火災調查鑑識科技化與數位化之發展
Development of Technological and Digitalized Fire Investigation and Forensic Science
2026-05-01
前言
本文探討新興能源發展下火災型態轉變對火災原因調查之影響，並分析導入先進鑑定技術以提升鑑定效能之應用。隨著太陽光電、鋰離子電池及儲能系統之普及，相關火災案件呈現增加趨勢，其燃燒特性複雜，對傳統火災調查方法構成挑戰。本文以光達（LiDAR）、氣相層析質譜儀（GC/MS）、精密數位顯微鏡、金相顯微分析及工業級3D 電腦斷層掃描（CT）等技術為核心，說明其於火場重建、火災殘跡分析及電氣證物鑑定之應用，並顯示可有效提升鑑定結果之客觀性與證據力。此外，內政部消防署將持續導入新式設備，並建構標準化作業流程與鑑定資料庫，以進一步提升鑑定效率與一致性，因應新興能源火災之挑戰，並促進火災調查鑑定由經驗導向邁向科學證據導向之發展。
▎一、前言
近年來，隨著全球氣候變遷議題升溫，各國積極推動能源轉型與淨零排放政策，太陽光電、鋰離子電池及儲能系統等綠色能源設施迅速普及。然而，在能源結構轉型之同時，相關火災風險亦逐漸增加，其燃燒特性複雜且損害程度嚴重，對火災原因調查與鑑定工作帶來新的挑戰。
火災原因調查不僅攸關公共安全，亦為司法判斷與防災政策制定之重要依據。面對新興能源火災類型多元化與調查難度提升，傳統調查方法已難以全面因應，亟需導入科學化、數位化及精密化之鑑識技術，以提升鑑定之客觀性與證據力。
有鑑於此， 內政部消防署推動114 年至117 年「精進火災調查效能暨服務躍升中程計畫」，透過設備升級與技術精進，導入GC/MS、精密數位顯微設備、工業級CT 及LiDAR 等先進技術，逐步建構現代化火災調查鑑定體系。
本文旨在探討新式鑑定儀器導入後，如何因應新興能源火災之鑑定挑戰，並分析其對提升火災調查效能與鑑定品質之效益，期能促進我國火災鑑定由經驗導向邁向科學證據導向之轉型。
▎二、LiDAR 火場重建3D 數位化利器
（一）LiDAR 原理技術
LiDAR（Light Detection and Ranging，光學雷達或光達）三維掃描技術，係以雷射光為探測媒介之高精度數位測繪方法，其運作機制主要基於飛行時間（Time of Flight, ToF）測量與點雲（Point Cloud）資料建構（如圖1），其原理如下：
1.主動式探測（Active Sensing）：
透過高速發射雷射脈衝並接收反射訊號，計算掃描儀與目標物之距離，取得空間中各測點之三維座標（x, y, z）。
2.高精度空間測量（SpatialMeasurement）：
可於遠距離進行量測，並依雷射往返時間計算距離，測量精度可達毫米等級，顯著提升現場量測之準確性與效率。
3.點雲資料建構（Point Cloud Generation）：
結合全球定位系統（GPS）、慣性測量單元（IMU）及掃描角度資訊，建立高密度三維點雲模型，誤差可控制於約0.1 英吋以內。
4.色彩映射（Color Mapping）：
同步取得高解析影像並套疊於點雲資料，生成貼近實景之三維虛擬模型，有利於後續分析與展示。
(二) 在火災調查鑑識中的應用（如圖2）
1.火場數位保存（Virtual Preservation）：
可於短時間內取得完整火場空間資訊，將現場原始狀態以三維數位形式保存，避免證據因清理或環境變化而流失，並支援後續鑑定與重建分析。
2.遠距離安全掃描：
對於結構不穩或具毒性危害之火場，可於安全區域進行掃描，降低人員暴露風險並提升作業安全性。
3.幾何量測與火勢分析：
利用點雲資料進行距離、面積與體積量測，可估算燃燒範圍與受損區域。
▎三、火場殘跡高階解析利器GC/MS
火災殘跡鑑定中， 是否檢出促燃劑（accelerants）常為研判縱火案件之關鍵證據。然而，火災現場之促燃劑於高溫燃燒及消防搶救射水作用下，往往殘留量極低，甚至完全揮發或分解；同時，火場中裝潢材料（如塑膠、地毯等）燃燒所產生之熱裂解產物，亦會對鑑定結果造成顯著干擾。因此，火場殘跡之分析須依循國際標準方法進行前處理與儀器分析，方能確保鑑定結果之準確性與證據力。
實務上， 火災殘跡鑑定通常依 ASTM E1412 進行樣品前處理， 再依 ASTME1618 利用氣相層析質譜儀（Gas Chromatography/Mass Spectrometry,GC/MS）進行分析，並建構專屬之可燃性液體資料庫以供比對。內政部消防署火災證物鑑定實驗室亦透過升級新世代GC/MS 設備，突破傳統鑑定瓶頸，提升微量跡證之檢出能力與分析精度。
（一）依ASTM E1412 進行火證物前處理
ASTM E1412 靜態式頂空濃縮分析法（Standard Practice for Separati on of I gni table Liquid Residues from Fire Debris Samples by Passive Headspace Concentration with Activated Charcoal） 係國際通行之火災殘跡前處理標準方法，其核心技術為「被動式頂空濃縮（Passive Headspace Concentration）」。
其操作方式為將活性碳片（Activated Charcoal Strip） 懸置於盛裝火場殘跡證物之密封容器中，並放置於烘箱加熱，使殘跡中之可燃性液體殘留物揮發至頂空空間，藉由活性碳之吸附作用將其濃縮。待加熱時間完成後再取出活性碳片並以溶劑進行脫附，所得萃取液即可供GC/MS分析。（如圖3）
本方法具備以下優點：
1.非破壞性前處理，有利於證物保存
2.可有效濃縮微量可燃性液體殘留物
3.為國內外火災鑑定實驗室普遍採用之標準方法
（二）ASTM E1618 儀器分析與圖譜判讀
ASTM E1618 以氣相層析質譜法分析從火災殘跡萃取可燃性液體殘留物的標準試驗方法
（Standard Test Method forIgnitable Liquid Residues in Extracts from Fire Debris Samples by Gas Chromatography-Mass Spectrometry），係針對火場殘跡萃取液之GC/MS 分析標準方法，主要透過氣相層析分離與質譜鑑定之結合，以辯識可燃性液體殘留物之組成特徵。
其關鍵分析技術如下：
1.總離子層析圖（Total Ion Chromatogram, TIC）：
用以觀察樣品整體波峰分布型態，初步判斷促燃劑之類型（如輕質、中質或重質石油產品）。( 如圖4)
2.萃取離子層析圖（Extracted Ion Profile, EIP）：
針對特定化合物類別（如烷類、芳香烴）之特徵質量數（m/z）進行篩選分析，可有效排除火場常見之背景干擾（如塑膠熱裂解產物），提升目標促燃劑鑑定之準確性。( 如圖4)
（三）建構可燃性液體專屬鑑定資料庫
為提升鑑定準確度， 建立可燃性液體之參考資料庫（Reference Library）為重要關鍵，其內容包括：
1.參考物質資料庫建立：
蒐集市售常見促燃劑（如汽油、柴油、煤油、去漬油等），建立標準圖譜資料庫作為比對基準。
2.燃燒與揮發模擬圖譜：
考量促燃劑於火場中會因燃燒及揮發產生組成變化，需建立不同揮發程度（如25%、50%、75%）之模擬圖譜，以貼近實際火場情境並提升判識準確性。( 如圖5)
（四）突破傳統鑑定瓶頸之新世代GC/MS
內政部消防署所導入之新型GC/MS 設備，於智能化、永續性及高靈敏度等方面具有顯著優勢：
1.智能化診斷與自動維護機制：
具備智能診斷（Smart Diagnostics）功能，可自動進行系統測漏與狀態監控，並透過進樣次數、運轉時數及電子流量控制等參數，主動預警耗材更換時機。此外，系統可利用氫氣進行離子源自動清潔，降低人工維護頻率。
2永續發展與載氣靈活應用：
因應全球氦氣資源短缺，新型設備具備節氣模組以降低氦氣消耗，並可切換使用氫氣作為載氣。透過改良之惰性化離子源（如HydroInert），可有效降低氫氣對質譜準確性之影響。
3.高靈敏度與分析效率：
採用高效率離子源（HighEfficiency Source, HES），可達飛克級（femtogram, fg） 之極低偵測極限，對於火場中微量可燃性液體殘留物之分析鑑定有極大之助益。
▎四、電氣證物鑑定新利器
（一）精密數位顯微鏡
內政部消防署新購置高解析三維精密數位顯微鏡系統，並整合元素分析功能，可提供電氣證物之高解析影像與多元量測能力，其主要功能如下：
1.高解析成像與自動對焦：
具備自動對焦功能及1,200 萬畫素解析影像，可清晰觀察導線熔珠（arcbead）、熔融形態與表面特徵，提升鑑定判讀之準確性。
2.超深景深（Depth Composition）：
可自動合成不同焦距影像，使整體影像維持清晰，特別適用於不平整之火場證物（如熔融金屬、碳化材料）分析。
3.三維立體量測（ 3D Measurement）：
可進行高度、體積、角度等幾何量測，並輔助判斷熔融流動方向與受熱行為。
4.影像拼接（Stitching）：
可將多張微觀影像自動拼接為整體視圖，用於導線整段損傷分析，有效降低人工作業時間並提升分析完整性。
5.元素分析與智慧判讀輔助：
可進行材料元素檢測（涵蓋多數金屬元素），並結合影像判讀功能，輔助快速判斷證物材質與表面異常狀態。( 如圖6)
6.快速材質辨識功能：
可快速辨識銅、鋁、錫及其合金等材料種類，並協助判斷是否存在異常化學殘留物。
（二）微觀分析金相顯微鏡
依NFPA 921 火災與爆炸調查指引(National Fire Prevention Association 921,
Guide for Fire and Explosion Investigations,2024)， 所述， 導線熔痕可區分為「通電痕」（arcmelting） 與「熱熔痕」（fire melting）。其中，通電痕僅代表導線曾存在電位差，其是否為起火原因，仍須結合火場燃燒狀況、現場勘察結果及關係人訪談等綜合研判。
金相顯微分析係透過材料取樣、樹脂鑲埋、逐級研磨（由粗至細）、精密拋光及化學腐蝕（顯影晶界）等程序，使金屬內部微觀組織顯現，再以光學顯微鏡觀察其晶粒形態（柱狀晶或等軸晶）、晶粒大小、凝固結構（如樹枝狀）及缺陷特徵（如氣孔、夾雜物）等，以判別其受熱歷史與熔融機制，進而鑑別通電痕與熱熔痕。(如圖7)
此外，倒立式自動定位金相顯微鏡具備下列優點：
1.適用鑲埋樣品觀測：鏡頭位於載物台下方，適合觀察經研磨拋光後之金相試樣。
2.自動定位與全區掃描：可進行高精度定位並完成大範圍影像拼接，呈現導線熔痕之完整截面。
3.提升效率與再現性：透過自動對焦與影像拼接，大幅降低人為操作誤差，並縮短鑑定時間。
（三）非破壞性檢測高階儀器– 工業級3D 電腦斷層掃描（CT）
隨著新興能源設備廣泛應用，鋰離子電池相關火災案件日益增加，送鑑證物中電池樣品比例亦顯著提升。為因應此類鑑定需求，內政部消防署導入工業級3D 電腦斷層掃描（Computed Tomography, CT） 系統， 作為電氣火災證物分析之重要工具。
CT 具備非破壞性檢測（Nondestructive Testing, NDT） 特性，無須切割或破壞證物即可取得其內部結構資訊，對於證據保存及後續再鑑定具有重要意義。此外，其三維重建能力可生成完整之立體模型，並支援任意切面觀察（橫向、縱向或任意角度），大幅提升分析靈活性。
在鋰離子電池鑑定應用上，CT 可有效觀察：（如圖8）
1.內部捲繞結構（jelly roll）之變形情形
2.內部短路位置（internal short circuit）
3.電極材料之熔毀與破裂
4.壓力釋放與破裂路徑
藉由上述資訊， 可進一步研判電池是否發生熱失控（thermal runaway）及其在火災中所扮演之角色，並作為判斷是否為起火源之重要依據。
▎五、結論
面對新興能源快速發展所帶動之火災型態轉變，火災原因調查工作已由傳統經驗判斷，逐步邁向科學化、數位化及精密化。內政部消防署火災證物鑑定實驗室透過導入光達（LiDAR）、新型氣相層析質譜儀（GC/MS）、精密數位顯微鏡、倒立式自動定位金相顯微鏡及工業級3D 電腦斷層掃描（CT）等先進技術之應用，顯示現代火災鑑定已可由火場三維重建、化學成分分析至材料微觀結構判讀，建立多層次整合之鑑識架構，有效提升鑑定結果之客觀性與證據力。
此外，內政部消防署持續導入新式鑑定設備，包括熱裂解GC/MS、顯微拉曼光譜儀及粉塵最小點火能測試儀等，進一步強化火災證物分析能力。未來應持續推動標準化作業流程、建構鑑定參考物質資料庫及導入人工智慧輔助技術，以提升鑑定效率與一致性，並促進我國火災調查鑑定由經驗導向邁向科學證據導向之發展。
