ビル火災に対する避難誘導システム

小特集･ビル用電気設備･管理システム

_{U･D･C･る14.847.9:[る14.841.334.92:d54.93/.94〕}

る14.841.45.001.573:占81.322.0る:725.2.011.245

ビル火災に対する避難誘導システム

FiresafetY

SYStemS

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Buildings

最近のビル防災システムでの課題は,消火設ノ備,自動火災報知設備,防排煙設備, 避難誘導設備などの防災設備･機器の増加に対応した運用の(計理化にある｡ でナヨ翼化の･一一つとして防災センタへ機能を集中し,いわゆる総介l坊災監視磐を採用 する傾向がある｡しかし,従来のl妨災監視盤の考え方では,避難誘導,防排煙操作 などの複雑な判断業務を監視員の判断に任せているなど,ハ…ドゥェア機能の集中 化に対してソフトウエア機能の充実が遅れている｡ 避難誘孝幸､防排煙操作を自動化し,マンマシン化するため,まず火災時の煉伝搬, 在館者の群集としての避難行動(群集流)の解析を行なう必要があり,各々に対する コンピュータシミュレータを開発した｡ これらシミュレータを応用した避難誘導システムは,実際に地下街,ホテルなど で+瑞相され始めており,池袋サンシャインシティJ也下1ド皆コンコースに設置された システムについて紹介する｡ 6 緒 言 昭和49年までに幾度か行なわれた｢消防法+,｢建築基準 法+の改jtは,新設ビルの防災設備計画に徐々に変化をもた らしてきていたが,昭和49年の｢消防法+の改正は,既存ビ ルへの遡及を含む大幅なものであり,防災設備の重要作を強 く認諾鼓させるとともに,数量的にも充実を要請するものであ った｡ 防災設備は,大別して消火設備(自主内消火栓,スブリンク ラ,連結送水管など),自動火災報知設備,非常放送設備､非 常用電i偵設備,避難誘導設備,l坊排煙設備などがあるが,こ れら設備･機器の増加は,それらの運用に対しシステム化, 自動化などの合理化ニーズを生むこととなった｡ ハードウェアのシステム化については,防災センタ(｢建築 基準法+施行令第20条)での総合防災監視盤で具体化され, ▼一一元的な管理を可能としている｡ 火災時の専一い人命の損失ノ頁凶は,煙による窒息,有プ子ガ ス呼q及,避難方向の見失い及びパニック状態下での群集行動 とされている｡このような事故を防止するために設置される 防排煙設備,避難誘導設備はビルが大形化,高層化するほど 運用が複椎となる｡しかも,監ネ見員が火災′覚知情事艮に基づき, 迅速かつ的確に判断し,操作しなければならないものである｡ 大形ビルでは構造的に避難に要する時間が長く,在館人員が 多いので,避難経路の安全確保を行なうための防排煙設備渦j 御,避難誘;尊指ホは,火災の初期段階から火災の進展二状況に 合わせて的確に行なわねばならない｡ このような判断,‡果作を行なうソフトウェアシステムの開発 には,まず,火災時の煙仁ミ搬,群集の動きを解析することが基 本であろう｡以￣Fに記述する群集i充モデル,燥伝才般モデルを 用いて,コンピュータプログラム(シミュレータ)により事前に 多くの火災仮想地ノ∴-+在館人員分布,建物構造,防災設備の 操作条件などにつきシミュレーティングし,その結果を机上検 討し,避難誘導方法などの最適￣方法を知ることが可能である｡ これらの事前検討結果は,仮想火災地点ごとにコンピュー タにファイリングされ,有事の際,監視員は火災発生場所の 小栗正裕* 吉原郁夫**

山元有次***

〃耶αんrro Og〟rg Jん〟O yOゴムgんαr【l l句Ji七耶mOJo 情報を巷に,自動的に検索された最適な操作,誘う尊方法を

CRT(Cathode Ray _{Tube)ディスプレイ上で知ることがで}

きる｡ニの結果,監視員は迅速かつ的確な判断,操作を行な うことができ,火災に伴う人身事故を黄′ト限に食い+1二めるこ とかできる｡ この論￣丈では,避難誘j尊システムの基本となる避難安全評 価の考え方及び避難群集流のモデル並びに煙伝搬のモデルに ついて詳述し,代表的適用例(i也袋サンシャインシティ地下 1帽←コンコースド￣●りナ避難誘導システム)を紹介する｡ 回

_{避難安全評価法}

ビルド方災計画での･安全性の定量的評価方ぎ去については,既 に幾つかの提案や試みがなされている1)｡これらの評価法に 共通の考･え方は,在籍者が煙(危険濃度以上の煙)にさらされ ることなく避難できれば安全であり,さらされれば危険であ ると判定することである｡ 八の動き(群集丁充)についてほ,火災発生時にビル内の通路 の交差部,ド皆段部,最終避難口などに生ずる滞留時間,避難 に要する時間がどう変わるかを知ることであり,煙について は,開口条件や防排煙制御により煙による汚染領域がどう変 わるかを知ることである｡ビル建築計匝i暗にこれらの状況を 知る方法としては,シミュレーションが長をも現実的に有効な 方法といえる｡ 2.1避難群集;充のモデル2) 群集の流れはフロアをメッシュに分割し,群集分布の初期 値を求め,火災時に非常口などへ向かって群集がメッシュを 横切って動くモデルを作成することによって解析される｡ 群集の流れの方向は,周囲の状況に依存するが,本モデル ではこれを｢各種状況要因が群集を特定の方向に移動させる 力として作用する｡+と考え,人を質点とし,各種状況要因 の宗う響を力(Fl,F2…ダ乃)とする力学モデルで人々の動きを 表わす｡すなわち,群集流をプJ場(F)の中の質点群の運動と して記述する｡ * 日立製作所機電事業本部 ** 日立製作所システム開発研究所 *** 日立製作所戸塚工場 17

100 El立評論 VOL.62 _{No.2(1980▼2)}

｢-ゝ

くく メッシュ月 V瓜 00 ○ ○ ○ ○ 00 Q､ メッシュ月 媚(∼)加 α丘 図l _{隣接メッシュヘの群集流出領域} メッシュ尺の丸印を施した領 土或にいる人々が,メッシュ斤′との境界に到達できる｡ 花

F=∑F点=…･………‥‥…･…‥‥…‥…‥‥‥‥…(1)

々=1 具体的な状況要因としては,火,煙,避難誘導,混雑度など が考えられる｡これらが避難群集に及ぼす影響は,火災,地 震などの事例調査からうかがい知ることができる｡ 次に群集の移動量を求める｡あるメッシュ月から隣接メッ

シュ打に』王秒間に移動する人数≠芸′(舌)』才は,メッシュ月

にいる人のうち月と月′の境界に到達できて,かつその場界の 幅員を通過できる人数である｡jモと月′の境界に到達できるの は,図1の丸印を施した領域にいる人々である｡この領j或 の長さgは,』亡時間内の群集歩行距離の月月′方向への射影 lらcos(月月′,F月)d王で与えられる｡ここでV妄は群集歩行速 度であり,群集密度βに依存する3)｡

陥(β)=min[2.0,1.1/)￣0･7954〕………===…‥(2)

月と月′の境界幅員Ⅳ芸′を通過できる人数は≠Ⅳ芸'』∼である｡

ここで,≠は単位時間当たりの単位幅員を通過できる人数(群 集章充出係数)であり,その値は1.5人/m.sである4)｡ 以上のことから隣接メッシュへの移動人数は次式で与えら れる｡

≠芸′(り』∼=min

Ⅳ兄い)

α児

≠Ⅳ紬〕

2.2 _{煙伝搬のモデル5)} lちeos(月月′,F月)』f,

…･…(3)

火災の初期で,煙は居室,通路などの天井面に沿って流れ る｡煙の流れに伴い,逆向きの空気の流れが生ずる｡このよ うに煙の流れを,上層の熱気i充(煙)と下層の空気流とに分け て扱うモデルを二層流モデルと呼ぶ｡本モデルは,煙の伝才般 を二層流的に扱うモデルで,建物のフロアを幾つかの｢セル+ に分割し,煙流動をセルからセルへの煙の移動量で表わす｡ セルとは通路を垂れ壁(又は梁)ごとに区切ったもの,あるい は居室である｡煙の移動は煙が垂れ壁を越えた部分･にだけ生 セル① セル② 18 じ,天井と垂れ壁下端との間にある煙は死水のようになり, 伝搬には関与しないと考える｡図2を例にセル間の煙移動量

の算出法を述べる｡セル①からセル(むへd亡秒間に流れる煙

量』Ⅴはベルヌイの式から,

dV=α月￡ごd

幽dん.』亡

P占

pf(ん)=P写一￡】万灯dん(g=1,2)

ここに となる4)｡

･(4)

･(5)

α:流量係数 ダ:重力加速度 β占:煙の密度 月:セル間境界幅員 P才(ん):セルiの高さんにおける圧力 煙の空気巻込み量は噴i充の式から求め,その量と 壁面への熱海射から煙のi温度変化を算出する｡ _ CI C2

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ざ2 ￡J 時 間 (_b) 図3 人と煙の存在領域 (a)の例は,曲線SlとGが交わって危険と 判定される｡(b)の例は.防排煙によって煙の伝搬は限定されS之軌跡となり, C之と交わらず安全と判定される｡ :::煙層::: ミミ ●J :℃. :ナナ･-◆煙の流れ ヒ: 空気層 ●-空気の流れ →煙の流出なL 図2 _{二層う充モデルによる} 煙伝搬モデル セル(Dの煙 層のうち,垂れ壁をj垣えた部分 がセル(診への移動に関与する｡

ビル火災に対する避難誘導システム 101 防火シャッタ閉 パターン 修正情報

Ⅰ描ン

オンライン (災害時)

Ⅰ蒜蒜ン

火 点 (煙) r-一書l パターン作成 避難方向 防排煙方法 __-■.-暮 ___t 防災センタ ディ _スプレイ パターン評価のための(群集流軌 煙伝搬)シミュレータ

[亘二重]

オペレータ 火息避難ルート表示 コントロール装置 ン報 一情 夕索 パ検 _一---■L 避 難 誘 導 パターンファイル ￣1一￣￣ オペレータ.誘導員の平常時訓練 一卜■■■■■-■■-■一 l J 2.3 避難安全性の評価法6) 前述したシミュレーションによって得られた人の動きと燻 の動きを,横軸を時間,縦軸を避雉経路に沿った壁難距離と する平面_Lに記述する｡例えば,火元付近にいる人々の避雉 安全性を図3に示す出火時刻と出火場所を胤たとするグラフ 上で検討Lてみよう｡原ノ∴くから出ている曲線Clは最も速い避 雉者の軌跡であり,C2に最も遅し-避難者の軌跡である｡C2の 途中の☆,☆☆の印は避難群集の滞留を意味する｡火ノ亡付近 にいた一般の避難者の軌跡は,ClとC2の中間領i或に含まれ る｡-･方,Slは煙の先端の軌跡である｡図3の(a)の例では, f=fざまで煙は火災主に滞留しており,その後避雉主格に流.出し たことを表わしている｡51とC2は交わっており,51とC2に 岡まれた領域に含まれる人々は,煙にさらされ危険であると 判定される｡同図(b)の例は,ドガ煙や排煙によって,ある箇所 から先には煙が行かなくなり,同国(a)の例の51がS2に移動 した場合を示している｡この例では,52はC2と交わっておら ず,曲線52とC2との距離が安全の余裕を表わすことになる｡ 避難の仕方によってC2の軌跡が変化することから,避難誘き豊 の仕方の良しあしの評価が可能となる｡特に避難経路が幾つ もある地下街のような平面的に大きい建物では,C2の変動幅 が大きいため,シミュレーーションによる事前検討の効果は大 きいと考えられる｡ --一般に,フロア上の様々な避難路での安全性を検討するに 伝送路 制御装置 ｢■一--. ■ l 1 l ._.__■J 滞留及び 避難時問の推定 煙伝搬の推定 可変誘導標示器 避難誘導表示盤 図4 避難誘導システム の概念 あらかじめ幾つ かの火災発生点を仮想L,煙 伝壬般シミュレータ及び群集流 シミュレータにより安全な避 難経路を選定する｡結果は. 避難誘導パターンファイルへ 1投毒責する｡ は,フロア上の各点(Ⅹ,Y)での最終避難者の軌跡,すなわ ち(吉,ズ,y)空間上のC曲面と,煙の先端の軌跡であるS 曲面とが交わるか否かを調べればよい｡ 8

_{避難誘導システムへの適用例}

上記した評価法によって,避難誘導の仕方や防排煙設備の 動作状況の幾つかのパターンに対して,避難経路の安全が確 保きれるかどうかを判定することができる｡こうした方法に ょって,ビル内の火災発生場所に応じて,あらかじめ最適な 避難誘導方法をパターン化しておくことが可能となる｡図4 に避難誘導システムの概念を示す｡ 図5は,池袋サンシャインシティ地下1階コンコ【スに設 置された避雉誘導システムの例を示すものである｡火災発生 とともに,コンピュータによって選択された避難パタMンが, 防災センタの総合表ホ盤に表-ホされるとともに,地下1階の 各所に設置された誘導表示盤にも表示される｡これによって, 誘導員が的確な情報を得る｡図6は,このフロアで群集流シ ミュレーションを行なった結果の-一例を示すものである｡ 【l 結 言 防災システムの目標である人命の安全確保を求める方法に は,災害の発生を未然に食い止める予知,予防の技術と,災 害の発生後で避難の安全を確保する■技術により求める方法と 【●▼ ■■■ 防災センタ操作卓 屯 自動火災報知器･防災設備信号

トーーーー

回5 避難誘導システム の例 誘導表示盤が誘導 誘導表示盤(地下街設置) _{員へ火災発生時の避敷誘導情} 事艮を伝える｡ 19

102 日立評論 VO+.62 _No,2(1980-2) T=0 T=60 f ti 1 # † 1 _{-1＋ ‡} 1_ ＋ l ∩ 1 F F 1 _→＋ 十 _＋† H †事 ＋ 8 ‡i 瑚 梓 汀 打 芯 _匹 田 十 ト ( ) ( ) ( 尺 ) 椚 恋 † .誇引田中二 ＋ l 仕 故 】甘 旛 十 宣珪 _凍 I 丁二20 Tニご80 ヰH 口 十 謂 群 ⊥ ♯ 三上_荘 こ拝 Il 圧 什 七 幽 ∃岳訂 廿榊 十 七 士 ‡ F F F F ＋l F 拝F F ｢ F ｢ F 並 十 l _{正 杜H} 睨 H 刊 り ⊥僅+ り H ≡ + 】 士事 ♯ ＋ l ♯ 軸 十 # ♯ 耳 _-1 l l t 垣 叫 溺 l ⊥ 十 F F 【 注 述士 ま † 肝 悶 _一斗 召 上ヒ 語 十 †王 1 丁=40 T￣こ120 十 ＋ ∩ ＋ 盗 七 耕＋ 懸 † 耗 +-仕 斑_一十 苫峯壬 十 十 _十 十 渾 甘廿 千手 1- 男 十 ▲十 1￣ ＋ 十 十 ＋ F F F F F F F F ＋ F ｢ F F _{士 十} 刀 # ＋ ♯ 十 ＋ 甜 捜十 十 -｢ 址l ⊥ _{拝 ＋ 謂 ＋} 十 モー琵 甘 鞋 ‡f # 巧 十Gだ イ･戦 耳 【11 白芸 ＋ 1 十 十 十 識 耳 ｢ ＋ 十 # ＋ ∩ 】 t _＼ で＼＼ ｢ F F ｢ ＼1＼＼ ｢ ｢ ｢ ｢ ｢ ｢ F ｢ ノ ン: 士 ‡● † I ほ 図6 群集流シミュレーションの実施例 _{避難群集分布の時間経過をメッシュごとの密度の変化で示Lている｡} がある｡この論文では後者について,でナ理的な避難誘導方法 を計痢するための事前検討を定量的に行なうシミュレMショ ンの技法及びそれらの出ノJ結果を用いる避難安全性の評価法 を中心に述べた｡煙流動のモデルによるシミュレMションに ついては,防排煙設備の設計時に避難の安全性の向から,妥 当件をチェックすることもー】丁能である｡ 3章で紹介した避難誘導システムは,現在のところ誘導員 を介する方法をとっている｡将来は,高信頼度で人の習性に 適合する誘導表示端末機器を開発L,避難誘導のスピードア ップを図る必要があると考えられる｡ 終わりに,実システムへの適用に関して御指導をいただい た,-一二菱地所株式会社殿,ほか関係各位に対し謝意を表わす 20 次第である｡ 参考文献 1)橋爪,外:ビルl;方災システムの動向,日立評論,58, 955∼958(昭51-12) 2)吉原,外:避難環境のブJ場表現による群集流のモデル化,電 気学会論文,53-C15(昭53【4) 3)木村,外∴建築物内に於ける群集流動の観察,日本建築学会 論￣文集(昭12) 4)彰国社編:建築学人系21,建築防火論(昭48) 5)吉胤 外:二層流モデルによる煙流動のシミュレーション, 昭53電気学会仝大1253(昭53-4) 6)吉原,外:避難誘導計画のための群集流と煙伝搬のシミュレ ー￣ション,昭53電気四学会連合大会6-59(昭53-10)