エレベータ利用によるビル火災時の避難時間の短縮
Shortening of Evacuation Time Using Elevators in Fire Emergency○三浦 龍二 （埼玉大学） 出利葉 大輔 （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
Daisuke IDERIHA, Saitama University
Yasuyoshi KANEKO, Saitama University
Shigeru ABE, Saitama University
Evacuation methods using elevators and stairs are studied in tall buildings with several zones. We have developed an evacuation
method which gives the shortest evacuation time in fire emergency. In the egress, the occupants in fire zone use stairs, and the occupants in the otherzones use normal elevators. The proposed method has features in the elevator control method, the use of stairs in early stage and the use of elevatorin last stage. The control method of the occupants who use stairs is very important. The comparison between the proposed method and the method
proposed by Sekizawa et al. is shown in detail.
Key Words: Evacuation, Elevator, Stairs, Fire emergency─────────────────────────────────────────────
1. はじめに(2) EVの乗車階の分散配置とシャトル運転：各ゾーンのEVを1号機

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はN階、2号機はN-1階というように、EV毎にサービス階を変えて割齢者の数が増えている。NY の世界貿易センターテロ事件は、早期避り振り、各EVは乗車階と1階との間をシャトル運転し、それぞれ乗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

車階の在館者がいなくなれば別の階を応援する(分散配車運転)。

(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(3) 初期空き階段の有効活用：避難開始直後は火災ゾーンの在館者的に盛んになっている(1)〜(6)。

が階段を下りて来るまでは、それ以下の非火災ゾーンの階段は空い

関沢らはゾーニング方式のビルで、火災発生ゾーンの在館者は非ているので、火災ゾーン以下の全階から階段への進入を数十秒間だ

常用 EV と階段だけで玄関階まで避難し、他のゾーンの在館者は一け認め、空き階段を有効活用する。

般用 EV だけで避難する方式を提案している(1)。岩田らはゾーニン(4) 終期空きEVの有効活用：火災ゾーンより下の非火災ゾーンの在グ方式の高層事務所ビルにおいて、EV のゾーン毎にあらかじめ EV館者が避難を完了すると、そのゾーンのEVが空くことになる。その停止階を決め火災ゾーンの EV も含めた一般用 EV で 1 階とシャトEVを階段で避難途中の火災ゾーンの在館者が途中から使用する。

ル運転させ、避難させる方式を提案している(3)。

(5) 火災ゾーンより上ゾーンの在館者のシャトル運転EV避難：火災

我々は「EV 利用による避難時間の短縮」の研究を行ってきた。
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 のゾーゾーンより上のゾーンの在館者は、各ゾーンの最下階まで階段で下りその階から1階とシャトル運転するEVで避難する。

ン数＋１の区画に分け、最も下の区画は階段だけで、それ以外の区(1)は関沢らの避難方式と同じであるが、(2)〜(5)は異なる、関沢ら

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は最初ゾーン内の最上階に EV を集中的に配車し、上の階から順にを示した(4) (5)。本論文ではビル火災時における EV と階段を利用した在館者を降ろしていく方式である(集中配車運転)。このため各ゾー全館避難の検討結果について述べる。

ンの最下階の在館者は長時間 EV に乗車できない問題があった。(2)

本研究の目的は EV と階段を利用すればどれだけ避難時間を短縮

では各ゾーンの各階にほぼ一定間隔で EV が配車されるためこの問できるかを明らかにすることである。このため在館者や EV はあら題は生じない。
また(3)〜(5)により階段とEV を最大限活用するため、かじめ決められたルールで移動や運転が可能と仮定し、避難方式が避難時間を短縮できる。
以下、第 2 章でビル火災時の避難方式、第 3 章でモデルビルでの複雑にならず、避難時間が最短となる避難方式を検討した。なおビル火災時は安全のため火災ゾーンの EV は停止させ、非火災ゾーン計算結果、第 4 章でむすびを述べる。の EV を運転すること、身障者や高齢者は非常用 EV で避難することを前提条件とした。
検討の結果、火災ゾーンの在館者を階段でより下の安全なゾーン

2. ビル火災時の避難方式
2-1. 避難方式とEV運転方式
第 1 章に示した特徴をもつ避難方式の詳細について述べる。に移動させることを最優先にすべきであること、ビルの全員が階段だけで避難を行うとこれが不可能になる恐れがあり、階段利用の優(1) 火災ゾーンより上の非火災ゾーンの在館者先順位が重要であることがわかった。

•

各ゾーンの最下階まで階段で下り、その階と1階との間をシャトル運転するEVで避難する。

本論文で提案する火災時の避難方式の特徴は以下の点にある。
(1) 火災ゾーン在館者の階段優先利用：ビル全体をゾーンと同じ区(2) 火災ゾーンの在館者画に分け、非火災ゾーンの在館者は基本的にEVを利用して避難する•

基本的に階段だけで避難する。

ことで火災ゾーンの在館者に階段を空け、火災ゾーンの在館者は階•終期に下の非火災ゾーンのEVが空き次第、そのゾーンの最上階段で1階まで移動する。

から1 階とシャトル運転するEVで避難する(終期空きEV利用)。

Stairs(3) 火災ゾーンより下の非火災ゾーンの在館者•

基本的に EV だけで避難する。

•

避難開始直後に火災ゾーンの在館者が階段を1 階分下りる数十D zone

D zoneoccupants use

Shuttle EV

秒間だけ、各階から空いている階段に進入可能とする (初期空•C zone=Fire zone

C zoneoccupants use

き階段利用)。これ以後は階段利用を禁止する。
EV は分散配車のシャトル運転を行う。

Shuttle EV

Distribution
EV(Distributed)

B zone

図 1 は C ゾーンに火災が発生した場合の避難を示したもので、
図1(a)はゾーニング方式のビル(4ゾーン)における初期空き階段利用

Empty stairs
at firstを、図 1(b)は火災ゾーン在館者の階段優先利用を、図 1(c)は終期空A zone

き EV 利用を示している。
以下、我々の提案方式と関沢らの方式を比較しながら、ビル火災
A zone EV B zone EV D zone EV

時の避難に EV と階段を併用すると、階段だけの全館避難に比べ、(a) Illustration of empty stairs at first

どれ程避難時間を短縮できるかを検討する。

Stairs2-2. 前提条件

D zoneD zoneoccupants use(1) 火災階のゾーンのEVは使用しない。
(2) 火災階の身障者、高齢者は非常用EVで避難する。

C zone=Fire zone(3) 火災階は1ヶ所とする。(2ヶ所同時出火は考えない)(4) EVはすべて火災時に運転可能である。
(5) 避難時のEVの運転はシャトル運転とする。

Shuttle EV

Shuttle EV

DistributionEV(Distributed)

B zoneC zoneoccupants use(6) 階段は非常階段を含め2ヵ所とする。(法律で2方向避難が義務づけられているため)

A zone2-3. 階段の輸送能力(2)

階段の輸送能力は Siikonen の論文の式 を用いる。
HCs=K×0.83×(s×D×W ) [人/ s ]・・・(1)A zone EV B zone EV

階段の数: K、人の速度: s、階段人口密度: D、階段幅: Wとする。

D zone EV(b) Illustration of priority evacuating occupants of the fire zone

また、階段で人が1階床移動する時間: ts を定義する。HCsとtsで、Stairs

階段の避難完了時間を決定する。
D zoneoccupants use

2-4. シャトル運転でのEVの輸送能力

D zoneShuttle EV

HCE = (L×CC) / RTTs [人/ s ]・・・(2)C zone=Fire zone

シャトル運転一周時間: RTTS、EV 台数: L、EV かご定員: CC とする。
2-5. 集中配車運転と分散配車運転

Shuttle EV

集中配車運転と、分散配車運転の運転方式は先に述べた通りであB zone
C zoneoccupants useる。B ゾーンにおける、この 2 つの運転方式の待ち時間とサービス時間をそれぞれ図 2、図 3 に示す。この図より、避難完了時間はほShuttle EVA zone

ぼ変わらないが、待ち時間とサービス時間に明らかな違いが見られる。集中配車(図 2)では 15 階の待ち客が EV のサービス開始を 18.6

A zone EV B zone EV D zone EV分間も待たなければならない。これに対し分散配車(図 3)では 1.6 分(c) Illustration of empty EV laterFig.1 Elevator and stairs operation in evacuation

後にはサービスが開始され、一定間隔でサービスする為、待ち客の心理を考慮すると後者のほうが好ましい。

Table1. Model buildings and Elevator specification
Building Ⅰ (53 floors)

Building Ⅱ(37 floors)

N =1-14

N=15-27

N=28-40

N=41-53

N =1-9N=10-16

N=17-23

N=24-30

N=31-37(A zone)(B zone)(C zone)(D zone)(A zone)(B zone)(C zone)(D zone)(E zone)Number of occupants [person]

2470

2470

2470

2470

2560

2240

2240

2240

2240

Number of elevators

888888888

Handling Capacity(5 minutes) [%]Rated Speed [m/s]
Car Capacity [person]

12.1

10.3

9.1

8.4

15.3

15.814.5

13.6

13.1

v=4.0

v=5.0

v=6.0

v=7.0

v=2.5

v=3.0

v=4.0

v=5.0

v=7.0

CC=22

CC=24

a=0.7

a=0.8

Loading and unloading time [s]tl+tu=2.0 (=1.6 in evacuation)

tl+tu=2.0 (=1.6 in evacuation)

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

to+tc=3.3 (running open)

Floor Distance [m]3.65 (The first floor is 7.0)

4.2

2

Acceleration [m/s ]開始直後にCゾーンの在館者が階段を下りて来るまでの数十秒間だ

Number of Floors[floor]

2726
25
2423
22212019181716150(Concentration)Waiting time
(Concentration)Service time
EV arrival time

け階段への進入可能(初期空き階段利用)であり、それ以後は分散配車運転するEVで避難する。
図5はCゾーンが火災の場合の各ゾーンにおける避難完了時間を示した。階段のみの全館全員避難に比べ全体の避難完了時間を、関沢らの方式は45.9分減少させることができ、提案方式は47.4分減少させることができた。各ゾーンにおける避難完了時間は、提案方式が関沢らの方式に比べ、最大3.5分、最小1.5分減少させることができた。

510152073.1

25Time [min]Fig.12 Waiting and service time Elevator and stairs operation in evacuain B

27262524232221201918171615

Number of floors [floor](Distribution)Waiting time(Distribution)Service timeEV arrival time

028.0

D zone23.2
24.6

C zoneB zoneA zoneBy stairs
for a whole building

By stairs only
By stairs+empty EV later

20.4
21.2

By EV (the method of concentration)
By empty stairs at first＋the method of distribution

17.7
16.2

A 〜 D zone
upper : Sekizwa et al.
lower : Proposed

13.7

02040

60

80

Evacuation Time [min]Fig.4 Evacuation time of model buildingⅠin case of a fire on D zone

510152025
73.1

Time[min]Fig.13 Waiting and service time Elevator and stairs operation in evacuain B

27.2
D zone3. モデルビルでの計算結果

25.7
24.8
C zone21.6
21.2

表1に2種類のモデルビルⅠ,ⅡとぞれぞれのビルのEVの仕様について示す。この2種類のゾーニング方式のビルについて、我々の提案

B zone17.7
16.2

方式、関沢らの方式、階段による全館避難、これらを比較検討し、そのときの避難時間の短縮率を求める。

13.7である。玄関階の1階(N= 1)に居住者はいないとする。
3-2. モデルビルⅠの計算結果

0

By EV (the method of concentration)
By shuttle EV (1F to 41F)
By stairs only
By stairs+empty EV later
By EV (the method of concentration)
By empty stairs at first＋the method of distribution
A 〜 D zone
upper : Sekizwa et al.
lower : Proposed

A zone3-1. モデルビルⅠとエレベータの仕様
モデルビルⅠは関沢らの論文の53階建て(N = 53)、4ゾーンのビル

By stairs
for a whole building

20406080

Evacuation Time [min]Fig.5 Evacuation time of model buildingⅠin case of a fire on C zone

2-1で提案した避難方式、関沢らの避難方式、また階段のみの避難、について避難時間を計算した。ここで参考文献(1)と式(1)より、階段の輸送能力はHCs=2.26 人/ s、ts =14.6 sとした。
まず図4 にDゾーンが火災の場合の各ゾーンにおける避難完了時

3-3. モデルビルⅡとエレベータの仕様
ビルによる相違を調べるため、次に37階建て、5ゾーンのビルについてモデルビルⅠと同様に比較検討し、そのときの避難時間の短縮

間を我々の提案方式、関沢らの方式を比較して示し、また階段だけ率を求めた。玄関階の1階(N=1)に居住者はいないとする。37階建てでの全館避難の避難完了時間を示した。この場合、Dゾーンは火災(N=37)のゾーニング方式のビルとEVの仕様を表1に示す。

ゾーンの避難方式、A , B , Cゾーンは火災ゾーン以下の非火災ゾーン

3-5. モデルビルⅡの計算結果の避難方式となる。階段のみの全館避難に比べ全体の避難完了時間

まず図6 にEゾーンが火災の場合の各ゾーンにおける避難完了時を、関沢らの方式は45.1分減少させることができ、我々の提案方式間を示した。この場合、Eゾーンは火災ゾーンの避難方式、A , B , C ,は49.9分減少させることができた。各ゾーンにおける避難完了時間

Dゾーンは火災ゾーンより下の非火災ゾーン避難方式となる。階段は、我々の提案方式が関沢らの方式に比べ、最大4.8分、最小2.5分減

のみの全館避難に比べ全体の避難完了時間を、関沢らの方式は61.4少させることができた。先に述べたが、EV避難に関しては、集中配分減少させることができ、提案方式は64.8分減少させることができ車運転、分散配車運転ともに避難時間は変わらなかった。

た。各ゾーンにおける避難完了時間は、提案方式が関沢らの方式に次に、火災ゾーンをCゾーンとした。この場合、Dゾーンの在館者比べ、最大3.8分、最小1.6分減少させることができた。

は41階まで階段で下りその階から1階とシャトル運転するEVで避難

次に火災ゾーンをCゾーンとした。この場合、D , Eゾーンの在館する。Cゾーンの在館者は階段で避難を開始し、以下の非火災A、B者は、モデルビルⅠと同様、火災ゾーンより上の非火災ゾーンの避ゾーンのEVが空いたらそのゾーンの最上階から1階とシャトル運転

難方式、A , Bゾーンの在館者は火災ゾーンより下の非火災ゾーンのするEVで避難する(終期空きEV利用)。A、Bゾーンの在館者は避難避難方式で避難する。図7はCゾーンが火災の場合の各ゾーンにおける避難完了時間を示した。階段のみの全館避難に比べ全体の避難完きEV利用の効果がないため、両方式の避難時間に差は見られなかっ了時間を、関沢らの方式は64.7分減少させることができ、提案方式た。この階段後EV方式は、高層ゾーンではEVの輸送能力が階段のは64.9分減少させることができた。各ゾーンにおける避難完了時間輸送能力より低く、EVに乗る人が途切れない為、有効な手段である。

は、提案方式が関沢らの方式に比べ、最大2.3分、最小0.2分減少させ集中配車運転ではEVを長時間待つ階が存在し、避難時の待ち客心ることができた。両方式において全体の避難完了時間に差がない点理が問題となるが、分散配車運転により待ち客心理も考慮に入れるについては、全体の避難完了時間が初期空き階段利用、終期空きEVことで問題は解消される。

利用の効果のない、Eゾーンの避難完了時間で決定してしまうから
85.2
23.8
E zoneC zoneA zoneえられる。また、火災ゾーン、非火災ゾーンで早期避難の優先順位をつけることも重要である。
利用方法が重要であると気づいた。避難時の誘導は非常に重要であBy EV (the method of concentration)
By empty stairs at first＋the method of distribution

15.5
15.3

る。本論文では火災ゾーンの在館者に階段を優先させる方式を提案しており、ゾーン毎に階段とEVに分離する必要がある。これには避A 〜 E zone
upper : Sekizwa et al.
lower : Proposed

13.7

02040

難誘導および階段の交通整理が不可欠であると考えられる。
我々は火災ゾーンの一般EVは安全のため使用しないと仮定した

60が、もし使用可能であればこのゾーンの在館者の避難時間が短くな80る。つまり本論文の避難時間はより安全側の計算結果と考えられる。

Evacuation Time [min]Fig.6 Evacuation time of model buildingⅡin case of a fire on D zone

4. むすび85.2

By stairs
for a whole building
By EV (the method of concentration)
By shuttle EV (1F to 31F) and (1F to 24F)

20.5
E zone20.3
20.3

D zoneC zoneB zone

本論文では高層ビル火災時のEVと階段を併用した全館避難において、どのような避難方式を採用すればどこまで避難時間を短くできるかを検討した。
その結果、火災ゾーンより上、火災ゾーン、火災ゾーンより下の

19.8
20.4

By stairs only
By stairs+empty EV later

18.1
17.2

By EV (the method of concentration)
By empty stairs at first＋the method of distribution

で階段で下りその階から1 階とシャトル運転するEVで避難をする。

A 〜 E zone
upper : Sekizwa et al.
lower : Proposedのゾーンの最上階から1階とシャトル運転するEVで避難する。火災

15.5
15.3

A zone時に懸念される混雑から発生するパニックを起きにくくできると考我々はEVの運行方式が重要であると考え研究を始めたが、階段の18.3
19.0
17.2
17.2

B zoneBy stairs
for a whole building

By stairs only
By stairs+empty EV later

20.0
20.3

D zone

このように、EVと階段を有効に利用することは避難時間が大幅に短縮でき、階段のみの避難に比べ階段の混雑が緩和される為、避難である。

13.70

2040

60

グループに分け、火災ゾーンより上のゾーンは各ゾーンの最下階ま火災ゾーンは階段のみで避難開始し下のゾーンのEVが空いたらそゾーンより下のゾーンは避難開始直後に火災ゾーンの在館者が階段を下りて来るまでの数十秒間だけ階段を利用し、その後はEVで避難80する。この避難方式が有効であることを示した。また、EVの運転方

Evacuation Time [min]式として集中配車運転よりも分散配車運転のほうが、待ち客の心理
Fig.7 Evacuation time of model buildingⅡin case of a fire on C zoneを考慮すると有効であることを確認した。

3-6. 考察

この避難方式ではEVの避難管制運転や階段利用者の交通整理が

表2に階段による全館避難に比べ、我々の提案方式、関沢らの方式はどの程度避難完了時間を短縮できるかを示した。この表からも提必要となるが、実現可能な最短の避難時間が分かり、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。

案方式の方が、階段による全館避難、関沢らの方式に比べ避難完了時間を短縮できることがわかる。
提案方式と関沢らの方式を比較すると、まず提案方式では初期空き階段利用により火災ゾーンより下のゾーンの避難時間が短縮され、その短縮により終期空きEV利用が活きることで全館の避難完了時間が短縮される。火災ゾーンより上のゾーンで階段とEVのシャトル運転を利用する方式(階段後EV方式)は、初期空き階段利用、終期空Table2. Shortening ratio of model buildings compared with using stairs onlyBuilding Ⅰ

MethodBuilding Ⅱ

Proposed [%]Sekizawa et al. [%]Proposed [%]

76.6

72.0

D zone

68.1

61.8

76.2

74.0

C zone

64.8

62.8

76.2

75.9

B zone

64.8

62.8

76.2

75.9

A zone

64.8

62.8

76.2

75.9

The zone

E zoneSekizawa et al. [%]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) 岩田、林、他：「高層ビルにおける火災時エレベーター利用避難設計手法の開発 その１〜火災時エレベーター利用避難における避難経路の設計手法〜」、電気設備学会全国大会論文集、(2007/9)(４) 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」、平成 18 年電気学会全国大会講演
論文集,4-235(2006)(５) 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)(６) 阿部・渡辺：「エレベータの歴史と今後の課題」，IEEJ
Trans.FM，Vol.124，No.8, 685-686 (2004)