外太空也能看見的中國霾害

本文由 建研所 委託，泛科學企劃執行。 

當你走進一棟建築，是否能感受到它對環境的友善？或許不是每個人都意識到，但現今建築不只提供我們居住和工作的空間，更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生，正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題，確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染，同時提升我們的生活品質。然而，要成為綠建築並非易事，每一棟建築都需要通過層層關卡，才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境，政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立，旨在透過標準化的建築評估系統，鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時，為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法，自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止，已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品，涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築，不僅提升建築物的整體性能，也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

說這麼多，你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程，要經歷哪些標準與挑戰？

綠建築標章	智慧建築標章	綠建材標章

第一招：依循 EEWH 標準，打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源，是綠建築（green building）的核心理念，但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單，而是涵蓋建築物的整個生命週期，也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內，都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準，讓我們先回到 1990 年，當時英國建築研究機構（BRE）首次發布有關「建築研究發展環境評估工具（Building Research Establishment Environmental Assessment Method，BREEAM®）」，是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後，於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」（Leadership in Energy and Environmental Design, LEED）這套評估系統，加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶，氣溫高，濕度也高，得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生，四個英文字母分別為 Ecology（生態）、Energy saving（節能）、Waste reduction（減廢）以及 Health（健康），分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級，設有九大評估指標。

我們就以「台江國家公園」為例，看它如何躍過一道道指標，成為「鑽石級」綠建築的國家公園！

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園，也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時，還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築，其外觀採白色系列，從高空俯瞰，就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落；從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊，生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構，設計自然護岸，保留基地既有的雜木林和灌木草原，並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物，採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙，不僅強化了環境的保護力，也提供多樣的生物棲息環境，使這裡成為動植物共生的美好棲地。

第二招：想成綠建築，必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築，使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中，對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出，一路到今日，國際間對此一概念的共識主要包括再使用（reuse）、再循環（recycle）、廢棄物減量（reduce）和低污染（low emission materials）等特性，從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時，使用自然材料與低 VOC（Volatile Organic Compounds，揮發性有機化合物）建材，亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後，內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度，以建材生命週期為主軸，提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說，為確保室內環境品質，建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件；為了防溫室效應的影響，須使用本土材料以節省資源和能源；使用高性能與再生建材，不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性，也強調材料本身的再利用性。

在台江國家公園內，綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念，更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設，並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料，為鳥類和小生物營造棲息空間，讓「蚵殼磚」不再只是建材，而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆，整體綠建材使用率為 52.8%。

在日常節能方面，台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如，引入樓板下的水面蒸散低溫外氣，屋頂下設置通風空氣層，高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出，廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地，創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企，如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流，不僅提升了隔熱效果，減少空調需求，讓建築如同「與海共舞」，在減廢與健康方面皆表現優異，展示出綠建築在地化的無限可能。

在綠建材的部分，另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程，其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材，比方提高高爐水泥（具高強度、耐久、緻密等特性，重點是發熱量低）的量，並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」，還用再生透水磚做人行道鋪面。

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區，首先，他們捨棄金屬建材，讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是，他們也將施工開挖的土方做回填，將有高地差的荒地恢復成平坦綠地，本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪，無痛轉綠。

等等，這樣看來建築夠不夠綠的命運，似乎在建材選擇跟設計環節就決定了，是這樣嗎？當然不是，建築是活的，需要持續管理–有智慧的管理。

第三招：智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率，除了從建築設計與建材的使用等角度介入，也須適度融入「智慧建築」（intelligent buildings）的概念，即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性，使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器，用於蒐集環境資料和使用行為，並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

為了推動建築與資通訊產業的整合，內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度，為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂，目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例，為了掌握建築物生命週期中的能耗，需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標，評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面，則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境，以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中，充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術，來達成兼顧環保和永續發展的理念，也是利用建築資訊模型（BIM）技術打造的指標性建築，受到國際矚目。

在興建階段，為了保留基地內 4 棵原有老樹，團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描，並將大小等比例匯入 BIM 模型中，讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離，確保施工過程不影響樹木健康。此外，在大樓啟用後，BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」，透過 3D 建築資訊模型，提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護，包括保養計畫、異常修繕及耗材管理，讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用，從建造設計擴展至施工和日常管理，使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management，簡稱 FM ) 為例，該系統可在雲端進行遠端控制，根據會議室的使用時段靈活調節空調風門，會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣，而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率，保持低頻運作，實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現，從源頭減少碳足跡；綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小，並保障居民的健康；智慧建築標章運用科技應用，實現能源的高效管理和室內環境的精準調控，增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用，讓建築不僅是滿足基本居住需求，更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

文／黃正中 研究員、丘政倫 博士｜國家太空中心

幾千年來，航海者觀察著星星來確定他們在海上的位置，這種「看到而知之」的概念，也被運用在人造衛星的「恆星追蹤儀」上，用來確認所在位置與控制人造衛星的姿態，因此也被稱為「人造衛星的眼睛」。

人造衛星的眼睛——恆星追蹤儀

恆星追蹤儀，又稱星象儀，是人造衛星的關鍵元件，工程師們利用恆星追蹤儀所記錄宇宙中的星光比對恆星（如下圖），參考地球自轉速率，以及人造衛星飛行的慣性，經過演算，可以判斷目前人造衛星飛行的位置和姿態。

在宇宙中任何兩顆明亮的星星，星星之間的角度、間隔都是獨特的，沒有一對間隔完全相同的明亮的恆星。恆星追蹤儀使用分離角度來識別相機所指向的恆星，利用這些信息，人造衛星可以演算出在太空中的相對位置。

但是，約莫二十年前的發射的福衛一號，其實並沒有裝上恆星追蹤儀喔！這沒有眼睛的人造衛星到底是怎麼一回事呢？

沒有眼睛的福爾摩沙衛星一號

國家太空中心所研製的福爾摩沙衛星一號，在研發階段時，恆星追蹤儀尚未成為標準元件，而是使用慣性導航系統（inertial navigation systems, INS），慣性導航系統所選擇的引導星取決於地球自轉的時間和目標的位置，利用加速計和陀螺儀測量物體的加速度和角速度，估算連續運動物體位置、姿態和速度。慣性導航系統的優勢在於給定了初始條件後，不需要外部參考外部資訊 (例如恆星資料庫)，就可確定當前位置、方向及速度，然而，隨著遙測衛星的照相的需求，對於地理位置判斷，姿態控制的精確度已經跟不上任務需求。

因此，後續發展的福爾摩沙二號衛星，便使用了「恆星追蹤儀」，以參考恆星資料庫與相對角度的方法，大幅提高了姿態控制的姿態控制精確度。當時的「恆星追蹤儀」是外購衛星元件，然而從福爾摩沙八號衛星開始，我國衛星採用自主研發成功的恆星追蹤儀，成為我國衛星姿態控制的標準配備。

恆星追蹤儀的結構

恆星追蹤儀是光學裝置，若使用光電池作為主要偵測器，準確度比較低；偵測器若使用照相機則靈敏度較高，可以獲得相對比較好的解析度；恆星追蹤儀主要的配置包括遮光罩、鏡頭、影像感測器（CCD 或 CMOS）、驅動控制器、處理器、軟體、電源供應以及介面。

目前天文學家已經精確測量了許多恆星位置，並記錄在恆星資料庫中，因此人造衛星可以用來比對恆星資料庫，經由偵測器獲取鏡頭視野中恆星分布的圖像，經由演算法可以測量人造衛星在參考座標中的所在位置，用以確定衛星飛行的方向或姿態。

恆星追蹤儀的發展

恆星追蹤儀經過廿年來的發展，市面上已經出現許多高靈敏度的恆星追蹤儀型號，具有過濾錯誤光源的功能，例如人造衛星表面反射的陽光或人造衛星推進器產生的廢氣羽流，以排除陽光反射或恆星追蹤儀窗口受到污染等干擾。除了各種誤差源，新型的恆星追蹤儀能修正包括球差、色差，以及低空間頻率、高空間頻率、時間等的各種誤差。

恆星追蹤儀的識別機制

一般恆星追蹤儀的識別算法，主要利用宇宙中共有約 57 個常用的明亮導航星星；但是，對於更複雜的任務，則需要更多數量的恆星數據庫以確定人造衛星的方向；通常高精度姿態需要數千顆恆星的目錄以確保全天各角落都有足夠星數落在視野內可供辨識，比對並過濾以去除有問題的光點，例如大尺度的星際變化，顏色指數不確定性，或在資料庫中的位置顯示不可靠的情況。這些類型的恆星目錄經演算法最佳化後，即儲存為衛星上的機載恆星資料庫。

恆星追蹤儀發展恆星識別算法，還要注意很多潛在的混淆源，例如行星，彗星，超新星等相鄰天體；除此之外，太空中鄰近的人造衛星，地球上大城市的燈源或光污染等光點，則需要擴散函數的雙峰特徵加以排除。

商用恆星追蹤儀

近年來商用恆星追蹤儀如雨後春筍，相繼出現在大型航太展；看到了立方衛星的商機，恆星追蹤儀也出現微小化，麻雀雖小卻五臟俱全，誤差精度已表現不俗，可以裝置在衛星上。

國家太空中心恆星追蹤儀研發

近幾年來國際上許多單位相繼投入恆星追蹤儀的研發，包括我國的國家太空中心將恆星追蹤儀列為前瞻關鍵研發項目，並已掌握跨領域整合之關鍵技術，取得不錯的研發成果，國產恆星追蹤儀將會應用在福爾摩沙八號衛星。

參考資料

1. 國家太空中心網站 
2. 恆星追蹤儀維基網站
3. NASA 網站

• 文/柯灃隆（畢業於國立新竹高中，現就讀成功大學心理學系，對自然科學和社會議題皆有興趣和接觸。）
• 責任編輯/蔣維倫

今年（2018）七月，美國總統川普簽署了「消防人員癌症登錄法案（The Firefighter Cancer Registry Act of 2018）」，該法案要求美國衛生及公共服務部（Department of health and human services）建立一個登錄系統，收集罹癌消防員的年齡、醫療資訊、生活習慣、出勤頻率等資訊，針對消防員癌症發生率進行研究。為什麼美國政府會開始關注這個議題呢？

消防員具有較高罹癌風險

根據美國疾病管制與預防中心（Centers for Disease Control and Prevention）在 2015 年發表的一項研究，消防人員罹患癌症的風險較一般大眾提高了 9%，因癌症而喪生的風險更是提高了 14% [1]。該研究包含了將近 30,000 名在 1950 年至 2009 年間於芝加哥、費城以及舊金山，實際參與第一線火場工作消防人員的資料。

研究發現提高的罹癌風險主要包括與消化道、呼吸系統和泌尿系統相關的癌症。儘管和此研究一樣指出消防員具有較高罹癌風險的研究不在少數，公衛學家仍然需要更多時間和證據來釐清這樣的趨勢是否代表了因果關係。

國際癌症研究機構（International Agency for Research on Cancer）是世界衛生組織轄下的癌症研究機構，自 1971 年開始評估各種潛在的致癌因子，根據當時可得的證據將這些因子劃分為確定致癌、極有可能致癌（probably）、可能致癌（possibly）以及大概不致癌（probably not）等分類，並且不斷地更新。劃分的依據以流行病學方法為主，同時也參考動物實驗或與致癌機制有關的資料。在 2010 年出版的專書中，IARC 的工作小組將消防工作歸類為可能致癌（possibly），代表支持其致癌的證據有限 [2]。

但專書中也提到，消防員在工作的過程中確實會接觸到致癌物質，其來源正是燃燒產生的煙霧。

消防員工作現場的致癌物是哪來的？

我們知道在理想的燃燒之下，不論燃燒的材料是由碳、氫、氧、氮、硫或其他元素所組成，最終的產物都是這些元素的氧化物，其中又以二氧化碳和水為大宗，對人體來說相對無害。但實際上，理想的燃燒只能在仔細控制的實驗中被慢慢逼近，唯有當氧氣和易燃物的比例以及燃燒的溫度都恰到好處時才有可能發生。

火場中（以及瓦斯爐上、金爐裡這些日常生活中可見的燃燒）的不完全燃燒，將會導致許多燃燒副產物的生成，這當中也包含了一些致癌物質。另一方面，火場中的高溫會使有機物質發生裂解，燃燒的過程也會將原本封存在固體中的有毒物質以蒸汽或微粒的方式釋出。在火場煙霧中曾經被偵測出的致癌物包括砷、石綿、苯、鎘與甲醛等 [2]。

燃燒過程中還會產生另一個不容忽視的副產物──懸浮微粒。顆粒比較大的懸浮微粒可以被呼吸道的黏液和纖毛排除，然而顆粒較小的 PM₁₀ 與 PM_2.5 可以穿透這些屏障到達支氣管和肺泡，被認為和心血管疾病與肺癌等疾病有關。更細小的微粒更是會穿過肺泡而循環全身。此外，這些懸浮微粒有很大的表面積，因此能夠吸附其他物質，包括本文中提到火場中出現的致癌物質 [2]。吸附在懸浮微粒上的致癌物質不僅能夠隨著微粒被吸入體內，也可以附著在消防員身上的裝備，進而沾染到其他器材、車輛或消防隊的空間。值得留意的是，上述致癌物質與懸浮微粒的產生並不僅限於建築物火警中，開放空間中的車輛、垃圾堆或植被火警都具有同樣的危險。

消防人員保護指南

簡而言之，消防人員面對的危害，和烤肉、火力發電與露天焚燒等十分相似，都是來自燃燒過程中生成的有害物質。對於消防人員的職業暴露，美國消防協會（NFPA）等組織提出了相對應的指引和建議，筆者在此將其整理、摘要如下，希望能提供第一線消防人員、政府官員、立法者與消防裝備製造商等作參考。

1. 不論是發生在建築物內的火警，或是發生在開放空間中的車輛、垃圾堆等火警，消防人員都應該穿著全套的消防衣並使用呼吸器，避免有害物質被吸入或與皮膚接觸。
2. 未直接參與火警搶救，卻仍然有機會接觸到有害物質的人員，也應該穿著防護裝備並使用呼吸器或防護級別夠高的口罩。這些人員可能包括殘火處理、通風排煙與火場調查等人員。
3. 任務結束的消防人員，若能在拔下呼吸器之前，先將全身裝備做簡單的清洗並脫除，將會大幅減少有害物質的暴露。由於火場中產生的許多有機性的有害物質不溶於水，因此清洗時須使用清潔劑。
4. 脫去裝備後，在現場就應該盡可能的清潔雙手與頭頸部。這可以透過水和清潔劑或是濕紙巾來達成。歸隊途中，應該把車輛的窗戶打開來通風。歸隊後應該盡快洗澡與更衣，以去除附著在身上的有害物質。
5. 從火場中攜出的裝備附著有微粒和有害物質，最好能夠在火災現場附近就用水和清潔劑清洗再歸隊。如無法達成，在歸隊途中也應盡量放在車廂以外的地方，或是以大塑膠袋密封起來，歸隊後再做清洗。
6. 消防衣、褲屬於多孔材質，容易將有害物質與微粒吸附在其中，最好在每趟火場任務結束後都經過清洗才繼續使用。因此也建議消防機關為每位消防員準備兩套消防衣、褲交替使用。
7. 柴油廢氣是已知的致癌物，故消防人員應盡量避免吸入消防車輛的廢氣。消防隊駐地中停放車輛的地方應保持良好通風，在災害現場也應隨手將門窗關閉，以免內部受到柴油廢氣以及火場煙霧的汙染。

由於消防人員在執勤與備勤時具有團體生活的特性，上述的措施只有在團體中的每一個人都確實執行時才能發揮最大的效果。這些措施固然有些窒礙難行之處，有些麻煩、有些花錢，卻是和每一位救火英雄的健康息息相關，在保護自己的同時，還能保護身邊弟兄以及家人的健康。筆者建議不妨從更頻繁且確實的使用呼吸器開始，畢竟吸入煙霧是接觸有害物質最直接的方式。

期許本文能夠喚醒第一線執勤人員對於相關議題的重視與實際行動，也希望主管機關能夠透過相關器材的採購、教育訓練的實施等方式來進一步提高對消防人員健康的保障。

參考資料：

1. Daniels, R. (2018, May 10). Firefighter Cancer Rates: The Facts from NIOSH Research | | Blogs | CDC.
2. IARC (2010). Painting, Firefighting, and Shiftwork. IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, 98:9-764
3. WSCFF (2016). Healthy In, Healthy Out: Best Practices for Reducing Firefighter Risk of Exposures to Carcinogens. 

編按後記：

以下為消防員工作權益促進會理事所提供的經驗談：

• 本身是消防的外勤隊員，年資 8 年。個人防護這點確實是越早年越不重視，甚至時至今日，同業還是有人會把不做好個人防護當作英勇象徵，把沾滿碳粒、異味的消防衣視為功勳；自己在現場皮膚直接接觸外部的部位常會全部起疹，徒手收拾裝備後雙手也常常會刺痛好幾天。
  後來漸漸接觸歐美國家相關資訊，才知道在火場外圍作業也應該要戴過濾式防毒面具、收拾裝備要戴防水手套，所有離開火場染物的裝備都要視同化學汙染物清洗才能重新上架使用。
  但之前工作中已經接觸不少，健檢也出現輕度肺纖維化的情況。醫師看了 X光片還問我是不是抽菸抽很兇呢。不，醫生我從來不抽菸阿 QQ