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建構高科技廠房等大型建築物無線電救災通訊整合模式

Integration Model of Emergency Radio Communication Systems for Large- Scale Buildings and High-Tech Industrial Plants
▎壹、前言

無線電是救災通訊最重要的設備之一,而面對高科技廠房等大型建築物因建築隔間等造成屏蔽效應 (Shielding Effect))與設備眾多訊號干擾,產生通訊障礙。

由於高科技廠房等大型空間廠房為強化內部聯絡通訊,室內設置無線電細胞天線供場所內部人員進行工作通訊,且無通訊之障礙。而該場所依規定無須設置消防專用的「無線電洩波同軸電纜」,因此消防單位對於此類場所內部因屏蔽效應,無法使用VHF 無線電手提臺收發救災訊號,進行救災通訊作業。

本文測試驗證於高雄市楠梓區高科技廠房進行實際現場通訊測試,採用可移動攜行的「無線電通訊整合平臺」設備,將廠區工作使用的UHF 無線電系統,及消防單位使用的VHF 無線電系統,進行不同無線電系統與頻道訊號整合後,使救災人員於建築物內部持有通訊無障礙的廠方UHF 無線電手提臺,亦可接收到消防單位VHF 無線電發出之訊號。建築物外部則使用廠方或消防單位無線電手提臺均可同步接收發訊號,讓救災戰術訊息傳遞不中斷,無須於救災指揮站另設專人轉傳無線電訊息,及外部所有救災人員無須更換頻道或器材,增加操作負擔與轉傳訊息錯誤,本次為全臺首次採用救災通訊模式架構,有效解決此類場所通訊障礙瓶頸問題,建立完整的「跨系統互連與通訊整合作業機制」,讓通訊無死角,增進災害搶救效能。

本文測試驗證測試同時亦發現建築物外部使用消防單位無線電直通頻道,於此大型建築物正面以外的側邊與後側(第2 至第4 面)進行接收發訊號測試,亦有接收發訊號不良或無訊號情形,恐讓救災戰術訊息傳遞中斷或延遲,故同步採用設置天線基地臺之通訊增益措施,進行直通頻道手提臺發送訊號測試,強化建築物外部訊號深遠度,有效解決此類高大建築物接收發訊號不良問題,優化通訊韌性提升救災效能,讓救災通訊不中斷。

本文提出高科技廠房等大型建築物一些無線電通訊設備架構與設施,期能做為日後消防救災時無線電通訊設備配置上之重要參考,以提升救災通訊安全之永續價值。

▎貳、實施策略及方法

一、實施場所建築概要

(一)基地位置:高雄楠梓產業園區(中油高雄煉油廠舊址)
(二)地址:高雄市楠梓區園區北路1 號
(三)建築型式:地上4 層, 地下2 層
(四)建築構造:RC、SC、SRC 造
(五)總樓地板面積:24.8 萬平方公尺

二、建築物內部測試方法研析

(一)高科技廠房等大型建築物無法使用消防無線電手提臺設備,因廠房內屏蔽效應,研議使用機動中轉臺等強波設備入廠區建築物內使用,因隔間設備問題,仍有通訊死角問題。

(二)目前高科技廠房等大型建築物,救災運行模式,由救災人員至廠區中控室或安全管制站更換廠方KENWOOD NX-5200 無線電手提臺5~15 支,惟仍不足火災現場30 人以上甚至達百位以上救災人力使用。

(三)使用高雄市政府消防局災害搶救科購置的ACU-M 無線電通訊整合平臺(圖1),架設於現場救災指揮站,將VHF(消防單位)與UHF(廠區)手持無線電,透過通訊介面接入ACU-M 設備,使語音訊號相互傳遞通聯,進行通訊測試。

(四)ACU-M 無線電通訊整合平臺,內置蓄電池設備,並可連接緊急電源(如發電機)。

三、建築物外部測試方法研析

(一)高科技廠房等大型建築物型態為建築物高,量體大,深度長,使用消防無線電手提臺設備(5W)直通頻道訊號無法傳遞至建築物外部較遠處(如建築物外側南邊送至北邊),訊號傳遞建築物四周有收訊不良情形,造成救災人員戰術訊息有中斷及不清楚情形。

(二)現行高科技廠房等大型建築物,救災運行模式,於救災指揮站指揮官須派專人至消防車上使用車機無線電麥克風,專責收發訊號,但仍有通訊不佳情形。

(三)使用高雄市政府消防局配置於特搜搜救大隊之中繼臺天線組1 組(高度達3 公尺高),強化延伸立體放大直通頻道訊號,將天線組饋線接頭,連接消防無線電手提臺天線插孔,進行接收發送訊號,排除建築物外部直通頻道通訊障礙問題。

四、測試時間:114 年12 月2 日下午2:00 ∼5:00 分。

五、測試地點: 楠梓高科技園區(Fab 棟)

六、測試單位人員:

(一)高雄市政府消防局所屬單位:災害搶救科、救災救護指揮中心、特搜大隊、特搜大隊第一分隊、第四救災救護大隊、後勁分隊、楠梓及右昌分隊等32人。
(二)楠梓高科技園區人員4 人。
(三)高雄市通訊設備廠商:1 人[1]。

七、實施測試設備:
(一)ACU-M 無線電通訊整合平臺1 組(含電源供應器)(圖1) [2]
( 二)KENWOOD NX-5200 無線電手提臺(UHF 系統)10 ∼ 15 支(圖2)
(三)Motorola P8668i 無線電手提臺(VHF系統)15 ∼ 25 支(圖3)
(四)廠房內已建置完整覆蓋之無線電細胞天線系統(圖4) [3]

(五)無線電手提臺12 連充組(圖5)
(六)中繼臺天線組1 組(含天線、延伸桿及饋線組)(圖6)

(七)機動中轉設備1 臺(圖7)

八、無線電機動中轉設備測試:

建築物內部使用「機動中轉臺」通訊效果較僅使用無線電手提臺通訊效果更佳,惟僅可解決部分區域直通訊號,無法適用建築量體大的高科技廠房,全廠通訊仍有障礙,但可連接此設備,將現場直通頻道藉由此設備SIM 卡回傳指揮中心進行同步錄音。

▎參、測試驗證過程

一、現況:消防單位無線電於高科技廠房(Fab棟)內無法全區有效通訊,通訊有障礙。
二、現行救災機制:救災人員若進廠救災需由高科技廠區提供10 - 15 支UHF 無線電供現場救災人員使用,數量需求恐不足,建築物外圍人車無法收發內部訊息。
三、建構新無線電通訊模式架構如下(圖8):
四、建築物內部測試驗證分2 組(圖9)
(一)對照組(僅消防局無線電)測試建築物內部位置:L20 HPM(公共危險物品區)。
(二)實驗組(經無線電通訊整合器)測試建築物內部位置:L20 HPM(公共危險物品區)、LB2 與L40(最遠)。






五、建築物內部測試位置及結果:
測試位置建築物內部最高及最遠處訊號良好,通訊無障礙。(圖16)

六、建築物外部測試驗證分2 組使用消防隊手提臺
( 一) 測試設備: 消防單位MotorolaP8668i 無線電手提臺(VHF)( 圖17)、中繼臺天線組1 組(含天線、延伸桿及饋線組)(圖18)。


(二)對照組(僅消防局無線電、使用直通頻道18)測試建築物外部位置:西側中段、北側中段、東側北段。
(三)實驗組(經無線電通訊整合器)測試建築物外部位置:西側中段、北側中段、東側北段。
七、建築物外部測試位置及結果:建築物外部四周訊號良好,通訊無障礙。(圖19)

▎肆、應用成果與效益

一、提升跨系統(VHF 與UHF)救災能力,特殊廠房救災支援時,可橋接兩系統頻道,救援單位抵達現場後便可立即通聯,大幅縮短通訊建置時間,使通訊不中斷降低救災風險。
二、大型火災與重大災害的通訊整合,多組現場攻擊團隊、警戒團隊、後勤補給及民間救難(義消)等外部單位可分別使用不同系統,並可即時橋接配對組合,大幅提升通訊協調能力,並於多機關共同作業時,不再因頻道不一致而造成斷訊,影響救災效能。
三、ACU-M 通訊自動整合後,指揮官可同時掌握所有單位語音訊息,並監聽多來源通訊,提高情境掌握度。
四、彌補 VHF 與UHF 系統通訊盲區,保持指揮鏈不中斷。
五、降低裝備複雜度與操作負擔。
六、救災人員無需攜帶多臺無線電。
七、現場通訊由ACU-M 集中整合,減少人為錯誤。

▎伍、建議未來再優化測試驗證事項

在大型災害、跨縣市支援或與其他單位(如大型科技廠房、中央毒化災單位、科學園區管理局、環境部、民間救難)協同作業時 ,通訊協調常因系統格式不一而受限。再導入 ACU-M 無線電通訊整合平臺,建置於行動指揮所、救災主力車輛或可攜式裝備中,藉由整合VHF 與跨單位系統通訊整合通聯,達成「異質通訊互通」、「跨區支援快速接軌」與「指揮救災資訊一致性」之目標,甚至發生救災人員呼救「Mayday」時無線電運作模式。

一、Mayday 模式(2 支廠方2 支消防):
ACU-M 無線電通訊整合平臺1 組連接4埠,1 臺消防無線電手提臺(例:直通頻道18)與1 臺廠方無線電手提臺(例:頻道9)透過音源介面接入ACU-M 整合器自動進行橋接與轉換,連接訊號為第1群組;另1 臺消防無線電手提臺(例:直通頻道20) 與1 臺廠方無線電手提臺( 例: 頻道10) 透過音源介面接入ACU-M 整合器自動進行橋接與轉換,連
接訊號為第2 群組,必要時此4 臺頻道亦可整合為同一群組,進行救災聯繫通訊。

二、4 頻道模式(消防、警察、毒化災應變隊、廠方)測試:一臺ACU-M 通訊整合器
可將4 個頻道整合同一群組,或分為2個無線電作業群組,或訊號整合相連需要時再配對連接成通訊群組。

三、多頻道模式(消防、警察、毒化災應變隊、廠方、科學圓區管理局、中央單位、跨縣市消防單位、支援之義消⋯⋯)測試:2 臺以上ACU-M 通訊整合器,全部連接訊號整合,視狀況配對作業單位連接為多方通訊群組。

四、消防指揮所指揮官可聽取所有單位通訊群組,並同步下達指令。

五、通訊錄音模式測試:現行設備無法對救災現場之直通指揮頻道進行語音錄製,造成通訊內容無法留存與事後調閱之不足,LTE 行動通訊裝備(機動中轉設備)可經由ACU-M 整合,將語音訊號同步現場錄音,並將語音訊號回傳至消防局救災救護指揮中心,並同步錄音。搭配錄音與通訊紀錄,事後可提供訓練與檢討。

六、大型操演或多機關聯合任務通聯效率不足,難以快速建立統一的協同頻道。因此透過 ACU-M 平臺,達成「共通頻道」目的,使救災演練流程順暢,提升現場救災通訊穩定度。

▎陸、結語

本文測試驗證解決因現場建築物內部屏蔽效應,致消防單位救災時於建築物外圍眾多救災人員無線電通訊障礙問題,且同時解決高科技廠區等大型建築物外部消防單位無線電直通頻道接收發訊號不良或無訊號情形,並可即時選擇是否傳回救災救護指揮中心同步錄音,達成跨系統互連與通訊整合作業機制,優化通訊韌性提升救災效能,讓救災通訊不中斷,此通訊架構期能做為日後消防救災無線電通訊設備配置上之參考,提升救災通訊安全之永續價值。

ACU-M 無線電通訊整合平臺可有效解決跨系統通訊隔閡,使消防救災、跨區支援與大型聯合操演的通訊協調更為順暢。透過整合VHF、UHF 與LTE 系統,不僅提升救災前線作業效率,也強化指揮體系的通訊安全性。此無線電救災通訊整合模式已成為提升重大災害應變能力的重要基礎架構之一。