危害為本，安全為終：IEC 62368-1 中 HBSE 模型的哲學與實踐

在安全科學的演進中，標準的制定經歷了一次深刻的典範轉移，從傳統「基於規範」（Prescriptive-based）的被動符合，轉向了「基於危害」（Hazard-based）的主動預防，這場變革的核心，便是以 IEC 62368-1 為代表的基於危害的安全工程（HBSE, Hazard-Based Safety Engineering）方法論。

HBSE 不僅僅是一套新的測試條款，它是一種截然不同的工程思維模型，它迫使我們不再僅僅是「檢查」一個產品是否符合某條規則（例如，塑膠外殼必須是 V-0 等級），而是去「分析」為何需要這條規則（防止潛在引燃源點燃外殼並蔓延），並評估所採用的防護措施是否真正有效。

本文探討 HBSE 的核心哲學、關鍵模型、能量源分類邏輯，以及防護措施在實務中的應用與挑戰。

思維的躍遷：從「基於規範」到「基於危害」

傳統標準的局限性

傳統的產品安全標準（例如廣為人知的 IEC 60950-1 或 IEC 60065）是「基於規範」的，它們的結構是建立在數十年來從事故中學習的經驗之上——如果發生了某種傷害，就在標準中增加一條規則來防止它再次發生。

這種方法的優點是清晰明確、易於執行，但其根本缺陷在於：

1. 技術滯後性： 標準的修訂速度永遠跟不上技術創新的速度，當新技術（如 USB 供電、無線充電、新型顯示技術）出現時，往往沒有現成的條款可以完全對應。

2. 缺乏靈活性： 它告訴設計者「必須做什麼」（例如，「必須使用特定防火等級的材料」），但沒有解釋「為什麼」，也限制了使用替代設計或新材料達成同等安全水平的可能性。

3. 情境的缺失： 它假設所有產品在所有情境下的風險都相同，而忽略了能量傳遞機制和使用場景的差異。

HBSE 的核心精神

HBSE，以 IEC 62368-1 為載體，徹底改變了這個邏輯，它承認一個基本事實：傷害（Injury）是由能量（Energy）從能量源（Energy Source）轉移到人體（Body）造成的。

因此，安全工程的唯一目的，就是防止有害能量的轉移。

HBSE 的精神是分析性而非描述性的，它提供了一個框架，讓工程師去識別產品中所有潛在的能量源，分析這些能量可能轉移到使用者的路徑（傳遞機制），然後設計並驗證防護措施（Safeguards）的有效性，以阻斷這些路徑。

解構 HBSE：核心三方塊模型的運作原理

IEC 62368-1 的所有要求，都建立在一個優雅且強大的「三方塊模型」（Three-Block Model）之上，這個模型是執行 HBSE 分析的基礎工具。

能量源 (Energy Source)：危害的源頭

這是模型的起點，任何能夠造成疼痛或傷害的能量形式都被視為危害，HBSE 的首要任務是識別並量化產品中所有的能量源。

標準將這些能量源進行分類，例如：

• 電能（Electrical Energy）

• 熱能（Thermal Energy）

• 化學能（Chemical Energy）

• 動能（Mechanical Energy）

• 輻射能（Radiation Energy）

傳遞機制 (Transfer Mechanism)：能量如何到達人體

能量源本身並不危險，除非它能透過某種機制傳遞出去，傳遞機制是能量從源頭到接收者（人體）的路徑或方式。

• 範例：

  • 導體： 一個裸露的高壓導線（能量源）透過人體的手指（傳遞機制的一部分）接觸，將電流傳遞到人體。

  • 對流/輻射： 一個高溫的散熱片（能量源）透過空氣對流和熱輻射（傳遞機制），將熱能傳遞到皮膚。

  • 彈射物： 一個高速旋轉的風扇葉片（能量源）破碎後，碎片（傳遞機制）將動能傳遞到眼睛。

人體 (Body)：作為能量的接收者

這是模型的終點，HBSE 的目標是保護人體免受能量的傷害。標準根據不同的人體部位和能量類型，定義了「易感性」（Susceptibility），例如，皮膚對熱能有一定的耐受力，但眼睛對動能或輻射能則極為敏感。

安全，就是在「能量源」和「人體」之間，建立一個可靠的「屏障」——這就是防護措施。

危害識別：能量源的分類邏輯與安全閾值

HBSE 最具革命性的部分，是它對能量源進行了分級。它不再簡單地說「高壓是危險的」，而是定義了三種能量等級（Class 1, 2, 3），每種等級對應不同的防護要求。

電能危害 (Electrical Energy Sources)

電能危害（電擊）的分類，即 ES1, ES2, ES3，是 HBSE 的基石之一。

ES1, ES2, ES3 的判定邏輯

這個分類是基於能量傳遞到人體時可能造成的生理反應：

• ES1 (Class 1)： 能量等級低於人體的感知閾值，或僅引起短暫的不適，但不會造成傷害，這被視為本質安全的電路。

• ES2 (Class 2)： 能量等級高於 ES1，會引起明顯的疼痛，但通常不足以在正常情況下（非病人或兒童）造成電擊傷害（如心室顫動）。

• ES3 (Class 3)： 能量等級高於 ES2，具有致命危險，能夠引燃物品或造成嚴重電擊傷害。

判定的依據是複雜的，涉及電壓、電流、持續時間和頻率，例如，一個高電壓但電流極小且能量受限的電路（如靜電放電）可能仍是 ES1；而一個低電壓但能提供持續大電流的電池（如鋰電池），其潛在能量（尤其在短路時）可能被歸類為 ES2 甚至 ES3。

為何 ES1 是「安全的」？

HBSE 認定 ES1 電路在正常和異常情況下，其輸出能量都不足以傷害使用者，因此，從 ES1 電路觸及人體，不需要任何防護措施，這是一個重大的工程解放——設計師可以專注於將 ES2 和 ES3 的能量「降級」或「隔離」。

熱能危害 (Thermal Energy Sources)

對於防火而言，HBSE 採用了同樣的邏輯，即功率源（Power Source）分類：PS1, PS2, PS3。

PS1, PS2, PS3 的判定邏輯

這個分類的重點是能量源是否有足夠的功率（能量釋放速率）來引燃（Ignition）周圍的材料。

• PS1 (Class 1)： 功率輸出極低，不足以引燃普通材料。

• PS2 (Class 2)： 功率輸出受限，但在異常（如短路）情況下，可能釋放足夠能量引燃易燃材料，但不足以引燃具有一定阻燃性的材料（如 V-1）。

• PS3 (Class 3)： 功率輸出強大，在正常或異常情況下，都有足夠能量引燃絕大多數材料，包括 V-0 等級的防火材料。

PS 分類如何決定防火策略

PS 分類直接決定了防火的工程邏輯：

1. 如果一個電路是 PS1（例如，一個微弱的 LED 指示燈電路），HBSE 認為它不具備引燃能力。因此，其周圍的材料不需要有任何特定的防火等級。

2. 如果一個電路是 PS2（例如，一個受限的小功率電源），它被視為一個潛在引燃源（PIS, Potential Ignition Source），它可能點燃接觸到的材料。此時，防護措施可以是：

   • 將該電路安裝在具有適當防火等級（如 V-1 或更高）的材料上，防止其被點燃。

   • 或者，將該電路用一個防火外殼（Fire Enclosure）包圍起來，防止火焰蔓延出去。

3. 如果一個電路是 PS3（例如，主電源輸入端），它被視為一個恆定的引燃源。它必須被一個能夠抵禦強大火焰蔓延的防火外殼所包圍。

風險控制：防護措施 (Safeguards) 的層次與有效性

在 HBSE 模型中，一旦識別出需要防護的能量源（如 ES2, ES3, PS2, PS3），就必須在其與人體之間設置防護措施。

防護措施的層次定義

HBSE 對防護措施的可靠性進行了分級，這是從傳統標準繼承並優化的概念：

• 基本防護 (Basic Safeguard)： 提供第一層基礎保護，防止在「正常使用」情況下接觸到能量源，例如，一個普通的塑膠外殼。

• 附加防護 (Supplementary Safeguard)： 當基本防護失效時，提供第二層獨立的保護，例如，在基本絕緣失效時，依靠接地（PE）來導走故障電流。

• 加強防護 (Reinforced Safeguard)： 一種單一的防護措施，但其設計的可靠性被認為等同於「基本」加「附加」的總和，例如，電源供應器中，同時滿足高介電強度、足夠爬電距離和機械強度的加強絕緣變壓器。

防護措施的應用場景

HBSE 要求工程師明確防護措施是為誰、在哪裡設置的：

• 設備防護 (Equipment Safeguard)： 內建於產品中的防護，這是安規工程師主要關注的領域（例如，外殼、絕緣）。

• 安裝防護 (Installation Safeguard)： 依賴於建築物安裝的防護（例如，建築物的接地系統、外部的斷路器）。

• 人員防護 (Personal Safeguard)： 依賴於使用者行為或穿戴的防護（例如，指示使用者穿戴防護手套）。

IEC 62368-1 的重點是設備防護，並要求明確指示何時需要依賴安裝防護或人員防護。

防護措施的有效性評估

這是 HBSE 最具挑戰性的一點。它不僅要求「有」防護，還要求評估防護措施在「可預見的誤用」和「單一故障」條件下是否依然有效（Effective）。

• 範例： 一個用於防止接觸 ES3 電路的外殼，不僅要經受正常的機械衝擊，還必須考慮到（例如）如果一個內部高溫元件（PS3）熔化，是否會導致外殼變形，從而使 ES3 的帶電部件暴露出來？

實踐 HBSE：應對新技術的挑戰

HBSE 的真正威力在於它應對新技術的能力。

從「是否符合條文」到「防護是否有效」

當面對一個全新的技術，例如高功率無線充電（WPT）時，傳統標準可能束手無策。但 HBSE 提供了一個清晰的分析路徑：

1. 能量源識別： 充電板產生高頻電磁場，這是一種「輻射能」。

2. 能量等級： 該能量是否高於人體安全暴露的閾值？（例如，是否超過 ICNIRP 導則？）如果是，它就是一個需要防護的能量源。

3. 傳遞機制： 能量透過電磁場傳遞。

4. 防護措施分析：

   • 系統是否有人體偵測功能，在人體靠近時降低功率？（這是一種「主動」防護）

   • 系統是否有金屬異物偵測（FOD）功能？因為金屬（如鑰匙）可能成為「被動」的傳遞機制，被感應加熱（轉化為熱能 PS2/PS3），進而燙傷使用者或引燃物品。

HBSE 作為未來安全的工程語言

IEC 62368-1 所倡導的 HBSE，不僅僅是一份標準，它是一種結構化的安全設計語言，它將安規工程從「查表遵從者」提升為「風險分析者」。

它要求工程師回歸本質：識別所有能量，分析所有路徑，並證明所有防護措施的有效性，這種思維模型確保了無論技術如何演進，安全的基本原則（防止有害能量轉移）始終能被貫徹，這也正是資深工程師的核心價值所在。