道建協 第23 回 舗装技術に関する懸賞論文

研究開発部門

優秀賞

建設機械搭載型レーザスキャナの開発
および舗装の BIM/CIM への活用
前田道路㈱ 技術研究所
法政大学 デザイン工学部
三菱電機エンジニアリング㈱ メディアシステム事業所

大阪経済大学 情報社会学部
摂南大学 経営学部

１

はじめに加藤今井平
中村
塚田康弘
龍一
謙二
健二
義典

できた 1）～ 3）。現場試行の結果、本技術の導入によ

舗装は材料を変えながら何層も積み重ねて構築

り計測や解析の所要時間の大幅な低減、舗装全層する道路構造物であり、層ごとに出来形管理などへの面管理の適用、遠隔臨場での活用、舗装各層の施工管理を行い、必要に応じて発注者の現地臨の 3 次元データの BIM/CIM 活用などの効果が得場が行われる。平成 29 年度に規定された ICT 舗装られたため、ここに報告する。

工の面管理では高性能・高価な地上設置型のレーザスキャナ（以下、LS）や地上移動体搭載型 LS が用いられているが、これらによる計測や解析には時間や費用がかかっているのが現状である。その２ 本技術の概要
2－1

システム構成ため、次工程に速やかに移行したい路盤工などの本技術のシステム構成の概念図を図－ 1 に示中間工程の面管理は積極的に実施されていない。

す。主な構成は建設機械搭載型 LS、制御および一方、国土交通省は 2023 年度までに小規模工事データ処理用のパソコン、自動追尾型トータルスを除くすべての公共工事で BIM/CIM の原則適用

テーション（以下、TS）、Wi-Fi アクセスポイント、化の方針を決定しているが、「ICT の全面的な活用およびクラウドシステムである。の推進に関する実施方針」では舗装工は「ICT 活用を推進する工種」として挙げられているものの、「BIM/CIM 活用を推進する対象」となっていない。
筆者らは、2017 年から舗装各層の仕上げ作業に用いる建設機械（タイヤローラ）に LS などの装置を搭載して面管理で必要な 3 次元データを効率的に計測し、さらに計測から短時間で出来形の合否判定ができる「建設機械搭載型 LS による出来形管理システム」（以下、本技術）の開発に取り組ん

74

図－ 1

システム構成の概念図

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表－ 1 は建設機械搭載型 LS の性能を示したも① ３次元点群データの取得のである。レーザスキャナは走行方向に対して横図－ 3 に示すように舗装各層の仕上げ作業後に断形状をラインスキャンで計測する方式であり、タイヤローラに搭載した建設機械搭載型 LS で路レーザスキャナの設置高さや計測時の機械の走行面の 3 次元点群データを取得する。この際、建設速度によって計測密度が異なる。計測時の走行速

機械搭載型 LS を TS で測位することで計測デー度は、国土交通省の「3 次元計測技術を用いた出来タの補完（鉛直方向の精度確保）を行う。

形管理要領（案）令和 3 年 3 月」
（以下、管理要領）に規定された計測密度（0 . 01 m 2 あたり１点以上）を確実に満足する程度を検討した結果、計測時の走行速度は 2 . 5 km/h 以下と設定した。
表－ 1項建設機械搭載型 LS の仕様

目

仕様製造メーカ

三菱電機エンジニアリング株式会社

測 距 方 式

パルス方式（Time of Flight）

測 定 範 囲横断方向：装置直下を中心とした 4m
縦断方向：80m（TS の追尾性能による）測 定 密 度

横断方向：4mm 以下
縦断方向：計測速度による計 測 精 度

鉛直方向：± 4mm 以下（1σ）の PC に送信し、専用のソフトを使ってノイズ処

内 蔵 機 能高性能 IMU、GNSS、無線 LAN

寸 法（mm）

W110 × H121 × D224

理や密度調整、座標変換などの点群処理を行い、

耐IP43

環

境

図－ 3

本装置のレイアウト例② 取得データの現場での点群処理取得した 3 次元点群データを Wi-Fi 経由で現場出来形評価用データを作成する。
③ 出来形評価用データによる出来形判定

また、舗装工の中間工程では施工完了後速やか同じソフトを使って出来形評価用データと 3 次に次工程へ移行したいため、面管理であっても従元設計データの較差（単位面積における高さの差）

来の出来形管理と同程度の所要時間で行えることを示したヒートマップ（出来形分布図）を表示さが望ましい。そこで本技術は、出来形判定およびせ、面管理による出来形評価を行う。

遠隔での結果共有を計測後 1 時間以内に行えるこ④ 計測後１時間以内にクラウド上で結果を確認
処理後のデータを Wi-Fi 経由でクラウド上のアとを目標とした。
2－2

プリケーションにアップロードすることで、現場計測プロセス

本技術による計測のプロセスを図－ 2 に示す。
① 建 設機械に搭載した計測装置で点群データを取得

３ 本技術の検証↓

本技術は、開発の基礎段階として仕様や性能お③ 処理したデータと 3 次元設計データを比較して出来形判定↓④ 計測後 1 時間以内にクラウド上で結果を確認

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結果を確認できる。

↓② 取得データを現場で点群処理

図－ 2から離れた場所からでも Web ブラウザを使って計測のプロセス

よび機器構成の検討を行い、構内テストにより計測システムの実現化を図った。その結果、計測システムの鉛直方向の計測精度が管理要領に定められた路盤工の基準（± 10 mm）を満足することが確認できたため、まずは路床工・路盤工を対象として現場による試行を行った。

75３－１

路床路盤への適用性の検証（１）工事概要

な お、管 理 要 領 で 規 定 さ れ て い る 10 cm 角 に
1 点以上のデータを取得できていることを確認し

路床工および路盤工を対象とした試行は 2020年度に実施し、表－ 2 に示した新設の舗装工事 2た。
② 取得データの現場での点群処理現場のうち表層がアスファルト舗装である舗装構取得した点群データをパソコンの専用ソフトに成の区間を選定して路床・路盤の仕上がり後に計より点群処理（ノイズ処理、密度調整、座標変換な測を行った。なお、計測に際して精度確認試験をど）を行った結果が図－ 5 である。計測後にパソ行い路盤工に求められるすべての要求精度を満足

コンへデータ転送し、点群処理の終了までに要ししていることを確認した。

た時間は 15 分程度であった。

表－ 2

路床工・路盤工への本技術の試行を行った工事概要

項目内容工

事

名

① 富沢地区舗装工事② 掛田トンネル外舗装工事

発

注者

東北地方整備局 福島河川国道事務所

受注者

前田道路株式会社 東北支店

施 工 場 所

① 福島県伊達市② 福島県伊達市

主 要 工 種① As舗装工 11,570m② Co舗装工 8,140m2、As舗装工 7,888m2

このデータは 10 cm メッシュに 1 点となるようデータ処理したものであり、管理要領に示された出来形評価で必要な点群密度を満足している。
③ 出来形評価用データによる出来形判定
得られた出来形評価用データと3次元設計データとの較差を評価したヒートマップを現場の2（２）計測結果パソコンで表示させたものが図－ 6 である。このヒートマップ表示までに要した時間は 5 分程度であった。

① 3 次元点群データの取得

なお、図－6 は本技術の検証用として 10 cm メッ

本技術を用いて取得した路床工の仕上がり面のシュという細かな単位で出来形評価を行ったもの

計測状況を写真－ 1 に、取得した 3 次元点群デーであるが、管理要領に示されている出来形評価はタを図－ 4 に示す。1 回の計測で取得した点群デー

1 m メッシュの単位で行う。

タの範囲は延長 71 m であり、計測に要した時間は事前準備を除いて 5 分程度であった。

図ー 6

写真－ 1

路床工の計測状況

現場でのパソコンによるヒートマップの表示例④ 計測後１時間以内にクラウド上で結果を確認
出来形評価用データを Wi-Fi 経由でクラウド上のアプリケーションにアップロードし、Web ブラウザにより結果表示をさせたものが図－ 7 である。クラウドへのデータアップロードからブラウザ表示までに要した時間は 30 分程度であった。
また、現場から離れた事務所からでも出来形評価

図－ 476

取得した点群データ

図－ 5 点群処理後の点群データ結果を見ることができることを確認した。
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３－２

アスファルト舗装工への適用性の検証

2020 年度は路床・路盤工への本技術の適用性について検討した。2021 年度は、計測性能を向上させた LS を用いてアスファルト舗装工（表基層）の基準（鉛直方向の計測精度± 4 mm）への適用性について現場試行を行った。
図ー 7

Web ブラウザによるヒートマップの表示例（１）工事概要
アスファルト舗装工を含む舗装全層を対象とし（３）計測データに関する考察

た試行現場は表－ 4 に示す舗装改築工事である。

① 従来技術との比較計測に際し精度確認試験を行い、要求精度を満足

本技術との比較を目的に、試行時は従来技術として地上設置型 LS による計測も併せて行った。

していることを確認した。計測状況を写真－ 2 に、試験結果を表－ 5 に示す。

両技術による面管理による出来形管理結果の例を

表－ 4

舗装全層への本技術の試行を行った工事概要目

内図－ 8 に示す。その結果、本技術と従来技術の出項

来形管理資料のヒートマップおよび測定数値はほ工 事 名 河辺地区道路改良舗装工事

ぼ同程度であり、本技術は従来技術と同程度の測定性能を有していることを確認した。

発 注 者 東北地方整備局 秋田河川国道事務所
受 注 者 前田道路株式会社 東北支店
施工場所 秋田県秋田市
主要工種

本技術による管理結果
図ー 8

容As 舗装工 4,693m2
舗装構成：路床、下層路盤（クラッシャラン）、上層路盤（粒度調整砕石）、上層路盤（As 安定処理）、基層（再生粗粒度 As）、表層（再生密粒度 As 改質）

従来技術による管理結果

各計測技術によるヒートマップの比較② 面管理の結果共有までの所要時間
表－ 3 は点群計測後から Web ブラウザで結果を確認できるまでの所要時間を示したものである。今回の試行で測定した所要時間は 30 分であり、目標とする 60 分以内を達成している。その結対

写真－ 2アスファルト舗装面の精度確認試験状況

表－ 5

精度確認試験結果（アスファルト舗装面）

象

項果、本技術はリアルタイムな出来形管理システム
検 査 面として有用なことを確認した。
表－ 3

計測終了からデータ共有までの所要時間
項目

所要時間（分）

目

判定基準

検査結果

合否

点密度

100 点以上

100 点

合格

平均高さ

±4mm 以下－0.2mm

合格（最大：5.8mm、最小：－6.0mm、σ：2.7mm）
検 証 点

距離誤差

10mm 以下

1.4 ｍｍ

合格

取得したデータの点群処理15処理したデータによる出来形判定

5

出来形判定をクラウド上で共有

10性能向上させた本技術を用いて路床工から表層30工までの全 6 層を対象に仕上がり面の計測を行っ

合計（目標 60 分以内）

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5／9（２）計測結果

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た。計測状況を写真－ 3 に示す。前年度の検証と定義され、その概念は図－ 10 のようである 5）。

同様に、本技術は舗装全層の 3 次元点群データの道路分野の BIM/CIM 活用はトンネルや橋梁へ取得、現場での点群処理、出来形判定（図－ 9）おの事例が多いものの、ICT 活用工事や情報化施工

よびクラウドでの結果確認のすべてにおいて適用で 3 次元データの利活用が多い舗装では事例が少できることを確認した。

ないのが現状である。一方、本技術は ICT 舗装工

また、従来技術（地上設置型 LS）と同等の面管理による出来形管理ができることを確認した。

で任意項目である舗装中間層の面管理を従来技術と比べて短時間で効率的に実施でき、そのデータはクラウドで保管できる。これらのデータは図－
10 の概念のうち表－ 6 に示す各段階の BIM/CIM
モデルの 3 次元データに該当する。そこで、本技術で取得したデータの BIM/CIM 活用方法について検討した。

写真－ 3

図－ 10

舗装全層の計測状況
段BIM/CIM の概念 5）

表－ 6

本技術で取得できる 3 次元データの種類

階BIM/CIM モデル3 次元データ

施工（着手前） 施工レベル

3 次元設計データ

施工（施工中） 施工レベル

舗装各層の 3 次元点群データ

施工（完成時） 施工完了レベル

表層の 3 次元点群データ（１）取得した３次元データのデータベース化
3 次元データは緯度経度で管理されているため、本技術では表－ 6 に示した各データは一覧表示したり図－ 11 のように取得位置を地図上で確
図ー 9

３－３

パソコンによるヒートマップ表示

認できる。

計測データの BIM/CIM 活用方法の検討

BIM/CIM とは、3 次元の形状情報（3 次元モデル）に加え、構造物やその構成部材などの形状、物性や物性値（強度等）など付与可能な情報（属性情報）と補足資料（参照資料）を併せ持つ情報モデル（BIM/CIM モデル）を構築すること、およびそのBIM/CIM モデルの情報を管理・活用することと

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図－ 11

BIM/CIM データの地図上での表示例

道路建設

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（２）施工段階の BIM/CIM モデルの表示機能
次に、地図上に表示された箇所を選択すると、施工段階のデータを図－ 12 のように地図や衛星写真とリンクさせたヒートマップを表示できる。
さらに、表示させた任意の位置を選定すると図－13 のように選定箇所の表層のヒートマップや舗装各層の縦横断形状を表示できる。
このように本技術は施工段階の BIM/CIM モデ

図－ 14ルをさまざまな方法で閲覧できることを確認した。

各計測技術による面管理の所要時間

現地作業からデータ解析に要する時間が地上型
LS では約 2 日以上、地上移動体搭載型 LS では約1 日であるのに対し、本技術は約 5 時間であった。
このことから、本技術の適用により出来形管理に要する時間は地上型 LS と比べて 72 ％、地上移動体搭載型 LS と比べて 32 ％の省力化が図れることが分かった。また本技術を中間工程に適用すれば、
図－ 12

取得データの地図情報や衛星写真への表示例

当日中に次工程に移ることも可能なことが分かった。
４－２

計測や解析に要する人員の縮減効果

上記の条件で作業人員について試算すると、図－ 15 に示すように地上型 LS では 3 . 6 人、地上移動体搭載型 LS では 1 . 6 人であるのに対し、本技術は 1 . 2 人となり、地上型 LS の 66 ％、移動体搭載型LS の 25 ％の縮減が見込めた。さらに、クラウドを使った Web による情報共有により遠隔臨場が図－ 13

施工段階の３次元データの任意箇所の表示例できることから、施工管理の効率化として、さらに受注者・発注者それぞれ 1 人、0 . 25 人の縮減が見込めることが分かった。

４ 本
 技術の適用効果
現場試行で得られた内容を踏まえて、本技術のICT 舗装工への適用効果について検討した。
４－１

舗装１層あたりの作業時間の短縮効果

計測やデータ解析に要する作業時間について、従来技術と比較したものが図－ 14 である。路床工 4 , 320 m 2（L ＝ 540 m、W= 8 m）を対象に面管理による出来形管理を各 LS（地上型 LS、移動体搭載型 LS、本技術）で行う場合の作業時間について、国土交通省の ICT 導入協議会資料 に基づき試算4）した。
道路建設

図－ 15４－３

各計測技術による面管理の所要人員数

舗装全層への適用による生産性向上

図－ 14 や図－ 15 に示した効果は１層あたりの面管理に対するものである。舗装は路床工から路5／979

盤工、表層工まで同一箇所に対して材料を変えながら何層も積み重ねる道路構造物であり、2021 年

５ ま と め

度の試行により本技術は舗装全層への適用が可能

ICT 舗装工における面管理による出来形管理のであることを確認した。この現場の舗装構成は図効率化を目的に、建設機械搭載型の LSシステムを－ 16 に示すように 6 層であり、本技術を全層に導開発し、その実用性を現場試行により検証した。そ入した場合、面管理に要する作業時間や作業人員の結果、管理要領に定められた計測性能を満足すの縮減効果はこれまでに示した試算の 6 倍の効果

ること、従来技術と比べて計測や解析作業の生産性が見込め、大幅な施工管理の生産性向上を図るこ向上を図れることが分かった。また、取得したデーとができる。

タを舗装の BIM/CIMに活用する方法を示した。
本技術は国土交通省の「建設現場の生産性を飛表層（As）躍的に向上するための革新的技術の導入・活用に基層（As）関するプロジェクト」に 2020 年度から2 年連続で選上層路盤（As 安定）
上層路盤（粒 調 砕 石）

6層あれば導入効果は6倍

下層路盤（クラッシャラン）
路床
図－ 16４－４2021 年度に試行した現場の舗装構成

舗装の BIM/CIM 活用効果

図－ 13 に示したように、本技術は施工段階のBIM/CIM モデルがデータベース化されて供用後にも閲覧することができる。そのため、維持管理段階で道路構造物の異常（局所的な陥没など）が発生した場合に、トレーサビリティの確認として活用できる。
さらに、各層の 3 次元データに属性情報として、例えば各層の使用材料の情報（産地や製造工場）や品質管理結果などを付与すれば、路面の異常膨張など使用材料に起因すると考えられる現象が生じた際にも原因を推定するなど、維持管理段階での活用ができる。

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定され、現場での試行により実用化を図ることができた。試行内容は共に A 評価を得ることができ、さらにその結果を踏まえて令和 2 年度 i-Construction
大賞優秀賞を受賞することができた。
現在は 1 回あたりの計測距離の拡大やソフトウェアのユーザビリティの向上を図っており、早期の社会実装に向けて取り組んでいる。今後も舗装における ICT 活用や BIM/CIM 活用の推進に寄与していきたいと考えている。
【参考文献】1）加藤康弘、今井龍一、平謙二：土工・舗装工事の出来形管理のための建設機械搭載型計測装置の開発に関する取組み、第33回日本道路会議、日本道路協会、2019.
2）加藤康弘、今井龍一、平謙二、中村健二、塚田義典：建設機
械搭載型レーザスキャナによる遠隔臨場リアルタイム出来形
管理システム、第34回日本道路会議、日本道路協会、2021.
3）加藤康弘、今井龍一、平謙二、中村健二、塚田義典：建設機
械搭載型レーザスキャナによる出来形管理システムの開発、
第4回「i-Constructionの推進に関するシンポジウム」、土木学会建設マネジメント委員会、2022.
4）国土交通省：ICT導入協議会第6回【資料-3】
 ttp://www.mlit.go.jp/sogoseisaku/constplan/sosei_hconstplan_tk_000031.html
5）国土交通省：BIM/CIM 活用ガイドライン（案）、2022.

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