JP2003296396A

JP2003296396A - 建物の期待ライフサイクルコスト評価システムおよび期待ライフサイクルコスト評価プログラムを記録した記録媒体

Info

Publication number: JP2003296396A
Application number: JP2002093801A
Authority: JP
Inventors: Yuji Takahashi; 雄司高橋; Akihiro Sawaii; 明広澤飯; Osamu Takahashi; 治高橋; Yoshiko Murachi; 由子村地
Original assignee: Kozo Keikaku Engineering Inc
Current assignee: Kozo Keikaku Engineering Inc
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2003-10-17

Abstract

(57)【要約】【課題】建物の期待ライフサイクルコストを、模擬的
に発生させた複数の地震波を用いた建物の応答解析によ
って評価可能にする。【解決手段】地震環境情報データベース１２の格納情
報にもとづき各マグニチュードの地震の発生確率を演算
し、地震波を断層パラメータと地下構造の情報および表
層地盤情報にもとづき地震波を模擬的に生成して出力
し、特定地点にある建物の構造設計情報にもとづいて地
震波による建物の応答解析をし、この応答解析結果にも
とづいて建物の損傷コストを演算し、これらの解析およ
び演算に関わる不確定性を考慮したモンテカルロ法によ
りシミュレーションすることにより期待損傷コストを演
算し、期待損傷コストと地震発生確率にもとづきリスク
を演算し、初期コストおよびリスクにもとづき建物の利
用年数ごとの期待ライフサイクルコストを演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、周辺地域の歴史地
震情報を参照して特定地点の建物の期待ライフサイクル
コストを演算し評価する建物の期待ライフサイクルコス
ト評価システムおよび期待ライフサイクルコスト評価プ
ログラムを記録した記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、既存または新築の建物につい
てライフサイクルコストを考慮した建物保全計画を立
て、例えば建物の建設や設備にかかる個別部材、機器に
対して修繕費や更新費を積み上げてライフサイクルコス
トを算出する方法について種々のシステムが提案されて
いる。上記個別部材や機器は建物ごとに使用材料、型
式、容量その他によって異なり、これらをライフサイク
ルコスト決定の要因として解析結果に反映させている。

【０００３】ここで、ライフサイクルコストは、建物の
供用期間中に発生する地震被害によるコストの合計であ
るが、地震発生をはじめとする様々な事象の不確定性に
よりその値を事前に確定的に予測することは不可能であ
る。従って、ライフサイクルコストは確率量として表わ
される。

【０００４】一方、地震動は各種設備を持つ建物のライ
フサイクルコストに大きく影響するため、今日では、地
震による建物のライフサイクルコストの評価や管理の重
要性に注目が集っている。これによれば、例えば図４の
ブロック図および図５のフローチャートに示すように、
建物の特定地点を中心とする日本全国の複数地点の歴史
地震（発生年月日、名称、マグニチュード）の情報や現
時点で存在が確認されている活断層の名称、位置（各線
分の始点、終点の緯度経度）、活動度、発生確率などを
地震情報データベース１に保存しておき、緯度、経度を
指定して入力した特定地点の地震危険度を、その地震情
報データベース１内の上記マグニチュードを含む情報を
参照して、地震危険度演算手段２によって演算している
（ステップＳ１）。この地震危険度は、図５に示すよう
に地震の年発生（年超過）確率Ｐ１を地震の大きさごと
に求めた値で表わすことができる。

【０００５】また、建物は、構造設計図３に従って、つ
まり階層数、材料強度、収容物の配置、重量といった諸
条件に応じた地震応答性状を持ち、過去の被害データや
建物の応答解析によって得られた建物の脆弱性／損傷確
率データベース４を参照し、損失演算手段５により地震
の大きさに対する損失率／損傷確率を演算する（ステッ
プＳ２）。

【０００６】次に、リスク演算手段６において上記特定
地点での建物のリスクを各演算手段２、５の演算結果を
用いて求める（ステップＳ３）。ここで特定地点の平均
的な地震危険度評価（ケースＡ）の場合と、個別に地震
動を想定する（ケースＢ）場合とでは、ケースＡの場合
のリスクＲはＲ＝ΣＰ１×Σ（Ｐ２×Ｃ）、ケースＢの
場合のリスクＲはＲ＝Σ（Ｐ１×Ｐ２×Ｃ）となるよう
に異なる（ステップＳ４）。ここで、Ｃは被害額であ
る。そして、このようにして得た各リスクＲの年発生
（年超過）確率にもとづいてライフサイクルコスト評価
手段７では設計案に応じて供用年数対応のライフサイク
ルコストを求めている（ステップＳ５）。また、保険や
不動産の分野では、建物の耐用期間中に起こりうる最大
級の地震に対する、最大級の損失額を予想最大損失額
（ＰＭＬ：ＰｒｏｂａｅＭａｘｉｍｕｍＬｏｓｓ）
と呼び、その建物に潜在するリスクの指標としてきた。
具体的な数値としては、慣用的に、５０年間に超過確率
１０％の強度を持つ地震動に対する、超過確率１０％の
損失額とされる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の地震のリスクに伴う建物のライフサイクルコスト
評価システムにあっては、特定地点の地震動の最大値ご
との年発生確率（年超過確率）の平均値を参照して特定
地点での建物のリスクおよびライフサイクルコストの評
価を行っており、従って地震動の周期時性や位相特性が
異なる複数の地震波にもとづく建物の挙動に対応した詳
細な応答解析およびライフサイクルコストについて評価
を正しく行えないという不都合があった。

【０００８】本発明は上記のような問題を解決するもの
であり、その目的とするところは、複数地点において発
生した個別の歴史地震波の影響による特定地点の建物の
リスクおよび期待ライフサイクルコストを、模擬的に発
生させた複数の特定地点固有の地震波を用いてその特定
地点にある建物の応答解析を行うことにより、評価する
ことができる建物の期待ライフサイクルコスト評価シス
テムを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のために、
請求項１の発明にかかる建物の期待ライフサイクルコス
ト評価システムは、特定地点から離れた複数地点の歴史
地震の発生年月日、震源位置、マグニチュードや活断層
の位置、活動度、発生確率などを含む地震情報を格納し
た地震環境情報データベースと、該地震環境情報データ
ベースの格納情報にもとづき各マグニチュードの地震の
発生確率を演算する地震発生確率演算手段と、特定地点
における複数地点からの地震波を断層パラメータと地下
構造の情報および表層地盤情報にもとづき地震波を模擬
的に生成して出力する地震波生成手段と、上記特定地点
にある建物の構造設計情報にもとづいて上記地震波によ
る建物の応答解析を行う建物応答解析手段と、上記応答
解析結果にもとづいて建物の損傷コストを演算する損傷
コスト演算手段と、上記地震波生成手段、建物応答解析
手段および損傷コスト演算手段による解析および演算の
結果として得られる損傷コストを一サンプルとし、上記
解析および演算に関わる不確定性を考慮したモンテカル
ロ法によりシミュレーションすることにより期待損傷コ
ストを演算する期待損傷コスト演算手段と、上記期待損
傷コストと地震発生確率にもとづきリスクを演算するリ
スク演算手段と、初期コストおよび上記リスクにもとづ
き建物の利用年数ごとの期待ライフサイクルコストを演
算する期待ライフサイクルコスト演算手段とを備えたこ
とを特徴とする。これにより、特定建物についての期待
ライフサイクルコスト評価を行うことができる。

【００１０】また、請求項２の発明にかかる建物の期待
ライフサイクルコスト評価システムは、上記データベー
スに対して、新たに公開された震源の活動情報を導入さ
せるようにしたものである。これにより、常に最新の情
報にて期待ライフサイクルコスト評価を行うことができ
る。

【００１１】また、請求項３の発明にかかる期待ライフ
サイクルコスト評価プログラムを記録した記録媒体は、
特定地点から離れた複数地点の歴史地震の発生年月日、
震源位置、マグニチュードや活断層の位置、活動度、発
生確率などを含む地震情報を格納した地震環境情報デー
タベースの格納情報にもとづき各マグニチュードの地震
の発生確率を演算する地震発生確率演算ステップと、特
定地点における複数地点からの地震波を断層パラメータ
と地下構造の情報および表層地盤情報にもとづき地震波
を模擬的に生成して出力する地震波生成ステップと、上
記特定地点にある建物の構造設計情報にもとづいて上記
地震波による建物の応答解析を行う建物応答解析ステッ
プと、上記応答解析結果にもとづいて建物の損傷コスト
を演算する損傷コスト演算ステップと、上記地震波生成
ステップ、建物応答解析ステップおよび損傷コスト演算
ステップによる解析および演算の結果として得られる損
傷コストを一サンプルとし、上記解析および演算に関わ
る不確定性を考慮したモンテカルロ法によりシミュレー
ションすることにより期待損傷コストを演算する期待損
傷コスト演算ステップと、上記期待損傷コストと地震発
生確率にもとづきリスクを演算するリスク演算ステップ
と、初期コストおよび上記リスクにもとづき建物の利用
年数ごとの期待ライフサイクルコストを演算する期待ラ
イフサイクルコスト演算ステップとをコンピュータに実
行させるための期待ライフサイクルコスト評価プログラ
ムを記録したものである。これにより、記録媒体をパソ
コン等の情報機器によりアクセスすることで、建物の期
待ライフサイクルコストの評価を迅速、容易かつ確実に
実施でき、また携帯可能であるため、いつどこでも期待
ライフサイクルコスト情報を得て利用することができ
る。また、上述の期待ライフルサイクルコストの算出過
程で求められる地震発生確率と期待損傷コストの積を、
全てのマグニチュードおよび全ての震源域について加え
たもの（期待ライフサイクルコストから初期コストを引
いた値）を、その建物の耐用期間中のリスクとして算出
することができる。

【００１２】また、請求項４の発明にかかる建物の期待
ライフサイクルコスト評価プログラムを記録した記録媒
体は、これをコンピュータ等に使用することにより、常
に最新の情報にて期待ライフサイクルコスト評価を行う
ことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を図
について説明する。図１は本発明の建物の期待ライフサ
イクルコスト評価システムを示すブロック図であり、同
図において、１１は初期コストのデータベースであり、
１２は日本全土や米国全土などにおける特定地点から離
れた複数地点の歴史地震の発生年月日、震源位置、マグ
ニチュードや活断層の位置、活動度、発生確率などの地
震発生要因となる各種地震情報を格納した地震環境情報
データベース、１３は地震環境情報データベース１２の
格納情報にもとづき各マグニチュードの地震の発生確率
を演算する地震発生確率演算手段である。

【００１４】なお、ライフサイクルコストは、上記のよ
うに建物の供用期間中に発生する地震被害によるコスト
の合計であるが、地震発生をはじめとする様々な事象の
不確定性により、その値を事前に確定的に予測すること
は不可能である。従って、ライフサイクルコストは確率
量として表わされ、上記期待ライフサイクルコストはそ
の期待値（平均値）として定義される。

【００１５】また、１４は特定地点における複数地点か
らの地震波を断層パラメータと地下構造の情報１５およ
び表層地盤情報１６にもとづき地震波を模擬的に生成し
て出力する地震波生成手段、１７は上記特定地点にある
建物の構造設計情報１８にもとづいて上記地震波による
建物の応答解析を行う建物応答解析手段、１９は上記応
答解析結果およびコストデータ２０にもとづいて建物の
損傷コストを演算する損傷コスト演算手段である。

【００１６】そして、２１は上記地震波生成手段１４、
建物応答解析手段１７および損傷コスト演算手段１９に
よる解析および演算の結果として得られる損傷コストを
一サンプルとし、上記解析および演算に関わる不確定性
を考慮したモンテカルロ法によりシミュレーションする
ことにより期待損傷コストを演算する期待損傷コスト演
算手段、２２は上記期待損傷コストと地震発生確率にも
とづきリスクを演算するリスク演算手段、２３は初期コ
ストおよび上記リスクにもとづき建物の利用年数ごとの
期待ライフサイクルコストを演算する期待ライフサイク
ルコスト演算手段である。

【００１７】なお、期待損傷コスト演算手段２１におい
ては、生成した地震波の加速度時刻歴にもとづき、建物
の弾塑性応答解析を行い、フラジリティ曲線（建物の脆
弱性／損傷確率）および機能復旧率曲線を用いて損傷コ
ストを演算するように機能する。ここで、上記地震波の
加速度時刻歴は特定地点の周辺の深部地盤構造や表層地
盤構造をモデル化し、震源からの地震波の伝播を考慮し
て得られた工学基盤上の加速度波形であり、建物の応答
解析結果は最大応答加速度や最大層間変形角などの応答
値である。

【００１８】リスク演算手段２２は、地震発生確率と期
待損傷コストの積を、全てのマグニチュードおよび全て
の震源域について加えたもの（期待ライフサイクルコス
トから初期コストを引いた値）を、その建物の耐用期間
中のリスクとして算出するリスク演算手段である。

【００１９】ライフサイクルコスト（ＬＣＣ）は、建築
構造物の耐用期間に発生する損傷コストの総和であり、
設計案の中でこのライフサイクルコストの期待値（平均
値）が最小のものが最適案となる。この期待値は、式
（１）のように定式化される。

【数１】また、上記ライフサイクルコストの期待値は、地震の発
生をポアソン過程とした場合の特殊解として求められ、
後述の利子率ｄとで求められる金利係数ＱがＱ≠１およ
びＱ＝１の各場合ごとに、式２および式３のように表わ
される。

【数２】

【数３】ここで、Ｅ［Ｃ_L ］は期待ＬＣＣ、Ｃ_I は初期コスト、
Ｅ［Ｃ_D （ｍ_j ）］はマグニチュードｍ_j の地震に対す
る損傷コストＣ_D （ｍ_j ）の期待値、ｔ₀ は建物の開始
時間、ｔ_lifeは建物の寿命、Ｑ＝１／（１＋ｄ）は上記
金利係数、ｆ_wn（ｔ，ｍ_j ｜Ｗ_l ＞ｔ₀ ）はマグニチュ
ードｍ_j の地震については、最後の地震からｔ₀ の間に
地震が起きていないという条件下で、ｎ番目の地震発生
時刻の確率密度関数、ν（ｍ_j ）は地震の発生をポアソ
ン過程と仮定した場合のマグニチュードｍ_j の地震の単
位時間当りの発生率、ａｌｌｓｏｕｒｃｅｓは考慮さ
れる全ての震源域を示す。

【００２０】このような期待ライフサイクルコスト評価
システムでは、図２に示すように、地震環境情報データ
ベース１２を利用し、特定の震源域における特定のマグ
ニチュード（ｍ_j ）の断層破壊面をランダムに発生さ
せ、その断層破壊面からの地震波を模擬的に生成する
（ステップ１１）。これらの地震波を入力として表層地
盤の振動解析を行い（ステップＳ１２）、続いて建物の
地震応答解析を行い（ステップＳ１３）、最大層間変形
角や最大床応答加速度などの応答値を損傷コストに変換
する（ステップ１４）。図３は震源域における断層破壊
からこの断層破壊にもとづく弾性波の伝播、表層地盤の
振幅増幅、建物の応答を経て上記損傷コストの発生まで
をモデル化して示す説明図である。

【００２１】以上の一連のプロセスを一つのサンプルと
し、各事象の不確定性を考慮して、多数のサンプルのシ
ミュレーションを行って、サンプルごとに損傷コストＣ
_D （ｍ_j ）を求める。Ｅ［Ｃ_D （ｍ_j ）］は、その全サ
ンプルの損傷コストの期待値（平均値）として求められ
る。この演算結果から上記のようなライフサイクルコス
トを決定する。

【００２２】そして、最終的にマグニチュードの地震に
対する損傷コストの期待値、初期コストおよびマグニチ
ュードの発生確率を、地震発生の時系列モデルに反映さ
せて期待ライフサイクルコストと寿命の関係で示す。建
物のブレースにダンパーを使用しない設計案（ケース）
Ａとダンパーを使用した設計案（ケース）Ｂとの対応で
期待ライフサイクルコストが変化する様子は、図５につ
いて説明した通りである。

【００２３】これによれば、設計案Ａでは初期コストは
設計案Ｂより小さいものの、数年経過後には期待ライフ
ルサイクルコストが逆転していることが分かる。なお、
各設計案ごとの期待ライフサイクルコストと初期コスト
との差は、各設計案が潜在的に持つ耐用期間中の累積損
傷コストの期待値、すなわち耐用期間中のリスクであ
る。

【００２４】次に上記のような建物のライフサイクルコ
スト評価を行う情報記録媒体について説明する。この情
報記録媒体は携帯可能な例えばＣＤＲＯＭやフロッピデ
ィスクなどであり、この記録媒体にデータベースやプロ
グラムが蓄積されている。従って、パソコンなどの情報
処理機器によりアクセスすることにより、上記のような
演算処理によって、期待ライフサイクルコストおよびリ
スクの評価を実現できる。

【００２５】そして、この記録媒体に蓄積されたデータ
は、特定地点から離れた複数地点の歴史地震の発生年月
日、震源位置、マグニチュードや活断層の位置、活動
度、発生確率などを含む地震情報を格納した地震環境情
報データベースの格納情報にもとづき各マグニチュード
の地震の発生確率を演算する地震発生確率演算ステップ
と、特定地点における複数地点からの地震波を断層パラ
メータと地下構造の情報および表層地盤情報にもとづき
地震波を模擬的に生成して出力する地震波生成ステップ
と、上記特定地点にある建物の構造設計情報にもとづい
て上記地震波による建物の応答解析を行う建物応答解析
ステップと、上記応答解析結果にもとづいて建物の損傷
コストを演算する損傷コスト演算ステップと、上記地震
波生成ステップ、建物応答解析ステップおよび損傷コス
ト演算ステップによる解析および演算の結果として得ら
れる損傷コストを一サンプルとし、上記解析および演算
に関わる不確定性を考慮したモンテカルロ法によりシミ
ュレーションすることにより期待損傷コストを演算する
期待損傷コスト演算ステップと、上記期待損傷コストと
地震発生確率にもとづきリスクを演算するリスク演算ス
テップと、初期コストおよび上記リスクにもとづき建物
の利用年数ごとの期待ライフサイクルコストを演算する
期待ライフサイクルコスト演算ステップとをコンピュー
タに実行させるための期待ライフサイクルコスト評価プ
ログラムであり、これにより建物の期待ライフサイクル
コストおよびリスクの管理、判定を容易化できる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、地震情
報データベースの格納の情報にもとづき地震の発生確率
を算出し、特定地点における複数地点からの地震波を模
擬的に生成して出力し、特定地点にある建物の構造設計
情報に基づき建物の応答解析を行い、上記応答解析結果
に基づき建物の期待損傷コストを演算し、初期コスト、
地震の発生確率および期待損傷コストにもとづいて建物
の利用年数ごとの期待ライフサイクルコストおよびリス
クを演算するようにしたので、特定地点から離れた複数
地点において発生した個別の歴史地震波の影響による特
定地点の建物の期待ライフサイクルコストおよびリスク
を、模擬的に発生させた複数の地震波を用いた実際の建
物の応答解析によって、高い精度にて評価することがで
きるという効果が得られ、建物の耐震設計において設計
者はより質の高い意思決定を顧客側に促すことができる
ようになる。

【００２７】また、建物の期待ライフサイクルコスト評
価システムを記録媒体に記録された所定のプログラムに
従って実行させることで、場所を選ばずに、いつどこで
も期待ライフサイクルコストの評価を行うことができ
る。

【００２８】また、上記データベースに対して、新たに
公開された震源の活動情報を導入させるようにしたの
で、常に最新の情報にて期待ライフサイクルコスト評価
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態による建物の期待ライフ
サイクルコスト評価システムを示すブロック図である。

【図２】本発明による建物の期待ライフサイクルコスト
評価手順を示すフローチャートである。

【図３】本発明における断層破壊から損傷コスト発生ま
でのプロセスを示す説明図である。

【図４】従来の建物のライフサイクルコスト評価システ
ムを示すブロック図である。

【図５】従来の建物のライフサイクルコスト評価手順を
示すフローチャートである。

【符号の説明】

１２地震情報データベース１３地震発生確率演算手段１４地震波生成手段１７建物応答解析手段１９期待損傷コスト演算手段２２リスク演算手段２３期待ライフサイクル演算手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者澤飯明広東京都中野区中央４丁目５番３号株式会社構造計画研究所内 (72)発明者高橋治東京都中野区本町４丁目38番13号株式会社構造計画研究所内 (72)発明者村地由子東京都中野区中央４丁目５番３号株式会社構造計画研究所内Ｆターム(参考） 5B046 AA03 DA01 JA08 KA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】特定地点から離れた複数地点の歴史地震
の発生年月日、震源位置、マグニチュードや活断層の位
置、活動度、発生確率などを含む地震情報を格納した地
震環境情報データベースと、該地震環境情報データベー
スの格納情報にもとづき各マグニチュードの地震の発生
確率を演算する地震発生確率演算手段と、特定地点にお
ける複数地点からの地震波を断層パラメータと地下構造
の情報および表層地盤情報にもとづき地震波を模擬的に
生成して出力する地震波生成手段と、上記特定地点にあ
る建物の構造設計情報にもとづいて上記地震波による建
物の応答解析を行う建物応答解析手段と、上記応答解析
結果にもとづいて建物の損傷コストを演算する損傷コス
ト演算手段と、上記地震波生成手段、建物応答解析手段
および損傷コスト演算手段による解析および演算の結果
として得られる損傷コストを一サンプルとし、上記解析
および演算に関わる不確定性を考慮したモンテカルロ法
によりシミュレーションすることにより期待損傷コスト
を演算する期待損傷コスト演算手段と、上記期待損傷コ
ストと地震発生確率にもとづきリスクを演算するリスク
演算手段と、初期コストおよび上記リスクにもとづき建
物の利用年数ごとの期待ライフサイクルコストを演算す
る期待ライフサイクルコスト演算手段とを備えたことを
特徴とする建物の期待ライフサイクルコスト評価システ
ム。
【請求項２】上記データベースは、新たに公開された
震源の活動情報を導入できるようにしたことを特徴とす
る請求項１に記載の建物の期待ライフサイクルコスト評
価システム。
【請求項３】特定地点から離れた複数地点の歴史地震
の発生年月日、震源位置、マグニチュードや活断層の位
置、活動度、発生確率などを含む地震情報を格納した地
震環境情報データベースの格納情報にもとづき各マグニ
チュードの地震の発生確率を演算する地震発生確率演算
ステップと、特定地点における複数地点からの地震波を
断層パラメータと地下構造の情報および表層地盤情報に
もとづき地震波を模擬的に生成して出力する地震波生成
ステップと、上記特定地点にある建物の構造設計情報に
もとづいて上記地震波による建物の応答解析を行う建物
応答解析ステップと、上記応答解析結果にもとづいて建
物の損傷コストを演算する損傷コスト演算ステップと、
上記地震波生成ステップ、建物応答解析ステップおよび
損傷コスト演算ステップによる解析および演算の結果と
して得られる損傷コストを一サンプルとし、上記解析お
よび演算に関わる不確定性を考慮したモンテカルロ法に
よりシミュレーションすることにより期待損傷コストを
演算する期待損傷コスト演算ステップと、上記期待損傷
コストと地震発生確率にもとづきリスクを演算するリス
ク演算ステップと、初期コストおよび上記リスクにもと
づき建物の利用年数ごとの期待ライフサイクルコストを
演算する期待ライフサイクルコスト演算ステップとをコ
ンピュータに実行させるための期待ライフサイクルコス
ト評価プログラムを記録した記録媒体。
【請求項４】上記データベースは、新たに公開された
震源の活動情報を導入できるようにしたことを特徴とす
る請求項３に記載の建物の期待ライフサイクル評価プロ
グラムを記録した記録媒体。