应对基础设施老化的措施有哪些？

2022/08/17

应对基础设施老化的措施

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用科学的眼光来看，
社会关注的真正原因

#少子老龄化对策
#国家复原力/防灾

应对基础设施老化的措施有哪些？

在 20 世纪 60 年代以来经济高速增长的背景下，日本加速了旨在改善便利性和生活质量的社会基础设施投资，其中包括高速公路网络的发展。半个世纪后，许多道路、桥梁、隧道和其他社会基础设施面临老化问题。不仅隧道塌陷和路面沉降的风险增加，附属物和混凝土碎片掉落的风险也增加。我们如何维护道路和桥梁等难以重建的大型基础设施？为了在保证日常生活便利性的同时确保安全和保障，迫切需要转向基于“预防性维护”的维护方法，即在事故发生之前进行处理，而不是“反应性维护”，即在倒塌或坠落发生后进行处理。

每天都会进行检查和维修工作，以维持多年来已司空见惯的大型基础设施的健康状况，例如我们每天使用的道路、桥梁和铁路网等交通基础设施，以及供水、污水处理系统和电力等能源基础设施。然而，全国约有70万座桥梁和1万座隧道。对遍布全国的大量基础设施的检查依赖于工程师的直觉，定期检查的频率和质量的提高是有限的。我们采访了可持续基础设施研究实验室主任津田浩和可持续基础设施研究实验室副主任Nobuyuki Toyama，他们正试图通过充分利用技术来解决这个问题。

加速基础设施老化和预防性维护问题

基础设施老化的问题

　2012年12月2日，中央高速公路筱子隧道（山梨县）发生的天花板坠落事故，造成9人死亡，是日本高速公路上发生的最严重事故。

　此外，2021年10月，和歌山市一座穿过水管的渡槽桥倒塌，对日常生活造成了重大影响，导致该市北部约6万户家庭断水。崩塌的瞬间被河流监控摄像机记录下来并作为新闻片段播出，我想很多人都意识到基础设施老化的问题就存在于他们周围。

　得出的结论是，两起事故的原因都是因老化而恶化，但在之前的检查中并未发现异常情况。

预防性维护技术对于应对基础设施老化至关重要

　除了这两个案例之外，在经济高速增长时期一次性建成的老化基础设施正在日本全国蔓延，类似的事故在任何地方都可能发生。特别是在日本这个地震多发国家，道路、桥梁、隧道等各种基础设施可能会因2011年东北地震（东日本大地震）、2016年熊本地震等大地震造成的晃动而出现某种看不见的问题。

　根据2022年土地、基础设施、交通和旅游白皮书，据称到2040年，约75%的公路桥梁和53%的隧道将在50年前建造。

　预防性维护对于防止基础设施老化引起的事故非常重要。倒塌或事故后的事后维护将增加重建和赔偿方面的成本。据估计，通过从纠正性维护转向预防性维护，未来30年累计成本可降低约30%（2022年国家国土、基础设施、交通和旅游白皮书）。为了推动预防性维护，我们必须不断改进预防性维护相关技术。

处理老化基础设施的问题

以公路桥梁为例，定期检查每五年进行一次，重点是检查人员靠近桥梁进行近距离目视检查。然而，也有可能发生事故的情况，例如筱砂隧道顶板坠落事故和和歌山水坛大桥倒塌事故，仅通过常规检查是无法发现的。

　为了防止此类事故再次发生，提高检验检测技术以及培训和保障工程师非常重要。然而，检查桥梁和隧道需要大量的人员和设备，除了交通管制之外，还需要使用高空作业车。地方政府的土木工程工程师等人力资源数量正在减少，未来可能无法充分进行必要的检查。

因此，未来需要的是利用技术来节省检查现场的劳动力并提高效率。

IT 是解决基础设施老化问题的关键

产业技术研究院正在开发检查设备的小型化、利用IT进行检查的省力化、自动化技术、延长基础设施结构物寿命的涂层材料等预防性维护相关的基础技术，同时也着眼于产品在现场的应用。

应对基础设施老化的技术

　检查混凝土结构时，除了目视检查外，通常还进行锤击声检查。未来将继续需要这样的视觉和听觉测试。然而，使用目视和敲击检查来检查桥梁和隧道等大型结构既费力又耗时。此外，确定裂纹状态和检查锤声需要经验和直觉，并且需要技巧。必要时，也会进行不依赖专家技能的X射线无损检查，但这需要大型设备且成本高昂。

　为此，日本产业技术研究所开发了一种紧凑型无损检测用X射线测量装置，该装置配备了由干电池供电的X射线源，而不是大型装置，并已投入实际使用。

利用人工智能 (AI) 和其他数字技术节省检查劳动力

　利用人工智能的基础设施相关技术的开发也在取得进展。

　我们开发了一种更便宜、更简单的方法，通过使用人工智能技术分析音频数据来测量下水道流量。

通常，流量计用于测量下水道的流量。使用该仪表测量流量需要每月在多个地点进行测量，这在设备安装成本和大量数据处理方面提出了挑战。因此，我们提出了一个想法：我们可以不测量流量本身，而是根据污水流动的声音来估算流量吗？我们设计了一种技术，利用人工智能通过收集市售 IC 录音机录制的声音来估算流量。市售的 IC 记录仪价格便宜，并且可以大量安装，因此可以轻松测量大雨期间等不同地点的流量变化。人工智能还可以处理大量数据。

　在桥梁检测方面，我们正在推广使用无人机拍照代替近距离目视检查、通过无人机拍摄的图像高精度测量桥梁变形等省力措施。

　AIST 正在开发一种技术，利用安装在无人机上的数码相机来测量车辆通行期间桥梁的挠度。除了车辆通行造成的变形外，无人机拍摄的图像还包括无人机晃动造成的“抖动”。我们正在开发图像处理技术，消除这种“震动”的影响，并以亚毫米精度测量位移。使用该技术进行定期测量可以通过跟踪偏转量的变化来诊断桥梁的恶化情况。此外，检查时无需限制交通，以前难以找到拍照地点的桥梁现在也可以轻松检查。无需人员疏导交通，也消除了交通拥堵的担忧。