2008 年度日本建築学会
関東支部研究発表会

小規模施設内における火災 CFD シミュレーション
出火元の発熱速度モデルによる検討
防火－火災性状

正会員 ○ 中村博一

＊１

正会員 遠藤裕子＊１

火災 CFD 解析 SMARTFIRE 宝塚市カラオケボックス火災

1. はじめに2 階ホールへと天井伝いに進み、廊下、各室へと流入し
1)(以下、報告書)によると、ました。建物 2 階が無窓階であったため、2 階の煙濃度2007(平成 19)年 1 月 20 日(土)18 時 30 分ごろに、兵庫県は低くなることなく上方から下方へ増加したようです。

宝塚市のカラオケボックス店ビートにおいて火災が発生

出火室に関しては、消防研究センターの実大実験 2) にし大惨事となりました。宝塚市消防本部ではこの火災により、点火から約 15 分で中華鍋内のサラダ油に着火し、関して異例の調査を行い、総務省消防庁・消防研究セン

実験終盤における最大発熱速度が、約 27 分後約 3.6MW

宝塚市消防本部・報告書

2)

ターでも出火室の実大火災実験 等を行いました。本報(第 2 実験)、約 34 分後約 4.0MW (第 4 実験)という結果がではこれらの宝塚市カラオケボックス火災情報に基づき、得られています。

3)以上は抜粋です。詳細は報告書等をご参照ください。

火災 CFD 解析ソフトウェア SMARTFIRE により、建物内の出火元による熱伝導・煙・ガス流動に着目した検討結果を示します。

こんろ位置

2. 火災状況宝塚市カラオケボックス火災は覚知後約 1 時間で鎮火され、出火時店内にいた従業員・客の計 18 人の内、要救助者である7人が覚知後26～38分の間に救出されましたが、2 階奥側の室内で発見された 3 人が CO 中毒で死亡、他の 5 人(重傷 1、中等症 4)が負傷しました。
出火建物は、事務所兼倉庫用途(当初)の鉄骨 2 階建(建築面積 123.57m2、延面積 218.14m2)で、この内 106.96m2 (1 階 105.96m2、2階 1.0m2)が焼損(半焼全損)しました。図１は報告書の建物平面図にこんろ位置を加筆したものです。
出火原因は 1 階調理場のこんろで、こんろ上の中華鍋から出火し、調理場の天袋戸棚・天井に延焼、火は天井から小屋裏へ回り、波板鋼板の天井に達し、この空間で火流となり、1 階全体を燃え下がるように延焼しました。
一方、天袋戸棚の火炎は調理場南側の受付カウンター・調理場西側の通路壁面へと拡大し、その後階段から 2 階

図 1 建物平面図（報告書 1)の図面に一部加筆）ホール入口部まで延焼しましたが、幸にしてここに設けられた垂れ壁により延焼は焼け止まりました。延焼過程

3. 計算条件で、その経路上にある壁紙等が燃焼し、2 次火源となり

3.1 火災CFD解析

新たな熱・煙・ガスが発生しました。延焼は 1 階・2 階

本検討で用いる SMARTFIRE は英国グリニッジ大学・ホール入口部まででしたが、煙・ガスに関しては、更に火災安全工学グループで開発された火災の解析に特化し1中村博一・遠藤裕子

2008 年度日本建築学会関東支部研究発表会

た CFD 解析ソフトウェアで、実務レベルで、より現実的800な火災性状を再現できるよう継続的に改定が行われてい(a)時刻歴700ます。建物内での出火元から発生する熱伝導・煙・ガス

600

流動を解析するため、本検討では乱流モジュールを浮力温度(℃)

500

修正 k-εモデルに限定の市販版 SMARTFIRE4) を用い、多重フラックスモデル(6 方向)による熱放射、煙生成、有400300

毒ガス生成の各モジュールにより、各種火災特性を考慮200しました。

100

調理場中央高さ1.7m
調理場中央高さ0.5m

03.2 建物・火源モデル

0200

400

600

800

1,000

1,200時間(s)建物形状モデルは、各階高さを 3.0m とし、前記図面3.0の平面寸法通りに作成しました。鉛直寸法が不明、立体2.5

裏空間等は省略しました。離散化モデルは推奨値より多2.0(b)鉛直分布
調理場中央

1.510秒
200秒
400秒
600秒
800秒
1000秒
1200秒

高さ(m)

形状が複雑なため、延焼影響要因ではありますが、小屋少粗めの 54,694 セル(60×23×40)としました。壁や階段等の材料は初期設定のブロックとしました。空気中の燃1.0焼を考慮しないため内装材等は未設定です。
0.5

火源モデルは、前述の消防研究センターによる結果を0.0参照して、発熱速度・すす発生速度を時間の自乗に比例

0100200300

400

500

600

700

800

900

1,000

温度(℃)

する関数として、燃焼時間 200 秒、最大発熱量 4.0MW、

図 2 1 階調理場中央における温度(a)時刻歴(b)鉛直分布

最大すす発生量 5.4g/s、サラダ油の燃焼熱 37.3kJ/g としま
した。すす発生率は 5%としました。

140(a)時刻歴
120間を 1,200 秒、全ドアを開口とし、その他の各種物性・100

解析パラメータは初期設定値としました。

80

温度(℃)

上記以外に関しては、建物内初期気温を 15℃、解析時4. 計算結果

60404.1 熱伝導

廊下手前中央高さ1.7m
廊下手前中央高さ0.5m
廊下奥中央高さ1.7m
廊下奥中央高さ0.5m

20

図 2 および図 3 は、各々出火室である 1 階の調理場中

0央および 2 階の廊下中心線上における温度の時刻歴と鉛

0200

400

600

800

1,000

1,200

時間(s)直分布です。図 2(a)より、調理場中央の高さ 1.7m では約3.0150 秒で 600℃近くに達するのに対し、高さ 0.5m では約2.5550秒以後温度が上昇開始し約700秒で600℃前後に上昇

2.0
高さ(m)します。両高さともに以後解析終了まで 600℃前後です。
図 2(b)より、調理場中央では上側の温度が出火直後から上昇し、天井付近では約 150 秒以後に 900℃近くに達し

1.510秒
200秒
400秒
600秒
800秒
1000秒
1200秒

1.0ます。前述のように、消防研究センターでは調理場を想0.5(b)鉛直分布
2階廊下手前定した出火室における実大実験を行っており、その結果0.0と比較すると、出火室において、室上方が先に、続いて020406080

100120140160

180

温度(℃)

室下方が高温になる傾向、室上方の温度が最大で 900℃

図 3 2 階廊下中心線上における温度(a)時刻歴(b)鉛直分布近くに達する現象が、実大実験による結果と整合します。

2中村博一・遠藤裕子

2008 年度日本建築学会
関東支部研究発表会(a)１階・高さ 1.7m(b)１階・高さ 0.5m

600℃
15℃
図 4 1 階における時刻 600 秒での温度分布(a)１階・高さ 1.7m(b)１階・高さ 0.5m

15℃
150℃
図 5 2 階における時刻 600 秒での温度分布
2 階の廊下における手前と奥の温度に関しては、
図 3(a)に増加し始め、解析終了時に CO 濃度は、高さ 1.7m で約より、高さ 1.7m で約 500 秒、高さ 0.5m で約 600 秒の時5%前後、高さ 0.5m で約 5%弱になります。600～1000 秒に、温度が最大となり、その後両温度はともに解析終了

における廊下の手前と奥の CO 濃度を比較すると、高さまで徐々に低下します。廊下の手前と奥の温度を比較す

1.7m では手前より奥が約 0.5%低く、高さ 0.5m では逆にると、高さ 1.7m では手前より奥が約 13%低く、高さ 0.5m手前より奥が約 0.2%高くなります。一方、O2 濃度は、では逆に手前より奥が約 5%高くなります。図 3(b)は、温図 6(b)より、廊下の手前と奥とでほぼ一致し、高さ 1.7m度の鉛直分布に関する廊下の手前のみの結果ですが、各で 100 秒前、高さ 0.5m で 200 秒後位からともに低下し時刻における鉛直方向の温度変化は同位相です。

始め、1,000 秒程度でゼロになります。

図4 および図5 は各々1 階および2 階における時刻600

煙濃度は、図 6(c)より、高さ 1.7m で約 200 秒、高さ秒における水平方向の温度分布で、各図の(a)および(b)0.5mで約300秒から廊下の手前と奥がともに増加し始め、は高さが各々1.7m および 0.5m のものです。図 4 の温度

解析終了時に煙濃度は全てで約23%前後になります。
600

範囲は 15～600℃で、1 階 1.7m の温度分布図より、調理～1000 秒における廊下の手前と奥の煙濃度を比較する場からエントランスホールへは 600 秒で熱が伝わりますと、高さ 1.7m では手前より奥が約 1.1%低く、高さ 0.5mが、0.5m ではまだです。一方、図 5 の温度範囲は 15～では逆に手前より奥が約 0.5%高くなります。

150℃で、2 階 1.7m の温度分布図より、廊下から各室へ

図 7 は 600 秒と 1,200 秒において 2 階廊下の手前地点

は 600 秒で熱が伝わりますが、0.5m ではまだです。

を起終点とした流線を 2 階の床面に投影したものです。

4.2 煙・ガス流動

流線の起終点は高さ 0～3m における鉛直方向の離散点

図 6 は、2 階の廊下中心線上における CO、O2、煙の各です。床面での温度分布は前記の 2 階における温度分布

気中濃度です。CO 濃度は、図 6(a)より、高さ 1.7m で約の凡例に従います。図より、煙・ガス流動は、手前側の500 秒、高さ 0.5m で約 600 秒から廊下の手前と奥がとも室よりも奥側の室で多いことがわかります。
3中村博一・遠藤裕子

2008 年度日本建築学会
関東支部研究発表会

7
廊下手前中央高さ1.7m
廊下手前中央高さ0.5m
廊下奥中央高さ1.7m
廊下奥中央高さ0.5m

一酸化炭素濃度(%)

6543(a)600 秒

21(a)一酸化炭素濃度

00200

400

600

800

1,000

1,200

時間(s)

25
廊下手前中央高さ1.7m
廊下手前中央高さ0.5m
廊下奥中央高さ1.7m
廊下奥中央高さ0.5m

酸素濃度(%)

20(b)1,200 秒

15

図 7 2 階廊下手前鉛直各点からの流線(a)600 秒(b)1,200 秒

10

本検討では、出火室である調理場での熱伝導、無窓階5である 2 階での熱伝導・煙・ガス流動のみでしたが、火(b)酸素濃度

災をより現実的に再現するためには、今後も以下の検討

00200

400

600

800

1,000

1,200

課題等に対応し、火災 CFD シミュレーション検討事例等時間(s)を報告していきます。

30(c)煙濃度・ 延焼拡大への影響要因である小屋裏空間容積量

25・ 壁面等の燃焼による2次火源(気体燃焼モジュール)
煙濃度(%)

20

謝辞

15

本検討に当たり、火災 CFD ソフトウェア SMARTFIRE

10
廊下手前中央高さ1.7m
廊下手前中央高さ0.5m
廊下奥中央高さ1.7m
廊下奥中央高さ0.5m5の開発元である英国グリニッジ大学・火災安全工学グループの支援を受けました。ここに謝意を表します。

00200

400

600

800

1,000

参考文献

1,200

時間(s)

1)

図 6 2 階廊下中心線上における気中濃度(a)CO(b)O2(c)煙宝塚市消防本部: 宝塚市カラオケボックス建物火災
報告書, 48p., 2008.

以上の結果から、鉛直方向を考慮した流線動向、報告

2)

予防行政のあり方に関する検討会: 「宝塚市カラオ

書でのドアの気密性に関しては今後の検討課題ですが、ケボックス店火災」を模擬した実大火災実験の概要,

熱伝導・煙流動に関しては、煙・ガスが手前側の室には予防行政のあり方について（中間報告）資料2-4, 総

流入しにくく、奥側の室には流入しやすいという現象を

務省消防庁予防課, 2007.

再現できていおり、この結果は、手前側の室内で発見さ

3)

J. Ewer, F. Jia, A. Grandison, I. Frost, E. Galea and M.

れた人が負傷となり、奥側の室内で発見された人が死亡

Patel: User Guide for the SMARTFIRE Environment,となった理由付けに利用可能であると思われます。

SMARTFIRE V4.1, Fire Safety Engineering Group,
University of Greenwich, UK, 2008.

5. まとめ4)

火災 CFD 解析が、実務レベルで、より現実的な火災性

EXODUS – SMARTFIRE:
http://www.forum8.co.jp/product/shokai/ex-sf.htm, 2009.

状を再現できる可能性を示すことができたと思います。

*1 (株)フォーラムエイト

4中村博一・遠藤裕子