โตชิบาพัฒนาระบบ “ตรวจสุขภาพ”สิ่งก่อสร้าง ป้องกันการพังทลาย!

เศรษฐกิจของญี่ปุ่นเติบโตขึ้นอย่างน่ามหัศจรรย์และทำให้ประเทศที่เป็นผู้แพ้สงครามกลับรุ่งเรืองขึ้นอย่างเหลือเชื่อ ยุคนั้นจึงเป็นยุคที่มีการก่อสร้างโครงสร้างพื้นฐาน ถนนหนทาง สะพาน และอาคารสูงระฟ้าจำนวนมาก ที่ยังคงใช้งานมาจนถึงปัจจุบัน

ในปัจจุบัน การบำรุงรักษา และการจัดการดูแลอาคาร รวมถึงโครงสร้างพื้นฐานต่าง ๆ จะมีความสำคัญมากยิ่งขึ้นเรื่อย ๆ นอกจากนี้ ยังมีเรื่องที่น่าเป็นห่วงอีกอย่างหนึ่งคือ ปัญหาขาดแคลนแรงงานที่จำเป็นสำหรับงานซ่อมบำรุงรักษา เนื่องจากประเทศญี่ปุ่นได้เข้าสู่สังคมผู้สูงอายุอย่างเต็มรูปแบบ นั่นจึงเป็นจุดเริ่มต้นที่ทำให้โตชิบาพัฒนาระบบติดตาม ประเมิน และเฝ้าระวังโครงสร้างต่าง ๆ หรือ “ระบบตรวจสุขภาพสิ่งปลูกสร้าง” โดยการใช้เซนเซอร์มาช่วยให้สามารถ “มองเห็น” โครงสร้างภายในของสิ่งปลูกสร้าง ซึ่งจะทำให้การตรวจสอบมีประสิทธิภาพและครอบคลุมยิ่งขึ้น

ตรวจสอบความเสียหายภายในซึ่งไม่อาจมองเห็นได้ด้วยตา 

“หลังจากเหตุการณ์อุโมงค์ถล่ม ได้มีการบังคับใช้กฎหมายที่เข้มงวดมากขึ้นในการตรวจสอบสภาพสะพานแต่ละแห่งทุก ๆ 5 ปี การตรวจสอบโดยทั่วไปจะเป็นเพียงการตรวจดูด้วยตาและค้อน โดยการให้เจ้าหน้าที่ใช้ค้อนทุบสะพานและฟังเสียงที่เกิดขึ้น ซึ่งวิธีการนี้ก็ยังยากที่จะบอกถึงสภาพที่แท้จริงของโครงสร้างภายใน” นายคาซึโอะ วาตาเบะ หัวหน้าฝ่ายวิจัยวิทยาศาสตร์ ห้องปฏิบัติการระบบวิศวกรรม ณ ศูนย์วิจัยและพัฒนาของโตชิบา

‘โครงการพัฒนาระบบหุ่นยนต์และเซนเซอร์สำหรับการบำรุงรักษาโครงสร้างพื้นฐานและการสำรวจภัยพิบัติ’ ขององค์การพัฒนาพลังงานใหม่และเทคโนโลยีอุตสาหกรรม หรือ NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization) เราจึงตัดสินใจทำการวิจัยและพัฒนา ‘ระบบการติดตามประเมิน และเฝ้าระวังวิศวกรรมโครงสร้างอาคาร’ ขึ้นร่วมกับ ศาสตราจารย์  โทโมคิ ชิโอทานิ แห่งมหาวิทยาลัยเกียวโต” นายวาตาเบะ เผย

นายคาซึโอะ วาตาเบะ หัวหน้าฝ่ายวิจัยวิทยาศาสตร์ ห้องปฏิบัติการระบบวิศวกรรม

“เมื่อเราสามารถ ‘มองเห็น’ ภาพความเสียหายภายในแผ่นคอนกรีตได้ เราก็จะสามารถเรียงลำดับความสำคัญในการบำรุงรักษาสิ่งปลูกสร้างแต่ละแห่งได้ อย่างเวลาที่เราไปตรวจสุขภาพปากและฟัน เราอาจจะมีฟันซี่ที่ผุมาก ผุน้อย และซี่ที่กำลังจะเริ่มผุ แน่นอนว่าหมอฟันก็จะต้องให้ความสำคัญกับซี่ที่ผุมากเป็นอันดับแรก เช่นเดียวกันกับความเสียหายที่เราตรวจสอบได้ด้วยระบบเซนเซอร์นี้ – เราก็จะสามารถวางแผนได้ว่า สะพานแห่งไหนต้องการการบำรุงรักษาเร่งด่วนที่สุด ซึ่งจะช่วยให้เราจัดสรรทรัพยากรมนุษย์และงบประมาณที่มีอยู่จำกัดได้อย่างมีประสิทธิภาพที่สุด ระบบนี้ช่วยให้เราสามารถตรวจเช็คสภาพโครงสร้างของตัวสะพานได้ เราจึงสามารถวางแผนดูแลรักษาสะพานแต่ละที่ได้อย่างถูกวิธีและมีประสิทธิภาพที่สุด” นายวาตาเบะ

หารอยแตกภายในคอนกรีต ผ่านการสั่นสะเทือนจากเครื่องยนต์

ปัจจัยสำคัญที่ทำให้เทคโนโลยีการตรวจจับนี้สำเร็จได้ก็คือ คลื่นเสียง หรือ Elastic Wave โดยในยามที่รถวิ่งผ่านจะเกิดการสั่นสะเทือน ส่งผลให้เกิดคลื่นเสียงสะท้อนออกมาจากร่องรอยความเสียหายเล็ก ๆ น้อย ๆ ทั้งหลายในโครงสร้างคอนกรีต ซึ่งระบบเซนเซอร์จะติดตั้งอยู่ที่พื้นผิวถนนหรือสะพาน และวัดคลื่นที่เกิดขึ้นนี้ วิธีการทดสอบแบบเรียกว่า วิธีการปล่อยคลื่นเสียง หรือ  Acoustic Emission (AE) Method*1 

รูปที่ 1: ภาพรวมการวัดการปล่อยคลื่นเสียงบนสะพาน

รูปที่ 2: ตัวอย่างผลการวิเคราะห์จากข้อมูลการวัด AE

รูปที่ 3: การตรวจสอบผลการวิเคราะห์ผ่านตัวอย่างจริงของผิวหน้าสะพาน

นายทาคาชิ อูซุอิ นักวิจัยวิทยาศาสตร์ ห้องปฏิบัติการระบบวิศวกรรม ณ ศูนย์วิจัยและพัฒนา เผยว่า พวกเขาใช้ประโยชน์จากฐานข้อมูลที่โตชิบาได้สั่งสมมาเป็นระยะเวลาหลายสิบปีในการพัฒนาระบบเทคโนโลยีตรวจจับชิ้นนี้

นอกจากนี้ พวกเขาอาจจะสามารถลดทอนระยะเวลาที่ใช้ในการตรวจสอบสภาพโครงสร้างแต่ละแห่งด้วยการใช้รถบรรทุกฉีดน้ำแทนการรอให้ฝนตกจริง ๆ ซึ่งเหตุบังเอิญที่เกิดขึ้นนี้กลับกลายเป็นสิ่งที่ดี เพราะพวกเขาสามารถเก็บข้อมูลได้จำนวนมากในเวลาเพียง 10 นาที (เทียบเท่าเวลาหลายวัน เมื่อเทียบกับข้อมูลที่เก็บได้จากรถที่วิ่งผ่านไปผ่านมาบนสะพาน) ยิ่งไปกว่านั้น ยังมีความเป็นไปได้อีกทางหนึ่ง คือ หากเกิดฝนตกหนัก พวกเขาอาจจะสามารถใช้การตกกระทบของเม็ดฝนเพื่อตรวจจับความเสื่อมสภาพของพื้นที่ที่ไม่ได้มีการสัญจรไปมามากนักได้อีกด้วย

พวกเขายังคงดำเนินการทดสอบระบบต่อไป เพื่อเก็บรวบรวม วิเคราะห์ผลข้อมูล และนำมาพัฒนาระบบให้มีความแม่นยำยิ่งขึ้น หากระบบ การติดตามประเมิน และเฝ้าระวังวิศวกรรมโครงสร้าง มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในอนาคตอันใกล้ การบำรุงรักษาโครงสร้างพื้นฐานทางสังคมจะอาศัยแรงงานคนและค่าใช้จ่ายน้อยลงมาก แต่เหนือสิ่งอื่นใด เราเชื่อว่าไม่มีการตอบแทนสังคมในรูปแบบใดจะยิ่งใหญ่ไปกว่าการดูแลความปลอดภัยให้กับประชาชนทุกคนในสังคมอีกแล้ว