2016 Fiscal Year Annual Research Report
Influence of smoke concentration on evacuation speed in case of fire in tunnel and improvement of accuracy of evaluation simulator
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16H03122
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
川端 信義 金沢大学, 機械工学系, 教授 (90126631)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長谷川 雅人 金沢大学, 機械工学系, 助教 (40324107)
清家 美帆 金沢大学, 機械工学系, 博士研究員 (70757244)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | トンネル火災 / 避難速度 / 避難弱者 / 煙濃度 / 水噴霧 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１ 実大トンネルを用いた煙中の避難速度の計測 実施計画通り実大トンネルを用いた煙中の避難速度の計測を行った。150m長さの計測区間に滞留車両を模擬した障害物を設置した区間と接しない区間を設けて、障害物の有無が歩行速度に与える影響をしらべた。また、通常歩行と緊急時を想定した避難速度について調べた。これらの実験により、避難速度の上限値と下限値を明らかにでき、それらが煙濃度によってどのように影響されるかを示すことができた。これらの成果は、煙中の避難者の行動予測の基礎データであり、トンネル火災時の避難シミュレーションの高精度化に不可欠なデータである。
２ 避難弱者の煙中の避難速度の計測 トンネル空間における暗中歩行速度火災時における煙中の避難行動を考えるうえで、暗中歩行速度は最悪の条件時の避難速度として重要である。また、白内障ゴーグルおよび高齢者模擬スーツを用い、避難弱者に焦点を当てた計測を行った。
３ 水噴霧シミュレータの開発 水噴霧の噴霧挙動と冷却効果をモデル化して数値計算を行い、実験との比較を通して、より再現性の高い数値シミュレーション手法の開発を試みた。その結果、以下のことが分かった。(1)液滴の運動や周囲空気からの吸熱は液滴径によるところが大きく、そのため液滴径の分布関数を計算に用いることで、噴霧挙動と冷却効果ともに再現性を高めることができる。(2)本計算及び実験では水噴霧をした時の空気の温度低下は水噴霧による冷却と外界への熱移動により生じる。外界への熱移動は壁温の影響を受けるので、計算をする際は壁温を適正に設定する必要がある。(3)水噴霧の冷却効果には液滴の蒸発が関係するため周囲空気の湿度は考慮すべき点である。現在の計算では、実際の水噴霧ほど蒸発が活発ではないので、冷却効果が小さい。今後は蒸発現象に関してさらに詳しく検討していく必要がある。
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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
避難速度の計測に関する平成28年度の計画としては、朝の通勤時のように目的地に向かって普通に歩く通常歩行速度と身近に危険が迫った状況を想定した緊急時の避難速度について、それぞれ渋滞車両の影響の有無による違いを含めて明らかにすることであった。被験者は幅広い年齢でかつ性別もできるだけ均等になるように努めなくてはならないが、実際の被験者は、男性99名、女性37名の計136名で、年齢に関しては10代から80代と幅広い被験者を集めることはできたが、20代が63名とバランスよくすることはできなかったものの、他の研究例に比べて数倍の被験者数とすることで実験の信頼性向上を図ることができ、学術的に寄与しうる結果を得ることができ、計画以上の成果を得ることができた。
トンネル火災事故時には濃い黒煙に照明が遮られ、暗闇中で携帯電話のライト機能を使っての避難となる場合が報告されている。この状況を想定してトンネル内照明を消し、懐中電灯のみの煙中での避難速度の計測を行った。さらに避難速度の下限値を求めるため、暗中歩行速度を求めるためアイマスクを装着した実験、高齢者を模擬した白内障ゴーグルを装着した実験を行った。また、煙中の避難行動を支援するための足元誘導灯の効果的な設置条件についての実験を行うなど、避難弱者を対象とした避難実験の実施についても計画以上の成果を得ることができた。
水噴霧に関しては、水滴と周囲空気間の熱の授受の方程式を用いたシミュレーションを可能にし、模型実験については、噴霧時の水滴径の分の計測を行い、その際の実験空間内の温度変化の計測を行った。シミュレーションと実験の比較により、シミュレーションモデルの精度向上を図るが、現時点では定性的には一致する段階で、定量的な一致のためには、次年度以降の検討が必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の目的はトンネル火災時の煙の挙動と避難者の行動を同時に再現するシミュレータの高精度化である。そのために、煙濃度と避難速度との関係について明らかにしてきたが、さらなる避難シミュレータの高精度化のためには、まず一般の避難者の避難速度の確率分布を確定することが必要である。さらに災害時の避難を考える際に、必ず避難弱者への対応が問題視されることから、避難弱者（特に高齢者）についても同様に避難速度の確率分布を求める。ただし、高齢者を被験者とするには困難な問題があるため、高齢者セット、特に白内障ゴーグルを用いて高齢者を模擬した実験を行うことにする。なお、本研究に関する研究発表の質疑の際に、実際の火災時に生じる黒煙を用いた結果が欲しいと必ずと言っていいほど指摘される。実際の火災時の黒煙は被験者に対する影響を考慮すると不可能であるので、黒色発煙筒（人体に無害）を用いて実験を行うことも考えている。
避難放送設備が設置されていないトンネルが多いため、火災時の避難開始は各自の判断が重要であり、そのタイミングをモデル化することによって実際の避難行動に即した避難シミュレーションが可能になる。この点につての計測も今後の大きな課題であり、本研究課題の期間中にぜひ取り組みたいと考えている。
水噴霧シミュレーションに対しては、模型実験設備を用いた実験を再現できる水滴モデルを開発することを喫緊の目標とするが、シミュレーション結果を評価する信頼できる実験結果が少ないため、まずは模型実験と水滴径分布の計測の詳細な実験に取り組む。
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