構造物の劣化・疲弊モニタリング

2020.10.28 IoTアプリケーション

劣化診断へのIoTの活用

古い構造物が増えてきていることもあって、構造物の異常の予兆をとらえて、劣化診断のスクリーニングを、IoTを活用して行う取り組みがあります。

多くの国では、数十年前に作られたインフラが多くあり、耐用年数に近いインフラが多数存在します。

それらについて、年単位での点検を行うことも必要ですが、IoTを活用して定点観測や常時モニタリングでデータを蓄積、劣化状況を一次スクリーニングすることができれば非常に有効なシステムとなります。

診断する構造物は、橋梁、ダム、トンネル、河川の構造物、鉄塔など、診断部位は、コンクリート、鉄筋、配管の劣化など、多岐に渡ります。

劣化診断の現在の手法

現在の劣化診断では、どのような調査が行われているのでしょうか？

以下に、主に実施されている診断方法を記載します。

視覚調査

人の目を使った目視調査 (ひび割れ・剥離など)
カメラによる目視調査

非破壊調査

構造物の厚み調査 (超音波、衝撃弾性波)
鉄筋調査 (かぶり深さ、X線)
圧縮強度推定試験 (ハンマーによる打撃、浮きの範囲、程度など)

はつり調査

コンクリート内鉄筋腐食調査
中性化試験 (フェノールフタレイン溶液による調査)
かぶり厚、腐食状況

コア抜き調査

コンクリートから試料を抜き出して調査 (中性化、圧縮強度、硫酸腐食など)

腐食環境調査

水質調査
硫化水素濃度調査

これは、当社で、簡易的に遠赤外線サーモグラフィを使用して、構造物の温度を測定した写真です。

サーモグラフィを使用すると、壁面の温度の高いところ、低いところが可視化できますが、この温度データによって劣化の状況を把握することができると言われています。

このような温度による診断も実際の現場では使用されているようです。

劣化診断の課題

実際の劣化診断では、様々な調査が行われていますが、その中で、以下のような課題があると言われています。

スクリーニング

目視検査、抜き取り検査で数か所～数十か所を測定しても、当初想定されていない部位での劣化や事故が発生する事例が増加している
全面検査を行うためには膨大なコストがかかる

高コストの付帯工事

足場の設置、採掘など、検査以外のコストがかかる

劣化度合いの確認

点検員の熟練に依存している
数値による劣化の進行度合いの判断が求められている

劣化要因の推定

何によって劣化しているかの要因を推定する技術の確立

異常時の通知

事故が起こる前の予防に加えて、発生予兆の把握とタイムリーな通知

IoT活用によるメリット

劣化診断において、IoTを活用するメリットは何でしょうか？

一番のメリットは、劣化の一次スクリーニングを行うことができることです。

その効果として、補修工事が必要そうだという結果が出てきた場合、測定装置を使って詳細を調査するというアクションに移行することができます。

つまり、これまで行われてきた、1年から数年に1回程度の詳細な検査のみでなく、精度はそれほど高くなくても常時モニタリングすることで、劣化した異常状態のタイムリな検知と対応策を練ることができるため、重大なインシデントにつながるインフラの異常を早期に発見することができます。

簡易スクリーニングによる劣化予兆の早期発見
劣化要因を推定するためのセンシングデータの数値化
異常時の予兆の発見とタイムリーな通知

これらが、IoTを活用することによるメリットとなります。

劣化診断のIoT活用で使用するセンサ

加速度センサ、ひずみセンサ、電流センサ、音波センサなど、数多くの種類のセンサが必要とされています。

当社では、以前より、センサノードに加速度センサを接続して、無線伝送を行い、Gatewayで集約した振動結果をモニタリングできるデモシステムを構築して、展示会などで説明してきました。

これを分析することによって、構造物の振動などの結果を把握することができます。

Tele-Sentientの特長

Tele-Sentientでは、センサ・プラグアンドプレイによって、多くの種類のセンサを選択、接続できる仕組みを構築しています。

Tele-Sentientの構成要素

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