Page 200 - 捷運技術 第32期

190 丁俊智 計算流體力學(CFD)軟體於捷運工程之應用

軟體進行分析。

3. 應用案例

3.1 車站火災模擬
當車站發生火災時，車站排煙系統需提供人員在所需逃生時間內ㄧ個安全的逃生環境，
該安全環境要求目前捷運設計係依照 NFPA130（NFPA130，2000）附錄 B 之建議，將地板起
算 1.8 公尺內所涵蓋之空間視為人員逃生環境，所要求之逃生安全標準如表 1 所示。因此目
前設計之捷運車站均需利用 CFD 軟體模擬車站發生火災且排煙系統開啟狀況下之表 1 檢測項
目分佈情形，以分析人員是否有足夠逃生時間，若無足夠逃生時間則需根據模擬結果調整排
煙系統設計直到合乎標準為止。本案例以松山線南京三民站進行說明。
表 1 人員逃生標準

項目 人員逃生標準
溫度 <60℃
CO 濃度 <1500ppm
熱輻射強度 <6.3kW/m
2
可視距離 >10m

3.1.1 模擬模型及參數設定
車站火災模型包括穿堂層、月台層及出入口，如圖 2 所示。其中出入口均假設為開放邊
界(Open Boundary)，即為大氣條件。排煙口之啟動依模擬所得之偵煙器動作時間加上 30 秒火
災訊號確認及風機開啟時間，決定第一個防煙區劃之排煙口啟動時間，當煙塵擴散至相鄰區
劃且達排煙啟動標準時，便即刻開啟其排煙口，無須再加 30 秒時間。有關排風量部分，第一
個啟動之排煙區劃其排風量以排煙風機設計排風量之 75%進行模擬，當後續有其它排煙區劃
啟動時，所有已啟動之排煙區劃平均分配排煙風機之總設計排風量。火災發生之情境假設為
一旅客由站外攜帶一桶 20 公升裝滿汽油的容器，進入車站潑灑點火，火源成長假設

為”t-squared fires”，亦即火源熱釋放率與時間平方成正比，此為 NFPA92B (NFPA92B，2000)
建議之火災成長曲線，如圖 3。依據該火災成長曲線之分類，汽油燃燒速率為極快速(Ultra-Fast)
之火源成長曲線。根據上述人為縱火之情境、汽油熱釋放量及火源成長曲線之假設，可計算
出火源之熱釋放率由 0 開始，以極快速型態成長至 140 秒後，達到最大熱釋放率 3.6MW，自
此維持穩態之熱釋放率。模擬時間至少須大於人員疏散所需時間，以分析在該時間內車站是
否安全，本案例模擬時間為 420 秒。火源位置則依以下原則選取：
1. 煙塵較容易聚集不易擴散，且煙塵容易下降至人員逃生環境之區劃。依此原則，在穿堂
層或月台層中央擺設火源，產生之煙塵可向兩側擴散，因此較不易造成煙塵聚集而造成
不安全環境，因此火源位置應選取在穿堂層或月台層兩側，煙塵擴散會受到拘限的位置。

2. 天花挑高的區域，在人員逃生環境1.8公尺以上有較大的空間蓄積煙塵，對於逃生安全的
衝擊較為緩慢。因此，火源位置應設置在天花高度較低的區域。
3. 火源位置選擇失火後啟動排煙設施之防煙區劃儘可能都是由同一部排煙風機所開啟。在
此情況下，總體之排煙量會較小，應為較嚴重的失火狀況。

4. 任一出入口被火源封阻，都會增加人員疏散的時間，因此火源應設置在逃生最短路徑之
出入口，迫使群眾採用較遠之路徑逃生，而需要較長的逃生時間。
5. 火源位置選擇在受外氣影響而造成煙霧容易擴散與下降的地方。