構造物モニタリング技術の開発と応用

Development and Applications of Monitoring System on Structures Dynamics

第1章　総論

1　建築構造物の寿命モニタリング　　　(尾島俊雄)
1.1　はじめに
1.2　日本建築の寿命(世界最短にして最長)
1.3　建築様式
1.4　建設業と製造業
1.5　社会環境の変化
1.6　新しいライフスタイル(価値観の転換)

2　社会基盤の健全性とヘルスモニタリング　　　　(勅使川原正臣)
2.1　建築ストックの現状
2.2　建物の状態と計測項目・方法
2.2.1　建物の必要性能
2.3　応急危険度判定,被災度区分判定,罹災証明,地震保険への対応
2.3.1　応急危険度判定
2.3.2　地震損害保険
2.4　まとめ

3　建築物の劣化・保全・寿命　　　(寺本英治)
3.1　スクラップ・アンド・ビルドの時代からストック重視の時代へ
3.2　ストック重視の時代での驚くべき東京都心部の出来事
3.3　劣化と陳腐化
3.4　耐久性,耐用性,耐久年数,減価償却耐用年数
3.5　保全
3.6　公共建築の現状と長寿命化
3.7　建築の長寿命化のパラドックス
3.7.1　長寿命化によりさまざまなリスクが拡大する
3.7.2　劣化等のリスクの原因が複雑
3.7.3　劣化等のリスクの責任者は誰か
3.7.4　劣化等の情報の質
3.7.5　設計,建設段階から維持管理段階に渡される情報の量・質

4　構造物センシング市場の将来について　　　(麻生浩次)
4.1　構造物センシング・モニタリングの現状
4.2　海外での動向
4.3　構造物センシングデータが与える社会的影響,そして必要とされる社会制度
4.4　大規模災害による被災リスク回避の方法として
4.5　社会インフラの管理方法として
4.6　構造物センシング機器開発・販売・設置・保守事業市場
4.7　類似した製品としての社会システムとして防災製品,特に火災報知機についての考察
4.8　市場を成長させる(建築)構造物センシング・モニタリング用センサデバイスの要件
4.9　センサデバイスの設置対象と利用価値について
4.10　センサデバイス設置対象市場規模
4.11　構造物センシングを支える周辺環境要件
4.12　ユーザーニーズを汲み取った製品開発
4.13　災害時の情報収集源として行政の後押し
4.14　税制の後押しと波及効果としての耐震補強市場
4.15　構造物センシング市場の将来についての考察


第2章　センサ技術

1　安全安心を実現する統合センシング技術　　　(板生清)
1.1　安全安心社会構築に向けた政府の取組み
1.1.1　背景
1.1.2　JSTでの先進的統合センシング技術の創出
1.1.3　技術の俯瞰
1.2　万物は情報を発信する
1.2.1　人工と生命
1.2.2　自然・人間・人工物
1.2.3　センサ情報通信による調和
1.2.4　ネイチャーインタフェイスの世界
1.2.5　構造物のヘルスケア

2　光ファイバによる構造物センシング　　　(保立和夫)
2.1　はじめに
2.2　光ファイバ神経網技術
2.2.1　分類と特徴
2.2.2　ブリルアン散乱を活用した光ファイバ神経網技術
2.3　ブリルアン光相関領域法
2.3.1　ブリルアン光相関領域解析法
2.3.2　ブリルアン光相関領域リフレクトメトリ
2.4　ブリルアンダイナミックグレーティングとその応用
2.5　准分布型光ファイバセンシング
2.6　まとめ

3　応力発光による構造物の安全管理モニタリング　　　(徐超男)
3.1 はじめに
3.2　応力発光技術の概況
3.3　構造物の安全管理モニタリングの実例
3.3.1　橋梁の損傷検知
3.3.2　地震による構造体の損傷評価
3.3.3　配管における欠陥の可視化
3.3.4　トンネル安全管理
3.3.5　供用中橋梁のモニタリング
3.3.6　建物の劣化モニタリング
3.4　今後の展開

4 　MEMSセンサ　　　(桑野博喜, 原基揚)
4.1　緒言
4.2　圧力センサ
4.2.1　圧力センサの構造
4.2.2　検出回路
4.3　加速度センサ
4.3.1 加速度センサの構造と原理
4.3.2　検出回路
4.4　角速度センサ

5　感振センサ　　　(篠田正紀)
5.1　概要
5.2　センサの仕様
5.3　センサの原理・構造
5.4　性能評価
5.5　感振記録器
5.6　システム構成

6　常時微動が測定可能な加速度センサの試作例　　　(富岡昭浩)
6.1　はじめに　常時微動測定の必要性
6.2　実現のための目標仕様一覧
6.3　検出原理
6.4　評価状況一覧
6.5　可搬型振動計測システム
6.6　実際の測定例
6.7　土木研究所技術交流会による測定例
6.8　まとめ
6.9　補足
6.9.1　加速度センサの性能項目について
6.9.2　感度(SF)
6.9.3　バイアス(B0)
6.9.4　ミスアライメント(AA)
6.9.5　直線性

7　超低消費電力ワイヤレスセンサ　　　(伊藤寿浩)
7.1　ばら撒けるセンサ
7.2　イベントドリブン化と超短電文化
7.3　超低消費電力ワイヤレスセンサ用専用デバイス
7.4　低消費電力ワイヤレスセンサ用受信機技術
7.5　おわりに


第3章　センサネットワーク技術

1　IT強震計による構造物モニタリングシステムの概要　　　(荒木正之)
1.1　はじめに
1.2　「センサー」の文言定義
1.3　地震計の種類
1.4　SMSの概要
1.4.1　観測
1.4.2　キュレーション
1.4.3　解析
1.4.4　診断
1.4.5　報告
1.5　モニタリングシステムの調査範囲レベル
1.6　IT強震計
1.7　ITKからのデータ取得
1.7.1　記録ファイル
1.7.2　データリレー
1.8　ITKの時刻同期機能
1.9　ITK構造物モニタリングシステムの構成
1.9.1　記録セグメント
1.9.2　解析セグメント
1.9.3　ユーザーセグメント
1.10　不確定なパラメーターの非依存化

2　クラウドシステムの構築　　　(土井利次)
2.1　クラウドシステム構成
2.1.1　集約器
2.1.2　データ入出力基盤
2.1.3　リアルタイムモニタリング基盤
2.1.4　大容量データ蓄積基盤
2.1.5　大規模データ分析基盤
2.2　今後のクラウドシステムの課題

3　ビッグデータ/M2Mシステム　　　(鈴木誠, 森川博之)
3.1　ビッグデータ/M2Mがもたらす社会変革
3.2　データの収集・解析・公開
3.3　無線センサネットワーク
3.3.1　プラットフォームと通信プロトコル
3.3.2　時刻同期
3.3.3　テストベッド
3.4　フィールド指向ネットワーク:構造物モニタリングにおける課題発見
3.4.1　高信頼・高速データ収集
3.4.2　高精度サンプリング
3.4.3　M2Mネットワークによる収容

4　ITスマートセンサを利用したモニタリングシステム　　　(渡壁守正)
4.1　ITスマートセンサを利用した建物モニタリング診断システムの構築
4.1.1　現状の応急危険度判定
4.1.2　ITスマートセンサによる建物損傷の自動判定システム
4.2　大型振動試験装置によるシステム検証
4.2.1　システムの全体概要
4.2.2　ハードの構成
4.2.3　モニタリングシステムの検証試験の概要
4.3　実建物に適用したシステム検証

5　逆問題のセンサ情報処理　　　(平野元久)
5.1　はじめに―センサデータの逆問題解析と現象予測―
5.2　センサ情報処理を活用した大気汚染情報
5.3　センサ情報を活用した数値花粉予報
5.3.1　ネット社会の花粉症対策
5.3.2　花粉飛散の数理モデル
5.3.3　逆問題解析による発生源花粉放出量の推定
5.4　ニューラルネットワークによる数値花粉予報
5.5 おわりに


第4章　構造物のヘルスモニタリングの実際

1　安全安心のための最新センシング技術　　　(藤野陽三)
1.1　背景
1.2　インフラマネジメント
1.3　インフラモニタリングの特徴
1.4　ハザードモニタリングの例:分布型雨量
1.5　移動型インフラモニタリングの例
1.6　埋め込み型インフラモニタリング
1.7　埋め込み型インフラモニタリング　その2　建物の例
1.8　終わりに

2　地震観測記録を用いたエネルギーの釣合に基づく耐震裕度評価　　　(平間敏彦)
2.1　はじめに
2.2　エネルギーの釣合に基づく建築物の耐震裕度評価フロー
2.3　地震による入力エネルギーと速度換算値
2.3.1　エネルギーの釣合式
2.3.2　エネルギースペクトルの計算
2.3.3　有効周期
2.3.4　入力エネルギーの速度換算値の算定
2.3.5　損傷に寄与するエネルギー
2.4　各層に分配される入力エネルギー
2.4.1　各層に分配される入力エネルギーの算定
2.4.2　各層の必要累積塑性変形倍率の算定
2.4.3　最大層間変位の推定
2.5　各層のエネルギー吸収能力
2.5.1　各部材の保有累積塑性変形倍率の算定
2.5.2　各層の保有累積塑性変形倍率の算定
2.6　建築物の耐震裕度評価
2.7　計算例
2.8　エネルギー法と時刻歴応答解析結果の比較
2.8.1　解析条件
2.8.2　解析結果とエネルギー法の比較

3　等価線形化法を用いた残余耐震性能の判定　　　(楠浩一)
3.1　はじめに
3.2　構造物ヘルスモニタリングの整理と提案する方法の概要
3.3　背景
3.4　等価線形化法とは
3.4.1　応答スペクトル
3.4.2　多質点系の等価1自由度系への縮約
3.4.3　計測値を用いた応答予測
3.5　計測例1　横浜国立大学　建築学棟
3.5.1　建物概要
3.5.2　計測概要
3.5.3　東北地方太平洋沖地震での記録
3.5.4　最大応答時等価周期の変遷
3.6　計測例2　1×1スパン3層実大試験体を用いた振動台実験結果
3.7　おわりに

4　モニタリング情報を活用した新しい建物統合管理システムのデザイン　　　(増田幸宏)
4.1　はじめに―新しい「建築設備システム」としてのモニタリングシステム
4.2　災害に負けない建築・都市 ―「守る」から「続ける」へ
4.3　しなやかな強さ,難局を乗り切る力を備えた建築・都市の構築にむけて(レジリエントな建築・都市)
4.4　レジリエンスを高める上で重要となるポイント―「建物管理」の重要性
4.4.1　リソースの管理能力を高めることが鍵
4.4.2　「リスク」と「危機」
4.4.3　 明確な目標と合意形成
4.5　「建物機能継続計画」の標準化
4.5.1　建物の適切な機能維持(Building Function Continuity)の重要性
4.5.2　建物機能継続計画の策定項目と手順
4.6　ビルディング・コンテュニティ(Building Continuity)支援システムの開発
4.6.1　災害への対応は常に時間との戦い
4.6.2　発災後の動的な判断
4.6.3　 LCP(生活継続計画: Life Continuity Plan)への展開―正確な知識,的確な情報,適切な行動
4.7　「建物機能継続計画」の評価の視点―市場で評価される仕組みづくりに向けて
4.8　おわりに―建築と人間との架け橋となるシステム

5　センサーの活用による老朽建物の資産価値回復　　　(小坂幸彦)
5.1　資産価値についての考え方
5.1.1　情報と価値
5.1.2　レモン市場と不動産市場
5.1.3　資産価値の仕組み
5.1.4　潜在価値の計算例
5.2　センサーを用いたモニタリングが今後可能にすることとは
5.2.1　耐震性のマネジメント
5.2.2　建物保全技術への応用
5.2.3　モニタリングと資産価値
5.2.4　耐震センサーを用いた資産価値向上プロジェクト(実例紹介)
5.2.5　総評

6　センサネットワーク技術を応用した地震モニタリング　　　(倉田成人)
6.1　はじめに
6.2　無線センサネットワークによる地震モニタリング
6.3　ユビキタス地震モニタリングシステムの開発
6.4　超高層ビルへの適用と実地震時のモニタリング
6.5　安心をもたらす「地震の揺れの見える化」
6.6　環境・構造連携モニタリング
6.7　まとめ


第5章　実ビジネスへの展開　　　(池田泰久)
1　建築物の維持保全
1.1　建築物保全と構造ヘルスモニタリング
1.2　長期優良住宅
2　建築物の建替判断
2.1　区分所有者による簡易判定
2.2　専門家による判定
3　耐震診断
3.1　耐震診断の基本方針と指針
3.2　既存鉄骨鉄筋コンクリート造等
3.3　戸建木造住宅
3.4　緊急輸送道路確保
4　構造ヘルスモニタリング
5　ビジネス展開での課題と取組
5.1　技術的課題と取組
5.2　市場的課題と取組