JP2009115650A

JP2009115650A - 構造物の地震被害推定方法および地震被害推定システム

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Publication number: JP2009115650A
Application number: JP2007289681A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Komori; 淳小森; Tetsuya Yamada; 哲也山田
Original assignee: Sumitomo Mitsui Construction Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Mitsui Construction Co Ltd
Priority date: 2007-11-07
Filing date: 2007-11-07
Publication date: 2009-05-28

Abstract

【課題】構造物の地震被害を高い精度で簡易に推定可能とする。
【解決手段】地震発生時にモデル建物Ｍ１〜Ｍ３に設置されたセンサ装置Ｓ１〜Ｓ１の検出データを解析し、モデル建物の地震被害データを生成する地震解析用装置２を備えた地震被害推定システム１において、モデル建物は所定の分類指標に基づき複数のモデルタイプのいずれかに分類され、地震解析用装置が、モデル建物の地震被害データを蓄積するデータ蓄積部１２と、地震被害の推定を必要とする類似建物Ｅｉと同じモデルタイプに属するモデル建物の地震被害データを、データ蓄積部の蓄積データから類似建物の地震被害データとして選択する地震被害推定部１３とを有する構成とし、モデル建物の地震被害の推定結果を別の類似の構造物で利用可能とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、家屋等の構造物が地震によって受ける被害を推定するための地震被害推定方法および地震被害推定システムに関する。

構造物の地震被害を推定する方法としては、構造計算等に基づき耐震診断を行う方法や、過去の震害調査結果から構造物の類似性を考慮して被害レベルを判定する方法などが知られている。しかし、構造計算等に基づく耐震診断では、構造計算に必要なデータの収集や処理の負荷が大きく、また、構造物の経年変化による振動特性の変化や剛性の低下の扱いが難しいため正確性に欠ける場合があった。また、耐震診断の主な目的は建物が大地震に遭遇したときに倒壊・崩壊しないことを確認することであり、中小地震に遭遇したときの建物の被害を想定することは難しい。震害調査結果から被害レベルを判定する方法では、必要な調査データは、被害を受けた比較的規模の大きな地震に限られる。また、地震による構造物の揺れや歪み等の定量的な判断ができないため判定結果が判定者の主観により左右されてしまう場合があった。

これに対し、構造物の振動特性等を定量的に評価して地震被害を推定するための技術が開発されており、例えば、構造物の層の上面および構造物近傍の地表面に振動センサを設置し、取得した常時微動等の振動データに基づき地震時に発生する最大剪断ひずみ量を求めるようにしたものが存在する（特許文献１参照）。これによると、構造物を振動させるための装置などを必要とすることなく、簡単に地震被害を推定することができるという利点がある。

特開平９−１０５６６５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された技術では、評価対象となる構造物の地震被害の定量的な評価を可能とするものの、別の構造物の地震被害を推定するためには振動センサを別途設置して振動データを取得する必要があり、実施コストが嵩むという課題があった。また、常時微動に基づき地震被害を推定する場合、地震動による実際の被害（構造物の損傷等）の程度を把握することが難しいという課題もあった。また、仮に地震動に基づく振動データが得られたとしても、その振動データを他の地域に存在する別の構造物で利用することは困難であった。

本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、地震による構造物の振動等を定量的に評価して地震被害を精度良く推定するとともに、当該構造物の推定結果を別の類似の構造物で利用することで、簡易かつ低コストに地震被害を推定することができる地震被害推定方法および地震被害推定システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、地震観測用のセンサ装置（Ｓ１〜Ｓ１２）が設置されたモデル構造物（Ｍ１〜Ｍ３）と、地震発生時の前記センサ装置の検出データを解析し、前記モデル構造物の地震被害データを生成する地震解析用装置（２）とを備えた地震被害推定システム（１）であって、前記モデル構造物は、構造物の地震被害に影響を与える分類指標に基づき設定された複数のモデルタイプのいずれかに分類され、前記地震解析用装置は、前記モデル構造物の前記地震被害データを蓄積するデータ蓄積部（１２）と、地震被害の推定を必要とする対象構造物（Ｅｉ）のモデルタイプを判定し、これと同じモデルタイプに属する前記モデル構造物の地震被害データを前記データ蓄積部の蓄積データから前記対象構造物の地震被害データとして選択するデータ選択部（１３）とを有する構成とする。

上記課題を解決するためになされた第２の発明として、広域ネットワーク（３）を介して前記地震解析用装置と通信可能に接続されたユーザ端末（Ｕ）を更に備え、前記データ選択部は、前記広域ネットワークを介して、前記ユーザ端末から前記対象構造物の前記分類指標の情報を取得する一方、当該取得した分類指標の情報に基づき判定されたモデルタイプに属する前記モデル構造物の地震被害データを前記ユーザ端末に対して提供する構成とすることができる。

上記課題を解決するためになされた第３の発明は、地震観測用のセンサ装置が設置されたモデル構造物と、地震発生時の前記センサ装置の検出データを解析し、前記モデル構造物の地震被害データを生成する地震解析用装置とを備えた地震被害推定システムにおける地震被害推定方法であって、前記モデル構造物は、構造物の地震被害に影響を与える分類指標に基づき設定された複数のモデルタイプのいずれかに分類され、前記地震解析用装置が、前記モデル構造物の前記地震被害データを蓄積するデータ蓄積ステップと、地震被害の推定を必要とする対象構造物のモデルタイプを判定し、これと同じモデルタイプに属する前記モデル構造物の地震被害データを前記データ蓄積部の蓄積データから前記対象構造物の地震被害データとして選択するデータ選択ステップとを有する構成とする。

上記第１および第３の発明によれば、地震によるモデル構造物の振動等を定量的に評価して地震被害を精度良く推定するとともに、モデル構造物の推定結果を別の類似の構造物で利用することで、簡易かつ低コストに地震被害を推定できる。また、上記第２の発明によれば、地震被害を推定可能な対象構造物の範囲を容易に拡大することができ、また、ユーザの要求に応じて地震被害の推定を簡易かつ迅速に実行することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明に係る地震被害推定システムの概略を示すシステム構成図であり、図２はその機能ブロック図である。

図１に示すように、地震被害推定システム１は、複数のモデル建物Ｍ１〜Ｍ３と、各モデル建物Ｍ１〜Ｍ３に設置された地震観測用の複数のセンサ装置Ｓ１〜Ｓ１２と、センサ装置Ｓ１〜Ｓ１２の検出データを収集するデータ収集装置Ｄ１〜Ｄ３と、地震発生時にデータ収集装置Ｄ１〜Ｄ３が収集した検出データに基づき、評価対象となる複数の類似の建物（以下、「類似建物」という。）Ｅｉ（ｉ＝１〜ｎ）の地震被害を推定する地震解析用装置２と、システム１のユーザ（例えば、類似建物Ｅｉの所有者）が利用するユーザ端末Ｕとを備える。地震解析用装置２、データ収集装置Ｄ１〜Ｄ３、およびユーザ端末Ｕは、インターネット３を介して互いに通信可能に接続されている。

モデル建物Ｍ１〜Ｍ３は、全国各地の既存の建物（住家、店舗、工場、倉庫等）の中から典型的な構造を有するモデルとして選定されたものであり、例えば、図３の対応表に示すように、建物の地震被害の大小に関連する分類指標に基づき設定された複数のモデルタイプ（I，II，III・・・）のいずれかに分類される。分類指標としては、例えば、図３に示した築年、構造種別（例えば、木造、軽量鉄骨造、重量鉄骨造、鉄筋コンクリート造、鉄筋鉄骨コンクリート造、プレキャストコンクリート造等）、階数、用途（例えば、住家、店舗、工場、倉庫等）、Ｉｓ値（耐震指標）を始めとして、立地場所、階高、建物の規模、地盤種別（例えば、建築基準法に基づく第１種、第２種、第３種等）、地形、発生地震の名称、地震規模（震度やマグニチュード）等の種々の指標を用いることができる。

各モデル建物のモデルタイプは、各分類指標に対して予め設定された複数の区分（基準範囲）に基づき決定することができる。例えば、築年については、評価の対象範囲（例えば、１９５２年〜２００７年の間の５６年間）を複数の年代に区分し、異なる年代に属するモデル建物が異なるモデルタイプに属するように分類される。また、例えば、構造種別については、木造、軽量鉄骨造、重量鉄骨造、鉄筋コンクリート造、鉄筋鉄骨コンクリート造に区分して、異なる構造種別に属するモデル建物が異なるモデルタイプに属するように分類される。この場合、モデルタイプは、用いられる各分類指標の区分数を全て乗算した数だけ設定されることになる。なお、分類指標の選択や各分類指標における区分の設定は、地震発生の際にセンサ装置Ｓ１〜Ｓ１２から得られたデータや実際の被害状況を考慮して適宜修正することができる。

各モデルタイプに属するモデル建物には、周知の技術により耐震補強が実施された耐震補強済みのモデル建物が含まれる。耐震補強レベルは、一般にＩｓ値で表されることが多い。従って、分類指標としてＩｓ値を用いることにより、補強前と後のモデルを分けることができる。これにより、モデル建物の地震被害の程度を耐震補強の有無によって比較することが可能となり、地震被害に対する耐震補強の効果を容易に認識することが可能となる。また、耐震補強の際に行った耐震診断の妥当性を確認できるという利点もある。

センサ装置Ｓ１〜Ｓ１２としては、地震を観測可能な種々の装置を用いることができ、その配置や数量は必要に応じて適宜変更することができる。本実施形態では、センサ装置として加速度センサ、歪みセンサ、変位センサおよびスチルカメラ（図２参照）が用いられ、各モデル建物Ｍ１〜Ｍ３を支える地盤（図１のセンサ装置Ｓ１〜Ｓ３参照）および所定階のフロア（図１のセンサ装置Ｓ４〜Ｓ１２参照）にそれぞれ設置された例を示している。なお、建物Ｍ１は８階建て、建物Ｍ２は４階建て、建物Ｍ３は２階建ての構造をそれぞれ有している。

データ収集装置Ｄ１〜Ｄ３は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置からなり、対応するモデル建物Ｍ１〜Ｍ３に設置されたセンサ装置とそれぞれ接続される。データ収集装置Ｄ１〜Ｄ３は、地震発生時におけるセンサ装置Ｓ１〜Ｓ１２の検出データ（センサの検出信号、カメラの画像信号等）を収集し、その収集データをインターネット３を介して地震解析用装置２に送信する。

地震解析用装置２は、サーバ等の情報処理装置からなり、地震データ解析部１１、データ蓄積部１２、および地震被害推定部１３を有する。ここで、地震データ解析部１１および地震被害推定部１３は、図示しない中央処理装置が所定の制御プログラムに従って処理を実行することにより実現され、また、データ蓄積部１２は周知の記憶装置（例えば、ハードディスク）により実現される。

地震データ解析部１１は、地震を受けたモデル建物に設置されたセンサ装置の検出データをデータ収集装置からインターネット３を介して取得し、取得したデータを解析（周知の方法による演算処理等）して当該モデル建物の地震被害データを生成する。この場合、地震被害データとしては、例えば、地震被害と関連性の高い最大加速度、最大変位、残留変位および画像（例えば、建物の損傷が予想される大きな揺れが検出された部位周辺の写真）等が生成される。また、地震データ解析部１１は、モデル建物の実被害データ（被害額、補修額等）１４や気象庁等の公的機関の地震データ（震源、震度、マグニチュード等）１５を取得して、生成された地震被害データに付加することができる。

データ蓄積部１２は、図３に示したようなモデルタイプの対応表データ、モデル建物の実被害データ、および公的機関の地震データ等を蓄積する。

地震被害推定部１３は、ユーザ端末Ｕから類似建物の分類指標の情報を取得し、この取得した分類指標の情報に基づきデータ蓄積部１２内のデータ（図３の対応表データ）を参照して類似建物のモデルタイプを判定する。また、地震被害推定部１３は、判定した類似建物のモデルタイプと同じモデルタイプに属するモデル建物の地震被害データを選択し、この地震被害データを類似建物の地震被害データとしてユーザ端末に対して提供する。

ユーザ端末Ｕは、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置からなり、図１に示すように、各類似建物Ｅｉに対応して（例えば、類似建物Ｅｉ内に）設置される。後述するように、ユーザはユーザ端末Ｕを介して地震解析用装置２にアクセスすることにより、所望の類似建物について地震被害の推定を実行することができる。

図４は地震被害推定システムにおいてモデル建物の地震被害データを取得する手順を示すフロー図である。

まず、地震被害推定システム１の管理者は、既存の建物の中からモデル建物を選定し（ＳＴ１０１）、センサ装置の設置を行う（ＳＴ１０２）。この場合、モデル建物は、予め決定した分類指標を考慮して、図３に示したような各モデルタイプに対応するものが選定される。

地震が発生すると（ＳＴ１０３：ＹＥＳ）、地震を受けたモデル建物に対応するデータ収集装置は、地震発生時のセンサ装置の検出データを収集し、インターネット３を介して地震解析用装置２に対して送信する（ＳＴ１０４）。次に、地震解析用装置２の地震データ解析部１１は、データ収集装置から取得したデータを解析してモデル建物の地震被害データを生成し（ＳＴ１０５）、生成した地震被害データをデータ蓄積部１２に記憶する（ＳＴ１０６）。続いて、地震データ解析部１１は、モデル建物Ｍ１〜Ｍ３の被害状況の把握により得られた実被害データや、気象庁等の公的機関の地震データを取得してモデル建物の地震被害データに付加し、一連の処理が終了する（ＳＴ１０７）。

図５は地震被害推定システムにおいて類似建物の地震被害を推定する手順を示すフロー図である。

まず、地震解析用装置２の地震被害推定部１３は、地震被害の推定を必要とする類似建物の分類指標に関する情報を取得する（ＳＴ２０１）。

このとき、ユーザは、ユーザ端末（例えば、Ｗｅｂブラウザ機能）を利用して地震解析用装置２（例えば、地震被害推定サービス用のＷｅｂページ）にアクセスし、図６に示すような入力画面をモニタに表示して分類指標に関する情報の入力を実施することができる。本実施形態では、図６（Ａ）に示すように、ユーザはモニタ画面２０に表示された入力・選択フィールド２１において各分類指標（立地場所、築年、構造種別、階数、用途等）のデータを入力することができ、また、図６（Ｂ）に示すように、入力・選択フィールド２２において解析対象とする地震（最近の地震、全ての地震、最大規模の地震等）の範囲を選択し、さらに、入力・選択フィールド２３においてその選択範囲に含まれた特定の地震（地震Ａ、地震Ｂ、地震Ｃ等）を選択することができる。ユーザが入力した情報は地震解析用装置２に対して送信される。

次に、地震被害推定部１３は、取得した類似建物の分類指標の情報に基づき、そのモデルタイプを判定し（ＳＴ２０２）、判定された類似建物のモデルタイプと同じモデルタイプに属するモデル建物の地震被害データを類似建物の地震被害データとして選択する（ＳＴ２０３）。さらに、地震被害推定部１３は、類似建物の補正情報をユーザ端末Ｕから取得し（ＳＴ２０４）、選択された地震被害データの少なくとも一部（例えば、加速度、変位等の数値）について補正を実施する（ＳＴ２０５）。この補正情報には、例えば、分類指標に準ずる地盤特性、建築面積、建物の各階重量、平面形状等の情報が含まれる。補正情報を用いることで、地震被害の推定精度を高く維持しつつ分類指標の数を減らすことが可能となり、結果として、モデルタイプの数が減少してセンサ装置を配置するモデル建物の数を減少させることができる。

なお、分類指標としては、モデル建物の振動特性への影響を数値解析（データ処理、シミュレーション）等により理論的に説明することが難しいもの（即ち、建物の振動特性への影響を説明するのにセンサ装置の検出データが有用となるもの）を用いることが好ましく、補正情報としては、モデル建物の振動特性への影響を数値解析等により理論的に説明できるものを用いることが好ましい。その一方で、地震被害データの補正は省略することも可能であり、場合によっては、上記のような補正情報を分類指標として採用してもよい。

地震被害推定部１３は、最終的に得られたモデル建物の地震被害データをユーザ端末Ｕに対して提供する（ＳＴ２０６）。このとき、図７（Ａ）に示すように、ユーザ端末のモニタ画面２０の地震被害推定の結果表示フィールド３１には、選択した地震（ここでは、「地震Ａ」）に対する地震被害データが表示される。本実施形態では、地震被害データとして、発生確率、地表面加速度、最大加速度、最大変位、損傷状態、被害額、補修額が表示される。このとき、類似建物のモデルタイプと同じモデルタイプに属するモデル建物に対応する耐震補強済みのモデル建物が存在する場合には、その補強済みのモデル建物についての地震被害データを更に表示することができる。この耐震補強済みのモデル建物としては、例えば、類似建物とは異なるモデルタイプにおいて、類似建物と同じモデルタイプに属するモデル建物よりもＩｓ値が大きく、且つＩｓ値以外の分類指標（築年等）が同様であるモデル建物を選択することができる。損傷状態については、表示ボタン３２を押下することで、図７（Ｂ）に示すように、センサ装置として設置されたスチルカメラによる地震発生前後の写真や、地震発生後に収集した実被害を示す写真が表示される。

また、複数の地震に対する被害を推定する場合、図７（Ｃ）に示すように、各地震の地表面加速度に対する被害率（例えば、全壊を１００％とした損壊の程度）を表示することもできる。この場合、耐震補強済みのモデル建物が存在する場合には、その被害率も同時に表示される。

このように、地震によるモデル建物の振動等を定量的に評価して地震被害を精度良く推定するとともに、モデル建物の推定結果を類似建物で利用することで、簡易かつ低コストに地震被害を推定できる。また、ユーザは、地震被害の推定結果を取得したユーザは、当該類似建物の耐震レベルや耐震補強の必要性について容易に判断することが可能となる。

本発明に係る地震被害推定システムの概略を示すシステム構成図地震被害推定システムの機能ブロック図モデル建物が分類されるモデルタイプの一例を示す図モデル建物の地震被害データを取得する手順を示すフロー図類似建物の地震被害を推定する手順を示すフロー図で地震被害の推定を行うユーザの入力画面の一例を示す図地震被害の推定結果を表示する画面の一例を示す図

符号の説明

１地震被害推定システム
２地震解析用装置
１１地震データ解析部
１２データ蓄積部
１３地震被害推定部
Ｄ１〜Ｄ３データ収集装置
Ｅｉ類似建物
Ｍ１〜Ｍ３モデル建物
Ｓ１〜Ｓ１２センサ装置
Ｕユーザ端末

Claims

地震観測用のセンサ装置が設置されたモデル構造物と、地震発生時の前記センサ装置の検出データを解析し、前記モデル構造物の地震被害データを生成する地震解析用装置とを備えた地震被害推定システムであって、
前記モデル構造物は、構造物の地震被害に影響を与える分類指標に基づき設定された複数のモデルタイプのいずれかに分類され、
前記地震解析用装置は、
前記モデル構造物の前記地震被害データを蓄積するデータ蓄積部と、
地震被害の推定を必要とする対象構造物のモデルタイプを判定し、これと同じモデルタイプに属する前記モデル構造物の地震被害データを前記データ蓄積部の蓄積データから前記対象構造物の地震被害データとして選択するデータ選択部と
を有することを特徴とする地震被害推定システム。
広域ネットワークを介して前記地震解析用装置と通信可能に接続されたユーザ端末を更に備え、
前記データ選択部は、前記広域ネットワークを介して、前記ユーザ端末から前記対象構造物の前記分類指標の情報を取得する一方、当該取得した分類指標の情報に基づき判定されたモデルタイプに属する前記モデル構造物の地震被害データを前記ユーザ端末に対して提供することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の地震被害推定システム。
地震観測用のセンサ装置が設置されたモデル構造物と、地震発生時の前記センサ装置の検出データを解析し、前記モデル構造物の地震被害データを生成する地震解析用装置とを備えた地震被害推定システムにおける地震被害推定方法であって、
前記モデル構造物は、構造物の地震被害に影響を与える分類指標に基づき設定された複数のモデルタイプのいずれかに分類され、
前記地震解析用装置が、
前記モデル構造物の前記地震被害データを蓄積するデータ蓄積ステップと、
地震被害の推定を必要とする対象構造物のモデルタイプを判定し、これと同じモデルタイプに属する前記モデル構造物の地震被害データを前記データ蓄積部の蓄積データから前記対象構造物の地震被害データとして選択するデータ選択ステップと
を有することを特徴とする地震被害推定方法。