道建協 第23 回 舗装技術に関する懸賞論文

研究開発部門最優秀賞

働き方を変革するプルーフローリング試験のデジタライゼーション㈱ NIPPO 技術企画室 ICT 推進グループ〃〃㈱ NIPPO 総合技術部 生産機械室

１

はじめに洋平翼誠也
尚２

 ルーフローリング試験の試
プ
験方法と課題

2－1

プルーフローリング試験方法

現在、様々な分野で ICT や IoT を活用し、省力化を図る取り組みが行われている。これは道路舗

立花
駒坂
門田
相田

装分野においても同様であるが、舗装に関わる品

プルーフローリング試験は、試験地盤上に荷重質管理試験には、数十年の間、ほとんど変わるこ車となるローラやダンプトラックを走行させ、走となく、未だにアナログで実施されているものが行荷重により地盤が変形しないか目視で観察するある。

試験（写真－ 1）であり、不良と思われる箇所につ舗装体下層部において実施されるプルーフローリング試験は、上層に敷設するアスファルト舗装

いては、必要に応じてベンゲルマンビームによるたわみ（変形）量測定を実施する。の長期供用性能を確保する観点から、国土交通省や NEXCO などのあらゆる舗装工事の品質管理基準において、施工範囲全域での実施が規定されている重要な試験である。
しかし、当該試験の良否判定は目視によるものであり、判定者に依存する見逃しが発生しないよう、複数人が長時間で行う試験である。また、見逃し防止に注力するあまり、走行中の荷重車と人が近接しやすい試験方法であり、安全上にも課題があった。

写真－ 1

プルーフローリング試験状況

以下に、プルーフローリング試験の具体的な実施内容を示す。

本論文では、当該試験のデジタル化により、省・荷重車のオペレータを含め 4 ～ 6 名程度で実施

人化・省力化および安全性の向上に関する変革を・判定員は、荷重車の後方を歩きながら追従検討したデジタライゼーションへの取り組み内容

・判定員は、地盤の良否を目視にて判定について述べる。

・不良箇所を発見した際は、スプレーなどで明示

道路建設 5 ／ 789

・明示した不良箇所の位置を、野帳などへ記録

任意箇所でベンゲルマンビームを用いて測定した・この一連の作業を、施工範囲の全面で実施実際の変形量を比較することで、目視判定の定量・事 務所にて、現場の記録を基に試験結果調書性調査を実施した。この調査結果は表－ 1 に示すを作成
2－2

プルーフローリング試験の課題

とおりであり、B 工事において、目視では変形なしと判定されていたが、実際には 4 mm 程度の変プルーフローリング試験は不良箇所の見逃しを形が確認された。これより、4 mm 程度の不良箇防止するため、多くの人と時間をかけて行う傾向所は目視判定では判別できない可能性があることがある。このため、実際の道路舗装工事現場で当を確認した。

該試験の実施状況を調査し、判明した当該試験の表－ 1

課題を以下に列挙する。
①荷
 重車全幅の目視判定のため、多数の試験人員が必要②見 逃し防止のための低速試験で、多大な時間が必要③現 場移動や試験実施時の歩行に、時間と労力がかかる④試
 験集中による注意欠如で、人と荷重車が近接し危険
ここで、前述した①～④の各課題の要因は、いずれもアナログで実施されていることに起因して目視での判定と変形量の調査結果

工事

目視での判定A

全区域で変形なし

全区域で 1mm 以下実際の変形量

B

全区域で変形なし

4mm 程度の変形を確認

C

一部に変形あり6mm 程度の変形を確認

D

全区域で変形なし

全区域で 1mm 以下

E

一部に変形あり7mm 程度の変形を確認

F

全区域で変形なし

2mm 程度の変形を確認（２）試 験ヤードにおける目視判定基準の定量化検討
判定員による目視判定における基準の定量化を目的とし、試験ヤードで複数の異なる変形量を発生させ、実現場と同様の調査による目視判定の定量化検討を実施した。

いることが分かった。そこで、地盤の変形に伴う具体的には、砕石路盤内に、異なるサイズのウ不良箇所の判定に、距離や高さを計測するセンシ

レタンマットの埋設深さと荷重車クラスをそれぞング技術を活用し、さらに ICT や IoT を組み合われ 3 水準とすることで、9 水準の変形量が発生するせて当該試験をデジタル化することで、課題の解条件を設定した。

決が可能と判断した。

３ ルーフローリング試験のプ
デジタル化への取り組み

・ウレタンマットの広さ

2 . 7、1 . 8、0 . 9 ｍ2

・ウレタンマットの埋設深さ

15、20、30 cm

・載荷する荷重車クラス

9、12、25 t 級

・発生する変形量 5、7、8、9、11、14、15、16、20 mm
この試験ヤードにおいて、経験 10 年程度の試験

３－１ プ
 ルーフローリング試験デジタル化の要点

員 3 名を含めた 20 名で判定を実施した結果、変形

プルーフローリング試験のデジタル化に向け、を確認できた人数の割合は、以下に示すとおりで多数の試験人員と多大な時間を要する理由を、デあった。

ジタル化の要点として整理することとした。これ

・変形量

16 ～ 20 mm

100 %により、特に人の目視判定の基準がどの程度かを・変形量14 ～ 15 mm

93 % 程度明確にする必要があることが分かったため、目視・変形量11 mm

60 % 程度判定の基準について検証を実施した。

・変形量

5 ～ 9 mm

13 % 程度（１）実現場における目視判定基準の定量性調査

これより、変形量 15 mm 以下では、経験 5 ～ 10

実現場において、発注者側の検査官立ち会いで年程度以下の試験員において、判定に個人差が生行った当該試験の目視判定結果と、その範囲内のじることを確認し、目視判定の基準となる計測の90

道路建設 5 ／ 7基準が明確となった。

・対 象に投影した光をカメラで検出し、投影さこのため、改めてプルーフローリング試験のデジタル化の要点を整理し、不良箇所の見逃しが発れた箇所までの距離を算出するアクティブス
テレオ方式

生せず、省人化・省力化が可能で、エビデンスのそこで、地盤の変形を高精度で検出可能とす確保が可能なシステムの開発要件は、以下に示す

るため、以下の要件を選定基準として要素試験をとおりとした。

行った。

① 5 mm 程度の変形量が判定可能な計測技術の確立（経験 10 年程度の試験員と同程度）

・土や砕石を対象として深度情報が取得可能
・屋外の環境条件に影響されにくい②変
 形量測定を荷重車全幅内の複数箇所で実施

・一定の深度分解能および領域分解能がある③ 変 形量測定結果と位置情報をデジタルデー

・比較的安価なもの

タで記録
３－２

この結果、対象物の素材や外乱光の影響を受けシステムの開発検討難く、砕石など均一性のないものも一定の計測精システムを開発する上で、はじめに地盤の変形度が期待できるアクティブステレオ方式が最適でを検出する 4 種類の計測機器について、地盤を対あると判断した。アクティブステレオ方式で得ら象とした計測の「実現性」、誤差や機器の分解能にれる画像を写真－ 2 に示す。

よる「計測性能」、解析手間やリアルタイム性などの「解析時間」、開発や運用にかかる「コスト」、実運用作業における「普及性」の観点から 10 点満点で総合的に評価検討した。結果は表－ 2 に示すとおりであり、総合評価の一番高い 3 次元カメラによる地盤変形の計測を軸に開発することとした。
表－ 2

計測機器の検討結果（〇：2 点、△：1 点、×：0 点）
実現性

計測性能

解析
時間

自動追尾 TS〇〇×△△6ス キ ャ ナ〇〇××△

5ラの中で検討を実施した結果、最終的に荷重車のAI カ メ ラ

〇

△△×△

5

3 次元カメラ△△〇〇〇8

姿勢変化に伴う傾きなどを補正することが可能な

３－３コスト 普及性

総合評価

写真－ 2 ア クティブステレオ方式の３次元カメラで得られる画像の例

計測機器

地盤の変形を計測可能な 3 次元カメラのさらに、アクティブステレオ方式の 3 次元カメ

慣性センサを搭載している 3 次元カメラ（写真－3）を選定した。

選定
3 次元カメラは、カメラからの奥行き（深度）情報を得ることができ、色分けされた深度画像で撮影した対象物までの距離を可視化できる。
なお、3 次元カメラには、その構造や距離計測
写真－ 3

方法でタイプ分けされ、主に以下に示す 3 種類の方式がある。
・複眼の視差（ズレ）から距離を算出するステレ
オ方式

３－４

選定した３次元カメラの外観

3 次元カメラによる地盤計測方法の検討選定した 3 次元カメラにおける地盤の計測方法を検討するため、プルーフローリング試験で主に・対象に投影した光が反射して戻ってくる時間か荷重車として使用される 12 t 級のタイヤローラにら距離を算出する ToF（Time of Flight）方式

おいて、3 次元カメラの設置が可能な箇所や設置道路建設 5 ／ 791

個数、設置高さと画角の関係、および解析方法などを確認した。

この変形は、荷重車の通過に伴う地盤沈下によって生じる距離変化を分析し検出する。これは、この結果、3 次元カメラは、通過前の基準計測と沈下により、荷重の影響範囲外とタイヤ隣接部に通過後の変形を計測するため 2 個 1 組とし、荷重車距離差分（図－ 3）が生じるためであり、これをセの後輪側面に地盤から約 45 cm の高さに設置した。

ンター検出と呼ぶこととした。

また、荷重車全幅で計測するため、左右両側面と中央部の 3 ヵ所へ計 6 個取り付けた（写真－ 4）。

写真－ 43 次元カメラの取り付け状況

４ 地
 盤の変形を検出する演算方法

図－ 3

弾性変形での距離変化イメージ図

変形の検出方法について、図－ 4 を基に説明すハードウェアの検討に続き、ソフトウェアの検る。なお、荷重車の通過前後の位置合わせは、荷討を行った。地盤の変形は、3 次元カメラから得重車に取り付けた仮想基準点方式の GNSS から取られる画像内で距離を抽出する範囲（図－ 1）を設得した位置情報を基に行う。

定し、荷重車の通過前後で比較し検出する。距離① 荷 重車通過前の P 地点で、地盤までの距離比較の方法は、当該試験で発生する 2 種類の地盤C 1 を計測

変形に大きく関係するため、詳細については次節② 荷重車が移動に示す。

③ 荷 重車通過後の P 地点で、地盤までの距離
C 2 を計測④ C 1 と C 2 を比較⇒ C 1 － C 2 で差分を算出⑤差 分がなければ変形のない良質地盤、差分が生じた際は、その変形量に応じて不良地盤と判定
図－ 1

距離抽出設定画像

４－１ タ
 イヤの通過跡が残らない場合の検出方法
地盤の変形の一つは、地盤に荷重がかかっているときのみ変形し、通過後は元の状態に近い状態まで戻る弾性変形である。図－ 2 に弾性変形のイメージ図を示す。
図－ 4

４－２

センター検出の距離抽出範囲設定

タイヤの通過跡が残る場合の検出方法

もう一つの変形は、荷重車の通過後に地盤が沈下し、タイヤの通過跡が残る塑性変形である（写真－5）。
この変形は、荷重車の通過に伴う地盤変形において、タイヤの通過領域（写真－ 5、青枠部）と非通過領域（写真－ 5、赤枠部）に生じた距離差分に
図－ 292弾性変形のイメージ図より検出し、エッジ検出と呼ぶこととした。
道路建設 5 ／ 7

写真－ 5塑性変形の例

図－ 6

検証ヤード 配置図

変形の検出方法について、
図－5を基に説明する。
① 荷 重 車 通 過 前 の P 地 点 で、非 通 過 領 域 E 1と通過領域 E 2 の地盤までの距離を計測し、E 1 － E 2 で EA を算出② 荷重車が移動③ 荷 重 車 通 過 後 の P 地 点 で、非 通 過 領 域 E 3

図－ 7と通過領域 E 4 の地盤までの距離を計測し、E 3 － E 4 で EB を算出

検証ヤードでの検出結果グラフ囲い部）。これは、地盤に元からある不陸により、④E
 A と EB を比較⇒ EA － EB で差分を算出

3 次元カメラが傾くことで地盤までの距離が変わ⑤差
 分がなければ変形のない良質地盤、差分がり、補正しきれていないためと考えた。

生じた際は、その変形量に応じて不良地盤と４－４

検出性能の向上検証

検出性能の向上を目的として、距離を抽出する

判定

方法を見直すことのほか、以下に示す改良を加えるなどにより、最適な設定を追求した。
（１）3 次元カメラの設置方法の変更
通過前の基準計測と通過後の変形を計測するため 2 個 1 組としていた 3 次元カメラを、各箇所 1 個で通過前後を計測（写真－ 6）とし、位置合わせの
図－ 5

４－３

エッジ検出の距離抽出範囲設定精度向上と個体誤差を排除した。

不良箇所の検出性能検証

変形の検出方法が確立し、検出性能の検証を行った。まず、良質地盤と不良地盤を前述した検出方法で区別可能か確認するため、初期段階での検出の基準は、経験の浅い試験員の判定で個人差が生じる 10 mm とした。

写真－ 6

３次元カメラ個数の変更（２）センター検出の検出方法の変更

検証試験は、変形が発生するヤードを設営しセンター検出の距離抽出範囲を追加（図－ 8）し、行った。検証ヤードの配置図を図－ 6 に、検出結エッジ検出と同様に 2 つの領域の距離差分を通過果のグラフを図－ 7 に示す。

前後で比較する方法に変更した。これにより、3 次

図－ 7 より、センター検出、エッジ検出ともに元カメラの高さや傾きが変化しても、変形が生じ不良箇所を検出できており、良好な結果と言える。

なければ、距離差分は変化せず、不陸と変形を区別

しかし、センター検出では良質地盤においても、することができる（図－ 9）。なお、検出方法はエッ不良と誤検出するケースを確認した（図－ 7、赤ジ検出同様に、（C 1－ C 2）－（C 3－ C 4）とした。

道路建設 5 ／ 793路盤面においては、目視判定では、全面で変形は確認されず、ベンゲルマンビームでの変形量測定も 1 mm 以下であった。これに対し、開発技術での検出結果（図－ 12）においては、1 mm 程度の変形を確認した。

図－ 8

改良したセンター検出の設定
図－ 12

路盤でのセンター検出結果グラフ

以上より、開発技術は、目視判定と同等の検出性能であることを実現場での検証で確認した。写真－ 7 に最終的な機材取り付け状況を示す。

図－ 9沈下に伴う傾きの検出方法（３）カメラ設置のガイド線を追加カメラ設置のガイド線を付加（図－10）し、常に最適画角で撮影できる状態に設置できるようにした。

写真－ 7

 ジタル化した開発技術の活デ用と効果について

５
図－ 10

４－５

3 次元カメラ設置ガイド

機材取り付け状況

５－１ デジタル化した開発技術による省人化・

実現場における開発技術の検証

省力化効果改良を施した効果を確認するため、実現場の路表－3にプルーフローリング試験の実施状況につ床面と路盤面で開発技術の検証を実施した。なお、

いて、従来方法と開発技術とで比較した表を示す。

ここでも、目視判定とベンゲルマンビームによる

表－3より、従来方法では1人工、1 , 000ｍ2 当たり実際の変形量測定を実施し、開発技術の検出結果

約3 . 9時間かかっていたが、開発技術を活用すること比較した。とで、1 . 4 時間に短縮され、計算上では作業効率が路床面においては、目視判定では一部で塑性変約3 倍に向上した。これには、試験人員の削減が大形を確認したが、弾性変形は確認されなかった。

きく寄与している。従来は、荷重車のオペレータ、また、ベンゲルマンビームでの測定では、最大発注者側の検査官、現場代理人や品質証明員など3 mm 程度の変形量を確認した。これに対し、開発技術の検出結果（図－ 11）においても、3 mm 程度の変形が確認できた。

図－ 11

94

路床でのセンター検出結果グラフ

表－ 3

実施状況比較表

工事 A～ F
は従来方法

実施面積（㎡）

実施時間
（h）

人員（人）

1,000㎡当たりの実施時間（h・人 /1,000㎡）

A

5,2002.552.4B

1,800

1.554.2

C

1,1001.065.5D

1,0000.753.5

デジタル①

1,000

0.621.2

デジタル②

1,400

1.1

21.6

平均 3.9平均 1.4

道路建設 5 ／ 7

4 ～ 6 名程度で行っていた試験が、荷重車のオペレー① 従来の目視判定と同等の変形量 5 mm での判タとシステム管理者の2 名で試験実施が可能となっ定が可能た。これは、開発技術の判定結果が、試験を実施し② 最大で約 70 % の試験人員を削減た範囲の位置情報とともに、リアルタイムでクラウド③ 作業効率が従来比で約 3 倍向上へアップロードされ、可視化アプリで確認（図－13）④ 可 視化アプリによるリモート確認（遠隔臨できるためである。遠隔地においても、インターネッ
ト環境があれば、結果のリモート確認ができる。

場）が可能⑤ 平面的なエビデンスが、デジタルデータで取得可能⑥ 歩行や現場移動の労力を削減⑦ 荷重車に近接する必要がなく安全性が向上
以上より、プルーフローリング試験をデジタル化することで、省人化・省力化と安全性向上効果が得られ、従来方法にあった課題が解決できた。
今後、更なる使い勝手の向上などのブラッシュ

図－ 13

可視化アプリの試験結果表示

アップを図り、建設現場の生産性向上や品質向上につなげていきたい。

これにより、遠隔臨場と同様の運用ができ、現場立ち合いに要する検査官の移動時間が削減され、さらにデジタルデータでのエビデンスが残せるため、発注者と受注者双方の業務効率化に寄与できる。
５－２７

お わ り にプルーフローリング試験は、今から 60 年以上前

デジタル化した開発技術による安全性のに名神高速道路の試験舗装工事で初めて採用され向上効果て以来、その方法を変えることなく実施されてい従来方法では、判定員が荷重車に近接した位置る試験である。今回の当該試験のデジタル化は、で地盤を注視し、下を向いた状態で歩行するため、人の目を 3 次元カメラに変更したもので、試験方荷重車と接触する危険性や、周囲の状況変化に意法を大きく変えるものではない。

識を割くことが困難であった。さらに、広い面積このため、プルーフローリング試験以外の舗装での試験実施による身体的負担で、夏季には熱中に関わる品質管理試験においても、先人達が築き症になる可能性もあった。

上げた技術を確実に継承しながら、人の作業に意

これに対し、開発技術では判定員が不要である

図せず発生するヒューマンエラーや身体的負担をため、常時、下を向いて歩行する必要はなく、周デジタル技術で削減し、経験に左右されることな囲に意識を向けることが可能であり、荷重車に近く簡便で、確かな品質の確保に資する技術を、今接して歩行する必要はない。また、システムの作後とも開発可能と考える。

動を管理するために、最低限の歩行は必要になる

現代は、ICT が進化し、施工段階で埋まってしものの常に追従する必要もなく、安全性の向上とまうものや人の目では見えにくかったものも見え身体的負担の軽減を図ることができた。

る化でき、デジタルデータとして詳細に記録が残せる時代である。今後も新しい技術の利活用や技６ま と め

開発技術の活用により、得られた効果を整理する。
道路建設 5 ／ 7

術開発によるデジタライゼーションで、確かなものづくりに貢献するとともに、建設現場の働き方改革や生産性向上に挑戦していきたい。

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