| Project/Area Number |
22H00239
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 23:Architecture, building engineering, and related fields
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| Research Institution | Kogakuin University |
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Principal Investigator |
柳 宇 工学院大学, 建築学部, 教授 (50370945)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 一秀 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (20329220)
鍵 直樹 東京科学大学, 環境・社会理工学院, 教授 (20345383)
永野 秀明 東京都市大学, 理工学部, 准教授 (50610044)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2025)
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| Budget Amount *help |
¥42,120,000 (Direct Cost: ¥32,400,000、Indirect Cost: ¥9,720,000)
Fiscal Year 2025: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
Fiscal Year 2024: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
Fiscal Year 2023: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000)
Fiscal Year 2022: ¥13,780,000 (Direct Cost: ¥10,600,000、Indirect Cost: ¥3,180,000)
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| Keywords | 建築環境 / 呼吸器系感染症 / ホット・スポット / リアルタイム測定 / 緩和策 / ホットスポット / リアルタイム検知 / シミュレーション / リスク評価 / ホット / Covid-19 / 暴露量予測 / ホットス・ポット / 迅速特定システム / 感染症対策 |
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| Outline of Research at the Start |
この20年間で既に4回もコロナウイルスによる大規模な感染症が起きている（2003年：SARS；2009年：新型インフルエンザウイルス；2021年：MERS；2019年：COVID-19）。COVID-19流行期間中における長期間の人流抑制や営業自粛などは経済に悪影響を与えるのみならず，人の精神衛生にも影響を及ぼす。感染症流行期間中であっても，安全な室内場所の確保は事業継続に必須条件である。本研究では，大学キャンパス内におけるエアロゾル感染のハイリスク場所をリアルタイムで特定し，建築設備・環境工学による迅速な対策によりそのリスクを緩和し，教育・研究の継続を最大限に実現することを目標としている。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2024年度は，原著論文3編（うち国際ジャーナル2編），著書2冊，国内学会での口頭発表6件，学術雑誌への解説・総説4編を発表した．研究実績の概要は以下の通りである．
（1）リアルタイムバイオエアロゾルセンサ（BAS）の実環境応答特性の検証：① 市販の乳酸菌（細菌）を用いたチャン試験により，生菌に対する検知性能を確認した．②バイオエアロゾル濃度が急上昇する事例を想定し，手術時のリアルタイム測定，ならびに大学の学生ラウンジで在室者による作為的な外乱を加えた測定を行った．その結果，BASの良好な応答性が確認された．
（2）空気感染対策の検討：浮遊ウイルスのモニタリング手法と，換気および空気清浄機による除去効果に関する検討を行っている．加えて，実空間での環境計測を通じて，粒径別粒子計数器を用いた簡便な評価手法の有効性について検証を進めている．
（3）シミュレーションによる飛沫拡散と曝露評価：数値人体モデル2体を単純な室内モデルに配置し，人体間距離を段階的に変化させ，立位―立位，立位―座位，座位―座位の各姿勢に対応する解析モデルを作成した．これにより，人体周囲の流れ場，温度場，湿度場を解析し，咳に伴う飛沫発生および経気道曝露の統合シミュレーションを実施した．皮膚表面および気道粘膜上皮細胞への飛沫沈着量分布を解析し，室内における感染リスクマップ作成のための基礎データを整備した．
（4）人流と空気流動の連成シミュレーション手法の開発：人の移動経路および着席座席選択を定式化したモデルを開発し，マルチエージェントシミュレーションを用いて空間内の人流を予測可能とした．さらに，その結果をCFDと連成させることで，人流―気流連成シミュレーション手法を提案・構築した．実在の病院空間に本手法を適用した結果，空気の滞留時間が長い位置に座席が配置されていると，感染リスクが高まることを定量的に示した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
現在まで，研究代表者および分担者らは，当初の計画に沿って研究を着実に進めてきた．以下にその詳細を示す．
（1）当初計画の通り進捗している．詳細は次に示す通りである．生菌（乳酸菌，R1）を用いたチャンバー試験を実施した．また，バイオエアロゾル濃度が急上昇するケースを想定し，病院の手術室での手術時および大学の学生ラウンジにおいて，在室者による意図的な外乱が与えられた際のBASの応答特性を検証した．さらに，2大学の学生ラウンジにおいて，人位置検知システムとBASの併用によるホットスポットの検知を試み，有効性を確認した．加えて，3つのオフィスビル内の計4執務室において，夏期および冬期における室内空間中のバイオエアロゾルの実態調査を実施した．
（2）空気清浄機の除去性能と測定手法の検討：模擬発生装置を用いて空間内に粒子を発生させ，空気清浄機による除去性能を実験的に検証し，感染者との位置関係が除去効果に与える影響を明らかにした．また，粒径別粒子計数器を用いて，実空間におけるBASとの並行測定を実施し，本計数器のバイオエアロゾル検出に関する可能性について検討を行った．
（3）シミュレーションの進捗：本項目については，当初の計画通りに順調に進捗している．
（4）座席選好モデルと感染リスク評価：着席座席の選好性をネスティッド・ロジットモデルにより定式化し，エージェントシミュレーションによって空間内の着席行動を再現可能とした．さらに，各エージェントの滞在時間に基づいて呼吸量に重み付けを行うことにより，在室者による感染リスクの空間分布を定量的に評価する手法を構築した．
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| Strategy for Future Research Activity |
2025年度は，以下に示す研究課題に取り組む予定である．
タスク1（担当：柳）：これまでに，さまざまな環境におけるバイオエアロゾルのリアルタイム測定および，市販の乳酸菌（細菌）を用いたチャンバー試験を実施してきた．2025年度は，環境中に存在する蛍光バイオエアロゾルと生菌との関連性について検討を行う．また，研究代表者を中心に，全メンバーで4年間の研究成果を取りまとめた報告書の作成を行う．
タスク2（担当：鍵）：室内の換気性能に関する評価手法として，これまでに「濃度減衰法」と「パルス法」が知られている．2025年度は，模擬飛沫核として想定される粒子を対象に，室内の換気設備による粒子除去性能をパルス法により評価する手法の有効性について検討を行う．
タスク3（担当：伊藤）： 2024年度に構築した複数の数値人体モデルを再現した室内空間を対象に，人体間の距離や姿勢（立位・座位）の変化に伴う呼気中二酸化炭素の濃度分布を解析する．また，Lagrangeモデルによる飛沫拡散・経気道曝露シミュレーションとの比較を通じて，二酸化炭素濃度分布データを用いた感染リスク評価の精度を定量的に検証する．
タスク4（担当：永野）：バイオエアロゾルセンサーを用いた計測が行われた空間において，アンケート調査を通じて人の座席選択行動に関するモデルを構築する．そのうえで，既に開発済みの人流－気流連成解析を適用し，得られたウイルス濃度分布の結果とバイオエアロゾルセンサーの測定結果を比較し，モデルの妥当性を検証する．
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