(57)【要約】【課題】  管路に漏水センサを設置した場合の漏水量防止効果を把握する。【解決手段】  本発明の管路の管理システムは、管路ネットワークを構成する管路について、漏水流量を漏水事故歴データとして記憶する記憶装置と、漏水センサの能力に応じてセンサを管路ネットワークの所定位置に配置することを想定した場合の漏水センサによる漏水防止量を、漏水事故歴データに基づいて、算出する制御部と、制御部により算出された漏水防止量を表示する表示装置とを有する。【選択図】図１
2020077119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水エリアを構成する管路ネットワークの管理システムにおいて、
前記管路ネットワークを構成する管路について、漏水流量を漏水事故歴データとして記憶する記憶装置と、
漏水センサの能力に応じてセンサを前記管路ネットワークの所定位置に配置することを想定した場合の漏水センサによる漏水防止量を、前記漏水事故歴データに基づいて、算出する制御部と、
前記制御部により算出された漏水防止量を表示する表示装置と、を有することを特徴とする管路の管理システム。
【請求項２】
前記記憶装置は、
前記管路ネットワークを構成する管路について、少なくとも管種と、管路の節点情報と、管路長と、布設年とを含む管路属性データと、管種ごとに漏水事故率を計算するための数理モデルの係数と、漏水センサの能力と、を記憶し、
前記制御部は、
漏水センサの能力に応じてセンサを前記管路ネットワークの所定位置に配置することを想定した場合の漏水センサによる漏水防止量を、前記漏水事故歴データに代えて、前記管路ネットワークを構成する管路の前記管路属性データと前記数理モデルとを用いて算出することを特徴とする請求項１に記載の管路の管理システム。
【請求項３】
前記制御部は、
前記管路ネットワークを構成する管路について、少なくとも管種と、管路の節点情報と、管路長と、布設年とを含む管路属性データを参照して、前記給水エリアの年間漏水新規発生量を算出し、
前記年間漏水新規発生量が前記漏水防止量を超える時点を管路の延命化年数として前記表示装置に表示することを特徴とする請求項１に記載の管路の管理システム。
【請求項４】
前記制御部は、
前記管路属性データを参照して、前記給水エリアの年間漏水新規発生量を算出し、
前記年間漏水新規発生量が前記漏水防止量を超える時点を管路の延命化年数として前記表示装置に表示することを特徴とする請求項２に記載の管路の管理システム。
【請求項５】
前記制御部は、
前記管路ネットワークを構成する管路について、少なくとも管種と、管路の節点情報と、管路長と、布設年とを含む管路属性データを参照して、前記給水エリアの年間漏水新規発生量を算出し、
前記年間漏水新規発生量が前記漏水防止量を超える時点を管路の延命化年数として算出し、
前記延命化年数に基づいて、将来の設備投資額の年間平均が最小となるような管路の更新時期を算出することを特徴とする請求項1に記載の管路の管理システム。
【請求項６】
前記制御部は、
前記管路属性データを参照して、前記給水エリアの年間漏水新規発生量を算出し、
前記年間漏水新規発生量が前記漏水防止量を超える時点を管路の延命化年数として算出し、
前記延命化年数に基づいて、将来の設備投資額の年間平均が最小となるような管路の更新時期を算出することを特徴とする請求項２に記載の管路の管理システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記延命化年数に基づいて、将来の設備投資額の年間平均が最小となるような管路の更新時期を算出することを特徴とする請求項４に記載の管路の管理システム。
【請求項８】
延命化を抑止する複数のパラメータを入力する入力装置を有し、
前記制御部は、前記入力装置から入力された複数のパラメータに応じた更新年度を決定することを特徴とする請求項７記載の管路の管理システム。
【請求項９】
記憶装置、制御部、表示装置とを有する管理システムを用いた給水エリアを構成する管路ネットワークの管理方法において、
前記記憶装置は、前記管路ネットワークを構成する管路について、少なくとも管種と、管路の節点情報と、管路長と、布設年とを含む管路属性データと、管種ごとに漏水事故率を計算するための数理モデルの係数と、漏水センサの能力と、を記憶し、
前記制御部は、漏水センサの能力に応じてセンサを前記管路ネットワークの所定位置に配置することを想定した場合の漏水センサによる漏水防止量を、前記管路ネットワークを構成する管路の前記管路属性データと前記数理モデルか、前記記憶装置が記憶する漏水事故歴データに基づいて、算出し、
前記表示装置は、前記制御部により算出された漏水防止量を表示することを特徴とする管路ネットワークの管理方法。
【請求項１０】
前記制御部は、
前記管路属性データを参照して、前記給水エリアの年間漏水新規発生量を算出し、
前記年間漏水新規発生量が前記漏水防止量を超える時点を管路の延命化年数として前記表示装置に表示することを特徴とする請求項９記載の管路ネットワークの管理方法。
【請求項１１】
前記制御部は、
前記管路属性データを参照して、前記給水エリアの年間漏水新規発生量を算出し、
前記年間漏水新規発生量が前記漏水防止量を超える時点を管路の延命化年数として算出し、
前記延命化年数に基づいて、将来の設備投資額の年間平均が最小となるような管路の更新時期を算出することを特徴とする請求項９記載の管路ネットワークの管理方法。
【請求項１２】
前記制御部は、
前記延命化年数に基づいて、将来の設備投資額の年間平均が最小となるような管路の更新時期を算出することを特徴とする請求項１０記載の管路ネットワークの管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水道分野の他、液体を供給する分野における管路ネットワークの管理システム、および、その管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
漏水センサを管路に常設して漏水を検出するともに、管路の老朽度を管理する技術として、特許文献１の技術がある。特許文献１の技術では、配水管網に設置された漏水センサにより漏水を検知するとともに、過去の漏水実績情報から管路の経年特性グラフを作成し、経過年数による管路劣化の度合を把握する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１４５４９３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、漏水センサによる漏水検知は可能であるが、漏水量防止効果についての記述はない。また、管路劣化度合を推定しているが、管路の耐用年数や延命化について配慮されていない。更に、耐震化（事業体ニーズ）についても言及されていない。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、漏水防止量を把握し効果的な漏水量マネジメントを行うことができる管路ネットワークの管理システム、および、その管理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の管路の管理システムの一側面は、漏水流量を漏水事故歴データとして記憶する記憶装置と、漏水センサの能力に応じてセンサを管路ネットワークの所定位置に配置することを想定した場合の漏水センサによる漏水防止量を、漏水事故歴データに基づいて、算出する制御部と、算出された漏水防止量を表示する表示装置とを有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば漏水常時センシングによる漏水防止効果の予測と可視化が可能になり、漏水量コントロールが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
後でチェック
【図１】管路情報管理システムの全体構成図。
【図２】管路属性データを示す図。
【図３】漏水事故履歴データを示す図。
【図４】管路の節点データを示す図。
【図５】給水エリアにおける年間漏水量を示す図。
【図６】止水弁の位置に関する止水弁データを示す図。
【図７】漏水センサのセンサ能力データを示す図。
【図８】漏水事故率を計算するための数理モデルの係数を示す図。
【図９】管種別の更新基準年データを示す図。
【図１０】管路ネットワークのリスク表示画面を示す図。
【図１１】漏水調査の説明図。
【図１２】漏水損失防止量(額)の計算結果表示画面を示す図。
【図１３】漏水損失防止量(額)計算プログラムのフローチャートを示す図。
【図１４】漏水推定モデルによる漏水量成長の説明図。
【図１５】年間漏水増加量計算のための説明図。
【図１６】管路延命化年数計算処理の計算結果の表示画面。
【図１７】管路延命化年数計算処理のフローチャートを示す図。
【図１８】年間漏水損失予測プログラムのフローチャートを示す図。
【図１９】管路の延命化しない場合の将来漏水量の予測結果の表示画面を示す図。
【図２０】管路の延命化した場合の将来漏水量の予測結果の表示画面を示す図。
【図２１】管路更新計画立案に伴う設備投資額と漏水損失額の計算結果の表示画面を示す図。
【図２２】管路更新計画立案に伴う各管路の更新基準年数の計算結果の表示例を示す図。
【図２３】管路更新計画立案処理のフローチャートを示す図。
【図２４】管路更新計画立案に伴う設備投資額と耐震化率の計算結果を延命化抑制パラメータに応じて表示した画面を示す図。
【図２５】管路更新計画立案に伴う各管路の更新基準年数の計算結果を延命化抑制パラメータに応じて表示した例を示す図。
【図２６】延命化抑制パラメータに応じて管路更新計画立案を行う処理のフローチャートを示す図。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
＜発明の概要＞
本発明の代表的な目的は、以下のとおりである。
漏水防止量を把握し効果的な漏水量マネジメントを行うことができる管路システム、管路の管理方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、漏水防止量の把握に基づいて、適切な管路の更新時期を把握し、管路の延命化による設備投資額を抑制することできる管路システム、管路の管理方法を提供することにある。
【００１０】
さらに、本発明の他の目的は、管路の投資額を平準化した管路の更新計画、耐震化を考慮した管路の更新計画を作成することができる管路システム、管路の管理方法を提供することにある。
【００１１】
即ち、本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
漏水常時センシングによる漏水防止効果の予測と可視化が可能になり、漏水量コントロールが容易になる。
また、漏水常時センシングの漏水防止効果を生かして漏水損失が維持されるような管路の延命化年数を決定できる。延命化分だけ管路が長期に利用できるので、その分だけ管路設備投資を削減できる。
【００１２】
更に、延命化に関するパラメータを調整しながら、トレードオフの関係にある設備投資額と耐震化率の挙動が把握できるので、２つの変数（設備投資と耐震化）のトレードオフを考慮した管路更新計画の立案が可能になる。
【００１３】
＜システム構成＞
本発明の実施例を図１から図２６に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の管路情報管理システムの全体構成図である。管路情報管理システム１は、ＲＡＭ、ハードディスクなどからなる記憶装置１１、ＣＰＵなどからなる制御部１２、キーボードやマウスなどのマンマシンインターフェースのほか、外部ネットワークからデータを取り込むネットワークインターフェースから構成されているデータ入力装置１３、ディスプレイなどの表示装置１４からなる。
【００１５】
制御部１２は、記憶装置１１に記憶されたプログラム１１０を呼び出し実行し、計算結果を表示装置１４に表示する。プログラム実行過程で、データ入力装置１３から取り込まれたデータや記憶装置１１のデータベース１２０に格納された各種情報が必要に応じて参照され、計算処理に利用される。
【００１６】
計算処理プログラム１１０には、４つのプログラムが格納されている。漏水損失防止量を計算する漏水損失防止量計算プログラム１１１、管路延命化年数を評価する管路延命化評価プログラム１１２、将来の年間漏水量を予測する年間漏水損失予測プログラム１１３、管路更新時期と同時に管路設備投資額を計算する管路設備投資計算プログラム１１４である。これらは、管路や漏水を効率的に管理するのに利用されるものである。処理の詳細は後述する。データベース１２０には、管路属性データ（図２）、漏水事故履歴データ（図３）、各節点の座標の管理データ（図４）、給水エリアにおける年間漏水量等（図５）、止水弁の位置に関する止水弁データ（図６）、漏水センサのセンサ能力データ（図７）、漏水事故率を計算するための数理モデルの係数（図８）、管種別の更新基準年データ（図９）の各種データが格納されている。
【００１７】
＜各種データ＞
データベース１２０に格納されるデータの主なものを図２から図９に示す。
【００１８】
図２には、管路属性データ１２１が示されている。給水エリアを構成する管路ネットワークの各管路に関して、節点情報２１２、２１３、口径２１４、延長(管路長)２１５、管種２１６、布設年度２１７、ポリスリーブ有無２１８、更新基準年２１９、重要管路２２０（大口径管や重要施設の経路上の管など事故時に影響度大のもの）であることを示す情報（○が重要管理）、不可避漏水量２２１などの情報からなっている。なお、管種２１６は、菅の素材を表している。管種としては、ＤＩＰ（ダクタイル鋳鉄管）、ＳＰ（ステンレス水道用鋼管）、ＶＰ（ビニールパイプ）等がある。
【００１９】
更新基準年２１９は、図９に示すように事業体ごとの指針により設定されるものである。図９には、管種別９１１の更新基準年データ９１２を示している。不可避漏水量２２１は、避けることができない漏水量の理論値である。
【００２０】
例えば、図２において、管路番号２１１が「１」の管路は、節点Ａ２１２が「１００」、節点Ｂが「１０２」であり、口径２１４が「１５０ｍｍ」、菅の長さである延長２１５が「５０ｍ」、布設された年（布設年度）２１７が「２０００年」、ポリスリーブ被覆２１８があり、更新基準年２１９が「８０年」、重要管路２２０ではなく、不可避漏水量２２１が「１５００ｍ３/年」である。
【００２１】
図３には、漏水事故履歴データ３０１が示されている。漏水事故ごとの事故発生年月日３１２、管種３１３、口径３１４、スリープ被覆の有無３１５、発生場所（管路No.）３１６、布設年３１７、漏水種別（地上、地下）３１８、漏水流量３１９、漏水防止量３２１から構成されている。漏水防止量３２１は、漏水修繕によってその年度に防止できた漏水量であり、漏水流量×漏水発生から年度末までの期間、で計算するものである。図３の漏水事故履歴データは、漏水が発生するたびに事故番号を付与して、事故発生年月日等事故に関する情報を記憶する。
【００２２】
図４には、管路の節点情報として、節点番号に対応して各節点の座標の管理データを示している。節点を識別する節点番号４１１に対し、緯度に相当する情報４１２と経度に相当する情報４１３とが対応されて管理されている。この各節点の情報は、管路ネットワークを二次元平面上に図示する時に利用する。
【００２３】
図５は、給水エリアにおける年間漏水量、年漏水防止量の実績データが示されており、図では過去４年分のみ示している。図５に示す給水エリアは、例えば、一つの都市を単位とし、複数の管路ネットワークから構成される。
【００２４】
図６は、止水弁の位置に関する止水弁データを示すもので、止水弁の節点の番号６１２、６１３（図４参照）の他、各止水弁に漏水センサが設置されているかの情報６１４も含んでいる。例えば、止水弁番号「１」には、センサが配置されている。
【００２５】
図７は、活用する漏水センサのセンサ能力データを示している。管路の管種と管路の口径ごとに、漏水検知に必要なセンサ間隔が示されている。この間隔でセンサを設置すればセンサを設置した管路ネットワークの漏水がもれなく検出できるというものである。例えば、管種７１１が「ＤＩＰ、ＳＰ」で、口径７１２が「７５〜２００ｍｍ」の場合、センサ間隔７１３が「３００ｍ」であることを示している。
【００２６】
図８は、漏水事故率を計算するための数理モデルの係数を示している。管種ＤＩＰとＳＰでは、以下の式に基づいて漏水事故率ｆ（ｔ）（件数/ｋｍ/年）を計算する。
【００２７】
【数１】
2020077119.tif 000003
ｔ：管路の供用年数、ａ、ｂ：図８で示した係数、e：自然対数
【００２８】
一方、管種ＣＩＰ（鋳鉄管）、ＶＰ（硬質塩化ビニル管）では、事故率の式は以下になる。この数理モデルを用いるためには、図２の管理属性データの内、少なくとも管路の節点情報と、管路長（延長）と、布設年が必要となる。
【００２９】
【数２】
2020077119.tif 000004
【００３０】
図２から図９に示すデータベース格納情報は、図１のデータベース１２０として格納され、４つのプログラム（１１１、１１２、１１３、１１４）の各種演算処理に利用される。
【００３１】
数１、数２では、管路の単位長さ当たりの漏水事故件数を、管路の使用年数から求めることができる。また、漏水流量は、数５で単位延長の年間漏水量の期待値で求めることができる。詳細は後述する。
【００３２】
従って、実際の漏水事故歴データに代えて、数１、数２、数５等の数理モデルを用いることで、数４に示した漏水センサによる漏水損失防止額上乗せ分を求めることができる。即ち、漏水センサの能力に応じてセンサを管路ネットワークの所定位置に配置することを想定した場合の漏水センサによる漏水防止量を、数理モデルを用いて求めることができる。
【００３３】
＜漏水損失防止量計算プログラム＞
次に、図１０から図１３に基づいて漏水損失防止量を計算するプログラム１１１の処理内容について説明する。本処理は、従来の人手による漏水調査と対策、及び、漏水センサによる漏水検知と対策の効果（漏水損失防止効果）を計算するものである。
【００３４】
図１３は漏水損失防止量計算プログラム１１１のフローチャートである。
ステップ１３０１では、ユーザが指定する計算条件を、データ入力装置１３を通じて読み込む。ユーザが指定する計算条件として、過去何年分の漏水履歴データを利用するかの情報（ここでは５年を指定）、漏水センサ設置対象管路の管種情報（ここではＤＩＰを指定）、給水エリアにおける漏水調査周期情報（ここでは３年周期を指定、３年周期とは、図１１に示すように全給水エリアを３分割し、エリアＡを今年度、エリアＢを次年度、次の年度にエリアＣ、その次にエリアＡというように３年周期で調査を行うもの）、及び、水原価情報（ここでは１７５円/ｍ３と設定）を読み込む。
【００３５】
ステップ１３０２では、対象管路（ここではＤＩＰ）の管路属性データ２０１(図２)を読み込む。
【００３６】
ステップ１３０３では、図８のデータを参照して、対象管路（ここではＤＩＰ）の漏水事故率を計算するための数理モデルの係数（事故率モデルの係数）を読み込む。
【００３７】
ステップ１３０４では、ＤＩＰ管路の事故率を、数１を用いて、その管路の供用年数（供用年数は布設年度から計算）から計算し、結果（事故率計算結果）を図１０のように表示する。
【００３８】
図１０には、管路ネットワークのリスク表示画面を示す図であり、線が管路ネットワーク、事故率の大きさが（グレースケール）で示されているが、実際にはカラーで表示しても良い。図１０の事故率発生期待値は、例えば、「０．１」刻みでスケールを変え、期待値の小さい「０．１」から期待値の大きい「０．５」以上を表示している。この図を参考にして、どれくらの事故率の管路に漏水センサを設置するかを検討する。図１０に示す管路ネットワークが複数で一つの給水エリアを構成する。
【００３９】
ステップ１３０５では、ユーザは、事故率を指定入力する。即ち、図１０で示された事故率期待値の内、期待値の高い管路ネットワークを危険が高い管路として、優先的に漏水処理を行うためのフィルタリングを行ためである。従って、ユーザによって指定された事故率期待値以上の管路への漏水センサ設置が想定されることになる。
【００４０】
ステップ１３０６では、図７のセンサ能力（設置間隔）を把握した上で、事故率期待値が所定以上の管路（ＤＩＰ）の止水弁に、所定間隔で漏水センサを設置するため、センサ設置位置を計算し、センサが設置される止水弁には、図６に示すよう配置有無（○のマーク）を書き込んでゆく。
【００４１】
ステップ１３０７では、図３の漏水事故実績を参考に、過去の各年度の地上漏水件数Ｎ１、地下漏水件数Ｎ２、地上漏水平均流量Ｑ１、地下漏水平均流量Ｑ２を計算する。
地上漏水件数Ｎ１：図３に記録された漏水事故履歴データから地上で発生した漏水をカウントした値。
地下漏水件数Ｎ２：図３に記録された漏水事故履歴データから地下で発生した漏水をカウントした値。
地上漏水平均流量Ｑ１：図３に記録された漏水事故履歴データから地上で発生した漏水流量３１９の平均値。
地下漏水平均流量Ｑ２：図３に記録された漏水事故履歴データから地下で発生した漏水流量３１９の平均値。
【００４２】
更に、従来の３年周期による調査対策による漏水防止量(額)を以下の式で計算する。
【００４３】
【数３】
2020077119.tif 000005
【００４４】
流量の年間漏水量への換算係数は、図３の漏水流量の単位（ｌ/min）を単位（m3/年）に変換し、水原価（円/ｍ３）の単位と合わせるためのものである。
係数の０．５は、防止しなければ平均０．５年漏水は放置され損失になると考えられるからである。従来法による漏水防止量は、図３の1件ごとの漏水防止量の積算である図５の値を用いて、その過去５年平均を取ることでも算出できる。
【００４５】
また、漏水センサを用いていることで、地下漏水を早期に発見できるので、漏水センサ常設による漏水防止量（額）の上乗せ分は、以下の式で計算される。
【００４６】
【数４】
2020077119.tif 000006
【００４７】
係数の１．５は、従来調査が３年周期のため、漏水が検出可能になっても平均１．５年放置され損失になると考えられるためである。この漏水損失分が常時センシングで防止できるので、それがセンサ常設による防止量上乗せ分になる。尚、流量の年間漏水量への換算係数は、数３と同じである。
【００４８】
ステップ１３０８では、図１２の漏水損失防止量の計算結果表示画面を出力する。
ステップ１３０１で入力したユーザ設定条件の表示エリア１２０１、漏水損失防止額計算の表示エリア１２０２、過去の漏水防止件数実績の表示エリア１２０３、平均漏水量実績の表示エリア１２０４が示されている。
【００４９】
数３、数４の平均事故件数は、実績データを用いないで、対象管路に関して、数１で求めた事故率に管路延長を掛けて総和をとることで、事故件数期待値を算出できる。これを代替値として利用できる。また、漏水量は、後述する数５を用いて、単位延長の年間漏水量を求めることができる。数１、数２から年間の単位延長当たりの事故件数を、数５から年間の単位延長当たりの漏水流量を求めることができる。このように数１、数２、数５の数理モデルを用いて、漏水事故歴データに代えて、漏水量を求め、数３、数４を適用すれば、数理モデルから漏水損失防止額を求めることができる。
【００５０】
このように、漏水損失防止量計算プログラム１１１は、漏水センサの能力に応じてセンサを管路ネットワークの所定位置に配置することを想定した場合の漏水センサによる漏水防止量を漏水事故歴データ、或いは数理モデルから算出する。
【００５１】
図１２の表示エリア１２０２には、漏水対策の結果として漏水損失防止額が表示され、特に、漏水センサを設置した漏水対策を提案法による防止額の上乗せ分が金額表示されるため、漏水センサを設置するために必要となる投資額と簡単に比較することができる。
【００５２】
＜管路延命化評価プログラム＞
次に、図１４から図１７に基づいて漏水常時センシングの漏水防止効果を生かした管路延命化年数の計算処理（管路延命化評価プログラム１１２）について説明する。管路を延命化（老朽化）すると一般にその管路からの漏水量期待値は増加する。計算処理について述べる前に、この増加量を計算するためのモデルについて説明する。
【００５３】
図１４は、漏水推定モデルによる漏水量成長の説明図である。図１４にある管路属性（管種）の漏水量推定モデルを示す。本モデルでは、単位延長からの年間漏水量の期待値は、不可避漏水量Ｑ０からスタートして、指数関数的に増加する（図１４の１４０１参照）。式で表現すると以下のようになる。
【００５４】
【数５】
2020077119.tif 000007
ここに、Ｑ：漏水量期待値（m3/ｋｍ/年）、ｔ：供用年数、Ｑ０：不可避漏水量、ｂ：漏水増加スピードを規定する定数、ｅ：自然対数である。
【００５５】
一旦修繕がなされると、漏水量は不可避漏水のレベルまで落ちるが(図１４、t0)、そこから漏水量は、修繕前と同じスピードで成長していく（図１４の１４０２）。修繕前の曲線１４０１の延長に曲線１４０２がある。修繕の有無に関わらず漏水スピードは不変で古い管ほど漏水増加スピードは大きくなる。給水区のある管種（例えばＤＩＰ）の管路の漏水増加量は、ＤＩＰのモデルとＤＩＰ管路の属性データ（供用年数と管路延長）から以下の式で計算できる。
【００５６】
【数６】
2020077119.tif 000008
【００５７】
ΔＱtotal：給水区の全ＤＩＰ管からのトータル漏水量の年間増分、ｔ：供用年数、ｌ：管路総延長、ΔＱ：単位延長当たりの漏水量年間増分である。ここで、供用年数は７１年以上の管はないと仮定。数５、数６を利用するためには、定数Ｑ０、ｂの値が必要である。
【００５８】
不可避漏水量Ｑ０に関しては、ＩＷＡの公式に従って、管路の節点数、給水管延長、対象管路の平均水圧などから計算できる。また、ｂについては、数５の微分値（年間漏水増加量）が漏水事故率（年間新規漏水事故件数）の式の構造に等しいので同じ係数（ＤＩＰでは、図８の０．０５８２）を近似的に用いる。この係数については、年間漏水増加量計算のための説明図である図１５に示すように年間漏水量と年間漏水防止量から年間漏水増加量が計算できるので、数６の左辺にこの計算値を当てはめればｂを推定できる。給水エリアが複数の管種からなる場合は、パラメータｂは管種ごとに複数存在するが、複数の給水エリアで漏水増加量に関する連立方程式を立てて算出可能である。
【００５９】
図１７に延命化可能年数計算処理のフローチャートを示す。
ステップ１７０１では、計算条件を取り込む。ここではユーザが指定した分析対象管種情報（例えばＤＩＰ）を読み込む。
【００６０】
ステップ１７０２では、対象管路の漏水損失防止量を漏水損失防止量計算プログラム１１１で計算する。次に、ステップ１７０３では、分析対象管種の延長、布設年などの管路属性データ（図２）を参照し、これと数６を用いて対象管種の管路延命化時のトータル年間漏水量増分（＝年間漏水新規発生量）を計算する。
【００６１】
ステップ１７０４では、図１６（管路延命化年数計算処理の計算結果の表示画面）に示すように漏水損失防止額のグラフ１６０２と漏水新規発生額１６０１のグラフを表示装置１４に表示し、その交点から延命化年数を算出して提示する。
【００６２】
図１６では、0年で延命化を開始、及び、従来の漏水調査に加えて漏水常時センシングを開始した場合である。0年以降に常時センシングによる漏水防止量が上乗せされ、防止量はステップアップしている。一方、漏水新規発生量は、0年以降の延命化（管路老朽化）によりゆるやかに増加していく。これは年が経過するにつれて、老朽化により、数６で利用する供用年数ｔの値が大きくなるためである。
【００６３】
防止額が新規発生額を上回る期間では、年間漏水量損失は維持されるので、この期間だけ管路が延命化できるとする。これは次式が成立するためである。
【００６４】
今年度の年間漏水損失額＝前年度の年間漏水損失額＋（年間漏水新規発生量−年間漏水防止量）×水原価
【００６５】
図１６では延命化年数は10年である。この期間は、管路を延命利用しても漏水損失は維持されるので、延命化分だけ管路設備投資を削減できることになり、大きなコスト削減を実現できる。
【００６６】
図１６では、漏水防止量を漏水損失防止量計算プログラムが計算した。ここでは、人手による３年周期の漏水調査、および、新たに漏水センサによる漏水常時センシングを行った場合の防止量を計算した。この他、様々な漏水対策方法が考えられ、それらによる防止量を事前に計算して、本処理の入力（１６０２のグラフ）として活用し延命化年数を計算しても良い。
【００６７】
＜年間漏水損失予測プログラム＞
次に、給水エリアにおける将来の年間漏水量を予測するプログラム１１３の処理内容を図１８から図２０に基づいて計算する。
【００６８】
本処理では、図１８は将来の年間漏水量を予測する年間漏水損失予測プログラムのフローチャートである。ステップ１８０１では、計算に必要なパラメータｋ、ｋ１、ｋ２、管路延命化開始時期と管路延命化年数（例えば、１０年）、計算期間（例えば，５０年）のユーザ設定情報を、計算条件として読み込む。パラメータの意味については後述する。
【００６９】
ステップ１８０２では、時刻を表すパラメータＴを０にセットする。ステップ１８０３では、図５を参照して最新の年間漏水量データＱＬ（Ｔ）を取り込む。
【００７０】
ステップ１８０４では、数６を参考に次年度（Ｔ＋１）における年間漏水新規発生量ＱＮ（Ｔ＋１）を計算する。数６はＤＩＰを対象にしたものであるが、その他の管種についても類似の式で計算し、それらの総和を取る。なお、数６の計算には、Ｔ＋１における各供用年の管路総延長のデータが必要である。将来の管路更新計画を踏まえて将来の総延長を計算してそれを数６で用いる必要がある。ステップ１８０５では、次式により、年度（Ｔ＋１）における年間漏水防止量ＱＰ（Ｔ＋１）を計算する。
【００７１】
【数７】
2020077119.tif 000009
【００７２】
ここに、ｋ１、ｋ２は従来の漏水調査法（人手による３年周期の調査）に依存して決まる定数であり、ｋは、従来調査法に加えて新規調査法（ここでは漏水センサによる漏水常時センシング）に依存して決まる定数である。本計算では、ｋ＝１．１５、ｋ１＝０．０９、ｋ２＝０．１とした。
【００７３】
ｋの値は、（数３の計算値＋数４の計算値）/数３の計算値、で計算できる。ｋ１、ｋ２については、図５の年間漏水量ＱＬと年間漏水防止量ＱＰ（従来調査法による防止量）の時系列データから、図１５の関係を利用して、年間漏水新規派生量（＝年間漏水増加量）ＱＮの時系列を計算して、それらの時系列データが以下の式にフィットするよう最小二乗法を用いてｋ１、ｋ２を決定する。
【００７４】
【数８】
2020077119.tif 000010
【００７５】
なお、ｋ１は時刻Ｔにける既存漏水が成長して時刻（Ｔ＋１）にどれだけ検出可能になったかの割合を示す定数、ｋ２は新規派生漏水の中でどれだけの漏水が検出可能かの割合を示す定数である。これらのパラメータは漏水調査方法に依存するため、調査方法ごとに算出して活用する必要がある。
【００７６】
ステップ１８０６では、次式により給水エリアの時刻（Ｔ＋１）の年間漏水量ＱＬ（Ｔ＋１）を計算する。
【００７７】
【数９】
2020077119.tif 000011
【００７８】
ステップ１８０７では、Ｔが所定値（計算終了時刻、本例では、計算期間を５０年としたため、５０年）に達したかどうかを判定し、達していたなら処理を終了、さもなければステップ１８０８に移り、Ｔを１だけ増加させ、ステップ１８０４からステップ１８０７の処理を繰り返す。
【００７９】
図１９、図２０に将来漏水量の予測結果の表示画面を示す。
図１９では、管路の延命化しない場合の将来漏水量の予測結果の表示画面である。図１９は、年度Ｔ０まで従来法による漏水調査、Ｔ０＋１以降、漏水センサによる常時センシングを追加した場合の結果である。新たな漏水対策により、徐々に給水エリアの年間トータル漏水量１９０３が減少しているのがわかる。また、漏水防止量１９０１と漏水新規発生量１９０２との差分により、漏水センサによる常時センシングを追加した漏水対策の効果を把握することができる。
【００８０】
図２０は、管路の延命化した場合の将来漏水量の予測結果の表示画面である。図２０では、年度Ｔ０まで従来法による漏水調査、Ｔ０＋１以降、漏水センサによる新たな漏水対策（漏水センサによる漏水常時センシング）を追加した場合で、かつ、Ｔ０＋１以降、Ｔ０＋１０まで１０年間だけ管路を延命化した場合のシミュレーション結果である。管路老朽化により漏水新規発生量２００２は増加するが、新たな漏水対策により漏水防止量２００１も増加し、これらが釣合うので給水エリアの年間トータル漏水量２００３はほぼ一定に保たれているのがわかる。
【００８１】
＜管路設備投資計算プログラム＞
次に、管路更新時期と同時に管路設備投資額を計算するプログラム１１４の処理内容を、図２１から図２６に基づいて説明する。本処理は、管路の延命化を考慮しつつ、将来の管路設備投資を平準化する管路更新時期を計算するためのものである。図２に示すように各管路には更新基準年が割り当てられているが、これに従って管路更新を行うと投資が多い年や少ない年が出現し望ましくない。投資が多くなる年の管路更新を前後の年度に割り振り投資を平準化する必要がある。
【００８２】
延命化を考慮しつつ、投資平準化を実現する更新計画を立案、その結果を表示する管路更新計画立案処理のフローチャートを図２３に示す。
【００８３】
ステップ２３０１では、ユーザ設定条件を読み込む。ここでは、ユーザが指定した更新計画の対象となる管路（管種）、更新年度制約調整パラメータα、βの値、設備投資制約調整パラメータγを読み込む。
【００８４】
ステップ２３０２では、以下の計画問題を解法して、対象管路の更新時期を計算する。
（１）目的関数
延命化年数トータルの最大化
【００８５】
【数１０】
2020077119.tif 000012
【００８６】
期間内平均設備投資額の最小化
【００８７】
【数１１】
2020077119.tif 000013
【００８８】
（２）制約条件
更新基準年の上下限
【００８９】
【数１２】
2020077119.tif 000014
【００９０】
【数１３】
2020077119.tif 000015
【００９１】
投資額の上下限
【００９２】
【数１４】
2020077119.tif 000016
【００９３】
（３）変数
管路番号：１、２、………、Ｎ
管路１からＮの更新年：T1、T2、……TN
管路１からＮの更新コスト：C1、C2、……CN
投資年：ｔ（ｔ＝０が現時点を表す、ｔ＝１は次年度、ｔ＝２はその次の年度を表す）
１年からｔ年の投資額：I(1)、I(2)、……、I(t)
１年からｔ年の投資上限：Iu(1)、Iu(2)、……、Iu(t)
管路１からＮのオリジナル更新基準年：To1、To2、……、ToN
管路１からＮの布設年度：Tb1、Tb2、……、TbN
管路１からＮの延命化可能年数：Te1、Te2、………、TeN
１年からｔ年のＤＩＰ以外の設備投資：Io(1)、Io(2)、………Io(t)
投資期間：１〜TE
重要管路の管路番号の集合：Np
正の定数：α、β、γ
【００９４】
ここでは、ＤＩＰを対象に、延命化を考慮しながら各管路の更新基準年を新たに算出する。変数の１つのであるオリジナル更新基準年とは、図２に示すような元々設定されていた更新基準年である。これに延命化可能年数Ｔｅi（i=1〜Ｎ）を考慮し、投資を平準化する新たな更新基準年Ｔｉ（i=1〜Ｎ）を計算する。目的関数としては、数１０の延命化年数トータルの最大化、数１１の投資の年平均の最小化を採用する。制約条件としては、数１２、数１３の更新基準年の上下限、投資額の上下限を設ける。
【００９５】
数１３は重要管路に対する更新基準年制約であり、数１２の通常管路の基準年制約よりその上下限が変数β分だけ小さくなっている。βはユーザ設定パラメータであり、例えば、10程度の値に設定する。αは上下限の幅を設定するもので、例えば10程度に設定する。
【００９６】
投資の上下限制約で、パラメータγでその幅を設定するものである。例えば、γは０．９程度に設定する。ステップ２３０２では、この計画問題を解くことで各管路の新たな更新基準年を得る。新たに計画された更新基準年の例を図２２に示す。図２２は、管路更新計画立案に伴う各管路の更新基準年数の計算結果の表示例を示す図である。更新基準年とはオリジナルの基準年、修正更新基準年とは延命化年数（ここでは10年）を考慮した基準年、修正更新基準年（投資平準化あり）は、計画問題を解くことで算出された基準年であり、これに従って管路更新を実施してゆく。
【００９７】
ステップ２３０３では、ステップ２３０２の更新計画を参考に、年間漏水損失予測プログラムで述べた方法で、給水エリアの将来漏水量を予測する。
【００９８】
最後にステップ２３０４では、図２１に示すように更新計画に基づく設備投資額、及び、年間漏水損失額を表示する。投資額のグラフ２１０１で、従来手法２０１１１はオリジナル更新年を用い場合、提案手法（平準化なし）２１０１２は延命化を考慮した修正更新基準年を用いた場合、提案手法（平準化あり）２１０１３は延命化と平準化を考慮した修正更新基準年を用いた場合の結果である。
【００９９】
年間漏水損失額２１０２は、従来手法２０１２１に対し、提案手法（平準化なし）２１０２２、提案手法（平準化あり）２１０２３で示されている。
【０１００】
漏水センサによる常時センシングによる漏水対策を追加した提案手法（平準化なし）や、漏水センサによる常時センシングによる漏水対策に加えて投資の平準化を行った提案手法（平準化あり）では、これら対策を行わない従来手法に比べて設備投資額が削減されており、また、平準化ありでは投資が平準化されているのがわかる。
【０１０１】
これらの結果と共に、提案手法（平準化あり）の平均延命化年数と平均設備投資額の計算されるようになっている。前者は、策定された更新年を用いて数１０でトータル延命化年数を計算し、それを管路数Ｎで割ることで算出される。また、後者は、策定された更新年を用いて数１１で投資平均額を計算することで求められる。
【０１０２】
以上の方法で延命化しつつ投資を平準化する更新基準年を求めることができるが、管路更新の指標の一つである耐震化率に配慮していない問題がある。延命化するほど、設備投資は削減されるが、管路更新が遅れるため耐震化の進捗も遅れるというものである。耐震化に配慮しながら更新計画を立案するため図２６（延命化抑制パラメータに応じて管路更新計画立案を行う処理のフローチャート）の処理プログラムを用いることができる。ここでは前述の計画問題の制約条件として延命化抑制パラメータΔＴ（正の定数）を用いた以下の制約式を用いる。
【０１０３】
【数１５】
2020077119.tif 000017
【０１０４】
【数１６】
2020077119.tif 000018
【０１０５】
図２６のステップ２６０１では、図２３のステップ２３０１と同様のデータを読み込む。ステップ２６０２では、数１２、数１３に替わり、数１５、数１６の制約を用いて計画問題（管路の更新年を求める）を解く。ここではΔＴ＝０とある正の値、例えばΔＴ＝５で計画問題を解く。ΔＴは、データ入力装置１３によりユーザから入力される情報で、延命化を抑止する値と考えることができる。
【０１０６】
計画問題の解法結果の一例を図２５（管路更新計画立案に伴う各管路の更新基準年数の計算結果を延命化抑制パラメータに応じて表示した例）に示す。ΔＴ＝５の場合で、延命化が抑制されるので求められた修正更新基準年（平準化あり）は、ΔＴ＝０の場合（図２２の修正更新基準年（平準化あり））より小さくなっているのが分かる。
【０１０７】
ステップ２３０３では、立案された来年度以降の管路更新計画に基づいて、全管路延長の耐震化管路総延長の割合を将来の各年度で計算する。なお、更新管路は全て耐震化がなされるとする。
【０１０８】
ステップ２３０４では、図２４（管路更新計画立案に伴う設備投資額と耐震化率の計算結果を延命化抑制パラメータに応じて表示した画面を示す図）に示すように、ΔＴ＝０及び５における更新計画に基づく管路設備投資額推移グラフと耐震化率推移グラフを表示する。ΔＴ＝０の設備投資が２４０１２、耐震化率が２４０２２となり、ΔＴ＝５の設備投資が２４０１１、耐震化率が２４０２１となる。
【０１０９】
ΔＴを大きくして延命化を抑制すると設備投資額は増加するが、耐震率のスピードが速まることが分かる。このグラフは、設備投資と耐震化率（或いは延命化と耐震化）のトレードオフを考慮した更新計画立案の意思決定（ΔＴとしてどれぐらいの値を用いるべきか）を支援するものである。
【０１１０】
このように、耐震化率と設備投資額の関係を表示できるので、耐震化率を考慮して設備投資の意思決定を行うことができる。
【符号の説明】
【０１１１】
１：管路管理システム、１１：データベース、１２：制御部、１３：データ入力装置、１４：表示装置、１１０：計算処理プログラム、１１１：漏水損失防止量計算プログラム、１１２：管路延命化評価プログラム、１１３：年間漏水損失予測プログラム、管路設備投資計算プログラム１１４。
【図１】
2020077119.tif 000019
【図２】
2020077119.tif 000020
【図３】
2020077119.tif 000021
【図４】
2020077119.tif 000022
【図５】
2020077119.tif 000023
【図６】
2020077119.tif 000024
【図７】
2020077119.tif 000025
【図８】
2020077119.tif 000026
【図９】
2020077119.tif 000027
【図１０】
2020077119.tif 000028
【図１１】
2020077119.tif 000029
【図１２】
2020077119.tif 000030
【図１３】
2020077119.tif 000031
【図１４】
2020077119.tif 000032
【図１５】
2020077119.tif 000033
【図１６】
2020077119.tif 000034
【図１７】
2020077119.tif 000035
【図１８】
2020077119.tif 000036
【図１９】
2020077119.tif 000037
【図２０】
2020077119.tif 000038
【図２１】
2020077119.tif 000039
【図２２】
2020077119.tif 000040
【図２３】
2020077119.tif 000041
【図２４】
2020077119.tif 000042
【図２５】
2020077119.tif 000043
【図２６】
2020077119.tif 000044