上之裝修材料表面，必須具有適當減緩火焰在其表面延燒之能力；同時一旦被引燃時，在該特定環境條件下，其燃燒熱釋放率必須是低於某個範圍」「建築物、建築構件、及其基地工作物於使用年限中、築造中或使用中之增(改)建，必須少有機會因不當地變形、振動性反應、劣化、或其他物理特性而造成舒適性的喪失．．．」「建築材料和構件必須能延緩火勢的蔓延且能抑制煙和熱量之產生，及任何可能產生的毒氣，不超過某一適量的程度；該適量程度則端視步行距離、居民的數量和行動能力、建築物使用情形和裝設在建築物內主動式消防安全設備而定．．．」. 雖然「功(性)能需求」之敘述在「功能性法規」中已是為最詳盡的一個階層，但其有關的敘述內容仍免不了用了許多定性的甚至是一些含意不清的字眼，例如「適當的」(adequate)、「合理的」(reasonable)、「合適的」(appropriate)。這些用字之最主要目的是在選擇設計的方法時容許有最大的彈性。在一般的情形，「視同合法」的設計方法 (Deemed-to-Satisfy Solutions)可以用在比較一般性的個案(例如，沒有中庭之辦公大樓)，但是對某些較特殊的對象，則「視同合法」的設計可能並不恰當，或是有所限制(例如，挑高中庭建築物、「巨蛋」式體育館、挑高天花板建築、或是類似之大空間建築物)。因此，法規中所列舉較抽象或定性的「功(性)能需求」規定給了採用「性能法規」者. 11.

(22) 一個很好的出發點和邊界條件。. 第二節防火安全工程設計法接著本文將概略說明性能防火安全工程設計法。傳統上，根據「規格法規」而作的「規格(慣例)性設計」(prescriptive design)，主要是根據傳統法規依不同建築物用途別所訂「最基本要求」，例如：火警探測器或撒水頭的間距要求、指定的耐火時效、或是最大的步行距離等。這些所謂「法定基準」(code-prescribed criteria)對一般性安全的最低標準或許合適；但是對需要特殊設計考慮的對象(或設計個案)，其可能之潛在損失則無法確定。因此，在現行之「規格(慣例)性設計」之體制下，設計者祗須瞭解撒水頭間距離和所需總水量、或是建築物某單層樓面任一點到緊急出口之總步行距離即可。至於對撒水頭動作之前可能已有之火災損害為何？或是在最後一個居民預期可安全逃離至逃生避難通道之前的火流可能波及的範圍為何？則毫無所悉。而後者，正是「性能防火安全工程設計法」中所考慮的重要因素。在美國國家防火協會(NFPA)所制定之「NFPA101－人命安全法規（Life Safety Code）」是首先以系統分析方式並結合「等價觀念（Equivalency concept）」來尋求合理、經濟、有效之「代替設計」，正是「性能法規」發展過程中之最具代表性作品；而 NFPA 在 1974 所提出之「建築物火災防護系統觀念圖」(Systems Concepts for Fire Protection in Structure)則是整合性「性能防火安全工程設計法」之發韌（其架構圖可見下頁所示），而隨後所訂定之「NFPA92B－大型購物中心、挑高中庭、和超大面積空間場所之煙控導則」(Guide for Smoke Management Systems in Malls, Atria, and Large Areas)為例，容許以計算之方式來估算挑高中庭內火災處所上方之煙層高度；以及「NFPA72－國家火警警報規範」 (National Fire Alarm Code)提出根據不同設計者所選火災類別及規模來計算感熱式探測器配置間距之方法。雖然這些較傳統方式為進步之工程計算方法仍不免有點「條例性」和「個別性」，無法完全符合理想「性能防火安全工程設計法」法中所追求完全以「功(性)能為導向」及「各系統間充分整合」之特色，但仍給以設計者有彈性地使用科學化計算方式來尋求不同設計結果。. 12.

(23) 另外，「性能防火安全工程設計法」不同於傳統消防安全計之方法之處在於其側重於整體地考量「火災－建築系統」之間的互動關係，而將其作為設計之依據，其結果常是超越了傳統法規的「最低限度的要求」。對於某些可能會因小規模火災而帶來重大損失的業主而言，將會樂見這種「超越法規」的設計結果所可能帶來更佳的安全防護。. NFPA 建築物火災防護系統觀念圖. 同時，「性能防火安全工程設計法」是採「指定適用」 (application-specific)之個案設計，因此更能精確地反應出特定對象物(設施)之火災威脅程度。在某些設計個案會超過法定要求的標準，而有些設計個案結果可能會低於法規要求的標準。但是，無論如何，最直接的結果是可以減少防火安全工程的總成本。更重要地是，性能防火安全工程設計可以平衡任一個個別待保護之構造物、過程、或是元(組) 件的潛在危害。因此，理論上來說，依性能防火安全工程設計之結果，其所獲得預期安全水準不會少於傳統法規中所訂的安全水準。祗是大部份之法條之安全水準並不明確，且對所謂「規格性設計」(意指依法所做之設計)的性能評估，一旦在業主之要求下必須能顯示出其「等價性」。如果一旦吾人有了「性能分析」的方法或手段，則甚至可驗證依法規所提「規格(慣例)性代替性」設計是否可滿足業主之目標。由前面之探析，吾人可以初步瞭解在防火安全工程上「性能法規」與「性能防火安全工程設計法」是不一樣的概念，「性能防火安全工程設計法」之方式，並非僅限於適用「性能法規」體系中；同時，「性能法規」制度並非一定要採行工程計算方式來做設計。不過，「性能性法規」與「性能防火安全工程設計法」兩之間雖有差異，但是在許多名詞使用上頗為相似，其關係比較如下表所示。. 「性能法規」與「性能防火安全工程設計法」兩專有名詞關係表. 13.

(24) 功能性防火法規. 性能防火安全工程設計法. 社會目標機能目的功(性)能要求判定功(性)能基準. 防火安全目標業主確保損失目的設計目的可達到之功(性)能基準. 建築物消防安全目標. 預防起火. 控制熱源. 限制熱源或能量之存在. 控制燃料與熱源之互動效果. 限制熱量或能量釋放速率. 控制熱源或能量之移動或傳送. 管制火災衝擊. 控制燃料. 限制燃料之數量. 管制火勢. 控制燃燒之步驟或過程. 控制燃料之著火性. 控制熱能或能量傳遞之步驟或過程. 14. 撲滅火勢. 管制暴露危害. 構造 (件) 控制火勢. 減少暴露之量. 防護暴露之對象.

(25) 第三章各國之防火安全工程設計準則之綜合比較表第一節前言在前面兩章節，本研究已介紹過性能法規。在本節則將澳洲 Fire Engineering Guidelines 、英國 Draft British Standard Code of Practice for the Application of Fire Safety Principles to Fire Safety in Buildings、紐西蘭 Fire Engineering Design Guide 和美國 The SFPE Engineering Guide to Performance-Based Fire Protection Analysis and Design 等有關防火安全工程設計指導原則，分別針對（一）明確訂定防火安全目標（二）明確訂定性能設計基準（三）了解火災如何發生、成長及延燒（四）了解不同火災防護措施（主動式或被動式）對降低火災發生機率及災害損失的影響（五）了解人在火場中的行為反應（六）應用可靠的評估工具來決定上述因子（七）考慮人及社會可接受的風險以作為防火安全設計之考量（八）驗證應用上述評估工具及方法所得之結果是否滿足防火安全上的要求（九）考慮所訂之防火安全標準對社會及財政可能帶來之衝擊（十）考慮在工程方法中所存在之不確定性（uncertainties）並評估可承擔之風險（十一）性能設計審查（ Qualitative Design Review ）（十二）模式數值分析（Quantified analysis）（十三）相對於安全標準的評估（Assessment against safety criteria）（十四）設計總結報告等十四個項目列表，以作為比較和分析的基礎。須注意者，乃是這十四個項目係所有相關設計法項目的聯集，因此某些項目可能不會在個別國家中出現。這些比較表如下所列。另外日本的性能設計法近日才正式公告其最新資料，由於它和歐美系統不太相同，故另外以專節介紹，呈現在前述比較表之後。. 15.

(26) 第二節英、美、紐、澳等四國防火安全工程設計指導原則之比較. 一、明確訂定防火安全目標分析國別澳洲. 資料來源. 主要內容. (法規名稱/章節). 差異分析. Fire Engineering. 符合澳洲建築法規( Building Code of 1. 綜合各國之內. Guidelines. Australia BCA )之規定. 容，其防火安全. 1. 維護人員的生命安全. 目標不外乎是生. 2. 維護消防隊的生命安全. 命安全、財產安. 3. 保護鄰近的建築物. 全、避免製程中. 損害控制. 斷與環境保護等. 1. 控制建築物結構的損壞. 範疇。. 2. 控制建築物內容物及設備的損壞. 2. 在防火安全目標. 3. 維持生產. 的描述上，以美. 4. 保護公司的形象. 國之內容最為清. 5. 古蹟的保護. 楚，並且在目錄. 消防隊目的的達成. 中詳細介紹與舉. 環境和社交活動的保護. 例。 3. 英、澳兩國在內. 16.

(27) 英國. Draft. British. 火災安全的目標應該在火災安全設計. 容的描述上相較. Standard Code of. 的初期清楚的定義. 於美國，對於損. Practice for The. 一般而言，防火目標可能包括下列數. 害控制與預防著. Application. 種：. 墨較深。. Fire. of. Safety. 1.降低火災發生的可能性 (Limiting 4. 整體而言，各國. Engineering. the probability of outbreak of. 所提供之內容，. Principles. to. fire)：使可燃物引燃的潛在性，最. 僅為例舉/定性. Fire. in. 小化至適當可行. 說明，應就對象. Safety. Buildings. 2.以生命安全為目的 (Life safety. 物所需，調整所. objective)：人員在不受危害或是. 需之防火安全目. 無法抵抗的情況下，可以安全離開. 標。. 建築物；消防人員可以進行救護以及預防火勢的蔓延；對於接近建築物的人員不會因為倒塌而產生危害 (包括消防隊) 3.損失預防(Loss prevention)：在火的影響下，使營運保有的足夠的持續性生存，以及侷限火災對於建築結構/構造、內容物、持續性的營運生存力、公眾形象之傷害 4.環. 境. 保. 護. (Environmental. protection)：侷限火災對於臨近建築物或設施之影響，以及避免危害物質洩漏進入環境中美國. The. SFPE. 一般而言，防火目標可能包括下列數. Engineering Guide. 種：. to. 1.. 人員受傷. Performance-Base. 2.. 建築物或內部損毀. d Fire Protection. 3.. 大樓重要機具或流程損失. Analysis. 4.. 停業時間或營業中斷時間. 5.. 風險等級或環境災害. Design. and. 範例如表 1.1 所示. 17.

(28) 表 1.1、防火目標與相關利害關係者目的的例子防火目標. 利害關係者目的的範例. 儘量降低火災相關. 提供未直接接觸第一個起火物質的人員，在不受火災或. 之傷害及避免生命. 火災燃燒物的影響下，有足夠的時間到達安全的地點. 不該有的損失. 提供起火房間或起火房間以外的人員有足夠的時間在不受火災或火災燃燒產物的影響下到達安全的地點提供起火樓層外的人員有足夠的時間在不受火災或火災燃燒產物的影響下到達安全的地點. 儘量降低建築物、. 限制火災的發展與延燒，使不致於威脅建築物結構的完. 其內容物、其具歷. 整性. 史意義之特徵與屬. 將火災的發展與延燒侷限於起火房間之內. 性受火災相關之損. 將火災燃燒產物限制於起火的樓層中. 失. 將火災的延燒限制於起火的建築物中將火災相關的損失限制於最高 $500,000 元以下. 減少由於火災相關. 將火災的發展與延燒限制於起火點. 損失所導致的營運. 限制火災的發展與延燒，使得最長的火災相關製程停車. 中斷與商業上的相. 時間不長於 24 小時. 關損失. 提供適當之火災防護方法使得火災起始於重要操作設備外所引發的火災不會對重要操作設備造成損壞. 限制火災與火災防. 避免由於火災或滅火活動導致的地下水受流出的毒性物. 護方法對環境的衝. 質的污染. 擊. 減低由於建築物及其內容物的燃燒所導致的空氣污染. 18.

(29) 二、明確訂定性能設計基準分析國別澳洲. 資料來源. 主要內容. (法規名稱/章節). 差異分析. Fire Engineering. 利用三階層的設計性能計算確定設計. Guidelines. 是否符合設計基準. 準的描述內容不. 1.. 第一階層可接受的基準：各系統的. 一，但是皆提供. 起動時間或失能時間. 不同的方法以獲. 第二階層可接受的基準：以生命安. 得所需之設計基. 全為基準，如煙層高度、毒物濃度. 準。. 2.. 等 3. 英國. Draft. British. Standard Code of Practice for The Application Fire. of. Safety. Engineering to. Fire. in. Safety. 2. 就所提供之方法. 第三階層可接受的基準：以可接受. 之架構而言，以. 的風險為基準. 澳洲之層次最為. 有三種方法可以協助建立適當的基準： 1.或. 然. 性. risk-based)：如表 2.1 說明 2.決定性(Deterministic, including, when. 清析。. (Probabilistic, 3. 英、美兩國在內. appropriate,. safety. factors)：如表 2.2∼2.5 說明. Principles. 1. 各國對於設計基. 3.與可被接受之規範比較. 容的描述上較為相同，並且提供範例說明。 4. 整體而言，各國所提供之內容，皆是依據先前所設定之目標，從. Buildings. 19.

(30) 紐西蘭 Fire Engineering Design Guide. 建築物的設計以及內部的所有活動，並. 定性延伸至定. 不能代表火災沒有發生的可能性. 量，藉此作為工. 對於一個火災事件而言，下列各種防火. 程評估/分析/設. 措施應達到可接受程度的確定性：. 計之重要依據。. 1.所有人員有適當的時間移動至安全處所，而不需克服火災影響 2.消防隊可在適當的時間及合適的逃生口執行急救作業並且保護財產 3.火災不會擴散至臨近的住戶和其他財產 4.一定數量之危害物質不會釋放至環境中 5.避免火災範圍擴大 6.建築物的內容物不受到侵害 7.建築本體沒有明顯的損害 8.對於建築物的任何損害可以輕易的復原上述內容中的 (1) 到 (5) 是根据 New Zealand Building Code 所彙整的最低性能要求，其他項目則是建築物擁有者的要求美國. The SFPE. 性能基準是由工程師依據利害關係者. Engineering Guide. 的目的加以發展訂定，性能基準必須經. to. 過修正以反應目的的本意. Performance-Based. 與生命相關之性能基準可包括材料溫. Fire Protection. 度、氣體溫度、煙濃度或遮蔽程度、一. Analysis and. 氧化碳血紅素(COHb) 程度、輻射熱通. Design. 量程度、和人員應變、判斷、反應、和移動時間…等非生命相關安全基準可包括物品(目標物)的引燃、火燄的延燒、煙損、防火隔牆損壞和結構完整性、受曝露財產的損壞…等. 20.

(31) 表 2.1、風險可容忍度公眾中單一成員之最大可容忍公眾中單一成員之一般可容忍風險(每年死亡的機率). 風險(每年死亡的機率). -4. 10-6. 10. 表 2.2、生命安全基準(Life-safety criteria)-可燃物之毒性生成物所造成之可容忍條件化學產物. 暴露 5 分鐘. 暴露 10 分鐘. 喪失能力. 死亡. 喪失能力. 死亡. CO. 6000ppm. 12000ppm. 1400ppm. 2500ppm. O2. <13﹪. <5﹪. <12﹪. <7﹪. CO2. >7﹪. >10﹪. >6﹪. >9﹪. 表 2.3、生命安全基準(Life-safety criteria)-熱所造成之可容忍條件熱轉移模式. 症狀. 暴露程度. 熱輻射. 嚴重皮膚疼痛. 2.5 KW/m2. 熱傳導. 皮膚與金屬熱表面接觸 1 秒. 60℃. 熱對流. 皮膚/肺部受熱氣體影響>60 秒. 120℃. 皮膚/肺部受熱氣體影響<60 秒. 190℃. 表 2.4、煙遮蔽所造成之可容忍條件所在位置. 在房間內之最小可見度. 在小房間. 2m. 其他房間. 10m. 表 2.5、物質引燃基準. 21.

(32) 物質. 引火源之輻射熱通量. 引火源之表面溫度(℃). 2. (KW/m ) Pilot. Spontaneous. Pilot. Spontaneous. 木頭. 12. 28. 350. 600. 硬紙板(Chipboard). 18. -. -. -. 硬紙板(Hardboard). 27. -. -. -. 珀斯配有機玻璃(Perspex). 21. -. 270. -. 彈性 PU. 16. -. 270. -. Polyoxymethylene. 17. -. -. -. Polymethylene. 12. -. -. -. Polyethylene(42﹪Cl). 22. -. -. -. -. 22.

(33) 三、瞭解火災如何發生、成長及傳播分析國別澳洲. 資料來源. 主要內容. (法規名稱/章節). Fire Engineering 火災成長曲線(引燃、閃燃前、閃燃、全盛 1. 各國之性能式防 Guidelines. 期、衰退期). 火安全設計指引. 熱釋放速率曲線. 中，內容較測重. 毒性物質的生成. 於火災發生歷程. 煙的生成率. 的描述，文中亦. 閃燃發生的時間. 多所記載各種經. 延燒的產生. 驗公式，此部份. 抑制系統作動後對火災的影響. 亦為性能式防火. 煙的生成發展. 安全設計之重. 煙的擴散. 點。. 煙的危害特性英國. 差異分析. Draft. British. Standard Code of. 2. 各國在描寫 / 編. 火災發生、成長及傳播的過程應考量下. 排上雖不盡相. 列因素：. 同，惟內容甚多相似。. Practice for The 1. 熱釋放率 Application of 2. 煙產生率 Fire. Safety. Engineering. 3. 美國在此部份著. 3. 一氧化碳產生率. 墨不多，但文中. 4. 區劃(Compartment)的溫度. 提到可參酌 SFPE. 5. 閃燃時間. Handbook. of. Principles. to 6. 火災延燒的面積. Fire Protection. Fire. in 7. 火焰大小. Engineering。. Safety. Buildings. 火災之發展過程包括： 1. 閃燃前(包括悶燒(smoldering)及/或有燄的火災(flaming fire)). 整體而言，各國所提供之內容，皆為從事性能式. 2. 閃燃. 設計所必備之知. 3. 完全發展的火焰，當所有的燃料燃燒起. 識。. 來時。此狀況不一定在閃燃後會發生 4. 衰退. 23.

(34) 紐西蘭 Fire Engineering Design Guide. 火災發生初始：火災發生初始包括: 引燃 (ignition) 與接續自我維持燃燒反應 (self-sustaining combustion reaction)。 1. 引燃源即使都很小，能量也很低，但已足以使可燃材料發生火災。 2. 一些案例顯示，有時可燃材料儲放不夠近，或小火燒啟後無持續燃燒，致使引燃後隨即又熄滅。燃燒 1. 悶燒：當物體引燃後，隨即發生的是一段期間的悶燒。通常悶燒將導致火災緩慢地發展，有時可持續數小時或數天之久。若悶燒無法發展成有火焰之燃燒，則將會熄滅。對生命而言，悶燒所生之煙與毒氣的危險，遠大於有火焰燃燒。 2. 有火焰燃燒：悶燒可發展成有火焰之燃燒，導致火災發展速率之增加。一般可燃液體或固體需先被加熱至汽化，方能進入有火焰之燃燒，但不包括閃點低於大氣溫度之可燃性液體。一旦進入有火焰之燃燒後，由火焰可直接獲得足夠之熱量，來加熱未被燃燒之部分以達汽化，如此燃燒方能持續發展下去。火災成長期：生命安全的初始危害風險是在於火災成長期產生之熱量與煙，因此對火災成長期了解的重要性大於閃燃後之時期。隨著有火焰之燃燒發生後，火災逐漸發展並傳播至鄰近可燃物，此即為火災成長期。此時除有消防滅火設備的加入，否則火災將持續發展下去。有關火災的發展速率，受限於可燃物的幾何形狀與可燃性多寡而定。最後的大小也將因表面積與空氣通風量來決定。閃燃：當火災繼續發展時，火災空間單位中之溫度將逐漸升高，由火焰輻射出之熱量，將會對暴露表面積加熱，特別是有高溫煙霧與燃燒出之氣體存在之上層部分。當上層溫度達 600° c 時，地板表面積之熱輻射約達 20 kw/m2，所有暴露之可燃物將直接被引燃且劇烈燃燒。此轉變點稱之閃燃。全盛期：對於考慮財產保護，結構穩定與火災傳播延燒之觀點，火災完整展開期為一重要考量。一旦閃燃發生後，火災就進入完整展開期，其特徵為高熱釋放率與高溫。此階段火災是藉由通風量來控制，燃燒率由火災空間單位之開口面積來決定。衰退期：當火災完整展開期經過一段時間後，隨著可燃物之消耗，火災強度也將逐漸變小。當可燃物之供應，無法維持最大燃燒速率時，此時火災可稱作進入衰退期。此火災衰退期之轉變點，一般是取在可燃物總量消耗達 80%時。在此衰退期間，火災大小會由通風量控制的狀況回復到由可燃物數量多寡來控制，意味著此時空氣已超過需要值，燃燒速率完全由可供給之可燃物來掌控，火災將繼續至可燃物殆盡。. 24.

(35) 美國. The. SFPE. 火災發生過程必須考量三個主要內容：. Engineering Guide. 1.建築物的特徵. to. 2.居住者的特徵. Performance-Base. 3.火災的特徵. d Fire Protection. 火災發生、成長與傳播和下列因素有. Analysis. 關：. Design. and. 1.引火源的種類 2.引火源所在的房間 3.空間幾何學的影響 4.門窗是否關閉或開著 5.自然(門或窗)或人工通風(HVAC). 25.

(36) 四、瞭解不同火災防護措施（主動式或被動式），對降低火災發生機率及災害損失的影響分析國別澳洲. 英國. 資料來源. 主要內容. (法規名稱/章節). 差異分析. Fire Engineering. 計算偵測器的作動時間、及撒水器的作 1. 各國對於主 / 被. Guidelines. 動時間. 動式防護措施並. 抑制系統的有效性. 無清楚之定義，. 各種偵測器的介紹. 但依系統之特性. 撒水器的效用評估. 仍可細分主/被. 並未主動提出主動式或被動式之火災. 動式防護措施，. Standard Code of. 防護設施. 如左內容所式。. Practice for The. 就子系統而言，火災抑制系統、偵測系 2. 防護措施對於降. Application. 統可歸納為主動式火災防護設施. 低火災發生機率. 計算偵測器的作動時間、及撒水器的作. 及損失影響內容. 動時間. 含蓋不一，但抑. Draft. British. Fire. of. Safety. Engineering Principles. to. 抑制系統的有效性. 制系統與偵測系. Fire. in. 各種偵測器的介紹. 統則為各國強調. 撒水器的效用評估. 之重點。. Safety. Buildings. 被動式防護系統包含防火/煙區劃、防 3. 英、紐、澳在此火屏障、防火填塞 (fire-stopping. 部份相較於美. opening) 、抗火材 (Fire resistant. 國，探討更為深. glazing)、防火門…等。. 入，並提供許多. 26.

(37) 紐西蘭 Fire Engineering Design Guide. 可偵測之火災效應：熱偵測器與煙偵測. 可用之方程式，. 器. 美國則以觀念描. 偵測器之反應時間：反應之時效性在於. 述為主。. 降低煙的影響，因火災初期為人員主要之疏散時期，煙之產生會危及疏散逃離之動作。自動撒水系統：撒水頭之形式功能、乾溼管之設計、危害之分類等參數均為設計上之考量點。其他滅火系統：對於某些與水會產生反應之特定火災，其他滅火系統如二氧化碳、海龍氣體、乾粉及惰性氣體等仍有其滅火特性。機械式排煙設備：煙產生之機制與累積方式需仔細考量，排風通道之選定需依建築物之特性來加以決定。逃生路線的加壓排煙是保護人員的另一措施美國. The. SFPE. 被動式防護系統包含防火/煙區劃、防. Engineering Guide. 火屏障、防火填塞 (fire-stopping. to. opening) 、抗火材 (Fire resistant. Performance-Base. glazing)、防火門…等. d Fire Protection. 主動式防護系統包含撒水系統、氣體抑. Analysis. 制系統、泡沫系統、排煙閘門、火警偵. Design. and. 測系統傳統的撒水系統可能只能控制火災，亦即防止熱釋放速率增加氣體抑制系統和最新的撒水系統 (ESFR)可有效將火消減. 27.

(38) 五、了解人在火場中的行為反應分析國別澳洲. 英國. 資料來源. 主要內容. (法規名稱/章節). 差異分析. Fire Engineering. 定義人員的行動能力，如對信號的反. 1. 英、紐、澳等國. Guidelines. 應、反應的動作和移動到安全的地方. 對於人員在火場. 決定及計算信號發出及反應的機率. 中之行為反應有. 決定及計算人員移動到安全地方的時. 詳細的描述，文. 間. 中亦整理許多經. 提供方法給設計人員進行火災警報系. 量測後所整理之. 統設計. 數據，例如不同. 提供方法給設計避難設施. 的所在位置所需. British. 在評估避難問題時應考慮人員的特. 之人員密度、移. Standard Code of. 性，如行動力較一般人遲緩的人數與位. 動速度與某時間. Practice for The. 置、人員對警報響時的機警性、行動不. 區間之移動距. Application. 便者的疏散、是否有特殊的疏散步驟…. 離…等。. Draft. Fire. of. Safety. 2. 英、紐、澳等國. 等. 對於人員在火場. Engineering Principles. to. 中之行為反應亦. Fire. in. 有許多可用之方. Safety. 程式與舉出可應. Buildings 紐西蘭 Fire Engineering Design Guide. 逃生路線與方法的訂定對於人員生命. 用之模擬軟體，. 損失有決定性之影響，需考慮之參數如. 例如： EVACNET. 下：. ＋、 FPETOOL 、. 1. 決定人員逃生之數目. FIRECALC. 、. 2. 逃生路線之幾何情形. FIRESYS. 、. 3. 移動所需時間. EXITT…等。. 威脅生命之時間點. 3. 美國在此部份，. 28.

(39) 美國. 人在火場中的行為反應可由下列因素. 較著重於人的行. Engineering Guide. 考量：. 為描述(如反應. to. 1. 敏感度：對物理性現象的反應能力. 性、敏感性…)，. Performance-Base. 包括由火災所產生的聲音、影像、氣. 但未提供任何可. d Fire Protection. 味. 用之方程式或量. The. Analysis Design. SFPE. and. 2. 反應力：能正確迅速的了解狀況並採取適當的行動，相對的我們也必須考量錯誤的行為反應所造成的影響 3. 機動性：行動速度的快慢依個人能力的不同會有不同的反應 4. 感受性：包括生理及心理狀況例如肺活量、代謝速率、過敏、疾病，均會影響火災發生時逃生的能力反應特徵與居住者的特徵也有著密不可分的關係 1.警覺性：不論清醒時或沈睡時 2.感應力：對狀況的敏感度 3.Commitment：居住者於警報器啟動之前對災害的敏感程度 4.焦點：引起居住者將注意力集中於該處的事或物 5.生理、心理的狀態.這都會影響到個人的感受性、反應力、以及行動力 6.角色：在火災發生時居住者所扮演的角色，(指示他人逃生或依循他人指示) 7.熟悉程度：依個人所受逃生訓練的不同或居住於該建築物時間的長短會有所差異 8.社會性：居住者於火災發生時會傾向於集體行動或個別行動 9.狀況：心理及生理的狀況，會隨著暴露於火災及可燃物的不同而有所變化. 29. 化數據。.

(40) 六、應用可靠的評估工具及方法來決定上述因子分析國別澳洲. 資料來源. 主要內容. (法規名稱/章節). 差異分析. Fire Engineering. 防火系統可分成六個子系統加以評估. 1. 英、美、澳等國. Guidelines. 1.火的生成和發展(Fire initiation. 在防火設計上，. and development –SS1) 2.煙的發展和處理(Smoke development and management—SS2) 3.火的延燒和處理(Fire spread and management—SS3) 4.偵測和抑制(Detection and Suppression—SS4). 將防火系統拆成數個子系統，設計時除了考量單一系統之完整性外，亦考量彼此間之交互作用。 2. 紐西蘭在防火設. 5.人員避難(Occupant. 計上，並未就前. avoidance—SS5). 述幾個國家將其. 6.消防隊的連繫和反應(Fire brigade. 細分數個子系. communication and. 統，但其所提供. response—SS6). 之應用方法與其. 評估時可考慮：. 他國家相同為. 1.有效性(effectiveness). probabilistic. 2.可靠性(reliability). 和. 3.成本(cost). deterministic. 進行評估時可分三方面擇一進行. 兩類。. 1. 第一階層(LEVEL 1)：在單一火源 3. 澳洲相較其他國或多火源的情境下進行系統各組成. 家，提出三階層. 或各子系統的評估. 的評估方法，可. 2. 第二階層(LEVEL 2)：在單一火源或多火源的情境下進行整體系統評估 3. 第三階層(LEVEL 3)：以風險的方式評估. 30. 依所需，進行分析。.

(41) 英國. Draft. British. 防火系統可分成六個子系統加以評估. Standard Code of. 1. 在區劃內的火災發生與發展(SS1). Practice for The. 2. 區劃內與區劃外的毒性氣體與煙流. Application Fire. 的擴散(SS2). of. Safety. Engineering. 3. 起火區劃外之火勢漫延(SS3) 4. 偵測與作動(SS4). Principles. to. 5. 消防隊的連繫與反應(SS5). Fire. in. 1.避難(SS6). Safety. Buildings. 子系統評估所須之數學模式、參考文獻、測試數據，皆於各子系統章節中討論. 31.

(42) 紐西蘭 Fire Engineering Design Guide. 火場模擬預測火災成長速率目前是最有效果的，但對於火災開始及 post-flashover 較不準確。火場模擬模式可分為兩大類：probabilistic 和 deterministic 兩類。或然性模式(Probabilistic models) 此種模式是以統計為基礎，將火場成長分成數個不連續的階段，此種模式的基礎為實驗資料及火災事故的統計資料。決定性模式(Deterministic models) 此種模式利用物理及化學理論來預測火場的發展。這種模式又可細分為兩種： 1. 場模式(Fields models) 場模式將流體力學及熱力學引入到程式設計及火場模擬中，需要較多的使用經驗及專門人員，同時場模式對電腦系統的等級要求比較多，需要較高的運算速度。 2. 區域模式(Zone models) 區域模式將火場分割成許多的小區塊，每個小區塊各自描述本身的物理特性，組合成火場的情況。與全場模式相較起來，區域模式比較容易使用、比較實際，對電腦系統的需求等級也較低。. 32.

(43) 美國. The. SFPE. 防火系統可分成六個子系統加以評估. Engineering Guide. 1.火災發生和發展(SSI). to. 2.煙的擴散、控制和管理(SS2). Performance-Base. 3.火災偵測(SS3). d Fire Protection. 4.火災抑制(SS4). Analysis. 5.人員的行為與逃生(SS5). Design. and. 6.被動式防火系統(SS6) 機率分析 1.相關的統計資料 (Relevant Statistical Data) 2.記錄資料、使用手冊、檢核表 (Historical Data, Manuals, and Checklist) 3.火災安全分析樹(Fire Safety Tree) 4.失誤模式與影響性分析 (Failure Mode and Effects Analysis) 5.假設分析(What if ? Analysis) 6.事件樹狀圖分析(Event Tree) 7.失誤分析(Failure Analysis) 8.其他決定性分析 1. 此方法係以物理化學分析、鑑定或測試所得的關係式為依據來推測火災的結果預測。 2. FPEtool 3. FASTLite 4. HAZARD 1 5. 其他火災模擬軟體其他(例如 SFPE Handbook，各國防火工程設計規範). 33.

(44) 七、考慮人及社會可接受的風險以作為火災安全設計之考量分析國別澳洲. 資料來源. 主要內容. (法規名稱/章節) Fire Engineering Guidelines. 先定義出可能發生的危害. 差異分析 1.. 就量化風險分析. 1.一般配置的危害. 而言，澳洲之架. 2.潛在的點火源. 構最為完整。 2.. 3.活動的本質. 美國在此部份，. 4.使用者的特性. 則是以範例說明. 5.建構物的材質. 風險的觀念與應. 6.可燃物. 用。. 7.其他因子. 3. 英國則是根據多. 以第三階層(Level 3)進行評估系統存. 年之事故統計資. 在的風險值. 料，訂定社會風. 1.生命安全風險. 險與單一風險，. 2.損害控制風險. 提供防火設計者. 3.危及環境/社區風險. 之參考。. 發展火災情境量化發生的火災情境評估該情境的結果就一假設的火災情境其死亡人數，可由下式獲得 N(D) = N(O)INT – N(O)EXIT N(D). 在假設的火災情境下的. 死亡數 N(O)INT 預期會在此威脅範圍內的原始居住者數量 N(O)EXIT居住者在可用的安全逃生時間 (ASET)內可以安全逃離的人數風險-生命之安全. 34.

(45) ERL =ELLB/(OP x tD) ERL 預期的生命風險 OP. 火災開始時在建築物設定的人員. 容納量 tD. 建築物設計使用年限. 預期火災成本預期火災成本(FCE) FCE =主/被動防護的資本成本+ 檢修防火設備的年度成本+建築物火災損失的預期成本評估標準英國. Draft. British. 建議參考 HSE 所提之個人風險與社會風. Standard Code of. 險之建議。. Practice for The. 1.公眾中單一成員之最大可容忍風險. Application Fire. of. Safety. (每年死亡的機率)為 10-4 2.公眾中單一成員之一般可容忍風險 (每年死亡的機率)為 10-6. Engineering Principles. to. 根據英國火災統計資料所建議之個人. Fire. in. 風險與社會風險值. Safety. Buildings. 1.個人風險(次/人/年)：家中(或處於 -5 睡眠狀態)是 1.5＊10 ，其他則為 -5 1.5＊10 。. 2.多人死亡風險(次/建築物/年)：大於 10 人死亡為 5＊10-7，大於 100 人死亡為 5＊10-8。在附錄 C 提供或然性風險評估可用之參考數據. 35.

(46) 紐西蘭 Fire Engineering Design Guide. 對於整體火災安全量化方法，就目前火災工程學發展而言，仍不足以提出一簡單而正確之方法對於某些特殊案例來考量，為訂定人及社會可接受的風險，量化風險評估與大型尺寸火災驗證測試之工作是必須的. 美國. The. SFPE. 在附錄 A 中，以三個房間之建築物發生. Engineering Guide. 火災的事件說明風險分析的觀念、方. to. 法、計算..等. Performance-Base d Fire Protection Analysis. and. Design. 36.

(47) 八、驗證應用上述評估工具及方法所得出之結果，滿足防火安全上的要求分析國別澳洲. 英國. 資料來源. 主要內容. (法規名稱/章節) Fire Engineering. 各評估計算包含在各子系統的章節中. 各國對於防火設計結. Guidelines. 利用手算進行計算驗證. 果之驗證，其方法不. 利用電腦輔助火場模擬進行計算驗證. 外乎是利用大型燃燒. 以統計資料進行計算驗證. 試驗、電腦模擬、與. 各評估計算包含在各子系統的章節中. 以往之經驗判斷加以. Standard Code of. 利用手算進行計算驗證. 驗證。. Practice for The. 利用電腦輔助火場模擬進行計算驗證. Application. 以統計資料進行計算驗證. Draft. British. Fire. of. Safety. Engineering Principles. to. Fire. in. Safety. Buildings 美國. 差異分析. The. SFPE. 火災模擬軟體預測結果的精確能力，可. Engineering Guide. 透過標準測試或大型火災測試加以驗. to. 證. Performance. -Based. Fire. Protection Analysis Design. 藉由實際火場見證人的描述或物質燃燒的行為所建立的火災經驗文件。. and. 將模擬的結果與已公開的測試數據加以比對。對於模擬結果與測試結果，如結構上的失效、溫度與煙流的增加、可用的逃生時間或偵測系統的反應等，都可用來作為模擬與測試結果比較之基準。. 37.

(48) 九、考慮所訂定之防火安全標準對社會及財政可能帶來之衝擊分析國別澳洲. 資料來源. 主要內容. (法規名稱/章節). 差異分析. Fire Engineering. 在設計初期就納入防火設計，有機會節各國對此描述不多，. Guidelines. 省大筆經費. 美、澳等國建議設計. 防火設施及建築物的規劃，深深影響到初期即應考量此議人員的避難與逃生美國. The. SFPE. 建議在計畫初期就納入防火設計中. Engineering Guide to Performance-Base d Fire Protection Analysis. and. Design. 38. 題。.

(49) 十、考慮在工程方法中所存在之不確定性（Uncertainties），並評估可承擔之風險分析國別澳洲. 資料來源. 主要內容. (法規名稱/章節). 差異分析. Fire Engineering. 列出在最終的模式預測中所有對不確 1. 此單元亦為各國. Guidelines. 定性有影響的重要潛在參數. 考量重點之一，. 對表列的任一參數，指出其可能性想像. 在 ISO、美、澳等. 的最大範圍適當的替代值. 國之內容上提供. 指定一個相信級數(degree of belief,. 許多方法，藉此. %)，選擇一個適當的機率分佈使最適於. 分析系統之不確. 引用的相信級數。. 定性。. 藉由導入適當的限制、引述適當的狀態 2. 英、紐等國對此相信級數或特定合適的協會量得的等. 部份描述較為缺. 級來說明模式參數之間的依賴關係. 乏。. 對複合的參數值範圍假定一個主觀的機率密度函數(PDF)，使連接的 PDF 普及到整個模式中來產生預測值主觀的機率分佈。導出在模式預測中有關參數不確定性的量化敘述將參數依其在模式預測中對不確定性的影響分級提出並解釋分析的結果. 39.

(50) 美國. The. SFPE. 不定性分析中的步驟. Engineering Guide. 1.. 辨識出存在不定性的量的種類. to. 2. 要決定以定量的方式處理不定性是. Performance-Base. 否很重要。只有具有科學義意的不. d Fire Protection. 定性的量才能左右最終方案的接受. Analysis. 度，也才需要以定量的方式來處理. Design. and. 3. 要針對工作來選擇適當的方法或工具 4. 不定性潛存在於各類關鍵的參數中，且會在整個分析過程繼續演變延伸決定不定性的量之有效數字選擇適當的研究步驟或工具來處理不定性 1.科學上的不定性之研究步驟 2.對人類行為、風險的認知、態度、與價值觀的不定性之研究步驟傳統的不定性分析的工具 1.隨機誤差(Random Error)、系統誤差 (Systematic error) 、總誤差 (total error) 其他. 40.

(51) 十一、性能設計審查(qualitative design review) 分析國別英國. 資料來源. 主要內容. (法規名稱/章節) Draft. British. QDR 的目的是：. 差異分析 1. QDR 此名稱係為. Standard Code of. 1.審查建築設計. 英國所用，其他. Practice for The. 2.建立火災安全目標. 國家並無此說. Application. 3.鑑認火災危害及可能的後果. 法，然其內容與. 4.建立試驗火災安全設計. 美國性能式設計. 5.針對分析所需詳細說明火災情境. 流程前半部相. Fire. of. Safety. Engineering Principles. to. 6.設定可接受之設計基準. 同，即確認計畫. Fire. in. 7.指出合適的分析方法. 範圍至建立火災. Safety. Buildings. 對於大型且複雜度高的計畫，QDR 應由. 情境。下頁之圖. 一個研究小組包括火災安全工程師(有經. 係性能式防火安. 驗者)、設計部門之成員、認可單位、保. 全設計分析流程. 險公司及操作管理之成員共同完成對於小型計畫而言，所需之人員隨計畫複雜度降低而減少，但是所依循之審核程序卻相同 QDR 提供了一個技術工具，讓研究小組考量可能的火災危害與策略的建立，以維持風險在可接受的程度 QDR 的流程如圖 11.1，其中之主要內容包括： 1.建立設計目的(objective)與可接受之設計基準(criteria) 2.建立試驗設計(trial design) 3.分析所需之火災情境(fire scenario). 41. 2. ISO 之內容與英國之 QDR 相仿。.

(52) 計畫開始. 性能設計審查 (Qualitative Design Review, QDR). 防火系統分析. 分析結果與可接受之設計基準比較. NO 一個或數個試驗設計符合設計基準?. YE S 設計總結報告 (Report and presentation of results). 完成性能式防火安全設計. 42.

(53) 十二、模式數值分析(quantified analysis) 分析國別英國. 資料來源. 主要內容. (法規名稱/章節) Draft. British. 差異分析. 數值分析係針對下列六個子系統(如圖模式數值分析 (quantified. Standard Code of. 12.1 所示)之計算:. Practice for The. 1.子系統 1：在區劃內的火災發生與發 analysis) 名稱係為. Application. 展. Fire. of. Safety. Engineering. 英國所用，其他國家. 2.子系統 2：區劃內與區劃外的毒性氣並無此說法，然其內體與煙流的擴散. Principles. to. 3.子系統 3：起火區劃外之火勢漫延. Fire. in. 4.子系統 4：偵測與作動. Safety. Buildings. 5.子系統 5：消防隊的連繫與反應 6.子系統 6：避難數值分析可由下列兩種分法進行： 1. 機率分析相關的統計資料 (Relevant Statistical Data) 事件樹狀圖分析(Event Tree) 失誤分析(Failure Analysis) 其他 2. 決定性分析數學模式電腦模擬其他. 43. 容與各國之子系統分析內容相同。.

(54) QDR之結果. SS1 火災發生並且逐漸發展. SS2 煙流擴散. SS6 人員進行. 1. SS4 偵測系統與抑制系統. 2. SS3 火災蔓延至區劃外. SS5 聯繫消防隊並採取行動. 否. 時間是否大於期望值. Next time. 是將分析結果與設計基準比較圖 12.1、子系統數值分析流程. 44.

(55) 十三、相對於安全標準的評估(assessment against safety criteria) 分析國別英國. 資料來源. 主要內容. (法規名稱/章節) Draft. British. 差異分析. 利用子系統分析之結果與所設定之可相對於安全標準的評. Standard Code of. 接受設計基準相互比較，流程如圖 13.1 估. Practice for The. 所示. Application. of. 在分析比較的過程中，可以考慮三種方 criteria) 係為英國. Safety. 法：相對基準 (Comparative 所用，其他國家並無. Fire. Engineering. against. Criteria). 、. 決. 定. 性. 基. (assessment safety. 準此說法，然其內容與. Principles. to. (Deterministic Criteria)與或然性基各國所採用之方法相. Fire. in. 準(Probabilistic Criteria). Safety. Buildings. 同。下頁圖係分析結. 相對基準(Comparative Criteria)：與果與設計基準比較之現有法規之要求相互比較決. 定. 性. 基. 準 (Deterministic. Criteria)：假設可能發生的最嚴重狀況(Worst Credible Case)，以此作為比較之依據，但必須注意安全係數的使用或. 然. 性. 基. 準 (Probabilistic. Criteria)：設定事件發生的可接受機率，例如火災發生導致個人死亡的機率 -6. 需小於 10. 在數值分析的過程中，倘若試驗設計無法符合火災安全基準時，必須反覆計算，直到火災安全策略符合火災安全基準. 45. 流程.

(56) 子系統數值分析結果將分析結果與設計基準比較. 是否有符合設計基準 yes 可接受之試驗設計. yes QDR之結果. 建立試驗火災安全設計. no. 是否有其他之試驗設計. 一個或數個試驗設計符合設計基準. 設計總結報告. 完成性能式防火安全設計. 46. no 無法接受之試驗設計.

(57) 十四、設計總結報告(presentation and reporting) 分析國別澳洲. 資料來源. 主要內容. (法規名稱/章節) Fire Engineering Guidelines. 差異分析. 研究的目的. 此單元各國要求，幾. 建築物及其居住型態的描述. 近相似，差異只在其. Fire Engineering Design Brief 的結編寫/用辭方式不同果 1. FEDB 小組的成員 2. 火災安全的目的 3. 危害鑑定的結果 4. 選用分析火災情境的依據 5. 可接受的設計基準 6. 觀念的試驗設計 7. 在子系統之間與之內的重複 8. 火災安全管理的影響結果分析 1.. 假設條件. 2.. 工程判斷. 3.. 計算流程. 4.. 方法的確認. 5.. 敏感性分析. 6.. 以可接受的標準做結果分析評價. 確認最終的觀念設計 1.. 提供火災預防的測量. 2.. ‘使用中管理’(management in use)議題整合到設計上. 參考 1.. 繪圖. 2.. 設計的書類. 47.

(58) 英國. Draft. British. 研究目的. Standard Code of. 建築物的描述]. Practice for The. QDR 的結果. Application. 1. 參與 QDR 團隊之成員. Fire. of. Safety. Engineering. 2. 火災安全目的 3. 危害分析的結果. Principles. to. 4. 針對分析所選用之火災情境依據. Fire. in. 5. 可接受之設計基準. Safety. Buildings. 6. 試驗設計 7. 火災安全管理之影響 QDR 結果之分析 1. 假設 2. 工程判斷 3. 計算流程 4. 應用方法之驗證 5. 敏感性分析將分析結果與可接受之設計基準比較防火系統之設置防火管理之要求總結 1. 防火要求 2. 使用上的任何限制參考文獻 1. 工程圖說 2. 設計文件 3. 技術文獻. 48.

(59) 美國. The. SFPE. 計劃範疇(project scope). Engineering Guide. 目標及目的(goals and objectives). to. 性能式基準(performance criteria). Performance-Base. 火災情境與設計火災 (fire scenario. d Fire Protection. and design fires). Analysis. 最終設計(final design). Design. and. 評估(evaluation) 關鍵的設計特徵 (critical design features) 參考資料(references). 49.

(60) 第三節日本性能法規防火設計評估方法之簡介日本近年來有關建築法修訂的過程，可參見建研所蘇文瑜博士在去年所執行的自行研究案「性能防火法規施行策略研究－日本經驗」。在此主要針對日本建研所總合研究計畫（SO－PRO）所建議之性能法規防火安全設計評估方法予以介紹，其基本架構及評估流程如下頁所示。從該表中，我們不難了解模式 A 和模式 B，基本上就是以測試儀器來評估材料之防火性能，它包括了房間中內裝材之防陷性能和耐燃性能。這部份日本為了配合世界貿易組織（WTO）的無關稅障礙的精神以及和歐體（EU）材料防火性能試驗方法的協合（Harmonization），他們將採用圓錐量熱儀（ISO 5660）以及大尺寸火災方間測試（ISO 9705）兩種方法。但在實施新的測試方法同時仍舊保有舊旳測試方法，例如表面試驗和不燃性試驗，因為新的建築法仍將舊有的規格法規視為性能法規的設計方法之一。另外業界對 ISO 9705 的使用，也有相當的保留意見，因為測試費用比較昂貴，或許對內銷無所謂，但對外銷，尤其至歐體國家，則必須要有相關實驗數據的報告，仍無可避免要作。至於第三種模式（Model C），很明顯就必須作一個整體的防火設計，這部份即是防火性能法規的精神所在。這主要原因是配合新材料新工法不斷的推陳出新，尤其是許多新材料，它們可能沒有辦法去通過前述模式 A 和模式 B 之防火性能測試，但他們卻可能具有很好的經濟效益，例如易大量製造成型，美觀且成本低，最顯著的例子就是高分子複合材料，雖然他們的確具有潛在的危險性（risk），但經由適當的防火設計（Fire Safety Design），則可加以使用，使總體經濟成本（cost）降低，這已成為目前防火研究的重要趨勢。在該模式中，我們可看出這整個評估過程中，須同時考慮到許多子模式（sub－ model），例如火災模式，設備作動模式（包括有火警探測系統，灑水頭，煙控系統等），防火區劃設計模式以及逃生避難模式（包括有居民行為能力和反應特性等），然後再綜合評估作為最後判定的基準。. 50.

(61) 火源模式. 阻絕起火之防火設計的評估防止火勢延燒至鄰棟建築物. 火源模式. 之防火評估外牆裝修設計. 設備設計. 之評估. 判. 定. 結構防火時效設計之評估火源模式. 火災房間燃燒現. 偵測及警報. 象停止之確認. 系統設計. 煙控設計. 維護生命安全設計之評估火(燃)載量. 內裝材設計. 的特性. 之評估. (逃生避難及滅火) 居民特性. 滅火措施. 使用狀況. 性能法規防火設計評估方法之架構. 根據這個架構，日本建研所在平成六年（1993 年 4 月）開始進行一個五年的總合研究計畫（SO－PRO Project），除了對模式 A 和 B 再作一次的檢討和修正外，亦對模式 C 所須的各項子模式（如前段所述）進行開發研究。最近建研所邀請神戶大學都市安全研究中心室崎益輝教授特別針對日本建築防火法規之性能規定化作一演講，內容整理如下：. 51.