特集

沿岸技術の進展と研究課題 ～コースタルテクノロジーの現況～

港湾施設の LCMをめぐる技術の進展と研究課題
横田 弘

一般財団法人沿岸技術研究センター 参与

1. はじめに
港湾施設は、長期間にわたり供用され、その供用期計画間中に様々な外的作用によって劣化や損傷が生じ、保シナリオ策定有していた性能が失われていく。また、たとえ変状が設計顕在化しなくても、施設の設置目的が変化することや、シナリオ修正施工見直されることもある。したがって、設計において時維持管理

供用継続

継続

供用中に、要求性能等の変化にも対応して、その港湾満たすように、適切な維持管理を行うことが不可欠と終了
否

要対策の実施不要なる。港湾施設の供用期間（ライフサイクル）にわたシナリオ修正
要り常に最善解を求めていくための枠組みがライフサイ

港湾施設の一般的な LCM は、図 1 に示すような流対策の要否

記録施設が果たすべき目的や保有すべき性能が要求水準を維持管理の開始点検・診断・評価な性能を発揮するために施工を確実に行い、そして、クルマネジメント（LCM）である。

要不要

必要な機能あるいは性能（要求性能）が当初設計から間経過に伴う性能の変化を考慮した照査を行い、必要既設構造物

新設構造物

シナリオ改定*＊既設構造物の場合は、最初の点検・診断・評価の後、この段階でシナリオ確定れで行われる。LCM は、計画段階（ここで言う計画段

図1

撤去，更新等

一般的なLCMの流れ

階は構造計画段階を意味し、基本設計を含む概念である）で想定した性能確保の考え方をシナリオとして明記し、こめの点検診断技術、その結果から判断される構造物や部材が保れを設計、施工および維持管理に継承し、それぞれの段階で必有する性能の評価と将来予測のための技術、そして必要に応じ要に応じて適切にシナリオを修正しつつ対応を進めていく。こて実施する修繕等の対策のための技術である。のシナリオは、計画的な修繕等の性能確保の戦略を示した港湾

ICT の飛躍的な進歩に伴って点検診断技術の高度化が様々な施設の維持管理計画に類するものと考えられる。シナリオは予方々の努力により図られ、その一部は通常の点検診断業務にお測や種々の仮定に基づいて作成されているものであるので、当いて実装されている。一方、既存港湾施設の性能評価、予測、然適宜適切な見直しが必要である。そのためにも、定期的に行修繕等の対策技術はまだ開発途上にあると言える。本稿では、

う点検診断を起点とする一連の維持管理の作業は､ 必要不可欠

LCM のより着実な実施の観点から技術開発の現状と今後の動なものとなる。

向について考えてみる。

LCM の黎明期には、主に維持管理に着目したマネジメントに注力して研究・技術開発が行われてきた 1）。LCM に基づいた維持管理に求められる技術は、港湾施設の現況を把握するた

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2. 点
 検診断のための技術
国土交通省港湾局は、利用者の参考となるように、開発者か沿岸技術の進展と研究課題ら提出された仕様等をとりまとめ、2021 年 3 月に港湾の施設の新しい点検技術カタログ（案）2）を公表している。そこには、
表 1 に示す 8 技術が掲載されており、今後も適宜追加や見直しが行われていく。

特集3. 現状分析から見えてくる今後必要となる技術港湾施設では、2013 年 6 月に港湾法が、技術基準対象施設の維持に関し必要な事項を定める告示が 2014 年 3 月に改正さ港湾施設に発生している変状を発見するための定期的な点れ、5 年または 3 年以内ごとに定期点検診断を実施すべきこと

検診断は、その後の保有性能評価や修繕等の対策の要否判定、が規定された。その結果、2020 年度末にはおおむねすべての対策の設計等に大きく関わるため、点検診断技術の高度化は施設で一巡目の定期点検診断が行われている。

LCM に基づく維持管理の推進のために極めて重要な要素技術

港湾施設のみならずほぼすべての我が国のインフラの健康度である。しかし、港湾施設は、一般に大規模であること、アクを A から E の 5 段階で評価したインフラ健康診断書が土木学会

セス困難な部位・部材が多く詳細な調査や測定が実施しにくいから公表されている 3）。最新の 2020 年版では、港湾施設は係環境にあることなどにより、必ずしも客観的で信頼性の高い点

留施設も外郭施設も「C →」との評価である。ここで、「C」は「要検診断が行われているとは言いがたい。そのため、海洋環境下注意（少なくない数の施設で劣化が進行し、早めの補修が必要でも適用可能で、作業効率が高く、信頼性のあるデータが取得な状況）」の状態であり、「→」は「現状の管理体制が続けば、現できる点検診断技術が開発されてきている。表 1 に紹介した技状の健康状態が継続すると考えられる状況」である。これは、術は、大水深や狭隘な海中部で点検する、水中部の施設の状態定期点検診断の実施およびその結果を用いた維持管理計画の作を高精度・高密度な点群データとして計測する、空中から広範成についての取組みは向上したものの、修繕等の措置が必要な囲に施設の状態を把握することなどを可能とするものや、多施設が多く存在している状態にあることを意味する。したがっくの点検データの整理・解析を行って点検記録簿を作成するもて、今後は問題のある施設への修繕等の対策を行うことが必要の、タブレットやスマートフォンを活用した現場作業の効率化であり、それを効率的かつ効果的に行うための研究・技術開発を目指すものである。このような技術の活用により、施設の外が強く求められていると言える。港湾施設の置かれた環境と変観目視点検をより効率的に行えるようになりつつある。これら状の程度に応じて求める効果を所要の期間維持できるような材の技術を活用して、予防保全に基づく港湾施設の維持管理の流料・施工法等のハード面の技術だけでなく、的確な修繕が行えれが形成されてきつつあると言える。

るようなソフト面の技術開発や制度の構築も求められている。
加えて、単に修繕を行うのではなく、性能向上や延命化といった改良の実施や更新の実施までも視野に入れた取組みが必要で

表1国土交通省／港湾の施設の新しい点検技術 カタログ（案）に掲載されている技術2）

機械点検技術あると言える。

4. 港湾施設の改良
設計供用期間内に施設の全体あるいは一部を引き続き活用し・水中ドローンを使用した海洋構造物の点検た既存港湾施設の改良が行われることがあり、このような改良・水 中 3D スキャナーによる水中構造物の形状把握シスは今後ますます増えてくると予想できる。改良には、用途変更、

テム
・自律型無人潜水機 AUV を使用した外郭施設（防波堤・護岸）の水中部可視化技術
・パノラマカメラを用いた構造物調査点検システム
・i-Boat（無線 LAN ボート）を用いた港湾構造物の点検・診断システム
・AI や三次元点群モデルを活用した、港湾施設の定期点検支援技術
システム技術要求性能の見直し、当初の設計供用期間を超えた供用期間の延長があり、2018 年版港湾技術基準において記述が充実された項目である 4）。用途変更は、既存港湾施設の設置目的や基本的な機能などのように施設の用途を変更させるもので、防波堤から岸壁、岸壁から護岸への変更等、施設の設置目的または用途の変更を行うものである。要求性能の変更は、用途は同じで要求性能を見直す、あるいは要求性能のレベルを上げるもので、設計波の見直し、設計地震動の見直し、近年懸念の高まってい・港湾施設の維持管理支援システム（CASPort）る地球温暖化による海水面上昇への対応等が該当する。供用期

・スマートフォンによる港湾施設の維持管理システム

間の延長は、港湾施設が設計供用期間に達した時点あるいは設計供用期間に至らないまでもその途中で、新たな設計供用期間CDIT 2022 ▷ No.57 19

必須である。材料劣化に対しては、コ

既存部材等の性能の評価

ンクリートの塩害や鋼の腐食については、設計においてある程度の予測が可能となっているが、ばらつきの考慮にNG

設計供用期間にわたる性能の確保対して確率的なアプローチが必要である。一方、凍害や ASR など、予測モデOKルが確立されていない劣化現象もある

不可

補修・補強等の対策の実施ので、 これらへの対応も必要である。

可物理作用による損傷については、設計維持管理段階における対応

不可

で、構造ロバスト性（Robustness）を可
現状のまま利用が可能

補修・補強等の対策を実施する
ことで利用が可能

条件付きで利用が可能で想定する作用の大きさとの関係の中定量化できるような手法の開発が必要
利用が困難（撤去または残置）である。
施工段階では、設計段階で想定されていないような状態が生じないように、

図2

利用可否等の判断フロー

4）確実な作業が行われる必要がある。供用早期に見られる不具合のほとんどは、を設定して供用期間を延長すること等が該当する。

設計ミスか施工の不具合によるものである。したがって、BIM/いずれの場合でも、既存港湾施設がその時点保有している性CIM 等をベースとした施工管理のシステムの構築と、その施能の評価が必要となる。そして、今後の設計供用期間中の性能工データを維持管理に確実に引き継ぐための仕組みが求められの低下を予測し、今後の設計供用期間にわたって期待する性能る。BIM/CIM もその一つとして有用であると言える。設計−施が確保されるかを適切に予測した上で、図 24）を参考に利用可

工−維持管理の情報・データを共有し、蓄積された情報やデー否等の判断を行う。性能が確保される場合は既存部材等を現状タを基にした維持管理が行えるようになれば、より戦略的なイのまま利用可能であるが、確保されない場合は既存部材等に対ンフラの維持管理が達成でき、LCM の展開に有効である。

して必要な補修・補強等の対策を実施する。しかしながら、既供用中では、定期的な点検診断により施設の状態が確認さ存港湾施設において、前述のように、水中部や土中部の部材等れ、合わせてその時点での保有性能が定量的に把握できるようの点検診断の実施が困難なことが多く直接的な性能評価は困難な技術が必要である。保有性能評価においては設計で用いた照であることが多いので、このような場合には工学的判断に頼っ査式を用いる方法や数値解析による方法などが考えられる。どた性能評価を行わざるを得ない。今後はこういった直接的な性ちらの方法にせよ、評価方法に見合うような精度のデータを所能評価ができない箇所でより精度の高い性能評価が行えるよう定の量入手する必要があり、性能評価の手法に応じた点検診断なハードあるいはソフト的な技術の開発が求められる。そのよの方法が選択できるような多様なメニューを用意する必要があうな場合も含めて、将来の不確定な作用に対して性能が低下する。つまり、点検診断において得られるデータの質と量に応じるリスクを評価する必要があり、リスクアセスメントの技術のて適切に採用できるような性能評価技術および予測技術が求め高度化も必要となってくると考えられる。

られる。現在、AI を活用した性能評価およびこのための点検

5. LCM の本格的な展開のために必要な技術診断技術の開発も進められており、より確実な進展が期待できる。点検診断のための新たな技術開発も進められている一方

LCM をより効果的に行う際に必要となる技術について述べで、点検診断の結果から施設の評価（総合評価）をどう行うのる（図 3）。施設の設計段階では、設計供用期間中の性能予測がか、また修繕等の対策の必要性をどう判定するのか、効果的に重要である。施設の耐用期間は、変状等の物理的要因のみなら修繕するにはどうすればいいのかについてはまだ十分な対応がず、社会的要因や経済的要因によっても定まる。物理的要因はできていない。

環境作用による材料の劣化や物理作用による損傷に対するもの

このようなことから、施設の供用中においては、供用期間をで、設計供用期間中のこれらに対する予測における高精度化が通して考えられる全ての作用下において必要な性能を確保する

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沿岸技術の進展と研究課題

こと、供用期間に想定される被害と損傷・破壊に対する安全性特集・既存施設の用途転換、更新など有効活用に資するための施設と信頼性を確保すること、予期できない事象によって深刻な損の改良技術

傷や信仰的な破壊が生じないようなロバスト性を確保すること

・BIM/CIM 等のツールを活用した LCM のためのデータ・情報のための研究・技術開発に期待したい。

共有システムの構築

廃止段階では、施設の解体または施設全体または部材のリ・既存施設の保有性能評価と将来の性能低下予測手法

ユース、材料のリサイクルの可能性を検討し、廃棄物の量を減・サステイナビリティ達成のための LCM シナリオ評価技術とらすなどの環境負荷低減を検討する。本来ならばインフラの計港湾施設群においてサステイナビリティ指標を元にした最適画・設計段階において廃棄のシナリオを検討しておくべきであな LCM のための優先順位の決め方るが、現段階ではそこまでには至っていない。リユースやリサ

6. まとめイクルを念頭に入れた設計や施工の方法についても技術開発が求められる。

本稿では、港湾施設の LCM をより確実なものとするために

上記のように、LCM は施設のライフサイクルに亘り設置目必要な研究・技術開発について私見を述べた。LCM は、設計に的、用途、必要な機能、性能をどのように確保していくかの戦おける性能照査と維持管理における性能評価を含んでいるが、略を示すものである。当然その際には、複数の選択肢の中から両者は似ているようで大きく異なるものである。港湾施設の研適切なものを選択していく必要がある。その際、従来のコスト

究・技術開発は、これまで新設の施設に対する設計技術の視点のみならず、サステイナビリティの視点からの評価指標を設定から行われてきたと言っても過言ではないが、今後は供用中のして、複数の代替案から最適案を選定する。現在検討している維持管理における性能照査の視点も求められる。これらを早期LCM では、社会的、環境的、経済的な側面から考えられるサに研究・技術開発して、現場にて実装することが必要である。

ステイナビリティの指標を用いることが有望である。これらの一方、LCM はあくまでも施設のマネジメントを支援するた

5）

サステイナビリティ指標については文献 に委ねるが、SDGsめの枠組みである。施設の構造詳細、施工品質、置かれた環境、が注目されている現在において、港湾施設自体のサステイナビ

使われ方は多種多様であり、現れる不具合には空間的かつ時間リティをどのように達成するかの技術も必要ではないかと考え的に大きなばらつきがある。そのような中で、どういう設計、ている。

施工、点検診断を行えばいいのか、どのような修繕をすればよいのかを技術者は探る必要がある。高度化された技術がこれか

これらをまとめると、LCM をめぐる展望として、まずは以下の研究・技術開発に注目したい。

らも多く生み出されていくと思われるが、技術のユーザである・修繕等の対策の効率化、省力化、合理化に資する技術技術者もこれに合わせて高度化されていかねばならない。

【参考文献】
施設（構造物）の性能照査
設計・施工

・材料劣化 , 変状の発生・進行予測予測技術と性能照査 ・外力等による損傷の発生・進行予測
・性能性 , 安全性 , 耐久性の低下予測

1）岩 波光保：港湾施設のライフサイクルマ
ネジメントをめぐる技術開発の動向と展望，CDIT，47，pp.16-18，2017．
2）港 湾の施設の新しい点検技術カタログ（案），国土交通省港湾局，2021．
3）土木学会：インフラ健康診断書，2020（https://committees.jsce.or.jp/
reportcard/system/files/2020 イ ン
フラ健康診断書 _1.pdf）．

施設（構造物）の性能評価
点検診断結果に基づく性能評価技術
供用（維持管理）

性能低下
変状の点検診断・モニタリング

リスクマネジメント

変状数値化 予測モデル
性能明示 信頼性解析

モデル

性能低下のばらつきと経時変化の予測

4）港 湾の施設の技術上の基準・同解説，
日本港湾協会，p.52，2018．
5）横 田弘：インフラのライフサイクルマネ
ジメントとサステイナビリティ，北海
道地区自然災害科学資料センター報告，
34，2021（https://www.hokkaidonds.org/pdf/vol.34/34kouen1.pdf）．

データベース

図3

設計での性能照査と維持管理での性能評価

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