地下水流動を考慮した止水壁・浄化壁の新たな配置設計支援システム、大成建設：産業動向

大成建設は、地下水流動シミュレーションと汎用最適化アルゴリズムを組み合わせて、複数設計案を効率的に解析し、地下水流動を考慮した止水壁と浄化壁の最適配置を自動的に導き出す設計支援システムを開発した。新システムは、施工計画を策定する際に使用することで、短時間で1000件を超える配置案を解析し、その結果を踏まえ、汚染濃度分布や施工における制約条件を考慮した最適な配置設計を算出する。

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　大成建設は、汚染された地下水の拡散防止対策として、地下水流動シミュレーションと最適化アルゴリズムを組み合わせ、止水壁・浄化壁の配置設計を支援するシステムを開発したことを2022年3月4日に発表した。

多様な地下水対策工の設計にも適用可能

　現在、汚染された地下水が敷地外に拡散するのを防ぐ方法として、地下水の流れを遮断する止水壁※1と、地下水を透過させて汚染物質を分解あるいは吸着させる浄化壁※2などが利用されている。

※1 止水壁：矢板などを線状に設置して地下水の流れを止水することにより、汚染物質を含む地下水の敷地外への流出と拡散を防止する方法。

※2 浄化壁：汚染物質を含む地下水を通水性の浄化壁に透過させ、この透過における過程で汚染物質を分解または吸着させ、浄化された地下水のみを敷地外に流出させる方法。地盤内を壁状に掘削した内部に浄化剤を充填した壁を構築する。

　止水壁は低コストで確実な拡散防止効果を得られるが、地下水の流れを阻害するため下流側の地下水位が低下し、周辺地盤の沈下などが生じる可能性がある。一方、浄化壁は地下水の流れを遮断しない点で有効な方法だが、鉄粉や吸着剤などを充填して構築されており止水壁よりも高コストになるため、現状では止水壁と浄化壁を併用する方法が採用されている。

　さらに、止水壁と浄化壁の配置設計を行う場合、専門技術者が地下水の流れる方向や流速、施工条件などを考慮して複数の設計案を検討し、地下水流動シミュレーションなどの結果を基に、過度に地下水位低下などが発生しないように、周辺環境への影響が小さい配置を選定してきたが、多大な労力と時間を必要としていた。

止水壁設置による地下水の水位変化（左）と新システムの解析フロー（右）　出典：大成建設プレスリリース

　そこで、大成建設は、地下水流動シミュレーションと汎用最適化アルゴリズムを組み合わせて、複数設計案を効率的に解析し、地下水流動を考慮した止水壁と浄化壁の最適配置を自動的に導き出す設計支援システムを開発した。

浄化壁の長さを短くする課題に対する適用事例、従来手法（左）と新システム（右）の比較）　出典：大成建設プレスリリース

上記事例に対する従来手法（左）と新システム（右）の解析結果比較　出典：大成建設プレスリリース

　新システムは、止水壁による下流側の地下水位低下を目標値以下に抑えつつ、施工コストが最小となるような止水壁と浄化壁の設置について、最適な配置を自動で迅速に選定する。加えて、汎用性が高い最適化アルゴリズムを採用し、止水壁と浄化壁の配置設計以外にも多様な地下水対策工の設計にも適用することができる。

　また、大成建設が、汚染サイトを想定したモデルを用いて新システムの有効性を検証した結果、従来手法よりも効率よく最適な配置案を生成することを確認した。