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機 械 部 正工程師 |
楊文祥 |
中華大學科管所 博 士 |
李友錚 |
國內高樓火災頻傳且逃生不易，目前國內消防法規規定10樓以下才能設置消防避難逃生設備，超過11樓以上者僅能利用建築物本身之防災滅火糸統及硬體設施避難逃生。若為超高層建築物時，一旦火災發生則因消防雲梯車之高度有限，將無法由建築物之外部支援逃生，往往因而逃生無門僅能自求多福。例如去年(90年)美國911事件，即可看見許多人因忍受不住高溫而自高樓蹤身跳樓猶如自殺；另如北市忠誠路高樓火災案例中，二位老人家因雲梯車高度不足而在眾目睽睽下在自宅樓內被活活燒死，均可為鑑例。
由上述之啟發，本文將簡介『高樓逃生球』之產品及其設計原理，俾利高樓逃生配備使用。高樓逃生球係利用雙層球體之原理及氣壓極限，將人置於內球中自高樓滑下，球受氣旋的原理，並成滾滑的動作而自由漂浮落下，可免於人體直接撞擊、受傷等，為一良好之高樓逃生避難方式。
高樓逃生球未來亦可應用作為航空器及船舶上人員之避難逃生工具，備有維生的基本功能。本項新產品目前仍在初步構想及設計中，其中有多項關鍵技術仍有待克服，亦希望藉由本文之介紹而達拋磚引玉之效果，尚祈各位先進不吝指正，本產品若屬可行將是一項多功能避難逃生之設備。
關鍵字詞：消防安全、高樓逃生球、球中球、減震
一、前言(概念)
生命珍貴，人命無價，於去年(90年)911美國世界貿易中心大樓爆炸起火後，高樓層的部份民眾來不及逃生或無法及時避難逃至地面，少數民眾則在外牆開口處等待救援，但火勢在大樓內部悶燒，溫度很高，濃煙也很大，受困之災民等不到外援，耐不住火燒高溫濃煙的痛苦，乾脆跳樓(如附圖一、圖二)。可惜大樓四周地面並未鋪設充氣橡皮墊板，跳樓逃生的災民無一倖存。因此有必要研究發明個人可穿戴(著)的充氣防護衣帽，或保護身體的降落傘裝置，讓跳樓逃生的災民得以安全著落地面。或者研究發明攔截防護網，在每隔若干層樓就設置攔截防護網，讓跳樓逃生的災民不至於直接摔到地面。我們曾看過用各種防護裝置包裝一顆雞蛋從高空墜落地面的比賽，有些雞蛋降落地面時並未破裂，可見我們有能力研究發明火災時受困民眾可以安全降落的防護配備。
在國內現行法規中，己明文規定十樓(含)以下的處所，應設置避難逃生設備（如附圖三、圖四、圖五），因此一旦建築物發生意外事件時，十一層以上建築物僅能藉助建築物本身的逃生設施或外界的救助力量而避難逃生，但實際上其功效均不盡理想，甚至無濟於事。例如美國紐約911事件時，許多人都因建築物本身的逃生設施及外界救助力量無法奏效而絕望喪生，而本文所將介紹之高樓逃生球就能充份彌補這份遺憾。
通常設計良好之高樓逃生或避難設施，應具有下列的特點：
1、能由任何超高之樓層安全逃生，甚至由飛機上逃生亦無困擾。
2、逃生者在逃生過程中不致於產生恐懼感，而延誤逃生時機。
3、逃生者可單獨操作，亦可相互協助，更可適用於後續求生之環境。
4、於大樓林立間而自由落下時，不會因樓高而引起之氣旋風而妨礙逃生。
5、本身結構具有耐性，無慮於異物刺破而洩漏。
6、逃生過程中可保全人體不受外物撞擊及壓傷。
7、收藏及保養簡便且不佔空間。
8、產品使用時其試用及訓練方法簡易方便，可以讓使用人免於造成心理懼怕而不敢使用。
9、可回收重覆使用。
高樓逃生球預估之市場需求及替代性競爭產品之分析概況如下：
1、可應用於高層建築物及取代航空器之降落傘與船舶的個人逃生設備。
2、市場需求量大，因高層建築物越建愈多，預期本產品之使用量將愈來愈大。
3、目前為唯一新開發產品，市場尚未有任何替代物，可應用先制行銷手法推廣應用為獨佔市場，且緊急時為救命必要產品。
4、申請專利後，可延用20年或可推廣於消防設備、航空器或船舶上使用。
二、用途及使用操作方式
1、用途與原理
高樓逃生球，主要構想是將人包覆於球中球內，如同將蛋裝置於『球中球』的高空擲蛋而落地時不破之減震原理而發展出來。在六十年代中，歐洲當時舉辦擲蛋科技思考性的比賽中，試圖尋找一種方法能使雞蛋由12層樓高處，以自由落體方式拋出，而當其著地後仍能保其全然無損，結果參賽隊伍無所不用其極，有的使用降落傘、有的加裝翅膀，有的充填泡棉，但最後能真正百分之百保全雞蛋的方式只有德國人想出來的『球中球』達成，依此概念將人置於『球中球』亦同原理。其主要應用於下列場所：
(1)、任何建築物尤其高層建物皆可使用作為避難器具。
(2)、因自由落體，且為球體降落速度具有彈性，因此必須考慮適用場所(環境)，且不會傷害人體。
(3)、可推廣於飛行員之高空跳傘，可以在高空保溫及落海時不沉沒，球體外型及顏色鮮豔，容易辯識，利於搶救。
(4)、可應用於各類海上的活動，如配置於船上之救生設備，若有船難時，有利等待救援時間，人於球內不接觸海水，可避免人體失溫及溺水的發生。
球中球主要是將人體包覆於雙層球內，且球內須充滿N2，利用球內氣柱的原理及球表面張力與內部蜂巢結構，將人體包覆於內，並將球支撐擴張出來，以保護人在球中球內不被傷害。
先期目標主要應用於高樓避難逃生，其主要操作方式說明如下：
(1)、外型為袋狀背包，內置一瓶高壓N2鋼瓶，設置於建築物陽台上，陽台上並設有一可收放的不銹鋼滑板。
(2)、火災發生時，若無法往外逃生，可到陽台上放下逃生滑板並穿上背包，繫上安全扣及扣緊內外球彈性橡皮，爬上滑板壓下N2釋放閥。可將球瞬間充滿N2。
(3)、利用球體瞬間充氣及滑板往下滾動的原理，而形成小弧度的自由落體外拋，拋離建築物約五公尺以上，避開下層火苗的延燒。
(4)、人於球中球內，人體將感覺稍有不舒服，四週被密封，但球的六個氣柱中仍有預留通氣孔，可自由呼吸。
(5)、球落地後，可由外面人員拉開標有『排氣閥』按扭，緩慢排氣解開安全扣，或由內部人員自行由內拉開『排氣閥』後自行解開安全扣而離開。
(6)、逃生球使用後只要重新更換N2鋼瓶及定期保養維護，即可重覆使用。
三、新產品構造說明
1、球中球的構造與原理(如附圖九、圖十逃生球於空中轉動狀況分解示意圖)
本產品之所以能發揮較高的防震效果，其原理就是利用它雙層的氣球構造，內球經由內層之特殊浮升而固定於外層之中，兩層間並灌充氮氣，N2本身為惰性氣體不易被壓縮，而其在外球裏所承受的衝擊力，除少部分會被氣體本身壓縮而吸收外，其餘大部分的撞擊力多會傳遞到外層球壁上及氣柱上，這些衝擊力亦會隨之與外球壁及氣柱的伸張力及壓縮力相抵消，並轉變成反作用力(彈力)。產品研發過程中必須考慮如果撞擊力在單位面積中的壓力(P撞)，超過外壁單位面積所能承受的壓力(P球)時，外壁將有可能破裂，亦即：
P撞> P球----------球体破裂(危險)
P撞< P球----------球体安全(安全)
因此整個球體的材質選用將是一個重要課題，必須慎選材質。
2、至於蛋(或人)會不會在球體完全撞擊地面時碰觸地面破裂？則須視球壁的材質是否能承受壓力的突增而定，此點亦為設計時考慮之關鍵因素。
3、著地時撞擊力之計算
F＝mv2(m為球及人的平均質量)
(v則為自由落體之終端速度計算)
4、由撞擊力計算求出所需之最大張力，並找出材料所能負荷之應力，材料之材質選擇將以高張力及彈性佳(如橡膠內胎)，質輕之複合性材料且易製造加工者為優先選用，依目前研發之材料組合，則選用薄、輕、彈性佳、高張力且經特殊處理後之布質材料，為試做成品。
四、研發流程
本產品之研發時程預估約3~5年，其作業流程初步構想如研發流程表。
五、預期成果及用途
未來將依照研發預定時程目標及各先進之指教逐步執行，希望在短期內先有原型製造出產品後，逐一測試於高樓逃生的各種環境或利用電腦模擬出各種狀況，並加以解決各項問題。
1、研發預期成果：
(1).找出球體最適當的材質－如熱塑薄橡膠、尼龍高張力不透氣傘布、質量輕、耐高壓及低溫，不受氣候變化的影響而變質。
(2).內部氣柱的通氣閥－希望為軟塑膠、彈性佳、且有逆止閥作用，可配合蜂巢式的構造而調整。
(3).找出球體最適當的大小(最好小於直徑4.5M)，重量儘量減輕(最好小於20公斤以下)以利緊急時容易穿著及拋出逃生。
(4).操作容易且簡單，操作步驟希望在五個動作以下。
(5).在逃生過程中，可保護人體不受傷害（撞擊或壓傷），且可避免人員心理上的害怕，並且使用後可收回整理重覆使用，收藏及保養簡單不佔空間。
(6).球體未張開前無法往外跳躍。
(7).製造成本低，以利推廣及應用。
2、未來用途：
除高樓避難逃生外，亦可推廣至航空器的降落傘、海上個人逃生工具，主要是人於球中可不受外界惡劣環境的影響，如高空的低溫及海上漂流皆不受影響，可維持人體的基本生命。
六、未來待改善及問題解決
高樓逃生球的研發，初步預期可能遇到的問題及待改善的地方如下：
1.如何教導使用者克服心理的障礙。
2.球體材質選用—質量需輕且耐高壓、不透氣為佳。
3.操作簡單，步驟愈少愈好。
4.預期研發成本估算（含時間）。
5.專利申請有待解決。
6.定期保養維護之執行要確實，以防材質老化，或Ｎ２鋼瓶失效或漏失氣体，且須避免緊急使用時失敗而造成二次傷害。
7.高樓逃生球尚待突破發展之關鍵
將「球中球」運用於高樓逃生，其最大的癥結則是如何將人於瞬間裹入內球中，且確保逃生者亦能於離開建築物，安全著陸後也能毫無困難的脫離球体。這也是「球中球」迄今尚無法被加以運用的主要原因，而這些難題目前正逐一克服解決中。因此，將可預期日後應有可能而廣泛被運用於高樓逃生配備，以達到緊急保命之功用。
七、結語
本研發產品主要概念來自高樓火災發生時逃生無門，內部人員只有眼睜睜等待被迫煙燻、高溫燒死之恐懼或蹤身往外跳樓而死亡之情景，在生命無價之理念下，研究有無有效的逃生工具可供人員逃生。
本人在工作之餘經部門同仁及長官的協助構思此一產品，並於中華大學科學管理研究所研習相關研發管理及專案管理資料，與指導教授李友錚博士討論後結合前述之概念需求，擬推動研發消防安全設備「高樓逃生球」，以供高樓火災發生時緊急使用，盡一份消防安全設計者之薄力，並藉此拋磚引玉希望更多人關心消防安全，解決此一高樓消防安全設備之盲點，亦請各先進多多給予指教。
參考文獻
(1) 內政部消防署：各類場所消防安全設備設置標準：民85年3月。
(2) 簡賢文著 ：消防法規與設備專題：鼎茂圖書出版公司，民85年4月。
(3) 馮俊益編著：避難糸統法令解說，財團法人中華民國消防技術顧問基金會，民85年8
月。
(4) 魏秋建、羅應浮編著：研發管理(R&D Management)，民90年5月博審版.
(5) 林建煌著：行銷管理，智勝文化事業有限公司，2000年7月。
(6 )Rue&Byars著，賀力行、斐 文、楊振隆譯：管理學技巧與運用【第八版】，前程企業
管理有限公司，89年9月。
(7) William J. Stevenson著，傅和彥譯：生產管理【第六版】，前程企業管理有限公司，
89年9月。
(8) 小栗富士雄著：標準機械設計圖表便覽，台隆書局。
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