vol.25
 Academy Users Report
 學術用戶介紹/第25回
大分工業高等專門學校
都市・環境工程學系 前研究室

長期使用Multiframe研究構造物並對其架構進行分析
以參加災害思想教育為契機,引入UC-win/Road和土石流模擬

大分工業高級職業學校
城市環境工程學系 前研究室
URL http://www.oita-ct.ac.jp
所在地 大分縣大分市
研究內容 : 演算法設計,製作智慧型手機應用程式教材,側重於標誌和顏色的景觀模擬

「因為工學系專業軟體價格都很高,我們平時都很難接觸到,因此當接觸到此類軟體的時候,就會覺得還是要慢慢開始嘗試接觸這類軟體更好。」

實驗實習的學科是由多位教員來擔任的。從讓學生在進入社會之前體驗i-Construction的角度出發,我們正在努力集中精力於各種先進的資訊和通信技術(ICT)。因此,在大分國立技術大學城市與環境工程系的前稔文副教授講授了FORUM8的3D即時VR「 UC-win / Road」和「土石流模擬插件選項」的使用方法並提及其中包含的意義。「透過這次實習,我希望學生們可以將ICT作為自己的武器利用起來。」

前研究室在2018年引入了UC-win/Road以及土石流模擬插件作為大分技校處理災害思想教育的一環。此外該高職還在2014年透過其他途徑導入了三維構造分析軟體「Multiframe」。另一方面,在此期間,他們還在2016年獲得了敝公司舉辦的在構造分析、岩土工學、水工學、防災等領域的日本國土強韌化的第三屆National Resilience Design 比賽中獲得評委特別獎。獲獎作品為洪水回溯模擬(使用xpswmm軟體)。


 以獨特的方式參加高職機構的支援專案

大分高職是在1963年由機械工學專業和電氣工學專業兩個專業構成並創立的。在之後分別於1967年和2003年增加了土木工程專業和專業學院(機械環境系統工學專業和電氣電子資訊工學專業),並在此基礎上進行了學校組織改組改名和體制擴充。現階段,該高職有四個學科(機械工學專業、電氣電子工學專業、資訊工學專業和城市環境工學專業)和上述的兩個專業學院。其中學科生1-5年級共計798名,學院生1-2年級共計51名。(數據均截止到2019年5月)


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第三屆National Resilience Design
大分工業高等職業學校評委特別獎頒獎儀式
大分工業高等職業學校
城市環境工學專業 前 稔文 副教授

獨立行政法人國立高等職業學校機構(2004年成立)在全日本設立了包括大分高職在內的全國51所國立高職學校,以人才培養,地區貢獻和國際化為主發揮各個高職的特色,提出了「KOSEN(高職)4.0倡議」(2019年開始的5年間)。同時,該組織將2019年的前兩年定位為實現倡議的準備期,並且會支持該倡議的啟動費用。對於大分高職來說,1)「農業工程教育」,旨在透過2018財年的農業工程合作來培養具有農藝知識的工程師,以及2)培育2019財年既具有防災減災基礎知識又具有防災思想的工程師,兩個專案均被該倡議計畫採用,目前正在進行中。而其中的第二個項目與前副教授有著很深的聯繫。

此外,從2020年起,該組織與其他技術學院在材料領域進行合作,並被「促進未來技術的社會實施教育(GEAR5.0)」採納,作為一個新的教育研究項目。

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基於淺水長浪方程式使用軟體進行防災應用的洪水回溯模擬


使用ICT進行構造物分析、環境景觀設計等多種舉措
本次採訪的的前副教授所屬的城市環境工程專業旨在根據土木工程知識創建安全、舒適和便捷的社會基礎設施。因此,前副教授將,1)處理材料、結構、土壤、地面等的「結構系統」,2)處理河流、水和汙水處理系統、水資源、港口、海岸等的「環境系統」,以及3)城市、建築、公園等的「計畫建築系統」定位為實現專業目的的基礎。前副教授說:「我最初是建築學專業,而土木工程學的常見之處是結構(現在涉及的專業)。 20多年前,當我在東京電機大學,東京工業大學和京都工業大學(山口實驗室)讀研究生時。作為助教,我參加了設計練習,該練習是透過連接和協作網路進行的。我記得我是第一個練習適用於當今遠端工作的技術的人。」
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畫面統一後的實施畫面 顯示了象形圖的地圖

在這樣的背景下,前副教授擔任了同專業的資訊處理、結構力學、城市環境設計、實驗實習等科目的老師。另一方面,在研究室中前副教授還在做1)將自然界中存在的形狀和現象透過演算法設計應用到建築物中的提議;2)研究和開發用於各種研究和演講的智慧型手機應用程式; 3)透過ICT使用進行防災和環境保護研究; 4)以標誌和顏色為重點的景觀模擬等各種內容。

在這種情況下,近年來引起人們注意的是智慧型手機應用程式的創建和檢查,以期將其用作研究支持和教材。

例如,在進行實地考察以考慮簽署計畫時,我們創建了一個智慧型手機應用程式,該應用程式可以將象形圖等黏貼(圖像集成)到本地拍攝的照片中,並由相關各方輕鬆共用。 這些圖像與位置資訊一起黏貼在地圖上,並且還添加了到網站的路線導航功能。 結果將在2019年11月在馬來西亞舉行的「 ICRP 2019(第四屆重建地方國際會議)」上宣佈。我們還在考慮發展旅遊業,進行景觀研究和創建危險地圖。 

此外,作為對沖繩縣紅土外流引起的環境問題的回應,我們還開發了一種智慧型手機應用程式,可以準確、輕鬆地測量諸如紅土之類的懸浮水的污染水準。 已驗證是否可以從智慧型手機中獲取的顏色資訊獲取在沙池中的懸浮水以估算污染程度。 在將結果與現有測量方法進行比較的同時,我們正在努力改善實際應用的應用,例如提高精度。

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 收集在沙池中的懸浮水
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 申請執行畫面(污染度3.0 g / L)  每個懸浮液的色散分佈(圖像像素)


 以UC-win/Road為主的敝公司各產品的導入歷程和主要的使用方法

對於這位前副教授來說,首次接觸FORUM8的產品是2014年推出的Multiframe。當時,作為演算法設計的一部分,有必要分析複雜且形狀特殊的建築物的架構,在此之前他也曾多次接觸和評估了其可用性並正式採用。根據該軟體得到的解析結果,他提出了一種高強度的形狀構造並被證實。

另一方面,與UC-win/Road直接的連接點是那之後不久的2018年。如上所述,當時大分高職正準備實施防災心理教育,以便被採納為「 KOSEN 4.0」倡議支持措施專案。

培養需求:「當我們要在學校培養抗災能力思想時,我們要模擬與防災和減災相關的土石流。」 實現土石流模擬是UC-win/Road的插件提供的,因此,在經過大學相關人員的檢查後,決定將其引入。從2019年2月開始,他們開始使用該軟體。 從那時起,它既被用於以前的實驗室的研究中,又被用於同一所大學的課堂中。

首先,在2019年的實驗室中,從事畢業研究的學生將學習UC-win/Road和土石流模擬插件的操作。 利用這些,城市與環境工程系的一名5年級學生對危險地圖的創建進行了研究,並以土石流分析模擬為重點,重點是池塘的倒塌和溢出。

同時,在針對同一所大學四年級學生的「 IV實驗培訓」課程中,將六種先進的ICT應用設置為與i-Construction相關的主題。 那裡,除了1)360度攝像頭,2)無人機,3)鐳射測距儀,4)透過攝影圖像生成點雲資料之外,還有5)UC-win/Road,由前副教授負責, 6)定位透過土石流模擬進行資訊利用。 

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前研究室的人員

在2020年,雖然自年初以來受到新型冠狀病毒的影響,準備畢業研究的5年級新生從上一年開始就學習了這兩種工具以及使用它們的模擬。 此外,基於這種知識,他說他正在從事可遠端處理的工作,同時盡可能與他保持聯繫。 此外,今年也計畫自2019年以來首次將結合UC-win/Road和土石流模擬的實驗培訓。 我們希望設計一種課程結構,例如使學生多樣化,以實現上一年的學習效果。

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分析條件及結果
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基於SIPOND(試用版)分析結果的危害圖
(此圖是Mae先生設置自己的數值的模擬)
基於土石流模擬分析結果的危害圖
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UC-winRoad製作的視覺化案例

 未來的研究方向和ICT支持

「不只是大分縣的水庫正在老化,其他地區的很多地方也是如此」

換句話說,除了水庫老化之外,從上游流入的泥漿還會積聚在底部,並且坍塌和溢流的風險逐年增加。 這位前副教授描述了與積水池有關的防災減災及其維護的研究想法。

他表示:「關鍵在於如何應對新技術。並且考慮到新冠病毒的影響,採取自願方法以廣泛地改善ICT的使用非常重要。尤其是,ICT是學生可以在將來(任何地方)使用的一種武器,因此,我認為要對此保持熱情和求知欲。」

作者:池野隆
(Up&Coming '20 盛夏號)



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