リバーフロント研究所報告 第 33 号 2022 年 9 月

多自然川づくりの高度化を目指した河道の3 次元設計ツールの導入
Introduction of three dimension design tool for river channel with the purpose of advancement ofrivers with abundant nature
自然環境グループ
自然環境グループ

１．はじめに研 究 員 福嶋 克武
研 究 員 内藤 太輔
主席研究員 麓博史

川づくり高度化ワーキングを設置した。令和 3 年度の国土交通省では令和 5 年度までに小規模を除く全て検討では、多自然川づくりの高度化を目指した河道のの公共工事において BIM/CIM 原則適用の方針が示され、3 次元設計ツールによる治水・環境・維持管理の評価方

建設現場の生産性向上や働き方改革の促進が求められ法の一連の作業方法や考え方について検討した。ており、こうした動きは CIM を活用した多自然川づくにより河川の情報を効率的に得ることが可能となって

２．CIM を活用した治水・環境・維持管理の観点を備えた川づくりを促進する意義
２－１ 河道の設計上の課題きており、樋門・樋管・築堤・護岸をはじめとした河川

図－１に示すとおり、これまで河道の設計上、環境現場で CIM の活用も進められている。河道においても、の観点から大きく 4 点の課題があり、これに対して新3 次元データや CIM を活用して自然の営みを活用しやたなプロセスを導入する必要性があることが分かった。

りの高度化を推進する絶好の機会である。河川分野においては、3 次元データ等の計測技術を活用すること

すい地形を調査・設計・施工・維持管理段階までマネ①河道の設計を行う場合に、治水面の設計を実施した後で、環境面の設計を行うことが多く、河川環境が治水の配慮事項として付加的に設定され、治水と環境が一体化した川づくりとなっていない。

①治水面と環境面の設計を同時に行うことにより、環境への影響を十分に検討した多くの代替案からよりよい河道を選定することが可能となる。

②河道の設計の断面図を横断測量(200mピッチ)をもとに実施するため、地形が面的に設定されず、河川環境情報図等の面的な環境要素を考慮した設計がなされていない。

②面的な地形データと面的な環境要素を統合することで瀬淵等の物理環境と生物の関係を考慮したきめ細やかな設計が可能となる。

③将来的な河床変動等の地形の変化を考慮した設計がなされていない。
（みお筋や瀬淵、ステップアンドプールなどを形成する比較的規模の大きい洪水が改修後間もないタイミングで発生するとは限らない)③将来的な河床変動等の地形変化を予測することで、以下の観点を考慮した設計が可能となる。
・竣工当初から物理環境が整った整備（既存生物に配慮）
・将来の物理環境の変動も考慮した整備・維持管理費（河道掘削、植物繁茂抑制）を考慮した整備の推進と併せて、河川環境情報図と 3 次元河川管内図④地域住民等が完成をイメージしやすい設計となっていない。
（これまでパース等により１視点での確認）④立体的な完成イメージを示す（多視点での確認）ことにより地域住民等の利用者の観点を考慮した整備が可能となる。との連携が進むと、各河川の水深や流速等の物理環境これまでの河道の設計のプロセスとは異なる新たに「高度な河道の設計」のプロセスを導入することが必要ジメントするために必要な下地が整ってきている。
一方、これまで河道の設計を行う場合に、治水面の設計を実施した後で、環境（景観を含む。以降同じ）面の設計を行うことが多く、環境が治水の配慮事項として付加的に設定され、治水と環境が一体化した川づくりがなされていない例が課題としてあった。今後、自然の営みを活用しやすい地形の整備が可能となる CIM

図－１ 河道の設計上の課題とそこに生息する生物との関係が明らかとなるため、治水と環境が一体化した川づくりを実施できる下地が整う予定である。また、維持管理においても、河床についてはこれまで横断測量（200m ピッチ)データより２－２ 多自然川づくりの高度化を目指した河道の 3 次元設計の導入も詳細なデータがなかったことから、土砂の再堆積や上記課題の解決を図るため、3 次元地形データ、生物植生繁茂抑制といった維持管理面への影響を踏まえた分布・河床材料・流速等の面的データを活用し、数値設計が進んでいなかったが、河道を数値解析すること解析により将来の河道の予測を行い、現在及び将来ににより、将来の河道を予測し、維持管理上効率的な河おいて以下に示す項目が満たす河道を設計する「多自道を設計することが可能となる。

然川づくりの高度化を目指した河道の 3 次元設計」の以上よりリバーフロント研究所では、国土交通省中概念の整理を行った。

国地方整備局発注業務（令和 3 年度 新技術を活用し＜満たすべき項目＞た多自然川づくり検討他業務）の一環で、CIM を活用し・治水上必要な河積を確保し、維持管理しやすい河道た治水・環境・維持管理の観点を兼ね備えた川づくり

・該当水域における生物種にとって適切な物理環境がを実現するとともに、調査・設計・施工・維持管理段階設定された河道における生産性向上や働き方改革の促進のため多自然・景観に配慮した河道- 99 -

持続可能で活力ある安全・安心な流域社会の形成に向けた研究報告

具体的な検討フローについては図－２に示す。

等）、ゲームエンジン、3D CAD を活用した新たなプロセス（図－３）及び実務的フロー（図－４）の整理を行った。

調査

ここで示した 3 つのツールはそれぞれが異なる特徴①CIMの実施に必要なデータの入手（3次元地形データ、生物データ等）や利点を有しており、扱えるデータ形式やフォーマッ②対象河川の環境・景観・維持管理上の課題の整理

主な対象範囲トも異なるが、これらツール間でのデータ互換性はある程度担保されており、最終的には LandXML 形式の TIN③河道の３次元設計案の作成として出力することで、ICT 施工に求められる最低限④将来の河道の予測設計のデータを受け渡すことが可能である。

再検討⑤掘削後及び将来の河道における治水・環境・維持管理※1の観点の定量的・定性的評価

具体的な評価方法としては、Nays2DH を用いて平面 2次元河床変動解析を実施し、その結果の水深・流速等⑥河道の決定のデータを河川環境評価モデル EvaTRiP・EvaTRiP Proに入力し、環境評価を実施する。Nays2DH では、粗度係再堆積または掘削箇所の周辺部の掘削を行う場合※2施工⑦3次元モデルによるICT施工

維持管理⑧設計時に期待していた効果が発揮できているか確認数や植生抵抗を適切に設定することで計算水位、流速、河床変動量等の再現性を確保し、EvaTRiP・EvaTRiP Pro※1 維持管理とは河道掘削、植物繁茂抑制を指す※2 河道掘削の判断は、このフローとは別に維持管理段階で調査を実施

では、環境評価の閾値を適切に設定することで瀬淵や図－２ 多自然川づくりの高度化を目指した河道のアユ等の代表魚種の産卵場の再現性を確保する。その3 次元設計を実現するフロー

後、再現性を確認できた Nays2DH、EvaTRiP・EvaTRiP
Pro を用いて、掘削断面や伐採する樹木を改変し、治３．河道の 3 次元設計を活用した設計
３－１ 河道の 3 次元設計ツールを活用した新たなプロセスの導入

水・環境へ与える影響を定量的に予測し、評価する(図２－２で提案を行った「多自然川づくりの高度化を的なソフト（iRIC 等）を用いた手法でフローを示して目指した河道の 3 次元設計」を実現するため、iRIC ソいるが、同様の機能を持つソフトウェアを活用するこフトウェア（iRIC（RiTER Xsec 、EvaTRip Pro、Nays2DHとも可能である。

現行のプロセス－５)。
なお、ここでは 3 次元河道の設計が可能である汎用

多自然川づくりの高度化を目指した河道の３次元設計ツールでのプロセス

調査

調査
RiTER Xsec or ゲームエンジン

一次計画設定一次計画設定準二次元不等流計算等

準二次元不等流計算等※or 3D CAD※洪水流の解析手法については、河川砂防技術基準 施設配置等計画編 技術資料
第２章 第2-1章 第1節 河道計画の記載内容を踏まえ、適切に選択する。
※洪水流の解析を既に実施している場合は、省略することも可。ただし、河道断面を変更する場合は再度洪水流の解析を行うことが必要。

iRICソフトウェア

特に景観に配慮すべき箇所等必要に応じて実施

RiTER Xsec orNG！

ゲームエンジン orNays2DH等

EvaTRiP Pro

ゲームエンジン

3D CAD

2次元水理
河床変動計算河川環境等の評価値算出

ワンド創出等の景観設計

地形編集
評価
HWLとの比較
OK！
環境への配慮評価
NG！
HWLとの比較OK！

3D CAD

河床安定施設
必要性

維持管理

生息場

景観・利活用

必要であればICT施工に向けての図面の微修正（iRICから出力した地形は直接施工に渡しても机上作業上は問題ない）

設計断面

設計断面

図－３ 3 次元設計ツールを活用した設計のプロセス- 100 -

リバーフロント研究所報告 第 33 号 2022 年 9 月

調査①河道の３次元設計ツールの実施に必要なデータの入手（3次元地形データ 生物データ等）②対象河川の環境・景観・維持管理上の課題の整理②河川整備計画または暫定整備における河川の課題整理※（対象植物、魚種への影響、再堆積・植物繁茂の可能性、景観への影響等）

主な対象範囲※必要に応じて有識者の意見聴取③対象範囲・計算条件（流量、陸域植物の定着の閾値、魚類の選好曲線）の設定※※必要に応じて有識者の意見聴取④現況河道のモデルの再現性の確認③河道の３次元設計案の作成⑤河川整備計画または暫定整備の河道の作成④将来の河道の予測⑥Nays2DHによる将来の河道の予測

設計⑤掘削後及び将来の河道における治水・環境・維持管理の観点の定量的・定性的評価⑦作成した河道(将来を含む）の準二次元不等流計算等による治水面の評価
Nays2DH・EvaTRiP Pro等による物理・生物環境の評価
特に景観に配慮すべき箇所がある場合はゲームエンジンにより景観の評価

再検討⑧課題が解決されない場合は修正設計を行い複数案提示（掘削形状の変更、 水制工・護岸の設置）作成

再検討⑨必要に応じて有識者の意見聴取⑥河道の決定⑩河道の決定⑪3DCADによりICT施工に向けての図面の微修正
施工

再堆積または掘削箇所の周辺部の掘削を行う場合※⑫3次元モデルによるICT施工※河道掘削の判断は、このフローとは別に維持管理段階で調査を実施

維持管理⑬設計時に期待していた効果が発揮できているか確認河川環境評価モデル

EvaTRiP
EvaTRiP Pro

Input

評価項目
・瀬淵分布・アユ産卵場分布・植生生息範囲評価を総合的に比較する手法について更なる検討が必要である。
具体的には、複数の河道の比較において、選定した河道が治水面・環境面・維持管理面すべてにおいて他の河道よりも評価が高くなるとは限らないため、当該環境面への影響を検討

Input

治水面への影響を検討

・水深、流速・河床変動（体積、洗堀）

河道管理事業（河道設計・樹木伐採等）

平面２次元
河床変動モデルNays2DH・河道地形、植生分布
・上流端流量、下流端水位

Output

図－４ 3 次元設計ツールを活用した設計の実務的フロー

地点の治水面・環境面の重要度や上下流バランス等と踏まえ検討する必要がある。
また、3 次元河道の設計を導入することで、建設現場の生産性向上が期待できるが、よりよい河道断面を選・移動限界粒径の評価・河道内の陸生植物の破壊・生育の評価
・魚類生息場の評価 等

図-5定することによる維持管理の業務・費用の削減や ICT施工を実施する際の設計の効率化等を把握する必要が検討手順フローある。

３－２ 河道の 3 次元設計ツールの試行導入
３－１で整理した実務的なフローに基づき雲出川等＜参考文献＞

では 3 次元設計ツールが試行的に導入された。雲出川

1) 社会基盤情報標準化委員会,河川 CIM 標準化検討小の解析結果の詳細については「河川技術論文集,第 28委員会：河川 CIM 標準化検討小委員会成果報告書，2021巻,2022 年 6 月」を参照されたい。

2) 周月霞，吉武央気，東海林太郎，森下祐，小河健一

４．おわりに（今後の課題）郎，堀江隆生，関谷雄大，中村洋平，河野誉仁，林今回は主に河道の 3 次元設計ツールの環境面の評

田寿文：3 次元河道設計ツールを用いた治水・環境価・活用方法について整理を行ったが、よりよい河道の一体的検討の試行～雲出川直轄区間を例としてを選定するためには、治水面・環境面・維持管理面の～，河川技術論文集，第 28 巻，p205-210，2022- 101 -

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