2022年度 土木学会関西支部技術賞候補発表会
大阪モノレールの地震時における地震被災度推定システムの開発

１ はじめに －大阪モノレールについて－大阪モノレール⚫ 1990年開業の跨座式モノレール⚫ 本線＋彩都線の総延長28km⚫ ほとんどの区間が高架部※橋脚数約1200基、耐震補強済

２ 地震被災度推定システム開発の経緯（１／２）
2018年6月18日
大阪府北部地震発生
大阪ノレール沿線で震度６弱を観測
発災直後

全列車を緊急停止

1時間後

乗客の避難完了

6日後

全線運行再開12日後

平常ダイヤでの運行再開

ほぼ全区間において都市の上空を高架橋で走行しており地上から直接アクセスできない

全線運行再開までに時間を要した

乗客の避難駅まで移動・降車する
ことを基本

施設の点検

工作車を用いて行う

２ 地震被災度推定システム開発の経緯（２／２）
工作車を用いた施設点検「工作車」は、「車両」と同じ1本の軌道上を通る「点検」～「車両回送」の一連の流れに必然的に時間が掛かる
全区間一律・同レベルの点検ではなく、点検の重点化・優先順位の設定を行う
作業効率向上 ⇒ 早期運行再開

早期に地震被災度を把握できる「地震被災度推定システム」を開発

３ 地震被災度推定システムの目的と対応
目 的
工学的指標による被害状況把握と列車移動判断・点検計画策定を支援するシステムの開発

対 応
大阪北部を震源とする地震の教訓を踏まえ，・システムに要求する性能の整理・設定
・要求性能を満たすシステムの構成（速報・詳報）【新しい技術】【成し遂げた技術】【喜ばれる技術】

設定した要求性能を満たす地震被災度推定システムのあり方①被害の概略把握

即時性の確保 ～速報システム～ 【新しい技術】
作用と抵抗の指標で被災度評価 【使える技術】②-1列車の移動判断②-2効率的な点検計画の策定

推定精度の確保 ～詳報システム～
非線形動的解析による被災度評価【新しい技術】
地震波形の作成，モデル化方法 【使える技術】

４ 要求性能の設定とシステム構成（１）新しい技術（②独自性）

大阪北部を震源とする地震の教訓を踏まえて、地震被災度システムに求める要求性能を以下のとおり設定
項目①被害の概略把握

要求性能

構造物の損傷程度の概略の把握が可能なレベル②-1 列車の移動判断の支援（乗客員の安全確保）②-2 点検の重点化の支援（点検の効率化）より高い推定精度による橋脚・支承・モノレール車両の損傷程度の推定が可能なレベル

地震発生後可能な限り早期に把握

早期の乗客員の避難、点検初動体制の構築に活用

速報と詳報の2段階の地震被災度推定システムを開発する基本方針を策定

速報システムの開発

詳報システムの開発

４ 要求性能の設定とシステム構成
要求性能を満たすために速報と詳報の2つの主軸で構成する方針

速報：即時性重視
地震強度で評価＜５分以内を実現＞
詳報：推定精度重視
動的解析で評価＜３０分以内を実現＞

地震発生

速報

（１）新しい技術（②独自性）
全列車緊急停止

地震計で観測された地震波を取得

詳報

観測点のＳＩ値を算出

橋脚位置の地震波形に変換

クリギング法から各橋脚位置の作用地震強度SIS値を算出

各橋脚位置で非線形動的解析
により損傷程度を推定

各橋脚の抵抗地震強度SIR値と比較し損傷程度を推定• 即時性 （30分以内）
特• 精度徴• 対象：橋脚、支承、車両• 即時性 （5分以内）
特• 精度徴• 対象：橋脚○初動判断を支援
・損傷程度や場所の概略把握○列車の移動判断を支援
・最寄り駅までの移動（退行可否含む）○点検の重点化を支援
・点検の優先順位を設定
・被災有無に応じた点検の実施

５ 被災度推定方法の新しい取組み（１）新しい技術（②独自性）◼ 要求性能で定めた項目のうち，特に，「列車の移動判断の支援（乗客員の安全確保）」を満たすためには，緊急停止した車両の前進・後退を含む工学的な推定結果を踏まえた移動判断が必要◼ 速報・詳報ともに，約1,000基ある橋脚に対して1基ごとの被災度を推定

６ 速報システムについて速報システムの評価フロー
地震計で観測された地震波を取得
観測点のＳＩ値算出

クリギング法により各橋脚位置のSIS値を算出
各橋脚の抵抗SIR値と比較し被災程度を推定• 即時性 （5分以内）
特• 精度徴• 対象：橋脚

初動判断を支援・損傷程度や範囲の概略把握（２）使える技術（①汎用性）
速報の概要 橋脚位置に作用する地震強度（ SIS値）と，予め設定した橋脚の抵抗強度（SIR値）の大小関係から橋脚の被災度を推定
被災していない場合の概念図

抵抗強度
SIR値=70kine

地震強度
SIs値=50kine

被災している場合の概念図
抵抗強度
SIR値=70kine

地震強度
SIs値=100kine

６ 速報システムについて観測点のＳＩ値算出

クリギング法により各橋脚位置のSIS値を算出
各橋脚の抵抗SIR値と比較し被災程度を推定• 即時性 （5分以内）
特• 精度徴• 対象：橋脚初動判断を支援
・損傷程度や範囲の概略把握◆国内外の108波を収集、所要降伏震度スペクトルを作成し，波形毎に平均応答塑性率μrmを算出
33

R² = 0.8802

R² = 0.4711

応答塑性率μrm

地震計で観測された地震波を取得◆地震強度として最大加速度，SI値等がある
橋脚損傷との相関がよい地震強度指標は？

応答塑性率μrm

速報システムの評価フロー（２）使える技術（①汎用性）

212

1000500
1000
1500
最大加速度PGA（gal）

050

100
150
SI値（kine）

SI値の相関性が最も高いSI値を採用

200

６ 速報システムについて観測点のＳＩ値算出

クリギング法により各橋脚位置のSIS値を算出
各橋脚の抵抗SIR値と比較し被災程度を推定• 即時性 （5分以内）
特• 精度徴• 対象：橋脚初動判断を支援
・損傷程度や範囲の概略把握

1 2.5 ⇒1.34
𝑆𝐼 =න 𝑆𝑉𝑑𝑇 （ℎ = 0.2）
2.4
1.16⇒
0.1 ⇒0.18

𝑆𝑉：速度応答スペクトル、𝑇：固有周期、ℎ ：減衰定数
300
95%信頼区間
活荷重有250
活荷重無200 0.18s
1.34s
正規分布

150

100
500

平均値0.763
標準偏差 0.296
大阪モノレールの橋脚データから積分区間を0.18～1.34秒と設定

00.2
0.4
0.60.8
11.21.4
1.6
1.8
22.2
2.4
2.6
2.8
33.2

地震計で観測された地震波を取得◆SI値の積分周期帯は，保有する橋脚の固有周期の分布から独自に設定

頻度

速報システムの評価フロー（２）使える技術（①汎用性）

固有周期（sec）

６ 速報システムについて
速報システムの評価フロー
地震計で観測された地震波を取得
観測点のＳＩ値算出

クリギング法により各橋脚位置のSIS値を算出
各橋脚の抵抗SIR値と比較し被災程度を推定• 即時性 （5分以内）
特• 精度徴• 対象：橋脚初動判断を支援
・損傷程度や範囲の概略把握（２）使える技術（①汎用性）■橋脚位置に作用する地震強度SIS値の評価
大阪モノレールが保有する地震計(7箇所）のSI値を算出し，クリギング法で推定
クリギング法によるSI値
推定結果の分布図

SIS値=78

単位:kine

SIS値=70
SIS値=58

SIS値=60

橋脚番号 P317⇒推定SIS値=59kine：地震計

SIS値=55SIS値=41
SIS値=33

６ 速報システムについて
速報システムの評価フロー
地震計で観測された地震波を取得
観測点のＳＩ値算出

クリギング法により各橋脚位置のSIS値を算出
各橋脚の抵抗SIR値と比較し被災程度を推定• 即時性 （5分以内）
特• 精度徴• 対象：橋脚

初動判断を支援・損傷程度や範囲の概略把握（２）使える技術（①汎用性）■橋脚が抵抗できる地震強度SIR値の評価
許容変位に到達する時の地震波のSI値で，レベル2地震6波の平均値と設定
Ｐ

荷重

降伏

許容

地震波形ｋに任意倍率αをかけて入力

終局

許容変位に到達する際の地震波のSI値を算出

安全率=1.5
軽微な損傷領域

塑性領域

全6波の許容変位に到達するSI値の平均をSIR値

δ（変位）

橋脚+桁の等価重量Wモデルの概要・1質点系
・完全バイリニア型・剛性比例型減衰モデル

α×ｋ

７ 詳報システムについて
詳報システムの評価フロー
地震計で観測された地震波を取得（２）使える技術（①汎用性）
詳報の概要 橋脚とモノレールで構成するモデ
ルの非線形動的解析より、橋脚・支承・モノレー
ル車両台車枠の被災度を推定

橋脚位置の地震波形に変換
各橋脚位置で非線形動的解
析により損傷程度を推定• 即時性 （30分以内）
特• 精度徴• 対象：橋脚、支承、車両○列車の移動判断を支援
・最寄り駅までの移動（退行可否含む）○点検の重点化を支援
・点検の優先順位を設定
・被災有無に応じた点検の実施

ただし、全橋脚に対して非線形動的解析を行うには、３つの課題を解決する必要がある
解決すべき技術的課題✔① 観測地点と橋脚位置の地盤による影響✔② 震央からの距離減衰による影響✔③ モノレール車両の振動性状の把握

７ 詳報システムについて
詳報システムの評価フロー
地震計で観測された地震波を取得
橋脚位置の地震波形に変換（２）使える技術（①汎用性）①観測地点と橋脚位置の地盤による影響
同地盤区分に属する橋脚に、同地盤区分上で観測された地震波を用いる

各橋脚位置で非線形動的解
析により損傷程度を推定• 即時性 （30分以内）
特• 精度徴• 対象：橋脚、支承、車両○列車の移動判断を支援
・最寄り駅までの移動（退行可否含む）○点検の重点化を支援
・点検の優先順位を設定
・被災有無に応じた点検の実施

橋脚番号 P317⇒大阪空港駅観測波形を適用

７ 詳報システムについて
詳報システムの評価フロー
地震計で観測された地震波を取得
橋脚位置の地震波形に変換（２）使える技術（①汎用性）② 震央からの距離減衰による影響
震央の位置情報を取得し，観測地点～橋脚位置の関係から、距離減衰式にて振幅調整
震央

各橋脚位置で非線形動的解
析により損傷程度を推定○列車の移動判断を支援
・最寄り駅までの移動（退行可否含む）○点検の重点化を支援
・点検の優先順位を設定
・被災有無に応じた点検の実施

震央からの距離減衰評価
支柱B

観測地点

支柱A

実測値(900gal)

1000
最大加速度（gal）• 即時性 （30分以内）
特• 精度徴• 対象：橋脚、支承、車両

推定値700gal
なら700/900で
振幅補正

100

予測値
10

1 震央
1

距離減衰式

実測にあった式の補正

10100
震央からの距離(km)1000

７ 詳報システムについて
詳報システムの評価フロー
地震計で観測された地震波を取得
橋脚位置の地震波形に変換
各橋脚位置で非線形動的解
析により損傷程度を推定• 即時性 （30分以内）
特• 精度徴• 対象：橋脚、支承、車両○列車の移動判断を支援
・最寄り駅までの移動（退行可否含む）○点検の重点化を支援
・点検の優先順位を設定
・被災有無に応じた点検の実施（２）使える技術（①汎用性）② 震央からの距離減衰による影響
距離減衰方法として，「工学的基盤面上」と「地表面上」が考えられる既往記録を用いた検討（SHAKE）
地震計を5km以内に配置し「地表面上」を採用
：地震計

採用

観測地震波
地表面上 ▽基盤面

観測地震波
SHAKE

SHAKE

工学的基盤面上

７ 詳報システムについて
詳報システムの評価フロー
地震計で観測された地震波を取得（１）新しい技術（②独自性）③モノレール車両の振動性状の把握③モノレール車両の振動性状の把握
モノレール車両を人為的に押す自由振動試験

橋脚位置の地震波形に変換
各橋脚位置で非線形動的解
析により損傷程度を推定• 即時性 （30分以内）
特• 精度
徴• 対象：橋脚、支承、車両○列車の移動判断を支援
・最寄り駅までの移動（退行可否含む）○点検の重点化を支援
・点検の優先順位を設定
・被災有無に応じた点検の実施「減衰定数」「車両ばね定数」「モデル」を検討
自由振動試験

検討より、車両の被災度評価に３質点系モデルを採用
車両の支柱・支承の被災度評価 被災度評価
1質点系

3質点系
車体重量＋活荷重

等価重量＋活荷重有無

固有周期：1.79秒
減衰定数：4.0%

台車枠重量
等価重量

８ システムの構築と運用

橋脚番号・橋脚諸元・被災度推定結果など

被災時の車両位置情報を登録し活荷重有りの判定結果を表示
被災あり被災している可能性が高い支柱はハッチングと被災ありの表示

９ 地震被災度推定システムの活用 （３）成し遂げた技術（③使命感の程度）（４）喜ばれる技術（①地域への貢献度）！震度4以上の地震が発生すると全列車を緊急停止！
 移動の判断ができるまでの間、乗客員は高所で閉じ込められることになる 避難までの時間が長引くほど余震への不安や体調不良者の発生につながるため、できる限り早く・安全に避難させることが管理者の命題
 年間約5千万人の通勤・通学・観光移動等の交通手段であり、地震発生後には一刻も早い復旧と運行再開が望まれる
地震被災度推定システムの推定結果を「初動体制の構築」「列車の移動判断」「点検の重点化」に活用
地震災害時の鉄道ネットワークの強化に寄与
地震時における乗客員の安全確保や早期運行再開を実現し安全で安定した旅客輸送に貢献