6.2.1 6.2.1 6.2.1
6.2.1
最適設計法の 考え方 最適設計法の 考え方 最適設計法の 考え方 最適設計法の 考え方
海岸・ 港湾構 造物 の 消波材に ついて ，LCC を最小化 する最 適設 計 法の概要 を示す．
まず，LCC として計 上 する費用 には， 初期 建 設費と補 修費， 維持 管 理費，撤 去費等，
さらに供 用期 間中に 発 生する全 ての費 用を 計 上する必 要があ る． こ こでは， 防波堤の
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消波材を 対象に して い るため，LCCとして 計 上する費 用には 初期 建 設費と被 災に伴う 補修費の みを計 上す る ことにす る．そ の計 上 費用は， 次式で 与え ら れる．
LCC =C1+CR (6.1) ここに，C1：初 期建設 費，CR：期 待補修 費（設計 供用 期間の補 修費の 平均 値 ）である．
つぎに ，最適 設計 法 の概念に ついて ，図 6 1 を用いて説 明する ． 図の横軸 は消波 材 の種別（ 種類 と質量 ） であり， 縦軸は 消波 構 造物の各 種費用 （初 期 建設費， 補修費，
総費用） であ る．消 波 材の質量 を大き くす る ほど被災 を受け にく く なり補修 費は減少 するが， 一方 で消波 材 の単価が 高くな るた め 初期建設 費は増 加す る ことにな る．最適 設計法と は，消 波材 の 全種別の 中で LCC が最小にな る消波 材種 別 （図中の ○に対応 する種別 ）を選 定す る ものであ る．
図6 1 最適 設計法 の 概念図
6.2.2 6.2.2 6.2.2
6.2.2
費用計算の概 要 費用計算の概 要 費用計算の概 要 費用計算の概 要
初期建 設費と 補修 費 について は，一般に 積 算する工 事価格 とし て ，図6 2（（ 社）日 本港湾協 会 5)）に示 す 各種費用 を用い てい る ．直接工 事費は 工事 の 目的物を 施工する に当たり 直接 消費さ れ る材料費 ，直接 経費 お よび労務 費であ り， 間 接工事費 は直接工 事の対象 物に 施工さ れ るもので なく， 各工 事 種目に対 し共通 して 使 用される 共通仮設 費および 現場管 理費 で ある．
直接工 事費と 間接 工 事費に関 して，供 用期 間中の総 補修費 を考 え るとき，第5章に おいて明 らか にした よ うに補修 を行う タイ ミ ングが重 要とな る． 軽 微な被災 で幾度も
8 6 4 2 0
費 用
5 4
3 2
1 0
消波材の種別（種類，質量）
総費用(LCC)
初期建設費 補修費
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補修を繰 り返 すのか ， 破壊限界 の直前 にな っ て補修す るのか によ っ て，補修 費は当然 のごとく 大き く変わ っ てくる． この時 ，直 接 工事費の みを補 修費 と して計上 すると，
補修規模 （被 災した 被 覆材の数 ）にの み依 存 すること から， 補修 費 としては 補修回数 に関係し なく なって し まうとい う欠点 をも っ ている． そこで ，補 修 工事費に 間接工事 費を含め るこ とによ っ て，補修 回数に よっ て 異なる工 事費が 計上 さ れること になる．
具体的に は，小 規模 な 工事（600 万 円以下 等 ）では工 事費全 体に お ける間接 工事費の 比率が高 く，大規 模な工 事（20 億円 以上等）では 間接工事 費の比 率が 低 くなって おり，
小規模な 工事 を何回 も 繰り返す 場合よ りも ， 大規模な 工事を 数少 な く行う方 が経済的 に有利に なる 場合が 存 在するこ とにな る． し たがって ，ここ では 間 接工事費 を含めた 計算を採 用して いる ．
図 6 2 工事価 格の構 成
6.2.3 6.2.3 6.2.3
6.2.3
最適設計法の フロー 最適設計法の フロー 最適設計法の フロー 最適設計法の フロー
本章に おいて は ，LCCのうち期待 補修 費を モンテカ ルロ法 によ っ て求める ．モ ンテ カルロ法 とは ，確率 論 的な現象 のシミ ュレ ー ションを 行うも ので あ り，計算 機で一様 乱数を用 いて 不確定 な 現象を繰 り返し 再現 試 行し，そ の結果 から 現 象の特性 値や確率 分布を推 定す る手法 で ある．こ こでは ，モ ン テカルロ 法を用 いて 供 用期間中 の期待補 修費およ び補修 費の 標 準偏差を 求める ．図 6 3 に最適設計 のフロ ー チャート を示す ． また，図 6 3 中の期 待 補修費の 算出に 関す る 詳細なフ ローチ ャー ト を図 6 4に示 す．
以下に， 各手順 の概 要 を述べる ．
1．消波 材の設 定
消波材の 代表径 や密 度 ，空 隙率等 の消波 材の 諸元を設 定し ，対 象と なる消波 材の種 別を設定 する．
2．初期 建設費 の算出 工事価格
工事原価
直接工事 費
間接工事 費
一般管理 費
共通仮設 費
現場管理 費 材料費 直接経費 労務費
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抽出した 消波材 の代 表 径に対し て単価 を設 定 する．代 表径か らそれ ぞれの型 に応じ た天端幅 を求め ，天端 幅と水深 から初 期断 面 を求める ．初期断 面と 空隙率か ら単位 幅におけ る消波 材の 数 量（単位 幅あた りの 個 数）を算 出する ．算 出 した数量 に消波 材の単価 を乗じ て初 期 建設費の 直接工 事費 を 算出する ．
3．期待 補修費 の算出
あらかじ め供用 期間 と 補修判定 基準を 設定 す る．また ，消波 材に被 害を与え るであ ろう高波 が年 1回発生 すると仮 定した 場合 と ，後述す るよ うに年 間 発生回数 を考慮 した場合 とに分 けて ， 以下の手 順で期 待補 修 費を算出 する．
a） 対 象 地 点 ご と に 設 定 し た 沖 波 波 高 （ 有 義 波 高 ） の 発 生 確 率 分 布 と 一 様 乱 数 を 用 いて，1回の高 波にお ける沖波 波高を 抽出 す る．周期（有義 波周期 ）は，地 点ご とに設定 した沖 波波 形 勾配によ り求め る．そ の際，沖 波波高 と周期 の推定誤 差を 考慮する ．
図 6 3 最適設 計のフ ロ ー 期待補修 費の算 出
消波材の 設定
初期建設 費の算 出
LCCの算 出
初期建設 費用 CIの算 出 （単価×数 量＋諸 経費 ） 消波材の 諸元（ 代表 径 ，密度， 空隙率 ）
消波材の 単価設 定
初期断面 の決定
消波材の 数量を 算出
供用年数 間の総 補修 費 を NR回 繰り 返した 平均値（ 期待補 修費 ）を算出
LCC＝初 期建設 費 CI＋ 期待補修 費
代表径の数
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図 6 4 期待 補修費 算 出の詳細 フロー
補修費を 算出し 累積 補 修費に追 加
波浪変形 計算に より 構 造物設置 点の波 浪諸 元 を計
1 回の高 波中の 代表波 高と波数 から被 災度 を 算出 し，累積 被災度 に追 加
期待補修 費 と 総補 修 費の標準 偏差を 算出 供用年数 間の総 補修 費 を算出
沖波波高 の発生 確率 分 布から一 様乱数 を用 い て 1 回の高 波の波 高を抽 出
年間の高 波発生 回数 の 決定
YES
YES
YES
YES
NO
NO NO
（累積被 災度， 累積 補 修費をゼ ロクリ
NO
累積被災 度が補 修 判定基準 を超え た
年間の高 波発生 回数に達 した
供用年数 に達し た
供用年数 の繰り 返 し回数に 達した
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b） 抽 出 し た 沖 波 波 高 に 対 し て 波 浪 変 形 計 算 を 行 い ， 構 造 物 設 置 位 置 で の 波 浪 諸 元 を算出す る．波 浪変 形 計算の算 定誤差 を考 慮 して，波 浪諸元 を決 定 する．
c）1回の高 波の作 用時 間（こ こで は 2時間 と した）にお ける有 義波 高と作用 波数か ら，後述す る被災 度算 定式によ って被 災度 を 求める．こ のとき，当 該年まで の相 当波数を 算出し た後 ，相当作用 波数と 当該 年 の作用波 数を足 し合 わ せ，被災度算 定式に代 入して 累積 被 災度とす る．
d） 累 積 被 災 度 が あ ら か じ め 設 定 し た 補 修 判 定 基 準 を 上 回 る 場 合 は 補 修 を 行 い ， そ のときの 補修費 を算 出 して累積 補修費 に加 算 する．
e）a） ～d） を 高 波 発 生 回 数 分 お よ び 供 用 期 間 の 年 数 分 繰 り 返 し ， 供 用 期 間 中 の 総 補修費を 算出す る．
f） 期待 値の 変 動が 小 さく なる よ うに a） ～e）を 繰り 返 し， 総 補修 費の 平均 値 とし
て期待補 修費を 算出 す る．合わ せて総 補修 費 の標準偏 差も求 める ．
4．LCC の算定
2，3で算 出した 初期建 設費と期 待補修 費を 足 し合わせ て，LCCを算 出する．
5．最適 消波材 の決定
1～4を選 定した 消波材 の種別（ 各トン 型）ご とに行い ，その 中で LCCが最小とな った種別 が対象 地点 で の最適な 消波材 と判 定 される．