大成建設は、地層構造などを含む地下構造物の3次元数値解析モデルを従来の10分の1程度の時間で自動作成する手法を構築した。高度な解析技術がなくても、施工手順を反映した詳細な3次元モデルを作成できる。

3次元数値解析モデルを自動で作成する手法の構成
3次元CADのソフトに、自動でメッシュを作成するソフトを組み合わせた(資料:大成建設)
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 地下に複雑な構造の駅舎などを建設する工事では、周辺の建物に影響が無いように施工中の地盤の動きを予測する必要がある。事前の詳細な地質調査が困難な場合が多いため、掘削中の地盤の挙動やトンネルの変形から地質を解析し、設計を最適化しながら施工を進める。そこで必要になるのが、施工手順などを忠実に再現した3次元の数値解析モデルだ。

事前の地質調査
事前にボーリング調査や地表踏査、弾性波探査などで地質を調査して、設計する。地理的や技術的な制約から、十分なデータが得られないことが多い(資料:大成建設)
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 開発した手法では、3次元CADのソフトと、CADで作成したモデルにメッシュを自動で作成するソフト「Griddle」を組み合わせて、数値解析用の3次元モデルを高速で作成できる。さらに、メッシュの細かさや施工断面の区画割りを指定することで、複雑な構造や施工の手順を正確に反映可能だ。3次元のCADを扱える技術者ならば誰でも短時間でモデルを作れるようになる。

施工手順を反映した3次元数値解析モデル   
掘削の手順を色分けして反映したモデル。施工進捗に応じて地盤や構造物の変形を解析できる(資料:大成建設)
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 数値解析用の3次元モデルは従来、解析にたけた技術者が膨大な時間と手間をかけて作成していた。地盤と構造物の3次元CADモデルを複数のメッシュに分割する作業が非常に複雑だからだ。メッシュごとに解析するため、構造が複雑な箇所や応力が集中する箇所は細かく分ける作業が求められる。一方で、作成時間を短縮する工夫も必要だった。

 例えば、ボスポラス海峡横断鉄道のシルケジ駅舎部の工事では、モデルの作成に2カ月以上かかった。手間を省くため、複雑な箇所は簡略化。さらに、時間がかかり過ぎることから施工手順は反映していない。一方で、同じ工事に開発した自動作成の手法を用いれば、約7日で詳細な3次元数値解析モデルを作成できた。

ボスポラス海峡横断鉄道のシルケジ駅の3次元数値解析モデル
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左は従来の手法で作成した3次元モデル。右は自動で作成したモデル。従来の手法では同一の断面を引き延ばしてモデルを作成することで簡略化していた(資料:大成建設)

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