建物火災における車いす利用者の階段避難に関する研究 －車いす介助による階段降下実験の分析－ Study on Evacuation Procedure of Wheelchair Users by Stairs in Building Fire －Analysis of Behavior of Wheelchair Helper in Descending Stairs－ 濵島 弘次(K112613) Koji Hamajima (K112613) 1. 研究の背景と目的 日本の総人口は平成 23（2011）年 10 日 1 日現在 1 億 2780 万人である。一方、65 歳以上の高齢者人口は、 過去最高の 2972 万人（前年 2948 万人）となり、総人 口に占める割合（高齢化率）も 23％（前年 20.2％）と 年々増加している。また平成 18 年現在の肢体不自由者 の総数は約 176 万人に上り、前回調査の平成 13 年と比 べると約 1.1 万人増加している。 一方で「高齢者、障害者等の移動等の円滑化の促進 に関する法律（バリアフリー新法）」に基づく段差の ない空間作りにより高齢者や障害者などが様々な建築 物を利用しやすくなった。加えて、エレベーター等に より高層階にもそういった人が容易に行くことができ るようになった。 しかしながら火災が発生した際に通常のエレベータ ーは火災時管制運転により避難階で休止し、また、非 常用エレベーターについても消防隊が利用する。これ は、火災発生時に人々がエレベーターに殺到し、将棋 倒しになることや、エレベーターのドアを解放状態に されるなどの不測の事態がおこり、また、エレベータ ーの昇降路が煙伝播経路となって、火災階以外の階に 危険が及んでしまうことを防ぐためである。つまり現 状では火災時にはエレベーターでの避難はできず、高 齢者や障害者はエレベーターなしに避難するか消防隊 などの救助を待つしかない。しかしながら避難階より 上の階にいる、特に車いす利用者にとって自力での避 難は容易ではない。 そこで本研究では介助を前提とした上で本来的には 車いすの使用方法としても不適当で、かつ階段での転 落の危険を伴うが、あえて車いす利用者の階段避難の 可能性を既往の研究 1)を元に検討することとする。具 体的には車いすを段に沿って降下する方法があり、車 いすの種類や階段の傾斜角による影響を調べながら、 より安定した車いす階段降下方法について考察する。 2. 研究方法 (1)実験場所 東京理科大学野田キャンパスの14号館西側階段と情 報科学研究センター西側階段、および研究室に設置し た階段模型 2 つを用い実験を行う。 (2)被験者 介助者 1 人で車いす乗車者マネキンを階段降下させ る避難実験を行う。介助者の役割をする被験者は男性 大学生 9 名である。 (3)介助者としての実階段降下実験方法 ①実験条件 表 1 の各要素を組合せ、表 2 の順に各組は階段降下 実験を行う。実験に使った階段の寸法は図 1,2 に示す 通り、傾斜角が急なものと緩いものを対象とした。 表 1 実験条件 階段 車いすの種類 車いすのグリップ 乗車者 緩 自走式 長 48kg 急 介助式 短 66kg 表 2 実験項目 試行回数 階段の角度 車いすの種類 乗車者の重さ(kg) 1回目 急 介助式 48 2回目 急 自走式 48 3回目 急 自走式 48 ①組 4回目 急 介助式 48 5回目 緩 自走式 48 6回目 緩 自走式 66 7回目 緩 自走式 48 1回目 急 自走式 48 2回目 急 自走式 48 3回目 急 自走式 48 4回目 急 自走式 48 ②組 5回目 急 介助式 48 6回目 緩 自走式 48 7回目 緩 自走式 66 8回目 緩 自走式 48 グリップ 長 長 短 長 長 長 長 短 短 短 長 長 長 長 長 図１ 急な実階段(傾斜角 38.1°) 図 2 緩やかな実階段(傾斜角 27.3°) 階層 1 1 1 1 1 1 4 1 1 1 1 1 1 1 4 ②被験者への説明 各組の 1 試行目は、被験者に下り方を教示せず自由 な方法で車いす介助で避難してもらい、 2 試行目以降は 前向き降下を教示した。 ③観測方法 各試行の階段降下時間を計測するため、その様子を ビデオカメラにて撮影する。また実験後にヒアリング を行い実験条件の組合わせ毎の相対的な難易評価申告 してもらう。 ④階段降下時の補助方法 車いすにロープを結び、車いすが落ちそうになった 時には係員 2 人が上からロープを引っ張ることで、車 いすが落ちないように配慮した。 (4)乗車者として実験の方法 被験者に乗車者となってもらい緩やかな実階段を降 下する。介助者の役割は実験係員が行い、各車いすで 実験をし、各被験者に段を降下する際の衝撃を比較し てもらう。 (5)介助者としての模型階段降下実験 介助者 1 人で車いす乗車者を模型階段から降下させ る。介助者の役割をする被験者は先の実験の被験者の うちの 7 名である。模型階段は図 3,4 のような急と緩 やかな階段を用いた。また、簡易型筋電計（図 5）を腕 (前腕の内側と上腕の内側 図6)と背(僧帽筋 図7 と三 角筋 図 8)につけ、同一の実験を 2 度行い腕・背共に計 測する。測定値は積分筋電図(以下 iEMG：integrated electromyography の略)を用い比較した。また、比較基 準として iEMG は腕の筋肉には 10kg のダンベルを持っ てもらい、肘から 90 度曲げる動作時の最大値とし、背 の筋肉は 10kg を持ち腕を伸ばし、肩から真横に持ち上 げる動作時の最大値とした。 3. 実階段での実験結果 3.1 階段降下時の状況 ①急な階段での 1 試行目 急な階段を用いた実験1試行目は下り方を教示せず、 被験者に自由に実施してもらったところ、表 3 に示す 結果となった。9 人中 3 人が前向き降下、残りの 6 人は 後向き降下であった。前向き降下した 3 人は１階層の 降下に無理なく成功したが、後向き降下をした 6 人の 内5人がバランスを崩し3人が車いすを支えきれず図9 のようになったため実験担当者がロープを引き、実験 を中断した。またバランスを崩しながら降下した 2 人 は壁に乗車者の足を壁にぶつけてしまった。バランス を崩したが降下できた 3 人の内の 1 人は図 10 のように 肘かけを持ち降下した。中断した 3 人には単に前向き 降下を指示し元に戻って再会したが、 2 人は前傾して前 輪が階段にひっかかり自己申告のもと断念した。 この 2 人には「前輪を上げる事」を教示し再度被験者に降下 してもらい 2 人とも降下できた。 表 3 1 試行目の降下成功可否と降下時間 降下・成功 降下・失敗 降下・中断 前向き 0 0 0 自走 後向き 1 2 1 前向き 3 0 0 介助 後向き 0 0 2 図 9 後向き降下での失敗例 図 10 肘かけを持ち降下 ②急な階段での 2 試行目以降 2 試行目以降では1 試行目に2 回中断した1名と後向 きにバランスを崩しながら降下した 1 名がそれぞれ 1 回ずつ途中で断念したが、 「前輪を上げる事」を教示し てからやり直しを行い降下に成功した。降下ができな かった時は最初の数段で左右の車輪を同時に降下させ ずバランスを崩したが、それ以降にバランスを崩し降 下できなかった者はいなかった。 表 4 2 試行目以降の結果(階段:急,乗車者:48kg) 図 3 急な模型階段 図 5 筋電計 図 4 緩やかな模型階段 図 6 腕につけた筋電計 図 7 背に付けた筋電計 図 8 肩に付けた筋電計 車いす種類 自走式 自走式 介助式 グリップ長さ 長 短 長 成功数/試行数 9/9 11/13 9/9 ③緩やかな階段での試行 緩やかな階段の結果を表 4 に示す。 1 階層の降下では， 乗車者が 48kg では全員が降下に成功したが、乗車者が 66kg では 2 名が車いすが前のめりになった。また緩や かな階段の 4 階層の降下では，最後の 1 階層を下りる 時に 2 名（うち，1 名は 1 階層のマネキン 66kg でも失 敗）が前のめりになり，車いすが前傾して前輪が段に マネキンは車いすに固定しているため，車いすが前 傾になっても落ちなかったが，通常人が乗車している 場合は固定用のひもはないため，車いすからずり落ち る危険性がある。 3.2 ヒアリングによる難易申告 ①車いす降下の操作容易条件 2 試行目以降に各実験との難易を比較してもらい， 単 純な一対比較により回答してもらった結果を表 5 に示 す。車いすで降下しやすい条件は，階段の傾斜が緩や かで，乗車者の重さが軽い方であった。また，車いす の種類については，半数が自走式と介助式のやりやす さの違いはないという回答であったが，介助式の方が やりやすいという回答が 0 であるのに対して，自走式 の方がやりやすいという回答は 4 人であった。グリッ プの長さについては，相違ないという回答が 7 人であ るのに対して短い方という回答が 0 であるのに対して 長い方がやりやすいという回答は 2 人であった。 表 5 車いすによる階段降下が容易な条件の比較 緩やか 7人 自走式 車いすの種類 4人 長 グリップの長さ 2人 軽 乗車者の重さ 9人 階段の傾き 急 1人 介助式 0人 短 0人 重 0人 変わらない 1人 変わらない 5人 変わらない 7人 変わらない 0人 また， 「自由意見」として，次のような回答があった。 乗車者 48kg よりも 66kg の方が難しいと感じた理由と して，スピードのコントロールが難しく，自身の体の 重心を下げることや後ろに引っ張ることを意識する必 要があった。手汗をかいて 48kg では握力でどうにかな るが，66kg では滑ってしまった。 ②車いす降下による複数階層降下の可能性 質問として「緩やかな階段で乗車者が 48kg であった ら何階層まで降下することができるか」と確認したと ころ，表 6 に示す結果となった。これに対して 4 階層 の降下実験では， 1 人が実施困難を理由に参加を拒否し， 残る 8 人の被験者については，先の質問で 2 階層と回 答した 1 人と 3 階層と回答した 1 人の計 2 人が， 4 階層 目で失敗（3 階層成功）する結果となった。また，4 階 層の降下実験の後に，同様の質問をしたところ，表 6 に示す結果となった。最大では，実施した 4 階層の 2 倍の8階層まで実施できるという2 人の意見があった。 ③車いす乗車者としての安定性 被験者 9 人に乗車者になってもらい，自走式及び介 助式車いすで半階分階段を降下してもらった結果、7 人が自走式の方が段を下りた際の衝撃が小さく，安心 できたという回答であった。 3.3 階段降下実験の前後の脈拍と血圧の変化 実験前に対して実験後の脈拍と血圧の上昇値を整理 したものを表 7 に示した。脈拍と最高血圧は，階段降 下実験によって概して 2 割程度上昇する結果となった が，最低血圧の変化は小さかった。 3.4 階段降下速度 実験条件の組み合わせ毎の車いすによる階段降下速 度の算定結果を図 11 に示す。速度の算定における距離 は，段部は階段の傾斜に沿った斜めの距離を取り，踊 り場は図 1,2 に示す階段上がり表示のラインに沿った 距離を取った。 1 階層の降下実験においては， 極端に早い場合を除く と，階段が急な条件では約 0.2 m/s で，階段が緩やか な条件では約 0.3 ～0.4m/s となった。一方，階段が緩 やかな条件で 4 階層の降下実験では，1 人のみが約 0.3 m/s であるのに対して，大部分は約 0.5 m/s で降下した 結果となり，1 階層の場合の約 1.6 倍となった。このよ うに一部の被験者で極端に速い結果となったが，単純 平均を算定すると表 8 に示す通りとなる。平均速度を 比較して速度が速い条件は，階段が緩い方，乗車者は 48kg，車いすは自走式でグリップが長い方であり、こ の条件は操作がしやすい条件と重なった。 表 6 被験者による降下可能性 2階層 3階層 1階層終了後 4階層終了後 2 0 4階層 4 2 6階層 3 2 8階層 0 2 0 2 表 7 実験前後の脈拍，血圧の変化(前→後)（2 組） 階段:急 後－前 1回目 2回目 3回目 4回目 5回目 乗車者:48kg の平均 F 83.5→109 94→117 98→143 99→134 99.5→113 28.6 G 68.5→82 72→82 77.5→89 83→97 75.5→87 12.1 脈拍の上 H 76.5→87 75→85 83→102 79→88 78.5→69 7.8 昇値 I 73.5→86 63.5→85 66→74 68→79 68.5→73 11.5 差･平均 15.5 16.1 20.9 17.3 5.3 15.0 F 95.5→150 126→148 118→135 118.5→141 115→143 28.8 G 101.5→128 100→106 96→116 94→110 92→110 17.3 最高血圧 H 121.5→161 134→167 139.5→171 138→163 133.5→151 29.3 の上昇値 I 140.5→172 130→156 131→160 119.5→143 135→100 15.0 差･平均 38.0 21.8 24.4 21.8 7.1 22.6 F 57→84 76.5→81 64→80 72.5→85 70→89 15.8 G 66.5→64 70.5→58 61→56 63→56 62→56 -6.6 最低血圧 H 51.5→81 58→62 57→79 58.5→67 57.5→66 14.5 の上昇値 I 55.5→53 67→74 66.5→65 59.5→68 81.5→66 -0.8 差･平均 12.9 0.8 7.9 5.6 1.5 5.7 0.6 降下速度(m/s) 当たってしまったが，自力で車いすの角度を戻して復 帰したので続行させた。 表 5 緩やかな階段での結果 (自走式 グリップ:長) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 長 短 長 長 長 長 4階層 48kg 48kg 自走 介助 急 48kg 66kg 自走 緩 図 11 実階段での実験条件分類毎の車いす降下速度 表8 実階段での実験条件分類毎の車いす平均降下速度 車いすの種類 自走 急 介助 緩 自走 乗車者の重さ グリップの長さ 降下速度 長 0.308 短 0.256 48 0.249 0.419 長 0.485 66 0.383 3.5 段部における車いすの降下 急な階段では階段の踏み面が 24.2cm であるのに対 し、自走式車いすの車輪の径が約 28cm であり、車軸が 踏み面の先端部よりも前に出ている。一方、介助式車 いすの車輪の径は 20.3cm で車軸が踏み面を越さない。 また，緩やかな階段の踏み面は 29.7cm であるため，両 方とも車いすとも車軸が踏み面を越えない条件である。 図12 急な階段での自走式 図13 急な階段での介助式 車いすの車軸位置 車いすの車軸位置 3.6 筋電図の計測（模型階段による実験） 表 9，10 は，筋電計による測定値 iEMG の各実験にお ける最大値について，被験者毎に大きいものから順位 を付けた結果である （1 が最も iEMG が大きかったもの） 。 なお，被験者 H のみブレーキを操作して車いすを制御 しながら階段を降下していたため，ブレーキなしで 2 つの実験を再度行った。 これを見ると急な階段模型での降下の際に腕の筋肉 を緩やかな階段模型での降下に比べ大きな値をとって いることが分かる。またマネキンが 66kg の時の方が 48kg のときに比べ大きな値であった。 iEMG 値を比較基準と比べた際に大きいものでは 100％を超え、全て急な階段であった。さらに、図 14 のように上腕と前腕の iEMG 値の割合を重ねた際に、お おむね同様なタイミングで割合が上がることがわかる。 つまり上腕、前腕ともに同じときに力を入れるという ことである。 表 9 階段降下時の被験者毎の腕の iEMG 値の比較 被験者 測定場所 48 自走 66 緩 48 介助 66 48 自走 66 急 48 介助 66 長 短 長 短 長 短 長 短 長 短 長 短 長 短 長 短 A B C D E H I 前 上 前 上 前 上 前 上 前 上 前ブ 前 上 前 上 9 5 8 5 6 4 9 5 6 7 8 7 8 3 7 11 7 8 10 9 1 5 6 4 2 5 4 2 5 6 5 7 6 6 11 3 6 4 8 7 8 8 8 7 7 7 5 1 8 10 8 8 6 4 7 7 6 7 4 6 10 8 2 1 7 4 1 3 3 3 3 2 3 10 6 6 1 1 1 2 2 6 5 1 2 2 2 2 5 8 1 2 5 1 4 3 8 3 4 5 3 3 1 5 1 1 3 4 2 5 9 6 4 2 2 3 3 1 4 4 表 10 階段降下時の被験者毎の背の iEMG 値の比較 被験者 測定場所 48 自走 66 緩 48 介助 66 48 自走 66 急 48 介助 66 A B C D E H I 背 肩 背 肩 背 肩 背 肩 背 肩 背 肩 背 肩 長 10 8 8 7 4 4 3 3 短 5 8 7 8 2 2 長 7 10 6 2 3 1 2 1 短 1 1 4 6 4 6 長 1 7 1 6 1 8 1 5 短 1 7 5 7 5 1 長 5 1 3 4 3 1 3 2 短 2 8 3 5 6 8 長 4 3 5 4 5 7 7 8 短 7 4 6 3 8 7 長 3 4 8 3 2 2 7 3 短 7 6 8 2 1 5 長 9 5 7 2 6 6 6 6 短 2 6 6 3 8 4 4 4 長 8 9 1 5 2 3 8 5 短 6 2 5 7 2 1 4 5 140% 基準動作に対するiEMGの比 階段の傾き 120% 100% 80% 前腕 60% 上腕 40% 20% 0% 0 5 10 15 時間(s) 図 14 前腕と上腕の iEMG 比の変化 3.7 車いすの角度の計測 図 15 を比較すると、グリップが長く自走式であるほ ど角度が大きくなっている。一方階段の傾きによる車 いすの傾きの差は見られなかった 図 15 降下時の車いすの角度の分布 4. 考察(まとめ) 以上より、次の結果が得られた。 ①適切と考えられる降下方法(前向きで前輪を上げて 降下)を知らないと後向きで降下しようとするなど、転 落や壁への接触の可能性が極めて高い。 ②1 階層の階段では、 適切な降下方法を教示すれば安定 して降下できることがわかった。ただし、乗車者が重 くなったり、階段が急になると困難度が増し、降下に 失敗する可能性が高くなる。また、階段や乗車者の条 件が整えば複数階層を降下することができる介助者も いることがわかった。 ③階段の傾きが緩く、乗車者が軽いことが車いす階段 降下を容易に行う条件で、車いすは自走式でグリップ が長いほうがやや降下しやすい結果となった。最も降 下しやすかった条件で降下速度が最速となった。 ④自走式の場合、急な階段より緩やかな方が車軸が踏 み面上の範囲にあるため、段を降下した際に安定する ため操作しやすい結果となったが、介助式の場合は車 軸が踏み面上の範囲にあるものの、次の段を降下する ための前進する動作がやりづらい結果となった。これ は介助式の方が車輪が小さく車軸が低い位置にあるた め後傾姿勢を保ちづらいためと考えられる。 参考文献 1)瀬戸口俊也,他：介助者による階段降下の可能性につ いて―車いす使用者の階段避難の可能性に関する実験 その 2―,日本建築学会大会学術講演梗概 集,E-1,pp.971-972,2007
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