JP4597211B2 - エレベーターの地震防災システム - Google Patents

Description

本発明は、プレート境界地震である海溝型地震などによる長周期地震動（周期が数秒から十数秒の表面波）による被害を防ぐ地震防災システムに関し、特に長周期地震動が発生した場合にエレベーターを安全に停止させるものに好適である。

近年、内陸の活断層に起こる内陸地震に対して震源からかなり離れた地域まで長周期地震動を引き起こす巨大なプレート境界地震により、超高層建築物，長大橋，石油タンクなどへの被害をできるだけ少なくする対策の必要性が要求されている。

特に、エレベーターにおいて、地震発生時に配信される緊急地震速報に基づいて建物の位置に応じて地震波による最大加速度を予想し、かごの管制運転を行うことが知られ、例えば特許文献１に記載されている。

また、地震情報に基づいてより一層高い精度で想定位置における地震動強さを評価するため、地震の震源位置およびマグニチュードから距離減衰式によって予測することが知られ、例えば特許文献２に記載されている。

さらに、長周期地震動や強風時による主ロープなどの長尺物に振れを精度よく感知するため、建屋上部に振動感知器を設置し、その信号に基づいて主ロープの振れ応答を予測演算することが知られ、例えば特許文献３に記載されている。

特開２００７−１６１３７８号公報 特開２００７−７１７０７号公報 特開２００７−３３１９０１号公報

通常の地震である内陸地震では、主要動の到達後時間の経過と共にほぼ全ての周期成分が減衰するのに対して、海溝型地震では長い周期成分により地盤が共振して、長周期地震動が数分に渡って持続する。また、海溝型の巨大地震による揺れは震源近傍の地域では短周期も長周期をももつ広帯域強震動を引き起こしたり、震源から遥か離れた地域まで殆ど減衰しないで伝わり大都市の堆積盆地地域で大きく増幅されたり、する性質を持っている。

したがって、上記従来技術のように、単に、地震波による最大加速度を予想したり、地震動強さを震源位置およびマグニチュードから距離減衰式によって予測したり、振動感知器により長周期地震動を感知したり、するだけでは通常の一般的な地震（内陸地震）とプレート境界地震とを明確に区別することは困難である。つまり、ビルの所在地の比較的近くで発生した地震では、全ての周期成分が大きくなるので、通常の地震であり、かつ危険性の少ない規模の地震であっても長周期地震動と判定され、遠方で発生した長周期地震動に対しては、初期段階では揺れが小さいので長周期地震動であるとの判定ができず、大きく増幅されて既に危険な状態にならないと判定ができないことになり、危険であるとの判定が遅くなる。

また、通常、エレベーターは地震時に安全に停止するために地震感知器が備えているが、長周期地震動を検出するために設定値を下げると危険性の少ない小さな地震や人工的な振動により誤作動が多発し、サービス性が低下して実用的ではない。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、建物やエレベーターの運行に対して真に危険となる地震動を早期に、確実に検出し被害を防ぐことにある。また、他の目的は、危険性と地震動の検出との対応関係をより一致するようにし、特に長周期地震動の発生をできるだけ初期の段階で判定し、特にエレベーターの場合、安全性とサービス性の両立を図ることにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、地震発生時に配信される少なくとも震源位置，規模（マグニチュード）の情報を含む緊急地震速報を受信し、かごの管制運転を行うエレベーターの地震防災システムにおいて、前記エレベーターの設置されている建屋に設けられ、地震により発生された加速度あるいは変位，震度の少なくともいずれかを振動として計測する振動計と、前記緊急地震速報を受信する受信端末と、
受信した前記緊急地震速報による震源位置と前記建屋の位置から震源までの距離を算出し、前記震源までの距離が大となるほど長周期振動成分の比較基準値を小さくする比較基準値算出手段と、を備え、前記計測された振動と前記比較基準値を比較することにより、前記エレベーターの運行を制御するものである。

本発明によれば、震源までの距離が大となるほど比較基準値を小さくし、建屋で計測された振動と長周期振動成分の比較基準値により、エレベーターの運行を制御するので、真に危険性のある長周期地震動を早期に特定してエレベーターを安全に停止することができる。したがって、サービス性を損なうことなく、建屋の共振振動による危険性が増す前の段階でエレベーターの安全を図ることができる。

図１は、エレベーターの地震防災システムを示し、振動計（振動計測手段）２は、エレベーター１の設置されている建物の最下階などに設置されており、地震の振動を計測する。具体的には、加速度センサや地震計が望ましい。また、長周期振動成分抽出手段３は、振動計測手段２で計測した信号から長周期（数秒から十数秒）の振動成分を抽出する。

地震情報入手手段４は、発生した地震に関する情報を入手する手段であり、緊急地震速報など地震発生直後に配信される情報を即時に受信する受信端末、例えばインターネット回線や衛星通信，地上波デジタル放送，ケーブルテレビ用ケーブル回線など種々の通信媒体を用いた受信端末である。受信する地震情報は、地震の震源位置を表す緯度，経度，深さ，地震の規模を表すマグニチュード，地震の発生時刻である。

長周期振動成分の比較基準値算出手段５は、発生した地震が長周期地震動であるか否かを判定するための比較基準値（長周期振動成分）を算出する。

比較手段６は、比較基準値と長周期振動成分抽出手段３が抽出した長周期の振動成分の大きさを比較する。管制運転制御手段７は、比較結果に基づいてエレベーター１の管制運転を制御する。長周期振動成分抽出手段３，長周期振動成分の比較基準値算出手段５，比較手段６は、管制運転制御手段７と共にエレベーターの制御盤内に備えられたマイクロプロセッサ上のプログラムとして構成されることが良い。

次に、長周期地震動の判定について、図２および図３を参照して説明する。

図２の１００と１０２は、観測地点から同じ程度に離れた場所で発生した地震の加速度波形であり、１００は一般的な地震であり、１０２は長周期地震動を伴う地震である。１０１と１０３は、それぞれの地震の加速度波形からフィルタリング処理により長周期成分を抽出した波形である。図に示すように長周期地震動が発生している場合は、地盤の共振現象により時間の経過と共に長周期の振動が増幅されている。この増幅効果は、地震の比較的初期の段階においても認めることができ、図の１０４と１０５の部分を比較すると長周期地震動が発生している場合１０５の方が、長周期成分が大きくなっている。

図３に示すグラフの曲線１０６は、一般的な地震における観測点から震源までの距離と地震の初期段階における長周期成分の大きさの関係を模式的に示すグラフである。一般の地震における長周期成分は、長周期地震動が発生した場合１０７に比べて、震源から離れた（遠方の）地点Ａにおいて小さな値となるが、震源からの距離が近い地点Ｂにおいて同程度の大きさのとなる。しかし、一般の地震における長周期成分は地盤の共振を伴うものではないので、時間の経過と共に減衰し、長周期地震動のような危険性を伴うものではない。従って、地震の初期段階における長周期成分の大きさだけからは、長周期地震動の危険性を判定することは難しい。

一方、震源までの距離が分かっていれば、図３の１０６に示す曲線のように一般的な地震における初期段階の長周期成分の大きさを概ね予測することができる。

そして、一般的な地震の場合に予測される長周期成分の大きさよりも大きな長周期成分を観測したら長周期地震動が発生していると判定する。即ち、図３における地点Ｂの場合でも、観測した長周期成分の大きさが一般的な地震の場合より大きい１０８の値であったなら長周期地震動と判定し、そうでなければ一般の地震と判定することとした。したがって、震源までの距離に応じた判定基準値、距離大となれば判定基準値を下げることにより、正確に長周期地震動の発生を判定することができる。

次に、図４，図５，図６を参照してエレベーターの地震防災装置の詳細と動作について説明する。

図４は長周期振動成分抽出手段３の詳細構成例を示す。１０は建物の振動特性に関するパラメータであり、建物の固有振動周期あるいはそれを特定し得る建物高さなどの情報である。１１はフィルタ手段であり、振動計測手段２で得られた地震の振動信号（加速度，速度）から建物の固有振動周期を含む周期成分を抽出する。つまり、建物の固有振動周期を中心としたバンドパスフィルタ、あるいは固有振動周期を含む長周期成分を通過させるローパスフィルタなどがよい。

図５は長周期振動成分の比較基準値算出手段５の詳細構成例を示す。２０は震源距離算出手段であり、地震情報入手手段４で得られた震源位置の緯度，経度，深さと建物の所在地の緯度，経度から震源までの距離を算出する。２１は長周期成分の大きさを算出する手段であり、２０で算出した震源までの距離と地震情報入手手段４で得られた地震のマグニチュードから、一般的な地震における長周期成分の大きさを算出する。具体的には、例えば以下の計算式により算出する。

ここで、Ｌは震源までの距離、Ｍは地震のマグニチュード、ａとｂは算出する周期成分によって定まるパラメータ、Ａは周期成分の大きさである。ａとｂは建物の固有振動周期に対応したパラメータを選定するものであってもよい。なお、パラメータａとｂについては、種々の算定方法が考えられるが、例えば種々の一般的な地震における震源距離と各周期成分の大きさに関するデータから統計的に算出するものであってもよい。

比較基準値設定手段２２は、２１で算出した長周期成分の大きさに対して計算式（数１）による予測誤差を見越したマージンをオフセットとして加えて比較基準値として設定する。なお、震源位置が非常に遠方であり、長周期地震動が発生しているとしてもその振動が非常に小さく、危険性が無いレベルである場合には、長周期地震動と判定する必要が無いので、比較基準値が所定の値以下になる場合は、所定の値に上方補正して設定するものであってもよい。

図６に比較手段６と管制運転制御手段７の動作の詳細を示す。図６に示す一連の動作は地震情報入手手段４が新たに発生した地震に関する情報を受信した段階で実行されるものである。まず、比較手段６は、長周期振動成分抽出手段３で抽出した振動成分と長周期振動成分の比較基準値算出手段５が算出した比較基準値を比較し、長周期振動成分が比較基準値より大きくなったら管制運転制御手段７に管制制御開始の指令を出す（Ｓ１）。

管制運転制御手段７は、管制制御開始の指令を受けると地震情報入手手段４で入手した震源位置と地震発生時刻の情報から猶予時間を算出する（Ｓ２）。この猶予時間は、長周期地震動による建物の共振現象によりエレベーターのロープ類が危険な振動レベルに達するまでの予想時間であり、以下の手順で算出する。

長周期地震動が発生してからロープ類が危険な振動レベルに達するまでの平均的な時間をシミュレーションなどで予め求めておく。実際に長周期地震動が発生したら、以下の計算式により、地震の主要動が建物に到達してからの経過時間Ｔｅを算出する。

ここで、Ｔｏは地震の発生時刻、Ｔｃは現在時刻、Ｖｓは地震の主要動（Ｓ波）の伝播速度、Ｌは震源までの距離である。そして、危険な振動レベルに達するまでの平均的な時間から上記経過時間Ｔｅを引くことにより猶予時間を算出する。

次に、エレベーターを現在のかご位置において最寄り階に停止させるのに必要な時間Ｔ１より猶予時間が短い場合は、エレベーターを直ちに停止させる（Ｓ３，Ｓ４）。猶予時間がＴ１より長く、現在のかご位置において安全階に停止させるのに必要な時間Ｔ２より短い場合は、最寄り階に停止させる（Ｓ５，Ｓ６）。猶予時間がＴ２より長い場合は、安全階に停止させる。

安全階とは長周期地震によって建物が大きく揺れる場合にエレベーターの被害を最も小さく抑えられるかごの位置であり、例えば建物の固有振動周期とロープ類の固有振動周期が一致しないようなロープ長さとなるかご位置を選定すればよい。

図７は、エレベーターの地震防災装置により管制運転制御が開始されるタイミングを示す図である。地震動の長周期成分１１０が震源までの距離に応じて設定された比較基準値１１２を超えた時点１１３で管制制御が開始される。これに対して、ロープ類の振動１１１は、長周期成分との共振により徐々に振幅が増加し、１１５の時点で危険振幅１１４を超える。従って、ロープ類の振動を検出あるいは予測してエレベーターを停止させる場合は、１１５の時点で管制制御が開始されることになる。

しかし、図２で説明した例では図７中１１６で示す時間だけ早い段階で管制制御を開始することができるので、より安全にエレベーターを停止させることができる。

以上の例では、地震情報の受信をトリガーとして長周期地震動の判定処理を行うものであるが、図８に示すように振動計測手段２の計測した振動が所定の値を超えたことをトリガーとして長周期地震動の判定処理を行うものであってもよい。
地震情報入手手段４に地震情報の記憶手段を備えておき、受信した最新の地震情報を常に記憶しておく。振動計測手段２の計測した振動（加速度）が設定値を超えたら、地震情報入手手段に記憶されている地震情報を調べ、記憶されている地震情報が現在時刻から所定の時間内に発生したものである場合は、その地震情報を用いて比較基準値と長周期振動成分の比較による長周期地震動の判定処理を実行する（Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２）。そして、比較基準値と長周期振動成分の比較の結果、長周期地震と判定した場合は管制運転制御を開始する（Ｓ１３，Ｓ１４）。所定の時間内に発生した地震がない場合、あるいは長周期地震と判定されなかった場合は通常の運転を継続する（Ｓ１５）。

Ｓ１０における設定値としては、例えば遠方で起きた地震でも感知するような非常に低い設定値とする。また、Ｓ１１における所定の時間としては、遠方で起きた地震が建物に到達するまでの時間を包含するような値とする。

管制運転制御手段７は比較手段６から管制制御開始の指令が出た段階で猶予時間に関係なく直ちにエレベーターを最寄り階に停止させるものであってもよい。

また、長周期振動成分抽出手段３は振動計測手段２で計測した加速度信号積分して速度信号を得るものであり、長周期振動成分の比較基準値算出手段５は一般的な地震における振動の速度の比較基準値を算出するものであってもよい。また、これらは更に変位信号を得るものと振動の変位の比較基準値を算出するものであってもよい。これは、長周期の地震の揺れが速度や変位に大きく現れる性質があるので、検出し易いことによる。

比較基準値と長周期振動成分の比較を行っている最中に他の地震が発生し、その地震情報を受信した場合は、その地震情報から算出される比較基準値が現在の比較基準値より小さくなる場合にのみ比較基準値を変更するものとし、そうでない場合は現状の比較基準値を維持するものとする。これにより、近くで一般の地震が発生した場合にも、遠方の地震による長周期地震動を正しく検出できる。

振動計測手段２は、建物の中間階や最上階に設置するものであってもよい。その場合、比較基準値算出手段５が算出する比較基準値は、建物による振動の増幅効果も加味した値を計算するものとする。

本発明の一実施の形態によるエレベーターの地震防災装置の構成を示す図。 地震の加速度波形と長周期成分の波形を示す図。 一般の地震の震源までの距離と長周期成分の大きさの関係を模式的に示す図。 一実施の形態の長周期振動成分抽出手段の詳細構成を示す図。 一実施の形態の比較基準値算出手段の詳細構成を示す図。 一実施の形態の比較手段と管制運転制御手段の動作の流れを示す図。 エレベーターの地震防災装置により管制運転制御が開始されるタイミングを示す図。 一実施の形態における振動計測手段の信号をトリガーとする地震防災装置の動きを説明する図。

符号の説明

１ エレベーター
２ 振動計（振動計測手段）
３ 長周期振動成分抽出手段
４ 受信端末（地震情報入手手段）
５ 比較基準値算出手段
６ 比較手段
７ 管制運転制御手段

Claims (5)

1. 地震発生時に配信される少なくとも震源位置，規模（マグニチュード）の情報を含む緊急地震速報を受信し、かごの管制運転を行うエレベーターの地震防災システムにおいて、
   前記エレベーターの設置されている建屋に設けられ、地震により発生された加速度あるいは変位，震度の少なくともいずれかを振動として計測する振動計と、
   前記緊急地震速報を受信する受信端末と、
   受信した前記緊急地震速報による震源位置と前記建屋の位置から震源までの距離を算出し、前記震源までの距離が大となるほど長周期振動成分の比較基準値を小さくする比較基準値算出手段と、
   を備え、前記計測された振動と前記比較基準値を比較することにより、前記エレベーターの運行を制御することを特徴とするエレベーターの地震防災システム。
2. 請求項１に記載のものにおいて、前記計測された振動をフィルタリング処理して前記比較基準値と比較されることを特徴とするエレベーターの地震防災システム。
3. 請求項１に記載のものにおいて、前記計測された振動は、前記建物の振動特性に関するパラメータに基づいてフィルタリング処理され、前記比較基準値と比較されることを特徴とするエレベーターの地震防災システム。
4. 請求項１に記載のものにおいて、前記比較基準値は、一般的な地震による前記振動の長周期成分の大きさを基準にして定められることを特徴とするエレベーターの地震防災システム。
5. 請求項１に記載のものにおいて、前記計測された振動が前記比較基準値よりもより大きくなった場合、前記エレベーターは最寄りの階に停止されることを特徴とするエレベーターの地震防災システム。

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