JP7278895B2 - 振動観測システム - Google Patents

Description

本発明は、振動観測システムに関する。

構造物（例えば建築物）の振動を観測するための振動観測システムとして、複数の振動センサ（例えば加速度計）と、各振動センサと接続された外部通信機と、外部通信機と送受信可能な外部サーバとを備えたものは、既に良く知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３－２５４２３９号公報

構造物の層（階）の中には、例えば、免震装置が設けられた免震層のように、コンクリートで周囲が囲まれた通信困難空間が含まれていることがある。

そして、この通信困難空間に無線通信を行う振動センサを設けた場合、振動センサの検出結果を外部において確実に取得することができないので、通信困難空間における振動を正確に観測することができなかった。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、通信困難空間内において無線通信を行う振動センサを外部と通信可能にすることにある。

上記目的を達成するための主たる発明は、第一構造と、第二構造と、前記第一構造と前記第二構造の間に設けられ、外部と無線通信が困難な通信困難空間と、を有する構造物の振動を観測する振動観測システムであって、前記通信困難空間内の前記第一構造に設けられた第一振動センサと、前記通信困難空間内の前記第二構造に設けられた第二振動センサと、前記第一振動センサ及び前記第二振動センサと無線通信し、前記第一構造及び前記第二構造の少なくとも一方の前記外部と無線通信が可能な通信可能空間に接続される通信媒体と、を有することを特徴とする振動観測システムである。

本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。

本発明によれば、通信困難空間内において無線通信を行う振動センサが外部と通信可能となる。

建築物１の振動観測システムの概略図である。 第１実施形態の免震層１５における振動観測システムの通信経路を示す図である。 第２実施形態の免震層１５における振動観測システムの通信経路を示す図である。 第２実施形態の変形例の免震層１５における振動観測システムの通信経路を示す図である。 建築物１００の振動観測システムの概略図である。

本明細書及び添付図面により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。

第一構造と、第二構造と、前記第一構造と前記第二構造の間に設けられ、外部と無線通信が困難な通信困難空間と、を有する構造物の振動を観測する振動観測システムであって、前記通信困難空間内であって、前記第一構造に付設される第一振動センサと、前記通信困難空間内であって、前記第二構造に付設される第二振動センサと、前記第一振動センサ及び前記第二振動センサと無線通信し、前記第一構造及び前記第二構造の少なくとも一方の前記外部と無線通信が可能な通信可能空間に接続される通信媒体と、を有することを特徴とする振動観測システム。

このような振動観測システムによれば、通信困難空間内において無線通信を行う振動センサが外部と通信可能となる。

かかる振動観測システムであって、前記通信媒体は、前記通信困難空間内の前記第一振動センサ及び前記第二振動センサの無線通信の信号を送受信可能であって、前記通信困難空間内と前記通信可能空間内を接続する導体と、前記通信可能空間内に配置され、前記導体と無線通信の信号を送受信可能であり、前記外部と通信可能な外部通信機と、を備えることが望ましい。

このような振動観測システムによれば、設備配管や電源ケーブル等の導体を用いることにより、通信困難空間内において無線通信を行う振動センサが外部と通信可能となる。

かかる振動観測システムであって、前記通信媒体は、前記通信困難空間内の前記第一振動センサ及び前記第二振動センサの無線通信の信号を送受信可能であって、前記通信困難空間内に設置される内部通信機と、前記通信可能空間内に配置され、前記外部と通信可能な外部通信機と、前記内部通信機と前記外部通信機を通信接続する通信接続部材と、を備えることが望ましい。

このような振動観測システムによれば、通信困難空間の内部通信機と通信可能空間の外部通信機を有線ケーブルで接続することにより、通信困難空間内において無線通信を行う振動センサが外部と通信可能となる。

かかる振動観測システムであって、前記第一構造は、下部構造であり、前記第二構造は、上部構造であり、前記通信困難空間は、前記下部構造と前記上部構造の間に設けられた免震空間であり、前記内部通信機は、前記免震空間内において前記上部構造に設置され、前記外部通信機は、前記免震空間外において前記上部構造に設置されていることが望ましい。

このような振動システムによれば、有線ケーブルの敷設長さを短くすることが可能であり、有線ケーブルが引っ張られたり、断線したりする危険性を低減することができる。

かかる振動観測システムであって、前記第一構造は、下部構造であり、前記第二構造は、上部構造であり、前記通信困難空間は、前記下部構造と前記上部構造の間に設けられた免震空間であり、前記内部通信機は、前記免震空間内において前記下部構造に設置され、前記外部通信機は、前記免震空間外において前記上部構造に設置されていることが望ましい。

このような振動システムによれば、内部通信機と有線ケーブルの配置、配線の自由度を高めることができる。

かかる振動観測システムであって、前記外部通信機がＥＰＳ室に設置されていることが望ましい。

このような振動観測システムによれば、外部通信機を建物内の適した場所に設置することが可能となる。

＝＝＝第１実施形態＝＝＝
図１は、建築物１（構造物に相当）の振動観測システムの概略図であり、図２は、第１実施形態の免震層１５（免震空間に相当）における振動観測システムの通信経路を示す図である。

なお、本発明に係る図面においては、本発明を分かり易く説明するために、幾つかの部材、装置（例えば、建物１０内に設けられた振動センサ２０）について記載を省略した図としている。そして、以降では、省略した部材、装置の説明についても省略している。また、通信経路を示す図（図２～図４）においては、それぞれの通信経路を両矢印で示している。

振動観測システムは、構造物（建築物１）の振動を観測するためのシステムであって、第１実施形態においては、振動センサ２０と、外部通信機３０と、導体４０を備えている。そして、振動センサ２０、外部通信機３０、及び導体４０は、建築物１の内部に設けられている。

建築物１は、地上部分の建物１０と地下部分の免震層１５を有している。建物１０は、複数の層で構成されており、複数の層を貫通するＥＰＳ室１２を備えている。免震層１５には、建物１０の揺れを抑制するための免震装置１０ａが設けられている。

ＥＰＳ室１２は、建物１０において電気設備の幹線等（ケーブル、配管配線等）を上下方向（層の重なり方向）に通すために他の室と区画された小空間の部位である。なお、ＥＰＳ室１２は、通信可能空間である。ここで、通信可能空間とは、建築物１の外部（具体的には、当該外部に配置された外部サーバ５０）とＬＴＥ、Ｗｉｆｉ等により無線通信が可能な空間である。ＥＰＳ室１２は、電気設備の幹線等が通った他の室と区画された小空間であり、かつ、通信可能空間なので、建物１０において、外部通信機３０を設置する場所として適している。

免震層１５は、周囲がほぼコンクリートに囲まれた空間である。具体的には、免震層１５の地面３側は、ほぼ一面コンクリートにより形成された第一構造１５ａ（床）であり、免震層１５の建物１０側（上側）は、ほぼ一面コンクリートにより形成された第二構造１５ｂ（天井）である。

そして、免震層１５には、建物１０が揺れた際（例えば地震の際）に地面３と接触しないように設けられた隙間Ｇや免震層１５への出入口等を除くと、開口部がほとんど存在しない。そのため、免震層１５は、無線通信が困難な通信困難空間となっている。

ここで、通信困難空間とは、建築物１の外部（具体的には、当該外部に配置された外部サーバ５０）とＬＴＥ、Ｗｉｆｉ等により無線通信ができない空間、及び、外部との無線通信ができなくはないが、通信エラー率が高い等で無線通信に問題が生じる空間である。なお、後に詳述するが、本実施の形態においては、導体４０の設置という対策を講じることにより、通信困難空間における通信を可能としている。すなわち、通信困難空間とは、当該対策を講じる前の状態において通信が困難であることを意味する。

つまり、建築物１は、第一構造１５ａと、第二構造１５ｂと、第一構造１５ａと第二構造の間に設けられて外部と無線通信が困難な通信困難空間と、を有する。また、第一構造１５ａは、下部構造であり、第二構造１５ｂは、上部構造であり、通信困難空間は、下部構造と上部構造の間に設けられた免震空間（免震層１５）である。

振動センサ２０としては、免震層１５の内部において、第一構造１５ａに設けられた第一振動センサ２０ａと、第二構造１５ｂに設けられた第二振動センサ２０ｂと、を有している。つまり、振動センサ２０としては、通信困難空間内であって、第一構造１５ａに付設された第一振動センサ２０ａと、通信困難空間内であって、第二構造１５ｂに付設された第二振動センサ２０ｂと、を有している。

第一振動センサ２０ａ（第二振動センサ２０ｂ）は、無線通信を行う加速度センサであって、設置された第一構造１５ａ（第二構造１５ｂ）の振動の加速度を検出して、その検出結果を送信する。

外部通信機３０は、建物１０のＥＰＳ室１２の通信可能空間に設置され（建物１０の適切な場所に設置され）、無線通信を通じて外部サーバ５０と送受信可能に接続されており、振動センサ２０の検出結果を受信して、当該検出結果を外部サーバ５０へ送信する。

導体４０は、ＥＰＳ室１２に設けられた電気設備の幹線（ケーブル、配管配線等）であり、建物１０のＥＰＳ室１２と免震層１５を上下に貫通して設けられている。より具体的には、第二構造１５ｂには上下方向（鉛直方向）に貫通する貫通孔１５ｈが形成されており、当該貫通孔１５ｈを導体４０が貫通し、導体４０は、通信可能空間と通信困難空間に跨って設けられている。そして、このように導体４０が設けられることにより、導体４０は、振動センサ２０が発した検出結果を外部通信機３０に到達させる（受信させる）機能を有する。

導体４０は、導電性を有するケーブル（電線）や配管であればよく、ケーブルの例を挙げると、電源ケーブルや通信用のケーブル（ＬＡＮケーブルなど）が挙げられる。また、かかるケーブルは、被覆されていてもよいし、被覆されていなくてもよい。また、配管の例を挙げると、給排水管やガス配管が挙げられる（図２は配管の例を示している）。

外部サーバ５０は、外部通信機３０と送受信可能に接続されており、外部通信機３０からの検出結果を受信する。そして、外部サーバ５０は、例えば、第二振動センサ２０ｂの検出結果から（建物１０の揺れ具合から）建物１０の損傷等を推定し、第一振動センサ２０ａと第二振動センサ２０ｂの検出結果から（地面３と建物１０の揺れ具合から）免震装置１０ａの効果等を算出する。

第１実施の形態に係る通信経路は、図２に示すように、第一振動センサ２０ａ及び第二振動センサ２０ｂから発せられた検出結果が、導体４０を介して外部通信機３０で受信されている。すなわち、通信困難空間内において無線通信を行う第一振動センサ２０ａ及び第二振動センサ２０ｂが、導体４０を介して外部サーバ５０と通信可能となっている。

具体的には、第一振動センサ２０ａ及び第二振動センサ２０ｂから発せられた無線通信の電磁波によって、当該電磁波に応じた電圧変動が導体４０内に発生する。そして、この電圧変動によって導体４０の周りに発生する磁界及び電界の変動が外部通信機３０で受信されて、外部サーバ５０へと送信される。したがって、導体４０は、振動センサ２０及び外部通信機３０とケーブル等で直接接続されない。

つまり、第１実施形態の振動観測システムは、第一振動センサ２０ａ及び第二振動センサ２０ｂと無線通信し、第二構造１５ｂの（第二構造１５ｂ側に設けられた）外部サーバ５０と無線通信が可能な通信可能空間に接続される外部通信機３０及び導体４０（共に通信媒体に相当）と、を有している。

換言すれば、第１実施形態の通信媒体は、通信困難空間内の第一振動センサ２０ａ及び第二振動センサ２０ｂの無線通信の信号を送受信可能であって、通信困難空間内と通信可能空間内を接続する導体４０と、通信可能空間内に配置され、導体４０と無線通信の信号を送受信可能であり、外部サーバ５０と通信可能な外部通信機３０と、を備える。

第１実施の形態においては、設備配管や電源ケーブル等の導体４０を用いることにより、通信困難空間内において無線通信を行う振動センサ２０が外部と通信可能となり、通信困難空間における振動を正確に観測することが可能となる。

＝＝＝第２実施形態＝＝＝
次に、第２実施形態について図３を用いて説明する。図３は、第２実施形態の免震層１５における振動観測システムの通信経路を示す図である。第１実施形態（図２）と同一構成の部分には同一符号を付し説明を省略する。

第２実施形態と第１実施形態の相違点は、第２実施形態が第１実施形態の導体４０に代えて、内部通信機３２と有線ケーブル４２（通信接続部材に相当）を備える点である。すなわち、第２実施形態に係る振動観測システムは、振動センサ２０と、外部通信機３０と、内部通信機３２と、有線ケーブル４２と、を備えている。なお、後に詳述するが、本実施の形態においては、内部通信機３２と有線ケーブル４２の設置という対策を講じることにより、通信困難空間における通信を可能としている。すなわち、通信困難空間とは、当該対策を講じる前の状態において通信が困難であることを意味する。

内部通信機３２は、免震層１５内に設けられ、無線通信を通じて第一振動センサ２０ａ及び第二振動センサ２０ｂと送受信可能に接続されており、第一振動センサ２０ａ及び第二振動センサ２０ｂの検出結果を受信する。

有線ケーブル４２は、貫通孔１５ｈを通って、建物１０のＥＰＳ室１２と免震層１５に跨って設けられており、一方側で内部通信機３２と接続し、他方側で外部通信機３０と接続している。すなわち、有線ケーブル４２は、通信困難空間の内部通信機３２と通信可能空間の外部通信機３０を有線接続する。

そして、このように内部通信機３２と外部通信機３０を有線接続すると、各々の振動センサ２０と外部通信機３０を有線ケーブル４２で接続する場合に比べて、有線ケーブル４２の本数を少なくし（１本でよい）、長さを短くすることができる。

第２実施形態に係る通信経路は、図３に示すように、第一振動センサ２０ａ及び第二振動センサ２０ｂと同じ免震層１５内部に設けられた内部通信機３２が、第一振動センサ２０ａ及び第二振動センサ２０ｂから発せられた無線通信の電波を受信し、かかる電波信号を信号劣化の少ない通信専用の有線ケーブル４２を通じて外部通信機３０に送信する。

つまり、第２実施形態の振動観測システムは、第一振動センサ２０ａ及び第二振動センサ２０ｂと無線通信し、第二構造１５ｂの（第二構造１５ｂ側に設けられた）外部サーバ５０と無線通信が可能な通信可能空間に接続される外部通信機３０、内部通信機３２、及び有線ケーブル４２（いずれも通信媒体に相当）と、を有している。

換言すれば、第２実施形態の通信媒体は、通信困難空間内の第一振動センサ２０ａ及び第二振動センサ２０ｂの無線通信の信号を送受信可能であって、通信困難空間内に設置される内部通信機３２と、通信可能空間内に配置され、外部サーバ５０と通信可能な外部通信機３０と、内部通信機３２と外部通信機３０を通信接続する有線ケーブル４２と、を備える。

第２実施形態においては、通信困難空間の内部通信機３２と通信可能空間の外部通信機３０を有線ケーブル４２で接続することにより、通信困難空間内において無線通信を行う振動センサ２０が外部と通信可能となり、通信困難空間における振動を正確に観測することが可能となる。

また、第２実施形態の外部通信機３０及び内部通信機３２は、免震層１５の第二構造１５ｂ側（建物１０側）に設けられている。すなわち、内部通信機３２は、免震空間内（免震層１５内）において上部構造に設置され、外部通信機３０は、免震空間外（免震層１５外）において上部構造に設置されている。

このように外部通信機３０と内部通信機３２を設置すると、有線ケーブル４２の敷設長さが、内部通信機３２を第一構造１５ａ側（地面３側）に設ける場合に比べて短くてよい。更に、内部通信機３２を第一構造１５ａ側（地面３側）に設けると、建物１０が揺れて第二構造１５ｂ（建物１０）と第一構造１５ａ（地面３）との間に相対変位が生じた際に、有線ケーブル４２が引っ張られたり、断線したりする危険性があるが、このような問題が生じない。

次に、第２実施形態の変形例について図４を用いて説明する。図４は、第２実施形態の変形例の免震層１５における振動観測システムの通信経路を示す図である。変形例においては、内部通信機３２が地面３側の第一構造１５ａに設けられている。すなわち、内部通信機３２は、免震空間内（免震層１５内）において下部構造に設置され、外部通信機３０は、免震空間外（免震層１５外）において上部構造に設置されている。

かかる変形例においては、建物１０が揺れた際に生じる建物１０と地面３と間の相対変位に対応するため、有線ケーブル４２の長さに余裕を持たせている。この変形例の場合、免震層１５の第二構造１５ｂ（天井）以外にも内部通信機３２と有線ケーブル４２を配置、配線できるので、配置、配線の自由度を高めることができる。

＝＝＝その他の実施形態について＝＝＝
上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。

上記実施形態では、振動センサ２０は、振動の加速度を検出する加速度計であったが、これに限るものではない。例えば、振動センサ２０が振動の速度を検出する速度計であってもよい。

また、上記実施形態では、通信困難空間が免震層１５であったが、これに限るものではない。例えば、通信困難な建物１０の層や部屋等が通信困難空間であってもよい。

また、上記実施形態では、外部通信機３０をＥＰＳ室１２に設置していたが、これに限るものではない。例えば、電話回線を収容するＭＤＦ室、ＭＤＦ室から分岐された配線を収容するＩＤＦ室、および、変圧器、配電盤を収容する電気室等の通信可能空間に、外部通信機３０を設置してもよい。

また、上記実施形態では、免震層１５が建築物１の地下部分に設けられていたが、これに限るものではない。例えば、図５に示すように、地上部分に免震層１５が設けられていてもよい。

図５は、建築物１００の振動観測システムの概略図である。建築物１００（構造物に相当）は、地上部分に建物１０と免震層１５を有しており、上側から順番に上側建物１０ｕ、免震層１５、下側建物１０ｄの構成をしている。この場合、振動観測システムは、建物１０と地面３の振動を観測するのではなく、上側建物１０ｕと下側建物１０ｄの振動を観測する。

また、建築物１００においては、外部通信機３０が第一構造１５ａの側に設けられている。つまり、図５の振動観測システムは、第一振動センサ２０ａ及び第二振動センサ２０ｂと無線通信し、第一構造１５ａの（第一構造１５ａ側に設けられた）外部サーバ５０と無線通信が可能な通信可能空間に接続される通信媒体を有している。

１ 建築物（構造物）
３ 地面
１０ 建物
１０ａ 免震装置
１０ｕ 上側建物
１０ｄ 下側建物
１２ ＥＰＳ室（通信可能空間）
１５ 免震層（免震空間。通信困難空間）
１５ａ 第一構造
１５ｂ 第二構造
１５ｈ 貫通孔
２０ 振動センサ
２０ａ 第一振動センサ
２０ｂ 第二振動センサ
３０ 外部通信機（通信媒体）
３２ 内部通信機（通信媒体）
４０ 導体（通信媒体）
４２ 有線ケーブル（通信接続部材。通信媒体）
５０ 外部サーバ（外部）
１００ 建築物（構造物）
Ｇ 隙間

Claims (6)

1. 第一構造と、第二構造と、前記第一構造と前記第二構造の間に設けられ、外部と無線通信が困難な通信困難空間と、を有する構造物の振動を観測する振動観測システムであって、
   前記通信困難空間内であって、前記第一構造に付設される第一振動センサと、
   前記通信困難空間内であって、前記第二構造に付設される第二振動センサと、
   前記第一振動センサ及び前記第二振動センサと無線通信し、前記第一構造及び前記第二構造の少なくとも一方の前記外部と無線通信が可能な通信可能空間に接続される通信媒体と、
   を有することを特徴とする振動観測システム。
2. 請求項１に記載の振動観測システムであって、
   前記通信媒体は、
   前記通信困難空間内の前記第一振動センサ及び前記第二振動センサの無線通信の信号を送受信可能であって、前記通信困難空間内と前記通信可能空間内を接続する導体と、
   前記通信可能空間内に配置され、前記導体と無線通信の信号を送受信可能であり、前記外部と通信可能な外部通信機と、
   を備えることを特徴とする振動観測システム。
3. 請求項１に記載の振動観測システムであって、
   前記通信媒体は、
   前記通信困難空間内の前記第一振動センサ及び前記第二振動センサの無線通信の信号を送受信可能であって、前記通信困難空間内に設置される内部通信機と、
   前記通信可能空間内に配置され、前記外部と通信可能な外部通信機と、
   前記内部通信機と前記外部通信機を通信接続する通信接続部材と、
   を備えることを特徴とする振動観測システム。
4. 請求項３に記載の振動観測システムであって、
   前記第一構造は、下部構造であり、
   前記第二構造は、上部構造であり、
   前記通信困難空間は、前記下部構造と前記上部構造の間に設けられた免震空間であり、
   前記内部通信機は、前記免震空間内において前記上部構造に設置され、
   前記外部通信機は、前記免震空間外において前記上部構造に設置されていることを特徴とする振動観測システム。
5. 請求項３に記載の振動観測システムであって、
   前記第一構造は、下部構造であり、
   前記第二構造は、上部構造であり、
   前記通信困難空間は、前記下部構造と前記上部構造の間に設けられた免震空間であり、
   前記内部通信機は、前記免震空間内において前記下部構造に設置され、
   前記外部通信機は、前記免震空間外において前記上部構造に設置されていることを特徴とする振動観測システム。
6. 請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の振動観測システムであって、
   前記外部通信機がＥＰＳ室に設置されていることを特徴とする振動観測システム。
   

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