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技術 構造物検証システム、構造物検証装置、構造物検証プログラム

出願人 株式会社NTTファシリティーズ
発明者 吉田献一瀧野孝浩忽那秀治渡邊剛千葉大輔
出願日 2014年7月8日 (5年2ヶ月経過) 出願番号 2014-140791
公開日 2016年2月1日 (3年7ヶ月経過) 公開番号 2016-019369
状態 特許登録済
技術分野 非電気的異常に対する保護 地球物理、対象物の検知
主要キーワード 継続使用不可 限界層 応答特性データ 応急復旧 設計基準値 判定結果テーブル 傾斜角計 損傷度合い
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (15)

課題

外的要因に応じた構造物応答予測により、当該構造物における設備稼働支援する。

解決手段

外的要因に応じた監視対象の構造物の揺れ計測するセンサによって計測されたセンサデータを受信するセンサデータ制御部と、前記構造物に付属する設備に対する電力の供給を遮断する遮断部と、前記構造物に付属する設備に対して電力の供給を制限する制御信号を前記遮断部に送信する設備制御部と、前記外的要因である地震により前記構造物が応答した後に、前記センサデータ制御部が受信したセンサデータに基づいて、当該地震によって停止された当該構造物に付属する設備に対する電力の供給を制限する状況を解除するか否かを判定する停止解除判定部と、を備えることを特徴とする構造物検証システムである。

概要

背景

地震等の外的要因に応じた構造物応答予測することが行われている。例えば、特許文献1には、質点モデルにより建物モデル化した建物モデルに基づいて建物の特性を予備解析して特性データを算出しておき、緊急地震速報を受信すると、予め算出した特性データを照合して、建物の基礎部の予測震度予測到達余裕時間、建物の各階毎の予測震度を算出することが記載されている。
また、地震到来時の被害を低減するため、構造物における設備稼働を制限することがある。

概要

外的要因に応じた構造物の応答予測により、当該構造物における設備の稼働を支援する。外的要因に応じた監視対象の構造物の揺れ計測するセンサによって計測されたセンサデータを受信するセンサデータ制御部と、前記構造物に付属する設備に対する電力の供給を遮断する遮断部と、前記構造物に付属する設備に対して電力の供給を制限する制御信号を前記遮断部に送信する設備制御部と、前記外的要因である地震により前記構造物が応答した後に、前記センサデータ制御部が受信したセンサデータに基づいて、当該地震によって停止された当該構造物に付属する設備に対する電力の供給を制限する状況を解除するか否かを判定する停止解除判定部と、を備えることを特徴とする構造物検証システムである。

目的

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、外的要因に応じた構造物の応答予測により、当該構造物における設備の稼働を支援する構造物検証システム、構造物検証装置、構造物検証プログラムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
0件

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請求項1

外的要因に応じた監視対象構造物揺れ計測するセンサによって計測されたセンサデータを受信するセンサデータ制御部と、前記構造物に付属する設備に対する電力の供給を遮断する遮断部と、前記構造物に付属する設備に対して電力の供給を制限する制御信号を前記遮断部に送信する設備制御部と、前記外的要因である地震により前記構造物が応答した後に、前記センサデータ制御部が受信したセンサデータに基づいて、当該地震によって停止された当該構造物に付属する設備に対する電力の供給を制限する状況を解除するか否かを判定する停止解除判定部と、を備えることを特徴とする構造物検証システム

請求項2

外的要因に応じた前記構造物の応答特性を示す応答特性データを記憶する応答特性データ記憶部と、前記構造物に対する外的要因の規模を示す要因データの入力を受け付ける要因データ受付部と、前記要因データ受付部に入力された前記要因データに対応する前記応答特性データを前記応答特性データ記憶部から読み出し、読み出した応答特性データに基づいて、当該外的要因による当該構造物の応答を予測する応答予測部と、を備え、前記設備制御部は、前記応答予測部による予測結果に基づいて、前記構造物に付属する設備に対して電力の供給を制限する制御信号を前記遮断部に送信することを特徴とする請求項1に記載の構造物検証システム。

請求項3

外的要因に応じた監視対象の構造物の揺れを計測するセンサによって計測されたセンサデータの履歴を記憶するセンサデータ履歴記憶部と、前記センサデータ履歴記憶部に記憶されたセンサデータの履歴に基づいて、前記応答特性データを算出し、算出した当該応答特性データを前記応答特性データ記憶部に記憶させる応答特性データ算出部と、を備えることを特徴とする請求項2に記載の構造物検証システム。

請求項4

前記外的要因である地震の規模を含む緊急地震速報を受信し、受信した緊急地震速報を前記要因データとして前記要因データ受付部に入力する緊急地震速報制御部を備え、前記センサデータ制御部は、前記緊急地震速報制御部が前記緊急地震速報を受信してから所定時間内に前記センサによって計測されたセンサデータを、前記センサデータ履歴記憶部に記憶させることを特徴とする請求項3に記載の構造物検証システム。

請求項5

外的要因に応じた監視対象の構造物の揺れを計測するセンサによって計測されたセンサデータを受信するセンサデータ制御部と、前記構造物に付属する設備に対する電力の供給を遮断する遮断部と、前記構造物に付属する設備に対して電力の供給を制限する制御信号を前記遮断部に送信する設備制御部と、前記外的要因である地震により前記構造物が応答した後に、前記センサデータ制御部が受信したセンサデータに基づいて、当該地震によって停止された当該構造物に付属する設備の停止を解除するか否かを判定する停止解除判定部と、を備えることを特徴とする構造物検証装置

請求項6

構造物検証装置のコンピュータに、センサデータ制御部により外的要因に応じた監視対象の構造物の揺れを計測するセンサによって計測されたセンサデータを受信するセンサデータ制御ステップと、遮断部により前記構造物に付属する設備に対する電力の供給を遮断する遮断ステップと、設備制御部により前記構造物に付属する設備に対して電力の供給を制限する制御信号を前記遮断部に送信する設備制御ステップと、停止解除判定部により前記外的要因である地震により前記構造物が応答した後に、前記センサデータ制御部が受信したセンサデータに基づいて、当該地震によって停止された当該構造物に付属する設備に対する電力の供給を制限する状況を解除するか否かを判定する停止解除判定ステップと、を実行させる構造物検証プログラム

技術分野

0001

本発明は、構造物検証システム、構造物検証装置、構造物検証プログラムに関する。

背景技術

0002

地震等の外的要因に応じた構造物の応答予測することが行われている。例えば、特許文献1には、質点モデルにより建物モデル化した建物モデルに基づいて建物の特性を予備解析して特性データを算出しておき、緊急地震速報を受信すると、予め算出した特性データを照合して、建物の基礎部の予測震度予測到達余裕時間、建物の各階毎の予測震度を算出することが記載されている。
また、地震到来時の被害を低減するため、構造物における設備稼働を制限することがある。

先行技術

0003

特許第5113475号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、上述の特許文献では、建物モデルに基づいて予測を行うため、予めモデル化した建物モデルと実際の建物の状態とが異なれば予測精度は低い。例えば、実際の建物の状態は経年劣化や損傷により変化しており、予め想定した建物モデルとは異なる場合がある。このような変化に対応するため、例えば不定期または定期的にモデル解析を行って建物モデルを修正することが考えられるが、このような作業には手間や時間がかかるとともに、予測精度がモデル化の精度に依存するため、予測結果の信頼性も低い。そこで、より簡単に、精度良い構造物の応答予測をすることにより、当該構造物における設備の稼働の制限を安全に解除できるように、当該設備の稼働を支援することが望ましい。

0005

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、外的要因に応じた構造物の応答予測により、当該構造物における設備の稼働を支援する構造物検証システム、構造物検証装置、構造物検証プログラムを提供する。

課題を解決するための手段

0006

上述した課題を解決するために、本発明の一態様は、外的要因に応じた監視対象の構造物の揺れ計測するセンサによって計測されたセンサデータを受信するセンサデータ制御部と、前記構造物に付属する設備に対する電力の供給を遮断する遮断部と、前記構造物に付属する設備に対して電力の供給を制限する制御信号を前記遮断部に送信する設備制御部と、前記外的要因である地震により前記構造物が応答した後に、前記センサデータ制御部が受信したセンサデータに基づいて、当該地震によって停止された当該構造物に付属する設備に対する電力の供給を制限する状況を解除するか否かを判定する停止解除判定部と、を備えることを特徴とする構造物検証システムである。

0007

また、本発明の一態様は、外的要因に応じた前記構造物の応答特性を示す応答特性データを記憶する応答特性データ記憶部と、前記構造物に対する外的要因の規模を示す要因データの入力を受け付ける要因データ受付部と、前記要因データ受付部に入力された前記要因データに対応する前記応答特性データを前記応答特性データ記憶部から読み出し、読み出した応答特性データに基づいて、当該外的要因による当該構造物の応答を予測する応答予測部と、を備え、前記設備制御部は、前記応答予測部による予測結果に基づいて、前記構造物に付属する設備に対して電力の供給を制限する制御信号を前記遮断部に送信することを特徴とする。

0008

また、本発明の一態様は、外的要因に応じた監視対象の構造物の揺れを計測するセンサによって計測されたセンサデータの履歴を記憶するセンサデータ履歴記憶部と、前記センサデータ履歴記憶部に記憶されたセンサデータの履歴に基づいて、前記応答特性データを算出し、算出した当該応答特性データを前記応答特性データ記憶部に記憶させる応答特性データ算出部と、を備えることを特徴とする。

0009

また、本発明の一態様は、前記外的要因である地震の規模を含む緊急地震速報を受信し、受信した緊急地震速報を前記要因データとして前記要因データ受付部に入力する緊急地震速報制御部を備え、前記センサデータ制御部は、前記緊急地震速報制御部が前記緊急地震速報を受信してから所定時間内に前記センサによって計測されたセンサデータを、前記センサデータ履歴記憶部に記憶させることを特徴とする。

0010

また、本発明の一態様は、外的要因に応じた監視対象の構造物の揺れを計測するセンサによって計測されたセンサデータを受信するセンサデータ制御部と、前記構造物に付属する設備に対する電力の供給を遮断する遮断部と、前記構造物に付属する設備に対して電力の供給を制限する制御信号を前記遮断部に送信する設備制御部と、前記外的要因である地震により前記構造物が応答した後に、前記センサデータ制御部が受信したセンサデータに基づいて、当該地震によって停止された当該構造物に付属する設備の停止を解除するか否かを判定する停止解除判定部と、を備えることを特徴とする構造物検証装置である。

0011

また、本発明の一態様は、構造物検証装置のコンピュータに、センサデータ制御部により外的要因に応じた監視対象の構造物の揺れを計測するセンサによって計測されたセンサデータを受信するセンサデータ制御ステップと、遮断部により前記構造物に付属する設備に対する電力の供給を遮断する遮断ステップと、設備制御部により前記構造物に付属する設備に対して電力の供給を制限する制御信号を前記遮断部に送信する設備制御ステップと、停止解除判定部により前記外的要因である地震により前記構造物が応答した後に、前記センサデータ制御部が受信したセンサデータに基づいて、当該地震によって停止された当該構造物に付属する設備に対する電力の供給を制限する状況を解除するか否かを判定する停止解除判定ステップと、を実行させる構造物検証プログラムである。

発明の効果

0012

以上説明したように、本発明によれば、構造物検証システムが、外的要因に応じた監視対象の構造物の揺れを計測するセンサによって計測されたセンサデータを受信するセンサデータ制御部と、前記構造物に付属する設備に対する電力の供給を遮断する遮断部と、前記構造物に付属する設備に対して電力の供給を制限する制御信号を前記遮断部に送信する設備制御部と、前記外的要因である地震により前記構造物が応答した後に、前記センサデータ制御部が受信したセンサデータに基づいて、当該地震によって停止された当該構造物に付属する設備に対する電力の供給を制限する状況を解除するか否かを判定する停止解除判定部と、を備えるようにしたので、外的要因に応じた構造物の応答予測により、当該構造物における設備の稼働を支援することができる。

図面の簡単な説明

0013

本発明の第1の実施形態による構造物検証システムの構成例を示すブロック図である。
本発明の一実施形態による受電部の構成を示すブロック図である。
本発明の一実施形態による構造物データ記憶部が記憶する構造物データの例を示す図である。
本発明の一実施形態によるセンサデータ履歴記憶部が記憶するセンサデータの例を示す図である。
本発明の一実施形態による応答特性データ記憶部が記憶する応答特性データの例を示す図である。
本発明の一実施形態による健全性判定ルール記憶部が記憶する健全性判定ルールの例を示す図である。
本発明の一実施形態による構造物検証装置の動作例を示すフローチャートである。
本発明の一実施形態による構造物検証装置の動作例を示すタイミングチャートである。
本発明の第2の実施形態による構造物検証装置の動作例を示すフローチャートである。
第2の実施形態による構造物検証装置の動作例を示すタイミングチャートである。
本発明の第3の実施形態による構造物検証システム1Aの構成を示すブロック図である。
第3の実施形態によるセンサデータ履歴記憶部432Aが記憶するセンサデータの例を示す図である。
第3の実施形態による健全性判定ルール記憶部434Aが記憶する健全性判定ルールの例を示す図である。
第3の実施形態による構造物検証システム1Aの建物の安全性を検証する処理の流れを示すフローチャートである。

実施例

0014

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態による構造物検証システム1の構成を示すブロック図である。構造物検証システム1は、監視対象の構造物である建物900の健全性の検証を支援するとともに、建物900における設備の稼働の制限を安全に解除できるように、建物900における設備の稼働を支援する。構造物検証システム1は、緊急地震速報サーバ100と、監視対象の構造物に設置された複数のセンサ200(センサ200−1、センサ200−2、センサ200−3、センサ200−4、センサ200−5)と、監視対象の構造物に付属する複数の設備300(設備300−1、設備300−2、設備300−3、設備300−4、設備300−5)と、構造物検証装置400とを備えている。複数のセンサ200は同様の構成であるため、特に区別しない場合には「−1」、「−2」等を省略してセンサ200として説明する。同様に、複数の設備300は同様の構成であるため、特に区別しない場合には「−1」、「−2」等を省略して設備300として説明する。

0015

緊急地震速報サーバ100は、気象庁地震警報システムが備えるコンピュータ装置であり、地震の発生時に、震源に近い観測点地震計によって計測した地震波のデータを解析して推定した震源の位置や地震の規模を示すデータを含む緊急地震速報を、無線または有線により送信する。

0016

センサ200は、監視対象である構造物の揺れを計測し、計測値であるセンサデータを出力する。センサ200は、例えば加速度センサである。例えば、センサ200−1は、構造物の基礎部分における加速度を計測するために設けられており、耐震評価の対象の構造物の最下層部分(例えば、地下が無い場合、1階の下の地盤上に設けられた基礎)に印加される地動加速度を計測し、加速度データであるセンサデータを、情報通信網を介して構造物検証装置400に送信する。センサ200−2からセンサ200−5の各々は、それぞれ2階から屋上に設置され、自身に印加される加速度値を計測した加速度データであるセンサデータを、構造物検証装置400に送信する。ここでは、4階層の構造物の2階にセンサ200−2が設置され、3階にセンサ200−3が設置され、4階にセンサ200−4が設置され、屋上にセンサ200−5が設置されている。ここで、屋上に設置されるセンサ200−5は、加速度センサの他、微振動センサを含むように構成することができる。微振動センサは、屋上でなくとも、例えば屋上近傍の最上階に設置してもよい。なお、センサ200−1からセンサ200−5の各々は、加速度センサの他、傾斜角センサを含むように構成することができる。例えば、傾斜角センサは、屋上、又は、屋上近傍の最上階に設置したり、各階に設置したりしてもよい。傾斜角センサからのセンサデータに基づいて、構造物の傾斜角、各センサを設置した箇所の傾斜角を検出することができる。なお、センサ200−1からセンサ200−5の各々は、水平方向の変位を検出する変位計を含むように構成することができる。

0017

設備300は、監視対象の構造物に付属する設備であり、地震発生時に制御信号により動作を停止または停止解除(再稼働)する機器である。設備300は、例えば、エレベータエスカレータ空調機ファン)、各種コンピュータ装置、熱湯給水設備等が適用できる。あるいは、設備300は、スピーカ等の音声出力装置でもよく、例えば制御信号に応じて警報を出力するようなものであってもよい。設備300は、受電部500を介して電力の供給を受ける。

0018

受電部500は、構造物検証装置400からの制御により、設備300への電力の供給を制御する。図2は、受電部500のブロック図である。図2に示すように、商用電源系統501からの電力が、断路器DS504、受電変圧器502、及び遮断器CB503(遮断部;遮断器CB503−0、遮断器CB503−1、遮断器CB503−2、遮断器CB503−3、遮断器CB503−4、遮断器CB503−5)を介して、設備300に供給されるように、各部が接続されている。例えば、遮断器CB503−n(n=1〜5)が、本実施形態における設備300−nに対応して設けられている。また、設備300−nが、各階における負荷に対応する。
商用電源系統501は交流電力を断路器DS504に供給する。断路器DS504は、一次側には商用電源系統501が接続され、二次側には遮断器CB503−0が接続される。
遮断器CB503−0は、一次側には断路器DS504が接続され、二次側には受電変圧器502が接続される。
受電変圧器502は、遮断器CB503−0の二次側の電圧降圧して、遮断器CB503−1〜5に供給する。
遮断器CB503−1〜5は、受電変圧器502と設備300との間の接続経路開閉する。例えば、遮断器CB503−1〜5は、通常時は、構造物検証装置400からの制御信号がハイ(H)レベルにあることにより、閉じられている(投入されている、ONされる)。また、遮断器CB503−1〜5は、構造物検証装置400からの制御信号がロウ(L)レベルになることにより、開放される(OFFされる)ものとする。

0019

構造物検証装置400は、監視対象の構造物に設置されたセンサ200から送信されるセンサデータに基づいて構造物の状態を推定し、地震による応答を予測するコンピュータ装置である。構造物検証装置400は、入力部410と、通信部420と、記憶部430と、制御部440とを備えている。
入力部410は、キーボードマウス等の入力デバイスであり、管理者等であるユーザの操作に応じた入力信号を生成し、制御部440に出力する。

0020

通信部420は、外部のコンピュータ装置等の機器と無線または有線により通信する。
例えば、通信部420は、緊急地震速報サーバ100から送信される緊急地震速報を受信する。また、通信部420は、センサ200から送信されるセンサデータを受信する。また、通信部420は、受電部500に対して制御信号を送信する。

0021

記憶部430は、構造物検証装置400が動作する際に参照する各種データを記憶する。記憶部430は、構造物データ記憶部431と、センサデータ履歴記憶部432と、応答特性データ記憶部433と、健全性判定ルール記憶部434とを備えている。

0022

構造物データ記憶部431は、監視対象の構造物の特徴を示す構造物データを記憶する。図3は、構造物データ記憶部431が記憶する構造物データの例を示す図である。構造物データには、構造物ID(Identifier)、構造種別固有周期主軸の向き、等のデータが含まれる。構造物IDは、監視対象の構造物を識別する識別情報である。構造種別は、監視対象物である構造物の構造種別であり、例えば、「鉄筋コンクリート構造」、「鉄骨構造」等の値が対応付けられる。固有周期は、監視対象物である構造物の固有周期である。主軸の向きは、構造物が振動しやすい構面の向きを示す。向きとは、例えば東西南北の4方向を基準とし、その基準に対する構造物の方向の差を角度によって示す値である。
例えば、主軸の向きに「NE45」が対応付けられている場合、その構造物の主軸が東45度の方向を向いていることを示す。

0023

センサデータ履歴記憶部432は、複数のセンサ200によって計測されたセンサデータの履歴を記憶する。図4は、センサデータ履歴記憶部432が記憶するセンサデータの例を示す図である。センサデータには、センサID、取得日時、震度最大加速度、最大速度、最大変位等のデータが含まれる。センサIDは、センサ200を識別する識別情報である。取得日時は、対応するセンサ200からセンサデータが送信された日時を示す。
最大加速度は、対応するセンサ200による計測値である。最大速度は、監視対象の構造物における各階毎の速度の最大値を示す。最大変位は、監視対象の構造物における各階毎の変位の最大値を示す。このような速度・変位は、例えば、センサ200−1からセンサ200−5の各々から送信される加速度のセンサデータを1回又は2回積分して、1階から屋上までの加速度方向の速度・変位を求め、隣接する階同士の変位の差分を算出することにより、構造物のそれぞれの階の層間変位δを求めることができる。

0024

応答特性データ記憶部433は、地震等の外的要因に応じた監視対象である構造物の応答特性を示す応答特性データを記憶する。応答特性データは、センサデータ履歴記憶部432に記憶されているセンサデータに基づいて、後述する応答特性データ算出部444によって算出され、記憶される。図5は、応答特性データ記憶部433が記憶する応答特性データの例を示す図である。応答特性データには、構造物対個所基準震度加速度応答倍率速度応答倍率変位応答倍率等のデータが含まれる。構造物対象個所は、構造物における応答特性を算出する個所を示す。例えば、1階や2階などの階層を示すデータである。ただし、例えばひとつの階層における複数個所を構造物対象個所として対応付けてもよいし、複数階層をひとつの構造物対象個所として対応付けることもできる。基準震度は、基準となる構造物対象個所における揺れの大きさを示す。例えば、基準対象個所は、構造物の1階とする。基準震度によって、特性を分類して記憶させることで予測精度を高めることができる。加速度応答倍率は、対応する基準となる構造物対象個所において、対応する基準震度の揺れが発生した場合における、基準となる個所の最大加速度に対する、対応する個所の最大加速度の比を示す。速度応答倍率・変位応答倍率についても、基準となる個所の最大値に対する、対応する個所の最大値の比を示す。

0025

健全性判定ルール記憶部434は、地震発生により監視対象の構造物に揺れが発生した後に、構造物の健全性の検証を行うための健全性判定ルールを記憶する。図6は、健全性判定ルール記憶部434が記憶する健全性判定ルールの例を示す図である。健全性判定ルールは、後述する層間変形角Δ及び限界層間変形角の比較結果と、固有周期T及び固有周期の初期値の比較結果との組み合わせにより構造物の健全性の判定結果を示す情報である。限界層間変形角は、この値を超える層間変位が発生した場合、構造躯体の部材が変形などの損傷を受ける大きさ(破断などを含め、構造躯体の部材が変形した状態から元に戻らない状態となる塑性変形限界を示す大きさ)に設定されている。以下、固有周期Tと層間変形角Δとの判定のパターンを示すパラメータパターンに対応する構造物である建物900(以下、建物900を単に「建物」ということがある。)の安全性(健全性)の判定を示す。

0026

・パラメータパターンA
層間変形角Δが限界層間変形角を超えており、かつ固有周期閾値に比較して固有周期が長くなり剛性が低下していると判断される場合には、建物の損傷の程度は以下に示すように推定される。建物の状況は、構造躯体の損傷は想定以上であり、建物の損傷の大きさが想定以上であると推定される。これにより、判定結果は、「建物の損傷の早急な調査が必要である」とされている。

0027

・パラメータパターンB
層間変形角Δが限界層間変形角を超えており、一方、固有周期閾値に比較して固有周期Tに変化がなく剛性が維持されていると判断される場合には、建物の損傷の程度は以下に示すように推定される。固有周期Tの変化がないため、建物の構造躯体が設計における限界層間変形角より大きい層間変形角として実際に建造されたとして、限界層間変形角を超えても損傷は想定以下と推定することができる。これにより、判定結果は、「継続使用可能であるが、注意して利用する必要がある」とされている。

0028

・パラメータパターンC
層間変形角Δが限界層間変形角以下であり、一方、固有周期閾値に比較して固有周期Tが長くなり剛性が低下していると判断される場合には、建物の損傷の程度は以下に示すように推定される。固有周期Tが長くなっているが、層間変形角Δが限界層間変形以下であるため、構造躯体ではなく建物の非構造躯体が損傷を受けており、構造躯体の損傷は想定以下と推定することができる。これにより、判定結果は、「継続使用可能であるが、注意して利用する必要がある」とされている。

0029

・パラメータパターンD
層間変形角Δが限界層間変形角以下であり、かつ固有周期閾値に比較して固有周期Tに変化がなく剛性が維持されていると判断される場合には、建物の損傷の程度は以下に示すように推定される。層間変形角Δが限界層間変形以下であり、かつ固有周期Tに変化がなく剛性が維持されているため、建物の構造躯体及び建物の非構造躯体のいずれも損傷を受けおらず、構造躯体の損傷は想定以下と推定することができる。これにより、判定結果は、「継続使用可能」とされている。

0030

図1もどり、制御部440は、構造物検証装置400が備える各部を制御し、コンピュータ処理を実行する。制御部440は、緊急地震速報制御部441と、要因データ受付部442と、センサデータ制御部443と、応答特性データ算出部444と、応答予測部445と、設備制御部446と、停止解除判定部447とを備えている。

0031

緊急地震速報制御部441は、外的要因である地震の規模を含む緊急地震速報を受信し、受信した緊急地震速報を要因データとして要因データ受付部442に入力する。例えば、緊急地震速報制御部441は、緊急地震速報サーバ100から送信される緊急地震速報を、通信部420を介して受信し、受信した緊急地震速報の電文データに基づいて、地震の発生時刻、震源、規模を示す要因データを算出する。発生時刻は、地震の発生時刻を、例えば日時分秒により示すデータである。震源は、地震の震源を、東西南北の位置(緯度経度)と深さとによって示すデータである。規模は、例えばマグニチュードであり、地震の大きさを示す。

0032

要因データ受付部442は、構造物に対する外的要因の規模を示す要因データの入力を受け付ける。例えば、要因データ受付部442は、緊急地震速報制御部441からの要因データの入力を受け付ける。

0033

センサデータ制御部443は、センサ200から送信されるセンサデータを受信し、受信したセンサデータをセンサデータ履歴記憶部432に記憶させる。ここで、センサ200は、センサ200から送信されるセンサデータを定期的にセンサデータ履歴記憶部432に記憶させてもよいし、地震発生の際にセンサ200から送信されるセンサデータをセンサデータ履歴記憶部432に記憶させるようにしてもよい。すなわち、例えば地震等の外的要因がなくとも、風等の影響により、監視対象の構造物が揺れを生じている場合、このような揺れを計測したセンサデータをセンサデータ履歴記憶部432に記憶させておくことができる。ただし、地震が発生した場合には、構造物の状態に応じて、より顕著な揺れが発生すると考えられる。このため、構造物の状態を示す応答特性データを算出するための標本であるセンサデータの実測値としては、地震が発生した場合の方がより有用である。このため、センサデータ制御部443は、地震発生の際にセンサ200から送信されるセンサデータをセンサデータ履歴記憶部432に記憶させることができる。この場合、例えば、センサデータ制御部443は、緊急地震速報制御部441が緊急地震速報を受信してから所定時間内にセンサ200によって計測され送信されたセンサデータを、センサデータ履歴記憶部432に記憶させる。例えば、緊急地震速報が誤報であったり、監視対象の構造物まで揺れが届かなかったりすることにより、緊急地震速報制御部441が緊急地震速報を受信してから所定時間内(例えば、15分等)に、センサ200から出力されるセンサデータに変化がなかった場合、センサデータ制御部443は、センサデータをセンサデータ履歴記憶部432に記憶させないように制御することができる。なお、上記の説明では、センサ200から送信されるセンサデータは、定期的に或いは地震発生時に記憶させてもよいものとしたが、ユーザの操作に起因して記憶させるようしてもよい。

0034

応答特性データ算出部444は、センサデータ履歴記憶部432に記憶されたセンサデータの履歴に基づいて、応答特性データを算出し、算出した応答特性データを応答特性データ記憶部433に記憶させる。具体的には、例えば、応答特性データ算出部444は、緊急地震速報によって示される震源、マグニチュードのデータと、その緊急地震速報によって示される地震によって生じた揺れを計測したセンサデータのデータと、震源と監視対象の構造物との距離、構造物の主軸の向きと震源の方角等に基づいて応答波形解析、統計処理を行い、応答特性データを算出する。

0035

応答予測部445は、要因データ受付部442に入力された要因データに対応する応答特性データを応答特性データ記憶部433から読み出し、読み出した応答特性データに基づいて、その外的要因による構造物の応答を予測する。例えば、応答予測部445は、要因データに含まれる震度に応じた応答倍率(加速度応答倍率、速度応答倍率、変位応答倍率)のデータを、構造物対象個所ごとに応答特性データ記憶部433から読み出し、読み出したデータを、基準となる構造物対象での揺れの大きさに乗じて、応答の予測結果として出力する。

0036

設備制御部446は、応答予測部445による予測結果に基づいて、監視対象の構造物に付属する受電部500に対する制御信号を送信する。例えば、設備制御部446は、設備300が設けられた階ごとに、その設備300に対する給電を停止させる震度や加速度等の停止閾値を自身の記憶領域に記憶させておく。設備制御部446は、応答予測部445による予測結果と停止閾値とを比較し、予測結果が停止閾値を超える階の設備300に対して、電力の供給を停止させる制御信号を送信する。

0037

停止解除判定部447は、地震発生により監視対象の構造物に揺れが発生した後に、構造物の健全性の検証を行い、構造物または構造物に付属する設備300及び設備300までの配電系統に損傷のおそれがあるか否かを判定する。ここで、停止解除判定部447による健全性検証処理を説明する。例えば、停止解除判定部447は、センサデータに基づいて上述のように層間変位δを算出し、算出した各階の層間変位δの各々を、それぞれの階の高さで除算し、各階の層間変形角Δ(ラジアン)を算出する。なお、加速度データから変位を求める方法は、本実施形態に記載されているもの以外の他の方法を用いても良い。

0038

また、停止解除判定部447は、微振動センサであるセンサ200−5から出力される微少振動データの周波数解析を行う。停止解除判定部447は、パワースペクトルにおけるピーク(最も高いパワースペクトル値)となる周波数固有周波数固有振動数)として選択し、この固有周波数の逆数を固有周期として出力する。停止解除判定部447は、層間変形角Δと、建物の固有周期とにより、健全性判定ルール記憶部434に記憶されている健全性判定ルールに基づいて、構造躯体の損傷度合いを判定する。すなわち、停止解除判定部447は、層間変形角Δと予め設定されている限界層間変形角(層間変位閾値)とを比較し、層間変形角Δが限界層間変形角を超えているか否かを判定する。このとき、停止解除判定部447は、固有周期Tと固有周期の初期値(例えば、建物を建設した直後の固有周期あるいは地震発生直前固定周期)とを比較し、固有周期Tが固有周期の初期値以下であるか否かを判定する。

0039

ここで、停止解除判定部447は、例えば、健全性判定ルールに基づいて、「建物の損傷の早急な調査が必要である」、「継続使用可能であるが、注意して利用する必要がある」、あるいは「設備や家具転倒している可能性がある」と判定した場合、構造物または構造物に付属する設備300及び設備300までの配電系統に損傷のおそれがあると判定し、「継続使用可能」と判定した場合、構造物または構造物に付属する設備300及び設備300までの配電系統に損傷のおそれがないと判定する。停止解除判定部447は、構造物または構造物に付属する設備300及び設備300までの配電系統に損傷のおそれがあると判定した場合、その設備300に対する給電の停止状態を解除させる制御信号を受電部500に対して送信せず、または停止状態継続の制御信号を受電部500に対して送信することにより、給電の停止状態を継続させる。一方、構造物または構造物に付属する設備300及び設備300までの配電系統に損傷のおそれがないと判定した場合、その設備300に対する給電の停止状態を解除させる制御信号を受電部500に対して送信し、停止状態を解除して設備300に対する給電を再開させるように制御する。このように、停止解除判定部447は、外的要因である地震により構造物が応答した後に、その地震に応じてセンサ200によって計測されたセンサデータに基づいて、その地震によって停止された構造物に付属する設備300に対する給電の停止状態を解除するか否かを判定する。なお、上記に示した場合では、その地震によって停止された構造物に付属する設備300に対する給電の停止状態を解除するか否かを停止解除判定部447が判定するものとして説明したが、目視点検などによりユーザが判断した結果に応じて設備300に対する給電の停止状態を解除できるようにしてもよい。

0040

次に、図面を参照して、本実施形態による構造物検証システム1の動作例を説明する。
図7は、本実施形態による構造物検証装置400の動作例を示すフローチャートである。また、図8は、本実施形態による構造物検証装置400の動作例を示すタイミングチャートである。図8において、一例として、設備300−1に対応する遮断器CB503−1のON/OFF状態、設備300−1に供給される電圧レベルを示している。
緊急地震速報サーバ100から緊急地震速報が送信されると、構造物検証装置400の緊急地震速報制御部441は、通信部420を介して緊急地震速報を受信する(ステップS1)。設備制御部446は、予測される揺れが大きい場合、監視対象である設備300に対して給電を停止するために、遮断器CB503−1〜nに対して、給電の停止状態にする制御信号(OFF信号)を送信する(ステップS2)。図8時刻t1に示すように、通常時は投入されている遮断器CB503−1〜nはOFFされ、設備300−1〜nに対して供給される電圧は通常与えられている電圧値VHから、開放電位である電圧値VLになる。設備300−1〜nに対して供給される電流は通常与えられている電流値IHから、電流値ILになる。なお、上記の予測される揺れが大きい場合とは、例えば、設備300が損傷する震度がある場合、物が倒れる震度、安全性を確保できると認められる震度を超える震度がある場合などがある。上記の安全性を確保できると認められる震度を震度3とした場合として、例えば、震度3を超える震度4の震度がある場合とする。なお、遮断器CB503−1〜nをOFFにするかわりに、遮断器CB503−0をOFFしてもよい。

0041

監視対象の構造物に地震の揺れが到達し、構造物に応答が発生すると、各センサ200は、計測したセンサデータを構造物検証装置400に送信する。センサデータ制御部443は、センサ200から送信されたセンサデータを、通信部420を介して受信する(ステップS3)。センサデータ制御部443は、受信したセンサデータをセンサデータ履歴記憶部432に記憶させる。停止解除判定部447は、センサデータ制御部443が受信したセンサデータに基づいて、構造物各層ごとに健全性を判定する(ステップS4)。停止解除判定部447は、損傷のおそれ(設備損傷のおそれや、設備・家具が転倒しているおそれ)があると判定すると(ステップS5:YES)、給電の停止状態を解除させる制御信号を送信せず、給電の停止状態を継続する(ステップS6)。停止解除判定部447は、損傷のおそれがないと判定すると(ステップS5:NO)、給電の停止状態を解除させる制御信号を送信し、給電の停止状態を解除する(ステップS7)。図8の時刻t2に示すように、設備300−1〜nのうち、損傷のおそれがないと判定された設備であって、給電の停止状況が解除された設備の場合、対応する遮断器CB303−1〜nはON状態にもどり、設備300−1〜nの電圧はVH(電流の電流値はIH)へと戻る。

0042

しかしながら、給電の停止状態を解除した設備300−1〜nのうち、電圧の状態、もしくは電流の状態が給電停止直前の状態と変わる場合がある。図8に示すように、IHよりも復電後の電流I’ が大きくなる場合(I’>IH)や、VHよりも復電後の電圧V’が小さくなる場合(VH>V’>VL)がある。このような場合があることを考慮して、停止解除判定部447は、給電の停止状態を解除した(ステップS7)後、損傷のおそれ(設備損傷のおそれや、設備・家具が転倒しているおそれ)があるか否かを判定する(ステップS7−1)。図8に示すように、損傷のおそれがない場合(ステップS7−1:NO)は、給電の停止状態を解除したときの状態(電圧VH、電流IH)に変化がない。一方、損傷のおそれがある場合(ステップS7−1:YES)は、図8の時刻t3に示すように、供給停止状態にして、電圧の場合V’からVLに、電流の場合I’からILにする(ステップS7−2)。

0043

応答特性データ算出部444は、センサデータ制御部443が受信したセンサデータに基づいて、各層ごとの床応答を算出し(ステップS8)、応答倍率を算出する(ステップS9)。応答特性データ算出部444は、算出した応答倍率を応答特性データとして応答特性データ記憶部433に記憶させる(ステップS10)。
なお、応答特性データ算出部444は、ステップS8からステップS10までの各ステップの処理を、ステップS5の処理を終えた後、ステップS6の処理を実施するまでに実施してもよく、又は、ステップS5からステップS7までの処理と並行して実施するようにしてもよい。

0044

上記の処理を行うことにより、以下に示すような災害を防ぐことができる。災害が生じ得る条件を例示する。地震による振動により、設備や家具が転倒することがある。地震により広域的停電が生じることがある。このような条件が組み合わされた場合について説明する。例えば、電気ストーブを使用中に地震が到来し、電気ストーブが転倒するとともに、広域的な停電が生じる場合がある。このような場合に、電気ストーブの利用者が、電気ストーブのスイッチをOFFにしたり、遮断器を開放(OFF)したりすることなく避難することがある。その後、停電の要因が解消し、復電すると、転倒中の電気ストーブにも電力が供給されることになり、電気ストーブから発生する熱により、電気ストーブの周囲が過熱して火災が生じることが知られている。上記の場合、復電時に、転倒している電気ストーブなどの設備に対して給電されることが、災害を発生させる要因となっている。
一方、本実施形態によれば、設備や家具が転倒するほどの振動を生じ得る地震が到来することを予測した時点(時刻t1)において、各設備に対する電力の供給を遮断する。これにより、仮に、使用中の電気ストーブが実際に転倒することがあったとしても、電気ストーブに給電されることはなく、過度発熱を発生させる虞もない。さらに、本実施形態によれば、地震が到来した後(時刻t2)において、予め定めた大きさより大きな揺れを検出した場合には、構造物の損傷度を判定して、構造物に大きな損傷があると判定した場合には、設備への通電を開始させないように制御している。これにより、停電の要因が解消して復電する際に、構造物の損傷を検出した場所に対する通電開始を制限する。仮に、地震の揺れが予め定めた大きさより大きく、構造物の損傷により電気ストーブが転倒したとしても、転倒している電気ストーブに対して給電されることがない。仮に電気ストーブが転倒するほどの振動を生じ得る地震が到来しても、転倒している電気ストーブなどの設備に対して給電されることがなく、災害の発生を防ぐことができる。さらに、本実施形態によれば、給電を再開した後に異常を検出した場合(時刻t3)に必要に応じて電力の供給を再び停止させることができる。上記のように制御するようにしたので、構造物検証システム1は、外的要因に応じた構造物の応答予測により、当該構造物における設備の稼働を支援することができる。

0045

(第2の実施形態)
次に、図面を参照して、第2の実施形態による構造物検証システム1の動作例を説明する。図9は、第2の実施形態による構造物検証装置400の動作例を示すフローチャートである。また、図10は、第2の実施形態による構造物検証装置400の動作例を示すタイミングチャートである。図10において、一例として、設備300−1に対応する遮断器CB503−1のON/OFF状態、設備300−1に供給される電圧レベルを示している。
上記の第1の実施形態では、緊急地震警報が送信された場合、全ての階において予測される揺れが大きい(例えば、設備300の設備が損傷する震度、物が倒れる震度、安全サイドが震度3とすると4を超える震度がある)と判定して、全ての階における遮断器をOFFさせている。中にはOFFさせることが必要とされない遮断器が含まれている場合がある。そこで、第2の実施形態では、OFFさせる遮断器を特定して制御する場合について説明する。
本実施形態では、第1の実施形態と相違して、各階の揺れの判定に応じて、給電制御を加えた場合を説明する。例えば、1階〜2階に関しては揺れの程度が少ないと判定し、そのまま給電を続け、3階〜5階に関しては揺れの程度が大きいと判定し、遮断器を開放した場合を例示して説明する。
緊急地震速報サーバ100から緊急地震速報が送信されると、構造物検証装置400の緊急地震速報制御部441は、通信部420を介して緊急地震速報を受信する(ステップSa1)。緊急地震速報制御部441は、受信した緊急地震速報に基づいて要因データを算出し、算出した要因データを要因データ受付部442に入力する。

0046

応答予測部445は、要因データ受付部442に入力された要因データに対応する応答特性データを応答特性データ記憶部433から読み出し、地震に対する構造物各層の応答を予測する(ステップSa2)。設備制御部446は、構造物の各層ごとに、応答予測部445による予測結果に基づいて、予測結果の揺れが停止閾値以上か否かを判定する(ステップSa3)。設備制御部446は、予測結果の揺れが停止閾値以上でないと判定すれば(ステップSa3:NO)、ステップSa10に進む。設備制御部446は、予測結果の揺れが停止閾値以上であると判定すれば(ステップSa3:YES)、その層に対応する遮断器CBに対して、設備300に対する給電を停止させる制御信号を送信する(ステップSa4)。例えば、図10(a)の時刻t1’に示すように、通常時は投入されている遮断器CB503−n(n≧3)はOFFされ、設備300−n(n≧3)に対して供給される電圧は通常与えられている電圧値VHから、開放電位である電圧値VLになる。設備300−1〜nに対して供給される電流は通常与えられている電流値IHから、電流値ILになる。ここでは、遮断器CB503−n(n≧3)は時刻t1’にOFF状態にすることが必要と判定されたものとする。一方、図10(b)の時刻t1’に示すように、遮断器CB503−n(0<n<3)はOFFされず、設備300−n(0<n<3)に対して供給される電圧は通常与えられている電圧値VHのままである。設備300−n(0<n<3)に対して供給される電流は通常与えられている電流値IHのままである。

0047

監視対象の構造物に地震の揺れが到達し、構造物に応答が発生すると、各センサ200は、計測したセンサデータを構造物検証装置400に送信する。センサデータ制御部443は、センサ200から送信されたセンサデータを、通信部420を介して受信する(ステップSa5)。センサデータ制御部443は、受信したセンサデータをセンサデータ履歴記憶部432に記憶させる。停止解除判定部447は、センサデータ制御部443が受信したセンサデータに基づいて、構造物各層ごとに健全性を判定する(ステップSa6)。停止解除判定部447は、損傷のおそれがあると判定すると(ステップSa7:YES)、制御信号を送信せず、停止状態を継続する(ステップSa8)。停止解除判定部447は、損傷のおそれがないと判定すると(ステップSa7:NO)、制御信号を送信し、停止状態を解除する(ステップSa9)。図10(a)の時刻t2’に示すように、設備300−1〜n(n≧3)のうち、損傷のおそれがないと判定され、給電の停止状況が解除された設備の場合、対応する遮断器CB303−1〜n(n≧3)はON状態にもどり、設備300−1〜nの電圧はVH(電流の電流値はIH)へと戻る。

0048

しかしながら、給電の停止状態を解除した設備300−n(n≧3)のうち、電圧の状態、もしくは電流の状態が給電停止直前の状態と変わる場合がある。図10(a)に示すように、IHよりも復電後の電流I’ が大きくなる場合(I’>IH)や、VHよりも復電後の電圧V’が小さくなる場合(VH>V’>VL)がある。このような場合があることを考慮して、停止解除判定部447は、給電の停止状態を解除した(ステップSa9)後、損傷のおそれ(設備損傷のおそれや、設備・家具が転倒しているおそれ)があるか否かを判定する(ステップS9a−1)。図10(a)に示すように、損傷のおそれがない場合(ステップS9a−1:NO)は、給電の停止状態を解除したときの状態(電圧VH、電流IH)に変化がない。一方、損傷のおそれがある場合(ステップS9a−1:YES)は、図10(a)の時刻t3’に示すように、供給停止状態にして、電圧の場合V’からVLに、電流の場合I’からILにする(ステップS9a−2)。

0049

応答特性データ算出部444は、センサデータ制御部443が受信したセンサデータに基づいて、各層ごとの床応答を算出し(ステップSa10)、応答倍率を算出する(ステップSa11)。応答特性データ算出部444は、算出した応答倍率を応答特性データとして応答特性データ記憶部433に記憶させる(ステップSa12)。
なお、応答特性データ算出部444は、ステップSa10からステップSa12までの各ステップの処理を、ステップSa5の処理を終えた後、ステップS6の処理を実施するまでに実施してもよく、又は、ステップSa6からステップSa8までの処理と並行して実施するようにしてもよい。

0050

本実施形態では、1階〜2階に関しては揺れの程度が少ないと判定し、そのまま給電を続け、3階〜5階に関しては揺れの程度が大きいと判定し、遮断器を開放している。そして、その後、損傷のおそれを判定し、おそれのないと判定した場合、電力の供給の再開を行うが、そのときの設備に供給する電圧もしくは電流に異常がある場合、再度損傷のおそれを判定し、おそれがあると判定した場合、電力の供給を停止する。
本実施形態によれば、設備や家具が転倒するほどの振動を生じ得る地震の到来を検出した時点(時刻t1’)において、設備や家具が転倒するほどの振動を生じ得る階(例えば、1階)の設備に対する電力の供給を遮断する。これにより、仮に、当該階において、使用中の電気ストーブが実際に転倒することがあったとしても、電気ストーブに給電されることはなく、過度の発熱を発生させる虞もない。さらに、本実施形態によれば、地震が到来した後(時刻t2’)において、予め定めた大きさより大きな揺れを検出した場合には、構造物の損傷度を判定して、構造物に大きな損傷があると判定した場合には、設備への通電を開始させないように制御している。これにより、停電の要因が解消して復電する際に、構造物の損傷を検出した場所に対する通電開始を制限する。仮に、地震の揺れが予め定めた大きさより大きく、構造物の損傷により電気ストーブが転倒したとしても、転倒している電気ストーブに対して給電されることがない。仮に電気ストーブが転倒するほどの振動を生じ得る地震が到来しても、転倒している電気ストーブなどの設備に対して給電されることがなく、災害の発生を防ぐことができる。さらに、本実施形態によれば、給電を再開した後に異常を検出した場合(時刻t3’)に必要に応じて電力の供給を再び停止させることができる。

0051

以上説明したように、本実施形態によれば、予め算出した建物モデルではなく、監視対象の構造物に設置されたセンサ200から送信されるセンサデータの実測値に基づいて応答特性を算出することができるため、監視対象の構造物のリアルタイムな状態に基づいた信頼性の高い応答予測を行うことができる。すなわち、応答予測を行うために、状態の変化の都度、建物モデルを修正する必要がなく、構造物に設置されたセンサ200から送信されるセンサデータに基づいて自動的に応答特性データを算出することが可能となる。

0052

さらに、監視対象の構造物に地震による揺れが到来した後には、その際に計測したセンサデータの実測値に基づいて健全性の判定を行い、判定結果に基づいて、給電の停止状態にある設備300に対する給電の停止状態を継続するか停止解除するかを判定することができる。これにより、地震により構造物や付属設備が損傷して継続使用が危ぶまれるような場合に、設備のみの健全性ではなく、構造物全体の状況に基づいて継続使用の可否を判定することが可能となる。これにより、例えば地震による二次災害を防ぐことが期待できる。例えば、緊急地震速報を受けて構造物内の所定の階の設備300に対する給電を停止した場合、揺れが止まった後でも、構造物に損傷のおそれがある場合には、その給電の停止解除をせず設備300に対する給電を再開させないといった制御を行うことができる。これにより、緊急地震速報や緊急地震速報を受けた時点での揺れの大きさのみによって制御する場合に比べて信頼性が向上し、設備300に対する給電の再開を迅速かつ安全に行うことができる。上記のように制御するようにしたので、構造物検証システム1は、外的要因に応じた構造物の応答予測により、当該構造物における設備の稼働を支援することができる。

0053

(第3の実施形態)
図11を参照して、前述の実施形態と異なる第3の実施形態について説明する。図11は、本実施形態による構造物検証システム1Aの構成を示すブロック図である。構造物検証システム1Aは、監視対象の構造物である建物900の健全性の検証を支援するとともに、建物900における設備の稼働の制限を安全に解除できるように、建物900における設備の稼働を支援する。第1実施形態に示す構成と異なる構成について説明する。

0054

構造物検証システム1Aは、緊急地震速報サーバ100と、監視対象の構造物に設置された複数のセンサ200A(センサ200A−1、センサ200A−2、センサ200A−3、センサ200A−4、センサ200A−5)と、監視対象の構造物に付属する複数の設備300(設備300−1、設備300−2、設備300−3、設備300−4、設備300−5)と、構造物検証装置400Aとを備えている。複数のセンサ200Aは同様の構成であるため、特に区別しない場合には「−1」、「−2」等を省略してセンサ200として説明する。

0055

同図に示すセンサ200A−1からセンサ200A−5の各々は、加速度センサの他、傾斜角センサを含む。

0056

構造物検証装置400Aは、監視対象の構造物に設置されたセンサ200から送信されるセンサデータに基づいて構造物の状態を推定し、地震による応答を予測するコンピュータ装置である。構造物検証装置400Aは、入力部410と、通信部420と、記憶部430Aと、制御部440Aとを備えている。

0057

記憶部430Aは、構造物検証装置400Aが動作する際に参照する各種データを記憶する。記憶部430Aは、構造物データ記憶部431と、センサデータ履歴記憶部432Aと、応答特性データ記憶部433と、健全性判定ルール記憶部434Aとを備えている。

0058

センサデータ履歴記憶部432Aは、複数のセンサ200によって計測されたセンサデータの履歴を記憶する。図12は、センサデータ履歴記憶部432Aが記憶するセンサデータの例を示す図である。センサデータには、センサID、取得日時、震度、最大加速度、最大速度、最大変位、傾斜角等のデータが含まれる。センサデータのうちセンサID、取得日時、震度、最大加速度、最大速度、最大変位の各項目は、前述のセンサデータ履歴記憶部432(図4)の各項目に対応する。傾斜角は、各センサを設置した箇所の傾斜角を記憶する。

0059

健全性判定ルール記憶部434Aは、地震発生により監視対象の構造物に揺れが発生した後に、構造物の健全性の検証を行うための健全性判定ルールを記憶する。健全性判定ルールの詳細については後述する。

0060

制御部440Aは、構造物検証装置400Aが備える各部を制御し、コンピュータ処理を実行する。制御部440Aは、緊急地震速報制御部441と、要因データ受付部442と、センサデータ制御部443と、応答特性データ算出部444と、応答予測部445と、設備制御部446と、停止解除判定部447Aとを備えている。

0061

停止解除判定部447Aは、地震発生により監視対象の構造物に揺れが発生した後に、構造物の健全性の検証を行い、構造物または構造物に付属する設備300に損傷のおそれがあるか否かを判定する。停止解除判定部447Aは、停止解除判定部447(図1)と同様の方法により、各階の層間変形角Δ(ラジアン)を算出し、また、微振動センサであるセンサ200−5から出力される微少振動データの周波数解析の結果から、パワースペクトルにおけるピーク(最も高いパワースペクトル値)となる周波数を固有周波数(固有振動数)として算出する。
また、停止解除判定部447Aは、傾斜角センサを含むセンサ200Aから送信されたセンサデータから傾斜角θを算出する。なお、センサ200Aが出力する加速度データから傾斜角θを求めてもよい。傾斜角θを算出する方法は、本実施形態に記載されているもの以外の他の方法を用いても良い。

0062

図13は、健全性判定ルール記憶部434Aが記憶する健全性判定ルールの例を示す図である。健全性判定ルールは、層間変形角Δ及び限界層間変形角の比較結果と、固有周期T及び固有周期の初期値の比較結果と、傾斜角θ及び傾斜角の初期値(傾斜角閾値)の比較結果との組み合わせにより構造物の健全性の判定結果を示す情報である。限界層間変形角は、この値を超える層間変位が発生した場合、構造躯体の部材が変形などの損傷を受ける大きさ(破断などを含め、構造躯体の部材が変形した状態から元に戻らない状態となる塑性変形の限界を示す大きさ)に設定されている。以下、固有周期Tと層間変形角Δと傾斜角θとの判定のパターンを示すパラメータパターンに対応する建物の安全性(健全性)の判定を示す。この図13において、3次元判定空間がパターンP1からパターンP8の8個の領域に分割されている。

0063

・パターンP1層間変形角Δが設計層間変形角以下であり、固有周期Tが固有周期閾値以下であり、傾斜角θが傾斜角の初期値以下であるパターン
・パターンP2 層間変形角Δが設計層間変形角を超えており、固有周期Tが固有周期閾値以下であり、傾斜角θが傾斜角の初期値以下であるパターン
・パターンP3 層間変形角Δが設計層間変形角以下であり、固有周期Tが固有周期閾値を超えており、傾斜角θが傾斜角の初期値以下であるパターン
・パターンP4 層間変形角Δが設計層間変形角を超えており、固有周期Tが固有周期閾値を超えており、傾斜角θが傾斜角の初期値以下であるパターン
・パターンP5 層間変形角Δが設計層間変形角以下であり、固有周期Tが固有周期閾値以下であり、傾斜角θが傾斜角の初期値を超えているパターン
・パターンP6 層間変形角Δが設計層間変形角を超えており、固有周期Tが固有周期閾値以下であり、傾斜角θが傾斜角の初期値を超えているパターン
・パターンP7 層間変形角Δが設計層間変形角以下であり、固有周期Tが固有周期閾値を超えており、傾斜角θが傾斜角の初期値を超えているパターン
・パターンP8 層間変形角Δが設計層間変形角を超えており、固有周期Tが固有周期閾値を超えており、傾斜角θが傾斜角の初期値を超えているパターン

0064

本実施形態においては、上述したパターンP1からパターンP8を以下に示すように、5個の判定グループ(状態)に分類されている。健全性判定ルール記憶部434Aには、この判定グループに対応した判定結果が判定テーブルとして予め書き込まれて記憶されている。

0065

・判定グループD:パターンP1、パターンP2
判定結果:継続使用可能。
定理由:パターンP1については、層間変形角Δが設計層間変形角以下であり、固有周期Tが固有周期閾値以下であり、傾斜角θが傾斜角の初期値以下であるため、建物900に対する損傷がないと判定される。また、パターンP2については、層間変形角Δが設計層間変形角を超えているが、固有周期Tが固有周期閾値以下であり、傾斜角θが傾斜角の初期値以下であるため、建物900に対する損傷がないと判定される。ここで、層間変形角Δが設計層間変形角を超えているのに、固有周期Tが固有周期閾値以下であり、傾斜角θが傾斜角の初期値以下であることから、建物900の実際の耐震性能が設計時より高く建設されているためと推定される。

0066

・判定グループE:パターンP5、パターンP6
判定結果:応急復旧時には使用可能と判断できるが、通常時に使用できるかどうかは調査が必要。
判定理由:固有周期Tが固有周期閾値以下であり、建物900の傾斜角θが傾斜角の閾値を超えている場合、建物900の立っている地盤が損傷していると推定される。

0067

・判定グループF:パターンP7
判定結果:非構造部材が損傷している可能性があり、応急復旧時に使用するとしても調査が必要。
判定理由:固有周期Tが固有周期閾値を超えており、建物900の傾斜角θが傾斜角の閾値を超えており、層間変形角Δが設計層間変形角以下である場合、建物900の非構造部材及び建物900の立っている地盤が損傷していると推定される。

0068

・判定グループG:パターンP3、パターンP4
判定結果:非構造部材が損傷している可能性があり、応急復旧時に使用するとしても調査が必要であるが、通常時の使用に関しては非構造部材を補修すれば継続使用可能。
判定理由:建物900の傾斜角θが傾斜角の閾値以下であるが、固有周期Tが固有周期閾値を超えているため、建物900の構造躯体に損傷が無く、非構造躯体に損傷の可能性があると推定される。

0069

・判定グループH:パターンP8
判定結果:継続使用不可
判定理由:建物900の傾斜角θが傾斜角の閾値を超え、かつ固有周期Tが固有周期閾値を超え、かつ層間変形角Δが設計層間変形角を超えているため、建物900の構造躯体、非構造躯体及び地盤に損傷の可能性があると推定される。

0070

次に、本実施形態による建物安全性検証ステム2の建物の安全性を検証する処理を、図14を参照して説明する。図14は、本実施形態による構造物検証システム1Aの建物の安全性を検証する処理の流れを示すフローチャートである。構造物検証システム1Aは、地震が発生した後、各階毎に図14のフローチャートの動作を行い、建物900の階毎の安全性の判定を行う。建物900がn階建てであれば、1階からn階まで順番にフローチャートによる判定処理を行う。停止解除判定部447A(層間変位計測部)は、供給されるセンサ200A−1から地動加速度が所定の地震判定閾値以上の場合、地震発生として以下のフローチャートの処理を実行する。

0071

ステップSa1〜ステップSa5:
前述の図9のステップSa1からステップSa5と同じ処理をする。
ステップS21:
停止解除判定部447Aは、供給されるセンサ200A−1が計測した加速度データから加速度を抽出する。そして、停止解除判定部447Aは、この抽出した加速度を2回積分し、積分の結果から1階部分の最大変位を算出する。

0072

ステップS22:
停止解除判定部447Aは、建物900のk階(1≦k≦n)に配置されたセンサ200A−kから供給される、それぞれのセンサ200A−kにおいて計測した加速度データから、センサ200A−1の加速度を抽出する。そして、停止解除判定部447Aは、この抽出した加速度を2回積分し、各階の変位を算出し、それぞれ隣接する階の変位と当該階の差分から、当該階に隣接する階の最大変位を算出して、各階の層間変位δを算出する。ここで、建物900の1階の層間変位δは、2階の変位から1階部分の変位を減算して求められる。
なお、全体曲げ変形ロッキングが支配的な建物などに対しては、層間変位を算出する際に、傾斜角θの計測データを用いることでせん断変形成分をより精緻に算出する。

0073

ステップS23:
停止解除判定部447Aは、算出したk階の層間変位δの各々を、k階の高さでそれぞれ除算し、k階の層間変形角Δを算出する。なお、加速度データから変位を求める方法は、本実施形態に記載されているもの以外の他の方法を用いても良い。

0074

ステップS24:
停止解除判定部447A(固有周期計測部)は、屋上に配置された微振動センサから、地震発生後に供給される微振動データに対し、信号処理を行う。すなわち、建物安全性評価部23は、微振動データのフーリエ解析を行い、最も高いパワースペクトルを有する周波数を抽出し、この周波数を固有周波数とする。そして、建物安全性評価部23は、抽出した固有周波数の周期を求め、この周期を固有周期Tとする。

0075

ステップS25:
停止解除判定部447A(傾斜角計測部)は、建物900の屋上に配置されているセンサ200A−5(傾斜角センサ)から供給される傾斜角データにより、建物900の傾斜角θを求める。

0076

ステップS26:
停止解除判定部447A(建物安全性評価部)は、建物900における1階からn階までの全ての階における損傷程度の判定が行われたか否かの判定を行う。
このとき、停止解除判定部447Aは、建物900における全ての階に対する判定が終了した場合、処理をステップS36に進め、建物900における全ての階に対する判定が終了していない場合、処理をステップS27へ進める。

0077

ステップS27:
停止解除判定部447Aは、算出した傾斜角θと建物900の傾斜角の初期値との比較を行い、傾斜角θが傾斜角の初期値を超えているか否かを判定する(第3の判定結果を求める)。このとき、停止解除判定部447Aは、傾斜角θが傾斜角の初期値を超えていない場合、処理をステップS28へ進め、一方、傾斜角θが傾斜角の初期値を超えている場合、処理をステップS29へ進める。

0078

ステップS28:
停止解除判定部447Aは、算出した固有周期Tと固有周期閾値とを比較し、固有周期Tが固有周期閾値以下であるか否かの判定を行う(第2の判定結果を求める)。このとき、停止解除判定部447Aは、固有周期Tが固有周期閾値を超える場合、処理をステップS32へ進め、一方、固有周期Tが固有周期閾値以下である場合、処理をステップS31へ進める。ここで、説明においては、建物900の固有周期の初期値ではなく、この固有周期の初期値に対してマージンを持たせた固有周期閾値を用いている。

0079

ステップS29:
停止解除判定部447Aは、算出した固有周期Tと固有周期閾値とを比較し、固有周期Tが固有周期閾値以下であるか否かの判定を行う。このとき、停止解除判定部447Aは、固有周期Tが固有周期閾値を超える場合、処理をステップS30へ進め、一方、固有周期Tが固有周期閾値以下である場合、処理をステップS33へ進める。

0080

ステップS30:
停止解除判定部447Aは、建物900の判定の終了していない階の層間変形角Δを停止解除判定部447Aから読み込み、この読み込んだ判定対象のk階の層間変形角Δと設計層間変形角との比較を行い、層間変形角Δが設計層間変形角を超えているかを判定する(第1の判定結果を求める)。このとき、停止解除判定部447Aは、層間変形角Δが設計層間変形角を超えている場合、処理をステップS35へ進め、一方層間変形角Δが設計層間変形角を超えていない場合、処理をステップS34へ進める。

0081

ステップS31:
停止解除判定部447Aは、健全性判定ルール記憶部434Aの判定テーブルを参照し、傾斜角θが傾斜角の初期値以下であり、固有周期Tが固有周期閾値以下である場合、パラメータパターンが状態Dであることを検出する。
次に、停止解除判定部447Aは、パラメータパターンが状態Dの判定である「継続使用可能(D)」を、健全性判定ルール記憶部434Aの判定結果テーブルにおける対応するk階の判定結果の欄に書き込んで記憶させ、処理をステップS26へ進める。

0082

ステップS32:
停止解除判定部447Aは、健全性判定ルール記憶部434Aの判定テーブルを参照し、傾斜角θが傾斜角の初期値以下であり、固有周期Tが固有周期閾値を超えている場合、パラメータパターンが状態Gであることを検出する。
次に、停止解除判定部447Aは、パラメータパターンが状態Gの判定である「非構造部材が損傷している可能性があり、応急復旧時に使用するとしても調査が必要であるが、通常時の使用に関しては非構造部材を補修すれば継続使用可能(G)」を、健全性判定ルール記憶部434Aの判定結果テーブルにおける対応するk階の判定結果の欄に書き込んで記憶させ、処理をステップS26へ進める。

0083

ステップS33:
停止解除判定部447Aは、健全性判定ルール記憶部434Aの判定テーブルを参照し、傾斜角θが傾斜角の初期値を超えており、固有周期Tが固有周期閾値以下である場合、パラメータパターンが状態Eであることを検出する。
次に、停止解除判定部447Aは、パラメータパターンが状態Eの判定である「応急復旧時には使用可能と判断できるが、通常時に使用できるかどうかは調査が必要(E)」を、健全性判定ルール記憶部434Aの判定結果テーブルにおける対応するk階の判定結果の欄に書き込んで記憶させ、処理をステップS26へ進める。

0084

ステップS34:
停止解除判定部447Aは、健全性判定ルール記憶部434Aの判定テーブルを参照し、傾斜角θが傾斜角の初期値を超えており、固有周期Tが固有周期閾値を超えており、層間変形角Δが設計層間変形角以下である場合、パラメータパターンが状態Fであることを検出する。
次に、停止解除判定部447Aは、パラメータパターンが状態Fの判定である「非構造部材が損傷している可能性があり、応急復旧時に使用するとしても調査が必要(F)」を、健全性判定ルール記憶部434Aの判定結果テーブルにおける対応するk階の判定結果の欄に書き込んで記憶させ、処理をステップS26へ進める。

0085

ステップS35:
停止解除判定部447Aは、健全性判定ルール記憶部434Aの判定テーブルを参照し、傾斜角θが傾斜角の初期値を超えており、固有周期Tが固有周期閾値を超えており、層間変形角Δが設計層間変形角を超えている場合、パラメータパターンが状態Hであることを検出する。
次に、停止解除判定部447Aは、パラメータパターンが状態Hの判定である「継続使用不可(H)」を、健全性判定ルール記憶部434Aの判定結果テーブルにおける対応するk階の判定結果の欄に書き込んで記憶させ、処理をステップS26へ進める。

0086

ステップS36:
停止解除判定部447Aは、建物900における全ての階に対する判定が終了した場合、何れかの階の判定結果に状態Hが含まれるか否かを判定する。このとき、停止解除判定部447Aは、何れかの階の判定結果に状態Hが含まれる場合、処理をステップS8へ進め、一方、何れかの階の判定結果に状態Hが含まれない場合、処理をステップS9へ進める。

0087

ステップSa8:
応答特性データ算出部444は、前述の図9のステップSa8と同じ処理をして、処理をステップS10に進める。
ステップSa9:
応答特性データ算出部444は、前述の図9のステップSa9と同じ処理をして、処理をステップS10に進める。

0088

ステップSa10〜ステップSa12:
応答特性データ算出部444は、前述の図9のステップSa10からステップSa12と同じ処理をする。
なお、上記の処理は、前述の第2の実施形態として示す図9の処理に関連付けて説明したが、第1の実施形態として示す図7の処理に適用すること制限するものではない。

0089

上述した処理を行うことにより、本実施形態の構造物検証システム1Aは、建物900の固有周期Tと建物900におけるk階の層間変形角Δと建物900の傾斜角θの組み合わせにより、建物900の各々の階の損傷程度を判定する。これにより、本実施形態の構造物検証システム1Aは、建物900が設計層間変形角と異なる数値で建設されていても、建物900の固有周期T及び傾斜角θと組み合わせることにより、建物900が設計基準値である設計層間変形角と異なる数値で建設されていても、建物900の固有周期及び傾斜角と組み合わせて判定することにより、建設された実際の建物の設計層間変形角に対応して、各階の個別の損傷程度及び地盤の損傷程度を従来に比較して高い精度にて推定して判定することができる。また、本実施形態の構造物検証システム1Aは、施工誤差、経年劣化、什器など建物内部設置物重量変動、構造躯体や非構造部材の剛性などの条件が変化しても対応し、建物900における各階の個別の損傷程度及び地盤の損傷程度を従来に比較して高い精度にて推定し、建物の安全性を判定することができる。すなわち、本実施形態によれば、各階の層間変形角及び固定周期による判定に対して傾斜角の判定を加えることにより、建物900における構造躯体の損傷、非構造躯体の損傷及び地盤の損傷(建物の傾斜角θにより推定)の発生を検出することができる。さらに、本実施形態の構造物検証システム1Aは、建物900における構造躯体の損傷、非構造躯体の損傷及び地盤の損傷(建物の傾斜角θにより推定)の発生状況をそれぞれ切り分けて検出することができ、単に、建物900における構造躯体の損傷のみを検出するだけでは判断しきれない、建物900に進入できる状況か否かも容易に判定することができる。このように、本実施形態の構造物検証システム1Aは、第1の実施形態に比較してより詳細な建物900の状態の判定を行うことができる。また、本実施形態の構造物検証システム1Aによれば、健全性判定ルール記憶部434Aにおける判定結果テーブルに対して、各階の判定結果を書き込むことにより、その判定結果によってすでに述べたように、建物900における各階の地震後の避難の優先度などを判定することができる。上記のように制御するようにしたので、構造物検証システム1Aは、外的要因に応じた構造物の応答予測と地盤の損傷度の判定により、当該構造物における設備の稼働を支援することができる。

0090

なお、上記の説明において、最大層間変位の算出を加速度センサによって検出した加速度データに基づいて算出するものとして説明したが、例えば、水平方向を検出する変位計によって検出された変位量(位置情報)に基づいて最大層間変位を算出するようにしてもよい。

0091

また、このようにセンサ200から取得したセンサデータは、地震による損傷や長期的な劣化(経年劣化)等に対する健全性の判断材料としても利用することができる。
また、階層構造の構造物に対して、各層の応答特性を算出して、各層の震度等を予測することができるため、構造物に対して到来する地震による損傷の予測の結果に基づいて、例えば特定の階のみに警報を出したり、特定の階の機器、設備を限定して、限定した機器、設備に対する給電を制限する制御信号を送信したりすることができる。これによって、構造物内の設備や構造物内の人物への影響を、最小限にとどめるとともに、災害による影響を低減させることが可能となる。

0092

なお、上述の例では、監視対象の構造物における各階にひとつずつセンサ200を設置している例を示したが、監視対象の構造物の特徴等に応じて、任意の個数を設置しておくことができる。例えば、各階に複数のセンサ200を設置してもよいし、複数階にひとつのセンサ200を設置することもできる。

0093

また、上述の例では、監視対象の構造物に対して揺れを発生させる外的要因として地震を想定して説明したが、外的要因は他の要因であってもよい。例えば、台風等の風による揺れを予測し、制御信号を送信するようにしてもよい。

0094

また、上述の例では、要因データ受付部442は、緊急地震速報に基づいて緊急地震速報制御部441によって算出された要因データの入力を受け付けるようにしたが、要因データ受付部442は、例えば、ユーザが入力部410に入力する任意の要因データを受け付けることもできる。この場合、設備300に対する給電を制限する制御信号を送信させずに、構造物検証装置400によって応答予測のシミュレーションを行うように利用することもできる。この場合、応答予測部445は、要因データ受付部442に入力された要因データに対応する応答特性データを読み出してディスプレイ等の出力部に出力させる。

0095

また、監視対象の構造物の監視制御を行う構造物検証装置400は、監視対象の構造物ごとに設置されてもよいし、例えば、複数の構造物を管理する業者等によって運営され、複数の構造物を監視対象とするものであってもよい。また、構造物検証装置400が算出した応答特性データは、ひとつの構造物内においてのみ利用してよいが、複数の構造物に総合的に利用することもできる。例えば、近隣に同様の構造の構造物が複数存在する場合には、総合的に統計処理を行うようにしてもよいし、例えばセンサデータの実測値が存在しない新たな構造物に対して、同様の条件の他の構造物の応答特性データを適用して応答予測を行うこともできる。
また、構造物検証装置400が備える各機能部は、クラウド環境ネットワーク環境、監視対象の構造物や構造物の収容人員の規模、構造物検証装置400を構成するために用意されたハードウェアの数やスペック等に応じて、任意の台数のコンピュータ装置に分散または集約して配置することができる。

0096

また、上述の例において、構造物データ記憶部431に記憶される主軸の向きや固有周期の値は、ひとつの構造物について複数の値が対応付けられていてもよい。例えば、L字型やコの字型の構造物である場合や、構造物の内部構造における例えば壁の存在などにより複数の主軸が想定される場合は、その形状等に応じた複数の主軸を対応付けて記憶させておいてもよいし、主軸ごとの固有周期を対応付けて記憶させておくことができる。この場合、応答特性データについても、複数の主軸ごとに対応付けて記憶させておき、主軸ごとに応答予測を行ったり、複数の主軸から複合的に応答予測を行ったりすることもできる。

0097

また、設備制御部446が、応答予測部445による予測結果に基づいて送信する制御信号は、例えば、各階ごとに存在する人物が持つスマートフォン等の携帯電話端末に対して、警報を送信するものであってもよい。例えば、監視対象の構造物における各階ごとに無線LAN(Local Area Network)による通信を行う無線基地局が存在する場合、特定の階の無線基地局にのみ、警報である制御信号を、通信領域内の携帯電話端末に対して送信することができる。

0098

なお、本発明における処理部の機能を実現するためのプログラムコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより構造物検証を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、インターネットWAN、LAN、専用回線等の通信回線を含むネットワークを介して接続された複数のコンピュータ装置を含んでもよい。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、ネットワークを介してプログラムが送信された場合のサーバクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、上述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル差分プログラム)であってもよい。

0099

また、上述した機能の一部または全部を、LSI(Large Scale Integration)等の集積回路として実現してもよい。上述した各機能は個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はLSIに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりLSIに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。
なお、設備300−nに流れる電流と設備300−nに供給する電圧は、受電部500内に設けられた計器により検出されるものとし、例えば、構造物検証装置400はその検出結果に基づいて判定してもよい。

0100

1構造物検証システム
100 緊急地震速報サーバ
200センサ
300設備
400 構造物検証装置
410 入力部
420通信部
430 記憶部
431構造物データ記憶部
432センサデータ履歴記憶部
433応答特性データ記憶部
434健全性判定ルール記憶部
440 制御部
441 緊急地震速報制御部
442要因データ受付部
443 センサデータ制御部
444 応答特性データ算出部
445応答予測部
446設備制御部
447 停止解除判定部
500受電部
501商用電源系統
502受電変圧器
CB503遮断器
DS504断路器
900建物(構造物)

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