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科技女力:災防逃生號誌,科學方法保命

指示號誌可幫助人們在面對時間與空間的難題時有所依據,據研究,當發生危險時,有76%的民眾會依動態指示號誌所顯示的安全路徑逃生!
 
 
不同種類的動態指示號誌。
▲不同種類的動態指示號誌。
 
疏散指示「動」起來

在緊急情況下,交通運輸站疏散作業的效率會被建築物的複雜狀況所影響。儘管出口標示及避難方向指示燈遍布所有公共場域,但模擬避難的研究顯示,只有38%的人會「看見」傳統的靜態指示。因為它僅能被動地傳達單一資訊,所以在疏散過程中根本無法有效發揮功用。
 
西班牙巴塞隆納的試驗,(左)標準型靜態緊急出口號誌、(中)ADSS 的閃爍出口號誌、(右)ADSS 否定式號誌。
▲西班牙巴塞隆納的試驗,(左)標準型靜態緊急出口號誌、(中)ADSS 的閃爍出口號誌、(右)ADSS 否定式號誌。
 
歐盟研究計畫(FP7 GETAWAY)為因應車站緊急疏散狀況,建議開發一套智慧型動態指示系統(intelligent active dynamic signage system, IADSS),以解決交通運輸站的疏散問題,這系統會根據不同情況和旅客分布位置提供最佳逃生路徑。

這計畫已在西班牙火車站進行兩次大場域、全尺寸的疏散試驗,結果顯示,動態指示系統(active dynamic signage, ADSS)雖沒有搭載智慧型組件,但具體效益仍超越傳統的靜態指示。這些試驗也證明,動態指示系統(ADSS)中的閃爍號誌可以有效幫助民眾選擇正確安全的逃生路徑,避免逃往可能已不安全的最近出口。

第一次試驗時,在月台上配置的靜態指示號誌(上圖);第二次試驗時,在月台上配置的 ADSS 號誌(下圖)
▲第一次試驗時,在月台上配置的靜態指示號誌(上圖);第二次試驗時,在月台上配置的 ADSS 號誌(下圖)
國際標準檢驗,確保建築防火避難安全
 
我國內政部於民國90年發布了建築技術規則建築設計施工編第89-1條條文,規定特定建築物得採性能式設計法,可提出建築防火避難安全計畫書,且經中央主管建築機關認可者,就視其防火避難安全設施達同等以上的安全性能。

凡需進行防火避難性能設計審查的建築,都是貼近大眾生活的公共建築,像台中大都會歌劇院、臺北文化體育園區大型體育館場(大巨蛋)開發案、臺北藝術中心、北部流行音樂中心、台北國際金融中心(台北101)、高雄衛武營文化中心等公共工程。另外民眾常聚集的交通捷運系統共構、地下街等,也都需要通過國際標準檢驗。

全世界建築業公認的動態避難分析模式性能驗證軟體,包含美國國家標準與技術研究中心(National Institute of Science and Technology, NIST)發行的FDS+Evac、Thunderhead的Pathfinder、英國消防安全工程小組(Fire Safety Engineering Group, FSEG)維護的buildingExodus、蘇格蘭IES 公司的Simulex等,而這些避難驗證軟體工具模擬的是人與人、人與火災、人與構造物的相互作用。此模型追尋的是受到熱、煙、有毒氣體影響的人在室內逃生的可能路徑。
 
凡需進行防火避難性能設計審查的建築,都是貼近大眾生活的公共建築。(圖 / 種子發)
▲凡需進行防火避難性能設計審查的建築,都是貼近大眾生活的公共建築。(圖 / 種子發)
 
分析火災建築現場情況,發明新式逃生號誌

兒時的我懵懂無知卻又充滿好奇心,憶及有一天,大我兩歲的姐姐和我在神明桌下模仿大人點蠟蠋,雖然只是練習使用打火機和近距離觀看火光,但還是被大人發現了,後果是被揪出來痛打一頓!其實,當時我們並不覺得有何危險!但誰會相信?後來台中衛爾康發生大火,坊間傳聞「有幽靈船來接人導致火災」,大人們據此殷殷告戒兒童不能玩火,否則會被幽靈船載走。但載去哪裡?沒人能說個清楚!死亡對幼童來說太抽象了。

也因為好奇心,筆者兒時曾走丟了好幾次,幸好都被善心人送回家,才知道失去家人的可怕。中學時,因為921地震,有家歸不得,須與陌生人同處在避難場所中,一杯水一碗飯都要分配,才知道無家可回的悲哀。周遭災情頻傳,有人死了,有人被活埋,哭嚎的聲浪此起彼落,已死的人雖然不痛了,生者的哀痛卻是無以名之。生離死別的感覺震撼了我,也對救災的人萌生敬佩感恩的心。

2011年,我們清大團隊參加了被電腦科技界喻為奧林匹亞比賽的微軟潛能創意盃(Imagine Cup)競賽,從35萬名參賽者中脫穎而出,獲得全球冠軍,通過各國專家的鑑定審評,並奠定了我們產品的藍海市場魅力。

記得當年的題目是「用科技解決世界的難題(千禧年議題)」。在討論參展的方向時,發現火場導致的死亡是個看似無解、卻是有解的問題,因此決定以此為題參加比賽。我們瘋狂地研究,分析建築物中現場場域情況,演算正確路徑,即時發送動態訊號給複雜建築結構,這些努力的成果就是發明了新式的逃生指示號誌,可以提升50%的民眾注意力,實驗也證明逃生者疏散速度至少比以往快3倍!此外,這項發明還具備低功耗、操作簡單,以及遠距傳輸不受干擾等優點。

科學方法保命,火災煙霧有效分析

經四十多年的努力,科學家終於對火災煙霧做出有效分析,針對一氧化碳(CO)、氰化氫(HCN)、氫氯酸(HCl)、溴化氫(HBr)的混合物,歸納出最能代表火場中危險程度的數值指標(fractional effective dose, FED)。這一指標表示「吸入少量就可造成人體危害的氣體組合劑量」,若人員吸入FED數值大於1的火場煙霧,其致死率將超過50%。經多次驗證,這數值已成為有效代表人類在火場中喪失行動能力的界定標準。

再進一步說明,即使大型建物因樓地板面積換算有8分鐘以上的撤離時間,但是離火源較近的逃生出口或防火區內的FED數值會在300秒後超過LC50(即生物致死率大於50%)。傳統逃生指示器因為不具有動態導引的功能,可能會誤導民眾至這個危險區域(其危險程度可能已經超過其他區域的1,000倍)。這也是為什麼1993年雙子星倒塌前,一次地下室的爆炸雖然沒有改變高樓的建築結構,卻也造成了6人死亡,1,000人受傷的慘劇。

再看一個事實,從1972年以來,有關火災產生毒物的研究中,專家發現即使在火場中存活下來的人,也會因吸入了大量的有毒氣體(組合FED的氣體,以CO、HCN、HCL、HBr為主)而造成身心永久性的傷害。學者帕西尼(Passini)也認為,獲取空間知識是路徑搜尋決策型式的關鍵,也是成功與否的基礎。如果提供了不正確的空間知識,人們可能會迷失在尋路過程中。

我們已經找到為什麼有些已取得使用執照的建築物,在發生火災後依然會有人員傷亡的解釋,和其存活後要面對的危險性等相關科學分析。這些報告也顯示當危險是發生在高樓或大型複雜建築時,疏散的挑戰會源自其內部空間規劃,由於人員的反應及疏散時間拉長,這些時間差會讓火災反應毒物FED 指標有足夠的時間累積,因此每個防火區間的安全性會有千倍以上的差距,如何選擇安全逃生路徑顯得更為重要。如能透過模擬火勢、煙霧毒氣FED數值的竄流路徑,輔以行走距離加權計算,得到每一個避難單元內最安全且較短的疏散路徑演算值,再透過動態導引把資訊傳達給民眾,就能有效防止民眾慌亂間誤闖危險區域,也能把訊息傳達給救災英雄,保護彼此的生命。

跟著IADSS走出一條生路

在複雜的建築物中,群眾的逃生資訊往往是透過逃生指示標誌。但最近的研究證明,在模擬緊急避難的情況下,即使逃生指示標誌就在逃生者視線中的最佳位置,也只有38%的人會「看見」這一靜態指示。此外,傳統的靜態指示也僅被動地傳達單一資訊,在疏散的過程中,根本無法有效地發揮功用。上述靜態指示的缺陷已經在不少嚴重火災中造成重大傷亡,例如:英國國王十字地鐵站(1988年)德國杜塞道夫機場(1996年)和韓國大邱中央路火車站(2003年)發生的火災。

歐盟EP7 GETWAY 研究指出,透過開發IADSS導引民眾前往最佳的出口逃生,或可解決傳統靜態指示的問題。IADSS是利用火災偵測系統來偵測情境資訊,並利用閉路電視系統彙整人群的實際分布情況。相關資料都會輸入buildingEXODUS避難軟體,這一軟體於快速運算出所有可能的疏散方案後,會把結果從最好到最壞排列傳送給決策引擎(decision engine)。最後再把相關資訊傳送給操控人員,由他決定找出最適當的疏散策略,並啟動IADSS的子系統ADSS,以引導逃生者至遠離危險區域,逃到最佳出口處。
 
(左)閃爍燈號指示號誌的設計、(右)ADSS 所採用的否定式出口指示號誌的設計。
▲(左)閃爍燈號指示號誌的設計、(右)ADSS 所採用的否定式出口指示號誌的設計。
 
ADSS的指示號誌設計概念是以醒目的跑馬燈顯示該區域是否有逃生通道,並以閃爍的紅色叉叉燈號來顯示已經不存在的出口路線。這閃爍燈和跑馬燈結合在「綠底白、白底綠」的逃生方向指示和出口標示內,以加強指示號誌的可見性,也符合現有法規規定,讓傳統靜態指示轉變成一套動態指示系統,但指示號誌的尺寸和傳達的資訊都維持不變。

當緊急情況發生,警報被觸發時,動態指示號誌就會啟動(以閃爍跑馬的燈號顯示)。GETAWAY 研究中所使用的ADSS號誌是由英國EVACLITE公司所開發,這動態指示系統能夠有效地提高指示號誌的識別度,經實驗結果證明,有77%的人會「看到」動態指示號誌,而且看到動態指示號誌的人全數都會跟隨指示方向行進。

第二個概念是利用動態指示方法來確認某個出口已經無法行走的指示號誌,經國際調查顯示90%的否定式出口號誌都可清楚地被民眾理解其含意。閃爍燈號指示和ADSS的否定式指示號誌都能以醒目的方式告訴民眾不該選擇的路線,並且指出理想的逃生路線。

這一系列的ADSS全面疏散試驗已在火車站的測試中顯現了它的效果。這些試驗的具體目標是:評估兩項ADSS指示牌(閃爍燈號指示∕否定式出口指示)的有效性,並把結果和一般靜態緊急出口方向指示做比較。

搭上火箭就對了,科技人的培育

筆者在就讀清華大學資訊工程研究所時,曾是2010 Google安妮塔‧博格紀念獎學金(Google Anita Borg Memorial Scholarship)的得主,其獎勵對象是計算機科學領域的女性學生。

安妮塔‧博格是位計算機科學家,畢生致力推動女性參與科學研究,更建立了「安妮塔.博格婦女與科技研究所」(Anita Borg Institute),並且發起「葛麗絲‧霍普(Grace Hopper)女性計算科學系列活動」。筆者獲得獎學金時,很有受到肯定的感覺,也因這一機會認識了其他的傑出女性同儕,希望未來有機會也能為安妮塔‧伯格的使命─2020年,科技業人才中有50%是女性(50∕50 by 2020)─盡一份心力。

「安妮塔‧博格獎學金校友會」在2014年5月成立全球委員會,提倡女性加入科技界,鼓勵女性在科技領域發揮所長,讓女性科技人達到「1 + 1 > 2」的加乘效果。筆者在參加完2014年Google I/O與全球其他14位委員策劃這項推廣的長期行動,回到台灣後第一件事就是把國內的女科技人找出來,不僅找遍Women in Tech相關的民間自立社團如:WoFOSS、PyLadies、JS Girls、Django Girls、wiki women、Girls In Tech,也從竹科女孩的科學歷險計畫找到台灣女科技人學會(TWiST),這裡是女科技人的大本營。

我們希望告訴下一代的女孩勇敢地選擇自己的夢想,把目標設高、眼光放遠,「如果有人邀你搭火箭,不要問位置在哪裡,搭上去就對了」。

截至目前,我們公司已舉辦過兩屆台灣區GMG(Girls Make Games的公益活動),活動對象是年齡8~15歲對程式有興趣的年輕女孩,也開放家長一同參與,回響極其熱烈。一日營活動培養小女孩對程式的興趣,指導她們對於程式的學習方向與方法,不僅延續了美國GMG的精神,也為台灣的下一代埋下兩性平等的種子,讓小女孩不再局限於傳統女性刻板的束縛。

在辦活動中,筆者也結識了全球婦女基金會(Global Fund for Women)的華人委員,並舉辦2015國際女子黑客松,把台灣女孩推到國際活動賽事。

全球婦女基金會總裁慕辛比‧康優羅(Musimbi Kanyoro)曾言:「我們正身處網路及科技革命的關鍵時代中,如果女人和女孩在這波革命中缺席,那麼未來女性的人權將會有很大的空缺。」我個人也很贊同年輕女孩,也是諾貝爾和平獎得主馬拉拉優薩福扎伊(Malala Yousafzai)的話:「我希望自己是『為了教育而奮鬥的女孩』,這是我想投入一切的終身志業。」我感謝這些協助辦活動的社團法人及民間社團,也感謝臺北科技大學互動設計系在舉辦這系列對孩童、對女孩、對女人參與科技創作的過程中,所提供的人力、物力、腦力、財力的軟硬體資源。

 
  • HEX 瑞德感知—動態導引系統
  • Galea, E.R., H. Xie, D. Cooney, and L. Filippidis (2015) Active Dynamic Signage System: A Fullscale Evacuation Trial. In: Proceedings 6th International Symposium 2015, Interscience Communications Ltd, London.
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