| 入門
我是建築IT記者家入。即使在社會的基礎設施建設中，支撐橋樑最主要的還是橋墩和橋臺，這是橋樑的基礎。這兩個部件被稱為下部工程、作為橋樑的「支撐台」，這類工程的構築尋求的是在長時間的使用中能讓橋的梁（上部結構）保持穩定的設計。
因此，在下部結構的設計中，假設了使用期間可能發生的各種情況進行分析，從而使下部結構能夠承受各種載荷。最基本的荷載是由於橋樑自重而產生的靜荷載。接下來，有從在橋上行駛的車輛中產生的活荷載。有時也有車輛相撞時產生的荷載。
另外，上部以及下部結構因溫度變化產生伸縮時的荷載以及風、雪、波浪等天氣變化產生的荷載也是不可忽視的。以及還需要注意在長時間使用期間混凝土收縮的【蠕變】現象以及乾燥收縮
之後在經過數十場大地震之後，可能會造成異常大的荷載。在這種狀況下，即使有少許損傷也必須防止橋樑下落。
所謂的【路橋規範書】就是考慮作用在橋樑各個方向上的荷載，定義由荷載產生的對橋樑的破壞，確定能夠確保使用期間橋樑安全性的具體設計方法的規範書。當前最新版本為2017年11月發佈的《道路橋樑規範/評注》。
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| ▲路橋規範書中定義的橋樑極限狀態。即使產生了大地震等特別嚴重的荷載，至少需要在橋樑倒塌方面保持【橋樑極限狀態等級3】 |
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| ▲一般橋樑（A級）和國道、高速公路等重要橋樑（B級）的設計理念。B級的設計是為了即使產生了最壞的情況橋樑功能可以在早期得到保護。 |
用「Trial and error」進行應用、強化、美化
橋樑的設計順序首先考慮建橋的現場條件，從通過橋樑長度、支撐橋樑與橋墩的跨度長、橋墩的厚度等過去的專案以及估算的設計資料確定【需要的荷載】開始分析。
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開始分析以後，橋樑的重量、過往車輛的重量、地震時施加在橋樑的地震力等皆為已知，通過已知條件可以計算橋樑各個部分是否能承受這些施加到橋樑上的荷載。計算結果中如果存在強度不足的部分，就可以修改橋樑的設計。例如增加強度不足部分的橫截面
在這種情況下，也不能認為加厚橋樑與橋墩的橫截面就是安全的。因為截面越厚，橋樑自身的重量就越重，由此靜荷載與地震荷載也會變大。
就這樣通過假定橋樑的設計→計算橋樑的荷載→計算橋樑各個部分是否能夠承受這些荷載這樣迴圈反復試驗的【試錯法】最後一直計算到所有部分的強度都沒問題為止。
當然，如果將整體都通過【厚度】設計地很厚實，雖然在強度上是安全的，但也會產生工程費過高等問題。橋樑設計尋求的是提供必要功能，擁有十足地強度，最終設計出細長的橋樑的【應用、強化、美化】精神
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• 橋樑首先假設每個部分的尺寸，以便上部結構的載荷可以由由橋臺、橋墩和地基組成的下部結構支撐。 |
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| • 通過改變構造的諸規格進來檢驗耐力，通過試錯法進行設計流程的計算 |
有50年歷史的公路橋樑規範
路橋規範的出版可以追溯到昭和47年（1972年）。那之後，由於阪神-淡路大地震和東日本大地震等大地震的經歷，除了使車輛變大的觀點，演唱結構物壽命等新觀點也出現了。
接下來指定該規範50年之後的平成29年（2017年）制定了最新版的路橋規範，該規範除了引入了對應各種結構與新材料的設計方法，同時制定了以設計服務期間100年為標準進行設計時需要考慮的維護方法等方案。毫不誇張地說，這是一個彙集了過去50年期間的橋樑設計知識的規範書。
產品概述和功能
FORUM8開發與銷售了一種名為【下部結構基礎套裝】的產品。該產品根據最新版本的路橋規範設計橋臺、橋墩以及地基等下部結構
其主要特點是，下部結構的設計與載荷的計算是相互關聯的。如上所述，所謂的增加橋墩和橋臺等橫截面的話荷載也會增加，因此結構所需的強度也會發生變化因而產生的【試錯法】，是不需要麻煩的手動操作，可以在軟體中快速完成的。
因此，該套件可以在同一時間內盡可能多地進行手動操作無法完成地重複試錯，最終在短時間內準確地設計出具有【應用、強化、美化】的下部結構。此外，它還可以與基礎設計配合使用，從而顯著提高了下層結構設計的生產率。
為了對應路橋指示書中設想的荷載組合，設計中有包括死載荷、活載荷等22種裝載的荷載種類，通過荷載彼此的組合，可自動設定荷載增減的荷載係數與組合係數。
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| • 產品之間的資料聯動圖像。通過地震時產生的荷載的震度計算與橋墩・橋臺之間的資料關聯，可以快速進行試錯的設計研究。 |
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• 設計中裝載的荷載種類。
有22種。 |
可以看到橋樑下部結構的設計涉及到很多複雜的元素，所以【下部結構基礎套件】是多個程式的集合。套件產品有3種：由基本橋墩、橋臺、震度計算、橋樁基礎等11個工具組成的「Advanced」，由鋼架橋墩、深基礎框架等15個工具組成的「Senior」以及由RC橋墩以及鋼架橋墩等23個工具組成的「Ultimate」。
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價格為每年訂閱的年費制，WEB認證版的場合Advanced為139萬日元（不含稅，以下相同），Senior為219萬日元，Ultimate 為241萬日元
體驗內容
7月21日下午1點半至4點半，通過zoom以線上培訓會的形式舉辦了【橋樑下部結構設計體驗培訓會】。講師是UC-1開發第二團隊的菊田 裕二。
在開場45分鐘，對路橋規範中規定的橋樑下部結構的設計方法與下部結構套件的設計流程等進行了說明，然後對下部結構套件的程式進行了使用練習。使用的程式有四種類型：【UC1-Engineer 套件】系列的【震度計算（支柱設計）】、【橋臺設計・3D配筋】、【碼頭設計・3D配筋】和【橋樑基礎設計・3D"鋼筋】。所有程式都對應2017年路橋規範與部分係數法。
所採用的實例是以做區間長度為40m的兩跨連續性混凝土橋。這雖然是一個偏小的實例，但是它包含了橋臺、橋墩、橋樁基礎以及必要的元素，是一個可以體驗下部結構設計整個流程的例子。
接下來，進行【橋樑延壽修復方案指定支援系統】說明時，將橋樑的腳本導入系統中，並選擇需要進行計算的橋樑。然後進行輸入維修成本計算所必需的單價、輸入經過時間變化導致健全度變化的【退化模型】的資料、以及設置回歸曲線，製作及安全性預測圖等等。最後我還體驗了在將年度維修預算限制在3000萬日元以後，通過提前或者推遲維修計畫進行平准化的操作
練習內容大致分為以下四部分。（1） 在每個軟體中定義下部結構的尺寸和規格，建立整體模型→ （2） 計算水準震度，將結果合併到橋墩和橋臺的設計軟體中，以檢驗應力等→ （3） 更改檢查結果為NG的部分的橫截面尺寸等，然後重新計算震度→ （4） 重複操作，直到最終所有部分都正常。
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| •4月23日線上舉辦的【橋樑延壽與維護管理體驗培訓會】 |
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| 以兩跨連續性混凝土橋為實例 |
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| ■練習流程 |
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| （1） 首先輸入下部結構的形狀。 |
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（2） 導入震度計算
程式的結果 |
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（3） 應力檢查結果。OK為綠色，NG
為紅色 |
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（4） 反復更改設計
當所有的結果都為綠色則設計完成 |
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在練習時，我們計算了震度之後還計算了各個橋臺、橋墩以及橋樁基礎的荷載對應的應力，並最終體驗了知道所有結果都為OK的設計流程
最後，為了將設計內容作為實際結構物進行施工我們顯示了圖紙以及3D模型。自動建立的圖形可以導入到2維通用CAD軟體【UC-Draw】中進行編輯和輸出。
為回應國土交通省推動的【i-Construction】措施，設計結果建立為3D的CIM（Construction Information Modeling）檔，以IFC或者3DS、RFC格式輸出，由此可以載入到其他CIM軟體或者3DCAD軟體中。
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• 將自動建立的圖紙導入 UC-Draw
並進行編輯 |
• 將自動建立的CIM模型載入到【3D鋼筋CAD】
軟體中的實例 |
• 匯出為3DS格式時，也可以
導入到【SketchUp】中使用 |
家入的評語和建議
在BIM（Building Information Modeling）和CIM的世界裡，設計與應力分析一般是由單獨的軟體進行操作的，兩者之間仍有很多諸如資料轉換或者人工輸入等的浪費
在這方面，由於【下部結構基礎套件】在設計階段就已經對各軟體間的資料進行了充分連結，所以幾乎沒有【資料轉換浪費】與【手動輸入浪費】等問題。此外，因為設計結果也可以匯出為通用性很高的IFC格式等，所以可以順利地載入後續的BIM/CIM軟體從而繼續後續的設計工作
FORUM8產品的優勢在於，通過穩步開發，產品之間的資料集成是緊密的。結果與提高設計生產率有關。
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