Users Report 用戶介紹/第115屆

清水建設株式會社
技術研究所 安全安心技術中心
研究開發軟硬體及技術方面的開心安全技術
使用UC-win/Road的大振幅振動台重現各種地震超高層建築物最上層的搖擺 擴展發展可能性

 User Information
清水建設株式會社 技術研究所 安全安心技術中心
URL ●http://www.shimz.co.jp/theme/sit/
所在地 ●東京都江東區
研究開發內容 ●對因地震及異常氣象引起的結構物破損進行預測、診斷、對策技術的研發


「建築物的抗震、耐震的效果(根據地震強度)家具將會如何搖擺、如何動作、會對室內造成什麼樣的損壞等作為我個人的研究主題很久了」

清水建設株式會社技術研究所安全安心技術中心的金子美香所長在大約30年前分分配到大崎順彥,原東京大學名譽教授的該社副社長時開始進行研究(1982年) 我當時在大崎研究室。從此之後20年,我使用各種工具對地震相關的對地震進行相關研究。從此之後我一直在做相關研究。我認為,根據地震情況,不但有「建築物本身被破壞・不被破壞」之外,「建築物不被破壞,在建築物搖動的時候內部的家具的坍塌等非常危險」這一點。


▲清水建設株式會社 技術研究所

之後,我移動到技術研究所,還在繼續改觀點的研究。在4年半以前的相同研究所當中設置安全安心技術中心主任的同時擔任所長。在那之後,在所屬機構還在負責管理一職。

此次介紹的用戶是在建築物及各種土木結構物的建設當中擁有2000年以上歷史及豐富業績的超級建築商清水建設株式會社。在這當中,為了實現高度附加價值擔任研究開發與開發技術等業務的「技術研究所」構成的6個中心當中的一個,「安全安心技術中心」。
該公司在1980年代時以設計部門為中心導入FORUM8產品。在一年半以前在該技術研究所當中設置線段地震防災研究東的同時,使用FORUM8的三維 (3D)即時VR「UC-win/Road」構築多樣的地震,體現超高層建築物最上層搖晃情況的大振幅振動台的構築與運用。

 為了進行10年後新 技術的開發

清水建設株式會社創立於1804年,由初代社長清水喜助在江戶神田鍛鍛治町在212年前設立。在這之後的江戶城西丸的造營(1838年)、開港(1859 年)等結合,通過在橫濱發展並在當中學習西洋風建築技術後,在明治之後建設日本的近代史當中的有名的建築物及公用設施。不斷進行組織的擴充與再編,在今日在建築及土木建設的廣泛領域當中針對新時代的需求進行技術的鑽研及成果的提供。

在1944年,作為技術研究所前身的「研究課」在同社設計部當中設置。1972年該設計部的技術研究所建設在東京都江東區,於2003年迎來創業200周年的同時,也完成了技術研究所新本館的建設。

在該研究所當中,在「為10年後準備」(石川裕・技術研究所所長)的關鍵詞下,一直致力於進行領先時代的新技術的開發。金子所長說。

技術研究所現在,
▲清水建設株式會社技術研究所
安全安心技術中心
金子美香所長
  1. 建設建築物及土木結構物時基礎的材料。架構、地質、基礎、設備防耐火為對象的「建設基盤技術中心」
  2. 風及溫熱、聲音、自然、醫療等與生活直接相關的環境技術為對象的「環境基盤技術中心」
  3. 與地震先關的海嘯,以及異常氣象等自然災害為起因的預測、診斷、回避自然災害、促進社會的安全與安心的「安全安心技術中心」
  4. 以建設持續可能的低碳素社會的實現為事業,以建築物及街區的省能源化,導入可再生能源,以原子能等相關技術課題為對象的「資源技術中心」
  5. 對應社會需求的新型公用設施建設相關軟體・硬體技術,考慮以既有公用設施及地域價值以保存、再生方法等為對象的「社會系統技術中心」
  6. 使用先進技術,為了創造未來的空間及環境、創造新價值的「未來創造技術中心」

-的6個中心為主體進行活動。企劃部及研究支援中則在支援該中心的體制進行運營。

在該公司從業員總數約10,751名當中,在技術研究所當中包含184名研究員在內的234名員工在職。而安全安心技術中心擁有35名員工(2016年4月統計數字)。


  在地震對策當中積極使用先進的ICT技術

「『安全・安心』這句話(包含的領域)非常廣,(我們現在主要在負責)地震對策」

就像上述所示的那樣,在安全安心技術中心當中將地震對策作為一大重點,今年來在海嘯、暴雨以及龍捲風等異常氣象帶來的危機 作為焦點進行研究開發。金子所長說。

印次在該中心中該類似的問題的對策分為3類。
  1. 災害發生前的評價技術(軟體)
  2. 地震等具體目標對策技術(硬體)
  3. 發生實際災害時的準備(技術)
-具體成果在於
  1. 軟體層面的地震搖擺以及海嘯的動作 與其相關的建築物,設施的影響等進行預測、診斷,提供最合適的解決方案提案系統 (「清水綜合防災診斷系統」及「海嘯綜合解決方案系統」等)
  2. 硬體層面上提供直接強化結構物的技術和裝置(旋轉式抗震裝置及部分地板免震系統、低成本液狀化對策工法、天花板耐震化技術等)
  3. 在技術層面上支援地震發生後的顧客的安全,安心系統(使用預先設置好的感測器自動判定地震之後的建築物的健全性以及與其連動的電 梯的最近層當中停止或讓設備及其停止的系統)

這樣的展開基礎可以積極反應同社ICT(資訊通訊技術)。例如,自動判定健全性系統當中事先將多數感測器在建築物內設置等今年備受矚目 的IoT(物聯網)的活用系統。


 先進地震防災研究棟當中設置UC-win/Road使用的大振幅振動台

(以前保有的)舊振動台為30年以前生產的,±20㎝的動作(振幅)當中(振幅有時達1m以上的超高層最上層的)的搖擺重現有制約,在 2011年東日本大地震之前就預計新建振動台」

這是東日本大地震發生的時候,都心的超高層大樓發生大規模搖晃受到世人關注之時,開始準備構想的具體化。金子所長說。

在此背景下的2015年3月在技術研究所的空地當中新建了「先端地震防災研究棟」。為了促進軟體及硬體部分的技術開發水平的提高,開始 啟動「One Rank以上BCP(事業繼續計劃)」。

該研究棟的主要設備是大型振動台「E-Beetle」與大振幅振動台「E-Spider」。

E- Beetle裝載著可反映世界的各種地震搖擺的加速度性能(35t搭載時的加速度:2.7G、振幅:±80㎝)。7m×7m的桌面(呆在重量最大70t) 上方,將建築物的模型或實際大小的建築物的一部分取出裝載在上面,把握建築物到崩壞位置的舉動及耐震性能,進行建築抗震性能強的結構物實驗。

另一方面,E-Spider最大加速度:1G(3t搭載時)、振幅:±1.5m除了上下方向,斜向傾斜等也成為可能,因為可重現超高層 建築物最高層的特殊的搖擺。因此也可把握室內家具的舉動。並且,不但包括搖擺的實驗,在實際過程中特克體驗實際地震的震感,在4m×4m的桌面上面搭載客 艙(脂肪體的箱子)。體驗當中使用的客艙內部,在正面搭載了大型熒幕,對面打雜了座席(4人用)以及站席(5人用)。使用UC-win/Road,將搖擺同期按照物理模型家具在倒塌時室內的影像以及音響均可試聽的系統。

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▲UC-win/Road地震模擬(左:辦公室、右:住宅)。搖擺使用VR進行表現,模擬建築物內部的家具影響。

  E-Spider的活用與可能性

「我們想要觀察地震內的的振動台以及與其搖擺結合的(變化室內)的影像」的具體的需求,該公司與FORUM8初次商談是在2012年4 月。之後,控制、E-Spider與UC-win/Road之間的地震波形,即時計算運動平臺兩側的搖擺與VR的影像以及音響進行同步。將抗震與非抗震建築物在地震時的搖擺的不同,以及長週期內的搖擺等均可重現。

先端地震防災研究棟的運用開始於以建築物和各種設施為中心的面向該公司顧客的使用E-Spider進行地震體驗。出現爭相恐後排隊使用 的盛況。並與去年(2015年4月~2016年3月)有2,600名使用該設施。有許多參觀者對其能體現即時搖晃均感覺到驚奇。

金子所長自身使用已經發表過的地震波形數據非常方便得體驗地震的搖晃,因此社內的研究員可將其體驗反映到研究當中。這與研究開發的速度 感相關。

並且,設計者以自身設計的數據為基礎,尚在設計階段的建築物在完成之後會產生的各種地震會發生怎樣的搖擺以及對建築物和室內會產生怎樣 的影響等設計者可向顧客說明。將增加說服力。

加上搖擺等對心理及生理產生的影響也可使用E-Spider。現在已有「搖晃對人的感覺的定量化」等的論文。

金子所長今後也將在顧客對應及研究開發兩方面有效利用該地震模擬器。

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▲大振幅振動台E- Spider性能活用手法介紹
執筆:池野 隆
(Up&Coming '16 秋季號刊載)


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