JP3789076B2

JP3789076B2 - 道路トンネル換気制御装置

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Publication number: JP3789076B2
Application number: JP2001027046A
Authority: JP
Inventors: 橋裕之大; 山敏博小; 達俊朗安
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-02-02
Filing date: 2001-02-02
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2021-02-02
Also published as: JP2002227599A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分岐部や合流部を有する道路トンネルの換気を制御する道路トンネル換気制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
道路トンネル（以下トンネルと記載する）では、立坑あいるはトンネル内ダクトからの送排風や、集塵機、ジェットファン等の換気設備がトンネルの規模に応じて設置されている。これらの換気設備を必要に応じて運転することにより、トンネル内の汚染物質（煤煙、一酸化炭素（以下ＣＯと記載する）等）の濃度を許容範囲内に維持している。トンネル内の汚染濃度はトンネル内の位置に応じて異なる分布となっているため、汚染物質の濃度が最も高くなる地点の濃度を許容範囲内に維持するように換気機の運転風量・台数を制御する必要がある。
【０００３】
また、トンネル内の風速も、換気方式によってはトンネル内の位置に応じて異なる分布となっているため、風速が最も高くなる地点の風速を許容範囲内に維持し、逆に換気に必要な風速を確保するために換気機の運転風量・台数を制御する必要がある。トンネル内の換気状態を制御するためにはトンネル内の圧力バランスを考慮しながら風速分布を計算し、その結果をもとに煤煙濃度分布、ＣＯ濃度分布等を予測演算し、制御に用いるという方式が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の自動車用のトンネルは、その入口から出口までの間に分岐部や合流部を有しない形態が一般的であり、このようなトンネルにおいては上記従来の技術に記載した手法による換気制御方法で制御しても問題がなかった。
【０００５】
しかし、近年、大都市圏の交通渋滞を緩和し、地下空間を有効に利用するために、トンネルの途中に分岐部や合流部を有するトンネルが多数計画されている。このようなトンネルに対しては、上記従来の技術に記載した手法をそのまま適用したのでは、有効な換気制御を行うことは困難であった。
【０００６】
また、従来においては、途中に分岐部や合流部を有するトンネルの換気制御を扱う場合に、途中に分岐部や合流部が無いとした場合の一つの運動方程式をたて、その運動方程式を基礎にして分岐部や合流部の存在の影響を逐次的に求めるようにしていた。このため、トンネルの換気状態に関する予測演算の精度が低いという問題があった。
【０００７】
そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題を解消し、分岐部や合流部を有するトンネルの換気状態に関する予測演算の精度を向上させ、換気設備の効率的な運用を可能にする道路トンネル換気制御装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の道路トンネル換気制御装置は、トンネル本線と少なくとも１個の分岐部及び／又は少なくとも１個の合流部とにより構成され坑内の壁面に送風孔及び排気孔を有するトンネルダクトが設置された道路トンネルを換気制御する道路トンネル換気制御装置において、前記トンネルの全ての坑口に対して演算上必要となる坑口外の圧力を仮の値として指定するトンネル外圧力設定手段と、前記トンネルダクトの送排風量を設定する送排風量設定手段と、前記トンネル本線への流入交通量、前記分岐部からの流出交通量、及び前記合流部への流入交通量等の交通量を計測する交通量計測装置と、前記交通量計測装置が設置されている地点の交通量を予測する交通量予測手段と、前記道路トンネルを空気が流入し流出する複数のセクションに分割し、前記交通量予測手段の予測結果を用いて前記複数のセクションの各々のセクションに存在する車両の台数を演算する各セクション在車台数演算手段と、前記複数のセクションの各々のセクション毎に流通する空気に適用する互いに連立する複数の運動方程式を設定し、前記トンネル外圧力設定手段、前記送排風量設定手段、及び前記各セクション在車台数演算手段の出力結果を用いて互いに連立する前記複数の運動方程式を解き前記道路トンネル内の風速分布を演算する風速分布演算手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、前記交通量計測装置は車速を計測する車速計測手段を有し、前記車速計測手段による車速計測値に基づき各セクションを走行する車両の平均速度を演算する各セクション車速演算手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
前記車速計測手段による車速計測値に基づき前記交通量計測装置が設置されている地点の平均車速を予測する車速予測手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、前記各セクション在車台数演算手段の出力を用いて各セクションの煤煙発生量を計算する煤煙発生量演算手段と、前記煤煙発生量演算手段の出力と前記風速分布演算手段によって演算した風速分布とに基づき、トンネル内の空間的な煤煙濃度分布を演算する煤煙濃度分布演算手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、前記各セクション在車台数演算手段の出力と前記各セクション車速演算手段の出力とを用いて、各セクションの煤煙発生量を計算する煤煙発生量演算手段と、前記煤煙発生量演算手段の出力と前記風速分布演算手段によって演算した風速分布とに基づき、トンネル内の空間的な煤煙濃度分布を演算する煤煙濃度分布演算手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、前記各セクション在車台数演算手段の出力を用いて各セクションのＣＯ発生量を計算するＣＯ発生量演算手段と、前記ＣＯ発生量演算手段の出力と前記風速分布演算手段によって演算した風速分布とに基づき、トンネル内の空間的なＣＯ濃度分布を演算するＣＯ濃度分布演算手段と、を備えたことを特徴とする。また、前記風速分布演算手段によって演算した風速分布が望ましい範囲に収まっているか否かを検査する風速チェック手段と、前記風速チェック手段におけるチェックが満たされるように各セクションの送排風量を修正する送排風量修正手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、トンネル内に設置され、煙霧透過率を示すＶＩ値を計測する装置であるＶＩ計と、前記煤煙濃度分布演算手段で演算した煤煙濃度分布が所定の許容範囲に収まるように各セクションの送排風量を修正し、送排風量指令値として出力する煤煙用送排風量指令値演算手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、トンネル内に設置され、ＣＯ濃度を計測する装置であるＣＯ計と、前記ＣＯ濃度分布演算手段で演算したＣＯ濃度分布が所定の許容範囲に収まるように各セクションの送排風量を修正し、送排風量指令値として出力するＣＯ用送排風量指令値演算手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、トンネル内に設置され、風向風速を計測する装置であるＡＶ計と、トンネル内のいずれかの地点で火災が発生した場合に、前記風速分布演算手段によって演算した風速分布を参照し、火災発生地点近傍の風速を抑制し延焼を防ぐとともに火災発生地点の風速を安全上望ましい値に維持するように各セクションの送排風量を修正し、送排風量指令値として出力する風速用送排風量指令値演算手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
上述の発明において、道路トンネルはトンネル本線と少なくとも１個の分岐部及び／又は少なくとも１個の合流部とにより構成されている。ここで、道路トンネルは分岐部のみを含む場合、合流部のみを含む場合、分岐部と合流部の両方を含む場合であってもよい。
【００１８】
本願発明においては、途中に分岐部や合流部が無いとした場合の一つの運動方程式を基礎にして分岐部や合流部の存在の影響を逐次的に求めるのではなく、分岐部や合流部の存在を取り入れて道路トンネルを空気が流入し流出する複数のセクションに分割し、複数のセクションの各々のセクション毎に流通する空気に適用する互いに連立する複数の運動方程式を設定する。そして、トンネル外圧力設定手段、送排風量設定手段、及び各セクション在車台数演算手段の出力結果を用いて互いに連立する複数の運動方程式を解き道路トンネル内の風速分布を演算する。分岐部や合流部の存在の影響を逐次的に求める場合に比べて換気状態に関する予測演算の精度を向上させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態として複数の実施例について説明する。
【００２０】
まず、実施例１に実施例について説明する。実施例１の構成を図１に示す。図１に記載するように、本実施例の道路トンネル換気制御装置は、トンネル外圧力設定手段１、送排風量設定手段２、交通量計測装置３、交通量予測手段４、各セクション在車台数演算手段５、及び風速分布演算手段６を備えている。本実施例に記載する装置全体をａで表すことにする。
【００２１】
分岐部や合流部を有するトンネルの換気状態を予測するためにはトンネル内の風速分布やその推移を如何にして求めるかということが最大のポイントになる。本実施例に記載の装置によれば、トンネル内に複数の分岐合流部を有する場合や、複数の換気方式を組み合わせた方式を採用する場合等、さまざまなトンネルの風速分布を計算することが可能である。本実施例では簡単のため、図２２に示すような、分岐合流部（分岐部または合流部）分岐部と合流部が各々１箇所ずつ有し、トンネル側面に多数の送風孔および排風孔を有するトンネルダクトが設置されたトンネル（横流式）を例として作用を説明する。なお、以下に分岐合流部とは分岐部または合流部の少なくとも一方がある場合において分岐部または／及び合流部を指すものとする。
【００２２】
トンネル外圧力設定手段１はトンネル坑口外の圧力を設定する手段である。本実施例では図２２に示すように、トンネル本線入口Ａ、トンネル本線出口Ｂ、分岐部出口Ｃ、合流部入口Ｄの計４箇所の圧力Ｐ_ｎＡ、Ｐ_ｎＢ、Ｐ_ｎＣ、Ｐ_ｎＤを設定する。これらの地点に圧力測定装置が設置されている場合にはその測定値を用いればよい。設置されていない場合には地形や標高等の諸条件を勘案し適切な値を設定する。
【００２３】
送排風量設定手段２はトンネルダクトの送排風量を設定する手段である。本実施例で対象としているトンネルは、図２２に示すように分岐合流部により、トンネル本線１、２、３、分岐トンネル４、合流トンネル５の計５つのセクションに分割され、各々のセクションの送風量Ｑ_ｂｉ（ｉ＝１〜５）、排風量Ｑ_ｅｉ（ｉ＝１〜５）がそれぞれ個別に設定できるものとする。本手段で設定した送排風量に応じて、トンネル内風速分布が演算される。
【００２４】
交通量計測装置３はトンネル内を走行する車両の台数を計測する装置である。一般にはトラフィックカウンタと呼ばれている。トンネル内の交通状況を詳細に把握するためには交通量計測装置３は多数設置されていることが望ましいが、コストの問題もあるため適切な場所を選定し必要な台数を設置することが望ましい。本実施例で対象としている図２２のトンネルにおいてトンネル内全域の交通量を把握するためには、少なくともトンネル本線入口Ａ、分岐部出口Ｃ、合流部入口Ｄの３箇所に設置する必要がある。
【００２５】
交通量予測手段４は交通量計測装置３の計測値に基づき、交通量計測装置が設置されている地点の大型車交通量、小型車交通量を予測する手段である。なお予測方法については本発明の対象外であり、さまざまな手法が適用可能であるため詳細な説明を省略し、既に公知となっている手法の概要を説明する。過去１ヶ月間の交通量計測装置３のデータをもとに、１日（２４時間）の大型車交通量、小型車交通量の時系列的な推移を平日、休日前、休日、休日明け等に分類して平均処理することにより、各予測項目の基本パターンを作成する。これは、交通特性が平日、休日前、休日、休日明け等の分類に応じて特有の傾向を示すことが多いからである。例えば、平日の午後０時に今後１時間の予測を行なう場合には、平日用の基本パターンを参照し、該当する時間帯のデータを予測値として用いる。その際に、当日の午後０時までの計測値と基本パターンとのずれを予測に用いることにより、予測精度を向上することができる。その際の方法としては、例えばカルマンフィルタを適用し自己回帰モデルを用いる方法等が挙げられる。
【００２６】
各セクション在車台数演算手段５は交通量予測手段４の予測結果を用いて、トンネル内に存在する車両の台数を演算する手段である。本実施例では、トンネル本線１、２、３、分岐トンネル４、合流トンネル５の計５セクションの在車台数を演算する必要がある。交通量計測装置３が、トンネル本線入口Ａ、分岐部出口Ｃ、合流部入口Ｄの３箇所に設置されている場合、交通量予測手段４により、各地点の時間交通量（１時間に走行する車両台数）が予測される。この予測交通量を以下の文字で表すものとする。
【００２７】
Ｎ_ｐｈＡ：トンネル本線入口Ａ時間交通量予測値［台／ｈ］
Ｎ_ｐｈＣ：分岐部出口Ｃ時間交通量予測値［台／ｈ］
Ｎ_ｐｈＤ：合流部入口Ｄ時間交通量予測値［台／ｈ］
この時、セクション１〜５の時間交通量予測値Ｎ_ｐｈ１〜Ｎ_ｐｈ５は次式により演算することができる。
【００２８】
Ｎ_ｐｈ１＝Ｎ_ｐｈＡ …（１）
Ｎ_ｐｈ２＝Ｎ_ｐｈＡ−Ｎ_ｐｈＣ …（２）
Ｎ_ｐｈ３＝Ｎ_ｐｈＡ−Ｎ_ｐｈＣ＋Ｎ_ｐｈＤ …（３）
Ｎ_ｐｈ４＝Ｎ_ｐｈＣ …（４）
Ｎ_ｐｈ５＝Ｎ_ｐｈＤ …（５）
セクション１〜５の長さをＬ_１〜Ｌ_５［ｍ］、走行車両の平均速度をＶ_ｔｓ１〜Ｖ_ｔｓ５［ｍ／ｓ］とするとき、各セクションの在車台数Ｎ_１〜Ｎ_５［台］は次式により計算できる。
【００２９】
【数１】

ここで、走行車両の平均速度Ｖ_ｔｓ１〜Ｖ_ｔｓ５は、トンネルの設計速度や実際の交通状況を考慮して適切に設定する。車速が時間帯や曜日等に依存する傾向の強い場合には、固定値ではなく、時間帯や曜日等に応じたパターンで設定するものとする。
【００３０】
風速分布演算手段６は、トンネル外圧力設定手段１、送排風量設定手段２、および各セクション在車台数演算手段５の出力を用いてトンネル内の風速分布を演算する手段である。風速分布演算手段６は、本発明の最も重要なポイントであるため、図を引用しながら詳細に説明する。
【００３１】
風速分布演算手段６は図２２に記載する分岐合流トンネルの風速分布を演算するものであるが、まずはその基本となる単純なトンネルの数式モデルを示す。図２３に示すようなトンネルを考える。図２３における記号の説明は以下の通りである。
【００３２】
Ａ：トンネル入口
Ｂ：トンネル出口
ｘ：トンネル入口を原点とする座標［ｍ］
Ｌ：トンネル延長［ｍ］
Ｑ_ｂ：送風量［ｍ^３／ｓ］
Ｑ_ｅ：排風量［ｍ^３／ｓ］
Ｐ_ｎＡ：トンネル入口全圧（トンネル外側）［Ｐａ］
Ｐ_ｎＢ：トンネル出口全圧（トンネル外側）［Ｐａ］
Ｐ_ｒａ：トンネル入口全圧（トンネル内側）［Ｐａ］
Ｐ_ｒｂ：トンネル出口全圧（トンネル内側）［Ｐａ］
Ｕ_ｒａ：トンネル入口風速（トンネル内側）［ｍ／ｓ］
Ｕ_ｒｂ：トンネル出口風速（トンネル内側）［ｍ／ｓ］
送風量Ｑ_ｂと排風量Ｑ_ｅから、風量Ｑを式（７）により計算する。
【００３３】
Ｑ＝Ｑ_ｂ−Ｑ_ｅ …（７）
このとき、式（８）の運動方程式が成立する。
【００３４】
【数２】

式（２）におけるＡ_ｒ，ρ，Ｐ_ｔ，Ｐ_ｒは以下の通りである。
【００３５】
Ａ_ｒ：トンネル断面積［ｍ^２］
ρ：空気密度［ｋｇ／ｍ^３］
Ｐ_ｔ：交通換気力［Ｐａ］
Ｐ_ｒ：トンネル壁面抵抗［Ｐａ］
交通換気力Ｐ_ｔは、式（９）により計算することができる。
【００３６】
【数３】

式（９）におけるＡ_ｍ，Ｎ，Ｖ_ｔｓ，Ｕ_ｒ（ｘ）は以下の通りである。
【００３７】
Ａ_ｍ：車両等価抵抗面積［ｍ^２］
Ｎ：トンネル内在車台数［台］
Ｖ_ｔｓ：車速［ｍ／ｓ］
Ｕ_ｒ（ｘ）：座標ｘ［ｍ］におけるトンネル内風速［ｍ／ｓ］
トンネル内風速Ｕ_ｒ（ｘ）は、式（１０）により計算することができる。
【００３８】
【数４】

したがって、トンネル出口風速Ｕ_ｒｂは、式（１１）のようにＵ_ｒａで表すことができる。
【００３９】
【数５】

壁面抵抗Ｐ_ｒは、式（１２）により計算することができる。
【００４０】
【数６】

式（１２）におけるλ，Ｄ_ｒは以下の通りである。
【００４１】
λ：壁面抵抗係数［・］
Ｄ_ｒ：トンネル代表寸法［ｍ］
トンネル入口Ａでは、入口損失あるいは出口損失が生じるため、トンネル入口全圧（トンネル外側）Ｐ_ｎＡとトンネル入口全圧（トンネル内側）Ｐ_ｒａとの関係は、トンネル入口風速Ｕ_ｒａの符号（Ａ→Ｂを正とする）に応じて式（１３）あるいは式（１４）のようになる。
【００４２】
【数７】

式（１３）におけるζ_ｅは以下の通りである。
【００４３】
ζ_ｅ：入口損失係数［・］
同様に、トンネル出口Ｂでは、出口損失あるいは入口損失が生じるため、トンネル出口全圧（トンネル外側）Ｐ_ｎＢとトンネル出口全圧（トンネル内側）Ｐ_ｒｂとの関係は、トンネル出口風速Ｕ_ｒｂの符号（Ａ→Ｂを正とする）に応じて式（１５）あるいは式（１６）のようになる。
【００４４】
【数８】

ここで、以下の変数が既知であると仮定する。
【００４５】
Ｑ_ｂ：送風量［ｍ^３／ｓ］
Ｑ_ｅ：排風量［ｍ^３／ｓ］
Ｐ_ｎＡ：トンネル入口全圧（トンネル外側）［Ｐａ］
Ｐ_ｎＢ：トンネル出口全圧（トンネル外側）［Ｐａ］
Ｎ：トンネル内在車台数［台］
Ｖ_ｔｓ：車速［ｍ／ｓ］
さらに、以下の定数が既知であると仮定する。
【００４６】
Ｌ：トンネル延長［ｍ］
Ａ_ｒ：トンネル断面積［ｍ^２］
Ｄ_ｒ：トンネル代表寸法［ｍ］
ρ：空気密度［ｋｇ／ｍ^３］
λ：壁面抵抗係数［・］
ζ_ｅ：入口損失係数［・］
式（８）に、式（９）の交通換気力Ｐ_ｔ、式（１２）の壁面抵抗Ｐ_ｒ、式（１３）あるいは式（１４）のトンネル入口全圧（トンネル内側）Ｐ_ｒａ、式（１５）あるいは式（１６）のトンネル出口全圧（トンネル内側）Ｐ_ｒｂをそれぞれ代入し、式（１０）、式（１１）の関係を用いれば、式（８）は未知変数がトンネル入口風速Ｕ_ｒａのみの微分方程式となり、トンネル入口風速Ｕ_ｒａを容易に計算することができる。定常状態を計算する場合には微分項をゼロとおいてよいため、計算はさらに容易になる。トンネル入口風速Ｕ_ｒａが求まれば、式（１０）を用いることによりトンネル内の風速分布を求めることができる。
【００４７】
つづいて、図２２の分岐合流トンネルの風速分布を演算する方法について説明する。
【００４８】
図２２に記載する分岐後流トンネルの５つのセクション（トンネル本線１、２、３、分岐トンネル４、合流トンネル５）の各々について、式（８）と同様に運動方程式を立てると以下の式（１７）〜（２１）のようになる。各記号の添字はセクション番号に対応している。また、各記号の説明は前記のとおりである。
【００４９】
【数９】

分岐点における圧力の変化は次式のようになる。
【００５０】
【数１０】

式（２２）、（２３）におけるζ_１２，ζ_１４は以下の通りである。
【００５１】
ζ_１２：セクション１からセクション２への損失係数［・］
ζ_１４：セクション１からセクション４への損失係数［・］
上記のζ_１２，ζ_１４は分岐部の構造や風向等により変化することが知られており、実験等により適切に定める必要があるが、簡易計算の場合、ゼロとみなすこともある。その場合、Ｐ_ｒｂ１，Ｐ_ｒａ２，Ｐ_ｒａ４が同一値となる。
【００５２】
合流点における圧力の変化は次式のようになる。
【００５３】
【数１１】

式（２４）、（２５）におけるζ_２３，ζ_５３は以下の通りである。
【００５４】
ζ_２３：セクション２からセクション３への損失係数［・］
ζ_５３：セクション５からセクション３への損失係数［・］
上記のζ_２３，ζ_５３は合流部の合流部の構造や風向等により変化することが知られており、実験等により適切に定める必要があるが、簡易計算の場合、ゼロとみなすこともある。その場合、Ｐ_ｒｂ２，Ｐ_ｒｂ５，Ｐ_ｒａ３が同一値となる。
【００５５】
また、風速に関しては、分岐点における風量のバランスにより次式が成立している。
【００５６】
Ａ_ｒ１・Ｕ_ｒｂ１＝Ａ_ｒ２・Ｕ_ｒｂ２＋Ａ_ｒ４・Ｕ_ｒｂ４ …（２６）
同様に、合流点における風量のバランスにより次式が成立している。
【００５７】
Ａ_ｒ２・Ｕ_ｒｂ２＋Ａ_ｒ５・Ｕ_ｒｂ５＝Ａ_ｒ３・Ｕ_ｒｂ３ …（２７）
式（１１）を用いると、Ｕ_ｒｂ１〜Ｕ_ｒｂ５はＵ_ｒａ１〜Ｕ_ｒａ５を用いて次式のように表すことができる。
【００５８】
【数１２】

ここで１０箇所の風速（Ｕ_ｒａ１〜Ｕ_ｒａ５，Ｕ_ｒｂ１〜Ｕ_ｒｂ５）のうち３つを選択し、それ以外の風速を選択した３つの風速で表すことを考える。一例として、Ｕ_ｒａ１＝Ｘ_１，Ｕ_ｒａ２＝Ｘ_２，Ｕ_ｒａ３＝Ｘ_３を選択した場合について記載する。本実施例では式を簡単にするためＡ_ｒ１〜Ａ_ｒ５は同一値（Ａ_ｒ）とする。もちろんＡ_ｒ１〜Ａ_ｒ５に個々の値を設定する場合も式が若干複雑になるだけで本質的には全く同じである。その結果を以下に示す。
【００５９】
【数１３】

次に、風速分布を求めるため、式（１７）〜（２１）を連立して解く方法を説明する。図２４に矢印で示すような３つのルートを考える。なお、このルートは一意ではなく、例えば、セクション１→セクション２→セクション５等、出入り口が異なる３つのルートを任意に選定すればよい。
【００６０】
・ルート１：セクション１→セクション２→セクション３
・ルート２：セクション１→セクション４
・ルート３：セクション５→セクション３
各々のルートにしたがって、式（１７）〜（２１）の運動方程式を辺々加えていく。ルート１を例として説明する。式（１７）、式（１８）、式（１９）を辺々足し合わせる。まず、左辺は式（２２）、式（２４）を用いると、次式のようになる。
【００６１】
【数１４】

ここで、Ｐ_ｒａ１については次式が成立する。
【００６２】
【数１５】

同様に、Ｐ_ｒｂ３については次式が成立する。
【００６３】
【数１６】

式（３９）〜式（４３）を用いると、左辺はＰ_ｎＡ，Ｐ_ｎＢおよび風速で表すことができる。
【００６４】
同様に右辺についても足し合わせると、各々のセクションのＰ_ｔｉ，Ｐ_ｒｉが式（９）、式（１２）の形で表されることから、右辺は風量Ｑ_１および風速で表すことができる。
【００６５】
ここで、Ｐ_ｎＡ，Ｐ_ｎＢはトンネル外圧力設定手段１、風量Ｑ_１は送排風量設定手段２、式（９）の交通換気力Ｐ_ｔ１の計算に必要なセクション内在車台数Ｎ_１は各セクション在車台数演算手段５により得ることができる。また、各風速に式（２９）〜（３８）を代入すると、ルート１に存在するセクション１〜３の運動方程式を辺々足し合わせた式は、未知変数がＸ_１〜Ｘ_３の微分方程式になる。同様の方法で、ルート２（セクション１→セクション４）、ルート３（セクション５→セクション３）に存在するセクションの運動方程式を足し合わせると、未知変数がＸ_１〜Ｘ_３の微分方程式が各々得られる。この結果、未知変数がＸ_１〜Ｘ_３の微分方程式が３本得られる。これらの微分方程式を連立し、未知変数Ｘ_１〜Ｘ_３について解く事によりトンネル内の風速分布を得ることができる。
【００６６】
以上記載した方法により、分岐部と合流部を有するトンネル内の風速分布を高精度で演算可能な装置を実現することができる。
【００６７】
なお、本実施例では図２２に示すような分岐部および合流部を一箇所ずつ有するトンネルを対象としたが、分岐部と合流部の数が異なる場合にも適用することができる。本実施例はトンネル坑口が４箇所で、出入口の異なる（片方は同じでも良い）ルートを３つ選択した。トンネル坑口がｎ箇所ある場合には、同様にｎ−１のルートを選定すればよい。
【００６８】
上述の実施例１によれば、トンネル内の分岐点や合流部の存在を考慮してトンネル内の風速分布を演算するように構成して、トンネル内に分岐合流部を有するトンネルに対して複数のルートを設定し各々のルートに成立する運動方程式を求め、これらの運動方程式を連立して各々のルートにおける運動方程式の解を求めるようにしたので、トンネル内に分岐合流部を有する複雑なトンネルに対して、トンネル外の圧力、送排風機の風量、本線部への流入交通量、分岐部からの流出交通量、合流部からの流入交通量の値に応じて、トンネル内の換気状態を予測するための基礎となるトンネル内風速分布を高精度で予測演算することができる。
【００６９】
次に、実施例２について説明する。実施例２の構成を図２に示す。図２に記載するように、本実施例は、実施例１に記載の構成に、各セクション車速演算手段７を加えたものである。本実施例に記載する装置全体をｂで表すことにする。実施例２は、実施例１に記載の構成に各セクション車速演算手段７を加えたものであるから、各セクション車速演算手段７の作用についてのみ説明する。
【００７０】
本実施例では、交通量計測装置３に車速計測機能がある場合を想定している。実施例１では各セクションの車速をトンネルの設計速度や実際の交通状況を考慮して設定したが、本実施例では交通量計測装置３の車速計測値に基づいて定めるものとする。
【００７１】
各セクション車速演算手段７では、交通量計測装置３の計測値を用いて、各セクションを走行する車両の平均速度を演算する手段である。交通量計測装置３で計測した車速は、設定された周期（例えば５分）毎に平均処理を行う。各セクションの車速を得るためには、各々のセクションに交通量計測装置３が設置されていることが望ましいが、コストの観点から設置台数を低減する場合には、トンネル本線入口Ａ、分岐部出口Ｃ、合流部入口Ｄの３箇所に設置し、トンネル本線のセクション１〜３はＡ、分岐部セクション４はＣ、合流部セクション５はＤの計測値をそれぞれ用いることとする。
【００７２】
各セクション車速演算手段７で演算した各セクションの平均車速は、風速分布演算手段６に渡され、風速分布の演算に用いられる。
【００７３】
実施例２によれば、実施例１の構成に各セクション車速演算手段７を加えたものであるから、実施例１の効果に加え、特に車速の変動が大きい場合、より高精度で風速分布を演算することが可能となる。
【００７４】
次に、実施例３について説明する。実施例３の構成を図３に示す。図３に記載するように、本実施例は、実施例２に記載の構成に、車速予測手段８を加えたものである。本実施例に記載する装置全体をｃで表すことにする。本実施例は、実施例２に記載の構成に車速予測手段８を加えたものであるから、車速予測手段８の作用についてのみ説明する。本実施例では、実施例２と同様に、交通量計測装置３に車速計測機能がある場合を想定している。
【００７５】
車速予測手段８は、交通量計測装置３の車速計測値に基づき、交通量計測装置が設置されている地点の平均車速を予測する手段である。なお予測方法については本発明の対象外であり、さまざまな手法が適用可能であるため詳細な説明を省略するが、例えば、実施例１の交通量予測手段４で記載した公知の手法を用いても良い。車速予測手段８による車速予測値に基づき、各セクション車速演算手段７にて各セクションの平均車速を演算する。演算結果は風速分布演算手段６に渡され、風速分布の演算に用いられる。
【００７６】
実施例３によれば、本実施例は実施例２の構成に車速予測手段８を加えたものであるから、実施例２の効果に加え、車速の変動を高精度で予測することにより、風速分布の演算精度を向上することが可能となる。
【００７７】
次に、実施例４について説明する。本実施例の構成を図４に示す。本実施例は実施例１に記載の装置ａに、煤煙発生量演算手段９と、煤煙濃度分布演算手段１０を加えたものである。本実施例に記載する装置全体をｄで表すことにする。本実施例は実施例１に記載の装置ａに、煤煙発生量演算手段９と煤煙濃度分布演算手段１０を加えたものであるから、これらの作用についてのみ説明する。
【００７８】
煤煙発生量演算手段９では、装置ａにより演算された各セクション在車台数に基づいて各セクションの煤煙発生量を計算する手段である。煤煙発生量の演算においては、実験データあるいは統計データとして得られている通行車両の煤煙発生量データを用いればよい。なお本手段では従来から一般的に用いられている手法を適用すればよいので、詳細な説明は省略する。この各セクション煤煙発生量の演算結果と、装置ａにより得られる風速分布をもとに、煤煙濃度分布演算手段１０によりトンネル内の空間的な煤煙濃度分布が演算される。本手段においても従来から一般的に用いられている手法を適用すればよいので、詳細な説明は省略する。
【００７９】
実施例４によれば、本実施例ではトンネル内の分岐・合流部の存在を考慮して演算した風速分布に基づき煤煙濃度分布を演算しており、したがって、分岐・合流部を有する複雑なトンネルに対し、トンネル外の圧力、送排風機の風量、本線部への流入交通量、分岐部からの流出交通量、合流部からの流入交通量に応じてトンネル内の煤煙濃度分布を高精度で予測演算することができる。
【００８０】
次に、実施例５について説明する。本実施例の構成を図５に示す。本実施例は実施例２に記載の装置ｂに、煤煙発生量演算手段９と、煤煙濃度分布演算手段１０を加えたものである。本実施例に記載する装置全体をｅで表すことにする。本実施例は実施例２に記載の装置ｂに、煤煙発生量演算手段９と煤煙濃度分布演算手段１０を加えたものであるから、これらの作用についてのみ説明する。
【００８１】
煤煙発生量演算手段９では、装置ｂにより演算された各セクション在車台数に基づいて各セクションの煤煙発生量を計算する手段である。本実施例においては、各セクションの車速が得られるため、煤煙発生量演算手段９にて煤煙発生量を演算する際に、車速を考慮するものとする。煤煙発生量データは車速に依存することが知られている。なお、本手段では従来から一般的に用いられている手法を適用すればよいので、詳細な説明は省略する。この各セクション煤煙発生量の演算結果と装置ｂにより得られる風速分布をもとに、煤煙濃度分布演算手段１０によりトンネル内の空間的な煤煙濃度分布が演算される。
【００８２】
実施例５によれば、車速を計測し演算に用いることにより装置ｂにおける風速分布の演算精度および煤煙発生量演算手段９における演算精度を向上することが可能になる。この結果として、煤煙濃度分布の演算精度を向上することができる。
【００８３】
次に、実施例６について説明する。本実施例の構成を図６に示す。本実施例は実施例３に記載の装置ｃに、煤煙発生量演算手段９と、煤煙濃度分布演算手段１０を加えたものである。本実施例に記載する装置全体をｆで表すことにする。本実施例は、実施例５の装置ｂの代わりに装置ｃを用いたものであるから作用の説明は省略する。
【００８４】
実施例６によれば、車速を予測し演算に用いることにより、装置ｃにおける風速分布の演算精度および、煤煙発生量演算手段９における演算精度を向上することが可能になる。この結果として、煤煙濃度分布の演算精度を向上することができる。
【００８５】
次に、実施例７について説明する。本実施例の構成を図７に示す。本実施例は実施例１に記載の装置ａに、ＣＯ発生量演算手段１１と、ＣＯ濃度分布演算手段１２を加えたものである。本実施例に記載する装置全体をｇで表すことにする。本実施例は実施例１に記載の装置ａに、ＣＯ発生量演算手段１１と煤煙濃度分布演算手段１２を加えたものであるから、これらの作用についてのみ説明する。ＣＯ発生量演算手段１１では、装置ａにより演算された各セクション在車台数に基づいて各セクションのＣＯ発生量を計算する手段である。ＣＯ発生量の演算においては、実験データあるいは統計データとして得られる通行車両のＣＯ発生量データを用いればよい。なお本手段では従来から一般的に用いられている手法を適用すればよいので、詳細な説明は省略する。この各セクションＣＯ発生量の演算結果と、装置ａにより得られる風速分布をもとに、ＣＯ濃度分布演算手段１２によりトンネル内の空間的なＣＯ濃度分布が演算される。本手段においても従来から一般的に用いられている手法を適用すればよいので、詳細な説明は省略する。
【００８６】
実施例７によれば、トンネル内の分岐・合流部の存在を考慮して演算した風速分布に基づき、ＣＯ濃度分布を演算しており、したがって、分岐・合流部を有する複雑なトンネルに対し、トンネル外の圧力、送排風機の風量、本線部への流入交通量、分岐部からの流出交通量、合流部からの流入交通量に応じてトンネル内のＣＯ濃度分布を高精度で予測演算することができる。
【００８７】
次に、実施例８について説明する。本実施例の構成を図８に示す。本実施例は実施例２に記載の装置ｂに、ＣＯ発生量演算手段１１と、ＣＯ濃度分布演算手段１２を加えたものである。本実施例に記載する装置全体をｈで表すことにする。本実施例は実施例２に記載の装置ｂに、ＣＯ発生量演算手段１１とＣＯ濃度分布演算手段１２を加えたものであるから、これらの作用についてのみ説明する。
【００８８】
ＣＯ発生量演算手段１１では、装置ｂにより演算された各セクション在車台数に基づいて各セクションのＣＯ発生量を計算する手段である。本実施例においては、各セクションの車速が得られるため、ＣＯ発生量演算手段１１にて煤煙発生量を演算する際に、車速を考慮するものとする。ＣＯ発生量データは車速に依存することが知られている。なお、本手段では従来から一般的に用いられている手法を適用すればよいので、詳細な説明は省略する。この各セクションＣＯ発生量の演算結果と装置ｂにより得られる風速分布をもとに、ＣＯ濃度分布演算手段１２によりトンネル内の空間的なＣＯ濃度分布が演算される。
【００８９】
実施例８によれば、車速を計測し演算に用いることにより、装置ｂにおける風速分布の演算精度および、ＣＯ発生量演算手段１１における演算精度を向上させることが可能になる。この結果として、ＣＯ濃度分布の演算精度を向上させることができる。
【００９０】
次に、実施例９について説明する。本実施例の構成を図９に示す。本実施例は実施例３に記載の装置ｃに、ＣＯ発生量演算手段１１と、ＣＯ濃度分布演算手段１２を加えたものである。本実施例に記載する装置全体をｉで表すことにする。本実施例は、実施例８の装置ｂの代わりに装置ｃを用いたものであるから、作用の説明は省略する。
【００９１】
実施例９によれば、車速を予測し演算に用いることにより、装置ｃにおける風速分布の演算精度およびＣＯ発生量演算手段１１における演算精度を向上させることが可能になる。この結果として、ＣＯ濃度分布の演算精度を向上させることができる。
【００９２】
次に、実施例１０について説明する。本実施例の構成を図１０に示す。本実施例は実施例１に記載の装置ａに、風速チェック手段１３と、送排風量修正手段１４を加えたものである。本実施例では、装置ａが風速分布予測演算装置として機能し、トンネル内の風速分布を予測演算する。その風速分布が望ましい範囲に収まるように送排風機への指令値（設定値）の修正演算を行うようになっている。
【００９３】
まず装置ａでは、各セクションの送風量基準値および排風量基準値をもとに、トンネル内の風速分布を計算する。各セクションの送風量基準値および排風量基準値を以下のように表す。
【００９４】
Ｑ_ｂＯ１：セクションｉの送風量基準値（ｉ＝１〜５）
Ｑ_ｅＯ１：セクションｉの排風量基準値（ｉ＝１〜５）
風速チェック手段１３では、装置ａが演算した風速分布が望ましい範囲に収まっているか否かをチェックする。本手段でチェックする項目は、トンネル形状や換気機の運用方針等によって適宜設定する必要があるが、例えば、以下のような項目がある。
【００９５】
▲１▼トンネル内風速分布の最大値が許容値以下となっているか否か？
▲２▼送排風量がゼロの区間で、最低風速が確保されているか否か？
上記▲１▼はトンネル内の車両が安全に走行できるようにするためである。また、上記▲２▼は、トンネル内の汚染濃度（煤煙、ＣＯ等）の急激な悪化を防止するためである。
【００９６】
送排風量修正手段１４は、風速チェック手段１３におけるチェック項目が全て満たされるように各セクションの送排風量を修正する手段である。本手段では、風速チェック手段１３の結果に応じて各セクションの送排風量の修正値ΔＱ_ｂｉ，ΔＱ_ｅｉを演算する。
【００９７】
ΔＱ_ｂｉ：セクションｉの送風量修正値（ｉ＝１〜５）
ΔＱ_ｅｉ：セクションｉの排風量修正値（ｉ＝１〜５）
つぎに送排風量基準値Ｑ_ｂＯ１，Ｑ_ｅＯ１に送排風量修正値ΔＱ_ｂｉ，ΔＱ_ｅｉを加算し、修正後の送排風量Ｑ_ｂｉ，Ｑ_ｅｉを演算する。
【００９８】
Ｑ_ｂｉ＝Ｑ_ｂＯ１＋ΔＱ_ｂｉ …（４４）
Ｑ_ｅｉ＝Ｑ_ｅＯ１＋ΔＱ_ｅｉ …（４５）
式（４４）および式（４５）により修正された送排風量は装置ａに渡され、この送排風量に基づいて、再度、トンネル内の風速分布が演算される。このようにして、風速チェック手段１３のチェック項目が全て満たされるまで送排風量の修正が繰り返される。そして、最終的に風速チェック手段１３のチェック項目を全て満足した送風量および排風量が、送排風機への指令値Ｑ_{ｂｒｅｆｉ}，Ｑ_{ｅｒｅｆｉ}として出力される。
【００９９】
Ｑ_{ｂｒｅｆｉ}：セクションｉの送風量指令値（ｉ＝１〜５）
Ｑ_{ｅｒｅｆｉ}：セクションｉの排風量指令値（ｉ＝１〜５）
実施例１０によれば、トンネル内の分岐・合流部の存在を考慮してトンネル内の風速分布を演算し、トンネル内の風速分布が望ましい範囲に収まっているか否かのチェックを行っている。したがって、トンネル内に分岐・合流部を有する複雑なトンネルに対して、トンネル外の圧力、送排風機の風量、本線部への流入交通量、分岐部からの流出交通量、合流部からの流入交通量の値に応じて、トンネル内の風速分布を望ましい範囲に維持するための送風機風量および排風機風量を設定できる効果を有する。
【０１００】
次に、実施例１１について説明する。本実施例の構成を図１１に示す。本実施例は実施例２に記載の装置ｂに、風速チェック手段１３と、送排風量修正手段１４を加えたものである。本実施例は実施例１０の装置ａを装置ｂに置き換えたものである。装置ｂの作用は実施例２に記載してあるため、本実施例の作用の説明は省略する。
【０１０１】
実施例１１によれば、車速を計測し演算に用いることにより、装置ｂにおける風速分布の演算精度を向上することが可能になる。この結果として、送排風機風量指令値の演算精度を向上することができる。
【０１０２】
次に、実施例１２について説明する。本実施例の構成を図１２に示す。本実施例は実施例３に記載の装置ｃに、風速チェック手段１３と、送排風量修正手段１４を加えたものである。本実施例は実施例１０の装置ａを装置ｃに置き換えたものである。装置ｃの作用は実施例３に記載してあるため、本実施例の作用の説明は省略する。
【０１０３】
実施例１２によれば、車速を予測し演算に用いることにより、装置ｃにおける風速分布の演算精度を向上することが可能になる。この結果として、送排風機風量指令値の演算精度を向上することができる。
【０１０４】
次に、実施例１３について説明する。本実施例の構成を図１３に示す。本実施例は実施例４に記載の装置ｄに、Ｖｌ計１５と、煤煙用送排風量指令値演算手段１６を加えたものである。本実施例は、実施例４に記載の装置ｄに、Ｖｌ計１５と、煤煙用送排風量指令値演算手段１６を加えたもので、煤煙濃度フィードバック制御装置としての機能を有するものである。
【０１０５】
Ｖｌ計１５は、トンネル内に設置され、Ｖｌ値（煙霧透過率）を計測する装置である。なお、Ｖｌとはトンネル内の視界の良さを０〜１００％の値で表す指標であり、０％は煤煙濃度が無限大（真っ暗）、１００％は煤煙濃度がゼロ（完全にクリア）の状態に対応している。本装置で計測したＶｌ値をＶｌ_ｉ（ｉ＝１〜ｎ：ｎはＶｌ計の設置台数）とする。
【０１０６】
煤煙用送排風量指令値演算手段１６は、各制御タイミングにおいて、トンネル内の代表的な位置に設置されたＶｌ計の計測値Ｖｌ_ｉを取り込む。そして、これらのＶｌ値が全て許容範囲内となるような送風量指令値Ｑ_{ｂｒｅｆｉ}、排風量指令値Ｑ_{ｅｒｅｆｉ}を演算している。この演算を行うためには、現状の送風量Ｑ_ｂｉ、排風量Ｑ_ｅｉを取り込み、修正を加える必要がある。そのためには、送排風量の修正が煤煙濃度分布に与える影響を予測演算し、その演算結果を用いて適正な修正量を選択する必要がある。そのために装置ｄを用いる。
【０１０７】
装置ｄを用いて、現状の送風量Ｑ_ｂｉおよび排風量Ｑ_ｅｉに対する煤煙濃度分布と、修正後の送風量Ｑ_ｂｉ＋ΔＱ_ｂｉおよびＱ_ｅｉ＋ΔＱ_ｅｉに対する煤煙濃度分布を演算し、Ｖｌ計設置位置に対応するＶｌ値の変化量の予測値ΔＶｌ_ｉ（ｉ＝１〜ｎ：ｎはＶｌ計の設置台数）を得る。そして、現状のＶｌ計の計測値Ｖｌ_ｉにΔＶｌ_ｉを加算することにより、送排風量を修正した場合のＶｌ値の予測値を得る。このＶｌ値予測値Ｖｌ_ｉ＋ΔＶｌ_ｉの中の最小値（視界が最も悪い地点のＶｌ値）が、設定された目標値に対し、「目標値〜目標値＋ε」の範囲（εは微小値）に入っている場合は、送風量の指令値Ｑ_{ｂｒｅｆｉ}、排風量の指令値Ｑ_{ｅｒｅｆｉ}として、
Ｑ_{ｂｒｅｆｉ} ＝Ｑ_ｂｉ＋ΔＱ_ｂｉ …（４６）
Ｑ_{ｅｒｅｆｉ} ＝Ｑ_ｅｉ＋ΔＱ_ｅｉ …（４７）
を出力する。「目標値〜目標値＋ε」の範囲に入っていないときは、ΔＱ_ｂｉ，ΔＱ_ｅｉを変更し、再度、装置ｄを用いてＶｌ値の変化量の予測値ΔＶｌ_ｉ（ｉ＝１〜ｎ：ｎはＶｌ計の設置台数）を演算し、「目標値〜目標値＋ε」の範囲に入るまで繰り返す。その結果として、適切な送風量の指令値Ｑ_{ｅｒｅｆｉ}、排風量の指令値Ｑ_{ｅｒｅｆｉ}を得る。
【０１０８】
実施例１３によれば、トンネル内複数箇所の煤煙濃度を計測するとともに、分岐・合流部を有するトンネルにおいて、換気機風量を変更した際の煤煙濃度分布の変化を予測演算するように構成されているので、トンネル内に分岐・合流部を有する複雑なトンネルに対して、煤煙濃度を適正な範囲に維持するための換気機風量をダイナミックに制御する効果を有する。
【０１０９】
次に、実施例１４について説明する。本実施例の構成を図１４に示す。本実施例は実施例５に記載の装置ｅに、Ｖｌ計１５と、煤煙用送排風量指令値演算手段１６を加えたものである。本実施例は実施例１３の装置ｄを装置ｅに置き換えたものである。装置ｅの作用は実施例５に記載してあるため、本実施例の作用の説明は省略する。
【０１１０】
実施例１４によれば、車速を計測し演算に用いることにより、装置ｂにおける風速分布の演算精度および煤煙発生量演算手段９における演算精度を向上することが可能になる。この結果として、装置ｅの煤煙濃度分布の演算精度が向上するため、煤煙濃度を適正な範囲に維持するための換気機風量をダイナミックに制御する効果が向上する。
【０１１１】
次に、実施例１５について説明する。本実施例の構成を図１５に示す。本実施例は実施例６に記載の装置ｆに、Ｖｌ計１５と、煤煙用送排風量指令値演算手段１６を加えたものである。本実施例は実施例１３の装置ｄを装置ｆに置き換えたものである。装置ｆの作用は実施例６に記載してあるため、本実施例の作用の説明は省略する。
【０１１２】
実施例１５によれば、車速を予測し演算に用いることにより、装置ｂにおける風速分布の演算精度および、煤煙発生量演算手段９における演算精度を向上することが可能になる。この結果として、装置ｆの煤煙濃度分布の演算精度が向上するため、煤煙濃度を適正な範囲に維持するための換気機風量をダイナミックに制御する効果が向上する。
【０１１３】
次に、実施例１６について説明する。本実施例の構成を図１６に示す。本実施例は実施例７に記載の装置ｇに、ＣＯ計１７と、ＣＯ用送排風量指令値演算手段１８を加えたものである。本実施例は、実施例７に記載の装置ｇに、ＣＯ計１７と、ＣＯ用送排風量指令値演算手段１８を加えたもので、ＣＯ濃度フィードバック制御装置としての機能を有するものである。
【０１１４】
ＣＯ計１７は、トンネル内に設置され、ＣＯ濃度を計測する装置である。なお、Ｖｌとはトンネル内の視界の良さを０〜１００％の値で表す指標であり、本装置で計測したＣＯ濃度をＣＯ_ｉ（ｉ＝１〜ｍ：ｍはＣＯ計の設置台数）とする。ＣＯ用送排風量指令値演算手段１８は、各制御タイミングにおいて、トンネル内の代表的な位置に設置されたＣＯ計の計測値ＣＯ_ｉを取り込む。そして、これらのＣＯ濃度が全て許容範囲内となるような送風量指令値Ｑ_{ｂｒｅｆｉ}、排風量指令値Ｑ_{ｅｒｅｆｉ}を演算している。この演算を行うためには、現状の送風量Ｑ_ｂｉ、排風量Ｑ_ｅｉを取り込み、修正を加える必要がある。そのためには、送排風量の修正がＣＯ濃度分布に与える影響を予測演算し、その演算結果を用いて適正な修正量を選択する必要がある。そのために装置ｇを用いる。
【０１１５】
装置ｇを用いて、現状の送風量Ｑ_ｂｉおよび排風量Ｑ_ｅｉに対する煤煙濃度分布と、修正後の送風量Ｑ_ｂｉ＋ΔＱ_ｂｉおよびＱ_ｅｉ＋ΔＱ_ｅｉに対するＣＯ濃度分布を演算し、ＣＯ計設置位置に対応するＣＯ濃度の変化量の予測値ΔＣＯ_ｉ（ｉ＝１〜ｍ：ｍはＣＯ計の設置台数）を得る。そして、現状のＣＯ計の計測値ＣＯ_ｉにΔＣＯ_ｉを加算することにより、送排風量を修正した場合のＣＯ濃度の予測値を得る。このＣＯ濃度予測値ＣＯ_ｉ＋ΔＣＯ_ｉの中の最大値（ＣＯ濃度が最悪な地点のＶｌ値）が、設定された目標値に対し、「目標値〜目標値−ε」の範囲（εは微小値）に入っている場合は、送風量の指令値Ｑ_{ｂｒｅｆｉ}、排風量の指令値Ｑ_{ｅｒｅｆｉ}として、
Ｑ_{ｂｒｅｆｉ} ＝Ｑ_ｂｉ＋ΔＱ_ｂｉ …（４６）
Ｑ_{ｅｒｅｆｉ} ＝Ｑ_ｅｉ＋ΔＱ_ｅｉ …（４７）
を出力する。「目標値〜目標値−ε」の範囲に入っていないときは、ΔＱ_ｂｉ，ΔＱ_ｅｉを変更し、再度、装置ｇを用いてＣＯ濃度の変化量の予測値ΔＣＯ_ｉ（ｉ＝１〜ｍ：ｍはＣＯ計の設置台数）を演算し、「目標値〜目標値−ε」の範囲に入るまで繰り返す。その結果として、適切な送風量の指令値Ｑ_{ｅｒｅｆｉ}、排風量の指令値Ｑ_{ｅｒｅｆｉ}を得る。
【０１１６】
実施例１６によれば、トンネル内複数箇所のＣＯ濃度を計測するとともに、分岐・合流部を有するトンネルにおいて換気機風量を変更した際のＣＯ濃度分布の変化を予測演算するように構成されている。したがって、トンネル内に分岐・合流部を有する複雑なトンネルに対して、ＣＯ濃度を適正な範囲に維持するための換気機風量をダイナミックに制御する効果を有する。
【０１１７】
次に、実施例１７について説明する。本実施例の構成を図１７に示す。本実施例は実施例８に記載の装置ｈに、ＣＯ計１７と、ＣＯ用送排風量指令値演算手段１８を加えたものである。本実施例は実施例１６の装置ｇを装置ｈに置き換えたものである。装置ｈの作用は実施例８に記載してあるため、本実施例の作用の説明は省略する。
【０１１８】
実施例１７によれば、車速を計測し演算に用いることにより、装置ｂにおける風速分布の演算精度および、ＣＯ発生量演算手段１１における演算精度を向上することが可能になる。この結果として、装置ｈのＣＯ濃度分布の演算精度が向上するため、煤煙濃度を適正な範囲に維持するための換気機風量をダイナミックに制御する効果が向上する。
【０１１９】
次に、実施例１８について説明する。本実施例の構成を図１８に示す。本実施例は実施例９に記載の装置ｉに、ＣＯ計１７と、ＣＯ用送排風量指令値演算手段１８を加えたものである。本実施例は実施例１６の装置ｇを装置ｉに置き換えたものである。装置ｉの作用は実施例９に記載してあるため、本実施例の作用の説明は省略する。
【０１２０】
実施例１８によれば、車速を予測し演算に用いることにより、装置ｂにおける風速分布の演算精度およびＣＯ発生量演算手段１１における演算精度を向上することが可能になる。この結果として、装置ｉのＣＯ濃度分布の演算精度が向上するため、煤煙濃度を適正な範囲に維持するための換気機風量をダイナミックに制御する効果が向上する。
【０１２１】
次に、実施例１９について説明する。本実施例の構成を図１９に示す。本実施例は実施例１に記載の装置ａに、ＡＶ計１９と、風速用送排風量指令値演算手段２０を加えたものである。本実施例は、実施例１に記載の装置ａに、ＡＶ計１９と、風速用送排風量指令値演算手段２０を加えたもので、風速フィードバック制御装置としての機能を有するものである。特に火災発生時において火災発生地点の風速を速やかに抑制し延焼を防ぐとともに、火災発生地点の風速を、安全上、望ましい値に維持するための機能を有するものである。
【０１２２】
ＡＶ計１９は、トンネル内に設置され、風向風速を計測する装置である。本装置で計測した風速値をＡＶ_ｉ（ｉ＝１〜ｋ：ｋはＡＶ計の設置台数）とする。
【０１２３】
風速用送排風量指令値演算手段２０は、各制御タイミングにおいて、トンネル内の代表的な位置に設置されたＡＶ計の計測値ＡＶ_ｉを取り込む。そして、これらの値を目標値に速やかに移行させるような、送風量指令値Ｑ_{ｂｒｅｆｉ}、排風量指令値Ｑ_{ｅｒｅｆｉ}を演算している。この演算を行うためには、現状の送風量Ｑ_ｂｉ、排風量Ｑ_ｅｉを取り込み、修正を加える必要がある。そのためには、送排風量の修正が風速分布に与える影響を予測演算し、その演算結果を用いて適正な修正量を選択する必要がある。そのために装置ａを用いる。
【０１２４】
装置ａを用いて、現状の送風量Ｑ_ｂｉおよび排風量Ｑ_ｅｉに対する風速分布と、修正後の送風量Ｑ_ｂｉ＋ΔＱ_ｂｉおよびＱ_ｅｉ＋ΔＱ_ｅｉに対する風速分布を演算し、ＡＶ計設置位置に対応する風速の変化量の予測値ΔＡＶ_ｉ（ｉ＝１〜ｋ：ｋはＡＶ計の設置台数）を得る。そして、現状のＡＶ計の計測値ＡＶ_ｉにΔＡＶ_ｉを加算することにより、送排風量を修正した場合の風速の予測値を得る。この風速予測値ＡＶ_ｉ＋ΔＡＶ_ｉの中のうち、火災発生地点に最も近いＡＶ計の風速が、設定された目標値に対し、「目標値±ε」の範囲（εは微小値）に入っている場合は、送風量の指令値Ｑ_{ｂｒｅｆｉ}、排風量の指令値Ｑ_{ｅｒｅｆｉ}として、
Ｑ_{ｂｒｅｆｉ} ＝Ｑ_ｂｉ＋ΔＱ_ｂｉ …（４６）
Ｑ_{ｅｒｅｆｉ} ＝Ｑ_ｅｉ＋ΔＱ_ｅｉ …（４７）
を出力する。「目標値±ε」の範囲に入っていないときは、ΔＱ_ｂｉ，ΔＱ_ｅｉを変更し、再度、装置ａを用いて風速の変化量の予測値ΔＡＶ_ｉ（ｉ＝１〜ｋ：ｋはＡＶ計の設置台数）を演算し、「目標値±ε」の範囲に入るまで繰り返す。その結果として、適切な送風量の指令値Ｑ_{ｂｒｅｆｉ}、排風量の指令値Ｑ_{ｅｒｅｆｉ}を得る。
【０１２５】
実施例１９によれば、トンネル内複数箇所の風速を計測するとともに、分岐・合流部を有するトンネルにおいて、換気機風量を変更した際の風速分布の変化を予測演算するように構成されている。したがって、トンネル内に分岐・合流部を有する複雑なトンネルに対して、火災発生地点の風速を適性レベルに維持するための換気機風量をダイナミックに制御する効果を有する。
【０１２６】
次に、実施例２０について説明する。本実施例の構成を図２０に示す。本実施例は実施例２に記載の装置ｂに、ＡＶ計１９と、風速用送排風量指令値演算手段２０を加えたものである。本実施例は実施例１９の装置ａを装置ｂに置き換えたものである。装置ｂの作用は実施例２に記載してあるため、本実施例の作用の説明は省略する。
【０１２７】
実施例２０によれば、車速を計測し演算に用いることにより、装置ｂにおける風速分布の演算精度を向上させることができる。この結果として、火災発生地点の風速を適正なレベルに維持するための換気機風量をダイナミックに制御する効果が向上する。
【０１２８】
次に、実施例２１について説明する。本実施例の構成を図２１に示す。本実施例は実施例３に記載の装置ｃに、ＡＶ計１９と、風速用送排風量指令値演算手段２０を加えたものである。本実施例は実施例１９の装置ａを装置ｂに置き換えたものである。装置ｂの作用は実施例３に記載してあるため、本実施例の作用の説明は省略する。
【０１２９】
実施例２１によれば、車速を予測し演算に用いることにより、装置ｂにおける風速分布の演算精度を向上させることができる。この結果として、火災発生地点の風速を適正なレベルに維持するための換気機風量をダイナミックに制御する効果が向上する。
【０１３０】
以上にように、上述した各実施例では、簡単のため、図２２に示すような、分岐合流部を各々１箇所ずつ有し、トンネル側面に多数の送風孔および俳風孔を有するトンネルダクトが設置されたトンネル（横流式）を対象としている。しかしながら、本発明によれば、トンネル内に複数の分岐合流部を有する場合や、縦流式や半横流式等、複数の換気方式を組み合わせた方式を採用する場合等、さまざまな構成のトンネルを対象とすることが可能である。
【０１３１】
また、トンネルの換気運用を行う際には、ＶＩ値のみやＣＯ濃度のみではなく、双方の汚染濃度を許容範囲に維持することが必要になる。このためには、上述した実施例を組み合わせ、ＶＩ値を満足するための送排風量指令値、ＣＯ濃度を満足するための送排風量指令値を各々演算し、その大きい方を採用すればよい。
【０１３２】
さらに、ＣＯ濃度のみならず、ＮＯｘ、ＳＯｘ等の汚染物資濃度についても同様に扱うことができる。
【０１３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の構成によれば、分岐部及び／又は合流部を有する道路トンネル内の換気状態に関する予測演算の精度を向上させ、換気設備の適切な運用を可能にする道路トンネル換気制御装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第２の実施例の構成を示すブロック図。
【図３】本発明の第３の実施例の構成を示すブロック図。
【図４】本発明の第４の実施例の構成を示すブロック図。
【図５】本発明の第５の実施例の構成を示すブロック図。
【図６】本発明の第６の実施例の構成を示すブロック図。
【図７】本発明の第７の実施例の構成を示すブロック図。
【図８】本発明の第８の実施例の構成を示すブロック図。
【図９】本発明の第９の実施例の構成を示すブロック図。
【図１０】本発明の第１０の実施例の構成を示すブロック図。
【図１１】本発明の第１１の実施例の構成を示すブロック図。
【図１２】本発明の第１２の実施例の構成を示すブロック図。
【図１３】本発明の第１３の実施例の構成を示すブロック図。
【図１４】本発明の第１４の実施例の構成を示すブロック図。
【図１５】本発明の第１５の実施例の構成を示すブロック図。
【図１６】本発明の第１６の実施例の構成を示すブロック図。
【図１７】本発明の第１７の実施例の構成を示すブロック図。
【図１８】本発明の第１８の実施例の構成を示すブロック図。
【図１９】本発明の第１９の実施例の構成を示すブロック図。
【図２０】本発明の第２０の実施例の構成を示すブロック図。
【図２１】本発明の第２１の実施例の構成を示すブロック図。
【図２２】本発明の各実施例で対象とする道路トンネルの構成図。
【図２３】本発明の第１の実施例の説明で用いる道路トンネルの構成図（１）。
【図２４】本発明の第１の実施例の説明で用いる道路トンネルの構成図（２）。
【符号の説明】
１トンネル外圧力設定手段
２送排風量設定手段
３交通量計測装置
４交通量予測手段
５各セクション在車台数演算手段
６風速分布演算手段
７各セクション車速演算手段
８車速予測手段
９煤煙発生量演算手段
１０煤煙濃度分布演算手段
１１ＣＯ発生量演算手段
１２ＣＯ濃度演算手段
１３風速チェック手段
１４送排風量修正手段
１５ＶＩ計
１６煤煙用送排風量指令値演算手段
１７ＣＯ計
１８ＣＯ用送排風量指令値演算手段
１９ＡＶ計
２０風速用送排風量指令値演算手段
ａ実施例１に記載の風速分布演算装置
ｂ実施例２に記載の風速分布演算装置
ｃ実施例３に記載の風速分布演算装置
ｄ実施例４に記載の煤煙濃度分布演算手段
ｅ実施例５に記載の煤煙濃度分布演算手段
ｆ実施例６に記載の煤煙濃度分布演算手段
ｇ実施例７に記載のＣＯ濃度分布演算手段
ｈ実施例８に記載のＣＯ濃度分布演算手段
ｉ実施例９に記載のＣＯ濃度分布演算手段

Claims

トンネル本線と少なくとも１個の分岐部及び／又は少なくとも１個の合流部とにより構成され坑内の壁面に送風孔及び排気孔を有するトンネルダクトが設置された道路トンネルを換気制御する道路トンネル換気制御装置において、
前記トンネルの全ての坑口に対して演算上必要となる坑口外の圧力を仮の値として指定するトンネル外圧力設定手段と、
前記トンネルダクトの送排風量を設定する送排風量設定手段と、
前記トンネル本線への流入交通量、前記分岐部からの流出交通量、及び前記合流部への流入交通量等の交通量を計測する交通量計測装置と、
前記交通量計測装置が設置されている地点の交通量を予測する交通量予測手段と、
前記道路トンネルを空気が流入し流出する複数のセクションに分割し、前記交通量予測手段の予測結果を用いて前記複数のセクションの各々のセクションに存在する車両の台数を演算する各セクション在車台数演算手段と、
前記複数のセクションの各々のセクション毎に流通する空気に適用する互いに連立する複数の運動方程式を設定し、前記トンネル外圧力設定手段、前記送排風量設定手段、及び前記各セクション在車台数演算手段の出力結果を用いて互いに連立する前記複数の運動方程式を解き前記道路トンネル内の風速分布を演算する風速分布演算手段と、
を備えたことを特徴とする道路トンネル換気制御装置。
前記交通量計測装置は車速を計測する車速計測手段を有し、
前記車速計測手段による車速計測値に基づき各セクションを走行する車両の平均速度を演算する各セクション車速演算手段
を備えることを特徴とする請求項１に記載の道路トンネル換気制御装置。
前記車速計測手段による車速計測値に基づき前記交通量計測装置が設置されている地点の平均車速を予測する車速予測手段
を備えることを特徴とする請求項２に記載の道路トンネル換気制御装置。
前記各セクション在車台数演算手段の出力を用いて各セクションの煤煙発生量を計算する煤煙発生量演算手段と、
前記煤煙発生量演算手段の出力と前記風速分布演算手段によって演算した風速分布とに基づき、トンネル内の空間的な煤煙濃度分布を演算する煤煙濃度分布演算手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の道路トンネル換気制御装置。
前記各セクション在車台数演算手段の出力と前記各セクション車速演算手段の出力とを用いて、各セクションの煤煙発生量を計算する煤煙発生量演算手段と、
前記煤煙発生量演算手段の出力と前記風速分布演算手段によって演算した風速分布とに基づき、トンネル内の空間的な煤煙濃度分布を演算する煤煙濃度分布演算手段と、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の道路トンネル換気制御装置。
前記各セクション在車台数演算手段の出力を用いて各セクションのＣＯ発生量を計算するＣＯ発生量演算手段と、
前記ＣＯ発生量演算手段の出力と前記風速分布演算手段によって演算した風速分布とに基づき、トンネル内の空間的なＣＯ濃度分布を演算するＣＯ濃度分布演算手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の道路トンネル換気制御装置。
前記風速分布演算手段によって演算した風速分布が望ましい範囲に収まっているか否かを検査する風速チェック手段と、
前記風速チェック手段におけるチェックが満たされるように各セクションの送排風量を修正する送排風量修正手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の道路トンネル換気制御装置。
トンネル内に設置され、煙霧透過率を示すＶＩ値を計測する装置であるＶＩ計と、
前記煤煙濃度分布演算手段で演算した煤煙濃度分布が所定の許容範囲に収まるように各セクションの送排風量を修正し、送排風量指令値として出力する煤煙用送排風量指令値演算手段と、
を備えたことを特徴とする請求項４に記載の道路トンネル換気制御装置。
トンネル内に設置され、ＣＯ濃度を計測する装置であるＣＯ計と、
前記ＣＯ濃度分布演算手段で演算したＣＯ濃度分布が所定の許容範囲に収まるように各セクションの送排風量を修正し、送排風量指令値として出力するＣＯ用送排風量指令値演算手段と、
を備えたことを特徴とする請求項６に記載の道路トンネル換気制御装置。
トンネル内に設置され、風向風速を計測する装置であるＡＶ計と、
トンネル内のいずれかの地点で火災が発生した場合に、前記風速分布演算手段によって演算した風速分布を参照し、火災発生地点近傍の風速を抑制し延焼を防ぐとともに火災発生地点の風速を安全上望ましい値に維持するように各セクションの送排風量を修正し、送排風量指令値として出力する風速用送排風量指令値演算手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の道路トンネル換気制御装置。