杭施工管理自動化システム「杭打キング PLUS」
Automated Management System of Pile Driving “Piledriver King Plus”
正垣綱之*1

橋本

Koushi Masagaki

米田善之

和彦*1

小川

Kazuhiko Hashimoto*3

藤原

Yoshiyuki Yoneda

光弥

*4

雅史*2

Masafumi Ogawa

山田

Mitsuhiro Fujiwara

泰史*5

Yasushi Yamada

要旨
建設業界では不足する労働力や衰退していく技術力を補うため、生産性の向上や省力化工法の導入が不可欠となっている。また、数年前に発生した杭施工不良問題を受け、社会的にも徹底した施工精度の確保や工事記録の作成が求められている。そこで ICT を活用した新しい杭施工管理自動化システムを開発し、施工精度および生産性の向上を図ることとした。本報告の新システム「杭打キング PLUS」は単機能からなる従来の施工管理システムとは異なり、「杭芯計測」「杭計測（水平・傾き）」「杭打機誘導」「杭深度計測」など様々な機能を一元化したシステムである。さらにこれまで不可能であった削孔時からの計測を可能としたことで、より高い精度での施工管理を実現した。
キーワード：杭工事 施工管理 測量機器 生産性向上 ICT

１．はじめに２．システムの概要

杭工事は、施工後の出来形確認や不具合の修正が難しい

2.1

システム概要ことから、徹底した施工精度の確保や工事記録の作成が不

3 次元計測システムとカメラ画像を利用した「杭芯計測」

可欠であることに加え、逼迫する労働力不足を補うため、「杭計測（水平・傾き）」「杭打機誘導」「杭深度計測」等の省力化工法の導入等による生産性の向上が求められている。

機能を持つ施工管理システムである。リアルタイム計測に

当社ではこのような状況を受け、カメラ付き自動追尾型トよる杭の施工精度向上や自動化システムによる管理業務のータルステーションを活用した新たな杭施工管理自動化シ効率化を図った。

1)

ステム「杭打キング PLUS 」を開発した。なお、新システ

2.2

ムは㈱きんそくと共同で開発したものである。

現状の杭施工管理の問題点

現状の杭施工管理は、杭芯検尺棒による水平方向管理と新システムは、単機能からなる従来の杭施工管理システ

トランシットによる鉛直方向管理を計測員 3 名程度で行っ

ムとは異なり、「杭芯計測」「杭計測（水平・傾き）」「杭打ている（写真 2）。特に水平方向管理は直行 2 方向の逃げ杭機誘導」「杭深度計測」等の機能を一つのシステムに集約しから目視によりテープ幅（25mm）で確認を行うため精度がている。さらに従来のシステムでは対応できなかった削孔低くなる。さらに逃げ杭の鉛直不良や転倒、杭芯検尺棒の時からの計測管理を可能とした（写真 1）。

傾き等により計測数値が大きく変化する。

本報告では、システムの概要を紹介するとともに、開発また、機器による計測値データ記録管理ではなく、手書時の試験施工や開発後に実施した導入試験について報告すきによる記録のため、紛失や記載間違いが起こりやすい。

る。

写真 1

「杭打キング PLUS」の計測状況*1 大阪本店 建築技術部*2 東京本店 建築技術部

写真 2*3 東京本店 機材センター― 43 ―

現状の施工管理状況*4 技術研究所*5 ㈱きんそく鴻池組技術研究報告

2.3

システムの機能

2020

円を表示することで、水平位置のズレ量を直感的に認識で前節の問題点を解決すべくシステムに付加する機能の開きる。傾きについても、杭アイコンと数値をリアルタイム発を行った。システムの機能詳細は以下の通りである。に表示する（図 2）。傾きの上下計測点レベルは数値入力で2.3.1

行うが、カメラ画像画面から測点バーを画面上でフリック

杭芯計測

計測対象の杭番号を選択することで、事前に入力した杭し、移動することも可能とした（図 3）。

芯の座標に向かってトータルステーションが自動で旋回す

計測時間についても従来のレーザー光照射に加え、カメる。タブレットに表示されているカメラ画像を確認しながラ画像によるエッジ検出を用いて杭を計測することで、大ら、プリズムを用いて杭芯を一人で計測することができる幅に短縮させた。

（図 1）。杭芯計測の手順を下記に示す。
①1) 杭番号を選択②③⑧⑨⑤2) 計測開始
また、自動追尾機能を用いてプリズムを追尾することで、④管理限界円

現在位置から杭芯までの距離情報も入手できる。
①⑩②⑥④③管理目標円⑥トータルステーション⑦

図2

杭計測時のタブレット画面【表示画面説明】① 杭番号⑤② 作業工程図1

杭芯計測時のタブレット画面③ 計測モード【表示画面説明】④ 水平方向偏芯量（単位：mm、方向：東西南北）① 杭番号⑤ 測点水平位置② 作業工程⑥ 傾きおよび傾き量（％および分数で表示）③ 水平方向偏芯量（単位：mm、方向：東西南北）⑦ 操作ボタン④ 測点水平位置⑧ 計測対象杭径⑤ 操作ボタン⑨ 上下計測点レベル（緑：上計測点、赤：下計測点）⑥ カメラ画像⑩ カメラ画像2.3.2

杭計測（水平・傾き）

杭孔の削孔時および杭埋設時、「杭番号」「作業工程」「計①測モード」をそれぞれ設定することにより、水平位置およ②

び傾きの自動計測を開始する。杭計測の手順を下記に示す。
1) 杭番号を選択

上測点バー2) 作業工程を選択「削孔」「杭セット」「杭埋設完了」

下測点バー

3) 計測モードを選択「水平位置計測」「水平位置連続計測」「傾き計測」「傾き連続計測」
4) 計測開始

図3

タブレット画面には東西南北の方向のほか、トータルス【表示画面説明】

テーションの位置を表示することで修正方向をわかりやす① 操作ボタン

くしている。また、杭芯座標に対し管理目標円と管理限界② 画面移動ボタン― 44 ―

測点バー表示画面

杭施工管理自動化システム「杭打キング PLUS」

2.3.3

杭打機誘導

次工程の杭へ杭打機が移動する際、トータルステーショ①②

ン内蔵カメラで杭打機リーダー上部をターゲットとしてトラッカーボックス（視準対象設定用のガイド）を合わせ、モーショントラッキングを行う（図 4）。モーショントラ
ッキングにより計測した情報により、現在地から目標の杭⑥③位置までの距離および方向を表示して杭打機を誘導する。
杭打機誘導の手順を下記に示す。
1） 杭番号を選択④2） ターゲットにトラッカーボックスをセット⑤3） 誘導モード選択

図5「遠距離誘導」「近距離誘導」

削孔深度計測時のタブレット画面

4） 誘導開始【表示画面説明】

目的地までの距離に応じて「遠距離誘導」「近距離誘① 杭番号導」のモード選択が可能である。

② 計測モード③ オフセット長さ（事前入力）①④ 計測深度④
目標杭位置②⑤ 操作ボタン

トラッカーボックス⑥ カメラ画像2.4

新機能と改良点

新システムは、2018 年に㈱きんそくにより開発された「杭打キング」から拡充・改良したものである。使用計測
杭打機器をノンプリズムトータルステーションからカメラ付き自動追尾型トータルステーションに変更したことによる新機能および改良点について以下に示す。

③

2.4.1
図4

遠距離機誘導時のタブレット画面

カメラ画像を用いた新機能

レーザー光照射による計測と同時に、トータルステーシ【表示画面説明】ョン内蔵カメラの画像により対象となる杭のエッジを検出① 杭番号し、水平位置および傾きを計測する。この新計測機能によ② 目標杭までの距離・方向

り従来のレーザー光照射のみの計測に比べ、測定に要する③ 操作ボタン時間を約 70％削減できた。

④ 杭径
2.3.4

また、カメラで捉えたターゲットをモーショントラッキ

杭深度計測

ングにより自動追尾することで、杭打機の位置情報をリア削孔時および杭埋設時に行う深度計測は、杭打機上部にルタイムに把握可能とした。この機能は杭芯計測時にも用設置したターゲットのレベル計測を行うことで、事前に入いられ、移動するプリズムを自動で追尾することで、現在力したスクリューロッドもしくは杭長さの情報を基に算出位置から計測対象杭芯までの距離・方向の情報を入手するする（図 5）。ターゲットを自動追尾しレベル計測を連続ことができる。

して行えば、変化する深度をリアルタイムで表示できる。

2.4.2

杭深度計測の手順を下記に示す。
1） 杭番号を選択

エッジ検出は画像処理技術のひとつで、画像内にある色や明るさが劇的に変化している領域を検出する方法である。

2） 計測モードを選択「杭深度計測」「削孔深度計測」

エッジ検出

新システムでは、設計値と距離情報を元に杭の端（エッジ）を算出し、カメラ画像で得られた杭エッジ候補の中か

3） ターゲットレベル計測

ら条件を満たす対のエッジを抽出する。抽出した杭エッジ

4） 深度計測開始

により杭芯の位置や傾きを算出する。
エッジ検出による計測のプロセスを下記に示す（図 6）。

― 45 ―

鴻池組技術研究報告

2020① 画像のモノクロ化

き計測においては、レーザー光照射を上下 2 点づつ計 4 点② エッジ検出にて行っていたが、新システムではエッジ検出と同時にレ③ エッジから直線の抽出

ーザー光照射を上下 1 点づつ計 2 点のみで計測を行うこと④ 杭エッジの推定ができる（図 8）。

ただし、杭と背景の色彩変化が少ない場合や曇天等によこの計測方法の改良により水平位置計測で約 70％、傾り明るさが足りない場合は、エッジが上手く検出されず計き計測で 50～60％程度の計測時間削減を可能とした。ま測が行えない場合がある。さらに左右のエッジ間隔が狭い

た旧システムがトータルステーションを操作する有人計測と誤認識することがあり、計測対象杭径をφ150 ㎜以上かであったのに対し、新システムがタブレットで操作する自つ計測対象杭までの距離が 30m 以内を推奨する。

動計測としたことも大きな改良点である。

レーザー光

レーザー光

エッジ検出

①モノクロ化【旧システム】②エッジ検出図7【新システム】

計測方法の違い（水平位置計測）

レーザー光

レーザー光
エッジ検出

③直線抽出
図6
2.4.3

レーザー光

レーザー光

【旧システム】【新システム】④杭エッジ推定

エッジ検出による計測のプロセス

タブレットを用いたシステム操作

これまではシステム PC で操作を行っていたため、トータ

図8

ルステーション近傍でしか操作できなかった。新システム

計測方法の違い（傾き計測）

ではリモートアクセスアプリ（TeamViewer）により、タブレットによる操作を可能とした。タブレットで操作可能と３．試験施工なったことで、通信さえ出来れば計測者はどこにいてもシステムを操作ができる。また、アプリにより複数台による3.1閲覧も可能で、事務所の PC でも作業状態を確認できる。
2.4.4

試験施工による課題の抽出

新機能の研究開発を進めるとともに、実際の杭施工現場

計測方法の改良点（3 現場）において試験施工を実施した（写真 3、4）。試験

旧システム（杭打キング）では水平位置計測をレーザー

施工では、開発した新機能の作動状態の確認や操作性の検光照射 2 点にて行っていたが、新システム（杭打キング証のほか、システムの使い勝手や画面の視認性の確認などPLUS）ではカメラ画像を用いたエッジ検出と同時にレーザも行った。また、試験施工現場のスタッフや杭施工業者担

ー光照射 1 点にて計測が可能となった（図 7）。同じく傾当者から実際に使用した印象や感想をヒアリングし、シス― 46 ―

杭施工管理自動化システム「杭打キング PLUS」

テムの改善に役立てた。以下に試験施工やヒアリングにて容量データの通信障害は、計測場所の通信環境に大きく影抽出された問題点や課題と、その解決策を記す。

響されるため、システム側では対策の立てようがないのが現状である。

障害発生

写真 3

試験施工状況 1

図9

ネットワークイメージ図

４．システムの効果と今後の展開
4.1

システムの効果試験施工により、当システムを採用することで下記の効果が得られることを確認した。
1） 一人での杭施工管理計測が可能
写真 4
3.1.1

試験施工状況 22） 計測データをダイレクトにパソコン内に記録するこ

操作画面の単純化とで記載や転記時のミスを削減

新しい機能が増えたことで、画面上に操作ボタンが乱雑

3） 計測数値がリアルタイムで表示されることで、精度に並び使いづらくなり、システム起動から計測開始までのを即時に修正することができ施工品質が向上。

操作も複雑でわかりにくいものとなった。

4） 計測データを自動で帳票化することによる作業時間

そこで、よく使う機能を前面に出し、その他の機能はプルダウンで呼び出すようにした。また、システム起動から計測までを単純化することで操作性を向上させた。
3.1.2の短縮（図 10）5） 作業場所以外（現場事務所）でもカメラ画像により状況確認が可能

消費電力の問題

カメラ画像を処理し計測を行うため、旧システムに比べ電力消費が激しく、試験施工中もシステム PC およびタブレットの電力が 1 日もたず、バッテリー交換作業が発生した。
カメラ画像の解像度やタブレット画面の明るさ等の調整により電力消費の低減を行った。しかし根本的な解決策には至っていない。現状対応可能な対策として、大容量モバイルバッテリーの付属や予備バッテリーの追加を行った。
3.1.3

通信障害の発生

大容量のカメラ画像データ通信や Wi-Fi との接続不良によるシステム PC とトータルステーション間の通信障害が発生した（図 9）。
Wi-Fi 接続は固定 IP アドレスを割り当てることで安定させたが、リアルタイムでカメラ画像を送受信するような大― 47 ―

図 10

計測結果の帳票化（例）鴻池組技術研究報告

4.2

今後の展開

2020

せ、新システムを構築した。また、試験施工や導入試験で、2019 年で新システムの開発を終え、大阪および名古屋

施工精度および生産性の向上、省人化に対する成果を確認の 2 現場において導入試験を実施した。2020 年からは現できた。一方、解決すべき課題はまだ残っており、今後現場への本格導入を進めるとともに、現在計測可能な「既成場からの改善要望を踏まえ、引き続き研究・開発を進めて杭」「鋼管杭」「柱状地盤改良」に加え、「場所打ち杭」へいく。の適用についても開発を進める予定である。

ICT や通信技術が日々進化する中、更なる生産性の向上

なお、新システムは 2020 年 4 月現在、特許出願中およや省人化に寄与できるようにシステムのバージョンアップ

び NETIS 登録申請中である。に取り組んでいきたい。

５．まとめ

参考文献
1） ㈱きんそく：杭打キング PLUS

「杭芯計測」「杭計測（水平・傾き）」「杭打機誘導」「杭深度計測」の 4 つの計測機能を 2 年の開発期間で一元化さ― 48 ―

http://kinsoku.net/piledriver_king_plus