JP2020201645A - 管路ネットワークの管理システム及び管路ネットワークの管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】管路ネットワークの管理システムにおいて、適切な更新時期決定によるコスト削減を実現する。【解決手段】記憶装置と制御部を有し管路を介して水を需要家に供給する管路ネットワークを管理する管理システムである。記憶装置は、管路ネットワークで発生する管路からの年間漏水件数の第１の時系列データと、年間水消費量と年間配水量から算出された年間漏水量の第２の時系列データとを記憶する。制御部は、記憶装置に記憶された第１の時系列データと第２の時系列データを統計処理して管路からの事故１件当たりの漏水損失量を求める。【選択図】図１

Description

本発明は、管路ネットワークの管理システム及び管路ネットワークの管理方法に関する。

管路ネットワーク管理システムでは、給水管や配水管等の管路を介して水を需要家に供給する管路ネットワークを適切に管理することが求められている。

例えば、特許文献１では、配水管網に設置された漏水センサにより漏水を検知すると共に、過去の漏水実績情報から管路の経年特性グラフを作成する。経年特性グラフは、管路の供用年数とセンサ出力変化（管路劣化の指標でもある）の関係をグラフ化したもので，経過年数による管路劣化の度合を把握できる。

ＷＯ２０１３−１４５４９３号公報

特許文献１では、管路劣化度合を推定しているが、経済性を考慮した（管路ライフサイクルコストを最小にする）管路更新時期について言及されていない。このため、特許文献１では、適切な更新時期決定によるコスト削減を実現できない。

本発明の目的は、管路ネットワークの管理システムにおいて、適切な更新時期決定によるコスト削減を実現することにある。

本発明の一態様の管路ネットワークの管理システムは、記憶装置と制御部を有し、管路を介して水を需要家に供給する管路ネットワークを管理する管理システムであって、前記記憶装置は、前記管路ネットワークで発生する前記管路からの年間漏水件数の第１の時系列データと、年間水消費量と年間配水量から算出された年間漏水量の第２の時系列データとを記憶し、前記制御部は、前記記憶装置に記憶された前記第１の時系列データと前記第２の時系列データを統計処理して、前記管路からの事故１件当たりの漏水損失量を求めることを特徴とする。

本発明の一態様の管路ネットワークの管理方法は、管路を介して水を需要家に供給する管路ネットワークを管理する管理方法であって、前記管路ネットワークで発生する前記管路からの年間漏水件数の第１の時系列データと、年間水消費量と年間配水量から算出された年間漏水量の第２の時系列データとを記憶し、記憶された前記第１の時系列データと前記第２の時系列データを統計処理して、前記管路からの事故１件当たりの漏水損失量を求めることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、適切な更新時期決定によるコスト削減を実現することができる。

管路ネットワークの管理システムの全体構成図である。 年間漏水量情報を示す図である。 管タイプ別の漏水事故件数情報を示す図である。 管種別の漏水事故件数情報を示す図である。 事故率計算モデルのモデル係数情報を示す図である。 給水原価情報を示す図である。 管種口径別の布設替えコスト情報を示す図である。 管種口径別の管修繕コスト情報を示す図である。 推定漏水損失量情報を示す図である。 管路属性情報を示す図である。 実施例１の出力画面例を示す図である。 実施例１の他の出力画面を示す図である。 実施例１の処理プログラムのフローチャートである。 実施例２の出力画面例を示す図である。 実施例２の処理プログラムのフローチャートである。 実施例３の出力画面例を示す図である。 実施例３の処理プログラムのフローチャートである。

以下、図面を用いて、実施例について説明する。

図１を参照して、管路ネットワーク管理システムの全体構成について説明する。
管路ネットワーク管理システム１は、ＲＡＭ、ハードディスクなどからなる記憶装置１１、ＣＰＵなどからなる制御部１２、キーボードやマウスなどのマンマシンインターフェースのほか外部ネットワークからデータを取り込むネットワークインターフェースから構成されているデータ入力装置１３、ディスプレイなどの表示装置１４を有する。

制御部１２は、記憶装置１１に記憶された計算処理プログラム１１０を呼び出し実行し、計算結果を表示装置１４に表示する。プログラム実行過程で、データ入力装置１３から取り込まれたデータや記憶装置内のデータベース１２０に格納された各種情報が必要に応じて参照され計算処理に利用される。

計算処理プログラム１１０には、３つのプログラムが格納されている。漏水損失量（事故１件あたりの損失量）を計算する漏水損失量計算プログラム１１１、管路ＬＣＣ（Ｌｉｆｅ Ｃｙｃｌｅ Ｃｏｓｔ）を評価する管路ＬＣＣ評価プログラム１１２及び将来の年間漏水量を予測する将来漏水量予測プログラム１１３である。漏水損失量計算プログラム１１１、管路ＬＣＣ評価プログラム１１２及び将来漏水量予測プログラム１１３は、管路や漏水を効率的に管理するのに利用されるものであり、処理の詳細は後述する。

データベース１２０には、年間漏水損失量履歴、漏水事故件数履歴、給水原価履歴、管路布設替えコスト情報、管路修繕コスト情報、事故１件当たりの漏水量推定値及び管路属性情報などが格納されている。

データベース１２０に格納されるデータの主なものを図２から図１０に示す。

図２は年間漏水量の履歴データ２１０である。図２に示すように、年度ごとに年間漏水量が格納されている。例えば、２０１５年の年間漏水量は２３０万ｍ３／年である。

図３は管タイプ別の漏水事故件数の履歴データ３０１である。図３に示すように、年度ごとに、給水管事故件数と配水管事故件数が、地上漏水及び地下漏水ごとに格納されている。例えば、２０１６年の給水管事故件数は、地上漏水で３７０件、地下漏水で３３件である。また、２０１６年の配水管事故件数は、地上漏水で２９件、地下漏水で２件である。

図４は管種別の漏水事故件数履歴データ４０１である。図４に示すように、年度ごとに、配水管事故件数が素材（ＤＩＰ、ＣＩＰ、ＳＰ、ＶＰ）ごとに格納されている。例えば、２０１６年の配水管事故件数は、ＤＩＰで１０件、ＣＩＰで４件、ＳＰで５件、ＶＰで１２件である。

図５は漏水事故率を計算する際に利用する事故率モデルのモデル係数である。図５に示すように、管種ごとにモデル係数が格納されている。例えば、「ＤＩＰ、一般継手、スリーブなし（５０ｍｍ〜２５０ｍｍ）」の管種では、モデル係数Ｃ１は１であり、モデル係数Ｃ２は１であり、モデル係数Ｃ３は１．５であり、モデル係数ａは０．０００７であり、モデル係数ｂは０．０７５８である。

図６は給水原価の履歴データ６０１である。図６に示すように、年度ごとに給水原価が格納されている。例えば、２０１５年の給水原価は１６０円／ｍ３である。

図７は、管種口径別の布設替えコストデータ７０１を示す。図７に示すように、口径（ｍｍ）、管種ごとに布設替えコストが格納されている。例えば、口径７５（ｍｍ）、管種ＤＩＰの布設替えコストは６６６００円／ｍである。

図８は管種口径別の修繕コストデータ８０１を示す。図８に示すように、口径（ｍｍ）、管種ごとに修繕コストが格納されている。例えば、口径７５（ｍｍ）、管種ＤＩＰ／ＣＩＰの修繕コストは２５０千円／箇所である。

図９は後述の処理プログラムで推定された管種別の漏水損失量を示す。図９に示すように、管種ごとに漏水損失量が格納されている。例えば、配水管ＤＩＰの漏水損失量は０．８万ｍ３／件である。

図１０は管路属性データ１００１を示す。図１０に示すように、管路Ｎｏ、口径（ｍｍ）、延長（ｍ）、管種、布設年度（年）、ポリスリーブ被覆有無、更新基準年（年）からなる。更新基準年とは、どのタイミングで管路更新を行うべきかを示す基準で、基本的には，供用年数が基準年に到達したタイミングで管路更新を行う。例えば、管路Ｎｏ１では、口径は１５０（ｍｍ）、延長は５０ｍｍ、管種はＤＩＰ、布設年度は２０００年、ポリスリーブ被覆有無は有り、更新基準年は８０年である。

図１１から図１３を用いて、実施例１について説明する。

まず、図１３のフローチャートを参照して、漏水事故１件が年間漏水損失量にどれぐらい寄与するかの変数（漏水事故１件あたりの漏水損失量）を計算する処理について説明する。

ステップ１３０１では、ユーザが入力装置１３を通じて設定した計算条件を読み込む。ここでは、ユーザは、（１）給水管、配水管別に漏水事故１件当たりの漏水損失量の計算を行うか、あるいは（２）給水管、配水管の管種別に漏水事故１件当たりの漏水損失量の計算を行うかを指定する。

ステップ１３０２では、データベース１２０の情報を読み込む。上記（１）のケースでは、年間漏水量２０１（図２参照）と事故件数履歴３０１（図３参照）を読み込む。また、上記（２）のケースではこれに加えて管種別漏水事故件数履歴４０１（図４参照）を読み込む。

ステップ１３０３では、ステップ１３０２で読み込んだデータを利用して回帰分析を実行する。上記（１）のケースでは、以下の回帰式（数１）で分析を実行する。

ここで、ｙ：漏水量（万ｍ３／年）、ｘ１：給水管漏水件数（件／年）、ｘ２：配水管漏水件数（件／年）である。被説明変数ｙのデータとしては，年間漏水量２０１（図２参照）の時系列を利用する。説明変数ｘ１、ｘ２のデータとしては、給水管と配水管の漏水事故件数データ３０１（図３参照）を利用する。給水管と配水管の件数は地上と地下を加算したものを利用する。

上記（２）のケースでは，以下の回帰式（数２）で分析を実行する。

ここで、ｙ：漏水量（万ｍ３／年）、ｘ１：給水管漏水件数（件／年）、Ｘ２-ＤＩＰ：配水管ＤＩＰ漏水件数（件／年）、Ｘ２＿ＣＩＰ：配水管ＣＩＰ漏水件数（件／年），Ｘ２＿ＳＰ：配水管ＳＰ漏水件数（件／年）、Ｘ２＿ＶＰ：配水管ＶＰ漏水件数（件／年）である。配水管からの事故件数を管種別に分解したものである。

ステップ１３０４では、計算結果を表示装置１４に表示する。

上記ケース（１）の計算結果を図１１に示す。表示装置１４の画面には、推定式と推定結果が表示される。
図１１では、回帰係数ｋ１、ｋ２の推定結果、ｔ、Ｒ２統計量が示される。ｋ１の推定値が給水管事故１件あたりの漏水損失量（万ｍ３／件）、ｋ２の推定値が配水管事故１件あたりの漏水損失量（万ｍ３／件）になる。ここでは、ｔ値絶対値が２より十分大きく、Ｒ２が１に近いことから高信頼性及び高精度の推定値が得られていることがわかる。

推定値は，図９のテーブルに格納される。上記（１）のケースでは、管種共通のデータしか得られないので、ｋ２の推定値がテーブルの全ての配水管セル（ＤＩＰ、ＣＩＰ、ＳＰ、ＶＰのセル）に書き込まれる。このテーブルデータは、後述の実施例２、３で活用される。

上記ケース（２）の計算結果を図１２に示す。表示装置１４の画面には、推定式と推定結果が表示される。

図１２では、回帰係数ｋ１、ｋ２＿ＤＩＰ、ｋ２＿ＣＩＰ、ｋ２＿ＳＰ、ｋ２-ＶＰの推定結果、ｔ、Ｒ２統計量が示される。ｋ１の推定値が給水管事故１件あたりの漏水損失量（万ｍ３／件）である。ｋ２＿ＤＩＰ、ｋ２＿ＣＩＰ、ｋ２＿ＳＰ、ｋ２-ＶＰの推定値が、それぞれ管種ＤＩＰ、ＣＩＰ、ＳＰ、ＶＰの漏水事故１件あたりの漏水損失量（万ｍ３／件）になる。

ここでも、ｔ値絶対値が２より十分大きく、Ｒ２が１に近いことから精度の高い推定値が得られていることがわかる。推定値は、図９のテーブルに格納され、実施例２、３で活用される。

図１４及び図１５を用いて、実施例２について説明する。

実施例２は、実施例１で推定された事故１件当たりの漏水損失量情報を用いて、管路ＬＣＣを計算し、ＬＣＣが最小となる供用年数を最適更新年として提示するものである。

図１５のフローチャートを参照して、ＬＣＣを計算する処理について説明する。

ステップ１５０１では、ユーザがデータ入力装置１３を介して指定するデータを読み込む。ここでは、図１４のエリア１４０２に示す管種、口径、スリーブ有無、耐震管該当ありかどうかの情報を読み込む。この例では、管種はＤＩＰ、口径は１５０ｍｍ、スリーブ無し、耐震管該当なしとする。

ステップ１５０２では、データベース１２０のデータを読み込む。ここでは、図５の事故率モデル係数、図６の給水原価、図７の管路布設替えコスト、図８の管路修繕コスト、図９の事故１件当たりの漏水損失量情報を読み込む。

ここで、事故率モデル係数とは，管路の属性別に漏水事故率ｆ（件／年／ｋｍ）を計算するための以下の計算式（数３、数４）の係数である。

ここで，ａ、ｂは管種に依存する定数、Ｃ１は管タイプ（継ぎ手やスリーブ有無）に依存する定数、Ｃ２は口径に依存する定数、Ｃ３は地盤状態に依存する定数である。これらの定数は、それぞれの地域に応じたものを設定する必要がある。数３は、管種がＤＩＰ、ＳＰの場合、数４は、管種がＣＩＰ、ＶＰの場合である。

ステップ１５０３では、管路ＬＣＣを計算する。計算には次の数５、数６、数７を利用する。

ここで、Ｃ＿Ｉ：イニシャルコスト（万円／年／ｋｍ）、Ｃ＿Ｒ：ランニングコスト（万円／年／ｋｍ）、ＬＣＣ：ライフサイクルコスト（万円／年／ｋｍ）、Ｔ：供用年数、ＣＰ：布設替えコスト（万円／ｋｍ）、ＣＬ：漏水損失コスト（万円／件）、ＣＲ：修繕コスト（万円／件）である。

なお、漏水損失コストは、実施例１で推定してデータベース１２０に格納した図９のテーブルの値（ＤＩＰでは０．８）に図６の最新の給水原価を乗じて算出する。布設替えコストＣＰ、修繕コストＣＲは、それぞれ、図７、図８のテーブルを参照して求めることができる。

そして、ステップ１３０４では、計算結果を表示装置１４に表示する。

図１４が出力画面の例である。ここで、入力データはエリア１４０２に表示される。また、出力データはエリア１４０３、エリア１４０４、エリア１４０５に表示される。
具体的には、エリア１４０３、エリア１４０４、エリア１４０５には、ＬＣＣ計算に利用した各種コスト、事故率モデル係数と共に、ＬＣＣ曲線とＬＣＣを最小化する最適更新年が提示される。

この更新年を、管路属性ごとに求めて、図１０の更新基準年の欄に書き込む。最適更新年を利用することで、管路投資や管理に係る各種コストの総和（布設替えコストと漏水損失コストと修繕コストの総和）を削減できる。

図１４の出力画面には、基本的に、入力データの対応する各種コストやモデル係数が表示される。しかし、この画面上でこれらの情報を変更して（例えば、漏水損失コストを１００から５０に変更して）、計算実行のボタンを押すことで、画面上の条件での計算結果を得ることもできる。

図１６及び図１７を用いて、実施例３について説明する。実施例３は、実施例１で推定して事故１件当たりの漏水損失量を用いて将来のトータル漏水量を予測するものである。

図１７のフローチャートを参照して、将来漏水量を予測する処理について説明する。

ステップ１７０１では、データ入力装置１３を介してユーザは計算条件を設定する。ここで、現時点から何年先まで計算するからの情報をユーザが入力装置１３を使って指定する。

ステップ１７０２では、データベース１２０の情報を読み込む。ここでは、図３の漏水事故件数実績、図５の事故率モデル係数、図９の漏水損失量、図１０の管路属性データを読み込む。

ステップ１７０３では、数８、数９を用いて、将来トータル漏水損失量、トータル事故件数を計算する。

ここで、
Ｋｉ：管種ｉの配水管の漏水事故１件当たりの漏水損失量、Ｋ＿ｓｅｒ：給水管の漏水事故１件当たりの漏水損失量、ｌｉ（ｔ、Ｔ）：将来のＴ年度における管種ｉ、供用年数ｔの配水管の総延長（ｋｍ）、ｆｉ（ｔ）：管種ｉ、供用年数ｔの導送配水管の事故率（事故件数／ｋｍ／年）、Ｎ＿ｓｅｒ：給水管年間事故件数（実績値を活用、将来に渡って不変とする），Ｎ：管種総数である。
Ｋｉ、Ｋ＿ｓｅｒの値は、実施例１で求めてデータベース１２０に格納している値（図９参照）を利用する。

管路属性ごとの事故率関数ｆは、図５の係数５０１と数３、数４で表現されるものである。給水管年間事故件数は、図３の実績値から求め将来に渡り不変とする。将来のＴ年度における管種ｉ、供用年数ｔの配水管の総延長ｌｉ（ｔ、Ｔ）は、図１０のデータ１００１を利用し、更新時期が来た管路を同じ属性で更新すると仮定して、現時点から将来にわかる属性別延長を計算で求めることができ、これを利用する。

最後に、ステップ１７０４では、計算結果を表示装置１４に表示する。

計算結果の表示例を図１６に示す。
図１６に示すように、漏水事故件数と漏水損失量の実績グラフが表示される。これにより将来の漏水損失や事故件数が把握できる。これは、許容漏水レベルや事故レベルを実現するような更新計画策定を支援するものである。

上記実施例では、水道分野において、管路からの漏水量（漏水損失）を推定するモデルを構築し利用する。これにより、経済性の高い（管路ライフサイクルコストを最小化するような）管路の更新時期を決定可能にし、将来のトータル漏水損失量を予測して可視化する。

また、上記実施例によれば，管路属性（管種、口径、スリーブ有無、管種タイプなど）別に管路ライフサイクルコストが最小となる更新時期を決定できる。この結果、管路に関するコストの総和（布設替えコストなどの初期投資＋漏水損失コスト＋管路修繕などの維持管理費）を最小化できる。

また、将来の漏水損失量を予測できるので、例えば、漏水率が将来に渡り所定値に入るような管路更新計画を策定できるなど所望の漏水管理を実現できる。

このように、上記実施例によれば、適切な更新時期決定によるコスト削減を実現でき、全給水エリアのトータル漏水量の将来予測が可能である。これにより、漏水量に配慮した管路管理を行うことができる。

１ 管路ネットワーク管理システム
１１ 記憶装置
１２ 制御部
１３ データ入力装置
１４ 表示装置
１１０ 計算処理プログラム
１１１ 漏水損失量計算プログラム
１１２ 管路ＬＣＣ評価プログラム
１１３ 将来漏水量予測プログラム
１２０ データベース

Claims (13)

1. 記憶装置と制御部を有し、管路を介して水を需要家に供給する管路ネットワークを管理する管理システムであって、
   前記記憶装置は、
   前記管路ネットワークで発生する前記管路からの年間漏水件数の第１の時系列データと、年間水消費量と年間配水量から算出された年間漏水量の第２の時系列データとを記憶し、
   前記制御部は、
   前記記憶装置に記憶された前記第１の時系列データと前記第２の時系列データを統計処理して、前記管路からの事故１件当たりの漏水損失量を求めることを特徴とする管路ネットワークの管理システム。
2. 前記制御部は、
   前記漏水損失量を用いて、前記管路のライフサイクルコストを算出し、
   前記ライフサイクルコストが最小となる供用年数を更新基準年である最適更新年として求めることを特徴とする請求項１に記載の管路ネットワークの管理システム。
3. 前記制御部は、
   前記ライフサイクルコストを、前記漏水損失量に事故率モデルで計算される事故件数を乗じて計算されるランニングコストと、布設替えコストから算出されるイニシャルコストとの和を求めることにより算出することを特徴とする請求項２に記載の管路ネットワークの管理システム。
4. 前記制御部は、
   前記漏水損失量を用いて、将来のトータル漏水損失量を予測することを特徴とする請求項１に記載の管路ネットワークの管理システム。
5. 前記制御部は
   被説明変数である前記年間漏水量のデータとして前記第２の時系列データを用い、説明変数である前記年間漏水件数のデータとして前記第１の時系列データを用いて、回帰分析を実行することを特徴とする請求項１に記載の管路ネットワークの管理システム。
6. 前記管路ネットワークは、
   前記管路として、給水管と配水管を介して水を前記需要家に供給することを特徴とする請求項１に記載の管路ネットワークの管理システム。
7. 前記記憶装置は、
   前記管路の管種ごとに、前記第１の時系列データと前記第２の時系列データを記憶し、
   前記制御部は、
   前記管種ごとに、前記第１の時系列データと前記第２の時系列データを統計処理して、前記漏水損失量を求めることを特徴とする請求項１に記載の管路ネットワークの管理システム。
8. 表示装置を更に有し、
   前記表示装置は、
   前記ライフサイクルコストを前記供用年数に対応したライフサイクルコストカーブとして、前記ランニングコストを前記供用年数に対応したランニングコストカーブとして、前記イニシャルコストを前記供用年数に対応したイニシャルコストカーブとしてそれぞれ表示し、
   更に、前記更新基準年として前記最適更新年を表示することを特徴とする請求項２に記載の管路ネットワークの管理システム。
9. 表示装置を更に有し、
   前記表示装置は、
   将来の前記トータル漏水損失量を表示することを特徴とする請求項４に記載の管路ネットワークの管理システム。
10. 入力装置と表示装置を更に有し、
    前記入力装置から前記管種が指定され、
    前記表示装置は、
    指定された前記管種に対応した前記漏水損失量を推定値として表示することを特徴とする請求項７に記載の管路ネットワークの管理システム。
11. 管路を介して水を需要家に供給する管路ネットワークを管理する管理方法であって、
    前記管路ネットワークで発生する前記管路からの年間漏水件数の第１の時系列データと、年間水消費量と年間配水量から算出された年間漏水量の第２の時系列データとを記憶し、
    記憶された前記第１の時系列データと前記第２の時系列データを統計処理して、前記管路からの事故１件当たりの漏水損失量を求めることを特徴とする管路ネットワークの管理方法。
12. 前記漏水損失量を用いて、前記管路のライフサイクルコストを算出し、
    前記ライフサイクルコストが最小となる供用年数を更新基準年である最適更新年として求め、
    前記漏水損失量を用いて、将来のトータル漏水損失量を予測し、
    前記ライフサイクルコストを前記供用年数に対応したライフサイクルコストカーブとして表示し、
    将来の前記トータル漏水損失量を表示することを特徴とする請求項１１に記載の管路ネットワークの管理方法。
13. 前記管路の管種を指定し、
    指定された前記管種に対応した前記漏水損失量を推定値として表示することを特徴とする請求項１１に記載の管路ネットワークの管理方法。

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