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小鎮村的工廠爆炸啦,搶救毒化災的「化學特攻隊」,出動!

行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
・2018/10/17 ・3852字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 545 ・八年級

本文由行政院環境保護署毒物及化學物質局委託,泛科學企劃執行

  • 文/趙軒翎

夜半,小鎮村很寧靜,村民們沉浸在香甜的夢鄉中。然而,城郊一處鐵皮工廠內,有一股邪惡力量準備伺機突擊,一瞬間火苗燃起,開始放肆地吞噬工廠裡的一切……包括大大小小的化學物品存放桶!

火因接觸到工廠內存放的物料而燃燒得更旺盛,一發不可收拾,沒多久一聲轟天巨響打破了小鎮村寧靜的夜晚……

第一時間,村民應當如何是好?

在緊急應變的第一時間,身為小鎮村沒有超能力的村民,你首先要做的是打 119 即時通報,遵照警察或消防人員指示保護好自己與家人。

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若你剛好位處災區鄰近的地區,千萬不要去事故現場探頭探腦、逗留、湊熱鬧,不要覺得空氣中聞起來沒有什麼不舒服的氣味,就覺得應該沒什麼有害物質飄散很安全。在現場多停留一刻,接觸到有害物質的風險就多一分。如果你家就在附近,在沒有發布疏散警報前,你可以先關閉家中的門窗、關閉空調(或切成內循環),注意裸露的食物是否有被污染,儘量保護好自己。

出動!搶救毒化災的特攻隊

119 通知完畢,接下來會發生什麼事呢?當 119 勤務中心接到火災通報時,待命的消防人員緊急出動。不過如果工廠內擺放了各種不同的化學物質,那就不是一般普通火警,由於這些化學物質在災害發生時,有可能因此發生毒氣外洩、爆炸等等緊急事件。如果在不了解工廠內擁有的化學物質種類、特性,都有可能因為錯誤的救災而導致更大的危險發生。

因此如果災害現場有化學物質存放,不只通報消防人員出動救災,也會通報環保署的「環境事故專業諮詢中心」,以及「環境事故專業技術小組」。

專業處理毒化災的「化學特攻隊」出動!

毒災防救體系與通報方式。圖/毒災防救管理資訊系統

諮詢中心是由工研院帶領的各領域專家組成,主要負責彙整、研析災情資料,是個陣容堅強的智囊團;而專業技術小組是親上火線,到災難現場了解災況、擬定救災方案,以及協助當地環保局、發生事故的廠商做後續處理。這樣的專業技術小組全臺灣有7隊,分布在不同的區域,以利隨時支援各地的救災。

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不管是諮詢中心和技術小組都是 24 小時全年無休輪班工作,無時無刻至少都得有 3 個人值班隨時待命。遇到需要技術小組出勤到災害現場救災的時刻,不僅是值班的 3 名技術人員要出動。為了不讓技術小組辦公室「唱空城」,以防一個災害還沒處理完,下個災難又需要技術小組出動,還得同時將休假中的人員請回來。為了守護你我的安全,這些技術人員可能得隨時在半夜從被窩中被挖起來工作,真的是非常辛苦啊!

萬一有事故發生,附近的「環境事故專業技術小組」就需要到場評估救災方式。圖/Free-Photos@pixabay

那這些「化學特攻隊」到了災害現場的角色是什麼呢?

首先,他們得確認事故現場中化學物質的種類、特性、數量和存放的位置,以及目前火災燃燒位置、起火燃燒物性質與受波及範圍,才能比較準確的評估火災的情勢和判斷較合適的救災方式。工廠的化學物資料,通常可以從事前防災建置的資料庫中,調出工廠的配置圖和毒化物登記的相關資料。這些資訊可以幫助技術小組和消防人員,了解正冒著熊熊大火的工廠中,藏有什麼樣的「不定時炸彈」需要特別小心。不過,也常發生工廠為了貪圖方便,沒有確實申報工廠中的化學物質,在災難發生時,就有可能造成救災人員誤判狀況,影響人身安全。

起風啦!「技術小組」隨時監測環境情況

在這樣的災害現場,「快」就不是第一要件了,更多時候處理「對」更為重要。諮詢中心、技術小組藉由收集與研析的資訊,判斷火災對於場內化學物質的影響,並與消防人員討論最安全的救災方式,避免化學物質外洩、預防更大規模的毒化災害發生。

在整個救災過程,技術小組很重要的一個工作是環境檢測,不斷監測受化學災害影響的範圍。技術小組也得隨時「跟風」,測量現場的風速和風向,並提供數據給救災相關單位。在化學災害的現場,有時會發生有毒氣體外洩的狀況,為了避免民眾不知情誤入事故現場或是長時間處於下風處接觸有害物質,影響健康,都需要技術小組和救災相關單位共同研擬應變措施。

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如果要疏散,會如何決定呢?

化學物質外洩狀況嚴重時,會由環保署的「環境事故專業技術小組」與「環境事故專業諮詢監控中心」研判與建議,並由現場指揮宣布緊急疏散,以確保周遭的民眾不會暴露在有害環境當中。

毒性化學物質災害疏散避難計畫作業流程圖。(點圖放大)圖/泛科學重繪,資料來源:行政院環境保護署「毒性化學物質災害防救業務計畫

而是如何決定什麼情況要疏散,以及要疏散哪個範圍內的民眾?

臺灣目前的毒化物疏散避難危害條件的判斷,是根據美國能源部後果評估與保護行動小組委員會 (Subcommittee on Consequence Assessment and Protective Actions, SCAPA) 制定的 PACs(Protective Action Criteria for Chemicals, 化學品保護行動準則)。由於現有每個指標所涵蓋的化學物質種類不同,PACs 這套準則參考了各個不同來源的指標,等於涵蓋了盡可能多種的化學物質種類。PACs 首要參考由美國諮詢委員會 (National Advisory Committee)所制定的 AEGL(Acute Exposure Guideline Levels, 急性暴露指標),其次依序為 ERPG (Emergency Response Planning Guidelines, 緊急應變規劃指引)以及 TEELs(Temporary Emergency Exposure Limits, 順時緊急暴露指標)。(詳見附表)

PACs 主要參採前面幾項指標,和其他重要的參考指標一樣,是針對毒性物質的允許暴露程度分成三個等級。這三個等級是看人暴露在有毒氣體環境一小時,對身體影響的嚴重程度去區分。以下以 PACs 的首要參考指標 60 分鐘 AEGL 舉例說明分級影響嚴重程度差別:

  • AEGL-1:物質於空氣中超出此濃度,預期一般民眾(含敏感體質者)會明顯到不適、刺激性或輕微無症狀、感覺。但其效應非持續性,經停止暴露後具有短暫與可逆性。
  • AEGL-2:物質於空氣中超出此濃度,預期一般民眾(含敏感體質者)會受到不可逆或其他嚴重的長期不良於健康之危害效應,或是影響其逃生能力。
  • AEGL-3:物質於空氣中超出此濃度,預期一般民眾(含敏感體質者)會受到危害生命健康或死亡之危害效應。

而疏散的原則也跟上面的 PACs 很有關係。如果技術小組偵測評估毒性物質濃度數值超過 PAC-3,就得發布疏散警報,並強制疏散。如果濃度在 PAC-2 的程度,雖不會強制疏散,但依舊會發布疏散警報、劃定警戒管制區。若濃度未達 PAC-2,主要是劃定警戒管制區,希望大家就地避難,待在家裡緊閉門窗,不要跑到管制區去看熱鬧,不僅讓自己暴露在危險中,也影響消防人員救災。

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那如果今天毒性化學物質的濃度已經達 PAC-3,強制疏散的程度,疏散的範圍要多大呢?

管制區或是疏散範圍的劃定主要分兩部分。首先是以事故發生點為圓心,PAC-3 的影響為半徑範圍的圓形區域為「初期隔離區域」,也就是強制疏散的範圍。另外一個部分則為「防護行動區域」(管制區),由事故發生點往下風處延伸距離 PAC-2 影響的範圍,而側風處則為 PAC-2 影響距離的 1/2。舉凡在這個範圍內的民眾,都得配合進行居家避難,或是疏散驅離,在事故解決之前,這個範圍是不允許進入的。

而如果不具 PACs 參考指標數值的化學物質,則會依緊急應變指南的指示建議同樣劃定初期隔離區域與防護行動區域與前述相同進行管制。

防護行動區域(管制區)範圍示意圖。(點圖放大)圖/行政院環境保護署「毒性化學物質災害防救業務計畫

真的遇到了化學災害:「衝、脫、泡、蓋、送」

如果真的沒辦法遇上了化學災害,可以記得和燙傷急救有點像又有點不像的口訣──「衝、脫、泡、蓋、送」。

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「衝」是盡快往上風處逃離現場,以濕布遮住口鼻,並盡量以手邊的雨衣、外套、雨傘等衣物遮蔽身體,避免暴露在更多毒性化學物質中。「脫」是抵達安全區域後,脫去接觸到毒性化學物質的衣物,並以塑膠袋密封。「泡」則是在你懷疑皮膚沾染到毒性化學物質時,可以用稀釋10倍的漂白水浸泡皮膚10分鐘(一定要記得稀釋!),或是可以用活性炭粉、蘇打水、鹼性肥皂清洗,可以降低皮膚將這些毒性化學物質吸收的速度。最後,「蓋」上乾淨衣物,立即「送」醫。

小鎮村郊外化學工廠的火勢終於撲滅,這其中包含了消防人員、環境事故諮詢中心、技術小組以及許多相關單位的努力,才能平安順利完成救災。

一天又平安的過去了,感謝「化學特攻隊」的努力。

參考資料:

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  1. 第十六章 搶救化學工廠火災安全指導原則〉,《消防人員救災安全手冊》。
  2. 毒性化學物質災害疏散避難作業原則
  3. 毒災體系與通報
  4. 簡易毒災應變
  5. 行政院環境保護署「毒性化學物質災害防救業務計畫

附表:PACs(Protective Action Criteria for Chemicals, 化學品保護行動準則)

(點圖放大)

本文由行政院環境保護署毒物及化學物質局委託,泛科學企劃執行

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行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
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行政院環境保護署毒物及化學物質局,落實毒物及化學物質之源頭管理及勾稽查核,從源頭預防管控食安風險,追蹤有害化學物質,維護國民健康。 網站:https://www.tcsb.gov.tw/

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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