添削LIVE

【技術士二次試験対策】

地方創生2.0
論文

地方創生2.0

令和６年10月に「地方こそ成長の主役」との発想に基づき、地方がそれぞれの特性に応じた発展を遂げることができるよう、日本経済成長の起爆剤としての大規模な地方創生策を講ずるため、内閣に、新しい地方経済・生活環境創生本部を設置されました。

令和６年12月24日には、地方創生2.0と題して「基本的な考え方」が示されました（掲載ページはコチラ）。でましたよ「2.0」好きですよね～ということで、新たな地方政策が起動したことで、技術士二次試験でも俄然注目が高まること請け合いです。

この考えは様々な視点で述べられておりますので、建設系（基盤）といった側面から、内容を確認してみます。まずは、基本姿勢として示されているものの中で、我々が注目すべきは、次の２つの項目だと思います。

「人を大事にする地域」、「楽しく働き、楽しく暮らせる地域」を創る。人手不足が顕著となり、人材や労働力が希少となるがゆえに、教育・人づくりにより人生の選択肢・可能性を最大限引き出すとともに、その選択肢を拡大していく。
災害に対して地方を取り残さないよう、都市に加えて、「地方を守る」。そのための事前防災、危機管理に万全を期す。

この基本姿勢から読み取れるのは、労働力不足への対応と防災という視点です。これまでも、注目すべきテーマとして何度も取り上げてきたものと整合します。では、このような基本姿勢を推進するための具体的な行動はどのようなものでしょうか。基盤分野での視点は、次の２つです。

GX・DXインフラの整備を進め、NFTを含むWeb3.0など急速に進化するデジタル・新技術を最大限活用する。
地方と都市の間で、また地域の内外で人材をシェアし、人・モノ・技術の交流、分野を超えた連携・協働の流れを創る。

ここでも注目すべき視点は、これまでのテーマと類似しています。GX、DXを推進すること、連携・協働の流れを創ることが挙げられています。これらの内容は、国の政策の根幹にあるものと考えられますので、あらゆる問題に活用できると思います。要チェックですね。

論文

ということで、本日の添削LIVEは、建設部門電力土木選択科目Ⅱー２「DXの活用」×３をお届けします。本論文のようにDXはテーマとして取り扱われることも少なくないですが、様々な論文に不可欠な要素と言えます。ご自身の選択した専門科目において、どのようにデジタル技術が活用されているのか整理しておくと良いでしょう。それでは、早速、論文を見ていきましょう。

DXの活用（初稿）

(1)実施に向けた調査・検討事項
1)施設名称：浮体式洋上風車
2)デジタルテクノロジーを活用した方策：方策は、デジタルツイン(DT)による浮体式洋上風車の維持管理費用の削減である①。DTは、現実世界でセンサやカメラにより取得した計測データを、仮想空間に構築した解析モデルで再現し、設備の状態診断を行う技術である②。DTにより、仮想空間上で風車の点検を行うことで、点検に必要な人件費や傭船費を削減する。

①　「方策は」が主語です。これに対する述部は「維持管理費の削減」になっています。維持管理費の削減は効果や目的であり、方策ではないと思います。→「方策は、維持管理費用の削減するため、デジタルツイン(DT)を活用した浮体式洋上風車の点検である」
②　DTは、現実世界にあるものを仮想空間上に再現する技術であり、設備の状態診断のみに用いる技術ではありません。

3)実施に向けた調査、検討すべき事項と内容：
　DTの実現に向けて、①信頼性の高い計測データを取得する方法、②解析で計測を再現する方法、③浮体式洋上風車の状態診断の方法を、調査・検討する必要がある③。
　①は、センサの設置位置、収録間隔や感度の設定、取得したデータの評価方法④を検討する。②は、模型実験や実海域での実証試験を通じて⑤、解析の妥当性や、計測結果を解析モデルに反映する方法を検討する⑥。③は、風車、タワー、浮体、係留等の各部材毎に故障事例や想定される破壊形態を調査し、それらと解析結果の紐づけ方法⑦を検討する。加えて、故障の判断基準や、設備管理者への故障の通知方法⑧を検討する。

③　方法なので、調査は含まれないのではありませんか。そもそも、このパラグラフは、不要ではないでしょうか。
④　これは、信頼性の高い計測データを取得する方法ではないですね。
⑤　実証実験は、計測結果を解析モデルに反映する方法の一つではありませんか。
⑥　この文を端的に表すと「解析で計測を再現する方法は、解析モデルに反映する方法を検討する」となっており同じことを繰り返し述べているように見えます。
⑦　DTは、現実世界を再現したものです。現実世界での診断方法は確立されているのではありませんか。破壊形態を調査する意図、紐づけとは分析結果と何を紐づけるのか、よく分かりません。
⑧　判断基準も⑦と同様。通知方法は、③には含まれないと思います。

(2)方策を進める業務手順
1)計測計画立案：計測計画を立案する⑨。留意点は、海洋環境下での計測になるため、計測器が劣化しやすいこと⑩である。工夫点は、計測の初期に複数の計測器で相関を分析し⑪、一部の計測器が壊れた場合でも、他の計測結果から推定できるようにすることである。

⑨　さすがに抽象的過ぎます。測定計画とは何ですか。信頼性の高い計測データを取得する方法のことですかね？また、計画策定には、検討を可能にする調査が必要ではありませんか。例えば、画角、死角、機器の設置できる箇所の抽出などの調査が必要ではないでしょうか。
⑩　計画がどのようなものか分からないので、劣化しやすいことと計測計画の関係性が不明です。
⑪　何の相関ですか。具体的な分析方法が不明であり、どうやって故障を把握するのか分かりません。

2)解析手法の妥当性検証：水槽実験等を対象に再現解析を行い、解析の妥当性を検証する⑫。留意点は、解析の精度を高めるほど、解析モデルが複雑になり計算時間が長くなりやすいことである⑬。工夫点は、数値解析にデータ同化を組み合わせることである。これにより、計算を高速化しつつ、計測結果を解析に反映することができ、妥当な解析結果が得られ⑭やすくなる。

⑫　「水槽実験を対象に」とはどういうことでしょうか。DTと水槽実験を比較検証することですか。また、解析手法の検討ステップがなく、いきなり妥当性を検証するのも腑に落ちません。
⑬　妥当性検証において、計算時間が長いとどのような影響が出るのですか。計算時間が長いことに留意して、どのような効果を得ようとしているのでしょうか。
⑭　手法の妥当性を検討するのではないのですか。見出しが正なら、頓珍漢な工夫点です。整理整頓しましょう。

3)故障通知システムの構築：解析結果が故障判断の閾値を超えた場合に、設備管理者に警告を出すシステムを構築する⑭。留意点は、浮体式洋上風車は歴史が浅いため、参考にする故障事例が少ないことである。工夫点は、故障モードを模擬した数値解析を実施し、その結果をAIに学習させることで、故障事例の少なさをAIで補うことである。

⑭　解析は、リアルタイムで行われるのですか。DTがどのようなシステムなのか説明がない状況で、警報システムを構築といわれても何が何だかさっぱり分かりません。総じて説明不足です。

(3)関係者との調整方策
　浮体式洋上風車のDTは、国内では未開拓の分野である。このため、関係者が完成形をイメージできず、業務の方針決定⑮に時間を要することが想定される。そこで、同分野で先行している海外の事例や風車以外のDTの事例を調査・共有する。これにより、関係者がDTに対して共通のイメージを持てるようになり、方針決定を効率的に行うことができる⑯。

⑮　関係者とは、完成形とは、業務の方針とは、様々なことが不明確です。
⑯　効率的にすべきことは、方針決定ではありません。調整です。

DXの活用（チェックバック①）

(1)実施に向けた調査・検討事項
1)施設名称：着床式洋上風車（モノパイル基礎形式）
2)デジタルテクノロジーを活用した方策
　方策は、バーチャルセンサ(VS)によるモノパイル基礎(MP)の疲労評価である。VSは、実際のセンサ（RS）で直接計測することが困難な状態量を、機械学習や数値解析で推定する仮想センサである。
　MPは地中に埋設されるため、MPに取り付けたひずみ計等のセンサは数年で故障し、取り換えができない問題がある。そこで、VSでMPのひずみを計測し、疲労評価を行うことで、長期安全性を確保する。
3)実施に向けた調査、検討すべき事項と内容：
①RSによる計測方法の検討：設置するRSの種類、設置位置、収録間隔、感度を検討する。
②VSによる状態量推定方法の検討：状態量を推定する方法は、機械学習や数値解析がある①。また、数値解析にも線形解析のような簡易的方法と、非線形解析のような詳細な方法がある②。各方法の特徴、計算精度、計算時間等を整理し、VSに適した方法を検討する。

①　方策の中ですでに示されている内容です。
②　RSの計測方法は簡便であったのに対し、ここでは例示列挙がされています。バランスを欠く印象を受けます。

③VSの妥当性検討：VSで推定する箇所にRSを設置した実証試験を行い、VSの妥当性を検討する。③

③　調査事項がないことが気になります。

(2)方策を進める業務手順
1)RSによる計測方法の検討④：前述の4)①に示す計測方法を検討する。留意点は、風車のタワーは、日照により東西南北で温度差が生じ、それが計測ひずみに影響することである。工夫点は、ひずみは東西南北の全方位で計測し、各ひずみ計の近傍には温度計を設置して、ひずみ計毎に温度補正を行うことである⑤。

④　どこをRSで、どこをVSで測定するのかといった役割分担はどうなっているのですか。評価を行うために必要となる状態量？ひずみ？はどの部分で取得する必要があるのか。このような計画がなければ、RSの計測方法を検討することはできないのではないでしょうか。
⑤　これは、計測する際の工夫点であり、計測方法を検討するための工夫点ではありません。問われているのは、後者です。

2)VSによる状態量推定方法の検討：前述の4)②に示す状態推定方法を検討する。留意点は、数値解析はいくつもの仮定を設けて偏微分方程式を計算していることである。このため、仮定の適用範囲に留意する。工夫点は、候補となる複数の推定手法で1つの事例を計算し、結果を比較することで、各推定手法の特徴を把握することである⑥。

⑥　この特徴把握がないと比較できないのであれば、工夫点というより必要な業務ステップのように見えます。また、前述の調査・検討項目に調査項目がなかったので、これを調査として記載してはどうでしょうか。

3)VSの妥当性検討：前述の4)③に示すVSの妥当性を検証する。留意点は、地中にRSを設置する際には、MPの打設による振動でRSが故障しないように、適切な養生をすることである⑦。工夫点は、疲労評価の信頼性を高めるために、RSとVSの計測結果から求めた疲労評価結果の差を、実際の疲労評価の際の安全率として考慮することである⑧。

⑦　検討の作業の一部とはいえ、妥当性を検討する留意点というより、施工上の留意点にみえます。
⑧　これも妥当性の検討における工夫点に見えません。妥当性ですから、VS値が評価にふさわしい数値となっているか確認することですよね。この内容は、妥当だと判断された上での誤差の取り扱いについてであり、妥当性を検討する業務から外れているのではないでしょうか（妥当だと判断されたその次のステップ）。

(3)関係者との調整方策
1)風車メーカーとの調整：風車のSCADAシステムに記録される運転データは、RSのデータとして活用できるものが多い。一方で、契約時に風車メーカーが認めない限り、このデータは開示されない。よって、契約段階で必要なデータと使用目的を明示することが、風車メーカーとの調整方策である⑨。
以上

⑨　関係者との調整方策を正しく認識されていないきらいがあります。調整とは「調子や過不足などを整えて、規準や正常状態に合わせること」です。関係者との調整となると、「関係者同士の意見を整理すること（合意形成や協議）」と言い換えることができます。これは、条件を契約に明記するという注意点です。また、関係者とあるので、調整の相手方は一人ではなく複数いるとより良いと思います。

DXの活用（チェックバック②）

(1)実施に向けた調査・検討事項
1)施設名称：着床式洋上風車（モノパイル基礎形式）
2)デジタルテクノロジーを活用した方策
方策は、バーチャルセンサ(VS)によるモノパイル基礎(MP)の疲労評価である。VSは、実際のセンサ（RS）で直接計測することが困難な状態量を、機械学習や数値解析で推定する仮想センサである。
MPは地中に埋設されるため、MPに取り付けたひずみ計等のセンサは数年で故障し、取り換えができない問題がある。そこで、VSでMPのひずみを計測し、疲労評価を行うことで、長期安全性を確保する。
3)実施に向けた調査、検討すべき事項と内容：
①計測内容と計測方法の検討：RSとVSによる計測位置と計測項目を検討する。また、設置するRSの種類、収録間隔、感度等を検討する。
②VSによる状態量推定方法の調査：1つの事例に対して、機械学習や数値解析等の複数の方法で状態量を推定し、それらの計算精度や計算時間を調査する。この結果を元に、VSに適した状態量の推定方法を選定する①。

①　選定という行動は、調査でも検討でもありません。ここには不要、手順で述べるべきでしょう。

③VSの妥当性検討：VSで推定する箇所にRSを設置した実証試験を行い、VSの妥当性を検討する②。

②　この表現は少々分かりづらいですね。実証実験を説明するくだりですが、設置個所を説明するより（設置した実証実験との表現も違和感あり）、どうやって妥当性を検証するのかといった内容を示すべきではありませんか。例えば、「VSによる想定値とRSによる測定値を比較し、VSによる疲労評価の妥当性を検討する。」といった具合になります。

(2)方策を進める業務手順
1)計測内容と計測方法の検討：(1)3)①に示す検討を行う③。留意点は、風車のタワーは、日照により東西南北で温度差が生じ、それが計測ひずみに影響することである。工夫点は、BIM/CIMモデルを構築することである。これにより、日射等の周辺環境と計測位置の関係を3次元モデルで確認することができる④。

③　以前の指摘が少々分かりづらかったですかね。まず、端的に言うと検討しっぱなしになっています。検討した後、位置、計測項目、RSの種類、収録間隔、感度を決定しないといけませんよね。業務手順ですから、これらの決定に際して、どの順番で何を検討するのかといったプロセスが必要です。例えば、計測位置を検討するためには、RSの種類や感度を決めないと決定できないのではありませんか。また、VSとRS設置個所は同じなのですか。そうであるなら、(1)3)①に示す「RSとVSによる計測位置と計測項目を検討する」という表現は、RSとVSの計測位置は異なることを前提とするような書きぶりに見えますので、誤解を招く表現といえます。設置位置が異なるのであれば、それぞれのセンサの役割（不可視部分、可視部分、比較検証する部分など）も明確にする必要があるのではないでしょうか。さらに、計測内容（項目）が示されていないので、肝心のひずみが直接計測されるのか、測定値により算出されるのかも分かりません。総じて、やることは前述（調査検討事項）に記載されているので、どうやってやるのかをここでは書くべきでしょう。
④　方法の検討なので確認というより、多角的な検討、多様なシミュレーションといった具合に、計測方法の検討の手段として書くと良いと思います。

2)VSによる状態量推定方法の調査：(1)3)②に示す調査を行う⑤。留意点は、数値解析はいくつもの仮定を設けて偏微分方程式を計算していることである。このため、仮定の適用範囲に留意する。工夫点は、論文等から先行事例を調査することである。先行事例で得られた知見を踏まえて、調査を効率的に行う。

⑤　これも調査したあとの行動も記述する必要があります。①のとおり、「この結果を元に、VSに適した状態量の推定方法を選定する」というステップを記述すると良いでしょう。また、状態量の推定方法を選定するための手法も記述すると良いと思います。

3)VSの妥当性検討：(1)3)③に示す検討を行う⑥。留意点は、再現性のある方法で、定量的かつ客観的なデータに基づき妥当性を評価⑦することである。工夫点は、計測値を時間領域だけでなく、周波数領域でも評価⑧することである。これにより、RSで計測される高周波数・低周波数ノイズを除外して評価ができる。

⑥　これもアウトプットのみになっており、プロセスがありません。どうやって、妥当性を検証するのかを書きましょう。②のような修正をした場合は、比較するための手順などを書いてはどうでしょうか（再現率、適合率、特異度など評価するための尺度を設定するなど）。
⑦　どのような評価を行うのか分からない状況で、再現性を留意点としている根拠がよく分かりません。また、定量的かつ客観的なデータに基づくことは一般論のように見えます。
⑧　これもどうやって、評価するのか分からないでの工夫点なのか判断できません。

(3)関係者との調整方策
1)設備管理者との調整：設置したRSが、設備点検時に邪魔になることが懸念される。これを防ぐため、RSと風車設備の位置関係を反映したBIM/CIMモデルを用いて、設備管理者とRSの設置位置を協議する⑨。
2)電気技術者との調整：RSの配線や、RS・VSの計測結果の記録・伝送は、他の電気設備との調整が必要になる。このため、RS・VSの選定段階から電気技術者と情報を共有しながら業務⑩を進める。　　　　以上

⑨　あらかじめ協議する必要性は理解できますが、BIM/CIMを用いることの必要性が分かりません。BIM/CIMが効果的、効率的な協議につながることを説明する必要があります。
⑩　前述は、目的が分からないながらもBIM/CIMという方策が示されていましたが、この項目は早めに協議するといったタイミングや協議すべき内容（調整の必要性）の説明であり、調整方策と言えるか疑義があります。

DXの活用（完成）

(1)実施に向けた調査・検討事項
1)施設名称：着床式洋上風車（モノパイル基礎形式）
2)デジタルテクノロジーを活用した方策
　方策は、バーチャルセンサ(VS)によるモノパイル基礎(MP)の疲労評価である。VSは、実際のセンサ（RS）で直接計測することが困難な状態量を、機械学習や数値解析で推定する仮想センサである。
MPは地中に埋設するため、MPに取り付けたひずみ計は数年で故障し、取り換えができない問題がある。そこで、RSでタワーのひずみを計測し、その結果を元にVSでMPのひずみを推定し、疲労評価を行うことで、MPの長期安全性を確保する。
3)実施に向けた調査、検討すべき事項と内容
①RSによる計測内容の検討：計測器の種類、設置する標高、収録間隔、計測感度等を検討する。
②VSによる状態量推定方法の調査：機械学習や数値解析の計算精度や計算時間等の特徴を調査する。
③VSの妥当性検討：RSとVSで求めたひずみの最大値や標準偏差等の統計値を比較し、統計値の相対誤差から妥当性を検討する。次に、時系列の相互相関係数を求め、時系列の一致度合いから妥当性を検討する。

(2)方策を進める業務手順
1)RSによる計測方法の決定
①計測器の選定：(1)3)②の特徴と価格を調査し、計測器を選定する。
②位置の決定：タワーの構造と振動のモード形状を踏まえ、計測器の設置位置を決定する。
③仕様の決定：風車や外力の振動数を踏まえ、収録間隔や計測感度を決定する。
　上記の留意点は、タワーは日照により東西南北で温度差が生じ、それが計測ひずみに影響することである。
2)VSによる状態量推定方法の決定
　(1)3)②に示す調査を基に、VSによる状態量推定方法を決定する。数値解析は、いくつもの仮定を設けて偏微分方程式を用いて計算する。計算にあたっては、仮定の適用範囲に留意する。また、方法の決定に当たり、あらかじめ論文等から先行事例を調査し、これらの知見を踏まえ効率的に決定できるよう工夫する。
3)VSの妥当性評価
(1)3)③に示す検討に基づき、妥当性を総合的に評価する。工夫点は、RSの計測値はノイズを含むため、フィルタ処理によりノイズを除去することである。

(3)関係者との調整方策
1)社内の技術者：社内合意を円滑化するため、図化ツールを用いて安全性を容易に判断できるよう、疲労の評価結果（累積疲労損傷度の分布）を可視化する。
2)計測器メーカー：計測器選定の手戻りを防止するため、要求性能を明記した発注仕様書を用いて、計測器メーカーと協議を行う。また、協議毎に発注仕様書のリビジョン管理を行う。　　　　　　　　　　以上