Comparative Safety Assessment of Prescriptive Means-of-Egress Configurations Using Fault Tree Analysis

毎日、何百万もの人々が集合住宅の廊下や階段を行き来しており、火災が発生した際には、それらの空間を支配する規則が自分たちの安全を守ってくれると信じています。ドイツをはじめ、世界中の多くの場所では、建築基準法がこの安全性のためのルールブックとして機能しています。これらの規制は「規定型（prescriptive）」であり、例えば、二つの独立した避難経路を確保することや、階段室を煙から保護することなど、建設業者が従わなければならない具体的な設計を列挙しています。その根底にある長年の仮定は、「もし建物がこれらの規則に従っていれば、それは安全であり、基準によって認められた異なる設計は、概ね同等のレベルの保護を提供する」というものです。しかし、この仮定が厳密な、並行比較によって検証されたことはほとんどありません。火災安全は建物のレイアウト、人間の行動、機器の信頼性といった複雑な要素の組み合わせに依存していることは分かっていますが、規制は、承認されたある設計が別の設計よりも実際に安全であるかどうかを明示的に測定してはいません。この空白は、一つの疑問を残しています。すなわち、法的に許可されたすべての避難方法が、本当に等しい安全マージンを提供しているのか、それとも一部の構成には、より大きなリスクが隠されているのではないか、という点です。

これに答えるため、ミュンヘン工科大学の研究者たちは、もともと航空宇宙工学や原子力工学のために開発された「フォールトツリー解析（fault tree analysis）」という手法を用いました。あらゆるシステムが故障する可能性のある経路を、トップにある単一の最悪の事象から始まり、それを引き起こす可能性のある小さな個々の故障へと遡って描くマップを想像してください。この研究において、研究者たちはこの論理を住宅の火災安全に応用しました。彼らは、特定の決定的な事象を定義しました。それは、火災が鎮火する前に、消防隊がアパートの外から人々を救助しなければならないほど、火災が危険な状態になる瞬間です。このシナリオは、火災が発生したアパートそのものだけでなく、建物を利用するすべての人々に供される共有の避難経路（廊下や階段）に焦点を当てています。火災がどのように広がるか、どのように煙が廊下に充満するか、ドアがどのように故障するか、そして人々がどのように反応するかという詳細なモデルを構築することで、チームは異なる建物設計を比較するための透明なシステムを作り上げました。

研究者たちは、あらゆる建物のレイアウトを比較するには不十分なことが多い過去の事故データには頼りませんでした。代わりに、経験豊富な火災安全エンジニアの専門的な判断を用いて、失敗の連鎖におけるあらゆるステップに尤度（起こりやすさ）を割り当てました。彼らは、ドアが閉まりきる失敗の確率から、人がパニックに陥って出口を塞いでしまう可能性に至るまで、93の明確な要因を特定しました。これらの数値は絶対的な事実としてではなく、異なる建物の形状が同じ前提条件の下でどのように機能するかを見るための、一貫した入力値として扱われました。そして、ドイツのモデル建築基準に基づいた21種類の異なる住宅構成をモデリングしました。これらには、内部階段を持つ標準的な設計、オープンエア・ギャラリー、外部階段、そして高層ビル用の特殊な安全階段などが含まれます。

結果は、法的に同等とされる設計であっても、安全性プロファイルは大きく異なる可能性があるという衝撃的な現実を明らかにしました。研究者が各構成の「スコア」（その事象が発生する可能性を表す数値）を計算したところ、大きな開きがあることが分かりました。最も安全な構成（煙や火災に対する複数の障壁を備えた、高度に保護された内部安全階段を持つもの）のスコアは0.274でした。対照的に、保護された廊下と単一の内部階段を備え、バックアップとして消防による救助に依存する標準的な設計のスコアは0.809でした。全21モデルの最高と最低の比率はほぼ3対1でしたが、規制上の代替案として一般に同一視されている14の標準的な構成間での比較スコアの比率は1.70でした。これは、規制当局によって交換可能であるとみなされている標準的な設計のグループ内であっても、ある構成は他の構成よりも、実質的に高いリスクを孕んでいることを意味します。

研究はまた、なぜこのような違いが生じるのかを特定しました。二つの異なる方向への避難経路を提供している構成、あるいは煙が自然に拡散できるオープンエア・ギャラリーを使用している構成は、一貫してスコアが低く、つまりより安全でした。逆に、単一の方向への移動に依存している設計や、煙が蓄積しやすい囲まれた廊下を使用している設計は、安全性が低いという結果になりました。モデルによれば、単一の避難経路に接続されているアパートの数も重要でした。一つの経路に依存する人が多ければ多いほど、その経路が遮断された際のリスクは高まります。さらに、自動閉鎖式の防火扉や煙の障壁の存在は、居住者が閉じ込められる事象へと至る連鎖を断ち切る上で極めて重要な役割を果たしていました。研究者たちは、専門家の推定値を上下に調整しても、これらの設計のランキングは安定していることを発見しました。これは、これらの違いが特定の人間行動に関する推測の結果ではなく、構造的なものであることを示唆しています。

本研究は、現在の建築基準が安全ではないとか、特定の適合した建物が必ず失敗するという主張をするものではありません。むしろ、「同等の安全性」という概念が、見た目以上に複雑であることを証明しています。本研究は、規定により認められた構成であっても、実質的に異なる「潜在的な安全性マージン」を含み得る、つまり、同じ規則によって許容された異なる設計が、必ずしも同レベルの保護を提供するわけではないことを示しています。研究者たちは、自分たちの数値は比較スコアであり、火災がどの程度の頻度で発生するかという絶対的な予測ではないことを強調しています。それらは相対的なリスクを理解するためのツールであり、単純な廊下と一つの階段を持つ建物は、専用の煙保護された安全階段を持つ建物よりも本質的に脆弱であることを示しています。この知見は、規制当局や設計者が、承認された解決策がすべて等価ではないことを認識すべきであることを示唆しています。この透明な手法を用いることで、建築基準の変更案や特定の建築計画を共通の基準に照らして審査することが可能になり、建物の潜在的な安全性マージンが理解され、必要に応じて改善されることが保証されます。結論として、現在のシステムは機能しているものの、より深く掘り下げると、安全への経路の中には、より確実なものが存在するのです。この違いを認識することが、より情報に基づいた、効果的な火災安全工学への第一歩となります。