一般社団法人
九州地方計画協会

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ＶＲ技術を活用したコンクリート橋梁
メンテナンスモデルの紹介について

九州地方整備局　　　　　　　
九州技術事務所維持管理技術課
維持管理技術第二係長

俵　野　陽一郎

キーワード：コンクリート劣化、橋梁点検、VR、研修

１．はじめに

平成24年に発生した中央自動車道笹子トンネル天井板落下事故などを契機に、平成25年を「社会資本メンテナンス元年」とし、メンテナンスサイクルを回す仕組みを構築している。仕組みづくりにおける［体制］メニューの一つに、「地方公共団体の職員、民間企業の社員も対象とした研修の充実」が掲げられ、メンテナンス技術習得の重要性が唱えられている。

九州技術事務所では、これら課題への対応として、事務所構内に体験型土木構造物実習施設（橋梁実モデル）を平成30年度に整備した。

本施設を利用することで、供用中の構造物を使った現場実習に比べ、安全で効率的かつ効果的な研修が実施可能となり、九州地方整備局の計画研修や基礎技術講習や自治体職員等への講習会に活用している。

本施設では、「劣化・損傷」の状況を見ることはできるが、メカニズムを理解するまでは至っていないのが現状である。

そこで、実習施設である橋梁実モデル（写真－1）を活用し、コンクリート橋の主要な劣化・損傷の状況及びメカニズムの再現を検討し、橋梁点検、調査、診断、補修設計、施工の流れが理解できるような橋梁メンテナンスモデルをVR データ（図－ 1）で作成したので紹介する。

写真1　橋梁実モデル

図1　橋梁ＶＲモデル

２．橋梁ＶＲの目的

（１）目的

橋梁実モデルで「劣化」「損傷」発生事象を学び、橋梁VR でメカニズムの理解を補完することで、次の技術力向上を目的として開発した。

・橋の三大損傷である「疲労」、「塩害」、「アルカリ骨材反応」及び中性化の劣化損傷のメカニズムを理解する

・不具合発生の兆候や損傷の急激進展を見落とすリスクを減らす技術力を取得する

・橋梁に生じている損傷の状態を正確に把握する目視点検の質を向上させる

・補修や詳細調査といった措置の必要性や対策時期を適正に区分できる診断の質を向上させる

・通常時巡回において、道路橋路面から橋梁床板の不具合発生の兆候や損傷を想定できる技術を習得する

・橋梁の構造やリスク（損傷度や劣化条件など）を意識した補修・補強・新設橋梁設計技術を習得する

（２）課題

開発にあたり、橋梁実モデルによる研修の課題を下記に整理した。

・「劣化」「損傷」の経年変化が確認できない

・「劣化」「損傷」パネルは、発現する可能性が不確実であり、長い期間を要する（写真－ 1）

・配筋状況、かぶり、埋設設備等の不可視部分が原因となる損傷に関するスキルアップが難しい

・実橋で発生している事象及び事例の少ない事象は、再現が困難

・「劣化」「損傷」の再現に多大な工費が必要

３．橋梁ＶＲメンテナンスモデル

橋梁実モデルで「劣化」「損傷」発生事象を学びつつ、橋梁VR メンテナンスモデルでメカニズムを理解することで、技術力のさらなる向上を目指した。「VR ゴーグル（写真－ 2）」、「VR コントローラー（写真－ 3）」、「VR シューズ（写真－ 4、写真－ 5）」を使用する事で、仮想の3次元空間をリアルに没入出来る体験が可能である。

写真2　ＶＲゴーグル

写真3　ＶＲコントローラー

写真4　ＶＲシューズ

写真5　ＶＲシューズ背面

４．研修カテゴリー

コンクリート橋の主要な劣化・損傷の状況及びそのメカニズムについて、橋梁点検、調査、診断、補修設計、施工の流れが理解できるような内容とするため、以下の内容を抽出し、VR データを作成した。

・主桁・床版等の主要部位における三大損傷（疲労、塩害、ASR）による影響

・中性化移行し崩壊するメカニズム

・構造・配筋細目による影響

・施工方法による影響

・再劣化箇所のメカニズム

・死荷重、活荷重の影響

・荷重伝達経路

検討結果、コンクリート研修のカリキュラムを参考に研修カテゴリーを整理した。

研修カテゴリーは、「橋梁の基礎知識」「橋梁形式」「構造・配筋細目」「寿橋の歴史」「変状と劣化（初期・経年劣化・構造的変状）」「劣化の機構」「調査手法」「予測・評価・判定」「対策・補修・補修工法」「補修・補強後の維持管理」「再劣化防止」について、受講する技術者の技術レベルに応じて、「新米技術者基礎コース」、「橋梁点検技術者コース」、「設計施工技術者コース」、「橋梁点検体験コース」に区分（図－ 2）し、受講生が選んで学べるカリキュラムを設定した。

図2　カリキュラムコース区分

５．橋梁ＶＲの特徴

損傷のメカニズムなどをVR で表現し、スライド研修とVR 研修を選択（図－ 3）し、カリキュラムを進めるように考えている。

研修後には、確認問題（図－ 5）で準備し、習熟度を自ら確認が出来るようにした。また、橋梁の基礎知識（図－ 4）などは、スライド形式とし、橋梁構造を解説している。

図3　研修選択画面

図4　橋梁の基礎知識

図5　確認問題

橋梁の三大損傷である「疲労」、「塩害」、「アルカリ骨材反応」及び中性化の劣化損傷のメカニズムをVR 技術で再現（図－ 6）しつつ、同時に、ナレーションによる解説で、より理解が深まるように工夫している。

図6　中性化の説明（スライド）

また、損傷箇所を「鉄筋の透過」（図－ 7）、「断面の表示」（図－ 8）、「表面を削った状況」（図－ 9）を表現することで、橋梁の構造やリスク（損傷度や劣化条件など）を意識した補修・補強・新設橋梁設計につながるようしている。

図7　中性化の説明（鉄筋透過）

図8　中性化の説明（断面表示）

図9　中性化の説明（表面を削った状況）

橋梁点検VR では、「VR ゴーグル」、「VR コントローラー」、「VR シューズ」を活用し、橋梁点検のVR 体験することが出来る。

仮想3次元空間内を自由に歩き回ったり、点検階段で橋面へ登ったりし、損傷個所（損傷個所は7か所）を見つける体験や確認問題（クイズ）を取り入れ、ゲーム感覚で学び構造工学の面白みを発見できればと考えた。また、見つけた損傷箇所を解説（図－ 10、11）する事で、さらに理解を深められる。ゲーム性を持たせることで、多くの方が持っている構造工学に対するアレルギー反応の軽減に繋がればと思う。

図10　橋梁点検のＶＲ体験

図11　ＶＲによる損傷確認

６．おわりに

今回、開発した橋梁VR メンテナンスモデルは、実習施設の橋梁実モデルを補いながら、コンクリート橋の主要な劣化・損傷のメカニズムを再現し、VR の仮想空間でリアルに体験できる研修教材として活用しいきたい。また、3 次元点群データを用いた活用のモデルケースと考えている。また、今後の職員研修のみならず様々な方々にも利用され、より良い内容に充実していきたい。

橋梁VR メンテナンスモデルの開発にあたり、九州大学佐川准教授をはじめ、（一社）プレストレス・コンクリート建設業協会九州支部、（一財）橋梁調査会、（一社）建設コンサルタンツ協会の産学官によるVR（AR）橋梁メンテナンスモデルに関する検討WG（写真－ 6）で、ご指導ご協力頂きました。この場を借りて御礼申し上げます。

引き続き、産学官の連携で橋梁VR メンテナンスモデルを充実させ、メンテナンス技術者の育成に寄与していきたい。

写真6　検討会におけるＶＲ体験