2023 Fiscal Year Research-status Report

Retrofitting prioritization of bridges based on the resilience for enhancing regional disaster prevention

Research Project

Project/Area Number	21K14235
Research Institution	Nihon University
Principal Investigator	石橋寛樹日本大学, 工学部, 助教 (80843979)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2026-03-31
Keywords	地震動強度 / 空間相関特性 / 橋梁 / 道路ネットワーク / 強震観測記録 / 補強優先度
Outline of Annual Research Achievements	本研究の最終目的は，任意の地域における地震動強度の空間分布を決定する空間相関特性の評価手法，および，それを活用したモンテカルロシミュレーションに基づく，道路ネットワークのリスク・レジリエンス評価と，道路構造物の補強優先度判定手法を提示することである．本研究により，将来の地震を対象に，確率論的アプローチによる実現象を捉えた地震動強度分布の予測と，それに対する構造物の被害分布推定，および道路ネットワークのリスク・レジリエンス評価が可能になる．さらに，補強優先度判定という，リスク・レジリエンスを定量的に表す指標の具体的な活用方法を明示することができる．地震動強度には空間的な相関があり，地震や被災想定地域の特性に応じた空間相関特性を定量的に扱うことで，地震後における観測点間の地震動強度の補間・予測や，将来の地震に対するハザード評価，さらには，経的損失等のリスク評価の精緻化が可能になる．2023(R5)年度では，日本全国における地震動強度の空間相関特性（すなわち，地震動強度の相関距離）の推定結果を基に，日本海溝沿いの地震（以下，日本海溝地震）の発生を想定し，東北地方の沿岸部に位置する橋梁および道路ネットワークの被害推定を行うとともに，任意の2地点間の接続確率を効率的に高めることを目的とする橋梁の補強優先度判定を実施した．結果として，地震後の道路ネットワークの接続性を予測する上で，地震動強度の空間相関特性を適切に考慮することが重要であり，本提案手法により，道路ネットワークの接続性の観点から優先的に補強されることが望まれる橋梁を同定できることが示された．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究の研究フェーズは，(i)地震動強度の空間相関特性の推定，(ii)対象地域の空間相関特性に基づく確率論的手法による地震動強度の空間分布の生成，(iii)構造物の脆弱性評価（地震フラジリティ評価），(iv)解析対象とする道路ネットワーク内に位置する構造物の信頼性評価（損傷確率の推定），(v)地震後の道路ネットワークの交通機能（交通量や交通速度）の評価，(vi)道路ネットワークのリスク・レジリエンス評価，および，(vii)構造物の補強優先度判定，に大きく区分される．フェーズ(i)および(ii)は，2021(R3)年度に達成しており，地域や地震タイプが異なる条件下での地震動強度の空間相関特性を評価することができた．複数の地域に対して空間相関特性を評価できた点は大きな進捗である．2022(R4)年度は，フェーズ(iii)・(iv)およびフェーズ(v)の途中まで進めることができた．2023(R5)年度では，(vi)のフェーズをスキップし，道路ネットワークの接続確率を指標とする(vii)橋梁の補強優先度判定を行った．具体的には，日本海溝地震に対する防災対策が急がれる東北地方沿岸部を対象に，地震動強度の空間総監督性評価，日本海溝地震により想定される橋梁群の被害分布予測，橋梁の損壊を考慮した道路ネットワークの接続確率評価，さらには，道路ネットワークの接続確率の向上に資する耐震補強対象橋梁の同定，を達成した．本提案手法を活用することで，橋梁の道路構造物としての役割を考慮した耐震補強施策の提示が可能であることが示され，本研究課題の社会的意義を明示することができた．
Strategy for Future Research Activity	2024年度(R6)年度は，「現在までの進捗状況」で上述したフェーズ(vi)を達成するとともに，その解析対象地域の拡大や解析精度のブラッシュアップを図る．2023(R4)年度では，地震後における橋梁群の損壊状況に応じた道路ネットワークの接続確率に基づく耐震補強優先度判定手法を構築したが，道路ネットワークの接続性の低下に伴う社会影響まで評価できておらず，これを可能にする評価手法の構築を目指す．現時点での研究方策として，各道路の交通量データを新たに考慮し，地震前後での交通量の変化量を推定するととも，道路ネットワーク内の構造物（主に橋梁で検討している）の被害分布推定結果に基づく，各構造物の復旧費用および復旧時間を評価することで，種々の社会影響（すなわち，リスク・レジリエンス）を統合的に推定していく予定である．各フェーズを一貫して行うために，地理情報システム(GIS)を用いた各種データの一元管理を行う．本研究では，種々の不確定性を考慮したモンテカルロシミュレーションを実施するため，各フェーズの計算コストは大きくなるが，ワークステーションの購入等を進めることで対応できる見込みである． 2025(R7)年度（最終年度）は，構築される各解析フェーズの精度向上に取り組むとともに，国内外での研究成果の公表に励む予定である．
Causes of Carryover	研究開始当初では，予算配分として大規模なデータを処理するためのワークステーションの購入を主に計画していたが，生成AI等が急速に発展してきた中で効率的なコード作成が可能になり，マシーンパワーに頼る必要性が小さくなったことが理由に挙げられる．一方で，円安に伴う海外論文掲載費の増額により，「その他」の支出が計画より増加している．次年度は物品費への支出が最有力であるが，海外論文への掲載を成果の一つとして目指す中で，円安等の動向を考慮しながら慎重に対応する．