大成建設がAIを用いた床振動制振装置設計システムを開発、TMDの設置台数を4割削減：制振

大成建設は、オフィスなどの床で発生する振動を低減するために、AIを用いてTMD（チューンド・マス・ダンパー）を適正に配置する設計システム「T-Optimus TMD」を開発した。T-Optimus TMDは、適用することで、従来よりもTMDの仕様や台数などを最適化でき、低コストかつ効果的に床振動を減らせる。今後は､床振動が懸念される新築建物やリニューアル案件に対し､安価で効果的な床振動対策としてT-Optimus TMDを提案し、実物件への適用を進めていく。

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　大成建設は、オフィスなどの床で発生する振動を低減するために、AIを用いてTMD（チューンド・マス・ダンパー）※1を適正に配置する設計システム「T-Optimus TMD」を開発したことを2022年9月27日に発表した

※1 TMD：重り、ばね、減衰材から構成される制振装置で、ばねの固さを変えて同調振動数を適切に調整し、床スラブとは逆向きに振動させ、エネルギーを吸収する。

TMDの最適な仕様や配置を計算するAIに「進化計算」を活用

　S造の建物では、利用者の歩行や運動、建物外部からの道路交通振動などで発生する床の振動が建物の運用に影響を与える場合がある。解決策として、1台当たり30〜40キロの重りにばねと減衰材を組み合わせた制振装置のTMDを、床スラブとOAフロアの間に複数台設置し、床スラブの上下振動に対して、重りが逆方向に動くことで振動を吸収する方法がこれまで採用されていた。

　TMDを用いた方法では、TMDの重りとばねを調整し、最も大きく振動する振動数（同調振動数）を設定することで床の振動を低減する。

　しかし、これまでTMDを使用した手法では、床スラブ上に配置する全てのTMDが持つ制振機能を集約して、同調振動数※2などが同一仕様のTMDを1台と見なしていたが、十分な低減効果を得るためには、床スラブの局所的な揺れに合わせて多数のTMDを取り付けなければならなかった。

※2 同調振動数：TMDが最も大きく振動する振動数で、床振動を効果的に低減するように、適切な振動数を導く計算式を用いて設計する。

　具体的には、S造のオフィスでは、200〜300平方メートルのOAフロア下に10〜20台のTMDを配置しており、低コストで効果的に床の振動を抑える手法が求められていた。

　そこで、大成建設は、膨大なパラメータの組み合わせから優れたものを算出する反復計算により効率的に最適なパターンを導き出すAI「進化計算」を利用して、TMDの最適な仕様や配置を設計するT-Optimus TMDを開発した。

TMDを設置した床の断面図（左）とTMDの原理と構成　出典：大成建設プレスリリース

　T-Optimus TMDは、進化計算により使用する各TMDの仕様を最適化可能なことから、従来設計のように全てのTMDを1つと見なす必要がなくなり、床振動の抑制に必須なTMDの同調振動数や台数、配置などを自動で計算し、最適な設計を実現している。これにより従来と比べて少ない台数のTMDでも十分な制振効果を発揮するため、導入コストを減らせる。

「T-Optimus TMD」の概要」　出典：大成建設プレスリリース

TMD設置前後の歩行による床振動の測定例　出典：大成建設プレスリリース

　加えて、歩行などにより8Hz帯で大きな床振動が生じていた事務所ビルにT-Optimus TMDを適用し制振効果を検証した。その結果、T-Optimus TMDでは、同調振動数7.8HzのTMD3台と8.3HzのTMD3台といった合計6台で、同調振動数8.1HzのTMD10台を設置したケースと同等の制振効果を達成し、設置台数を40％削減できることが分かった。