階段とエレベータを併用したビルの避難シミュレーション
Evacuation Simulation of Buildings using Stairs and Elevators○三浦 龍二 （埼玉大学） 野口 真伍（埼玉大学）
金子 裕良 （埼玉大学） 阿部茂（埼玉大学）
Ryuji MIURA, Saitama University, 255 Shimo-Okubo, Sakura-ku, Saitama-shi, Saitama
Shingo NOGUCHI, Saitama University
Yasuyoshi KANEKO, Saitama University
Shigeru ABE, Saitama University
Evacuation methods (elevator control method and instructions of evacuation) using elevators and stairs have been studied in tallbuildings, and we proposed the evacuation method which give the shortest evacuation time. In this paper, we studied the evacuation time without
special elevator control and instructions of evacuation. The results show the occupants of every floor flow into stairs in early stage of theevacuation and after then no one use elevators. If there is information that elevators are usable, the evacuation time can be short considerably.
Key Words: Evacuation, Elevator, Stairs, Simulation─────────────────────────────────────────────
1. はじめに
バリアフリーや高齢化の進展により、高層ビルで働く身障者や高齢者の数が増えている。一方、NY の世界貿易センターテロ事件は、

2. シミュレーション方法2-1. 階段とエレベータの統合イベントシミュレーション
本論文では、階段を降りる人および EV の動きをイベントドリブビルの高層化による早期避難の重要性を再認識させた。火災時の避難に階段と共にエレベータ(以下 EV と記す)を利用して避難時間を短縮する検討や研究が世界的に盛んに行われている(1)〜(4)。
我々は「EV 利用による避難時間の短縮」に関する研究を行ってきた。ビル火災を想定しない場合の全館避難では、ビルを縦に EVのゾーン数＋１の区画に分け、最も下の区画は階段だけで、それ以ンシミュレーションで統合して実行している。特徴を以下に示す。
(1) 階段のミクロシミュレーション：階段での人の動き及び滞留するまでの経緯を明らかにできるよう、メッシュモデルを用いて階段をモデル化、実際に想定される階段混雑を模擬できるようにした。
(2) 通常運転のEVシミュレーション：EVは避難に最適なように考えられた避難管制運転ではなく、通常運転を想定している。乗り場呼外の区画は階段とシャトル運転する EV で避難する方式が有効であることを示した(4)。また、ビル火災を想定した場合の全館避難では、びに対しては、その階により早く到着可能で、満員でないかごを順次割り当てる簡単な群管理方式とし、同じ階に配車しないような運火災ゾーン在館者に階段を優先的に利用させ、その他のゾーン在館者は階段及び避難管制運転の EV を利用する避難方式を提案し、避難時間の短縮、火災ゾーン在館者の安全、EV 待ち時間の点で優れていることを示した(3)。しかし、これらの研究では事前に決められた避難方式（避難誘導と EV の避難管制運転）に従って在館者が理想的に避難することを前提としていた。
本論文では、ビル火災を想定しない全館避難において、避難誘導転として模擬した。
(3) 階段で避難するかEVで避難するかの選択 ：各階の階段室前およびEVホールは人の滞留が予想される。今回は階段室とEVホールは十分近いと仮定し、階段室が空き次第１人の、またEVが到着次第かご定員の人の滞留人数が減少するとした。
これらの特徴を2-3、2-4、2-5で詳細に述べる。
2-2. 前提条件（避難経路の指定や制限）がなく、EV も通常運転である場合の避難時間について調べた。この結果を、階段だけによる避難の場合、(1) ビル火災を想定しない全館全員避難を扱う。
(2) 各階の在館者は階段あるいはEVで避難する。

上記の避難誘導や EV 避難管制運転がある場合と比較した。今回はゾーニング方式を導入していない9階建てと16階建てのビルをモデルとし、身障者や高齢者は別の非常用 EV で避難するものとした。

(3) 在館者は階段かEVか、早く利用できる方を選択する。
(4) 避難誘導はない。
(5) ビルは事務所ビルで、EVの5分間輸送能力は約15%である。

各階において、階段室前及び EV ホールでの待ち客数の時間的変化も詳しく調べた。
検討の結果、上層階ほど人が階段室に入れず滞留が発生すること、この滞留がなくなると EV を呼ぶ人がいなくなり、それ以降 EV が(6) ゾーニング方式を導入していないビルを対象とする。
(7) EVの運転は通常の運転と同じ（通常運転）である。
(8) 身障者、高齢者は別の非常用EVで避難する。
(9) 階段は非常階段を含め2ヵ所とする。(法律で2方向避難が義務利用されなくなることが分かった。この結果、避難時間は階段だけによる避難に比べて短くはなるが、避難誘導や EV 避難管制運転がある場合に比べてかなり長くなった。階段で避難する人に EV の運づけられているため)(10) 階段の合流は順方向合流とし、合流比率は約50:50とする。
図１にこの前提条件を満たすビルのイメージを示す。

転状況（空き）を知らせる程度の避難誘導で、避難時間の更なる短縮が期待できることが分かった。
以下、第 2 章でシミュレーション方法、第 3 章でモデルビルでの2-3. 階段シミュレーション
従来の研究では Siikonen らの階段の輸送能力式(2)を用いて、避難時間を計算し、避難方式を検討してきた。しかし、上式は人が定常計算結果、第 4 章でむすびを述べる。

的に流れている時の式であり、合流前、合流初期、合流後期といっStairs1 Elevator Stairs2
From upper floor
To lower floor

Fig.1 Illustration of emergency route(a) Stairs event(b) EV event
Fig.3 State transition diagram
Table.1 Event(a) Event of stairs simulation

Fig.2 Illustration of stairs mesh

た増減する階段室の人口密度、それにより起こる階段輸送能力の変化、階段の合流における滞留状況に対応できない。
このような問題を解決し、一般的な EV シミュレータと統合するには、階段における人の動きをイベントドリブン手法でミクロにシミュレーションすることが最適と考え、我々は階段シミュレータを開発した。
本シミュレータでは、階段室の床を人が１人入ることのできるメッシュに分割し、そのメッシュ間を人が決められた方向に順次移動していくメッシュモデルを採用した。メッシュは、踊り場に実際に人を並べたデータから検討をした結果、3 × 6メッシュとした。図2にそのメッシュを示す。処理を行っていくイベント及び状態遷移図
は表1(a)と図3(a)に示す。
階段歩行の諸定数を表2に示す。階段歩行時間は、階段を1段下りる時間で表し、前の段が空いているか否かを判断する判断時間TJと、1段下りる為に必要な1段移動時間TDNで表す。閑散時はTDN,TJ,TDN,TJ,..
を繰り返して下りてゆくが、混雑時は前が詰まりTDN,TJ,..TJ,TDNと判断時間が増えて歩行速度が低下する。TDNとTJは、傾斜面での基準歩行速度を0.6[m/s]として設定した（Siikonenらも同速度としている）。
図4に踊り場での合流状況を示す。踊り場については、階段側と居室側からの流入人数の比（合流比率）を調整可能なモデルとし、本モデルでは合流比率が等しくなるよう調整を行った(6)(7)。また、建物によって合流方法は流れに沿った順方向合流、流れに逆らう逆方向合流とあるが、本シミュレータでは順方向合流とした。今回は、TDNとTJの個人差は考えない。
2-4. EVシミュレーション従来の研究では、避難管制運転を検討し、その運転を模擬できる簡単なシミュレータで計算を行っていた(3)(4)。本論文では、通常運転のままでのEVを利用した避難を検討し、階段シミュレータと統合した避難シミュレータとする為、我々はイベントドリブン手法で新たにシミュレータを構築した。表1(b)と図3(b)にシミュレータのイベン
ト及び状態遷移図を示す。
EVについては、今回は初期位置のばらつきによる差を無くす為、初期位置は玄関階とし、EVの呼びは各階に人がいれば呼びが発生す①Arrivalregister arrival time and ② event②Judgment

register judgment time and ③ event or rejudge③Movement

register movement time and ② event(b) Event of EV simulation①Arrivalregister landing calls and ② event②Loading・Departure

register loading and departure time and ③ event③Stoppable position

move stoppable position and register ③or④ event④Stop・Unloading

register stop and unloading time,② event

Table.2 Specification of stairs and evacuation people
Number of step[step]
Movement time[s]NS = 20
TDN = 0.8

Judgment time[s]TJ = 0.1

Walking speed[m/s]v = 0.6

From floor

From upper floor
To lower floor
Fig.4 Illustration of junction at stairs

Elevators

ArrivalElevator Hall

Waiting

るものとした。本シミュレータでは、簡易な群管理制御を行い、EVの配車については同じ階に配車しないような運転とした。

Stairs2

Stairs1

2-5. 避難経路の選択
各階の階段と EV の配置、避難経路の選択を図 5 に示す。在館者

Stairs2の避難経路の選択には、居室や通路の移動時間が影響する。
今回は、Stairs1

簡単の為に階段室と EV ホールが十分近いと仮定し、今回は移動時(b)The choice of evacuation route(a)Placement of EV and stairs
Fig.5 Evacuation route

間は無視した。在館者は階段か EV か早く利用できるほうを選択するものとし、階段室が空き次第 1 人の、また EV が到着次第かご定員の人の滞留人数が減少するとした。

EVTable.3 Model building and Elevator specification

200200All number of occupants [person]

1600

3000

Number of elevators

512

Handling capacity(5 minutes) [%]Rated speed [m/s]

15.5

14.6

v=2.5

v=3.0

Car capacity [person]
2CC=24

Acceleration [m/s ]a = 0.8

Loading and unloading time [s]tl+tu=2.0

Door opening and closing time [s]to+tc=3.3 (running open)

Floor distance [m]4.0

3. モデルビルでの計算結果
表3にゾーニング方式を導入していない9階建てのモデルビルⅠと16階建てのモデルビルⅡのEVの仕様を示す。これら各階の居住者人数が200人のモデルビルについて、在館者全員が階段避難を行った場合、避難方式や避難誘導の無い条件で階段とEVを利用して避難を行った場合の避難完了時間を計算した。尚、玄関階の1階には居住者はいないとする。
3-1. モデルビルⅠの計算結果
在館者全員が階段避難を行った場合の各階の滞留状況を図6、階段とEVを併用して避難を行った場合の各階の滞留状況とEV運転状況
を図7、階段の人数変化を図8に示す。図6より、階段室では閑散としている合流前(a)、混雑のピークである合流初期(b)、下層階の滞留が無くなり上層階の滞留が解消されていく合流後期(c)と3つの変化を見せた。また、最上階を除く上層階には、各階共に著しい滞留が見られる。これは、階段室への流入数が階段の輸送能力を上回り、階段に入れない為である。今回のモデルでは、最上階の9階に限っては上階からの合流がないため、滞留は起こらなかった。
図7より、EVを運転させると滞留状況は一変することがわかる。
十分な輸送能力のあるEVを利用し、上層階で滞留している在館者が避難できるからである。図8より、EVを利用することにより階段のNumber of retention[person]

Number of occupants[person/floor]

200
Floor 2
Floor 3
Floor 4
Floor 5
Floor 6
Floor 7
Floor 8Floor 9150(a)(b)001(c)

100502345678Time[min]Fig.6 The number of people in each floor (only using Stairs)
for model buildingⅠ(R=200)98765432
2001

EV No.1
EV No.2
EV No.3
EV No.4
EV No.5

Number of floor

Building Ⅱ(16 floors)

Number of Retention[person]

Building Ⅰ(9 floors)

Floor 2
Floor 3
Floor 4
Floor 5Floor 6Floor 7Floor 8Floor 9150
100
500012345678Time[min]Fig.7 The number of people in each floor (using Stairs and EV)
and Spatial movements of EV for model buildingⅠ(R=200)

3-2. モデルビルⅡの計算結果
在館者全員が階段避難をした場合の各階の滞留状況を図9、階段と600EVを併用して避難を行った場合の各階の滞留状況とEV運転状況を
図10、階段の人数変化を図11に示した。図11より、避難完了時間を比べてみると、在館者全員が階段避難をした場合は22.2分、階段とEVの併用避難は17.7分と約20％の短縮となった。傾向はモデルビル
Ⅰと同様であったが、避難完了時間の短縮率は上昇している。階段の輸送能力は一定であるが、ビルが高層になるに応じてEVの輸送能力は上昇するからである。
3-3. 考察図 12 に在館者全員が階段避難した場合(A)、本論文で検討を行った避難方式を設けず、避難誘導がない場合の階段とEV併用避難(B)、過去に我々が検討を行った理想的な避難方式(4)(C)での避難完了時間の比較を示す。(C)が最も避難時間を短縮できるが、(B)も前者に劣

Number of people in stairs[person]

利用人数が減り、階段の避難完了時間を短縮できることがわかる。
避難完了時間を比べると、在館者全員が階段避難した場合は11.8分、階段とEVを併用し避難した場合は10.1分となり、約15％の短縮となった。

StairsStairs and EV

500
400
300

Evacuation time200
EV service end

100
00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Time[min]Fig.8 The number of people in stairs for model buildingⅠ(R=200)

るが短縮でき、EV 利用は滞留状況の緩和に効果的であることがわ

200
Number of Retention[person]

かった。今回は滞留がなくなると、EV はその階には配車されなくなる為、EV は避難早期で呼びがなくなり運転が停止してしまうが、停止したEV を上手く利用できれば、(B)は(C)寄りとなる。また、滞Floor 2
Floor 3
Floor 4
Floor 5Floor 6150

留の傾向からビルが高層化すれば、それに応じて滞留は深刻化する為、EV 利用の有効性は増す。以上の結果より、避難時に通常運転(a)Floor 7
Floor 8Floor 9Floor 10Floor 11(b)Floor12Floor13
Floor14Floor15
Floor16(c)100の EV を利用する場合でも EV の運転状況（空き）を知らせる程度の避難誘導で避難時間短縮は期待できることが分かる。

504. むすび00

本論文では、避難方式を設けず、避難誘導が無い場合での階段と2468101214

16Time[min]Fig.9 The number of people in each floor (only using Stairs)
for model buildingⅡ(R=200)

EV を併用した避難を階段をモデル化することで滞留状況や避難完了時間などを検討した。その結果、在館者全員が階段で避難する場
合は、上層階ほど人が階段室に入れず滞留が発生し、EV を利用し1615141312111098765432
2001た場合は、EV は避難早期に滞留がなくなり、それ以降は利用されないことが分かった。また、EV を利用することは階段前など各階

Number of floorの滞留緩和に効果的であり、避難方式や避難誘導が無い場合でも避難時間短縮は望めることを示した。本研究により EV 運転方式および避難誘導の重要性が見出され、今後火災時の EV を併用した避難を検討する上で役に立つと考えられる。今後は居室や通路移動、待ち客などをより詳細なシミュレーションを行っていく予定である。

25105A)

Number of retention[person]

Time[min](A)(A) Using only Stairs
(B)
Using
StairsandEV
20(C) Ideal Evacuation(B)
EV service timeA)
15(A)
(B)
A)(C)

Floor 2Floor 3
Floor 4
Floor 5
Floor 6150(C)A)

Floor 7
Floor 8Floor 9Floor 10Floor 11

Floor12Floor13
Floor14Floor15
Floor16

100

09F16F
Population[person/floor]

Fig.12 Evacuation time

50002

468

1012

14

16

Time[min]Fig.10 The number of people in each floor (using Stairs and EV)
and Spatial movements of EV for model buildingⅡ (R=200)

1250

Number of people in stairs[person]

参考文献(１) 関沢・海老原・中濱・池畠・野竹 : 「高層ビルにおけるエレベータ避難の可能性に関する研究(その 2)」, 平成
16 年度日本火災学会研究発表会概要集, (2004)(２) Dr.Marja-Liisa Siikonen, Kim Barlund and Risto Kontturi:「Transportation Design for Building Evacuation」, ASME
Workshop on Use of Elevators in Fires and OtherEmergencies, 2-8,(2004)(３) 三浦・出利葉・金子・阿部：「エレベータ利用によるビル火災時の避難時間の短縮」、昇降機・遊戯施設等の最近の技術と進歩,21-24(2008)(４) 出利葉・金子・阿部：「エレベータ利用による避難時間の 短 縮 」、 昇 降 機 ・ 遊 戯 施 設 等 の 最 近 の 技 術 と 進
歩,39-42(2007)(５) 北後・久保・宮崎：「階段室における 2 群集の合流に関する実験的研究」、日本建築学会論文報告集 No.358、37-43(1985)(６) 掛川・海老原・関沢・野竹：「階段内歩行モデルによる全館避難の検討 煙流動・避難行動連携モデルに関する研究ーその 8−」，日本建築学会大会学術講演梗概集，293-294(2006)

EV No.1
EV No.2
EV No.3
EV No.4
EV No.5
EV No.6
EV No.7
EV No.8
EV No.9
EV No.10
EV No.11
EV No.12StairsStairs and EV

1000750

Evacuation time

500
250

EV service end

00 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22Time[min]Fig.11 The number of people in stairs for model buildingⅡ (R=200)