平成22年版 消防白書

1 消防防災に関する研究

(1)主な研究紹介

地球環境や社会環境、さらには技術環境の変化が、これまでの経験だけでは対処しきれないような新しい火災や災害を増大させる状況にある。こうした状況にあって、消防防災に関する科学技術への期待は飛躍的に増大している。この期待に応えるために、消防研究センターでは災害の動向と安全のニーズの把握を心掛け、被害の軽減に資するために、消防防災に関する研究プロジェクトとして以下に示す5項目の研究を行っている。

ア 過密都市空間における火災に対する安全確保

現代の都市の火災安全確保のためには、「大規模建物の火災」と「地震時の木造密集市街地の火災」という二つの大きな問題がある。
地下街路と高層ビルが一体化した空間や都市部の長大な地下トンネル空間、地中に埋設された設備・情報幹線など、大規模で複雑な建物が急増するなか、「大規模建物の火災」に関する研究の必要性が高まっている。このような大規模建物でひとたび火災が発生すると、建物内の人を円滑に避難させることや、消防隊員等が救助・消火活動及び安全確保を円滑かつ効果的に実施することが、従来からの知識や経験だけでは困難になると予測される。大規模建物内における火災の進展等を予測して効果的な消防活動を可能とすることは、重要な課題である。本研究では、大規模な火災が発生した時に消防隊員等が迅速かつ安全に消防活動を実施できるよう、火災の性状を予測できる支援ツールの開発を目指している。
また、近い将来の発生が予測されている首都直下地震では、延焼火災によるものだけでも6千人以上の死者が発生すると中央防災会議によって予測されている。「地震時の木造密集市街地の火災」において、特に多くの人的・物的被害を発生させる火災旋風が発生する危険性が従来から指摘されており、被害軽減のためにも、火災旋風の発生メカニズムについての研究を行うこととしている。

(1)火災実験データベースの構築と整備
「大規模建物の火災」をシミュレーションにより予測するには、各種の可燃物を様々な条件の下に燃焼させて熱や生成ガスの濃度を取得する必要があることから、各種火災実験を行いデータベースを構築している。
平成21年6月に神戸市で発生した倉庫火災では、使用されていた発泡プラスチック断熱材が燃焼時に大量の煙を発生させ、また延焼拡大が非常に速かったため、消防職員1名が殉職することとなった。このような発泡プラスチック断熱材は近年多くの建物で利用されていることから、発泡プラスチック断熱材燃焼時の熱・煙・燃え広がりについてデータを取得した。
また、家具などの大型可燃物が燃えた時に発生する熱や生成ガスの濃度を測定するために必要な国内最大級の移動型ファーニチャーカロリメータ装置を完成させ、実験環境を整えた。
(2)消防活動支援のための火災進展等の予測手法の開発
「大規模建物の火災」の性状を予測するモデルの計算上の妥当性、安定性を検証するためにケーススタディを実施し、シミュレーションプログラムの修正を行った。また、東京、横浜、京都の消防機関において消防職員による試用調査を実施し、消防活動の教育にも今後使える可能性が高いとの評価を得るとともに、今後の改良点として、熱・煙の流動性等の燃焼モデルに火災拡大過程を盛り込むことや放水等による消火効果を盛り込むことが必要であるといった意見を得た。
(3)横風中の火災域風下に発生する旋風の構造と発生メカニズムに関する研究
大正12年(1923年)関東地震での多数の使者をもたらした要因の一つである火災旋風については、大規模な「地震時の木造密集市街地の火災」が起きた時に発生する現象の中でも、特に解明が進んでいない現象である。火災旋風と呼ばれる現象の中でも、「横風が吹く状況において火災の風下側に発生する旋風」は発生の報告が多く、早急な解明を必要としている。平成20年度に横風で傾いた火炎からの上昇気流が互いに逆回転する渦の対となった後で旋風となって流れ出すことを実験的に明らかにしており、平成21年度は、この渦対の発生メカニズムを数値シミュレーションによって調べ、熱源の側面に発生する渦が成長して渦対を作り出していることなどを突き止めた。

イ 化学物質の火災爆発防止と消火

現代社会で使用されている化学物質の数は膨大で、かつ、バイオマス燃料など新規に開発された化学物質も続々と登場している。この研究では、化学物質等の火災を予防するための危険性評価法、安全管理技術、消火技術等の開発を目的として研究を行っている。
一般に、化学物質の危険性は、反応時の発熱量とその温度依存性に支配されている。そこで本研究では、高度な各種熱分析・熱量計技術を用いてこれらの情報を適正に把握し、化学物質の安全管理に重要な情報である「熱安定性」、「反応の激しさ」、「発火性」、「混合危険性」及び「発生するガスの毒性」を含めて総合的に把握する危険性評価法について研究開発することとしている。
さらに、化学物質のタンク火災が発生した場合に備えて、泡の放射試験及び小規模な液面燃焼での泡消火試験から、定性的な泡放射特性と各種泡消火剤の消火性能を調べ、その結果を基にタンク全面火災に対するより効果的な消火方法について研究することとしている。

1)化学物質等の危険性を把握するための研究
ゴム等の高分子材料の合成に使用される有機過酸化物であるDTBP(Di‐tert‐butyl peroxide:ジ ターシャル ブチル パーオキサイド)の熱分解に関する危険性について検討し、急激な温度変化が発生する以前に分解生成物の濃度が急激に上昇する現象が存在し、その把握が危険性評価に有効であることを示した。
また、化学物質の混合による危険性評価の一環としてマグネシウム粉と水との反応及び空気中での発熱について検討し、いずれも発熱量、発熱速度が小さいことを明らかにした。
2)廃棄物、リサイクル物及びその処理施設の火災安全技術に関する研究
廃棄物及びその処理施設における危険性を把握するために、原因調査を行うとともに原因物質について実験的調査を行った。その結果、鉛蓄電池は用いられている希硫酸が金属と反応し発熱すること、リチウム電池及びリチウムイオン電池は電解液の熱分析結果から火災危険性を有すること、コピー等に用いられるトナーカートリッジ粉に一定の粉じん爆発危険性があることを示した。
また、木材チップ等に含まれる植物性脂肪酸の発火機構におけるヨウ素価等との関係を調べ、その結果からバイオディーゼルにも自然発火の可能性があることを示したほか、鶏糞やRDF(生ゴミ等から製造した燃料)は水分が混入することにより危険性が高まることが判った。
その他、石炭、プラスチック、セルロースがバイオマス燃料等の危険性評価の基準物質になりうる可能性があること、評価基準として発熱発火性状、ガスの発生量が重要であることを示した。
3)化学物質の消火に関する研究
泡消火剤の性状による消火性能の違いを定量化するために、泡性状を制御できるノズルと小規模プール燃焼消火実験装置を開発し、消火実験を行った。平成21年度は、発泡倍率を一定にして、保水性の違いが消火特性に与える影響について研究を行い、放射熱及び発熱速度を低減できる最低限の泡を供給した場合には、泡消火剤の種類と保水性が大きな影響を与えることが明らかとなった。
また、大容量泡放水砲による泡放射のシミュレーションを開発する前段階として、水を放射した場合のシミュレーションを高度化するとともに、小規模泡放射実験を実施してデータの取得を行った。
さらに、従来から大容量泡放射システムを用いて泡を投入する場合に、火災に伴う上昇気流によって泡の投入損失が発生することが危惧されていたが、小規模ランク火災実験を行って周囲の気流の流れを解析した結果、投入効率にあまり影響しない可能性があることが判った。
また、近年港湾施設等で頻発している金属スクラップ堆積物火災について、消火困難性の要因と有効な消火技術に求められる要点を検討し、効率的に消火できる技術の開発を目的として、金属スクラップ堆積物模型火災の消火実験を行った。その結果、消火剤が火源に到達しなくとも、堆積物全体を泡で被覆することによって空気の供給を遮断する消火手法が有効であることが示唆された。
その他、微細な水粒子を用いて消火を行った場合、粒子の大きさが消炎効果に及ぼす影響について実験的検討を行った。

ウ 石油タンクの地震防災と経年劣化対策

石油タンクに代表される危険物施設の安全確保には、二つの大きな課題がある。一つは施設を長期間使用したことによる経年劣化(腐食)の発生・進行であり、もう一つは近年発生の危険が高まっている巨大地震への対応である。
危険物施設の漏えい事故の主な原因は腐食であり、これらの防止対策の一つとして、石油タンクでは開放検査が義務づけられている。しかし、漏えい件数は近年増加傾向にあり、開放検査だけでは漏えい防止対策として十分であるとは言えず、新技術の導入が必要である。
一方、巨大地震によるものとしては、平成15年(2003年)十勝沖地震において、長周期地震動によって引き起こされた液面の揺れが原因で浮き屋根が破損・沈没し、石油タンク全面火災の一因となったことが知られている。
さらに、経年劣化した石油タンクが強震動を受けた場合には、昭和53年(1978年)宮城県沖地震における重油大量流出事故に見られるような重大事故を引き起こすこととなる。
本研究では、タンクの損傷評価手法を高度化するため、石油タンクを開放せずにタンク底部の経年劣化状況を迅速かつ経済的に評価できる手法の開発、タンク底部浮き上がりによる損傷評価手法及び浮き屋根揺動時の強度評価手法に関する検討を行うこととしている。その他、石油コンビナート地域における地震動の高精度な予測・推定手法の検討や事故事例の分析に基づく評価手法の構築などを行い、これらの研究成果を用いて「石油タンク地震被害推定システム」を構築・実証するとともに、危険物施設の保安管理等に関する科学的知見の創出を目指すこととしている。

1)石油タンク損傷被害推定システムの開発
石油コンビナート地域において地震観測を行うとともに、地震時の石油タンク浮き屋根の損傷を推定するサブシステムを構築した。収集された地震波形から算出される速度応答スペクトルを用いて浮き屋根損傷を推定するとともに、推定された損傷位置や浮き屋根揺動のアニメーションを表示することが可能である。
2)強風時における浮き屋根の強度評価
シングルデッキ型浮き屋根において、デッキ板厚を貫通した割れが発生したという事例が複数報告されている。調査の結果、台風等の強風を受けて浮き屋根に大きな力が発生したために割れが生じたものと推定されたため、台風が襲う頻度の高い地域の石油タンクに風向風速計、観測用ビデオカメラ、歪み計測装置などを設置して計測を行った。
平成21年度は機器を設置したタンクでは、十分な強風時のデータを得ることはできなかったものの、無風時及びやや強風時(10m/s程度)のデータを収集することができた。データ分析の結果、熱膨張による歪みが計測されている可能性が判明したことから、浮き屋根半径の精密測定を行い、概ね温度に応じて変化していることを確認した。
3)石油タンクの内部浮き蓋に関する検討
消防法令の技術基準で想定されている地震動を石油タンクが受けた場合に、内部の危険物とともに浮き蓋が揺れて浮き蓋上に危険物があふれ出す量について検討を行うため、大規模振動台を用いて実験を行った。検討の結果、あふれ出した内容液が均等に分布する場合には浮き蓋が沈むことは無いと考えられるものの、あふれ出した内容液が浮き蓋上の一部に集中した場合には、沈没する可能性があることが判った。

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エ 大規模自然災害時の消防防災活動

近い将来の発生が予測されている東海地震、東南海・南海地震、首都直下地震などでは、火災、地震動、斜面災害、津波などの災害が複合的に絡み合った激甚・広域災害となり、その対応は混乱を極めるおそれがある。
このような大規模災害に対して、国民への情報伝達、被害情報の収集、避難誘導、消火活動及び人命救助等の消防防災活動を迅速かつ円滑に実施するためには、国及び地方公共団体の適切な連携に加えて、住民への情報伝達システムの高度化、緊急消防援助隊等の迅速な展開と災害対応の円滑化及び安全確保、地方公共団体の応急対応等を支援するための総合システムの研究開発が不可欠である。
本研究では、様々な大規模自然災害に対して、有効な消防防災活動を実現するために必要な総合システムの研究開発を行っている。

1)災害時要援護者等も考慮した警報伝達システムの開発
一般住民の洪水に対する警戒と避難を促す適切な広報文を生成することを目指して、音声聞き取りによる会場調査を行い、文言の工夫によって理解度が左右されること、状況次第では音声の男女差も理解度に影響を与えることを示した。
2)消防力最適配備支援システム*1の開発

*1 消防力最適配備支援システム:地震時同時多発火災に対して、延焼シュミレーションを用いて限られた消防隊の適切な配備を支援するシステムの広域応援部隊版

被災地消防本部による発災直後からの消防力運用と、広域応援部隊による消防力運用を一体的に計算し、全体として消防力を最適に運用できるよう、昨年度までに開発したシステムの拡張を行った。さらに、延焼シミュレーションと消防力運用の効果算定を複数回繰り返すことにより、火災リスク評価が容易に行える機能を開発した。
3)緊急消防援助隊用災害情報共有システム*2に関する検討

*2 緊急消防援助隊用災害情報共有システム:アドホックネットワーク技術を用いて、緊急消防援助隊車両間の情報共有を走行中でも可能とするシステム

開発中の緊急消防援助隊用災害情報共有システムに対して、車両位置情報の表示機能や道路地図の拡大縮小機能の強化など、ユーザインターフェイスの高度化を行った。
4)119番通報に対する救急業務の高度化に関する研究
心肺停止傷病者救命率向上についての諸要因に関する統計分析を行い、現場に駆け付けた救急隊が傷病者の状況を観察してから搬送する病院を選定する場合よりも、救急隊が駆け付ける前に指令台職員が通報を聞き取った内容に基づいて病院を選定する場合のほうが、現場活動時間を短くすることができ、特に重症度が高いほど現場活動時間が短くなること等を示した。
また、コールトリアージ(119番通報の内容による優先度を用いた取扱い)を実施し、緊急度の高い事案にPA(ポンプ車・救急車)連携を実施した場合に現場活動時間を短縮することができるとともに、救急隊員の疲労度の軽減が図れる事を示した。
さらに、仙台市消防局との共同研究により、病院照会サポートシステム*3の開発を行い、平成22年4月1日より本格運用を開始した。

*3 病院照会サポートシステム:救急隊から医療機関への問い合わせ及び回答結果を携帯電話等により全ての救急隊員間で共有することで受け入れ可能病院の検索を容易とするシステム

5)災害対策本部における応急対応支援システム*4の構築

*4 応急対応支援システム:地震直後の応急対応を適切な時間に見逃しなく行えるよう、大局的応急対応項目を経過時間に沿って提示するなどの機能を持ったシステム

平成20年度までに開発した応急対応支援システムに関して、消防本部や自治体と連携して、システムのカスタマイズを行い、災害対応業務シナリオとガントチャートの作成、防災訓練での活用法について検討した。
また、応急対応支援システムの拡張を目指して、既開発の電話・FAXで受け付けた被害情報を共有するシステムから被害を自動的に集計して応急対応支援システムに取り込む仕組みを構築したほか、風水害への対応を目指してシステムの改良を行った。
6)地震火災時の消防活動の高度化に関する研究
発災直後期(0―15分程度の時間帯を想定)の情報活動及び部隊投入判断の方法を具体的に記述するために、震災時における消防活動目標及びその目標を満足できる時間目標について検討を行った。
また、「活動開始の遅れ」・「少数部隊での対応」を余儀なくされる同時多発火災の発生時において、被災地の消防力が対応できる限界的な状況を探るため、ケーススタディ及び消防職員に対する聞き取り調査を実施した。その結果、「街区間延焼」の前の段階で、街区間延焼の阻止に注力することにより、火災の進展を街区内部に封じ込めることが可能であるとの結論を得た。

オ 特殊災害に対する安全確保

消防隊員の地下鉄サリン事件における被災や、JCO核燃料加工施設での臨界事故による放射線被曝、三重県のゴミ固形化燃料(RDF)施設火災での殉職など、「特殊災害」で消防隊員が犠牲になっている。消防隊員は、未知の火災や災害にも迅速に駆け付け、災害の拡大防止・火災の早期鎮圧・救助に努める必要がある。
今後、このような特殊災害による被害を軽減するためには、消防隊員自身の被災を防ぎ、効果的な消防活動を可能にする技術を開発することが不可欠である。
そこで、本研究では、特殊な施設、特殊な環境での火災の性状把握と消火方法の研究を行うとともに、特殊災害発生時に効率的な活動を遂行するために、消防隊員の負担軽減を目指したロボット技術活用のための研究を行うこととしている。

1)大規模空間での火災における消火活動の安全確保
平成20年度に引き続いて消防研究センターの大規模実験場において消火実験を行い、空間内の高温気体の流動と温度分布を計測するとともに解析を行った。その結果、燃焼時間が40秒の場合と160秒の場合とでは、10℃以下の領域が断面積で約1/10となり、燃焼時間が長くなると消防活動が制約される恐れが示された。
2)消防防災ロボットの活用を促進するための技術的研究
複数の小型移動ロボットを連携させて現場へ資機材を搬送することを目的として、実験機を試作して基礎実験を行った。また、検知・探査型災害対策ロボットについて、消防本部に配備もしくは貸与し、実配備における問題点を検討・検証した。さらに、実用機の開発を進めるとともに、新たな消防防災ロボットに関する基礎的研究開発としてしなやかに機体を曲げる機能を持たせた移動機構について検討・開発を行った。

(2)国際的な研究の協力と交流

市街地に木造家屋が多く、また国土の約2/3が山地であるとともに雨量の多い我が国では、地震火災による延焼危険や豪雨時の土砂災害危険など、我が国固有の事情による災害危険が存在する。しかし、その一方、林野火災など世界的に見ると類似の災害に遭遇している国々も多数存在する。このため、消防防災に関する研究をより効率的に進めるためには、各国が保有する災害の情報や研究の成果等を相互に共有していく必要がある。消防研究センターでは、火災研究所長国際会議などの国際会議や国際共同実験に参画して日本における研究成果の公表を行うとともに、外国人研究者の受け入れ等を通じて諸外国との国際協力を行っている。

スクラップ金属火災とその対策

ここ数年、スクラップ金属を中国へ運搬する途中に火災、爆発を起こすケースが目立っています。これは、中国の経済発展に伴って中国で大量の金属が必要になったため、日本から中国へのスクラップ金属の輸出が急激に増加し、その運搬途中で火災、爆発に至っているものです。
スクラップ金属とは、パソコン、携帯電話、様々な電気製品、金属製品の廃棄物の集まりで、その中には鉄、銅、アルミニウム等の価値のある金属のほか、プラスチックや紙等も含まれています。日本国内では、コストがかかるため分解・分別が進まず、廃棄物扱いされることも多いのですが、中国では、人手をかけて分別することで価値のある金属類を回収しています。
消防研究センターでは、独立行政法人国立環境研究所、海上保安庁海上保安試験研究センター等と共同で火災の原因究明、スクラップ金属の危険性評価、安全な貯蔵取り扱いのための提言等を目指して研究を行っています。
その結果、リチウム電池、鉛蓄電池等の電池類の短絡や金属同士の衝突による火花が火災の原因となる可能性があることが判りました。また、スクラップ金属の火災は金属の火災というよりは大量に含まれるプラスチック類によるものであること、その結果、一度火災が発生すると大量の煙が生じることを明らかにし、関係する消防本部に情報提供を行っています。特に、リチウム電池は、時々、廃棄物処理施設においても爆発事故を引き起こしており、消防研究センターが行った実験でも危険性が高いことが判ってきています。

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