橋梁維持管理へのAIの活用とデータ取得技術

国立研究開発法人 土木研究所構造物メンテナンス研究センター

上席研究員 石田雅博

2019年８月２９日

0

第１２回 CAESAR講演会

橋梁、トンネル等の定期点検結果

平成26～29年度の判定区分の割合

※道路附属物等：シェッド・大型カルバート、横断歩道橋、門型標識等※四捨五入の関係で合計値が100%にならない場合がある。

※（ ）内は施設数

[CELLRANGE]

[CELLRANGE]

[CELLRANGE]

[CELLRANGE]

[CELLRANGE]

[CELLRANGE]

[CELLRANGE]

[CELLRANGE]

[CELLRANGE]

[CELLRANGE]

[CELLRANGE]

[CELLRANGE]

0% 20% 40% 60% 80% 100%

橋梁

(590,862)

トンネル

(7,932)

道路附属物等

…

Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ

区分 状態

Ⅰ 健全 構造物の機能に支障が生じていない状態。

Ⅱ 予防保全段階 構造物の機能に支障が生じていないが、予防保全の観点から措置を講ずることが望ましい状態。

Ⅲ 早期措置段階 構造物の機能に支障が生じる可能性があり、早期に措置を講ずべき状態。

Ⅳ 緊急措置段階 構造物の機能に支障が生じている、又は生じる可能性が著しく高く、緊急に措置を講ずべき状態。

○ 定期点検を実施した結果、橋梁の場合、約１０％（約５．８万橋）が緊急又は早期に措置を講ずべき状態と判定。

約５．８万橋

1

措置の状況

○ 平成２６～２８年度に定期点検を実施した橋梁のうち、次回点検までに措置を講ずべき橋梁（判定区分Ⅲ・Ⅳ）における修繕に着手した割合は、現時点で、国土交通省管理で６２％、地方公共団体管理で１０％程度。

○ ライフサイクルコストの縮減に向け、予防保全型（判定区分Ⅱ）の修繕に移行する必要があるものの、現時点では事後保全型（判定区分Ⅲ・Ⅳ）の修繕よりも予防保全型の修繕に着手した割合は低い状況。

3%

10%

13%

0% 10% 20% 30% 40% 50%

橋梁

(199,338)

トンネル

(2,764)

道路附属物

等…

予防保全型（Ⅱの修繕着手率）

（H26～H28）

15%

40%

27%

0% 10% 20% 30% 40% 50%

橋梁

(42,438)

トンネル

(2,304)

道路附属物等

(3,457)

事後保全型（Ⅲ、Ⅳの修繕着手率）

（H26～H28)

※平成26～28年度に判定区分Ⅱ、Ⅲ、Ⅳと診断された施設のうち、 修繕（設計を含む）に着手した割合（H29年度末時点）

Ⅲ・Ⅳ判定の橋梁における点検年次別修繕着手率

Ⅱ判定の橋梁における修繕着手率

点検実施年度

修繕が必要な施設数（Ａ）

修繕に着手済みの施設数（Ｂ）

着手率（Ｂ／Ａ）

国土交通省

H26 765 572H27 548 342H28 684 319

高速道路会社

H26 298 180H27 397 132H28 479 110

都道府県･政令市等

H26 3,528 471H27 4,135 414H28 4,873 288

市町村

H26 5,130 1,064H27 9,550 1,223H28 12,051 1,089

75%62%

47%60%

33%23%

13%10%

6%21%

13%9%

0% 20% 40% 60% 80% 100%

点検実施年度

修繕が必要な施設数（Ａ）

修繕に着手済みの施設数（Ｂ）

着手率（Ｂ／Ａ）

国土交通省 H26～28 7,225 1,808

高速道路会社 H26～28 10,893 290

都道府県･政令市等 H26～28 53,172 566

市町村 H26～28 128,048 2,413

25%

3%

1%

2%

0% 20% 40% 60% 80% 100%

H26～H2862%

H26～H2836%

※判定区分 Ⅰ：健全 、 Ⅱ：予防保全段階 、 Ⅲ：早期措置段階 、 Ⅳ：緊急措置段階

H26～H289%

H26～H2813%

12%

2

3

13%

9%

36%

62%

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

市町村

都道府県・政令市等

高速道路会社

国土交通省

Ⅲ・Ⅳ判定の橋梁における修繕着手率 (H26～H28)

ガイドライン・性能カタログの概要

○ ガイドラインは、定期点検業務の中で受発注者が使用する技術を確認するプロセス等を例示。○ 性能カタログは、国が定めた技術の性能値を開発者に求め、カタログ形式でとりまとめたもので、

受発注者が新技術活用を検討する場合に参考とできる。

発注者受注者

活用技術を協議

活用技術を承諾

新技術の性能カタログ

新技術を選ぶ際に

性能確認の参考として活用

新技術の性能カタログ

確認のあった新技術の性能確認に活用

技術を活用

技術を選定

点検支援技術の活用範囲や活用目的等を明確化

業務委託の準備

業務委託（技術活用を含む）

技術を確認

※予め道路管理者が点検支援技術の活用範囲や活用目的等を整理し、発注する場合

新技術利用のガイドライン

定期点検業務の中で受発注者が確認するプロセスを整理

4

5

メンテナンスサイクルそれぞれ何のために行うのか？

診断

点検 措置

記録

◎適切な診断を行うため

◎適切な措置を示すため

◎５年後に比較するため

☆次の工程が適切に行われることが目的

◎リスクを除去するため

AIを活用した道路橋メンテナンスの効率化

7

8

ＡＩを活用した道路橋メンテナンスの効率化に関する共同研究 全体像

点検AIでは、診断に必要な情報の抽出、調書の自動作成などを目標 診断AIでは、損傷種類・要因の特定、措置方法の提案などを開発

点検（適切な診断を⾏うため）

診断（適切な措置を⽰すため）

記録(5年後に⽐較するため)

変状抽出技術

診断分析技術

研究開発項⽬

出⼝

要因推定技術

データ更新

調書最適化

診断アシストシステム①必要な詳細調査の指⽰②損傷種類の特定③損傷の進⾏度の推定④要因の特定⑤措置⽅法の提案⑥損傷の総合判定と説明

点検AI 診断AI

措置(リスクを除去するため)

データ構築・3次元化・CIMとの統合・・・

データ基盤

変状検出技術

点検アシストシステム①要点検部位への誘導・フォーカス②画像等センサによるデータ採取③採取データの分析④前回点検データ等との⽐較

（損傷メカニズム－点検－診断－措置）をセットとする対処情報

点検調書データ実験データ 追跡記録診断データ点検

データ

共同研究での研究開発項⽬

点検調書⾃動作成

・スケッチ作成・コメント作成 ･･･

9

RC床版の土砂化

11

舗装

輪荷重

RC床版

気体なので圧縮され収縮

空洞

載荷・除荷

①

②

RC床版土砂化のメカニズム(仮説)

その１

コンクリートが硬化、乾燥する過程で残される空洞は、輪荷重作用時にクッションの働きをするため無害

浸透水があると

この状態をレーダーで

探査

空隙に水が充填

凍結融解でも同様のことが･･･

液体なので収縮できずモルタルを破砕

舗装

路面からの浸透水が常時あると、空隙が水で満たされる

水が充填された空隙に生じる水圧で周囲のモルタルが破砕され、土砂(砂利)化が生じる

これはコンクリートの水中疲労試験と同じメカニズム

凍結融解でも同様の現象が起こる

RC床版土砂化のメカニズム(仮説)

その２

土砂化層

RC床版土砂化のメカニズム(仮説)

その３

床版上面付近に土砂(砂利)化した層が広がる

舗装の剥がれ、ポットホール、蜘蛛の巣状クラックとして損傷が顕在化する

土砂化層に隣接して中間層の存在が指摘されている

RC床版の上面が土砂(砂利)化

舗装の下はどろどろに

15

滞水した土砂化層

陥没

白い析出物白い析出物

大水圧

圧力

土砂化の深さは、床版厚の半分に及ぶこともある帯水層があると、輪荷重により大きな水圧が生じる

直下では突然の陥没、周囲には白い析出物が広範囲に噴出する

RC床版土砂化のメカニズム(仮説)

その４

17

18

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20

現地調査 -調査機材-

22

＜水の検知を軸とした早期検出技術の確立＞

ＲＣ床版の土砂化等に対する診断

共同研究者である富山市から提供された実フィールド（15橋）にて電磁波レーダーでの走行計測（ニチレキ提供）※を実施。そのうち5橋については、開削調査を行い答え合わせまで実施。（1/15～1/23調査実施、結果分析中）※総幅員7m（車線幅員3.5m ）、橋長2m、床版厚20cmの橋梁から、およそ53,000個の波形データを取得可能（ 60～80km/hで走行した場合）

開削調査対象は、床版下面や舗装面に劣化が顕在化している橋梁のみならず、外観に劣化が現れていなくとも電磁波レーダーの結果に滞水等が疑われる橋梁についても実施。これまでの実地検証事例では補修工事段階でのレーダー計測がほとんどであったのに対し、劣化の初期段階での検証事例を蓄積し、予防保全のための有用なデータを取得。

外観に目立った損傷のない橋梁の開削調査の事例滞水が確認された

（詳細な分析について別途圧縮強度試験等を実施予定）

橋梁A縦断断面

橋梁A平面

波形データ 波形データ

橋梁B縦断断面

橋梁B平面

波形の減衰⇒滞水等の疑い

斑点模様⇒滞水等の疑い

健全と推定される電磁波レーダーデータ・波形（左）と、滞水/土砂化が疑われる電磁波レーダーデータ・波形（右）

下面に遊離石灰を確認 水平ひび割れを確認

P1 P2

Y-1

Y-2

開削範囲 L=15000

4500

4500

歩道

歩道

舗装継目

ＣＬ

舗装継目

現地調査 -調査結果- 各種損傷図

Y-1

Y-2

4500

4500

歩道

歩道

舗装継目

ＣＬ

舗装継目

排水桝

排水桝

P1 P2開削範囲 L=15000

P1 P2

Y-1

Y-2

開削範囲 L=15000

4500

4500

歩道

歩道

舗装継目

ＣＬ

舗装継目

現地調査 -調査結果- レーダデータの分析

P1 P2

Y-1

Y-2

開削範囲 L=15000

4500

4500

歩道

歩道

舗装継目

ＣＬ

舗装継目

排水桝

排水桝

電磁波レーダを用いて実橋梁のAs/Co付近の滞水範囲を検知可能である。 異常信号箇所でうきやひびわれを確認した。 うき部分は下面の漏水箇所と一致しているがその他の損傷には同様の傾向が見

られない。

P1 P2

Y-1

Y-2

開削範囲 L=15000

4500

4500

歩道

歩道

舗装継目

ＣＬ

舗装継目

上下

面同

箇所

漏水・変色

現地調査 -調査結果- レーダデータの分析

健全部

滞水部

うき部

反射強度：0.60

反射強度：1.10

反射強度：0.97

最大振幅：0.56

増幅割合：83%

増幅割合：62%

健全部と滞水域、うきの生じた箇所における反射強度は６割以上の差が生じる。⇒床版上面に砂利化以外の損傷が生じている場合もレーダで確認が可能である。

現地調査 -調査結果- 変状の原因推定

Y-1

Y-2

4500

4500

歩道

歩道

舗装継目

ＣＬ

舗装継目

排水桝

排水桝

P1 P2開削範囲 L=15000

うき

採取コア

圧縮強度 31.4 N/mm2

静弾性係数 17.9 N/mm2

※）静弾性係数の標準値は

16.2～25.8 N/mm2

採取深度（mm） 0-20 20-40 40-60 60-80 80-100

塩化物イオン量（kg/m3） 1.32 1.07 0.87 0.62 0.51

うきと同一ラインにひびわれが集中

うきの生じている同一ラインにひびわれが集中していることから、今後ひびわれ箇所が同一のプロセスで劣化する可能性がある。またうきは劣化が進行すると砂利化が生じる可能性がある。

うきの箇所でコアを採取し塩化物イオン濃度を計測と腐食状況の確認を実施

塩水の供給による鉄筋発錆、膨張によりうきが

発生した可能性

27

進捗状況 ＜水の検知を軸とした早期検出技術の確立＞

【ＰＲＩＳＭ１】 ＲＣ床版の土砂化等に対する診断

共同研究者（富山市）から提供された現場フィールド（15橋）にて電磁波レーダーでの走行計測（ニチレキ提供）※を実施。そのうち5橋については、開削調査を行い答え合わせまで実施。(H31.1)※総幅員7m（車線幅員3.5m ）、橋長2m、床版厚20cmの橋梁から、およそ53,000個の波形データを取得可能（４０km/h走行）

開削調査対象は、床版下面や舗装面に劣化が顕在化している橋梁のみならず、外観に劣化が現れていなくとも電磁波レーダーの結果に滞水等が疑われる橋梁についても実施。これまでの電磁波レーダー実地検証事例では補修工事段階でのレーダー計測がほとんどであったのに対し、劣化の初期段階での検証事例を蓄積し、予防保全のための有用なデータ（うき・滞水）を取得。

床版下面に遊離石灰

※電磁波レーダー（車載式）

※データイメージ

うきを確認

滞水を確認

排水ますまわりの滞水を確認

水平ひび割れを確認

◆RC床版土砂化補修対策 コスト大（数億円の事例も）

◆劣化初期段階で水を検知した場合の措置 コスト小・床版上面の水の浸入経路の遮断・床版上面の水の排出開削調査状況

ウォータージェットによるはつり作業

大規模な仮設設備および交通規制

舗装面状況部分的な舗装補修箇所

の再劣化

適切なタイミングでの予防保全措置が必要

床版の土砂化

28

＜内部劣化状態の推定・措置方法決定に資する重点点検項目の把握＞

【ＰＲＩＳＭ１】 ＲＣ床版の土砂化等に対する診断

直轄の道路管理者より提供された現場フィールドにおいて電磁波レーダ等による調査を実施。［共研負担］（東北地整、九州地整、中部地整、北海道開発局）

気象条件等の異なる地域での実証として茨城県での電磁波レーダーでの走行計測（16橋実施済）および詳細調査・開削調査を実施予定。［アドオン予算］

①車載式電磁波レーダーによる調査（ニチレキ）②カート式電磁波レーダーによる詳細調査（土研物理探査）③カート式電磁波レーダーによる詳細調査（復建技術コンサルタント）

④ハンディ式電磁波レーダーによる詳細調査（富士電機）⑤超音波計測による舗装と床版境界面の空隙調査（日本無線）⑥ MMSによる床版上面の勾配計測（アジア航測・三菱電機）⑦ Single i工法による床版内部の水平ひび割れの確認（土研）

◆平成30年度国土交通省国土技術研究会指定課題

「道路橋コンクリート床版の土砂化対策に関する調査研究」

■参加機関東北地整、北陸地整、中部地整、九州地整北海道開発局、国総研、土研

管理者 調査橋梁数 開削調査 実施日

H30 富山市 15橋 5橋 2019/1/15～

九州地方整備局大分河川国道事務所日田国道維持出張所

14橋 1橋 2019/4/1～

東北地方整備局新庄河川国道事務所新庄国道維持出張所

1橋 未定 2019/5/21～

東北地方整備局青森河川国道事務所弘前国道維持出張所

1橋 未定 2019/6/18～

中部地方整備局飯田国道事務所飯田国道維持出張所

2～3橋 未定 2019/8月頃

茨城県 16橋 未定 2019/9月頃～

R1

R1年度実施予定橋梁（R1.7現在）

◆共同研究者・富山市 ・茨城県

現場フィールドの提供

① ② ③

④ ⑤ ⑥

⑦

令和元年度実施内容

PC橋の塩害

30

PC橋の塩害は、変状が現れたときには、既に重症

破断発見

9本破断

現場打ちコンクリート部

31

32

機器の搬⼊（⻑野側マンホール）

ケーブルの接続

950keVの設置

加速器マグネトロン

X線照射

70cm

電源・冷却ユニット（桁外）

実橋梁でのX線撮影

H28H28H27H27 H27H27H29H29新潟・妙⾼⼤橋（H27.11⽉） 北海道・美恵橋（H28.9⽉）

新潟・妙⾼⼤橋（H28.10⽉）

北海道・築別橋（H29.6⽉）

箱桁の撮影

・箱桁内部にX線源を設置・外側に設置した検出器で撮像

X線ヘッド

照射方向

X線源

検出器

撮像方法

撮像結果

・950 keV X線源による撮像に成功

・橋梁内部のPC鋼材を明瞭に撮像

・横方向のスキャン結果から、PC鋼材の破断や残存率を10%単位で判断→3次元有限要素法による健全性の評価、構造耐力5%の低下と判定

箱桁内のX線源設置の様子

橋梁状態 荷重(kN)健全時 7.61E+03劣化時 7.20E+03

第一径間の解析

劣化時に下縁部に大きな応力分布

横方向（長手方向に垂直）の300 keV 線源によるスキャン画像

健全時 劣化時

35

30L

30R

29R

28R

27R

26R

25R

24R

23R

22R

21R

20R

19R

30R

29L

28L

27L

26L

25L

24L

23L

22L

21L

20L

21L

20L

30L

2827

300keVによる結果

技術開発の成果と達成度（理研）

反射法によるアスファルト舗装下の空隙・水の検出技術開発（達成度90％） アスファルト舗装を施した模擬床版供試体の反射法を実施し、舗装5cm下に存在する空

隙・水を検出した。

実験セットアップ 舗装下の空隙・滞水の反射イメージング

アスファルト舗装50mm厚（300×300×4枚）

300

300

600

60 50

30 30

RC板

欠陥部コンクリート

75

中性子

PSD位置

100

100

100

100

1

2

3

4

測定

高さ

空隙

中性子誘導即発ガンマ線分析によるコンクリート内塩分の非破壊測定技術開発（達成度90%） 中性子誘導即発ガンマ線分析によるコンクリート内塩分の測定を実施した。その結果、

0.3kg/m3の塩分を非破壊で定量評価できた。

Ge検出器中性子

ガンマ線

コンクリート鉄筋

0 2 4 6

1800

600

0

塩分濃度(kg/m3)

□1951 ×6111 (keV)

〇517 △787 ◇1165

計数

率

35Cl,517keV

35Cl,786+788keV 35Cl,1165keV

Energy (keV/ch)

Counts

/ch

ガンマ線スペクトル

サンプル：ポリ塩化ビニリデン

塩分の非破壊測定の概念図

全体の達成度 80％