JP5041727B2

JP5041727B2 - エレベータの地震監視制御装置及びその地震監視制御システム

Info

Publication number: JP5041727B2
Application number: JP2006126903A
Authority: JP
Inventors: 健治宮本
Original assignee: Toshiba Elevator Co Ltd
Current assignee: Toshiba Elevator and Building Systems Corp
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2026-04-28
Also published as: JP2007297178A

Description

本発明は、長周期地震動を予測し、高層・超高層の建物(以下、高層建物と総称する)に設置されるエレベータを保護する地震監視制御装置及びその監視制御システムに関する。

従来、監視対象となる高層建物における地震の影響を把握するために、監視対象建物の適宜な個所（例えばエレベータの昇降路内のピット底部、昇降路上部の機械室、昇降路壁など）にＰ波地震検知器およびＳ波地震検知器が設置されている。

Ｐ波は縦波または粗密波と呼ばれ、地盤崩壊等による震源から岩盤等を伝わって最初に建物に到達する小さな衝撃波である。Ｓ波は横波と呼ばれ、Ｐ波が到達した後に岩盤等を伝わってくる大きな揺れの波である。Ｐ波は地盤の密度や剛性（堅さの一種）によって多少異なるが、Ｐ波の速度は１秒間に約６ｋｍ、Ｓ波は１秒間に３．５ｋｍと言われている。これらＰ波及びＳ波は何れも表面波と呼ばれる波であるが、Ｐ波はＳ波の２倍近く伝わる速度が速い。

ところで、従来のエレベータの地震対策としては、前述したようにエレベータ設備の適宜な個所に前述する地震検知器を設置し、地震発生によって高層建物が揺れたとき、エレベータ設備の影響を考慮し、予め所定レベル（例えばマグニチュードＭ４以上Ｍ６未満（小・中地震）の間の所定の信号レベル等）が設定され、所定レベルを超える揺れが生じたとき、地震検知器が地震発生と判断しエレベータに対して所望に運行制御指令を与え、地震に対する予防対策をとっている。

しかしながら、以上のような地震対策は、主として震源地から岩盤等を伝わってくる衝撃波の振幅レベルから地震動を感知するものであって、短周期による一時的な衝撃に対するエレベータの防御対策に過ぎない。

しかし、地震動の中にはＰ波、Ｓ波だけでなく、これらＰ波やＳ波に比べて周期が長く、振幅も大きいレイリー波やラブ波も発生する。このレイリー波とラブ波との動きが組み合わさると、地表にうねりが生まれる。

よって、このような長周期の地震動が発生した場合、既に地震動の影響を受けて高層建物が揺れてから地震動検知器による感知信号を受けてエレベータに運行制御指令を送出するので、運行制御指令を受けた時にはエレベータが既に高層建物の揺れの影響を受けた状態に陥っている。特に、長周期地震動が発生した場合、高層建物ほど大きな揺れが発生し、エレベータが途中で停止したり、ワイヤーロープの揺れ（rope sway）でエレベータ機器や建物設備を損傷させる可能性がある。

また、利用者が乗りかごから出られないとか、停電により多大な影響を受ける可能性がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、長周期地震波が到達する前に、エレベータに対して早めに危険回避のための最適な運行制御指令を与えるエレベータの地震監視制御装置及びその地震監視制御システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るエレベータの地震監視制御装置は、広範囲の地域に跨って点在する複数の地震観測点で観測される地震波情報を収集する地震波情報収集手段と、この地震波情報収集手段で収集された各地震観測点毎の地震波情報に含む加速度信号を周波数分析し、地震波の周波数及びピークレベル信号を求める個別分析処理手段と、複数の地震観測点の周波数分析結果から得られる地震波の周波数及びピークレベル信号から方向性及び広がりをもった長周期地震動を予測する長周期地震動予測手段と、この予測された長周期地震動の移動方向から管理対象となる建物のエレベータの影響有無を予測する手段と、影響有りと予測された建物のエレベータ制御装置に運行制御指令を通知する制御指令通知手段とを備えた構成である。

また、本発明に係るエレベータの地震監視制御システムは、広範囲の地域に跨って点在設置された地震計で観測された地震波の加速度信号を伝送する複数の地震観測点と、エレベータを備えた管理対象となる複数の建物と、前記各建物の位置情報及び影響参照データとが記憶され、前記各地震観測点から送られてくる加速度信号を周波数分析し、この分析された各地震観測点のレベル信号のつながり及び分析周波数から長周期地震動を予測すると共に、この予測された長周期地震動の方向性及び周波数と前記記憶されている各建物の位置情報及び影響参照データとから建物におけるエレベータに影響を与える可能性を予測し、地震波が到達する前に該当建物のエレベータ逝去装置に地震対策用の運行制御指令を送信する地震監視制御装置とを備えた構成である。

本発明によれば、長周期の地震動が監視対象となる建物に到達する前に、エレベータに対して早めに危険回避のための最適な運行制御指令を与えることができるエレベータの地震監視制御装置及びその地震監視制御システムを提供できる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明に係るエレベータの地震監視制御システムに一実施の形態を示す構成図である。
地震監視制御システムは、高層建物１に設置されるエレベータの運行制御を司るエレベータ制御装置２と、広範囲の地域に跨って多数点在する地震波観測点ａ１〜ａｎ、ｂ１〜ｂｎ、…（以下、ａ，ｂ，…と呼ぶ）と、各地震波観測点ａ，ｂ，…で観測される地震波情報を収集して分析し、長周期地震動によるエレベータの影響を予測する地震監視用中核基地となる地震監視制御装置３と、各地震波観測点ａ，ｂ，…と地震監視制御装置３とを結ぶ情報伝送ライン４とで構成される。

エレベータとしては、管理対象となる高層建物１と一体に形成される昇降路の上部の機械室又は昇降路の適宜な場所に巻上機及び前述したエレベータ制御装置２が設置され、この巻上機にはワイヤーロープが掛け渡されている。ワイヤーロープの一端部には乗りかごが吊り下げられ、ワイヤーロープの他端部にはつりあい重りが吊り下げられている。乗りかごは、巻上機の回転駆動に伴い、昇降路に設置される一対のガイドレールに沿って昇降移動する。

エレベータ制御装置２は、一般的には、かご呼びや乗場呼びの登録に応じて行先階に所定の走行速度で運行するように巻上機を駆動制御するが、地震の発生による検知レベルが一定レベル以上となったとき、地震災害に基づく管制運転に切替り、乗りかごを最寄階まで運転し、利用者を降ろした後、最寄階に停止するような制御を行う。

各地震波観測点ａ，ｂ，…には、地震動を検知する地震検知器と、予め定めた識別データＩＤが記憶され、当該ＩＤと時間データと地震検知器で検知される地震動による加速度信号とからなる地震波情報を情報伝送ライン４を介して地震監視制御装置３に送信する通信制御部とが設けられている。

なお、情報伝送ライン４は、有線通信、無線通信の何れでもよいが、有線通信による場合には緊急性の観点から専用ラインを用いることが望ましい。

地震監視制御装置３は、各地震波観測点ａ，ｂ，…から送られてくる地震波情報を受信し必要に応じて地震監視制御装置３で扱う信号形態に変換する機能を有する通信インタフェース１１と、監視制御に必要な情報を入力するキーボード，マウスなどの入力部１２と、プログラムデータを記憶するブログラムデータ記憶部１３と、プログラムデータに基づいて各地震波観測点ａ，ｂ，…の地震波情報を解析処理するＣＰＵで構成される地震解析処理部１４と、解析途中や解析結果の内容を表示する表示部１５と、各地震波観測点ａ，ｂ，…の地震波情報や解析結果の情報を記憶するデータベース１５とで構成される。

地震解析処理部１４は、図２に示すように各地震波観測点ａ，ｂ，…の地震波情報を収集しデータベース１５の地震波情報記憶領域１５ａに記憶する地震波情報収集記憶手段２０と、この収集記憶手段１４Ａで収集された各地震波観測点ａ，ｂ，…ごとに地震波情報に含む加速度データに基づき、フーリェ変換によって周波数分析を行って周波数及び地震波レベル信号を取得する個別分析処理手段２１と、個別分析処理手段２１で分析された地震波の周波数及び地震波レベル信号に基づき、レイリー波やラブ波のごとく方向性及び広がりをもった長周期地震動を予測する長周期地震動予測手段２２と、これら処理手段２１，２２による処理結果に基づき、管理対象となる高層建物１のエレベータに及ぼす地震波の形態（地震波の大小）及び影響を予測する影響予測手段２３と、この影響判断手段２３に基づき、高層建物１のエレベータに影響を及ぼすと判断された場合、地震波が高層建物１に到達する前に当該高層建物１のエレベータ制御装置２に地震災害に伴う運行制御指令信号を送信する制御指令通知手段２４とで構成される。

なお、前述したレイリー波やラブ波は何れも表面波の一種であるが、レイリー波は表面波の進行方向に対して円を描くように振動しつつ移動し、ラブ波は表面波の進行方向に対して左右に振動しながら移動することが知られている。

データベース１５は、前述したように地震波情報を記憶する地震波情報記憶領域１５ａ、各地震観測点ａ，ｂ，…毎にＩＤ、位置情報（緯度・軽度情報）及び個別分析結果情報を記憶する個別情報記憶領域１５ｂ（図３（ａ）参照）、管理対象となる高層建物１の建物名、位置情報（緯度・軽度情報、影響レベル、建物固有周期（又は建物固有周波数）等の建物情報を記憶する対象データ記憶領域１５ｃ（図３（ｂ）参照）その他の処理結果情報記憶領域１５ｄが設けられている。

次に、以上のように構成された地震監視制御システムの動作について説明する。
先ず、各地震観測点ａ，ｂ，…は、観測された加速度信号が送信タイミングとなる所定レベル信号に達したとき、所定の周期ごとに識別データＩＤ、時間データを含む加速度信号等の地震波情報を地震監視制御装置３に送信し続ける。

地震監視制御装置３の通信インタフェース１１は、各地震観測点ａ，ｂ，…から伝送されてくる地震波情報を受信すると、地震波情報収集記憶手段２０がデータベース１５の地震波情報記憶領域１５ａに例えば時系列的に順次記憶していく。

地震解析処理部１４は、地震波情報収集記憶手段２０の処理とは別に独立的に常時プログラムデータに基づき、図４に示すような一連の処理を実行している。すなわち、地震解析処理部１４の個別分析処理手段２１は、常時地震波情報の受信有りか否かを判断し（Ｓ１）、受信有りと判断したとき、カウンタメモリに分析時間ｔ＝Ｔ、ｉ＝１に設定し（Ｓ２，Ｓ３）、地震波情報記憶領域１５ａに時系列的に記憶される１つの地震観測点を表すＩＤごとに加速度信号に対する周波数分析を実施し、地震波の周波数及び地震波ピークレベル信号を算出し、例えば図３（ａ）に示す個別情報記憶領域１５ｂの該当ＩＤの対応領域に記憶した後（Ｓ４）、分析設定時間Ｔを経過したか否かを判断する（Ｓ５）。未だ分析設定時間Ｔを経過していない場合にはｉ＝１に＋１をインクリメントし（Ｓ６）、次時点の地震観測点を表すＩＤの加速度信号に対する周波数分析を実施し、分析設定時間Ｔ内で高速処理にて多数の地震観測点ａ，ｂ，…の周波数分析を行う。その結果、同じ地震観測点における複数の地震波の周波数及び地震波ピークレベル信号を取得することもある。

分析設定時間Ｔを経過すると、長周期地震動予測手段２２を実行する。長周期地震動予測手段２２は、各地震観測点ａ，ｂ，…の地震波ピークレベル信号のうち、ほぼ同一または近似する地震波ピークレベル信号をつなぎ合せることにより、これら地震観測点の位置情報から方向性を判断するとともに（Ｓ７）、取得した周波数を考慮し、長周期地震動であるか否かを判断する（Ｓ８）。通常、建物の地盤その他の状況によって異なるが、例えば６〜８秒程度の長周期地震動が高層建物１の固有周期に近くなり、大きな揺れが発生する。図３（ｂ）にも示すように建物によっても異なる。

図５は各地震波の状況を表す図である。３１は震源地、３２−１はＰ波、３２−２はＳ波、３２−３はラブ波、３４−４はレイリー波の移動状態を表している、２ａは昇降路内の乗りかごである。

そこで、長周期地震動予測手段２２によって長周期地震動と判断されなかった場合には
ステップＳ９に移行し、残りの地震観測点の個別分析に移行するか、ステップＳ３に戻り、再度同様の処理を繰り返し実行する。

一方、ステップＳ８において、長周期地震動と判断したとき、影響予測手段２３を実行し、各管理対象となる高層建物１のエレベータの影響を予測する。すなわち、影響予測手段２３は、長周期地震動予測手段２２で得られた長周期地震動の移動方向性に基づき、図３（ｂ）に示す各高層建物１の位置情報から、当該方向性に属する高層建物１を順次抽出し（Ｓ１０）、カウンタにｙ＝１を設定し、影響有無を予測する（Ｓ１１〜Ｓ１３）。
すなわち、影響予測手段２３は、長周期地震動の地震波レベルが予め定める影響レベルに達しているか、又は高層建物１の固有周期（又は固有周波数）にほぼ等しいか、少なくとも後者の判断又は両方の判断を実施し、該当高層建物１におけるエレベータの影響有無を予測する。そして、全ての建物１について影響の有無を調べる（Ｓ１４）。

因みに、長周期地震動の周期と高層建物１の固有周期とが等しいと、共振現象が発生し、高層建物１の揺れが徐々に大きくなり、共振状態が発生する。なお、長周期地震動の大きさ及び強さに応じて高層建物１の共振のタイミングが異なる。そして、高層建物１が共振現象を起こして大きく揺れると、その振動がワイヤーロープに伝播し、ワイヤーロープ始端とワイヤーロープ終端である乗りかごとの間で振動が往来して振幅及び周期が徐々に増大し、高層建物１の固有周期に近づくと、乗りかご２ａが大きく揺れる。

そこで、高層建物１におけるエレベータの影響有無を予測した後、影響有りとされた高層建物１のエレベータ制御装置２に対して地震波が到達する前に運行制御指令を送信し、影響有りとした全部の建物１のエレベータ制御装置２に繰り返し、運行制御指令を送信する（Ｓ１５〜Ｓ１８）。

地震監視制御装置３から運行制御指令を受けた各建物１のエレベータ制御装置２，…においては、地震監視制御装置３から運行制御指令に基づき、地震災害時の管制運転に切替え、最寄階に向かって停止し、エレベータ利用者を降ろして当該階に停止し、地震波の到達を待つことになる。

従って、以上のような実施の形態によれば、高層建物１が大きく揺れる長周期地震動を予測し、かつ、地震波の移動方向から影響を受けるエレベータを設置する建物を特定し、地震波が建物に到達する前に適切に運行制御指令を送出するので、乗りかごの大きな揺れを未然に回避でき、また利用者を速やかに最寄階に降すことにより、利用者がかご内に閉じ込められたり、復旧するまで待つという状態を改善できる。

なお、上記実施の形態では、長周期地震動を予測した後、地震波の移動方向から影響を受けるエレベータを設置する建物を特定し、自動的に該当建物のエレベータ制御装置２に運行制御指令を送信するようにしたが、例えば地震観測点ａ，ｂ，…及び監視対象建物１をプロットした地図情報を表示部１５に表示し、ほぼ同一のピークレベル信号となった地震観測点ａ，ｂ，…のプロットを異なる色で順次表示することにより、監視員が方向性を見定め、影響を受けるエレベータを設置する建物を特定し、順次運行制御指令を送出する構成であっても構わない。

さらに、影響予測手段２３で影響を受けるエレベータを設置する建物を抽出した後、表示部１５の地図上にプロットされる建物１の建物名及び色替えによって表示することにより、該当建物１の近くの保守員又は現場近くの保守待機場所等に通知することも可能である。

その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

本発明に係る地震監視制御システムの一実施の形態を示す構成図。本発明に係る地震監視制御装置の要部構成を示す機能ブロック図。図１のデータベースに記憶されるデータの一例を示す図。地震監視制御装置の動作を一例を説明するフローチャート。各種の地震波の伝播状態を表す図。

符号の説明

１…高層建物1、ａ１、〜，ａｎ、ｂ1、〜、ｂｎ，ｃ１，〜、ｃｎ、ｄ１，〜，ｄｎ…地震観測点、２…エレベータ制御装置、２ａ…乗りかご、３…地震監視制御装置、１４…地震解析処理部、１５…データベース、２０…地震波情報収集記憶手段、２１…長周期地震動予測手段、２２…影響予測手段、２３…制御指令通知手段、３１…震源地、３２−１…Ｐ波、３２−２…Ｓ波、３２−３…ラブ波、３４−４…レイリー波。

Claims

遠距離地点で発生した地震波から、建物に設置されるエレベータを保護するエレベータの地震監視制御装置において、
広範囲の地域に跨って点在する複数の地震観測点で観測される地震波情報を収集する地震波情報収集手段と、
この地震波情報収集手段で収集された各地震観測点毎の地震波情報に含む加速度信号を周波数分析し、地震波の周波数及びピークレベル信号を求める個別分析処理手段と、
複数の地震観測点の周波数分析結果から得られる地震波の周波数及びピークレベル信号から方向性及び広がりをもった長周期地震動を予測する長周期地震動予測手段と、
この予測された長周期地震動の移動方向から管理対象となる建物のエレベータの影響有無を予測する手段と、
影響有りと予測された建物のエレベータ制御装置に運行制御指令を通知する制御指令通知手段とを備えたことを特徴とするエレベータの地震監視制御装置。
前記長周期地震動予測手段は、複数の地震観測点の周波数分析結果から得られるピークレベル信号のつながり及び周波数から地震波の移動方向を有する長周期地震波を見つけ出すことを特徴とする請求項１に記載のエレベータの地震監視制御装置。
各建物のエレベータの影響有無を予測する手段は、予め各建物の固有周期が規定され、前記長期地震動予測手段によって把握される地震波の移動方向と各建物の位置とから影響予測する建物を選定し、これら選定された建物の固有周期と地震波の周期とからエレベータの影響有無を予測することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエレベータの地震監視制御装置。
遠距離地点で発生した地震波から、建物に設置されるエレベータを保護するエレベータの地震監視制御システムにおいて、
広範囲の地域に跨って点在設置された地震計で観測された地震波の加速度信号を伝送する各地震観測点と、
エレベータを備えた管理対象となる複数の建物と、
前記各建物の位置情報及び影響参照データとが記憶され、前記各地震観測点から送られてくる加速度信号を周波数分析し、この分析された各地震観測点のレベル信号のつながり及び分析周波数から長周期地震動を予測すると共に、この予測された長周期地震動の方向性及び周波数と前記記憶されている各建物の位置情報及び影響参照データとから建物におけるエレベータに影響を与える可能性を予測し、地震波が到達する前に該当建物のエレベータ制御装置に地震対策用運行制御指令を送信する地震監視制御装置とを備えたことを特徴とするエレベータの地震監視制御システム。