大成建設ら、富岳で長周期地震動予測システム開発、超高層建物の安全性検証を高速化

2025年8月19日、大成建設株式会社、東京大学地震研究所、海洋研究開発機構は、スーパーコンピュータ「富岳」を活用した3次元長周期地震動シミュレーション基盤を共同で開発しました。

長周期地震動がもたらす深刻な影響

大規模な海溝型地震が発生すると、周期の長いゆっくりとした揺れが生じます。この現象は長周期地震動と呼ばれ超高層建物などの固有周期が長い建築物は、長周期地震動に共振しやすく、長時間にわたり大きく揺れ続けることがあります。

建物には固有の周期があり、長周期地震動の周期と一致すると共振現象が起こります。その結果、建物は長時間にわたって激しく揺れ続けることになるのです。さらに、この種の地震動は遠方まで伝播する特性を持つため、震源から離れた地域でも被害が発生する恐れがあります。

建築物の安全性を確保するには、設計段階で建設予定地における長周期地震動の影響を正確に把握する必要があります。しかし、長周期地震動シミュレーションでは、複雑な地盤構造のモデル化に長時間がかかり、さらに全割れや半割れなど多様な震源パターンの解析は非常に困難でした。

技術革新により実現した高速解析システム

今回の研究では、大成建設、東京大学地震研究所、海洋研究開発機構の3者が連携し、この課題の解決に取り組みました。当社は「富岳」を活用して、地盤モデルを生成し、想定される多様な地震発生ケースごとに震源モデルを自動生成するプログラムを独自に開発しました。これにより、短時間で網羅的な検討が可能となりました。

自動化された震源モデル生成機能

研究チームが開発した震源モデル作成プログラムは、過去の地震データに基づいて数百から数千のモデルを数秒で自動生成します。従来は専門家が手作業で行っていた作業が大幅に効率化され、様々な地震発生シナリオを包括的に検討できるようになりました。

南海トラフ地震のような巨大地震では、想定震源域の全てが一度に破壊される「全割れ」や、時間差を置いて段階的に破壊が進む「半割れ」など、複数の発生パターンが考えられます。新システムでは、こうした多様なケースを効率的にモデル化することが可能です。

高精度3次元解析の実現

解析には、地震研究所が開発し海洋研究開発機構が改良を加えた「E-wave FEM」と呼ばれる3次元有限要素法計算コードを採用しています。この手法により、複雑な地盤構造における地震動の伝播を高精度でシミュレーションできます。

「富岳」の世界最高水準の計算性能と組み合わせることで、従来は長時間を要していた長周期地震動の3次元解析を短時間で完了させることができるようになりました。

建築物の安全性評価における新たな可能性

開発されたシステムでは、多数の地震発生ケースから得られるシミュレーション結果を統計的に処理します。これにより、平均的な地震動レベルから最大級の揺れまで、幅広い強度の地震動特性を把握することができます。

この情報を基に、建物の耐震性能をより詳細に評価することが可能になります。例えば、「一般的な強度の地震では構造的損傷が生じず、最大級の地震でも倒壊に至らない」といった具体的な安全性レベルを定量的に示すことができるのです。

社会実装に向けた取り組み

本技術は文部科学省の「『富岳』成果創出加速プログラム」の枠組みで開発が進められており、既に実用化に向けた検証が行われています。大成建設では実際の超高層建物設計においてこのシステムを試験的に適用し、その有効性を確認しました。

さらに、震源モデル生成手法と長周期地震動計算技術について国土交通省の審査を通過しており、産業界での活用に向けた基盤が整備されています。

今後の展開と社会への貢献

研究チームは今後、「富岳」をはじめとする国内の高性能計算環境を積極的に活用し、本技術の社会実装を推進していく方針です。これにより、長周期地震動に対する建築物の安全性をより精密に検証し、地震災害に強い社会基盤の構築に貢献することを目指しています。

技術の特徴と効果

本技術の主要な特徴は以下の通りです。

・想定される地震発生パターンを包括的にカバーする震源モデルの自動生成

・「富岳」の計算能力を活用した高速かつ高精度な長周期地震動解析

・統計的処理による建築物の詳細な耐震安全性能評価と損傷リスクの定量化

この革新的なシミュレーション技術は、建築・土木分野における地震リスク評価の精度向上に大きく寄与することが期待されています。将来的には、より安全で信頼性の高い建築物やインフラ施設の設計・建設が可能となり、地震災害による被害の軽減につながると考えられます。

出典情報

大成建設株式会社リリース,スーパーコンピュータ「富岳」を活用した3次元長周期地震動シミュレーション基盤を開発－あらゆる地震発生ケースの解析により、建物の詳細な耐震安全性能の検証が可能に－,https://www.taisei.co.jp/about_us/wn/2025/250819_10604.html