(57)【要約】【課題】地下空間の耐水性強化施設計画構築や浸水時の避難誘導体制構築のために使用できる、地下空間浸水・避難シミュレーションシステムを構築すること。【解決手段】地下空間氾濫シミュレーションシステム１により、ブロックで表現された地表面、地下街、地下鉄の各区画の時々刻々の浸水深と流速の計算を行い、階段部の水深と流速の計算、重要施設浸水判定も同時に行う。また、この結果をもとに地下空間避難シミュレーションシステム２により、浸水深と流速による歩行速度の低減、出口や通路幅による通行制限を考慮した避難計算を行い、ブロック毎の避難の可否、避難可能な場合は要避難時間の算出を行う。更に、地下空間浸水・避難シミュレーション表示システムにより、これら計算結果のわかりやすい表示を行う。【選択図】図１
2006301475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
河川から堤内地への流入ハイドロもしくは地下施設出入り口地点の浸水深変化を外力条件として入力し、地下空間各階層への時々刻々の流入量と、地下空間各ブロックの時々刻々の浸水深および流速と、上下層をつなぐ階段部分の時々刻々の浸水深および流速と、重要施設地点の時々刻々の浸水深を計算する、地下空間浸水シミュレーションを行う手段と、これらの計算結果を用いて浸水による時々刻々の歩行速度の低下、避難不可能経路の発生、重要施設浸水による地下街機能の停止の影響を考慮した地下空間避難シミュレーションを行う手段と、これら地下空間浸水シミュレーションおよび地下空間避難シミュレーションの結果を表示する手段を備えることを特徴とする、地下空間浸水・避難シミュレーションシステム。
【請求項２】
地上と地下街間、地下街階層間、および地下街と地下鉄間の入口、換気口の位置と大きさ、階段の長さ、高さおよび段数、止水施設の位置と諸元、地下街のブロック構成と床高、天井高を入力条件として地下空間各ブロックおよび階段部分の浸水深、流速および重要施設地点の浸水深を計算する、氾濫シミュレーションを行う手段を備えることを特徴とする、請求項１に記載の地下空間浸水・避難シミュレーションシステム。
【請求項３】
各地下空間ブロックの天井部に仮想のスロットを仮定することで、満水により地下空間内が満水状態になった場合も、スロット内の水位により地下空間内の圧力水頭を表現する手段を備え、下層ブロックから上層ブロックへの逆流現象を計算する、氾濫シミュレーションを行う手段を備えることを特徴とする、請求項１に記載の地下空間浸水・避難シミュレーションシステム。
【請求項４】
地下空間各ブロックの人口、平坦部の標準歩行速度、階段部の標準歩行速度、避難経路、通路幅もしくは出入り口幅による通行制限、通路内の人口密度による流入制限、避難指示を伝達するスピーカー等の位置と受け持ちブロック、避難経路上の浸水深、流速、浸水深と流速による歩行困難度を表現する曲線を入力条件として、各地下街ブロック内人口の避難の可否、避難終了時刻を計算する、避難シミュレーションを行う手段を備えることを特徴とする、請求項１に記載の地下空間浸水・避難シミュレーションシステム。
【請求項５】
各階層の平面図上に浸水・避難シミュレーションの計算条件に係わる、河川からの流入地点位置、出入り口位置、階段位置、換気口位置、避難経路、CCTV位置、浸水センサー位置、スピーカー位置、重要設備位置の全てまたは何れかを組み合わせて表示する手段と、浸水・避難シミュレーションの計算結果に係わる、地下空間各ブロックの浸水深、流速、避難人口の移動状況、避難経路上の人口密度の全てまたは何れかを時間毎の疑似アニメーションで表示する手段を備えることを特徴とする、請求項１に記載の地下空間浸水・避難シミュレーションシステム。
【請求項６】
地下空間ブロック、河川からの流入地点、出入り口、階段、換気口、避難経路、CCTV、浸水センサー、スピーカー、重要設備の何れかを選択することで、各施設の計算に用いる諸元を表形式で表示する手段と、諸元を編集することで計算条件を変更する手段を備えることを特徴とする、請求項１に記載の地下空間浸水・避難シミュレーションシステム。
【請求項７】
地下空間ブロック、出入り口、階段、換気口、避難経路、重要施設の何れかを選択することで、各項目に係わる浸水・避難シミュレーション結果をグラフ形式で表示する手段を備えることを特徴とする、請求項１に記載の地下空間浸水・避難シミュレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地下街・地下鉄の構造、出入り口の位置や大きさ、換気口の位置や大きさ、地下空間内の人口、重要施設（電源装置等）の位置、および地上氾濫状況に基づいて地下空間の時間的な浸水状況や止水板等の浸水抑制施設の効果、安全な避難経路、重要施設の安全性の解析を行い、効果的な施設（浸水センサー、止水板、防災スピーカー等）の配置検討と地下空間内避難経路検討に役立つ、地下空間浸水・避難シミュレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年多発する豪雨災害により、大きな被害が発生していることを受けて、国土交通省は豪雨災害対策緊急プランと題する提言を行い、緊急的な対策に乗り出している。この提言の中で、平成１１年福岡災害、平成１２年東海豪雨に代表されるような都市型水害による、地下空間の脆弱性に対応するため、地下空間の耐水化や避難誘導体制の構築がうたわれている。このような耐水性強化施設計画構築や避難誘導体制構築のためには地下空間における浸水シミュレーションと浸水時の避難シミュレーションが不可欠である。
【０００３】
従来の避難シミュレーションでは避難経路を模式化し、居室内人口や歩行速度、出口扉などのネック地点の幅や単位幅あたりの通過可能人数等を入力することで、指定した避難経路の避難所要時間や避難経路内の最大滞留人口の算出を行っている（例えば特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−８５９４８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の避難シミュレーションは主に火災による避難を想定したものであり、避難経路の浸水による歩行速度の低下、避難不可能経路の発生、重要施設浸水による地下街機能の停止等の影響が反映されていない。
【０００５】
浸水が生じると歩行が困難になり、水深や流速によっては歩行が不可能となる。また電源装置等が浸水すると漏電等により停電が生じ、避難が不可能となる。
【０００６】
本発明では、これらの影響を考慮した避難シミュレーションを行うため、地上、地下街、地下鉄の全てまたは何れかを組み合わせた地下空間浸水シミュレーションと、この結果を反映可能な避難シミュレーションを組み合わせた、地下空間浸水・避難シミュレーションを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明に係る地下空間浸水・避難シミュレーションは、河川から堤内地への流入ハイドロもしくは地下施設出入り口地点の浸水深変化を外力条件として入力し、地下空間各階層への時々刻々の流入量と、地下空間各ブロックの時々刻々の浸水深および流速と、上下層をつなぐ階段部分の時々刻々の浸水深および流速と、重要施設地点の時々刻々の浸水深を計算する、地下空間浸水シミュレーションを行う手段と、これらの計算結果を用いて浸水による時々刻々の歩行速度の低下、避難不可能経路の発生、重要施設浸水による地下街機能の停止の影響を考慮した地下空間避難シミュレーションを行う手段と、これら地下空間浸水シミュレーションおよび地下空間避難シミュレーションの結果を表示する手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に係わる発明は、地上と地下街間、地下街階層間、および地下街と地下鉄間の入口、換気口の位置と大きさ、階段の長さ、高さおよび段数、止水施設の位置と諸元、地下街のブロック構成と床高、天井高を入力条件として地下空間各ブロックおよび階段部分の浸水深、流速および重要施設地点の浸水深を計算する、氾濫シミュレーションを行う手段を備えることを特徴とする。
【０００９】
更に、請求項３の発明は、請求項２の発明において、各地下空間ブロックの天井部に仮想のスロットを仮定することで、満水により地下空間内が満水状態になった場合も、スロット内の水位により地下空間内の圧力水頭を表現する手段を備え、下層ブロックから上層ブロックへの逆流現象を計算する、氾濫シミュレーションを行う手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に係わる発明は、地下空間各ブロックの人口、平坦部の標準歩行速度、階段部の標準歩行速度、避難経路、通路幅もしくは出入り口幅による通行制限、通路内の人口密度による流入制限、避難指示を伝達するスピーカー等の位置と受け持ちブロック、避難経路上の浸水深、流速、浸水深と流速による歩行困難度を表現する曲線を入力条件として、各地下街ブロック内人口の避難の可否、避難終了時刻を計算する、避難シミュレーションを行う手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
更に、請求項５に係わる発明は、各階層の平面図上に浸水・避難シミュレーションの計算条件に係わる、河川からの流入地点位置、出入り口位置、階段位置、換気口位置、避難経路、CCTV位置、浸水センサー位置、スピーカー位置、重要設備位置の全てまたは何れかを組み合わせて表示する手段と、浸水・避難シミュレーションの計算結果に係わる、地下空間各ブロックの浸水深、流速、避難人口の移動状況、避難経路上の人口密度の全てまたは何れかを時間毎の疑似アニメーションで表示する手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６に係わる発明は、請求項５の発明において、地下空間ブロック、河川からの流入地点、出入り口、階段、換気口、避難経路、CCTV、浸水センサー、スピーカー、重要設備の何れかを選択することで、各施設の計算に用いる諸元を表形式で表示する手段と、諸元を編集することで計算条件を変更する手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
更に、請求項７に係わる発明は、請求項５の発明において、地下空間ブロック、出入り口、階段、換気口、避難経路、重要施設の何れかを選択することで、各項目に係わる浸水・避難シミュレーション結果をグラフ形式で表示する手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は上述のように構成され、地下空間の浸水シミュレーションと避難シミュレーションを一体で行うことで、時々刻々の浸水状況変化による避難困難度の変化を考慮した避難シミュレーションを行うことができる。
【００１５】
また、対象地下街の現状の施設および避難計画を入力することで、浸水に対する安全度、浸水時の避難計画の安全性をコンピューターを用いてシミュレーションし、地下街の施設の状況、浸水状況、避難状況を平面図上に表示することができ、現状の地下施設、避難計画の浸水に対する問題点を容易に認識することができる。
【００１６】
更に、浸水に対する安全度を高める施設や避難計画を想定し、入力することで、対策後の浸水に対する安全度、浸水時の避難計画の安全性をコンピューターを用いてシミュレーションし、地下街の施設の状況、浸水状況、避難状況を平面図上に表示することができ、対策を施すことによる効果を容易に認識し、最適な施設配置計画、避難計画の検討に有効である。
【００１７】
例えば、止水板設置や避難勧告発令を判断するための基準となる、浸水開始を監視するためのCCTVや浸水センサーの設置場所の検討や被害を最小限に食い止め、安全な避難を実現するために氾濫開始のどの程度前から止水板設置や避難勧告発令を行えばよいかといった検討を行う場合に、具体的にこれらの条件を本発明の入力条件として設定し、シミュレーションすることで、効果の把握が可能となり、検討の手助けとなる。
【００１８】
また、地下空間の浸水の時間的な変化や避難経路上の人の移動を疑似アニメーションにより視覚的に認識することができ、この疑似アニメーションを情報掲示板などで放映することで、浸水災害に対する危機意識を高める効果も期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照して、この発明に係わる地下空間浸水・避難シミュレーションの好適な実施例を詳細に説明する。
【実施例】
【００２０】
本発明は図１に示すように地下空間浸水シミュレーションシステム、地下空間避難シミュレーションシステム、地下空間浸水・避難シミュレーション表示システムで構成されており、以下の実施例でシステム毎に詳細な説明を記載する。
【００２１】
地下空間浸水シミュレーションは地上、地下街、地下鉄の全てまたは何れかを組み合わせた浸水シミュレーションを行うものであるが、以下では全てを組み合わせた浸水シミュレーションについて記載する。
【００２２】
地下空間浸水シミュレーション上では、図２に示すように、地下、地下街、地下鉄を任意形状の多角形に分割したブロックにより表現する。地上部を除く各ブロックの天井部分には図３の１１に示す、一定の底面積を持つスロットを配置する。各ブロックはあらかじめ、ブロック番号、頂点の平面XY座標、底面積、各辺長、各辺に接続するブロック番号、階層、床高さ、天井高さ、スロット底面積の情報を設定し、地下空間シミュレーション内でモデル化する。
【００２３】
ブロック番号はブロックを識別するための番号で、番号の重複が無いように任意に設定する。
【００２４】
頂点の平面XY座標は、対象とする解析範囲の形状によりあらかじめ設定した原点からの座標を設定する。
【００２５】
原点位置は対象とする解析範囲の形状によりあらかじめ設定する。
【００２６】
底面積、各辺長はブロックの形状により自動的に決定される。
【００２７】
各辺に接続するブロック番号はブロック間の平面的なつながりから設定する。
【００２８】
階層は地下空間の構造から、ブロックの存在する階層を設定する。
【００２９】
床高さ、天井高さは図面や現地調査結果等から設定する。ただし、床や天井には起伏や勾配が存在するため、ブロック頂点の高さの平均値を与えるなど、平均的な高さを設定する。
【００３０】
スロット底面積は対象地下空間の上層への開口部面積により設定する。
【００３１】
階段や換気口等の開口部はあらかじめ、開口部番号、開口部高、有効流下幅、開口部面積、層厚、所属ブロック番号を設定し、地下空間浸水シミュレーション内でモデル化する。
【００３２】
開口部番号は開口部を識別するための番号で、番号の重複が無いように任意に設定する。
【００３３】
開口部高、有効流下幅、開口部面積、層厚は図４に示すように、図面や現地調査結果等から設定する。
【００３４】
所属ブロックは開口部が含まれるブロックの番号を設定する。
【００３５】
階段や換気口等の開口部に設置する止水板や土嚢などの止水施設はあらかじめ、止水施設番号、高さ、幅、所属開口部番号、設置開始条件を設定し、地下空間浸水シミュレーション内でモデル化する。
【００３６】
止水施設番号は止水施設を識別するための番号で、番号の重複が無いように任意に設定する。
【００３７】
高さ、幅は図５に示すように、図面や現地調査結果等から設定する。
【００３８】
所属開口部番号は止水施設が設置される開口部の番号を設定する。
【００３９】
設置開始条件は浸水状況による指定と時間による指定が可能であり、検討の目的に応じてどちらかを選択し、地下空間浸水シミュレーション内でモデル化する。
【００４０】
浸水状況による指定は、浸水判定対象ブロック番号と設置に要する時間を設定する。
【００４１】
浸水判定対象ブロック番号は止水施設を設置開始する判断基準となるブロックの番号で、浸水判定対象ブロックに浸水が生じた場合、止水施設の設置が開始される。浸水判定対象ブロックは主に、CCTVや浸水センサーによる浸水監視地点が存在するブロックを設定する。
【００４２】
設置に要する時間は、施設設置開始から設置完了までに要する時間を設定する。
【００４３】
時間による指定は、止水施設設置開始時間と設置に要する時間を設定する。
【００４４】
止水施設設置開始時間は、止水施設の設置開始を時間指定により行うもので、計算開始からの時間を設定する。この設定は浸水開始後に止水施設を設置しても間に合わない場合に、洪水警報等を参考に浸水開始前から止水施設の設置を開始する場合を想定している。また、設置完了までに要する時間は前述の通りである。
【００４５】
開口部に接続する階段はあらかじめ、階段番号、階段長さ、階段高さ、階段幅、段数、所属開口部番号を設定し、地下空間浸水シミュレーション内でモデル化する。
【００４６】
階段番号は階段を識別するための番号で、番号の重複が無いように任意に設定する。
【００４７】
階段長さ、階段高さ、階段幅、段数は図６に示すように、図面や現地調査結果等から設定する。
【００４８】
所属開口部番号は階段の接続する開口部の番号を設定する。
【００４９】
電源等の重要施設はあらかじめ、重要施設番号、危険水深、所属ブロック番号を設定し、地下空間浸水シミュレーション内でモデル化する。
【００５０】
重要施設番号は重要施設を識別するための番号で、番号の重複が無いように任意に設定する。
【００５１】
危険水深は対象の重要施設が浸水により正常な機能を果たさなくなる水深を図面や現地調査結果等から設定する。
【００５２】
所属ブロック番号は重要施設の所属するブロック番号を設定する。
【００５３】
氾濫外力条件はあらかじめ、河川からの流入番号、流入流量データ、流入ブロック番号を設定し、地下空間浸水シミュレーション内でモデル化する。
【００５４】
流入番号は河川からの流入を識別するための番号で、番号の重複が無いように任意に設定する。
【００５５】
流入流量データは、時間毎、例えば１０分おきの河川からの流入流量データを設定する。
【００５６】
流入ブロック番号は河川からの流入地点が所属するブロック番号を設定する。
【００５７】
また、地上部分のシミュレーションを行わない場合は、地下空間の地上への開口部の水深データをあらかじめ、水深付与地点番号、浸水深データ、所属開口部番号を設定することで、外力条件の地下空間浸水シミュレーション内でのモデル化が可能となる。
【００５８】
水深付与地点番号は水深付与地点を識別するための番号で、番号の重複が無いように任意に設定する。
【００５９】
浸水深データは、時間毎、例えば１０分おきの開口部地点の浸水深データを設定する。
【００６０】
所属開口部番号は浸水深データを付与する開口部の番号を設定する。
【００６１】
その他、地下空間浸水シミュレーションに関する計算条件として、計算時間と計算時間間隔を設定する。
【００６２】
計算時間は地下空間浸水シミュレーションを行う延べ時間であり、指定しない場合は河川からの流入流量データもしくは開口部水深データの延べ時間が設定される。
【００６３】
計算時間間隔は地下空間浸水シミュレーションの逐時計算の時間間隔である。
【００６４】
以上で設定した計算条件をもとに、地下空間浸水シミュレーションが行われ、ブロックごとの時々刻々の浸水深と流速、階段部分の時々刻々の浸水深と流速、重要施設の浸水判定をコンピューターにより計算する。地下空間浸水シミュレーションは図１に示すように、ブロック間浸水シミュレーションシステムと階段部シミュレーションシステムと重要施設浸水判定シミュレーションシステムの３つのサブシステムから構成されている。以下にそれぞれのサブシステムの実施例を示す。
【００６５】
ブロック間浸水シミュレーションシステムは隣接するブロック間の浸水の平面的な広がりと、開口部によって接続された上下層ブロック間の浸水の伝播を考慮した解析を行うことで、時々刻々のブロック毎の浸水深と流速を計算する、シミュレーションシステムであり、図７に示すフローにしたがって単位時間ごとの逐時計算によって行われる。
【００６６】
図７の２７では、止水施設設置条件から止水施設の対象の時間ステップに止水施設が設置されているかどうかが判定され、止水施設が設置されていると判定された場合、止水施設の設置対象の開口部の敷高に止水板高さが加算される。
【００６７】
図７の２８では、式１により水平方向のブロック間の流量がブロックの有する接面毎に計算される。
【数１】
2006301475.tif 000003
ここで、Δtは時間間隔、Qholはブロックの接面間の流量、Qhololdは１ステップ前のQhol、Lは隣接したブロック間の図心間の距離、Abは隣接したブロック間の接面の断面積、αは損失係数、gは重力加速度である。
【００６８】
また、接面の断面積Abは式２に示すように、接面を共有するブロックのスロット部分を含まない水深の平均値と接面幅から計算される。
【数２】
2006301475.tif 000004
ここで、i,jは隣接した各ブロック番号、hiはブロック番号iのブロックの水深、Diはブロック番号iのブロックの天井高さ、Bbは接面の幅である。
【００６９】
また、損失係数αは式３を用いて計算される。
【数３】
2006301475.tif 000005
ここで、nはマニングの粗度係数、sbはブロック間接面の潤辺である。
【００７０】
ブロック間の接面の潤辺は式４を用いて計算される。
【数４】
2006301475.tif 000006
【００７１】
また、ブロック間の接面の流速は式５により計算される。
【数５】
2006301475.tif 000007
ここで、vholはブロック間の接面の流速である。
【００７２】
図７の２９では、下層ブロックの水位が上層ブロックの開口部敷高に達しているかいないかが判定され、図８に示すように下層ブロックの水位が上層ブロックの開口部敷高に達していない場合、上層から下層への流入量が、式６を用いて計算される。
【数６】
2006301475.tif 000008
ここで、Qverは上層から下層への流量、μ0は段落ち流れの流量係数、Beは開口部の有効流下幅、hiは上層のブロック内の水深、hsは開口部の開口部高である。
【００７３】
また、図９に示すように下層ブロックの水位が上層ブロックの開口部敷高に達している場合、上層から下層への流入量が、式７を用いて計算される。
【数７】
2006301475.tif 000009
ここで、Qveroldは１ステップ前のQver、Hiは上層ブロック内の水位、Hjは下層ブロック内の水位、Hsは開口部の開口部敷高、Leは上下層間の層圧、Aeは開口部面積である。
【００７４】
図７の３０では対象時間ステップの外部からの流入量が設定される。外力条件として河川からの時間毎の流入量が設定されている場合は、対象時間ステップの流入量は式８に示す内挿計算により設定される。
【数８】
2006301475.tif 000010
ここで、Qinは外部からの流入量、tは対象時間、Qは流入量データの流量、Ta、Tbは流入量データの時間ステップのうち、tの直後、直前の時間である。
【００７５】
また、外力条件として地上部への開口部の時系列の水深データが設定されている場合は、対象時間ステップの水深が式９に示す内挿計算により計算され、図７の２９と同様の計算により、流入量が設定される。
【数９】
2006301475.tif 000011
ここで、Houtは開口部の水深、tは対象時間、Hは水深データの水深、Ta、Tbは流入量データの時間ステップのうち、tの直後、直前の時間である。
【００７６】
図７の３１では、図７の２８、図７の２９、図７の３０で計算された流量をもとにブロック内の水深が式１０により計算される。
【数１０】
2006301475.tif 000012
ここで、Aはブロックの有効面積、hはブロック内の水深、holdは１ステップ前のh、Qhol(i)はブロックが有するi番目の接面から流入する流量、lは流量の出入りが行われる接面数、Qver(j)はブロックに所属するj番目の開口部を介した上下層間の流入量、mはブロックに所属する開口部数、Qin(k)はブロックに設定されているk番目の外部からの流入量、nはブロックに設定されている外力条件数である。
【００７７】
ブロックの有効面積Aは式１１に示すように、浸水深に応じてブロックが満水状態であるかどうかが判定され、満水状態で無ければブロックの底面積が、満水状態であればブロック上部のスロットの断面積が設定される。
【数１１】
2006301475.tif 000013
ここで、Afはブロックの底面積、Asはブロック上部のスロットの断面積、Dはブロックの天井高さである。
【００７８】
ただし、ブロックへの流入、流出により１ステップの間に開水路状態から満水状態へ、もしくは満水状態から開水路状態に遷移する場合は、有効面積の変化を考慮するため、遷移までの流入量と遷移後の流入量を分けて式１０の計算が行われる。
【００７９】
階段部シミュレーションシステムでは、図１０に示すフローにしたがって各段の水深と流速が計算される。
【００８０】
図１０の３６では、階段長さ、階段高さがそれぞれ段数で除算され、各段の間隔と高さが計算される。また、階段に対応する開口部の敷高、上層、下層のブロックの床高も取得される。
【００８１】
図１０の３７では、ブロック間浸水シミュレーションからの出力のうち、計算対象時間ステップの上層、下層ブロックの水深と上層から下層への流量が取り込まれる。
【００８２】
図１０の３８では上層ブロックの水位が下層ブロックの水位より高く、上層ブロックの水位が開口部敷高を上回っている場合は、式１２に示す階段部分の水深に関する方程式が、ニュートン法による逐次計算により解かれ、階段部分の水深が計算される。
【数１２】
2006301475.tif 000014
ここで、hは階段部分の水深、Qは上層から下層への流量、Bは階段幅、nはマニングの粗度係数、Hstepは階段高さ、Lstepは階段長さである。
【００８３】
計算された階段部の水深が階段の段の高さより小さい場合は、式１３により計算された水深で階段部の水深が置き換えられる。
【数１３】
2006301475.tif 000015
ここで、hは階段部分の水深、Qは上層から下層への流量、Bは階段幅、gは重力加速度である。
【００８４】
さらに階段部分の流速は式１４を用いて計算される。
【数１４】
2006301475.tif 000016
ここで、vは階段部分の流速、Qは上層から下流への流量、Bは階段幅、hは階段部分の水深である。
【００８５】
下層ブロックの水位が上層ブロックの水位を上回っている場合や、下層ブロックの水位が上層ブロックの水位を下回っている場合でも、上層ブロックの水位が開口部敷高を下回っている場合は、下層ブロックの水深が階段部分の水深として設定され、階段部分の流速は０が設定される。
【００８６】
図１０の３９では、階段部分の水深と下層の水深の大きい方が代表水深として設定され、階段部分の流速が代表流速として設定される。
【００８７】
重要施設浸水判定シミュレーションは、図１１に示すフローに従って行われる。
【００８８】
図１１の３７では、ブロック間浸水シミュレーションからの出力のうち、計算対象時間ステップの重要施設が所属するブロックの浸水深が取り込まれる。
【００８９】
図１１の３８では、浸水深が重要施設の危険水位を上回った場合、重要施設が浸水したと判断され、計算対象時間ステップが重要施設停止時間として記録される。ただし、重要施設停止時間が以前に記録されていた場合は、新たな時間の記録は行われない。
【００９０】
次に、地下空間避難シミュレーションシステムでは、図１２に示すように地下空間の経路をリンクとノードにより表現し、あらかじめ設定する。リンク、ノードはそれぞれ地下空間の利用形態に応じて居室リンク、通路リンク、居室ノード、通路ノードにわけて設定する。
【００９１】
居室ノードは地下空間内の壁もしくはパーティションにより区切られた店舗などの居室に設定し、あらかじめ居室ノードフラグ、ノード番号、出口幅、接続リンク数、接続リンク番号、所属ブロック番号、ノード階層、ノードXY座標を設定し、地下空間避難シミュレーションシステム内でモデル化する。
【００９２】
居室ノードフラグは、ノードが居室ノードであることを識別するためのフラグであり、あらかじめ設定する。
【００９３】
ノード番号はノードを識別するための番号で、通路ノードも含めて、番号の重複がないように設定する。
【００９４】
出口幅は居室から通路への出口の幅を図面や現地調査結果等から設定する。
【００９５】
接続リンク数、接続リンク番号は居室ノードに接続するリンク数とリンク番号を経路ネットワークを参考に設定する。
【００９６】
所属ブロック番号は居室ノードが所属する地下空間浸水シミュレーション時に設定したブロックの番号を設定する。
【００９７】
ノード階層、ノードXY座標は地下空間浸水シミュレーション時に設定した、ブロック階層、ブロック頂点XY座標と同様に設定する。
【００９８】
通路ノードは通路の交点、居室からの合流点、地下空間浸水シミュレーション時に設定したブロックの境界、通路幅が変化する地点、階段の出入り口に設置し、あらかじめ通路ノードフラグ、ノード番号、通路幅、接続リンク数、接続リンク番号、ノード階層、ノードXY座標を設定し、地下空間避難シミュレーションシステム内でモデル化する。
【００９９】
通路ノードフラグは、ノードが通路ノードであることを識別するためのフラグであり、あらかじめ設定する。
【０１００】
ノード番号はノードを識別するための番号で、居室ノードも含めて、番号の重複がないように設定する。
【０１０１】
通路幅は通路ノード地点の通路の幅を図面や現地調査結果から設定する。
【０１０２】
接続リンク数、接続リンク番号は通路ノードに接続するリンク数とリンク番号を経路ネットワークを参考に設定する。
【０１０３】
ノード階層、ノードXY座標は地下空間浸水シミュレーション時に設定した、ブロック階層、ブロック頂点XY座標と同様に設定する。
【０１０４】
居室リンクは居室ノードと居室が接続する通路ノード間に設置し、あらかじめ居室リンクフラグ、リンク番号を設定し、地下空間避難シミュレーションシステム内でモデル化する。
【０１０５】
居室リンクフラグは、リンクが居室リンクであることを識別するためのフラグであり、あらかじめ設定する。
【０１０６】
リンク番号はリンクを識別するための番号で、通路リンクも含めて、番号の重複がないように設定する。
【０１０７】
通路リンクは通路ノード間に設置し、あらかじめ通路リンクフラグ、リンク番号、通路内許容人数、通路標準内歩行速度、リンク距離、所属ブロック番号を設定し、地下空間避難シミュレーションシステム内でモデル化する。
【０１０８】
通路リンクフラグは、リンクが通路リンクであることを識別するためのフラグであり、あらかじめ設定する。
【０１０９】
リンク番号はリンクを識別するための番号で、居室リンクも含めて、番号の重複がないように設定する。
【０１１０】
通路内許容人数は通路内に存在できる最大の人口で、通路幅、距離、１人当たりの最低限必要面積からあらかじめ算出し、設定する。
【０１１１】
通路内標準歩行速度は、避難行動時の人の対象通路内標準歩行速度を設定する。
【０１１２】
リンク距離は対象通路の距離を設定する。
【０１１３】
所属ブロック番号は、通路リンクが所属する地下空間浸水シミュレーション時に設定したブロックの番号を設定する。
【０１１４】
以上のノード、リンクによるネットワーク諸元以外に、避難指示発令条件、歩行避難困難度曲線、避難情報を伝達するスピーカー等の受け持ち範囲、単位幅当たりの通行可能人数、ブロック内初期人口、ユニット人口、避難経路を、地下空間避難シミュレーション実行前に設定する。
【０１１５】
避難指示発令条件は浸水状況による指定と時間による指定が可能であり、検討の目的に応じてどちらかを選択し、地下空間避難シミュレーション内でモデル化する。
【０１１６】
浸水状況による指定は、浸水判定対象ブロック番号と避難指示発令の決定に要する時間を設定する。
【０１１７】
浸水判定対象ブロック番号は避難指示を発令する判断基準となるブロックの番号で、浸水判定対象ブロックに浸水が生じたばあい、避難指示発令に関する協議が開始される。浸水判定対象ブロックは主に、CCTVや浸水センサーによる浸水監視地点が存在するブロックを設定する。
【０１１８】
避難指示発令の決定に要する時間は、浸水開始情報を得てから協議を経て避難指示が発令されるまでの所要時間を設定する。
【０１１９】
時間による指定は、避難指示発令に関する協議開始時間と発令決定に要する時間を設定する。
【０１２０】
避難指示発令に関する協議開始時間は、避難指示発令に関する協議開始を時間指定により行うもので、計算開始からの時間を設定する。この設定は浸水開始後に避難指示発令に関する協議を開催しても間に合わない場合に、洪水警報等を参考に浸水開始前から避難指示発令に関する協議を開始する場合を想定している。また、発令決定までに要する時間は前述の通りである。
【０１２１】
歩行避難困難度曲線は図１３に示すように、浸水深と流速をもとに歩行可能かどうかを判定する曲線であり、歩行が不可能になる浸水深と流速のテーブルで設定する。
【０１２２】
避難情報を伝達するスピーカー等の受け持ち範囲は対象のスピーカー等から避難指示が伝達された場合に、直接もしくは口コミで避難指示が発令されたことを認識する範囲であり、地下空間浸水シミュレーション時に設定したブロック毎に対象スピーカー番号を設定する。
【０１２３】
同一のスピーカーから避難情報を得る複数のブロックには同一のスピーカー番号、異なるスピーカーから避難情報を得るブロックには異なるスピーカー番号を設定する。
【０１２４】
単位幅当たりの通行可能人数は１mの幅員を１分あたりに通過できる最大の人数を設定する。
【０１２５】
ブロック内初期人口は、地下空間浸水シミュレーション時に設定したブロック毎に、地下空間避難シミュレーション開始時に存在する人口を設定する。
【０１２６】
ユニット人口は、１ユニットに含まれる人口を設定する。ただし、ユニットとは地下空間避難シミュレーション時に避難行動を追跡する最小単位の人の集まりを意味する。
【０１２７】
避難経路は地下空間浸水シミュレーション時に設定したブロック毎に出口までに経由するノード数、ノード番号を設定する。経由ノード番号は経由するノードの番号を経由順に並べた配列で設定する。
【０１２８】
上記、避難経路を設定する場合、ブロックに対して出口を指定することで、経由距離が短い順に避難経路の候補が出力され、これらの経路の中から指定したい経路を選択することで、避難経路の設定を行うこともできる。
【０１２９】
以上で設定した計算条件をもとに、図１４に示すフローに従って地下空間避難シミュレーションが行われ、指定避難経路の安全性、要避難時間、避難経路上の時々刻々の人口変化をコンピューターにより計算する。
【０１３０】
図１４の５０では、ブロック毎に設定した初期人口が１のユニット人数から、ユニット数に換算され、ブロックに所属する居室ノードもしくは通路リンクに配置される。このとき同一ブロック内に複数の居室ノードが存在する場合は各居室ノードに同数に按分して配置される。また、同一ブロック内に複数の通路リンクが存在する場合は各通路リンクの距離で按分して配置される。
【０１３１】
更に、通路リンクにユニットが配置される場合はリンク距離とユニット数から、ユニット配置間隔が計算され、通路リンク上に等間隔に配置される。
【０１３２】
また、各ユニットには初期ブロック番号、最終目的ノード番号、暫定目的ノード番号、位置フラグ、所属番号、残り距離、避難行動開始時間が自動的に設定される。
【０１３３】
初期ブロック番号はユニットが地下空間避難シミュレーション開始時に所属していたブロック番号が設定される。
【０１３４】
最終目的ノード番号はユニットが地下空間から脱出するための最終目的ノードの番号であり、避難経路の終点ノード番号が設定される。
【０１３５】
暫定目的ノード番号はユニットが次に到達予定のノードの番号であり、ユニットの配置位置と避難経路の経由ノード諸元から設定される。
【０１３６】
位置フラグはユニットがノード上に存在する場合は１、リンク上に存在する場合は２が設定される。
【０１３７】
所属番号はユニットがノード上に存在する場合は所属するノードの番号、リンク上に存在する場合は所属するリンクの番号が設定される。
【０１３８】
残り距離はユニットがノード上に存在する場合は設定されず、リンク上に存在する場合は暫定目的ノードまでのリンク上の距離が設定される。
【０１３９】
また、通路リンクには、リンク上に存在するユニット数が設定される。
【０１４０】
図１４の５１以降の処理は単位時間当たりの逐時計算によって繰り返し行われ、各時間での各ユニットの避難経路上の位置が計算される。
【０１４１】
図１４の５１では、地下空間浸水シミュレーションの出力のうち、ブロックの浸水深と流速、階段部分の浸水深と流速が取得され、対象のブロックに所属する通路リンクの浸水深および流速、居室ノードの浸水深として設定される。
【０１４２】
図１４の５２では、通路リンクの浸水深、流速、標準歩行速度、歩行避難困難度曲線を用いて、式１５により通路リンク内の歩行速度が計算される。
【数１５】
2006301475.tif 000017
ここで、Vは歩行速度、Vsは標準歩行速度、hは通路リンクの浸水深、vは通路リンクの流速、hlim(v)は流速vのときの歩行避難困難水深である。
【０１４３】
図１４の５３では、各ユニットが避難行動を継続できるかどうかが判定される。通路リンク内のユニットは所属する通路リンク内歩行速度が０以下になった場合、避難行動継続不可能と判定され、居室ノード内のユニットは式１６の条件を満たした場合、避難行動継続不可能と判定される。
【数１６】
2006301475.tif 000018
ここで、hは居室ノードの浸水深、hlim(0)は流速０のときの歩行避難困難水深である。
【０１４４】
図１４の５４では、地下空間浸水シミュレーションの出力のうち、浸水判定対象ブロックの浸水深が取得され、浸水が確認した場合、全ユニットに避難行動開始時刻が設定される。
【０１４５】
また、避難指示発令検討条件が時間により指定されている場合は、経過時間が指定時間に達した場合、全ユニットに避難行動開始時刻が設定される。
【０１４６】
避難行動開始時間は、避難指示発令条件を満たすまでの時間と、避難指示が発令されてから避難行動を開始するまでの時間の合計により設定される。避難行動を開始するまでの時間は、口コミによる情報伝達時間と行動を起こすまでの意志決定および準備時間を合わせたもので、式１７を用いて計算される。
【数１７】
2006301475.tif 000019
ここで、tは避難行動を開始するまでの時間、Aはユニットが所属するブロックを受け持っているスピーカー等の受け持ち面積である。
【０１４７】
図１４の５５では、居室ノードから居室リンクを介して通路ノードに移動可能なユニット数が出口幅と単位幅当たりの通行可能人数から算出される。居室ノード上のユニット数が移動可能ユニット数より多い場合は、居室ノード上のユニット数は移動可能ユニット数だけ減少し、通路ノード上のユニット数は移動可能ユニット数だけ増加する。その他の場合は、居室ノード上ユニット数は０となり、通路ノード上のユニット数は居室ノードユニット数だけ増加する。
【０１４８】
図１４の５６では、通路リンク上のユニットの残り距離と歩行速度が、式１８の関係を満たした場合、対象ユニットは通路ノードに達したと判定され、到達ユニット数が集計される。
【数１８】
2006301475.tif 000020
ここで、Lleftは残り距離、Vは歩行速度、Δtは計算時間間隔である。
【０１４９】
図１４の５７では、５５、５６で算出された、居室ノードおよび通路リンクから通路ノードへの到達ユニット数が合計される。
【０１５０】
図１４の５８では、通路ノードに達したユニットが避難完了したかどうかが判定される。暫定目的ノードと最終目的ノードが等しいユニットは避難完了と判断され、この時点の時間がユニットの避難完了時間として記録されると同時に、避難シミュレーション対象ユニットから除外される。
【０１５１】
図１４の５９では、通路ノードに到達したユニット数が、通路ノードと単位幅あたりの通行可能人数から算出される通過可能ユニット数を下回る場合は、通路ノードへの到達ユニット数が通路ノード下流の通路リンクへの流入ユニット数として設定される。
【０１５２】
また、通路ノードへの到達ユニット数が通過可能ユニット数を上回る場合は、図１４の６０において、通過可能ユニット数が通路ノード下流の通路リンクへの流入ユニット数として設定される。
【０１５３】
更に、通路ノードへの到達ユニットに対して式１９により到達時間が設定され、到達時間が大きいユニットから順に、通過可能ユニット数を上回るユニットは、通路ノードへの流入が行われないと判定される。
【数１９】
2006301475.tif 000021
ここで、tは到達時間、Lleftは残り距離、Vは歩行速度である。ただし、居室ノード内のユニットの残り距離は０が設定される。
【０１５４】
また、通路ノードへの流出が行われないと判定されたユニットの所属する、居室ノード及び通路リンクから通路ノードへの到達ユニット数から、流出が行われないユニット数が差し引かれる。
【０１５５】
図１４の６１では、通路リンクへの流出ユニット数と通路リンクからの流出ユニット数から通路リンク内ユニット数が計算される。
【０１５６】
図１４の６２では、通路リンク内ユニット数が通路リンク内許容ユニット数を上回る場合６３の処理が行われ、上回らない場合は６４の処理が行われる。
【０１５７】
図１４の６３では、通路リンクの上流側の通路ノードの通行可能人数から、通路リンク内許容ユニット数を上回った分差し引かれ、６０で再度通路ノードへの流入ユニット数が補正される。
【０１５８】
図１４の６４では、ユニットの位置情報がユニットの移動を反映して更新され、居室ノード、通路リンク内のユニット数が集計される。
【０１５９】
通路リンクから通路ノードを経由して新たな通路リンクに移動するユニットに対しては、暫定目的ノードとして次の経路ノード番号が設定され、残り距離が式２０を用いて計算される。
【数２０】
2006301475.tif 000022
ここで、Lnewは新たに設定される残り距離、L2は下流側通路リンクの距離、V1、V2はそれぞれ所属元の通路リンクの歩行速度、新たに移動する通路リンクの標準歩行速度、Loldはもともとの残り距離、Δtは計算時間間隔である。
【０１６０】
また、居室ノードから通路ノードを経由して通路リンクに移動するユニットに対しては、位置フラグが２に設定され、暫定目的ノードとして次の経由ノード番号が設定され、さらに、残り距離として新たに移動する通路リンクの距離が設定される。
【０１６１】
更に、同一通路リンク内にとどまるユニットに対しては、残り距離が式２１を用いて計算される。ただし、残り距離が０以下になるユニットは残り距離が０に設定される。
【数２１】
2006301475.tif 000023
ここで、ここで、Lnewは新たに設定される残り距離、V1は通路リンクの歩行速度、Loldはもともとの残り距離、Δtは計算時間間隔である。
【０１６２】
また、居室ノードにとどまるユニットに対しては位置情報の更新は行われない。
【０１６３】
図１４の６５では、全ユニットが避難完了もしくは避難不可能な状態になった場合、地下空間避難シミュレーションが終了される。その他の場合は時間ステップが更新され、５１以降の処理が再度行われる。
【０１６４】
上記の逐時計算を行うことにより、各ユニットの避難の可能性と、避難可能である場合は避難終了時間が算出され、避難指示発令時間からの経過時間が要避難時間として算出される。
【０１６５】
これら各ユニットの避難状況を初期ブロック番号で集計しなおすことで、各ブロック内に存在する人の避難の可能性と、避難可能である場合は最大要避難時間と最終避難終了時刻が算出される。
【０１６６】
また、あらかじめ避難経路を指定しない場合も地下空間避難シミュレーションを行うことができ、この場合は、想定できる全ての避難経路が経路ネットワークから設定され、それぞれの避難経路に対して上記の地下空間避難シミュレーションを行うことで、最適な避難経路が抽出される。
【０１６７】
ここで、最適な避難経路とは全てのユニットが避難可能な経路が存在する場合は、ブロック全体での最大要避難時間が最も短い経路のことであり、全てのユニットが避難できない場合はより多くのユニットが避難可能となる経路のことである。
【０１６８】
次に、地下空間浸水・避難シミュレーション表示システムでは、図１５に示す階層毎の平面図上に、地下空間浸水シミュレーションおよび地下空間避難シミュレーション時に設定した計算条件および、算出された計算結果が表示される。
【０１６９】
開口部位置、止水施設位置、浸水センサー位置、重要施設位置、河川からの流入地点、水深データ付与地点、スピーカー位置、経路ネットワークの全てもしくは何れかの表示を指定すれば、画面上に指定した施設の位置が表示される。
【０１７０】
諸元表示コマンドを実行後、表示されている各種施設やブロックを選択することで、施設に設定されている諸元が表形式もしくは図形として表示され、表示された諸元を変更することで、地下空間浸水シミュレーションや地下空間避難シミュレーションの入力条件が変更される。
【０１７１】
また、シミュレーション結果アニメーション表示コマンドを実行すれば、ブロックの浸水深と流速、階段部の浸水深と流速、経路ネットワーク上の人口密度の全てもしくは何れか指定された項目の時間による変化が、画面上に疑似アニメーションとして表示される。
【０１７２】
上記表示項目は数字の大きさによる色分けにより表示され、数字の範囲ごとの色はあらかじめ指定できる。
【０１７３】
更に、アニメーション表示時に止水施設位置が表示されていれば、止水施設が設置された場合に強調表示され、重要施設位置が表示されていれば、重要施設が浸水を開始した場合に強調表示され、浸水センサー位置が表示されていれば、浸水センサーが浸水を開始した場合に強調表示され、スピーカー位置が表示されていれば、避難指示が発令された場合に強調表示される。
【０１７４】
また、避難可否判定表示コマンドを実行すれば、避難成功したブロックは青、避難失敗したブロックは赤、避難成功したものの避難終了時間が重要施設浸水時間より後のブロックは黄色に色分けされて平面図上に表示される。
【０１７５】
更に、計算結果時系列表示コマンドを実行し、平面図上に表示されているブロックを選択すれば、選択したブロックの時間毎の浸水深変化、流速変化が折れ線グラフで表示される。また、階段部を選択することで、選択した階段の時間毎の浸水深変化、流速変化が折れ線グラフで表示される。更に、経路ネットワークを選択することで、選択した経路上の時間毎の人口変化が折れ線グラフで表示される。
【０１７６】
また、地下空間の床、天井、壁等のXYZ座標が取得されていれば、地下空間の３次元表示が可能であり、ブロックの座標と時間毎の浸水深データを取り込むことで、地下空間内の浸水状況を３次元的に任意の視点から表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１７７】
【図１】本発明のシステムの処理の概要を示すフローチャートである。
【図２】地上、地下街、地下鉄のモデル化の概念を示す図である。
【図３】ブロックの上部のスロットの概念を示す図である。
【図４】開口部の諸元を示す図である。
【図５】止水施設の諸元を示す図である。
【図６】階段の諸元を示す図である。
【図７】ブロック間浸水シミュレーションシステムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】下層ブロックの水位が上層の開口部高さに達していない場合の概念図である。
【図９】下層ブロックの水位が上層の開口部高さに達している場合の概念図である。
【図１０】階段部シミュレーションシステムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】重要施設浸水判定シミュレーションシステムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】地下空間の経路モデル化の概念を示す図である。
【図１３】歩行避難困難度曲線の例である。
【図１４】地下空間避難シミュレーションシステムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図１５】地下空間表示の例である。
【符号の説明】
【０１７８】
１…地下空間浸水シミュレーションシステム
２…ブロック間浸水シミュレーションシステム
３…地下空間避難シミュレーションシステム
４…地下空間浸水・避難シミュレーション表示システム
５…階段部シミュレーションシステム
６…重要施設浸水判定シミュレーションシステム
７…地上
８…地下街
９…地下鉄
１０…ブロック
１１…スロット
１２…開口部
１３…壁
１４…開口部有効流下幅
１５…階段
１６…床
１７…天井
１８…開口部敷高
１９…層厚
２０…止水板
２１…止水板高さ
２２…止水板幅
２３…階段長さ
２４…階段高さ
２５…階段幅
２６…段
２７…止水施設諸元更新
２８…ブロック水平方向の流量・流速計算
２９…ブロック上下方向の流量計算
３０…外部からの流入量取り込み
３１…ブロック内水深の計算
３２…上層ブロック
３３…下層ブロック
３４…開口部高さ
３５…水位
３６…階段部シミュレーションシステム初期条件設定
３７…ブロック間浸水シミュレーションシステムの浸水深・流速計算結果取得
３８…各段の水深・流速計算
３９…階段部水深・流速設定
４０…浸水深計算結果取得
４１…重要施設浸水判定
４２…居室
４３…通路
４４…居室ノード
４５…通路ノード
４６…居室リンク
４７…通路リンク
４８…安全避難可能な領域
４９…安全避難が困難な領域
５０…地下空間避難シミュレーションシステム初期条件設定
５１…地下空間浸水シミュレーションシステムの浸水深・流速計算結果取得
５２…通路リンク内歩行速度の計算
５３…避難可否判定
５４…避難開始時刻判定
５５…居室ノードからの通路ノード到達ユニット数計算
５６…通路リンクからの通路ノード到達ユニット数計算
５７…通路ノードへの合計流入ユニット数計算
５８…目的地到達判定
５９…通路ノード通行可能ユニット数判定
６０…通路ノードへの流入ユニット数調整
６１…通路リンク内ユニット数計算
６２…通路リンク内許容ユニット数判定
６３…通路ノードからの流出ユニット数調整
６４…ユニット位置更新
６５…避難終了判定
６６…表示画面
【図１】
2006301475.tif 000024
【図２】
2006301475.tif 000025
【図３】
2006301475.tif 000026
【図４】
2006301475.tif 000027
【図５】
2006301475.tif 000028
【図６】
2006301475.tif 000029
【図７】
2006301475.tif 000030
【図８】
2006301475.tif 000031
【図９】
2006301475.tif 000032
【図１０】
2006301475.tif 000033
【図１１】
2006301475.tif 000034
【図１２】
2006301475.tif 000035
【図１３】
2006301475.tif 000036
【図１４】
2006301475.tif 000037
【図１５】
2006301475.tif 000038