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研究生:賴禹廷
研究生(外文):LAI, YU-TING
論文名稱:廢棄工廠再利用之防災計畫調查與改善建議 - 以高雄某商業空間為例
論文名稱(外文):An Investigation and Improving Suggestions for Disaster Prevention Plan in a Refurbished Abandoned Factory-A Case of Commercial Space in Kaohsiung
指導教授:謝秉銓謝秉銓引用關係
指導教授(外文):HSIEH, PING-CHUAN
口試委員:謝秉銓林裕昌廖硃岑
口試委員(外文):HSIEH, PING-CHUANLIN, YUH-CHANGLIAO, CHU-TSEN
口試日期:2020-07-23
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄科技大學
系所名稱:營建工程系
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2020
畢業學年度:108
語文別:中文
論文頁數:158
中文關鍵詞:防災計畫FDS再利用火災避難逃生安全
外文關鍵詞:Disaster prevention planFDSReuseFireEvacuationSafety
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  近幾年建築再利用之案例越來越多,其中部分案例為了保留舊建築之特色,因此些許結構或空間被保留下來,其餘空間繼續做使用,但那些案例改造後如做不同用途,是否於災害來臨時,建築物內之人員於避難時會遇到阻礙。
  本研究將透過三步驟對案例建築物做調查分析,分別為防災計畫調查、電腦模擬及計算驗證。案例建築物空間用途包括書店、影城、餐飲、宴會廳及賣場,其分布於三棟建築物內,但因宴會廳部分本研究無法取得相關資料,因此本文將針對其餘空間做調查及模擬分析。文中先調查案例建築物周邊環境、建築物內部空間配置及消防設備狀況,探討其不足之處並提出改善建議,再使用電腦模擬分析案例建築物如發生火災,濃煙可能之流動狀況及人員避難過程,針對濃煙下降較快之地區及人員避難過程中易壅塞之空間做改善,最後根據「建築物防火避難安全性能驗證技術手冊」的公式,計算驗證各居室空間是否為安全。
  經調查發現A棟案例建築物柱子較多,不熟悉建築物之人員因視線受阻礙,於避難時會花費更多時間;火災發生時如防火鐵捲門正常動作,雖然一樓濃煙下降速度會較快,但於火災發生十分鐘內濃煙不會造成各樓層人員之危害;二樓人員通過增加影院出口數量及增設戶外安全梯,不只舒緩壅塞之人群,樓層避難時間及整棟避難時間也能減少。B棟案例建築物避難方向指標設置位置過高,火災產生之濃煙會迅速掩蓋導致無法發揮作用;發生火災時因B棟案例建築物各樓層天花板高度較高,濃煙下降至危害人員避難之時間會較慢;二樓人員於避難時如通過工作人員引導,不只可避免壅塞於同一避難出口,也可減少樓層避難時間及整棟避難時間。

  There are more and more cases of building reuse in recent years. In some cases, some of the structures or spaces are preserved in order to retain the characteristics of the old buildings, and the rest of the spaces continue to be used. However, those cases are transformed for different purposes. Will the people in the building meet obstacles in evacuation when disaster strikes?
  This study will investigate and analyze the case buildings through three steps, respectively for disaster prevention plan investigation, computer simulation and calculation verification. The space uses of the case buildings include bookstores, movie theaters, restaurants, banquet halls and stores, which are distributed in three buildings.Due to the relevant information can’t be obtained in this study for the banquet hall, this article will investigate and simulate the rest of the space. To discuss the case building’s shortcomings and propose improvement suggestions, this study to begin with investigate the surrounding environment, the internal space configuration and fire fighting equipment of the case building. Then, it use computer simulation to analyze the case of building fire, the possible flow of dense smoke and the evacuation process of people. Furthermore, it improve the areas where dense smoke is falling rapidly and spaces that are easy to congest during the evacuation process. Finally, according to the formula of the " Verification Guideline of Buildings Evacuation Safety Performance-based Design ", it calculate and verify each room safety.
  After investigation, there were many columns in the case building A. People who are unfamiliar with the building are obstructed in sight and spend more time in evacuation. If rolling fire door operates normally when fire occurs, the thick smoke will not cause harm to the personnel on all floors within ten minutes although the thick smoke on the first floor falls faster. By increasing the number of theater exits and installing outdoor escape ladders, the second floor not only relieve the congested crowd, but also reduce the evacuation time on the floor and building. The evacuation direction indicator of the case building B is set too high, and the dense smoke generated by the fire will be covered quickly and unable to function. In the event of fire, the ceiling height of each floor of the case building B is high, and the dense smoke fall to the endangered personnel's evacuation time will be slow. If the personnel on the second floor are guided by the staff during evacuation, not only can avoid congestion at the same evacuation exit, but also reduce the evacuation time on the floor and building.

目錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 x

第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 3
1.3 研究目的 3
1.4 研究方法 5
1.5 研究架構 7
1.6 研究範圍 8
第二章 文獻回顧 9
2.1 複合式建築法規 9
2.2 國內外文獻 11
2.3 火災特性 14
2.3.1 火災過程 15
2.3.2 危害因子 18
2.3.3 火源種類設計 21
2.3.4 火災成長率 αf,αm 25
2.4 人類行為 28
2.4.1 人類承受危害程度 30
2.4.2 安全避難容許時間 31
2.5 火災動態模擬軟體簡介 33
2.5.1 火災動態模擬軟體FDS簡介 37
2.5.2 火災動態模擬軟體FDS運算理論 40
2.5.3 FDS火災模擬程式之操作原理 42
2.6 人員避難模擬軟體簡介 44
2.6.1 Pathfinder之簡介 45
2.6.2 Pathfinder人員避難模式 47
第三章 防災計畫之現況調查及分析 50
3.1 前言 50
3.2 基本資料 51
3.3 周邊概況 52
3.4 案例建築物之防災計畫現況調查及分析 59
3.4.1 火災防止(調查各樓層監視器) 59
3.4.2 早期感知(調查各樓層偵煙式探測器) 65
3.4.3 初期滅火(調查各樓層初期滅火設備) 71
3.4.4 防火區劃(調查各樓層防火區劃) 77
3.4.5 排煙計畫(調查各樓層排煙設備) 81
3.4.6 避難計畫(調查各樓層避難設備) 87
3.4.7 消防救助(調查鄰近水源及消防局) 92
3.5 小結 95
第四章 電腦模擬及計算驗證 98
4.1 FDS火災電腦模擬 98
4.1.1 格點設定 98
4.1.2 A棟案例建築物模型參數設定 100
4.1.3 B棟案例建築物模型參數設定 113
4.2 Pathfinder避難人員電腦模擬 124
4.2.1 A棟案例人員參數設定 124
4.2.2 A棟模擬結果(如表4- 8所示) 126
4.2.3 改善後模擬 128
4.2.4 B棟案例人員參數設定 130
4.2.5 B棟模擬結果(如表4- 12所示) 133
4.2.6 改善後模擬 134
4.3 計算驗證 136
4.3.1 前言 136
4.3.2 案例條件設定 136
4.3.3 居室避難安全性能計算 142
4.4 小結 150
4.4.1 分析一 150
4.4.2 分析二 152
第五章 結論與建議 154
5.1 結論 154
5.2 建議 155
參考文獻 156


表目錄
表1- 1  舊建築再利用後用於商業用途之案例 2
表1- 2  104年至107年各類火災統計表 5
表1- 3  各空間之計算方法 6
表2- 1  案例建築物依各類場所消防安全設備設置標準分類 9
表2- 2  各類場所消防安全設備設置標準消防設備設置標準 10
表2- 3  人類含氧量下降出現之症狀 18
表2- 4  有機高分子材料燃燒產生之毒性氣體 20
表2- 5  人類之可視距離說明 20
表2- 6  不同材質之最大熱釋放率及所需時間表 22
表2- 7  火源成長模式係數 23
表2- 8  內部裝修材料火災成長率αm 25
表2- 9  堆積可燃物每一平方公尺之發熱量ql 26
表2- 10 人體承受各種危害程度指標分析 30
表2- 11 人體承受煙層遮光率之極限值 31
表2- 12 人體暴露於火災有害物質所能承受之極限 31
表2- 13 人員步行速度 33
表2- 14 場模式火災模擬專用軟體之比較 36
表2- 15 FDS與Smokeview流程階段說明 39
表2- 16 FDS輸入指令說明表 42
表2- 17 人員避難模擬軟體之比較 44
表2- 18 樓梯台階坡度 48
表3- 1  案例建築物之防災計畫調查 50
表3- 2  A棟案例建築監視器統計表 59
表3- 3  B棟案例建築監視器統計表 59
表3- 4  A棟案例建築早期感知設備統計表 65
表3- 5  B棟案例建築早期感知設備統計表 65
表3- 6  A棟案例建築監視器統計表 71
表3- 7  B棟案例建築監視器統計表 71
表3- 8  A棟案例建築排煙設備統計表 81
表3- 9  B棟案例建築排煙設備統計表 81
表3- 10 A棟一樓防災計畫查核清單 96
表3- 11 A棟二樓防災計畫查核清單 96
表3- 12 B棟一樓防災計畫查核清單 97
表3- 13 B棟二樓防災計畫查核清單 97
表4- 1  格點尺寸計算結果 99
表4- 2  A棟案例建築物參數設定 100
表4- 3  防火鐵捲門無動作之電腦模擬成果 104
表4- 4  防火鐵捲門有動作之電腦模擬成果 109
表4- 5  B棟一樓參數設定 113
表4- 6  B棟二樓參數設定 114
表4- 7  案例A棟建築物各空間資訊 124
表4- 8  各空間避難完成時間 126
表4- 9  居室避難改善前後之比較 129
表4- 10 樓層及整棟避難改善前後之比較 129
表4- 11 案例B棟建築各空間資訊 130
表4- 12 各空間避難完成時間 133
表4- 13 樓層及整棟避難改善前後之比較 135
表4- 14 案例空間條件設定 136
表4- 15 案例空間條件設定 137
表4- 16 居室避難安全判定基準 142
表4- 17 案例建築A棟一樓之居室避難安全驗證(耐燃二級) 142
表4- 18 案例建築A棟一樓之居室避難安全驗證(耐燃一級) 143
表4- 19 案例建築A棟二樓之居室避難安全驗證(耐燃二級) 144
表4- 20 案例建築A棟二樓之居室避難安全驗證(耐燃一級) 144
表4- 21 案例建築B棟一樓之居室避難安全驗證(耐燃二級) 145
表4- 22 案例建築B棟二樓之居室避難安全驗證(耐燃二級) 146
表4- 23 案例建築B棟二樓之居室避難安全驗證(耐燃一級) 147
表4- 24 案例條件設定 148
表4- 25 計算之結果(耐燃等級二級) 148
表4- 26 計算之結果(耐燃等級一級) 149
表4- 27 居室煙層下降至1.8公尺之比較表(耐燃二級) 152
表4- 28 居室煙層下降至1.8公尺之比較表(耐燃一級) 153
表4- 29 居室人員避難所需時間比較表 153


圖目錄
圖1- 1  歷年火災 4
圖1- 2  流程圖 7
圖2- 1  火災發展過程 17
圖2- 2  火源成長曲線 23
圖2- 3  不同熱釋放率之火災成長曲線 24
圖2- 4  T-Square火災成長曲線圖 24
圖2- 5  軟體架構圖與運作流程圖 38
圖2- 6  火災動態模擬器(FDS)運算格點類型 39
圖2- 7  火災動態模擬器(FDS)動畫呈現展示圖 40
圖2- 8  各類模擬軟體模擬結果比較 45
圖2- 9  Pathfinder軟體介紹 47
圖2- 10 Steering模式人員疏散方向 49
圖3- 1  案例建築物(改造前) 51
圖3- 2  案例建築物(改造後) 51
圖3- 3  案例建築物周邊土地使用分區 52
圖3- 4  案例建築物周邊空間使用情況 53
圖3- 5  民眾行走之路線 54
圖3- 6  A棟案例建築物一樓空間使用形態示意圖 55
圖3- 7  A棟案例建築物二樓空間使用形態示意圖 56
圖3- 8  B棟案例建築物一樓空間使用形態示意圖 57
圖3- 9  B棟案例建築物二樓空間使用形態示意圖 58
圖3- 10 A棟一樓監視器位置示意圖 60
圖3- 11 A棟二樓監視器位置示意圖 61
圖3- 12 B棟一樓監視器位置示意圖 62
圖3- 13 B棟二樓監視器位置示意圖 63
圖3- 14 案例建築潛在危險之區域 64
圖3- 15 A棟一樓探測器位置示意圖 66
圖3- 16 A棟二樓探測器位置示意圖 67
圖3- 17 B棟一樓探測器位置示意圖 68
圖3- 18 B棟二樓探測器位置示意圖 69
圖3- 19 B棟二樓書架區 70
圖3- 20 A棟一樓初期滅火設備位置示意圖 72
圖3- 21 A棟二樓初期滅火設備位置示意圖 73
圖3- 22 B棟一樓初期滅火設備位置示意圖 74
圖3- 23 B棟二樓初期滅火設備位置示意圖 75
圖3- 24 初期滅火設備 76
圖3- 25 A棟一樓防火區劃示意圖 77
圖3- 26 A棟二樓防火區劃示意圖 78
圖3- 27 B棟一樓防火區劃示意圖 79
圖3- 28 B棟二樓防火區劃示意圖 80
圖3- 29 A棟一樓排煙口位置示意圖 82
圖3- 30 A棟二樓排煙口位置示意圖 83
圖3- 31 B棟一樓排煙口位置示意圖 84
圖3- 32 B棟二樓排煙口位置示意圖 85
圖3- 33 案例建築物排煙設備需改善之地方 86
圖3- 34 A棟一樓避難設備位置示意圖 87
圖3- 35 A棟二樓避難設備位置示意圖 88
圖3- 36 B棟一樓避難設備位置示意圖 89
圖3- 37 B棟二樓避難設備位置示意圖 90
圖3- 38 案例建築物避難設備需改善之地方 91
圖3- 39 案例建築周邊消防設備示意圖 92
圖3- 40 鄰近消防隊消防救助路線圖 93
圖3- 41 案例建築物周邊環境 94
圖4- 1  探測點於不同格點尺寸之驗證 99
圖4- 2  A棟探測點位置分布圖 101
圖4- 3  火源位置圖 102
圖4- 4  電腦模擬之結果(防火設備無動作) 103
圖4- 5  電腦模擬結果 107
圖4- 6  電腦模擬之結果(防火設備有動作) 108
圖4- 7  A棟電腦模擬結果 112
圖4- 8  B棟一樓探測點位置分布圖 113
圖4- 9  B棟二樓探測點位置分布圖 114
圖4- 10 B棟一樓火源位置圖 115
圖4- 11 B棟二樓火源位置圖 116
圖4- 13 一樓電腦模擬結果 118
圖4- 14 二樓電腦模擬結果 121
圖4- 15 電腦模擬結果 122
圖4- 16 電腦模擬結果 123
圖4- 17 A棟案例建築物空間配置 125
圖4- 18 避難時壅塞之出口 127
圖4- 19 十五號出口之人員動線 127
圖4- 20 改善位置 128
圖4- 21 十六號出口 128
圖4- 22 樓層避難空間人數之比較 129
圖4- 23 B棟一樓空間配置 131
圖4- 24 B棟二樓空間配置 132
圖4- 26 各區域疏散方向 134
圖4- 27 樓層避難空間人數之比較 135
圖4- 28 A棟一樓避難安全驗證圖 138
圖4- 29 A棟二樓避難安全驗證圖 139
圖4- 30 B棟一樓避難安全驗證圖 140
圖4- 32 案例建築A棟一樓判定結果 143
圖4- 33 案例建築A棟二樓判定結果 145
圖4- 34 案例建築B棟一樓判定結果 146
圖4- 35 案例建築B棟二樓判定結果 147


[1] 白坤鼎,2011,建築物人員避難安全評估與FDS+Evac電腦模擬之應用研究(以大型展覽館為例),吳鳳科技大學,碩士論文。
[2] 林佑儒,2018,運用FDS火災動態模擬軟體進行住宅火災減災規劃之研究-以桃園市住宅火災案為例,國立中央大學,碩士論文。
[3] 邱晨瑋,2015,“夜店電腦火場重建模擬驗證分析之研究”,中華民國消防設備師公會全國聯合會,頁265-283,4月23日。
[4] 郭榮宏,2017,運用火災調查技術與FDS電腦模擬程式重建桃園新屋保齡球火災情境,吳鳳科技大學,碩士論文。
[5] 陳俊列,2008,防火延燒性能設計上利用場模擬溫度評估之研究,中華大學,碩士論文。
[6] 游惟翔,2014,居室夾層簡易二層法之研究,國立交通大學,碩士論文。
[7] 黃雅倫,2014,大型宴會廳防火區劃之FDS電腦模擬分析,吳鳳科技大學,碩士論文。
[8] 劉銘煌,2011,古蹟建築防災計畫調查與改善建議-以博物館為例,國立台北科技大學,碩士論文。
[9] 劉樂亞,2018,運用FDS與Pathfinder模擬程式重建新北市新店樂活安養中心火災情境,吳鳳科技大學,碩士論文。
[10]蔡銘如等編著,2008,以FDS 模擬局限空間火災與實驗檢證之研究,內政部建築研究所,自行研究報告。
[11]盧守謙,2017,火災學,初版,五南圖書,台北。
[12]賴冠廷,2017,運用FDS電腦模擬程式重建台中阿拉夜店火災避難情境,吳鳳科技大學,碩士論文。
[13]簡漢良,2013,運用火災調查技術與FDS電腦模擬程式重建一個夜店火災情境,吳鳳科技大學,碩士論文。
[14]Ekaterina Markus, et al., 2019, “Application of the thermal pyrolysis model to predict flame spread over continuous and discrete fire load”, ScienceDirect, vol.108, September
[15]Jaiho Lee, 2020, “Numerical analysis of how ventilation conditions impact compartment fire suppression by water mist”, ScienceDirect, vol.136, February
[16]Michael Delichatsios, Jianping Zhang, 2020, “Ground wind generated near the base by the massive convective column of very large-scale mass fires”, ScienceDirect, vol.111, January
[17]NAFA,https://www.nfpa.org/
[18]N.D.Pope, C.G.Bailey, 2006, “Quantitative comparison of FDS and parametric fire curves with post-flashover compartment fire test data”, ScienceDirect, vol.41, March
[19]Omran Ahmadi, et al., 2019, “Modeling of boilover phenomenon consequences: Computational fluid dynamics (CFD) and empirical correlations”, ScienceDirect, vol.129, September
[20]Yvon Mouilleau, Anousone Champassith, 2009, “CFD simulations of atmospheric gas dispersion using the Fire Dynamics Simulator (FDS)”, ScienceDirect, vol.22, May

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