(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル内空気に関する運動方程式と空気の分岐合流点における流量保存則とを用いて、トンネル全体または一部を出入口、分岐合流点、送排気口または坑口を示すノードと前記ノード間をつなぐリンクとで表現し、
自然換気力以外の換気力をリンク番号順に並べたものをｆ(ｖ)，
圧力が既知なノードの圧力をノード番号順に並べたものをｐｏｕｔ，
空気の質量をリンク番号順に対角成分に並べた正方行列をＭ，
単位行列をＩ，
前記リンクの断面積をリンク番号順に並べた正方行列をＡ，
前記リンクと圧力が未知なノードとの接続番号を示す接続行列をＳ1，
前記リンクと圧力が既知なノードとの接続番号を示す接続行列をＳ２
として下記の式(１)の連立微分方程式で表される風速ｖに関する風速モデルを構築する風速モデル構築手段と、
この風速モデル構築手段が構築した下記の式(１)の連立微分方程式を用いてトンネル内風速を求める風速シミュレーション実行手段と、
を備えたことを特徴とするトンネル換気シミュレーション装置。
ｖ(ドット)＝Ｕ1ｆ(ｖ)＋Ｕ2ｐout
Ｕ1＝Ｍ-1(Ｉ−ΦinΨin-1Г)，
Ｕ2＝Ｍ-1(Φout−ΦinΨin-1Ψout)，
Фin＝ＡＳ1，
Фout＝ＡＳ2，
Ψin＝Ｓ1TＭ-1Ａ2Ｓ1，
Ψout＝Ｓ1TＭ-1Ａ2Ｓ2，
Г＝Ｓ1TＭ-1Ａ)                                                (１)
【請求項２】
風速シミュレーション実行手段は、求めた風速から下記の式(２)を用いて未知なノードの圧力ｐinを求めることを特徴とする請求項１に記載のトンネル換気シミュレーション装置。
ｐin＝−Ψin-1Ψoutｐout−Ψin-1Гｆ(ｖ)                            (２)
【請求項３】
トンネル内の全てまたは一部を出入口、分岐合流点、送排気口または坑口を示すノードと前記ノード間をつなぐリンクで表現し、風速とトンネル内の汚染濃度との関係を表現する汚染モデルを前記リンクの汚染濃度変化と前記リンクをつなぐノードの汚染濃度変化とを変数として構築する汚染モデル構築手段と、
この汚染モデル構築手段が構築した汚染モデルおよび前記風速シミュレーション実行手段で計算した風速を用いてトンネル内汚染濃度のシミュレーションを行う汚染濃度シミュレーション実行手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル換気シミュレーション装置。
【請求項４】
前記風速モデル構築手段が構築した風速モデルまたは前記汚染モデル構築手段が構築した汚染モデルにおけるトンネル構造を、シャットダウンするリンクにおける、設定された風速の変化率を達成するためのシャットダウン動作に必要な仮想的な弁の力を計算し、その仮想的な力を用いて風速モデルまたは汚染モデルを更新して擬似的に変更するトンネル構造変更手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル換気シミュレーション装置。
【請求項５】
トンネル内空気に関する運動方程式と空気の分岐合流点における流量保存則とを用いて、トンネル全体または一部を出入口、分岐合流点、送排気口または坑口を示すノードと前記ノード間をつなぐリンクとで表現し、自然換気力以外の換気力をリンク番号順に並べたものをｆ(ｖ)，圧力が既知なノードの圧力をノード番号順に並べたものをｐｏｕｔ，空気の質量をリンク番号順に対角成分に並べた正方行列をＭ，単位行列をＩ，前記リンクの断面積をリンク番号順に並べた正方行列をＡ，前記リンクと圧力が未知なノードとの接続番号を示す接続行列をＳ1，前記リンクと圧力が既知なノードとの接続番号を示す接続行列をＳ２として下記の式(３)の連立微分方程式で表される風速ｖに関する風速モデルを構築する風速モデル構築手段または請求項１ないし４のいずれかに記載のトンネル換気シミュレーション装置を利用してトンネル内の状況を想定し、トンネル内全てまたは一部の区間でこれに適した換気機の制御を行う換気制御手段を備えたことを特徴とするトンネル換気制御装置。
ｖ(ドット)＝Ｕ1ｆ(ｖ)＋Ｕ2ｐout
Ｕ1＝Ｍ-1(Ｉ−ΦinΨin-1Г)，
Ｕ2＝Ｍ-1(Φout−ΦinΨin-1Ψout)，
Фin＝ＡＳ1，
Фout＝ＡＳ2，
Ψin＝Ｓ1TＭ-1Ａ2Ｓ1，
Ψout＝Ｓ1TＭ-1Ａ2Ｓ2，
Г＝Ｓ1TＭ-1Ａ) (３)
【請求項６】
トンネル内の状況の想定結果を用いて適切なトンネル内全てまたは一部の区間の風速目標値を算出する風速目標値算出手段をさらに備え、前記換気制御手段が、前記風速目標値算出手段が算出した風速目標値を達成するように換気機の制御を行うことを特徴とする請求項５に記載のトンネル換気制御装置。
【請求項７】
前記換気制御手段が、トンネル内の風速計測値と前記風速目標値算出手段が算出したトンネル内全てまたは一部の区間の風速目標値との誤差を補正するように換気機の制御を行うことを特徴とする請求項６に記載のトンネル換気制御装置。
【請求項８】
前記換気制御手段が、汚染濃度計測値とトンネル内全てまたは一部の区間の汚染濃度目標値との誤差を補正するように換気機の制御を行うことを特徴とする請求項５または６に記載のトンネル換気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、道路トンネル、鉄道トンネルなどの換気ファンによって内部の空気を換気する設備における換気シミュレーションおよび換気制御を行うトンネル換気シミュレーション装置およびトンネル換気制御装置、特に、分岐合流路、送排気坑、横流換気設備などを持つ複雑な構造の道路トンネルを安全にかつ効率的に運用するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は例えば日本機械学会北陸信越支部第30期総会講演会講演論文集No. 937-1、pp. 273-276、1993、「東京湾横断道路トンネルの換気制御シミュレーション」等に記載されている従来の山岳部や海岸部におけるトンネルの構造の一例を示している。図７において、トンネル２０１内の空気が排気坑２０２と送気坑２０３によって換気される。独立な空気の流れを表す３つのループ２０４それぞれに関する空気の運動方程式を用いて、トンネル内空気に発生する換気力とトンネル内風速の関係を表現する連立常微分方程式を構築することによって、風速シミュレーションを実現している。また、構築した風速モデルを用いた風速シミュレーション、汚染濃度シミュレーションに基づいて、交通状態、気象条件を考慮した換気制御方法を実現している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、都市部における渋滞の緩和、住環境の改善を目的に、多くの地下道路トンネルの建設が計画されている。都市部におけるトンネルの多くは分岐合流道路、汚染空気の生活圏への流出を防ぐ集中排気立坑などを持つため、従来の山岳部や海岸部におけるトンネルに比べ複雑な換気構造を持つ。このような複雑な構造を持つトンネルにおいては、換気機、交通、気象条件がトンネル内の環境にどのような影響を与えるかを定量的に把握した上で換気制御を行うことが安全で効率的にトンネルの運用を行う上できわめて重要である。
【０００４】
先に述べた従来の技術では、独立な空気の流れを表すループを用いてトンネル内風速の特性を表現する風速モデルを導出しているため、風速モデル構築時にトンネル構造(分岐合流路、送排気坑などの位置関係)だけでなく独立な空気の流れを表すループを与える必要がある。また、非常時における立坑のシャットダウン(弁によって立坑自体を閉じてしまうこと)や交通量によって排気坑の位置を変化させる換気方式などのようにトンネル構造を動的に変化させる運用方法をシミュレーションする場合には、変化するたびにループの選択をやり直し風速モデルを作り直さなければ、シミュレーションを実行することができない。例えば図７における排気坑２０３をシャットダウンした場合には、２０４のループから２０５のループを選択し直さなければならない。また、分岐合流点もしくは送排気坑の接続点における圧力を求めることができない。従来の装置は以上のような問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、複雑な構造を持つ様々なトンネルにおいて、換気機、交通、気象条件がトンネル内の環境にどのような影響を与えるかを定量的に把握し、トンネル換気システムの安全性と効率を飛躍的に高めることができるトンネル換気シミュレーション装置およびトンネル換気制御装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的に鑑み、この発明は、トンネル内空気に関する運動方程式と空気の分岐合流点における流量保存則とを用いて、トンネル全体または一部を出入口、分岐合流点、送排気口または坑口を示すノードと前記ノード間をつなぐリンクとで表現し、
自然換気力以外の換気力をリンク番号順に並べたものをｆ(ｖ)，
圧力が既知なノードの圧力をノード番号順に並べたものをｐｏｕｔ，
空気の質量をリンク番号順に対角成分に並べた正方行列をＭ，
単位行列をＩ，
前記リンクの断面積をリンク番号順に並べた正方行列をＡ，
前記リンクと圧力が未知なノードとの接続番号を示す接続行列をＳ1，
前記リンクと圧力が既知なノードとの接続番号を示す接続行列をＳ２
として下記の式(１)の連立微分方程式で表される風速ｖに関する風速モデルを構築する風速モデル構築手段と、
この風速モデル構築手段が構築した下記の式(１)の連立微分方程式を用いてトンネル内風速を求める風速シミュレーション実行手段と、
を備えたことを特徴とするトンネル換気シミュレーション装置にある。
ｖ(ドット)＝Ｕ1ｆ(ｖ)＋Ｕ2ｐout
Ｕ1＝Ｍ-1(Ｉ−ΦinΨin-1Г)，
Ｕ2＝Ｍ-1(Φout−ΦinΨin-1Ψout)，
Фin＝ＡＳ1，
Фout＝ＡＳ2，
Ψin＝Ｓ1TＭ-1Ａ2Ｓ1，
Ψout＝Ｓ1TＭ-1Ａ2Ｓ2，
Г＝Ｓ1TＭ-1Ａ)                                                (１)
また、風速シミュレーション実行手段は、求めた風速から下記の式(２)を用いて未知なノードの圧力ｐinを求めることを特徴とする請求項１に記載のトンネル換気シミュレーション装置にある。
ｐin＝−Ψin-1Ψoutｐout−Ψin-1Гｆ(ｖ)                            (２)
また、トンネル内の全てまたは一部を出入口、分岐合流点、送排気口または坑口を示すノードと前記ノード間をつなぐリンクで表現し、風速とトンネル内の汚染濃度との関係を表現する汚染モデルを前記リンクの汚染濃度変化と前記リンクをつなぐノードの汚染濃度変化とを変数として構築する汚染モデル構築手段と、この汚染モデル構築手段が構築した汚染モデルおよび前記風速シミュレーション実行手段で計算した風速を用いてトンネル内汚染濃度のシミュレーションを行う汚染濃度シミュレーション実行手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル換気シミュレーション装置にある。
また、前記風速モデル構築手段が構築した風速モデルまたは前記汚染モデル構築手段が構築した汚染モデルにおけるトンネル構造を、シャットダウンするリンクにおける、設定された風速の変化率を達成するためのシャットダウン動作に必要な仮想的な弁の力を計算し、その仮想的な力を用いて風速モデルまたは汚染モデルを更新して擬似的に変更するトンネル構造変更手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル換気シミュレーション装置にある。
また、トンネル内空気に関する運動方程式と空気の分岐合流点における流量保存則とを用いて、トンネル全体または一部を出入口、分岐合流点、送排気口または坑口を示すノードと前記ノード間をつなぐリンクとで表現し、自然換気力以外の換気力をリンク番号順に並べたものをｆ(ｖ)，圧力が既知なノードの圧力をノード番号順に並べたものをｐｏｕｔ，空気の質量をリンク番号順に対角成分に並べた正方行列をＭ，単位行列をＩ，前記リンクの断面積をリンク番号順に並べた正方行列をＡ，前記リンクと圧力が未知なノードとの接続番号を示す接続行列をＳ1，前記リンクと圧力が既知なノードとの接続番号を示す接続行列をＳ２として下記の式(３)の連立微分方程式で表される風速ｖに関する風速モデルを構築する風速モデル構築手段または請求項１ないし４のいずれかに記載のトンネル換気シミュレーション装置を利用してトンネル内の状況を想定し、トンネル内全てまたは一部の区間でこれに適した換気機の制御を行う換気制御手段を備えたことを特徴とするトンネル換気制御装置にある。
ｖ(ドット)＝Ｕ1ｆ(ｖ)＋Ｕ2ｐout
Ｕ1＝Ｍ-1(Ｉ−ΦinΨin-1Г)，
Ｕ2＝Ｍ-1(Φout−ΦinΨin-1Ψout)，
Фin＝ＡＳ1，
Фout＝ＡＳ2，
Ψin＝Ｓ1TＭ-1Ａ2Ｓ1，
Ψout＝Ｓ1TＭ-1Ａ2Ｓ2，
Г＝Ｓ1TＭ-1Ａ) (３)
また、トンネル内の状況の想定結果を用いて適切なトンネル内全てまたは一部の区間の風速目標値を算出する風速目標値算出手段をさらに備え、前記換気制御手段が、前記風速目標値算出手段が算出した風速目標値を達成するように換気機の制御を行うことを特徴とする請求項５に記載のトンネル換気制御装置にある。
また、前記換気制御手段が、トンネル内の風速計測値と前記風速目標値算出手段が算出したトンネル内全てまたは一部の区間の風速目標値との誤差を補正するように換気機の制御を行うことを特徴とする請求項６に記載のトンネル換気制御装置にある。
また、前記換気制御手段が、汚染濃度計測値とトンネル内全てまたは一部の区間の汚染濃度目標値との誤差を補正するように換気機の制御を行うことを特徴とする請求項５または６に記載のトンネル換気制御装置にある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下この発明を各実施の形態に従って説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明によるトンネル換気シミュレーション装置およびトンネル換気制御装置を説明するための構成図である。図１の(ａ)の実際のトンネルＡの部分において、１は本線トンネル、２は分岐トンネル、３は合流トンネル、４は排気坑である。また図１の(ｂ)のこの発明による換気シミュレーション装置Ｂにおいて、１１は風速モデル構築手段、１２は汚染モデル構築手段、１３はトンネル構造変更手段、１４は風速シミュレーション実行手段、１５は汚染濃度シミュレーション実行手段である。そして図１の(ｃ)のこの発明による換気制御装置Ｃにおいて、１６は換気制御手段、１７は風速目標値算出手段である。
【００１３】
図２は、この発明の実施の形態１にかかわる図１の(ｂ)に示す換気シミュレーション装置Ｂの風速モデル構築手段１１におけるモデル化方法を示す。ここではモデル化(見通しを良く)するため図２に示すように、(ａ)に示すトンネルＡを(ｂ)に示す分岐合流点や立坑のトンネル内送排気口などの圧力が未知な点をノード１０１(黒丸●)、トンネル出入口、立坑の坑口などの圧力が既知な点をノード１０２(白丸○)、ノード間をつなぐ車道区間や立坑区間をリンク１０３(矢印)、で表現する。
【００１４】
圧力が未知なノード１０１(●)のノード番号を圧力が既知なノード１０２(○)のノード番号よりも小さくなるようにつければ、ノードとリンクの接続番号を表す接続行列Ｓが定義できる。ただし、接続行列Ｓの行番号、列番号がそれぞれリンク番号、ノード番号に対応し、各行の成分は次式の規則によって決まる。
【００１５】
Ｓ＝[Ｓ1Ｓ2]
【００１６】
Ｓij＝１    (ｉ番目のリンクの始点＝ｊ番目のノード)
Ｓij＝−１    (ｉ番目のリンクの終点＝ｊ番目のノード)
Ｓij＝０    (それ以外)
【００１７】
全てのリンク１０３内の空気に関する運動方程式を連立し接続行列を用いれば、次式のトンネル内風速ｖに関する運動方程式の一般式が得られる。次式において、ベクトルｖ、ｆ(ｖ)はそれぞれ全てのリンクの風速、自然換気力以外の換気力をリンク番号順に並べたもの、ｐin、ｐoutはそれぞれ圧力が未知なノードの圧力、圧力が既知なノードの圧力をノード番号順に並べたものである。また、正方行列Ａ、Mはそれぞれ全てのリンクの断面積、空気の質量をリンク番号順に対角成分に並べたものである。
【００１８】
Ｍｖ(ドット)＝ｆ(ｖ)＋Фinｐin＋Фoutｐout    (Фin＝ＡＳ1，Фout＝ＡＳ2)
【００１９】
また、全ての圧力が未知なノード(●)における流量保存則を連立させ接続行列を用いれば次式の流量保存則の一般式が得られる。
【００２０】
Ｓ1TＡｖ＝０
【００２１】
流量保存則の一般式を時間微分したものと運動方程式の一般式より、未知の圧力が次式で与えられる。
【００２２】
ｐin＝−Ψin-1Ψoutｐout−Ψin-1Гｆ(ｖ)
(Ψin＝Ｓ1TＭ-1Ａ2Ｓ1，Ψout＝Ｓ1TＭ-1Ａ2Ｓ2，Г＝Ｓ1TＭ-1Ａ)
【００２３】
求めた未知の圧力を上記運動方程式の一般式に代入し、次式の風速に関する連立常微分方程式が得られる。
【００２４】
ｖ(ドット)＝Ｕ1ｆ(ｖ)＋Ｕ2ｐout
(Ｕ1＝Ｍ-1(Ｉ−ΦinΨin-1Г)，Ｕ2＝Ｍ-1(Φout−ΦinΨin-1Ψout))
【００２５】
得られた風速モデルに対して、風速の初期値と既知の大気圧力を与え、オイラー法などにより風速モデルを更新することによって風速シミュレーション実行手段１４において風速シミュレーションを実行することができる。また、圧力と風速の間の関係式を用いれば、各時刻で求めた風速から、圧力が未知なノードの圧力を求めることができる。
【００２６】
図３は、この発明の実施の形態１にかかわる汚染モデル構築手段１２におけるモデル化方法を示す。ここでは図３に示すように、(ａ)に示すトンネルを、(ｂ)に示すように、このトンネルにおけるリンクを分割した小区間およびリンクをつなぐノードにおいて汚染濃度を定義している。このように小区間を定義することによって、リンクを分割した小区間内の汚染濃度変化とノードの汚染濃度変化を定式化した汚染モデルを構築することができる。また、ノードにおける汚染濃度を定義することによって、ノードにおける空気の流れが分岐流か合流の場合分けを行う必要が無いため、４本以上のリンクが接続する複雑な構造をもつトンネルに対しても同様の方法で汚染モデルを構築することができる。
【００２７】
汚染濃度シミュレーション実行手段１５では、風速シミュレーションから得られた風速を用いて汚染モデルをオイラー法などによって更新することによって、汚染シミュレーションを実行することができる。
【００２８】
図４はこの発明によるトンネル構造変更手段１３の原理を示す。トンネル構造変更手段１３は風速モデル構築手段１１が構築した風速モデルおよび汚染モデル構築手段１２が構築した汚染モデルにおけるトンネル構造を変更する。以下風速モデルについて説明する。
【００２９】
ここでは図１のトンネルＡにおいて、本線トンネル１および排気坑４からなる部分において排気坑４をシャットダウンした場合を示している。図４の(ａ)のグラフはシャットダウンする過程における排気坑４の風速(トンネル外へ出る方向が正)を示している。
【００３０】
シャットダウン動作に入る前の図４の(ｂ)のステップ１−１では、風速モデルを更新することによって風速シミュレーションを実行する。
【００３１】
次にステップ１−２(シャットダウン動作を開始し風速が０に達していない期間)では、シャットダウンするリンクにおける任意の風速の変化率(自由に設定可能)を設定し、その変化率を達成するためにシャットダウンするリンクにおいて必要な仮想的な弁の力を計算し、その仮想的な力を用いて風速モデルの更新を行うことによってシャットダウンするリンクの風速を０まで変化させる。図４のグラフでは風速の変化率が一定の場合を示しているが必ずしも一定である必要はない。
【００３２】
次にステップ１−３(シャットダウン動作を開始し風速が０に達した後の期間)では、シャットダウンするリンクの風速を０に保つために必要な仮想的な弁の力を計算し、その仮想的な力を用いて風速モデルの更新を行うことによって風速を０に保持する。
【００３３】
次にステップ１−４でシャットダウンを終了し、再び排気坑４内の風速シミュレーションを行う場合には、ステップ１−２、ステップ１−３における仮想的な弁の力の計算をやめてステップ１−１と同様に風速モデルの更新を行うことによってシミュレーション実行する。
【００３４】
実施の形態１の拡張
なお、上記の例では、接続行列を用いて風速モデルを構築する場合を示したが、２つのノードを結ぶ経路(リンク)で、始点ノードと終点ノードが共に同じまたは共に圧力が既知なノードであるものをループと定義し、全てのノードとリンクの各々が、少なくとも１つのループに含まれるようにループを選択し、ループとリンクの包含関係を表すループ行列を定義することによっても上記と同様に風速モデルを構築することができる。例えば、本線区間から分岐する送排気坑や分岐合流路がさらに分岐することがない場合において、２本以上分岐リンクを持たないように全てのループを選択しておけば、シャットダウンするリンクのループを風速モデルから除外するだけで風速シミュレーションを行うことができる。
【００３５】
また、運動方程式と流量保存則を用いて風速モデルを構築する場合を示したが、流量保存則のかわりに空気の質量保存則を用いても良い。
【００３６】
また、自然換気力以外の換気力ｆ(ｖ)として、送気坑におけるサッカルド噴流(送気により車道空間の風速を下げないように車両の進行方向に送気を噴出させる場合に生じる)の昇圧力や、分岐路の損失、合流路の合流損失などによる昇圧力を加えることによって、分岐・合流部を詳細に風速モデルで表現することができる。
【００３７】
図５は、この発明の実施の形態１にかかわる風速モデル構築手段１１におけるモデル化方法の別の例を示す。図５は半横流式換気設備５を持つ(ａ)に示すトンネルＤを、図２と同様に(ｂ)に示すように半横流式換気設備５内の分岐合流点やトンネル内送排気口の圧力が未知な点をノード１０１(黒丸●)、トンネル出入口、半横流式換気設備５の坑口の圧力が既知な点をノード１０２(白丸○)、ノード間をつなぐ車道区間や半横流式換気設備５区間をリンク１０３(矢印)で表現している。
【００３８】
図２に示した場合と同様にして、横流式換気設備を持つトンネルなどについてもこの発明の実施の形態１にかかわる風速モデル構築手段１１を用いることによって風速モデルを構築することができる。
【００３９】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２による図１の(ｃ)に示す換気制御装置Ｃの動作を説明するためのフローチャートである。図６において、６１はフィードフォワード制御部、６２はフィードバック制御部である。ここでは、比較的周期が長く制御パターンの大まかな動作点を決定するフィードフォワード制御と比較的周期が短くフィードフォワード制御の誤差を修正するフィードバック制御を組み合わせることによって、換気制御を行う場合について説明する。
【００４０】
まずステップ２−１で、風速目標値算出手段１７によりトンネル内の風速計測値、汚染濃度計測値、交通状態計測値(交通量)、現在または未来の交通状態推定値・予測値、火災検知データなどを計測してトンネル内状態(状況)を検出する。これは風速モデル構築手段１１が構築した風速モデルまたはトンネル換気シミュレーション装置Ｂのシミュレーションデータ等を利用してトンネル内の状況を想定してもよい。
【００４１】
フィードフォワード制御部６１では、ステップ２−２で、風速目標値算出手段１７において計測したトンネル状態から近い未来のトンネル内状態を予測し、安全性、省エネルギーなどを考慮した最適な風速目標値を算出する。次にステップ２−３で、換気制御手段１６においてステップ２−２で算出した風速目標値を達成するために必要な換気機の運転パターンを算出する。例えば、実施の形態１で示した風速モデルで速度の変化率を０とおいた圧力バランス式に風速目標値及び交通状態の予測値を代入すれば、各リンクにおいて必要な換気機による換気力を求めることができる。求めた換気力を発揮するような各リンクにおける換気機の運転パターンを換気機の換気力特性から算出することができる。また、次に述べるフィードバック制御部６２が変更できる運転パターンの範囲を算出しても良い。
【００４２】
フィードバック制御部６２では、ステップ２−４で換気制御手段１６において、各リンクにおける風速計測値と風速目標値との誤差もしくは汚染濃度計測値と汚染濃度基準値との誤差を補正するようにフィードバック制御を行い、ステップ２−５では換気制御手段１６において、フィードフォワード制御部６１で算出した換気パターンの修正値を算出し、これに従ってステップ２−６で換気機制御を行う。
【００４３】
なお、上記実施の形態２では、フィードフォワード制御部６１において、風速目標値算出手段１７により算出した風速目標値を用いて換気機の運転パターンを算出したが、図１に示す換気シミュレーション装置Ｂによって得られるシミュレーション結果をオンラインで利用、もしくはオフラインでのシミュレーション結果の蓄積データを利用することによって、換気パターンもしくはフィードバック制御部６２が変更できる換気パターンの範囲を算出しても良い。
【００４４】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、トンネル内空気に関する運動方程式と空気の分岐合流点における流量保存則に基づくトンネル全体もしくは一部の風速に関する風速モデルをトンネル構造の情報だけを用いて自動的に構築し、トンネル内の分岐合流点における圧力を求めるようにしたので、換気機、交通、気象などの諸条件が分岐合流路、送排気坑、横流換気設備などを持つトンネル内の風速に与える影響を定量的に把握しトンネル換気システムの安全性と効率を飛躍的に高めることができる。
【００４５】
また、ノードにおける汚染濃度を定義することによって分岐合流路、送排気坑、横流換気設備などを持つトンネル内の風速と汚染濃度の関係を明らかにしたので、分岐、合流の場合分けを行う必要が無く、４本以上のリンクが接続するトンネルに対しても同様の手段で汚染モデルを構築することができ、換気機、交通、気象などの諸条件が分岐合流路、送排気坑、横流換気設備などを持つトンネル内の風速と汚染濃度に与える影響を定量的に把握しトンネル換気システムの安全性と効率を飛躍的に高めることができる。
【００４６】
また、風速モデルの構造を変更することなく送排気坑のシャットダウンなどのトンネル構造を動的に変化させるようにしたので、換気機、交通、気象などの諸条件が分岐合流路、送排気坑、横流換気設備などを持つトンネル内の風速と汚染濃度に与える影響を定量的に把握しトンネル換気システムの安全性と効率を飛躍的に高めることができる。
【００４７】
またこの発明によるトンネル換気制御装置では、分岐合流路、送排気坑、横流換気設備などを持つトンネルにおける様々な状況に対してこれに適した換気機の運転パターンを決定するようにしたので、換気機、交通、気象などの諸条件が分岐合流路、送排気坑、横流換気設備などを持つトンネル内の風速と汚染濃度に与える影響を定量的に把握しトンネル換気システムの安全性と効率を飛躍的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明によるトンネル換気シミュレーション装置およびトンネル換気制御装置を説明するための構成図である。
【図２】  この発明による換気シミュレーション装置の風速モデル構築手段におけるモデル化方法を説明するための図である。
【図３】  この発明による換気シミュレーション装置の汚染モデル構築手段におけるモデル化方法を説明するための図である。
【図４】  この発明による換気シミュレーション装置のトンネル構造変更手段の原理を説明するための図である。
【図５】  この発明による換気シミュレーション装置の風速モデル構築手段におけるモデル化方法の別の例を説明するための図である。
【図６】  この発明によるトンネル換気制御装置の動作を説明するための図である。
【図７】  従来の換気シミュレーションにおけるモデル化を説明するための図である。
【符号の説明】
１  本線トンネル、２  分岐トンネル、３  合流トンネル、４  排気坑、５  半横流式換気設備、１１  風速モデル構築手段、１２  汚染モデル構築手段、１３  トンネル構造変更手段、１４  風速シミュレーション実行手段、１５  汚染濃度シミュレーション実行手段、１６  換気制御手段、１７  風速目標値算出手段、１０１  分岐合流点や立坑のトンネル内送排気口などの圧力が未知なノード、１０２  トンネル出入口、立坑の坑口などの圧力が既知なノード、１０３  ノード間をつなぐ車道区間や立坑区間などのリンク、６１  フィードフォワード制御部、６２  フィードバック制御部。
【図１】
0003929734.tif 000002
【図２】
0003929734.tif 000003
【図３】
0003929734.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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