241

文/瑞德感知 CEO 陳碩鴻 林筱玫/消防設備士 柯睿承

前言: 當建築物發生火災後，除了『火災室』內之人員能明確知曉火源在何處以及應往何

處逃生為正確方向外，其他處所之人員則被濃烈之煙塵遮蔽視線，雖然警鈴大聲鳴響告知

危險應即刻進行避難行動逃離危險處所。然而放眼望去，每個出口之標示燈都同時亮著，

但這並不表示每個出口都是安全的，假若誤闖危險出口可能立刻被火吞噬或是被困在某處

不明空間或是在猶豫間喪失了寶貴的『避難三分鐘之黃金時間』。

智慧型避難引導系統之重要性

誠如前言所述，出口標示燈亮著並不表示

該出口是安全的，說不定還是個詭異的陷

阱故意引人犯錯，這點可能是當初在作消

防安全設計時沒考慮到的盲點。

正確的避難逃生系統應是一套能讓避難

者完全信任的避難指引系統，避難者靠著

該指引應能到達預期的安全處所，然而目

前的避難指引系統似乎還不具備這種功

能，當然這可能受限於當時的消防思維還

未到位，造成許多不幸事件的發生。

以目前的電子與通訊技術，智慧型手機可

以做到 4G 的高水準，以同樣的標準來衡

量，要發展智慧型避難引導系統其實並不

困難，其關鍵在於消防業界有無知覺而

已，在歐美及日本早就有所謂智慧型之消

防安全設備，甚至連大陸地區也在大力推

廣名為『第五代』之『智能型探測系統』。

我們大家都可以理解，任何一位消防設備

師，若無先進的消防安全設備可資規劃及

利用，就憑目前市面上這些既有之消防產

品，其實很難設計出一件既安全又可靠的

消防案件，尤其是在『性能式消防安全設

計』中更不能缺少智慧型的消防產品來輔

佐以及突破目前的一些設計上的關鍵性

障礙與盲點。

基本構件介紹:

1.智慧型避難逃生主機

2.無線式智慧型避難導引燈板

3.無線式火警探測器(具 I/O導引功能)

中華民國消防設備師公會全國聯合會

消防技術專刊 第一輯第 19篇 發行人: 曾順正 理事長 會址:台北市長安東路 2 段 63 號 9 樓之 1

TEL:(02)25064127 (06)2520909 E-mail: david@nafe.tw

中華民國發明專利字號

：I 442345

國際申請號:

PCT/CN2014/086009

(申請中)

國際申請號:

PCT/CN2014/086108

(申請中)

242

火警探測器

火警探測器

火警探測器

火警受信總機

消防雲端監控平台(中華電信)

智慧型避難引導系統主機

圖控系統

無線式智慧型

避難導引燈板

可與既有火警受信總機結合

智慧型避難逃生系統

智慧型避難引導系統主機

智慧型避難引導系統 實時接收多功能複合感測器偵測

所得之資訊，監控現場狀況。

根據感測器所得之資訊，運行火災

成長演算法，準確預估火勢蔓延方

向。

根據火災成長演算法，評估建物結

構與火災蔓延趨勢，計算出最佳逃

生路徑。

遠端控制動態逃生導引號誌指引

方向，引導受困人員逃生。

將火場資訊，包含感測器偵測之溫

度及煙霧、危險區域、最佳逃生路

徑等資訊同步至系統服務管理平

台，提供受困民眾，消防及醫護人

員得知火場狀況。

243

[註一]

智慧型避難逃生系統之功能特點 1.接收感測器感測資訊

2.執行火災成長演算法

3.執行最佳逃生路徑演算法

4.控制動態導引號誌

5.傳送火場資訊至雲端管理服務平台

244

[註二]

245

火警受信總機

消防雲端監控平台

(中華電信)

智慧型避難引導系統主機

傳輸

傳

遞

火警綜合盤火災燈閃亮

智慧型避難引導系統主機

圖控系統

連動

動作 I / O 動作

發生火災

產生煙霧

無線式智慧型避難引導系統動作流程

走廊燈具

火警狀態

出口燈具

火警狀態 平時狀態

無線式智慧型

避難導引燈板

無線式火警探測器(偵煙/偵溫)

UL LISTED

246

智慧型避難引導系統之特點

動態規劃最適疏散路線

明確導引近且安全路線

傳達火場即時動態資訊

查覺隱患/導航安全路徑/協助火場救災

自我檢測設備故障

247

系統專案解析: 本系統利用有線及或無線感測器網路

( Wired and/or Wireless Sensor Networks) 如(圖一)所示,本系統利用無線感測器網

路(Wireless Sensor Networks)將佈置於建

築物內的溫度與煙霧感測器的訊號結合

在嵌入式平台上。當有火災發生時, 嵌入

式平台會藉由網際網路 主動通報消防單

位與防災應變中心, 並透過嵌入式處理器

的運算能力執行火災成長模式演算 法來

預測火焰延燒路徑, 透過嵌入式軟體來即

時規畫最佳逃生路徑, 藉由控制動態 LED

燈號 指示方向與在建築物內發出特殊音

頻來引導受困者避難, 讓民眾在最短時

間內疏散到安全的 逃生門或逃生窗以逃

離火場。

除此之外,嵌入式平台會將火場的即時狀

態, 如火焰蔓延情形、濃煙分佈、受困者

位置與建築物內的影像,上載至防災指揮

中心, 由程式自動調出發生火警的建築

物之結構圖與火場動 態合成, 並將此資

訊提供給已抵達現場的消防人員,利用消

防人員隨身攜帶的移動式裝置如 平板電

腦或筆記型電腦, 從雲端主機下載目標

建築物內的火場動態資訊,規劃出最佳救

援路 線以搭救受困民眾並撲滅火勢。

本作品也將主動射頻(Active RFID)技術設

置在人員識別證、防煙面罩與防火衣等個

人防火逃生設備上,藉由無線感測器網路

來完成室內定位以標定 受困火場民眾的

位置, 縮短救難人員盲目尋找生還者的

時間, 大幅減少人員的傷亡。

當火災發生時感測儀器的資料傳輸在建

築物內密集的佈局感測器(Sensor)，這些感

測器在災難發生時，會匯集大量的資料到

建築物外部，例如:失火地點，煙霧集中

處，受困人員的位置，哪些機器還在運

作，哪些窗戶是開著的，哪些安全燈號是

亮的…等，這些資訊在災防局派遣救難人

員和消防車前往現場前就應該掌握現場

火勢的即時資訊，這些資訊非但要傳遞

快，且要正確的分析出救援的策略，在現

有的技術上，感測器的偵測有多樣化的監

控，其監測的訊號包括:煙霧，溫度，一

氣化碳，濕度，入侵者及風向…等，但是

如何將這些收集到的資料加以運算分析

以致於可以提供決策上的系統的整合仍然是

有許多改進的空間，本專案構想如何在建築

物 內 透 過 良 好 的 資 訊 通 信 網 路 科 技

(Information and Communication Technology, ICT )結合智慧建築技術，將建築物現有的防火

防 災 系 統 與 中 央 監 控 系 統 做 完 整 的

connection 與 interaction，結合室內定位和逃

生路徑規劃，如何在火災發生時，保護在建

築物內所有人員的疏散為目標。

資訊工程師 Albus 所著“Outline for a Theory

of Intelligence”文章中，對防火防災智慧型技

術之定義為 : 智慧化基本上必需有感測環

境、做出判斷與控制動作的能力，進而可以

識別物體與事件、呈現已知模式之知識以及

能預測未來計畫的能力。

當這些基本條件具備後，智慧化可用更高階

的方法來處理感測器所收集到資訊，產生感

知及理解的能力以便提供系統管理者明智的

選擇，在大規模的環境下做出適當的處理反

應。因此，智慧化建築，是整合知識與執行

特定目的之互動式控制系統，能有效達成預

定目的，協助減緩甚至防止災害的發生，降

低死亡率及社會所需負起的代價。

使用者經驗分析:

對於火場的預防及火災時該如何自救，台灣

內政部消防署給民眾一些保貴的建議，首

先，初發現火警時應先判斷火勢來源，再決

定逃生方向，切記火場逃生避難，成敗於分

秒之間，萬萬不可猶豫。冷靜為逃生不二法

門，切忌慌亂驚叫，應力求鎮定，才能找到

安全出口逃生。

當火警發生後，開門逃離室內，應先觸摸門

板及把手，如感覺門板相當熱，切勿開門，

以防止門外火焰竄入，並迅速找尋另一條安

全出口逃生。如果火勢已逼近逼近無法逃

生，先把房門關上，但別上鎖以預留退路；

火災時千萬不要使用電梯，如被困電梯應按

緊急報警按鈕，使控制中心知道有人被困而

派員搶救，如須通過火焰區應迅速將衣服用

水浸濕或以濕棉被毛毯裹住身體衝出。大火

中如何防阻遭濃煙侵襲，如果身旁有塑膠袋

應立即將其充氣套住頭部逃生。若是被濃煙

所阻應以濕毛巾掩住口鼻取低姿勢沿牆角逃

生，切記濃煙的上升速度較人之上樓速度

快，故火警時應儘可能向地面逃生，在濃煙

248

滿佈時離地二十公分處及樓梯梯角間，有

殘存空氣;應儘量將身體壓低，採取低姿

勢爬行。若是向下逃生通路已為火勢阻

斷，應立即設法向屋頂平台逃生，靜待消

防人員搶救。由這些寶貴的經驗和建議，

本專案在佈置動態逃生方向指示燈號時

特別將位置設定在牆面底處，以便民眾在

火場逃生時能看得見 LED 燈號顯示，被引

導到安全的逃生出口。在 sensor 的部份以

Wireless Sensor Network 收集資料並由微

軟 E-Box 執行逃生路徑演算法，並特別考

量火場內會發生的狀況加以調整並加入

智慧型預測火勢延燒判斷的機制，幫助受

困著可以更安全地逃生。

前端智慧型防火防災無線網路:

本專案在前端架構中的感測器網路傳

輸協定上採用 IEEE 802.15.4/ZigBee， 此協

定係針對低速率無線個人區域網路

(low-rate wireless personal area networks, LR-WPANs)所設計的網路實體層(physical

layer)與媒介存取層(media access control

layer)之傳輸標準，如圖二(a)所示。

在標準定義了 Full-function device(FFD)，

與 Reduced-function device (RFD) 兩類節

點。FFD 可以負責與其它的 FFD 或是 RFD

進行資料傳輸；RFD 為一個極為簡單的裝

置，僅需要最基礎的系統資源與通信需

求，換句話說，RFD 無法進行大量的資料傳

輸，一次只能與單一 coordinator 進行連接。

在網路拓撲方面如圖二(b)，可以採用星狀

(star)或是點對點(point-to-point)結構。星狀網

路是以一個 FFD 為中心點並建立 PAN，隨後

其他的 FFD 或是 RFD 裝置便可以加入此網

路；而在不同的星狀網路下，彼此之間是互

相獨立的。另一方面，點對點網路可以是任

意型式的連結，但其擴充性則是受限於節點

之間的連線距離，這意味著它可作為 Ad-hoc

網路的基礎，具有自我管理與組織的能力。

標準中提及以簇樹(cluster tree)方式，將 RFD

與作為 PAN coordinator 的 FFD 連結，及每個

RFD 皆為 FFD 的子葉(leaves)。以此為基礎，

將數個簇樹的 FFD 連結起來，再挑選出一個

FFD 作為 global coordinator，可擴充成網狀網

路(mesh network )，如圖三(a)所示:

ZigBee 是一種基於 IEEE 802.15.4 標準的無線

傳輸協定，而網路實體層與媒介存取層之上

皆是 ZigBee 的範圍，主要有低成本、低功耗、

支援大量節點、低複雜度、快速、安全等特

色。 ZigBee 協定定義了網路層 (network

layer)、應用層(application layer)，以及 ZigBee

裝置管制物件(ZigBee device object)。裝置的

角 色 可 分 為 ZigBee coordinator 、 ZigBee

router、ZigBee end device。圖三(b)為 ZigBee、

802.15.4、ISO OSI、TCP/IP 協定堆疊比較。

圖一: 智慧型避難引導系統架構圖

249

圖二(a): IEEE 802.15.4 協定堆疊 圖二(b): IEEE 802.15.4 星狀與點對點結構

圖三(a): IEEE 802.15.4 cluster tree 圖三(b): 協定堆疊比較

圖四: 智慧型避難引導系統

250

整體嵌入式系統架構: 如圖四所示, 由當火災發生時, 佈置於建

築物內的感測器網路會將收集到的數據

傳送到嵌入式系統（簡稱 eBox ), 由 eBox

中的嵌入式軟體整合火焰溫度、濃煙與致

命氣體為危險因子(dangerous factor), 並

執行火災成長模式演算法(Fire Evolution

Modeling Algorithm)與緊急逃生導引演算

法(Emergency Navigation Algorithm) 來規

劃經過累積最小危險因子數值設定逃生

路徑指示信號, 引導民眾安全的逃離火

場。

依據消防專家經驗談中得知, 當火災發生

時, 就算處在熟悉的環境人們仍會因為驚

嚇而迷失 在火場中, 在漆黑濃煙密佈的

情況下就算摸黑找到安全門也難以猜測

門的後方是否接近火焰 或是已悶燒的濃

煙密佈快到閃燃的危險程度, 這時有這套

智慧型防火防災導航逃生系統, 受 困在

建築中的人員可利用識別証或防火面罩

上的 Active RFID 標籤主動發出求救信號,

此信 號和週遭佈置的 RFID reader 互動,

並由 eBox 定位生還者的位置給搶救人員,

接著火場內的民眾尋著 eBox 設定的 LED

逃生指示燈方向找到逃生出口。

為了輔助消防人員進行救災, eBox 會將

火場裡的動態資訊透過網際網路傳送至

雲端防災單 位, 當雲端伺服器系統收集

到的火場資訊後, 會將建築物每一層樓的

防火安全逃生平面地 圖、建築物的主體

結構、安全門及所有門窗位置等與火場資

訊結合, 並將合成後的地圖傳輸 至已抵

達火災現場的救難人員配戴的手持式平

板裝置上及中央指揮官主控台的大銀幕, 同

步顯示出火場起火點和火勢蔓延走向等火場

地理資訊, 現場的救難小組指揮官可以依地

圖溫度 的量化色階(Altitude)快速掌握火場

溫度, 以便進入火場起火點滅火, 並依據動

態的人員定位, 在最短時間內疏散人群, 搶

救被困在密閉空間的受難者。另外, 所有的救

難人員都應配戴如智慧型 手機大小的裝置,

此裝置顯示目前所在位置中較小範圍的資訊,

如走道方向及隔間門後的溫 度顯示和生還

者的室內定位。

由於火災現場的消防員可以從雲端下載當時

所在建築的地圖和即時更新的資訊, 掌握充

足的 資訊知道火源處、火焰溫度、火焰竄升

的走勢、濃煙擴散的方位以及受困者的位置,

依地圖 和資訊的結合, 消防員知道自己所在

的空間位置及隔間資訊, 便可更有規劃及效

率的避開高 溫高危險的空間進入火場將受

困人員救出並在最短時間內撲滅火勢。

緊急導航階段: 假設某一節點 (sensor) S 感測到危險因子

(dangerous factor) 超標，便會由相鄰節點確

定是否發生火警而非 sensor 單點失效傳送錯

誤訊息，若經判斷是火災發生，sensor S 便會

馬上廣播送出封包給網路內的其他節點如圖

五。首先，當 eBox 接收到火災資訊後會將其

與預先儲存的建築平面圖做整合，並藉由

Internet 傳送火場動態資訊至雲端運算中心

與消防單位，另一方面在 eBox 內部會執行火

災成長模式演算法來預估火勢延繞情形，接

著根據收集到的火場資訊與預估火勢來規劃

最佳逃生路徑，再由 Zigbee 無線網路來設定

LED 號誌與啟動特殊音頻以指示逃生路徑。

圖五: 智慧型避難引導系統資料流程圖

251

正常人每分鐘步行速

度約 53 公尺，現以行

動不便之老人為例:

往錯誤的方向逃生，

若運氣好，沒昏迷而

且還有機會再往反方

向出口逃生。

假設往錯誤方向逃生

發覺錯誤後再行折返

總逃生的路徑是 300

公尺（在面積 10,000

平方公尺的建築物

中）避難歷程所需的

時間是 5分 40秒。 安全出口 樓層邊長 100 m

起點

1

2 3

4

5

正常人每分鐘步行速

度約 53 公尺。

假設往正確方向逃生

總逃生的路徑是 100

公尺（在面積 10,000

平方公尺的建築物

中）所花的時間是 1

分 53秒。

安全出口

樓層邊長 100 m

起點 1

2

往錯誤方向逃生

往正確方向逃生

危險出口

危險出口

（以上數據僅供參考）

實例說明:

出口燈具

火警狀態

出口燈具

火警狀態

火災成長從初期至閃燃只需要 5分鐘,室溫就會高達攝氏 800度,

但是避難歷程所需的時卻要 5分 40秒,請問這樣夠安全嗎?

假若一開始就選擇往正確方向避難，在此案例可以節省將近 4分鐘。

252

消防新技術鳳凰特別報導:

『瑞德感知』科技股份有限公司成立於

2012 年 9 月，公司創辦人為陳碩鴻與林

筱玫夫婦。2011 年，兩位創辦人以『智慧

型避難引導系統』拿下『2011 微軟潛能創

意盃嵌入式系統開發組』的全球總決賽的

冠軍，那年微軟比賽的主題是『夢想一個

科技能解決社會難題的世界』，邀請全球

參賽者來共同思考『如何利用軟體系統解

決社會問題』。

創辦人夫婦透過參與微軟的潛能創意盃

得到許多啟發，決定從解決社會問題的角

度發揮創意，思考如何以科技改善人類的

逃生避難技術，最後以創新思考設計出

「Dynadirect」智慧型防火逃生系統。

這套智慧型防火逃生系統能讓火災發生

時能夠提供早期火警偵測及預警，將火災

地點透明化，並啟動滅火機制，不但能讓

火場人員在第一時間逃生、疏散，更能讓

救難人員快速掌握火場狀況，提昇救災工

作的效率，並保護救難人員的安全。

『瑞德感知』致力於將智慧型火災警報系統

擴展至人類生活的各個角落，利用科技提升

居家及公共場所的消防安全標準，藉由智慧

型系統的「及時偵測」與「動態避難引導指

引」，將火災傷害降到最低。

我們相信促使科技進步的動力源於人類對幸

福安定生活的追求，在科技發達的時代，我

們用創新的產品提高居家生活及公共安全標

準，以帶來更為舒適且安心的生活。

我們期望透過科技讓人類不必再害怕災難發

生，帶動人們重視災難防治產業；並帶領同

業一同進步，讓社會的各個角落透過智慧科

技產品，達到災害零傷亡。

目前『瑞德感知』第一項產品是『智慧型避

難引導系統』，讓人類在火災發生第一時間能

迅速安全逃出危險的著火建築物，在可見的

未來『瑞德感知』也期望能研發更多相關產

品及服務以落實公司成立的初衷：「用高科技

拯救全球寶貴的生命！」

作者簡介: 陳碩鴻 清華大學 資訊工程碩士

咨詢電話 0982000013

CEO 林筱玫 清華大學 資訊工程碩士

咨詢電話 0988546018

柯睿承 消防設備士 0926183919

參考資料:

[註一] 消防設備師手冊 劉大衛 編著 (台北科技大學消防學分班 火災學上課講義)

[註二] 消防設備師手冊 劉大衛 編著 (台北科技大學消防學分班 火災學上課講義)