Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
3-2 [1]

3-2 [2]

Fig.3 Temperature change in thatch after application

: each channel(CH) placed at 7cm interval

3-1[1] : Center line Temp, Water spray 3-2[1] : Left side Temp, Water spray

3-1[2] : Center line Temp, Wet water spray 3-2[2] : Left side Temp, Wet water spray

3-1[3] : Center line Temp, Solid water 3-2[3] : Left side Temp, Solid water
で正確な事は言いにくいが、Fig.4の浸透量も参考にすると、濡れ水は散布点付近にたっぷりと急速に浸透吸収されて、屋根の下方に流れ出す率は小さくなると考えられる。

一方Fig.4-3からは、水噴霧では濡れ水噴霧と比べ、放水速度は1/3程度と小さかったにもかかわらず、ほぼ全行程で、浸透率の低下速度（勾配）が幾分大きい事実が分かる。即ち、浸透率だけで見ると、放水後1～4分の間では、水の浸透率の方が大きいが、その差は20%以下であり、前記浸透率の低下速度から見ると、ほぼ全行程で水の方が大きい。つまり水の放水速度を3倍にして、濡れ水に揃えることが出来ておれば、浸透率は逆転することが推測できる。また規則的な吸収率の低下が見られるので、さらに良好な実験条件の下で周到な実験を行なえれば、理論的な消火対策が立てられそうである。水はFig.4-1の浸透量にみられるように、屋根面での飽和傾向が大きい。この事から、水を同じ位置に放射し続けても効果は少ない事がわかる。庇からの流出が多くなれば、他の個所に移動すべきである。

### 3.2 棒状ノズルによる水の打込み実験

実験3：棒状水を直接打ち当てたとき、Fig.4-1のように、開始後20秒位で100ℓの水が浸透して飽和し、後は流出するのみであった。したがって、一定区域ごとにスポット的に圧入散布する方法が有効と考えられる。またFig.3-1[3]のCH01～CH05（CH：熱電対番号）に見られるように、浸透深さも放水直後に約0.3mに達し、屋根の下流部CH17～CH24では、裏面まで到達している。注水点上部では水が潜るため、表面下CH26の変化が激しい。Fig.3-2[3]に示す放水の左側0.75mの位置における温度変化は緩慢であり、注水点真横から下方の変化が大きい。

なお、熱電対による浸透測定では、特に棒状放水において、最深部まで急速に温度変化を起こしていることから、熱電対の束を伝って深部へ浸透したのではないかという懸念も出された。しかし棒状放水は、元々放水速度が大きく、勢いも強く、多く浸透する方法である。深部の急速な温度変化があっても、おかしくはない。噴霧散布では、熱電対番号毎に、ほとんどが規則正しい順序で変化

4-1
4-2

Fig.4 Comparison of the water soaked in the thatched roof

4-1: Comparison between application time and soaked/drained water

4-2: Comparison between application time and soaked water

4-3: Comparison between application time and percent of soaked water
しているから、全体的には記録の通りに受け取っても大過は無さそうである。

### 3.3 穴アキパイプによる水の放水実験

実験4：数ヶ所で深さを変えて穴アキ金属パイプを挿入し、50ℓ/minで流出させて水の流出状態を定性的に観察した。本来予め埋設して使用すべきものであるが、それができないために、この実験ではFig.6(5)のように、パイプを目的位置に打込んで使用した。目視及びビデオによる庇からの流出状況の観察によると、穴アキ方向に依らずパイプの埋め込み位置より下の層には、あまり浸透しないように観察された。即ち、パイプ穴から吹き出した水は、この位置から茅の重ね合わせ方向に流れ、ほぼその延長面上から外に流出する様子である。したがってパイプを茅の深部層に埋設すれば、層に沿って表面に流出するので、一定間隔に埋設することが可能なら、ほぼ厚み全域を濡らすことができよう。また茅屋根内部をある厚みで層状に濡らせれば、消火だけでなく、深部への燻焼火の進出を食い止められよう。Fig.6(6)の写真に庇から水が流れ出している様子を示す。

金属パイプの位置から、茅の重ね合わせ上下方向を濡らす程度については余り明確ではないが、大きな速度で放出すれば、さらに上下に広範囲に拡散することは予測できる。この実験では厚みが

Fig.5 General concept of injected water flow inside the roof

0.2m程度である。

以上の実験の温度変化を、実験種目毎に一点ずつ追跡してゆくと、定性的ではあるが、全体として、Fig.5の様な基本的な浸透拡散の概念図が出来上がる。

次に以上の実験の写真を一括してFig.6に示す。

### 4. まとめ

(1) 今回の実物実験では、屋根表面の状態、又は散布速度が異なるため、水と濡れ水の浸透状態の良好な比較はできなかったが、浸透量に関する測定では、濡れ水の顕著な浸透性が確認できた。

(2) 棒状放水では、打ち込んだ水は内部に食い込み、Uターンして、その位置から徐々に茅の重ね合わせ方向と垂直な方向に拡散しながら重ね合わせ面に沿って排出される。横方向には余り広がらない。この有効範囲は横幅約1.5m、長さ方向に約4mくらいである。散布後短時間にこの範囲に拡散する。従って棒状放水は、1.5m間隔位で20～60秒位ずつ火災位置の周辺にスポット的に打込めば広く深層部まで浸透して極めて有効といえる。

(3) 穴アキパイプによる放水では、穴の向きにかかわらず、パイプ位置を中心にほぼ重ね合わせ方向に流出する。したがって、全体の鎮圧、消火のためには裏面に近い深い位置の竹製押し鉾に代え、一定間隔に多数埋設すれば全体を濡らすことが出来るので、深部火災も停止させられよう。

### 5. あとがき

本件は初めての実物放水実験であり、屋根の腐敗状態、文化財建物と言う実験上の制約や不慣れな点があり、必ずしも充分な比較ができなかった。しかし棒状放水や濡れ水、穴アキパイプの性能と有効性の程度については確認され、今後、実使用のための対策や、研究に対する方向性について知見が得られた。実際に本物と同サイズの片屋根を製作し、条件を揃えてじっくり実験する機会に恵まれれば、飛躍的におおきな成果が得られるものと考えられるが、なかなか難しい状況である。
(2)

(1)

(3)

(4)

(5)

(6)

### Fig.6 Pictures of the experiments

(1) Thermocouples were buried from back side into the thatch at 7cm interval.

(2) Wet water spray onto the thatched roof.

(3) Solid water onto the thatched roof at the heap up angle.

(4) The solid water opened a trumpet-like mouth.

(5) The perforated steel pipes were buried in different deep places of the thatch.

(6) Water flow out from the inside of the eaves at nearly prolongation of the heap up surface at the perforated pipe.
最後にこの実験は、文化庁の「文化財建造物の防火対策手法に関する調査研究—桧皮葺屋根、茅葺き屋根の防火」の一環として行ったものであり、川崎市立民家園の野呂瀬政夫、大野敏、両研究員、能美防災工業の若手技術者の協力も得て実施したものであることを付記し謝辞としたい。

## 参考文献

1）文化財建造物保護のための総合的防火対策の推進に係わる調査・検討報告書：消防庁、平成9年3月

2）文化財建造物の防火対策手法に関する調査研究—茅葺、桧皮葺及び柿葺屋根の防火—：平成6年度科学研究費補助金（総合研究A）研究成果報告書、研究代表村上處直、平成7年12月
# The Penetration Tests of the Water based Extinguishant and Application Methods for Real Thatched House

(Abstract)

Satoshi Takahashi, Hiroyuki Tamura, Akio Takemoto

Hiroshi Oonishi $ ^{*} $ , Katsuhiko Inagaki $ ^{*} $ , Shuusaku Takada $ ^{*} $

(Received July 21, 2000)

Many of the old cultural heritage buildings have thatched roof, shingle roof or bark roof and these roofs often take fire by flying sparks or fire works from surroundings and said extremely difficult to extinguish due to roof's inherent nature to prevent water.

In this investigation, the effectiveness of water and wet water combined with application methods were tested to make clear their performance quantitatively as well as qualitatively using the real thatched roof.

The solid water stream directly applied at the heap up angle of the thatch proved to penetrate into the deep of the roof.

The wet water spray proved to continue to penetrate while the plain water spray easily saturated the thin layer at the surface.

The perforated steel pipe buried in place of the fixing bamboo pipe could also wet the thatch from inside to the surface.
# 市街地火災時における空中消火の延焼阻止効果に関する研究 一その2 水投下による放射照度の変化ー

岩田 雄策、古積 博、佐藤 晃由、竹元 昭夫、寒河江 幸平、金田 節夫

(平成12年7月28日受理)

1 棟の火災に対して2機のヘリコプターにより一定の時間間隔で散水する空中消火実験において、その効果を評価するために、放射照度の変化及び延焼家屋表面の温度変化の測定を行った。その結果を以下に要約する。

(1) 单数の建物火災において散水によって放射照度は減少した。しかし、崩れ落ちた木材の中で残っていた火炎が散水から約1～3分後には火勢を取り戻したため、放射照度は再び増加した。木材クリブ火災においては、散水が掛かった木材クリブ表面の火炎はほぼ消え、放射照度も大きく減少した。しかし、散水が掛からずに残った火炎が大きくなり、放射照度は再び増加した。従って、散水による火災抑止は散水後に火炎が残る部分があるため、困難なことが判った。

(2) 燃焼家屋の火災からの放射照度が散水によって減少するために、風上に位置する延焼家屋壁面の温度は散水前の温度より低下した。従って、散水には燃焼家屋から風上に位置する延焼家屋への延焼を阻止する効果が認められることが判った。

### 1. はじめに

大震災時においては建物の屋根、外壁及び窓ガラスが一部破損したり、建物全体が倒壊し、また、道路上に多くの障害物が散乱するなどの理由により、大震災後に発生した火災は延焼し易くなる。加えて、地震による通行障害や消防水利の不足が予想されることから、火災が拡大する危険性が高くなる可能性がある。

ヘリコプターを使って散水する空中消火は、機動的であり地上から接近できない場所でも短時間に火災現場に到着して、散水できる利点を持っている。このことから大震災時の市街地火災に対して空中消火の可能性に期待が寄せられている。しかし、ヘリコプターで搬送できる水量は限られることから、市街地火災に対する消火効果には自ずと限界があると考えられる。そこで、本研究において、散水による効果について検討した。

これまでに、空中からの散水による消火・火災抑制等の可能性を検討するための実験が複数棟の火災を対象として行われ $ ^{1,2} $ 、空中消火による複数棟火災の消火が非常に難しいことが明らかになった。そこで、本研究では単数棟火災において火災抑止及び風上方向への延焼阻止を狙って空中消火実験を行ったものである。本報告では、空中消火実験で得られた測定結果の中から、主に放射計
及び熱画像装置による結果を基に考察を行った。

本報告中、火災抑止効果は燃焼区域の火勢を弱める作用の意味で、延焼阻止効果は燃焼区域の拡大を阻止する作用の意味で用いた。

### 2. 実験条件及び方法

実験は平成11年1月に苫小牧東部大規模工業基地（北海道苫小牧市）で実施された。実験場内の気象条件は晴れ、風向は西南西で、平均風速は約9m/sであった。実験概要及び実験条件の詳細については文献3に示されている。本報告は、実験Ⅰ及び実験Ⅱから成り、前者は1棟の建物火災が風上の隣接する建物に延焼する火災を想定して、後者は倒壊して可燃物が露出した家屋の火災を想定している。

### 2.1 模擬家屋の条件及び配置

実験Ⅰにおいて、模擬家屋Aを燃焼家屋とし、模擬家屋Aを延焼家屋とした。両模擬家屋の火災荷重はいずれも130kg/m²とし、屋根はトタン葺きとした。模擬家屋Aは模擬家屋Aから5m西側に配置した。模擬家屋Aの大きさは7.2m×7.2m、高さ3mととし、模擬家屋Aの大きさは7.2m×3.6m、高さ3mとした。模擬家屋Aと模擬家屋Aの間には可燃物として木材の廃材を配置し延焼媒体とした。延焼媒体の幅は0.9mで、南北に2列配置した。火災荷重は北側の延焼媒体で30kg/m²、南側の延焼媒体で100kg/m²とした。

実験Ⅱにおいて、木材クリブを用いて実験を行った。木材クリブの大きさは、7.2m×7.2m、高さ0.3mとした。

### 2.2 ヘリコプターの機種及び水の投下方法

出動したヘリコプターは以下の2機である。

1）北海道防災航空隊（ベル412EP）

## 2 ）札幌市消防局（ベル412）

実験Ⅰでは30分間に15回、実験Ⅱでは10分間に6回の散水をほぼ等しい時間間隔で行った。全ての散水はバケットを用いて行った。1回の水の投下量は全て900ヒであった。散水時の飛行高度は、実験Ⅰでは21.3m～45.7mの範囲であり、実験Ⅱでは21.3m～24.4mの範囲であった。散水時の飛行速度は、実験Ⅰでは7.7m/s～10.3m/sの範囲であり、実験Ⅱではホバリングの状態から10.3m/sの範囲であった。

### 2.3 放射計等の配置

散水による消火効果を正確に評価するためには、火炎の放射発散度の変化を用いるべきであるが、本報告では放射計の設置位置における放射照度の変化を測定することにより代行した。

実験Ⅰにおいて散水による放射照度の変化から火災抑止効果について調べるため、Fig.1のように模擬家屋Aから、北、東及び南の方向に20m離れた位置に3台の放射計を配置した。また、模擬家屋Aの前に2台の放射計をP₁及びP₂の位置に配置した。

実験Ⅱにおいて実験Ⅰと同様の目的で放射照度の測定を行うため、木材クリブから北、南及び西の方向に20m離れた位置に3台の放射計を配置した。

両実験において、放射計の受熱面の方向は最大受熱量が得られるように火災の中心に向けて設定した。P₁及びP₂の位置に設置した放射計の受熱面は模擬家屋Aに平行になるように設定した。放射計は三脚を用いて高さ約1.2mの位置に固定した。放射計からの出力はデータロガーを経て、毎秒1回の取り込み速度でパーソナルコンピューターに記録した。

また、実験Ⅰにおいて散水による延焼阻止効果

Fig.1 Arrangement of houses, radiometers and a thermal camera in experiment I.
を調べるために、熱画像装置 [日本アビオニクス(株)TVS-100] を模擬家屋A'から北東側約26mの距離に設置し模擬家屋A'の東壁面の温度変化を測定した。

### 2.4 点火方法

実験Ⅰでは模擬家屋A内の北西隅の床上に置かれた可燃物表面を出火点とし、点火はアルコールを染み込ませた布切れを置き、点火棒を用いて行った。実験Ⅱではアルコールを染み込ませた布をクリブ表面のほぼ全域に敷いた後、点火棒を用いて点火しクリブ表面の全域をほぼ同時に燃焼させた。

### 3. 結果及び考察

### 3.1 放射照度の測定結果

実験Ⅰ及び実験Ⅱにおける各地点での放射照度の時間変化をそれぞれFig.2及びFig.3に示す。図中、原点は点火開始時間、横軸は経過時間を示す。また、縦軸は放射照度を示し、▼はヘリコプターから散水が行われた時点を、数字は飛行番号を示す。実験Ⅰ及び実験Ⅱにおいて投下された水の散布範囲をFig.4及びFig.5に示す。

文献3において、実験Ⅰにおける模擬家屋Aの火災の進展状況は火勢と火炎温度から判断して次のように分類されている。それによると、火災の拡大期は点火後1分から5分頃、火災の最盛期は5分

Fig.2 Time history of irradiance in experiment I. The triangle indicates the time of scatter beginning.

から19分頃、火災の減衰期は19分以降としている。模擬家屋Aの屋根が残っていたのは点火から約17分頃までであった。

実験Ⅰにおいて火災の拡大期に散水が行われなかったことや飛行番号1～3がA棟に命中しなかったことから、Fig.2に示す放射照度は点火後約10分までは時間とともに増加した。その後、散水が火災に命中した場合には、散水後に放射照度の減少が見られた。これは散水により火勢が弱まったことによって、火災からの放射熱が減少したためである。北側の位置では全ての散水で散水後の値は散水前の放射照度を下回った。それに対して、P1の位置では飛行番号4、6、7及び13において散水後の放射照度は、次回の散水までに散水前の値を上回った。このことは火災区域に散水が行われても、十分に火災が抑止されなかったことを示している。また、最後の散水（飛行番号15）の終了後には目視観測によると、崩れ落ちた木材の中で散水後も残っていた火炎が、散水終了後に大きくなっていったことが観察された。その結果、放射照度は徐々に増加していった。

実験Ⅱにおいては全ての散水がクリブに対して命中した。Fig.3から飛行番号1では南、西及び北の3方向とも放射照度の急激な減少があったことが判る。なお、Fig.3の飛行番号2直後において北

Fig.3 Time history of irradiance in experiment II. The triangle indicates the time of scatter beginning.
(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

∴

(6)

Direction of flight

(7)

(8)

(9)

(10)

(ii)

(12)

(13)

(14)

(15)

Fig.4 Scattered region for each flight in experiment I. The numerical value in parentheses shows the flight number.
側に設置した放射計の出力値がほとんど零になっているのは、放射計が飛行番号2の散水時に倒れ、約2分後立て直したためである。散水後に放射照度は3方向とも同じ傾向で急激に減少した。目視観測によると散水後に火炎が一時的に木材クリブの表面からほぼ消えたが、散水が掛からなかった部分から火炎が大きくなったことが観察された。その結果、再び放射照度は増加した。

### 3.2 散水による放射照度の減少

ヘリコプターからの各散水による放射照度の変化の比較を行うために、放射照度の低減率 $ \lambda $ を次式で定義した $ ^{2)} $ 。

Fig.5 Scattered region for each flight in experiment II.

The numerical value in parentheses shows the flight number.

$$ \lambda=(q_{av})_{after}\ne/(q_{av})_{before}\times100 $$

ここで、 $ q_{av} $ beforeは、散水前30秒間の放射照度の平均値であり、 $ q_{av} $ afterは、散水後30秒間の放射照度の平均値である。Fig.6に散水とそれに伴う放射照度の変化を模式的に示した。

λが100%より小さいほど放射照度が減少したことを示し、散水によって火災抑止効果があったと見なすことができる。投下された水が模擬家屋A全体に命中しない場合もあったので、各放射計ごとにλを計算した。実験Ⅰにおける北、東、南の放射計でのλをFig.7に示す。飛行番号4から13において、λは全ての放射計で減少した。散水が燃焼区域に命中すると放射照度の減少が見られたこと

Fig.6 Schematic illustration of change of irradiance and recovery time.

Fig.7 Change rate of irradiance, $ \lambda $ , in each flight in experiment I.
を示している。また、火災の減衰期の散水である飛行番号9から13において放射計によって入が異なった。散水が燃焼区域に命中しても、部分的に木材内部の火炎を乱し、その結果、放射照度が大きくなったことが理由である。

λの平均値は各散水ごとの散水後に生じた放射照度の変化を比較するための指標となると考えられる。全ての散水の中で飛行番号10の時に、北、東及び南の位置の平均低減率は最小となり、47%であった。また、飛行番号10におけるP₁及びP₂の位置での平均低減率は42%であった。この理由は火災の減衰期であったことや飛行番号10において、投下された水が模擬家屋Aに十分に散布されたためである（Fig.4参照）。なお、東京都八王子市で1998年に行われた複数棟火災の空中消火実験では平均低減率の最小値は55%であった $ ^{4)} $ 。

実験Ⅱにおける南、西及び北の放射計でのλをFig.8に示す。飛行番号1において火炎が一時的に木材クリブ表面からほぼ消え、λが大きく減少した。放射照度の測定結果は飛行番号2の散水前には木材クリブ表面の火炎が弱まっていたことを示している。クリブ表面の火勢が弱まった((qav)beforeが小さかった)ため、飛行番号2によるλの減少は小さかった。同様の理由で、飛行番号4におけるλは、飛行番号3のものと比較して減少しなかった。

Fig.8 Change rate of irradiance, $ \lambda $ , in each flight in experiment II.

### 3.3 散水後の放射照度の時間変化

実験Ⅰにおいて、各散水ごとの放射照度が極小値に至るまでの平均値を求めたところ、散水開始から約10秒間で放射照度は極小値となった。その後、時間の経過と共に放射照度は再び増加していった。散水による火災抑止効果を論じるためには、放射照度の減少量の他に、放射照度が再び増加していく時間も考慮に入れる必要がある。そこで、次のような「復帰時間」を定義した（Fig.6）。

復帰時間：散水後の放射照度が散水前の値に戻る

までの時間(s)とする。ただし、散水前

の放射照度に戻らない場合は、散水後

の放射照度が、次の散水までに極大値に達するまでの時間(s)とする。

従って、復帰時間が長いほど散水による火災抑止効果が大きいことを示す。

実験Ⅰにおける $ P_{1} $ の位置での放射照度の時間変化から求めた「復帰時間」をFig.9に示した。飛行番号1、2、3、14及び15の散水が模擬家屋A及び模擬家屋Aに命中しなかったので、それらの場合を除いた。「復帰時間」は火災の最盛期には短く、火災の減衰期には長くなる傾向となった。飛行番号10以降の「復帰時間」が長い理由については、模擬家屋Aの壁及び上部が燃え尽きた状態であった火災の減衰期に散水が行われたためである。

### 3.4 延焼家屋の表面温度の変化

実験Ⅰの散水終了後に模擬家屋Aはほぼ燃え尽きたが、模擬家屋Aには延焼しなかった。目視観測

Fig.9 Recovery time measured at P1 in experiment I.
によると散水終了後に南側延焼媒体の北側において火災が風上側へ約0.2m延焼していたことが観察された。Fig.10に示す模擬家屋A壁面のA～D点について、測定された熱画像データから放射率を1と仮定して温度を求めた。C点はP₁に設置した放射計の位置に相当する。実験Ⅰにおける模擬家屋Aの壁面温度の時間変化をFig.11に示す。図中、原点は点火開始時間、横軸は経過時間を示す。また、縦軸は壁面温度を示し、▼はヘリコプターから散水が行われたことを、数字は飛行番号を示す。各測定点での壁面温度は点火10分で最高温度（D点において約300℃）に達した。火災の最盛期に行われた飛行番号5及び7において模擬家屋Aの壁面温度は大きく低下した。それに対して、火災の減衰期の表面温度の低下は火災の最盛期の低下に比較して小さかった。また、飛行番号1におけるB点における温度低下は、霧状になった水がわずかに模擬家屋Aに掛かったためであった。

全ての散水において、散水によって低下した壁面温度は、散水後に上昇したものの散水前の値より低くなった。模擬家屋Aが風上にあったことや屋根に庇があったために、投下された水は模擬家屋Aの壁にほとんど掛からなかったと考えられる。従って、壁面温度の低下は散水によって火災からの放射照度が減少したためである。火災の減衰期において散水が行われている間は、壁面温度は低下傾向にあったが、散水終了後には放射照度が増加したため再び上昇した。

Fig.10 Temperature measurement points of house A $ ^{1} $ .

### 4. 結論

ヘリコプターによる空中消火実験において、1棟の火災に対して2機のヘリコプターにより、火災の初期段階から一定時間間隔で水を投下した。散水による効果を評価するために、散水直後における放射照度の変化及び延焼家屋表面の温度変化の測定を行った。その結果を以下に要約する。

(1) 单数の建物火災において散水によって放射照度は減少した。しかし、崩れ落ちた木材の中で残っていた火炎が散水から約1～3分後には火勢を取り戻したため、放射照度は再び増加した。木材クリブ火災においては、散水によって木材クリブ表面の火炎はほぼ消え、放射照度も大きく減少した。しかし、散水が掛からずに残った火炎が大きくなり、放射照度は再び増加した。従って、散水による火災抑止は、散水後に火炎が残る部分があるため、困難なことが判った。

(2) 燃焼家屋の火災からの放射照度が散水によって減少するために、風上に位置する延焼家屋壁面の温度は散水前の温度より低下した。従って、散水には燃焼家屋から風上に位置する延焼家屋への延焼を阻止する効果が認められることが判った。

Fig.11 Time history of surface temperature on the wall of house A' in experiment I. The triangle indicates the time of scatter beginning.
## 謝 辞

空中消火実験の実施に際して、北海道総務部防災消防課防災航空室、苫小牧市消防本部、胆振東部消防組合消防本部、札幌市消防局、仙台市消防局、東京消防庁の協力を得ました。ここに記して謝意を表します。

## 参考文献

1）古積博、昆文雄、須川修身、岩田雄策：市街地火災空中消火実験一その2火災性状一、日本火災学会研究発表会概要集、p.60(1997)

2）竹元昭夫、山下邦博、佐藤晃由、古積博、寒河江幸平、金田節夫、岩田雄策：市街地火災時における空中消火の延焼阻止効果に関する研究一その1複数棟火災の風上への延焼阻止一、消防研究所報告、No.88, p.64(1999)

3）自治省消防研究所：市街地火災時の空中消火による延焼阻止効果に関する研究報告書(1999.3)

4）自治省消防研究所：市街地火災時の空中消火による延焼阻止効果に関する研究報告書(1998.3)
# Fire Suppression and Control by Aerial Fire Fighting against Urban Fire —Part 2 Change of Radiation by Water Drop—

(Abstract)

Yusaku Iwata, Hiroshi Koseki, Kohyu Satoh, Akio Takemoto, Kohei Sagae, Setsuo Kaneda

(Received July 28, 2000)

When a large earthquake happens in a major city, huge amount of fires may occur and expand. If a hydrant using water supply system is destroyed and fire fighting is restricted by traffic obstacles, aerial fire fighting by helicopters may be considered as one of the measures to cope with serious situation. Therefore, it is important to study applicability of aerial fire fighting.

A large scale experiment was conducted for the purpose of investigating applicability of fire suppression and control by aerial fire fighting using helicopters against urban fires. Water was dropped to a fire of one house in a constant interval by two helicopters. Fire suppression and control were discussed on the basis of the measurement data of radiative heat flux and the temperature on the surface of the adjoined house after water drop.

The results are as follows:

(1) In an experiment of a fire of one house, radiative heat flux decreased temporarily after water drop. However it restored the value before water drop in a few minutes in many cases. In an experiment of a fire of wooden crib, the fire on the surface of wooden crib was suppressed. However a part of fire was left in wooden crib after water drop and expanded. Radiative heat flux increased again. Therefore it was difficult to suppress the whole fire perfectly by water drop.

(2) Surface temperature on the adjoined house wall, which was measured by a thermal camera, decreased temporarily when water drop hit the burning area, but did not restore. Therefore water drop had the effect on cooling the surface temperature of the adjoined house wall and preventing the fire spread from the burning area to the adjoined house wall.
# 統計分析に基づく室内温度異常の識別

河関 大祐、高梨 健一、松原 美之

(平成12年8月8日受理)

多変量分析を用いて建物の室内温度異常の判定を行う手法の検討を行った。本手法では室内の状況が正常な状況からどの程度異なるかをマハラノビス距離によって評価する。室温変化の測定およびその分散、平均、標準偏差等の統計的特性を求めて本手法の火災感知への適用可能性を検討した。

### 1. はじめに

火災感知性能の向上に関する研究では感知器の高感度化と非火災報の低減という相反する目標が要求される。火災のみに生じる現象を検知できるセンサーが開発できれば火災感知システムの大幅な性能向上が可能になると予想されるが、現在のところそのようなセンサーの実現性は低い。そのため、既存のセンサーの火災感知アルゴリズムの改善による火災感知の高感度化と非火災報の低減を試みることとした。

現在実際に使用されている、差動式熱感知器、定温式熱感知器および煙感知器による火災感知システムの多くは、感知器の観測値があらかじめ定めた閾値に達することで警報する方法を用いている。このようなシステムを用いる場合、あらかじめ定めた閾値が適切であることが重要である。また、近年登場してきた人工知能型の火災感知システム $ ^{1,2,3} $ においても設置に先立って各種のパラメータを決定する必要がある点で同様の問題を有している。このように、現在の火災感知システムはシステムが設置された空間の異常状態に反応するのではなく、あるモデル化した部屋の温度、煙濃度、あるいは、その時間変化に対応して予め定めた異常値を閾値としてそれに反応するシステムであると言える。このため、閾値を低く設定すれば火災感知の感度が高まる一方で非火災報の発生が多くなり、閾値を高く設定すれば非火災報の発

Fig.1 Normal and abnormal state regeons for room A and B
生が抑えられる一方で警報の遅れや失報の危険性が増すこととなる。従って、最適な閾値を算出するアルゴリズムは火災感知システムの性能向上の重要な課題となっている。

我々は様々な部屋に対して同じ閾値で火災判定することが現在の火災感知の重大な欠陥の1つであると考えた。

Fig.1は火災監視対象である2部屋の温度や煙濃等の火災感知に関係する情報が異なる様子を示す図である。この図で例えば、部屋Aまたは部屋Bが平常な状態の領域は部屋Aのみが平常な状況の領域より大きくなる。様々な部屋で同じ閾値を用いる場合、非火災報の発生を抑制するために、閾値を高く設定することとなり、感知器を設置したすべての部屋の最適な閾値と異なることとなる。また、通常より室温や煙濃度が高い傾向にある部屋に通常の環境用に調整された感知システムを設置すると非火災報が多発することとなる。

仮に、感知器ごとにその設置場所に最適な閾値が設定できれば現在の火災感知システムにくらべて優れたシステムが実現できる。

本報告ではまず、感知器を設置した後、一定期間の観測データを統計分析し、平常状態と異常状態を識別するための閾値を、設置環境に応じて自動的に設定する方法について述べる。次に、実際の室温観測データによる適用例を示す。

### 2. 平常状態と異常状態の識別

ある場所で発生確率が非常に低い事象が現れた時、それを異常状態と識別して警報を発することは妥当であると言える。そこで、発生確率が非常に低い事象を異常状態として判定する方法に統計分析手法を適用した。統計理論によると、発生確率が正規分布 $ ^{4} $ を示す事象において、事象 $ x^{j} $ が $ x_{0} $ 以上となる確率は次式(1)で表わされる。

$$ \mathrm{P}(x_{0})=\frac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}}\int_{x_{0}}^{\infty}\exp\left(\frac{(x-m)^{2}}{2\sigma^{2}}\right)dx $$

ここで、mは平均、 $ \sigma $ は標準偏差を示す。

Table 1に(1)式の標準化正規分布での計算例を示す。この表から例えば、平均から3σ以上離れた値を示す事象の発生確率は0.14%以下であることがわかる。このように、確率分布が正規分布であり、その平均と標準偏差が得られれば或る値xが閾値 $ x_{0} $ 以上である確率を計算することができる。このことは、異常状態が、非常に希な現象あるいは異常な状態と見なされる状況の発生確率によって定義されるならば、統計的手法によって適切な閾値が求められることになる。

正規分布の特性として、平均値からの偏差は標準偏差で正規化可能である。このように正規化した偏差は特異の程度を表す正規化距離として扱うことができる。この方法は統計理論にもとづく判

$$ P(u)=\int_{u}^{\infty}\frac{1}{\sqrt{2\pi}}e^{-\frac{x^{2}}{2}}dx $$

u	P(u)	u	P(u)
1	0.158655	6	0.0986588
2	0.0227501	7	0.01127981
3	0.02134960	8	0.015622096
4	0.04316712	9	0.018112859
5	0.06286652	10	0.02761985

Table 1 Upper Probability Integrals of the Normal Distribution
別分析手法として知られている。我々は、この手法を火災判断の手法に導入することを試みた。なお、この手法の導入にあたっては、室温と外気温、室温と煙濃度等の多要素のデータに適用可能とするために、上述の正規化距離を1変数の分布から多変数の分布に拡張したところのマハラノビス距離D（式(2)参照）を用いることとした。

$$ [D]^{2}=(x\mathrm{-}m)^{\mathrm{T}}\mathrm{S}^{-1}(x\mathrm{-}m) $$

ここに、Sは共分散行列、xは変数（ベクトル量）、mは平均（ベクトル量）、 $ (x-m)^{\mathrm{T}} $ は $ (x-m) $ の転置行列である。

このマハラノビス距離は変数間の相関関係を勘案している。例えば、オフィスルームでは集中管理方式の空調が行われる場合が多く各部屋の温度は強い相関関係があるのが通常である。Fig.2(a)は室温が強い相関関係がある部屋の場合であり、Fig.2(b)は弱い相関関係にある場合を示す例である。Fig.2(a)の場合では、部屋1の室温が30℃であり、部屋2の室温も30℃であれば異常ではないが、部屋1の室温が30℃の時に部屋2の室温が

Fig.2 Ordinates of 2 variables Normal Distribution

25℃であれば異常であると見なしうるというように用いることができる。一方、Fig.2(b)の場合では部屋1の室温が30℃の時に部屋2の室温が25℃であっても異常とは見なされない。このように観測値が相互に相関関係を示す場合、この相関関係を勘案することで平常状態と異常状態をより良く判別することができる。ある状況に対するマハラノビス距離の算出に必要な情報は平均値と共分散であり、これらは観測データから得られる。また、その観測期間を統計的に安定でシステムを設置した環境の変化に順応できる時間にすれば環境に順応した火災感知システムが構築できる。

### 3. 室温の統計的特性

前項で示したとおり、観測値が正規分布する場合、異常状態の判別にマハラノビス距離が使用できる。この手法を火災感知に適用する場合、感知器から得られる観測データの統計的特性を確認する必要がある。そこで、空調機を使用しない部屋（部屋A）と空調機を使用した部屋（部屋B）の2部屋で連続的に室温測定を行った。温度測定はK型熱電対（シースレス、線径0.32mm♦）を天井面直下に設置し、パーソナルコンピュータにデータを収録した。収録の時間間隔は自動火災報知設備

Fig.3 Temperature history of room A
に準じて1秒とした。Fig.3は部屋Aにおける9日間の室温の時間変化を示す。部屋Aの大きさは高さ、幅、奥行がそれぞれ2.4m、3.5m、2.6mであり室温計測期間中は無人状態であり、空調機は使用しなかった。Fig.3では室温の上昇と下降が日周期で現れる様子がわかる。またFig.4に部屋Aの室温の頻度分布を示す。また観測値から得られた平均値と標準偏差から算出した正規分布曲線を同図上に実線で示す。Fig.4により、空調機を使用しない部屋の室温は概ね正規分布を示すと言える。Fig.5は部屋Aにおける1秒あたりの室温変化の頻度分布を示す。また、観測値から得られた平均値と標準偏差から算出した正規分布曲線を同図上に実線で示す。この図では室温の変化は正規分布曲線との比較して平均値付近に集中しているが右端付近は概ね正規分布するものとして扱える。

Fig.6は部屋Bにおける21日間の室温の時間変化を示す。部屋Bの大きさは高さ、幅、奥行がそれぞれ2.6m、5.6m、11mであり昼間は2～3人が在室し、空調機を使用する状態であった。Fig.6では昼間に空調機の影響が鮮明に現れている。実際のオフィスの室温もこのような変化を示すものと思われる。Fig.7に部屋Bの室温の頻度分布を示す。またFig.8に部屋Bにおける1秒あたりの室温変化の頻度分布を示す。Fig.7、Fig.8内の実線は観測値から得られた平均値と標準偏差から求めた正規

Fig.4 Frequency distribution of temperature in Room A (Solid line is calculated by observed data)

分布曲線である。空調機を使用した部屋の室温の頻度分布の顕著な特徴はFig.7において2カ所にピークが生じていることである。また、この分布を正規分布として計算すると30℃以上で過大評価となるがこれは異常状態の判定に対して安全側に作用するため正規分布として扱った。1秒あたりの温度変化の頻度分布はFig.8に示すように概ね正規分布であると言える。

### 4. 考察

温度データと温度変化データそれぞれから異常状態判定の閾値を算出した。なお、ここでは温度データと温度変化データを1変数とするためマハラノビスの距離Dは平均値からの偏差と等価である。

Table 1から、平均値mより標準偏差5σを超える温度の出現確率は2.86×10^{-7}であることがわかる。すなわち、非火災報が2.86×10^{-7}の確率で発生することが容認できるならば感知器の閾値はm+5σ

Fig.5 Frequency distribution of the rate of temperature change in room A (Solid line is calculated by observed data)
に設定することができることとなる。この設定を部屋Aに適用すると火災判定の室温と温度上昇率の閾値は38.9℃（ $ m=30.69^{\circ}C $ ， $ \sigma=1.65^{\circ}C $ ）、0.17℃/秒（ $ m=8.45\times10^{-8}^{\circ}C/ $ 秒， $ \sigma=0.034^{\circ}C/ $ 秒）となる。また部屋Bの火災判定の室温と温度上昇率の閾値は34.8℃（ $ m=27.55^{\circ}C $ ， $ \sigma=1.45^{\circ}C $ ）、0.06℃/秒（ $ m=-1.40\times10^{-6}^{\circ}C/ $ 秒， $ \sigma=0.012^{\circ}C/ $ 秒）となる。この方法により容認される非火災報の発生確率を与えればそれに対応する閾値が計算できる。また、1戸あたりの火災発生確率が $ 10^{-3} $ （回／年）程度である $ ^{5)} $ ことから感知器から得られる日々の観測データは平常時のデータとして扱うことができる。

Fig.6 Temperature history of room B

Fig.7 Frequency distribution of temperature in Room B (Solid line is calculated by observed data)

部屋の閾値の算出は各部屋の平均値と標準偏差から求めるため、観測データを一定期間蓄積すれば単純な算術計算で得られる。蓄積期間が短いと観測データの量が統計的扱いに適さない可能性がある。しかし、蓄積期間を制限することで、定期的に統計パラメータが更新され、季節的变化や火災感知域の用途変化などに対する順応性を有した火災感知システムを構築することができる。

最適なデータ蓄積期間の決定方法は今後の検討課題である。また、この手法を式(2)によって多変数の分布に適用できることは示したがどの種類の変数の組み合わせが妥当であるかについては別途検討が必要である。近年、複合型の火災センサーの実用化が進んでおりそのセンサーから得られる煙濃度や温度、更にはその時間変化量などの組み合わせが有望である。また、異なる部屋のデータの組み合わせも考えられる。

### 5 \. 結論

本報告ではまず、統計理論に基づいて異常状態を識別する手法を示した。この手法がこれまでの

Fig.8 Frequency distribution of the rate of temperature change in room B (Solid line is calculated by observed data)
類似の手法 $ ^{6.7)} $ と異なる主な点は、火災監視中の最新データから一定期間遡った間のデータを使用する点であり、これにより火災判断に順応性を持たせることができる。次に、空調機を使用しない部屋と使用した部屋での室温測定を行い、室温および1秒当たりの温度上昇値が概ね正規分布するもの見なされることを見出し、統計理論に基づく異常状態の識別手法に適用した。

今後、平均値および標準偏差を得るのに適したデータ蓄積期間の決定方法と種類の異なるデータを適用する場合の適切な組合わせを見出すことが必要である。また、本報告で正規分布すると見なした室温の統計的特性の検定や火災感知システムとしての性能の検証については長期のフィールド実験による研究が必要である。

## 参考文献

1) S.Nakanishi, J.Nomura et. al.: “Intelligent F Warning System using Fuzzy Technology”, Proc. of AUBE’95, pp.203-212 (1995)

2) J. Milke: “Application of Neural Networks Discriminating Fire Detectors”, Proc. of AUBE’95, pp. 213-222 (1995)

3) D.Kozeki, K.Sato et al.: “Study of Evacuat Assisting System Incorporated with Intelligent Fire Detection System”, Proc. INTERFLAM ’96, pp.731-740 (1996)

4）山内二郎 編：“統計数値表 JSA1972”、日規格協会 (1972)

5）朴哲也、辻本誠：“データベースを用い火災危険の算定”、日本火災学会研究発表概要集、pp.1-4 (1989)

6）鴨下隆志、田端和人、岡野晴敏、高橋和仁矢野 宏：“マハラノビス距離による多次元情報システムの最適化”、品質工学 4、pp.54-68 (1996)

7) H.Tammet: “A Multidimensional Adapt Algorithm for Fire Detection”, Proc. of AUBE '95, pp.193-202 (1995)
# Discrimination of In-Ordinal State in Room Temperature Based on Statistical Analysis

(Abstract)

Daisuke Kozeki, Ken-ichi Takanashi, and Yoshiyuki Matsubara

(Received August 8, 2000)

An approach to determine the in-ordinal condition of a room, which is based on multi variable analysis, is proposed. According to this approach, the distance of abnormal state from the ordinal condition is thought to be classified by the Mahalanobis' distance. The temperature changes in a room were measured and their statistical characteristics such as distribution type, the mean value and the standard deviation are studied. The applicability of the method for the fire detection is also investigated.
# 所外発表論文

目次

Lower and Upper Flash Points of Flammable Liquids with Flame-suppressing Agents

Y. Iwata, H. Koseki, and K. Hasegawa ..... 53

Tomakomai Large Scale Crude Oil Fire Experiments

H. Koseki, Y. Iwata, Y. Natsume, T. Takahashi, and T. Hirano ..... 71

ナトリウム火災の燃焼と消火

斎藤 直、廖 赤虹、鶴田 俊 …… 86
# Articles of Staff of NRIFD Published by Outside Organizations Contents

Lower and Upper Flash Points of Flammable Liquids with Flame-suppressing Agents

Y. Iwata, H. Koseki, and K. Hasegawa ..... 53

Tomakomai Large Scale Crude Oil Fire Experiments

H. Koseki, Y. Iwata, Y. Natsume, T. Takahashi, and T. Hirano ..... 71

Combustion and Extinguishment of Sodium Fire

N. Saito, C. Liao, and T. Tsuruda ..... 87
消防研究所报告___

通 卷 90 号

平成12年9月29日発行

编 集 行 自治省 消防厅 消防研究所

東京都三鷹市中原3丁目14番1号

電話（0422）44-8331（代表）
内閣府所管(金融庁)

平成29年度概算要求定員表

(单位:人)

区 分	28年度末定 員	29年度要求人員增△减