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清水建設/切羽前方の湧水予報システムを開発/デジタルツインでシミュレーション  [2021年9月8日3面]

システムのイメージ

 清水建設はトンネル工事で掘削の進展に応じて変化する切羽湧水量を高精度に予測する「地山予報システム」を開発した。測定データの取得から作業員へのリスク情報周知まで一連の流れを自動化し、現場管理者の業務負担を大幅に軽減する。常に将来予測しながら施工することで、想定外のリスクにも柔軟に対応できる。
 システムでは現場で取得したデータからデジタルツインとして地山モデルを作成する。日々の取得データに応じて地山モデルを更新。人工知能(AI)が切羽の湧水量と地山モデルの透水係数が一致するかを判断した上で、地山内部の地下水の流れをシミュレーションする。
 切羽湧水量の経時変化がリアルタイムかつ高精度に予測できるようになる。予測結果に基づく湧水予報は数日から全工期まで広範囲な時間軸に対応可能。精度の高い工程計画の作成や施工遅延リスクの回避にも寄与する。
 長崎県大村市で施工する九州新幹線木場トンネル工事に適用し、予測シミュレーションの精度を検証した。時間経過に伴う切羽湧水データを活用して実証試験をしたところ、実測値に近い結果が得られ、システムの有効性を確認した。今後は地山調査結果から切羽前方の地山性状を予測・予報するシステムに発展させる。
 山岳トンネル工事では、切羽前方で生じる湧水量を事前予測し、結果を踏まえて安全な施工計画を立案する。湧水量の事前予測は湧水量の実測値や地山性状の調査データを基に、湧水量の経時変化をシミュレーションする手法が一般的。結果を得るには専門技術者が2人体制で4週間程度かかっていた。

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