JP2022061528A - 建物の損傷推測システム - Google Patents

Abstract

【課題】過去に発生した地震による建物の損傷の程度に関する情報と、緊急地震速報による緊急地震予測情報とを組み合わせて、緊急地震予測情報に基づく主要動が起きた場合の建物の損傷の程度を推定するシステムを提供すること。【解決手段】複数の子機モジュール１１と、子機モジュールから受信した計測情報に基づいて地震情報を演算し、演算結果をサーバー１３に送信する親機モジュールと、親機モジュールから受信した地震情報に基づいて地震による建物２１の損傷レベルを診断するサーバーと、を備え、サーバーは、地震情報及び建物の損傷レベルを記憶する記憶手段と、緊急地震速報を受信する受信手段と、を備え、緊急地震速報を受信後、緊急地震速報により得られる到達予定の地震に関する推定情報と、記憶された地震情報及び建物の損傷レベルの情報を用いて、到達予定の地震による建物の損傷レベルを予測する構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は、建物の損傷推測システムに関するものである。

特許文献１に記載されているように、建物に複数のセンサを配置して、地震が起きた際の建物の挙動を調べることにより、建物の損傷の程度を評価することができる。しかし、地震が起きた後にしか評価することができない。

特開２０１６－１０５０５０号公報

ところで、緊急地震速報を搬送する信号を受信し、受信した信号から所定地点の震度階の予測値や、所定の地点に地震の主要動が到達するまでの時間などの緊急地震予測情報を出力する技術は知られている。しかし、緊急地震予測情報のみでは、建物の損傷レベルまで把握することはできない。

本件の発明者は、この点について鋭意検討することにより、解決を試みた。本発明が解決しようとする課題は、過去に発生した地震による建物の損傷の程度に関する情報と、緊急地震速報による緊急地震予測情報とを組み合わせて、緊急地震予測情報に基づく主要動が起きた場合の建物の損傷の程度を推定するシステムを提供することである。

上記課題を解決するため、地震に関する情報を計測する計測手段を備え、計測情報を親機モジュールに送信する複数の子機モジュールと、子機モジュールから受信した計測情報に基づいて地震情報を演算し、演算結果をサーバーに送信する親機モジュールと、親機モジュールから受信した地震情報に基づいて地震による建物の損傷レベルを診断するサーバーと、を備え、サーバーは、地震情報及び建物の損傷レベルを記憶する記憶手段と、緊急地震速報を受信する受信手段と、を備え、緊急地震速報を受信後、緊急地震速報により得られる到達予定の地震に関する推定情報と、記憶された地震情報及び建物の損傷レベルの情報を用いて、到達予定の地震による建物の損傷レベルを予測することを特徴とする建物の損傷推測システムとする。

また、子機モジュールは、建物内の異なるエリアに設置され、複数の子機モジュールの計測情報に基づいて導かれた地震情報により、建物内のエリア毎の損傷レベルを診断若しくは予測する構成とすることが好ましい。

また、親機モジュール及び子機モジュールは、異なるエリアに設置され、サーバーにより診断若しくは予測された建物の損傷レベルが閾値を超えた場合に、親機モジュール及び子機モジュールは、サーバーより送信された警報情報に応じて、該エリア内に位置する設備や機器に対して、制御信号を出力する構成とすることが好ましい。

本発明では、過去に発生した地震による建物の損傷の程度に関する情報と、緊急地震速報による緊急地震予測情報とを組み合わせて、緊急地震予測情報に基づく主要動が起きた場合の建物の損傷の程度を推定するシステムを提供することが可能となる。

建物における親機モジュールと子機モジュールの配置例を示す図である。 図１に示す建物が傾いたことを破線で示した図である。ただし、傾く前の建物は実線で示している。 図１とは異なる態様で親機モジュールと子機モジュールを配置した例を示す図である。 建物のある階における親機モジュール及び子機モジュールの担当エリアを示すイメージ図である。ただし、各モジュールの担当エリアは点線で示した円の内側である。なお、ある階を上方から見たイメージを表している。

以下に発明を実施するための形態を示す。本実施形態の建物２１の損傷推測システムは、地震に関する情報を計測する計測手段を備え、計測情報を親機モジュール１２に送信する複数の子機モジュール１１と、子機モジュール１１から受信した計測情報に基づいて地震情報を演算し、演算結果をサーバー１３に送信する親機モジュール１２と、親機モジュール１２から受信した地震情報に基づいて地震による建物２１の損傷レベルを診断するサーバー１３と、を備えている。また、このサーバー１３は、地震情報及び建物２１の損傷レベルを記憶する記憶手段と、緊急地震速報を受信する受信手段と、を備え、緊急地震速報を受信後、緊急地震速報により得られる到達予定の地震に関する推定情報と、記憶された地震情報及び建物２１の損傷レベルの情報を用いて、到達予定の地震による建物２１の損傷レベルを予測する。このため、過去に発生した地震による建物２１の損傷の程度に関する情報と、緊急地震速報による緊急地震予測情報とを組み合わせて、緊急地震予測情報に基づく主要動が起きた場合の建物２１の損傷の程度を推定するシステムを提供することが可能となる。

以下では実施形態について詳しく説明を行うが、その前に、説明で用いる主な用語の説明をする。「計測情報」とは、機器によって得られた情報であり、加速度計や加速度センサなどの測定手段により測定された加速度と、地震の発生時間若しくは測定手段が加速度の測定を開始した時間などの時間に関する情報を含む。

「地震情報」とは、加速度から演算される地震の規模や建物２１への影響を把握することができる情報であり、地震の震度や地震の規模、震源地、震源の深さ、建物２１の変位量などを含む。

「警報情報」とは、サーバー１３の診断機能や予測機能により、地震による建物２１の損傷レベルが閾値を超えると判定された場合に、親機モジュール１２及びそれを介して子機モジュール１１へ出力される信号であり、例えば、建物２１の被害、電源遮断予告、電源遮断などの情報である。

「診断結果情報」とは、サーバー１３が地震情報に基づいて診断を行った建物２１の損傷レベルに関する情報であり、診断の結果、建物２１の損傷レベルが低い場合であっても、送信されることが好ましい。

「予測結果情報」とは、サーバー１３が地震情報に基づいて予測を行った建物２１の損傷レベルに関する情報であり、予測の結果、建物２１の損傷レベルが低い場合であっても、送信されることが好ましい。

「建物２１の損傷レベル」とは、地震によって建物２１がどの程度損傷するかを表したものであり、レベル１から４のように定義された範囲で表すものであってもよいし、サーバー１３によって演算される層間変形角の演算結果をそのまま数値で表すものであってもよい。

次に、実施形態における建物２１の損傷推測システムの例について説明する。図１などに示すことから理解されるように、実施形態の建物２１は上階が構成されるように、上下方向に分けられた構成であり、建物２１の各階に設置された複数の子機モジュール１１に内蔵された測定手段により加速度を測定することができる。建物２１には、複数の子機モジュール１１から情報を得ることが可能な親機モジュール１２を備えている。また、各子機モジュール１１に接続された親機モジュール１２に、各子機モジュール１１で測定された加速度の情報を集約し、集められた加速度の情報に基づいて地震情報を導くように演算する。なお、図１及び図２に示すことから理解されるように、地震によって建物２１に傾きが生じる場合、水平方向に移動する距離は、建物２１全体で一律ではなく、建物２１の設置面からの高さに左右されるため、子機モジュール１１は、上下方向に分散配置されていることが好ましい。

地震情報は、親機モジュール１２からサーバー１３（クラウドサーバーや物理サーバーなど）へ送信される。その後、サーバー１３に集められた各階の変位量の情報に基づいて建物２１の損傷レベルを診断する。建物２１の損傷レベルは、設定した閾値を基にして判定されるが、閾値以上であると診断された場合には、親機モジュール１２及び子機モジュール１１に警報情報が送信され、各モジュールから音声出力等により建物２１内に発信される。勿論、閾値未満であっても、そのことが伝えられる情報を親機モジュール１２などに送信するようにしても良い。

ところで、実施形態における子機モジュール１１は、地震の発生により生じた加速度を測定する加速度計などの測定手段を備えている。また、親機モジュール１２と通信するための通信機能を備えている。このため、親機モジュール１２へ測定情報を送信することができる。また、親機モジュール１２から警報情報や診断結果情報、予測結果情報を受信することができる。

実施形態における子機モジュール１１は、親機モジュール１２から受信した警報情報や診断結果情報、予測結果情報に基づいて、設置エリア内の設備や機器に対して制御信号を送信する制御機能と、警報情報を内蔵スピーカにより発信する音声出力機能を備えている。また、ＧＰＳや高度センサにより親機モジュール１２の設置された位置や高さを特定する位置・高さ特定機能を備えている。

実施形態の親機モジュール１２は、実施形態の子機モジュール１１と同様、地震の発生により生じた加速度を測定する加速度計や加速度センサなどの測定手段を備えている。また、子機モジュール１１やサーバー１３と通信するための通信機能を備えている。この通信機能により、子機モジュール１１から測定情報を受信し、サーバー１３へ地震情報を送信することができる。また、サーバー１３から警報情報や診断結果情報、予測結果情報を受信し、子機モジュール１１へ警報情報や診断結果情報、予測結果情報を送信することができる。

また、実施形態の親機モジュール１２は、子機モジュール１１から受信若しくは自身で測定した測定情報に基づいて、地震情報を演算する演算機能を備えている。更には、演算した地震情報若しくはサーバー１３から受信した警報情報や診断結果情報、予測結果情報に基づいて、設置エリア内の設備や機器に対して制御信号を送信する制御機能を備えている。また、ＧＰＳや高度センサにより親機モジュール１２の設置された位置や高さを特定する位置・高さ特定機能を備えている。

実施形態のサーバー１３は、親機モジュール１２との通信を可能とする通信機能を備えている。このため、実施形態のサーバー１３は、親機モジュール１２から地震情報を受信することができる。また、実施形態のサーバー１３から親機モジュール１２へ、警報情報や診断結果情報、予測結果情報を送信することができる。

実施形態のサーバー１３は、親機モジュール１２から受信した地震情報に基づいて、地震による建物２１の損傷レベルを診断する診断機能を備えている。また、親機モジュール１２から受信した地震情報と、それに基づいて診断された建物２１の損傷レベルを記憶する記憶機能を備えている。更には、緊急地震速報を受信する受信機能や、記憶された地震情報及び建物２１の損傷レベルと、受信した緊急地震速報とに基づいて、到達予定の地震による建物２１の損傷レベルを予測する予測機能を備えている。

次に、詳しい使用態様例などを交えて、建物２１の損傷推測システムに関する説明をする。

まずは、ビルの任意の階に子機モジュール１１が設置されている状況での使用態様などを説明する。各子機モジュール１１により計測された計測情報は、通信線により親機モジュール１２に送信されてもよいし、電力線通信により親機モジュール１２に送信されてもよい。ただし、各子機モジュール１１の計測情報の計測時刻は同期されていることが好ましいため、この実施例では、親機モジュール１２と子機モジュール１１との間で定期的に時刻同期信号を送信している。

各子機モジュール１１の計測情報は、親機モジュール１２に集約され、親機モジュール１２で地震情報が演算される。つまり、計測情報を用いて各子機モジュール１１の設置された階（層）の地震による変位量を演算する。この変位量をサーバー１３へ送信し、サーバー１３上で各階（各層）の変位量と子機モジュール１１の設置高さなどに基づいて、層間変形角を算出する。なお、層間変形角は、地震などの横揺れによって住宅などの建築物が変形する時、ある任意の階（層）の真上または真下の階（層）との、水平方向における変形の角度を表すもので、特定の閾値以内であることが、建築基準法で定められている。

各階（各層）の相間変形角と閾値を比較することで、建物２１の損傷レベルを判定することができる。例えば、全ての階で相間変形角が閾値を超えない場合には、レベル1と判定すればよい。なお、この例では、レベル１は問題が無いということを表している。また、８割の階で相間変形角が閾値を超える場合には、レベル４と判定することもできる。ここではレベル４は倒壊のおそれがあることなどを意味している。なお、各レベルの定義については、どのようなものでもよく、上記した例に限定されるものではない。

ところで、サーバー１３は、地震が発生し、建物２１に振動が加わる度に、計測情報と地震情報、損傷レベルを記憶するのが好ましい。例えば、「２０００年×月△日、加速度：Ｘgal、震度：４、損傷レベル１（問題なし）」、「２０１０年△月×日、加速度：Ｙgal、震度：５強、損傷レベル２（一部に損傷あり）」といった事柄が分かるようにデータを記憶すればよい。記憶するデータの内容については、建物２１の損傷レベルを予測できるものであればよく、変位量や層間変形角など如何なるものであってもよい。

サーバー１３に過去の地震情報、損傷レベルなどを記憶することにより、サーバー１３の予測機能により、建物２１の損傷レベルの推移を把握することができ、つまり、次にどの程度（加速度、震度）の地震が発生すれば、建物２１の損傷レベルが上昇するか、建物２１がどの程度変位すれば、建物２１の損傷レベルが上昇するか、を把握することができる。例えば、加速度Ｚgal程度若しくは震度５程度の地震により、建物２１の変位がＴ増加する傾向がみられ、建物２１の変位がＴ増加すると、建物２１の損傷レベルが上昇すると考えることができるものとする。この場合、次に加速度Ｚgal程度若しくは震度５程度の地震が発生すると、建物２１の損傷レベルが上昇し、建物２１が倒壊するおそれが高まることを予測することができる。したがって、加速度Ｚgal程度若しくは震度５程度の地震に相当する値などを建物２１の損傷レベルが上昇する予測閾値として設定することが考えられる。

なお、建物２１の損傷レベルを予測する方法については、特に限定されるものではない。サーバー１３に記憶される計測情報や地震情報、建物２１の損傷レベルと、新たに入力される計測情報や地震情報などの推定情報とから算出できるものであるなら如何なるものでもよい。

ところで、気象庁から発表される緊急地震速報では、初期微動の震源地、深さ、マグニチュードなどや、主要動の予測震度などの情報が発表される。それらの情報をサーバー１３が受信することで、到達が予測される地震の推定情報として少なくとも予測震度を得ることができる。このため、建物２１の損傷レベルを予測するために、緊急地震速報を活用する。

この予測震度と、サーバー１３が設定した予測閾値とを比較し、予測震度が予測閾値を超える場合には、建物２１の損傷レベルの上昇及び建物２１の倒壊のおそれがあることを警報情報として子機モジュール１１から出力するのが好ましい。そうすることで、緊急地震速報の発表後、主要動の到達前に、建物２１の損傷レベルの上昇及び建物２１の倒壊のおそれがあることを把握することができ、適切な避難を行うことができる。なお、予測震度と予測閾値を比較し、建物２１の損傷レベルに問題がないと判断される場合には、その旨を子機モジュール１１から出力するものであってもよい。

次に実施例２について説明する。この例では、子機モジュール１１は、建物２１の各階（各層）に設置され、それらの計測情報により、各子機モジュール１１が設置された階（層）別の相間変形角を算出することができる。このため、各階（各層）別の相間変形角と閾値を比較することにより、各階（各層）の損傷レベルを判定することができる。例えば、層間変形角が閾値を超えない場合には、その階（層）は問題が無いと判定することができる。また、層間変形角が閾値を超える場合には、その階（層）は損傷の可能性が高いなどと判定することができる。

予測機能についても、各階（各層）別に損傷レベルの上昇を予測できるようにすることが好ましい。例えば、加速度Ｚgal程度若しくは震度５程度の地震により、建物２１の３階部分の変位がＴ１増加し、５階部分の変位がＴ２増加する傾向がみられる場合があるとする。建物２１の３階部分の変位がＴ１増加しても建物２１の損傷レベルに変化はないが、建物２１の５階部分の変位がＴ２増加すると、建物２１の損傷レベルが上昇するのであれば、次に加速度Ｚgal程度若しくは震度５程度の地震が発生すれば、建物２１の５階部分の損傷レベルが上昇し、建物２１が５階部分で損傷が発生するおそれが高まるということを予測することができる。そこで、この場合、加速度Ｚgal程度若しくは震度５程度の地震に相当する値などを建物２１の５階部分の損傷レベルが上昇する予測閾値として設定すればよい。

各階（各層）別の損傷レベルの予測においても、緊急地震速報から得られる推定情報を使用することは、先の説明と同様である。各階（各層）別の損傷レベルを予測することによって、緊急地震速報の発表後、主要動が到達する前に建物２１の各階（各層）別の損傷レベル及び損傷のおそれがあることを把握することができ、緊急地震速報により避難する場合に各階（各層）別の危険度を把握することができるため、適切な避難を行うことができる。

次に実施例３について説明する。本発明の建物２１の損傷推測システムは、高層建築物や中層建築物などに限定するものではなく、図３に示すことから理解されるように、低層建築物や大型商業施設や工場などに設置されるものであってもよいため、実施例３においては、子機モジュール１１が水平方向に分散配置される使用態様について説明する。

この例では、図４に示すことから理解されるように、子機モジュール１１は、各階（各層）に複数個設置され、各子機モジュール１１には担当するエリアが設定されている。例えば、子機モジュール１１が、壁、柱などに設置され、担当するエリアの加速度を計測情報として計測し、親機モジュール１２により、担当するエリアの壁、柱などの変位量を演算する。演算された変位量により、サーバー１３が損傷レベルを判定するようにすれば良い。

子機モジュール１１は、建物２１内の異なるエリアに設置され、複数の子機モジュール１１の計測情報に基づいて導かれた地震情報により、建物２１内のエリア毎の損傷レベルを診断若しくは予測するようにするのが好ましい。

この場合の判定方法としては、層間変形角と閾値の比較で判定するものであってもよいが、子機モジュール１１の計測情報より演算した変位量を継続的に記憶しておき、変位量の推移により各エリアの損傷レベルを判定するものであってもよい。

ところで、親機モジュール１２及び子機モジュール１１は、異なるエリアに設置され、サーバー１３により診断若しくは予測された建物２１の損傷レベルが閾値を超えた場合に、親機モジュール１２及び子機モジュール１１は、サーバー１３より送信された警報情報に応じて、該エリア内に位置する設備や機器に対して、制御信号を出力するようにするのが好ましい。この点について実施例４で説明する。

親機モジュール１２や子機モジュール１１が担当するエリアには、様々な設備や機器が設置されている。そこで、各モジュールは、担当するエリア内の設備や機器を制御できるようにするのが好ましい。例えば、地震発生後にサーバー１３により算出された建物２１の損傷レベルが閾値を超え、警報情報として、建物２１の倒壊のおそれ、建物２１の損傷レベルの上昇、設備及び機器の停止指令などが送信された場合には、各モジュールから制御対象の設備や機器に対して、制御信号を出力するようにするのが好ましい。

この制御信号は、単に設備や機器を停止させる信号であってもよいが、稼働中の設備や機器が急停止することで、避難時に障害となるおそれがあるため、制御信号に安全な位置に移動してから停止させる信号とすることが好ましい。

以上、実施形態を例に挙げて本発明について説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、各種の態様とすることが可能である。例えば、各実施例に記載の事項を取捨選択して組み合わせても良い。

また、親機モジュール及び子機モジュールは、それらが単独で壁や柱に設置されるものであってもよいが、分電盤内に設置されるものや、分電盤の一部の機能として構成されるものであってもよい。

１１ 子機モジュール
１２ 親機モジュール
１３ サーバー
２１ 建物

Claims (3)

1. 地震に関する情報を計測する計測手段を備え、計測情報を親機モジュールに送信する複数の子機モジュールと、
   子機モジュールから受信した計測情報に基づいて地震情報を演算し、演算結果をサーバーに送信する親機モジュールと、
   親機モジュールから受信した地震情報に基づいて地震による建物の損傷レベルを診断するサーバーと、
   を備え、
   サーバーは、地震情報及び建物の損傷レベルを記憶する記憶手段と、緊急地震速報を受信する受信手段と、を備え、
   緊急地震速報を受信後、緊急地震速報により得られる到達予定の地震に関する推定情報と、記憶された地震情報及び建物の損傷レベルの情報を用いて、到達予定の地震による建物の損傷レベルを予測することを特徴とする建物の損傷推測システム。
2. 子機モジュールは、建物内の異なるエリアに設置され、
   複数の子機モジュールの計測情報に基づいて導かれた地震情報により、建物内のエリア毎の損傷レベルを診断若しくは予測することを特徴とする請求項１に記載の建物の損傷推測システム。
3. 親機モジュール及び子機モジュールは、異なるエリアに設置され、
   サーバーにより診断若しくは予測された建物の損傷レベルが閾値を超えた場合に、親機モジュール及び子機モジュールは、サーバーより送信された警報情報に応じて、該エリア内に位置する設備や機器に対して、制御信号を出力する請求項１又は２に記載の建物の損傷推測システム。

Images