水利施設を次世代に 中島　賢二郎

6-2.性能設計

■ここまで、機能と性能の基本的考え方を説明してきました。農業水利になぜ機能や性能を適用するのか、すなわち性能設計を適用するのかをこれから説明します。そのため、一部重複しますが性能設計について説明していきます。

まず性能設計の説明をします。最初に機能と性能について、次に設計とは何かを考えます。



機能とは

■広辞苑では機能を以下のように説明しています。

【機能】（function）相互に連関し、全体を構成する各因子が有する固有な役割。物のはたらき。作用。

構造物は、期待するはたらきに応じてそれぞれその機能が定義されます。すなわち開水路の側壁に例を取れば、水位を維持する機能、流速による侵食に抵抗する機能、水を滑らかに流す機能、土圧に抵抗する機能、構造物として自然の風化作用に抵抗する機能、側壁に植生が繁茂することを防止する機能等が上げられます。

このように期待されるはたらきの水準に応じて、機能が定義されるため、種々の分類方法が存在します。水利構造物に関しては、例えば、水理学的機能、水利的機能、構造的機能という分類が存在します。




性能とは

■ISOではperformanceという用語が用いられています。性能はこれの日本語訳です。研究社新英和大辞典ではperformanceに対して遂行能力という訳を当てています。広辞苑では性能について以下のように説明しています。

【性能】精神的および身体的な行為をする能力、機械などの性質と能力と。

これらから、性能を遂行能力と定義できそうです。これに対して前節の機能は物が本来持っている働きや役割でした。

機能と性能との関係は、以下のような関係と考えることができます。

  機　　能 性　　能
  果すべき役割 役割を遂行する能力
例）    
  開水路の側壁の機能
水を滑らかに流す		 開水路側壁の性能
表面が滑らかである

■性能を議論するためには、機能を明らかにすることがまず必要であることと、性能は能力ですから一定の幅を有していることとが理解できます。上の例では側壁の表面が滑らかである性能に対して、滑らかさの程度が数値で示されることになります。その数値の程度を要求性能と定義します。

また、この表面の滑らかさ＝要求性能を達成する方法はいくつでも思いつきます。例えば樹脂を塗る、アルミ板を貼るなどです。このように要求性能を達成する方法はいくつも存在します。

すなわち、遂行能力に着目すれば、要求される性能（要求性能）に対して、解決手段は一つに限られるものではないことが理解できます。性能設計とは、要求性能を満たす設計法であれば、その設計手法を問わないことを意味していますから、要求性能を達成する設計法や施工法を設計者は考案しなければなりません。そして要求性能を満たした設計、施工法であることを自ら検証、証明する義務があります。これが性能照査です。




設計とは

■設計とは一体どういう行為でしょうか。設計という言葉は構造物や機械の設計に限らず、組織設計、システム設計等と多様な型で用いられます。これらに共通している設計の概念は次のようなものと考えられます。

ある「欲求」を「構造」として具体化する作業で次の過程を含む。

  • 「欲求」を機能に分解し、さらに機能を要素機能に分解する。
  • 要素機能を性能を媒介変数として要素機構に変換する。
  • 変換された要素機構を構造に統合化する。

上記の過程は必ずしも明確に認識されているものではないでしょうが、設計をするときこれらの過程を一人又は数人で分担して実行しているのです。ここで重要なことは、設計するためには、欲求を分析する能力と抽象概念である要素機能を具体概念である要素機構に変換するために「性能」を明らかにする必要があるということです。




仕様設計と性能設計
（1）仕様基準の特性

■仕様基準（仕様規定）とは、過去の成功事例や経験を分析し、用いられた手段や道筋（方法）が正しければ、同じ結果を得られると考え、手段や道筋（方法）を指定することにより、目的の達成や、安全を確保するものです。手段や道筋（方法）が正しければ、目的が達成されるものと考えるため、その利用者は、結果の検証は義務付けられません。

また手段を拘束するため新技術・新工法への対応が困難であり、また機能・安全度（破壊確率）を規定していません。またマニュアル化が可能で、実施形態が中央集権的になりやすいなどの特性があります。


（2）性能基準の特性

■性能基準（性能規定）とは、達成しようとする目的を明確にし、必要な機能を確保するための種々の性能（要求性能）を明記するものです。要求性能を満たす手段は問いませんが、要求性能を満たしていることを証明するか、検証を受ける必要があります。

このため、目標機能と要求性能を明示でき、新技術・新工法への対応が可能であり、機能・安全度（破壊確率）を選択できます。また高度な技術による自由な発想が可能という特性があります。ここで注意すべき点があります。発注者が強制規定として要求性能を明示する場合には、その要求性能が社会的、技術的に達成可能であることを確認するか、設計、施工を行う分野が技術開発を行う時間的余裕や開発に要する費用を保証する義務があります。望ましい姿としては発注者自らが性能照査の技術を開発するべきものと考えられます。


（3）仕様設計とは

■仕様設計とは、その名の示すように、仕様基準（仕様規定）に基づき設計を行うことです。　仕様基準の持つ特性をそのまま受け継いでいるため、類型的な業務に関しては能率的に実施できます。一方前例の無い業務や発注者に知識が無い場合には、仕様書を書くこと自体が困難であり、その実施には不透明さがついて回ります。


（4）性能設計とは

■性能設計とは、仕様書を示すことなく、すなわち手段方法を示すことなく、要求性能と必要な信頼性とを示し設計を行うことです。

そのうち機能に応じた信頼性を追及する場合は、信頼性設計法を採用し、構造計算の場合なら例えば限界状態設計法を用いることとなります。

中島　賢二郎　H20.5.14
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