(57)【要約】【課題】効果的な維持管理計画を策定するための判断材料をコンピュータシステムにより提示するための建造物の維持管理支援方法を提供する。【解決手段】既設建造物における設計・計測・点検・補修など、多岐に渡る保全関連情報を使用して、建造物における維持管理対象部材の経時劣化特性を求めるとともに、その特性と前記保全関連情報とに基づいて、前記建造物の供用期間中に前記部材の維持管理に要するライフサイクルコストを提示するように構成されたコンピュータシステムが、前記保全関連情報中の前記部材に関する要求性能情報を取得するとともに、当該要求性能情報に基づいて当該部材の非許容劣化状態を設定する非許容劣化状態設定ステップと、前記非許容劣化状態に陥った際の復旧コストを勘案してライフサイクルコストを求めるステップとを実行する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
既設建造物における設計・計測・点検・補修など、多岐に渡る保全関連情報を使用して、建造物における維持管理対象部材の経時劣化特性を求めるとともに、その特性と前記保全関連情報とに基づいて、前記建造物の供用期間中に前記部材の維持管理に要するライフサイクルコストを提示するように構成されたコンピュータシステムにより、
前記保全関連情報中の前記部材に関する要求性能情報を取得するとともに、当該要求性能情報に基づいて当該部材の非許容劣化状態を設定する非許容劣化状態設定ステップと、
前記非許容劣化状態に陥った際の復旧コストを勘案してライフサイクルコストを求めるステップと、
を実行することを特徴とする建造物の維持管理支援方法。
【請求項２】
請求項１において、前記非許容劣化状態設定ステップでは、保全関連情報中の部材ごとの経時劣化過程を段階的に記述した劣化シナリオを取得するステップと、当該シナリオにおける特定の段階以降を非許容劣化状態として設定するステップとを含むことを特徴とする建造物の維持管理支援方法。
【請求項３】
請求項２において、維持管理対象の部材について、現時点から建造物の供用期間満了までの残存供用期間に前記非許容劣化状態となる確率を時系列に対応付けして求めるステップと、維持管理対象の部材について、前記供用期間中に前記劣化シナリオにおける前記非許容劣化状態に達する前の各段階に相当する各劣化状態に陥る確率を時系列に対応付けして求めるステップと、前記非許容劣化状態および各劣化状態の確率の経時遷移を適宜に提示するステップと、を含むことを特徴とする建造物の維持管理支援方法。
【請求項４】
請求項３において、前記非許容劣化状態の確率の時系列遷移に基づいて当該確率の変化分を所定時間間隔ごとに取得するステップと、前記非許容劣化状態に陥った場合の復旧コストを設定するステップと、前記確率の変化分と前記復旧コストとの積を残存供用期間に渡って累積したコストを劣化リスクとして算出するステップと、適宜な時点で実施される補修に掛かるコストと、適宜な時点で実施される点検に掛かるコストとを算出するステップと、前記劣化リスクと前記補修コストと前記点検コストとの総和をライフサイクルコストとして算出するステップと、を含むことを特徴とする建造物の維持管理支援方法。
【請求項５】
請求項４において、所定の劣化状態が所定の確率になった時点を補修の実施時期として設定するステップと、当該補修の実施を勘案した各劣化状態の経時遷移を求めるステップと、当該経時遷移に基づいてライフサイクルコストを算出するステップと、当該ライフサイクルコストとこのコストの算出根拠となった劣化状態と確率との組み合わせとを提示するステップと、を含むことを特徴とする建造物の維持管理支援方法。
【請求項６】
請求項５において、劣化状態と確率の組み合わせを複数提示するとともに、各組み合わせに相当する時期に補修した場合のライフサイクルコストを提示するステップを含むことを特徴とする建造物の維持管理支援方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の維持管理支援方法を実施するコンピュータシステムにより構成される維持管理支援装置。
【請求項８】
コンピュータにより実行されて当該コンピュータを請求項７記載の維持管理支援装置として機能させるためのコンピュータプログラム。
【請求項９】
請求項８に記載のコンピュータプログラムを格納したコンピュータ読取可能なプログラム格納媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この技術は、既設の構造物に対する維持管理を支援するための方法に関し、具体的には、コンピュータシステムが建造物における設計・点検・補修などの多岐に渡る保全関連情報を処理して、経済性と安全性とを勘案した最適な点検・補修時期を提示するための建造物の維持管理支援方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建造物の維持管理にライフサイクルコスト（ＬＣＣ）と呼ばれる概念が導入されている（例えば、特許文献１参照）。ＬＣＣは建造物が竣工してから供用満了に達するまでの期間（供用期間）に、その建造物の維持管理に係るトータルコストである。ＬＣＣが実際の建造物の維持管理計画を策定する上で広く採用されるようになった背景には、シミュレーション技術の発達、建造物の設計データや点検や補修などに際して実際に実施された方法やそのコストなどの実データを集約したデータベースの構築など、コンピュータシステム自体とその利用技術の進歩がある。なお、コンピュータシステムにおける一般的なＬＣＣの算出手順としては、まず、建造物における構成部材ごとにその劣化の種類とその劣化状態の経時遷移をシミュレーションによって予測し、実データに基づいて現時点あるいは未来のある時点での点検・補修に掛かるコストを求める。そして、供用期間を通してどの時点でどのような点検・補修すれば、もっともＬＣＣを低く抑えられるのかを試算し、その試算結果を維持管理者に提示し、維持管理者はその試算結果を実際の維持管理計画を設定・実施するに当たっての根拠、あるいは判断材料とする。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２００６４５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、同じ設計の建造物であっても、その建造物が置かれている環境は実に様々であり、その建造物に対して各種の要請（要求性能）が存在する。すなわち、周辺環境への影響や設備自体の利用状況、劣化予測対象部材が建造物における主部材であるか否かなど、建造物には数多くの社会的な、あるいは物理的な要請・要求が要求性能として存在する。したがって、実際の建造物の維持管理に際しては、種々の要求性能に基づいてより現実的な劣化予測と維持管理計画策定が必要となる。また、その計画において、補修の実施時期を単純に竣工時点からの経過時間に基づいて設定してしまうと、無駄な補修工事が発生したり、予定より劣化が激しく大規模な補修工事が必要となったりするなど、効率的な維持管理が不可能となる。補修の実施時期は、具体的な建造物の状態に基づいて設定することが重要となり、その状態が何時なのかを前もって把握することこそが難しいと言える。現実に即さないシミュレーションや計画策定は、却ってＬＣＣを増大させるだけではなく、供用期間の満了を待たずに建造物を機能不全に陥らせる可能性すらある。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑み創作されたもので、その目的は、より現実的で効果的な維持管理計画を策定する際の判断材料をコンピュータシステムの処理により提示するための建造物の維持管理支援方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明が創作された。その基本となる発明は、既設建造物における設計・計測・点検・補修など、多岐に渡る保全関連情報を使用して、建造物における維持管理対象部材の経時劣化特性を求めるとともに、その特性と前記保全関連情報とに基づいて、前記建造物の供用期間中に前記部材の維持管理に要するライフサイクルコストを提示するように構成されたコンピュータシステムにより、前記保全関連情報中の前記部材に関する要求性能情報を取得するとともに、当該要求性能情報に基づいて当該部材の非許容劣化状態を設定する非許容劣化状態設定ステップと、前記非許容劣化状態に陥った際の復旧コストを勘案してライフサイクルコストを求めるステップとを実行する建造物の維持管理支援方法である。
【０００７】
また、前記非許容劣化状態設定ステップでは、保全関連情報中の部材ごとの経時劣化過程を段階的に記述した劣化シナリオを取得するステップと、当該シナリオにおける特定の段階以降を非許容劣化状態として設定するステップとが含まれていてもよい。
【０００８】
この劣化シナリオにおける特定の段階を非許容劣化状態として設定する維持管理方法において、維持管理対象の部材について、現時点から建造物の供用期間満了までの残存供用期間に前記非許容劣化状態となる確率を時系列に対応付けして求めるステップと、維持管理対象の部材について、前記供用期間中に前記劣化シナリオにおける前記非許容劣化状態に達する前の各段階に相当する各劣化状態に陥る確率を時系列に対応付けして求めるステップと、前記非許容劣化状態および各劣化状態の確率の経時遷移を適宜に提示するステップと、が含まれた建造物の維持管理支援方法とすることもできる。
【０００９】
そして、非許容劣化状態の確率の時系列遷移に基づいて当該確率の変化分を所定時間間隔ごとに取得するステップと、前記非許容劣化状態に陥った場合の復旧コストを設定するステップと、前記確率の変化分と前記復旧コストとの積を残存供用期間に渡って累積したコストを劣化リスクとして算出するステップと、適宜な時点で実施される補修に掛かるコストとを算出するステップと、適宜な時点で実施される点検に掛かるコストとを算出するステップと、を含む建造物の維持管理支援方法も本発明の範囲とした。
【００１０】
前記劣化リスクと前記補修コストと前記点検コストとの総和をライフサイクルコストとして算出する維持管理方法において、所定の劣化状態が所定の確率になった時点を補修の実施時期として設定するステップと、当該補修の実施を勘案した各劣化状態の経時遷移を求めるステップと、当該経時遷移に基づいてライフサイクルコストを算出するステップと、当該ライフサイクルコストとこのコストの算出根拠となった劣化状態と確率との組み合わせとを提示するステップと、を含めてもよい。また、前記劣化状態と確率の組み合わせを複数提示するとともに、各組み合わせに相当する時期に補修した場合のライフサイクルコストを提示するステップをさらに含めてもよい。
【００１１】
なお、本発明には、上記の維持管理支援方法を実施するコンピュータシステムにより構成される維持管理支援装置、コンピュータにより実行されて当該コンピュータを前記維持管理支援装置として機能させるためのコンピュータプログラム、およびこのコンピュータプログラムを格納したコンピュータ読取可能なプログラム格納媒体も含まれる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
＝＝＝維持管理支援装置＝＝＝
本発明の一実施例として、パーソナルコンピュータやワークステーションなどの汎用コンピュータを用いて本発明の維持管理支援方法を実施する形態を示す。コンピュータには、建造物の維持管理支援を行うための専用プログラム（以下、支援プログラム）がインストールされており、コンピュータにてこの支援プログラムが起動されている状態では、このコンピュータを維持管理支援装置と称することとする。
【００１３】
維持管理支援装置（以下、支援装置）がアクセス可能なデータベースには、維持管理の対象となる建造物について、設計データ、点検・補修に係わる記録・方法・コスト、建造物を構成する各部材の劣化過程を定義した情報、建造物や各部材に係わる各種要求性能など、多岐に渡る情報（保全関連情報）が蓄積管理されている。支援装置は、利用者とＧＵＩを通じた対話形式の情報入出力を通じ、適宜な保全関連情報を採用・処理しながら建造物の維持管理計画を策定する上での最適な判断材料を提示する。もちろん、保全関連情報は利用者により適時に入力されて、支援装置がこれを取得・処理することとしてもよい。
【００１４】
＝＝＝維持管理の対象＝＝＝
図１に支援装置における処理の流れ図を示した。本実施例では、維持管理の対象建造物として、既設の火力発電所の揚油バース（油タンカーを対象にした係留施設）を挙げる。図２（Ａ）〜（Ｃ）にこの揚油バースの概略図を示した。この図において、（Ａ）は、揚油バースの平面図であり、油タンカー３がこのバース１に係留されている状態を示している。また、（Ｂ）と（Ｃ）はそれぞれ、揚油バース１の連絡橋２部分の側面図と、この側面図におけるＡＡ矢視断面図である。
【００１５】
以下、支援装置が、このバース１の連絡橋２を構成する鉄筋コンクリート（ＲＣ）製主桁４のＬＣＣを本発明の維持管理支援方法に基づいて算出する例を説明する。なお、この揚油バース１は、竣工から３２年が経過しており、供用期間は５０年に設定されている。すなわち、現時点から供用期間満了までの期間（残存供用期間）は１８年である。また、この主桁は、竣工２１年目に補修工事が実施されていることとする。
【００１６】
＝＝＝劣化シナリオ＝＝＝
支援装置は、対象建造物が指定されると、データベースにアクセスし、当該建造物の構成部材についての各種保全関連情報を取得する（図１：ｓ１，ｓ２）。そして、構成部材ごとに機能故障解析を行い、部材ごとに機能、劣化による機能故障、劣化原因を取得する（ｓ３）。ここでは主桁の機能故障を取得する。図３にこの機能故障解析ステップで得られた主桁についての解析結果を示した。つぎに支援装置は、劣化原因に対応する劣化過程を段階的に表現した劣化シナリオを取得する（ｓ４）。図４にこの劣化シナリオの概略図を示した。この劣化シナリオでは、主桁の劣化過程を潜伏期・進展期・加速期Ａ・加速期Ｂ・劣化期・破壊期の６段階に分け、それぞれの段階での具体的な劣化状態が記述されている。
【００１７】
＝＝＝点検・補修シナリオ＝＝＝
また、支援装置は、維持管理の対象部材における点検方法やそのコスト、および取得した劣化シナリオにおける劣化過程の各段階で実施可能な補修に係わる方法やコストなどを点検・補修シナリオとして取得する（ｓ５）。図５（Ａ）（Ｂ）に主桁に係わる点検シナリオと補修シナリオの概略図を示した。補修シナリオでは、劣化シナリオにおける各段階に応じた補修方法とそのコストとが記載されている。
【００１８】
＝＝＝非許容劣化状態の設定＝＝＝
本発明では、建造物（部材）が種々の要求性能に応じて劣化シナリオにおけるどの時点で実質的に許容できないのかを特定し、その特定された時点における劣化状態を非許容劣化状態としている。これは、部材ごとに要求性能が異なり、劣化シナリオ上のどの段階で非許容劣化状態になるのかが部材ごとに異なるためである。すなわち、要求性能として厳しい条件が課せられていれば、初期の段階の劣化状態であっても非許容劣化状態に設定される。図６に要求性能の概要を示した。また、図７にこの要求性能に基づいて非許容劣化状態を設定する処理の流れを示した。この要求性能に基づく非許容劣化状態の設定は、部材の重要性（重要度）に応じて劣化シナリオの段階を決めることである。本実施例では、重要度が高い方から順に、Ｈ・Ｍ・Ｌの３つのランクを規定し、各ランクに劣化シナリオにおける加速期Ｂ・劣化期・破壊期の各劣化過程を対応させている。なお、本実施例では、主桁固有の要求性能に基づいて、その非許容劣化状態はランクＨ（加速期Ｂ）に設定される（図７：ｓ６１〜ｓ６３→ＹＥＳ（ランクＨ））。
【００１９】
＝＝＝劣化予測＝＝＝
支援装置は、塩害によるＲＣ製主桁の劣化に対してその維持管理を支援する。塩害によるＲＣの経時劣化特性は、例えば塩化物イオンの拡散方程式の解から鉄筋腐食開始時期を推定する方法や、中性化深さの計測データやコンクリートの配合データから中性化速度係数を求め、この係数に基づいて鉄筋腐食開始時期を推定する方法など、周知のシミュレーション手法によって求めればよい（ｓ７）。
【００２０】
＝＝＝補修パターンの設定＝＝＝
支援装置は、設定した非許容劣化状態に基づいて、維持管理計画案を複数提示する。維持管理計画案は、ある劣化状態がある占有割合に達した場合に補修を実施するという計画案である（ｓ８）。
【００２１】
＝＝＝劣化リスクと点検・補修コスト＝＝＝
部材の経時劣化はその部材全体に渡って同時に進行するわけではない。シミュレーションによる予測通りの劣化状態となっている箇所と、そうでない箇所とが混在している。本実施例では、シミュレーションによって得られた各劣化状態の継続期間に対し、既知の研究結果や実際の点検結果によって得られたデータに基づいてその継続期間のばらつきを算出している。そして、所定の劣化状態が所定の時点で発生する確率（占有割合）を勘案して部材の安全性を示す指標としている。具体的には、現時点から供用期間満了までの残存供用期間における非許容劣化状態の占有割合を時系列に対応付けして求めておき、ある時点での非許容劣化状態の占有割合に非許容劣化状態から復旧させるためのコストを乗算した値を求める（ｓ９）。この値はある時点における非許容劣化状態を放置することに対する代償を示す指標（劣化リスク）である。維持管理者は、ある時点での劣化リスクを認識することで、当該時点における補修の必要性などを客観的に把握することができる。
【００２２】
ところで劣化リスクは、ある時点における非許容劣化状態を放置することに対する代償を示す際の安全性の指標となる。一方、点検や補修の時期・頻度・コストなどは経済性の指標となる。本実施例では、劣化シナリオのある劣化状態において実施可能な補修に掛かるコストにその劣化状態の占有割合を乗じた値と、定期的に行う点検に掛かるコストを経済性に係わる指標としている（ｓ１０）。すなわち、非許容劣化状態に陥る前の劣化状態で実際に補修を実施した場合の費用と、実際に点検を実施した場合の費用の和である。そして、その補修による劣化停止効果は、該当の劣化状態の補修箇所にのみ及ぶことから、補修費用とその劣化状態の占有割合との積を経済性を示す指標としている。
【００２３】
ＬＣＣを算出する上では劣化リスク（安全性）と点検・補修コスト（経済性）とはトレードオフの関係となる。劣化リスクを多く許容すれば、点検・補修コストを低く抑えることができる一方で安全性が低下し、部材が復旧不可能な状態に陥る可能性がある。逆に、点検・補修コストを多く許容すれば、安全性が向上して復旧不可能という最悪の事態を招く可能性を少なくすることができる一方で経済性が低下する。したがって、安全性と経済性とのバランスをうまく調整することで、ＬＣＣを抑えつつ、安全に建造物を維持管理することが可能となる。
【００２４】
図８に主桁における各劣化状態、および非許容劣化状態の占有割合を経時遷移グラフにして示した。
【００２５】
＝＝＝ライフサイクルコストの算出＝＝＝
本実施例において、劣化リスクと点検・補修コストは、残存供用期間中に掛かる復旧費用と保全費用を示すものであり、残存供用期間を通じた劣化リスクと点検・補修コストの総和がＬＣＣとなる。すなわち、経時劣化特性に基づいてある時点で劣化シナリオにおけるある劣化段階にあることが予測される場合、その劣化段階に応じた補修コストとその段階に該当する劣化状態の占有割合との積がその時点における補修費用（期待補修費用）となり、残存供用期間において補修を適時に実施するとして、その補修実施時点の期待補修費用の総和と、定期的な点検費用の総和と、供用期間を通じた劣化リスクの累積値との和がＬＣＣとなる。なお、具体的なＬＣＣ算出に当たっては以下の式を採用した。
【００２６】
【式１】
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この式１において、ｔ、ｐ（ｔ）、Ｃｒｅｐ、Ｃｉｎｓ 、ａｒｅｐ、ａｉｎｓ、β、Ｎ、△ｐ（ｔ）、Ｃは、それぞれ、経過年数、補修の対象となる劣化状態の占有割合，部材全体の補修費用、部材全体の点検費用、補修実施の有無による係数、点検実施の有無による係数、割引率、供用終了年、ｔ年目の非許容劣化状態の占有割合の増分、部材全体の復旧費用を示している。そして、第１項が補修費に対応し、第２項が点検費に対応している。最終項は劣化リスクに対応している。
【００２７】
なお、補修実施の有無による係数と点検実施の有無による係数は、それぞれｔ年目に補修ならびに点検を実施する場合が１であり、実施しない場合が０である。すなわち、式１では、補修費や点検費は、実施した場合のみ、ライフサイクルコストに加算される。もちろん、補修や点検が残存供用期間に複数回実施されるのであれば、補修費や点検費は実施機会ごとに加算されることになる。
【００２８】
＝＝＝劣化停止効果の導入＝＝＝
本実施例の維持管理支援方法によれば、非許容劣化状態を設定した上で、安全性と経済性とのバランスを適切に設定することで大きなＬＣＣ削減効果を得ることができる。そこで本実施例では、そのバランスの指標となる補修時期を非許容劣化状態や各劣化状態の占有割合によって示し、その補修時期に補修を実施することとしてＬＣＣを算出・提示している。なお、先に図８に示した各劣化状態の占有割合の経時遷移特性では、竣工時点から経時遷移グラフにして示したが、実際には、補修によって各劣化状態が一時期停止する。そこで、この停止期間を各種実データに基づいて設定しておき、この停止期間を加味した占有割合の経時遷移特性を求めてから特定の維持管理計画に基づいてＬＣＣを計算する。
【００２９】
図９に主桁をある維持管理計画に基づいて補修する場合の占有割合の経時遷移を示した。この例では、進展期の割合が２０％に達したときに補修する計画を示している。また、実際の補修（２１年目）による劣化停止効果も反映させている。なお、劣化停止効果は、補修内容により異なるが、この事例では、表面被覆の劣化期間、塩化物イオンの浸透期間を鉄筋腐食の停止としてモデル化している。
【００３０】
＝＝＝最適な補修時期の提示＝＝＝
支援装置は、ある劣化状態がある占有割合に達した場合に補修を実施するという維持管理計画案に基づいてＬＣＣを算出し（ｓ１１）、これも提示する（ｓ１２）。維持管理者は、計画案ごとに劣化リスク、点検・補修コスト、ＬＣＣの兼ね合いを勘案することができ、提示された計画案を実際の維持管理計画を策定する際の重要な判断材料とすることができる。図１０に複数設定される補修時期についての表記の概略を示し、図１１に各補修時期（劣化状態と割合の組み合わせ）のＬＣＣを示し、図１２にＬＣＣと劣化リスクとの関係を示した。この例では、進展期の占有割合が２０％に達した時点で補修するとＬＣＣを最も低く抑えることができ、過去の補修実績を踏襲した場合に比べ約４７％ＬＣＣを削減できる。その反面、劣化リスクを考慮する必要がある。維持管理者は、このようにして支援装置によって提示されたＬＣＣと劣化リスクとの相関を勘案しながら実際の維持管理計画を策定する。なお、複数の維持管理計画案（劣化状態と占有割合との組み合わせ）については、あらかじめ保全関連情報中に定義されていてもよいし、利用者入力によりその都度設定するようにしてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、建造物の維持管理計画を策定する際、維持管理の対象となる部材についての要求性能に基づいて、実質的な維持管理の限界状態（非許容劣化状態）を設定することができる。そのため、維持管理者は、ライフサイクルコストを非許容劣化状態からの復旧コストを加味して算出できる。そして、非許容劣化状態に基づいて得られた劣化リスクを安全性を示す指標として考慮し、その指標とライフサイクルコストとの兼ね合いを勘案することができる。したがって、安全性と経済性のバランスのとれた維持管理計画を策定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における維持管理支援方法に係わる処理の流れ図である。
【図２】上記実施例による維持管理支援方法が適用される建造物（揚油バース）の概略図である。（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ揚油バースの平面図、揚油バースの連絡橋の側面図、この連絡橋の正面図を示している。
【図３】上記実施例において求められる連絡橋の主桁についての機能故障解析結果の概略図である。
【図４】上記実施例において設定される劣化シナリオの概略図である。
【図５】上記実施例において設定される点検シナリオ（Ａ）と補修シナリオ（Ｂ）の概略図である。
【図６】上記実施例において設定される非劣化許容状態の設定根拠となる要求性能の説明図である。
【図７】上記非劣化許容状態の設定処理の流れ図である。
【図８】上記劣化シナリオにおける各劣化状態の占有割合についての経時遷移特性図である。
【図９】上記建造物に対して補修を実施した場合の上記経時遷移特性図である。
【図１０】上記実施例の維持管理支援方法に基づいて提示される各種維持管理計画案についての内容説明図である。
【図１１】上記各種維持管理計画案に基づいて計算される各ライフサイクルコストの内訳を示す概略図である。
【図１２】上記各種維持管理計画案に基づいて計算される各ライフサイクルコストと劣化リスクの関係を示す概略図である。
【符号の説明】
１  揚油バース
２  連絡橋
３  油タンカー
４  主桁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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