| 【発明の名称】 |
予測システム、予測方法および記録媒体 |
| 【発明者】 |
【氏名】親本 俊憲
【氏名】柳田 克巳
【氏名】新井 一彦
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| 【要約】 |
【課題】作業において危険作業に至る工程を時系列的な作業手順や作業環境の変化の連鎖と捕らえ、その因果関係を時系列的に解析し、危険作業を予測する予測システム、予測方法、および記録媒体。
【解決手段】解析対象となる作業手順の分解と前後関係の整理を行い（ステップ１０１）、災害の要因を抽出し、それらの因果関係を整理し（ステップ１０２）、これらの作業と災害要因とを結合させ（ステップ１０３）、それらをペトリネットで表現する（ステップ１０４）。ペトリネットを用いて作業に関するシミュレーションを行い（ステップ１０６）、作業方法や作業環境等の改善を行い（ステップ１０８）、所定の安全性を満足するまで処理を繰り返す。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 作業工程を時系列的に分解、抽出する作業抽出手段と、災害要因を抽出する要因抽出手段と、作業抽出手段で抽出した作業工程と要因抽出手段で抽出した要因を用いて、ペトリネットを作成する作成手段と、前記ペトリネットを用いて作業における危険を予測する予測手段と、を具備することを特徴とする予測システム。
【請求項２】 前記ペトリネットはプレース、アーク、トランジション、トークンで表現され、プレースは前記作業工程や要因を示し、トランジションは前記作業工程や要因による状態変化を示し、アークは前記プレースとトランジションとを結合し、前記予測手段は、トークンが各プレースを移動することによって危険を予測することを特徴とする請求項１記載の予測システム。
【請求項３】 前記プレースから複数のトランジションに分岐する場合、各トランジションが起こりうる確率を設定し、前記予測手段で作業の危険が予測された場合、前記確率を変えることによって危険を取り除くことを特徴とする請求項２記載の予測システム。
【請求項４】 前記予測手段は危険に至るまでの時間を算出するものであり、危険に至るまでの時間が所定の値より短い場合に、作業工程を改善して、危険に至るまでの時間を長くすることを特徴とする請求項１記載の予測システム。
【請求項５】 作業工程を時系列的に分解、抽出する作業抽出工程と、災害要因を抽出する要因抽出工程と、作業抽出手段で抽出した作業工程と要因抽出工程で抽出した要因を用いて、ペトリネットを作成する作成工程と、前記ペトリネットを用いて作業における危険を予測する予測工程と、を具備することを特徴とする予測方法。
【請求項６】 前記ペトリネットはプレース、アーク、トランジション、トークンで表現され、プレースは前記作業工程や要因を示し、トランジションは前記作業工程や要因による状態変化を示し、アークは前記プレースとトランジションとを結合し、前記予測工程は、トークンが各プレースを移動することによって危険を予測することを特徴とする請求項５記載の予測方法。
【請求項７】 前記プレースから複数のトランジションに分岐する場合、各トランジションが起こりうる確率を設定し、前記予測工程で作業の危険が予測された場合、前記確率を変えることによって危険を取り除くことを特徴とする請求項６記載の予測方法。
【請求項８】 前記予測工程は危険に至るまでの時間を算出するものであり、危険に至るまでの時間が所定の値より短い場合に、作業工程を改善して、危険に至るまでの時間を長くすることを特徴とする請求項５記載の予測方法。
【請求項９】 作業工程を時系列的に分解、抽出する作業抽出手段と、災害要因を抽出する要因抽出手段と、作業抽出手段で抽出した作業工程と要因抽出手段で抽出した要因を用いて、ペトリネットを作成する作成手段と、前記ペトリネットを用いて作業における危険を予測する予測手段と、を具備する予測システムの一部又は全部としてコンピュータを動作させるプログラムを記録した記録媒体。
【請求項１０】 前記ペトリネットはプレース、アーク、トランジション、トークンで表現され、プレースは前記作業工程や要因を示し、トランジションは前記作業工程や要因による状態変化を示し、アークは前記プレースとトランジションとを結合し、前記予測手段は、トークンが各プレースを移動することによって危険を予測することを特徴とする請求項９記載の記録媒体。
【請求項１１】 前記プレースから複数のトランジションに分岐する場合、各トランジションが起こりうる確率を設定することを特徴とする請求項１０記載の記録媒体。
【請求項１２】 前記予測手段は危険に至るまでの時間を算出することを特徴とする請求項９記載の記録媒体。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、建設作業における作業工程や作業条件から予め危険作業を予測する予測システム、予測方法、及びコンピュータを予測システムとして動作させるためのプログラムを記録した記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、建設作業における危険作業の予測は、過去の災害事例に基づいた経験的判断によるものが主体であり、定量的方法による予測はあまり行われていない。従って、危険作業や災害の予知は作業時の作業者の経験等に頼ることが多かった。また、建設以外の分野では災害の原因分析や危険度の評価等を行う解析方法が適用される場合もあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このような解析方法では解析対象であるシステムの構成や状態が変化することは考慮されておらず、建設工事のように時間の推移とともに作業環境が変化し、その変化を考慮して作業の安全性を解析することは困難であるという問題があった。また、作業者の経験による危険予測でもこのような作業環境の変化に対応し、作業全体を通した中での危険作業を予測することは困難である。
【０００４】本発明は、このような問題を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、危険作業に至る工程を時系列的な作業手順や作業環境の変化の連鎖と捕らえ、その因果関係を時系列的に解析し、危険作業を予測する予測システム、予測方法、及び記録媒体を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成するために第１の発明は、作業工程を時系列的に分解、抽出する作業抽出手段と、災害要因を抽出する要因抽出手段と、作業抽出手段で抽出した作業工程と要因抽出手段で抽出した要因を用いて、ペトリネットを作成する作成手段と、前記ペトリネットを用いて作業における危険を予測する予測手段と、を具備することを特徴とする予測システムである。
【０００６】第２の発明は、作業工程を時系列的に分解、抽出する作業抽出工程と、災害要因を抽出する要因抽出工程と、作業抽出手段で抽出した作業工程と要因抽出工程で抽出した要因を用いて、ペトリネットを作成する作成工程と、前記ペトリネットを用いて作業における危険を予測する予測工程と、を具備することを特徴とする予測方法である。
【０００７】第３の発明は、作業工程を時系列的に分解、抽出する作業抽出手段と、災害要因を抽出する要因抽出手段と、作業抽出手段で抽出した作業工程と要因抽出手段で抽出した要因を用いて、ペトリネットを作成する作成手段と、前記ペトリネットを用いて作業における危険を予測する予測手段と、を具備する予測システムの一部又は全部としてコンピュータを動作させるプログラムを記録した記録媒体である。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下に、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る予測システム１のハードウェアの概略構成図であり、図2は予測システム1の処理手順を示すフローチャートである。予測システム1の解析対象となる作業は建設作業である。
【０００９】図1に示すように、予測システム1はコンピュータ３、作業データベース５、災害要因データベース７、ＣＤ−ＲＯＭ９等から構成される。コンピュータ３は後述するペトリネットを用いて危険作業や災害等を予測する処理を行う。
【００１０】作業データベース５は作業手順やその前後関係等の作業に関するデータを保持する。災害要因データベース７は、作業中に起こりうる災害や危険作業の要因等に関するデータを保持するものである。これらの作業データベース５、災害要因データベース７に保持されたデータを用いて、ペトリネットが作成され、コンピュータ３によって処理される。
【００１１】ＣＤ−ＲＯＭ９はコンピュータ３が行う危険予測処理のプログラム等を記録するものである。次に、図２に示す予測システム1による危険予測の処理について説明する。
【００１２】解析対象となる作業手順の分解と前後関係の整理を行い（ステップ１０１）、その中で起こりうる危険作業、即ち災害の要因を抽出し、作業と要因との因果関係を整理する（ステップ１０２）。
【００１３】ステップ１０１やステップ１０２で抽出した作業と災害要因とを結合させ（ステップ１０３）、それらをペトリネットで表現する（ステップ１０４）。ペトリネットはシステムをモデル化して評価するための有効なツールである。ペトリネットに関する詳細な説明は後に行う。
【００１４】次に、ペトリネット中の状態遷移確率を決定し（ステップ１０５）、ペトリネットを用いて作業に関するシミュレーションを行い、各作業の災害発生確率や災害に至るまでの時間等を算出し（ステップ１０６）、所定の安全性を満足したら（ステップ１０７）シミュレーションを終了する。
【００１５】ステップ１０７において所定の安全性を満足しない場合、即ち危険作業や災害が高い確率で起こりうる場合には、作業方法や作業環境等の改善を行い（ステップ１０８）、その改善点を考慮してペトリネットで再モデル化を行い（ステップ１０４）、所定の安全性を満たすまで処理を繰り返す。
【００１６】次に、具体的な作業を例に図２に示すシステムの処理を説明する。ここで、解析対象の作業として梁型枠の解体作業を例にとる。
【００１７】（ステップ１０１）対象となる作業の作業手順を分解し、その前後関係の整理を行う。例えば、梁型枠の解体作業の場合、以下のように作業を抽出し、作業順を整理する。
【００１８】作業１：スラブ上から足場へ昇降する。
作業２：釘抜き作業を行う。
作業３：小運搬作業を行う。
作業４：バールによるパネル剥がしを行う。
作業５：手によるパネル剥がしを行う。
作業６：足場からスラブ上に移動する。
【００１９】以上の作業の中から、作業が行われる場所や作業名、作業による状態変化、作業にかかる時間等を抽出して整理する。抽出した作業に関するデータは作業データベース５に保持することも可能である。
【００２０】（ステップ１０２）次に、対象作業において起こりうる災害要因を抽出し、それが何故起こるかや起こったらどうなるか等の因果関係を整理する。例えば、足場上の作業中に「足元に不要材がある」場合、作業者が不要材上に乗る。不要材に乗って足元が滑り、バランスを崩す。バランスを崩してスラブ上に落下する。となり、ヒヤリハットとなったり、落下の状態によっては重大災害に至ることがある。これらの抽出し整理した要因や因果関係も災害要因データベース７等に保持される。
【００２１】（ステップ１０３）ステップ１０１で抽出された作業手順とステップ１０２で抽出された災害要因とを結合させる。例えば、上述の「足元に不要材があり」、落下に至るのは、作業場所として足場上であるため、足場に昇った後に起こりうる危険作業である。
【００２２】（ステップ１０４からステップ１０８）次に、ステップ１０３の処理結果をペトリネットで表現する。図３は、梁型枠の解体作業における危険予測のペトリネットをモデル化した図である。図３に示すペトリネットモデルの詳細な説明を行う前に、ペトリネットモデルについて説明する。
【００２３】図４はペトリネットを構成する要素を示す図である。ペトリネットは、プレース３３−１、３３−２、アーク３７−１、３７−１、トランジション３５、トークン３９で構成される。プレース３３−１、３３−２は条件を示し、トランジション３５は事象や状態変化を示す。
【００２４】アーク３７−１はプレース３３−１からトランジション３５への結合を、アーク３７−２はトランジション３５からプレース３３−２への結合を示す。トークン３９はプレース３３−１の中に配置され、トランジション３５即ち事象が起こることによって、プレース３３−２に移動する。事象や状態変化が起こることを「トランジションが発火する」という。図５はトランジション３５が発火した後のペトリネットの状態を示す図である。
【００２５】このトランジション３５の発火条件には以下に示すような規則がある。図６、図７、図８は発火条件を説明するための図である。図６に示すように、トランジションＴａを発火させるためには入力側のプレースＰａ、Ｐｂの両方にトークンが存在しなければならない。即ち、条件Ｐａ、Ｐｂの両方がそろったときにトランジションＴａが発火し、事象Ｔａが起こる。
【００２６】また、図７に示す発火条件は、トランジションＴａ、Ｔｂがある確率で起こりうる場合を示すものである。この確率を状態遷移確率という。図８はトランジションＴａ、トランジションＴｂのうち、いずれかが発火した場合にプレースＰａの状態に移ることをいう。
【００２７】以上説明したペトリネット及びその発火条件を用いて、図３に示す梁型枠の解体作業の危険予測のペトリネットモデルを説明する。図３において、Ｐはプレースを示し、作業名や作業の状態を示すものである。また、Ｔはトランジションであり、状態変化の要因を示すものである。図中の数字は作業時間（分）を示す。
【００２８】プレースＰ１にあるトークンは、トランジションＴ１「足場への昇降開始」が発火すると、スラブ上（Ｐ１）から昇降（Ｐ２）に移動し、トランジションＴ２「足場への昇降終了」が発火すると、足場上（Ｐ３）に移動する。ここで、トークンが移動するということは、作業が行われ、状態が変化することを示す。
【００２９】次に、トランジションＴ３「作業開始」が発火し、釘抜き（Ｐ４）作業を行い、トランジションＴ４「小運搬開始」の発火で小運搬（Ｐ５）作業を行う。次に、トランジションＴ５「バールによるパネル剥がしを開始」が発火し、パネル剥がし（Ｐ６）作業が行われる。
【００３０】このとき、プレースＰ６の作業が順調に行われ、トランジションＴ６「手によるパネル剥がしが開始される」場合と、トランジションＴ１０「バールが外れる」場合のどちらかが所定の状態遷移確率で起こりうる。この状態遷移確率は、作業環境等を考慮して決定され（ステップ１０５）、入力される。この状態遷移確率をデータベース化し、保持することも可能である。
【００３１】トランジションＴ６「手によるパネル剥がしが開始される」が発火すると、手によりパネルが剥がされ（Ｐ７）、トランジションＴ７「パネル剥がし終了」が発火すると、パネルを置き（Ｐ８）、次の施工箇所があればトークンを新たに与え、次の施工箇所移動し（Ｐ１１）、作業を開始する。
【００３２】また、次の施工箇所がなければ、作業者は足場から降りて（Ｐ９）、トランジションＴ９「足場昇降終了」が発火すると、スラブ上に戻る（Ｐ１０）。
【００３３】前述のトランジションＴ１０「バールが外れる」が発火した場合、バールがはずれても作業を続けられる場合（Ｐ２１）と反動を受ける場合（Ｐ１２）がある。プレースＰ２１に至れば、トランジションＴ１２「次作業開始」が発火し、手によるパネルはがし（Ｐ７）に至る。
【００３４】また、反動を受けた場合（Ｐ１２）、さらに脚立作業である場合（Ｐ１３：この場合新たにトークンが与えられる）、トランジションＴ１１「不安定な状態」が発火し、以降に説明するバランスを崩す状態（Ｐ１６）に至る。即ち、図６に示す発火条件に従って、Ｐ１２とＰ１３の両方にトークンがそろって、Ｔ１１が発火することとなり、ここでは「脚立上の作業で、かつ、反動を受けた場合にバランスを崩して転落する」ことを示す。
【００３５】次に、災害要因の一因として足場上に不要材がある場合を考える。不要材があるという条件に対してプレースＰ１４を設定し、新たにトークンを配置する。この場合、トランジションＴ１３「不要材に作業者が乗る」とトランジションＴ１７「乗らない」のいずれかが所定の状態遷移確率で発火する。Ｔ１７が発火した場合、災害には至らない。
【００３６】トランジションＴ１３が発火した場合、作業者は不要材上に乗り（Ｐ１５）、トランジションＴ１４「足元が滑る」とトランジションＴ１８「滑らない」のいずれかが所定の確率で発火する。Ｔ１８が発火した場合は、災害には至らない。
【００３７】トランジションＴ１４が発火した場合、或いは前述の脚立作業やバールが外れたことによる反動を受けることで不安定になった場合、作業者はバランスを崩し（Ｐ１６）、所定の確率でトランジションＴ１９「落下しない」が発火する。Ｔ１９が発火した場合、作業は継続され（Ｐ１８）、トランジションＴ２１「次作業への移行」が発火する。
【００３８】トランジションＴ２１が発火して次作業への移行が行われると、災害要因「足元に不要材がある（Ｐ１４）」に戻るとともに、一方で次作業への準備を行い（Ｐ２０）、トランジションＴ１２「次作業開始」が発火する。こうして、次作業である手によるパネル剥がし（Ｐ７）に移行する。
【００３９】また、作業者がバランスを崩し（Ｐ１６）、新たにトークンが与えられる、手すりの不備（Ｐ１９）という条件がともに加わった場合に、トランジションＴ１５「落下する」が所定の確率で発火する。Ｔ１５が発火した場合、作業者は足場からスラブ上に落下し（Ｐ１７）、トランジションＴ１６「許容負荷」が所定の確率で発火すれば、「ヒヤリハット」に至り、トランジションＴ２０「身体への過負荷」が発火した場合、「重大災害」となる。
【００４０】ステップ１０６では、上記のようなシミュレーションを行い、「ヒヤリハット」や「重大災害」に至る確率や時間を算出する。
【００４１】例えば、「ヒヤリハット」に至る確率の算出について以下に説明する。ここで、足場の不要材に乗る（Ｔ１３が発火する）確率が「ａ」、足元が滑る（Ｔ１４が発火する）確率が「ｂ」、バールが外れて反動を受けて不安定になる（Ｔ１１が発火する）確率が「ｃ」、足場から落下するが許容負荷である（Ｔ１６が発火する）確率が「ｄ」、足場から落下する（Ｔ１５）確率が「ｅ」であるとする。
【００４２】図６から図８に示す発火条件を考慮し、上記の確率から「ヒヤリハット」に至る確率を算出すると、「（ａ×ｂ＋ｃ）×ｄ×ｅ」となる。
【００４３】以上のようなシミュレーションの結果、「重大災害」や「ヒヤリハット」に至る確率が所定の閾値等より大きい場合は、図３に示すペトリネットにおいて、災害につながるアークが多く出ている作業をなくす、或いは災害につながる確率を減少させるように作業環境を変えるなどして、改善する（ステップ１０８）。
【００４４】例えば、図３に示す作業では、「バールによるパネル剥がし」（Ｐ６）においてバールが外れた場合に反動を受けて、落下事故につながる場合がある。従って、この確率が大きい場合は、バールが外れないような防止策を取ったり、バールによるパネル剥がし作業を取りやめるなどして、作業改善を行い、再度シミュレーションを行うことが可能である。
【００４５】このように、作業改善を行い、状態遷移確率を変えたり、プレースやトランジションを追加、削除するなどして図３に示すペトリネットの再構築を行い、シミュレーションを実行することを繰り返して、「重大災害」や「ヒヤリハット」に至る確率が閾値よりも小さくなれば、危険作業予測の処理を終了する。
【００４６】次に、ステップ１０６において災害に至るまでの時間を算出した場合について説明する。図９は異なる作業条件で「重大災害」に至るまでの平均時間を算出した結果を示す図である。
【００４７】図３に示すペトリネットを用いて、終了条件となる「重大災害」に至るシミュレーションを繰り返し（図９に示す例で１００回繰り返す）行い、「重大災害」に至るまでの平均時間を求める。例えば、作業条件１は「脚立と足場板を使用する場合」であり、「重大災害」に至るまでの平均時間は「ｔ１」である。
【００４８】次に、作業条件２として「脚立と足場板を使用し、更に不要材がある場合」についてシミュレーションを繰り返し、「重大災害」に至るまでの平均時間「ｔ２」を求める。
【００４９】ここで、作業条件２は作業条件１に比べて、「重大災害」に至るまでの時間が短いことが判る。この「重大災害」に至るまでの平均時間を長くするように、ステップ１０７では、作業方法を変えるなどする。
【００５０】例えば、作業条件３として、「脚立＋足場板」の代わりに「ローリングタワーを使用する場合」について、「重大災害」に至るまでの平均時間ｔ３を計算する。この結果ｔ３＞ｔ１＞ｔ２となり、「ローリングタワーを使用する場合」の方が、「脚立と足場板を使用する場合」に比べて、作業の安全性が高いことが判る。こうして、所定以上の安全性が得られれば（ステップ１０７）、作業改善ができたものとしてシミュレーションを終了する。
【００５１】また、図９に示す「ローリングタワーを使用する場合」についても、スパンＬや階高Ｈを変えるなどしてシミュレーションを行う。例えば、作業条件３は「Ｈ＝３０００（ｍｍ）、Ｌ＝４０００（ｍｍ）」、作業条件４は「Ｈ＝４０００（ｍｍ）、Ｌ＝６０００（ｍｍ）」として計算を行うと、平均時間はｔ３＞ｔ４となる。
【００５２】以上の説明では、「重大災害」を例に説明したが、「ヒヤリハット」に至る時間も同様に計算できる。このように、危険作業の予測システム１を用いれば、事前に「重大災害」や「ヒヤリハット」に至る時間を計算でき、その時間を引き延ばすように作業改善をお行うことができる。
【００５３】以上のように、本システムを用いれば、事前に危険作業を予測することができ、危険要因を取り除くことが可能である。また、作業時に大幅な作業環境の変化等が発生した場合でも、本システムによるシミュレーションを行うことで、作業環境の変化による危険作業を事前に予測することが可能であり、作業の安全を保障できる。
【００５４】尚、図２の処理の全部または一部はコンピュータで行うことができ、そのプログラムをＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に保持できる。尚、本実施の形態では梁型枠の解体作業を例にあげたが、本システムはあらゆる建設作業、又は建設作業以外の作業の危険予測を行うことも可能である。特に、実際の建設作業は様々な作業が組み合わされるため、本システムを用いて作業の前に危険作業を予測することは非常に効果が大きい。
【００５５】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明によれば、危険作業に至る工程を時系列的な作業手順や作業環境の変化の連鎖と捕らえ、その因果関係を時系列的に解析し、危険作業を予測することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１３７３
【氏名又は名称】鹿島建設株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年６月７日（２０００．６．７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９６０９１
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 誠一
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| 【公開番号】 |
特開２００１−３５１０５７（Ｐ２００１−３５１０５７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１２月２１日（２００１．１２．２１） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１７０２０３（Ｐ２０００−１７０２０３） |
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