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用戶介紹/第132回
株式會社建設技術研究所
東京總部結構部門/北海道分公司北海道水工室
株式會社建設技術研究所
URL http://www.ctie.co.jp/
公司地址 :東京都中央區/札幌市中央區
業務內容 :
(東京總部結構部門)東日本的各種橋樑設計
(北海道分公司北海道水工室)北海道內的河流結構設計

在橋樑(東京總部結構部門)和河川結構(北海道水工室)的
設計中有豐富的成就
碼頭和橋臺設計、軟結構閘門設計、ES等
充分利用各種軟體且期待今後的3D參數化工具

此次介紹的用戶是株式會社建築技術研究所,東京總部結構部門從事以東日本為中心的各種橋樑的設計工作,而北海道分公司北海道水工室以札幌為據點,負責北海道內河流結構的設計工作。兩個據點多年來,都使用與UC-1系列相關的各種設計軟體。大約 10 年前,開始使用3D板單元動力非線性分析軟體「Engineer’s Studio®」(ES)。該公司還對我們目前正在開發的3D參數化工具表現出濃厚的興趣。

「由於部門內年輕員工較多,在充分利用資訊通信技術(ICT)這一環節,我們不是直接輕易地委託給其他公司,而是親自實際接觸和運用這些技術。」

當中,如果需要用高性能電腦來運行新的軟體和擴展內容時,會立即向上級申請並做好準備。建設技術研究所東京總部結構部門的主任鵜飼表示,FORUM8的產品能完全應對多樣化的需求,因此現在幾乎持有所有橋樑設計相關軟體(UC-1系列軟體)的授權認證,用來對應任何橋樑形式的設計需求。 目前,公司正將RPA(Robotic Process Automation)和AI(人工智慧)引進設計中,並在推動3D測量技術和BIM/CIM環境的維護和使用。在引進這些最新技術的同時,他們也在努力滿足客戶的需求。

此外,近年來在繪圖製作方面,從以往主流的2DCAD向3DCAD轉型中取得了進展。並且,北海道分公司北海道水工室的負責人田中健太表示,在詳細設計步驟中採用CIM的模式非常普遍。相比之下,該公司致力於在業務的準備設計或基本設計等早期階段即開始使用CIM模式,以提高運營效率和設計的精細化。田中稱,鑒於使用工具(包括 CIM)的個人技術能力非常重要,因此我們也致力於技術鑽研。

【東京總部結構部門】左起,三穀昂大氏、吉田太輝氏、雷曉宇氏、鵜飼隼氏、薄井正幸氏


 基於綜合建築顧問的組織能力,在橋樑和河流結構設計方面採用獨特的方法

日本首位建築顧問–財團法人建設技術研究所於1945年成立。在1963年時成立建設技研株式會社,並於次年更名為沿用至今的株式會社建築技術研究所。自成立以來,公司一直專注於河流和水力工程領域的業務,並逐漸發展到以道路為首的廣泛的基礎設施建設上。在日本國土交通大臣的建築顧問的所有21個部門均派遣了工程師。目前,該公司在總部(東京中央區)下設有東京和大阪2個總部,在北海道、東北、北陸、中部、中國、四國、九州和沖繩設有8個分公司,在總部和分公司的管轄內共設立了42個辦事處,此外還設置了國土文化研究所。該集團在國內外共擁有12家關連企業,約3500名專業技術人員。

本次探訪的東京總部構造部負責從橋樑的規劃到設計的階段。東京總部以東日本為中心,從事對應各種結構形式的新建橋樑設計、現有橋樑的抗震加固設計和維護設計。該公司主要承接來自交通部和地方政府的工作。近年來與高速公路公司的長大橋和JCT橋樑等大型項目相關的業務也有所增加。隨著設計條件的日益複雜,與多個部門合作建立了一個能提出最佳的橋樑形式方案的體系。此外,年輕工程師的比重也很高,因此伴隨著新冠病毒肆虐,遠端辦公的機會逐漸增加,每個人都在各展身手努力維持與前輩的溝通環境。

另一方面,北海道水工室由三名工程師和助理組成。參與了以北海道內為中心的如築堤、護岸、閘門或游水區等河流結構的設計。作為主要業務之一,我們不斷響應閘門的詳細設計,在 2019 年,我們透過此業務獲得了北海道開發局優秀工程獎(局長表彰)。



 碼頭和橋架設計軟體的評價與要求

東京總部結構部門很早就使用了本公司的各種軟體。鵜飼表示,新進員工一進公司就必須先學習如何使用FORUM8的產品。

作為其中的一環,該部門的工程師吉田太輝先生舉例介紹了自己常用於設計且實用的UC-1系列的"碼頭設計・3D鋼筋"和"橋臺設計・3D鋼筋"軟體。兩者在最新版本中都是3D規格,根據輸入的數值在3D空間中以淺顯易懂的方式顯示結構形狀和鋼筋資訊。此外,軟體支援日本的<部分係數法和H29道示>規範。吉田先生還積極評價了新增的部分係數等概念帶來的詳細幫助以便於更好的理解。在此基礎外,一些在現實中難以實現的功能目前只能妥協,從輸入、計算到結果的過程屬於黑箱系統,期待能追加確認計算的功能機制。此外,除去新建橋樑的專案之外,在現有橋樑的抗震加固設計的眾多專案中,會存在設計工序與現場的施工順序存在些許差異的情況。例如,計畫在增加樁後再對碼頭上側進行繞組加固,但也時有會發生現場施工順序顛倒,導致設計結果發生變化的情況。吉田先生稱,非常期待能有一個機制可以把這些情況簡易地反映在計算中。

使用Engineer's Studio®製作斜張橋的分析模型。複雜的結構分析和結構形狀的視覺化,有助於達成共識


 透過軟結構閘門設計軟體能改進節能和擁有預防錯誤的優勢

自2010年加入公司以來,佐佐木洋人先生一直在使用我公司的各種設計軟體來設計各種河流結構。然而在閘門方面,最初分別在門柱、胸壁、翼壁、函體和水廠設計中使用不同的軟體、Excel或自行開發的程式。換句話說,由於計算是分開的,每次有任何修改時,必須對這些內容全部進行修改。佐佐木表示當時這些任務既費時又費力。

然而在大約五年前,從他被轉到目前的水工室之後,使用"軟結構閘門設計和3D鋼筋"的機會越來越多,也加深了對軟體的理解。在一個軟體中輸入上述所有附加結構條件,充分感受到了一體化計算的優勢。例如在閘門設計中,主壁與函體側面接觸時,以往都需要將其他結構計算的結果反映到該結構的計算中並手動處理。而該軟體具有一鍵導入此類計算結果的功能,不僅省力還防止了輸入過程中可能出現的人為錯誤。此外,可透過該軟體的2D繪圖創建功能進行一些修改,還可使用於設計、計算後續的步驟(如鋼筋圖的創建)。雖然在剛引進時,我們反複驗證了使用方法,但如今它已成為幫助提高設計效率強有力的工具。



 Engineer's Studio®在各部門得到有效運用

2007年,制定了《抗震性能評估指南(草案)》,以規範河流結構物對2級地震強度的抗震性。以水門為首的閘門、排水泵站等河流結構物有各式各樣的結構形式。在尋找3D形式分析和表現的通用FEM軟體時,接觸到Engineer's Studio®(ES)。 考慮其1)可對河流結構物的各種形狀進行建模的自訂性;2)符合道路橋樑指示方書,可以設計符合河川構造的標準;3)從視覺上也能夠確認分析結果和條件設定等方面決定引進此軟體。目前,該軟體被認為是北海道水工室河流結構抗震設計中不可或缺的工具。

另一方面,由於公司希望在公司內部進行分析設計工作,因此自然而然使用ES的機會也更多了。七年前,擔任東京總部結構部門主任的三谷昂大在混凝土拱橋的抗震加固設計中首次使用ES。加入公司三年不懂的地方還有很多,仍然要從零開始創建分析模型。透過直觀瞭解模型的創建過程以及利用影片確認動態分析,並在該過程中體驗到了工作的樂趣。此外,在最近進行的斜拉橋設計工作中,在考慮景觀配置的同時結構也要合理,因此我們使用ES創建分析模型。在進行複雜的結構分析的同時,我們研究了包括主塔和橋樑的形狀等細節的改造以及景觀配置,在建立與訂貨商的協議方面發揮了作用。

在北海道分公司北海道水工室,運用Engineer's Studio®對特殊的水門形狀進行建模(左),以及資料分析(右)。


 今後設計業務中的工具運用,對3D參數分析工具的關注

北海道水工室室長古野貴史對我們暢談關於使用軟體的想法,“為了實現效率和預防錯誤(即品質保證)這兩個目標,我們希望深入瞭解如何使用這些工具。”

建築行業對CIM的需求日益增加,設計業務也在逐漸向基於3D模型的研究轉變。鵜飼先生提到,如何將設計計算和2D圖紙,以及相關聯的3D模型以一致的方式協同工作是一個課題。從這個意義上來說,鵜飼先生對FORUM8本月即將發佈的"3D參數化工具"能夠為3D設計場景帶來的可能性寄予厚望。

此外,由於FORUM8的設計軟體易於輸入,並且其預設值接近正確答案,因此即使沒有專業知識,也可以一定程度上創建正確的計算資料。然而,佐佐木先生指出,這只是正確答案之一,即"計算上正確",而不能用來判斷設計是否合理。

"因此,認識到結構計算等其他軟體(包括 CIM)只是幫助我們的工具這一點是十分重要的。我們希望利用工具來更有效率地完成工作,但如果一味的依靠工具,哪天技術能力就會喪失。我認為首先以自己的技術鑽研為基礎,在此基礎上再利用ICT,這一點非常重要。”

【北海道分公司水工室】左起,佐佐木洋人氏、古野貴史氏、田中健太氏
編輯:池野隆
(Up&Coming '21 新年刊)



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