JP2001104504A - チューブ状空間の煙層制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル等のチューブ状空間にて火災が発生
した場合であっても、高温煙層６の遡上および高温領域
の拡散を確実に阻止する。 【解決手段】 チューブ状空間１内で火災が発生した際
の発熱状態を検出する検出手段２と、そのチューブ状空
間１の空間特性に関する情報を保持する保持手段と、前
記検出手段２による検出結果と前記保持手段が保持して
いる情報とから前記チューブ状空間１内における煙遡上
位置Ｃを演算により求める演算手段と、前記チューブ状
空間１内への送風を行うとともに前記演算手段による演
算結果に応じてその送風量を可変し得る送風手段５とを
備えて、チューブ状空間の煙層制御システムを構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばトンネル、
地下通路、建築物内の廊下等といったチューブ状空間に
て火災が発生した場合に、そのチューブ状空間内におけ
る高温煙層の遡上および高温領域の拡散を防止するため
に用いられるチューブ状空間の煙層制御システムに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、トンネル等のチューブ状空間内
では、送風ファンや給気ダクト等からなる換気設備を設
置して外気を供給することでその空間内の換気を行って
いるものがあるが、このような空間内で火災が発生する
と、火災により生じた高温流体と給気される流体との間
の密度差等に起因して、火源からの煙が風上方向に遡上
してしまい、その結果高温領域の発達拡大を招いてしま
うことがある。

【０００３】チューブ状空間内における高温煙層の遡上
は、過去の研究成果等から、火源の発熱速度、空間内の
換気速度および空間の形状等の空間特性によってその位
置が定まり、火源の発熱量が増大するとそれに伴い遡上
を阻止し得る風速も増大する傾向にあることが知られて
いる。ただし、現実には、火源が大きくなった場合で
も、風速をそれほど大きくすることなく遡上の阻止が可
能であることも経験的に知られている。

【０００４】これらのことから、従来、チューブ状空間
内では、一般的に発生することが懸念される車両事故等
による火災を想定して発熱速度を定め、その発熱速度を
基に火災発生時の高温煙層の遡上阻止を図るべく、例え
ば３〜４ｍ／ｓ程度といった一定の風速による換気を行
っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のチューブ状空間内における場合のように、一定
風速で換気を行っていたのでは、高温煙層の遡上および
高温領域の拡散を完全に阻止することができないおそれ
がある。例えば、火源の発熱速度が想定値をはるかに超
えていたり、空間内に勾配があるなど空間特性が特殊で
ある場合には、３〜４ｍ／ｓ程度の一定風速で換気を行
っても、高温煙層が風上側に遡上してしまうこと可能性
がある。また、例えば、火源の発熱速度が想定値に満た
ない場合には、３〜４ｍ／ｓ程度の一定風速で換気を行
うことによって、風下側に大きな拡散（高温流体の混
合）を伴った排気が行われる可能性がある。このような
高温煙層の遡上および高温領域の拡散は、消防活動や救
援活動等の妨げとなるとともに、火災領域の拡大にも繋
がることが考えられる。

【０００６】そこで、本発明は、チューブ状空間にて火
災が発生した場合であっても、高温煙層の遡上および高
温領域の拡散を確実に阻止することのできるチューブ状
空間の煙層制御システムを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために案出されたチューブ状空間の煙層制御シス
テムで、チューブ状空間内で火災が発生した際の発熱状
態を検出する検出手段と、前記チューブ状空間の空間特
性に関する情報を保持する保持手段と、前記検出手段に
よる検出結果と前記保持手段が保持している情報とから
前記チューブ状空間内における煙遡上位置を演算により
求める演算手段と、前記チューブ状空間内への送風を行
うとともに前記演算手段による演算結果に応じてその送
風量を可変し得る送風手段とを備えることを特徴とする
ものである。

【０００８】上記構成の煙層制御システムによれば、チ
ューブ状空間内で火災が発生すると、演算手段は、検出
手段による発熱状態の検出結果と、保持手段が保持して
いる空間特性に関する情報とを基に、そのチューブ状空
間内における煙遡上位置を演算により求める。そして、
送風手段は、演算手段による演算結果に応じた送風量
で、そのチューブ状空間内への送風を行う。したがっ
て、チューブ状空間内では、発生した火災に応じた送風
量での換気が行われることとなり、高温煙層の遡上およ
び高温領域の拡散が生じることがなくなる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明に係る
チューブ状空間の煙層制御システムについて説明する。
図１は、本発明に係る煙層制御システムの実施形態の一
例を示す概念図である。

【００１０】本実施形態における煙層制御システムは、
チューブ状空間の一例であるトンネル内にて火災が発生
した場合に、そのトンネル内における高温煙層の遡上お
よび高温領域の拡散を阻止するために用いられるもので
ある。

【００１１】そのために、この煙層制御システムでは、
図１に示すように、トンネル１内の天井近傍（例えば天
井から１０ｃｍ程度下がった箇所）に、そのトンネル１
の貫通方向に沿って所定間隔で配列された温度センサー
群２を有している。温度センサー群２は、それぞれが熱
電対や光ケーブル等からなるもので、トンネル１内で火
災が発生した際の発熱状態を検出するためのものであ
る。温度センサー群２の配列間隔は、後述するように発
熱状態を検出精度に影響を及ぼすものであるが、例えば
５０ｍ間隔程度とすることが考えられる。

【００１２】なお、温度センサー群２の設置箇所には、
トンネル１内における煙の有無を検出するための煙感知
器（ただし不図示）を設けるようにしてもよい。

【００１３】また、トンネル１内の天井近傍には、トン
ネル１内における換気の風速を検出するための風速計３
が配設されている。この風速計３は、トンネル１内に分
岐がなければ、少なくともトンネル１端近傍の一箇所に
設けられていればよい。

【００１４】これら温度センサー群２、煙感知器および
風速計３による検出結果は、耐火被覆後にトンネル１の
天井内に埋め込まれた光ケーブル等の通信回線４を通じ
て、図示しない制御盤コンピュータへ送信されるように
なっている。

【００１５】また、トンネル１内の天井近傍には、トン
ネル１内の換気のための一方向（例えば図中の左側から
右側方向）へ向けて送風を行う換気ファン５が、少なく
とも一つ設けられている。この換気ファン５は、給気ダ
クト等を介して外気を取り入れて換気を行うものであっ
ても、単にトンネル１内の空気を一方向へ送るものだけ
のものであってもよい。ただし、換気ファン５は、制御
盤コンピュータからの指示に従って、例えば動作回転速
度を変化させることにより、送風量を可変し得るように
なっているものとする。

【００１６】制御盤コンピュータは、トンネル１内では
なく、そのトンネル１の管理を行う制御室等に設置され
たもので、所定プログラムを実行することにより、以下
に述べるような制御処理を行うものである。

【００１７】ここで、この制御盤コンピュータにおける
処理動作例、特にトンネル１内にて火災が発生した場合
の処理動作例について詳しく説明する。図２は、本発明
に係る煙層制御システムにおける処理動作の一例を示す
流れ図である。

【００１８】トンネル１内にて火災が発生すると、温度
センサー群２は、そのときのトンネル１内における温度
を検出して（ステップ１１、以下ステップを単にＳと略
す）、その検出結果に関する情報を制御盤コンピュータ
へ通知する（Ｓ１２）。また、煙感知器および風速計３
も、検出結果に関する情報を制御盤コンピュータへ通知
する。

【００１９】これらの情報は、制御盤コンピュータ内で
一旦保持蓄積される。また、このとき、制御盤コンピュ
ータでは、管理対象となるトンネル１について、その断
面の形状や高さ、断面積、勾配の有無等といった空間特
性に関する情報を、予め保持している（Ｓ１３）。な
お、これらの保持は、例えば制御盤コンピュータが有す
るＲＡＭ（Random Access Memory) やＨＤＤ（Hard Dis
k Drive)等の記憶装置を用いて行えばよい。

【００２０】そして、制御盤コンピュータは、保持して
いる各種情報を基に、火災によるトンネル１内の発熱状
態の解析を開始する（Ｓ１４）。先ず、制御盤コンピュ
ータは、所定間隔で配列された温度センサー群２による
それぞれの検出結果から、トンネル１内の天井近傍にお
ける最高温度およびその位置（以下「天井近傍最高温度
点」と称す）Ａを特定する。そして、その天井近傍最高
温度点Ａに基づいて、風速計３による検出結果およびト
ンネル１の空間特性を考慮しつつ、火災の火源の位置Ｂ
を特定する。このときの特定精度は、温度センサー群２
の配列間隔によって影響される。例えば、温度センサー
群２が５０ｍ間隔程度で配列されていれば、２５ｍ前後
の誤差で火源の位置Ｂを特定することができるようにな
る。

【００２１】火源の位置Ｂを特定すると、続いて、制御
盤コンピュータは、温度センサー群２によるそれぞれの
検出結果を基に、風速計３による検出結果およびトンネ
ル１の空間特性を考慮しつつ、火源の発熱速度を推定す
る。発熱速度とは、火源から単位時間当たりに発生する
熱エネルギーのことをいう。

【００２２】その後、制御盤コンピュータは、特定した
火源位置Ｂおよび推定した発熱速度、並びに、風速計３
による検出結果およびトンネル１の空間特性とに基づい
て、高温煙層６の先端位置（すなわち高温煙層６の遡上
位置）Ｃを求める。このとき、制御盤コンピュータで
は、過去の研究成果（例えば、岡 泰資等，日本建築学
会構造系論文集第５２０号，第１４７頁乃至第１５４
頁，１９９９年６月 参照）等から導かれる計算式、ま
たは、模型若しくは実大実験で得られた計算式を、予め
制御プログラムの一部としてプログラミングしておき、
その計算式を用いて高温煙層６の先端位置Ｃを演算によ
り求めるようにすればよい。

【００２３】また、このときに、制御盤コンピュータ
は、高温煙層６の先端位置Ｃと共に、その先端温度等に
ついて同様にして求めるようにしてもよい。

【００２４】なお、これら高温煙層６の先端位置Ｃの算
出等は、時々刻々と変化する温度センサー群２等での検
出結果に対応するために、その検出結果が変化する毎
に、あるいは予め定められた周期に従って、その都度行
われるものとする。

【００２５】そして、制御盤コンピュータは、特定した
火源位置Ｂや演算により求めた高温煙層６の先端位置Ｃ
等を、この制御盤コンピュータが有するＣＲＴ（Cathod
e Ray Tube）等のディスプレイ装置を用いて表示出力す
る。この表示出力は、排煙、消火、救援活動の計画に用
いることができる。すなわち、消防活動者等は、表示出
力された内容を評価することによって（Ｓ１５）、より
安全で確実な消防活動、救援活動等を計画、実行するこ
とが可能となる。

【００２６】また、制御盤コンピュータは、高温煙層６
の先端位置Ｃ等を求めると、その先端位置Ｃの遡上を防
止するために必要となる適正な換気風速を、上述した場
合と同様に演算により求める。そして、求めた換気風速
でトンネル１内の換気を行うように、換気ファン５に対
して動作指示を与える（Ｓ１６）。このときの動作指示
としては、求めた換気風速での換気を行うために、例え
ば動作回転速度を指示したり、動作する換気ファン５の
台数を指定する、といったことが考えられる。

【００２７】これにより、トンネル１内では、発生した
火災に応じた適正な換気風速が空間に与えられるので、
高温煙層６が風上側に遡上してしまうことがなくなる。
さらには、風下側に大きな拡散（高温流体の混合）を伴
った排気が行われる可能性も少なくなる。

【００２８】ところで、制御盤コンピュータは、高温煙
層６の遡上を防止するだけでなく、その先端位置Ｃを火
源側に後退させる、といったことも実現可能である。例
えば、ディスプレイ装置への表示出力内容を消防活動者
等が評価した結果、例えば救援活動等のために高温煙層
６の先端位置Ｃを火源位置Ｂ側に後退させる必要がある
と判断した場合に、その判断結果が制御盤コンピュータ
の管理者等によって入力されると、制御盤コンピュータ
は、その入力内容を実現するために必要となる適正な換
気風速、すなわち遡上防止ではなく遡上位置後退のため
に適正となる換気風速を、上述した場合と同様に演算に
より求める。そして、求めた換気風速でトンネル１内の
換気を行うように、換気ファン５に対して動作指示を与
える。

【００２９】これにより、トンネル１内では、換気ファ
ン５が制御盤コンピュータからの指示に従って換気を行
うことで、高温煙層６の先端位置Ｃが火源位置Ｂ側に後
退することとなり、より安全で確実な消防活動、救援活
動等を行うことが可能となる。

【００３０】以上のように、本実施形態の煙層制御シス
テムによれば、請求項１に記載の発明の如く、トンネル
１内で火災が発生すると、温度センサー群２による検出
結果等と予め保持しているトンネル１の空間特性に関す
る情報とを基に、制御盤コンピュータが高温煙層６の先
端位置Ｃを演算により求めるようになっている。これに
より、火災が発生した際の高温煙層６の遡上位置等を判
定できるので、その結果に応じた送風量で換気ファン５
に送風を行わせることが可能となる。したがって、トン
ネル１内では、発生した火災に応じた適正な換気風速が
空間に与えられ、高温煙層６が風上側に遡上したり、風
下側に大きな拡散（高温流体の混合）を伴った排気が行
われることがなくなる。さらには、高温煙層６の先端位
置Ｃを火源位置Ｂ側に後退させることも可能になる。つ
まり、この煙層制御システムによれば、火災が発生した
際の高温煙層６の遡上および高温領域の拡散を確実に阻
止するとともに、その高温煙層６の遡上位置を火災の状
況、消防活動や救援活動の状況等に応じて変化させるこ
とができるので、従来よりも安全性の高い消防活動また
は救援活動を行うことが可能となる。

【００３１】また、本実施形態の煙層制御システムで
は、請求項２に記載の発明の如く、トンネル１内の天井
近傍に所定間隔で配列された温度センサー群２を用い
て、そのトンネル１の発熱状態を検出するようになって
いる。そのため、トンネル１内で火災が発生しても、所
定間隔で配列された温度センサー群２によって、火源の
位置Ｂが比較的精度良く求まるので、結果として高温煙
層６の遡上位置等の演算精度を向上させることが可能と
なる。

【００３２】また、本実施形態の煙層制御システムで
は、請求項３に記載の発明の如く、制御盤コンピュータ
が高温煙層６の遡上位置を求めるのに際して、温度セン
サー群２による検出結果のみならず、風速計３による検
出結果をも基にしているため、トンネル１内での空気の
流れによって火源からの火炎が傾斜している場合であっ
ても、火源の位置Ｂを精度良く特定することができる。
なお、トンネル１内での空気の流れは、換気ファン５の
送風量から推測することも考えられるが、本実施形態の
ように風速計３を用いて検出すれば、例えば自然外乱
（外部からの自然風等）がある場合でも精度良く求まる
ようになる。

【００３３】また、本実施形態の煙層制御システムにお
いて、請求項４に記載の発明の如く、温度センサー群２
に加えて煙感知器を設けた場合には、火災による発熱状
態のみならず、高温煙層６と煙を伴わない高温流体との
相違をも検出し得るようになるので、制御盤コンピュー
タがより一層高温煙層６の遡上位置を精度良く求めるこ
とができるようになる。

【００３４】なお、本実施形態では、チューブ状空間の
一例であるトンネル１に対して用いられる煙層制御シス
テムを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定され
るものではなく、例えば地下通路や建築物内の廊下等と
いった他のチューブ状空間であっても、全く同様に適用
できることは勿論である。

【００３５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明に係るチ
ューブ状空間の煙層制御システムは、検出手段による発
熱状態の検出結果と保持手段が保持している空間特性に
関する情報とを基に、演算手段がチューブ状空間内にお
ける煙遡上位置を演算により求めるとともに、送風手段
がその演算結果に応じた送風量でチューブ状空間内への
送風を行うようになっている。したがって、この煙層制
御システムを用いれば、チューブ状空間内では、発生し
た火災に応じた送風量での換気が行われることとなり、
高温煙層の遡上および高温領域の拡散が生じることがな
くなる。つまり、この煙層制御システムによれば、火災
が発生した際の高温煙層の遡上および高温領域の拡散を
確実に阻止するとともに、その高温煙層の遡上位置を火
災の状況、消防活動や救援活動の状況等に応じて変化さ
せることができるので、従来よりも安全性の高い消防活
動または救援活動を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るチューブ状空間の煙層制御システ
ムの実施形態の一例を示す概念図である。

【図２】本発明に係るチューブ状空間の煙層制御システ
ムにおける処理動作の一例を示す流れ図である。

【符号の説明】

１…トンネル、２…温度センサー群、３…風速計、５…
換気ファン、６…高温煙層

フロントページの続き (72)発明者 桑名 秀明 東京都調布市飛田給二丁目19番１号 鹿島 建設株式会社技術研究所内 (72)発明者 岡 泰資 神奈川県横浜市港南区日野６−11−11− 105

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チューブ状空間内で火災が発生した際の
   発熱状態を検出する検出手段と、 前記チューブ状空間の空間特性に関する情報を保持する
   保持手段と、 前記検出手段による検出結果と前記保持手段が保持して
   いる情報とから前記チューブ状空間内における煙遡上位
   置を演算により求める演算手段と、 前記チューブ状空間内への送風を行うとともに前記演算
   手段による演算結果に応じてその送風量を可変し得る送
   風手段とを備えることを特徴とするチューブ状空間の煙
   層制御システム。
2. 【請求項２】 前記検出手段は、前記チューブ状空間内
   の天井近傍に所定間隔で配列された温度センサー群を有
   してなるものであることを特徴とする請求項１記載のチ
   ューブ状空間の煙層制御システム。
3. 【請求項３】 前記検出手段は、前記温度センサー群に
   加えて前記チューブ状空間内の風速を検出する風速セン
   サを有したものであることを特徴とする請求項２記載の
   チューブ状空間の煙層制御システム。
4. 【請求項４】 前記検出手段は、前記温度センサー群に
   加えて煙感知器を有したものであることを特徴とする請
   求項２または３記載のチューブ状空間の煙層制御システ
   ム。