(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）列車形状を入力する列車形状入力部と、列車速度を入力する列車速度入力部とを有する列車諸元の入力手段と、
（ｂ）線路階断面形状を入力する線路階断面形状入力部と、上家長さ（ホームの長さ）を入力する上家長さ（ホームの長さ）入力部と、線路階開口形状を入力する線路階開口形状入力部と、階段配置を入力する階段配置入力部と、コンコース形状を入力するコンコース形状入力部とを有する駅構造物諸元の入力手段と、
（ｃ）前記列車形状入力部の入力情報と、前記列車速度入力部の入力情報と、前記線路階断面形状入力部の入力情報と、前記上家長さ（ホームの長さ）入力部の入力情報と、前記線路階開口形状入力部の入力情報とに基づいて、非圧縮性流体の支配方程式であるラプラスの式に対して、有限差分法や境界要素法による圧力変動解析を行う圧力変動解析部と、前記圧力変動解析により得た情報と、前記階段配置入力部の入力情報と、前記コンコース形状情報とに基づいて、非圧縮性流体の支配方程式であるラプラスの式に対して、有限差分法や境界要素法による圧力伝搬解析を行う圧力伝搬解析部と、該圧力伝搬解析部からの情報に基づいて、線路階空間内及び列車を１次元拡大縮小管としてモデル化し、開口部にベルヌーイの式を適用して、非圧縮性流体としての理論解を用いて線路階の圧力・風速を予測する線路階の圧力・風速予測部と、階段から先を管路網に置き換えて、管路内の流れを非定常１次元の流れと仮定して特性曲線法により階段の圧力・風速を予測する階段の圧力・風速予測部と、コンコースの圧力・風速を予測するコンコースの圧力・風速予測部と、駅舎の出入口の圧力・風速を予測する駅舎の出入口の圧力・風速予測部とを有する情報処理装置と、
（ｄ）該情報処理装置と一体の、線路階の圧力・風速予測情報を出力する線路階の圧力・風速予測表示部と、階段の圧力・風速予測情報を出力する階段の圧力・風速予測表示部と、コンコースの圧力・風速予測情報を出力するコンコースの圧力・風速予測表示部と、駅舎の出入口の圧力・風速予測情報を出力する駅舎の出入口の圧力・風速予測表示部とを有する出力手段とを具備し、
（ｅ）駅舎の設計時点あるいは改良時に列車及び駅構造物の諸元を前記情報処理装置に入力し、該情報処理装置を用いて各種の数値解析を行い、発生する圧力変動と風速を予測し、その予測情報を記憶部に記憶しておき、随時、前記表示部に表示するとともに、前記表示部の情報を駅管理者に報知することにより、駅管理者の注意を促すことを特徴とする高速列車走行に伴う駅部の圧力変動予測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速列車走行に伴う駅部の圧力変動予測システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高速列車が走行する際に発生する圧力変動の影響が大きいトンネル内での気流解析はこれまで盛んに行われている（特許文献１、非特許文献１，２）。
また、三次元境界要素法による列車通過時の圧力変動解析についての提案もなされている（非特許文献３）。
【特許文献１】特開２００３−１７７６６４号公報
【非特許文献１】飯田雅宣ほか「トンネル内圧力変動シミュレーション」鉄道総研報告，Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．７，１９９０．７，Ｐ５４−６２
【非特許文献２】小沼健一ほか「トンネル気流解析システム（ＴＡＦＡＳ）の開発」，鉄道におけるサイバネティクス利用国内シンポジウム論文集，１９９８年１１月１日発行
【非特許文献３】菊地勝浩ほか「三次元境界要素法による列車通過時の圧力変動解析」鉄道総研報告，Ｖｏｌ．１０，Ｎｏ．２，１９９６．２，Ｐ４７−５２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、駅施設や利用客に対する影響が大きい駅部での高速列車走行に伴う圧力変動の予測についての研究は、いまだ十分であるとはいえないのが現状である。
高速列車が駅部を通過する際に発生する圧力変動は、駅施設を構成する部材に大きな影響を与え、また、圧力変動に伴い発生する風は利用客の安全性に影響を与える場合がある。特にホーム階が、開口の少ない屋根や壁に覆われている場合（全覆上家）、それらの影響は顕著となる。
【０００４】
本発明は、上記状況に鑑みて、駅施設や利用客に対する影響が大きい駅部での高速列車走行に伴う圧力変動予測システム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】
【０００５】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕高速列車走行に伴う駅部の圧力変動予測システムにおいて、
（ａ）列車形状を入力する列車形状入力部（２）と、列車速度を入力する列車速度入力部（３）とを有する列車諸元の入力手段（１）と、
（ｂ）線路階断面形状を入力する線路階断面形状入力部（５）と、上家長さ（ホームの長さ）を入力する上家長さ（ホームの長さ）入力部（６）と、線路階開口形状を入力する線路階開口形状入力部（５）と、階段配置を入力する階段配置入力部（８）と、コンコース形状を入力するコンコース形状入力部（９）とを有する駅構造物諸元の入力手段（４）と、
（ｃ）前記列車形状入力部（２）の入力情報と、前記列車速度入力部（３）の入力情報と、前記線路階断面形状入力部（５）の入力情報と、前記上家長さ（ホームの長さ）入力部（６）の入力情報と、前記線路階開口形状入力部（７）の入力情報とに基づいて、線路階空間内及び列車の３次元効果を考慮する場合、非圧縮性流体の支配方程式であるラプラスの式に対して、有限差分法や境界要素法による圧力変動解析を行う圧力変動解析部（１１）と、前記圧力変動解析により得た情報と、前記階段配置入力部（８）の入力情報と、前記コンコース形状入力部（９）の入力情報とに基づいて、非圧縮性流体の支配方程式であるラプラスの式に対して、有限差分法や境界要素法による圧力伝搬解析を行う圧力伝搬解析部（１２）と、この圧力伝搬解析部（１２）からの情報に基づいて、線路階空間内及び列車を１次元拡大縮小管としてモデル化し、開口部にベルヌーイの式を適用して、非圧縮性流体としての理論解を用いて線路階の圧力・風速を予測する線路階の圧力・風速予測部（１３）と、階段から先を管路網に置き換えて、管路内の流れを非定常１次元の流れと仮定して特性曲線法により階段の圧力・風速を予測する階段の圧力・風速予測部（１４）と、コンコースの圧力・風速を予測するコンコースの圧力・風速予測部（１５）と、駅舎の出入口の圧力・風速を予測する駅舎の出入口の圧力・風速予測部（１６）とを有する情報処理装置（１０）と、
（ｄ）この情報処理装置（１０）と一体の、線路階の圧力・風速予測情報を出力する線路階の圧力・風速予測表示部（２１）と、階段の圧力・風速予測情報を出力する階段の圧力・風速予測表示部（２２）と、コンコースの圧力・風速予測情報を出力するコンコースの圧力・風速予測表示部（２３）と、駅舎の出入口の圧力・風速予測情報を出力する駅舎の出入口の圧力・風速予測表示部（２４）とを有する出力手段（２０）とを具備し、
（ｅ）前記駅舎の設計時点あるいは改良時に列車及び駅構造物の諸元を前記情報処理装置（１０）に入力し、この情報処理装置（１０）を用いて各種の数値解析を行い、発生する圧力変動と風速を予測し、その予測情報を記憶部（１７）に記憶しておき、随時、前記表示部（２１〜２４）に表示するとともに、前記表示部（２１〜２４）の情報を駅管理者に報知することにより、駅管理者の注意を促すようにした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）高速列車走行に伴う駅部の線路階（ホーム階）における圧力変動を解析することができる。
（２）また、その圧力変動に基づいて駅部の階段やコンコース等における圧力の伝搬解析を行うことができる。
【０００７】
（３）特に、高速列車走行時の駅部の要所の圧力変動に伴う予測値の表示を情報処理装置（パソコン）上で行い、画面出力やファイル出力を行い、駅管理者への喚起を促すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の高速列車走行に伴う駅部の圧力変動予測システムは、列車形状を入力する列車形状入力部と、列車速度を入力する列車速度入力部とを有する列車諸元の入力手段と、線路階断面形状を入力する線路階断面形状入力部と、上家長さ（ホームの長さ）を入力する上家長さ（ホームの長さ）入力部と、線路階開口形状を入力する線路階開口形状入力部と、階段配置を入力する階段配置入力部と、コンコース形状を入力するコンコース形状入力部とを有する駅構造物諸元の入力手段と、前記列車形状入力部の入力情報と、前記列車速度入力部の入力情報と、前記線路階断面形状入力部の入力情報と、前記上家長さ（ホームの長さ）入力部の入力情報と、前記線路階開口形状入力部の入力情報とに基づいて、非圧縮性流体の支配方程式であるラプラスの式に対して、有限差分法や境界要素法による圧力変動解析を行う圧力変動解析部と、前記圧力変動解析により得た情報と、前記階段配置入力部の入力情報と、前記コンコース形状情報とに基づいて、非圧縮性流体の支配方程式であるラプラスの式に対して、有限差分法や境界要素法による圧力伝搬解析を行う圧力伝搬解析部と、この圧力伝搬解析部からの情報に基づいて、線路階空間内及び列車を１次元拡大縮小管としてモデル化し、開口部にベルヌーイの式を適用して、非圧縮性流体としての理論解を用いて線路階の圧力・風速を予測する線路階の圧力・風速予測部と、階段から先を管路網に置き換えて、管路内の流れを非定常１次元の流れと仮定して特性曲線法により階段の圧力・風速を予測する階段の圧力・風速予測部と、コンコースの圧力・風速を予測するコンコースの圧力・風速予測部と、駅舎の出入口の圧力・風速を予測する駅舎の出入口の圧力・風速予測部とを有する情報処理装置と、この情報処理装置と一体の、線路階の圧力・風速予測情報を出力する線路階の圧力・風速予測表示部と、階段の圧力・風速予測情報を出力する階段の圧力・風速予測表示部と、コンコースの圧力・風速予測情報を出力するコンコースの圧力・風速予測表示部と、駅舎の出入口の圧力・風速予測情報を出力する駅舎の出入口の圧力・風速予測表示部とを有する出力手段とを具備し、駅舎の設計時点あるいは改良時に列車及び駅構造物の諸元を前記情報処理装置に入力し、この情報処理装置を用いて各種の数値解析を行い、発生する圧力変動と風速を予測し、その予測情報を記憶部に記憶しておき、随時、前記表示部に表示するとともに、前記表示部の情報を駅管理者に報知することにより、駅管理者の注意を促すようにした。
【実施例】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の実施例を示す駅部の圧力変動予測システムのブロック図である。
図１において、１は列車諸元の入力手段であり、列車形状を入力する列車形状入力部２、列車速度を入力する列車速度入力部３を備えている。４は駅部構造物諸元の入力手段であり、線路階断面形状を入力する線路階断面形状入力部５、上家長さ（ホームの長さ）を入力する上家長さ（ホームの長さ）入力部６、線路階開口形状を入力する線路階開口形状入力部７、階段配置を入力する階段配置入力部８、コンコース形状を入力するコンコース形状入力部９を備えている。
【００１０】
１０は情報処理装置（パソコン）であり、この情報処理装置１０では上記した列車形状と、列車速度と、線路階断面形状と、上家長さ（ホームの長さ）と、線路階開口形状の入力情報に基づいて、圧力変動解析部１１において、圧力変動解析が行われ、この圧力変動解析情報に、さらに階段配置情報及びコンコース形状情報が加えられて、圧力伝搬解析部１２で圧力変動解析に基づく圧力伝搬解析を行う。そしてさらに、その圧力変動解析に基づく圧力伝搬解析に基づいて、線路階の圧力・風速予測をする線路階の圧力・風速予測部１３と、階段の圧力・風速予測をする階段の圧力・風速予測部１４と、コンコースの圧力・風速予測をするコンコースの圧力・風速予測部１５と、駅舎の出入口の圧力・風速を予測する駅舎の出入口の圧力・風速予測部１６で、それぞれ線路階の圧力・風速予測情報、階段の圧力・風速予測情報、コンコースの圧力・風速予測情報、駅舎の出入口の圧力・風速予測情報を得ることができる。
【００１１】
また、出力手段２０には、線路階の圧力・風速予測部１３からの出力情報により、線路階の圧力・風速予測を表示する線路階の圧力・風速予測表示部２１と、階段の圧力・風速予測部１４からの出力情報により、階段の圧力・風速予測を表示する階段の圧力・風速予測表示部２２と、コンコースの圧力・風速予測部１５からの出力情報により、コンコースの圧力・風速予測を表示するコンコースの圧力・風速予測表示部２３と、駅舎の出入口の圧力・風速予測部１６からの出力情報により駅舎の出入口の圧力・風速予測を表示する駅舎の出入口の圧力・風速予測表示部２４とを配置するようにしている。
【００１２】
すなわち、高速列車走行に伴う駅部の圧力変動予測システムにおいては、その高速列車の通過毎に、パソコン（図１に示す入力手段と情報処理装置と出力手段からなる）上で以下のことを行うことができる。
（１）線路階（ホーム階）の圧力・風速予測表示部２１を備えており、その線路階（ホーム階）の圧力・風速予測値を表示する。
【００１３】
（２）階段の圧力・風速予測表示部２２を備えており、その階段における圧力・風速予測値を表示する。
（３）コンコースの圧力・風速予測表示部２３を備えており、そのコンコースにおける圧力・風速予測値を表示する。
（４）駅舎の出入口の圧力・風速予測表示部２４を備えており、その駅舎の出入口の圧力・風速予測値を表示する。
【００１４】
このように、本発明の駅部の圧力変動予測システムでは、駅舎の設計時点あるいは改良時に列車及び駅構造物の諸元を入力手段１，４によりそれぞれ入力し、情報処理装置（パソコン）１０を用いて各種の数値解析を行い、発生する圧力変動と風速を予測し、その予測情報を記憶部１７に記憶しておき、随時、各々の表示部２１〜２４に表示することにより各種の利用ができる。特に、各表示部の情報を駅管理者に報知することにより、駅管理者の注意を促すことができる。
【００１５】
実際の予測にあたっては、
（１）線路階空間内及び列車を１次元拡大縮小管としてモデル化し、開口部にベルヌーイの式を適用して、非圧縮性流体としての理論解を用いて圧力変動とそれに伴う風速を予測する。また、線路階空間内及び列車の３次元効果を考慮する場合、非圧縮性流体の支配方程式であるラプラスの式に対して、有限差分法や境界要素法等の数値解析的手法を用い、開口部にはベルヌーイの式を適用して圧力変動とそれに伴う風速を予測する。
（２）階段から先を管路網に置き換えて、管路内の流れを非定常１次元の流れと仮定して特性曲線法により圧力と風速を計算する。
【００１６】
なお、上記（１）における風速としては、列車通過後に生じる列車風（空気の粘性に起因して発生する風）については、対象外とする。
また、上記（２）における特性曲線法はこれまでトンネル内圧力変動の計算に用いてきた手法で、ここでは列車走行による影響は直接考慮しない（列車の影響は階段入口の圧力変動を境界条件として与える）。
【００１７】
図２は本発明の圧力変動予測システムを適用する駅部の線路階（ホーム階）を示す平面図、図３は本発明の圧力変動予測システムを適用する駅部の断面図、図４は本発明の圧力変動予測システムを適用する駅部の１階平面図である。
図２において、１０１は線路、１０２は上り線ホーム、１０３は下り線ホーム、１０４〜１０９は各室、１１０〜１１３は階段である。
【００１８】
図３において、１１４は線路階であり、中央部に車両の線路１０１があり、その両側には、上り線ホーム１０２、下り線ホーム１０３があり、その上り線ホーム１０２には階段１１０、下り線ホーム１０３には階段１１２があり、さらにその両側には線路階開口窓１１５が配置されている。この線路階１１４は２階になっており、その１階の配置は、平面図で示すと、図４のようになっている。
【００１９】
図３は、図４のＡ−Ａ断面図であり、ここでは、各室２０１〜２１０がそれぞれ配置されている。
ここで、線路１０１上を高速列車、例えば新幹線車両が通過すると、圧力の変動が線路階１１４に生じる。また、圧力の変動が上り線ホーム１０２、下り線ホーム１０３の階段１１０〜１１３を介して１階に及び、柵内コンコース２１１，柵外コンコース２１２を介して、出入口のドア２１３，２１４に伝搬する。
【００２０】
したがって、特に、上り線ホーム１０２、下り線ホーム１０３の圧力・風速予測値、上り線ホーム１０２、下り線ホーム１０３の階段１１０〜１１３における圧力・風速予測値、コンコース２１１，２１２における圧力・風速予測値、駅舎の出入り口である出入口のドア２１３，２１４における圧力・風速予測値を表示部に表示できるようにする。
このように、特に、駅部の利用者は各所において圧力変動に伴う強風の影響を受けることになり、特に幼児などにとっては危険な状況であるので、本発明の駅部の圧力変動予測システムを用いた解析により、駅舎の設計時点あるいは改良時に、本発明の駅部の圧力変動予測システムによって発生する圧力変動と風速を予め予測し、それを表示装置で表示することで、駅管理者の注意を促すことができる。益々高速化が図られる高速鉄道の駅部においては、その対策は有用であり、利用者へのサービス向上につながるものである。また、駅部の構造物の耐久性についての有効なデータを提供することができる。
【００２１】
図５は圧力変動予測システムを適用する駅部の計算モデルの形状表示図、図６は圧力変動予測システムを適用する駅部の計算モデルの外形線表示図であり、３０１は線路階、３０２は階段、３０３は柵内コンコース部、３０４は柵外コンコース部を示している。
図７は圧力変動予測システムを適用する駅部の線路階計算メッシュを示す図、図８は圧力変動予測システムを適用する駅部の線路階断面形状を示す図であり、ここでは幅３６ｍ、高さ１０ｍであり、天井の中央部には直径０．６ｍの開口（縮流係数が０．７５）が形成されている。
【００２２】
図９は圧力変動予測システムを適用する駅部のコンコース階の計算モデルを示す図である。
この図において、４０１は下り線ホームへの階段、４０２は上り線ホームへの階段、４０３，４０４はガラリ、４０５は出入口のドアである。
ここでは、メッシュ分割幅は０．５ｍ、空気密度は１．２２６ｋｇ／ｍ3 、音速は３４０．４ｍ／ｓｅｃ、入口損失係数は０．５、出口損失係数は１．０、出入口反射係数は０．３である。
【００２３】
図１０は圧力変動予測システムを適用する駅部の測定位置を示す図であり、図１０（ａ）はその線路階（ホーム階）を示す平面図、図１０（ｂ）はそのコンコース階の平面図である。
列車は新幹線で、編成は１０両（２５１ｍ）、速度は２４３ｋｍ／ｈで下り線通過の場合の解析結果と実測結果を示す。
【００２４】
図１１は線路階の圧力変動を示す図であり、図１０（ａ）のＰ１−５で計測した結果、図１２はコンコース階の圧力変動を示す図であり、図１０（ｂ）のＰ１−１で計測した結果である。
これらの図から、本発明における解析値ａと実測値ｂとは略対応していることが分かる。
【００２５】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の駅部の圧力変動の予測システムは、駅施設の利用者及び駅施設の構造物に作用する負荷荷重予測システムとして利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例を示す駅部の圧力変動予測システムのブロック図である。
【図２】本発明の圧力変動予測システムを適用する駅部の線路階（ホーム階）を示す平面図である。
【図３】本発明の圧力変動予測システムを適用する駅部の断面図である。
【図４】本発明の圧力変動予測システムを適用する駅部の１階平面図である。
【図５】本発明にかかる圧力変動予測システムを適用する駅部の計算モデルの形状表示図である。
【図６】本発明にかかる圧力変動予測システムを適用する駅部の計算モデルの外形線表示図である。
【図７】本発明にかかる圧力変動予測システムを適用する駅部の線路階計算メッシュを示す図である。
【図８】本発明にかかる圧力変動予測システムを適用する駅部の線路階断面形状を示す図である。
【図９】本発明にかかる圧力変動予測システムを適用する駅部のコンコース階の計算モデルを示す図である。
【図１０】本発明にかかる圧力変動予測システムを適用する駅部の測定位置を示す図である。
【図１１】本発明にかかる圧力変動予測システムを適用する駅部の線路階の圧力変動を示す図である。
【図１２】本発明にかかる圧力変動予測システムを適用する駅部のコンコース階の圧力変動を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    列車諸元の入力手段
２    列車形状入力部
３    列車速度入力部
４    駅部構造物諸元の入力手段
５    線路階断面形状入力部
６    上家長さ（ホームの長さ）入力部
７    線路階開口形状入力部
８    階段配置入力部
９    コンコース形状入力部
１０    情報処理装置（パソコン）
１１    圧力変動解析部
１２    圧力伝搬解析部
１３    線路階の圧力・風速予測部
１４    階段の圧力・風速予測部
１５    コンコースの圧力・風速予測部
１６    駅舎の出入口の圧力・風速予測部
１７    記憶部
２０    出力手段
２１    線路階の圧力・風速予測表示部
２２    階段の圧力・風速予測表示部
２３    コンコースの圧力・風速予測表示部
２４    駅舎の出入口の圧力・風速予測表示部
１０１    線路
１０２    上り線ホーム
１０３    下り線ホーム
１０４〜１０９，２０１〜２１０    各室
１１０〜１１３，３０２    階段
１１４，３０１    線路階
１１５    線路階開口窓
２１１    柵内コンコース
２１２    柵外コンコース
２１３，２１４，４０５    出入口のドア
３０３    柵内コンコース部
３０４    柵外コンコース部
４０１    下り線ホームへの階段
４０２    上り線ホームへの階段
４０３，４０４    ガラリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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