南欧州大規模インフラモニタリングの現地実態調査報告

　日本より先行して様々な活動が行われている南欧州（スペイン、イタリア、スイス）における大規模インフラモニタリングの現状を把握するため、2017年10月14日（土）～ 10月25日（水）に下山リーダを団長とする8名の調査団（五十音順：伊藤寿浩、奥西史伸、塩谷智基、下山勲、武田宗久、中嶋正臣、橋本勝文、渡部一雄）を組んで、南欧州大規模インフラモニタリングの現地実態調査を行いました。

　今回調査しましたのは、次の組織と大規模インフラです。
（１）LACIAID of ORITIA & BOREAS（Granada, Spain）

（２）The Béznar Dam（Granada, Spain）
（３）Structural Engineering Group, University of Sevilla
　　（Sevilla, Spain）
（４）El Alamilo Bridge & La Barqueta Bridge（Sevilla, Spain）
（５）Center for Advanced Aerospace Technologies (CATEC)
　　（Sevilla, Spain）
（６）Politecnico di Trino（Turin, Italy）
（７）Reggia di Venaria（Turin, Italy）
（８）Marchetti Bridge（Turin, Italy）
（９）Murisengo gypsum cave（Turin, Italy）
（１０）EPFL  (Lausanne, Switzerland)
（１１）Chillon Viaduct (Veytaux, Switzerland)

　以下に各調査先での調査結果の概要を報告します。

（１）LACIAID of ORITIA & BOREAS（Granada, Spain）の調査
　風工学をベースに橋梁、高層建物等の大規模インフラの解析やモニタリングを実施しているコンサルタント会社であるORITIA & BOREASを訪問しました。ORITIA & BOREASはグラナダ大学のJosé Terrés-Nícoli教授らが2010年に設立した大学スピンオフ会社です。ORITIA & BOREASが建設中（外観ができたところで、内部の水平及び垂直の風洞設備はこれから製作し、2018年完成予定）のスペイン最大の風洞設備（写真1：外観、写真2：内部、写真3：外構造を支えるヒンジ構造）があるLACIAD（LABORATORIO DE AERODINÁMICA CIVIL, INDUSTRIAL, AMBIENTAL Y DEPORTIVA: Civil, Industrial, Environmental and Sports Aerodynamics Lab）（写真4：事務所入口）を見学するとともにTerrés-Nícoli教授と議論を行いました（写真5：Terrés-Nícoli教授からの説明の様子）。大規模インフラの状態を把握するために市販のひずみゲージや加速度センサを使っており、高性能のひずみ、加速度等のモニタリング技術は大規模インフラのモニタリング及び風洞実験において重要でRIMSで開発していますセンサシステムが使えれば有難いとのコメントを得ました。現状センサは有線ですが、サーバにあげられたセンサデータはスマホ等どこでも見えるようになっていました（写真6：スマホでのデータの表示の様子）。これらのことからRIMS技術の展開として大規模インフラのモニタリングは有望である感触を得ました。

　　写真1　大型風洞設備外観　　　　　　　写真2　大型風洞設備内部

写真3　外構造を支えるヒンジ構造　　　　写真4　 LACIAD事務所入口

写真5　Terrés-Nícol教授説明の様子　　写真6　スマホでのデータ表示

（２）The Béznar Dam（Granada, Spain）の調査
　大規模インフラとして、ダムのモニタリングを実施しているスペインのグラナダ近郊のBéznar ダム（写真7：ダム外観）の調査を行いました。Béznarダムは灌漑及び水力発電用のダムで、両側を重力方式の迫持台で支えられたアーチダムです。ダム頂上でのアーチ長さ213m、基礎からの中心高さは134mです。このダム周辺の地形は凝灰岩層等のはっきりした地層に分かれ（写真8：ダム監査廊内奥の地層）、また、縦に数cmから1m幅の割れ目（写真9：ダム監査廊内奥の割れ目）が多数存在しています。そのため、クラウド剤の充填等の対策を施してダムを建設していますが、その状態をモニタリングするために、6層の監査廊の中に割れ目幅計測の変位計（写真10）、加速度センサ（写真11）や振り子式電位差変位ゲージ（写真12）等種々のセンサを配置して、モニタリングを行っていました。振り子式電位変位計は写真12（左）の上部固定型と写真12（右）の下部固定型の両方を設置して精度を確保していました。なお、センサへの電源は有線でした。想像していたよりもはるかに大きい割れ目のモニタリングを実施しており、大規模インフラでの常時モニタリングの必要性を痛感しました。写真13に管理棟でのグラナダ大学Delgado教授の説明の様子、写真14に監査廊内での説明の様子、写真15にダムの前での集合写真を示します。

　　　　　　　　　　　写真7　 Béznarダム外観
　写真8　ダム監査廊奥の断層　　　　　　写真9　 ダム監査廊奥の割れ目

　　　写真10　割れ目幅計測変位計　　　　写真11　監査内設置加速度計

　　　　　　　　　写真12　振り子タイプ電位変位計
　　　　（左：上部固定タイプ、中：拡大図、右：下部固定タイプ）

写真13　管理棟でのDelgado教授の説明　  写真14　監査廊内での説明

　　　　　写真15　 Béznarダムの前での調査団の集合写真

（３）Structural Engineering Group, University of Sevilla(Sevilla, Spain)の調査
　スペインにおいて大規模インフラのモニタリングの活発な研究を実施しているセビーリャ大学の構造エンジニアリング部門を訪問しました（写真16：セビーリャ大校舎）。セビーリャ大学は1505年に創立された大学で、65,000人の学生を有するスペインのトップクラスの大学です。Mario Solís教授からセビーリャ大学における大規模インフラのSHM（Smart Health Monitoring）研究の紹介を受けました（写真17：Solís教授講演の様子）。Solís教授のグループでは以下のような研究開発を行っていました。
①加速度センサを用いた鉄道橋梁の振動特性に着目した健全性評価手法の研究
　・列車高速化に伴い、橋梁の共振速度と列車速度が一致したときに振動が増加することを実験（計測）と解析により明らかにしていました。
②1568年に建築された建物（El Giraldillo）の塔の損傷評価
　・加速度センサ、傾斜センサ、歪ゲージ、温湿度計、腐食プローブ等を2005年から塔につけて、風速と関連づけた動解析、モーダルパラメータの変動等から損傷を評価していました。
③橋の実稼働モーダル解析（Operational Modal Analysis）の研究
　・Operational Modal Analysisは、構造物の固有振動数、固有モード、モード減衰比といったモーダルパラメータ求めることを目的として、実験的に対象物を加振することなく、人の歩行、自動車の通行、風などの時間的及び空間的な外力のみからモーダルパラメータを求める手法です。セビーリャ大学の構造工学チームでは、Operational Modal Analysisの手法を開発するとともに、セビーリャ市のEl Alamillo 橋、La Barqueta橋、El Guardián del Castillo橋やLa Cartuja橋等のモーダルパラメータを求めていました。
　また、下山リーダ（写真18：下山リーダ講演の様子）及び阪神高速の奥西課長代理（写真19：奥西課長代理の講演の様子）よりRIMS及び阪神高速の概要紹介を行うとともに意見交換を行いました（写真20：意見交換会会場の様子）。また、写真21にセビーリャ大学のテラスでの集合写真を示します。

写真16　セビーリャ大校舎　　　　　　　　写真17　 Solís教授講演

　写真18　 下山リーダ講演　　　　　　写真19　 奥西課長代理講演

　写真20 意見交換会会場　　　　　　　写真21　 テラスでの集合写真

（４）El Alamillo Bridge & La Barqueta Bridge（Sevilla, Spain）の調査
　セビーリャ大学が実稼働モーダル解析を実施した長大橋であるEl Alamillo 橋と La Barqueta 橋を調査しました。El Alamillo 橋と La Barqueta 橋は1992年のセビーリャ万博の時に建設されたセビーリャ市を代表する橋です。
　特に、El Alamillo 橋は橋長200m、塔高140mの片持ち翼桁斜張橋で、その特徴的な構造から橋梁の世界では有名な橋です。El Alamillo 橋の全景を写真22に、橋塔前での集合写真を写真23に示します。加速度センサにより計測された固有振動数は0.4～3.32Hzでした。

　　写真22　 El Alamilo 橋の全景　　　　　写真23　橋塔前での集合写真

　La Barqueta 橋は橋長：198.8mのアーチ橋です。La Barqueta橋の全景を写真24に、橋の袂でSolís教授から説明を受けている様子を写真25に示します。GPS付の加速度計を16地点に設置し、モーダルパラメータを求めた結果、固有振動数は0.7～6Hzであり、El Alamillo 橋よりも固有振動数が高くなっているのが分かります。

写真24　 La Barqueta橋の全景　　　写真25　橋の袂でのSolís教授説明

（５）Center for Advanced Aerospace Technologies (CATEC)（Sevilla, Spain）の調査
　大規模インフラとして、航空機のモニタリングを実施しているCATECを訪問調査しました。CATEC(Center for Advanced Aerospace Technologies )（写真26：CATEC入口）はエアバス等がサポータとなっている非営利団体であるFADA(The Andalusian Foundation for Aerospace Development )の一つのセンターで、ロボット、3Dプリンタ等の付加加工、航空管制等の研究開発を行っています。航空機の非破壊検査やヘルスモニタリングの研究開発も行っています。Ms. ValderasからCATECの概要説明を受けた後（写真27：CATEC概要説明会場の様子）、実験室を見学させて頂きました。航空機体のひずみ計測のための光ファイバひずみ計測実験装置等を見学しました。写真28に玄関ロビーでの集合写真を示します。

　　　　写真26　 CATEC入口　　　　　　写真27　 CATEC概要説明会場

　　　　　　　　　写真28　CATEC玄関ロビーでの集合写真

（６）Politecnico di Trino（Turin, Italy）の調査
　イタリアにおける大規模インフラのモニタリングで活発な研究を実施しているトリノ工科大学（Politecnico di Trino）（写真29：トリノ工科大学の入口）を訪問し、大規模インフラのモニタリングに関して、幅広く意見交換を行いました（写真30：意見交換会場の様子）。トリノ工科大学は1859年に創立されたイタリアで最も古い工科大学で、33,000人の学生を有するイタリアのトップクラスの大学です。先ず、Chiaia副学長によるトリノ工科大学の紹介、Carpinterik教授による洞窟における中性子及びAE（Acoustic Emission）モニタリングによる地震予知の研究、Ventura准教授による橋梁のアクティブモニタリングの研究、Lacidogna准教授による歴史的建造物の劣化モニタリングの研究、道路保守点検会社（INFRA.TO）のCurrado本部長とCrovaプロジェクトマネージャによるトリノ市メトロの維持管理・モニタリング技術等の紹介を受け、トリノ工科大学が産業界と連携したレベルの高い研究開発を実施していることが把握できました。
　その後、下山リーダ（写真31：下山リーダ講演の様子）及び阪神高速の奥西課長代理（写真32：奥西課長代理講演の様子）よりRIMS及び阪神高速の概要紹介を行うとともに意見交換を行いました。写真33にトリノ工科大学入口での集合写真を示します。

写真29　 トリノ工科大学の入口　　　　　写真30　意見交換会場

　　写真31　 下山リーダ講演　　　　　　　写真32　奥西課長代理講演

　　　　　　　　写真33　トリノ工科大学入口での集合写真

（７）Reggia di Venaria（Turin, Italy）の調査
　大規模インフラのモニタリングとして、歴史的遺産のモニタリングの可能性を調査するため、イタリアのReggia di Venaria（ヴェナリア宮殿）（写真34）を調査しました。ヴェナリア宮殿はサヴォイア家の狩猟場として16世紀末に建設されましたが、1693年にフランス軍の侵攻によって破壊されました。その後20年以上の歳月をかけ、修復され、サヴォイア家の王宮群の一つとして世界遺産登録されています。先ず、ヴェナリア宮殿保存修復センター（写真35ヴェナリア宮殿保存修復センター入口）を見学しました。ヴェナリア宮殿保存修復センターでは、彫刻の修復（写真36）、ミイラ棺の修復（写真37）、大絵画の修復（写真38）等を見学しました。大絵画の修復では大きな絵画をサポートするためテンション機構を設けていますが、絵画に大きな負荷を与えないための簡易なひずみ計測用のセンサ等のニーズがあることが分かりました。ヴェナリア宮殿保存修復センターでは過去の状態を忠実に再現するため、材料自身の基礎研究から内部の状態をモニタリングするためのX線透過装置（写真39）や形状を詳細にモニタリングする3次元変位計測装置（写真40）等の最先端計測装置を使った最先端の研究も実施していました。なお、歴史的遺産は古く、傷んでおり、材料自身がもろくなっているため、非接触・非破壊のモニタリング技術が必要とのことでした。
　ヴェナリア宮殿保存修復センター見学後、ピエモンテ州の王宮施設管理関係者と歴史的遺産の修復及び非破壊・モニタリング技術適用の可能性についての意見交換を行いました。意見交換会ではヴェナリア宮殿研修センターのMerlottiセンター長、La Mandria ParkのGrella所長、トリノ工科大学のVolpiano教授及びGrazzini博士からの講演並びに下山リーダからRIMSの紹介の後、意見交換を行いました。その結果、歴史的構造物のモニタリングの要求仕様をヴェナリア宮殿側で明らかにして頂き、トリノ工科大学の Lacidogna准教授を介して、今後連携をしていくこととしました。下山リーダの講演の様子を写真41に意見交換会後の集合写真を写真42に示します。

　
　　　　写真34　 ヴェナリア宮殿　　　　写真35　保存修復センター入口

　　
　　　写真36　 彫刻の修復　　　　　　 　写真37　ミイラ棺の修復

　　　写真38　 大絵画の修復　　　　　　 　写真39　 X線透過装置

写真40　3次元変位計測装置　　　　　写真41　下山リーダの講演

　　　　　　　　　　写真42　意見交換会後の集合写真

（８）Marchetti Bridge（Turin, Italy）の調査
　イタリアでは2,000の高速道路橋梁と14,000の一般道橋梁があり、法規制により3か月毎の目視点検と1年毎の詳細点検が義務付けされており、点検コストの増大が問題となっています。この問題を解決する手法として、トリノ工科大学のVentura准教授は計算機モデルとセンサの実測データをリアルタイムで比較して異常を判断するアクティブモニタリングを提唱しています。今回イタリアにおける長大橋のモニタリングの調査として、このアクティブモニタリングの適用第１号であるMarchetti橋（写真43）の調査を行いました。
　Marchetti橋は河川（通常は殆ど水の流れなし）の洪水を機にデザイン会社SETECOが設計したアーチスパン250mのタイドアーチ橋で2015年に建設されました。法律で川底には橋脚を立てられないため、アーチスパンの長いタイドアーチ橋になっています。この橋の設計者であるSETECOのSimone Varni氏及びVentura准教授にMarchetti橋及びアクティブモニタリングシステムの説明を受けました。全てのサスペンションケーブル終端部の張力のほか、傾斜、加速度、温度、風力などを約30のセンサにより、2015年からアクティブモニタリングを行っています。センサは米国製(軍事仕様)で、現在のところ故障は一つもなく、20年程度の使用を見込んでいるということです。電源は既設の電源ラインから取られていました。サスペンションケーブル終端部に取り付けられたロードセルと傾斜計を写真44、写真45に示します。これらセンサからの信号はデータ収集装置（写真46）を経由して、橋の袂の橋梁管理室のサーバに送られ、サーバにおいて構造的挙動の解析が実施され、橋梁を視覚的に表現したユーザインタフェース（写真47：モニタ画面）にその結果が表現されるシステム構成となっています。モニタリング結果はデイリーで管理者にメールで送信されますが、日々のサマリデータを残して生データは廃棄されているとのことでした。検査路内及び橋梁管理室でのVentura准教授の説明の様子を写真48、写真49に示します。

　
　　　　写真43　 Marchetti橋　　　　　　　　　写真44　ロードセル

　　　　　写真45　 傾斜計　　　　　　　　　　写真46　データ収集装置

　　　　　　　　　　　写真47　モニタ画面

　　写真48　検査路内での説明　　　写真49　橋梁管理室での説明

（９）Murisengo gypsum cave（Turin, Italy）の調査
　大規模インフラとして、鉱山のモニタリングの可能性を調査するため、Murisengo石膏採掘洞窟の調査を行いました。トリノ工科大学のCarpinterik教授のグループでは、石膏採掘場の地下約100m地点の岩盤にて主に地震検知を目的としたモニタリングを実施しています。AE、電磁波、中性子（Neutron）の3種をモニタしています。2013年に設置し、これまでに地震に伴う主振動の予兆をこれら信号により数日前から検知した実績があるとのことでした。AEの検知帯域は50kHz～800kHzで、採掘のための発破振動は50kHzよりも低域のため、モニタリングには影響しないということでした。電磁波は2MHz以上の帯域を検知していますが、地上と違い、放送や通信による妨害電波の影響を受けないため特別なノイズ除去は不要とのことでした。洞窟内計測現場と設置されたAEセンサ及びNeutron検出器を写真50に示します。各センサへの電源は既設の電源ラインからとっていました。洞窟内は暗渠で振動も少なく自立電源化は困難です。写真51に洞窟入口での集合写真を示します。

　　　　　　　写真50　洞窟内計測現場と設置されたセンサ

　　　　　　　　　　　写真51　洞窟入口での集合写真

（１０）EPFL  (Lausanne, Switzerland)の調査
　スイスにおける大規模インフラのモニタリングで活発な研究を実施しているEPFL(スイス連邦工科大学ローザンヌ校)のBrühwiler教授を訪問し、意見交換を行いました。 EPFLは1969年に創立されたフランス語系のスイス連邦工科大学で、約10,000人の学生を有する世界有数の工科大学です。
　Brühwiler教授からEPFLにおける大規模インフラの長期モニタリングによる疲労評価とUHPFRC(Ultra-High Performance Fiber Reinforced Cement-based Composites)による補強の研究内容（写真52：Brühwiler教授の講演の様子）及びインフラ管理のコンサルタント会社であるIMDMのPutallaz社長からアセットマネージメントの事業紹介（写真53：Putallaz社長の講演の様子）を受けるとともに、武田室長からRIMSの概要を説明し、RIMSの広報を行いました（写真54：武田室長の講演の様子）。また、京都大学の橋本講師より非破壊検査の研究紹介（写真55：橋本講師の講演の様子）を行って、大規模インフラにおけるモニタリング及び非破壊検査に関して幅広い意見交換を行いました。写真56にEPFLの食堂での集合写真を示します。
　Bruhwiler教授は長期モニタリングで構造物の挙動を正確に把握して、UHPFRCで補強して橋梁の寿命及び維持費用の削減を目指すExamineering（examination engineering）という構造物の維持管理概念を提唱しており、橋梁だけでなく、風力発電のタービンなど大型の構造物に適用しています。利用しているセンサは基本的には従来型のひずみゲージであり、電源は既設の電源ラインから取っていました。橋梁の場合は鉄筋のひずみを直接測定しています。タービンはブレード、主塔、軸受などのひずみ計測を行ない、設計寿命より10倍以上持つと判断したケースもあるとのことでした。基本的な方針は既存の構造物を出来る限り長持ちさせていくというスタンスです。

写真52　 Brühwiler教授の講演　　　　　　写真53　 Putallaz社長の講演

　写真54　 武田室長の講演　　　 　　　写真55　 橋本講師の講演

　　　　　　　　　　　写真56　 EPFLの食堂での集合写真

（１１）Chillon Viaduct (Veytaux, Switzerland)の調査
　EPFLがモニタリングを実施している長大橋であるChillon高架橋（写真57）を調査しました。Chillon高架橋は1969年に建設された全長2×2,210m、スパン長92m～104mの箱桁PC橋です。EPFLが箱桁内に設置したセンサにてモニタリングを実施しています。長期(１年以上)のモニタリングで疲労の有無を判断します。疲労は基本的に鉄筋のひずみのデータから判断します。コンクリートのかぶりをはつって直接鉄筋にひずみゲージを設置（写真58）して、主鉄筋と配力筋の両方のひずみを測定します。また、道路幅方向のひずみのように、十分なひずみ値が得られないケースのために、床版下面に特別なひずみ拡大治具(橋軸方向、直行方向に2段のひずみセンサを設置する治具：写真59)を作製し、現地で実証実験も行っていました。写真60に箱桁内の計測システムを示します。サンプリングレートは100Hzです。交通荷重の影響や温度変動はノイズとして排除した上で判断します。疲労の変化曲線に応じて補修の必要の有無を判断し、その結果踏まえて、2014年～2015年にUHPFRCの補強工事を行い、引き続きモニタリングを実施していました。電源は既設の電源ラインからとっていました。
　なお、ETH(スイス連邦工科大チューリッヒ校)による加速度センサ（写真61）も設置されていました（固有振動の変化のモニタリング)。写真62に箱桁内での説明の様子、写真63に道路デッキでの集合写真を示します。

　　　　写真57　 Chillon高架橋　　　 　　　　写真58　 ひずみゲージ

　　　　　　　　　　　　　写真59　ひずみ拡大治具

写真60　 箱桁内の計測システム　　　 　　　写真61　ETH加速度センサ

　写真62　箱桁内での説明　　　 　写真63　道路デッキでの集合写真

　今回の調査で、南欧州（スペイン、イタリア、スイス）の大規模インフラのモニタリングの実態を把握することができました。また、下山リーダから各所でRIMSの紹介をしていただき、RIMSの活動を関係者に理解頂いて広報が図れました。今回の訪問先では我々の開発している技術にも興味を持って頂いており、今後今回の訪問先とは引き続き連携を図る予定です。

（NMEMS南欧州大規模インフラモニタリング実態調査団：伊藤寿浩、奥西史伸、塩谷智基、下山勲、武田宗久、中嶋正臣、橋本勝文、渡部一雄）