安全生产_利用buildingexodus评估台北捷运地下车站避难安全

第 30 卷 第 1 期 岩石力学与工程学报 30(1)：12 2011 年 1 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Jan.，2011 2011 年 1 月 1 日收到初稿，2011 年 12 月 11 日收到修改稿。 * 重庆市科学基金重点资助项目(035679)。 作者 簡賢文简介：男，47 岁，硕士，1980 年毕业于中央警察大學消防科學研究所副教授，现任中央警察大學消防科學研究所副教授，主要从事特殊 空間與大人群避難與災害防救研究方面的工作。 運用運用 buildingEXODUS 評估台捷運地下站避 難安全 評估台捷運地下站避 難安全-以捷運新店站為以捷運新店站為 簡賢文1 陳文2 子勝3 鄭震崇4 楊艷禾5 趙勇維6 (1,3中央警察大學消防科學研究所副教授 台灣 ) (2內政部消防署災害管組組長 台灣 ) (4高雄市消防局股長 台灣 ) (5台市消防局課員 台灣 ) (6內政部消防署災害管組科員 台灣 ) 摘要摘要 地下捷運站由於使用、管上複雜性與空間特殊性，一旦發生火災對客生命安全將造成極大的威脅， 故站體安全設計首重確保大人群能安全避難逃生。由於 buildingEXODUS 動態避難模擬分析提供詳盡、可討 性與接近真實為的避難過程，據此避難動線所進煙控模擬具實務上的貢獻與價值，因此乃以台捷運新 店站為對象，透過運用 buildingEXODUS 電腦模擬所得較佳模擬結果，呈現出人員屬性（Occupant Attribute）在 避難過程中影響的重要性，可知此避難評估方式比規格式避難計算接近真實避難情境，同時模擬所得據資 可作為營運單位在安全對策與緊急應變之考。 关键词关键词 地下捷運站、buildingEXODUS 電腦模擬、避難安全 The Evaluation Research of Evacuation Safety in MRT Underground Station by Using buildingEXODUS-TRTCs Xindian Station as an Example Shen-Wen Chien1， Wun-Long Chen2， Tzu-sheng Shen 3， Chung-Chung Cheng 4， Yen-Ho Yang5， Yung-Wei Chao6 (1,3 Deptartmen of Fire Science，Central Police University，Taiwan ) (2，Disaster Management Division ，National Fire Agency Ministry Of Interior ， Taiwan ) (4 Fire Department Of Kaohsiung City，Taiwan ) (5 Fire Department Of Taipei City，Taiwan ) (6 Disaster Management Division ，National Fire Agency Ministry Of Interior，Taiwan ) Abstract Due to the underground MRT stations specific spaces and complexes in usages and management, fires on the underground stations may result in a great number of casualties. The important subject of fire safety designs on underground stations is the people evacuation safety. The buildingEXODUS evacuation model provides a more complex and arguably more realistic representation of evacuation routes and to be the foundation of relative smoke model. This paper will contribute to the strategies proposed to TRTS in emergency response management and to drill for staff become important in disaster protection. Key words Underground MRT Station, buildingEXODUS Computer Simulation, Evacuation Safety. 第 30 卷 第 1 期 岩石力学与工程学报 30(1)：12 2011 年 1 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Jan.，2011 2011 年 1 月 1 日收到初稿，2011 年 12 月 11 日收到修改稿。 * 重庆市科学基金重点资助项目(035679)。 作者 簡賢文简介：男，47 岁，硕士，1980 年毕业于中央警察大學消防科學研究所副教授，现任中央警察大學消防科學研究所副教授，主要从事特殊 空間與大人群避難與災害防救研究方面的工作。 1 前前 言言 目 前 台 捷 運 系 統 （ Taipei of Rapid Transportation System， TRTS） 係以美國國家防火協 會（National Fire Protection Association）NFPA 130 中人員避難容許時間符合 4 分鐘、6 分鐘規定作為 安全評估基準， 由於此規格式法規(Prescriptive Code) 採簡化、預設固定的方式概括性計算人員避 難時間，並能合解釋整個避難過程全貌，無法 彈性調整以符合實際火災境況分析，無法驗 證該場所人員避難安全性，此外，透過全尺寸 （Full-Scale）避難演評估人命安全有違人道 場，且需花費巨額成本的個案試驗，也符合經濟 效原則，所以採用合、可的電腦模擬工具， 但可大幅提高避難安全評估之合性與周延性， 同時也可提供經濟合、安全有效避難設計模式， 以檢證特殊建築空間安全，服審查官員與業主達 到節成本、自由設計之目的。 故本文將實地勘察取得捷運新店站實體建築 空間，以 buildingEXODUS 電腦模擬評估地 下站客避難安全，僅提供驗證 NFPA 130 規 格式法規合性與安全性之考，同時對地下捷運 緊急應變管提出建議與對策，期能確保客生命 安全，維持站體安全營運管。 2 buildingEXODUS 避難軟體特性與 應用 避難軟體特性與 應用 為因應地下捷運站等建築物特殊需求，設計 者無法依現規格式法規進合、 實用安全設計， 而須採模擬或其他替代性方案舉證該建築物的安 全。buildingEXODUS 能透過同避難情境進模 擬分析，並合檢證同危險情況對人員避難安全 之影響，此外，也對緊急逃生徑的可用性與限制 性進預測，經由模擬輸出結果可作為緊急安全控 管之依據，提供在確保人命安全上自由化的設計 方式。茲將本軟體使用特性、安全評估基準以及相 關應用案明如下： 2.1 使用特性使用特性 buildingEXODUS 可透過電腦螢幕讓使用者監 控所有人員避難動線，提供有效評估人員避難安全 之途徑，同時可直接與操作使用者溝通討。茲將 buildingEXODUS 避難軟體使用特性明如下： （1） 針對大型空間及大人群逃生所設計，適用於 模擬大型超級市場、醫院、電影院、站、機場航 站、高危險建築物、學校等場所。 （2）現今已發展到 V3.0 版，具有可輸入各種人員 為特性（如避難者生、心為屬性）及火災 危害特性（如濃煙、溫、毒氣危害屬性）等避難 影響進模擬，以展現符合實際情境之較佳 化避難模擬結果。 （3）在建築空間充分用前提下，以擁擠人群、內 部存有座椅等障礙物與設有警報設備等況下進 避難模擬。 （4）同時考慮避難者齡、性別、生況與熟悉 等屬性，進而解每位避難者開始避難位置 與距出口的徑，知曉人群擁擠程及持續時 間，避難者反應時間與到達出口時間、出口使用人 、避難動時間與每一出口記等資訊；對 於其他未考慮之影響，以最壞況（the Worse Case）進模擬。 （5） 可在電腦畫面中顯示避難者的避難時間、受熱 氣、毒氣等火災危害侵襲之人群移動、磨擦衝突情 形及逃生人等訊息。 （6）當模擬完成後，可使用 askEXODUS 對大 據進細部研究分析以篩選有用的特定資。 （7）可透過 vrEXODUS 功能呈現出生動逼真三維 空間避難模擬動畫，惟需選用 buildingEXODUS 等 級二功能。 （8）目前正致研發 railEXODUS 模擬軟體，係專 為軌道系統中各廂間、與月台間、 與軌道間，甚至翻覆中乘客避難模擬所設計， 適合評估捷運場站客避難安全。 2.2 安全評估基準安全評估基準 buildingEXODUS 避難軟體可對避難模擬結果 提出檢驗評估基準，以服許多人質疑模擬結果的 正確性與真實性，茲將安全評估簡述如下： （ 1 ） 較 佳 化 功 能 (Optimal Performance Statistic，OPS) 第 20 卷 第 4 期 高文华等. 基坑变形预测与周围环境保护 3 較佳化功能係測所有出口使用程是否 符合平均分配之較佳化原則，並依此評估出口避難 效（Efficiency） 。OPS 定義以公式（1）表示： () TETn EETTET OPS n i i *) 1( 1 = = （1） n人員避難逃生所使用之出口總 EETi最後一位人員使用出口 i 之避難時間（sec） TET所有人員避難所需時間（Total Evacuation Time，TET）=max【EETi】 （sec） OPS 值介於 0.01.0，大於 0.1 者表出口使用 效佳。OPS 愈趨近於 0，表所有人員使用各出 口避難之分配用情形愈好。OPS 僅提供在避難結 束時間點評估所有出口較佳化避難效，但無法 解避難過程中各出口人員逃生情況。 （2） 出口閒置 （Mean Non-flow Statistic，MNS） MNS 可提供避難過程中出口閒置無人員通過 之時間測，以評估整體人員避難成效。對每一出 口而言，MNS 以公式（2）表示： i i i TFT TNF MNS = MNSi=表示人員沒有使用出口 i 避難之出口閒置 TNFi=出口 i 沒有避難人員經過之時間（sec） TFTi=人員使用出口 i 避難之時間=EETiEFTi （sec） EETi=最後一人通過出口 i 之時間（sec） EFTi=第一人通過出口 i 之時間（sec） MNS=0 表人群避難移動從開始到結束為一續過 程，此可達到避難人群分佈與為較佳化之避難模 式。此外，對整體而言，MNS 以公式（3）表示： n MNS MNS n i i = = 1 （3） MNS=對整體所有出口，人員沒有使用出口避難之 出口閒置 n=在整個避難過程中可使用的出口 MNS 值須低於 100%， MNS0.1，表各出 口有當的人群分配，當 MNS 值介於 010%為較 佳化的避難模擬過程。由上述討可知，要達到 軟體較佳化避難設計需 OPS=0，同時 MNS=0。 2.3 應用案探討應用案探討 buildingEXODUS 於 1990 開始發展 ， 到 1996 已廣為應用，截至 2001 共有澳洲、比時、加 拿大、芬、德國、荷、香港、冰島、愛爾、 義大、韓國、瑞典、瑞士、台灣、英國與美國等 16 個國家以此做為主要避難分析工具。其中國外曾 應用在與既定區劃空間、醫院等場所之避難實驗進 比對分析，者結果近乎一致。此外，也有應用 於歌劇院改建、大型購物商場、大型展覽、舞台、 體育場之人命安全評估，有應用在站月台層， 載滿人員進站之避難逃生模擬，在警察大學消 防科學研究所分別對地下捷運景美站、公站進 避難時間之安全分析。 由於 buildingEXODUS 採用在建築空間內儘可 能與實際災害境況相符合且具代表性的人群實驗者 作為想資群組（Ideal Data Set） ，經模擬結果可 得避難者反應時間、到達出口時間、出口使用人、 避難所需時間與每一出口等據，且在幾個已 驗證案中可知，buildingEXODUS 模擬已能準確 地呈現避難者多變化為特性，並產生相對應一致 避難結果。因此，經由適當避難境況分析及影響 設定，運用 buildingEXODUS 軟體進避難模擬 所展現結果，可作為發生火災時解實際避難所需 時間之重要考依據 ， 具有高開發與推廣的價值 。 （2） 3 捷運新店站避難模擬建構捷運新店站避難模擬建構 本文係模擬捷運新店站公共區域客避難安 全，茲將各項設定分述如下： 3.1 空間建構空間建構 捷運新店站係採地下一層結構設計之島式月台 站，茲將公共區域避難設施配置明如下： （1）地面層/穿堂層 捷運新店站地面層/穿堂層採單一出入口方向 設計，平常動線有四座出口（外部出口 1-4）通 室外，客自非付費區共有十一座驗票十字旋轉 門、一座公務門、一座團體服務門與一座殘障服務 門進入付費區。付費區共有四座梯/電扶梯可達月 台層候，另地面層南側各有二座緊急安全門 （地面層安全門 1-4）直達月台層。 （2）月台層 站月台層南側末端各有二座安全梯 （Emergency Door l4，緊急時提供客逃生之用， 平時則禁止使用）直接通往地面層，一座梯 2 岩石力学与工程学报 2011 （Door5）與三座電扶梯（Door6Door8）通往穿堂 層，另有一部無障礙電梯提供正常營運時上下至穿 堂層付費區，惟作為緊急避難逃生使用，有關新 店站月台層與穿堂層建構如圖 1 與圖 2 所示。 3.2 避難人避難人 本文以台捷運局預估新店站尖峰時刻進出 為基礎，依照台捷運設計規劃手冊第十二版緊急 事故發生境況，假設誤點 6 分鐘進站並採客 預測運 1.5 倍修正係計算進站人，加上進站 滿載 1900 人站間運 ， 合計尖峰小時客總 2731 人作為避難模擬的基礎。 3.3 模擬條件模擬條件 使用本軟體爬（Crawling） 、地區潛勢（Local Potentials） 、極端為（Extreme Behaviour） 、無耐 性（Impatient） 、即反應（Instant Response） 、座 椅 跳 躍 （ Seat Jumping ） 、 梯 密 實 性 （ Stair Packing） 、主要出口熟悉性（Local Fam.Main Exits） 等功能選項進模擬。 4 避難模擬分析避難模擬分析 4.1 次模擬分析次模擬分析 有關避難人群之性別、齡屬性等設定以 警察大學交通管研究所對捷運客之問卷調查資 為依據，另對相關避難特性先以比對 TRTS 火災情境進設定，再依較接近真實火災境況、避 難動線合性、出入口擁擠滯區域與避難人群分 佈等況依次修正相關避難影響，期能得到較 符合實際避難境況的模擬結果，以作為捷運後續 網安全規劃與改進的考，有關第一次模擬分 析如表 1 所示。 圖 1 捷運新店站月台層平面圖（buildingEXODUS） Fig.1 The platform level of MRTs Xindian station （buildingEXODUS） 4.2 緊急應變機制檢討緊急應變機制檢討 有關第一次模擬各出口避難人統計如表 2 與表 3 所示，茲依較佳化避難模擬檢討避難引導 規劃： （1） 建議緊急況發生時迅速將梯與電扶梯等附 近客適時向端緊急安全梯避難。 （2） 建議緊急安全梯設置避難引導語音廣播，使 客一開始即選擇緊急安全梯逃生。 圖 2 捷運新店站穿堂層平面圖（buildingEXODUS） Fig.2 The concourse level of MRTs Xindian station （buildingEXODUS） （3）對月台層中央附近客儘可能引導往南側 Door 5、Door 6 方向避難，才有較佳避難成效。 （4） 建議在各個出口旁設電子資訊顯示器，顯示 計避難人，作為各出口避難引導依據。 （5） 穿堂層外部出口並無避難滯情形，整體避難 瓶頸係發生在月台層，減少整體避難時間關鍵在於 提高月台層避難效。 5 結與建議結與建議 經本文探討，茲將所得結與建議分述如下： （1） 訂定完整詳盡的避難安全手冊， 詳載安全設備 位置、使用方法、逃生程序以及加強每位從業員工 引導客正確逃生方向與具備緊急事故處能， 始能確保客安全。 （2）透過建避難逃生資訊網 ，包括光纖網 、電子看板、及製作清晰的大眾運輸系統避 難逃生告示牌（含捷運站空間位置、逃生線、出 口位置、注意事項等） ，平時建客正確避 難逃生觀。 （3）透過電視牆、防火宣傳、海報等各種管道使 客熟悉緊急逃生梯位置，才能在緊急況發生時迅 速用此安全梯進避難。 （4） 以 buildingEXODUS 較佳化避難模式所得各出 口人移動、分配等相關據資可作為營運單位 相關安全對策與緊急應變的考。 （5） 使用 buildingEXODUS 避難模擬軟體時可加入 受煙危害情境與與我國人員適時改變避難方向之 為等本土化資進完整詳盡避難安全分析，使 模擬結果具可信，也能提供實際避難規劃 考價值。 参参 考考 文文 献献 1 台市政府捷運工程局，台會區大眾捷運系統規劃手冊（第 第 20 卷 第 4 期 高文华等. 基坑变形预测与周围环境保护 5 十二版）第四冊固定設施需求，作者印，1998，p.123。 2 捷運局工程小組，台捷運系統新店線南段工程檢查報告（新店 站至古亭站及新店機廠） ，作者印，1999，p.14。 3 吳俊毅，運用 EXODUS 避難軟體進避難所需時間之驗算以地 下站為對象，警察大學碩士文，2000。 4 曾朝顯，地下捷運站避難安全性評估模式之研究，警察大學碩 士文，2001。 5 鄭震崇，地下捷運站火災之人員避難安全性評估，警察大學碩 士文，2001，p.80。 6 趙勇維，運用 buildingEXODUS 驗證台捷運地下站避難安全- 以捷運新店站為，警察大學碩士文，2002，pp.175-179。 7 Galea E.R., Gwynne S., Lawrence P.J., Filippidis L. and Blackshields D., buildingEXODUS V3.0 User Guide and Technical Manual, Fire Safety Engineering Group, University of Greenwich, UK, 2000, pp.7.32-7.34. 8 Paulsen T., Soma H., Schneider V., Wiklund J., Lovas, G., Evaluation of Simulation Models of Evacuation From Complex Spaces, Sintef Rreport, STF75 A95020, 1995. 9 Galea E.R., A General Approach to Validating Evacuation Models with an Application to EXODUS, J Fire Science, 1998 . 10 Owen M., Galea E.R., Lawrence P.J., the Exodus Evacuation Model Applied To Building Evacuation Scenarios, 1996, pp.65-86. 11 http:/fseg.gre.ac.uk/fire. 表 1 buildingEXODUS 軟體第一次避難模擬分析表 Table 1 The analysis of 1st6th evacuation safety simulation by using buildingEXODUS 模擬 明 項次 情境設定 人員避難 時間（秒） OPS 值結果分析 第一次 a.單位通道寬修正為 0.56m。 b.避難人 2731 人隨機平均分佈 於月台層。 c.人員選擇最近出口避難。 d.避難人員即反應（反應時間 0sec） 。 e.步速 1m/sec。 f.減少一座電扶梯供避難人員使 用。 g.出口係依 35ppm 修正。 290.5 0.109 a.符合 TRTS 避難情境。 b.OPS 值尚未小於 0.1， 避難時間有再 向下修正的空間。 c.避難人員在各出口分配平均， 續（MNS=0） 。 d.人員因出口滯而選擇其他出口避 難。 e.呈現出人員屬性在避難過程中重要 影響性。 f.避難時間應比規格式避難計算接近 真實情況。 與 TRTS 避難境 況比對 第二次 a.緊急安全梯為緊急使用， 吸引 屬性設定為 50。 b.較多客位於尖峰側月台層附 近。 c.修正各出口潛勢值至較佳化避 難模式。 284.32 0.078 a.修正設定使較 TRTS 避難情境 接近實際情況。 b.OPS 值小於 0.1，為較佳化避難模 式。 c.呈現各出口避難人員吸引對修正 客避難滯或閒置情形重要性。 月台層 避難 較接近 真實避 難境況 第三次 a.考起火進站時， 滿載 1900 人下至月台。 b.較多進站候客位於尖峰月 台側。 c.採軟體個人快速、正常步、爬 等同移動速。 d.避難人員對火災反應時間為 030 秒。 e.考月台層八個出口皆可供避 難人員使用。 263.89 0.092 a.OPS 值小於 0.1，為較佳化避難模 式。 b.月台層人群較符合真實避難模式。 c.凸顯透過