(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
施工対象の地盤特性に係る情報、及び施工条件に係る情報を施工対象情報として収集するとともに、施工現場で稼動する施工機械の位置情報及び稼動情報を施工機械情報として収集する情報収集手段と、
前記施工対象を仮想的に複数の３次元ブロックに区分するとともに、当該３次元ブロックの位置座標を基準に前記施工対象情報をそれぞれ対応づけて複数の情報ユニットとし、当該情報ユニットを最小管理単位とした前記施工対象情報の管理を行う情報管理手段と、
前記情報ユニットに基づいて３次元地形情報を作成するとともに、当該３次元地形情報と前記施工機械情報とを合成・分析してモニタ画面に表示する情報提供手段とを備え、
前記情報管理手段は、前記情報ユニットを施工の進捗状況に基づいて日単位及び／又は時分単位で更新するとともに、前記施工機械情報を施工機械の稼動状況に基づいて時分単位で更新するものであり、
前記施工対象が採土場である場合において、前記地盤特性に係る情報は、採土場の地形情報、地質情報のうち少なくとも１以上であり、前記施工条件に係る情報は、施工機械情報、穿孔関連情報、発破関連情報、掘削関連情報のうち少なくとも１以上であり、前記施工機械は集土機械、積込機械、及び運搬機械のうち少なくとも積込機械及び運搬機械を含む２以上であり、前記施工設備は、採土場、土砂投入ホッパ、クラッシャー、ストックヤード、ベルトコンベア、船積場のうち少なくとも１以上であり、
前記情報提供手段は、積込機械と運搬機械間の距離が所定の値よりも小さく、かつ運搬機械の滞留時間が所定時間よりも長い場合に、当該積込機械に積み込まれた材料を特定するとともに、当該材料別の採土量を算出してモニタ画面に表示することを特徴とする精密施工支援システム。
【請求項２】
施工対象の地盤特性に係る情報、及び施工条件に係る情報を施工対象情報として収集するとともに、施工現場で稼動する施工機械の位置情報及び稼動情報を施工機械情報として収集する情報収集手段と、
前記施工対象を仮想的に複数の３次元ブロックに区分するとともに、当該３次元ブロックの位置座標を基準に前記施工対象情報をそれぞれ対応づけて複数の情報ユニットとし、当該情報ユニットを最小管理単位とした前記施工対象情報の管理を行う情報管理手段と、
前記情報ユニットに基づいて３次元地形情報を作成するとともに、当該３次元地形情報と前記施工機械情報とを合成・分析してモニタ画面に表示する情報提供手段とを備え、
前記情報管理手段は、前記情報ユニットを施工の進捗状況に基づいて日単位及び／又は時分単位で更新するとともに、前記施工機械情報を施工機械の稼動状況に基づいて時分単位で更新するものであり、
前記施工対象が採土場である場合において、前記地盤特性に係る情報は、採土場の地形情報、地質情報のうち少なくとも１以上であり、前記施工条件に係る情報は、施工機械情報、穿孔関連情報、発破関連情報、掘削関連情報のうち少なくとも１以上であり、前記施工機械は集土機械、積込機械、及び運搬機械のうち少なくとも運搬機械を含む１以上であり、前記施工設備は、採土場、土砂投入ホッパ、クラッシャー、ストックヤード、ベルトコンベア、船積場のうち少なくとも土砂投入ホッパを含む１以上であり、
前記情報提供手段は、土砂投入ホッパと運搬機械間の距離が所定の値よりも小さく、かつ運搬機械の滞留時間の所定時間よりも長い場合に、当該土砂投入ホッパ及びそれに投入された材料を特定するとともに、当該材料別の投入量を算出してモニタ画面に表示することを特徴とする精密施工支援システム。
【請求項３】
情報収集手段と、情報管理手段と、情報提供手段を備えた精密施工支援システムを用いて行う精密施工法であって、
前記情報収集手段が、施工対象の地盤特性に係る情報、及び施工条件に係る情報を施工対象情報として収集するとともに、施工現場で稼動する施工機械の位置情報及び稼動情報を施工機械情報として収集するステップと、
前記情報管理手段が、前記施工対象を仮想的に複数の３次元ブロックに区分するとともに、当該３次元ブロックに前記施工対象情報をそれぞれ対応づけて複数の情報ユニットを作成するステップと、
前記情報提供手段が、前記情報ユニットに基づいて３次元地形情報を作成するとともに、当該３次元地形情報と前記施工機械情報とを合成・分析してモニタ画面に表示するステップと、
前記情報提供手段によって表示された前記３次元地形情報に基づいて施工条件及び施工機械の最適配置を立案するステップと、
前記立案した施工条件及び施工機械の最適配置に基づいて施工を行うステップと、
からなる精密施工法であって、
前記情報管理手段が、前記情報ユニットを施工の進捗状況に基づいて日単位及び／又は時分単位で更新するステップと、
前記情報管理手段が、前記施工機械情報を施工機械の稼動状況に基づいて時分単位で更新するステップと、
前記情報提供手段によって表示された前記３次元地形情報に基づいて施工条件及び施工機械の最適配置に係る施工計画の見直しを行うステップとを含み、
前記情報提供手段に施工機械のサイクルタイムを表示させて、当該サイクルタイムの縮小を目的とした重機稼動パターンを検討するステップと、
前記情報提供手段に施工機械の燃料消費量を表示させて、当該燃料消費量の削減を目的とした走行路計画・整備を検討するステップと、
前記情報提供手段に所定の時間毎の生産量を表示させて施工ロスの削減を目的とした重機稼動パターンを検討するステップと、
前記情報提供手段に前記施工対象情報に基づき分析した適正な火薬使用量を表示させて、最適発破パターンを検討するステップと、
を含むことを特徴とする精密施工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設工事の精密施工支援システム及びプログラム、並びにこれらを用いた精密施工法に関し、特に、建設工事における施工計画や施工管理の最適化を図るために有益な情報を提供する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
新しい空港建設に伴う埋立て工事における採土現場では、地山の掘削、集土、運搬、破砕、桟橋からの積み出しという一連の作業が連続的に行われている（以下、土工事と呼ぶ）。
すなわち、採土場では発破または油圧ショベルにより地山が掘削される。掘削された土や岩は、ブルドーザで集められた後、油圧ショベルもしくはホイールローダで重ダンプトラックに積み込まれ、採土場下端にあるクラッシャーまで運ばれる。クラッシャーでは、岩塊が２００ｍｍ以下の土砂にまで破砕され、ベルトコンベアでストックヤードまで運ばれる。ストックヤードの床には土砂の引き出し口があり、ここから引き出された土砂はベルトコンベアで積み出し桟橋まで運ばれ、土運船に積み込まれる。
【０００３】
このような土工事を効率よく行うためには、土量バランスを入念に検討し、最適な施工計画を立てる必要がある。特に、その工事が長期にわたって実施される場合は、施工の進捗状況に応じて変化する情報を把握しながら施工を進めていくことも施工の効率化を図る上で重要となってくる。このことは、土工事に限らず、ダム工事、トンネル工事、シールド工事などについても同様にいえることである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の建設工事における施工計画は、主として、過去における類似工事の資料や作業員の経験に基づいて立案されていたため、必ずしも現在の工事に合致した現場運営ができているとはいえなかった。
【０００５】
また、施工計画に用いる資料は書類や写真などのアナログデータであることが多いため、所望する施工情報を迅速に得ることが難しく、当該資料を有効に活用できなかった。
【０００６】
また、施工情報の管理は重機日報や労務日報などを用いて日単位で行われることが多いため、立案された施工計画に係る諸条件の見直しを迅速に行うことができなかった。このことは、生産性の低下や、環境負荷の増大を招く要因となっていた。
【０００７】
また、予測不可能であった事由の発生により施工の進行が妨げられた場合でも、それに迅速に対処することができなかった。
さらに、施工上取り扱う精度が低いものであり、現場の実際の施工情報を的確に反映させて長期的な計画を立てることができなかった。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は建設工事において、綿密な施工情報を収集・分析し、その結果を現場担当者の意思決定のための支援材料として提供することにより、現場の日常管理及び将来計画策定の支援をし、当該工事における生産性の向上及び環境負荷の低減を図ることにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、施工全体の精度を向上させるとともに、立案された施工計画に係る諸条件の見直しを迅速に行えるようにすることにある。
【００１０】
本発明のさらに別の目的は、予測不可能であった事由の発生により施工の進行が妨げられた場合でも、それに迅速に対処できるとともに、現場の実際の施工情報を的確に反映させて長期的な計画を立てることができる精密施工法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、綿密な施工現場の調査・計測を通じて地盤特性の空間的な分布や施工条件に関する詳細な情報を把握した上で、施工方法の決定、工程計画の策定及び運営管理といった土工事のプロセス全体の最適化を図るための支援を行うためのシステムである。また、施工機械や設備の稼動情報、地質や地形等の現場の自然条件、施工の進捗に伴って変化する地表面形状といったすべての施工に関連する施工情報を、デジタル情報として管理・分析することにより、施工精度を向上させることができる。
【００１２】
このために本発明は、施工対象の地盤特性に係る情報、及び施工条件に係る情報を施工対象情報として収集するとともに、施工現場で稼動する施工機械の位置情報及び稼動情報を施工機械情報として収集する情報収集手段と、前記施工対象を仮想的に複数の３次元ブロックに区分するとともに、当該３次元ブロックの位置座標を基準に前記施工対象情報をそれぞれ対応づけて複数の情報ユニットとし、当該情報ユニットを最小管理単位とした前記施工対象情報の管理を行う情報管理手段と、前記情報ユニットに基づいて３次元地形情報を作成するとともに、当該３次元地形情報と前記施工機械情報とを合成・分析してモニタ画面に表示する情報提供手段とを備え、前記情報管理手段は、前記情報ユニットを施工の進捗状況に基づいて日単位及び／又は時分単位で更新するとともに、前記施工機械情報を施工機械の稼動状況に基づいて時分単位で更新することを特徴とする建設工事の精密施工支援システムとした。
【００１３】
また、前記情報収集手段は、前記施工機械に搭載された移動局と、施工現場の所定位置に設置された基地局とを備え、前記移動局は、基地局から放送されている位置補正情報とＧＰＳ衛星からの電波とを受信して現在の位置情報を算出するとともに、当該算出した位置情報を含む前記施工機械情報を前記基地局に向けて無線送信し、前記基地局は、前記移動局から送信された前記施工機械情報を受信するとともに、当該施工機械情報を前記情報提供手段に向けて送信可能な状態にすることとするのが好ましい。
【００１４】
また、前記情報収集手段は、前記施工機械に搭載された稼動情報書込装置（ＩＣカード書込装置等）と、施工現場の所定位置に設置された稼動情報読取装置（ＩＣカード読取装置等）とを備え、前記書込装置によって前記施工機械の稼動情報を所定の記録媒体に書込み、前記読取装置によって前記記録媒体に書き込まれた施工機械の稼動情報を読取り、前記情報提供手段に向けて送信可能な状態にし、及び／又は、前記情報収集手段は、前記施工機械に搭載された積載情報計測装置（ペイロードメータ等）を備え、前記積載情報計測装置によって得られた前記施工機械の稼動情報を前記基地局に向けて無線通信し、前記情報提供手段に向けて送信可能な状態にすることとするのが好ましい。
【００１５】
また、前記情報収集手段は、施工現場で稼動する施工設備に設置された施工設備監視装置（ＩＴＶカメラ、電流計、メリックスケール、シーケンサ等）と、現場の所定位置に設置された中央操作装置（中央操作盤、メディアコンバータ等）とを備え、前記監視装置は、前記施工設備の稼動情報をデジタル情報として取得するとともに、前記中央操作装置に向けて当該デジタル情報を送信し、前記中央操作装置は、前記監視装置から送信された前記デジタル情報を受信するとともに、当該デジタル情報を前記情報提供手段に向けて送信可能な状態にすることとするのが好ましい。
【００１６】
また、前記情報管理手段は、過去の前記施工対象情報を集約した施工対象情報データベースを備え、前記情報収集手段により収集された現在の前記施工対象情報に基づいて前記施工対象情報データベースを更新することとするのが好ましい。
【００１７】
また、前記情報管理手段は、過去における施工機械の稼動情報を集約した施工機械稼動実績データベースを備え、前記情報収集手段により収集された現在における施工機械の稼動情報に基づいて前記施工機械稼動実績データベースを更新することとするのが好ましい。
【００１８】
また、前記施工対象が採土場である場合において、前記地盤特性に係る情報は、採土場の地形情報、地質情報のうち少なくとも１以上であり、前記施工条件に係る情報は、施工機械情報、穿孔関連情報、発破関連情報、掘削関連情報のうち少なくとも１以上であり、前記施工機械は集土機械、積込機械、及び運搬機械のうち少なくとも積込機械及び運搬機械を含む２以上であるか、或いは少なくとも運搬機械を含む１以上であり、前記施工設備は、採土場、土砂投入ホッパ、クラッシャー、ストックヤード、ベルトコンベア、船積場のうち少なくとも１以上であるか、或いは少なくとも土砂投入ホッパを含む１以上である。
【００１９】
また、前記情報提供手段は、積込機械と運搬機械間の距離が所定の値よりも小さく、かつ運搬機械の滞留時間が所定時間よりも長い場合に、当該積込機械に積み込まれた材料を特定するとともに、当該材料別の採土量を算出してモニタ画面に表示する。
【００２０】
また、前記情報提供手段は、土砂投入ホッパと運搬機械間の距離が所定の値よりも小さく、かつ運搬機械の滞留時間の所定時間よりも長い場合に、当該土砂投入ホッパ及びそれに投入された材料を特定するとともに、当該材料別の投入量を算出してモニタ画面に表示する。
【００２１】
また、前記情報提供手段は、施工機械の最適配置、施工機械の最適走路、施工機械の最適組合せパターン、施工機械のサイクルタイム、施工機械の燃料消費量、発破パターンのうち少なくとも１以上提供することとするのが好ましい。
【００２２】
また、本発明は、主として現場事務所に設置されるコンピュータに、施工対象の地盤特性に係る情報、及び施工条件に係る情報を施工対象情報として収集するとともに、施工現場で稼動する施工機械の位置情報及び稼動情報を施工機械情報として収集する情報収集機能と、前記施工対象を仮想的に複数の３次元ブロックに区分するとともに、当該３次元ブロックの位置座標を基準に前記施工対象情報をそれぞれ対応づけて複数の情報ユニットとし、当該情報ユニットを最小管理単位とした前記施工対象情報の管理を行う情報管理機能と、前記情報ユニットに基づいて３次元地形情報を作成するとともに、当該３次元地形情報と前記施工機械情報とを合成・分析してモニタ画面に表示する情報提供機能とを実現させるプログラムであって、前記情報管理機能は、前記情報ユニットを施工の進捗状況に基づいて日単位及び／又は時分単位で更新し、前記情報提供機能は、日常の施工に関する情報を現場技術者に提供するとともに、長期計画策定のための意思決定支援情報を提示することを特徴とする建設工事の精密施工支援プログラムとした。
【００２３】
さらに、本発明は、情報収集手段と、情報管理手段と、情報提供手段を備えた精密施工支援システムを用いて行う精密施工法であって、前記情報収集手段が、施工対象の地盤特性に係る情報、及び施工条件に係る情報を施工対象情報として収集するとともに、施工現場で稼動する施工機械の位置情報及び稼動情報を施工機械情報として収集するステップと、前記情報管理手段が、前記施工対象を仮想的に複数の３次元ブロックに区分するとともに、当該３次元ブロックに前記施工対象情報をそれぞれ対応づけて複数の情報ユニットを作成するステップと、前記情報提供手段が、前記情報ユニットに基づいて３次元地形情報を作成するとともに、当該３次元地形情報と前記施工機械情報とを合成・分析してモニタ画面に表示するステップと、前記情報提供手段によって表示された前記３次元地形情報に基づいて施工条件及び施工機械の最適配置を立案するステップと、前記立案した施工条件及び施工機械の最適配置に基づいて施工を行うステップと、をからなる精密施工法であって、前記情報管理手段が、前記情報ユニットを施工の進捗状況に基づいて日単位及び／又は時分単位で更新するステップと、前記情報管理手段が、前記施工機械情報を施工機械の稼動状況に基づいて時分単位で更新するステップと、前記情報提供手段によって表示された前記３次元地形情報に基づいて施工条件及び施工機械の最適配置に係る施工計画の見直しを行うステップと、を含むことを特徴とする建設工事の精密施工法とした。
【００２４】
ここで、上記精密施工法において、前記情報提供手段に施工機械のサイクルタイムを表示させて、当該サイクルタイムの縮小を目的とした重機稼動パターンを検討するステップと、前記情報提供手段に施工機械の燃料消費量を表示させて、当該燃料消費量の削減を目的とした走行路計画・整備を検討するステップと、前記情報提供手段に所定の時間毎の生産量を表示させて施工ロスの削減を目的とした重機稼動パターンを検討するステップと、前記情報提供手段に前記施工対象情報に基づき分析した適正な火薬使用量を表示させて、最適発破パターンを検討するステップと、を含むこととする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では建設工事が土工事である場合について本発明を適用しているが、これに限定されるものではなく、例えば、建設工事がトンネル工事やシールド工事である場合についても適用できることはいうまでもない。
【００２６】
［システムの構成］
図１に本実施形態にかかるシステム全体の概略的なブロック図を示す。
採土場で稼動するバックホウなどの積込機械、重ダンプなどの運搬機械、ブルドーザなどの集土機械（図示せず）などの施工機械（重機）には、無線端末１１とＩＣカード書込装置１２が搭載されている。また、運搬機械には積載重量を計測するためのペイロードメータ１３も搭載されている。
無線端末１１は、ＧＰＳアンテナ、ＳＳ（Spread Spectrum）無線機（移動局；本体・アンテナ）、及び演算手段（ＣＰＵ、演算ボード等）とからなる。
ＩＣカード書込装置１２は、ＩＣカード差込口、タッチパネル、及び制御手段（ＣＰＵ）とからなる。ＩＣカード書込装置１２の概略的な構成図を図１３に示す。
【００２７】
基地局には、海上保安庁が放送するＤＧＰＳの位置補正データを受信するためのビーコン受信機と、ＳＳ無線機（基地局；本体・アンテナ）１４を通じて当該位置補正データを送信するとともに、重機からの情報データを受信して監視局に当該情報データ送信するための無線制御コントローラ１５とが設置されている。
【００２８】
監視局には、基地局から送信されたデータを受信する無線制御コントローラ１５と、各種施工設備に設置された各種計測（監視）装置（電流計１６・メリックスケール１７・シーケンサ１８等）からの諸データを受信する中央操作盤２０とが設置されている。
【００２９】
監視局と現場事務所間は、光通信回線２１によって通信接続されており、この回線を介して、施工機械や施工設備の稼動状況を示す諸データが監視局から現場事務所に向けて送信される。
【００３０】
現場事務所には、重機稼動監視サーバー２２と採土場情報管理サーバー２３が設置されており、各サーバーに接続（または内蔵）された所定の記録媒体（ハードディスク等）には、重機稼動実績データベース、及び採土場情報データベースがそれぞれ格納されている。重機稼動監視サーバー２２と採土場情報管理サーバー２３は生産情報管理モニタ２４に共通接続され、各サーバーからの情報が合成表示（又は切換表示）される。
【００３１】
また、生産状況監視モニタ２５がメディアコンバータ２６を介して光通信回線２１に接続されている。この生産状況監視モニタ２５は、現場全域各所に設置された稼動状況監視用のＩＴＶカメラ１９から送信されるデジタル映像、電流計１６・メリックスケール１７・シーケンサ１８からの計測値、すなわち、クラッシャー負荷・ベルトコンベアの運搬量・ベルトコンベアの稼動状況をそれぞれ表示する。
【００３２】
さらに、プリンタ２７がプリンタサーバー２８を介して光通信回線２２に接続されている。また、ＩＣカード読取装置２９が重機稼動監視サーバー２２に接続されている。
【００３３】
［システムの諸機能］
上記構成を備えたシステムは大きく分けて、施工情報収集機能、施工情報管理機能、及び施工情報提供機能の３つの機能を備えている。
施工情報収集機能により、採土場情報、重機位置情報、重機稼動情報、及び設備稼働情報を収集することができる。
施工情報管理機能により、３次元地理情報、及びそのデータベースを管理することができる。
施工情報提供機能により、３次元採土計画、３次元土量管理、及び技術者支援型情報分析のための情報を提供することができる。
以上の諸機能により、工事による環境負荷を低減し、経済性の高い施工を実現している。
【００３４】
［施工情報収集機能］
採土場の地盤特性に係る情報、及び施工条件に係る情報を施工対象情報として収集するとともに、施工現場で稼動する施工機械の位置情報及び稼動情報を施工機械情報として収集する。また、施工現場で稼動する施工設備の稼動情報も施工設備情報として収集する。すなわち、本機能が収集する施工情報は、施工対象情報、施工機械情報、施工設備情報の３つである。以下、この分類に従い具体的に説明する。
【００３５】
（施工対象情報の収集）
採土場（施工対象）の地表面や地質分布の形状を測定し、無線技術によってリアルタイムにこれらの情報を収集する。以下、この情報収集の手順を説明する。
まず、施工対象の地盤特性の空間的な分布を、ＧＰＳ・光波測距儀・弾性波探査などの綿密な計測・調査を通じて採取する。
次に、上記測量情報に補間計算を施して、現状地形や地質分布形状を算出し、地表面・地質分布形状（出来形）の図面を作成する。
ここで、ＧＰＳによる測量とは、計測作業員が現地にＧＰＳ受信アンテナを持って行くか、またはＧＰＳ受信アンテナを現場の所定位置に予め設置しておき、測量基準点との相対位置計算を行う測量のことである。このようにして得られた計測データは、任意の記録媒体を通じて現場事務所に送られ、採土場ＤＢサーバーの採土場データベースに格納される。
このような計測は、施工の開始前はもちろんのこと、施工段階においても随時行われる。
【００３６】
（重機位置情報の収集）
採土場で稼動する重機の位置を把握するために、無線技術によってリアルタイムにこれらの位置情報を収集している。
以下、図２を参照しつつ情報収集の手順を説明する。
まず、重機（積込機械、運搬機械）に搭載された無線端末１１のＧＰＳアンテナにより複数の衛星から位置データを収集する（Ｓ２０１）。
次に、無線端末１１が、基地局に設置された無線制御コントローラから送信されるＤＧＰＳ補正データをＳＳ無線機（移動局）により受信する（Ｓ２０２）。
次に、これら位置データと補正データにより高精度な位置演算を実行し、現在位置を求めて重機位置データを得る（Ｓ２０３）。
次に、基地局の無線制御コントローラ１５からデータ送信要求があった場合（Ｓ２０４）、無線端末１１は、上記重機位置データを時刻データとともに無線制御コントローラ１５に向けて送信する（Ｓ２０５）。
次に、基地局の無線制御コントローラ１５は、重機の無線端末１１からのデータを受信し（Ｓ２０６）、所定のメモリに格納する（Ｓ２０７）。
【００３７】
ここで、移動局と基地局間のＳＳ無線機による通信処理は図１４に示したフローに従って実行される。
また、基地局の無線制御コントローラ１５は、ビーコン受信機を介してＤＧＰＳの位置補正データを受信して（Ｓ２０８）、所定のメモリに格納するとともに（Ｓ２０９）、ＳＳ無線機１４を介して当該位置補正データを現場全域の重機に向けて送信している（Ｓ２１０）。
【００３８】
（重機稼動情報の収集）
重機の稼動情報を収集し、重機の最適配置などの分析に反映するための情報を得るとともに、この情報を労務管理・安全管理に利用することを目的としている。
以下、図２を参照しつつ、ＩＣカードを介した重機稼動情報の収集の手順について説明する。
まず、重機（積込機械、運搬機械）に搭載されたＩＣカード書込装置１２にＩＣカードを差し込む。
次に、ＩＣカード書込装置１２のタッチパネルから所定の入力操作を行い（Ｓ２１１）、作業の開始・終了時間、その他重機の稼動に関する情報がＩＣカードに記録される（Ｓ２１２）。
続いて当日の施工が終了した後に、現場事務所に設置されたＩＣカード読取装置２９にＩＣカードを差し込む。
次に、ＩＣカード読取装置２９のタッチパネルから所定の入力操作を行って、ＩＣカードに記録された重機基本データを当該装置に読み取らせる（Ｓ２１３）。
このときＩＣカード読取装置２９は、読み取った重機基本データを所定のメモリに格納する。
適宜なタイミングで、重機稼動監視サーバー２２は、ＩＣカード読取装置２９のメモリに格納された重機基本データを読み出して、重機稼動実績データベースに登録する（Ｓ２１４）。また、必要であれば、重機日報又は労務日報を作成し、プリンタ２７から印刷出力する（Ｓ２１５）。
【００３９】
以下、図２を参照しつつ、無線通信手段を介した重機稼動情報の収集の手順について説明する。
まず、重機（運搬機械）に搭載されたペイロードメータ１３にデータ取得要求し（Ｓ２１６）、ペイロードデータを要求に応じて出力する（Ｓ２１７）。
次に、基地局の無線制御コントローラ１５からデータ送信要求があった場合（Ｓ２０４）、無線端末１１は、ペイロードデータを基地局の無線制御コントローラ１５に向けて送信する（Ｓ２０５）。
次に、基地局の無線制御コントローラ１５は、重機の無線端末１１からのペイロードデータを受信し（Ｓ２０６）、所定のメモリに格納する（Ｓ２１８）。
続いて、重機稼動監視サーバー２２からのデータ参照要求があった場合（Ｓ２１９）、無線制御コントローラ１５はメモリに格納されたペイロードデータを重機稼動監視サーバー２２に向けて送信する。なお、Ｓ２１９から直接Ｓ２１６に移行する構成としてもよい。
次に、重機稼動監視サーバー２２は、基地局から送信されたペイロードデータを当日分ペイロードデータとして所定のメモリに格納する（Ｓ２２０）。
適宜なタイミングで、重機稼動監視サーバー２２は、Ｓ２２０で格納されたペイロードデータを重機稼動実績データベースに登録する（Ｓ２１４）。また、必要であれば、重機基本データ及びペイロードデータから重機日報又は労務日報を作成し、プリンタ２７から印刷出力する（Ｓ２１５）。
【００４０】
（設備稼働情報の収集）
施工設備の稼動条件を最適化するために役立つ情報として、施工設備の稼動情報を収集（提供）する。
すなわち、図３に示すように、クラッシャーに設置された負荷計測用の電流計１６からの電流値（Ｓ３０１）、ベルトコンベアに設置された運搬量計測用のメリックスケール１７からの計測値（Ｓ３０２）、ベルトコンベアの稼動状況を示すシーケンサ１８からの信号（Ｓ３０３）が、中央操作盤２０・光通信回線２１を介して現場事務所に送信されるとともに、生産状況監視モニタ２５に表示される（Ｓ３０４）。
そして必要があれば、ベルトコンベアの稼動状況、船積量、及び電流値のグラフ帳票を作成し、プリンタ２７から印刷出力する（Ｓ３０５）。
【００４１】
また、採土場における工事の進捗状況、土砂投入ホッパへの投入状況、岩を砕くクラッシャーの破砕状況、ストックヤードの状況、土砂を運ぶベルトコンベアの運搬状況、及び船積場の状況が、現場全域に設置されたＩＴＶカメラ１９によってリアルタイムに撮影され（Ｓ３０６）、光通信回線２１を介して現場事務所の生産状況監視モニタ２５に表示される（Ｓ３０７）。
【００４２】
ここで、生産状況監視モニタ２５に表示される画面について概説する。
図示しないが、メイン画面には、振動フィーダーから投入された土砂が複数の搬送用ベルトコンベアに載って搬送される様子が表示されるとともに、積載量が横棒グラフで表示され、作業船運航管理用の画面も表示される。
これにより、投入する岩種比率の確認を行う判断材料とすることができる。また、作業船の運航状況と併せて管理することで、土砂供給の安定化を図ることができる。
【００４３】
［施工情報管理機能］
（情報ユニットの作成）
採土場情報管理サーバー２３は、採土場（施工対象）を仮想的に複数の３次元ブロックに区分するとともに、この３次元ブロックの位置座標を基準に採土場情報をそれぞれ対応づけて複数の情報ユニットを作成し、この情報ユニットを最小管理単位とした採土場情報の管理を行う。ここで、採土場情報とは、上記施工情報収集機能により収集された情報のうち、採土場の地盤特性に係る情報、及び施工に係る情報のことをいう。
【００４４】
以下、情報ユニットについて具体的に説明する。
図４に示すように、採土場を仮想的に１０ｍ×１０ｍ×１０ｍで複数の立方体に区分するとともに、この立方体に施工対象情報を関連付けすることで情報ユニットＡを作成する。ここで、区画寸法を１０ｍとしたのは、積込機械の約１時間あたりの作業量が１０００ｍ3であることや、発破のための孔の深さが７〜１０ｍであること、及び４．５ｍ間隔であることなどの理由による。なお、当該区画寸法、区画形状は上記のものに限るものではない。例えば、５ｍ×１０ｍ×１０ｍの寸法の直方体としてもよい。
【００４５】
情報ユニットＡに集約される情報は大きく２つに分けることができる。１つは位置情報・地盤情報からなる施工対象情報であり、もう１つは施工機械情報・穿孔関連情報・発破関連情報・掘削関連情報からなる施工条件に係る情報である。
以下、情報ユニットＡに格納される情報を具体的に示す。
「位置情報」・・・ブロック位置（ｘ、ｙ、標高値[m]）
「地盤情報」・・・地質（土砂ｏｒ軟岩ｏｒ硬岩）、地盤振動値（定点３ヶ所における計測値[dB]）、低周波振動値（定点１ヶ所における計測値[dB]）
「施工機械情報」・・・積込機械ＩＤ（ＩＤ番号）、運搬機械ＩＤ（ＩＤ番号）、ホッパ番号（ＩＤ番号）
「穿孔関連情報」・・・穿孔配置（格子ｏｒ千鳥）、穿孔ピッチ（縦[m]×横[m]）、穿孔深さ（深さ[m]）、穿孔日（年月日）、穿孔速度（ｍ/分）、装薬量（ｋｇ/孔）、発破係数
「発破関連情報」・・・発破日、発破係数（ｋｇ/ｍ3）、発破効果判定（岩の割れ方の程度を良・普通・悪で評価）
「掘削情報」・・・掘削日（年月日）
【００４６】
（情報ユニットの管理）
情報ユニットは、３次元地理情報システム（Geographic Information System；以下、ＧＩＳと呼ぶ）による検索・表示・解析に資するように、データベース化して管理されている。ここで、ＧＩＳは、３次元空間のなかでの位置情報をもとにして、その属性情報を管理することができ、必要に応じて情報分析が可能なシステムのことである。
これより、将来の施工計画に役立てることができ、工事に関係する不特定多数の者が効率良く最新の施工情報を収集・加工・保存することができる。
【００４７】
また、情報ユニットは、日々の施工管理に役立つように、施工の進捗状況に基づいて日単位及び／又は時分単位で更新される。これにより、現実の施工進捗状況を反映させて効率的な情報管理が行えるとともに、生産性の向上及び環境負荷の低減を目的とした現場運営が可能となる。
なお、何らかの障害で取得できなかった情報があることが判明した場合は、当該情報を手入力によって追加補正できる。
【００４８】
［施工情報提供機能］
施工段階において、日単位、あるいはリアルタイムで、切土場の選定、重機の配置、火薬の使用量や穿孔パターンの決定及びベルトコンベアの稼動等の諸工程において最適化を図ることができるよう、諸情報を提供する。これにより、各施工プロセスの効率化が図れる。
【００４９】
（施工対象情報＋施工機械情報の表示）
採土場情報管理サーバー２３は、最小管理単位としての情報ユニットに基づいて、ＧＩＳによる検索・表示・解析によって３次元地理情報（採土場情報）を作成し、この３次元地理情報を上記施工情報収集機能によって収集された重機位置情報・重機稼動情報とともに、生産情報管理モニタ２４の画面に合成表示する。
このように、採土場情報と重機の稼動状況をリアルタイムに合成表示することができるので、日常の運行状況を集中的に管理することができる。
【００５０】
以下、図２を参照しながら、３次元地理情報に合成して表示される、重機位置情報と重機稼動情報の表示手順について説明する。
まず、現場事務所の採土場情報管理サーバー２３は、基地局又は監視局の無線制御コントローラ１５に向けて重機位置データの参照要求を送信する（Ｓ２２１）。
次に、採土場情報管理サーバー２３は、無線制御コントローラ１５から送信されてきた重機位置データを生産情報管理モニタ２４に表示する（Ｓ２２２）。
次に、積込機械位置、運搬機械位置、投入ホッパ位置の各座標値の照合により、切羽位置及び投入ホッパ位置をそれぞれ特定する（Ｓ２２３）。
次に、採土場情報管理サーバー２３は、重機稼動監視サーバー２２に向けてペイロードデータの参照要求を送信する（Ｓ２２４）。
次に、採土場情報管理サーバー２３は、重機稼動監視サーバー２２から送信されてきた当日分のペイロードデータを受信するとともに（Ｓ２２５）、Ｓ２２４の特定結果を参照し、切羽ごと、ホッパごと、材料ごとの生産量を積算する（Ｓ２２６）。
そして、採土場情報管理サーバー２３は、必要に応じて、採土情報データベースへの登録（Ｓ２２７）、生産量リスト、時間毎リストなどの表示・印刷（Ｓ２２８）を行う。
【００５１】
図５に、生産情報管理モニタ２４に表示される画面の概略を示す。
メイン画面には、地表形状、積込機械、及び運搬機械の現在位置が表示されるとともに、積込実績、運搬実績、投入実績が数値表示されている。なお、運搬経路は色付きのスプライン曲線で表示されている。
材料別残土数量の表示領域では、残りのブロック数を岩種別に表示する。例えば、土砂を赤、軟岩を緑、硬岩を黄で表す。
管理対象ヤードの表示領域では、採土場の区画の位置関係を表示し、メイン画面で管理中の区画の色を変えている。
スライス断面位置図の表示領域では、採土場のスライス面の標高を表示し、メイン画面で表示中のスライス面に対応する標高線の色を変えている。
なお、上記メイン画面に、集土機械と集土実績を表示するようにしても良い。
【００５２】
（出荷量の表示）
採土場情報管理サーバー２３は、採土場からの出荷量（採土量）、及び土砂投入ホッパへの土砂投入量を算出し、生産情報管理モニタ２４に表示する。このように出荷量を表示することにより、施工の進捗が当初計画した範囲内であるかを確認することができる。
図６に、モニタ表示された出荷量を示す。横軸を時間、縦軸を出荷量として棒グラフ表示している。この図から明らかなように、午前中の出荷量は８時台を除いてすべて目標値を下回っており、過去の施工情報と経験を基に対策を講じる必要がある。対策例としては、積込機械を現在稼動中の切羽から他の切羽に移動すること、又は運搬機械の組み合わせを変更することなどが考えられる。
【００５３】
（出荷量の算出）
切羽からの出荷量は、積込機械の時刻・位置（ＧＰＳによる）、運搬機械の時刻・位置、積載量から割り出す。
図７に、切羽からの出荷量を算出するためのフローチャートを示す。
まず、積込機械位置と運搬機械位置を検索する（Ｓ７０１）。
次に、積込機械と運搬機械との間の距離を算出する（Ｓ７０２）。
次に、両者間の距離が５０ｍ以下で、かつ運搬機械の滞留時間が１分以上という条件を満たすかどうかを判断する（Ｓ７０３）。ここで、条件を満たさない場合は、Ｓ７０１に戻る。
他方、条件を満たす場合は、次のステップに移行し、積込材料の種別を検索する（Ｓ７０４）。
次に、積込機械（＝積込位置）に対する材料別採土量を特定する（Ｓ７０５）。
上記処理（Ｓ７０１〜Ｓ７０５）を繰り返し、すべての積込機械について処理が終了したときに（Ｓ７０６）、モニタ表示及びデータベース登録を行う（Ｓ７０７）。
【００５４】
土砂投入ホッパへの投入量は、ホッパ位置（３つのホッパを区別する）、運搬機械の時刻・位置、積載量から割り出す。
図８に、土砂投入ホッパへの投入量を算出するためのフローチャートを示す。
まず、ホッパ位置と運搬機械位置を検索する（Ｓ８０１）。
次に、ホッパと運搬機械との間の距離を算出する（Ｓ８０２）。
次に、両者間の距離が５ｍ以下で、かつ運搬機械の滞留時間が２０秒以上４０秒以下という条件を満たすかどうかを判断する（Ｓ８０３）。ここで、条件を満たさない場合は、Ｓ８０１に戻る。
他方、条件を満たす場合は、次のステップに移行し、積込材料を検索することで投入材料を特定する（Ｓ８０４）。
次に、各ホッパに対する材料別投入量を算定する（Ｓ８０５）。
上記処理（Ｓ８０１〜Ｓ８０５）を繰り返し、すべてのホッパについて処理が終了したときに（Ｓ８０６）、モニタ表示及びデータベース登録を行う（Ｓ８０７）。
【００５５】
［システムにおけるデータの流れ］
図９に、施工情報の収集・表示・利用について説明するためのデータフローを示す。
すなわち、重機位置データは、無線通信手段を通じて収集され、生産情報管理モニタに表示される情報として、かつ採土場情報データベースに登録・管理される情報として、さらに施工計画を策定するのに役立つ情報として利用される。
また、重機稼動データは、ＩＣカード又は無線通信手段を通じて収集され、生産情報管理モニタに表示される情報として、かつ重機稼動実績データベースに登録・管理される情報として、さらに施工計画を策定するのに役立つ情報として利用される。
さらに、設備稼動データ及び現場映像は、光通信回線を通じて収集され、生産状況監視モニタに表示される情報として、かつ施工計画を策定するのに役立つ情報として利用される。
【００５６】
［システムを利用した精密施工］
図１０は、上記精密施工支援システムを利用した、土工事における精密施工の具体的な流れである。
まず、採土場情報を収集して３次元地理情報システムの骨格となる情報ユニット内に登録する。具体的には、採土場の地層構造、地表面形状を計測し、情報ユニットを基本単位とする３次元材料別分布マップを作成する（Ｓ１０１）。
次に、類似工事のデータ、あるいは当該工事における過去のデータに基づいて材料別の採取比率を考慮した採土計画を作成する（Ｓ１０２）。
次に、環境負荷を最小化することを前提とし、地域住民の生活に配慮した発破パターンを計画する（Ｓ１０３）。具体的には、発破状況（ききめ）・穿孔速度・振動・低周波計測値が許容範囲内になるようにする。
また、Ｓ１０４に併せて、重機の燃料消費量を計測・分析し、その削減を目的とした走行路を計画するとともに、その整備の検討を行う（Ｓ１０４）。
さらに、Ｓ１０４に併せて、重機のサイクルタイムを計測・分析し、その短縮を目的とした重機稼動パターンを計画する（Ｓ１０５）。ここでサイクルタイムとは、例えば、積込み→運搬→荷おろし→積込み場所への移動、に要する時間のことをいう。
次に、日単位の要求出荷量に応じた重機の最適配置を立案し（Ｓ１０６）、施工を実行する。
施工中、重機や設備の稼働状況をリアルタイムにモニタ表示して、これらの進捗状況を監視する（Ｓ１０７）。ここで、進捗が許容範囲内でない場合は、切羽位置や重機配置を変更する（Ｓ１０５）。
施工中または施工後、必要に応じて、重機稼動実績データベースや採土場情報データベースについての登録・修正作業を行う（Ｓ１０８）。
上記Ｓ１０６〜Ｓ１０８（必要に応じてＳ１０３〜Ｓ１０５を含める）を日々繰り返すとともに、Ｓ１０１とＳ１０２を定期的に繰り返すことにより、施工プロセス全体の精密化を図ることができる。
【００５７】
［運用サイクル］
図１１に、長期的視野に立った精密施工法のＰＤＣＡサイクルを示す。このサイクルでは、長期にわたって蓄積されていく施工情報を分析し、経済性・環境負荷に配慮した将来的な施工計画を策定していくことに主眼が置かれている。
【００５８】
図１２に、日常的視野に立った精密施工法のＰＤＣＡサイクルを示す。このサイクルでは、リアルタイムに収集される施工情報を迅速に把握し、日々の現場運営の効率化に役立てていくことに主眼が置かれている。
【００５９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の精密施工支援システムは、日々の施工管理に役立つ施工情報をリアルタイムに収集する情報収集手段と、将来の施工計画に資するように施工情報をＧＩＳデータベースとして管理する情報管理手段と、施工技術者による施工計画を支援するための情報を提供する情報提供手段とを備えている。
これにより、建設工事において、綿密な施工情報を迅速に収集・分析することができる。また、その結果を現場担当者の意思決定のための支援材料として即座に提供することができる。さらに、現場の日常管理及び将来計画策定の支援、及び工事における生産性の向上及び環境負荷の低減に資することができる。
【００６０】
また、本発明は、施工の進捗によって変化する施工対象の情報や、施工機械や設備の稼動情報など、施工管理及びその計画に役立つ施工情報をデジタル情報として収集・加工・管理することとした。
これにより、施工全体の精度を向上させることができ、立案された施工計画に係る諸条件の見直しを迅速に行うことができる。
【００６１】
さらに、本発明は、予測不可能であった事由の発生により施工の進行が妨げられた場合でも、それに迅速に対処できるとともに、現場の実際の施工情報を的確に反映させて長期的な計画を立てることができる。
【００６２】
本発明にかかる精密施工支援システムを土工事に用いた場合、従来工法に比較して、１日あたりの出荷量を約２６％増加させることができる。
また、各情報ユニットの分析結果を現場施工にフィードバックさせることによって、大型重機による掘削コストを約３７％低減することができる。
さらに、施工の細部にわたる最適化を通じて、重機の燃料消費量や設備の電力消費量、発破に使用する火薬量などの低減化が図れ、その結果、排出される二酸化炭素量を従来工法に比して約２６％削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る精密施工支援システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】図１のシステムの処理手順を概略的に示す第１フローチャートである。
【図３】同システムの処理手順を概略的に示す第２フローチャートである。
【図４】同システムが管理する情報ユニットを概略的に示す斜視図である。
【図５】同システムが表示する採土場情報と重機情報を概略的に示す説明図である。
【図６】同システムが表示する採土場の出荷量を概略的に示す説明図である。
【図７】同システムによる切羽の判定手順を概略的に示すフローチャートである。
【図８】同システムによる投入ホッパの判定手順を概略的に示すフローチャートである。
【図９】同システムにおけるデータの流れを概略的に示すフローチャートである。
【図１０】同システムを用いた精密施工法を概略的に示すフローチャートである。
【図１１】同システムを用いた長期的ＰＤＣＡサイクルの説明図である。
【図１２】同システムを用いた日常的ＰＤＣＡサイクルの説明図である。
【図１３】同システムを構成するＩＣカード書込装置の概略的な説明図である。
【図１４】同システムにおけるＳＳ無線機間の通信処理を概略的に示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１  無線端末（移動局）
１２  ＩＣカード書込装置
１３  ペイロードメータ
１４  ＳＳ無線機（基地局）
１５  無線制御コントローラ
１６  電流計
１７  メリックスケール
１８  シーケンサ
１９  ＩＴＶカメラ
２０  中央制御操作盤
２１  光通信回線
２２  重機稼動監視サーバー
２３  採土場情報管理サーバー
２４  生産情報管理モニタ
２５  生産状況監視モニタ
２６  メディアコンバータ
２９  ＩＣカード読取装置
Ａ  情報ユニット
【図１】
0003687850.tif 000002
【図２】
0003687850.tif 000003
【図３】
0003687850.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003687850.tif 000008
【図８】
0003687850.tif 000009
【図９】
0003687850.tif 000010
【図１０】
0003687850.tif 000011
【図１１】
0003687850.tif 000012
【図１２】
0003687850.tif 000013
【図１３】
0003687850.tif 000014
【図１４】
0003687850.tif 000015