道路トンネル 排煙制御・監視システム
Road Tunnel Ventilation Control & Monitoring System

株式会社 創発システム研究所

Sohatsu Systems Laboratory Inc.
scince 2000

目

次

～イントロダクション～
はじめに .........................................................................................................................................1～リスクを検討する～
換気シミュレーション ...................................................................................................................3
火災時避難シミュレーション ........................................................................................................5
リスク解析 .....................................................................................................................................7～火災を検知する～
熱画像検知式自動通報設備............................................................................................................9
火点位置検出装置 ........................................................................................................................11～環境を計測する～
ポンプレス CO 計 ........................................................................................................................13
断面風速計 ...................................................................................................................................15
レーザ式車両検知器 ....................................................................................................................17～風速を制御する～
インバータ換気動力盤 .................................................................................................................19
排煙換気計測制御盤 ....................................................................................................................21～坑内を監視する～
情報監視装置 ...............................................................................................................................23

道路トンネルにおける火災対策は、実質的な閉鎖空間であるとい

はじめに
はじめに

う点に加えて、風による影響を考慮しなくてはなりません。とりわけ風下側が危険であることはよく知られており、それは対面通行ト
ンネルに限らず、一方通行トンネルにおいても、渋滞が発生している場合には同様に危険です。

2000 年にスタートアップした創発システム研究所が、それから約 20 年間、道路トンネルを対象に培ってきた技術と実績は、ジェットファンの効率的な制御を目的としたソフトウェアにはじまり、トンネル内の状態を計測する機器から、新たに開発を進める情報監視卓に至るまで、多岐に渡ります。

1

Sohatsu Systems Laboratory Inc.

これらの製品群を、ひとまとめに「道路トンネル 排煙制御・監視システム」と呼ぶことにしました。それは創発システム研究所が、道路トンネル内における「火災の検知」から、「適切な排煙・換気制御」を経て「利用者の安全を実現する」までの一連の流れに、一貫して携わることを意味します。

持続可能な社会をかたちづくるにあたり、強靭なイ
ンフラの整備は、欠けてはならないエレメントです。創発システム研究所は、そういった次世代への責務を全うすべく、この「道路トンネル 排煙制御・監視システム」が、新しい道路トンネル非常用設備の一翼となれるよう、尽力し続けます。

Road Tunnel Ventilation Control & Monitoring System2

換気シミュレーション■ポイント
対象の道路トンネルにおける換気制御方式の効果についてシミュレート／評価します。
既設の設備において、採用している換気制御方式の有用性を評価します。
新設の設備において、設計の参考となる有意なシミュレーションを行います。

リ
ス
ク
を
検
討
す
る

■概

要

特定の換気制御システムの有用性をシミュレーションで評価するには、交通シミュレータ、トンネル換気シミュレータに加えて、評価の対象となる換気制御のエミュレータ（≒シミュレー
タ）が必要です。創発システム研究所は、これらのシステムを統合して同期し、より精緻なシミュレーション、ならびに解析評価を行います。
解析評価対象
フィードバック制御
換気制御方式新 FF 制御
MPVC 制御
台数運転

ジェットファン駆動方式

回転数制御（インバータ駆動）
換気シミュレーションの解析評価対象■シミュレーション～解析評価のプロセス① トンネル諸元（延長、断面積、代表直径、勾配、ジェットファン口径・台数）を入力する。
② 交通データを入力する。
③ 換気制御方式、ジェットファン駆動方式を入力する。
④ シミュレーション解析評価を実行、結果をまとめ報告する。

トンネル換気シミュレータ

火災・煙発生自然風発生
トンネル換気シミュレータ

交通発生

交通シミュレータ

風速モデル

濃度モデル

事故発生
バーチャル計測データ

両抗口間気圧差

交通量・車速換気機
運転台数,回転数

換気制御エミュレータ
・FB 制御・新 FF 制御・MPVC 制御・台数運転
・インバータ駆動

3

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風速

汚染(煙)濃度シミュレータの構成

■仕様
換気シミュレーション交通対面／一方通行

渋滞・事故に対応可能

トンネル規模トンネル総延長 20km まで

トンネル形状

単管トンネル,複雑トンネル(複数の流入・流出ランプに対応可能)

換気方式

縦流換気／坑口集中排気／立坑送排／横流換気／半横流換気

換気機

ジェットファン／ブースターファン／電気集塵機／立坑送排風機／横流送排風機

状

平常時／非常時（火災時）

態

リ
ス
ク
を
検
討
す
る

■シミュレーション・イメージ（平常時）換気制御方法の違いによるジェットファンの動きや、風速値、VI 値、CO 値の変化を、トレンドグラフで示し、電力量を算出します。換気制御方式毎に各項目の値の変化をグラフ化し、省エ
ネ効果について分析します。
シミュレーション条件
交通量：15000 台/日
ＶＩ制御目標値：６０％

大型車混入率：３０％
ＪＦ台数：４台

交通上下比：50:50
自然風：0 m/s

シミュレーション条件

消費電力量：1125 kWh

交通量：15000 台/日
ＶＩ制御目標値：６０％

交通量[台/分]
50

大型車混入率：３０％
ＪＦ台数：４台

交通上下比：50:50
自然風：0 m/s

◀ジェットファンを台数制御／

消費電力量：743 kWh

交通量[台/分]
50

40インバータ駆動させた際の風速

40

30

30

20

値、VI 値、CO 値の変化をグラフ

20

10

10

0
0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12
上り

13 14
合計

15 16 17

18

19

20

21 22 23

電力量[kWh]
250

Ｊ Ｆ台数[台]
5
4

200

3

150

2

100

1

50

0

0
0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11 12
JF台数

0

24

0

時間

13 14 15 16 17
消費電力量

18

19

20 21

22

23

24

1

2

3

4

5

6

7

8

9

11 12
上り

13 14
合計

15

16

17

18

19

20

21

22

23 24
時間

電力量[kWh]
250

Ｊ Ｆ回転数[％]
125
100

200

75

150

50

100

25

50

0

0
0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12JF回転数

時間

風速[m/s]3

1013

14 15 16
消費電力量

17

18

19

20

21

22

23

24

みられるのに対して、インバー
タ駆動の方が、消費電力が低い

2.52ョンでは、各値に同様の変化が時間

風速[m/s]3

2.5

化したもの。このシミュレーシ

2

1.5という結果を算出した。

1.5

1

1

0.5

0.5

0

0

-0.5

-0.5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12 13
AV

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23 24
時間

0

VI[%]
100

VI[%]
100

80

80

60

60

40

40

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12 13
AV

14

15

10

11

12

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23 24
時間

16

17

18

19

20

21

22

23 24
時間

17

18

19

20

21

22

23 24
時間

20

20

0

0
0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11

12

13

VI1

14

15 16 17

18

19

20

VI2

0

21 22 23 24
時間

13

VI1

CO[ppm]100

CO[ppm]
100

80

80

VI2

60

60

40

40

20

20

0

0
0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10
CO1

11

12

13

14 15 16 17
CO2

18

19

20

21 22 23 24
時間

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10
CO1

11

12

13

14

15 16
CO2

平常時シミュレーション・イメージ

実績／シミュレーションの有用性
恵那山トンネル（一期線 8.4km）において、交通予測を用いた換気制御の有用性がシミュレーシ
ョンで確認されました。また、関越トンネル（一期線 10.9km）においては、火災時の風速低下制御の有用性がシミュレーションで確認されています。

Road Tunnel Ventilation Control & Monitoring System

4火災時避難シミュレーション■ポイント
トンネル内で火災が発生した際の、熱や煙の拡がりをシミュレートします。
避難者の行動シミュレーションと組み合わせることができます。
「火災による避難」という観点から、トンネルの形状や設備を評価することができます。

リ
ス
ク
を
検
討
す
る

■概

要

1 次元避難シミュレーション方式と３次元避難シミュレーション方式の 2 種類のシミュレーシ
ョン方式があります。それぞれ異なる特徴や機能を持ち、目的に合わせて使い分けることができ
ます。

特

徴

1 次元避難シミュレーション方式

3 次元避難シミュレーション方式

トンネルの延長方向のみを扱い、煙の拡がトンネルの延長・高さ・幅方向を扱う。煙りを再現する。計算負荷が軽く、様々な状が上昇して天井を伝っていく様子などの再況を短時間でシミュレートすることが可現が可能。避難者が安全に移動できる空間

能。

がどのくらい保たれているのか、詳細にシミュレートする。

計算環境

市販の PC で 1 秒以内

高性能 PC で 1，2 週間程度
スーパーコンピュータで 2 日程度

時間

関越 TN（縦流、風速低下実験）、新神戸 TN、 清水第三 TN(縦流大断面、水噴霧実験)、新実績例

東山 TN、箕面 TN、飛騨 TN、山手 TN ほ

神戸 TN、舞子 TN、上曽 TN、布引 TN、稲か城多摩 TN
1 次元／3 次元避難シミュレーションの特徴■シミュレーション～解析評価のプロセス① トンネルの設備条件、火災の条件等のパラメータを設定する。
② 1 次元シミュレーションを行う。（→風速境界条件(：3 次元で使うパラメータ)を算出）③ 3 次元シミュレーションを行い、この結果を基に避難シミュレーションの評価を行う。
④ それぞれのシミュレーション結果をまとめ、報告する。

シミュレーション～解析評価のプロセス

5

Sohatsu Systems Laboratory Inc.

■１次元避難シミュレーションの避難検討結果イメージ
避難シミュレーションの結果は、左の図のように可視化できます。
横軸はトンネルの延長方向、縦軸は時間を示しています。上から下に時間が進む中で、

リ
ス
ク
を
検
討
す
る

自動車や徒歩で避難する人が、避難が困難になるとされる煙濃度 0.4 以上（赤色の領域）に入ってしまうことがないかを判定します。
これにより、トンネルの形状や、避難坑の数・設置位置、火災時の換気機制御等による避難の可否を評価することができます。

避難検討結果イメージ(1 次元)■3 次元避難シミュレーションの避難検討結果イメージ
３次元避難シミュレーションでは、右の図のように、トンネルの延長方向断面、幅方向断面等、様々な断面での煙や熱、毒性物質の分布を扱うことができます。高さ方向の煙の分布を扱えるため、煙が天井に沿って拡がっているが、避難者のいる地上付近はまだ安全であることや、反対に、時間が経つにつれて煙が降下し、安全ではなくなってしまう状況を再現できます。
▲避難検討結果イメージ(3 次元)

赤色の領域は煙濃度が高い

3 次元避難シミュレーション使用するソフトウェア
シミュレータには、米国国立標準技術研究所（NIST）により開発された、3 次元流体シミュレー
ション FDS(Fire Dynamics Simulator)を用います。FDS は、火災時の熱流動や物質輸送等を主な対象とする数値流体力学 (CFD)モデルであり、大規模建築物や道路トンネルを対象とした火災事象の評価や防火設計において、全世界で広く利用されているソフトウェアです。

Road Tunnel Ventilation Control & Monitoring System6リスク解析
■ポイント
道路トンネルにおける事故や火災の発生確率を解析します。
事故や火災による人的被害の規模を解析します。
解析した情報をもとに、トンネル設備の安全対策について評価します。

リ
ス
ク
を
検
討
す
る

■概

要

「TuRisMo」と呼ばれるトンネルリスクモデルを使用し、対象トンネルの安全対策についての評価を行います。オーストリアから始まったこの方法は、2000 年前後に発生した深刻なトンネル事故*の反省をもとに開発されました。既設トンネルにおける安全対策の評価のみならず、設計段階における新設トンネルの、適切なリスク軽減策とコストの最適化にも役立ちます。
（*Mont Blanc 1999, Gleinalm 2001）◆リスク解析の利点◆
既設トンネルの設備（換気システムなど）に対する欠点の影響を定量化することができる。
改修に際しての措置が安全性に及ぼす影響を定量化し、最適な選択を可能にする。
最低限の安全基準を満たした、費用効果の高い設計を可能にする。
リスク軽減のために利用できる最善の選択を提案する。

■解析評価のプロセス「TuRisMo」は、頻度解析と結果解析の２つの主な要素から構成されます。結果解析ではさらに、「衝突」によるリスクと「火災」によるリスクを別々に解析します。それぞれの解析によって算出されたデータをもとに、トンネル全体の安全対策に対するリスク値を評価します。
頻度解析
衝突や火災によって起こりうるシナリオを生成し、事象木（イベントツリー）による解析を行う。各シナリオの発生頻度（件／年）を算出する。

結果解析
衝突：過去の統計データをもとに初期値を決定する。各衝突シナリオに応じて初期値の修正を行い、各衝突シナリオにおける人的被害の規模（人／年）を算出する。
火災：シミュレーションツール（FDS、避難シミュレータ）を用いて、火災シナリオを生成する。各火災シナリオにおける人的被害の規模（人／年）を算出する。

7

Sohatsu Systems Laboratory Inc.

頻度分析

結果分析

事象の木解析を用いて各シナリオの発生確率を算出

統計データ、シミュレーションをもとに人的被害の規模を算出

パラメータ
事故タイプ

統計データ

事故率

シミュレーション

リ
ス
ク
を
検
討
す
る

火災発生時率
交通量
交通構成
etc.

トンネル全体のリスク値（定量的評価）
TuRisMo による道路トンネル

リスク解析

略図

■適用事例
一般的な長大トンネルをモデルとして、火災発生時におけるジェットファンの制御方針について、リスクの比較検討を行います。対象の制御方針は以下の２通りです。
◆全台停止◆風速低下制御（インバータ駆動によるジェットファンの回転数制御）
それぞれの制御方針を、避難坑の数別に解析します。
結果、避難坑が 0 か所のシナリオでは、風速低下制御が、全台停止に対して 55%リスクを軽減するという評価を得ました。また、このリスク軽減の優位性は、避難坑の数の増加に対して減少するという値を算出しました。

モデルトンネルの環境条件
構成

延長：単管、上下各 1 車線

交通量：1,438 台/時：対面通行

車両内訳：69.5 % 小型車：2,990m：30.5 % 大型車(バス含む)

避難坑：0～5 か所

車両速度：80 km/時

勾配

交通信号：トンネル出入口に設置：+ 2,0 % (1,707 m)：- 2,0 % (1,283 m)

断面積：71m² (直径 8.4 m)（火災時の交通遮断用）
交通条件：上下対称／上下非対称

避難坑の数

全台停止方針対するリスクの軽減率

0

-55%

1

-45%

2

-39%

3

-32%

4

-28%

5

-30%

換気制御が火災時リスクに与える影響（TuRisMo による評価結果）

Road Tunnel Ventilation Control & Monitoring System8熱画像検知式自動通報設備■ポイント
可視光カメラと赤外線カメラの双方による状況確認・監視・データ収集を行います。
撮影した映像を自動解析し、従来方式と遜色のない火災検知が可能です。

■概要

従来の火災検知器と同様、防災受信盤へ火災検知信号を送信します。また、情報表示装置を用いて、可視光・赤外線双方の映像を目視で確認することができます。各カメラの担当距離を 100mとした場合、2 台のカメラを向かい合うように設置することにより、機側箱の設置間隔を 200m 毎とすることが可能です。
電気室

トンネル

監視操作室

防災受信盤

火
災
を
検
知
す
る

機側箱

200m

機側箱

制御盤

情報表示
装置

電源線
光通信
PoE

受電盤

他通信線

システム構成図：熱画像検知式自動通報設備■それぞれの特性を補い合う２つのカメラ
本設備に用いられるカメラは、可視光カメラと赤外線カメラの双方を内蔵しています。可視光カメラでは、一般的な HD カメラと同等の性能を持つため、高精細かつ自然な色彩の映像を撮影することができます。
一方、赤外線カメラは「熱」を可視化するという特性から、可視光カメラでは捉えきれない対象を撮影することができます。
可視光・赤外線カメラ：FLIR ITS-Series Dual AID 316L

9

Sohatsu Systems Laboratory Inc.

可視光カメラ(左)と、赤外線カメラ(右)の比較写真
赤外線カメラであれば煙の中や先の状況まで認識できる。

◆赤外線カメラの特性◆
対象物の温度、ならびに火災時の炎や周囲の温度上昇を捉えることができる。
悪天候、夜間、停電時など、照明が不十分な環境においても、状況を監視し続けることが可能。
煙で充満した視界においても、火点やその周辺に取り残された人の存在を確認することができる。

開発の経緯
2019 年 3 月、国土交通省により道路トンネル非常用施設設置基準が改定され、「火災検知器」が「自動通報設備」と変更されました。これを受け、創発システム研究所は、従来の手法に代わる次世代の製品開発を新たな目標として設定しました。
2020 年度、東北地方整備局担当のもと、国土交通省主導による「新技術情報提供システム（NETIS）のテーマ設定型（技術公募）」に参加し、本設備「熱画像検知式自動通報設備」の実証試験を行いました。
この実験では、50m 先の 0.5m2 火皿火災を数秒間で検知するという結果を得ることができました。また、別の実験においても、100m 先の 0.5m2 火皿において同様の結果を得ており、一般的な検知器と同等の性能を持つことを確認しました。
2022 年度現在、NETIS に登録しています。（登録番号：KK-210075-A）

Road Tunnel Ventilation Control & Monitoring System

10

火
災
を
検
知
す
る

火点位置検出装置■ポイント
温度検知ケーブルを使用し、内部のセンサによって常時温度を計測します。
火災の発生、火点の位置、および火災規模を、迅速かつ精確に検出します。
施工が容易で、保守性にも優れています。

■概

要

トンネル坑内の温度を計測し、火災の発生を検知します。
計測機器には、欧州などで広く採用されている温度検知ケーブルを使用しています。このケーブルは、内部に一定の間隔でセンサが組み込まれており、温度（熱）による検知方式を採用しています。従来型の光による火災検知器と比較して、火点の位置をより精確に検出することができます。
温度検知ケーブル：LISTEC SEC20

火
災
を
検
知
す
る

電気室

トンネル
火点位置検出盤

ｴﾝﾄﾞｷｬｯﾌﾟ
機側箱

ﾓﾆﾀ

温度検知ケーブル
PLC

信号ケーブル（標準センサ間隔：5m ピッチ）

LAN

上位側装置

ｺﾝﾄﾛｰﾗE

AC 電源

システム構成図：火点位置検出装置◆温度検知ケーブルの特性◆
天井もしくは壁面へ敷設する。施工の際、大掛かりな工具を必要としない。
電源線はケーブルに内蔵されており、別途敷設する必要無し。
完全なシールド構造であり、塵埃、排気ガス、温度、氷結、振動の影響が無い。
定期的に清掃する必要無し。
ケーブル内の全センサはコントローラによって常時監視されており、保守が容易。

11

Sohatsu Systems Laboratory Inc.

■検知方法
設定温度による検知

警
報：差分温度 > Δt℃
予備警報：差分温度 > Δt℃×0.5

計測温度が予め設定した温度を越えると（火災）警報を発報します。

℃
Δt℃：しきい値：4℃の場合

4
差分温度

3

差分温度による検知
10 秒毎に収集される温度データをも
予備警報

警報

2

50

60

1

とに、一定時間内の温度上昇が予め設定した しきい値を越えると（火災）警報を発報します。しきい値は、設置環境

0

10

20

30

40

s(秒)

を考慮して個別に設定します。

経過時間

火
災
を
検
知
す
る

グラフ(イメージ)：差分温度の変化と警報■仕様
火点位置検出装置

温
度
検
知

測定方式

温度式

検出温度

-40～+85℃（短時間 120℃）

分解能

0.1℃

温度センサの間隔

5ｍ（1,2,4,8ｍも可）

電子ケーブルの最大長1750ｍ（センサ間隔 5ｍ），2500ｍ（センサ間隔 8ｍ）

ケーブル

火
点
位
置
検
出
盤

材

質

寸法重量

ハロゲンフリー

難燃性（DW207，part24 準拠）

外径 18mm 約 0.45kg/m

計測点数

最大 350 点

計測周期

10 秒

入力信号

全センサ温度

出力信号

火災検知

通信インターフェース

接点出力／Ethernet 通信／PLC 汎用ネットワーク

環境条件

温度:-20～+40℃

電気方式

電圧 AC100V

筐体

材

質

寸法重量

SPHC

火点位置

故障

湿度:20～85%

周波数 50/60Hz

標高:1000m 以下
消費電力 1kVA 以下

SPCC

W600mm ×H2300mm ×D700mm

Road Tunnel Ventilation Control & Monitoring System

約 200kg12

ポンプレスＣＯ計■ポイント
トンネル坑内の一酸化炭素濃度を計測します。
ポンプレス方式の測定により、高い応答性を持ちます。
メンテナンスの容易さから、ランニングコストを抑えます。

■概

要

トンネル坑内の一酸化炭素濃度（CO）を計測します。ポンプレス方式であることから（吸引式*と比較して）応答性に優れています。検出部と変換器箱は一体化されており、設置工事が容易です。
（*吸引式は通常、空気吸引に際して計測に 3～5 分の時間遅れが生ずる）
トンネル

電気室

ＣＯ検出部
計測制御盤
信号ケーブル(DC4～20ｍA)

変換器箱

環
境
を
計
測
す
る

Ｅ

ＡＣ電

システム構成図：ポンプレス CO 計

■高い保守性と汎用性
本装置は、一般的な吸引式の CO 計と比較して、部品点数が少ないことから、故障発生率が低いという優位性があります。
この「少ない部品点数」という特長を活かして、変換器箱の小型・軽量化を実現しました。これにより、新設のみならず、既設のリプレイスにも対応することができます。

検出部：Polytron7000

容易なメンテナンス
１年に一度、専用のカートリッジを交換します。このカートリッジは、工具を使うことなく着脱することができます。事前に校正を行うため、基本的には校正用のガスボンベを現場へ持ち込む必要がありません。加えて、専門技術員を現場へ派遣する必要もありません。よって、ランニングコストを抑えることができます。

13

Sohatsu Systems Laboratory Inc.

■測定原理本装置は、定電位電解法を用いて計測します。目に見えない CO 濃度を、電流に置き換えることで、その値を視覚化します。
測定電極と CO が接触⇒電気分解⇒測定電極と対向電極間で酸化還元反応が起こる⇒電流発生

電極間に流れる電流値は、CO 濃度に比例します。本装置は、酸化還元反応によって発生した
電流値をみることで、CO 濃度を測定します。

測定原理：ポンプレスＣＯ計■仕様
ポンプレスⅭＯ計

検
出
部

変
換
器
箱

環
境
を
計
測
す
る

測定方式

定電位電解式

測定ガス

一酸化炭素（CO）

測定範囲

0～300ppm

測定精度

フルスケールの±3％以下

応答速度

1 分以内（90％）応答

校正方式

手動校正（専用カートリッジ交換）

材質

GRP（ガラス繊維強化プラスチック）

出力信号

DC4～20mA（500Ω以下）

制御信号

点検中

警報信号

故障

環境条件

温度：-20～+40℃

電源

単相 AC 100/200/400 V (※)、50/60 Hz、50 VA

保護等級

IP65 相当

重量

約 40 ㎏

筐体

電源断
湿度：20～85%

材質

SUS304寸法

W×H×D ＝ 400 × 670 × 170 (mm)

標高：1000m 以下

t=2.0 mmRoad Tunnel Ventilation Control & Monitoring System

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断面風速計■ポイント
トンネル断面の風向、風速を計測します。
非常時換気制御や、環境対策用の計測機器として優れています。

■概要

測定原理の特徴から、対面通行トンネルや、トンネル曲がり部などの複雑な構造・環境下においても、「断面平均風速」により近い、高い精度で風速値を得ることができます。よって非常時換気制御や、環境対策用の計測機器として有効に活用することができます。
トンネル

電気室

付属専用ケーブル A
制御盤
(計測盤)

超音波送受信器 A
変換器箱
信号ケーブル

超音波送受信器 B

45°

E

付属専用ケーブル B

AC 電源

システム構成図：断面風速計

環
境
を
計
測
す
る

従来の風速計
縦流式トンネルの「断面平均風速」は、トンネル内の任意の地点において同一です。ただし、（走行する車両の影響を受ける等）同じ断面でも、計測箇所によって風速値が変わってしまう場
合があります。この問題に対して、従来の風速計では、変換係数（1.2～1.5 倍）という概念を用いて、断面平均風速の推定値を割り出していました。しかしながら、対面通行トンネルや、複雑な構造のトンネルでは、この推定値と実際の断面平均風速との間に、かなり大きな乖離があることが知られています。

◆装置の特長◆ゼロ点・スパンの自動調整
容易な施工（壁面上部へ密着させる構造）
通行車両との接触の恐れ無し
変換器箱から、センサの調整・点検が可能
超音波送受信器：DURAG D-FL 220T

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Sohatsu Systems Laboratory Inc.

■測定原理本断面風速計は、超音波伝播時間の差分計算方式に従って計測します。

断面風速計の測定原理
１ トンネル壁面に設置された変換器箱が、超音波パルス信号を発生。
２ 信号を受けた 2 台の超音波送受信器が、発信／受信を交互に行い、伝播時間を計測する。
３ 気流に対して順方向・逆方向の伝播時間の差分を算出し、風向と風速を決定する。

t+ ：気流に順方向のパルス伝播時間
t- ：気流に逆方向のパルス伝播時間
c

：音速

v

：気体の速度L：媒体中の測定路延長

v

α

v=

L
t −t
∙
2 ∙ cosα t ∙ t

α ：設置角度

■仕

様
断面風速計

検
出
器

測定方式

超音波伝播時間差方式

測定範囲-20m/s～+20m/s

測定精度

フルスケールの±2％以下

移動平均時間

1～180 秒測定路長1.5m～21m（標準 10m）

設置角度30°～60°（標準 45°）

環境条件

温度：-20～+50℃

分解能±0.1m/s 以下

校正方式

自動校正

筐体

変
換
器
箱

材

質

寸法重量

SUS316

任意設定

W150mm ×H175mm ×D220mm
風速

接点信号

点検中

環境条件

温度：-20～+40℃

電気方式

電圧 AC210V
材

質

寸法重量

湿度：20～85%

ポリカーボネート

出力信号

筐体

環
境
を
計
測
す
る

-20m/s～+20m/s

SUS304

故障

約 2kg

DC 4～20mA/500Ω以下

電源断
湿度：20～85%

周波数 50/60Hz

厚さ 2.0mm

標高 1000m 以下
消費電力 50VA

保護階級 IP65 相当

W500mm ×H600mm ×D150mm

約 50kgRoad Tunnel Ventilation Control & Monitoring System16

レーザ式車両検知器■ポイント
検知精度は 95％以上、一般的なループコイル式と同等の性能を持ちます。
既存の構造物に取付けることができます。
昼夜・雨などの環境変化にほとんど影響されません。

■概要

レーザ光による車両検知、交通量計測を行います。レーザ光の特性上、昼夜・雨・霧・雪などの環境変化に対してほとんど影響がありません。門型ゲートや路側ポールに設置することができる
ため、設置工事や補修工事が比較的容易です。

（例）道路明かり部

レーザセンサ

変換器箱
交通管制室
ＣＰＵ
遠制設備
ﾒﾃﾞｨｱ
ｺﾝﾊﾞｰﾀ

環
境
を
計
測
す
る

情報監視卓

システム構成図：レーザ式車両検知器■測定原理
レーザ式車両検知器は、「進入側センサ」と「通過側センサ」の２台のレーザセンサから構成されます。
各センサの反射距離データを基に、読み取った進入時刻と離脱時刻から、通過する車両の速度と車長を割り出します。
進入側センサは、本線上流側から進入する車両に対し、仰角45°でレーザを発射するよう設置します。一方、通過側センサは、
本線上流側から進入する車両に対してほぼ垂直の真下にレーザ
レーザセンサ：LMS5xx17を発射するよう設置します。

Sohatsu Systems Laboratory Inc.

レーザ式車両検知器の測定原理
通過側センサ

進入側センサ

車両通過時刻：t21⊿xm

進入時刻 ｔ11

車両速度：v＝Δx÷(t21-t11)
車長：l＝v×(t22-t21)

ｔ21

離脱時刻 ｔ12

ｔ22
8ｍ

25ｍ
進入側センサ、通過側センサ共に、3 車線に対応した監視エリアとして、3 つのフィールドを設定⊿xm

することができる。

計測原理：レーザ式車両検知器■仕様
レーザ式車両検知器
レーザ光波長

性
能

905nm

車線数

最大 3 車線

車両速度1～160km/h

車両分解能

2.3m 以上の車間距離で走行する車両の分別が可能

交通量検知精度95％以上（設置条件を満足させた場合）

検知距離25m（車両の検出可能距離）

車長測定精度±50cm

車速測定精度±5km/h環境条件
筐体

温度:-20～+50℃
保護等級 IP67

寸法重量W155mm×H185mm×D160mm

3.7kg

LAN（Ethernet）
交通量（レーン別,車種別）

出力信号

変
換
器
箱

湿度:20～85％

材質

出力形式

平均車速（レーン別）

占有率（レーン別）各 1 分毎

時間管理

管制室コンピュータ時刻と同期

故障検出

動作中のレーザセンサ故障を検知

動作モニタ

保守コンソールにより動作状態確認

環境条件

温度:-20～+50℃

電源

電圧 AC210V

筐
体

環
境
を
計
測
す
る

湿度:20～85％

周波数 50/60Hz

標高:1000m 以下

消費電力 500VA 以下

材質

SUS304

厚さ 2mm 保護階級 IP63 相当

寸法/重量W400mm×H700mm×D350mm /約 70kg（遮へい板なし）

Road Tunnel Ventilation Control & Monitoring System18

インバータ換気動力盤■ポイント
産業用インバータにノイズ対策を実装した、ジェットファン用換気動力盤です。
独自開発のフィルタを使い、長尺ケーブル特有のノイズ、サージ電圧に対応しています。
電源側へ流れるノイズを抑制し、他設備への影響を考慮した設計です。
弊社従来品よりもコンパクト化に成功しております。

■概要

産業用インバータを用いてジェットファン（JF）の回転数を調整し、坑内風速を制御します。
従来、長尺の動力ケーブルを介して JF をインバータ駆動させるにあたっては、以下のような課題が挙げられていました。
これまでの JF インバータ駆動の課題
サージ電圧、電磁ノイズが発生し、JF のモータや周辺の設備に影響を及ぼす。
電源側に電磁ノイズが流れ、周辺の設備に影響を及ぼす。

創発システム研究所は、独自に開発した帰還型正弦波化フィルタ「DFSA(Distance Free Surge
Absorber)」と、膨大な実験に基づく「最適な設計」により、この課題を解決しました。
2010 年に初の導入を実現して以来、日本国内で約 130 台の JF を、このインバータ換気動力盤
によって運用しています（2021 年現在）。

▲JF モータ端サージ電圧(DFSA なし)

風
速
を
制
御
す
る

▲LC フィルタと DFSA の漏洩ノイズの比較▲DFSA 出力部

帰還型正弦波化フィルタ：DFSADFSA のノイズ抑制特性

電気室

6600V

トンネル

インバータ換気動力盤

460V/
415V
高調波対策

ｲﾝﾊﾞｰﾀ

DFSA

長尺ケーブル

開閉器箱

JF

PLC

換気制御盤

システム構成図：インバータ換気動力盤

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Sohatsu Systems Laboratory Inc.

◆インバータ駆動のメリット◆
始動電流が定格以内であり、同時に複数台起動可能。
火災発生時の即応性が高い。逆転切替時の保護動作が不要。
複数台による低回転数運転で、騒音が軽減される。
複数台による低回転数運転で、省エネ効果が得られる。
受電変圧器、動力ケーブルの選定に始動電流の考慮不要。
インバータ換気動力盤

■仕

様

項

目

機

盤
仕
様

仕
様

型

式

電気方式

種

JF1 台用JF2 台用

屋内自立閉鎖型
主回路：三相 3 線 460V 60Hz／415V 50Hz

制御回路 ：単相 100V

50/60Hz

盤寸法(参考)W1000×H2300×D1000mm

インバータ容量

37kW、55kW

入力電圧

三相 380～480V ±10%

出力電圧

三相 380～480V（入力電圧対応）

出力周波数0～50/60Hz

制御方式

2 レベル PWM 制御方式

サージ電圧ノイズ対策
軸電流対策

W1200×H2300×D1000mm

DFSA（帰還型正弦波化フィルタ）
三相ブリッジ（コンデンサ平滑） ACL+DCL 付
換算係数 k=1.4

高調波対策

風
速
を
制
御
す
る

12 パルス変換装置
換算係数 k=0.7(ｵﾌﾟｼｮﾝ)
自励三相ブリッジ(PWM コンバータ)
換算係数 k=0.0(ｵﾌﾟｼｮﾝ)

入力および出力信号

無電圧接点、Ethernet 通信、PLC 汎用ネットワーク

動力ケーブル2000ｍまで可

適用 JF

30,33kW×1、50kW×1

適用 JF モータ

汎用モータ使用可

シールド、ノンシールド対応
30,33kW×2、50kW×2

Road Tunnel Ventilation Control & Monitoring System

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排煙換気計測制御盤■ポイント
風速低下制御を標準装備として換気機器を制御します。
風速フィードバックによる制御の安定化を実現します。
一般的な換気制御盤と計測盤、双方の機能を併せ持ちます。
「火点位置検出装置」「インバータ換気動力盤」の処理ユニットを内蔵することができます。

■概要煤煙透過率計（VI）、一酸化炭素濃度計（CO）、風向風速計（AV）の計測値をもとに、換気機器（JF／排風機）の風速をコントロールします。大画面タッチパネル（15 インチ）を採用したことで、誤操作の防止と視認性の向上が実現しました。
トンネル
換気機器

計測機器
煙霧透過率計(VI)ジェットファン(JF)

一酸化炭素濃度計(CO)

排風機

風向風速計(AV)
温度検知ケーブル(FD)

制御

計測値

換気動力盤

排煙換気計測制御盤

電気室

タッチパネル(表示/操作)

インバータ／ＣＣ

風
速
を
制
御
す
る

VI 処理ユニット
CO 処理ユニット
AV 処理ユニット

管理室

ＦＤ処理ユニット

インバータ／ＣＣ 制御ユニット
ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾏﾌﾞﾙ･ﾛｼﾞｯｸ･ｺﾝﾄﾛｰﾗ(PLC)

遠制設備

防災設備

システム構成図：排煙換気計測制御盤■複数の機能を併せ持つハイブリッド制御盤
本制御盤は、各計測機器（VI、CO、AV）の処理ユニットを内蔵しているため、一般的な「換気制御盤」と「計測盤」、双方の機能を併せ持ちます。
加えて、前掲の「火点位置検出装置」「インバータ換気動力盤」の処理ユニットを内蔵することもできます。様々な機能がこの一面に集約されることで、高い保守性と、より実用的な運用が
可能です。

21

Sohatsu Systems Laboratory Inc.

■平常時／非常時の制御
平常時は、各計測機器の値をもとに「FB（フィードバック）制御」を行います。風速値*を参照するシステムが組み込まれているため、過剰換気やハンチングを防止することができます。
（*VI、CO と比較して、環境変化が計測値として早く表れる。）

一方、火災などの非常時には、風速を一定の低い値で保持する「風速低下制御」を行います。迅速な抑制によって煙や熱をトン
ネル天井部に滞留させることで、安全な避難環境を確保し、効果的な消火・救急活動を補助します。

排煙換気計測制御盤

■仕様比較
比較項目

従来の換気制御盤
VI、CO のみの FB 制御

平常時換気制御

排煙換気計測制御盤
VI、CO、AV による FB 制御
JF 運転が安定し、過剰換気、制御のハンチングを防止する。省エネで効率的。

E ノッチ(全台停止)のみ
非常時換気

風速低下制御JF を逆転運転して風速を急激に低下させ、風速をほぼゼロに保つ。安全性向上に有効。

警告表示灯

表示灯の数が多い

表示灯の数が少ない
タッチパネル内の状態監視画面で表示可能な為

ボタンの数が多い
操作ボタン

ボタンの数が少ない
タッチパネル内のモード切替・手動ノッチ・火災手動
画面で操作ができる為

煙霧透過率計(VI)

煙霧透過率計(VI)

一酸化炭素濃度計(CO)

一酸化炭素濃度計(CO)

風向風速計(AV)：風向のみ参照

風向風速計(AV) ：風向、風速を参照

別の盤に内蔵本制御盤に内蔵可能

FD 処理ユニット

別の盤に内蔵本制御盤に内蔵可能

インバータ／CC

別の盤に内蔵本制御盤に内蔵可能

参照する計測機器
計測機器

風
速
を
制
御
す
る

処理ユニット

制御ユニット本制御盤でインバータの操作が可能

Road Tunnel Ventilation Control & Monitoring System

22

情報監視装置■ポイント
マルチモニタによる直感的なデザインで、トンネル内の情報を分かりやすく表示します。
「可視光・赤外線カメラ」と連携して、火災や事故などの異常をすばやく検知します。
シミュレーションによる熱・煙の流動予測から、オペレータの判断を支援します。

■概要

小～中規模の管理室を想定した情報監視装置です。交通量情報、制御情報、換気機器運転状
況、汚染物質濃度、警報など、トンネル坑内の監視に必要な情報を表示します。
「可視光・赤外
線カメラ」と連携させて、現場の映像を確認することもできます。

平常時監視画面
警報表示
状態表示(制御情報)
可視光・赤外線カメラ映像

交通量情報(大型/小型、車速)JF 回転数／台数

風向風速

一酸化炭素濃度煤煙透過率＊画面は開発中のものです。

◆可視光・赤外線カメラの特長◆
可視光・赤外線双方による撮影
交通量計測機能
人、落下物、逆走の検知
自動通報機能

坑
内
を
監
視
す
る

車種の自動判別（火災規模の想定）

可視光・赤外線カメラ：FLIR ITS-Series Dual AID 316L

23

Sohatsu Systems Laboratory Inc.

■非常時の監視
火災発生などの非常時には、画面が切り替わります。現場付近の可視光・赤外線カメラの映像が大きく映し出され、火災の場合は煙の拡散予測と併せて、ジェットファン回転数／台数、風向風速の計測値が逐一確認できるような仕様になっています。また対処行動や手順を「イベント・
シーケンス」として表示させ、オペレータの判断を補助します。

非常時監視画面

可視光・赤外線カメラ映像

風向風速
煙の拡散予測JF 稼働率イベント・シーケンス＊画面は開発中のものです。

■オペレータ支援機能
この情報監視装置では「3 つのデータ」を駆使してオペレータの判断を支援します。
リアルタイムデータ
常時更新されるリアルタイムのデータにより、トンネル坑内の最新の状況を確認できます。
データベース
蓄積されたデータに基づく比較チャートを用いて、平常時と非常時の状態の違いを感覚的に捉えることができます。
シミュレーションによる予測
シミュレーションに基づく未来の予測で、非常時における対処行動の判断をサポートします。

Road Tunnel Ventilation Control & Monitoring System

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坑
内
を
監
視
す
る

ホームページ・お問合せ

http://www.sohatsu.com

代表取締役
株式会社 中堀一郎
創発システム研究所
・本社事務所
・本社事務所〒650-0035 兵庫県神戸市中央区浪花町 64 番地〒650-0035 兵庫県神戸市中央区浪花町 64 番地
三宮電電ビル 3 階 A-2
三宮電電ビル 3 階 A-2
TEL：（078）325-3220 FAX：（078）325-3221
TEL：（078）325-3220 FAX：（078）325-3221
・工 場
・工 場
〒652-0884 兵庫県神戸市兵庫区和田山通 1-2-25〒652-0884 兵庫県神戸市兵庫区和田山通 1-2-25
神戸市ものづくり工場 C-108
神戸市ものづくり工場 C-108
TEL：（078）599-7790
TEL：（078）599-7790

5-02-01 V003