145 総 合 都 市 研 究 第 5号 1 9 7 8 大都市地震時における避難シミュレーション解析 堀口孝男本 要 小坂俊吉ネ 約 地震時を想定した住民の最適避難について,人間行動と都市の構造的な特質を組み込んだシミュレー ション手法を開発しその基本的なモデノレを構成する諸国子,すなわち, ( 1 ) 避難住民の発生分布 ( 2 ) 避難する方向 ( 3 ) 避難途上の制約 について検討を行なった。 さらに,このモデルを大都市の中心部を想定した地域と 1 9 4 8年の福井地震火災に適用することによ り,都市部の避難行動でどのような点が問題となってくるか,その一部を数量的に表現して,選択され るべき対策への一助となることを切らかにした。 1.はじめに を行なったものである。 初めに,地震時の人間行動を規定する要因として,避 主に木造家屋密集市街地によって構成されている我国 難開始の時期とその後の発生避難人口の推移,避難方向 の都市においては,大地震発生とともに火災が多発する および避難住民の流れとしての制限の三点、を取り上げ, ことが,関東地震あるいは福井地震の例を挙げるまでも 基本的な考えを述べる。次に,本来,市街地が持つ構造 なく予想される。この地震に起因する多発火災から,い 的特性が,避難行動にいかなる影響を及ぼすか,模擬避 かに住民の安全を確保するかが緊急の課題となっている 難シミュレーションを行ない考察する。さらに,昭和二 ことは衆知の事実である。住民の安全確保は,言いかえ 十三年の福井地震の都市火災について,新たに得られた れば,地震火災の危険性を探求することであり,その危 険性は,出火危険,延焼危険および避難途上における危 知見を述べ,当該地域における,火災の延焼動態に伴な う,経時的な最適避難についてのシミュレーションの結 険に分類することができる。避難に関する工学的研究 果を報告するものである。 は,東京都防災会議の調査研究 ( 1 9 6 7 ) が最初であり, また,電子計算機を利用して,実市街地と避難場所をネ 2 .避難行動について ットワークに置き換えて,住民の最適避難についてシミ ュレートしたのは防災美化協会 ( 1 9 6 7 ) が初めてと思わ れる。以後,メッシュ分割による延焼過程を組み込んだ ( 1 ) 基本的な考え方 災害時の避難行動を規定する要素として,避難開始の 避難シミュレーションによる人的被害など,工学的な研 時期とその後の発生避難人口の時間特性,避難の方向 究がし、くつか発表されている。一方,地震時における住 性,および避難途上の移動特性の三つに分類することが 民の心理学的研究は,新潟地震を契機とする「地震と人 でき,地域毎に異なるこれらの特性をもって, より広域 間行動Jと題して,警視庁の研究報告が発表されてい 的な避難行動を表現することができる。そして,これら る 。 本稿は,これら工学的,行動心理学的研究の成巣を取 三つの要素は,物理的障害要因である火災延焼,水害, 建物倒壊,路面破壊,事輔の避難路占有,群集の渋滞等 の状況によって時々刻々変化し,その中で最適な避難行 り入れ,避難住民の動きを比較的明確に表現し得るメッ シュ分割手法を用いることにより,人間行動と市街地の 動を人聞が行なうものと考えることができる。しかしな 両特性を考慮した,地震火災時の最適避難について検討 がら,本研究では避難障害要因として,これらのうちか *東京都立大学都市研究センター,工学部 1 4 6 総合都市研究 ら影響の大きい火災の延焼および群集の渋滞を第一段階 として取り上げることとする。 激に増加しある時期にピークに至り,以後なだらかに 減少する傾向を示している。このような傾向は火災時に おいても同様であって,発生避難人口は時間経過ととも に凝似的な正規分布形を描き,その分布形状は,被災経 験の有無,防災意識の程度による行動特性と,火災延焼 y o 長口︿相棒州端剖禅 避難開始時期とその後の発生避難人口の特性は,新潟 地震の津浪襲来の際の例をみると,地震発生後津浪の第 一波が達した三十分位から,避難行動を起こす人々は急 第 5号 B の接近による緊急避難とによって変化し,三つの変曲点、 C を持つようになっている。地震の発生後まもない時期 に,災害情報が余り得られれていないか,または,火災 の発生が不明であっても避難行動を起す人々が漸次増加 車軽震 T 愛の経過時間 する初期(図 1のA まで) ,情報の質,量とも増加,火 図 1 発生避難人口分布型 丈 災の発生を伝えたため,あるいは,火災延焼を確認する か,接近してきたため,急激な避難人口の増加を示す上 昇期(同図の Aから Bまで)そして避難人口が最大とな ってのち,家財への執着が最も強い人々,あるいは避難 を当初から考えていない人々が,直前の火災から退避す wY(工 , J) J るまでの後期(同図の Bから Cまで)に,分けることが ︽﹃ きる幅員の充分に大きな道路上と,その他の市街地の場 合とに分け,前者は,比較的余裕のある状態であるので 避難場所へ直接向う単一方向をとるものと考え,後者で は選択性が生ずるものとして,二方向をもって前者の路 線に到達,経由して避難場所に至る過程を取るものと仮 定する。 「 。 +HVuh﹀﹀ t H V X ﹀P 次に避難の方向は,火災の延焼を防ぎ,多数の住民避 難を可能にしかつ状況判断をより的確に下すことがで ︽﹃,、目 できる。 W 1((工.J+I) J宇 l また,避難途上の群集移動特性は,群集移動速度,通 行可能幅員,および収容可能限界の要素によって表現さ 工 れるものと考えられる。移動速度は老人,子供の歩行速 工+1 図 2 メッシュの表現 度を限界速度とし,路上群集密度が大きくなるにつれて 速度の低下をきたしある密度(最大群集密度)に至っ て歩行不能となる。収容可能限界は,通行可能幅員と最 大群集密度によって決定する。 先のメッシュを決定し,予定移動人口を計算する。次に それらのメッシュの境界上の群集密度による移動速度を このような特性をもとにして,経時的な人口変動を把 計算し,移動人口を算定する。この時,流出先のメッシ 握するため,電子計算機によるシミュレーションの手法 ュの収容可能限界による制限を受けて,最終的なメッシ を検討してみよう。 まず始めに地域をメッシュ分割し,メッシュ番号 0 , 1)における方向別避難人口比(日, s) ,道 路 幅 員 (WX,WY) ( 図 2) ,避難開始時刻,発生避難人口 分布形,メッシュの単位長さおよび計算単位時聞をデー タとして与え,計算単位時間毎に,発生避難人口と収容 可能限界を考慮したメッシュ間移動人口を算定する。 この算定方法は,発生避難人口分布から計算単位時間 に新たに発生する避難人口を求め,避難方向により移動 ュ聞の移動人口が算定される。これら一連の計算の流れ を図 3に示す。これによって,避難途上人口あるいは避 難完了人口と未避難人口のそれぞれを求めることができ る 。 ここで避難方向に関しては,次の関係を満足してい る 。 │α1+I s1=1 符号の正負によって向きを表現し,方向別避難人口は, a, sの絶対値に比例する。移動速度は歩行者密度が O 大都市地震時における避難シミュレーション解析 147 1 1 2 z WX=15 2 1 wx吋 ワ W y吋 Z 0 . 4 「 0.4WX=IS " WY=Z、 5 、 ,[叫│ 111..0 0 1 2 1 0 WX='' 0 . 8 WY=2 1 1 .0 避雄 "1.0 (=30,/ Wl wγ=15 主 務F 斤 0 .ワ W ' (吋 5 1 . 0 LO.3 日 w ' ( =1 5 21 図 4 メッシュの特性値 図3 流 れ 図 % 3 0 ここで い市街地を想定して,発生避難人口分布の相違による避 難途上人口,避難完了人口の推移を三つのケースについ 。 I r : t1 Avhu ( 2 ) 模擬避難シミュレーションモデルによる検討 J は歩行不能とここでは考えることにする。 蛍ロ ﹃一説閣 EW 2以上では渋滞が m/sec, 1人/m 2以上で 生じ始め,歩行速度は直線的に減少し 2人/m ~1 人 /ffil までは 1 ‘ -r ・ " X .Z 企庁・1.. 3 o 。10 20 30 40 5< 白 同 90 ' 0 0 1 1 0 1 1 - 図 5 発生避難人口比分布型 % 内以内 ミJ w q . , as υnv 脱線鏑 UMロ 4h. 避難場所における避難完了人口の推移(図 6) によれ ば,避難を開始した人々が,早期に集中する分布形を持 つケース程,完了人口は急勾配を描いて急増するが,そ 8 0 専を寵後の経過同制 て検討してみる o それによって最適避難方法を求めるた めの問題点を明らかにしてみよう。 メッシュに分割された市街地の各特性値のうち,避難 方向,道路幅員は図 4に,全域の発生避難人口分布は図 5に示す。居住人口は各メッシュとも 500人 , メッシュ 2としている。 間隔は 100m,収容可能限界は 2人/m ' 1 0 .1 o' τ -1 .' i-1. 2 ふ ' i ; t; ) の勾配がある時刻より低下し始め,三ケースとも, 75分 頃に完了人口は同程度となり,その後逆転する傾向を示 す。これは,各メッシュの収容可能人口の制限に帰国す るものであり,ケース1, 2, 3における避難場所直前 2 0,1 2 ) の収容制限を受けた時刻は,それ のメッシュ ( ぞれ, 45~50 分, 60~70 分, 70~75分である。すなわち o i 「一面 203040 50 60 70 ? l - 早世寵 f 量的経過時間 図 6 避難特性 ほぼ,図 6の変曲点あたりと一致する。次にもう一つの へ至るが,ケース 3では合流地点より前方,すなわち避 合流地点であるメッシュ ( 1 1,1 2 ) ( 図 7参照)周辺の 難場所に近いメッシュの収容制限の影響を強く受け,そ のために渋滞,通行停止の現象が現われる。そしてケー 避難途 k人口の推移をみよう。避難途上人口が収容可能 人口の%以上に達すると渋滞が始まると考えれば,ケー ス 1では合流地点の収容制限によって渋滞から通行停止 ス 2では,合流地点とそれより前方のメッシュの経時的 な避難途上人口を検討すると,ほぼ同時期にこれらの現 総 合 都 市 研 究 第 5号 1 4 8 JJ ιλ 金字 比仙E 1 分 ー 、5 加川馳一掛り , 守 図 U e 4 1 一 段段) 逸品嘩章ケ m o o d 音V 1・上下 山 一 J .1.AA.J l 1111J ⋮ 1 日一 ⋮ ・ 1 ⋮ ⋮ M A .沿い 混 乱 ・ . 山 川 悦 州 民a AJ ⋮ 山山。M山じ川山 v M山。川町 c山山。一日山 山。山 om山 。 川 山 e ω 02 murrt 加恥⋮仇 山ι 川 山 い 5 目 ・z 2 一 一 一 一 u " η山 戸。剛山, H山n 日 η川 , V 一“⋮'叩・出⋮⋮・一堂- . a u e L 一a山・ 山よい 11 臼一一三川一一一一一 , ぃ jill- 同⋮ u ⋮. 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I ~ 40 。 E 。s i t 重滋齢制E ・港総理曹4 生 B a報省 A ロ 比 ト『 」;制産方向 ~II. (-部地主抵の計 君 主O 図示〉 。 1 5 4ぢ 時 叩ち "草 1 , (5 , q S nち 抑 耳~.~;童相経過時間 H 図1 1 避難特性 ↑→→→ ↑↑→じ 16 ← ↓ oB r を与えて(図 5のケース 1に相当)避難のシミュレーショ を行ない,その避難完了人口の推移を検討してみた。た だし各メッシュの居住人口を 70 人とし,避難開始時刻は G 1 q 図1 0 避難地別地域分布 発震 5分後とし,終了時刻は 35分とする。その結果は図 て最適避難を求めていく。 まず初めに,かかる条件のうちで延焼動態によって決 急激な上昇を描き, 40分後にはほとんど全員が避難を完 定される各メッシュの避難開始時刻を全て同ーとして, 了している。これは避難途上の渋滞が 1ケ所もなく, し 当該市街地の避難特性を求める。すなわち 2 .( 2 )で述べ たうちで,合流点での欠陥が現われ易い発生避難人口比 かも避難場所が数多いうえに,そこに至る直線距離が最 大となるメッシュでも 5 0 0m位で、あるために, 1 0分も歩 本 ‘'・ 10 " u- 12 込S 1 1のA曲線に表わされている。この図は発震 1 0分後から ‘ ・ 1 2D 2: 延士主t . tt厳 よ手足 i 遊縫注上 λ口 下手主 牢i 雄官証人口 図1 2 ( 1 )発震後 35分 総 合 都 市 研 究 第 5号 1 5 2 21 11 0 09 。・ 価.'*'~" a - •••• •••• 0 11 7 ・" .. q 棒 ••••.• 0 ー •• ・- 0 9 . ・ ,.~.‘・・ リ ・・・ ~U. ,・ h 。 円 A ・" , 。 。 •. 0 叫 日明け 市 11 bmωμ0引 図1 2 ( 3 )発震後 1 3 5分 1A 町、九 t 、唱 •• 2 凶 目 1 1 4 仇 叶 川 也 、 山 、 川 山- h h M J h h っ hh hphH・h ・ my ?・山川山山川胡・⋮⋮山 出 川 仏山 山b川 ・ 叶 H.HHH ・h山 ・ M ・2 ⋮ ⋮ h ・ 糸 ⋮4 V蜘- E H 4 0附4 1 2 ⋮-he-atu・ k ・ -LO 略 鳴 りJ 0h 2 M 川⋮⋮⋮山川畑⋮山口山川刊明⋮ ・ ⋮ b h o e . 的自 w 山 ⋮ 内 山 内 h hon-hnhN.uonoouocuoooouOQ'ooucooo 抑 . 。 ouom .h山 m 山.h川 "ss 内 。 問 刊日山 叫 山 unuHH 引"岬日川 ・ ・ ・ ・ ・ ・ . ・ ・ ・ 川 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 7so---bkgFP6; ・・・ h h ・・・ H1 1& 0 0 ・ ・ 4 0 0 0 0 ・ 命 。 0 ・ 0 0 ・ 。 0 ・ 0 0 0 0 J T o o . 0 0 0 0 0 ・ 00 77l! u 山 山 口 山帆 u MV山 川 一 一 向 山 山 山 ・ ・l n q M 1 岳 。 ロ H ae---e ・ ( 4山 ・h o議 1下 oh ぷ ⋮ ・ ・2 山 m いJ I u - - h h γ 1 4 1 0 1 4 0 5 W u - ・& ・ 1 7 ・ 1M1 凶.山山山山川⋮⋮川附 ・2 0 ; ・ob--hh ム -uh 川 ふ点目州市川 ⋮- h r t h⋮kFA ⋮ ⋮よれ h・ 苫 、 寸 oh⋮-hh⋮tom h h 0 O Q ⋮ ⋮ 川・ ⋮ ・ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮・ ⋮ w ⋮ ⋮ 川 om oh 2 ooit 00 ⋮ . 。 ふ ・ hh⋮・ぷ⋮・凧山川市 ⋮止⋮ ⋮ 0 1・ ⋮ 肌 刊 ⋮ ・ h M h o e h h u h h よ L h W 1 0 2 mh ・ ⋮ ・ ⋮ ・ ⋮ ・ ⋮ a--Eo' 1 ・ ・ 停 除b v LPU・ VUL--'H 口 ・ 同 同 ・ H-----BU--e: ・川 ・・・ h 4・N.. 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I t . . . . . ・" . .。 ・ . , ・" . ・ " " q ・" ・ ・ ・ ・ . . . . . . . 。 0 ・ . . . . . . . . 語。 加 号 ・ ・ ・ . . . ・" 図1 2 ( 2 )発震後 1 0 5分 大都市地震時における避難シミュレーション解析 けば避難場所に到達するという好条件をもっ市街地であ ることを,数量的に表現している。 次に,各メッシュに前述したように午后 9時 8時30 分 8時などを避難開始時刻として,最悪な条件を与え てシミュレーションを行ない,延焼区域とそれに隣接す るメッシュの避難開始時刻,あるいは発生避難人口分布 型を変動させて避難の最適性を検討した。 得られた結果の一部を図 1 2に示す。他方,図 1 1の B曲 1 5 3 ろう。見方を変えれば,現在の東京のように木造家屋の 密集した市街地が延々と連なる都市にあっては,周辺の 安全地帯に逃げ込める住民は距離ならびに出火点の関係 から限られるので,福井市の例からみるように,大体数 十h aに分割された区域を運命共同体と考え, この単位毎 に地域防災計画が立案されるべきものとなるであろう。 4 . むすび 線はこの結果の経時変化を表わしており,避難完了人口 比からみると,避難は比較的順調に行なわれたことを示 メッシュ分割の有利性に着目して,人間行動と市街地 しているが,ただ 105分から 135分にかけて,その割合 が低下し始める。これは図 1 2 ( 2 ),( 3 )を見ると,延焼範囲 特性を織り込んだ地震火災時の最適な避難方法,すなわ ち経時的な最適避難経路の選択を求めるシミュレーショ がほとんど拡大しなかったためで,これによって避難行 ンの基礎的な概念を示した。また,この手法を都市内部 動を起す人々が減少したことによる。また,単位面積当 でしかも避難場所が限定された想定地域と福井地震の多 発火災に適用することによって,人間行動と市街地特性 たりの居住人口に対する延焼範囲内に残る人数の割合を 残留人口比とすれば,この数値が高いことは,避難開始 あるいは終了時刻が遅いことを示す。このシミュレーシ ョン結果では, c 曲線で表わされる 1 5分の時に34%と高 い値を示している。したがって,この残留人口比の高い の関連について若干の考察を行ない, この種の手法の有 用性の一端を明らかにした。 例えば,避難群集の合流地点と発生避難人口の特性に よる渋滞の危険性について,あるいはまた防災的観点か メッシュの避難開始(または終了)時刻を早めることに らみた都市の規模と避難場所との関連について,定量的 よって, この時刻における安全は満足される。この方法 な解釈を可能にすると思われる。今後,このような手法 を各時刻に適用していくことにより,除々に最適避難方 法が求まってし、く。その他の時刻では,残留人口は非常 が都市構造と住民行動の危険な点を明らかにして,避難 場所の選定及び建設,安全な避難路への改良,動的な避 に少ないため,仮定条件による避難方法以外でも問題は 生じてこなくなる。以上のシミュレーションの結果から みると,火災延焼が 5 0rr.先に接近してから退避しでも, 難路の確保と住民誘導等,ハード, ソフト両面の地域防 目的とする避難場所さえ誤らなければ,安全の確保が可 能であることを示しているようである。この地域での死 亡者は約 940人であるが,その大多数が建物倒壊によっ て逃げ出せずに延焼したものであり,火災そのものによ る死者は非常に少なかったものと推定できる。よって, 当時の福井市民の多くは,少くとも安全に避難を完了し たので、あり,その避難完了人口の推移は図 1 1のA曲線と 災計画の基礎資料を提供するであろう。 しかしながら,現段階は研究の緒に着いたばかりであ り,種々の仮定の検証,メッシュ分割による地域表現の 不連続性など,手法の改良点は数多い。今後は,これら の問題を,各方面の研究を取り入れて検討を重ね,一層 現実的な手法の開発をめざして努力することと L てい る 。 文献一覧 B曲線の中間にあるものといえよう。 c n ! 一方関東地震の場合でみると,本所区ではおよそ 1! 当りの出火点数が 1 2であり,福井市の場合と同程度であ るが,被服廠跡における焼死者を除いても,各所でかな 1)警視庁警備心理学研究会 1 9 7 1 大震対策のための心理学的調査研究 2) 日本都市センター りの数の人々が火災によって死亡している。 こ の 差 異 は,それぞれの都市構造と市街地規模の相違が原因して いるものと考えられる。すなわち都市構造として,本所 ・深川区では河川,水路が避難路を減少させ,また,同 1 9 7 1 拠点の安全性の検討に関する調査研究 1 3)北陸震災特別調査委員会 1950 昭和二十三年福井地震々害調査報告, I I建 築部門。 時に阻止要因になっていることは明らかであり,市街地 規模の大きさは,福井市に比べれば歴然とした差があ る 。 特に市街地規模について考えてみれば,もし同程度の 出火延焼規模で,その周辺に空地(建物が散在する場合 も含める=避難場所)があり,しかも避難路上に避難阻 止要因がなければ,生命の安全はかなり確保できるであ
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