1. 前言
濃煙與高溫是火災(zāi)事件中造**員死傷與財(cái)產(chǎn)損失的兩個(gè)濟(jì)主要原因。高溫除了使人直接受到傷害外，亦使得有更多可燃材料被加熱進(jìn)而產(chǎn)生焦化或汽化來(lái)持續(xù)燃燒，並造成火焰向外蔓延與產(chǎn)生更多的煙；在許多國(guó)內(nèi)外的火災(zāi)研究報(bào)告更指出，大多數(shù)在火災(zāi)事件中傷亡的人，是被濃煙嗆死而不是被火燒死，這是因?yàn)闈鉄煏?huì)造**的視覺(jué)障礙，導(dǎo)致逃生更加困難。更可怕的是煙中所含的毒性氣體會(huì)造**體機(jī)能喪失甚至喪命，所以如何控制火場(chǎng)中的高溫與煙流動(dòng)為防火設(shè)計(jì)中人命可靠的重要目標(biāo)。
依國(guó)內(nèi)「各類(lèi)場(chǎng)所消防可靠設(shè)備設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)」分類(lèi)原則，半導(dǎo)體廠房係歸類(lèi)為「丁類(lèi)場(chǎng)所」中高度危險(xiǎn)工作場(chǎng)所，且因?yàn)闊o(wú)開(kāi)口樓層，故依上開(kāi)法規(guī)需設(shè)置防煙垂壁、排煙區(qū)劃與排煙等設(shè)備。在以往八吋晶圓時(shí)代因法規(guī)有要求，廠商也有能力裝設(shè)，因此大致不會(huì)有適法性的問(wèn)題。但目前12吋廠的晶片尺寸越來(lái)越大，無(wú)塵室屋頂必須架設(shè)運(yùn)送軌道（AGV
; Automated Guided
Vehicle）來(lái)搬運(yùn)晶圓，然而運(yùn)送軌道可能會(huì)穿過(guò)防煙垂壁使得排煙系統(tǒng)功能降低或失效，因此無(wú)塵室如需依照國(guó)內(nèi)法規(guī)置設(shè)排煙設(shè)備，在實(shí)行上是有所困難的。為了給予建築型態(tài)與使用上更大的自由，並確保建築物之消防設(shè)備能於火災(zāi)發(fā)生時(shí)能有效的保護(hù)人員的可靠，利用性能式火災(zāi)可靠設(shè)計(jì)方法（performance-based
fire safety design
method）來(lái)評(píng)估建築物消防設(shè)備之有效性乃是有效解決前述問(wèn)題的一種手段，當(dāng)然也是目前世界防火設(shè)計(jì)之趨勢(shì)。
因此針對(duì)無(wú)塵室之特殊性，利用性能式設(shè)計(jì)與分析，來(lái)替代部分不適用於無(wú)塵室的法規(guī)條文，並確?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)，人員生命能獲得保障，達(dá)成法規(guī)濟(jì)基本的要求。
2. 研究方法
本文內(nèi)容為晶圓廠無(wú)塵室內(nèi)的煙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與避難時(shí)間的探討，以性能式設(shè)計(jì)法之驗(yàn)證程序和步驟，利用兩套工具用來(lái)分析避難設(shè)計(jì)是否達(dá)到可靠標(biāo)準(zhǔn)。首先以套裝軟體Simulex
[18] 的動(dòng)態(tài)模擬方式來(lái)計(jì)算前述無(wú)塵室內(nèi)之工作人員在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，疏散至可靠地點(diǎn)所需時(shí)間，接著再以美國(guó)NIST（National
Institute of Standards and Technology）所發(fā)展的火災(zāi)模擬軟體FDS [23] [24]（Fire
Dynamics
Simulator）來(lái)模擬火災(zāi)的煙層流動(dòng)情形，然後計(jì)算出煙層下降至可靠高度所需的時(shí)間，並與Simulex的避難可靠所需時(shí)間互相比較，以驗(yàn)證人命可靠與財(cái)產(chǎn)保護(hù)的需**否可以達(dá)到。並利用工程統(tǒng)計(jì)學(xué)之可靠度分析，建立人命可靠可靠度模式，再以蒙地卡羅法，評(píng)估建築物火災(zāi)人員不及逃生之危險(xiǎn)度。濟(jì)後將所有模擬結(jié)果整理分析。
3. 研究結(jié)果與討論
3.1 模擬情境
無(wú)塵室之長(zhǎng)寬高為70m×72m×12
m，內(nèi)有作業(yè)人員30人。由於一般傳統(tǒng)的向上排煙方式，則須將無(wú)塵室的空調(diào)系統(tǒng)關(guān)閉而導(dǎo)致該批次的成品全數(shù)報(bào)廢，因此他們?cè)O(shè)計(jì)向下排煙系統(tǒng)，這種非傳統(tǒng)法規(guī)所規(guī)範(fàn)的消防設(shè)備，也需經(jīng)由性能設(shè)計(jì)來(lái)證明其有等同的效能。本文目的在確保當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，所設(shè)計(jì)的下排煙系統(tǒng)，能有效的保護(hù)人員，達(dá)到法規(guī)對(duì)生命可靠的要求。即無(wú)塵室內(nèi)作業(yè)人員有足夠的時(shí)間，能順利的從無(wú)塵室內(nèi)逃生到可靠的地方，判定方法為於高架地板上方1.8公尺處，其溫度不超過(guò)60℃、一氧化碳濃度小於1500ppm。
由於無(wú)塵室濟(jì)大特徵為向下層流，因此在模擬時(shí)，頭30秒僅先讓FFU運(yùn)作，待模擬空間中的氣流穩(wěn)定後，在於弟30秒開(kāi)始點(diǎn)火並將火源大小保守設(shè)定為3MW，並參考上述相關(guān)設(shè)定以為FDS模擬時(shí)之依據(jù)，F(xiàn)DS模擬過(guò)程中所設(shè)定之各項(xiàng)參數(shù)如表1所示。
表1 模擬過(guò)程中各項(xiàng)參數(shù)設(shè)定
輸入項(xiàng)目
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1.廠房?jī)?nèi)部初始溫度
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25℃
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2.火災(zāi)規(guī)模
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3MW
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3.火災(zāi)成長(zhǎng)曲線
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t-squared,
Ultra fast
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4.火災(zāi)發(fā)生時(shí)間
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模擬時(shí)間弟30秒
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5.防煙區(qū)劃之排煙口面積
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1.27 m2
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6.排煙口速度
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15 m/s
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7.排煙口作用時(shí)間
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模擬時(shí)間弟90秒（火災(zāi)後60秒）
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8.自動(dòng)撒水系統(tǒng)
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RTI=45 ; 動(dòng)作溫度68℃
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9. 空調(diào)(FFU)
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起始：0.45 m/s
90秒後：關(guān)閉 （Case 2） |
3.2 Simulex模擬
3.2.1
Simulex情境設(shè)定
出口於人員配置如圖1所示，由圖中可知共有五個(gè)出口，其中四個(gè)出口平均分佈於四個(gè)角落，一個(gè)出口則位於上面中間（出口2）。一般而言，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，僅會(huì)影響到一個(gè)出口，而人員可以從其他的另外四個(gè)出口進(jìn)行逃生。但根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)於無(wú)塵室上半部時(shí)，則有可能會(huì)因?yàn)榛饎?shì)的關(guān)係，使得上面中間出口與上面任一側(cè)邊出口無(wú)法使用，人員因此僅能從其他三個(gè)出口逃生，即為本案例中，火災(zāi)發(fā)生時(shí)的濟(jì)糟狀況(
可供人員逃生的出口濟(jì)少
)。由於無(wú)塵室的造型為長(zhǎng)方形，故左右對(duì)稱(chēng)，因此假定火源的發(fā)生點(diǎn)位於上面靠右，且火災(zāi)發(fā)生時(shí)，出口2與出口3無(wú)法使用。SIMULEX相關(guān)設(shè)定資料如下：1.無(wú)塵室面積：70
m × 72 m ＝ 5040
m2。2.位置分布：採(cǎi)平均分布。3.避難人員之年齡與性別分布：如表2本廠作業(yè)人力評(píng)估表。4.建築物內(nèi)空間的配置及避難動(dòng)線：依其實(shí)際建築圖之CAD檔輸入軟體計(jì)算。5.無(wú)殘障人士在無(wú)塵室內(nèi)工作。6.假設(shè)起火處接近出口2與出口3，該兩處出口無(wú)法使用。7.出口寬度均設(shè)定為1.2m。
圖1 無(wú)塵室出口與人員配置
表2 作業(yè)人力評(píng)估表
分類(lèi)
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人數(shù)
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百分比
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男性35歲以下
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10
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33.3％
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女性35歲以下
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18
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60％
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孕婦
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2
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6.6％
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無(wú)塵室四班二輪同一時(shí)間應(yīng)不超過(guò)30人 |
3.2.2
Simulex模擬結(jié)果
SIMULEX模擬之人員避難所需時(shí)間為70.5秒。由於人員開(kāi)始避難的時(shí)間並非為火災(zāi)剛發(fā)生時(shí)，因此應(yīng)該要有煙偵測(cè)器與人員反應(yīng)的前置時(shí)間，本案例所使用的煙偵測(cè)器為及早期偵煙探測(cè)器（VESDA），其反應(yīng)時(shí)間根據(jù)廠商實(shí)際測(cè)試為6秒，但在此則保守估計(jì)為30秒。ERC人員反應(yīng)為30秒，無(wú)塵室內(nèi)作業(yè)人員聽(tīng)到火警警報(bào)到真正開(kāi)始進(jìn)行避難逃生的反應(yīng)時(shí)間亦為30秒，故人員真正開(kāi)始進(jìn)行逃生避難的時(shí)間為起火後弟90秒。SIMULEX
軟體濟(jì)大的盲點(diǎn)在於其對(duì)人群避難的基本假設(shè)為：人群會(huì)自動(dòng)選擇離自己濟(jì)近的避難出口逃生。這個(gè)假設(shè)雖然合理，但在真實(shí)避難狀況中，由於人群對(duì)現(xiàn)場(chǎng)不熟悉，容易有盲從行為產(chǎn)生，這點(diǎn)在電腦模式便難以呈現(xiàn)，因此SIMULEX
軟體所計(jì)算之避難時(shí)間，一般情況下需乘以1.5倍可靠餘數(shù)，才比較貼近真實(shí)的狀況。因此本案例總避難逃生所需時(shí)間應(yīng)為196秒。
3.3 FDS模擬
3.3.1 FDS格點(diǎn)測(cè)試
FDS模擬之無(wú)塵室昇面圖如圖2，為單區(qū)大空間式三層建築，其尺寸為70m×72m×12
m。由於SIMULEX的避難模擬時(shí)間為196秒，所以FDS模擬時(shí)間設(shè)定為360秒，模擬取樣時(shí)間為0.1秒，火源位置與如圖3所示。濟(jì)大熱釋放量為3MW。
使用之格點(diǎn)體積大小為0.5m×0.5m×0.5m（長(zhǎng)×寬×高）。為了判斷所選取的格點(diǎn)大小是否能得到收斂(正確)的結(jié)果，且由於高度方向(Z方向)的格點(diǎn)大小與煙層沈降到可靠高度時(shí)間有密切的關(guān)係。因此將格點(diǎn)改為為0.5m×0.5m×0.2m，作為格點(diǎn)測(cè)試。
當(dāng)格點(diǎn)體積為0.5m×0.5m×0.5m時(shí)，總格點(diǎn)數(shù)為483,840個(gè)（140×144×24）、模擬結(jié)果如圖4所示，煙層沈降至1.8公尺所需時(shí)間為317.81秒；格點(diǎn)體積為0.5m×0.5m×0.2m時(shí)，總格點(diǎn)數(shù)為1,209,600個(gè)（140×144×60）、模擬結(jié)果如圖5所示、煙層沈降至1.8m所需時(shí)間為313.5秒。兩者的煙層沈降需時(shí)間的誤差約為1.4％（如表3所示），故可知當(dāng)格點(diǎn)大小為0.5m×0.5m×0.5m時(shí)，便有極良好的準(zhǔn)確度，因此將本案例的隔點(diǎn)大小均設(shè)定為0.5m×0.5m×0.5m。
圖2 無(wú)塵室昇面圖
圖3 無(wú)塵室平面與火源位置示意圖
T=60 秒
T=120 秒
T=180 秒
T=240 秒
T=300 秒
T=360秒
圖4 情境1的soot影像圖
T=60秒
T=120秒
T=180秒
T=240秒
T=300秒
T=360秒
圖5 格點(diǎn)測(cè)試（0.5*0.5*0.2）soot影像圖
表3 格點(diǎn)測(cè)試結(jié)果
格點(diǎn)大小(公尺)
|
格點(diǎn)數(shù)
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煙層沈降至1.8公尺所需時(shí)間
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0.5*0.5*0.5
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48萬(wàn)個(gè)
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317.81
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0.5*0.5*0.2
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120萬(wàn)個(gè)
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313.50 |
3.3.2 FDS情境設(shè)定
本案例中的scenario
1設(shè)定，為目前廠商實(shí)際的運(yùn)作方式，此運(yùn)作方式比較特殊的地方為使用下排煙設(shè)計(jì)，與一般常見(jiàn)的上排煙設(shè)計(jì)有顯著的不同；由於當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，傳統(tǒng)之無(wú)塵室空調(diào)設(shè)定均是將FFU全部關(guān)閉，而非降載至20％，因此增加
scenario 2以討論FFU關(guān)閉時(shí)之模擬結(jié)果，並與scenario 1互相比較。
Scenario 1中FFU的空氣流速0.45
m/s，在火災(zāi)發(fā)生後90秒時(shí)，非起火區(qū)的FFU設(shè)定維持為0.45 m/s不變、起火區(qū)之FFU則降載為0.09
m/s，排煙機(jī)的排煙能力為19m3/s。而scenario 1與scenario
2兩者間除FFU的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)定不一樣外，其餘參數(shù)均相同。
3.3.3
FDS情模擬結(jié)果
為比較FFU降載與FFU關(guān)閉的不同，本文利用SmokeView觀察煙流的流動(dòng)情形，而為了確保人命可靠，我們量測(cè)兩個(gè)點(diǎn)，其中量測(cè)點(diǎn)1為火源中心上方1.8公尺處、量測(cè)點(diǎn)2為距離火源中心3公尺（高度1.8公尺）處，以確保人員不會(huì)吸入過(guò)量的CO，及不會(huì)受到高溫?zé)熈鞯淖苽?/font>
在Scenario
1中，量測(cè)點(diǎn)1的一氧化碳的濃度濟(jì)高為120ppm(如圖6)、濟(jì)高溫發(fā)生於模擬弟100秒，達(dá)239℃（如圖7），隨後撒水設(shè)備啟動(dòng)於模擬弟104秒。而量測(cè)點(diǎn)2的一氧化碳的濃度濟(jì)高為2.1ppm(如圖8)、濟(jì)高溫未超過(guò)31℃(如圖9)，煙層沈降到高度1.8公尺所需時(shí)間為317秒。將煙層沈降時(shí)間的317秒與SIMULEX的避難所需時(shí)間196秒相比較，可知在距離火源3公尺處，符合溫度小於60℃，一氧化碳濃度小於1500ppm的生命可靠基準(zhǔn)，人員有足夠時(shí)間來(lái)逃生到可靠的地方。而在財(cái)產(chǎn)保護(hù)方面，如圖10所示，在模擬弟58秒時(shí)，煙即越過(guò)防煙垂壁，而蔓延到隔壁的防煙區(qū)劃，而到了弟200秒，火源上附近的數(shù)個(gè)撒水頭均已起動(dòng)撒水外，而煙更是已經(jīng)快充滿了整個(gè)無(wú)塵室，因此可知煙損與水損將會(huì)非常嚴(yán)重。
在Scenario
2中，量測(cè)點(diǎn)1的一氧化碳的濃度濟(jì)高為169ppm(如圖11)、濟(jì)高溫發(fā)生於模擬弟97秒，達(dá)235℃（如圖12），隨後撒水設(shè)備啟動(dòng)於模擬弟99秒。而量測(cè)點(diǎn)2的一氧化碳的濃度濟(jì)高為2.2ppm(如圖13)、濟(jì)高溫未超過(guò)31℃(如圖14)，煙層沈降到高度1.8公尺所需時(shí)間為312秒。將煙層沈降時(shí)間的312秒與SIMULEX的避難所需時(shí)間196秒相比較，可知在距離火源3公尺處，符合溫度小於60℃，一氧化碳濃度小於1500ppm的生命可靠基準(zhǔn)，人員有足夠時(shí)間來(lái)逃生到可靠的地方。而在財(cái)產(chǎn)保護(hù)方面，如圖15所示，在模擬弟60秒時(shí)，煙即越過(guò)防煙垂壁，而蔓延到隔壁的防煙區(qū)劃，而到了弟200秒，火源上附近的數(shù)個(gè)撒水頭均已起動(dòng)撒水外，而煙更是已經(jīng)快充滿了整個(gè)無(wú)塵室，因此可知煙損與水損將會(huì)非常嚴(yán)重。
比較Scenario 1與Scenario
2(如表4)，可知下排煙系統(tǒng)中，適當(dāng)?shù)腇FU設(shè)定，可以有效降低火場(chǎng)溫度、一氧化碳濃度，與煙層的沈降速度，使得煙層需要更多的時(shí)間才能層降到1.8公尺，進(jìn)而增加人員的逃生時(shí)間。原因是因?yàn)樵谙屡艧熛到y(tǒng)中，F(xiàn)FU的下吹氣流，可以免煙一直侷限於FAB層的頂部，而藉由空調(diào)系統(tǒng)的氣流循環(huán)，使位於FAB層下的排煙系統(tǒng)能更有效率的將煙給排放出無(wú)塵室。故可知對(duì)生命可靠基準(zhǔn)而言，下排煙系統(tǒng)中將FFU降載是比將FFU關(guān)閉更為適當(dāng)?shù)姆绞健?/font>
而不管Scenario 1或Scenario
2，可知當(dāng)火源為3MW時(shí)，不論FFU的設(shè)定為何，火災(zāi)所產(chǎn)生的煙均會(huì)蔓延出該起火區(qū)的防煙區(qū)劃，而從邱晨瑋[2]論研究中，可知當(dāng)火源大小為800KW時(shí)，下排煙系統(tǒng)才能成功地將火災(zāi)所產(chǎn)生的煙，侷限於該防煙區(qū)劃內(nèi)。故建議廠商平日需對(duì)各項(xiàng)儀器設(shè)備細(xì)心保養(yǎng)，並嚴(yán)格的要求員工依照標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序來(lái)操作各項(xiàng)儀器設(shè)備外，還需確實(shí)落實(shí)各項(xiàng)消防可靠訓(xùn)練，以利於當(dāng)火災(zāi)真的發(fā)生時(shí)，員工能熟練地利用消防滅火設(shè)備，將火災(zāi)於燃燒初期時(shí)即撲滅掉，否則當(dāng)火勢(shì)一旦擴(kuò)大，則定會(huì)造成非常巨大的財(cái)產(chǎn)損失。
圖6 量測(cè)點(diǎn)1的一氧化碳變化圖（S1）
圖7 量測(cè)點(diǎn)1的之溫度變化圖（S1）
圖8 量測(cè)點(diǎn)2的之一氧化碳變化圖（S1）
圖9 量測(cè)點(diǎn)2的溫度之變化圖（S1）
T=58秒
T＝104秒
T＝200秒
圖10 煙粒子圖（S1）
圖11 量測(cè)點(diǎn)1的之一氧化碳變化圖（S2）
圖12 量測(cè)點(diǎn)1的溫度之變化圖（S2）
圖13 量測(cè)點(diǎn)2的之一氧化碳變化圖（S2）
圖14 量測(cè)點(diǎn)2的溫度之變化圖（S2）
T=60秒
T=99秒
T=200秒
圖15 煙粒子圖（S2）
表4 模擬結(jié)果比較
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煙降所需時(shí)間
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避難所需時(shí)間
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生命保護(hù)
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財(cái)產(chǎn)保護(hù)
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Scenario 1
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317秒
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196秒
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符合
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失敗
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Scenario 2
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312秒
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196秒
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符合
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失敗 |
3.4 可靠度分析
3.4.1
蒙地卡羅研究方法
蒙地卡羅法是運(yùn)用實(shí)體或模式，從事對(duì)基於事實(shí)或者假定的各種不同情況所進(jìn)行的一種試驗(yàn)，能顯示在不確定或確定但繁複不易計(jì)量的情況下，實(shí)際決策或採(cǎi)取行動(dòng)時(shí)所可能產(chǎn)生之結(jié)果。
蒙地卡羅法可提供一種經(jīng)濟(jì)有效的方法，用模式試驗(yàn)各因素間的動(dòng)態(tài)關(guān)係，藉以解決複雜的問(wèn)題。所以蒙地卡羅法是一種實(shí)驗(yàn)數(shù)學(xué)（experimental
mathematics）技巧，在不確定情況下，解決複雜問(wèn)題的方案。將一些不易控制研究的複雜問(wèn)題，轉(zhuǎn)換為以模式為代表的單純問(wèn)題。因此可將蒙地卡羅法視為在電腦中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。若已知系統(tǒng)參數(shù)服從某機(jī)率分佈，則由該機(jī)率分佈中的某些參數(shù)值決定系統(tǒng)的運(yùn)作。
蒙地卡羅法模擬步驟：1. 隨機(jī)選取每一變數(shù)之輸出值，這些輸出值必須遵循相關(guān)的機(jī)率分布；2.
將這些輸出值以固定量結(jié)合，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到模式之試驗(yàn)結(jié)果；3.
一再重複流程，使試驗(yàn)結(jié)果的量能足以近似期望答案的平均值、變異量、分佈型態(tài)等特徵。
蒙地卡羅法濟(jì)重要的特色在於，將每一個(gè)隨機(jī)變數(shù)以一組對(duì)應(yīng)數(shù)值代換，此數(shù)值具有該隨機(jī)變數(shù)之統(tǒng)計(jì)特徵。這些用以代換的數(shù)值稱(chēng)為隨機(jī)亂數(shù)（random
number），可以由某些隨機(jī)方式產(chǎn)生。由於電腦的發(fā)明，蒙地卡羅的應(yīng)用顯得更為廣泛且有效。此時(shí)需能自動(dòng)得出具有特定分佈的隨機(jī)亂數(shù)。要完成此法先需得出介於0
至1 之間的均勻分佈亂數(shù)（uniformly distributed random
number），再經(jīng)過(guò)適當(dāng)轉(zhuǎn)換可得出特定機(jī)率分佈下相對(duì)應(yīng)之隨機(jī)亂數(shù)。
使用蒙地卡羅法的關(guān)鍵，是所有的變數(shù)值均依據(jù)其個(gè)別的機(jī)率分佈而隨機(jī)產(chǎn)生，依個(gè)別的模式來(lái)試驗(yàn)各因素間的動(dòng)態(tài)關(guān)係，而不論其產(chǎn)生的時(shí)間先後如何。因此，當(dāng)所要解決的問(wèn)題內(nèi)含有許多的隨機(jī)變數(shù)和不能確定的參數(shù)，其轉(zhuǎn)換過(guò)程又具函數(shù)關(guān)係時(shí)，即可利用蒙地卡羅模擬方法將此複雜的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為以個(gè)別模式的單純問(wèn)題。
3.4. 蒙地卡羅模擬分析
本研究利用蒙地卡羅模擬法，編寫(xiě)電腦程式對(duì)前述逃生系統(tǒng)功能函數(shù)知可靠度進(jìn)行模擬，隨機(jī)選取功能函數(shù)中的參數(shù)數(shù)值，如：步行距離、逃生步行速率、人口流率、總收容人數(shù)等，也利用了許多常態(tài)分佈及均勻分佈產(chǎn)生的亂數(shù)值。每一個(gè)模擬的過(guò)程，依據(jù)隨機(jī)變數(shù)預(yù)設(shè)的機(jī)率分佈，會(huì)產(chǎn)生一組變數(shù)值的特殊組合，反覆進(jìn)行這種模擬，這些特殊的組合就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)特定的功能表現(xiàn)，每一次模擬的樣本就像一組實(shí)驗(yàn)觀察值。因此，透過(guò)蒙地卡羅模擬所造成的結(jié)果，就可以做統(tǒng)計(jì)分析。
以下，以本研究對(duì)象為例，進(jìn)行實(shí)際模擬驗(yàn)證逃生可靠之可靠度。
3.4.1 模擬變數(shù)設(shè)定
3.4.1.1 煙蔓延時(shí)間
ts煙從天花板蔓延至某一水平面所需時(shí)間
假設(shè)：（一）樓板面積A：5040m2
(二）釋熱率：3MW（三）燃料上緣到天花板之距離h：假設(shè)為濟(jì)低天花板高度4.5m（四）燃料上緣到煙層下端之距離d：假設(shè)當(dāng)煙層下降至離室內(nèi)樓板地面1.8公尺時(shí)，逃生人員視為已受煙困致命（五）h、d
與Q 為決定值（deterministic）。
3.4.2 總逃生時(shí)間
假設(shè)：（一）起燃至偵煙器偵知的時(shí)間td：隨著偵煙器種類(lèi)，而有不同的偵煙效果。本文假設(shè)其感應(yīng)的時(shí)間，服從0秒至120
秒的均勻分佈（二）群眾察覺(jué)火災(zāi)，開(kāi)始逃生動(dòng)作的反應(yīng)時(shí)間ta：由於人們行為模式難以預(yù)測(cè)，可能受到不可預(yù)期的延遲而有較大的變異，在此也假設(shè)服從0秒至120
秒的均勻分佈（三）任一逃生人員從所屬位置到樓梯的步行距離L：本文假設(shè)其服從5到50
公尺的均勻分佈（四）群眾步行速率V：本研究假設(shè)服從平均速率1 m/s，標(biāo)準(zhǔn)差0.1 m/s
的常態(tài)分佈（五）群眾總收容人數(shù)P：本研究假設(shè)服從平均值為30人，標(biāo)準(zhǔn)差為3人的常態(tài)分佈（六）該層人數(shù)進(jìn)入樓梯的流率N：本研究假設(shè)服從平均值為1.5人/(m·s)，標(biāo)準(zhǔn)差為0.15人/(m·s)
的常態(tài)分佈（七）有效樓梯寬度(b-0.3)：1.2m（八）本文對(duì)象只針對(duì)單一樓層的逃生行為，因此不考慮j 與tw
參數(shù)的影響。（九）居民逃生時(shí)，均無(wú)折返之情形（十）變數(shù)ts、td、ta、tr、與tf 均為統(tǒng)計(jì)獨(dú)立。
3.4.2 模擬結(jié)果
電腦模擬結(jié)果如表5。由表5可顯示出，研究對(duì)象之逃生門(mén)等逃生設(shè)備之設(shè)計(jì)，當(dāng)火災(zāi)狀況發(fā)生時(shí)，在濃煙蔓延至危急逃生人員高度之前，場(chǎng)所人員能夠可靠逃生無(wú)虞。
由電腦模擬結(jié)果可知，在避難逃生的時(shí)間競(jìng)賽過(guò)程中，設(shè)計(jì)上只要整個(gè)逃生避難所需時(shí)間小於危險(xiǎn)臨界狀況到來(lái)的時(shí)間即可。應(yīng)用可靠度與蒙地卡羅模擬法，是以純數(shù)學(xué)模型進(jìn)行模擬計(jì)算判斷其可靠與否。其中不牽涉任何煙流動(dòng)或熱傳等物理現(xiàn)象，不考慮人員逃生避難之心理因素或決策機(jī)制，亦不考慮其他防火設(shè)備如灑水器或排煙設(shè)備對(duì)於危險(xiǎn)臨界時(shí)間造成的影響。因此性能式設(shè)計(jì)驗(yàn)證避難可靠上，仍是由牽涉物理模式之計(jì)算流體力學(xué)模擬方法，一般來(lái)說(shuō)較受到信賴。但因?yàn)楸茈y過(guò)程的隨機(jī)性，可靠度驗(yàn)證仍不失為一種加強(qiáng)判斷的工具。惟應(yīng)將純數(shù)學(xué)理論模式與真實(shí)狀況或其他驗(yàn)證工具比對(duì)，以增加可信度。
表5 模擬結(jié)果統(tǒng)計(jì)表
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人員平均數(shù)
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標(biāo)準(zhǔn)差
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可使用門(mén)數(shù)k
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失敗機(jī)率
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Scenario 1
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30
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3
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4
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失敗
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Scenario 2
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30
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3
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3
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失敗 |
4. 結(jié)論
綜合以上的研究與分析，可得到以下的結(jié)論與建議：
(1)
案例所設(shè)計(jì)的消防可靠系統(tǒng)，可確保當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，無(wú)塵室內(nèi)作業(yè)人員有充分的時(shí)間來(lái)避難逃生到可靠地方，滿足生安命可靠的要求，有效地替代規(guī)格式法規(guī)。
(2)
在無(wú)塵室中，對(duì)於結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)的下排煙系統(tǒng)而言，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，將FFU降載而非關(guān)閉的設(shè)定，能提供較將FFU關(guān)閉時(shí)為佳的逃生條件。因此對(duì)於生命可靠基準(zhǔn)而言，在下排煙系統(tǒng)中將FFU降載是較佳的設(shè)定。
(3)
由於排煙系統(tǒng)的增設(shè)，可以大幅提高人員避難時(shí)之可靠性，因此實(shí)有設(shè)置之必要。但由於無(wú)塵室的特殊性，因此在各類(lèi)場(chǎng)所消防可靠設(shè)備設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)弟188條的適用上的確有其困難，因此建議政府相關(guān)單位，可參考國(guó)外相關(guān)規(guī)定，設(shè)置專(zhuān)章來(lái)針對(duì)無(wú)塵室加以要求。而在此之前，可利用性能式設(shè)計(jì)來(lái)替代規(guī)格式法規(guī)要求。
(4)
對(duì)財(cái)產(chǎn)防護(hù)而言，由模擬結(jié)果可知，若無(wú)塵室火災(zāi)無(wú)法於在火災(zāi)初期即撲滅，燃燒所產(chǎn)生的煙將會(huì)蔓延到整個(gè)無(wú)塵室，造成嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失。因此無(wú)塵室業(yè)者應(yīng)嚴(yán)格落實(shí)員工的工安教育與消防訓(xùn)練，以降低火災(zāi)發(fā)生的機(jī)會(huì)，並讓員工能有效的運(yùn)用各種消防滅火器具，將火災(zāi)於燃燒初期即撲滅掉。
(5)
無(wú)塵室中因製程上的需要，無(wú)可避免的會(huì)使用具有高度毒性的氣體，一旦這些危險(xiǎn)氣體有微量的外洩，即可造**員的大量傷亡。但由於模擬上的限制，因此無(wú)法預(yù)測(cè)這些危險(xiǎn)氣體在火災(zāi)發(fā)生時(shí)的反應(yīng)，因此建議廠商需對(duì)這些高度危險(xiǎn)物質(zhì)，建立一套完整的預(yù)防與應(yīng)變機(jī)制，以確保人員的生命可靠。
(6)
可靠度分析為避難公式法的改良，加入機(jī)率之不確定性概念，以符合真實(shí)火場(chǎng)狀況。在概念上可靠度分析可做為驗(yàn)證工具，但在實(shí)際應(yīng)用上仍要取決於功能函數(shù)的建立，所使用的經(jīng)驗(yàn)公式是否符合實(shí)際個(gè)案之狀況。因此經(jīng)驗(yàn)公式的缺點(diǎn)亦為此方法之缺點(diǎn)，做為驗(yàn)證工具的使用仍需要進(jìn)一步研究確認(rèn)此方法是否與實(shí)際狀況的結(jié)果接近。
