2009년 4월, 공업대학(무사시 공업대학)에서 종합대학(동경 도시 대학)으로
－툴 기능의 유효 활용으로 가까운 미래의 연구에 무게,
각종 패키지 소프트를 활용하는 독특한 설계 연습도 실천－
올해 창립 80주년을 맞이하는 무사시 공업대학은, 신년도가 시작하는 4월부터 [동경 도시 대학]으로 교명이 바뀝니다. 이번에 소개하는 것은, 이 학교 건교 이래 주축의 하나인, 토목 분야를 커버하는 공학부 도시공학과. 그 중에서, 도시 기반을 이루는 구조물의 안전성 향상과 도시 시스템 전체의 재해 경감을 탐구하는 [도시 방재 코스]에 있어서, 유용한 소프트웨어를 유효 활용하여 본래적인 연구를 효율적으로 깊게 하려는 대처에 초점을 맞춥니다.
이 코스의 [구조 안전・요시카와 연구실]에서는, 여러가지 자연 재해의 위협에 노출되기 쉬운 우리나라의 도시 환경에 입각하고, 특히 시민의 생활과도 직결되는 교량등의 사회 기반을 대상으로, 과거의 재해 사례를 검증. 그러한 피해를 경감하기 위한 방재 기술에 대한 수업 및 연구를 하고 있습니다.
또한, 이러한 과정에서 우수한 소프트의 기능을 적극적으로 사용하자는 관점으로부터, 지금까지 포럼에이트의 입체 골조 구조의 3차원 해석 프로그램[UC-win/FRAME(3D)], 2축휨을 고려하는 임의형 RC・SRC단면 계산 프로그램[UC-win/Section], 진도법・보내법에 기인하고 교각의 내진 설계・보강 계산부터 도면 작성까지 실시하는 [교각의 설계], 라멘식 교각・교대를 비롯해 하부공 및 RC구조물의 설계 계산을 실시하는[RC하부공의 설계 계산], 토목 계산의 휴대 툴[모바일 UC-1]등을 도입. 이러한 것을 활용한 새로운 설계 연습의 수법을 고안하는 한편, 포럼에이트와 협력하여 패키지 소프트의 개발이나 공개 강좌의 제공도 실시. 이 학교의 다른 학부・학과에서는 3차원 리얼타임 VR(버추얼 리얼리티)소프트[UC-win/Road], 3차원 구조 해석 소프트 [Multiframe]등도 채용하고 있습니다.
거기서, 이 연구실의 요시카와 히로미치 교수(구조 안전・요시카와 연구실 ※작년 10월부터 본학교 종합연구소 지진 위기 관리 연구실 소속), 아오토 히로유키 객원 연구원, 그리고 쿠리하라 노리히코 준교수(구조 안전・쿠리하라 연구실)외 기타 여러분께 말씀을 들었습니다.
| ■ 신체제의 개요와 연구실의 자리매김 |
전기・토목・건축의 3공학과를 설치하는 무사시 고등 공과 학교가 개설된 것은 1929년. 그 후, 1949년에는 건설・기계・전기의 3학과로 이루어진 공학부를 지니고, 신체제의 무사시 공업대학으로써 스타트. 또 1997년에는 환경 정보 학부, 2007년에는 지식 공학부를 순차적으로 개설함과 동시에, 공학부 내의 학과도 확충을 거듭해 왔습니다. 게다가, 80주년의 단락이 되는 2009년 4월부터는 문계에 도시 생활 학부 및 인간 과학부를 신설. 세타가야・요코하마・토도로키・오우젠지의 4캠퍼스에 5학부 16학과, 종합 연구소, 원자력 연구소를 배치한 종합 대학으로 발전하는 것을 계기로, 서두에서도 말씀드린 것처럼, [동경 도시 대학](나카무라 히데오 학장)으로 다시 태어납니다. 이것에 의해 공학 분야의 축적을 기반으로 도시와 사람을 연결해, 종합적으로 미래를 포착할 수 있는 체제가 갖추어진다고 합니다.
그 중에서 공학부의 편성은, 기계 공학과, 기계 시스템 공학과, 원자력 안전 공학과, 생체 공학과, 전기 전자 공학과, 에너지 화학과, 건축학과, 도시 공학과의 8학과. 08년 10월부터는, 이 학부를 중심으로 무로란 공업대학과 임하는 [원격으로 입지하는 대학의 교육・연구 활동의 제휴 ― 수소 에너지 연구 협력을 계기로 해서 ―]가 전략적 대학 제휴 지원 사업(문부과학성)으로 선정되어, 진행중입니다.
이번에 소개하는 공학부 도시 공학과는, 도시 디자인 코스(도시 정책／인프라 디자인), 도시 환경 코스(수권 환경／지권 환경), 도시 방재 코스(시설 방재／재해 경감)의 3코스로부터 구성. 그 중에서, 학부・대학원 시대를 통해서 요시카와 히로미치 교수의 지도를 받아, 콘크리트 구조물의 해석을 전문으로 해 온 아오토 히로유키씨가 현재 소속하는 것은, 이 교수의 구조 안전・요시카와 연구실(도시 방재 코스). 이 연구실에서는, 문부과학성 과학 연구비 보조금 교부(2008년도) 대상인 [철도 시설의 지진 리스크 해석과 리스크 전가책의 연구]를 비롯해, 콘크리트 구조물의 비선형 해석, 성능 평가 설계법, 내진 리스크 해석등의 연구에 임하고 있습니다.
| ■ 요시카와 연구실에서의 툴 활용 |
[좋은 소프트의 기능은 적극적으로 사용하고, 그 연장선상에 연구를 설정하는 것이 전략]이라고 말하는 요시카와 히로미치 교수. 이러한 사고방식을 반영하여, 이 연구실에서는 IT(정보 기술)활용이 일찍부터 추진되어 왔습니다.
그 일환으로써, 이 연구실에서 가장 메인 툴로 자리잡은 UC-win/FRAME(3D)가 도입되었던 5년정도 전으로 거슬러 올라갑니다. 사실은 아오토 히로유키씨가 이 연구실의 학생이였던 10년 정도 전, 내진 관계의 연구로 수치 시뮬레이션의 필요성을 통감. 자신이 포럼에이트 입사 후에는 그 제품 개발 그 자체에 종사하게 되었던 경위가 있었습니다. 그 때문에, 연구자의 시점으로 유효한 기능을 가능한 한 탑재. 2007년 가을부터 이번은 대학 연구실에 있어서 학생이 이것을 이용한다고 하는 관점에 서서, 반드시 종래와 같이 계산 이론을 숙지하고 있지 않아도 3차원 구조물의 흔들림을 용이하게 재현, 파악하는 것이 가능하게 된 메리트에 주목합니다. 실제, 졸업 논문의 작성에 이용한 학생으로부터도 교량의 재해도의 추정이 시각적으로 알기 쉬었다는 감상을 얻었습니다.
또한 UC-win/Section에 대해서는, 그 일부 기능을 이용함으로써, 철근 콘크리트 공학의 수업등에, 지금까지는 수계산으로 해 온 각종 복잡한 계산이 자동화. 이것을 2년전부터 수업용으로 채용한 이래, 그러한 계산에 필요로 했던 시간을 절약하여 학생의 본연의 임무에 충실하고, 게다가 앞으로의 연구 작업에 충실할 수 있게 되었다고 말합니다.
예상 이상으로 유효하게 활용되고 있다는 것이 모바일UC-1. 오늘날에는 거의 모든 학생이 휴대 전화를 소유하고 있기 때문에, 다른 고도의 툴과 병용함으로써, 특히 동시에 많은 학생을 대상으로 하는 수업에서 효율성 향상에 연결되고 있습니다.
교각의 설계 및 RC하부공의 설계 계산은, 전술의 UC-win/Section을 이용한 작업을 보충 설명, 보다 상세한 계산에 대응할 목적으로 도입되고 있습니다.
각각의 소프트를 수업과 연구에 잘 구분하여 사용하면서, 학과내의 학생용으로 널리 이용 기회를 제공할 수 있도록 노력하고 있는 것이 이 연구실의 특징적인 스탠스, 라고 아오토 히로유키씨는 견해를 밝힙니다.
| ■ 독자의 교육 수법을 모색, 전개로 |
이러한 과정에서, 이 연구실과 포럼에이트에 의한 독특한 시도도 태어나고 있습니다.
그 하나가 [지진 리스크 해석 FrameRisk]의 개발을 향한 연계입니다. 이것은, 종래의 내진 설계가 [이 만큼의 지진에 견딜 수 있다]라고 하는데 대하여 [이 만큼 망가질지도 모른다]라고 하는 것을 나타낸 것. 이 연구실이 그 아이디어와 정식화를 담당해, 포럼에이트가 위저드형의 패키지 소프트로써 개발하고 있습니다.
다른 하나는, 요시카와 히로미치 교수 및 아오토 히로유키씨의 감수에 의한 [요시카와 교수와 배운다！ 구조 공학・내진 설계 WebLesson]. 요시카와 히로미치 교수는 이전부터 독자적으로 [더 알고 싶은 콘크리트 강좌](http://c-pc8.civil.musashi-tech.ac.jp/RC/)를 운영중. 이것에 대해 WebLesson은, 이 연구실에서 구조 설계／내진 설계 관계 소프트를 사용하여 실시한 계산 사례에 무게를 두고, 포럼에이트의 Web사이트에서 공개하는 것. 지금까지 10개의 예가 소개되고 있습니다.
한층 더 이 연구실에서는, 철근 콘크리트 교각의 내진 설계 계산을 효율적이며 단시간에 습득시키기 위해, 시판의 패키지 소프트를 활용한 설계 연습을 고안, 실천하고 있습니다. 대상이 되는 수업은, 철근 콘크리트 공학이나 설계에 관한 연습 과목으로써 3년차에 마련되어 있는 [도시 기반 시설 설계 연습]. 전체로 90분×2코마의 수업을 14주 실시. 그 중 10주는, 철근 콘크리트 교각의 내진 설계의 연습이 됩니다. 거기에 3명의 교원 스탭(요시카와 히로미치 교수・쿠리하라 노리히코 준교수・아오토 히로유키씨)외, 이 연구실의 4년생 및 석사 1년의 학생을 TA(Teaching Assistant)로써 4명 배치했습니다.
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| ▲요시카와 히로미치 교수(중앙), 아오토 히로유키 객원 연구원 (뒷열 우측), 쿠리하라 노리히코 준교수(뒷열 좌측)와 구조 안전 요시카와 연구실 여러분 |
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| ▲동경 도시 대학 세타가야 캠퍼스 | ||||
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| ▲요시카와 연구실 졸업 논문 | ||||
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| ▲패키지 소프트를 활용한 설계 연습 수업 | ||||
구체적으로는, 과제1：교각 기초부의 단면 해석, 과제2：RC교각의 내진 설계(기설 교각), 과제3：RC교각의 내진 설계(내진 보강) ― 이라고 하는 3개의 과제가 순차적으로 부여되어, 각각에 대한 리포트의 제출이 요구되었습니다. 예를 들면, 과제1의 단면의 설계에서 UC-win/Section을 이용하여 M-φ관계의 계산을 하는데 있어서는, 소프트가 부족하기 때문에, 우선 교원과 TA가 1조째를 가르치고, 그 학생이 순차 릴레이식으로 다른 학생에게 가르친다 ― 라는 수법을 채용. 90분×2코마의 수업에서 전원의 작업이 거의 완료하는 것을 알았습니다. 또, 단철근에 의한 단면의 휨내력을 수계산으로 계산, 소프트에 의한 산정 결과와의 비교도 실시하고 있습니다.
과제2에서는, 과제1에서 결정한 단면을 사용하여, 허용 응력도법 및 지진시 보유 수평 내력법에 의한 내진 설계 계산을 실시. 전자에 관해서는 모바일 UC-1이, 후자에 관해서는 UC-win/Section이, 각각 채용되고 있습니다.
실은, 과제2에 있어서 지진시 보유 수평 내력법에 의한 검토가 [OUT]이 되는 조건을 학생에게는 부여되고 있으며, 과제3에서는 검토 결과가 [OK]가 되도록 배근을 변경한 후에 과제2와 마찬가지 리포트를 다시 완성시키는 것을 요구하였습니다.
[우선은 정착시킨다는 것이 중요합니다. 그 때문이라도 더욱 퀄리티를 높여갈 필요가 있습니다]
이 패키지 소프트를 활용한 설계 연습을 2007년도・2008년도 2년에 걸쳐서 실시. 대략의 성과가 엿보였기 때문에, 요시카와 히로미치 교수는 차년도 이후에도 이 시도를 계속하여, 하나의 연구 패턴으로써 확립해 가고 싶다고 말합니다.
바쁘신 와중에, 취재에 협력해 주신 관계자 여러분께 다신 한번 감사의 말씀드립니다.
| ●WebLesson ： 요시카와 교수와 배운다！ 구조 공학・내진 설계 무사시 공업대학 도시공학과, 요시카와 히로미치 교수의 감수에 의한 Web공개 강좌입니다. |
| ●패키지 소프트를 이용한 설계 연습(가제) Up&Coming차호 [조금 가르쳐주고 싶은 이야기]에서 소개 예정입니다. |
