リアルタイム環境情報をデータ同化する火災進展予測システムの開発と現場実装

Research Project

Project/Area Number	23H00207
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Medium-sized Section 23:Architecture, building engineering, and related fields
Research Institution	Nagoya University
Principal Investigator	飯塚悟名古屋大学, 環境学研究科, 教授 (40356407)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	廣井悠東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (50456141) 吉岡英樹東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (90462564)
Project Period (FY)	2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help	¥49,010,000 (Direct Cost: ¥37,700,000、Indirect Cost: ¥11,310,000) Fiscal Year 2024: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2023: ¥40,690,000 (Direct Cost: ¥31,300,000、Indirect Cost: ¥9,390,000)
Keywords	火災進展予測 / データ同化 / リアルタイム環境情報 / 飛び火延焼 / 計算流体力学
Outline of Research at the Start	巨大地震発生時に危惧される大規模火災が起きてしまった場合に、飛び火も含めて確度の高い予測情報が得られるならば、真に効果的な消火活動、真に安全な避難誘導が可能となり、飛び火の警戒区域の絞り込みも可能となる。本研究では、それらを実現するための確度の高い予測情報を提供しうる「火災進展予測システム」を開発する。これは、ドローン撮影やサーモグラフィカメラ・風速計により現場のリアルタイム環境情報を計測し、それらの情報を火災シミュレーションモデルに「データ同化」しながら火災進展予測を行うシステムである。なお、本予測システムは、現場関係者との緊密な協力体制の下で開発を進めるものであり、確実な現場実装を目指す。
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、火災発生時にドローン撮影や携帯可能なサーモグラフィカメラ・風速計により現場のリアルタイム環境情報を計測し、それらの情報を火災シミュレーションモデル（火災延焼メカニズムのより正確な再現が可能となる計算流体力学ベースのシミュレーションモデル）にデータ同化しながら火災進展予測を行うシステムの開発を目的としている。2023年度は、データ同化手法としてナッジングを導入した場合の開発検討を行った。同化するデータ（環境情報）としては、名古屋市消防局主導で実施した屋外火災燃焼実験（木造プレハブ室の火災燃焼実験）の際に測定した火災発生室の外表面温度データ（1点）と周辺の風速データ（3点）を用いた。本火災燃焼実験を対象とした火災シミュレーションにおいて、データ同化なし（Case 1）、温度のみデータ同化あり（Case 2）、風速のみデータ同化あり（Case 3）、温度＋風速のデータ同化あり（Case 4）のケーススタディを実施し、気温の鉛直断面分布を比較した結果、火災発生室に比較的近い場所では、温度と風速の両方をデータ同化したCase 4の標準偏差（鉛直断面内平均気温からのずれ）に対するCase 1からCase 3の標準偏差の変化の比率が－2%から+1%以内であったのに対し、火災発生室から比較的離れた場所になると、その変化の比率が－2%から+4%となり、やや拡大した。火災発生室に比較的近い場所では、データ同化なしのCase 1の標準偏差が最も小さく、温度と風速の両方をデータ同化したCase 4の標準偏差に対する変化の比率（－2%）が最も大きくなったが、火災発生室から比較的離れた場所になると、Case 1の標準偏差は風速のみをデータ同化したCase 3の標準偏差と同じとなった。限られた環境情報のデータ同化では、シミュレーション精度向上に対する効果が限定的になることが示唆された。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 屋外火災燃焼実験は年1回の計画であるが、2023年度は無事に実施され、データ同化のための環境情報計測も無事に完了し、データ同化して火災進展予測を行うシステムの開発検討を予定通りに行うことができた。
Strategy for Future Research Activity	今後、年1回実施予定の屋外火災燃焼実験における環境情報の計測点数をさらに多くし、環境情報の計測点数の大小がデータ同化の成否に及ぼす影響をさらに詳細に検討したい。