111 高普考高考三級 消防技術 消防安全設備設計與檢修 考古題詳解

核心觀念

本題旨在測驗消防設備設計中的兩大核心專業能力：二氧化碳滅火藥劑量與鋼瓶數之法規計算，以及滅火藥劑放射後之通風稀釋工程計算。本題以命題當年（民國 111 年）法規為準（《各類場所消防安全設備設置標準》後續修正未變更本題相關基準）。

1. 全區放射二氧化碳滅火藥劑量規定： 依《各類場所消防安全設備設置標準》第 211 條規定，全區放射方式之二氧化碳滅火藥劑量依防護區域體積計算：

• 體積未滿 $45\ \mathrm{m^3}$：每立方公尺 $1.0\ \mathrm{kg}$，最小總量 $45\ \mathrm{kg}$。
• 體積 $45\ \mathrm{m^3}$ 以上未滿 $150\ \mathrm{m^3}$：每立方公尺 $0.9\ \mathrm{kg}$，最小總量 $45\ \mathrm{kg}$。
• 體積 $150\ \mathrm{m^3}$ 以上未滿 $1500\ \mathrm{m^3}$：每立方公尺 $0.8\ \mathrm{kg}$，最小總量 $135\ \mathrm{kg}$。
• 體積 $1500\ \mathrm{m^3}$ 以上：每立方公尺 $0.75\ \mathrm{kg}$，最小總量 $1200\ \mathrm{kg}$。
• 防護區域開口部設有自動關閉裝置者，免加算開口部藥劑量。

2. 鋼瓶容量與充填比： 依《各類場所消防安全設備設置標準》第 214 條，高壓式儲存容器之充填比為 $1.5$ 以上 $1.9$ 以下。

• 充填比定義：容器內容積（$\mathrm{L}$）與液化氣體重量（$\mathrm{kg}$）之比值： $C = \frac{V_c}{W_c}$
• 單瓶充填藥劑重量： $W_c = \frac{V_c}{C}$
• 所需鋼瓶支數必須採「無條件進位」取整數，以確保滿足法定最低藥劑量需求。

3. 理想氣體狀態方程式（氣體比容換算）： 藥劑放射後汽化為氣態，其體積可藉由理想氣體方程式換算： $P V_{\mathrm{CO_2}} = n R T = \frac{W}{M} R T$ 其中，大氣壓力 $P = 1\ \mathrm{atm}$，絕對溫度 $T = 273.15 + 27 = 300.15\ \mathrm{K}$（工程計算常取 $300\ \mathrm{K}$），氣體常數 $R = 0.08206\ \mathrm{atm \cdot m^3 / (kmol \cdot K)}$，二氧化碳分子量 $M = 44\ \mathrm{kg/kmol}$。

4. 通風稀釋衰減模式（完全混合假定）： 在無新增污染源且排風機引入新鮮空氣（二氧化碳背景濃度視為 $0$）的條件下，室內濃度隨時間滿足質量平衡微分方程式： $V \frac{dC}{dt} = -Q \cdot C$ 積分後可得濃度衰減公式： $C(t) = C_0 \cdot e^{-\frac{Q \cdot t}{V}}$ 其中，$V$ 為防護區域體積（$\mathrm{m^3}$），$Q$ 為排風量（$\mathrm{m^3/min}$），$t$ 為通風時間（$\mathrm{min}$），$C_0$ 為放射後之初始體積濃度。

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解題方法

(一) 計算所需二氧化碳藥劑量與鋼瓶支數

1. 防護區域體積計算： $V = 15\ \mathrm{m} \times 10\ \mathrm{m} \times 4\ \mathrm{m} = 600\ \mathrm{m^3}$

2. 所需二氧化碳重量計算：

• 體積 $V = 600\ \mathrm{m^3}$，落於 $150\ \mathrm{m^3} \le V < 1500\ \mathrm{m^3}$ 之級距，每立方公尺需藥劑量為 $0.8\ \mathrm{kg/m^3}$。
• 題目載明「所有對外開口皆可在火警時自動關閉」，故開口部加算量為 $0\ \mathrm{kg}$。
• 所需滅火藥劑總重量： $W = 600\ \mathrm{m^3} \times 0.8\ \mathrm{kg/m^3} = 480\ \mathrm{kg}$ （大於該級距之最小總量規定 $135\ \mathrm{kg}$，符合標準）。

3. 所需鋼瓶支數計算：

• 單支鋼瓶裝填量（容積 $V_c = 68\ \mathrm{L}$，充填比 $C = 1.5$）： $W_c = \frac{68}{1.5} \approx 45.33\ \mathrm{kg}$
• 所需鋼瓶數： $N = \frac{W}{W_c} = \frac{480}{45.333\dots} = \frac{480 \times 1.5}{68} = \frac{720}{68} \approx 10.59\text{ 支}$
• 實務工程與法規規定鋼瓶支數必須無條件進位取整數： $N = 11\text{ 支}$

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(二) 計算 1 小時後室內二氧化碳濃度

1. 放射後二氧化碳氣體體積換算： 放射後環境溫度 $T = 27^\circ\mathrm{C} = 300\ \mathrm{K}$，大氣壓力 $P = 1\ \mathrm{atm}$。

• 以法定設計藥劑量 $W = 480\ \mathrm{kg}$ 計算： 二氧化碳莫耳數： $n = \frac{W}{M} = \frac{480\ \mathrm{kg}}{44\ \mathrm{kg/kmol}} \approx 10.909\ \mathrm{kmol}$ 氣態體積： $V_{\mathrm{CO_2}} = \frac{n R T}{P} = \frac{10.909 \times 0.08206 \times 300}{1} \approx 268.56\ \mathrm{m^3}$
• 放射後室內初始體積百分比濃度 $C_0$：

核心觀念

本題以命題當年（民國 111 年）之《各類場所消防安全設備設置標準》為依據，核心考點為室內停車空間設置「水成膜泡沫滅火設備（泡沫噴頭）」時之放射分區劃分原則、幫浦出水量、泡沫原液儲存量及有效水源容量之計算法規。（註：現行《各類場所消防安全設備設置標準》中，泡沫噴頭之放射分區、水成膜放射率及放射時間等相關基準均維持相同。）

相關法條與設計公式如下：

1. 防護面積計算： $A = L \times W = 30\ \mathrm{m} \times 20\ \mathrm{m} = 600\ \mathrm{m^2}$
2. 放射分區規定（《各類場所消防安全設備設置標準》第 71 條）：

• 地下層或無開口樓層：樓地板面積超過 $100\ \mathrm{m^2}$ 者，每一放射分區之樓地板面積應在 $100\ \mathrm{m^2}$ 以上。
• 地上各樓層：樓地板面積超過 $150\ \mathrm{m^2}$ 者，每一放射分區之樓地板面積應在 $150\ \mathrm{m^2}$ 以上。
• 法條僅明定分區面積之「最低下限」，並未限制單一分區面積之「上限」。

3. 泡沫噴頭放射率（《各類場所消防安全設備設置標準》第 70 條）： 採用型式認可之水成膜泡沫液時，設計放射率 $q = 3.7\ \mathrm{L/min\cdot m^2}$。
4. 加壓送水裝置出水量（《各類場所消防安全設備設置標準》第 76 條）： 幫浦出水量不得小於最大放射分區之設計放射量： $Q = A_{\max} \times q = A_{\max} \times 3.7\ \mathrm{L/min}$
5. 放射時間（《各類場所消防安全設備設置標準》第 72 條）： 連續放射時間標準為 $t = 10\ \mathrm{min}$。
6. 泡沫原液儲存量（《各類場所消防安全設備設置標準》第 73 條）： 濃度 $c = 3\%$，原液量 $V_s$ 為泡沫水溶液總量乘以原液濃度： $V_s = Q \times t \times c = (A_{\max} \times 3.7 \times 10) \times 0.03\ \mathrm{L}$
7. 水源有效容量（《各類場所消防安全設備設置標準》第 72 條）： 清水容量 $V_w$ 為泡沫水溶液總量扣除泡沫原液量（水所佔比例為 $1 - c = 97\%$）： $V_w = Q \times t \times (1 - c) = (A_{\max} \times 3.7 \times 10) \times 0.97\ \mathrm{L}$

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解題方法

題目未敘明該室內停車空間係位於「地上各樓層」或「地下層／無開口樓層」，解題時先以法規嚴謹文義為基準給出定案解，再補充工程實務依分區下限劃分之衍生計算，以兼顧閱卷評分之完整性。

步驟一：最少分區數判定

停車空間總樓地板面積： $A = 30 \times 20 = 600\ \mathrm{m^2}$ 依據《各類場所消防安全設備設置標準》第 71 條規定，法規僅限制每一放射分區之「最小面積」（地下層 $100\ \mathrm{m^2}$ 以上、各樓層 $150\ \mathrm{m^2}$ 以上），旨在防止分區過小導致滅火能量不足，並無單一分區之最大面積上限規定。 因此，若將全區 $600\ \mathrm{m^2}$ 規劃為單一放射分區，因 $600\ \mathrm{m^2} \ge 150\ \mathrm{m^2} > 100\ \mathrm{m^2}$，完全符合法規要求，故最少應設置 1 個分區。

步驟二：最少分區（1 個分區）條件下之設備容量計算

在設置 1 個分區的條件下，最大放射分區面積即為全區面積： $A_{\max} = 600\ \mathrm{m^2}$

1. 幫浦最小出水量（$Q$）： $Q = A_{\max} \times 3.7 = 600 \times 3.7 = 2,220\ \mathrm{L/min}$
2. 泡沫水溶液總量（$V_{\text{total}}$）： $V_{\text{total}} = Q \times t = 2,220 \times 10 = 22,200\ \mathrm{L}$
3. 泡沫原液量（$V_s$）：

核心觀念

本題主要測驗考生對《各類場所消防安全設備設置標準》（第四編避難逃生設備、第四章避難器具）之法條熟稔度與整合能力。核心涉及法條為：

1. 第 162 條（避難器具裝設之一般規定）：規範避難器具之裝設位置、逃生動線暢通、結構固定強度、防護收存及標示說明。
2. 第 163 條（開口部之構造與位置通則）：規範開口部面臨之避難環境、門窗易開性或破壞機制，以及開口部距樓地板過高時之踏階配置。
3. 第 164 條（開口部必要開口面積與必要操作面積）：規範各類避難器具（滑台、避難梯、救助袋、緩降機、避難繩、滑杆、避難橋）在開口處之幾何開口尺寸與人員操作淨空間。

法規基準說明：本題依命題當年（民國 111 年）法規《各類場所消防安全設備設置標準》為準；現行法規相關條文內容亦維持一致未有重大變更。

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解題方法

本題為典型的法規背誦與結構化申論題（滿分 25 分）。答題切入點應嚴格對應題目的兩個子問，分為兩大部分：

1. 避難器具裝設規定：以第 162 條為骨幹，並整合第 163 條對於開口部環境與輔助踏階之共通要求，依「裝設位置與通道環境」、「固定部與結構強度」、「收存與操作標示」、「開口部附屬設施」四大向度進行條列，展現完整性與邏輯層次。
2. 避難器具開口部必要開口面積與必要操作面積：精確引用第 164 條，將法定 7 大類避難器具逐項列出，特別留意「避難梯」與「救助袋」區分裝設於「窗戶外牆」與「樓地板」之不同規格，並以條列搭配對照表呈現，方便閱卷老師迅速掌握評分要點。

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選項分析

本題為高考三級消防技術之申論題型，無選擇題選項。閱卷評分重點與配分結構拆解如下：

1. 子題一：避難器具裝設規定（配分約 12 分）

• 評分點 1（位置與動線）：是否寫出「面臨道路、廣闊庭院、空地」、「走道、出入口維持淨空間不得有障礙物」。
• 評分點 2（固定與結構）：是否寫出「牢固固定於建築物主要構造體或具同等強度部分」。
• 評分點 3（操作與標示）：是否寫出「易於操作保養」、「設有標示設備及使用方法說明」、「收存於防護箱或護罩」。
• 評分點 4（開口部輔助）：是否補足第 163 條關鍵「距樓地板超過 $80\text{ cm}$ 應設便於攀登之階梯或踏階」。

2. 子題二：必要開口面積與必要操作面積（配分約 13 分）

• 評分點：七種法定避難器具尺寸是否齊全精確。若遺漏特定器具（如滑杆、避難橋），或將不同器具尺寸混淆（如將救助袋與緩降機面積互換），將直接依比例扣分。

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解題技巧

1. 尺寸數值分組記憶法：

• $50 \times 60$ 開口、$50 \times 50$ 操作組：
• 緩降機、避難繩、避難梯（設於窗戶者）：開口部寬 $50\text{ cm}$ 以上、高 $60\text{ cm}$ 以上；操作面積長 $50\text{ cm}$ 以上、寬 $50\text{ cm}$ 以上。
• $60 \times 60$ 貫通開口組：
• 避難梯（設於樓地板者）、直降式救助袋（設於樓地板者）：邊長 $60\text{ cm}$ 以上之方形，或直徑 $60\text{ cm}$ 以上之圓形。
• 救助袋組：
• 斜降式與直降式（窗戶）：開口寬 $60\text{ cm}$ 以上、高 $60\text{ cm}$ 以上；操作面積均為長 $1\text{ m}$ 以上、寬 $1\text{ m}$ 以上。
• 滑動組：
• 滑台：開口寬 $80\text{ cm}$ 以上、高 $1\text{ m}$ 以上；操作面積長 $1\text{ m}$ 以上、寬 $1\text{ m}$ 以上。
• 滑杆：開口直徑 $50\text{ cm}$ 以上圓形或每邊 $50\text{ cm}$ 以上方形；操作面積為以滑杆為中心，半徑 $50\text{ cm}$ 以上（直徑 $1\text{ m}$）之圓形。
• 人行組（避難橋）：
• 避難橋：開口部寬度在避難橋有效寬度以上、高度 $1.8\text{ m}$ 以上；操作面積與開口部等寬、長度 $1.2\text{ m}$ 以上。

2. 常見陷阱防範：

• 「操作面積」係指器具裝設處所供人員操作整備之室內淨空間，不可與器具展開後的「下降空間」或「著地空間」混淆。
• 開口部下端若距樓地板面高度超過 $80\text{ cm}$，必須加設踏階或階梯，此為實務檢修與考試極常出現的關鍵點，務必寫入裝設規定中。

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【答案】

依《各類場所消防安全設備設置標準》規定，避難器具之裝設規定，以及其開口部必要開口面積與必要操作面積說明如下：

一、避難器具之裝設規定

依《各類場所消防安全設備設置標準》第 162 條及第 163 條規定，避難器具之裝設應符合下列要求：

1. 裝設位置與避難動線：

• 應裝設於面臨道路、廣闊庭院、空地等便於避難逃生之處所。但裝設於具防火安全性能之走廊、陽臺或露臺等處所，且便於避難者，不在此限。
• 通往避難器具之走道、出入口及裝設器具之處所，應維持避難逃生所需之淨空間，平時保持暢通，不得堆置任何妨礙避難之障礙物。

2. 固定部與結構強度：

• 避難器具之固定部及支固器具，應具足夠之強度，並牢固固定於建築物主要構造體（如鋼筋混凝土梁、柱或具同等強度之結構）。

3. 器具收存與標示說明：

• 避難器具平時應妥善收存於不妨礙通行及美觀之箱內或防護罩內；但其構造暴露無損壞或阻礙之虞者，不在此限。
• 避難器具裝設處所，應設有明顯之標示設備，並附有清晰之使用方法說明（操作圖解及步驟）。
• 器具之操作及維護保養應安全且無障礙，並易於定期檢修檢查。

4. 開口部之附屬構造要求：

• 避難器具之開口部，應設在便於避難逃生之位置，其下方應保持下降避難所需之安全空間。

核心觀念

本題為典型之「設備設計」結合「檢修基準」之申論整合題，配分 25 分。考題橫跨兩大核心法規與技術核心（以命題當年民國 111 年法規為準）：

1. 天然氣檢知器安裝規定：依《各類場所消防安全設備設置標準》第 140 條。天然氣（LNG/公用天然氣）主要成分為甲烷（$\text{CH}_4$），比重約 $0.55 \sim 0.60$（對空氣比重未滿 $1$），漏氣時向上飄散聚集於天花板。因此檢知器之位置規範重點在於「水平涵蓋距離」、「距離天花板之垂直深度」以及「天花板橫梁之氣流阻隔」。
2. 綜合檢查－檢知區域警報裝置：依內政部消防署頒布之《消防安全設備檢修基準》第十一章「瓦斯漏氣火警自動警報設備」之「三、綜合檢查」。檢修作業須落實「檢查方法（工具與施測手續）」、「判定方法（合格量化與質化門檻）」及「注意事項（現場工安防護與復歸）」。

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解題方法

本題解題切入點分為兩大部分，答題時採標題階層化、要點法條化作答：

1. 第一子題（安裝規定）：以氣體物理性質（比重 $< 1$）破題，分點列出水平位置、垂直高度、遇梁阻隔之處置，以及不得設置之禁忌處所，展現完整規範輪廓。
2. 第二子題（綜合檢查）：嚴格依照《消防安全設備檢修基準》法定架構，將「檢查方法」、「判定方法」、「注意事項」獨立立項作答。重點在於明確寫出試驗瓦斯之注入、噪音計量測距離（$1\text{ m}$）、音壓標準（$70\text{ dB}$ 以上）及防止誤報驚慌之工安程序。

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評分要點與配分剖析（申論題專用）

本題為高考三級申論題，閱卷評分重點如下：

• 子題一：天然氣檢知器安裝規定（約 12 分）
• 水平距離（$8\text{ m}$ 以內、排氣筒 $8\text{ m}$ 以內）：4 分。
• 垂直高度（天花板面下方 $30\text{ cm}$ 範圍內）：3 分。
• 突出深達 $60\text{ cm}$ 以上之梁防阻處理：3 分。
• 不得安裝之場所（氣流過暢、油煙、溫差等）：2 分。
• 子題二：檢知區域警報裝置綜合檢查（約 13 分）
• 檢查方法（注入試驗氣體、噪音計測量、停止後再鳴動測試）：4 分。
• 判定方法（確實鳴動無雜音、距中心 $1\text{ m}$ 處音壓達 $70\text{ dB}$ 以上、再鳴動功能健全）：5 分。
• 注意事項（預先通報防恐慌、安全氣體防爆、遮斷閥連動隔離、氣體排空復歸）：4 分。

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解題技巧與常見陷阱

1. 氣體比重切勿混淆：

• 天然氣（比重 $< 1$）：設於天花板下方 $30\text{ cm}$ 內，水平距離 $8\text{ m}$ 內。
• 液化石油氣（LPG，比重 $> 1$）：設於樓地板上方 $30\text{ cm}$ 內，水平距離 $4\text{ m}$ 內。若將天然氣寫成 $4\text{ m}$ 或地板上方，整題失分。

2. 梁深數字記憶竅門：

• 天花板突出深達 $60\text{ cm}$ 以上之梁，瓦斯會被阻隔，故檢知器必須設在「靠近燃氣設備之一側」。

3. 音壓標準之精確度：

• 受信總機主音響裝置通常為 $90\text{ dB}$，但設於現場之「檢知區域警報裝置」標準為距其中心 $1\text{ m}$ 處達 $70\text{ dB}$ 以上，切勿混淆。

4. 法規修正提醒：

• 本題以命題當年（民國 111 年）法規為準；消防法規架構與檢修申報制度後續雖有行政命令整編，但檢知器核心幾何設置數值與檢修量測要求均維持一致。

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【答案】