大林組ら3社が新丸山ダムでBIM/CIM活用の3次元流体解析を導入。設計・施工検討期間を1年から3カ月に短縮

大林組、日立パワーソリューションズ、日立製作所の3社は、国土交通省中部地方整備局発注の新丸山ダム本体建設工事において、現地状況を正確に再現したBIM/CIMデータを解析基盤とした3次元流体解析を実施し、ダムの放流状況を高精度にデジタルツイン化することに成功した。

これにより流体解析を行いながら設計・施工方法の検討に1年程度要するところを3カ月程度に短縮し、施工時における安全リスク評価の高度化を実現する。

既存ダムと新設ダムが重なる国内前例のない高難度プロジェクトで実証

局所的な集中豪雨の増加や台風の来襲、異常渇水などといった近年の気象状況の変化により、治水・利水に重要な役割を担うダムの再開発工事が進められている。

ダムの再開発工事は既存ダムの機能を維持したまま施工を進めるため、周辺施設・設備に対する放流時の入念な検討が求められ、施工時および完成後のダムの放流による影響を詳細に把握することが重要だ。

一方で建設現場は工事の進捗に合わせて現地状況が大きく変化するため、設計段階で施工時の現地状況を加味した放流後の状況予測は困難だった。

現在、縮小模型を用いた水理模型実験を行い設計・施工方法を検討することが一般的だが、現地状況の再現度が不十分な場合に実験結果と実現象が乖離して、施工時に不具合が発生するケースがあった。

（丸山ダム概観と解析対象）


新丸山ダム本体建設工事は既存の丸山ダムの洪水調節の強化と発電量の増量を図るとともに、下流の河川環境を保全するため、既存ダムの機能を生かしながら20.2メートルかさ上げして新設ダムを構築するプロジェクトだ。

既存ダムと新設ダムの一部が重なる構造形式で、国内では前例がなく技術的に高難度で先駆的なダム再生事業となる。

今回の取り組みでは最新の現地状況を再現したBIM/CIMデータを基盤に解析用モデルを作成した後、3次元流体解析を実施し、既存ダムからの放流や新設ダムの仮排水トンネルからの放流状況を高精度にデジタルツイン化することで設計・施工方法を検討した。


（解析結果の可視化例：Simcenter™ STAR-CCM+™ ソフトウェアを使用）


従来は工事進捗に伴う放流状況の変化の評価に1年程度の期間を要していたが、本取り組みでは3カ月程度で実施できた。

従来は困難であった任意点に着目した流れの内部状況を容易に把握できるため、水位や流速などを詳細に分析できるようになり、現場ごとの構造検討や施工計画に迅速に対応できるようになる。

既存ダムの放流解析では丸山ダムの放流設備から下流の河道をモデル化し、放流時の流量を想定した解析を行った。

その結果、ダム下流の施工現場付近における最大水位を精度良く予測し、再開発現場の被災リスクを見積もることができた。


〈仮排水トンネル吐口部の放流状況再現（Simcenter STAR-CCM+ ソフトウェアを使用〉


新設ダムの仮排水トンネル解析ではダム湖から下流に通じる仮排水トンネルをモデル化し、所定の水位を想定した解析を行った。

その結果、仮排水トンネル吐口部において水の勢いを弱める減勢状況および跳ね返る流れを再現でき、仮排水トンネルの流量および放流状況の把握が可能となった。

大林組は新丸山ダム本体建設工事で得られた知見を基に、まずは施工方法や仮設備の検討に本技術を適用し、デジタルツインによる現場管理の高度化を進めていく。