貝戶 清之（大阪大學 研究生院工學研究科 教授）
|利用統計模式與空間映射實現下水管道劣化狀態的視覺化
大阪大學研究生院工學研究科的貝戶清之教授等人組成的研究團隊，開發出了預測下水管道渠※1（以下簡稱下水管道）劣化狀態，並為支持制定高效更換更新計劃提供支援的新方法。
研究團隊利用多個統計模式和空間映射模型，成功地利用部分調查的結果數據推算出了管道整體的劣化速度。此外，還實現了管道健康狀態較差的密集地區的視覺化，有效地劃定了需要翻新改造的區域。
※1 下水管道渠為下水道管的正式名稱。
|老朽化下水管道的管理存在課題
目前，日本下水管道的老朽化問題十分嚴峻。2019年，已超過標準耐用年限50年的下水管道比例約為5%，10年後這一比例將升至15%，20年後將急劇增至約35%。
然而，由於下水管道埋設於地下，難以對管轄範圍內的所有管道開展全覆蓋檢測。以大阪市為例，市政計劃以50年標準使用年限為對象，對管道開展首次攝像頭內窺檢測，雖然1964年之前埋設的管道檢測完成率達到了約90%，但1970年之後埋設的管道檢測率還極低。
為此，需要開發一種即使只有部分管道的調查數據，只要將這些數據與地基強度、管道結構等資訊相組合，便能夠預測出包括未調查管道在內的管理區域整體劣化狀態，並制定高效維護管理計劃的方法。
|開發高精度下水管道劣化的模擬方法
新模擬方法的開發
本研究以大阪市混凝土下水管道為對象，提出了一套可依託局部檢測數據實現全部管道劣化程度預測的全新分析方法。
研究團隊首先對已完成管道檢測的49,243跨※2調查數據，引入可概率化表徵管道健康度逐步衰減過程的統計模式，測算出每一段管道的劣化速度。該模型的優點在於能夠考慮單個管道在劣化速度上的差異。結果顯示，管道的平均壽命約為115.5年，但個體差異很大，從50年以下到200年以上不等。同時還發現，由於位置相近的管道在地質條件和距海岸距離等環境因素上相似，其劣化速度也趨於一致。
※2跨：管道跨距。指檢查井與檢查井之間的管道區間。相鄰兩個檢查井之間的距離為1跨。
接著，研究團隊結合相鄰管道劣化速度趨於接近的規律，以及管道的屬性資訊（管徑、地基、距海岸距離）構建預測模型，對包括未調查的65,807跨在內的、大阪市全域115,050跨管道的健康度進行了預測。通過對預測結果應用密度分析方法，研究團隊得以在地圖上將劣化嚴重的管道密集區域視覺化，從而能夠特定出應優先進行改建更新的區域。
可實現直至2070年的下水管道健康度模擬
模擬結果顯示，預計從2020年至2040年，海岸附近及澱川以北地區的管道開始出現劣化，此後直至2070年，劣化範圍將擴大至大阪市全域（圖1）。
圖1 大阪市全域下水管道健康度模擬結果
紅色表示健康度較低的下水管道。
（圖片來源：土木學會論文集，Vol. 79, No.1, 22-00111, 2023）
此外，實際驗證本方法對劣化速度的推算精度，證實其與既往方法相比精度為最高，證實了該方法的有效性。由於該方法能夠適當地在地圖上提取出劣化管道的密集區域，因此被認為是實施改建更新工程時選擇優先區域的有效方法。
由此，即使只能獲取部分調查數據，也能對全部管道進行劣化預測，並制定出高效的維護管理計劃。
|實現可持續的基礎設施管理
本研究成果使得制定下水管道的高效維護管理計劃成為可能。由於能夠特定出健康度較低的管道密集區域，可以集中改建更新工程，從而減少工程費用及施工帶來的道路管制。此外，該方法不僅適用於下水管道，也可應用於其他地下埋設物及基礎設施構造物的維護管理。
通過今後的進一步研究，有望提高對未調查管道劣化速度的推算精度，以及將該模型應用於其他基礎設施。
原文：JST 事業成果 社會技術/社會基礎領域
翻譯：JST客觀日本編輯部
