陳希立臺灣大學：機械工程學研究所張慶進Chang, Ching-ChinChing-ChinChang2007-11-282018-06-282007-11-282018-06-282006http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/61125性能式法規是最近成為防火研究界普遍重視的主題，許多研究以動態模擬進行分析，這可能解決特殊建築物專案型性能式的規劃設計驗證，但此類數值模擬所展現的動態成果與火場實驗的驗證間，仍存有相當差異，主要原因為動態火災模模擬設定了相當多的假設，如防火區劃不受破壞、起火物不消失傾毀、主動式設備必然動作等，造成模擬結果與真實火災後調查原因經常無法搭配。本研究嘗試從風險管理的角度，探討全面性火災風險量化的主題，包含動態分析的工程模式與靜態分析的機率模式及決定模式，配合災例準則性及工程計算性，將火災風險量化區分成（1）火災風險量化評估（2）火災損失評估系統（3）火災爆炸評估系統。於火災風險量化評估中分析全世界各大再保險公司、保險公司及保險經紀人公司所採用的評估系統，研究團隊依風險管理理論開發出風險因素權重差異及風險因素間加（or）乘（and）關係的應用系統;發現在五年實例驗證中，包括核保利潤、災案評級及損失率控制，均有不錯的效果。於火災損失評估系統中，分析世界各國建築防火評估系統，採用兼顧工程計算及風險機率的加拿大FiRECAM軟體模式，藉由產險公司的災前風險查勘報告與災後理賠公證報告，分析國內實際火損案例並加以說明。於火災爆炸評估系統中，強調火災風險中難以承受的MPL(最大可能損失)觀念的重要與應用，以第二大再保人EXTOOL軟體實例分析具有爆炸風險的國內化工廠與電廠預定地。綜上由於整體火災風險量化研究結果，最後利用國外風險管理模式推動電氣火災風險改善對策，實際應用風險控制成本風險基礎檢測（RBI）的觀念，主動對火災風險進行風險理財，使建築防火安全更能實際有效施行。Performance-based fire safety design has become a hot topic recently, so many researches study in the dynamic simulation analysis, but the result only solves the evaluation during the projected design stage. Furthermore we know that there exists a difference between dynamic simulation and practical fire testing, where the major reasons including those dynamic simulations set many assumptions such as fire compartments not being damaged, combustibles not disappearing and active fire protection devices effective etc., result in not fitting to the fire loss investigation. The research tries to discuss a whole quantitative assessment from the view of risk management, which meanwhile covers engineering of dynamic simulation, probabilistic model and deterministic model of static analysis. For the fire risk quantitative assessment, it would be divided into three parts: (1) Fire allied risk evaluation and grading, analyzing the related system applied in the top units of reinsurances, insurances and brokers worldwide to develop a comprehensive score including risk factors by weighting and “AND/OR” function between risk factors. After 5 years of application practically in industrial complex, the result gets good performance in underwriting profit, fire loss cases and loss ratio control. (2) Expected fire loss assessment, analyzing famous fire safety assessment system in different countries and choosing FiRECAMTM system of Canada, considering engineering model and probability model. Meanwhile the research verifies the capability of the system by means of the risk assessment report and claim report from insurance company. (3) Maximum possible loss, MPL. Risk is correlated by loss frequency and severity, so MPL maybe damages a company to fall away, especially for exposure of explosion fire. The research emphasizes the philosophy and appliance of MPL and furthermore utilizes the EXTOOL package of Swiss Re. in the assessment of a petrochemical plant and a power plant. Finally, combining the solutions of risk quantitative evaluation to discuss the main causes of fire in Taiwan region, Electrical fire, find the good improvement by prediction maintenance, applying infrared thermo-graphic inspection to analyze the possible ignition source, and run a good loss control policy. To sum up, the research interlinks risk financing and risk control from the risk quantitative assessment through three systems and prediction maintenance appliance to enhance the real fire safety.摘要................................................................................................................................i ABSTRACT.................................................................................................................. ii 目錄.............................................................................................................................. iii 圖目錄.......................................................................................................................... vi 表目錄........................................................................................................................ viii 符號說明....................................................................................................................... x 第一章緒論............................................................................................................. 1 1.1 研究動機........................................................................................................ 1 1.2 研究目的........................................................................................................ 2 1.3 研究方法、步驟與流程................................................................................ 2 1.3.1 研究方法.............................................................................................. 2 1.3.2 研究步驟.............................................................................................. 4 1.4 研究對象與範圍............................................................................................ 5 第二章前導研究與文獻回顧.................................................................. 7 2.1 建築火災避難與煙控系統性能設計評估研究............................................. 7 2.1.1 電腦動態避難模式模擬...................................................................... 8 2.1.2 CFD 電腦動態煙層模擬...................................................................... 8 2.1.3 101 裙樓模擬實例評估........................................................................ 9 2.1.4 電腦動態模擬小結............................................................................ 13 2.2 建築物避難逃生系統可靠度研究.............................................................. 14 2.3 國外建築火災防火安全評估...................................................................... 17 2.3.1 瑞士點計畫法.................................................................................... 17 2.3.2 美國消防安全評估系統.................................................................... 17 2.3.3 英國愛丁堡點計畫............................................................................ 19 2.3.4 日本特定防火對象物防災性能評價手法........................................ 21 2.4 國內文獻回顧.............................................................................................. 25 第三章火災風險量化評估系統............................................................ 28 3.1 量化風險評估概述....................................................................................... 28 3.2 國外火險應用風險量化評估系統.............................................................. 31 3.2.1 火災風險量化系統簡介..................................................................... 31 3.2.2 再保險公司火災風險量化系統........................................................ 33 3.2.3 保險公司火災風險量化系統............................................................ 36 -iii 3.2.4 保險經紀人風險量化系統................................................................ 39 3.3 火災風險量化系統規劃.............................................................................. 43 3.4 國內火災風險量化系統應用實例分析...................................................... 47 3.4.1 系統產業應用分析............................................................................ 47 3.4.2 系統損失案例分析............................................................................ 48 3.4.3 系統應用損失率控制分析................................................................ 50 第四章火災損失評估系統.................................................................... 52 4.1 理論模式分析.............................................................................................. 52 4.1.1 法規基準與災例基準評估系統比較................................................ 52 4.1.2 FiRECAM.演變與驗證.................................................................... 53 4.2 FIRECAM.模擬計算............................................................................... 57 4.3 實例分析...................................................................................................... 61 4.3.1 火災案例損失敘述............................................................................ 61 4.3.2 輸入資料概要.................................................................................... 65 4.3.3 結果分析............................................................................................ 65 4.4 小結.............................................................................................................. 77 第五章火災爆炸損失評估.................................................................... 81 5.1 MPL 最大可能損失..................................................................................... 81 5.1.1 各式最大損失說明............................................................................ 81 5.2 火災爆炸風險理論...................................................................................... 84 5.2.1 蒸氣雲爆炸VCE............................................................................... 84 5.2.2 高壓爆炸破壞HPR........................................................................... 86 5.2.3 高熱輻射(TR).................................................................................... 87 5.2.4 財務損失計算.................................................................................... 90 5.3 火災爆炸風險評估軟體.............................................................................. 92 5.3.1 EXTOOL 軟體說明........................................................................... 93 5.4 實例分析...................................................................................................... 94 5.4.1 石化廠實例......................................................................................... 95 5.4.2 電廠實例............................................................................................ 96 5.5 小結............................................................................................................ 102 第六章風險改善策略應用.................................................................. 103 6.1 風險控制概述............................................................................................ 103 6.2 近年來火災統計及重大火災損失案例.................................................... 106 6.2.1 台灣地區火災統計.......................................................................... 106 6.2.2 電氣火災案例.................................................................................. 107 -iv 6.3 電氣火災預防與抑制................................................................................ 108 6.3.1 電氣火災風險改善步驟與流程...................................................... 108 6.3.2 預知保養風險改善應用...................................................................110 6.4 紅外線檢測實例分析.................................................................................114 6.4.1 風險改善分析範圍與分類...............................................................114 6.4.2 實例應用說明...................................................................................116 6.4.3 結果分析...........................................................................................117 第七章結論與建議.............................................................................. 120 7.1 結論............................................................................................................ 120 7.2 建議............................................................................................................ 123 7.1.1 火災風險量化評估系統.................................................................. 123 7.1.2 風險改善對策應用.......................................................................... 124 參考文獻................................................................................................................ 129 附錄A Willis 火災風險量化系統以PCB 廠為例之評級規定.......... 130 附錄B 本研究火災風險量化系統評分作業標準.............................. 133 附錄C 2006 年火災風險量化評估成果統計表.................................. 144 附錄D FiRECAMTM 三案例基本輸入資料........................................ 147 附錄E 紅外線檢測風險控制策略應用實例...................................... 152 -v 圖目錄 圖1-1 研究流程圖.................................................................................................... 4 圖2-1 研究對象市民廣場平面圖............................................................................ 9 圖2-2 模擬流場的幾何模型.................................................................................. 10 圖2-3 t=600 秒x-z 平面處特定剖面之溫度分布圖.............................................11 圖2-4 特定剖面四樓樓板上方1.8m 之溫度趨勢圖............................................11 圖2-5 t = 600 秒火源中心處x-z 平面特定剖面之濃煙分布.............................11 圖2-6 特定剖面濃煙隨時間沉積高度圖...............................................................11 圖2-7 t=300 秒火源中心處x-z 平面，特定剖面之溫度分布............................ 12 圖2-8 Y=36m，特定剖面四樓樓板上方1.8 m 之溫度趨勢圖.......................... 12 圖2-9 t = 300 秒火源中心處x-z 平面特定剖面之濃煙分布.............................. 13 圖2-10 特定剖面濃煙隨時間沉積高度圖.............................................................. 13 圖3-1 風險管理流程圖.......................................................................................... 29 圖3-2 保險業風險評估量化作業流程圖.............................................................. 32 圖3-3 慕尼黑再保火災風險量化指標圖.............................................................. 34 圖3-4 德國安聯保險的風險評級圖...................................................................... 37 圖3-5 2005 年度各類產業財產風險評估平均分數統計圖表............................. 47 圖3-6 2005 年度火災風險量化評級成果統計圖................................................. 48 圖4-1 火災災例、法規與評估系統間之關係...................................................... 52 圖4-2 FiRECAM.輸出、輸入資料流程圖......................................................... 60 圖4-3 案例一(北X 汽車)建築結構概略圖.......................................................... 62 圖4-4 案例二(祥X 製衣)建築結構概略圖.......................................................... 63 圖4-5 案例三(台X 銅箔)建築結構概略圖.......................................................... 64 圖4-6 六種火災模式下損失比較.......................................................................... 65 圖4-7 六種火災模式下各動作時間比較.............................................................. 66 圖4-8 起火區劃空間燃燒後氣體變化圖.............................................................. 67 圖4-9 起火區劃溫度變化圖.................................................................................. 68 圖4-10 FL/DO 模式下人員避難逃生路徑CO 濃度變化圖................................. 69 -vi 圖4-11 FL/DO 模式下人員避難逃生路徑濃煙溫度變化圖................................. 70 圖4-12 FL/DO 模式下起火區劃、走廊、安全梯間濃煙致命毒性變化圖......... 71 圖4-13 FL/DO 模式下火危險度趨勢圖................................................................. 72 圖4-14 FL/DO 模式下煙危險度趨勢圖................................................................. 73 圖4-15 最糟FL/DO 模式下，建築物結構損失趨勢圖........................................ 74 圖4-16 最糟FL/DO 模式下，建築物內容物損失趨勢圖.................................... 75 圖4-17 人命風險度比較圖...................................................................................... 76 圖5-1 風險的圖形表示法...................................................................................... 80 圖5-2 各最大損失發生機率與損失幅度相對關係圖.......................................... 81 圖5-3 50 億財產風險轉移分攤方式例................................................................. 82 圖5-4 儲槽熱輻射幾何圖...................................................................................... 86 圖5-5 依接收體的熱服輻射強度，判別火勢延燒的可能性.............................. 88 圖5-6 安全距離概示圖.......................................................................................... 88 圖5-7 EXTOOL 之MPL 評估流程圖.................................................................. 91 圖5-8 VCE / HPR 能量評估示意圖...................................................................... 92 圖5-9 石化廠實例前景.......................................................................................... 93 圖5-10 VCE 情境漂移及未漂移的損失圖............................................................. 95 圖5-11 HPR 情境損失波及圖................................................................................. 96 圖5-12 TR 情境危害半徑圖................................................................................... 97 圖5-13 案例二最有可能造成最大損失處所.......................................................... 98 圖5-14 VCE 情境漂移及未漂移的損失圖........................................................... 100 圖6-1 火災風險控制成本曲線圖........................................................................ 103 圖6-2 台灣地區近九年來火災原因比例圖........................................................ 106 圖6-3 電氣火災風險改善策略系統架構圖........................................................ 107 圖6-4 電氣火災預知保養技術應用研究流程圖................................................ 109 圖6-5 設備維護保養計劃整體組合與演變.........................................................110 圖6-6 最佳保養維護度成本分析概念圖.............................................................111 圖7-1 火災風險量化系統應用流程.................................................................... 120 -vii 表目錄 表1-1 建築物依用途分類表.................................................................................... 5 表2-1 SIMULEX 避難安全電腦模擬結果分析..................................................... 9 表2-2 情境二中四樓樓板煙層下降時間表.......................................................... 12 表2-3 可靠度方法模擬結果統計表...................................................................... 15 表2-4 美國FSES 評估法安全對策與安全因素關係表. ..................................... 18 表2-5 英國愛丁堡點計畫法第四層級安全因素與其對應權重值...................... 21 表2-6 日本特定防火對象物防災性能評價手法矩陣表...................................... 23 表2-7 日本建築物防火安全程度評價基準表...................................................... 24 表2-8 國外四種建築物火災危險度評估法之比較表.......................................... 25 表3-1 一般風險因子評級說明表.......................................................................... 30 表3-2 風險評估的量化分類.................................................................................. 31 表3-3 各評估系統MR 值比較表......................................................................... 43 表3-4 火災風險量化評級表.................................................................................. 46 表3-5 2001~2005 台灣地區重大火損統計表...................................................... 49 表3-6 火災風險評級與核保建議對應表.............................................................. 50 表3-7 鉅額業務風險評估損失率分析表.............................................................. 51 表4-1 住宅用途建築物在起火之後，各種火災型態的機率.............................. 54 表4-2 加拿大FIRECAMTM 電腦評估法之15 個互相連結的子模式.............. 57 表4-3 FiRECAM.模式情境執行表..................................................................... 59 表4-4 FIRECAMTM 評估法特性分析總表......................................................... 79 表4-5 三個案例模擬分析總表.............................................................................. 79 表5-1 碳氫化合物熱輻射資料表.......................................................................... 87 表5-2 石化廠實例價值配置輸入資料.................................................................. 93 表5-3 案例一VCE 情境與模擬結果.................................................................... 94 表5-4 案例一 HPR 情境與模擬結果................................................................... 95 表5-5 案例一 TR 情境與模擬結果..................................................................... 96 表5-6 電廠預定地VCE 風險臨近區域輸入資料................................................ 99 表5-7 案例二VCE 情境結果................................................................................ 99 -viii 表6-1 台灣地區火災次數及起火原因統計表.................................................... 105 表6-2 紅外線熱影像檢測對象.............................................................................112 表6-3 本研究電氣設備篩選後應用紅外線檢測範疇.........................................113 表6-4 紅外線預知保養檢測實例表.....................................................................114 -ix 符號說明 羅馬字母 A 起火機率 Af 樓地板面積 m2 Afe 火燄包圍面積 m2 Ai 第i 個風險項目 B 火災危險 Bi 非線性乘幕 b 火燄高度比 c 儲槽高度燃燒率 mm/min d 燃料上緣到煙層下端之距離 m EC 全部釋放的燃燒熱 kJ EHPR HPR 的釋放能量 kJ ERL 預期人命危險度 ET 發射體熱輻射強度 kJ/m2 ER 接收體熱輻射強度 kJ/m2 F 暴露的頻率 FCE 預期防火成本比 FL 閃燃火災 ΔHc(cloud) 燃燒熱 kJ/kg ΔHd(TNT) TNT 爆燃(detonation)熱 kJ/kg h 燃料上緣到天花板之距離 m j 建築物的樓層數 k 熱傳導係數 W/m-K -x 危害的可能性 M 防護對策 MPL 最大可能損失 MR 安全因素權重之極值比 MTNT 等效TNT 量 kg Mcloud 蒸氣雲量 kg NF 非閃燃有焰火災 np 相對安全距離 P 潛在危險 Pf 事件失敗的機率 POp 操作壓力 bar PRupt 爆破壓力 bar PTest 容器試驗壓力(hydraulic test pressure) bar Q& 釋熱率 kW R 風險度 R R 儲槽半徑 m Ra 真實火災危險度 Rp 容許火災危險度 R5 破壞5%的波及半徑 m R40 破壞40%的波及半徑 m R80 破壞80%的波及半徑 m S 危害的嚴重程度 Si 第i 項之現場調查得點 SM 燻燒火災悶燒 s 安全距離 m TNT Trinitrotoluene ，三硝基甲苯，一般通稱的黃色炸藥 -xi Te 人員逃生所需花費時間 Tf 傷亡出現，避難者無法自行逃生之環境出現的時間 ta 群眾察覺火災，開始逃生動作的反應時間 td 起燃至偵煙器偵知的時間 te 總逃生時間 ts 起火室煙層下降時間 sec tw 每下一個樓層所需的時間 VFree 設備內的自由空間 m3 Wi 第i 項因素之權重 Xi 各分項風險要素 希臘字母 α 降伏因子(yield factor) 0<α<1 Δ 變異量 η 輻射效率 ε 紊流動能耗散率 ρ 燃油比重 kg/m3 -xii5625542 bytesapplication/pdfen-US火災風險風險控制風險理財風險評級風險基礎檢測Fire RiskRisk ControlRisk FinancingRisk GradingRBIthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/61125/1/ntu-95-D91522028-1.pdf