消防隊員活動支援システムの開発と基礎研究

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1 資料 Ⅶ-2-4 平成 17 年度全国消防技術者会議原稿 ( 口頭発表 ) 消防隊員活動支援装置の開発と基礎研究 三浦大 ( 横浜市消防局 ) 1. はじめに横浜市消防局では 中高層建物火災の水損防止をめざして水 / 空気 2 流体混合噴霧消火システム ( 以下 2 流体消火システム という ) の開発を進めてきた 2 流体消火システムについては 本研究発表会等で既に紹介している これまでの実験の中で 2 流体消火システムの少放水量 水損低減効果については検証されているが 実火災においては必ずしも十分な検証がなされていない また 実火災における消防隊の活動においては マンション火災等の閉鎖空間において濃煙により火点が確認できず熱気が充満している場合には 温度降下と排煙のため必要以上に放水してしまう可能性が指摘されている 一方 閉鎖空間における消火実験においては 消防隊進入のための冷却放水についても火点を正確にねらった冷却放水の方が 天井や壁面に放水するよりも冷却効果が高いことがわかっている 以上のことから 閉鎖空間進入以前から火点を確認することが消防隊の早期の適確で安全な活動 進入を助け 不要な放水を減らし 水損を軽減することが確認できた したがって 2 流体消火システムの特性を生かし 水損を軽減するためにも 火災現場の熱気の中で 濃煙 濃水蒸気を通して火点を確認する手段が必要であり このたび消防隊員活動支援装置として赤外カメラの有効性の確認 基礎データ収集をおこなったものである また 火災現場での有効な視力を得ることにより 要救助者の早期発見など迅速有効な消防活動が図られ さらには隊員の安全確保につながるものと期待される なお 本実験については 独立行政法人消防研究所及びNEC 三栄株式会社との共同研究として行われたものである 2. 赤外カメラの有効性消防隊は従来 火災現場で消火活動や 人命救助活動を行うに当たって 何らかの照明装置により内部を見通す努力を行ってきたが 煙や水蒸気に反射し かえって内部が見づらいことはよく経験することである 赤外線は 煙や水蒸気に対する透過性を持ち 既に赤外カメラとして実用化されているが 消火活動時に使用するには 燃焼により発生する二酸化炭素や 放水により生ずる水蒸気を見通すため これらの吸収帯をさけた波長域の赤外カメラが有効であるといわれている そこで この赤外カメラを消防活動に最大限生かすため 消防隊員の火災現場活動や 火災現場環境に耐えられるよう 必要な基礎データの収集を目的にした検証 実験を行った

2 3. 消防隊員活動支援装置としての赤外カメラに求められるもの赤外カメラが火災現場の濃煙 濃水蒸気下でも有効であることは 従来から行っていた2 流体消火システムの消火実験の中でもわかっていた ( 写真 1) しかし これらを火災現場で有効に使える装置とするためには 次のような事項を克服しなければならない (1) 火災現場の環境温度に耐えられること今回の実験の大きな目的である 消火活動中の隊員に装着させるとして 隊員の防火帽付近の温度に耐えられなければならない さらには 突発的に炎にあおられることや 火の粉等の燃焼物が落ちてくることも考慮する必要がある 写真 1 赤外画像 可視画像の透過状況 (2) 耐水性消火活動に伴う放水の飛沫や 誤って放水の直撃を受ける可能性も考慮しなければならない (3) 耐衝撃性火災現場活動では 狭隘箇所で物にぶつかることや 多少の落下物には耐えられる必要がある (4) 装着性カメラ ( 撮像部 ) は 肉眼の視点に近いことが望ましいことから 防火帽付近に装着することとなり ディスプレーもハンズフリータイプの必要があることから 顔面の防熱シールドの位置に映し出すことが望ましい (5) 視野角現在 当局の防火帽に付けている耐熱用の しころ ( 火災の熱から顔や首を防ぐための覆い ( 写真 2)) の視野角は 水平方向約 106 度 垂直方向約 48 度であった 赤外カメラに同様の視野角を求める必要はないが 視野角が狭いと 濃煙 濃水蒸気等の悪条件の中では 隊員の不安が大きくなり 活動の制約となる また 視野角が狭い状態で歩いたり 頭を振ると乗り物酔いのような状態に感じられることがあるようである (6) その他隊員が 防火帽に付け装着することから 重量 大きさ 形状なども当然に制約があり 軽量コンパクトなものに越したことはなく また 活動時にバランスが保てることが必要である 4. 実験概要消防隊活動支援装置としての赤外カメラが威力を発揮する マンション火災等を想定し 閉鎖空間における火災による熱気と濃煙 消火活動に伴う濃水蒸気を再現する実験を行った 4.1 実験条件消防研究所総合消火研究棟内の実験区画 ( m) において 消火器の技術上の規

3 格を定める省令 の 第 2 号模型 ( 以下 クリブ という )2 基を 2 段積みで 助燃剤とし てヘプタン 1.5 リットル使用した 着火後 180 秒の予燃の後 区画外から 2 流体消火システムによ り 100 秒間放水し その後内部進入する 4.2 消火活動中の温度測定消防隊員活動支援装置としての赤外カメラに求められる耐熱性を確認するため 火災実験区画内の温度及び 消防隊員の防火帽周辺の温度を調べた 放水隊員及び放水補助員の防火帽に温度センサを取り付け 防火帽内部及び防火帽外部に密着させ 防火帽自体の温度の測定と 防火帽頂上前部外側に浮かせた状態で固定し 防火帽外部雰囲気温度を測定した ( 写真 2,3) 写真 2 温度収録写真 3 防火帽の温度センサ装置装着状況装着状況 5. 実験結果 5.1 消火活動中の区画内温度及び防火帽周囲温度図 1 及び図 2に示すとおり 区画内天井中央で 750 に達し また入口 1500mm の高さでは 300 に達していることと 排出する煙の状況から中性帯の上部と思われる 隊員は 100 秒の区画外からの放水を行い 入口 1500mm の高さで 90 程度に下がっていることがわかる この後 放水隊員及び放水補助員は区画内に進入し消火活動を行うが このときの放水隊員防火帽周囲の温度測定結果は図 3 4のとおりであり 防火帽外部雰囲気温度は 80 前後に達し 最高 90 を超えた例もあった 天井中央 入口放水 100 秒 (66L) 天井中央 入口放水 100 秒 (66L) 温度 ( ) 温度 ( ) 放水停止 天井クリブ直上 放水停止 天井クリブ直上 入口 mm 入口 mm 着火後の経過時間 ( 秒 ) 着火後の経過時間 ( 秒 ) 図 1 区画内温度 ( クリブ及び天井へ放水 ) 図 2 区画内温度 ( クリブへ放水 ) 隊員の感想としては かなり暑く感じられ 実際の火災現場で感じる限界に近い温度であった また 隊員の防火帽の温度は 当然火点に近い放水員の方が高いと予想していたが 図 3 4の例では 放水補助員の方が高くなっている これは 補助員の身長が放水員より約 10cm 高かったことと 放水員は腰を落としてノズルを構えていたのに対し 補助員は ほ

4 とんど立ったままであったことから 上層の高温の対流に近かったためと思われる 100 試験 NO.9-104( 補助員 ) 100 試験 NO.9-104( 放水員 ) 温度 ( ) 前上後横マスク前雰囲気 温度 ( ) 前上後横マスク前雰囲気 着火後の経過時間 ( 秒 ) 着火後の経過時間 ( 秒 ) 図 3 防火帽周囲温度 : 補助員 図 4 防火帽周囲温度 : 放水員 5.2 消火活動における有効性の検証これまでの2 流体消火システム開発の中での実験結果から 見通しのきかない閉鎖空間の消火実験において 的確に燃焼物に消火を行った場合と そうでない場合の冷却効果の違いについてデータが得られた 区画外放水 ( 写真 4) において クリブをねらったときの区画入口上部の温度状況 ( 図 1) と クリブだけでなく天井等にも冷却放水を行った場合 ( 図 2) で 放水中のクリブ直上の天井温度に差は認められないが 放水停止後の温度上昇に明らかな差が認められた したがって 冷却放水においても火点を的確にねらうことが区画の早期冷却 早期消火につながり 水損軽減に結びつくことが改めて確認された さらに火点進入隊員が見た映像を指揮本部も同時に把握することができれば それに基づく早期の活動方針の決定や 的確な活動命令をすることができ さらには部隊 隊員の安全管理に資することができる 写真 4 区画外放水 6. まとめ赤外カメラの有効性については 従来より消火実験を通じ充分認識していたが 今回の実験の中でさらに強く印象づけることが起きた 消火実験で 放水隊員が消火後 実験区画から退出し 点検者が消火確認を行ったが その際 おき火がのこっていたことがあった 放水隊員が赤外カメラを装着していれば 微小なおき火も見落とすこともなかったのではないかと思わせる事例であった このように 火災現場におけるその有効性は既に明らかであり さらに迅速な活動が可能になることで 早期の人命救助等 火災現場での活動に大きく資するものである さらに 同時に指揮本部が映像を確認できれば 大規模災害において 指揮本部で多方面からのリアルタイム映像から 情報を集約することにより 災害全体像の早期把握や活動方

5 針の決定が可能となる 地下鉄火災や 地下街火災など 早期の排煙が難しい大規模閉鎖空間における消防隊活動に大きく寄与することが期待される 参考文献 杉山章他 平成 16 年度日本火災学会研究発表会概要集 P476~ 479 尾川義雄 平成 15 年度日本火災学会研究発表会概要集 P426~ 429 ( 横浜市消防局消防訓練センター研究開発課 )

6 資料 Ⅶ-2-5 平成 18 年度全国消防技術者会議原稿 ( 口頭発表 ) 消防隊員活動支援装置の研究開発 井野幸夫 ( 横浜市安全管理局 ) 1. はじめに横浜市安全管理局では 中高層建物火災の水損低減を図るため開発を行った水 / 空気 2 流体混合噴霧消火システム ( 以下 2 流体消火システム という ) の 少放水量 水損低減効果を遺憾なく発揮するため 火災現場の濃煙 濃水蒸気を通して火点を確認する手段として赤外カメラの有効性に着目し 研究 実験を進めてきた 本実験は 横浜市安全管理局と独立行政法人消防研究所 ( 現総務省消防庁消防大学校消防研究センター ) 及び NEC 三栄株式会社との共同研究開発である 2. これまでの実験経過赤外線は煙や水蒸気に対する透過性を持ち 既に赤外カメラとして実用化されており これを消火活動時に使用するため これまでに 1クリブの燃焼 消火時における濃煙濃水蒸気下での赤外カメラの有効性の確認 2 火災現場での使用に耐えるため カメラ ディスプレイを取り付ける保安帽や面体付近の消火活動時の温度測定 3 ディスプレイに必要な視野角の測定等の実験を行い 得られた有効なデータについては昨年度の技術者会議で報告している 3. 実験の概要 (1) 赤外カメラ 可視光カメラの 実験燃焼区画同時比較撮影 (2) 木材以外の燃焼物からの煙に対する透過性確認 (3) ウエアラブルな試作機を 消防隊員に装着させての火災実験区画進入による検証 4. 実験及び結果 4.1 赤外カメラ 可視光カメラの 実験燃焼区画同時比較撮影実験これまで実験区画の狭い開口部から消防隊員の放水進入活動の支障にならないように後方からの撮影を行ってきたため 消火器の技術上の規格を定める省令 の 第 2 模型 ( 以下 クリブ という ) を確認するだけの狭い範囲の映像しかなく また 可視光映像がなかったことから これを撮影した また 燃焼がすすみ 区画が高温になると 全体が白くなってしまうことが懸念されていたことから 高温レンジでの撮影も同時に行った 実験条件消防研究センター総合消火研究棟内の実験区画 ( m 図 1 参照 ) においてクリブ2 基を2 段積みで 助燃剤としてヘプタン 1.5 リットル使用した 着火後 180 秒の予燃の後 区画外から2 流体消火システムにより 100 秒間放水し 内部進入する

7 4.1.2 実験結果試験場所消防研究所総合消火研究棟主実験場 ( 実験区画内 ) 6000 外部パン図 1のような位置にカメラ トイを置いて 可視光 赤外同時床から撮影を行い 開口部に接近し 600, 1200, 1800 燃焼物た1mの位置から 可視光で ( 省令 2 号模型 ) は見えない隊員の活動が赤外 1 2 により明瞭にとらえる同時比 4 3 第 1 開口部 ( 常時開 ) 較撮影ができたが 次のよう ( 幅 900 高さ1800) 3120 な課題も残った L (1) 温度情報のみの表示である 2 赤外カメラ2 第 2 開口部 ( 適時開 ) ことから 同じ温度である ( 幅 820 高さ1800) ( 温度差がない ) と表面の凹 区画外放水時 101~103 全開 104 1/3 開 高速度カメラ 4 赤外カメラ3 凸が識別できず平坦に見えて可視カメラ2 しまう可能性がある 第 2 入口温度 730 (2) 遠近感がわからず 奥行 3 可視カメラ 赤外カメラ きが分かりづらい (3) 火災区画内では 最盛期第 1 入口温度 500 以上になっている燃焼 L=1000~5000 物と 100 未満の床 壁下 図 1 火災実験区画及び撮影位置 部に至る温度分布の広がりが あり 同一画面に映すことの難しさがある (4) 実験区画は鋼板製で 燃焼消火実験を相当数行ってきたため 内側はさびとすす が付着し 肉眼 ( 可視光 ) では全く反射しないが 赤外映像では 手前の燃焼物の 映り込みがあり あたかも奥でも燃焼しているかのようであった 消防隊員が誤認 し 危険要因となる可能性がある しかし 壁が木材やコンクリートなど熱吸収率 が高い材料の場合は 赤外の反射が少なく 映り込みの心配は少ないようである 写真 1 濃煙 濃水蒸気下の活動の映像比較 写真 2 壁 ( 鋼板 ) による映り込み

8 4.2 木材以外の煙に対する透過性確認実験 実験条件 と同じ実験区画において 1アクリル毛布 ( 難燃 )1.09kg 2 二つ折りにした防炎布団 1.09kg 3ポリプロピレンカーペット ( 防炎 )2.19kg 4ポリエステルカーペット ( 非防炎 )1.43kg を ヤシガラにメチルアルコールをしみこませた着火剤を用いて着火し 着火後 開口部を閉止して内部に煙が充満した後 内部進入して消火作業を行い その様子を区画外から赤外カメラ及び可視カメラにより撮影した 燃焼物 ( パン上 ) 第 1 開口部 ( 常時開 ) ( 幅 900 高さ 1800) 2 赤外カメラ L 4 赤外カメラ 3 ( 低温レンジ ) 第 2 開口部 ( 点火時以外閉 ) ( 幅 820 高さ 1800) 3 可視カメラ 1 1 赤外カメラ 1 図 2 実験 4.2 におけるカメラ撮影位置 実験結果実火災を想定し 家庭内のカーペットや 寝具による煙に対する透過性を撮影検証したが 写真 3のように 可視光では煙により見通すことが出来ない燃焼物や 隊員を写すことが出来た これにより一般的な建物火災で 利用できる目処が立ったといえる しかし 実験では クリブ燃焼に比べて燃焼物が小さく床や壁の温度が十分上がっていない ( クリブ燃焼の場合 第 1 開口写真 3 実験 1アクリル毛布燃焼発煙の部の床から 1.5m の位置で約 300 程度映像比較になるが 毛布燃焼の場合 同位置で外気温とほぼ同じ 30 ( 実験実施平成 17 年 9 月 ) である ) ことから 赤外画像でも床と壁の区別がつきにくく また 隊員が背景にとけ込んでいる 大規模空間等で 火元から離れた火災熱の影響を受けていない場所まで煙が充満した場合等 同様の状況が想定される

9 4.3 ウエアラブル試作機を 消防隊員に装着させての火災実験区画進入による検証 スモーク実験ウエアラブル赤外カメラを消防隊員に装着し ( 写真 4) 濃煙内においてHMDの映像のみを頼りに歩行及び作業を行い 隊員の視認状況及びカメラの作動状況等を検証した 実験条件 と同じ実験区画内に 事前にお湯の入った紙コップとバケツを 12 個程度配置し ( 写真 5) 発煙筒 2 本を焚き煙で充満させる ウエアラブル赤外カメラにて 入口から内部を観察し 映像情報が正しくフィードバックされているか確認する その後内部進入し HMDによる映像を頼りに区画外からの音声により指示された作業を行った 写真 4 ウエアラフ ル赤外カメラを装着した消防隊員写真 5 紙コップとバケツの状況 実験結果可視に比べ 煙に対する赤外の透過は非常に良く 煙の中での歩行 目標物の確認が行えた 写真 6に煙中でコップを識別し手に取り込む瞬間の映像を示す このように 可視では見通すことの出来ない煙中においても 赤外カメラは見事に映像化している さらに 煙中での歩行実験を行い 良好な結果を得た ( 写真 7) 実験した時のお湯の温度は 30 であり 人間とほぼ同等の温度である ウエアラブル赤外カメラを使用することにより 煙中の被災者の救出 消防隊員の安全確保を容易に行う事が可能となる 写真 6 目標物を確認し手に取り込む瞬間の赤外映像 写真 7 スモーク実験風景

10 4.3.2 火災実験ウエアラブル赤外カメラを消防隊員に装着させ 火災実験区画内進入により検証を行った ウエアラブル赤外カメラは 試作段階であり実火災に使えるほどの耐熱 耐水改良措置をしていないため 応急的な処理により どの程度見えるか というスタンスで検証を行った 実験条件 と同じ実験区画内で 実験 と同様の燃焼 消火実験を行った ただし カメラの耐熱性を考慮し 区画内部への進入に関しては 区画入り口 1.5m の高さで 70 以下という条件で進入し 消火作業を行った 実験結果区画進入以前は良好に見えていたが 進入後直ちに見えなくなる ( 真っ白になる ) ということが連続して起こり その原因を検討したが 火災実験区画内の水蒸気圧が高くなることにより ディスプレイ部に結露が発生したと推定された 実験当日の外部気温 9.3 の飽和水蒸気圧が約 12hPa であるのに対し 実験区画進入時の 第 1 開口部床からの高さ 1.5m の温度 70 では 312hPa もあり 放水により内部水蒸気圧は相当高くなっていたと思われ ディスプレイ表面温度が外部気温に近いとすると 区画進入後 瞬時に結露したようである 結露対策処理を施したところ 内部で隊員がディスプレイにより視認することが出来た 消防隊員は ウエアラブル赤外カメラからフィードバックされてくる映像情報を頼りに 燃焼物体へ確実に近づき ピンポイントで消火活動を行うことができた 表 2 実験区画内温度及び放水状況 1000 M40 第 1 開口部外から放水 区画内部での放水 2 放水 クリブ中天井中央 クリブ上クリブ中 温度 ( ) クリブ上クリブ下 クリブ中 クリブ下天井中央床 300 クリブ上天井クリブ直上入口 mm 床 天井クリブ直上 入口 A 時間 (sec)

11 これにより 従来 濃煙 濃水蒸気により全く燃焼物が見えない状況で 事前に確認している燃焼区画と燃焼物のイメージを頼りに行っていた消火作業を自分の目で確認しながら行うことが出来 的確な消火による早期の火災区画進入や水損低減など迅速効率的な消防活動の実現の可能性を感ずることが出来た ( 表 2 参照 ) なお ディスプレイの画像は 有線写真 8 火災実験区画内での赤外映像ケーブル及び無線 LAN により外部で確認しており その画像が写真 8である ウエアラブル赤外カメラで捉えた実験区画内の燃焼クリブからは高温部位が確認できる 課題本実験により 消防活動におけるウエアラブル赤外カメラの有効性を確認することができたが HMDに関して以下の課題を残した (1) 火災実験において 区画外放水後に内部進入する過程で水蒸気によりHMDがくもってしまった (2) HMDが 空気呼吸器面体の外側に配備されているため映像が小さくみづらい (3) HMDの使用温度は 0 ~60 が限界であるため 長時間における高温環境での使用に耐えられない 各課題については 今後 HMDの改良により実用化に耐えうる構造にしていく必要がある 5. まとめ以上のことから 火災区画の視界が効かない場所で内部を視認するという目的を一応実験段階では達成し 本システムの実現に向けた確かな前進を実感することが出来た だが 実際の火災現場で事前の情報が全くない状況でも使用できるようにするためには いくつもの課題があることも次第に分かってきており 今後一つずつクリアしていきたい 参考文献 1) 吉村眞一他 : 平成 18 年度日本火災学会研究発表会概要集, pp.6-9 2) 太田二朗他 : 平成 18 年度日本火災学会研究発表会概要集, pp ) 吉村眞一他 : 平成 17 年度日本火災学会研究発表会概要集, pp ) 太田二朗他 : 平成 17 年度日本火災学会研究発表会概要集, pp ( 横浜市安全管理局 )

12 資料 Ⅶ-2-6 平成 19 年度全国消防技術者会議原稿 ( 口頭発表 ) 赤外線カメラを活用した消防隊員活動支援装置の 研究と開発 井野幸夫 ( 横浜市安全管理局 ) 1. はじめに横浜市安全管理局では火災現場の濃煙 濃水蒸気を通して火点を確認する手段として 平成 16 年度から赤外線カメラの有効性に着目し研究 実験を進めてきた これまでに 1ディスプレイに必要な視野角の測定 2 火災現場での使用に耐えるため 防火帽や空気呼吸器面体 ( 以下 面体 という ) 付近の消火活動時の温度測定 3 木材 その他の燃焼物からの煙に対する透過性確認 4ウェアラブル赤外線カメラの試作機 ( 写真 1 以下 試作機 という ) を用いた火災実験を行い 得られた有効なデータについては 昨年までの全国消防技術者会議で報告している 本実験は 横浜市安全管理局と総務省消防庁写真 1 ウェアラブル赤外線カメラ消防大学校消防研究センター及び NEC 三栄株式の試作機会社との共同研究開発である 2. 実験の概要過去の実験に用いた試作機は ディスプレイ及びカメラを防火帽の前部分に装着したものであり 1 防火帽の前部分に重量が集中し バランスが悪く カメラの焦点及びディスプレイの位置がずれる 2ディスプレイの映像が小さく見づらい 3 濃水蒸気下でディスプレイが結露する 4ディスプレイが 60 を超える高温環境での使用に耐えられない等の課題が見つかっている これらの課題をクリアするために ディスプレイを面体内部へ取り付け また赤外線カメラを面体右側面に取り付けたウェアラブル赤外線カメラの改良試作機 ( 写真 2~ 写真 4 以下 改良機 という ) を作成し 次の実験を行った (1) クリブ消火実験による改良機のカメラ位置及びディスプレイ映像の検証 (2) 濃煙 濃水蒸気下における改良機の性能検証 (3) 改良機を用いて消火した場合の放水量及び流下水量測定 (4) 初めて改良機を着装した隊員の活動状況

13 写真 3 面体用メガネとディスプレイ 写真 2 ウェアラブル赤外線カメラの改良機 写真 4 着装状況 3. 実験及び結果 3.1 クリブ消火実験による改良機のカメラ位置及びディスプレイ映像の検証初めに 改良機の赤外線カメラ部分を可視カメラに入れ替え 映像の見え方や 消火作業中のディスプレイのずれ及びカメラの軸を肉眼の視点と比較する実験を行った なお 使用した可視カメラの視野角は 50 度であり 赤外線カメラと同じである 実験条件消防研究センター総合消火研究棟内において 2 号クリブ2 基を縦に積み 助燃剤としてヘプタン 1.5 リットル使用した 着火後 180 秒の予燃の後 距離 5m の位置から改良機を装着し 面体を目隠しした隊員 ( 写真 5) が 2 流体消火システムにより消火作業を行った 次に 面体の目隠しを外し 2 号クリブ3 基を縦に積み 240 秒の予燃の後同様に消火作業を行った 写真 5 面体を目隠しした隊員

14 3.1.2 実験結果改良機について 次の有効性が確認できた (1) ディスプレイについて 目との距離が近づき映像が大きく見やすい 面体用メガネのガラスレンズにクリップ留めしたことで 消火作業中にずれない また クリップのため どちらの目にも付 け替えが可能であり 隊員の利き目に取り 付けることができる (2) カメラについて カメラ位置は 実際の視線より 15cm ほ 写真 6 消火中のディスプレイ映像 ど低いが 肉眼の視点と比べても軸のずれは感じられない 面体は強力なゴムバンド で頭部に固定されており 顔の動きに対し て 狙い通りの正確な映像が見られる 視 野角の狭さによるストレスは感じるものの 視点のずれは感じられない ( 写真 6) (3) 消火作業中の隊員の動き不自然な動きは見られず 2 段積みクリ ブの消火においては 消火状況の確認をし 写真 7 3 段積みクリブの消火 ながら置き火まで消すことができた 3 段積みクリブの消火では 予燃時間が 長かったことから消火開始 30 秒後に最下部のクリブから崩れ ( 写真 7) 放水隊員 側へ倒れたが 放水隊員は目隠し無しであったこともあり クリブ崩壊の兆候を察 知し衝突を回避することができた ディスプレイの映像のみでの消火作業は 接近しすぎると足下を含めた周囲の状 況が見えず 不測の事態に対応するためにも一定の距離を保つ必要がある 視界の 効かない状況で 赤外線カメラの映像に頼っている場合はさらに遠近感がつかみづ らくなり より一層の注意が必要である 3.2 濃煙 濃水蒸気下における改良機の性能検証改良機を装着した隊員による区画内火災消火実験を行い 濃煙 濃水蒸気下におけるディスプレイ等の性能検証を行った 実験条件消防研究センター総合消火研究棟主実験場内の実験区画 ( m) において 2 号クリブ 2 基を縦に積み 助燃剤としてヘプタン 1.5 リットルを使用した ( 図 1) 着火後 180 秒の予燃の後 区画入口から 2 流体消火システムにより 100 秒間放水し ( 写真 8 写真 9) クリブ直上天井温度 150 以下かつ区画入口 1.5m の高さで 100 以下という条件で進入して おき火の消火作業を行った

15 写真 8 放水開始前の赤外映像 図 1 実験区画写真 秒間の放水中の赤外 実験結果及び可視映像区画内進入時は 区画入口 1.5m の高さで 88 であったが ディスプレイは結露せず消火作業中の映像も明瞭であった おき火についても明瞭に確認でき 当該部分をピンポイントで消火することができた ( 写真 10 写真 11) 写真 10 おき火の状況 1 写真 11 おき火の状況 2 また クリブと共にじゅうたん 毛布 掃除機及び家具等を配置して消火を行った実験では 折りたたんだ毛布の中の高温部を見つけることができた ( 写真 12 写真 13)

16 写真 12 家具等の受熱状況 写真 13 毛布内部の高温部の状況 面体内は高温環境下における熱影響がほとんどなく 面体の外側に装着する場合に 比べて熱に対する対策が不要なため 小型 軽量のディスプレイが使用可能である 3.3 改良機を用いて消火した場合の放水量及び流下水量測定改良機を装着した隊員による区画内火災消火実験を行い 放水量及び実験区画から流出した流下水量 ( 水損に関わる水量 ) の測定を行った 実験条件実験条件は と同様である 表 1 ウェアラブル赤外線カメラを用いた場合 実験結果と用いない場合における放水量等の比較改良機の使用に慣れている者が改良機を用いて消火した場合 おき火等の火点がはっきり確認でき また 放水による温度の低下も確認できることから 区画内部に進入してからの放水時間は 赤外線カメラが無い場合に比べて短い ( 表 1) したがって改良機を用いた場合の方が放水量で8% 流下水量で 19% 少なかった 3.4 初めて改良機を着装した隊員の活動状況初めて改良機を装着した隊員による区画内火災消火実験を行い 改良機の操作性 放水量 及び実験区画から流出した流下水量の測定を行った 実験条件実験条件は と同様である 初めて改良機を装着する隊員には ディスプレイ映像の白い部分は温度が高く 黒い部分は温度の低い部分であるということのみを伝えた 実験結果 (1) 濃煙 濃水蒸気下で 改良機のディスプレイのみを頼りに区画内部に進入するこ

17 とは 当初不安があるが 慣れると火点や障害物を判別することができるようにな り 的確な消火活動ができた (2) 人によって利き目が異なるため どちらの目にディスプレイを装着した方が活動 しやすいか事前に試しておく必要がある (3) 当該赤外線カメラのモジュールは 自動的に高温度レンジと低温度レンジの切り 替えが行われるようになっている このため温度の高いクリブ等を見ている場合は 高温度レンジになっているが 歩くために温度の低い足下の床を見ると 低温度レンジに切り替わる このレンジ切り替えに1 秒程度時間がかかり その間画面の動きが止まってしまう 慣れてくるとレンジが切り替わるまで無駄な動きをせずに待つようになるが 初めのうちは 画面が止まってしまう不安から周囲を見回し その結果高温部と低温部を交互に見てしまうため レンジの切り替えが頻繁に起こり ますます画面が止まったままになる (4) 高温 低温各レンジとも相対温度で色調を付けているため 高温度レンジで白く映っている高温部に放水し 温度が下がり黒く映るようになった後 低温度レンジに切り替わると 当該部分がまた白く映ってしまう 初めて改良機を装着した隊員には 再燃したように見えてしまうことから 再び放水をしてしまい 放水量及び流下水量が増加してしまう そのため 改良機を用いた場合と用いない場合の放水量及び流下水量については 改良機の使用に慣れている者のような顕著な差異は見られなかった (5) これらのことからウェアラブル赤外線カメラを用いるときは 何度か訓練を積んでから使用することが必要である また 通常の消火作業を行う場合は 低温レンジに固定し レンジ切り替えが起こらないようにすることが望ましい 4. まとめ以上のことから 2で示した1~4の課題を実験段階では達成し 本システムの実現に向けた確かな前進を実感することが出来た さらに 隊員が装着する赤外線カメラの映像を リアルタイムで指揮本部へ伝送することが出来れば 指揮本部において災害全体像の早期把握がしづらい 地下鉄 地下街火災や大規模工場火災などにおいて 有効な映像となり 活動方針の決定等に大きく寄与することができると期待される 参考文献 1) 三浦大他 : 平成 19 年度日本火災学会研究発表会概要集, pp ) 井野幸夫他 : 第 54 回全国消防技術者会議資料, pp ) 吉村眞一他 : 平成 18 年度日本火災学会研究発表会概要集, pp.6-9 4) 太田二朗他 : 平成 18 年度日本火災学会研究発表会概要集, pp ) 吉村眞一他 : 平成 17 年度日本火災学会研究発表会概要集, pp ) 太田二朗他 : 平成 17 年度日本火災学会研究発表会概要集, pp ( 横浜市安全管理局 )

18 資料 Ⅶ-2-7 平成 19 年度全国消防技術者会議原稿 ( 展示発表 ) 赤外線カメラを活用した消防隊員活動支援装置の開発 三浦大 ( 横浜市安全管理局 ) 1 はじめに横浜市安全管理局では 中高層建物火災の水損低減を図るため開発を行った水 / 空気 2 流体混合噴霧消火システム ( 以下 2 流体消火システム という ) の 少放水量 水損低減効果を遺憾なく発揮するため 火災現場の濃煙 濃水蒸気を通して火点を確認する手段として赤外線カメラの有効性に着目し 研究 実験を進めてきた これまでの実験の中で 2 流体消火システムの少放水量 水損低減効果については検証されているが 実火災においては必ずしも十分な検証がなされていない また 実火災における消防隊の活動においては マンション火災等の閉鎖空間において濃煙により火点が確認できず熱気が充満している場合には 温度降下と排煙のため必要以上に放水してしまう可能性が指摘されている 一方 閉鎖空間における消火実験においては 消防隊進入のための冷却放水についても火点を正確にねらった冷却放水の方が 天井や壁面に放水するよりも冷却効果が高いことがわかっている 以上のことから 2 流体消火システムの特性を生かし 水損を軽減するためにも 火災現場の熱気の中で 濃煙 濃水蒸気を通して火点を確認する手段が必要であり このたび消防隊員活動支援装置として赤外線カメラの有効性の確認 基礎データ収集 試作機の開発をおこなったので成果等について紹介する 2 赤外線カメラの有効性消防隊は従来 火災現場で消火活動や 人命救助活動を行うに当たって 何らかの照明装置により内部を見通す努力を行ってきたが 煙や水蒸気に反射し かえって内部が見づらいことはよく経験することである 赤外線は 煙や水蒸気に対する透過性を持ち 既に赤外線カメラとして実用化されているが 消火活動時に使用するには 燃焼により発生する二酸化炭素や 放水により生ずる水蒸気を見通すため これらの吸収帯をさけた 8~13μm 波長域の赤外線カメラが有効であるといわれている ( 図 1) 現在消防活動において使用されている手持ちの赤外線カメラは 外国製で重量が 3kg と重く 救助活動や残火確認等に利用されているものの 火災現場で放水隊員が内部進入し 消火活動や検索活動を行う際にはほとんど使用されていない 火災現場で赤外線カメラの特長を活かすための条件としては カメラの小型化が必須である 赤外線カメラのキーデバイスとなる赤外線センサは MEMS( 超小型マイクロマシニング ) 技術 半導体技術の向上により 現在では高密度の 25μmピッチ程のセンサが実用化され小型化が可能となってきている 赤外線カメラの小型化により 可能となるウエアラブルな赤外線カメラは 両手が自由に使用でき 消火作業の効率改善 安全確保 煙中の被災者の救出という要求に応えることができる また 放水隊員がディスプレイにて火点を確認しながらの効果的な消火作業が

19 可能となり 水損防止 要救助者の早期発見 救出が期待できる そこで この赤外線カメラを消防活動に最大限生かすため 消防隊員の火災現場活動や 火災現場環境に耐えられるよう 必要な基礎データの収集を目的にした検証 実験を行った 大気の窓 大気の窓 図 1 大気の透過率 3 消防隊員活動支援装置の基礎調査 (1) ディスプレイに必要な視野角の測定現在 当局の防火帽に付けている耐熱用の しころ ( 火災の熱から顔や首を防ぐための覆い ) の視野角は 水平方向約 106 度 垂直方向約 48 度であった 赤外線カメラに同様の視野角を求める必要はないが 視野角が狭いと 濃煙 濃水蒸気等の悪条件の中では 隊員の不安が大きくなり 活動の制約となる また 視野角が狭い状態で歩いたり 頭を振ると乗り物酔いのような状態に感じられることがあるようである (2) 火災現場環境温度の測定消防隊員活動支援装置としての赤外線カメラに求められる耐熱性を確認するため 消防隊員が消防研究センター総合消火研究棟内の実験区画 ( m) 内へ進入し防火帽周辺の温度を調べた 放水隊員及び放水補助員の防火帽に温度センサを取り付け 防火帽外部雰囲気温度を測定した このときの防火帽周囲の温度測定結果は図 2 図 3のとおりであり 防火帽外部雰囲気温度は 80 前後に達し 最高 90 を超えた例もあった (3) 木材 その他の燃焼物からの煙に対する透過性確認実験区画において 木材 アクリル毛布 ( 難燃 ) 防炎布団 ポリプロピレンカーペット ( 防炎 ) ポリエステルカーペット( 非防炎 ) をそれぞれ燃焼させ 内部に煙が充満した後 内部進入して消火作業を行い その様子を区画外から赤外線カメラ及び可視カメラにより撮影した 実火災を想定し 家庭内のカーペットや 寝具による煙に対する透過性を撮影検証したが 可視光では煙により見通すことが出来ない燃焼物や 隊員を確認することができ 一般的な建物火災で 利用できる目処が立ったといえる

20 100 試験 NO.9-104( 補助員 ) 100 試験 NO.9-104( 放水員 ) 温度 ( ) 前上後横マスク前雰囲気 温度 ( ) 前上後横マスク前雰囲気 着火後の経過時間 ( 秒 ) 着火後の経過時間 ( 秒 ) 図 2 頭部付近温度測定結果 ( 補助員 ) 図 3 頭部付近温度測定結果 ( 放水員 ) 4 試作機の概要 次に基礎調査で得られたデータをもとに 本研究開発で製作した機器の試作等について紹介 する 写真 1 初期の試作機 写真 2 ディスプレイ部分 初期の試作機は ディスプレイ及びカメラを防火帽の前部分に装着したものであり 実験により次の課題が見つかっている 1 防火帽の前部分に重量が集中し バランスが悪く カメラの焦点及びディスプレイの位置がずれる 2ディスプレイの映像が小さく見づらい 3 濃水蒸気下でディスプレイが結露する 4ディスプレイが 60 を超える高温環境での使用に耐えられない 以上の課題をクリアするため 改良機ではディスプレイを面体内部へ 赤外線カメラを面体右側面に取り付け結露対策等を施した

21 表 1 赤外線カメラの仕様 項目 仕様 センサ Microbolometer(160*120) 波長 7~14μm 感度 50mK フレームタイム 9フレーム / 秒 視野角 I/F NTSCビデオ信号 使用温度 -20 ~85 写真 3 改良機 5 火災実験による検証結果実験区画において 2 号クリブ 2 基を縦に積み 区画入口から 2 流体消火システムにより放水後 内部進入し消火作業を行った また 火災実験に先立ち 同区画において発煙筒の煙を充満させ 濃煙内における透過性実験も行った 発煙筒による濃煙実験では 煙に対する赤外線の透過は非常に良く 煙の中での歩行 区画内に並べたお湯の入った紙コップを容易に確認できた 実験した時のお湯の温度は 30 であり 人間とほぼ同等の温度である ウエアラブル赤外線カメラを使用することにより 煙中の被災者の救出 消防隊員の安全確保を容易に行う事が可能となる 火災実験では 区画内部で隊員がディスプレイにより映像を視認することが出来た 消防隊員は ウエアラブル赤外線カメラからフィードバックされてくる映像情報を頼りに 燃焼物体へ確実に近づき ピンポイントで消火活動を行うことができた これにより 従来 濃煙 濃水蒸気により全く燃焼物が見えない状況で 事前に確認している燃焼区画と燃焼物のイメージを頼りに行っていた消火作業を自分の目で確認しながら行うことが出来 的確な消火による早期の火災区画進入や水損低減など 迅速効率的な消防活動の実現の可能性を感ずることが出来た なお ディスプレイの画像は 有線ケーブル及び無線 LAN により外部で確認しており その画像が写真 4であり ウエアラブル赤外線カメラで捉えた実験区画内の燃焼クリブからは高温部位が確認できる 写真 4 火災実験区画内での赤外映像

22 6 おわりに消防隊員活動支援装置については 火災区画の視界が効かない場所で内部を視認するという目的を実験レベルでは達成しているが 実火災に対する有効性については未知数である 今後は 実働消防隊への検証配置により問題点の抽出を行い 実用化に向けた改良 改善を進める また 図 4のように本装置と無線 LAN 装置の組み合わせにより 隊員が装着する赤外線カメラの映像を リアルタイムで指揮本部へ伝送することが出来れば 指揮本部において災害全体像の早期把握がしづらい 地下鉄 地下街火災や大規模工場火災において 有効な映像となり 活動方針の決定等に大きく寄与することができると期待される 図 4 消防隊員活動支援装置 ( 赤外線カメラ ) の活用イメージ 参考文献 1) 三浦大他 : 平成 19 年度日本火災学会研究発表会概要集,pp ) 吉村眞一他 : 平成 18 年度日本火災学会研究発表会概要集, pp.6-9 3) 太田二朗他 : 平成 18 年度日本火災学会研究発表会概要集, pp ) 吉村眞一他 : 平成 17 年度日本火災学会研究発表会概要集, pp ) 太田二朗他 : 平成 17 年度日本火災学会研究発表会概要集, pp ( 横浜市消防訓練センター管理 研究課 )

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負圧環境下でも使用可能な閉鎖型スプリンクラーヘッドの一覧 2013 年 9 月 20 日一般社団法人日本消火装置工業会 社名商品名と記号型式番号仕様評価で使用した付属品及び取り付け部の構造 寸法が同じ付属品問い合わせ窓口 1 E72Q80C ス第 17~10 号 2 E96Q80C ス第 17~11

負圧環境下でも使用可能な閉鎖型スプリンクラーヘッドの一覧 2013 年 9 月 20 日一般社団法人日本消火装置工業会 社名商品名と記号型式番号仕様評価で使用した付属品及び取り付け部の構造 寸法が同じ付属品問い合わせ窓口 1 E72Q80C ス第 17~10 号 2 E96Q80C ス第 17~11 関係者各位 日消装発第 2436 号 2013 年 1 月 18 日 一般社団法人日本消火装置工業会 負圧環境下でも使用可能な閉鎖型スプリンクラーヘッドの情報提供について 謹啓時下ますますご清祥のこととお喜び申し上げます 平素より消火設備の設置ならびに維持管理に特段の理解とご協力を賜り 厚く御礼申し上げます さて 近年 閉鎖型スプリンクラーヘッドの一次側を常時負圧とする負圧湿式予作動式スプリンクラー設備が開発され

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