立石科学技術振興財団

助成研究成果集(第29号) 2020

[ 研究助成 (A) ]実大実験によるトンネル火災時の避難中のストレス評価
Evacuation stress assessment in tunnel fires using full- scale experiments
2191017

研究代表者

広島大学大学院
先進理工系科学研究科
理工学融合プログラム

助 教

清家

美帆

・多くのトンネルを所有する日本は，すべての[研 究 の 目 的]

トンネルに対して，世界基準を適用すること日本は世界有数の経済大国であり，その経済は財政的に不可能であり，トンネル防災におを支えるために日本列島を縦横に結ぶ道路交通いては先進国として日本の状況は厳しく，諸網が整備されてきた。一方で，日本は国土の外国に比べてより高度でかつ合理的な安全対70% 以上が山地ということもあり，多くのト策が必要とされる。

ンネルが建設された。また，近年は環境に配慮

・都市部の道路トンネルでは慢性的な渋滞が発しながら経済を活性化させるために，地下幹線生している箇所も多く，多くの避難者を迅速道路が進み，トンネルが増加している。日本はかつ的確に避難させることが求められる。ま一国で EU15 カ国と同等数のトンネルを所有した，そのような場合には火災によって発生すている。トンネル空間は細長い閉鎖された大空る煙のコントロールも難しく，煙に巻かれる間であり，内部で火災が発生した際，ガソリン避難者が多く発生する危険性が高い。しかしが燃えるため，発熱規模が大きく，黒い有毒なながら実際のトンネル火災時の状況，避難行

煙が避難行動に影響を与え，救助・消火活動は動，そして心理については，トンネル管理者非常に困難となり，小さな事故が大きな被害にでも殆ど把握していない。

発展する危険性が高い。トンネル内での火災事

現状のトンネル防災検討では煙挙動シミュレー

故は，経済を支える重要なインフラを止めるこタによる煙分布から最も遅く避難するケースにとになるため，日本経済にも大きな影響を与えついての安全性を基に判断されている。EU でる。都市部においては環境・渋滞対策のため道は 2000 年前後にヨーロッパで相次いで発生し路の地下化が進んでいるため，火災事故が発生たモンブラントンネルなどのトンネル火災事故

した場合のリスクが大きくなり，多くの避難者を受け，リスク解析を取り入れたトンネル安全がいる場合の身体的かつ心理的な影響を考慮し性の評価が始められた。日本でも研究が始めらた対策が必要となる。

れているが，そのネックとなるのが事故事例の現在の日本の基準では原則換気設備が設置さ無い大規模火災事故の被害予測であり，トンネれるのは延長 1500 m 以上であり，EU (延長ル火災シミュレータからの膨大な出力結果から500 m) に比べるとかなり緩い安全対策といわの人的被害の予測手法の開発が必要とされる。

ざるを得ないが，数多くのトンネルを有するこしかしながら，本避難シミュレーションで高とから対策に費用を掛けられない事情もある。

信頼性を有するトンネル火災安全性の定量化を

以上，日本の現状をまとめると可能とするには，煙中の避難者の歩行速度や避― 1 ―立石科学技術振興財団

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難者が避難時に感じる心理的なストレスなど未解明な点が残されている。避難者は，ストレス反応急性期 (火災事故現場に遭遇して数分から発症) にあたり，心拍数，血圧の増大，呼吸促拍，集中困難，やる気の減退に陥る。心拍数の増大や呼吸促拍からの過呼吸気味になると，避難者が避難をしたいと思っても，避難できなくなることが容易に推測され，不安を伴うストレスは，避難行動，更に避難限界と密接に関係していると考えられる。したがって，心理的な不図1

戸の口トンネルと閉鎖壁

図2

計測区間と血圧測定箇所

安は，避難限界の決定に必要なデータとなる。
[研究の内容，成果]
被験者のストレスと避難速度の相関を明らかにすることを目標として，実大トンネルを用いて被験者にはアイマスクをしてもらい，真っ暗な中での速度を計測し，かつ実験前後で被験者の血圧計測した。被験者は 20 歳から 67 歳まで，男性 9 名，女性 22 名である。
・実験日時・場所
実大トンネルは，福井県所有で平成 26 年 8月に供用終了になった旧戸ノ口トンネル (長さ488 m，幅 8 m，高さ 6 m，馬蹄形断面) を用図3

実験中被験者の挙動いた。
実験日時：2020 年 3 月
実験場所：福井県鯖江市

血圧は，OMRON HEM-6324T (図 4) にて旧戸の口トンネル

本実験で用いた実大トンネルは全長 488 m
で あ る が，昨 年 は そ の 内 の 200 m を 閉 鎖 壁

実験直前・直後に手首に巻いて座った状態で計測し，血圧計測時間とともに記録した。
・実験結果(図 1) にて閉鎖し，その区間にて実験を行う。

図 5 は 150 m 歩いた際の平均歩行速度であなお，計測区間は 150 m とする。
・実験ルート
計測区間を図 2 に示すが，セクションを 50m 毎に分類し，その区間をアイマスクをした
被験者に歩行してもらった。被験者の後ろに係員を配置し，5 秒間隔で被験者が通った地点にカードを置いてもらうことで軌跡の計測 (図3) を行った。軌跡と同時に 5 秒間で移動した距離から，速度算出を行った。
・血圧・心拍数測定

図4― 2 ―

血圧計測機器立石科学技術振興財団

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る。実験前後で示しているが，6 割が帰りの歩行速度のほうが速くなった。これは慣れによる影響であることや，壁に触れて歩けばよい等の他被験者からの情報からであると考えられる。
なお，行きの最大速度が 0.84 m/s，最小速度が 0.32 m/s に対して，帰りの最大速度が 0.86m/s，最小速度が 0.36 m/s と大きな差はみられない。一方で，全体の平均値は行きで 0.57m/s，帰りで 0.62 m/s となり，被験者全般が平均的に歩行が速くなったことが分かった。
図 6 に横軸に実験前の心拍数，縦軸実験後の心拍数を取り，実験前後での上昇を最小二乗法で回帰直線を求めた。図 7 は最高血圧，図 8 は

図7

各被験者の実験前後での最高血圧

図8

各被験者の実験前後での最低血圧最低血圧である。どちらも 7 割程度が上昇して

図5150 m 区間の平均速度 (行きと帰り)いることから，緊張していたと考えられる。
[今後の研究の方向，課題]
危険因子 (火災の場合は煙濃度) とストレスの相関が明らかになれば，AI に危険因子とストレスの相関を学習させることで，スマートウォッチ (心拍数や呼吸数の計測) とスマートフォンを連携させ，避難者へのストレス緩和を促すようなアナウンスの実施や，IoT を用いてスマートウォッチと非常用設備の連携から，冷静な避難行動を促す誘導 (例えば誘導灯の色を変化させる，点滅速度の変化で冷静かつ迅速な

図 6 各被験者の実験前後の心拍数心理バランスの制御) の実現が可能となる。本― 3 ―立石科学技術振興財団

助成研究成果集(第29号) 2020研究が実現可能となれば，火災時の安全設計だ度の相関を明らかにする。更に，ストレスを緩けでなく，全災害における新しく，画期的な防和する非常用設備の調査を工学と医学の視点か災対策の第一歩となる。大多数が利用する道路ら行う。最終的に，ストレスレベルを考慮したトンネルや大規模地下施設増加から，利用者へリアルタイム避難誘導を提案する。の避難教育に際して，管理者側や設計側から疑問が呈されている状況で打開策を検討する段階にきた。そこで昨今発展が著しい AI や IoT を，[成果の発表，論文等]
1 ．MihoSeike,

Nobuyoshi

Kawabata,Masato

避難誘導に際して利用できないかと考えたのが，Hasegawa, Evacuation locus in a full-scale tunnel

本研究の着想に至った経緯である。避難誘導にexperiments, 10th International Conference Tunnel

関する研究は，誘導灯設置のみに留まっており，Safety and Ventilation ― New Developments in
Tunnel Safety ―, 2020 (Accepted, 講演予定)．

リアルタイムでの避難誘導まで至っていない。

2 ．清家美帆，辻知陽，川端信義，長谷川雅人，東田

リアルタイムの避難誘導が可能となれば，防災

陽博，由比光子，アイマスク着用による暗中避難時全般の避難の考え方が変わり，先日発生した台の実大トンネルを用いた避難時のストレス評価に関

風 19 号や今後起こるとされる南海トラフ地震，する実験的研究日本機械学会 2020 年度年次大会，2020 (講演予定)．

首都直下型地震等大規模災害にも活用できる。

3 ．Yung-Chi Lu, Miho Seike, Nobuyoshi Kawabata,

本研究の最終目標は，煙濃度とストレスの相関

Masato Hasegawa, Shen-Wen Chien, Tzu-Shengを反映した避難安全性評価とリアルタイム誘導等新しい非常用設備の提案である。本申請では，まず基本データとなる煙中のストレスレベルの解明を行う。現在，建築・道路トンネルともに，通常歩行速度 (1〜1.3 m/s) を用いていることが多いが，冷静な状態で，煙中をその速度で移動できるかは不明である。そこで，これまでのトンネルの知見を活用し，煙濃度とストレスレベルの関係を明らかする。そして，その関係をShen, Experimental investigation of age bracket influence to completely darkened walking speed distribution in a full-scale tunnel, The 10th Korea/
Japan/Taiwan Joint Seminar for Disaster Prevention Measures of Long Tunnel, pp. 229-236, 2019.
4 ．Li-Yu Chen, Miho Seike, Nobuyoshi Kawabata,
Masato Hasegawa, Shen-Wen Chien, Tzu-Sheng
Shen, Experimental investigation of age bracket influence to normal walking speed distribution insmoke filled tunnel, The 10th Korea/Japan/Taiwan
Joint Seminar for Disaster Prevention Measures ofLong Tunnel, pp. 217-228, 2019.

用いて，煙中の避難挙動に際して煙濃度と歩行

5 ．清家美帆，川端信義，長谷川雅人，煙を満たした

速度の減衰の関係を煙濃度とストレスとの相関

実大トンネル避難実験によるアンケート調査，日本から考察し，煙濃度，ストレス，そして歩行速― 4 ―機械学会 2019 年度年次大会，S05414, 2019．