令和５年度

建設施工と建設機械シンポジウム
論文集・梗概集

令 和 ５ 年 11 月 29 日 ～ 11 月 30 日機械

主催：一般社団法人
後援：経済産業省

振

興

会

館

日本建設機械施工協会
国土交通省(国研)土木研究所

令和５年度建設施工と建設機械シンポジウム
論文集・梗概集

令 和 ５ 年 11 月 29 日 ～ 11 月 30 日機械

主催：一般社団法人
後援：経済産業省

振

興

会

館

日本建設機械施工協会
国土交通省(国研)土木研究所

論文審査規定概要
１． 審査方法
論文の審査は、論文アブストラクト及び本論文の２段階で行い、アブストラクトについてはシンポジウ
ム実行委員会委員が全編を審査し、本論文については１編あたり５名の委員が審査を行う。
下記の審査基準に基づき、実行委員会で採択を決定する。
２． 審査基準論文の完成度、有用性、新規性並びに本シンポジウムの主旨に合致するかどうかの視点で採否の判断を行う。
３． 審査委員名簿（委員五十音順・敬称略）

委員

委 員 長 建山
副委員長 高 橋

名
和由

機関名・会社名所属

立命館大学 理工学部 教授

弘 東北大学 大学院環境科学科 教授

委

員 小澤

直 樹 国土交通省 関東地方整備局 企画部 施工企画課

委

員 北 山

孝 西尾レントオール（株）取締役 通信測機営業部

委

員 桑田

直 人 鹿島道路（株）生産技術本部 機械部

委

員 玉石

修 介 玉石重機（株）代表取締役社長

委

員 丹治

雅 人 コベルコ建機（株）マーケティング事業本部

委

員 中川

智 裕 （株）小松製作所 商品企画部 商品企画室

委

員 行川

恒 弘 前田道路（株）技術本部 技術研究所 技術開発部 生産技術開発室

委

員 藤島

一 雄 日立建機（株）開発統括室

委

員 本田

委

員 森田

将 史 （株）竹中工務店 生産本部

委

員 矢野

公 久 国土交通省 大臣官房 参事官(ｲﾉﾍﾞｰｼｮﾝ)ｸﾞﾙｰﾌﾟ 施工企画室

委

員 山 口

崇 （国研）土木研究所 技術推進本部 先端技術チーム

委

員 山 本 茂 太 キャタピラージャパン(同) 販売促進部

委

員 渡 部

委

員 伊 藤 文 夫 （一社）日本建設機械施工協会 施工技術総合研究所

委

員 畑 田

委

員 西脇

肇 （株）トプコンポジショニングアジア ＩＣＴ施工ソリューション部

純 （株）カナモト 取締役執行役員 広域特需営業部

健 （一社）日本建設機械施工協会 技術部
徹郎（一社）日本建設機械施工協会 標準部

３
令和５年度

「建設施工と建設機械シンポジウム」論文集・梗概集
目
Ⅰ

次

○印

発表者

論文集

１．災害復旧時の無人化施工適用可否の判断のための必要情報と判断者の役割に関する研究・・・・・・(国研)土木研究所○茂木 正晴山口 崇

前田建設工業（株）

坂下 誠

清水建設（株）鈴木 正憲

大成建設（株）金 浩昭

芝浦工業大学小森 聡
油田 信一

２．無電柱化に向けたトレンチャーを活用した掘削試験について・・・・・・(国研)土木研究所寒地土木研究所

1○永長 哲也

7

中島 淳一

３．除雪作業のレジリエンス能力向上と働き方改善
レジリエンスエンジニアリングの試行・・・・・・（株）建設 IoT 研究所○Jevica（株）環境風土テクノ

須田 清隆（株）堀口組湯浅 勝典

４．３Ｄカメラ活用によるプルーフローリング試験のデジタル化について（株）NIPPO・・・・・・○立花 洋平（株）ザクティ

11

15

駒坂 翼
鈴木 章仁

５． LiDAR による 3D 計測およびプロジェクションマッピングの開発～山岳トンネルにおけるインバート掘削・コンクリート打設への適用～(株)大本組○板谷 幸貴・・・・・・

橘 伸一（株）計測リサーチコンサルタント
６．油圧ショベルの車体センサデータを用いた掘削土の土質判別（株）小松製作所○森澤 直樹

今西 将也

小野 高伸
家村 享明

・・・・・・

柳下 正紀（国研）土木研究所

19

千葉 貞一郎

山元 弘

橋本 毅

遠藤 大輔

25

７．濁水処理設備の自動管理システムの開発
濁水処理設備の全自動化に向けた取り組み

・・・・・・

西松建設（株）○辻岡 高志

山本 悟

ジオマシンエンジニアリング（株）

塚田 純一（株）sMedio

園田 香織

MODE，Inc.

佐藤 博晃

31

８．バックホウ浚渫工事の水中可視化システムの開発
マシンガイダンス＋マルチビームソナーのリアルタイム河床可視化技術 ・・・・・・
鹿島建設（株）○新開 貴行

サイテックジャパン（株）

杉山 修武（株）ハイドロシステム開発

橘田 隆史

９．水中捨石マウンド締固め能力及び生産性向上に向けた取り組み

・・・・・・

五洋建設（株）

35

○森 雅宏

41

酒井 優希

10．造成工事を対象とした DX
ダンプトラックの運土情報記録システムの構築
清水建設（株）・・・・・・○前﨑 貴博

横島 喬

47

宮下 祐貴

11．地上型レーザースキャナの器械点設置位置検討のための3 次元モデルを用いたシミュレータの開発
国交省 国土技術政策総合研究所○早川 直樹・・・・・・
池田 誠

杉谷 康弘

12．土木現場におけるレーザースキャナの活用性を高める代替ターゲットの検討

・・・・・・

国交省 国土技術政策総合研究所

杉谷 康弘

○池田 誠

早川 直樹

13．シールドトンネル CIM 管理システムの開発及び適用事例
西松建設（株）・・・・・・○原 久純

田中 勉

14．遠隔臨場における通信環境可視化アプリケーションの検証

51

55

59

長沢 勇樹
・・・・・・ 63（株）フジタ○新井 智之平野 勝識（株）キッズウェイ

田代 善久

15．建設機械施工の自動化・遠隔化技術の開発及び普及促進に向けて
国交省 参事官（イノベーション）グループ

・・・・・・○日出山 慎人

67

吉田 真人

16．除雪グレーダのブレード自動化に向けた操作支援システムの開発－除雪オペレータの担い手確保及び除雪レベルの維持－

・・・・・・

国交省 山形河川国道事務所

今野 孝親

国交省 三陸国道事務所

川上 穣久

国交省 東北技術事務所

佐藤 英樹

17．除雪機械作業装置の自動化に関する現状と今後の展望について
国交省 参事官（イノベーション）グループ○田中 孝之・・・・・・

柿崎 俊裕

18．振動加速度レベルによる除雪トラックフレームの負荷傾向把握について(国研)土木研究所寒地土木研究所

・・・・・・

中村 隆寛

79

山田 充

・・・・・・
石田 武志

75○遠藤 天生

○植野 英睦19．超高層建物における吊取り解体工法の開発
鹿島建設（株）7183○藤原 健弥20．都心部での多軸台車による鋼製桁の送出し架設－交通量の多い道路横断部での生産性向上の取り組み－・・・・・・

鹿島建設（株）○早房 昭人21．鋼合成桁 RC 床版撤去における実物大供試体を用いた新技術の有効性の検討

・・・・・・

呉工業高等専門学校○石川 穂乃花
極東興亜（株）

重松 尚久
下野 聖也

89

95

22．近畿インフラ DX 推進センターでの官民人材育成の取組
全国初の官民人材育成機関としての研修及び広報活動

・・・・・・

国交省 近畿技術事務所

99

○菊池 弘

23．中小建設業への ICT 普及促進の取組～地域を地盤とする中小建設業への ICT 施工普及拡大を目指して～・・・・・・ 101

国交省 参事官（イノベーション）グループ○戸羽 義幸24．インフラ分野の DX に活用できる優れた民間技術の発掘～ インフラ DX コンペの開催 ～・・・・・・
国交省 近畿地方整備局

105○山東 諭司25．段差対向噴射式高圧噴射攪拌工法の生産性向上への取り組み
ICT 技術を用いた V-JET 工法

・・・・・・

三信建設工業（株）○島野 嵐（株）トーメック

109

山口 洋
星 宏明

26．ニューマチックケーソン工法における施工管理システムの開発
施工管理補助機能とケーソンショベルの自動化

・・・・・・ 113

オリエンタル白石（株）○根岸 直人岩崎 晃久（株）DeepX

片岡 知泰

27．圧入工法における載荷試験の効率的実施方法に関する研究
圧入機による簡易的な静的載荷試験（株）技研製作所

・・・・・・ 117

石原 行博○江口 正史森 敦

戸田 行紀

28．水素内燃機関活用による重量車等脱炭素化実証事業
水素専焼エンジン油圧ショベル及び水素供給事業実証プロジェクト
水素専焼エンジン油圧ショベルの開発に向けた検討

・・・・・・ 123（株）フラットフィールド○山浦 卓也

環境省 モビリティ環境対策課

須山 友貴

29．「燃費基準達成建設機械認定制度」における新たな燃費基準値の策定とカーボンニュートラルに向けた今後の取組について

・・・・・・ 127

国交省 参事官（イノベーション）グループ

秋本 雄希

30．コンクリート打設の自動管理におけるエッジ AI システムの利用
立命館大学

・・・・・・ 131○福原 大祐善本 哲夫

31．クレーンワイヤー全周囲外観検査システムの開発

横山 隆明

・・・・・・（株）熊谷組

宮川 克己○三浦 拓也

パシフィックシステム（株）

松崎 伸吾

32．クレーン敷板への偏心設置と降伏強度の関係に関する基礎的検討(独)労働者健康安全機構 労働安全衛生総合研究所

・・・・・・○堀 智仁(株)タダノ

135

139

玉手 聡
田中 直斗

33．少子高齢社会、担い手不足等を背景とする
ヒューマンエラーの防止に関する一考察～河川機械設備を事例に～・・・・・・

国交省 参事官（イノベーション）グループ○渡邉 賢一143

34．排水機場ポンプ設備における AI による状態監視診断について・・・・・・ 147（国研）土木研究所○平地 一典上野 仁土（株）ニュージェック

八木 悟

35．マスプロダクツ型排水ポンプの現場実証と新たな研究開発について
国交省 参事官（イノベーション）グループ

・・・・・・○永井 亮佑151

林 朋幸

36．転圧施工履歴データを活用した土量管理システムの開発
ICT データ活用による建設現場の生産性向上に向けた取り組み
西松建設（株）・・・・・・ 155○黒田 卓也

戸田建設（株）

本木 章平（株）奥村組高尾 篤志

37．熟練オペレータに代わる「自動運転ローラ」の開発，現場適用
鹿島道路（株）○伊藤 圭祐鹿島建設（株）中渡瀬 圭吾松本 俊彦

・・・・・・

西川 匠哉

藤本 大輝

吉野 修

平藤 雅也

浜本 研一

161

阪田 正弘

出石 陽一

三浦 悟

38．全自動鋼製支保工建込みシステムの開発
切羽作業を無人化するシステムの開発と自動化に向けた取り組み
前田建設工業（株）○五味 春香

水谷 和彦

39．自動建設ロボット開発のためのオープンソース型物理シミュレータの研究（国研）土木研究所○遠藤 大輔

松坂 要佐・・・・・・

165

小笠原 裕介・・・・・・

山内 元貴

169

橋本 毅

40．山岳トンネルにおけるドリルジャンボの遠隔操作システムの開発～切羽作業の無人化に向けた取り組み～・・・・・・
西松建設(株)41．NETIS 作業簡略化の検討○纐纈 善孝ジオマシンエンジニアリング(株)塚田 純一

古河ロックドリル(株)橳島 秀一(株)カナモト高橋 真琴

チャットボットの利用について

・・・・・・

国交省 参事官（イノベーション）グループ
42．業種・労働内容に依存した生体情報に基づく労働ストレスの基礎検討（株）熊谷組・・・・・・
○丹羽 誠

蔭山 逸行
畑本 浩伸

東京工業大学 環境・社会理工学院

179○櫻木 翔平

立命館大学 OIC 総合研究機構
マージシステム（株）

175

塘 将典
北原 成郎

仙石 愼太郎立命館大学理工学部

橋本 征二

名古屋市立大学 データサイエンス学部

児玉 耕太

183

Ⅱ

梗概集

Ⅱ－１

ポスターセッション要旨

１．建機用傾斜警報器 「Tilt-Alert」

・・・・・・(株)ハマダテクノス

187○濱田 佑介日立建機(株)小林 憲文

２．段差対向噴射式高圧噴射攪拌工法の生産性向上への取り組み
ICT 技術を用いた V-JET 工法

・・・・・・

三信建設工業（株）〇島野 嵐（株）トーメック
３．2023 年度上期の ICT 活用工事件数動向

山口 洋
星 宏明

・・・・・・

ベーシックインフォメーションセンター（株）

191○片岡 優介４．道路用維持機械のアタッチメントの開発について・・・・・・ 193

国交省 九州技術事務所
５．玉掛け不要！！災害復旧用小型移動式クレーン

189

原田 毅

○武藤 美代SiKiAIR・・・・・・ 195
日立建機日本（株）

竹内 豊

６．山岳トンネルにおける防水シートの自動溶着技術の開発
拝み溶着の自動化と品質管理の高度化

・・・・・・

五洋建設（株）○森瀬 彬

大栄工機（株）

197

北村 圭佑
佐藤 猛彦

７．ＩＣＴ除雪機械の開発
除雪トラックの作業装置自動化

・・・・・・

国交省 北陸技術事務所

〇福島 徹

前原 正之

199

姫野 利宗

８．作業所ＣＯ２排出量モニタリングシステム

・・・・・㈱竹中工務店○出口 明

ユアサ商事㈱川上 雄也㈱ゼロボード201

片山 賢

９．小型施工機による地盤改良自動打設システムの開発
GeoPilot®-AutoPile の適用範囲の拡大(株)不動テトラ・・・・・・○伊藤 竹史廣畑 憲史

今給黎 健一10．「除雪車オペレータ支援システム」の構想概要について

・・・・・・（国研）土木研究所 寒地土木研究所

〇山田 充

木村 崇

11． 建設現場 DX 対応無線ネットワーク構築ソリューション

203

山﨑 貴志

・・・・・・

西尾レントオール(株)

205

207

野瀬 健一

12．トンネル切羽への立入作業をゼロにする『自動装薬システム』の開発

・・・・・・

前田建設工業株式会社〇小笠原 裕介

209

13．山岳トンネル用自動ズリ積込機の開発～トンネルズリだし作業の省力化と安全性向上を実証～(株)フジタ・・・・・・〇石井 翔太(株)三井三池製作所

浅沼 廉樹
山田 照之

211

14．重機搭載レーザー計測システム トンネル版（重機 LS）の開発(株)フジタ・・・・・・〇石井 翔太213

浅沼 廉樹

ライカジオシステムズ(株)浮田 真樹

15．内径 100mm 以下のパイプラインを点検するロボット
人工筋肉ミミズ型ロボットと フレキシブル センサー・・・・・・(株)ソラリス梅田 清（株）ＣＡＳＴ

中妻 啓（株）カナモト○庄野 和隆

215

Ⅰ

論文集

1．災害復旧時の無人化施工適用可否の判断のための必要情報と判断者の役割に関する研究
国立研究開発法人土木研究所
前田建設工業株式会社
清水建設株式会社
大成建設株式会社
大成建設株式会社
国立研究開発法人土木研究所
芝浦工業大学

○ 茂木
坂下
鈴木
金
小森
山口
油田

正晴
誠
正憲
浩昭
聡
崇
信一

１．はじめに“無人化施工に対応可能な操作オペレータの確保
我が国の国土は，地震，津波，暴風，竜巻，豪雨， 及び選定に関する検討” も行った，これに関する
地滑り，洪水，崖崩れ，土石 流，高潮，火山噴火， 考察は，別稿 2)にて報告している．
豪雪など極めて多様な自然災害が発生しやすい環境下に位置する．国土強靭化年次計画 2022 では，国家レジリエンス(防災・減災)を強化することにより， 現在，そして次世代の人々が安心して生きていける社会の実現を目指している．
災害発生において，人が立ち入ることのできない危険域での復旧作業に建設機械を遠隔で操作する無人化施工（写真-1）が活用されている．1991 年に雲仙岳で発生した火砕流に伴う復旧活動（1994年）より活用がはじまった．無人化施工の活用は，二次災害防止対策及び緊急を伴う現場内での除石
写真-1 無人化施工活用事例（雲仙復興工事現場）や排土作業といった復旧活動を安全・迅速に進めるうえで，極めて重要な手段となる．また，無人化
施工は，火山活動のように予測困難な現場での復 ２．無人化施工活用の課題と研究の目的
無人化施工技術は，災害復旧活動における迅速
旧活動等は，これまでにオペレータや作業者を携わらせるリスクの高い現場で活用され，200 件を超 な対応と二次災害防止の観点からの安全性確保に（自治体等での活用を含めると更 有効な技術として，土堰堤工事や除石工事においえる実績がある 1)て，掘削・積込み・運搬等の作業を中心に導入・活に相当な実績がある）．
本研究では，災害発生後に迅速・安全な復旧活動 用されている．
しかし，無人化施工は，災害現場における危険度を進めることを目的として，無人化施工の活用のに応じ適用されているものの，災害発生直後に，だ適否を判断するために必要となる情報について，
これまでに無人化施工による復旧活動に携わった れが・いつ・なにを・どのような，情報に基づいて施工関係者へのヒアリングによる調査を行い，過 無人化施工を適用するかという判断の基準が整備
去の無人化施工適用事例を体系的に整理した．ま されておらず，事実上無人化施工の実施は，過去のた，無人化施工を現場に適用する際の管理者，調査 災害対応経験者の判断に委ねられている．そのた者及び施工企業等の役割について，調査結果に基 め，災害の発生箇所及びその周辺状況によっては，リスク管理及び冷静な状況判断が不十分となるケ
づき検討した．
本稿は，次世代無人化施工技術研究組合(2014- ースが想定される．また，現場状況に応じた冷静な2023 年活動)での研究 “無人化施工の遂行に必要 判断を円滑に進めるため，復旧活動にあたる関係となる情報調査”1)の成果を再整理したものである． 者の役割を明確にする必要もある．
そこで，本研究では，災害発生後の迅速・安全な
なお，次世代無人化施工技術研究組合では，同時に-1-

復旧活動のための無人化施工の円滑な活用推進を目的とし，復旧活動への無人化施工適用の可否判
断基準となる必要情報，無人化施工による復旧活動を進めるうえで判断者となる管理者や調査担当者・施工企業等が果たすべき役割について調査・整
理した．

表-1

無人化施工適用の可否を判断するための情報（調査結果）

1

無人化施工適用の可否判断にあたっては，災害種別に問わず災害現場の状況から危険／安全区域の境界の適正な設定が必要となる．

2

危険エリアの設定に関しては，人が立ち入ることが出来るのかといった状況判断が重要となる．二次災害のリスクが想定される場合，無人化施工の適用が必要となる．

３．無人化施工適用の可否判断に係る情報の調査
災害規模や復旧における時間軸によって，無人化施工の本研究では，無人化施工の実績のある企業への適否の異なるケースが想定される（規模・時間の経過に
3
調査及び災害種別毎の緊急調査項目，無人化施工
よって現場内の二次災害リスクが低減するため）．
が適用された事例に基づき，無人化施工適用の可復旧工事の条件や内容等により判断する必要がある．そ否の判断に必要となる情報について調査・体系化の場合，情報不足は危険区域を明確にできないことから，4した．
地形データや土質・地質，流域の影響等の情報が必要と3.1 無人化施工適用の判断情報に関する調査なる．
本研究では，建設無人化施工協会に所属する企
無人／有人の判断には経験者等の感性が重要，例えば，業に無人化施工適用の判断に関する調査を行った． 5 土塊が滑ったらどのようになるのかといった現場内の詳
ここでは，二次災害の危険に伴う災害復旧場面に細な状況の把握が必要となる．
おいて，無人化施工の適用を判断するための判断
元の状態がどのように変化したのか，地形による地山の基準及び課題ついて調査を行った（調査期間：
性質，滑り面がどこにあるのかといった情報が必要とな
6
る．災害現場の崩壊地はクラックだらけで，どこが安定
2022/9/27～2022/10/19）．結果として，7 社より回答
しているのか不安である．
が得られた．また，詳細な実態の把握および課題の深掘りを目的とした詳細調査を個別ヒアリングに調査により地形データは比較的容易に取得できるが，さらに，地山内部の土質・地質データ，建設機械のトラフ
7
よ り 実 施 し た ． 個 別 の 調 査 は ， 2022/11/15 ～ィカビリティといった詳細情報も必要となる．
2022/11/24 に実施した．表-1 に調査結果を示す．
被災直後は，得られる情報は，全景写真等に限られるケ（役割の課題に関する調査結果は，4 章にて後述すースが多く，復旧対応における無人化施工適用の可否判る．
）
断は難しい．
8
3.2 災害発生後の緊急調査による取得情報
同じ被災地であっても状況は箇所によって異なるため詳
平成 23 年に国道交通省が土砂災害防止法を改正
細な情報が必要となる．
した後，大規模な二次災害の発生により人家等の保全対象に被害が及ぶおそれがある場合には，緊
国土交通省
地方自治体
急調査を実施することが義務づけられている．図河道閉塞
火山噴火
地滑り
1 に土砂災害防止法に基づく緊急調査の流れを示す．緊急調査は，河道閉塞に起因する土石流および降灰等の堆積状況
河道閉塞の高さ等
地割れ等の発生状
等の確認
の確認
況等の確認
湛水と火山噴火に起因する土石流が想定される場
合には，国土交通省が実施する（最近では，TECFORCE が発生直後から活動する）．一方，地滑り
地滑りによる被害
土石流による被害
湛水による被害がが及ぶおそれのあが及びおそれがあ及ぶおそれがある
による被害が生じるおそれのある場合には，都道る土地の区域・時る土地の区域時期
土地の区域・時期
府県が実施する流れが示されている．
期の想定
の想定
の想定
緊急調査によって取得される情報の抽出につい図-1 災害発生後の緊急調査の流れては，災害種別として(1)土砂災害，(2)火山災害，(3)地震災害を対象に，国土交通省管内での無人化 (1) 土砂災害時に取得する情報施工の適用事例に基づき整理を行った．
土砂災害として，自然斜面や渓流において，降雨
なお，本研究対象となる無人化施工の適否判断 誘因による土石流・がけ崩れ・地すべり・落石・地のため，必要情報の整理については，管理者（国土 盤崩壊・深層崩壊・表層崩壊による災害形態が想定
交通省や都道府県のほか，気象庁やTEC-FORCE等 される．また，既設の土工構造物に関しては，切土の専門部隊を含む）主体で実施する緊急調査の結 のり面の崩壊・盛土のり面の崩壊・盛土流出といっ果に基づき，これまでの無人化施工の適用事例に た災害形態が想定される．
基づき，適否判断に必要となる情報を抽出してき
主に降雨の作用による土砂災害では，被害は広た．
範囲に及んでいる可能性がある．そのため，崩壊箇所の位置や大きさ（規模），その数と分布傾向（疎・-2-密），崩土や浸水の影響範囲，まだ崩壊していない
周辺の環境，地形，渓流（崩壊箇所の上流・下流）に関する事前情報が必要となる．
また，土砂災害の場合，河道閉塞による湛水（天然ダムの形成）は，時系列的にみて，次の降雨の作用で崩壊・決壊することで大規模な土石流が発生するおそれがある．緊急調査では，被災箇所の位置と規模，下流側の保全対象の位置関係を知ることが重要視される．このとき，土石流による被害が想定される区域は，無人化施工の適用の可否を判断する「危険区域」に該当する．
つまり，緊急調査の要件を満たす「土石流の被害が想定される区域」は，保全対象を守る緊急砂防事
業として，後に無人化施工の適用を検討する対象の「作業エリア」になる可能性が高い．
無人化施工の適用を判断するにあたっては，実施する工事の目的，目指す復旧レベルを明確にする必要がある．抑制工と抑止工の選定は，緊急調査により把握される既に起こった崩壊地等の空間分
布と，これから大規模な土石流が起こりうる天然ダムの有無に加え，下流域における保全対象（道路・鉄道等の交通インフラや避難所等の公共施設を含む）の分布状況や降雨の予報によって判断される．近々，再び大雨が降る予報がある場合，抑制工を施工するだけのリードタイムを確保できない
可能性がある．無人化施工の適用にあたっては，建設機械や資機材の調達や現地搬入ルート等の制約
条件，モータープールを含む安全な施工ヤード（遠隔操作室を構築するスペース等）の有無など，多面的な情報を収集して総合的なリスクアセスメント
がその適用の決定に必要となる．
過去の緊急砂防事業における無人化施工では，抑制工と抑止工の両方に適用実績がある．抑制工と抑止工では，目的や砂防設備に求められる機能が異なるため，当然，無人化施工の計画や現場マネジメントでも復旧レベルや工法・工程・管理体制等の内容に違いが生じる．
無人化施工適用の判断としては，降雨実績により設定する基準値（時間雨量や積算雨量等）と予想
降雨量だけに頼らず，実際の現場の監視カメラ映像の異変やセンサーの挙動を速やかに検知する体系を予め構築することが肝要となる．
(2) 火山災害時に取得する情報
火山災害では，自然斜面への噴火・降雨誘因による，降灰・噴石・溶岩流・火砕流・融雪型火山泥流・
降雨誘因による土石流・溶岩ドームの崩壊・岩屑な
だれといった災害形態が想定される．
火山災害については，あらかじめ予測及び災害対応への準備がある程度可能である．全国111の活火山（令和4年3月時点の数）に対しては，気象庁が噴火災害軽減のための観測・監視・評価を実施し，

噴火警報・予報を発表している．さらに，活火山のうち，火山噴火予知連絡会3)が設定した『火山防災のために監視・観測体制の充実等が必要な火山』に該当する50の火山については，噴火の前兆を捉えて噴火警報等を適確に発表する手段として，地震計や傾斜計，空振計，GNSS観測装置をあらかじめ計画的に整備され，大学や火山に関する専門の研究センター，自治体等の関係機関が個別に観測したデータの提供も受けながら，火山活動を24時間体制で常時観測・監視している状況である．これらの『常時観測火山』の中には，過去に無人化施工を適用した実績のある雲仙普賢岳（1990年噴火）や有珠山（2000年），御嶽山（2014年）などの活火山も含まれている．このように，火山災害は，将来，噴火災害が起こりうる火山・地域がある程度特定されており，個別の火山減災計画が策定されている特徴がある．また，国土交通省砂防部では，火山噴火に伴い発生する土砂災害に対し，緊急対策を迅
速かつ効果的に実施して被害をできる限り軽減（減災）するために，「火山噴火緊急減災対策砂防計画策定ガイドライン4)」を作成している．火山噴
火緊急減災対策砂防計画とは，火山噴火時に発生が想定される溶岩流，火山泥流，土石流等の土砂災
害による被害を軽減するため，地方整備局および都道府県の砂防部局が策定する，ハード・ソフト対策からなる緊急対応（無人化施工の適用を含む）を定めた計画となっている．
ただし，火山災害は，火山活動の周期性や有史の噴火歴等から想定される噴火様式・シナリオが火山ごとに異なる（対象の火山がこれまでに経験した有史の記録や地形・地質等の形跡から推定される）．また，高い噴煙を上げる広域の降灰や融雪型
火山泥流のような大規模な被害が，降雨とは無関
係に突発的に発生するリスクがある．その反面，詳細な数値地形データの取得やカメラ，ワイヤセン
サ，計測機等による広域かつ多角的な監視体制や
光ファイバーケーブルを用いた高速情報通信網の整備が進んでいるという側面がある．
そのため，火山災害における無人化施工適用の可否対応については，個々の火山について，地形・地質性状や噴火史，想定される噴火シナリオなどに基づき，有識者等で構成される検討会を経て策定された「火山噴火緊急減災対策砂防計画」4)を踏襲することが，管理者と調査・施工企業等との連携の観点からも適切と考えられる．
(3) 地震災害時に取得される情報
地震災害では，地震誘因による自然斜面における災害形態として，地すべり・がけ崩れ・落石・斜面崩壊の発生が想定される．宅地造成地区では，盛土造成地の滑動崩落が想定される．
無人化施工が適用された事例には，2016年に発-3-生した熊本地震で被災した阿蘇大橋地区斜面防災対策事業がある．阿蘇大橋地区での無人化施工の計画にあたっては，緊急調査に基づき斜面下方を通過する道路・鉄道の交通インフラの早期復旧に向け，滑落斜面の先端に位置する危険区域の存在，斜面上部からの落石や崩土を捕捉する土留盛土を迅速・安全に築堤することが検討された．
坂西・北原の報告5)によると，阿蘇大橋地区で発生した大規模な斜面崩壊は，長さ約700m，幅約200mの範囲に及び，崩土量は約50万m3と推測された．崩壊した斜面上部には開口亀裂や段差地形があり，明瞭な滑落崖も形成されていた．当時は，降雨や余震の作用によって崩壊部の不安定な土塊の流出や崩壊縁の拡大などの二次災害リスクが懸念された．そのため，滑落斜面とその周辺地山の挙動を監視・計測しながらの無人化施工が適用された．
事例では，緊急調査に基づく情報から極めて二次災害の発生が高いことが推測され，無人化施工の適用判断に至ったものと考えられる．また，無人化施工の継続的な活用に際して，観測機器で記録・蓄積される時系列データは，危険区域内における二次災害のアセスメント，施工計画，現場マネジメントを行う上で必要となる要素となる．
初期の緊急調査において，複数の地点，異なる計器等による時系列データの挙動を無人化施工の適用判断以前より計測・分析しておく必要がある．
3.3 無人化施工適用の可否判断
3.2(1)～(3)では，災害発生時における復旧に必要な情報と無人化施工適用の可否判断に必要となる情報について整理した．表-2に無人化施工適用のための判断に資する情報を示す．判断情報の多く
は，災害種別に関係なく共通した情報となっている．
ただし，火山・地震災害時において必要となる情報については，緊急調査や事前に取得できる情報だけなく，気象庁のような外部機関から発信される最新情報が必要となる．
災害種別毎の災害発生後の緊急調査によって得られる情報から無人化施工適用の可否判断を行う
ことにより，復旧活動を迅速・安全に進めることが可能となる．
４．無人化施工運用における関係者の役割
4.1 災害リスクアセスメントの立場
災害発生直後の初動対応において，無人化施工
適用の可否判断をするには，二次災害リスクを踏まえたアセスメント（予測・評価）が必要となる．
この役割を担う関係者には，現地踏査・緊急調査等により現地状況を把握する土木関係建設コンサル
タント企業や施工企業等が想定される．これらの各者の具体的な役割としては，現地調査や収集した情報を踏まえて無人化施工を適用する地域・流域や対策工法の選定，そのための仮設道路や監視
カメラ，観測機器の配置箇所等を検討した上で，施工管理者（発注者）に二次災害リスクに関する情報を的確に伝達することである．
収集可能な降雨・地震の作用や地下水位の変位等の時系列的に変動する情報から，二次災害リス
クの本質を捉え，安全区域と危険区域の境界を設定することが無人化施工適用の可否を判断するうえで重要である．
4.2 現場マネジメントの立場
施工管理者や現場代理人（現場マネジメントの立場）には，作業エリア内で無人化施工を安全に遂行しつつ，計画に対する進捗を把握すると同時に，現場で発生した問題等に臨機応変に対処する役割が求められる．
そこで，無人化施工協会に所属する企業に対し，これまでの経験から現場マネジメントを復旧活動に携わる管理者（発注者を含む），調査・施工企業，
関係機関等の役割に関する課題について調査を行い，課題を抽出した．
結果のまとめとして，表-3 に示すように，現場状況の情報等について，関係者間で共有することや，復旧活動を進めるうえで，施工管理者（発注者）
・調査者・施工者それぞれの知見等から立場に関係なく協議・対応の方向性を進めることが今後求められよう．
５．まとめ
5.1 無人施工適用の判断に関する調査結果
ヒアリング等の調査の結果，災害発生直後の初動対応の場面における無人化施工適用の可否は，① 二次災害リスクがあるか，➁ 人が立ち入れな
いかどうかである．この内容は，松岡ら 6)が検討した判断フローの第一項目となる危険現象の想定をより具体化した項目といえる．
なお，火山災害では，気象庁が発表する噴火警戒レベルに紐づく立ち入り規制により，明確な安全・
有人エリアと危険・無人エリアの境界線が引かれることとなる．同様に，降雨土砂災害と地震災害でも無人エリアを明確に設定することで，無人化施工の迅速・適切な適用が可能となるものと考えられる．
そのため，現地の災害状況・施工環境等の作業エリアに関する情報を集約・共有して，リスクアセ
スメントをする「協議」の場が必要ということが，個別ヒアリングでも共通した意見として抽出され
た．

-4-

表-2
必要な情報

無人化施工適用のための判断に資する情報

災害種別

手段

必要な時間軸と入手するﾀｲﾐﾝｸﾞ

全景写真（空撮）

共通

航空機，ﾍﾘｺﾌﾟﾀｰ，UAV，衛星

都度，最新

三次元地形データ（図3.14）

共通

航空LP，UAV，TLS，SLAM

災害前，災害後（地形改変後）

被災状況

共通

航空機，ﾍﾘｺﾌﾟﾀｰ，UAV，人工衛星，地表踏査等

保全対象の位置共通

航空機，ﾊｻﾞｰﾄﾞﾏｯﾌﾟ等

緊急調査後（土砂災害防止法）
他の調査後（火山減災砂防計画等）
災害前，災害後（緊急点検後）

砂防関係施設の状況

共通

施設点検記録台帳，ﾍﾘｺﾌﾟﾀｰ，UAV，地表踏査

災害前，災害後（緊急点検後）

建物・施設等の変状

共通

点検記録台帳（擁壁などの構造物），地表踏査

アクセス路の有無共通

砂防関係施設点検記録，
ﾊｻﾞｰﾄﾞﾏｯﾌﾟ，ﾍﾘｺﾌﾟﾀｰ等

災害前，災害後（緊急点検後）※地震や噴火時の空振による災害後（被災状況とあわせて）※土地管理者への聞き取りも
災害後（リアルタイムは都度，更新）

共通
重ねるﾊｻﾞｰﾄﾞﾏｯﾌﾟ，火山噴火緊急減災砂防計画等（火山）

ハザードマップ（リアルタイム）
整備済みの監視情報（CCTVカメラ等）

共通

国，都道府県等の自治体のHP

都度，最新

緊急調査の結果

共通

国，都道府県等の自治体（TEC-FORCEや研究機関も）災害後

各種計器の観測データ（時系列の累積変化，ピーク値等の地点情報）

共通

設置後からの時系列データ
複数地点に各種観測計器を設置，カメラ映像等のﾓﾆﾀﾘ（火山や地震の場合は，平常時からの観測
ﾝｸﾞ，研究機関等からのﾃﾞｰﾀ提供
データも活用）地山の地質性状（面的な情報）

共通

目指す復旧レベル共通

安全区域の境界共通収集した情報から判断※リスクアセスメントの要

災害後，施工計画時（工事進捗により都度，更新）

降雨実績・予報共通

気象庁発表

災害前からの時系列データ

緊急地震速報による地震（規模・頻度）

地震

気象庁発表

災害前からの時系列データ

降灰予報
噴火警報・予報
噴火警戒レベル
土砂災害計画情報
火山減災砂防計画
噴火シナリオ

火山
火山
火山
共通
火山
火山

気象庁発表
気象庁発表
気象庁発表
都道府県・気象庁発表
活火山ごとに随時，公開
火山防災協議会等の発表

工法選定フロー火山

事前に計画されたフローを把握する

災害前からの時系列データ
都度，最新
都度，最新
都度，最新
災害前
災害前，災害後施工計画時（実際の噴火に対するシナリオと整合する）

表-3
1
2
3

4

5

施工計画時
地質図，地質ボーリング調査，弾性波探査，電磁気探（すべり面の推定，浮石除去の計画，崩土査，地表踏査等
発生土・残土処理など）
国，都道府県等の自治体
災害後
災害後に設置する検討会（工事進捗により都度，更新）

無人化施工適用時の役割に関する課題の取りまとめ

無人化施工実施において施工者の責任は重い．施工管理者（発注者）は，施工時における懸案や方針について密な連携が重要となる．
施工者に任せるところと施工管理者（発注者）で判断するところの境目を明確にする必要がある．
初動対応のアセスメントが重要であると考えるが，現状，施工者による管理と現場調査者（コンサル）の情報は，施工管理者（発注者）に対して一方通行になっている．
無人化施工の適用を判断する段階では，３者会議等（管理者・調査者・施工者）において，情報や技術について対等に協議する必要がある．
災害復旧の大前提（安全・迅速な対応）を明確にし，災害復旧アセスメントが重要となる．情報共有と役割を予め明確化にする必要がある．

-5-

5.2 無人施工適用の目的に関する再整理
無人化施工適用の可否判断にあたり，無人化施工適用の目的については，以下のように再整理される．
(1) 早期復旧
災害から早く応急的に復旧して，社会経済活動への影響を小さくする(2) 被害の最小化
保全対象や道路，鉄道等の交通インフラへの被害の拡大を抑える(3) 作業者の安全確保
作業エリア内の作業者の安全を守る，危険箇所での安心・安定した復旧活動の推進

施工中断の判断基準など，より具体的なアクショ
ンプランを立てる段階に移行する．

６．今後の課題
今後，本研究結果を踏まえ，災害復旧活動への安全・迅速な対応に向け，無人化施工を円滑に活用するための具体的な体制等の整備が必要である．そのため，関係者間との情報共有を可能とするネッ
トワーク形成や意思疎通のための定期的な訓練等の実施が重要となる．
また，無人化施工活用のため，その適用の可否判
断は，現場状況及び周辺への影響等を把握・予測することが前提となる．そのためには，より迅速・正確な情報の取得及び伝達するための技術が求められる．

災害対応時においては，一般に(1)の早期復旧が強く求められる．無人化施工適用の可否判断として，施工管理者（発注者）は，「早期復旧」ということが前提になければ，不安定な土塊が降雨・地震 ７．謝辞
本研究を進めるにあたり，調査に協力いただいた次世
等の自然の作用によって安定化するまで工事着手を待てばよいと判断してしまう．また，二次災害を 代無人施工技術研究組合会員，建設無人化施工協会，調含め被害の拡大を防ぐことや，施工者が危険区域 査整理に協力いただいたアジア航測（株）佐野様，滝川に建設機械等を進入させるリスクを負う必要性が 様，北村様にこの場をかりて御礼申し上げます．
ない．
参考文献
5.3 災害時の無人化施工適用の可否判断におけ
1) 建 設 無 人 化 施 工 協 会 ホ ー ム ペ ー ジ ：る役割
http://www.kenmukyou.gr.jp/works/works_list.php
災害後の初動対応における無人化施工の可否判
2) 茂木正晴・他：無人化施工に対応する操作オペレータの断を行う体制について全体像を整理した．
確保及び選定に関する一考察，第21回建設ロボットシン
災害発生の直後は，気象庁等が，土砂災害警戒情
ポジウム，O6-4，2023.9
報や緊急地震速報，噴火警報・降灰予報等の「情報」の予測を含めて速報的に発信しつつ，大学等の研 3) 気象庁：中長期的な噴火の可能性の評価について追加調
査取りまとめ，2022.3
究機関を含めて今後の降雨，余震，噴火等に関するデータ分析が進められる．これにより，まず起こり 4) 国土交通省砂防部：火山噴火緊急減災対策砂防計画策定
ガイドライン，2023.5
うる災害形態が明らかにされる．
その後，対象となる災害現場の管理者と管理者 5) 坂西孝仁・北原成郎：総合的なi-Constructionによる緊急災害対応--阿蘇大橋地区斜面防災対策工事における無（発注者側）とあらかじめ災害協定を締結してい人化施工--，建設機械施工，Vol.69 No.12，pp.20～26,
る民間企業や TEC-FORCE 等の専門部隊が，現地2017.11
踏査・緊急調査等を実施することで，発注者側・施工側の現地担当者等と災害状況・施工環境等に関 6) 松岡雅博・堤宏徳・中濃耕司：災害現場における無人化
施工の導入事例，2019年度砂防学会研究発表会，R4-014
する「情報」が共有される（全景写真，地形データ，，pp.213～214，2019.5
保全対象の位置関係など）．
発注者（官側）は，通常，３者協議や有識者を含めた技術検討会等で目指す復旧レベルや段取りの方針を決定する．その際，その最終判断をする前の「協議」の場において，建設無人化施工協会や公的研究機関，ゼネコン・施工企業，オペレータ専門業
等，土木建設コンサルタントが参画し，無人化施工
適用の可否を標準フローに従って検討するのが望
ましいという知見・考え方が，個別ヒアリングでも挙げられた．
この段階で無人化施工の適用が判断された場合，遠隔操作室，ヤード，アクセス路等の確保や無人化-6-

２．無電柱化に向けたトレンチャーを活用した掘削試験について(国研)土木研究所寒地土木研究所 ○ 永長 哲也(国研)土木研究所寒地土木研究所
中島 淳一

１．はじめに北海道の自然田園域のような魅力的な景観を有する郊外部の道路では，無電柱化により飛躍的に景観が向上するとともに，車両衝突リスク低減につながるなど都市部と比較しても無電柱化の効果は高い。
しかしながら,このような郊外部の道路の無電
柱化は，管路条数は少ないが，施工延長が長いといった特徴を踏まえた，現場条件面の施工効率化が求められている。
また，近年の激甚化する災害に対応するため，電力レジリエンス強化ニーズの高まりなどから電力事業者による単独地中化も始まっている。
そこで,このような情勢に対応した無電柱化施工技術に関する取組みの一環として，トレンチャー（ケーブル埋設用掘削機械）を用いた狭隘断面での掘削，管路敷設等について，施工試験を行ったので報告する。
２．トレンチャーの概要
トレンチャーとは一定の幅と深さで連続掘削が可能な機械の総称である。今回，施工試験に使用した機械は,掘削幅最大 610 ㎜,掘削深さ最大 1,000㎜の範囲で掘削が可能である。なお,掘削幅は掘削
刃の取付位置の変更により,200～610 ㎜まで可変可能である。機械の諸元を表-1 に示す。
トレンチャーは施工範囲内に支障物がなく，施工作業幅が十分で，沿道利用が少ない，連続掘削が可能な郊外部での施工に適している 1)(写真-1)。
トレンチャーの掘削チェーンには，路盤など固い地盤の掘削に適した超硬タイプの掘削刃が付いており，チェーン回転により土砂の掘削および排出を行う。また，掘削土砂を排出するためのベルト
コンベヤが付いており，掘削作業と同時に 4t または 10t ダンプトラックへの積込作業が可能である。
更に後方には掘削した底面の整地を行うためのブ
レード状のトレンチクリーナーを装備している（写真-2）。

表-1
機関出力（本体用）
機関出力（コンベヤ用）
掘削機構
全長
全幅
全高

55.2kW（74PS）軽油
19.8kW（26.5PS）ガソリン
チェーン式
10,600mm
2,520mm2,470mm7,400kg

車両総質量
最大掘削深

1,000mm

最大掘削幅
掘削機オフセット量

610mm（最小200mm）
400mm

その他

排出コンベヤ付き

写真-1

トレンチャーによる施工

写真-2

-1-

機械諸元

トレンチャー外観

【従来】 ※寒冷地の浅層埋設・バックホウ掘削・砂基礎t=10cm
・管路敷設（CCVP管φ130）
・砂巻(水締め)，⼈⼒埋め戻し【R4試験】
・トレンチャー掘削（W=20cm）
・砂基礎無し・管路敷設（角形FEP管φ130 ）・砂巻(水締め)，⼈⼒埋め戻し

掘削幅︓0.84m

舗装

路盤

路盤

掘削深さ︓約0.884m

舗装

埋戻

砂

埋戻

砂基礎

掘削余幅
︓0.2m

掘削余幅
︓0.2m

設計断面（電力用管路）【R4試験】
・トレンチャー掘削（W=20cm）
・砂基礎無し・管路敷設（RR-VE管φ54）
・砂巻(水締め)，⼈⼒埋め戻し【従来】 ※寒冷地の浅層埋設・バックホウ掘削・砂基礎t=10cm
・管路敷設（RR-VE管φ54）
・砂巻(水締め)，⼈⼒埋め戻し

掘削幅0.2m

掘削幅︓0.6m

舗装

路盤

路盤
掘削深さ︓約0.88m

舗装

埋戻

砂

RR-VE管φ54

埋戻

RR-VE管φ54

砂掘削深さ︓約0.8m

図-1

砂基礎

掘削余幅
︓0.2m

掘削余幅
︓0.2m

図-2

設計断面（通信用管路）【電力用管路】〔新工法〕
トレンチャー

約136.5m/h 約207.0m/h※掘削のみ※掘削土積込、DT入替有※R4試験による実測値（掘削幅20cm、掘削深さ95cm）〔従来施工〕
約34.3m/h
バックホウ ※土木工事標準積算基準書による試算値（掘削幅20cm、掘削深さ95cm）【通信用管路】〔新工法〕
トレンチャー

約173.6m/h※掘削土積込、DT入替有

約273.1m/h※R4試験による実測値（掘削幅20cm、掘削深さ80cm）〔従来施工〕
約40.7m/h
バックホウ ※土木工事標準積算基準書による試算値（掘削幅20cm、掘削深さ80cm）

図-3

掘削速度の比較

写真-3

管路材接続状況

3.3 施工精度
掘削区間の数ヵ所で計測した結果，狭隘断面での管路敷設に必要な底部の掘削幅は設計幅が確保されていた。また，掘削断面は，壁面の崩れや，底面の不陸もなく平坦な仕上がりとなっていた。
3.4 管路敷設
管路敷設では，掘削幅が狭く作業員が掘削溝内に入れないため，地上で施工が可能か検証した。

-2-

砂角型FEP管
φ130

砂︓0.384m

CCVP管
φ130

掘削深さ︓約0.95m

掘削幅0.2m

砂︓0.38m

３．狭隘断面の掘削試験
トレンチャーは早く掘削できる利点がある一方，埋戻しなどの後工程の作業が追い付かないことが課題の一つである。
そこで，埋戻しなどの影響を最小限とするため，狭隘な設計断面とした。また，狭隘断面での配管敷設，埋戻し，締固めが可能か検証した。
試験は，令和 4 年 10 月に北海道石狩市にある寒地土木研究所石狩吹雪実験場構内で行った。
3.1 施工断面
電力用管路材（CCVPφ130）×2 条を敷設する場
合，従来は作業余幅を考慮し,掘削幅を 840 ㎜としていたが，角型多条電線管（φ130）を採用し，更に縦積みすることで，200 ㎜に縮小した（図-1）。これにより，トレンチャーの最大掘削能力の範囲内（610 ㎜）での作業が可能となった。
通信用管路材（RR-VEφ54）×4 条を敷設する場合，従来は作業余幅を考慮し,掘削幅を 600 ㎜としていたが，作業余幅を極力縮小し 200 ㎜とした（図-2）。
トレンチクリーナーにより底面が平坦に仕上がるため砂基礎が不要となり，掘削深さは電力用管路で 950 ㎜，通信用管路で 800 ㎜に抑えられた。
これにより，断面積を従来の約 7 割に低減できた。
3.2 施工速度
図-3 に示すとおり,掘削速度は，電力用管路は掘削のみで約 207m/h での施工が可能であった。掘削
土砂の運搬に 4t ダンプトラックを使用する場合（土砂の比重 2.1，積込量 1.9m3 程度），10m 毎にダンプトラックの入替えが必要である。なお,ダンプ
トラックの入替時には 1.5 分程度のタイムロスが発生する。また，この分を考慮すると掘削速度は約136.5m/h となる。しかし，従来のバックホウ掘削
34.3m/h と比較しても大幅な施工速度の向上が図られた。通信用管路は掘削のみで約 273.1m/h での施工が可能であった。電力用管路同様，掘削土砂の運搬に 4t ダンプトラックを使用する場合，12m 毎にダンプトラックの入替えが必要であり,この分を考慮すると掘削速度は約 173.6m/h となる。しかし，従来のバックホウ掘削 40.7m/h と比較しても大幅な施工速度の向上が図られた。

※掘削のみ

電力用管路の角形多条電線管(φ130)2 条の敷設にあたっては，写真-3 のとおり，管路端部を持ち上げ，掘削溝内に落ちないように鋼管等で養生したのち，地上部で管路接続部の方向を平行になるように調整しながら，接続を行った。角型多条電線
管は，軽量なため施工は容易であった。また，可撓性があるため，管路端部を持ち上げ，地上部での接続も容易であった。
掘削幅が設計通りに施工されており，掘削断面の仕上りが良いため管路材はほぼ隙間なく収まった（写真-4）。
通信用管路の RR-VE 管(φ54m)4 条は，本来は掘削溝内で水平に接続しなければならないが，φ54 の場合，写真-5 のとおり管径が細くある程度柔軟性があったため，電力用管路と同じ方法で管路の接続が可能であった（写真-6）。
電力用管路，通信用管路とも,接続部は平行に保持しなければならないため，図-4 に示すような管路接続用の作業架台が有効であり，今後検討が必要である。また，VE 管などの可撓性の低い管種の接続についても検討が必要である。
砂の締固めは，余幅がなくてもハンドタイプのタンパと水締めにより従来どおりの締固めが可能であった。
４．上下二段掘削の試行
電線類地中化の施工ニーズとして，路盤材のみの鋤取り作業があったため，この施工試験を行った（写真-7）。
試験は，令和 5 年 3 月に北海道札幌市内で行った。
試験断面は，図-5 に示すとおりとし，掘削幅は305 ㎜，掘削深さは，二段階掘削を前提に，一次掘削が地表から 400 ㎜，その後トレンチャーを掘削
開始箇所まで引き戻し，二次掘削として更に 200 ㎜
追加掘削した。
4.1 施工速度
図-6 に示すとおり，掘削区間の施工時間から算出したトレンチャーの掘削速度は，掘削のみで約99.0m/h であった。掘削土砂の運搬に 4t ダンプト
ラックを使用する場合（土砂の比重 2.1，積込量
1.9m3 程度）
，一次掘削は掘削延長約 16m 毎に，二次掘削は約 31m 毎にダンプトラックの入替えが必要である。なお,ダンプトラックの入替時には 1.5
分程度のタイムロスが発生する。また，この分を考慮すると掘削速度は約 71.4m/h となる。しかし，従来のバックホウ掘削の約 35.6m/h（土木工事標準積算基準書による試算値）に比較し，約 2 倍の施工速度となっている。

-3-

写真-4

管路敷設状況

写真-5

管路接続状況

写真-6 管路敷設状況
接続管

設置済管

図-4

接続用架台

接続用架台（イメージ）

4.2 掘削精度
二次掘削後に掘削区間の数ヵ所で計測した結果，何れの断面においても,管路敷設に必要な底部の掘削幅は設計幅が確保されていた。二段掘削の場
合,一度掘削した箇所を再度掘削する際に,同じ位置に掘削機をセットすることは困難なため,掘削深さの中間から地表部が広がる傾向がある。
掘削断面は，壁面の崩れや，底面の不陸もなく平坦な仕上がりとなっていた（写真-8）
。

写真-7

試験状況

掘削深さ：0.4ｍ

掘削幅：0.305ｍ

掘削深さ：0.6ｍ

５.まとめ・電力用管路 2 条，通信用管路 4 条による従来型の設計断面から改良型の狭隘設計断面にしたことで，トレンチャーによる掘削施工が可能となり，従来のバックホウ施工と比較して 4 倍程度の大幅な施工速度の向上が図れた。
・トレンチャーによる掘削施工は，設計断面が確保されると共に，断面の仕上がりが良好で，掘削面の崩れもなく床仕上げも不要となる。このことは管路敷設作業においてもメリットとなるため施工全般の効率化にも貢献した。
・改良型狭隘断面設計においても，特に角型多条電線管は，管路接続，敷設作業への支障はなく，作業性は良好であった。
・狭隘設計断面においても,砂の締固めは余幅が無
くても従来と同等の作業が可能であった。
・路盤材のみを先行して鋤取りし,その後その下部を追加掘削する二段掘削するという特異ケースにおいても従来のバックホウ施工に比較し，施工速度は 2 倍程度となり施工速度の向上が図れた。

一次掘削
t＝0.4m

二次掘削
t＝0.2ｍ

図-5〔新工法〕
トレンチャー

掘削断面
約71.4m/h 約99.0m/h※掘削土積込み、ダンプトラック入替有り〔従来施工〕
バックホウ

約35.6m/h※土木工事標準積算基準書による試算値（掘削幅30.5cm、掘削深さ60cm）

図-6

掘削速度の比較

今後は，より多くの様々な現場ニーズに応えていくと共に，更なる全体工程の短縮を目指し，付随する他の関連作業の効率化についても検討してい
きたい。
参考文献
1)(国研)土木研究所寒地土木研究所寒地機械技術チーム：
ケーブル埋設用掘削機械（トレンチャー）を活用した施工の手引き（案）,2021

-4-

※掘削のみ

※R4試験による実測値（掘削幅30.5cm、掘削深さ60cm（一次40㎝∔二次20㎝））

写真-8

掘削断面仕上り状況

３．除雪作業のレジリエンス能力向上と働き方改善
レジリエンスエンジニアリングの試行

株式会社建設 IoT 研究所
株式会社環境風土テクノ
株式会社堀口組○ Jevica
須田 清隆
湯浅 勝典

１．背景
状況に柔軟に対応しながら事故・災害に至らない
建設現場の AI /ICT 化推進による「働き方改革」 よう「安全状態の維持」を目指す考え方を SafetyⅡとして、生産性を高めるとともに、「安全性の向上」 として、SafetyⅠと SafetyⅡを融合し起こりえる事「品質管理の簡素化」など、多様な課題への取組が 象に対して予見・注視・対処のサイクルを学習する
求められている。しかし豪雪地の除雪問題の働き ことで安全体系の具現化を表している。
方改革への技術開発は、地域中小建設業にとって、
人的・資金的制約が大きく、また AI/ICT 技術の不足など DX 化対応の遅れなどから、その改革が進んでいるとは言いがたい状況にある。
豪雪地の課題である除雪作業を対象にして、人間のメンタルを重視した作業員の AI を活用した生
産性向上技術と除雪作業員のレジリエンス能力を図-3 レジリエンスエンジニアリング概念
高める安全性向上技術の必要性は高くなっている。

図-1

早朝からの視界不良 図-2

早朝からの視界不良

２．レジリエンスエンジニアリング
本試行では、多機能ウェアラブル生体センサー（以後生体センサー）や建災防方式『新ヒヤリハッ
ト報告』を感性センサーとして活用し、除雪作業者の生体情報や活動情報を可視化するとともにクラウド上でデータベース化し、生体センサーにおいては危険予知アルゴリズムや生活習慣の分析アル
ゴリズムをシステムに組み入れることにより❶除雪作業者の疲労度評価、❷作業ストレス負荷の可視化を図り、❸ワークライフバランスの改善を図
り、❹除雪作業者のレジリエンスを高める除雪作
業のレジリエンスエンジニアリングを提案している。
レジリエンスエンジニアリング（図 3 参照）とは、本山の報告１）（2021）によれば安全におけるヒューマンファクターの取組について、人間の負の側面に着目した危険の芽とする「事故防止」の考え方を SafetyⅠ、
人間の正の側面に着目して変化する

３．事前検討
事前検討では、レジリエンスエンジニアリング
における経験に裏付けている「事故防止」の考え方の SafetyⅠを「安全に対する身体的な心拍変動や深部温などのフィジカルな感度」として捉え、「安全状態の維持」を目指す予見的な考え方の SafetyⅡを「感覚的に捉えられるワークライフバランスなどのメンタルな感度」として捉えることの有益性を検討している。
3.1 生体センサー
試行で採用した生体センサー（図 4 参照）は、
胸に張り付けることにより心電、心拍、呼吸、皮膚温、深部温、発汗の程度やストレス度（自律神経活性化度）等の種々の生体情報と活動度や姿勢などのモーション情報（XYZ の加速度）ならびに環境
情報その他の一次情報（図 5 参照）をリアルタイ
ムに精度よく収集し、また収集した各種データは低消費電力 Bluetooth 無線規格（BLE5.0）により被験者が携帯するスマートフォンに送信、蓄積される。また、スマートフォンを経由してクラウドサー
バーに送信、蓄積され遠隔臨場することが可能にしている。本社や現場管理者は、除雪作業の現場から離れた位置からで、除雪作業において、いつ、どこで、だれがどのような負荷作業を行っているか、
その作業員の体調管理を可能にしている。

-1-

4.1 試行実験（夏期）
試行実験（表 1 参照）では、夏場の重機作業〈図7 参照〉での練度の違いによる動作と生体反応を捉えたレジリエンスエンジニアリングについて検
討する。
表-1
図-4

多機能ウェアラブル生体センサー（Vitalgram®CT2）

実験内容

実験内容

被験者

生体センサー 重機作業員 4 人

備考
ブルドーザー，(熟練 2 名，未熟練 2 名）バックホウ

図-7

図-5

ブルドーザー操作時の生体測定（内側・外側)

4.2 試行実験結果(1) 加速度（XYZ）
試行実験で運転動作を XYZ の加速度（図 8 参照）で捉えた場合、未熟練者が熟練者に比べて、立上げからの乱れや作業時の乱れなど大きいことな
ど動作の不安定感が強いことが確認された。

クラウドで管理しておる生体情報と活動度

3.2 感性センサー
感性センサー（図６参照）は、「ヒヤリハット」
を撲滅すべき「危険の芽」として捉えるだけでなく、「事故・災害に至らずリカバリーできた成功体験」
でもあると位置付け、その背後要因（作業負荷、心身の状態、コミュニケーション、働きがい等）とと
図-8 熟練度の違いによる加速度（予備実験）
もに、事故・災害に至らずリカバリーできた背景等を分析し、現場、職種単位で災害防止に必要なレジリエンス能力（人間力、現場力）の測定を行うもの (2) 心拍数、心拍変動（LF/HF）
熟練者は、心拍状態が標準 65～75 に対して 100である。
前後(図 9 参照)でも心拍変動（LF/HF）の変化 2.0前後と一定の緊張感があっても比較的安静状態に近く、緊張や興奮状況の神経反応が低いと捉えられる。一方、未熟練者（若年者）は心拍数が 100 前後であっても心拍変動（LF/HF）平常時 2 から 10を超えており、緊張感とストレス状況下での興奮状態やパニック状況などの神経反応の兆候（図 10参照）と伺える。
図-6

新ヒヤリハット報告の入力装置

４．練度とレジリエンス
除雪運転者の練度の違いによる心電、心拍変動（LF/HF）などのバイタル値とともに「ヒヤリハッ
ト」発生の背後要因とレジリエンス能力を捉える
試行実験を行う。
-2-

図-9

熟練度の違いによる心拍数（予備実験）

図-10

熟練度の違いによる心拍変動（予備実験）

4.3 考察練性の違いによる動作反応と生体反応には、未熟練者に観られる加速度の乱れ（図 8 参照）や心拍数、心拍変動（LF/HF）が高い緊張感とパニッ
ク状態が継続するなどの状況（図 10 参照）が観察され、これはパニックになっている原因自体に操作ミスなどのヒヤリハットが発生していると想定
すると、その対応方法が SafetyⅠ状態を表す指標になると考察できる。
一方、熟練者に観られる加速度が比較的に安定し、心拍変動（LF/HF）が高く変動しても短時間で低い状態に移行し安定した状態の維持が図れておりパニック状態への対応が高いと想定される。
これは、生理的反応として「安全状態の維持」を求めるものと考えられ SafetyⅡ状態を表すとものと考察される。以上の結果を踏まえると、重機操作でのレジリエンス能力を評価する上で生体反応の活用が有効であると考えられる。

5.1 除雪作業実験結果
加速度においては（図 13 参照）、熟練者はｚ方向の動作として体を沈ませながら重機操作しているのに対して、未熟練者は沈ませる動作が確認されていない。熟練者は、心拍数が 80 を基準に変動しているのに対して未熟練者は 100 を基準に変動（図 14 参照）している。熟練者に比べて未熟練者の心拍数、心拍変動の変化（図 15 参照）が大きく
緊張感が高くストレスが大きいことが推察される。
また、効率性においては、停止精度や停止時間（表 2 参照）において、未熟練においては作業時間も長く、操作精度も悪いなど、緊張感やストレスが過大になると生産性にも影響することが推察
される。
表-2

一往復当たりの
平均作業時間

前進時

後退時

23 秒

4.33 cm

56.67 cm熟練

18 秒

0.00 cm

17.67 cm

図-15

除雪技能実験

図-12

実験パターン

停止精度（平均）未熟練

５．除雪作業実験（冬期）
除雪作業実験では、試行実験の結果を活用して除雪作業でのストレス評価からレジリエンスの測定実験を行っている。実験では、20 m 間隔に設置
した停止線間を除雪重機で往復操作した時の重機作業（図 12 参照）を行い、停止線に対する停止の際の誤差と一往復当たりの操作時間を計測している。重機オペレータ〈4 名〉に生体センサーを取り付けて、オペレータの動作 XYZ 運動)、心拍数、心拍変動（LF/HF）などを測定し、作業動作とストレス状態について検討している。同時に除雪部隊（30 人）に対して職場環境やレジリエンス能力を測る感性センサーによるオンラインアンケート調査を実施している。

図-11

停止時間と距離精度測定

図-13

熟練度の違いによる加速度

図-14

熟練度の違いによる心拍数

熟練度の違いによる心拍変動（LF/HF）

5.2 新ヒヤリハット報告調査
新ヒヤリハット報告の記録結果を集計分析した結果を以下にまとめている。
(1) 年齢別背後要因
除雪の職場では、経験年数が上がるほど「仕事のコントロール（裁量度）」が高い傾向にあり、年-3-

配の作業員のモチベーションの高さが確認される。
拍変動（LF/HF）の変化点や頻度などでパニッ
また「WE（ワークエンゲージメント）」の視点でク状態（ヒヤリハットの発生）を指標化するこは、経験年数 20～30 年が最も高く、子供の教育なとで通常時に気付かないヒヤリハットの検知
ど生活面での負担が大きい経験年数 10～20 年がを可能にすると考えられる。
相対的に低くなっていることが確認できる（図 16 (2) 感性センサー（新ヒヤリハット報告）からは参照）。
「除雪作業」という高ストレス作業のなかで、

図-16職場における背後要因の年齢別比較(2) 年齢別レジリエンス
経験年数 5～30 年の職員は「知識経験の活用」「周囲に注意」が高く、周囲に注意しながら、災害を回避するレジリエンス力の高さが想像できる（図 17 参照）。
また、経験年数 1～5 年は「周囲からの声掛け」「予測」「予感」が高く、経験が少ない若い作業員には、危険な場面に遭遇した時に、仲間からの声
掛けサポートなどコミュニケーションの良好さに助けられているものと推察できる。

そのストレスに対応する方法として使命感の高い職場風土を形成することが重要になることが確認された。特に、未熟練ほどストレスを回避するレジリエンス能力が低いと思われ、動作や心拍変動値（LF/HF）を指標化すればレジリエンスへの意識づけに繋がることが期待される。
(3) 感性センサーと生体センサーの組み合わせによって、遠隔臨場での作業員の生産活動のス
トレス状態と健康状態をリモート監視・管理することで、レジリエンス能力を高め安全性の高い生産空間を創造するレジリエンスエン
ジニアリングの有益性は大きくなると考える。
７．最後に本研究は、除雪作業におけるメンタルヘルスをテーマにしているが熟練度を操作動作などの加速度などで可視化することで、若年層に対する分か
り易く、操作技術を伝授し、若年層のレジリエンス
能力を醸成する職場環境などを創出することで、今後の除雪作業の働き方が変わってくると期待するものである。
本研究開発を進めるに当たって生体センサーについては開発者のアフォードセンス（株）の樋口行
平氏、新ヒヤリハット報告に関しては一般社団法
人仮説工業会の本山謙治氏、田村和佳子氏において現地での直接指導などを頂いたことを感謝する次第である。
参考文献
1) 本山謙治、施工の安全対策の深化 建災防方式新ヒヤリ
ハット報告を活用した建設業における安全衛生管理DX

図-17の方向性について，建設マネジメント技術Vol. 523，p. 8-

職場におけるレジリエンスの年齢別比較

15, 2021
2) 須田清隆、金井理、新型コロナ禍でのi-Constructionと働
６．まとめ
き方改善 ─中小建設業でのリーンマネージメントと除雪作業で実施した生体センサーと感性センサ
労働環境改善試行」JACIC情報124号，2021
ーを活用したレジリエンスエンジニアリングとし3) 須田清隆他: 「『AI・IoTを活用した除雪作業の省人化とての有効性を以下にまとめている。
(1) 生体センサーによる生体反応と動作反応では、 安全性向上』に関する報告‐除雪作業のレジリエンス能
力向上と働き方改革‐」JACIC情報128号，2023
例えば練度が低いと不安定な動作とともに緊張・興奮状態が観察されるなど、練度によるス
トレス要因が検知できると考察される。特に今回の試行では、運転動作において、操作精度を悪く、作業速度が遅いことがストレスの要因になっていると思われ、生体センサーの心-4-

４．３Ｄカメラ活用によるプルーフローリング試験のデジタル化について株式会社 NIPPO
株式会社 NIPPO
株式会社ザクティ

１．はじめに舗装構造の下層部には，主に地山や盛土材からなる路床と，その上に砕石を敷き均し整正した路盤と呼ばれる層がある。この路床や路盤は，それらの上層に敷設されたアスファルト舗装に掛かる
走行荷重を適切に支える役割があり，支持力がな
ければアスファルト舗装が破損するリスクが高まる。アスファルト路面に破損が生じた場合，車両の快適な走行に影響が出るため，確かなものづく
りやインフラマネジメントの観点から路床，路盤の品質は重要である。
路床や路盤の支持力を確認する品質管理試験の一つにプルーフローリング試験がある。この試験は，仕上がった路床，路盤上に荷重車となるダンプトラックやローラを走行させ，その走行荷重により路床，路盤（以下，地盤）面が変形しないかを試験員が目視で観察し良否を判定するもので，施工範囲の全幅，全域を試験員が歩いて荷重車を追尾し目視観察を行う（写真-1）。不良と判定された箇所にはマーキングを施し，測点や場所を野帳などへ記録した後，固化材による地盤改良や材料を入れ替えるなどの処置を検討し，野帳へ記録した試験結果は，事務所にて試験結果報告書にまとめる。これが当該試験の一連の流れである。

写真- 1

プルーフローリング試験（従来方法）

当該試験は，荷重車と試験員がいれば実施可能
で，リアルタイムに判定できる簡便さがゆえ，長い間，試験方法を変えることなく実施され続けて

○ 立花
駒坂
鈴木

洋平
翼
章仁

いるが，働き方改革や担い手不足に対し労働環境を変革する取り組みが推進されている現代においては，作業効率や安全性の観点からいくつかの課
題を確認した。
この課題解決に向け，当該試験に先端技術を取り入れ，デジタル化を実施した詳細を報告する 1)。
２．プルーフローリング試験
2.1 不良箇所で発生する変形と目視観察
プルーフローリング試験により不良と判定された箇所に発生する地盤の変形は，塑性変形と弾性変形の 2 種類がある。
塑性変形（写真-2）は，不良箇所において荷重車の通過に伴い地盤が沈下し，荷重車の通過後に通過跡が地盤上に残る変形で，目視観察での発見は難しくない。

写真- 2

塑性変形の例

一方，弾性変形（図-1）は，荷重車が不良箇所付
近を通過中に地盤は沈むが，通過後は元に近い状態まで戻るたわみ変形で，荷重車が不良箇所を通過するわずかな時間に起こる変形を荷重車の車両幅において観察する必要があり，変形量が小さい
場合は発見が難しく，試験員の技量によっては変形を見逃す可能性がある。
こうした見逃しを防止する目的で，当該試験は施主側の検査官を含めた複数人で行う場合が多く，荷重車の走行速度は人が通常歩く速度よりも低速で実施している。また，試験員はわずかな変形を見逃さないよう試験中は常時地盤を注視し，荷重-1-

車へ近接した状態で歩行している。

写真- 3

図- 1

弾性変形のイメージ図

2.2 プルーフローリング試験の課題
前述した内容から，当該試験における課題を整理すると以下のとおりとなる。
① 施工範囲全域を歩行し目視観察するため，身体的な負担を伴う② 不良箇所の見逃しや判定に個人差が生ずる可能性がある③ 複数人かつ低速で行われるため作業効率が悪く，また検査官が現場まで移動する時間と労力が掛かっている④ 荷重車への近接状態と地面を注視しながら歩行するため危険性を伴う
これらの課題は，目視や手書き記録など，当該試験が採用された当初から変わらずアナログな方法で実施しているためであり，それらを現代のセンシング技術や ICT を取り入れることで解決できると判断し，デジタル化を図った。
３．プルーフローリング試験のデジタル化
3.1 人の目に替わる計測デバイス
当該試験のデジタル化にあたり，まずは人の目に替わり地盤の変形を計測するデバイスを，次に示す条件を基に検討した。
① 荷重車へ取り付け可能かつ外乱光の影響を受けず屋外で使用可能② 土や砕石に対して計測可能で，前述した 2 種類の変形に対応できる③ mm 単位での計測が可能④ 不陸等による車両の傾きに影響されない⑤ 解析手間が不要で、リアルタイムに判定⑥ 低コストで開発や運用ができる
この条件を基にデバイスを選定する過程において，LiDAR や AI カメラなどによる変形の計測が選択肢として挙がったが，最終的に 3D カメラを選定した。3D カメラとは，撮影した対象物までの距離が計測できるカメラで，計測された距離に応じ色分けされたデプスマップ（写真-3）をビュー
アソフトで可視化できるデバイスである。

ビューアソフトによる通常画像（左）とデプス
マップ（右）

3D カメラには，複眼の視差を利用したステレオ
方式や，レーザ光の往復時間から距離を算出する
ToF（Time of Flight）方式など，その距離計測方法
でいくつかのタイプに分けられる。今回は前述した条件を基に要素試験を行い，外乱光の影響を受け難く，比較的安価だが高い計測性能を持つアクティブステレオ方式の 3D カメラを選定した（写真-4）。アクティブステレオ方式とは，複眼かつ対象物へ照射したパターン光の歪みから距離を計測する方法である。

写真- 4

選定した 3D カメラ

この 3D カメラを，当該試験で荷重車として主に使用される 12t 級タイヤローラの車幅で変形の計測ができるように取り付け位置や治具を検討し，車体両側面と中央部の 3 箇所に設置することとした。これにより，目視観察に掛かる試験員が削減され，省人化が図れると判断した。
3.2 3D カメラによる地盤の変形の検出
3D カメラでの撮影により生成されたデプスマ
ップは，マップ画像の至る箇所においても距離の抽出が可能である。この機能を活用し，不良箇所で発生する 2 種類の変形に対応するよう，3D カ
メラで撮影した画像内に地盤までの距離を抽出する範囲を設定し，得られた距離情報を解析することで変形を検出する。
塑性変形は，荷重車の通過後に残る通過跡の段差を計測し，弾性変形に関しては，荷重車の通過中に発生するたわみに伴う地盤の傾きを計測する。
それぞれ，荷重車が通過する前の無負荷状態における地盤までの距離を基準とし，それを通過中および通過後の距離と比較する。通過前後の計測距
離に差分がなければ変形のない良判定，差分が生じた場合は，その量に応じ不良と判定される仕組-2-

みである（図-2）。

図- 2

ドされる。アップロードされた走行軌跡と良否判定の結果は，クラウドに構築した専用の地図アプ
リに，変形の度合いに合わせ色分けされたヒートマップ（図-4）が生成され，web 上で確認できる。
この地図アプリは，PC などへインストールする必要がなく，インターネットへ接続できる環境があればどこでも確認することが可能である。

地盤の変形検出のメカニズム

この良否判定は，3D カメラが接続された小型
PC にプログラムした演算式によりリアルタイムに行われる。良否判定に付随し，荷重車の走行距
離を横軸，演算式で算出された距離差分を縦軸としたグラフ（図-3）が生成され，付属するモニタにて確認することができる。写真-5 に本システムの配置状況を示す。

図- 3

演算式により算出された距離差分のグラフの例

写真- 5システム機材配置状況

3.3 荷重車の走行軌跡と試験結果のリンク
前述した判定結果は，荷重車の走行軌跡とリンクし記録することで，不良箇所の場所と変形の程度を確認できるものとした。
荷重車の走行軌跡は VRS 方式の GNSS で取得
し，その記録に良否判定の結果を反映させ，LTE通信を介しリアルタイムでクラウドへアップロー

図- 4

地図アプリと試験結果のヒートマップ

これにより，遠隔地においてもリモートで試験状況および試験結果を確認することが可能となる。
現在，舗装工事においても，ICT を活用した遠隔臨場による立会い検査の簡素化が取り組まれているが，当該試験は除外される場合が多い。これは，実際の地盤を撮影し配信された映像により地盤の変形を確認することは，解像度やフレームレートの関係上難しいということが要因の一つと考える。
しかし，本システムの活用により，映像を使わない方法で当該試験の遠隔臨場と同等の運用が可能となる。
3.4 試験結果報告書の帳票出力機能
当該試験の従来方法における試験実施記録は，状況写真と立会い検査官の確認サインが入った検
査記録および，現場の簡易平面図等に不良箇所の位置もしくは不良箇所がない旨を記載し，試験実施日などの状況をまとめた試験結果報告書を作成している。
本システムにおける試験実施記録は前述した
ヒートマップである。これは GNSS から得られる
荷重車の走行軌跡から生成されたものであり，デジタルデータでのエビデンスであることから，局所で撮影した状況写真と比較すると信頼性が高い。
また，このヒートマップは，国土地理院の地図上に表示され，地図アプリの帳票出力機能により試験結果報告書の様式に自動で添付される（図-5）。
現場担当者は，その様式に工事名や試験実施記録を入力するだけで，試験結果報告書を作成することができ，事務作業の軽減が図れる。

-3-

が，本システムではそれらの変形を，多少の誤差はあるものの捉えることができており，目視観察と同等かそれ以上の計測性能であると言える。
また，この検証における人員は，荷重車のオペ
レータ 1 名とシステム管理者 1 名の計 2 名で実施
しており，従来 4～6 名で実施していた当該試験が，本システムを使用することで 7 割程度の省人化が図れることを確認した。
図- 5

試験結果報告書の帳票出力機能

４．デジタル化システムの精度検証
本システムの試作機を製作し，実現場にて精度検証を実施した。検証方法は，まず，対象範囲において縦断 5m ピッチ，横断は荷重車に取り付けた 3 つの 3D カメラの位置に合わせた幅分で計測
ポイントを出す。次に，そのポイントにおいて無負荷の状態と荷重が掛かった状態でレベル測量（写真-6）を実施し，変形量を算出する。この算出された変形量と，3D カメラで計測した変形量とを比較した。
両者を比較した差異は図-6 に示すとおりで，おおよそ 8 割の頻度で差異±1mm の範囲に分布しており，レベル測量とほぼ同等程度の精度であることを確認した。

写真- 6

図- 6

５．デジタル化システムの活用による効果
本システムの活用により得られる効果をまとめ，以下に示す。
① 目視観察の必要がなくなり，歩行による身体的負担を軽減② 荷重車の車体幅分で地盤の変形を計測しており，変形を見逃す可能性を軽減③ 3D カメラと演算式により，地盤の変形を定量的に計測でき，判定の個人差を解消④ 従来方法と比較し，約 7 割程度の試験員が削減可能⑤ リモートで試験状況の確認が可能で，立会い検査官が現場まで移動する時間と労力を削減⑥ 目視観察が不要となり，荷重車への近接状態や地盤を注視する歩行がなくなり，安全性が向上⑦ 地図アプリの帳票出力機能で事務作業を軽減
以上より，本システムを活用することで，従来方法にあった課題が解決される。
６．おわりに冒頭で述べたとおり，路床，路盤にはそれらの上層に敷設されたアスファルト舗装に掛かる走行
荷重を適切に支持する役割がある。昨今の道路舗
装業界では，舗装の長寿命化に資する技術開発が行われ，路盤材に樹脂を添加し，強固な層とすることで長寿命化を図る例もあることから，路床や路盤は舗装体の寿命に関わる層であり，その品質は重要と言える。その品質管理試験をデジタル化することで，確かなものづくりに貢献でき，省人・省力化や安全性が向上することが分かった。
舗装の品質管理試験には，プルーフローリング試験の他にも，アナログな方法で行うものが多く存在し，それらの試験もデジタル化を図り，舗装現場における労働環境の変革に少しでも貢献できればと考える。

レベル測量による変形量の計測

レベル測量とデジタル化システムで計測した変形
量の差異

この時の変形量は 0～3mm 程度の小さな弾性変形が多く，目視観察では確認し難い変形もあった

参考文献
1）立花洋平，駒坂翼，門田誠也，相田尚：働き方を変革-4-するプルーフローリング試験のデジタライゼーション，
第 23 回 舗装技術に関する懸賞論文，2023 年

５．LiDAR による 3D 計測およびプロジェクションマッピングの開発～山岳トンネルにおけるインバート掘削・コンクリート打設への適用～

株式会社大本組○ 板谷 幸貴
株式会社大本組
橘 伸一
株式会社大本組
小野 高伸
株式会社計測リサーチコンサルタント
家村 享明

１．はじめに山岳トンネル工事は，機械の大型化や ICT 機器
等情報化技術を用いた開発が進められているが，地山の変状監視や計測管理等において，未だに人の手が多くかかる。また山岳トンネル工事では，
設計巻厚を確保するため，設計断面積より大きく余掘りすることが多い。余掘り量の低減は，土砂搬出数量やコンクリート打設数量の抑制に直結するため，現場管理では重要な項目である。インバート掘削における出来形管理においても，従来は施工用定規と水糸を用いた目視による確認であったため，その省力化や効率化が望まれる。
本稿では，開発したプロジェクションマッピン
グ技術をインバート掘削およびインバートのコン
クリート打設に適用して，省力化するとともに，総合的な生産性の向上を図った。施工実績と課題を報告する。

写真-1

インバート掘削状況

３．機器構成およびシステム概要
システム構成を図-1 に示す。また，設置イメー
ジを図-2 に示す。3D 計測機器は金属フレームで一体化した LiDAR とプロジェクタおよび処理 PC
で構成 1)される。
３Ｄ計測機器金属フレーム(LiDAR とプロジェクタを一体化)

２．概要
インバート掘削の施工状況を写真-1 に示す。インバート掘削は岩掘削，床掘り面整形，ずり出し等一連の作業を重機により施工する。出来形確認
時は，重機作業を一旦中断し作業員が掘削エリアに入り計測するが，仕上げ面では頻繁に計測を行う必要があり，作業員への負担が大きく，重機との接触により重篤な災害へ繋がるリスクや掘削作
業中断等により時間ロスが発生している。
これらの背景から，作業員による計測作業を必要としない「LiDAR による 3D 計測システムおよびプロジェクションマッピング（インバート掘
削・コンクリート打設）」を開発した。本システ
ムは，掘削面および打設面にプロジェクションマ
ッピングし，施工面の凹凸状況をカラーコンター
図として可視化する。インバート掘削においては作業員による掘削エリア内の計測作業を省略し，施工効率が向上する。コンクリート打設においては，面的に天端仕上げ高を確認でき，出来形精度が向上するとともに，作業効率が向上する。

<プリズムシート 3 点>
<LiDAR>
点群データを取得<プロジェクタ>
映像を照射

点群データ

映像信号

(
点群データ
(1) 地形の点群データ(2) インバート面の点群データ<処理 PC>

映像信号(1) 床掘り面の凹凸カラーコンター(2) コンクリート高凹凸カラーコンター
図-1

-1-

システム構成設計面を作成し曲線部に対応した。
4.2 機器仕様
プロジェクションマッピングの構成機器仕様を表-1 に示す。構成機器は，インバート面全域を投影するため，図-2 に示すローリングタワーに搭載した。ローリングタワーは，施工面端から 15m 後方，既設コンクリート打設面から高さ 3.5m に設置した。プロジェクタは下向き 30 度の角度で設置し投影した。

フレーム背面プリズムシート

3D 計測機器
LiDAR

プロジェクタ3.5m

金属フレーム
トンネル坑内1BL
10m×10m

表-1

15m
10m
図-2

ローリング
タワー

プロジェクタ

機器構成仕様機 種 名Panasonic
Ptvmz71

設置イメージ
Livox Mid70

本システムは，LiDAR で計測した現況の掘削面
やコンクリート天端と設計面との差分をプロジェ
クタを介し，施工面にカラーコンター画像を投影するものである。投影方法を以下に示す。
(1) LiDAR とプロジェクタを一体化した金属フレームにプリズムシートを 3 点設置し，プリズムシートをトータルステーション(以下 TS)測量し 3D
計測機器の自己位置および姿勢を計測する。
(2) 計測結果と投影設計断面位置を処理 PC へ入力し，LiDAR より施工面の 3D 点群データを取得する。
(3) 取得した点群データと設計断面との差分をグ
ラデーション化したカラーコンター画像を処理
PC で生成し，施工面へ投影する。
４．システム仕様，機器仕様
インバート掘削およびインバートコンクリート
打設におけるシステム仕様と機器仕様を以下に示す。
4.1 システム仕様(1) インバート掘削面とコンクリート打設面をカ
ラーコンター画像により可視化
計測作業の課題解決を目的とし，インバート掘削面およびコンクリート打設面を可視化する。
(2) 3D 形状をリアルタイムに反映
掘削時においては重機オペレータが，コンクリ
ート打設時は作業員がリアルタイムに状況を確認する。3D 形状の表示は赤から青のグラデーショ
ンで行い，緑を設計面とし青は設計面より外側（過掘りまたはコンクリート不足），赤は設計面より内側（アタリまたはコンクリート過多）とした。
(3) 進行方向の曲率を反映
設計中心座標から縦断方向に対し，1m ごとに

LiDAR

主な性能
照度:
7,000(ANSI ルーメン)
解像度:
1,920*1,200(pixel)
視野角:70(deg)
計測距離:90(m)繰返し精度:20(mm)(1) プロジェクタ選定根拠
プロジェクタは画角と照度より選定した。インバート部は投影面積が 1 ブロック約 10m×10m であり，これを要求画角とした。プロジェクタはローリングタワーに対し，斜めに設置したが，10m×10m の範囲を投影するには，それを包含す
る大きな範囲を投影するため，広域に投影可能な機種を選定した。
また，坑口付近の照度不足対策として，キャビ
ンにて重機オペレータが確認できるようタブレットによる 3D ビューワ機能を実装した。プロジェ
クションマッピング情報が視認し難い場合は，タブレットにて現況をモニタリングした。
照度確保について，本実証では 2 台のプロジェ
クタを同時に使用することで明るさを確保した。
なお，2 台のプロジェクタを使用するが，必要な照度が得られるプロジェクタであれば 1 台でも構わない。
(2) LiDAR 選定根拠
LiDAR は Livox Mid70 を選定した。選定理由を以下に示す。
① 選定機種は前方水平・垂直方向に対し，視野
角 70 度であり採用したプロジェクタ画角より大きい。
② スキャナが静止した状態においても，スキャ
ンラインが少しずつ移動するため，密な点群が取得できる。
５．点群処理フロー
点群処理フローを図-3 に示す。点群データは
LiDAR により毎秒 10 万点取得する。ソフト側では-2-

この処理方法によって，3D 点群を 3D モデルと40 万点をバッファしつづけ,密な点群データを作成する。次に点群データから設計との距離を求め， 直接比較して距離算出するような膨大な計算処理
それに応じた着色を行い，bitmap 画像を生成し， を省略している。
プロジェクタに表示する。この処理フローは 1 秒
間隔で実行することにより，リアルタイムな形状 ６．LiDAR を用いたプロジェクタ投影処理フロー
プロジェクタ投影処理フローを図-5 に示す。
表示が可能である。
① LiDAR より取得した局所座標系の点群を 3D
LiDAR で点群を取得
計測機器の測量結果を用いて，現場座標系に(毎秒 10 万点)
座標変換する。
② トンネル縦断方向に 1ｍ間隔の区間を定義
点群→画像変換
し，区間ごとに点群を分割する。
40 万点の点群について③ 1 つの区間の点群について，トンネル縦断方設計との距離で着色
向に次元圧縮した 2D 点群に変換し，設計断・掘削面の着色・打設面の着色
面との距離に応じて各点を青～赤に着色する。
点群を投影画像へ④
全ての区間について③の処理を行い，全ての射影変換(3D→2D)
点を着色する。
Bitmap 生成⑤ 点群をプロジェクタ画像座標系に座標変換(320×200pixel)
し，投影画像の画素に点群の色を反映する。
No

計測終了
図-3

点群処理フロー設計断面との距離算出は，設計断面ごとに距離テーブルを用いて行う。距離テーブルを用いた距
離算出イメージを図-4 に示す。距離テーブルとは，設計断面と同じ平面を 2cm 間隔で格子状に標本化し，標本点から設計断面曲線までの距離を標本値としたものである。LiDAR 点群の各点は，設計断面と同一の平面に座標変換後，対応する距離
テーブルの標本値を参照するだけで設計との距離が得られる。
(距離テーブルの生成イメージ)

標本値は、標本点(セル中心点)と設計断面との距離[mm]とする.

設計断面と同一平面を2cm間隔で格子状に標本化する.
(距離テーブルを用いた距離算出)

LiDAR点群を設計断面と同一平面に座標変換する.
(縦断方向に次元圧縮)

図-4

例えば、
このLiDAR点の設計断面からの距離は-21[mm] とみなす.

図-5

距離算出イメージ-3-

プロジェクタ投影処理フロー

距離テーブルを用いた距離算出方法は，線形が直線の場合のみ成立する方法であるが，ここでは縦断方向 1m ごとに処理を細分化して繰り返すことで，曲線に対応した。この曲線を 1m ポリラインで近似した時の誤差は 0.25mm である。
2 台のプロジェクタによる座標変換イメージを
図-6 に示す。処理の結果として生成される投影画
像は，図-6 に示すように，2 台のプロジェクタごとに若干異なる。
図中の外部評定は LiDAR およびプロジェクタの位置・姿勢のパラメータを意味する。LiDAR お
よびプロジェクタは金属フレームにより一体化
し，相対位置が変化しないよう強固に固定した。
個々の位置姿勢についてはトンネル施工済み箇所を正として，その取得点群が設計データと一致するように位置姿勢パラメータを調整した。
図中の内部標定はプロジェクタのレンズ焦点距
離，画素数等の固有パラメータを意味する。
各構成機器の外部標定・内部標定を得ること
で，3 次元現場座標系と局所座標系，また 2 次元
画像座標系の間で相互に座標変換が可能になる。

図-6

LiDAR 計測開始

設計データ登録計
測準
備

3D 計測機器の設置
TS 測量
座標値入力

計
測
作
業

点群取得
差分算出
投影画像変換
画像投影
No
計測終了
施工完了

図-7

施工フロー

7.1 カラーコンター画像投影
カラーコンター画像を施工面に投影するまでのフローを以下に示す。
(1) 計測準備
LiDAR とプロジェクタの大まかな位置姿勢およびトンネル設計データを入力する。
(2) 3D 計測機器の設置
3D 計測機器の機器設置状況を写真-2 に示す。
前述したとおり，今回選定したプロジェクタの仕様から照射箇所より約 15m 後方に下向き 30 度の角度で設置した。処理 PC やプロジェクタ用
AC100V はポータブル発電機より給電した。

座標変換イメージ

プロジェクタごとに決定した外部標定と内部標定を用いて座標変換を行い，そのプロジェクタ視
点のカラーコンター画像を生成し，別々の画像を投影することで，位置姿勢が異なる 2 台のプロジ
ェクタで 1 つのカラーコンター画像を投影できる。これはプロジェクタが 3 台以上になっても同
様である。
７．実証
本システムを使用しインバート掘削およびイン
バートコンクリート打設を実施した。掘削用断面とコンクリート打設用断面は異なるため，両断面のデータベースを事前に登録し状況に応じ切り替え使用した。施工フローを図-7 に示す。

写真-2

3D 機器設置状況(3) 3D 計測機器の自己位置および姿勢を測量
金属フレームに設置したプリズムシート 3 点の座標を測量し，各座標値と投影設計断面位置を処理 PC へ入力し，プロジェクタの現場座標系の位置および姿勢を算出する。なお，TS により取得したプリズムシート 3 点の座標は，ローカル通信
により，処理 PC に自動入力される。
(4) LiDAR より 3D 点群データを取得取得した 3D 点群データは現場座標系に変換
し，設計データとの差分を着色したカラーコンタ
ー画像を処理 PC で作成する。
-4-

(5) インバート掘削面への投影
インバート掘削時のプロジェクションマッピン
グ投影状況を写真-3，インバート掘削全景を写真-4 に示す。緑を設計面とし，青は設計面より外側(過掘り)，赤は設計面より内側(アタリ)で表示する。インバート掘削時，重機オペレータはグ
ラデーションから設計面を確認することで，作業員による計測作業が省略でき重機作業エリアへの立入が不要である。なお，カラーコンター画像の精度は，高さ方向に対し±10 ㎝幅でグラデーショ
ン設定した。

写真-3

緑:設計面
青:設計面外側(ｺﾝｸﾘｰﾄ不足)
赤:設計面内側(ｺﾝｸﾘｰﾄ過多)

写真-6

コンクリート打設全景

7.2 ビューワ機能
本システムでは 3D ビューワ機能を搭載した。
処理 PC モニター画面を写真-7，タブレット出力
状況を写真-8 に示す。3D ビューワ機能は，プロ
ジェクションマッピングと同時に管理者用のタブ
レットにも同様の画像を出力する。投影映像を視認しがたい場合は，職員または作業員によりタブレットにてインバート掘削およびインバートコン
クリート打設指示が可能である。

プロジェクションマッピング投影状況
緑:設計面
青:設計面外側(過掘り)
赤:設計面内側(アタリ)

写真-4

写真-7

モニター画面

写真-8

タブレット出力状況

インバート掘削全景(6) コンクリート打設面への投影
インバートコンクリート打設時のプロジェクションマッピング投影状況を写真-5，コンクリート
打設全景を写真-6 に示す。コンクリート打設時，
作業員はグラデーションから曲率半径のコンクリート天端を面的に均すことで，コンクリート天端
高目印が不要になり，目印の設置および測量にかかる時間を省略した。なお，コンクリート面より高い位置にある型枠などは赤色で投影されていることが確認できる。

7.3 計測に係るサイクルタイム
計測に係るサイクルタイムを表-2 に示す。3D
計測機器の設置およびターゲット測量は事前に実施できるため実際に計測にかかる時間は，計測から投影まで 10 秒程度である。
表-2

3D 計測機器の設置

事前に準備

2

ターゲット 3 点の TS 測量

事前に準備

3
写真-5

カラーコンター画像投影状況-5-サイクルタイム

1

LiDAR 計測～
投影カラー画像生成・出力
合
計

10 秒
10 秒

7.4 LiDAR 精度確認
本システムに搭載している LiDAR（Livox：
Mid70）の点群データとトータルステーション(Leica：TS15R1000)で任意測線上に 7 点測量した座標を用いて，精度の比較検証を行った。
TS で測量した点と，LiDAR の点群データから推定した平面について，点と平面の座標空間上の距離を比較した結果を図-8 に示す。点群データから推定する平面は，TS で測量した点付近の点群
データから 30cm 角の平均的な平面である。
図-8 に示すとおり比較結果は，最大 26mm，最小 16mm，平均は約 21.4mm であり，いずれも TS
よりも標高は高い結果であった。これは構成機器の設置位置および姿勢パラメータの誤差に起因す
る系統誤差である。

P0

P1

P3 P4 P5 P6P230cm*30cm
測点名

x[m]

y[m]

z[m]

推定した面までの距離[m]P084758.1024

74324.5745

18.28910.022

P184757.1614

74325.0549

18.02360.024

P284755.8072

74325.7414

17.77740.026

P384753.9576

74326.7008

17.76010.020

P484753.1414

74327.1257

17.85860.018

P584752.3243

74327.5345

18.03540.024

P684751.4272

74328.0109

18.3278

0.016

図-8

LiDAR 精度比較

7.5 実証結果
本システムを適用したインバート掘削およびコ
ンクリート打設の施工実績を以下に示す。
(1) リアルタイム性および視認性の確認
点群処理は 1 秒ごとに投影画像を更新するが，地形の変状にカラーコンター画像が全面反映されるまで 10 秒程度要した。
日中の坑口部はコントラストが低下するため照度不足対策として管理用タブレットを併用した。
(2) 施工効率の向上
本システムを使用することで，各作業に含まれる計測確認および段取工程を短縮し施工効率が向上した。インバート施工における従来作業と本システムを使用した場合の施工歩掛りを表-3 に示す。導入現場では，従来作業と比較し施工歩掛りが 32%程度低減した。

従表-3

施工歩掛り比較(1 サイクルあたり)

来

作

業

本システム使用

作業内容

時間

人工

時間
人工

測

量

8.0

3.5

28

7.0

2.0

14

掘

削

8.0

6.0

48

7.0

5.0

35

打

設

8.0

6.0

48

7.0

5.0

35

小

計

124

時間

人工

時間
人工

84

(3) 余掘低減および生コンロス率低減
掘削高さおよび打設高さの管理が点管理から面管理が可能となり，余掘りと生コンロス率が低減した。導入現場では，インバートコンクリート 15
ブロックの内 8 ブロックに本システムを適用し，生コンロス率を 2%程度低減した。
システム未使用： 7BL 平均ロス率 107.6%
システム使用：8BL 平均ロス率 105.7%(4) 作業効率の向上
プロジェクションマッピングで設計面との差分を表示することで，掘削面やコンクリート高を示
す杭やピンなどの準備工が不要であり，作業効率が向上する。
(5) 重機と作業員の近接作業低減
従来の計測は，作業員 2 人で計測の基準となる
水糸を張り，施工用定規を用いて出来形計測作業を行っていたが，本システムを使用することで，手元作業員なしで掘削可能となり，重機と作業員の近接作業が低減され安全性が向上した。
８．おわりにプロジェクションマッピング技術を山岳トンネ
ルのインバート掘削およびインバートのコンクリ
ート打設への適用により，出来形管理の効率化および生産性が向上することが確認できた。また，近接作業が低減され安全性も向上した。今後更なる，計測サイクルタイムの短縮や計測精度の向上を図るため，システム改善に取組み，建設業界における労働力不足の解消を含めた働き方改革の一助となるよう努めていきたい。
参考文献
1)

小野高伸ほか：LiDAR計測によるトンネル切羽プロジ
ェクションマッピング，令和4年度「建設施工と建設
機械シンポジウム」論文集・梗概集，pp71-74，2022-6-

６．油圧ショベルの車体センサデータを用いた掘削土の土質判別
株式会社
株式会社
株式会社
株式会社
株式会社
（国研）
（国研）

小松製作所
小松製作所
小松製作所
小松製作所
小松製作所
土木研究所
土木研究所

〇森澤
今西
柳下
千葉
山元
橋本
遠藤

直樹
将也
正紀
貞一郎
弘
毅
大輔

の進化という観点も注目されると考えられる。
１．はじめに
そこで，技能差が出る感覚を機械側で正確に捉
土木施工は新たな構造物を築くことで生活を便利にするだけではなく，災害発生時の復旧など，社 え，その時にオペレータが行う操作を機械に反映させることが可能になれば，様々な状況変化に機会生活を支える上でも重要な役割を担っている。
しかし，近年の少子高齢化による労働人口の減少 械自身での対応が可能になるはずである。その結1)，若手の担い手不足等様々な問題に直面している。 果，ベテランオペレータに劣らない高効率の自動
その問題を解決するには，現場の生産性向上は 掘削の開発が可能になるであろう。
この様な視点で研究に着手するにあたり，社内欠かせない。建設現場でも ICT の全面的な利用に
よ り 生 産 性 向 上 を 行 う 取 り 組 み で あ る i- のベテランオペレータ数名から掘削中の車体挙動の着目点と感覚での把握方法をヒアリングした。
Construction2)等の活動が行われている。
その代表事例にブルドーザや油圧ショベルでの 表-1 に，その中で多く挙がった項目を示す。掘削
ICT 施工があり，事前の丁張りなどの補助作業を 対象地盤の影響を受けて，車体に現れる現象から無くし，成形・仕上げ工程では自動化によって技能 掘削対象の土質を人間の感覚を用いて認識していに頼らず，同じ精度で施工を可能にすることで施 る様子が明らかになった。つまり，人間の感覚によ
工効率を向上させている。しかし，その中でも油圧 って土質判別を行っていると考えられる。
オペレータが感じている土質関連の感覚をセン
ショベルによる掘削工程での自動化は，実使用の観点からの課題が多いが，その根本原因は掘削対 サデータで代用・表現できるようにすることが，掘象地盤の土質にあると考えられる。掘削前の表面 削の高度自動化の実現のための第一歩であると筆だけでは内部の土場状況はわからないため，ベテ 者らは考えた。一方，現状の土質判別は，施工前のランのオペレータは掘削しながらその土質に合っ 地質調査時と，掘削後の発生土を利用する時の掘た適切な操作を適宜行っている。この掘削途中で 削前後という主に 2 工程で行われている。この研の操作を勘案しないと ICT 施工による自動掘削効 究のもう一つの狙いとして，掘削しているその時率が低下する。この複雑な調整を機械が自動で行 点での土質判別が行えるようになれば，そのデー
うためには，まず，機械自身が掘削中の土質を把握 タの活用によって，施工計画から完工に至るまで一貫した土質の管理も可能になり，機械の生産性
し,制御に反映する必要がある。
従来，掘削工程では，オペレータが自らの運転技 向上に留まらず，施工プロセス全体の生産性向上
能を磨き，その技能により効率を上げてきた。刻々 にも寄与すると期待している。
と変化する土場の状況に対し，掘削を行いながら
ICT 施工に対応するため様々なセンサが建設機操作に対する機械の反応を人間の感覚で捉え，経 械に取り付けられたことに加え,昨今の ICT 技術
験上最適と思われる操作を瞬時に行ってきた。ベ を用いることにより，オペレータの感覚をセンサ
テランオペレータの技能は，状況把握・判断から操 データで置き換えることが可能になってきている。
作までの時間が早く，かつその操作のバリエーシ 本稿では，今までオペレータが感覚によって実施
ョンおよびミスが少ない点で優れていると考える。 していた土質判別は建設機械側で定量的に可能に一方，機械側はオペレータの運転のし易さという なるという仮説を元に実機での検証実験を行った。
観点で操作性能や掘削力等の改善で進化を続けてきたが，今後は機械オペレータに依存しない機械
-1-

表-1

オペレータの掘削中の着目点ケットを使用し，バケット容量は0.8m3（新JIS）である。図-1に車両の外観を示す。

図-1 PC200i-11 外観
２．仮説の検証方法
表-1に示す通りオペレータは視覚から多くの情報を把握していることから，第一にカメラ画像を 3.2 掘削対象土質の作成および測定用いる手法が考えられた。しかし，建設機械は悪天
コマツで保有している屋外試験場にある砂質土
候や直射日光，夜間の稼働だけではなく，車体振動 （砂）,砂質土（細粒分混じり）および粘性土の3種や粉塵の付着等，様々な外乱の影響を受けること の材料フィールドにて実験を行った。車体左右方が懸念される。そのため，ロバスト性を考慮し，外 向に3m，前後方向に5 m，深さ2 m程度の掘削桝を界センサを用いずに内界センサのみでの実現を目 作成し，硬さ水準作成時は敷き均し厚さ20～30cm程度で埋め戻し，バケット転圧を行いながら，なる指した（表-2）。
次に，土質については，硬度に着目して検証を実 べく深さ方向も均質になるよう注意し作成した。
施する。硬度は掘削効率に大きな影響を与える。そ 転圧で作成できる硬さの上限はあるため，より硬のため，オペレータも自ずと硬度の把握を優先し い条件は，長期間触っていない自然に締め固まった場所を利用して計測した。図-2に作成した水準て行っていたと考える。
硬度の計測は，実験条件の水準間で同じ指標で の一例と，実験用に準備した掘削桝の模式図を示評価できることを前提に，簡便かつ比較的硬い土 す。
(株)西日本試験機製の土研式貫入試験機を用い壌まで計測が可能な計測器を検討した結果，簡易N値計を使用することにした。材料は，20tクラスの て，掘削箇所の表面を長手方向に3か所測定し，そ
油圧ショベルにおいて掘削頻度が高い材料である， の簡易N値の平均値をその水準での硬さの指標とした。一般に簡易N値が50を超えると計測をやめる“砂質土”と“粘性土”を対象とした。
N値の増加と共に，掘削中の作業機速度は低下し， が，今回は土壌の素性を把握し比較するため，50を1回の掘削動作で得られる掘削土量も減少するこ 超えても規定貫入深さに到達するまで計測を継続とが想定されるため，オペレータを固定し実験条 した。
件である土質を均質に揃え，N値違いの水準を多く準備することとした。つまり，管理した土場条件で，オペレータが通常行っている掘削作業を模擬して計測を行えば，センサデータと土質と関係が明確になると考えた。そこで，オペレータの感覚と相関が強いと考えられる掘削中のセンサデータと，その時の土質を突合せながら，結果の整理及び考察を進めて行くことにした。
図-2 作成した水準の例と掘削桝の模式図
表-2 着目点と車体の内界センサの関係
3.3 掘削方法およびオペレータ
図-3に掘削開始姿勢を示す。データのばらつきを防ぐ目的で，アーム最大伸ばし，バケット角度θ
も固定した姿勢を掘削開始姿勢として，同盤での掘削実験を行った。なお，バケットの角度θは事前に社内のテスティングオペレータの数名の掘削開始姿勢を確認した結果，大きな差異が無かったた
３．実機での掘削実験の概要
め，この角度で固定した。
3.1 使用車両
車両の運転操作はコマツ内の車両の性能評価等
車両はコマツ（株式会社小松製作所）製20tクラスのICT油圧ショベルPC200i-11を用いた。標準バ を実施する部門に所属しているテスティングオペ
-2-

レータ2名（社内での経験歴9年_オペA, 経験歴10
年_オペB）が実施した。
掘削開始姿勢から掘削を開始し，図-4に示すような掘削終了後の持ち上げ操作後に静止するまでを1回の掘削とした。様々な材料および硬度で，オペレータには掘削方法の特段の指示は与えず，任意に掘削を行ってもらった。

図-3

図-4

掘削開始姿勢

掘削終了後の一例

3.4 車両センサ等のデータ計測環境
車両センサのデータは，車体のコントローラに接続し，CAN経由でノートパソコンにて計測を行った。図-5に主な車体センサの計測項目およびそのサンプリングレートを示す。

図-5

除すことで速度として算出した。図-3の掘削開始の姿勢から，アームレバーを掘削側から戻すまでを“掘削中”に相当する時間と定義しその区間での解析を行った。また，掘削終了後に図-4の姿勢で静止した時の車体のペイロードメータの重量を掘削重量と定義し，上述の“掘削中”に相当する時間から1時間当たり作業量に換算した。一般に，作業量
は，掘削，持ち上げ＋旋回，排土，初期位置への戻りの操作から成るダンプトラックへの一連の積み込み作業相当のサイクルでの作業量をさすが，ここでは掘削工程に特化した作業量で算出している点に注意が必要である。
掘削中の刃先の平均速度（図-6）および，掘削重量から求めた作業効率（図-7）は，事前に計測した
掘削土壌の簡易N値の値と良い相関があることが
分かった。

図-6

簡易N値と掘削中の平均刃先速度の関係

計測方法及び計測内容
図-7

４．実機での掘削実験結果
掘削中のオペレータの着目点に基づき,掘削中の作業機速度,および1回の掘削土量として作業終了後の掘削重量を用いて整理を行った。図-6に簡易N値と掘削中の平均刃先速度との関係を，図-7に
簡易N値と掘削終了後の掘削重量および掘削時間から算出した1時間当たりの生産量（作業効率）との関係を，材料とオペレータ別にプロットした。
掘削中の刃先の平均速度は，刃先の位置座標を用いて,直前の時刻における刃先位置と現在時刻における刃先位置の差分を，サンプリング周期で簡易N値と作業効率の関係

4.1 簡易N値と平均刃先速度の結果の考察
掘削中の刃先速度は，N値が高くなると低下する傾向が見られた。これは，事前に着目していたオペ
レータの感覚とも一致した。
上記の傾向をさらに深堀するため，掘削中の刃先軌跡に着目した考察を行う。その一例として，図-8に粘性土における簡易N値3と簡易N値49での掘削時の刃先の軌跡の違いを示す。最大掘削深さは，
簡易N値3の時で952mm，簡易N値49の時に360mmと約2.6倍の差が見られた。簡易N値3の軌跡は，凹-3-凸が少なくスムーズに掘り進められているが，簡易N値49の軌跡には細かいレバー操作を行いながら掘削を進めるため，凹凸が多く見られた。
N値が3程度の柔らかい土壌では，貫入が容易なため，車体の掘削能力に対して余力を持ってバケットを満杯にすることが可能である。深く貫入させ過ぎて荷を抱え過ぎることによる負荷の増大に注意をしておけば，細かいレバー操作による技術介入が無くとも掘削速度は低下しない。一方，土壌が硬くなると，貫入時の抵抗が大きくなるため，掘削深さは浅くなる。土から受ける反力も大きいため作業機が止まり易く，柔らかい土壌と同じ操作
では掘ることは出来ない。オペレータは掘削速度を犠牲にしても，1回の掘削動作で少しでも多くの土量を獲得するため，掘削中の刃先角度や掘削深さを細かいレバー操作で調整し，負荷を適切に調整しながら時間をかけて掘削を行った。その結果，掘削中の刃先速度は低下した。
また，N値が大きくなると，オペレータ間の差異が大きくなった。これは，硬い土壌ほどオペレータ
固有の運転技能による操作が多く介入するため，その結果として現れる刃先速度や掘削重量に影響を与えたと考える。
砂質土（砂）の掘削速度は，他の材料よりも早い傾向が見られた。これは，砂の成分が多くなると，粘着性が低下し，バケットへの掘削抵抗が減ったためであると推測する。

め，重量に加え,体積も同時に計測して比較する等，
評価方法の検討は今後の課題である。
また，オペレータは社内での経験年数が同程度の2名に固定してデータを取得しているが，人間が操作するのでばらつきは出やすい。特にオペレー
タの技能差により1回の掘削動作で獲得できる土量が変化することも考えられるため，掘削中の速度も含め，オペレータの技能差に水準を振った比較・検証も今後必要であると考える。

図-9

掘削終了後のバケットの荷姿（粘性土）

５．オペレータの操作の影響を除いた掘削実験
前章までの実験では，掘削開始姿勢だけを固定し，掘削操作はオペレータ任せの条件でデータを取得したため，得られたデータにはオペレータ固有の操作によるばらつきが反映されてしまうことが否めない。
そこで，本章ではオペレータによる操作のばらつきを極力抑える実験方法（以下，専用操作）を検討し，その方法で得た計測結果と4章で得た結果とを比較することで結果の妥当性の検証を行うことにした。また，オペレータの操作に依存しない単純化した方法での判別を可能にすることは，自動・自律化へ向けて機械自身での判別を行うための一つの方法としても提案できるとも考えた。

5.1 操作方法の検討
図-10に簡易N値50程度の土壌における，前章ま図-8 刃先の軌跡のN値による違い
での実験での2人のテスティングオペレータの各操作レバーの入力状況の時系列データを示す。アーム・バケットのプラス域は掘削側を表し，ブーム
4.2 簡易N値と作業効率の結果の考察
簡易N値が大きくなると，1回の掘削重量は減少 のプラス域は上げ側を表す。
した。また掘削中の速度も低下するため，掘削時間
まず，アームレバーについては，掘削開始と同時も長くなる。そのため，作業効率にもN値の違いに に中立状態から掘削側にレバーを入力した状態をよる差異が表れた。
掘削中も保持しており,オペレータの違いによる
図-9に掘削終了後にバケットが獲得した土の外 操作の差異は掘削工程全体で小さかった。バケッ
観を側面から撮影した写真の一例を示す。N値の違 トの操作は,掘削開始時に掘削側のレバー入力のいによって，バケットの満杯率に差異が見られた。 タイミングは同じであるが，入力量やそれ以降の今回，ペイロードメータの掘削重量を使用して1 操作にはオペレータ間の差異が大きかった。ブー
回毎の掘削土量の比較を行った。しかし，材料の密 ム操作もバケット操作と同様にオペレータによる度が大きく異なる場合，バケットの見かけ上の満 差異が見られた。オペレータによっては掘削開始
杯率は同程度であっても，重量は大きく異なるた 時にブームを下げ側に入力しているが，これはブめ，重量だけで1回毎の掘削土量を比較すると誤っ ームの押し下げ力を用いて，刃先を貫入させよう
た土質判別を行ってしまう可能性がある。そのた としたと推定する。
-4-

掘削開始時にオペレータはバケットの刃先を貫入させる動作を行い，その入力（操作）に対しての刃先の貫入量や作業機速度などを見て，瞬時に掘削対象土壌の状態把握を行っている。それ以降，レ
バー入力を微調整しながら，その推定した土質に合わせた動きで掘り進めていく。そのため，掘削途
中～終了までの操作は，技能による操作介入が多くなるため，ばらつきが発生しやすい。従って，掘削開始時の刃先貫入の操作に着目して，オペレー
タのレバー入力操作をアーム掘削100％の急操作の入力のみに限定することで，操作のばらつきを抑えられると考えた。
前章までの結果（図-8参照）から，N値が変わると，掘削開始時の貫入量に違いが出ることは容易に推定が可能であった。そのため，アーム単独で動かした場合，円弧運動をすることを考慮し，バケッ
トの刃の向きをその円弧の接線方法に一致させれ
ば，抵抗が減少し，より貫入し易い姿勢となると考え，アーム最大伸ばし，バケット底面と，ブームト
ップピンおよびアームトップピンとの成す角度が0.5π[rad]になる姿勢を掘削開始姿勢とした。
図-11にその掘削開始姿勢を示す。オペレータはこの姿勢からアーム掘削急操作のみを行い，油圧リリーフに到達した後に刃先が止まるまでレバーを保持する操作にて計測を行った。その他の実験
方法・条件は3章と同一である。

示す。本専用操作の意図通り，レバー入力開始から保持する操作において，オペレータによる操作のばらつきは発生しなかった。なお，終了時間の差は，作業機が止まった後の終了の判断のタイミングが人によりずれたためであり，結果に影響は無い。
図-13に簡易N値と刃先が止まるまでの刃先の最大速度の関係を，図-14に簡易N値と刃先が止まるまでのバケットの掘削体積との関係を材料別に示す。4章の図-6では，貫入中の平均刃先速度で表しているが，図-13では最大速度で表している。これは，後述する図-16に示すように入力の瞬間の作業機の応答がその土壌の状況をよく表すと考えたためである。また，4章の図-7では作業効率で表しているが，図-14では掘削体積で表している。これは，ペイロードメータによる掘削重量は，持ち上げな
いと正しく測定ができないためである。そこで図14では，刃先停止時の貫入深さとバケット形状から体積を算出し，その体積を掘削体積として用いた（図-14中の掘削体積の概略図参照）。ここで，作業機が止まるまでの時間を掘削時間と見なして効率に換算する方法も検討したが，N値が低いと掘削体積は多くなる一方，作業機が止まるまでの時間も長くなる傾向があり，特徴が埋もれ易かった
ため，見た目にもわかりやすい掘削体積で表すこととした。図-15に，その例として刃先停止時の土の硬さ違いによるバケットの貫入状況の外観を側面から撮影した写真を示す。
図-13，14と4章の図-6，7を比較したところ，本章の専用操作においても,4章のオペレータの任意操作での結果と同様に，簡易N値との相関があることが判明した。

図-12
図-10

本操作でのレバー入力比較(アームのみ)

掘削中のレバー入力比較(N値50程度)

図-11

掘削開始姿勢5.2 専用操作での掘削実験結果
図-12に， 本専用操作を行った時の2名のオペレータのアームレバーの入力状況の時系列データを
-5-

図-13

簡易N値と最大速度の関係

図-14

図-15

簡易N値と掘削体積の関係

刃先停止時のバケットの貫入状況の比較

図-16

貫入操作時の刃先の速度の変化

６. 結論
オペレータの感覚をセンサデータで置き換える
ことにより，建設機械側で土質判別が実現できな
いか検証を行うため，3種類の材料および土壌硬さを変えた水準で，実機での掘削実験を行った。
その結果，掘削土質の硬さの指標の一つである
簡易N値は，車体センサから得られる掘削中の平均
刃先速度および掘削重量から求めた作業効率と相関が見られた。このことから，車体の内界センサデータのみで土質判別は出来る可能性が示された。
また，本稿ではオペレータの操作のばらつきを抑える操作方法を検討し，掘削実験を行った結果，オペレータによる任意操作と本専用操作による掘削データが同じ傾向にあることも確認出来た。これは，オペレータによる操作のばらつきを含んだ
掘削中のデータでも土質判別が可能であることを示唆している。また，オペレータの操作に依存せず，機械自身での判別が出来る可能性も示唆した。
今回は硬度に特化して“土質判別”の一部の検証を行ったが，他にも掘削中のオペレータの感覚は多数ある。それらを今回同様にセンサデータでの置き換えを行うと，硬度以外のパラメーターも判別が可能になるであろう。今後は，対象土質の拡大や，汎用性の追求など様々な課題に取り組み，ベテ
ランオペレータに劣らない高度自動掘削の実現のための基礎技術の確立を目指し，引き続き検証・検討を進めて行きたい。

5.3 専用操作での掘削実験結果の考察
図-16に簡易N値が3と77の時の刃先速度の時系
列データおよび第2軸に刃先の移動量を示す。簡易
N値の値に関わらず，刃先速度は,開始後に急速に上昇しピークに達した。
簡易N値が低いと，貫入後にバケットに入った土が抵抗になることで刃先の速度は徐々に低下し，最終的にその負荷がアームの掘削能力を超過し，停止してしまうが，貫入量は大きい。一方，簡易N
値が高くなると掘削対象土壌に刃先を十分に貫入させることができないまま，刃先は停止した。
本専用操作で得られた刃先の最大速度や掘削体積は，掘削対象土の硬度差による貫入性の差異をよく表した。これは，オペレータによる任意操作であっても掘削開始時の貫入の挙動に着目すれば，同様に土質判別が実現出来る可能性を示唆している。掘削工程を自動化するという観点からも，掘削工程の早い段階で土質判別を行えたほうが,その後の掘削工程の制御に反映させることが出来るという点で都合が良い。
オペレータが乗車して操作する限りは，オペレータに任意に掘削させたデータから土質を評価で参考文献きる方が，本章で述べた専用操作よりも利便性は 1) 国土交通省(令和5年4月18日)：最近の建設業を巡る状
況について【報告】，高い。ただし，今後，自動化や自律化が進展した時
https://www.mlit.go.jp/policy/shingikai/content/001602250.pに，専用操作が必要になる可能性がある。例えば，
df
油圧ショベルが初めて侵入する場所で，事前に足場の軟弱度を調べる時にはこの専用操作を使用し 2) 国土交通省(平成28年4月): i-Construction ～建設現場の生産性革命～,て土質判別を行うなど，目的に応じた運用方法の工夫によって判別精度を向上できる可能性がある。 http://www.mlit.go.jp/common/001127288.pdf-6-７．濁水処理設備の自動管理システムの開発
濁水処理設備の全自動化に向けた取り組み

西松建設㈱
○ 辻岡
西松建設㈱
山本
西松建設㈱
井上
ジオマシンエンジニアリング㈱ 塚田㈱sMedio
園田
MODE，Inc．
佐藤

１．はじめに山岳トンネル工事の排水においては環境影響項
目として濁度及び pH が管理されており，炭酸ガス等による中和処理と PAC（ポリ塩化アルミニウ
ム）等の無機凝集剤と有機系高分子凝集剤による凝集処理を濁水処理設備にて施し，濁度や pH といった排水基準を満たしてから河川等へ放流される（図-1）。汚濁水の性状は，地質の変化や切羽で実施中の工種によって刻一刻と変化するため，担当者は集水された汚濁水の処理状況を現地で定期的に目視点検し，フロックの形成状況や放流槽での濁度や pH を基に添加量を調整する必要がある。
トンネルからの湧水は常時発生することが多く，
休日でも濁水処理設備は稼働するため，濁水処理設備の担当者の拘束時間の短縮が課題とされる。
そこで筆者らは，近年その発展が目覚ましい AI
を活用して，集水された汚濁水の性状に合わせて各種薬品の添加量の調整を自動化することで，濁水処理設備の担当者の拘束時間の短縮による労働生産性の向上を図った。
本稿では，開発したシステムの概要や，現場への

高志
悟
洸也
純一
香織
博晃

適用性の検討結果について述べる。
２．システムの概要
開発したシステム（図-2）は，濁水処理設備内に配置される原水槽，処理水槽，放流槽から取得できる水質データ（濁度，pH）と，反応槽でのフロックの形成映像を基に，発生した汚濁水に対する各種薬品（PAC，高分子凝集剤，炭酸ガス）の最適な添加量をAIで常に判断し続けて自動で添加する。
各種水槽内の映像を取得するためにネットワー

図-1 濁水処理フロー図

図-2 本システムの概要図-1-

クカメラ（図-3）を設置している。取得した映像
データをAIの判定に活用するため，「映像が鮮明になるよう，映像の解像度やフレームレートの数値が十分に大きいこと」，「ネットワーク接続が安定するよう，PoE給電方式であること」，「悪天候時においても撮影が安定すること」を選定条件とした。
また，各水槽間で処理水を圧送するためのポンプを対象にIoT電力センサー（図-4）を設置することで，ポンプの稼働状況を常時監視している。本
センサーは，カレントトランスと無線装置が一体となった無給電・無線電力センサーであり，設備の稼働時に電線周囲に発生する漏れ磁束を利用して発電を行い，発生させた電気を使用してポンプの電流値や電圧等のデータを無線送信する。一方，設備の停止時には発電が行われないため，データの取得や送信が途切れる。一定時間を超えてデー
タ送信が確認されなかった場合やデータ送信が復旧した場合には，通知が関係者に送信される。
なお，これらのデータは現場内のネットワーク
を通じてクラウドに蓄積される。
３．システムの特長
3.1 濁水処理設備の自動化
原水槽，放流槽の水質データと反応槽におけるフロックの形成映像を教師データとして構築したAIを用いて，汚濁水の処理に最適な添加量を自動で調整することで，担当者の目視確認による拘束時間を軽減することができる。
3.2 処理データの管理
原水槽，反応槽および放流槽に設置されたカメ
ラ映像や，計測器で計測されているpHと濁度といった水質データ，各種薬品の添加量，日当たりの処
理水量は現場ネットワークを通じてクラウドに自動保存される。クラウドに保存されたデータを用
いてAIの再学習を行うことで，調整精度の向上を行うことができる。
3.3 濁水処理設備の遠隔監視
原水槽，放流槽のカメラ映像と反応槽におけるフロックの形成状況，上記水槽の濁度とpH，水中ポンプの稼働状況等はWeb上で閲覧することができるため，週末や長期休暇等を含めた現場不在時においても，現場に行くことなく，濁水処理の状況を確認することができる（図-5，図-6）。
3.4 薬品注入ポンプの遠隔操作
従来ダイヤル式で添加量を調整していた薬品注
入ポンプを制御することが可能であり，万が一AIによる自動調整ができないケースにも対応することができる。周波数と添加量の関係は現場で使用している薬品注入ポンプごとに異なるため，実測している基準となる周波数を決定する。さらに
Web上のシステム操作画面から遠隔で周波数を変図-3

ネットワークカメラ概要

図-4

図-5

IoT 電力センサー

濁水処理設備遠隔監視用 Web ページ

図-6

水中ポンプ監視用 Web ページ

更することで，現場に行くことなく薬品の注入量を調整することが可能である。

-2-

４．適用結果
従来の担当者の目視点検による管理を行った時の水質データ（図-7）と本システムを適用した時の水質データ（図-8）を示す。従来の管理方法では，急な水質変化や担当者の確認不足によって処理水の濁度が排水基準から外れたことで，処理水の再処理を実施しているのに対し，本システムでは汚濁水の急な水質変化に対してもAIが常時自動で最適な添加量に調整することで，処理水の排水基準を満たすことができた。
従来方法と本システムによる拘束時間を表-1に示す。本システムによって処理状況の目視確認に要する管理時間がゼロとなり，高分子の作成や汚泥の加圧脱水作業に要する時間のみとなった。特に，休日における管理時間はゼロとなった。本シス
テムの導入により，1週間当たりの拘束時間を730分から266分に削減することができた。

(a) 濁度(b) pH
図-7 水質データ（従来の管理方法）(a) 濁度(b) pH
図-8 水質データ（本システムの管理方法）-3-

５．まとめ表-1 濁水処理設備拘束時間の比較
本稿では，濁水処理設備を対象とした労働生産
従来
本システム
性を向上させるためのシステムについて述べた。
月 日 曜日 管理時間（分） 月 日 曜日 管理時間（分）
濁水処理設備内の各種水槽から得られる水質デー
10 31 月148 3 19 日
0
141 3 20 月
64
タと反応槽で撮影したフロックの形成映像を基に， 11 1 火
11 2 水152 3 21 火55
各種薬品の添加量を自動で調整・添加するAI活用
11 3 木128 3 22 水38
11 4 金119 3 23 木
52
システムを開発し，現場への適用を行った。その結
11
5
土
20
3
24
金
57
果，本システムは汚濁水の急な水質変化にも対応
11 6 日22 3 25 土
0
でき，常時自動で最適な薬品添加を行うことで担
合計
730
合計
266
当者の拘束時間を削減できることを確認した。今後は，濁水処理設備を設置する現場での運用を積
み重ね，より汎用的なシステムの構築を目指すと
ともに，薬品の作成や残数管理の自動化等に取り組み，濁水処理設備の全自動化を目指す。
謝辞：本試行は国土交通省の令和4年度「建設現場の生産性を飛躍的に向上するための革新的技術の導入・活用に関するプロジェクト」の一環として「令和2-5年度窪川佐賀道路不破原トンネル工事」
施工現場で行ったものであり，「官民研究開発投資
拡大プログラム」の予算を活用しました。また，監督員，現場の皆様，協力業者をはじめとした多くの方々にご協力を賜りました。御礼申し上げます。

参考文献
1) 山本悟・三井善孝・石垣純一・岡竜：濁水処理設備自動調 整 シ ステ ムの 開 発 （フ ェー ズ Ⅰ ）， 西松 建 設 技 報
VOL.432) 辻岡高志・山本悟・原圭太・井上洸也・吉原崇将：濁水処理設備における薬液の添加量自動調整システムの開発，土木学会年次学術講演会，2023-4-

８．バックホウ浚渫工事の水中可視化システムの開発
マシンガイダンス＋マルチビームソナーのリアルタイム河床可視化技術
鹿島建設株式会社○ 新開 貴行
サイテックジャパン株式会社
杉山 修武
株式会社ハイドロシステム開発
橘田 隆史
１．はじめに大河津分水路は，新潟県を流れる信濃川の洪水対策を目的に作られた人工河川であるが，近年のゲリラ豪雨や台風による流下能力不足に対する抜本対策となる河道拡幅（山地部掘削）に伴い改築が必要となった。当工事は，その改修事業のうち，増水時の洗堀防止と河口付近の減勢を目的とした床固めの改築工事である。
当工事では，バックホウ浚渫船による河川の掘削を行っているが，河床形状をリアルタイムに把握することが困難であり，作業船によるマルチビ
ーム深浅測量または潜水士の目視やビデオ撮影により河床形状を確認し，その結果を基に追加施工や仕上げ掘削を実施している。本報文では，バックホウ浚渫船に搭載されたマシンガイダンス機能と新たに設置したマルチビームソナーの測量結果を連携させ，掘削中の河床形状がリアルタイムに把握できるシステムの開発について報告する。

写真-1

るところが大きい。しかし，現場で作業する技能者の高齢化や建設業のハードな労働環境のイメー
ジから若手離れが進み，人手不足が深刻化している。現在では，ICT・IoT を駆使した技術力向上に
より人を選ばない施工の実現が求められており，水中施工の技術開発分野では水中可視化技術の開発が多く取り組まれている。
そこで，バックホウ浚渫船のブームに取り付けた傾斜計と GNSS を組み合せたマシンガイダンス
機能と，新たに設置したマルチビームソナーで入手した点群データをリアルタイムに連携させて画面に表示することにより，河床形状，掘り残しや土砂がバケットからこぼれた状況などを任意のタイミングで確認できるシステムを開発して，河床の可視化を目指した。

大河津分水路全景
写真-2

バックホウ浚渫船の掘削状況

GNSS

図-1

床固め完成図マルチビームソナー

２. 開発の目的
バックホウ浚渫船による掘削工事は，事前に実施する起工測量や進捗に合わせて実施する測量の結果や岩盤の地質調査結果などの数少ない情報を基に施工するため，オペレータの経験と技量に頼

写真-3
-1-

作業船による深浅測量状況

３. 技術の概要
3.1 機器構成
本システムの機器構成を図-2 に示す。本システ
ムは，バックホウに取り付けたマシンガイダンスと船首に取り付けたマルチビームソナーに大別される。マシンガイダンスの構成は，バックホウブ
ームと本体に取り付けた傾斜計と GNSS からな
り，バケットの刃先位置を把握する。掘削作業時でも障害の少ない船首に取り付けたマルチビーム
ソナーの計測結果とマシンガイダンスによるバケット刃先位置情報を高性能 PC によって統合して操縦席のモニタに表示される。これにより河床形状を確認しながら，バケット操作を行うことが可能となった。マルチビームソナーによる計測結果
は，高性能 PC 内のクラウドアプリ（Box）を介して関係者全員で共有を行う。

①設計図作成⑤掘削②マシンガイダンス⑥測量（施工中）

ソナー取付※任意でいつでも可能③バックホウ浚渫船

⑦掘削

移動⑧測量（出来形）④測量（事前測量）⑨出来形評価図-3

システム活用フロー４. 施工実績
マルチビームソナーを搭載したバックホウ浚渫
船による施工実績を以下に述べる。
4.1 掘削作業の生産性向上①バックホウ浚渫船に搭載したマルチビームソ
ナーによる測量を実施することにより，即座に河床の形状を更新できるため，掘削作業の進捗をリアルタイムに確認することが可能となった。掘削後の河床形状変化を図-4 に示す。
⇒測量などによるバックホウ浚渫船の待機時間の削減につながった。

図-2システムの機器構成

3.2 システム活用のフロー
システム活用フローを図-3 に示す。
①掘削対象範囲の設計図を作成する②バックホウ浚渫船にマシンガイダンス/マルチ
ビームソナーを取り付ける③掘削対象範囲に，バックホウ浚渫船を移動させる④測量を行う（事前測量）⑤測量結果を基に，バックホウ浚渫船で掘削作業を行う⑥掘削作業後にマルチビームソナー測量を行い，進捗を確認する※従来施工では，作業船による深浅測量を実施する⑦測量結果を基に，バックホウ浚渫船で掘削修正作業を行う※⑥と⑦の作業を繰り返す⑧施工完了時に，出来形確認の測量を行う⑨土量計算ソフトで出来形評価を行う

河床の形状が変わり，掘削作業の進捗が確認できる
これにより作業船による深浅測量が不要となった

図-4
-2-

マルチビームソナー照射後の河床形状

②バケット刃先位置と河床形状を一つのモニタで表示する。
⇒バケット刃先位置と最新の河床形状をリアル
タイムに一つのモニタで表示することで，実際には見ることが出来ない，水中の平面や断面情報を一度に確認することが可能となり，オペレータの経験や技量に頼らない水中掘削を実現することができた。
リアルタイムな河床の形状（三次元）

バケット刃先位置（断面）色分けする。
④ マルチビームソナー操作
マルチビームソナーの測量開始・停止を行う。
4.2 作業日数の削減に関する効果
従来は，掘削作業開始前と完了後の 2 回，作業船による深浅測量を実施していた。今回開発したシステムにより，作業船による深浅測量回数が 0回となり，合計で 4 日間の短縮となった。また，測量後の再掘削が不要となり，再掘削にかかる日
数を 0 日にすることで，1 日間短縮することができた。表―1 に作業内容と削減効果を示す。

※メッシュ内の番号は管理番号① 測量に関わる作業日数の削減効果
・深浅測量日数 2 日×2 回 ＝ 4 日（1 回の深浅測量に掛かる日数
測量 1 日＋データ整理 1 日＝計 2 日）
短縮日数 計 4 日② 掘削作業に関わる作業日数の削減効果
・測量後の再掘削
1日
短縮日数 計 1 日
マルチビームソナー操作

合計で 5 日間の削減効果となった。
表-1

不要となった作業内容と削減効果不要になった作業内容

マルチビームソナー測量

測量

データ整理

掘削作業

短縮日数

図-5

測量

データ整理

(掘削作業)

1

1

1

1

4日
再掘削

1日

1

計 5日

リアルタイムな河床の形状（二次元）※今回試行した期間（エリア）での短縮効果※メッシュ内の数字は管理番号

4.3 作業人員の削減に関する効果
作業中の深浅測量が不要になったので，2 回分の深浅測量の作業人員である 8 人を削減することができた。

モニタの表示状況（一つの画面で表示が可能）

以下にモニタ画面（図-5 参照）の各表示画面の説明を行う。
① リアルタイムな河床の形状（三次元）
マルチビームソナーで得られた測量結果が，即座に三次元の河床形状として表示される。
高さによって色分けされるので，直感的な高さの把握が可能。
② バケット刃先位置（断面）バケット刃先位置と河床形状の詳細を確認するときに，拡大された断面として表示する。
③ リアルタイムな河床の形状（二次元）
マルチビームソナーで得られた測量結果が，即座に二次元の河床形状として表示される。
上記項目 1 の三次元と同様に，高さによって-3-① 作業人員の削減効果
・計測会社による深浅測量の作業人員
2 回/月＝8 人
測量：2 人/回
データ整理 2 人/回 計 4 人/回・本システムの活用 0 回/月 ＝ 0 人
縮減人数 8 人

4.4 安全性の向上に関する効果
従来は，掘削の進捗を確認するため，写真-4 に示すように船舶先端でのレッド測量（おもしを船上からたらす測量）を行っていたが，この作業が不要となり作業員落水の危険がなくなった。

リアルタイムな河床の形状

設計面（赤）

バケット刃先位置図-7
写真-4

レッド測量（従来の方法）

4.5 品質の確保・向上に関する効果
当工事では，鋼殻ケーソンを設置する所定の深さまでバックホウ浚渫船による掘削を実施した。
鋼殻ケーソンは，本堤部の基礎となる大事な構造物となるため，設置精度に直接関係する掘削作業
は，高い精度が要求される。浚渫船に搭載したマ
ルチビームソナーによる測量は，図-6，図-7 に示すようにリアルタイムで河床形状が把握できるため，精度の高い掘削作業が可能となった。

図-6

作業中のモニタ表示

4.6 精度について
マルチビームソナーをバックホウ浚渫船に搭載
した測量は前例がないため，精度の確認を実施した。図-10，図-11 は，マルチビームソナーの精度確認結果の抜粋を示す。精度確認方法は，通常行われている作業船による深浅測量と，バックホウ
浚渫船に搭載したマルチビームソナーによる測量の結果を比較してその差異を考察した。
精度検証は，バックホウ浚渫船による掘削前と掘削後の各 1 回，そして場所が違う 2 つの掘削エリアの計 4 回実施した。測量結果の差は 10cm 以
内が 95％以上であり，バックホウ浚渫船に搭載したマルチビームソナーの精度は，通常行う作業船での深浅測量と同等の精度であると言える。

図-8

掘削前の測量図-9

掘削後の測量バックホウ浚渫船に搭載されたマルチビームソナーによる測量-4-

② 今まではバックホウのオペレータしか把握できなかった河床形状を，作業に関わる者全員が PC 画面で共有できる。また，河床の形状を可視化することにより，オペレータの経験や技量に頼らず画面を見ながら的確な操作を行うことができた。また，集団の知恵で多面的に掘削作業や工程の検討が可能となり，高度な施工管理を実施できた。
③ ソナー測量結果は，世界測地系による.asc の点群データで出力ができるため，土量計算ソフトなどのソフトを活用し，土量計算や出来
形判定を行うこともできる。

計測条件：掘削前
使用機器：Seabat T20
データ取得日：2022年2月15日
比較データ：10cmメッシュ

比較データ総数：

比較結果結果水深差(%)±5cm以内 ±10cm以内
64.99%
98.13%

データ数

データ個数

22422

最大
0.18

水深差(m)
最小
-0.19

平均

-0.01

9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000

～0.5
0.50～0.45
0.45～0.40
0.40～0.35
0.35～0.30
0.30～0.25
0.25～0.20
0.20～0.15
0.15～0.10
0.10～0.05
0.05～0.00-0.05～0.00-0.10～-0.05-0.15～-0.10-0.20～-0.15-0.25～-0.20-0.30～-0.25-0.35～-0.30-0.40～-0.35-0.45～-0.40-0.50～-0.45～-0.501000
0

水深差(m)

図-10

作業船による深浅測量

計測条件：掘削後
使用機器：Seabat T20
データ取得日：2022年2月15日
比較データ：10cmメッシュ

比較データ総数：

図-13

比較結果結果水深差(%)±5cm以内 ±10cm以内
63.46%
95.53%

データ数
22289

最大
0.44

水深差(m)
最小-0.35

取得した点群データ
色分け凡例

平均

0.00

高い
12000

データ個数

10000
8000
6000

4000
2000
～0.5
0.50～0.45
0.45～0.40
0.40～0.35
0.35～0.30
0.30～0.25
0.25～0.20
0.20～0.15
0.15～0.10
0.10～0.05
0.05～0.00-0.05～0.00-0.10～-0.05-0.15～-0.10-0.20～-0.15-0.25～-0.20-0.30～-0.25-0.35～-0.30-0.40～-0.35-0.45～-0.40-0.50～-0.45～-0.500

水深差(m)

図-11

低い

バックホウ浚渫船搭載の図-14

マルチビームソナーの測量結果

土量計算ソフトでの表示（高さによる色分け）

4.7 施工管理の効率化・高度化に関する効果① バックホウ浚渫船に搭載したマルチビーム 4.8 環境負荷低減効果
ソナーによる測量後の結果は，即座に標高に
従来施工に比べて化石燃料の消費が約 1.4ｔ程
よる色分けがされ直感的に高さを把握でき 度削減することができた。
る。バックホウオペレータへ適切な掘削指示
1 日×8h×71L×2.62 kg-CO2/Lが可能となり，施工管理の効率化に寄与する。
＝ ▲1,488.16 ㎏-CO2
色分け凡例（短縮時間 1 日，作業時間 8h，
一時間あたりの燃料消費量 71L/ｈ，高い
CO2 排出係数 2.58kg-co2/L）

低い
図-12

高さにより色分けされた河床の形状-5-

4.9 課題について①マルチビームソナーの調達費用
マルチビームソナーは特殊な機材であるため，
現在流通しているどのメーカの製品も高額であり，今回使用した機器も月額費用が高額であった。
費用を削減するため，使用期間を必要最低限としてマルチビームソナーのリース料の削減に取り組む必要があった。今後，機器の流通が増加して販売コストやリース料の低下を期待する。
今回の開発では，使用するマルチビームソナ
ーは限定されたが，安価なマルチビームソナーの開発を進める必要があると考える。

② 操作技術の習得開発したシステムの操作は，習熟訓練が必要である。掘削担当者は，1～2 日間の使用方法などの講習を受けて使用方法を習得した。しかし，講習では初歩的な操作技術しか習得していないので，システムトラブルが発生した時の原因解明と復旧は専門会社に対応してもらう必要があった。
今後は，遠隔による操作指導やサポートを受けることができる機能が必要と考えている。

写真-7

写真-5

バックホウ浚渫船に取り付けた
マルチビームソナー

マルチビームソナーは，簡単に取外し可能な構造としており，修理対応や一時的な取外しに対応
している。

写真-6

専門会社による点検状況

５．まとめ
従来の水中掘削作業は，オペレータの経験や技量に頼るところが大きいが，今回開発した水中可視化技術は，マシンガイダンス機能とマルチビー
ムソナーの測量結果を連携させたシステムを構築したので，河床形状を任意のタイミングで把握し，多面的で詳細な施工管理の実現が可能となり，生産性向上を達成することができた。しかし，マルチビームソナーは高価な機材であり導入費用が高額となった。今後のマルチビームソナーの流通量が増加し，リース費用が低減することを期待する。
本システムが，河川などの濁りや水流による河床地形変化が確認できない水中での掘削工事や浚渫工事などで活用され，さらに海上や湖畔など水中作業全般で生産性向上や出来形向上に繋がるよ
うに今後も開発を継続したい。

マルチビームソナー取外し状況-6-９．水中捨石マウンド締固め能力及び生産性向上に向けた取り組み

五洋建設株式会社

１．はじめに外洋からの波浪の影響を軽減するため，港湾にはケーソンと呼ばれる一般的に鉄筋コンクリー
ト製の中空の函体が防波堤として設置される。ケーソンは，1 個当たり数十 kg から数百 kg の捨石で成形された捨石マウンドの上に設置されるが，最終的な出来形管理基準にあたる設計天端面から±5cm 以内の精度（本均し）を満足し，且つケ
ーソン据付後に捨石マウンドが沈下しないよう，
精度よく堅固に捨石マウンドを均す必要がある。
従来は潜水士によって均し作業は行われていたが，作業の施工性と安全性を確保するため機械化が進められ，近年ではリアルタイムに捨石マウン
ドの高さや施工の進捗を確認することができるまでとなった。
五洋建設は長年「転圧ローラ」を搭載した水中
捨石均し機を運用してきたが，捨石マウンドの堅固な締固めに対応するため，今回，「重錘」による締固め方式を取り入れた新型の水中捨石均し機「SEADOM-7（以下「本機」）」を建造した。
筆者らは，重錘締固め作業による施工精度の確保と生産性向上の両立を図るため，施工方法と各計測装置に連動する施工管理システムと，実験を基に構築した AI による重錘最適落下高さ算出シ
ステムを本機に導入した。本稿では，水中捨石均し機と概要と開発経緯及び AI システムの開発について報告する。
２．水中捨石均し機
2.1 水中捨石均し機概要
本機は，8 脚歩行式の水中ロボットである。基
本的な構成は，均し機本体と遠隔操作室，本体の給電と通信を担うアンビリカルケーブルからなる（図-1 参照）。
本機は，重量があり，捨石マウンド上に着底した状態で作業するため，海象の影響を受けにくい。
また，遠隔操作室からワンマンコントロールによる操作が可能なため，厳しい海象条件や大水深海域においても安全に作業することができる。

-1-

森 雅宏
酒井 優希

GNSS
遠隔操作室
（支援台船上）アンビリカル
ケーブル

ケーソン

本体

捨石マウンド

重錘装置

レーキ装置
図-1

施工イメージ

2.2 新型捨石均し機の仕様及び搭載機器
本機は捨石を押出すためのレーキ装置と本均し用の重錘装置を搭載している。レーキ装置は台車と昇降装置を搭載し，重錘装置は台車と昇降装置，落下装置を搭載している。本機の仕様を表-1 に示す。
表-1

SEADOM-7 本体仕様

機体寸法

長さ 18.5m×幅 10.5m×高さ 7.0m

機体重量160t(気中)、135t(水中)最大使用水深-35m

捨石規格500kg/個以下

均し精度±5.0cm 以内

移動方式

水中 8 脚歩行式

主電動機

水中電動機

90kW

幅×ピッチ

5.0m×0.3m

敷均し範囲

9.5m×5.0m

最大牽引力

212kN

重量

20t

底面

2.0m×2.0m

締固め範囲

11.5m×4.0m

レーキ装置

重錘装置
測位・測深

RTK-GNSS・超音波センサ

操作方法

遠隔操作（一部自動制御可）

2.3 施工フロー
本機は，ガット船によって投入された捨石マウ
ンドの上に支援台船の起重機等で据え置かれ，脚装置で所定の場所に移動した後，図-2 に示すフローに沿って本均し作業を行う。

図-2

2.4 施工管理システム及び ICT 施工の取り組み
オペレータは櫓頂部の GNSS と，本体に取付けられた方位傾斜計によって，本機の現在位置を把握できる。また，超音波センサやエンコーダ等の計測機器から捨石マウンドの高さを計測し，これらの情報をリアルタイムに施工管理装置の画面に表示させ，進捗を確認できる(写真-2)。
各種センサや施工管理装置との相互通信を基にプログラミングされたシーケンス制御に従って油圧機器を制御することによって，自動的に歩行及び敷均し，締固め作業を行うことができる。

施工フロー① 均し作業前捨石マウンド形状計測
レーキ装置後方に捨石マウンド計測用の超音波センサ(写真-1)が取り付けられ，レーキ装置を前後させることで直下の施工エリアの高さを計測する。超音波センサは対象物と距離が短く，レーキ装置も水平に移動するため，精度よく捨石マ
ウンドの高さを計測できる。
② レーキ敷均し所定の余盛高に捨石を敷き均す。均し作業中も捨石マウンドの高さを計測でき，リアルタイムに状況を確認しながらレーキを操作する。
③ 中間計測敷均し完了後，施工エリアの高さを計測する。
④ 重錘締固め重錘装置によって重錘を所定の位置まで移動させ，任意の高さから重錘を落下・回収する。重錘落下後に超音波センサ(写真-1)で重錘天端の高さを確認し，捨石マウンドが所定の高さになるまで繰り返す。
⑤ 均し作業後捨石マウンド形状計測
重錘締固め完了後，捨石マウンドの高さを計測する。捨石マウンドが所定の高さになったことを確認し，次のエリアへ本体を移動させる。

写真-1

図-3

施工管理ソフト(上：平面位置表示，下：捨石マウンド形状)

３．開発経緯捨石マウンドの堅固な締固めに対応するため，
従来のローラ転圧方式に代わる締固め方式を検討した。ローラ以外の締固めに対する知見やノウハウを得るため，その他の締固め装置の性能と捨石マウンドの変位を確認した。
3.1 実規模実験
海中で使用される締固め装置は主にバイブロ
ハンマ・油圧ハンマ・重錘が挙げられる。これらの装置を用いて締固め試験を行い，性能の比較と評価を行った。

超音波センサ（左：捨石マウンド計測用，右：重錘天端計測用）

写真-2

2

実験状況

3.2 実規模実験結果
表-2 に示す 3 つの締固め装置を用いて，1 個あたり 200～500kg の捨石で形成した捨石マウンドに対して表-3 に示す通り，同じエネルギを与え，締固め度（捨石の密度変化）と平坦度（天端高さの標準偏差）を比較・評価した。
装

置

表-2

使用機械

仕

様

バイブロハンマ 底面 2m×2m
油圧ハンマ

3.3 模型実験
重錘締固めによる捨石マウンドの沈下傾向や周辺への影響を調べるため，現場の状況を想定した模型実験を行った。実験内容としては，実験水槽に小規模の捨石マウンドを形成，没水させることで施工状況を再現した。岸壁等の築造工事において捨石本均し工で求められる施工精度は±5cm であるため，重錘締固めにおいて施工精度を確保できるかを検証した。また，締固めに伴う盛り上がり等周辺の変位についても確認した。

備 考
SR-45（エンジン出力

締固め力 24.6kW

250kW）

底面 2m×2m

NH-70（ラム質量 7t）

3.4 実験スケール及び使用実験資機材
模型実験では実験スケールを 1/5 に設定した。相似則に従い表-4 に示す資機材を準備し，
図-5 に示す構成の装置を使用した。重錘は実規模実験で使用した 20ton と同等のものとし，捨
石は基礎捨石によく使用される最大級の大きさになる 500kg 以下と同等のものを準備した。

締固め力 88kW
重錘20t
底面 2m×2m

捨石

表-3

200～500kg/個

各機材が捨石マウンドに与えるエネル

表-4

実験相似則

まず，締固め度について，図-4 で示す通り密度の減少量はバイブロハンマ及び油圧ハンマの場
合は 0.04～0.05t/m3，重錘の場合は 0.10t/m3 であったため，重錘が最も締固めの能力があることが分かった。
次に，天端高さの平坦度について，図-4 に示す通りバイブロハンマ及び油圧ハンマの標準偏差が 100～110mm に対し，重錘は 80mm であったため，重錘が最も精度よく捨石マウンドを均せることが分かった。
最後に，試験の状況を観察した結果，バイブロ
ハンマと油圧ハンマは施工中に傾きが発生したため安定した締固めができなかったが，重錘は施工精度を確保しつつ，安定した施工を行うことができた。
以上の結果を踏まえ，施工の安定性と施工精度を確保できる重錘を本機の締固め方式に採用し
た。

図-5

図-4

締固め工法比較

3

実験装置

実機の最大落下高さ 2.0m 相当（400mm）を 3 回落下させた捨石マウンドの形状を示す。重錘による盛り上がりは落下高さと締め固まり具合によるが概ね 400mm 程度(重錘 1 つ分)の範囲で盛り上がりが確認された。また，隣接部分を続けて締固めを行った場合，締め固めていない箇所で盛り上がりが起こりやすい傾向が見られた。

3.4 模型実験結果(1)施工精度の確認
まず，締固めにより捨石マウンドを平坦に均せるかを確認するため，重錘の四隅を計測すること
で，捨石マウンドの形状を確認した。ここでの平坦度は，重錘四隅の平均値と標準偏差を確認した。
計測の結果，表-5 に示す通り，重錘を落とすことによる沈下は確認できたが，平坦にならなかっ
た。
表-5

重錘

沈下の傾向

重錘底面(落下後)

未施工

図-6

未施工

締固め前後の捨石マウンドの変化(H400×3 回)(3)締固め順序
次に，実際の施工では締固め完了後に隣接部を締め固めるが，その反動による盛り上がりが少な
くなる締固めの順序について検討した。重複箇所が無いよう捨石マウンドを締固めるにあたり，図-7 のように締固めの順番を①コの字②ジグザグ③折り返しの 3 パターンを設定した。

次に，捨石マウンドの最終高さを目標に設定し，その時の捨石マウンドの高さに応じて重錘を落下させ，最終的な捨石マウンドの高さを確認した。
表-6 では施工精度±10mm 範囲内に入る件数の割合とそれ以外の件数の割合を一覧にした。結果は，設計高さより+10mm 以内に収まるよう締
め固めることが出来たが，-10mm より下がる捨石
マウンドが約 22％あった。この結果は重錘の四隅を計測した内，一か所でも+10mm を超える計
測値を確認した場合でも締固めを続行したため
である。
表-6

締固め範囲

7

8

8

7

8

4

6

5

5

6

7

3

3

4

4

3

6

2

2

1

2

1

5

1

①コの字

締固めの精度②ジグザグ
図-7 締固め順序③折り返し

各締固めパターンにおける施工精度の割合を表-7 に示す。コの字については施工精度について+10mm を超える盛り上がりの割合が他の施工方法より多く発生している。ジグザグと折り返しについて比較すると箇所±10mm 以内に入る割合は同じだが，ジグザグは+10mm 以上になる割合が高いため，折り返しが最も周辺が盛り上がらな
い施工方法と言える。

以上から，締固めを行う前にある程度捨石マウ
ンドを平らにしなければならず，本機によるレー
キ敷均し作業は有効であると考えられる。

表-7(2)周辺盛り上がり
実規模実験時に重錘の周辺が盛り上がることが確認されたため，重錘落下の前後に超音波セン
サで捨石マウンドを直接計測することで周辺への影響を確認した。
超音波センサの計測値は石の空隙も含まれる
ため，頂部の値を抽出してグラフ化した。図-6 に

4

施工精度比較

盤定数 α を説明変数と呼ぶ。
𝑚𝑣
P = c 0 √𝑁

４．AI システムの開発
4.1 概要実際の施工では，施工精度の確保に加え，効率の良い施工が求められる。重錘による締固めの施工効率を向上させるためには，重錘の落下回数を少なくする必要があり，各締固め箇所の高さや状態に合わせた重錘落下高さを導出する必要がある。今回，重錘の落下高さと捨石マウンドの変化を定量的に分析し，重錘落下高さから沈下量を割り出す AI システムを開発した。

𝐴

𝑣0 = √2𝑔𝐻
𝑃𝑁 = α√𝑁𝐻
𝑃𝑁−1 = α√(𝑁 − 1)𝐻∆𝑃𝑁 = 𝛼(√𝑁 − √𝑁 − 1)√𝐻

X

法面
4400

O

F

E
3600

N

G

① 1 度の締固め結果のみ保持② 1 回前の締固め結果のみ保持③ すべての締固め結果を平均化

D
2800

法
面

H

M

C
以上の評価の結果，表-8 に示す通り，③のパター
ンが最も精度が良いことが得られた。

2000

L

I

B
1200

K

Y

4800

J

3600

図-8

(2)
(3)
(4)
(5)

4.3.2 モデル構築
地盤定数 α をどのように数値決定するかを検討した。
まず，地盤定数 α を決定するため,隣接部を締固めてない同一マス上に，同一高さからの落下させる実験を行った。重錘の落下高さと累積沈下量の関係は図-9 に示す通り,決定係数𝑅 2は 0.925 が得られ，高い直線性を示した。
次に予測値と真値を比較するため，全 110 マス
に対して 3 回締固めを実施した全データを使用
し，α 情報の扱いを①～③の 3 パターンで比較・評価した。評価方法は真の値と予測値の差の絶対値の平均を取る MAE（Mean Absolute Error）と，誤差の標準偏差を取る方法とした。

4.2 AI 開発に向けた実験
AI システムを構築するためには多くの実験データが必要になるため，先の模型実験装置と捨石マウンドで実験を行った。また，捨石均し機を実施工に導入することを想定し，図-8 に示す捨石マウンドと順序で締固めを行った。

終
了
点

(1)

A

2000

開
始
点

400

400

原点

AI 実験用捨石マウンド

4.3 実験結果とアルゴリズムの構築
4.3.1 基本式の構築
機械学習に用いられるアルゴリズムを構築するため，その基礎となる式を構築した。
水中での重錘締固めの物理法則において，気中の式(1) 1)，(2)と同様の傾向を示すもの考えることとした。式(1)，(2)を簡略化し，N 回目と N-1 回目に締固めたときの累積沈下量が式(3)，(4)となる。その差分が N 回目の沈下量として式(5)が得られ，この式を本アルゴリズムの基本式とした。
このときの α は地盤の締固めにおける特性として地盤定数と呼称することとする。
沈下量 ΔP は目的変数と呼び，目的変数を求めるために使用する落下回数 N や落下高さ H，地5

図-9

沈下量の状況

表-8

α_base の評価

4.3.3 モデル拡張
前項では同一マス上において検証を行ったが，実施工では周辺状況の影響を考慮する必要があるため，α 情報の拡張が重要であると考えられる。そこで，捨石均し機の施工における施工範囲を図-10 のように 3 つに分けそれぞれの地盤定数を次の通り定めた。

図-10

表-9

学習データを用いた評価においては Xgboost
が MAE, R2Score ともに精度が良かったものの,検証データを用いた評価においては
MAE,R2Score の値が悪かった。
これは過学習と呼ばれ,学習時は良い精度を出すものの,未知のデータに対し同様の精度を出せないモデルが構築されてしまった。従って, Xgboost は運用には適さないと考えられる。検証データを用いた評価において，線形回帰が MAE,R2Score ともに良い値となり, Xgboost を除く 2 つのアルゴリズムの分布をみると線形回帰の方が強く纏りが出ていた。
以上，総合的に 3 つのアルゴリズムを評価した
結果，今回開発したモデルにおいては線形回帰モ
デルが最も性能が良いと考えられる。

地盤定数の定義

同一マス上での平均を α_base，同一マウンド上を α_mound，全施工エリアを α_all とし，各 α の値が及ぼす影響を AI で学習しモデル化した。

4.4 取り組みの結果同一箇所へ締固めを行った時の α モデルの構築を実施し，締固め結果を平均化するパターンが最も精度が高いことが分かった。また，実工事を想定した α_mound,α_all にモデルを拡張し，各モ
デルをアルゴリズムで評価した結果,線形回帰モ
デルが最も精度が高いモデル構築となった。

4.3.4 アルゴリズムの評価
今回の AI 設計は本実験のように教師データがあるため，教師あり学習の回帰モデルを使用し，目的変数である ΔP を求めた。この計算過程で使用するアルゴリズムとして線形回帰，決定木，
Xgboost を用いてモデルを評価した。
評価の方法は，先の実験で取得したデータ
1094 件のうち，7 割の 765 件をアルゴリズムの学習に使用し，3 割の 329 件を学習データから学習したアルゴリズムを検証データとして交差検証をおこなった。それぞれのアルゴリズムの検証結果を図-11 と表-9 に示す。
線形回帰

決定木

５．まとめ
これまで捨石の締固めに対する知見を深める
ため数々の実験を行い,各締固め装置の性能差と，
重錘締固めによる捨石マウンド変位の傾向を確認した。また，重錘締固めによる捨石マウンドの沈下傾向から AI による沈下量予測モデルを構築した。今後，新しく開発した水中捨石均し機に導入し，データを蓄積することで知見を深め，生産性の向上に取り組んでいく。

Xgboost検証

沈下予測値[mm]学習データ

アルゴリズムの比較結果

謝辞：SEADOM-7 建造及びシステム開発，実験等にご協力いただきました三菱重工業㈱，アプリ
ケーションテクノロジー㈱，㈱Iroribi，他，関係者の皆様へ，紙面を借りて深く御礼申し上げます。

データ

参考文献
1) 大島昭彦・高田直俊：重錘落下締固めにおける地盤への重錘貫入と衝撃力，土木学会
論文集，No.487/Ⅲ-26，pp.61～67, 1994

沈下実測値[mm]図-11

アルゴリズムの比較結果

6

10．造成工事を対象とした DX
ダンプトラックの運土情報記録システムの構築

清水建設株式会社

１．はじめに造成工事において，土の運搬管理は必須事項である。土を掘った場所と土を運んで積み上げた場所の施工記録から施工進捗を把握し，施工計画の策定や品質管理に利用する。従来，ダンプトラック
がどのエリアからどこのエリアに土を運搬したかは，ダンプ運転手など人の手で記録されている。複数のダンプが配備された現場では，それぞれのダ
ンプの運土記録を回収し，施工現場内の土を運搬した回数及びその土量合計を手作業で集計している。これらデータは施工計画の策定や品質管理に必須のデータであるが，運転手による手作業の記
録なため運土した場所の正確な位置を把握できな
い課題がある。加えて，数え間違いや記録の欠損によるデータの信頼性の欠如といった課題がある。
そこで，3DLiDARで計測した点群データからダンプの状態（土を運んでいるか、降ろしているか）をAIで認識させ，その認識情報とGNSSの位置情報を組み合わせた運土情報自動記録システムを構築した。運搬土量の算出について，ダンプトラックの最大積載量は既知の値であるため，最大土量を運搬していると仮定すると，（積土場と盛土場の往復回数）×（最大積載量）で大まかな運土量が導きだせる。運土情報はダンプに備え付けられたデバイ
スによりクラウドシステムに送信され，クラウド
上で複数ダンプの運土情報を集中管理する。クラウド上で管理される運土情報は，例えば以下に示す用途で活用される。

○ 前﨑 貴博
横島 喬
宮下 祐貴

カメラ・赤外線カメラなどを検討していた。しかし，造成現場は天候・作業する時間帯による日の当たり方など外部的な要因が多い。その為，逆光・影などの影響で見え方が変わってしまい常に一定の画像が得られないと考え不採用とした。また，加速度センサーをダンプトラックのベッセル（積荷する部分）に取り付けて，傾きから荷降ろししている情報を得ようとも考えたが，積荷した箇所を把握できないため，こちらも不採用となった。今後，積まれている土砂の点群データから土量を算出することも念頭において3DLiDARを選択した。3DLiDAR
はダンプのベッセルを点群データとして計測し，計測データを点群情報 処理用PCに送る。点群デー
タを受け取った処理用PCは，Neural Networkに点群データを入力しダンプの状態推定を得る。この時，Neural Networkはダンプが土を積んでいるか（carry），土を下ろしているか（dump-up），土が空の状態(empty)であるかの3状態のどれであるかを推定する。

・クラウドにアクセスし，リアルタイムの運土状
況を把握
・クラウド上に蓄積された運土情報を用いて，施工管理に必要な運土帳票の自動作成
・施工計画に必要な運土情報の自動集計
２．システム概要
ダンプトラックの運搬状態の認識と土砂の運搬
位置把握のため，3DLiDAR と位置測位センサー(GNSS)を用い専用のデバイスを構築した。(図-1)
今回，3DLiDARを選択した理由として，他センサ
ーに比べて外乱を受けにくい性質があり，一定のデータを得られるためである。例えば，当初，工学
-1-

図-1

機器設置状況及びデバイス寸法

本デバイスの構成は，GNSS受信機，LTE通信機
器，位置情報 処理用PC，点群情報 処理用PCで構成し，建機のシガーソケットにより電源を得ることで動作が可能となる。推定したダンプの状態(carry,empty,dump-up)とGNSSより得られる位置情報をラウドに送信する。
（以降は点群データの処理に関して記述するため，点群データ 処理用PCをエッジPCとして話を進める）

図-2

デバイス内部構成

３．AI によるダンプトラックの状態遷移識別
ダンプトラックの状態を識別する AI モデル作
成には，以下 a～d の手順で実施する。
a) 訓練データ作成のための点群データ取得
b) 取得した点群データへのラベリングc) 点群データをNeural Networkへ入力するための点群データ加工d) 加工された点群データとラベリング情報を用いたNeural Networkの学習

ータとダンプ状態を時間データから紐づけること
で自動ラベリングを実施する。上記に示したダン
プ状態の記録に即すると，13:00 から 13:05 の間に取得した点群データに carry のラベリングを自動的に付与する。このように点群データ取得の際に手作業で作成したダンプの状態記録 csv を用いる
ことで，点群データへの carry, dump-up,empty のラベリングを自動化した。
c)点群データを Neural Network へ入力するための点群データ加工
Neural Network が点群データを入力する前に，
点群データを 2 つの手順で加工する。
3DLiDAR は，
ダンプのベッセル以外にもレーザーを照射し点群データとして計測するため，不要な情報を点群データに含まれる。そこで 1 つ目の手順では，ダンプの状態認識に不必要なベッセル以外の点データを削除する。不必要な点データを削除するために，
ダンプのベッセルが点データとなり得る座標の範囲を手動で見つけその範囲をパラメータ（5<x<5,y<10 など）とし，パラメータで定めた範囲
以外の点データを点群データから自動的に削除する。2 つ目の手順では，点群データのデータ構造変動に対応する。Neural Network にデータを入力す
るには，入力するデータ構造を一定にする必要がある(例えば，100 pixel×100pixel の画像)。一方
で，3DLiDAR により作られる点群データは，複数レーザーを照射して跳ね返ってきたレーザーのみ
から点群データを作成する特性から，点群データの数が一定にならない。そこで，Neural Networkに入力する点群データのデータ構造を一定にするためのデータ変換を行う。

a)訓練データ作成のため点群データ取得
AI がダンプの状態を認識するための訓練用点群
データを取得する。施工中のダンプトラックに
図-1 のデバイスを搭載し，実施工中の点群データを保存する。
b)取得した点群データへのラベリング
取得した点群データに対してダンプトラックの状態をラベリングする。ラベリングは手作業でも実施可能であるが，膨大な数のデータへのラベリ
ングは多大な労力を要するため，今回はラベリン
グを自動化して実施した。まず，点群データを保存する際，目視でダンプを監視し，手作業でダンプの状態変化記録した csv ファイルを作成する。例えば，13:00 carry→13:05 dump-up→13:06 empty→…. のように記録する。次に，この記録を用いて，ある時間におけるダンプの状態を把握し，点群デ
-2-

図-3

点群データ加工例

まず，グリッドデータに変換するためにxyzの座標空間を正立方体で表現し，その立方体に計測した点データが存在するかを確認する。例えば，図-3(a)のような二次元グリッドで原理を説明すると，図-3(a)内の黄色枠のようにグリッド内に点デー
タが存在する場合，図-3(b)のグリッドにて1と表現する。点データが存在しない箇所は0として表現する。このような操作を三次元グリッドで同様に行う。図-3(c)にベッゼルの状態画像と，その時に計測した点群データをグリッド化変換したものを図-3(d)に示す。青色や緑色の点が3DLiDARで計測された点データであり，白色の立方体が点群
データをグリッドデータに変換した際，1のフラグが立った箇所になる。このようにグリッドで点データを表現することで，データ構造3DLiDARの取得した点データの数に依存しない不変な構造で表現でき，NeuralNetworkに入力できる形になる。
d)加工された点群データとラベリング情報を用いたNeural Networkの学習
最後に加工されたデータを用いて，ダンプ状態の認識AIを作成する。学習により構築されたAIモ
デルをダンプに取り付けられるデバイス内のエッ
ジPCにコピーし，ダンプの状態をリアルタイムで認識するシステムを完成させる。この時，Neural
Networkに入力するためのデータ変換プログラムも併せてエッジPCに導入し，3DLiDARが生成した点群データをNeural Networkへ入力する前にデータを変換する。エッジPC内に設置されたAIは，一定の周期でダンプの状態を推定し続ける。PCス
ペックに大きく依存するが，今回では，0.1秒ごとにダンプの状態を推定した。AIが点群データから状態を推定した時の例を図-4に示す。

「dump-up」→「empty」と循環する性質を利用し，ステートマシンがある状態で，AIが移行可能な状態を認識した場合に，ステートマシンを次の状態に変更する。例えば，ステートマシンの状態
がemptyでAIがcarryを検知した場合（実際にはダンプに土を詰め込み始めたタイミング），ステートマシンの状態をcarryに変更する。一方，ス
テートマシンの状態がemptyの時に，AIがダンプの状態認識を間違えdump-upと誤認識した場合，AIの認識結果を誤認識としてステートマシンは
emptyに留まる。このようにステートマシンで状態を管理することで，AIが誤認識した場合（例えば，空の状態ダンプが移動している時，ベッセルの上に木が覆って間違えてdump-upと認識するなど）でも，システムはダンプ状態の誤認識を減少させることが可能になる。エッジPCは，ステー
トマシンの状態が変化した時に，変化した状態とその時の位置情報をクラウドシステムに送信する。
４．クラウドシステム
複数のダンプ状態認識システムより送られるデータをクラウド上で管理することで，どのダンプ
がどのエリアで土を積み込み，降ろしたかを1つのシステムに集積し，リアルタイムな運土情報の管理を可能とする。つまり，クラウドシステムは現場内の複数のダンプから送られてくるデータを統合管理し，現場全体の運土管理を実現する。ダンプシステムからクラウドシステムに送られるデータの処理フローを図-5に示し，以下に概略を説
明する。

図-5

図-4

AIによる状態認識及び点群

さらに，ダンプ状態認識の精度を向上させるため，AIによる認識とステートマシンを組み合わせた。(ステートマシンとはステート「状態」とトランジション「遷移」によって制御する仕組み)
ダンプの状態が「empty」→「carry」→

クラウドシステム上の処理フロー図

まず，ダンプ状態認識システムより受け取ったデータは，クラウド上のPipleLine（受け取ったデータを加工するところ）を通って，データベースに保存される。このとき，クラウドが受け取るデータは，ダンプの状態と位置情報のみで構成されており，施工現場の情報（現場ごとに決められた
エリア情報など）が含まれていない。そこでクラウド上のPipeLineにて，施工管理に必要なデータ（エリア情報）を追加する。その後，PipeLineを-3-

通ったデータはデータベースに保存される。この保存されたデータを用いて，クラウドシステムは施工管理者向けにダンプの運土管理情報を提示する。例えば，ダンプが積土した位置と盛土した位
置を地図上に表現し（図-6），施工管理者はクラウドにアクセスしてこのグラフから現場内の運土管理を行うことができる。また，（どこの土がどのくらいの土量が移動したかを管理する）運土帳
票の自動作成も作成することが可能であり，期間指定をして帳票の出力が可能である。(図-7)
造成現場では一般的に小エリア毎に区分けして施工するのが一般的である。
（A街区、B街区…など）そこで，どのエリアの土が積荷されて，どのエリアに荷降ろしされたのかの傾向を掴めるようにした。(図-8)
また，ダンプトラック毎にデバイスを取り付けているため，個別の分析が可能である。(図-9) こういった造成工事に必要な土運搬に関する情報を
ダッシュボード化することにより，施工管理者は日々の作業進捗状況を把握することが可能となった。

図-8 エリア毎の土運搬

図-9

図-6

積土・盛土場所の分析

図-7

ダンプトラック個別分析

５．終わりに本システムを構築することで，今までダンプト
ラックの運転手が手作業で記録していた帳票をデジタル化することが可能となった。これにより，従来の手法よりも確実でかつ，効率的に把握することができる。また，GNSSからもたらされる位
置情報を組み合わせることにより，どのエリアにどれくらいの土を運搬したかの情報を得ることができるため，施工管理者は信頼性の高いデータを元に施工計画の策定・修正が可能となった。今後は，現場で継続運用をしながら3DLiDARから得られる点群データを元に詳細な土量を算出できるよ
うにし，より精度が高い情報を還元できるように
したい。

運搬帳票

-4-

11．地上型レーザースキャナの器械点設置位置検討のための3 次元モデルを用いたシミュレータの開発

国土技術政策総合研究所
国土技術政策総合研究所
国土技術政策総合研究所
１．背景と目的
近年，「3 次元計測技術を用いた出来形管理要領
1)(案) 」により，水糸，巻尺，レベル等の従来の計測技術に代わり，3 次元座標値を取得可能な計測技
術の出来形管理への活用が進んでいる。また，令和5 年度から国土交通省直轄工事において BIM/CIMが原則適用となり，工事現場の 3 次元モデルの活用が進むと考えられる。
ところで，出来形管理に適用可能な 3 次元計測技術の一種である地上型レーザースキャナ(TLS)
は，器械点からの距離や地形の凹凸形状により，計測可能な範囲が限定される。よって地上型レーザ
ースキャナで計測した点群を出来形管理に活用する場合，一般的に複数の器械点から計測を行い，後処理で計測した点群データの位置合わせや合成を行う必要がある。しかしながら，器械点の配置が不適切だと，欠測箇所が生じ現場での追加計測や合成処理等の手戻りが発生する。このように，TLS を用いて出来形計測を実施する場合，事前に器械点の設置位置を検討することは，施工効率を向上させる上で非常に重要である。
そこで本研究では，3 次元モデルを用いた TLSのシミュレータを開発し、シミュレータを用いて出来形計測を想定した TLS の器械点設置位置の検討が行えることを確認することとした。
２．TLS のシミュレータの概要
近年，ロボットの研究・開発においては，LiDAR
センサが一般的に使用されており，LiDAR センサ
をシミュレーションするツールが提供されている
2)3)。一方で，既存のツールはロボットの動作をリ
アルタイムにシミュレーションすることに主眼を置いており，出来形計測を想定した TLS のシミュ
レーションには適していない。具体的には，環境構築が困難であり，また TLS を再現する上で必要なパラメータ(例えば TLS の器械点設置位置の計測
誤差など)や処理の追加をする必要がある。

○早川 直樹池田 誠
杉谷 康弘

そこで本研究では，TLS による出来形計測を想定した，環境構築が容易なシミュレータを開発することとした。具体的には，現場における TLS の器械点設置位置を検討するため，現場の 3 次元モ
デルに仮想的な TLS を配置し，TLS により得られる点群を計算・出力するシミュレータを開発した。
2.1 シミュレータの動作環境開発したシミュレータは，以下の要件を満たす
オープンソースの統合型 3 次元 CG 製作ソフトウ
ェア「Blender」を用いて実装することとした。
・Windows・MacOS・Linux などの OS のコンピュータで利用できること
・標準機能およびアドオン機能により，様々な形
式の 3 次元モデルの入出力ができること
・3 次元モデルの表示や編集ができること
・Python 等で記述した自作のスクリプトから，3 次
元モデルに関する関数が容易に扱えること
2.2 シミュレータの使用手順開発したシミュレータを使用する手順は以下の通りである。なお，以下に示す①～③の手順はいず
れも Blender の標準的な機能を用いて実施する。
①Blender に計測対象となる地面・構造物等の 3 次
元モデル(BIM/CIM データや設計データ,起工測量
データ等を用いて作成)を読み込む②TLS の設置検討位置に Blender のカメラオブジ
ェクトを作成する③3 次元モデルのマテリアルや光源など，見た目に関する設定を行う④シミュレータのスクリプトを実行する開発したシミュレータを使用する際の画面の例
を図- 1 に示す。図- 1 の例では，国土技術政策総合研究所の建設 DX 実験フィールドの 3 次元モデル(UAV 写真測量により得られた地形と，Blender 上
でモデリングした構造物・ターゲットスフィアを含む)を読み込み，仮想的な TLS として Blender のカメラオブジェクトを 3 個配置している。

-1-

図- 1：シミュレータの画面の例

図- 2：出力された点群データの例(1 器械点分)

図- 4：シミュレータのフローチャート

図- 5：Blender シーン内のオブジェクトの例

図- 3：出力された点群データの例(複数 TLS)

シミュレータのスクリプトを実行すると，仮想的な TLS の位置から 3 次元モデル(図- 1 の例では
建設 DX 実験フィールド)を計測した際の 3 次元座標値を計算し，3 次元点群データが出力される。
シミュレータから出力された 3 次元点群データを表示した例を図- 2，図- 3 に示す。なお図- 2 はあ
る 1 か所に設置された TLS の点群データを表示したものであり，図- 3 は現場内に配置した 3 つのTLS の点群データを並べて表示したものである。
図- 2 の点群データは，地形形状や構造物などによりレーザーが遮蔽され，一部の領域の点群が取得できないことがわかる。一方，図- 3 を見ると，TLS
周辺の点群が概ね取得できることがわかる。
なお 3 次元点群データは，以下の要件を満たすことから PCD 形式で出力することとした。
・座標(XYZ)および色情報(RGB)を持つこと・TLS の器械点位置や姿勢の情報を持つこと・実装が容易であること
・点群処理ソフト「Cloud Compare」で表示・編集ができること３．TLS のシミュレータの詳細な処理内容
シミュレータのスクリプトは，図- 4 に示すフローチャートに従って動作する。
シミュレータのスクリプトはまず，Blender シー
ン内に存在する複数のオブジェクト(図- 5)のいず
れかを取得する(S1)。そのオブジェクトがカメラオ
ブジェクトの場合，次の処理(S2)に進み，カメラオ
ブジェクト以外の場合，選択したオブジェクトがシーン内の最後のオブジェクトなら処理を終了し，シーン内に未取得のオブジェクトがある場合は再度 S1 において未取得のオブジェクトを取得し同様の処理を実行する。
開発したシミュレータでは，カメラオブジェク
トを仮想的な TLS として扱う。S2 では，TLS が地面から一定の高さ(地上設置高さ)となるよう，カメ
ラオブジェクトの位置を調整する。
次に S3 において，点群の座標を計算する。点群の座標計算の処理は以下の①～⑤の通りである。
なお，①～⑤で求めるものの定義や関係性を図- 6
および図- 7 に示す。図- 6 中の x,y,z 軸は Blender の-2-カメラオブジェクトのローカル座標系における軸を表しており，z 軸のマイナス方向がカメラの視線ベクトルである。
①計測する方向(計測方向ベクトル)を決定する。計測方向ベクトル𝑀(𝜃, 𝜑)は図- 6 に示す方向角𝜃および仰角𝜑により式(1)のように定義される。
𝑠𝑖𝑛𝜃 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑠𝑖𝑛𝜑𝑀(𝜃, 𝜑) = ()−𝑐𝑜𝑠𝜃 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝜑

円筒図のパノラマ画像において画像の左下の画素が方向角-180 度，仰角-90 度，右上の画素が方向角+180 度，仰角+90 度となる。よって，方向角および仰角 1 度あたりの画素数を p とすると，方向角
𝜃および仰角𝜑の点の色に対応する画素位置(𝑢, 𝑣)は，以下のように求められる。なお，式中の関数
f(x)は，x 以下の最大の整数を出力する関数である。
(𝑢, 𝑣) = (𝑓(𝑝 ∙ (𝜃 + 180)), 𝑓(𝑝 ∙ (𝜑 + 90)))(1)②TLS の器械点座標(カメラオブジェクトの座標)P
から計測方向ベクトルに射出したレイ(光線)と，3次元モデルとの交点座標 T をレイキャスト法により求める (Blender の ray_cast 関数を使用)。
ここで，計測角度の誤差を模擬する場合，実際のレイの射
出方向(ray_cast 関数に入力する計測方向ベクトル)
は，計測方向ベクトル𝑀に計測角度の誤差を入力値とする回転行列𝑅(𝐸_𝜃, 𝐸_𝜑)を用いて，式(2)のように表せる。
レイの射出方向：𝑅(𝐸_𝜃, 𝐸_𝜑) ∙ 𝑀(𝜃, 𝜑)(2)

図- 6：カメラオブジェクトのローカル座標系と計測方向ベクトルの定義③式(3)により，交点座標 T と TLS の器械点座標 Pから距離 D を求める。ここで，距離 D が TLS の計
測範囲(距離)の最大/最小値の範囲内であれば④の処理に進み，範囲外であれば⑤へ進む。
𝐷 = |𝑇 − 𝑃|

(3)

④式(4)により，出力する点の座標𝑇 ′ を求める。
図- 7：座標計算における各パラメータの関係

𝑇 ′ = (𝐷 + 𝐸_𝐷) ∙ 𝑀(𝜃, 𝜑) + 𝑃(4)

なお，E_D は TLS の計測距離の誤差である。
⑤①～④の手順を，TLS の計測範囲に存在しうるすべての方向角𝜃および仰角𝜑について繰り返し実行する。
S4 および S5 では，S3 で計算した点群に色情報を付与するための処理を行う。
まず S4 では，TLS の位置から，計測対象である
3 次元モデルを見た時の画像を，パノラマ画像として生成する。これは Blender の標準機能を用いて，正距円筒図のパノラマ画像を出力する設定でレンダリングを実行することで実装した。
次に S5 では，正距円筒図のパノラマ画像と，各点の座標計算時の方向角𝜃および仰角𝜑から，各点に色情報を付与する。図- 8 に示す例の通り，正距-3-

図- 8：正距円筒図のパノラマ画像の例

図- 9：PCD 形式のヘッダ部の例(5)S6 では，S5 までに求めた点群の座標および色情
報と，TLS の位置・姿勢情報を PCD 形式で出力する。PCD 形式は，図- 9 に示すヘッダ部と，データ部から構成される。データ部は，ヘッダ部で指定されたデータの系列およびデータ型・データサイズ
に従って記述する必要がある。また，一般的に TLS
は，TLS のローカル座標系における座標値を出力するが，例えば GNSS-TLS のように現場の座標系を計算できる TLS を想定した場合，点群の座標を
現場座標系に座標変換して出力する必要がある。
本研究では，点群の座標を直接座標変換するのではなく，PCD ファイルの VIEWPOINT に，TLS のローカル座標系から現場座標系への座標変換に必
要なパラメータを記述することで，現場座標系への座標変換に対応することとした。
４．シミュレータを用いた計測精度・条件の検討
3 章で説明したシミュレータを用いて，GNSSTLS による出来形計測を想定し，GNSS-TLS の計
測精度をシミュレーションすることとした。シミュレーションは，図- 1 に示すように 3 次元モデルと 3 つのターゲットスフィア，3 か所の TLS を配置し，盛土部の法面(2 面)と天端面を死角なく計測できることを確かめることとした。またその際の計測精度について検証することとした。
4.1 シミュレータのパラメータシミュレーションを実行するにあたり，設定した設定値の例を以下に示す。なお，ここで示す設定値の例は，研究室で保有している TLS(Leica 社
RTC360)のカタログスペック等を参考に決定した。
TLS の仕様に関する値は以下の通りとした。
・計測範囲(距離 D)の最大/最小値：70m/2m
・計測範囲(方向角𝜃)：±180 度
・計測範囲(仰角𝜑)：方向±67.5 度
・角分解能：方向角 0.036 度/仰角 0.036 度
次に，点群の座標計算における誤差に関する項
目は以下の通りとした。なお，誤差は正規分布に従うものとし，誤差の設定値は，誤差平均 μ，標準偏差が σ のとき，(μ,σ)と記載する。
・計測距離の誤差 E_D：( 0.0m,1.0 mm)
・方向角の誤差𝐸_𝜃：(0.0 度,18 秒)
・仰角の誤差𝐸_𝜑：(0.0 度,18 秒)
また，GNSS-TLS は，TLS の器械点設置位置や向きの計測が可能であるため，以下のように設定した。なお，TLS の向きの方位角誤差は，TLS を中心に 1m の距離に GNSS を 2 つ配置した場合を想定し決定した。
・TLS の器械点位置計測誤差-水平方向(X 軸)：(0.0m,0.02m)-水平方向(Y 軸)：(0.0m,0.02m)-高さ方向：(0.0m,0.03m)
・TLS の向きの方位角誤差：(0.0 度,1.62 度)

その他の設定項目は以下の通りとした。
・1 度当たりの画素数：6[pixel/degree]・TLS の地上設置高さ：1.8[m]
4.2 シミュレータの実行結果
シミュレータの実行結果は，前出の図- 1，図- 2，
図- 3 の通りである。これらの図の通り，シミュレーションの条件で TLS を設置することで，計測対象エリアを概ね死角なく計測できることが分かった。また，表- 1 に示す通り，TLS の器械点設置位
置の計測誤差は，4.1 節で設定した TLS の器械点
位置計測誤差の範囲から極端に離れていない(いずれも誤差の標準偏差の 2 倍以内である)ことが確かめられた。また，表- 2 に示す通り，現場に設置したターゲットスフィアの座標値は，特に水平方
向に 10cm 以上誤差があり，今回の TLS 設置条件
においては標定点等を使用しないと出来形計測に必要な精度(土工ならば XY 軸方向に±5cm など)を満たせない可能性が高いことが分かった。
表- 1：TLS の器械点設置位置と誤差

表- 2：ターゲットスフィアの設置位置と誤差

5．まとめ
本研究では，オープンソースの統合型 3 次元 CG
製作ソフトウェア「Blender」と Python スクリプト
により，3 次元モデルを用いて TLS の点群を出力するシミュレータを開発した。また開発したシミ
ュレータを用いて，出来形計測を想定した TLS の器械点設置位置の検討を行える見通しを得た。
参考文献
1) 国土交通省：3次元計測技術を用いた出来形管理要領（案），令和5年3月
2) Michael Gschwandtner ・ Roland Kwitt ・ Andreas Uhl ・Wolfgang Pree：BlenSor: Blender Sensor Simulation Toolbox，ISVC 2011: Advances in Visual Computing，pp.199–208，
20113) OpenRobotics：About Gazebo，https://gazebosim.org/about-4-(Accessed 2023/7/31)

12．土木現場におけるレーザースキャナの活用性を高める
代替ターゲットの検討

国土交通省国土技術政策総合研究所 ○池田 誠
国土交通省国土技術政策総合研究所
早川 直樹
国土交通省国土技術政策総合研究所
杉谷 康弘

1. 背景
1.1. ICT 活用工事実現に向けた近年の取り組み
国土交通省では，建設現場の抜本的な生産性向上を図る i-Construction のトップランナー施策のひとつとして，平成 28 年度より「ICT の全面的な活用」を打ち出し，ICT 土工を皮切りに ICT 舗装工，ICT 法面工，小規模土工等へと年々その適用工種を広げている。同時に，「３次元計測技術を用いた
1)」
出来形管理要領（案） （以下，出来形管理要領）
といった関係マニュアルの整備も進めている。この取り組みは，建設現場における生産性向上や安
全性確保を目的に，3 次元データや ICT といった技術を活用する施策であり，国内への普及拡大をすることで災害等の非常時における迅速な復旧復興作業での活用も期待されている。
図- 1 は国土交通省直轄工事の ICT 活用工事件数2)である。実施件数および実施率ともに年々増加しており，ICT 活用工事が普及拡大している様子が
伺える。

図- 1

ICT 活用工事実施状況（直轄）1.2. 3 次元点群データの普及
日本国内においては，i-Construction の普及により，建設現場の現状把握や設計，検査における 3 次
元点群データの活用が進んでいる。その他にも，土砂災害時等の状況把握や仮設道路の設計などにおいても活用が進んでいる。また，令和 5 年度から
は BIM/CIM(Building/Construction Information
Modeling, Management)の原則適用という方針が示されており，今後さらなる 3 次元点群データの活用が期待される。
3 次元点群データを取得する計測技術は，TS 等
光波方式をはじめ，RTK-GNSS や地上型レーザー
スキャナ（以下，TLS：Terrestrial Laser Scanner），
UAV(Unmanned Aerial Vehicle)など多くの計測技術がある。これらの技術により 3 次元点群データを容易に取得できるようになってきている。
1.3. TLS のレジストレーションについて
TLS を用いた計測は，一度の計測で広範囲にデータを取得することができ，計測にかかる現場作
業の大幅削減や安全性の確保などにつながる。その際，計測対象物や計測箇所に対して死角がないようにスキャンを行う必要があるため，TLS 本体を盛替えてスキャンといった作業を繰り返し行う必要がある。
このとき，器械点ごとの 3 次元点群データ同士を結合するために「レジストレーション」と呼ばれる作業を行う。一般的なレジストレーションでは，
図- 2 のような白黒チェッカーターゲットなど各メーカーが販売する専用ターゲットを用いる。TLS
によっては，直前と現在の器械点の相対位置をリ
アルタイムに追跡し，自動でレジストレーションを行うことでターゲットレスを実現する機種もある。このような TLS でのレジストレーションは，屋内においては建物の角といった特徴的なオブジ
ェクトを検出することでレジストレーションが成功する場合がある。その一方で，土木現場などにおいては，特徴的なオブジェクトに乏しいことからレジストレーションができず，専用ターゲットが必要となる場合が多い。

-1-

図- 2

レジストレーションに必要なターゲット 3)

3.3. 検証条件
基準モデルと計測モデルを ICP マッチングして得た座標変換パラメータを用いて計算した代表位
置点の座標と，計測モデル上の代表位置点に相当する場所の真値座標との誤差を求めることで，提案手法における座標精度を検証した。
検証では，TLS，TS，白黒チェッカーターゲット，
代替オブジェクト，点群処理ソフトウェアを使用した。検証条件については，以下のとおりである。

代替オブジェクト：3. 研究方法
一般的な土木現場にある資材や器材という観点
3.1. 従来手法と提案手法
から，700mm サイズの「三角コーン」と 20t クラ従来手法では，専用ターゲットを使用することで専用ターゲットの中心座標を求め，専用ターゲ スの「油圧ショベル」を使用した。
器材の配置：
ットの中心座標を用いて器械点同士の相対位置を 
定め，点群同士をレジストレーションする。その際， 使用する器材は図- 3，図- 4 のように配置した。
専用ターゲットの個数が限られることから設置計 基準モデルとなる代替オブジェクトは，2.5m 地点に設置した三角コーン，および 10m 地点に設置し画に配慮する必要がある。
それに対して，本稿の提案手法では，任意形状の た油圧ショベルとする。計測モデルとなる代替オ
オブジェクトをターゲットとして使用し，ターゲ ブジェクトは，三角コーンは 5~50m まで 5m おき
ット上の代表位置の座標を用いて器械点同士の相 に，油圧ショベルは 10~60m まで 10m おきに設置
対位置を定め，点群同士をレジストレーションす した。
TLS：る。その際，任意形状のターゲットを使用できるこ 
Leica 社 RTC360 を使用し，取得する点群密度は，とから入手性の高いオブジェクトを使用でき，設
3mm@10m の設定とした。
置計画に配慮する必要が低減する。

点群処理ソフトウェア：
点群データの表示および ICP マッチング，座標3.2. 提案手法の手順
変換などは，オープンソースのソフトウェアであ提案手法では，専用ターゲットの代替として任る Cloud Compare5)とその機能を使用した。
意の形状のオブジェクトをターゲットとして使用する。提案手法の手順は以下のとおりである。
(ア) ICP（Iterative Closest Point）マッチング 4)がしやすいモデル点群を取得できる理想的な条件で設置した，計測点群中に含まれる代替オブジェクトを抽出し，「基準モデル」とする。
(イ) 任意の位置に設置した計測点群中に含まれる
代替オブジェクトの点群を抽出し，「計測モデル」とする。
(ウ) 基準モデル上の「代表位置点」を抽出する。
(エ) 基準モデルと計測モデルを ICP により位置合
図- 3 器材の配置
わせする。
(オ) ICP マッチングで得た座標変換パラメータを用いて，基準モデルの代表位置点を座標変換する。このとき，ICP マッチングをした基準モデルの点群と座標変換した代表位置点の相対的な位置関係は常に同じとなる。
(カ) 計測点群ごとにそれぞれ対応する座標変換した代表位置点同士を ICP マッチングする。
(キ) ICP マッチングで得た座標変換パラメータを用いて，計測点群同士のレジストレーションを行う。
図- 4 器材の配置（概念図）
2. 研究目的
一般的な手順では，専用ターゲットを購入する
コストや，少数のターゲットの盛替えなどの手間がかかるという問題がある。
そこで本稿では，土木現場において一般的な部
材や器材をレジストレーションのターゲットとして代替することで，レジストレーションにかかるコストを低減する手法について検討した。

-2-

3.4. 検証手順
検証は図- 5 のような現場にて実施した。作業手順について，「現場作業」と「点群解析作業」に分けて説明する。まず，「現場作業」の手順は以下のとおりである。
① 使用する器材（TLS，TS，白黒チェッカーター
ゲット，代替オブジェクト）を図- 3，図- 4 のように配置した。
② TS のノンプリズム計測で白黒チェッカータ
ーゲットの中心位置座標を計測した。
③ 図- 6 のように TS と反射プリズムを用いて，代替オブジェクトの代表位置点の座標を計測し，本検証における真値座標とした。
④ 任意位置に設置した代替オブジェクトを TLS
で点群計測した。
次に，「点群解析作業」の手順は以下のとおりである。
⑤ ②で計測した白黒チェッカーターゲットの中
心位置座標を利用して，TS 座標系を TLS 座標系に変換した。
⑥ ICP マッチングを行う基準モデルおよび計測モデルについて，トリミングなどの点群処理を行った。本検証では，ICP マッチング精度が向上するようトリミングを工夫し，それぞれ
図- 7，図- 8 のように基準モデルを作成した。
三角コーンは，地面に接地する四角いベース部分とその上の段差部分を除いた円錐部のみ（赤色ハイライト箇所）とした。油圧ショベ
ルは，油圧ショベル本体の後部のカウンター
ウェイトの一部（黄色ハイライト箇所）とした。
⑦ 図- 9，図- 10 に示すように，基準モデルと計測モデルを ICP マッチングにより位置合わせをした。
⑧ 図- 10 に示すように，ICP マッチングして得た座標変換パラメータを用いて基準モデル代表
位置点を座標変換した位置点座標と，③で計測した真値座標との差（誤差）を求めた。

図- 5

図- 6

代表位置点の座標計測

図- 7基準モデル（三角コーン）

図- 8基準モデル（油圧ショベル）

図- 9

ICP マッチングのイメージ（1）

図- 10

ICP マッチングのイメージ（2）

検証現場の様子-3-

4. 検証結果と考察
4.1. 結果
提案手法による代替オブジェクト上の代表位置
点の座標精度の検証結果を表- 1，図- 11，図- 12 に示す。
三角コーンは，距離方向，直交方向は概ね 10mm以内であったが，高さ方向は TLS からの距離に比例して最大 30mm 程度の誤差がみられた。油圧シ
ョベルは，距離方向，直交方向，高さ方向の全てで10mm 以内であり，特に高さ方向で油圧ショベルの精度が高いという結果になった。
表- 1

提案手法による座標精度える。ただし，三角コーンは，遠方になるほど精度低下の傾向があることから 50ｍ以上での使用は注意が必要となる。
代替オブジェクトについて：
三角コーンは高さ方向の軸対称な形状であるため，水平方向の精度が良かったと考えられる一方
で，高さ方向に特徴的な形状がないため，高さ方向の座標精度が悪化したと考えられる。油圧ショベ
ルは，大きな面かつ特徴的な凹凸があるため座標精度が良かったと考えられる。また，地面から高さがあることで遮蔽物の影響を受けづらく，遠方でも安定した座標精度になったと考えられる。

ICP マッチングについて
本検証において，三角コーンは高さ方向に特徴がないことから座標精度が悪化したと考えられ，三角コーンの段差部分のように高さ方向に特徴を持つモデルにすることで精度向上すると考えられる。その一方で，三角コーン下部の段差部分は，遠方になるほど密度が低い不完全な点群となり，そのような段差部分を含むモデルでは，
ICP マッチン
グが困難であった。この場合，不完全な段差部分の点群をトリミングするといった工夫が必要となる。
このことから，
ICP マッチングに使用するモデルの点群密度やトリミングの範囲が ICP マッチングの精度に影響することが分かった。
5.

図- 11

提案手法による座標精度（三角コーン）

図- 12

提案手法による座標精度（油圧ショベル）結論
本稿では，土木現場において一般的な部材や器材をレジストレーションのターゲットとして代替する手法について検証することで，任意形状のオ
ブジェクトをレジストレーションのターゲットとして代替できることを明らかにした。これにより，ターゲットの設置作業や専用ターゲットの購入といったコストを低減することができる。
今後の展望として，点群処理手法の整理や代替
オブジェクトの調査によって，さらなる精度向上について検討する。また，提案手法における，点群
処理や座標変換，変換パラメータ取得，精度計算といった手動作業を自動化するプログラミングを行う。
参考文献
1) 国土交通省: ３次元計測技術を用いた出来形管理要領（

4.2. 考察
提案手法の座標精度について：
本検証の座標精度の最大誤差 30mm であり，出来形管理要領中で定める土工の出来形管理の要求
精度 50mm 以内を満たした。本検証の条件においては，使用した TLS の計測範囲（70m）全体で三角コーンと油圧ショベルをレジストレーションのターゲットとして利用することが可能であるとい

案），令和5年3月
2) 国土交通省: ICT導入協議会（第15回）， 2022
3) 国土交通省国土地理院: 地上レーザスキャナを用いた
公共測量マニュアル（案）平成30年3月15日改正
4) Szymon.R and Marc.L : “Efficient Variants of the ICP
Algorithm”, Proceedings Third International Conference on 3D Digital Imaging and Modeling, 2001, pp. 145–152.
fasticp_paper.pdf (princeton.edu)
5) Cloud Compare : https://www.danielgm.net/cc/-4-

13．シールドトンネル CIM 管理システムの開発及び適用事例

西松建設株式会社 土木部土木 DX 推進課
西松建設株式会社 デジタル技術革新部
西松建設株式会社 横浜湘南道路工事事務所

１．はじめに国土交通省が推進している i-Construction の施策
により，BIM/CIM(Building/Construction
Information Modeling，Management)が加速している。2023 年度からは小規模を除くすべての公共工事で BIM/CIM 原則適用となり，一連の建設生
産・管理システムにおいて，受発注者双方の業務の効率化・高度化が促進されることになる。
施工者側に限っても，合意形成の迅速化や理解促進，施工リスク削減といった目線で，各分野において 3 次元モデル活用の取組みが活発に行われている。シールドトンネル工事では，複雑な地質や計画路線上に多数の既往の施設，既設の埋設物等が存在し，リスク削減・施工管理の高度化は非常に重要な位置付けとなるため，BIM/CIM の活用が大いに期待される分野である。
現状，シールドトンネル工事における 3 次元モ
デル活用の具体例としては，地質構造等の事前に得られる情報から詳細な「3 次元地質モデル」を基に BIM/CIM モデルを構築し，セグメント毎の地質変化の予測へ活用した事例等が挙げられる。
しかし，掘進中に得られる計測データとは独立しているため，集積した掘進情報と 3 次元の地質情報を一元管理し，汎用的な 3 次元ビューワーソフ
トを基に，簡便な操作性と施工情報の閲覧，共有が可能なシールドトンネル CIM 管理システムを開発した。
本稿では，開発したシステムの概要と機能，特徴を概説するとともに，現場での適用例について
報告する。

○ 原
久純
田中 勉
長沢 勇樹

切羽面の地質変化を予測，線形上の支障物との位置関係を対比，構造物の撤去方法に活用したという事例がある。
しかし，この工事では以下の 3 点が課題として挙がった。
① 広範囲かつ複雑な地質モデル，施工情報の蓄積により，ビューワーソフトの動作が遅くなる。
② 地質断面図，周辺構造物は３次元モデル化しているが，シールドマシンの現在位置との位置関係が把握し辛い。
③ シールド掘進中の様々な自動計測データを集
積・トラブル予兆の早期発見等を解析・診断するシステムとは独立した運用に留まっている。
３．シールドトンネル CIM 管理システムの概要
本開発システムは，Autodesk 社の「Navisworks
Manage」のアドオンソフトであり，シールドトン
ネル工事における施工計画の効率化を支援するシ
ステムである。システムは，従来のシールドトン
ネル CIM で作成した 3 次元地質モデル，掘進情報を集積しているシールド自動解析診断システム 2)を「Navisworks Manage」へ属性情報として取り込
み，必要な情報をビューワー上に簡便に表示でき，動作性も向上している。
従来のシールドトンネルCIM

シールド自動解析診断システム

・掘進区間等の地質割合を予測
・地質変化に応じたパラメータの事前検討
任意の地質断面を表示

３次元地質作成ソフト「Geo-Graphia」
地下構造物を可視化、離隔距離等の確認

２．シールドトンネル CIM の先行事例及び課題
シールドトンネル工事での BIM/CIM の活用においては，詳細な地質情報を 3 次元モデル化し，「シールドトンネル CIM」として構築した先行事例がある。予め入手した地質情報を基に 3 次元地質作成ソフト「Geo-Graphia」 1)で詳細な地質モデ
ル及び周辺構造物を作成し，3 次元モデルから任意測点の地質断面図を作成することで，シールド

施工情報を自動更新

地質モデルをインポート＜機能＞・マシンの現在位置を自動更新(複数台の施工状況を表示可能)
・計測管理機能・任意の地質断面を表示
・埋設物との離隔距離を自動表示
タブレット端末上で現在のCIMモデルを閲覧、現場説明に活用可能

シールドトンネルCIM管理システム

図-1

シールドトンネル CIM 管理システム

概念図

3.1 本システムの構成開発したシステム構成を図-2 に示す。本システ
ムはビューワーソフト「Navisworks Manage」へ 3
次元地質モデル，周辺構造物等を取り込むことで，既存ソフトの動作遅延を解消している。掘進中の施工状況を可視化する機能として，下記 3 つで構成している。
① 掘進状況自動更新機能② 地質断面図表示機能③ 離隔表示機能
本システムでは，設計図面よりシールドマシン，
セグメント，周辺構造物，地質情報の 3 次元モデルを作成し，「Navisworks Manage」のアドオンソ
フトの各ボタンを押すことで操作性を簡便化している。
シールドトンネルCIM管理システム

ビューワーソフト「Autodesk Navisiworks」

取得データ
取得データ
取得データ

所定のフォルダから定期的に読取り

Navisworksの属性情報として変換，
定期的に付与図-3 自動更新機能の構成

任意の計測デー
タ(沈下計測等)を選択し，計測
値を常時更新図-4 掘進状況表示機能(2) 地質断面図表示機能
3 次元地質モデルの任意座標として，セグメン
トの 1 リング毎に地質断面図を作成，CAD データ
として Navisworks へインポート後，ビューワー用の断面図へ変換している。地質断面図は表示画面の「リング No」を指定することで，任意の地質
断面図を表示出来る。また，地質断面図を送り表示することで，1 リング毎の地質変化をビューワ
ー上に表示出来る。

西松用ツールとしてアドイン

開発中

取得データ
取得データ
取得データ

リングNoを入力し，指定のリングNoの地質断
面図を表示
開発中

リングNoの表示間隔を指定することで，地質断面図を送り表示

掘進状況

図-2

地質横断図

離隔表示

シールドトンネル CIM 管理システム

保有機能

3.2 本システムの保有機能
本開発システムは以下の機能を有する。
(1) 掘進位置自動更新機能
設計図面を基にセグメントをモデル化し，1 リ
ング毎に座標情報を登録する。所定のフォルダへ
掘進情報ファイルを随時更新し，現在の「セグメント番号」を読み取り，セグメント番号に対応した座標からシールドマシンの 3 次元モデルの位置を修正，ビューワーソフトへ自動的に反映可能である。
また，本システムは複数台のシールドマシンの掘進情報を取込み可能なため，各シールドマシンの現在位置を下記表示機能に描画出来る。

図-5

地質断面図表示画面(3) 離隔表示機能
設計図面より，既設構造物のモデル・座標情報
を離隔表示機能へ登録する。登録した座標情報とシールドマシンの先端座標から離隔表示ボタンを押すことで，シールドマシン先端からの距離を自動計算し，2 次元図面からの計算手順を簡略化した。

ボタンを押すことでマシン先端からの距離を自動計算

図-6 離隔表示機能

４．現場での適用例
次に，シールドトンネル工事に適用したシステ
ムの運用手順と運用における効果について紹介する。施工現場におけるシステム運用フローを図-7に示す。

(2) BIM/CIM の活用
シールドトンネル工事における施工管理の各段階で，BIM/CIM を活用した。施工計画から竣工までの各段階で想定される活用内容と期待される効果を下記に示す。
①

掘進方向

既掘進区間
・シールドマシン、構造物の位置をモニタリング
・施工記録の確認

事前調査区間・地質の事前予測

砂質シルト

マシン位置を定期的に更新することで、接近状況を常に把握することが可能

10ring掘進

セグメント毎の掘進報告等の帳票を出力

図-7シールド切羽面の地質変化、断面積毎の地質の割合を事前に予測

掘進中における活用フロー

4.1 現場におけるシステム適用(1) 3次元モデル化
システム導入にあたっては，先ず3次元地質ソ
フト「Geo-Graphia」を使用し，国土地理院の数値
地図データ，地質縦断図・平面図や事前調査報告書等を用いて地質技術者の高度な知見を基盤とした詳細な3次元地質モデルを作成した。また，再構成後のモデルはDXF形式で出力することで，本システム以外の汎用ビューワーソフトでの閲覧も対応可能とした。

施工計画では，事前調査による地質情報（地質断面図，ボーリング情報等）から作成した
詳細な 3 次元モデルより，現在の地質変化に伴う加泥材等の添加量設定，排土処理等の最適な施工計画を講じることができる。
② 掘進中は，複数のシールド掘進情報を一元化
し，設計図面の埋設物との離隔距離や計測情報等を表示することで，接近状況・周辺の地質状況に応じて計測情報の見直し，施工方法の再検討による安全性の向上に寄与できる。
③ 各種データを一元管理しているため，施工全体の品質のトレーサビリティが確保できる。
また，画像などの詳細な記録を残すことで，竣工後の維持管理への活用が期待できる。
4.2 運用における効果
本システムを施工中のシールドトンネル工事現場へ導入した。当該工事は，大断面であるため掘削範囲の地質構造が複雑であること，シールド線
形上に河川及び既設構造物として橋台が存在する
し，3 次元モデルによる事前検証により，橋台基礎との干渉が確認され，掘削前の地盤改良による橋台の安全確保が必要となった。
(1) 橋台基礎の離隔監視
本工事では，工事終点側の橋台基礎がシールド断面に支障・シールドマシンにて直接掘削する方針とし，橋台の安全性を確保するため地盤改良を実施した。また，掘進中の杭切削による地上構造
物への影響を監視するため，通過前より離隔距離を明示し，接近状況を打合せ時に作業員への周知等に活用した。

Navisworks

Geo-Graphia

CADデータ取り込み

CADデータ出力

地盤改良後、支障杭を直接切削するため，離隔距離で定期的に位置，地上変位等の計測
情報を監視

図-9 橋台基礎通過前の離隔表示例
ビューワー用データへ変換

図-8

断面図表示機能へ取り込み

測量点群データによる現況地形の 3 次元モデル(2) 河川通過中の地質変化，施工情報の見直し
本工事にて，詳細な 3 次元地質モデルを作成し，河川箇所の地質変化を予測するため，シールドマ

シン切羽の地質断面図をインポートした。想定の地質変化として，河川通過中に「固結シルト」から徐々に「砂質シルト」への変化が想定された。
実績として，掘進管理の「カッタートルク」値を例とし，「固結シルト」「砂質シルト」に該当する区間で同様の傾向が確認でき，3 次元地質モデルの地質変化と傾向を比較することで，類似条件の工事への地質予測の精度向上に寄与できる。
引地川周辺

掘進方向

20000
10000

固結シルト

1425Ring

1435Ring

1453

1451

1449

1447

1445

1443

1441

1439

1437

1435

1433

1431

1429

1427

リングNo

1425

1423

1421

1419

1417

1415

1413

1411

1409

1407

1405

1403

1401

1399

0
1397

カッタートルク

砂質シルト

固結シルト

30000

砂質シルト

1445Ring

図-10 地質変化及び掘進データ比較例
５．おわりに本稿では，シールドトンネル CIM 管理システ
ムを紹介した。既存の汎用ビューワーソフトへ 3次元地質モデル及び掘進状況の可視化機能を拡張することで，相対的な位置関係が把握し辛い地下構造物との離隔を明示，地質変化を掘進前の予測により，施工前のリスク回避に寄与できる。今後の展望として，設計当初の 3 次元地質モデルと蓄積した属性情報より地質分布との相関を検証し，添加量設定を最適化できる機能改善を図る。
最後に，本システムの開発にあたり，御協力頂
いた関係各位に感謝の意を表する。
参考文献
1) 地層科学研究所HP：http://geolab.jp/geo-graphia/2) 田中勉，田口毅，坪井広美，北本正弘：シールド自動解析診断システムの開発，令和2年度

土木学会第75

回年次学術講演会概要集，VI-544，2020.9

14．遠隔臨場における通信環境可視化アプリケーションの検証
株式会社フジタ株式会社キッズウェイ

１．開発背景近年，建設業界では労働者の減少や，時間外労働の上限規制への対応といった課題があり，生産性向上を推進する必要に迫られている 1)．
そうした中で，遠隔臨場による立会が盛んに行われている．遠隔臨場とは『動画撮影用のカメラ（ウェアラブルカメラ等）によって取得した映像
及び音声を利用し、遠隔地から Web 会議システム
等を介して「段階確認」、「材料確認」と「立会」を行うこと 2)』である．工事現場への移動時間や，待ち時間の削減といった時間に関する効率化の効果が期待されている．
2020 年度より，国交省で試行要領が発行され，試行が開始された．2020 年では直轄工事で 760 件の試行がなされたと報告されており，2021 年度には 2700 件の実施が報告されている 3)．
そして，
2022
年度は「全ての工事で原則適用」となった．このように，3 年間で盛んに実施されるようになってきて
おり，工事現場では既に「当たり前」に行われる取り組みになりつつある状況が伺える．
また，遠隔臨場を実施するためのソフトウェア
やカメラも様々な観点で開発されており，利用者が目的に合わせて自由に選ぶことができる状況になっている．一方で，これらのソフトウェア・端末
においては無線通信を利用する製品が多く，推奨の環境が指定されているものの，環境の構築については使用者にゆだねられているケースが多い．
通信環境の構築には電波利用に関する総務省への申請期間が必要である場合や，機器そのもののコストが高い場合もある．
こうした理由によって，工事現場の無線通信環
境を事前に把握することは非常に重要である．そこで，通信環境を事前に検討できるように，通信環
境可視化のアプリケーションを新たに開発した．
本稿ではアプリケーションを概観し映像配信における通信環境の評価方法に関する検討を行う．

○ 新井 智之
平野 勝識
田代 善久

プリは株式会社キッズウェイ，ダイワハウスグル
ープ，フジタで共同開発した独自の遠隔臨場アプ
リケーションである．社内で標準的に運用しているため，最初に行う検証には最適と考えて選定した．CONNET は webRTC を利用した遅延の少ない
映像配信を行えるのが特徴のシステムである．また，日常利用版と遠隔臨場版の 2 つの映像配信機
能を備えている．遠隔臨場版では最大で画像サイ
ズ 1920×1080 の FHD，フレームレート 30fps で配信でき，国交省の実施要領の基準 2)を満たしている．また，通信状況等に応じて配信の画像サイズやフレームレートを手動で下げることが可能で，例
えば，フレームレートをあえて下げることで，送信する映像の劣化を防ぎ，きれいな映像を送るなどの操作が可能である．
遠隔臨場版 CONNET での機器システムの一例
を図１に示す．現場側ではスマートフォンの映像を配信する．この際，ポケット Wi-Fi ルーター等を用いて無線通信を用いるのが一般的である．また，手振れ防止のためにスタビライザーや，音声を聞き取りやすくするために，骨伝導イヤホンマイク
やノイズキャンセル機能付き無線イヤホン等を用いても良い．また，配信を実施する工事現場側では，現場事務所で職員が一人参加し，ディレクターとして映像配信のカメラ切り替え等を行う．このよ
うにすることで，工事現場側では立ち合いに必要な作業と撮影のみに専念することができ，スムー
ズに立会を実施できる．また，発注者側では配信中
は特に操作を行うことなしに状況確認に集中することが可能となる．

２．遠隔臨場アプリケーション
通信環境可視化アプリケーションの検討にあたり，遠隔臨場アプリ CONNET を利用した．このア-1-

発注者事務所

施工箇所
測量機器用カメラ

閲覧パソコン

高速モバイルルーター

PC

事務所
ネットワーク（スマホ）

閲覧

施工者事務所(ディレクター)
Constructor’s office(director)

閲覧パソコン

現場配信用カメラ・iPhone版CONNET
・ジンバル
・Bluetoothヘッドセット

PC

事務所
ネットワーク

閲覧，録画，画面切り替え

図 1.遠隔臨場版 CONNET のシステム図

通常版 CONNET では送信可能な画像サイズやフレームレートは遠隔臨場版よりも低く設定されている．これはより幅広い通信環境でも手軽に映像配信が行えることを意図している．今回はより良い映像配信を行うための通信環境の可視化を検討したいため，基本的には遠隔臨場版の CONNETを用いて検討を行った．CONNET はこの他にもチャット機能，歩数記録機能といった多様な機能を有しており，遠隔コミュニケーションを一元化して行うことができる．

ズとフレームレート毎に設定しておく必要がある．
基準値に関する検討については後述する．

3.3 適用事例
実際に可視化を実施した事例を示す．今回はCONNET を 1 人に対して，FHD，30FPS で配信することを想定し，2 種類のキャリアのモバイル WiFi ルーターでの比較を行った．また，調査方法は
スピードテストを利用した．
基準値はメーカーで推奨している 3Mbps を良好の基準とし，以下 1Mbps 毎に階層分けをした．
まず，キャリア A の結果を図 2 に示す．キャリ
３．通信可視化ソフト
次に通信環境を可視化する手法について述べる． ア A ではほぼ調査領域の全域が良好であった．南側の橋の部分でやや低い値の場所も確認できた．
遠隔臨場の実施に先立って可視化の作業を行う．
また，可能であれば，施工の進捗に応じて複数回測定する方が望ましい．作業は大別して測定と可視
調査対象領域化の 2 つに分けられる．それぞれについて説明する．
3.1 測定の方法
まず，データを取得する段階である測定作業について述べる．測定では通信状況に関する情報と位置情報を取得する．通信状況に関する情報には
RSRP，RSSI，SINR，ジッター，遅延など，様々な指標が存在する．本検証では単純化のため，遠隔臨場アプリケーションで一般的な基準値が公表されているスループットを検討に用いた．スループッ
トは実際に利用する遠隔臨場ソフトを用いて配信を実施しながら専用のルーターで値を取得する方
法と，一般的なインターネット回線のスピードテ
ストを取得する簡便な方法の 2 種類がある．また，
位置情報についても，GPS で取得する方法と，地図上で大まかな位置を記録しておき記載する手法の 2 種類がある．さらに，測定時には徒歩で測定する場合と，自動車などに搭載して測定する場合の 2 種類がある．なお，本技術は現状 GPS のデー
タや地図情報を用いるため，屋外の利用に限られ
る．

通信速度が
やや低い場所

図２.キャリア A での調査結果
続いて，キャリア B の結果を図 3 に示す．キャリア B では調査領域の中央付近では良好な値を示していたが，やや，スループットが低い領域も確認された．特に，北西側では大幅に低い値となっていた．

3.2 可視化の方法
次に測定したデータを可視化する手法について述べる．可視化には独自ソフト遠隔臨場快適マップを用いている．このソフトはモバイルテクノ社のエアモニタを実行エンジンとしており，遠隔臨場向けに独自のインターフェースを構築したものである．取得したスループットと位置情報を一つの CSV ファイルにまとめ，CSV ファイルを読み込
むことでソフトウェアに取り込むことが可能である．読み込んだデータは，あらかじめ決定しておいた基準値とグリッドの分割数に基づいて Google 社
製「Google map」上に表示される．基準値は利用する配信ソフト，相手先の人数，目標とする画像サイ-2-

調査対象領域

通信速度が著しく低い場所

図３.キャリア B での調査結果

今回の調査領域で遠隔臨場を実施する場合は，キャリア A を推奨し，やむなくキャリア B を採用する場合は，北西側では立ち合いを避けるか Wi-Fi
ルーター等を別途設置して，通信環境を強化する必要があると考えられる．
４．測定指標の検討
映像配信の場合，撮影した映像がそのままデータとして配信されるわけではなく，コーデックを用いてデータを圧縮し，容量を小さくしてから送信される．そのため，撮影対象や映像の動きによって送られるデータの容量等が変化すると考えられる．そこで，様々な映像を用いて，CONNET でどのくらいの通信容量で良好な配信ができるかの測定指標の検討を行った．なお，CONNET のコーデッ
クは VP8 である．
4.1 検討手法
今回の検討手法を図４に示す．
webRTC の接続では，端末同士が接続するまでには，様々なサーバーを介する必要があるが，一度接続した後は P2Pのような接続となる．そこで，同じエリア内での同一ネットワーク内で映像配信を行えば，インターネットの混雑具合に左右されずに，通信速度を良好に制御できると考えた．

のショート動画に編集し，ループ再生を行った．
映像は 3 種類用意した．経験的に動画の動きが大きくなると変化が激しくなり，劣化しやすくなると考えられるため，動きの大きい動画，中程度の動画，小さい動画として選定した．ただし，動画の圧縮にはフレーム内，フレーム間の圧縮や，DCT等の様々な技術が盛り込まれており例えば 4)，フレー
ム内を分割した際に一致する部分の存在や，キーフレームと他のフレームの一致するブロックの存
在，輝度などが複雑にかかわってきており，一概に動きだけで劣化の程度は議論できないことに留意が必要である．
次に通信の制御について述べる．バック回線の通信速度は 150Mbps 程度の良好な回線となっている．送受信側共に「子ルーター」が通信速度を制限
できる機能を有しており，通信速度を下げること
で，目標の通信速度に調整する．主に送信側の通信速度を制御した．速度の誤差は通信速度テストで確認したところ概ね 1 割程度であった．

4.2 結果検証の結果について述べる．まず，iPad をスマホの画角にギリギリまで入るまで近づけて検証を行った．iPad とスマホ間の距離は約 8cm である．
この場合，動画・静止画に関わらず，上りの通信速度が 100Mbps 以上であっても画像サイズ 1440×↑インターネット回線へ
810 px の 30fps の送信となってしまうことが判明
良好なネットワーク(100Mbps以上)した．また，iPad とスマホ間の距離が近いことが
親ルーター
原因とも考えられたため，iPad を 27 インチモニタ
受信側
送信側
ーに変更して検証を行った．この場合でも，モニタ(発注者事務所等を模擬)(施工箇所を模擬)
ーが画角に入る距離感だと，同様に通信速度が子ルーター１
子ルーター２
100Mbps 以上であっても，960×540 px の 30fps で通信速度を制御の送信となってしまうことが確認できた．
Wifi
動画や静止画を次に，
iPad とスマホ間の距離を 20cm に離して，色々と変えて撮影
送信側の通信速度を変えながら CONNET で映像配信を行った．この場合，10Mbps までは FHD，
30fps での配信が行えたが，8Mbps だと画像サイズ
図 4.検証手法
が，1440×810 に低下し，5Mbps だと，960×540 pxに低下した．
さらに，iPad とスマホ間の距離を離して，30cm「親ルーター」をインターネットと接続し，そにまで変更した．この場合は，どのような，動画・の下に 2 台の「子ルーター」をぶら下げる．それぞれに子ルーターに対して，受信側の役割をする 画像であっても，通信速度を 0.25Mbps まで変更しPC と送信側の役割をするスマホを接続している． ても FHD 30fps を維持し続けた．
これらの検証から，モニター画像を利用して映スマホ側で iPad の映像を撮影して PC へと配信した．PC 側では webRTC の内部情報を参照し，画像 像配信を行う手法は，通常に撮影したものと区別
サイズやフレームレート，受信したデータ量等を した方が良いと考えられる．
また，遠隔臨場アプリケーションが内部で実際確認した．スマホ側は遠隔臨場実施時には実際にに送信しているデータ量は，スピードテスト等で立ち会いを行って映像を配信する施工箇所を模擬している．一方で，PC 側は遠隔臨場の映像を受信 得られ環境のスループット値よりも低い値となることが確認できた．よって，環境に応じて実際にして閲覧する発注者事務所等を模擬している．
iPad では複数の映像と画像を用意した．映像は どの程度のデータ量が送信されているかの関係性
NHK クリエイティブ・ライブラリーの映像を 3 秒 を掴むことが重要であると考えられる．
-3-

4.3 画面共有機能による動画の配信
遠隔臨場版 CONNET の場合，PC では画面共有機能を備えている．そこで，撮影側をスマホからPC に変更して，画面共有機能によって映像を配信
して，検討を行った．この場合，通信に制限をかけていない状態でも，フレームレートが極端に低下してしまった．よって，CONNET の場合，画面共有機能と通常のカメラ映像の配信機能は区別して考えた方がよい．

た．カタログスペックだけでなく，詳細な仕様を把握して，用途や目的に応じて適切なアプリケーションを選定することが重要である．
今後は通信環境可視化アプリケーションの適用
事例を増やしていきたい．様々な現場で適用することによって，データを蓄積するとともに，施工の進捗に応じた変化や経時変化等も把握していきたい．また，引き続き評価指標についての検討も行っていきたい．

4.4 他のアプリケーションとの比較
参考文献
iPad とスマホ間の距離を 20cm にした状態で，他
1) 一般社団法人 日本建設業連合会：生産性向上推進要綱,
社製の遠隔臨場アプリケーションによる配信を行
2016
った．この会議ソフトの場合は，FHD の画像サイ
2) 国土交通省 大臣官房技術調査課：建設現場における遠ズでの配信を謳っているにも関わらず，通信速度
隔臨場に関する実施要領(案), 2023
制限がない状態でも，1280×720 px の画像サイズ
3) 国土交通省：i-Construction、インフラ分野のDXのとなってしまった．また，受信側ブラウザでの推進について, 2022
window サイズを小さくすると，それに合わせて送
4) 社団法人 電波産業会 デジタル放送システム開発部会・信される画像のサイズも小さくなることが確認でＣＳデジタル放送高度化作業班・映像符号化方式作業班
きた．通信速度を低下させていくと，1Mbps を下：情報源符号化部 H.264 | MPEG-4 AVC 規格の概要,
回った段階で，画像サイズは 1280×720 px に維持
2006
したまま，フレームレートが不安定な値となった．
CONNET では，画像サイズが低下するような挙動があったことから，遠隔臨場アプリケーションによって，映像配信の負荷を低減させる工夫や，通信速度に応じた挙動が大きく異なることが判明した．
このことから，用途に応じて適切なアプリケーシ
ョンを選定することが重要であるといえる．

５．結論
本稿では遠隔臨場実施において，工事現場での無線環境の重要性について確認し，通信環境を可視化する取り組みについて紹介した．また可視化にあたり，評価指標を構築することが重要である
ことから，評価指標についての検討を行った．その結果以下の知見を得た．
・屋外の通信環境をスループットによってクラス分けできることを確認した．可視化することによって，キャリアの選定や，無線通信の増強箇所などを効率的に選定することが可能である．
・通信速度に応じでどの程度の画像サイズ，フレームレートの映像が配信できるかを検証した．
その結果，iPad を用いた映像配信手法では，モニターの映像内の占有率によって送る事のでき
るデータ量が大幅に変化してしまい，測定することが難しいことが分かった
・2 社の遠隔臨場アプリケーションを比較した結果，通信速度が低下した際の挙動に差が見られ-4-

15．建設機械施工の自動化・遠隔化技術の開発及び普及促進に向けて
国土交通省大臣官房参事官（イノベーション）グループ施工企画室○ 日出山 慎人
吉田 真人

１．はじめにもと、議論を進めてきた。本稿では、協議会の活動
我が国では少子高齢化に伴い、就業者の高齢化 についてこれまでの経過と今後の展望を述べる。
が進行している。その中でも建設業就業者の高齢化は他業種と比較して顕著であり（図－１）、近い ２．協議会の体制
将来、建設業に従事する高齢者が大量に退職する協議会は自動・遠隔施工技術について、現場状況ことが見込まれる。更には、人口減少の影響により、 を踏まえた適切な安全対策や関連基準の整備等に新規就業者も減少していくことが予測される。こ より開発及び普及を加速化させ、飛躍的な生産性のため、今後の深刻な担い手不足により、建設業の 向上と働き方改革の実現を目的とする。この目的
持続性が失われることが懸念されている。
を達成するため、協議会には、建設施工関係の有識
これらの課題解決に向け、国土交通省では「イン 者や、建設機械施工に関係する多くの業界団体がフラ分野のＤＸ」を推進しているところであるが、 参画している（図－３）。また、行政機関としては、その中で現場の生産性向上に資する技術の一つと 公共工事の発注者であり、建設機械に関する技術
して、建設機械施工の自動化・遠隔化技術（図－２） 的な指導の権能を有する国土交通省のみならず、が期待されている。この技術により、建設機械に人 産業振興を司る経済産業省、労働安全を司る厚生が搭乗せず、遠隔地から稼働させることで、工事を 労働省が参画している。
進めることが可能となる。
協議会は、自動・遠隔施工技術の普及に向けた大建設機械施工の自動化・遠隔化技術の普及に向 局的な方針を議論する場となっている。より個別
けては、安全をはじめとして分野横断的に検討す 的・具体的な議題を議論する場としては、協議会のべき項目が多く存在するが、そのような議論は系 下部組織として３つのワーキンググループ（以下、統立った形では従来ほとんど行われておらず、現 「WG」という）を設置している。下段では各 WG
場導入に向けた環境もまた整備されていない。そ の概要について述べる。
こで、国土交通省では令和３年度に「建設機械施工「現場普及 WG」は、モデル工事の設定や自動・の自動化・自律化協議会」（以下、「協議会」という） 遠隔施工技術を想定した入札・契約のありかたをを設置し、産官学を含む多様な関係者の参画の検討するものである。本 WG は、自動・遠隔施工
技術を実工事で使用する環境がある程度整備された後に開催するものとしているため、現時点では開催していない。
「安全・基本設定 WG」は令和４年６月に、協議会と同じ団体等を構成員として設置した。本 WG
は「自動・遠隔施工の安全ルール」を策定すること

図－１

全産業及び建設業就業者において若年層
及び高齢層が占める割合

図－２ 自動・遠隔施工のイメージ

図－３

建設機械施工の自動化・自律化協議会の体制は存在しない。そのため、一部の開発者が実施している自動・遠隔施工の現場試行においては、現場毎にゼロから安全対策を検討する必要が生じている。
さらに、どの程度の水準の対策が必要であるか判断する基準がないため、関係者との調整に時間を要する他、現場毎に安全対策の水準にばらつきが生じたりする等の課題がある。また、有人の施工現場を前提とした既存のルールを自動・遠隔施工の現場にそのまま準用すると、過剰な安全対策を講じなければならなくなる懸念がある。あわせて、多くの安全対策を講じるほど現場の安全性が高まる
一方、施工の効率性は低下する傾向にある。
上記を踏まえ、自動・遠隔施工の普及促進を図る
ためには、この特徴に即した標準的な安全ルールを策定することが必要である。そのため、今後は協議会、WG 及び SWG での検討に基づき、全ての作
業員の進入を禁止する「無人施工エリア（図－４）」における施工等を対象とし、安全ルールを標準化することを目指している。
続いて、現時点での安全ルールに関する検討状
３．安全ルールの策定方針と現状況を述べる。
本項では、令和５年度に策定を予定している自安全ルールは、「自動・遠隔施工を実施する施工
動・遠隔施工の安全ルールの策定方針と現状につ会社が、安全対策を検討する上で参照する資料」といて述べる。
して位置づけられるものとしている。また、あらゆ
自動・遠隔施工は、現場からオペレータがいなくる条件の現場で講じるべき全ての安全対策を列挙なるという点で、従来の有人施工と大きく異なる。
することは事実上不可能であることから、条件の
しかし、この「オペレータがいない」という特徴を異なる現場においても共通的に講じるべき安全対考慮して整備された体系的な安全ルールは現状でを当面の目的として、検討を進めている。また、技術開発における協調領域の設定についても検討を進めている。
「施工管理・検査基準 WG」は「安全・基本設
定 WG」と同様、令和４年６月に、協議会と同じ団体等を当初の構成員として設置した。本 WG では令和５年度に予定している自動・遠隔施工の現場検証の実施に向けた検討を進めている他、将来的には自動施工における施工管理基準策定に向けた検討を行うものとしている。このような特性に鑑み、実際に自動・遠隔施工技術のノウハウを有する者の意見を幅広く取り入れるため、令和４年９月から構成員の公募を行い、同年１１月、応募のあった２６団体４３者を「自動施工機械・要素
技術サブワーキンググループ（以下、「SWG」という）」のメンバーとして選定した。なお、本SWG メンバーは多くの方に参画いただくため、随時公募として現在も公募を継続している。

-2-

図－４

無人施工エリア（緑点線の内側）の模式図と保護方策のイメージ策を示す性質のものとして策定する計画である。
一般的に機械の使用にあたっては、法令や取扱説明書等において具体的に定められている共通的な保護方策に加え、使用者が実施するリスクアセス
メントの結果として必要であると判断された保護方策が講じられる。一方、自動・遠隔施工においては、共通的な保護方策が体系的に整理された文書は存在しないため、まずはどのような現場条件下で実施する自動・遠隔施工においても共通的に講じるべき保護方策を安全ルールとして策定する必要がある。具体的には、自動・遠隔施工を行う場合
は、機械の周辺に作業員の進入を規制する「無人施工エリア」を設定すること、「無人施工エリア」に作業員が誤って進入するといった危険性が大きい
事象が生じた場合は自動・遠隔施工機械を停止させること、「無人施工エリア」内で稼働している自動・遠隔施工機械が「無人施工エリア」を逸脱しないための対策を講じること等が考えられる。
また、自動・遠隔施工においてはリスクアセスメ
ントの項目が整理されたマニュアルも未整備であり、且つ多くの施工会社には自動・遠隔施工の経験がない。そのため、施工会社がリスクアセスメントを実施するに当たっての補助として活用できるよう、自動・遠隔施工に特有のリスクアセスメントの項目を体系的に整理する必要がある。加えて、必要な保護方策の内容や担い手が従来の有人施工と異なることから、これまで以上に「リスクアセスメン
ト情報を関係者間で共有すること」や「それぞれの保護方策を、現場のどの担当者が担うのか明確にすること」が重要である。
さらに、自動・遠隔施工の分野においては技術が日進月歩であることを踏まえ、技術の発展に伴い安全ルールが陳腐化することを防ぐため、安全ルール策定後もフォローアップを継続する体制を構築することが重要である。そのため、安全ルール策定後も実際に適用している施工現場の調査・ヒアリ

ング等を行い、そこで得られた知見に基づき、安全
ルールの改定や対象の拡大を図ることを計画している。
４．自動化・遠隔化技術の現場検証
本項では、安全ルールの策定に向けて実施する
自動化・遠隔化技術の現場検証について述べる。
令和５年度は標準的な安全ルールや現場適用に向けた効果と課題を検証するための現場検証を実施する。現場検証の実施に当たっては、「現場検証の実施方針」「安全ガイドライン」を作成しており、検証参加者がこれらを参考にしつつ実施計画書を作成し、現場検証を実施する。
4.1 現場検証の実施方針「現場検証の実施方針」は、検証の目的や検証の流れ、対象技術等を規定するものである。検証の目
的は「自動・遠隔施工の安全ルールを標準化すること」、「自動・遠隔施工の実現場への適用に向けて、施工の効率性と安全性の両面からの効果・課題について検証すること」としている。
また、検証の流れは下記のとおり規定している。
① 検証の参加者は、事前に具体的な実施内容を記載した検証計画書を作成。
② 建設 DX 実験フィールド、参加者保有のヤード、施工中の現場等で検証を実施。
③ 検証結果を報告書として参加者がとりまとめ、
WG に共有。
④ 解決が必要な課題については WG の知見を活用し、議論を通じて安全ルールの形成。
⑤ 次のステップに進み、検証と解決をスパイラルアップ。
検証技術は、自動・遠隔施工に必要となる機能や性能を追加装備する技術を対象としており、既存の各種センサ類の組合せに加え、専用ソフトや制-3-

図－５ 現場検証に向けた「実施方針」「安全ガイドライン」の位置づけ
御システム等、多種多様な要素技術を想定している（例：安全技術、動作・操作関連技術、周辺環境
認知技術、通信技術 等）。
4.2 安全ガイドライン「安全ガイドライン」は、自動・遠隔施工の現場検証における一般的な安全対策の指針として、現場検証時に安全計画を策定する上での拠り所となるものである。安全ガイドラインの構成は「自動施工編」「遠隔施工編」から成り、現場検証内容に応じて各編を参照するものとする。現場検証を踏まえ、実現場に適用する標準的な安全ルールを策定
していき、適宜、当ガイドラインも拡充・見直しを行うものとしている。
安全ガイドラインの内容について、エリア・境界の設定を例に紹介する。まずエリア設定について、
自動・遠隔施工機械の稼働エリアを無人化するために必要なエリアの種類としては「全体施工エリア」、「自動施工管理エリア」、「有人施工エリア」、「指定混在エリア」、「無人管理エリア」、
「無人施工
エリア」、
「コントロールエリア」、「一般エリア」があるものの、必ずしも全てのエリアが設置されるものではないものとしている。次に境界設定について、エリアを区切る境界の種類としては、機械では突破不可能な構造物や人が容易に乗り越え不可
能な固定柵等による物理的な境界、妥当な感覚での三角コーン等による視覚的な境界等があり、現場の地形や管理レベル、自動・遠隔施工機械の機能等を考慮し、リスクアセスメントによって適切な境界を選定するものとしている。
５．今後の展望
将来的には、自動・遠隔施工に適応した施工管理
技術に基づいた施工管理や検査の基準類の策定が必要となる。その際には、現場検証等の場でそれらの策定に必要な情報収集を行っていくことを計画している。さらにその先に、協議会において以下に列挙する項目の検討を計画している。
・研究開発や安全性能等における協調領域の設定
・自動・遠隔施工機械の機能要件
・公共事業におけるモデル工事の実施
・自動・遠隔施工に適した入札契約方式
６．おわりに自動・遠隔施工技術の普及は、今後の日本の社会インフラを整備・維持し、災害対応能力を保持していくためには必要不可欠であると考える。自動・遠隔施工技術は現場の省人化による生産性の向上をもたらすだけでなく、遠隔地のオフィスからでも建設機械を稼働させることを可能にし、多様な人材が建設業で働きやすくなる等、働き方改革の実現に向けた期待も大きい。また、災害発生時に地場のレンタル会社や施工会社と国土交通省が連携することにより、自動・遠隔操作が可能な建設機械を災害現場へ迅速に投入可能となることも将来的には期待される。さらに、令和４年４月に策定した第５次国土交通省技術基本計画では、
２０～３０年先の将来を想定し、長期的な視点で実現を目指す将来の社会イメージとして、建設現場の完全無人化を描いている。
国土交通省はこのような未来を見据えつつ、自動・遠隔施工技術の普及促進に向けて、引き続き取り組んでいく。
業務委託先の開示
本報文にて報告した検討を実施するにあたり、基礎的な情報収集及び資料整理の一部を日本建設機械施工協会及び先端建設技術センターに業務委託して行った。

-4-

16．除雪グレーダのブレード自動化に向けた操作支援システムの開発－除雪オペレータの担い手確保及び除雪レベルの維持－

国土交通省
国土交通省
国土交通省
国土交通省

東北地方整備局 山形河川国道事務所
東北地方整備局
三陸国道事務所
東北地方整備局
東北技術事務所
東北地方整備局
東北技術事務所

今野
川上
佐藤
〇田中

孝親
穣久
英樹
孝之

１．はじめに作業装置の制御方法の一つとして，交差点処理
除雪グレーダは，ブレードを用いて新雪除雪及 を行う⑤シャッターブレード制御，除雪路面の仕び路面整正作業を行う除雪機械であり，幹線道路 上がりに影響する①ブレード昇降（押付力）制御がにおける除雪作業の主力機械となるもので，安全 あるが，⑤は他地整が除雪トラックにおいて位置で安心な冬期道路交通確保の重要な役割を担って 情報による自動制御を開発中であるため，今後そいる。
れをベースとして開発する計画とし，①は既存技
除雪グレーダによる除雪作業は，路面状況，道路 術のオートブレードとしてメーカで開発済みであ
構造及び沿道条件等にあわせた操作が必要であり， るため，検討の対象外とした。
その操作は複雑で難易度が高く，オペレータの熟作業装置の操作頻度を把握するため，2 車線と 4練した技術が必要である。近年，建設業の担い手不 車線の割合に偏りが無く，市街地，平野部，山間地
足が懸念されているなか，除雪機械のオペレータ を有した新型ワンマン除雪グレーダが配備されてにおいても高齢化及び減少が進んでおり，将来的 いる岩手河川国道事務所盛岡西国道の橋場工区をに確保が困難な状況になることが予想される。
選定し，操作回数の分析を行った。図-2 に示すと本稿では，担い手確保及び除雪レベル（品質）を おり③サークル回転，②ブレードスライドの操作維持するため，経験が浅いオペレータでも同程度 回数が多く，オペレータからのヒアリングにおいの作業速度を維持できる作業装置の操作支援シス ても，特にブレード端部の位置関係に注意を払い
テムについて開発した結果を報告するものである。 ながら操作しているとの意見が多かったことから，優先度が高いと判断した。さらに，ブレードスライ
２．作業装置操作系の整理および検討優先度
ドは，サークル回転と連動した操作が多数見受け
作業装置の自動制御を検討するにあたり，操作 られたことから，自動制御の検討対象をサークル支援の優先度を整理して検討対象を決定した。
回転とブレードスライドの組み合わせ制御とした。
作業装置の各動作項目を図-1に示す。
①：ブレード昇降（押付力）②：ブレードスライド（横送り）③：サークル回転（推進角）④：ブレードチップ（切削角）⑤：シャッターブレード⑥：前車輪リーニング

図-2 作業装置の操作回数

図-1 除雪グレーダの各動作

３．サークル回転(推進角)制御の検討
3.1 サークル回転（推進角）操作の目的
サークル回転（推進角）操作の一つとして，作業速度を維持するための作業負荷調整がある。ブレ
ードに抱える雪が多くなると作業負荷が増し速度-1-が低下する。このため速度が低下する前にサーク
ルを回転させ推進角を減少させることで，抱えている雪を路側帯に流れ易くし負荷を減らし，速度を維持するのが目的である。
除雪グレーダの作業負荷は，オペレータの操作による押付力，切削角，推進角の要素で算出され，それらを変数に牽引力との相関を示すと図-3～図5となる。この中で一番相関が強いのは推進角であり，推進角の操作が最もブレードにかかる負荷を低減し，作業速度を維持する効果が大きいことがわかる。
牽引力( kN )図-6 制御要素の関係性

・ブレード負荷による作業速度低下は，推進角の減少で回復可能（変化点②）・推進角減少操作中でもブレード負荷が上昇（変化点①～②）・ブレード負荷の変化と作業速度回復に時間差がある（変化点②～③）・ブレード負荷に対する反応は，作業速度よりエンジン回転数の方が早い（計測区間）
各制御要素の関係性から，エンジン回転数を監視することで推進角を制御することが可能と判断した。
適切なサークル推進角は，エンジン回転数の変化から近似式により算定している。ただし，出力条件として橋梁ジョイント等の注意箇所，対向車や後続車両を避けるための人為的なアクセルワークに伴うエンジン回転数の変化を排除するため，ア
クセル開度95％（エンジン回転数1,900rpm）以上とした。

押付力( kN )牽引力( kN )図-3 牽引力と押付力の相関

切削角(度)
図-4 牽引力と切削角の相関

牽引力( kN )４．自動制御システムの概要および機能
4.2 自動制御システムの概要
自動制御の動作を図-7，システムフローを図-8，
主要な機器構成を図-9 に示す。

推進角(度)
図-5 牽引力と推進角の相関

3.2 制御要素の検討
推進角を制御するにあたり，実機による運転データから制御要素の分析を行うため，推進角，ブ
レード負荷，エンジン回転数，作業速度データを抽出して図-6 の関係性を得た。
図-7 自動制御の動作-2-

(3)その他
・手動操作を行った際，自動運転モードを解除
・手動操作時のブレード左側自車接触警報，ブレード右側はみ出し警報・各オペレータが任意の設定値（推進角，はみだし量等）に変更可能
・自動制御，手動制御の選択が可能
５．最適制御を目指した改良
5.1 ガイダンス装置
サークル回転（推進角）の自動制御を実施するにあたり，ガイダンス装置を製作し，ガイダンスとオペレータの実操作から，エンジン回転数による自動制御が適確性及び有効性を満足するか検証した。
(1)ガイダンス装置概要
ガイダンス装置の表示内容を図-10 に示す。
①除雪幅：推進角による現除雪幅員②限界角：自車に接触する限界値③現在角：現在の推進角④推奨角：Ｅｇ回転数監視による目標角⑤～⑦ブレード端部の位置関係⑧推奨角に対する操作レバー入力方向

図-8 システムフロー

図-10 ガイダンスモニタ

図-9 主要な機器構成

本装置の主要な機能は以下のとおりである。
(1) 推進角の自動制御
・負荷増加によりエンジン回転数が設定回転数
より低下時，推進角を減少
・推進角を減少させた場合，車体と接触する限界角で推進角の動作を停止
・エンジン回転数が定格回転に復帰した場合，推進角を設定角度まで増加(2)ブレードスライドの自動制御
・左右いづれかのはみ出し設定値に追従するようブレードをスライド(2)操作タイミングの検証
ガイダンス出力に対して，オペレータ操作の時間差をみると平均 8.5 秒程度遅い操作となっていた。これは，ガイダンスはエンジン回転数の低下条件に達した段階で瞬時に目標推進角を出力しているのに対し，オペレータは，ガイダンスやタコメー
タ，速度計を常時監視してはおらず，エンジン回転数の低下や速度低下がある程度継続した段階で感覚的に認識してから操作しているものと推察される。
この結果からも，エンジン回転数の低下を機械的に捉えて瞬時に雪を路側帯へ排出する動作を行うことで，作業速度低下を抑えることができ，除雪作業の効率化に対する効果が高いといえる。
(3）サークル回転（推進角）の検証
目標推進角とオペレータ操作角の差は操作毎の-3-

バラツキはあるものの平均0.5°以下となり，概ね良好な結果が得られた。
(4)モニタ表示のシンプル化実証試験から，除雪グレーダの作業負荷に応じたブレード操作支援については，他の土工用機械やロータリ除雪車とは違い，ガイダンスではなく自動制御でなければ効果は得られないということがわかった。
ガイダンスついてオペレータにヒアリングを行った結果，ブレード位置は，熟練オペレータでもタ
イヤガードに接触し損傷させることがあるため知りたいという意見を頂いた。一方，除雪作業中は安全上の観点から，モニタを注視することが困難であるため，ガイダンスをやめて，表示は必要な情報のみとしシンプル化した。図-11 に改良した操作状
況画面への表示情報を示す。

5.3 現道除雪による試験
除雪グレーダの自動制御を実現するためには，安全性の確保が最も重要なポイントとなる。インターロック，手動操作介入，制御情報（方向，変位量等）のオペレータ認知方法なども制御プログラ
ムに取り入れながら，改良を重ねてきた。令和４年
度冬期に現場へ配備し現場適応性試験（図-12）を行っているが，積雪量が少なく効果検証が不十分であるため，今後も検証を行っていく。

図-12 現場適応性試験状況

図-11 改良後の操作状況画面

5.2 作業前のブレード位置調整
ブレード自動制御では，サークル回転(推進角)とスライド量を調整して，設定値どおりに作業装置を作動させたり，車体への接触防止を行う必要があるため，除雪作業前にブレードを規定の位置に調整しておかなければならない。これにズレが生じると，車体への接触や，設定値以上に右側へのは
み出しにつながり重大な事故につながる。調整方法として，写真-1に示すようにサークルにマーキングを施し，運転席から位置調整を簡易に行うことができる方法を採用した。オペレータへのヒア
リング結果においても，マーキングだけで十分に位置調整が行えることが確認できた。

写真-1

6. 最後に今回開発した除雪グレーダの操作支援システム
では，実機による運転データの分析を行い，エンジン回転数を制御要素として採用した。製作したガ
イダンスと実操作から，エンジン回転数による自動制御が適確性及び有効性を満足することが確認できた。
今後は，位置情報に基づいたシャッターブレード等の自動制御をさらに組み合わせる予定である。
これにより，煩雑な除雪装置の操作から解放され，経験が浅いオペレータであっても同程度の作業速
度で除雪が可能となる。ただし，上記制御のほかにも沿道の障害物や一般車両の挙動から緊急回避的な操作の必要性も残されていることから，完全自動化に向けてはさらなる検討が必要である。また，
ＤＸの取り組みの一環として，写真-2に示す操縦シミュレータ技術を開発し，早期に必要な技量に達するための人材育成に加え，除雪作業のイメー
ジそのものも変革させ，新たな就業希望者の増加を期待している。

マーキングによる位置調整

写真-2 除雪グレーダ操縦シミュレータ-4-17．除雪機械作業装置の自動化に関する現状と今後の展望について

国土交通省大臣官房参事官（イノベーション）グループ施工企画室
柿崎 俊裕
国土交通省大臣官房参事官（イノベーション）グループ施工企画室 ○ 遠藤 天生

１．はじめに
近年，除雪機械の熟練オペレータの減少や担い手不足が深刻な課題となっている。その背景には，除雪機械という特殊な機械を操作するために技術を要することや，その特殊性により新たな担い手が育ちにくいという現状がある。
そこで国土交通省では，除雪機械の作業装置操作を自動化することで省力化を図り，熟練技術や経験が無くても一定の精度で除雪を可能にすることで，この課題の解決を目指している。
本稿では，北海道開発局が検討を行っている，ロータリ除雪車の作業装置自動化の現状と，今後の取り組みについて紹介する。

図-2

i-Snow の活動

i-Snow の主な取り組みとして，発足から現在に至るまでの，ロータリ除雪車の作業装置（投雪作業）
自動化，吹雪時の映像鮮明化に向けた取り組みの
ロードマップを図-3 に示す。
映像鮮明化装置は，令和 4 年度までに 119 台を実働配備しており，カメラで撮影した画面を通して，車両，標識，信号，固定式視線誘導柱，路面等が見やすくなることで，精神的負荷減少，走行
速度確保，立往生車両発見等の効果が得られる。

図-1 ロータリ除雪車の投雪作業自動化イメージ

２．北海道開発局の取り組み
平成 29 年 3 月に，持続可能な道路除雪の実現に向けて産学官が連携して取り組むプラットフォー
ム「i-Snow」が発足した。

図-3

i-Snow のロードマップ-1-

図-4 吹雪時の映像鮮明化イメージ

ロータリ除雪車の投雪作業自動化についての主な取り組みを3.に示す。
３．ロータリ除雪車の作業装置（投雪作業）自動化
3.1 習い制御による自動化
除雪作業装置（ブロア，シュート，シュートキャ
ップ）による投雪方向や距離の自動制御については，これまでオペレータが行っていた複雑な操作を再現する「習い制御」を用いている。習い制御用
データは，車両の各センサからオペレータの実操作を把握し，車両位置データと連携してガイダンスシステムへ反映する方法を採用している。自動制御用に搭載している車載コントローラに記録された各センサの情報を基に制御情報を作成，3Dマ
ップに書き込んでガイダンスシステムへインスト
ールするまでをアプリが自動で行うことを可能とした。
これまでの課題として, 習い制御用データの取得間隔を1Hz（1秒間隔）としていたことで，組み合わせて同時に行いたい複数操作（例えば，停止とシュート旋回）のタイミングにずれが生じていた。
それを受けて，データ取得間隔を1Hzから10Hzに変更した。更に，精度を高めた上でデータ数を減らすため，10Hzで取得したデータのうち作業装置の変化量が装置可動域の2%以上変化する点を抽出する方式で，習い制御の動作試験を行った。

3.2 自動制御中における微調整機能の追加
ロータリ除雪車の投雪作業自動化において, 自動制御中に作業装置の手動操作を行った際には，自動制御が解除される仕様となっている。そのため，日々変化する雪に応じて作業装置を微調整できないことが懸念されていた。
それを受けて，自動制御中においても自動制御を解除せずに装置操作を微調整可能なタッチキーの採用を検討し，その視認性や操作性を試験した。

図-6 微調整タッチキー

結果，自動制御では雪質が重く投雪が防雪柵に当たっていたものを，微調整タッチキーを用いてシュート等の角度を調整することで改善できることを確認できた。
一方，微調整タッチキーにおけるシュート旋回，
キャップ開閉の表示が「+」「-」になっており，操作性の分かり難さを感じた。
一定程度の成果を確認できたことから，今後は微調整タッチキーの表示を改善した上で，標準機能としての導入を予定している。

図-5 データ取得間隔の変更

3.3 3D-LiDAR を用いた雪堤高さ検知制御の改良
結果，手動操作データが10Hzで取得され，タイ
投雪作業自動化の一つとして，3D-LiDARを用い
ミングのずれが生じない複数操作が可能なことを て雪提高さを検知し，投雪位置を自動制御する機
確認した。
能がある。
一方，試験ではGNSS受信機のINS補正を活用して試験を実施したところ，1km/h以下の微速走行になるとINS補正の速度情報が0km/hと出力され，走行しているにもかかわらずシステムが停止と判断
し，装置が動作しない不具合が生じた。また，急停
車時に車体が前後に揺れることで，システムが一時的に速度をマイナス（後退）と判断する事象が生じ，これにより誤動作が生じるリスクを確認した。
今後，システムに「走行中」と「停止中」を正し
図-7 雪堤高さ検知制御概念図
く判断させる手段の検討が必要となる。

-2-

当初，検知範囲の最大高低差を比較して制御したが，頻繁にシュートキャップ角が変化し，機械寿
命の短縮が懸念された。
それを受けて検知範囲を拡大し，投雪メッシュ
位置+3メッシュの平均高低差を比較して制御する方式に改良を行った。
結果，雪堤高さ検知範囲を拡大したことで，シュートキャップの微小動作が生じない投雪を可能とした。

図-8 改良前の 3D-LiDAR を用いた雪堤高さ検知

一方，システムは目標線に向けて直線で投雪する設計になっているが，実際の投雪は放物線を描くため投雪位置に誤差が生じ,雪堤から3m程度離れた場合だと1m程度手前に投雪されてしまう事象を確認した。
今後，投雪位置の誤差要因を排除する検討が必要となる。
3.4 みちびき不感地帯対策
除雪区間には樹木，ビル，高架，トンネル等によるみちびき不感地帯が存在することから，補完技術としてINSの採用を検討した。但し，INSは不感地帯が長くなるにつれて誤差が蓄積し精度が低下するという懸念があり，精度検証を行ったところ，補完できる有効距離は40m程度だったため，INSによる補完は短距離とした。そのため，更なる補完技
術として磁気マーカの採用を検討し，精度検証を行ったところ，誤差68mmと十分な精度であった。
(1) INS，磁気マーカ，RFID による不感地帯対策
これまでのみちびき不感地帯対策への課題として,不感地帯での他技術による自己位置推定の補完が必要となる。
それを受けて，補完技術として，INS，磁気マー
カ，RFIDを組み合わせて試験を行い，不感地帯における直線，カーブ区間での磁気マーカの適切な設置間隔を確かめた。自動制御システムには磁気マーカの緯度経度が記録されており，RFIDによって位置を特定することができる。

図-9 改良後の 3D-LiDAR を用いた雪堤高さ検知
図-11 磁気マーカ設置間隔の確認試験

結果，磁気マーカの検知率は約9割と，一定程度の成果を確認できた。
一方，RFIDの検知率は約2～4割と低かった。
RFIDが検知できない磁気マーカの位置は，地図上の磁気マーカ位置とマッチングすることができない。
今 後 ， RFID ア ン テ ナ と 路 面 の 距 離 を 現 状 の240mmより近くする等，RFIDの検知率を向上させる検討が必要となる。
図-10 投雪位置の誤差(2) 測位復帰時のガイダンスシステム挙動試験
みちびき不感地帯対策としてマップマッチング方式の採用を検討し，不感地帯からの測位復帰時-3-におけるガイダンスシステムの挙動を試験した。
マップマッチングとは，地図データに設定された
走行中心線上を走行していると仮定して横断方向を束縛し，縦断方向はINSで位置を推定する方式である。不感地帯が長く続く場合は，磁気マーカとINSの併用により自己位置を推定することになる。
図-13 高精度 3D マップとガイダンス画面

結果，ブロワ左右投げ分け等の正常な動作を確認できたが，みちびきの受信状況が悪く自動制御
できない時間帯があった。
今後，民間通信会社の移動基地局の活用等，引き続き不感地帯への対策が必要となる。

図-12 測位復帰時のガイダンスシステム挙動試験

結果，磁気マーカからのデータを基に位置補正の計算は正常に実行された。
しかし，ガイダンス画面への補正結果の反映処理に不具合が生じ，補正結果がガイダンス画面上に表示されなかった。
今後，ガイダンス画面へ補正結果を正常に反映処理させる検討が必要となる。
3.5 自動化ロータリ除雪車の実働配備
令和4年度に除雪装置の自動化機能を備えたロータリ除雪車を，冬期通行止め区間である国道334号知床峠（斜里側）に1台実働配備した。
実働配備後，国道334号知床峠で，高精度3Dマッ
プデータを用いた運転支援ガイダンスと投雪作業自動化を組み合わせたシステムにより，ワンマン
オペレータによる，ブロワ，シュート，シュートキ
ャップの自動化を用いた除雪を行い，それまでの成果を総合的に試験した。

４．今後の主な取り組み
令和 5 年度には自動化機能を備えたロータリ除雪車を，国道 334 号知床峠（羅臼側）に 1 台，国道 233 号深川留萌自動車道に 1 台追加配備し，実働配備台数を計 3 台とする予定である。それに伴い，今冬からは冬期通行止め区間ではない高規格道路での自動投雪作業を予定している。
そのほか引き続き，みちびき不感地帯対策，映像鮮明化装置 100 台の追加配備等も予定している。
５．おわりに
今後も国土交通省では，除雪現場の課題を解決するため，除雪機械の作業装置自動化に向けた検討，実働配備を進めていく。
参考文献
1) 白瀬和暁・佐藤信吾：【i-Snow】ロータリ除雪車における投雪作業自動化の検討，第65回(2021年度)北海道開発技術研修発表論文
2) 白瀬和暁・柿崎俊裕：【i-Snow】ロータリ除雪車の装置自動化に向けて，第66回(2022年度)北海道開発技術研修発
表論文
3) 除雪機械の高度化推進グループ（北海道開発局・寒地土木研究所）：令和4年度の実証実験結果，令和5年度の取組[資料A]，令和5年度除雪現場の省力化による生産性・安全性の向上に関する取組プラットフォーム「i-Snow」〈第13回〉資料-4-

18．振動加速度レベルによる除雪トラックフレームの負荷傾向把握について(国研)土木研究所寒地土木研究所(国研)土木研究所寒地土木研究所
１．はじめに積雪寒冷地における冬期の円滑な道路交通の確
保は，地域住民の生活にとって必要不可欠であり，確実な道路除雪体制が求められている。
一方で近年，購入・整備予算の逼迫により，除雪機械の更新が遅れ老朽化した機械が増加，除雪ト
ラック（写真-1）のフレームの破断（写真-2）など
による突発的な作業不能，ひいては廃車となるケースがみられるなど，除雪作業の停止日数も増加傾向にあり，道路除雪体制への影響が懸念される。
そのため，限られた予算の中，除雪機械のより効果
的かつ効率的な維持管理が求められている。
寒地土木研究所では，この維持管理手法の提案に向け，指標となる除雪機械の劣化に対する定量的評価手法や，車両を構成している部位部品の劣化度診断手法などの構築に取り組んでいる。
本報は，部位部品の中で，破断時廃車となる危険性が高い除雪トラックフレームの診断手法の構築に向け，振動加速度レベルに着目しフレームへの除雪作業種別，箇所毎の負荷を測定し検証したので報告する。

写真-1

２．振動加速度レベルの測定
除雪トラックのフレームは破断時，即時廃車となる場合もあるなど，重要構成部品の一つである。
寒地土木研究所では，その除雪トラックフレー
ムの劣化度診断手法の構築について検討しており，まず，除雪トラックのフレームに掛かる負荷傾向について，振動加速度レベルの把握を試みた。
2.1 振動加速度レベル
振動加速度レベルは，加速度ピックアップの設
置での測定が可能で，振動の物理的なエネルギーの大きさをデシベル(dB)で表わしたもので，建設
作業振動や工場振動，道路交通振動等の計測で広く活用されている。
振動加速度レベルは，次式で定義される。
La=20Log（a／a0）
La ：振動加速度レベル（dB）
a ：振動の振動加速度（m/s2）
a0 ：基準となる振動加速度（10-5m/s2）
目安として，気象庁震度階級の解説内「気象庁震度階級表」2)より，算出した振動加速度レベルと震度階級の関係を表-1 に示す。
数値は運動エネルギーの大きさを示すため，フレームの振動加速度レベルを測定した場合，数値が大きいほどフレームに作用する外力による負荷が大きいと考えられる。また，加速度ピックアップを設置することで測定ができるため，フレームの複数箇所に設置し，除雪作業種別によるフレームの箇所毎の負荷傾向の把握を試みた。

除雪トラック 1)
表-1

写真-2

○植野 英睦山田充

除雪トラックフレーム破断イメージ-1-

震度と振動加速度レベル(dB)2.2 振動加速度レベルの測定内容
測定は，北海道石狩市の浜益区，厚田区等の北部
にて，実際に除雪作業をしている除雪トラック（10t級 6×6，ワンウェイプラウ，路面整正装置）にて行った。
除雪トラックのフレームの底面 8 箇所に加速度
ピックアップを設置し，回送，新雪除雪，路面整正作業等の一連の除雪作業における，3 方向（X，Y，Z）の振動加速度レベルを 2 カ年 7 回にわたり計
1,106 分間測定した（図-1，表-2）。
設置は，まずフレームにアルミテープを貼り，その上に瞬間接着剤で加速度ピックアップを固定，飛散する雪氷からの保護のため，シールパテを盛り，再度アルミテープにて据え付けた。配線もコルゲートチューブにて保護をした（写真-3）。

除雪作業の作業種別と内容を表-2，写真-4 に，作業種別毎の測定時間を表-3 に示す。測定は100ms 間隔の連続データで行っているが，本報は表記の簡素化のため，主に平均値の結果を示す。
３．測定結果と考察
測定結果の例として，7 回目 4:00～5:00 における作業種別と測点⑤Z 方向で測定した平均値（1 分毎）のグラフを図-2 に示す。この結果から，3 方
向や作業種別などの負荷傾向について検証した。
3.1 ３方向の傾向測定した結果，方向においては，X 方向と Z 方
向は Y 方向に比べて振動加速度レベルが大きく，①～⑧の全測点で同様の傾向を示していた。測点⑤の例を図-3 に示す。

除雪(Ｉ)

図-1

フレーム測点と方向
表-2

測定日時
写真-4

除雪(I)と除雪(G)の作業イメージ

表-3

図-2
写真-3

加速度ピックアップ設置状況

表-2

除雪(Ｇ)

作業種別毎の測定時間(分)平均値（1 分毎）
（測点⑤Z 方向 7 回目 4:00～5:00）

作業種別と作業内容

図-3-2-

測点⑤ 全方向（全作業種別）

3.2 フレーム測点毎の傾向
振動加速度レベルは，車両右側前方の測点⑤が，作業種別によらず大きい傾向を示した。作業種別
毎，全測点の X 方向の例を図-4 に，全測点の X 方向，除雪(I,G)の例を図-5 に示す。
測点毎，作業種別毎に一様な関係がみてとれる
ため，測点毎の振動加速度レベルの相関関係について，数値の大きい測点⑤を基に整理した，除雪(I,G)の例を表-4 に示す。測点⑤と各測点の相関係数が 0.7 以上と高く，測点毎にある程度一定の負荷傾向が確認できた。これにより測点⑤を測定する
ことで全測点の負荷量の把握も期待できる。

図-4

全測点 X 方向（全作業種別）

また，外力の方向について，作業種別により測点毎に大まかな傾向があると想定していた。しかし，
3 方向毎や、3 方向の振動加速度レベルを合成した
方向などで検証したが，複数の方向から複雑に外力がかかっており，方向の傾向は掴めなかった。
3.3 作業種別毎の傾向
ブレードを路面に押しつけて作業をする除雪(I,G)と除雪(G)が，フレームに作用する負荷が大きい傾向が確認できた（図-4）。
また，図-3，図-4 より除雪(I)と回送の振動加速度レベルがほぼ変わらなかった。これは，除雪(I)は除雪作業をしているが速度域 1～11km/h，平均 6.8
km/h と回送に比べ低速で走行しており，回送は作業をしていないが速度域 1～68km/h，平均 36.2km/hと除雪(I)に比べ高速で走行しており，速度も影響していたと考えられる。しかし，除雪(I)の測定時間
は 17 分と短く，今後測定を継続し，さらに検証していきたい。
一方で，除雪作業は様々な条件下で行うために作業速度が各作業種別内での差異による振動加速度レベルへの影響も考えられる。しかし，作業種別毎の速度（表-5），とその箱ひげ図（図-6）のとおり，様々な条件下でも，除雪(I,G)，除雪(I) ，除雪(G)では，ばらつきがなく安定した速度で作業を行っており，除雪作業の作業種別内では速度変化による影響の少ない結果となった。
表-5

図-5

除雪（I,G）X 方向（全測点）

表-4

各測点、方向毎の相関係数

図-6
-3-

作業種別毎の速度（km/h）

作業種別毎の箱ひげ図（外れ値未表示）

また，雪質による振動加速度レベルの違いについても検証した。
測定した除雪トラックは，積雪 10cm で出動することになっており，測定回毎に積雪量に大きな差異はないため，雪質の違いを降水量にて比較した。
降雪期，降水量は，降った雪を溶かし水量として換算するので，同じ積雪量であれば，降水量が少ないと軽い雪となり，多いと重く湿った雪となる。
降水量の数値は，作業工区に最も近い石狩市浜益区アメダスデータを使用し，前回除雪した後から道路上に積雪されていると考えられる累積の降水量を算出した。累計降水量が 5mm の 4 回目と，
特に降水量が多かった累計降水量が 15mm で雪の質量として 4 回目に比べ 3 倍の７回目の比較を表-6，図-7 に示す。
雪質の違いは，作業種別の作業時間に明確に影響があった。４回目は，軽い雪質のためプラウ(I)で
雪を除きながら，路面整正装置(G)で路面整正を行っているので，除雪(I,G)での作業時間が長いが，７回目は，プラウ(I)では重い雪は除けないため，路面整正装置(G)のみでの作業時間が長くなった。
しかし，それ以外の平均速度などには明確な差
異はなく，重力加速度レベルにも大きな影響は見られず，雪質の差による違いは確認できなかった。
表-6

4 回目と 7 回目の測定結果比較

3.4 フレームへの負荷傾向
上項よりフレームの箇所（測点）毎，作業種別毎のフレームに掛かる負荷傾向が把握できた。今後
振動加速度レベルと劣化度合いの検証など必要であるが，例えば作業種別毎に稼働時間をかけ，合算することで，フレームに掛かる累積される負荷量把握の１指標としての可能性が確認できた。複数台の車両からフレーム点検対象車両のスクリーニ
ングの判断材料としての活用も期待できる。
また，当初想定していた雪質による負荷量の増減や作業種別による外力の方向性などは，確認できなかった。
４．まとめ除雪トラックのフレームの劣化度診断手法の構築に向け，除雪作業種別やフレームの各箇所にかかる負荷を，振動加速度レベルに着目し測定した。
その結果以下について確認できた。
(1) 作業種別においてフレーム（測点毎）の負荷傾
向が，概ね一定であることが確認できた。
(2) フレームに複数の方向から複雑に外力がかかっているため，作業種別毎等方向の傾向は掴めなかった。
(3) 作業種別毎のフレームに掛かる負荷の傾向が確認できた。
(4) 作業において雪質による負荷量の差異は確認できなかった。
(5) フレームに掛かる負荷量把握の１指標としての可能性を確認した。
今後，測定を継続し，振動加速度レベルの数値がフレームに与える劣化度合い等についても検証していきたい。
参考文献
1) 国土交通省北海道開発局網走開発建設部HP：
https://www.hkd.mlit.jp/ab/douro_seibi/v6dkjr0000002r7c.html(一部加工)
2) 気象庁HP：気象庁震度階級の解説（平成21年3月）（参考５）「気象庁震度階級表」の気象庁告示（抜粋）p.17
https://www.jma.go.jp/jma/kishou/know/shindo/jma-shindokaisetsu-pub.pdf

図-7

4 回目と 7 回目の振動加速度レベルの比較-4-

19．超高層建物における吊取り解体工法の開発
鹿島建設株式会社

石田
中村
○ 藤原

武志
隆寛
健弥

て切断し，吊り下ろしにより解体工事を進める。
１．はじめに従来の一般的な解体工法である階上解体工法は， まず，建屋内部に解体部材吊り下ろしのために 1
建物トップ階に解体重機を載せて躯体を上階から 階から最上階までを貫いた揚重開口を設ける。ス
破砕する。そのため，特に超高層建物の地上躯体の ラブ切断前に下階に支保工を設置し，スラブ切断
解体工事では，建物最頂部である解体階からのガ 後は図-3 に示す通り直ちに支保工を盛替える。解ラの飛来・落下，粉塵の飛散など，周辺環境への影 体部材は最上階より揚重開口にて 1 階まで揚重さ
響に課題があった。
れ，解体用重機にて小割り・分別の後，搬出される。
また，躯体を切断して大きなユニット状にて吊切断は外壁・ガラスがある建物内部の密閉空間降ろすブロック解体工法では，スラブ切断時に落 内であらかじめ行い，小割も 1 階にて行うため，下防止としてクレーンで揚重しながら切断するか， タワークレーンの稼働率向上と，粉塵の飛散防止
スラブ撤去まで下階から支保工で支える必要があ など周辺環境への配慮を実現している。
り，支保工を全階数分搬入・設置すること，クレーンによる支保工揚重・撤去が工程のクリティカル
大梁
スラブ断面になることから工期が長くなる点で課題があった。
鉛直切断「斜め」切断そこで，スラブを斜めに切断してスラブ切断後の仮設支保工を不要とし，従来のブロック解体工「斜め」切断は
鉛直切断は切断後も支保工
切断後の支保工が不要
支保工が必要法と比較して，工期を短縮する工法を開発した。工法の開発にあたり，新たにスラブ斜め切断カッタ
図-1 斜め切断と鉛直切断の比較ーを開発した。また，スラブ切断時に発生するノロ
水を減容し，分離した水を切断に再利用するノロ「斜め」切断時「斜め」切断後
水脱水装置，切断後のユニットの揚重時に自姿勢
を自動で水平にし，着地前に反転させ，解体・搬出時間を短縮する 4 点自動吊上げ装置を開発した。
本工法を，最高高さ 162m の超高層ビルの地上躯
体解体工事に適用し，工法の有用性を検証し，従来のブロック解体工法との生産性を比較した。
支保工
２．工法の内容
2.1 スラブ斜め切断の概要
スラブを切断する方法として切断速度が速い道
路カッターの採用を検討した。しかし従来の道路
カッターは鉛直に切断する機械のため，前述の通り，スラブ撤去まで支保工を残置する必要がある。
そこでスラブを「斜め」に切断できる機械を開発した。図-1 に斜め切断と鉛直切断の比較、図-2 に斜め切断の概要を示す。切断後はスラブを両脇のスラブに預けて落下しない様にするため，切断終了後の支保工が不要となり，その解体及び揚重時間のタクト工程を短縮し全体工期短縮を実現する。
2.2 工法概要
本工法では，躯体をできる限り大きな部材とし
-1-

図-2

斜め切断の概要

せり下げ足場

解体ユニット
部材吊上げ

先行スラブ切断

切断後支保工盛替え

図-3

工法の概要

2.3 解体手順
大割のブロックは，スラブの斜め切断による「スラブユニット」の他，2 本の大梁とスラブの「大梁スラブユニット」、建物外周部の 3 本の柱を梁で繋いだ「外周柱ユニット」、コア部の柱と耐震壁を梁で繋いだ「コアユニット」に分類してより大きなユ
ニットとし，揚重回数を減らすことでタワークレーンの拘束時間を減らし，工期短縮を実現する。これらの大判ユニットを図-4 に示す。
３．新たな施工機械・装置の開発
3.1 スラブ斜め切断カッターの開発(1) 斜め切断方法及びブレード取付向きの検討
スラブを斜めに切断する方法を検討するにあたり，スラブを模擬した試験体を用いてウォールソーにて斜め切断の検証を行った。その結果，切断速度が非常に遅く，非効率であることが判明した。
この原因は，斜め切断の場合，鉛直切断と比較して切断面積が大きくなり，加えて機械本体にかかる水平力が大きくなって切断抵抗が大きくなることなどが挙げられる。そこで切断速度に優れた道
路カッターに変更し，これを基としてスラブ斜め
切断カッターを開発することとした。
実験には写真-1 に示す「道路カッターの後輪駆動を流用した実験用台車」を用いて行い，スラブを模した試験体を 10m 切断し，切断速度と水平荷重を計測した。水平荷重とは，台車に掛かる水平力に対抗して，カッターを直進させるために作業員が押し棒を支えた力である。ブレードの向きが水平力に大きな影響を与えることが分かっていたので，図-5 に示す通り，ブレードの向きを鉛直，
内向き，外向きの 3 種類で比較した。
結果を図-6 及び図-7 に示す。切断時間は「内刃」
は鉛直とほぼ同等であり，「外刃」は鉛直と比較して約 8%増加した。水平荷重についても，「内刃」
は鉛直とほぼ同等であり，「外刃」は鉛直と比較して約 18%増加する結果となった。以上の結果から，
スラブカッターのブレード取付向きは内刃にすることとした。
(2) ブレード取付位置及び車輪位置の検討
次に，ブレード取付位置と車輪位置の検討を行った。これらは切断時の機械本体の安定性を向上させ，切断速度の高速化に影響を及ぼす。
通常の道路カッターは，ブレード挿入の作業性の良さや，作業時間，コスト低減の面からダウンカ
ット方式を採用している。しかし，今回開発するス
ラブカッターの切削対象であるスラブの下にはデッキプレートがあるため，ダウンカット方式ではデッキプレートが剥がれ下方へ逃げてしまいデッキプレートの切断ができない可能性があった。そこでデッキプレートを下方から押上げながら切断
-2-

スラブ
ユニット

大梁スラブ
ユニット

外周柱
ユニット

コア
ユニット

図-4

大判ユニットの例

押し棒

写真-1

実験用台車

内刃

図-5

外刃

ブレードの取付向き

図-6ブレードの取付向き別

切断時間

図-7

ブレードの取付向き別

水平荷重

するアッパーカット方式を採用した。
アッパーカット方式では，図-8 に示すように切削反力によって後輪が浮上がろうとする力が発生する。実際，後輪荷重の変動を荷重計で計測した
ところ，切断中に 0 又はマイナスを示す値が計測された（図-9 参照）。これは後輪が無負荷状態，
つまり空転していることを意味し，本体が前進するための反力がないことになる。このため，直進安定性が悪くなり，作業員が押し棒を操作して機械を抑制する余分な力が必要となる。この問題を解決するため，ブレード位置と本体の適正な重心位置を検討した。
通常の道路カッターのブレードは前輪より前方に位置しているので，同様の配置のままアッパー
カット方式にすると，ブレードの切削反力（沈込み）が生じた場合に前輪を支点として機械が挙動し易くなり，前述の通り浮上がりが生じる。一方，ブレードが前輪より後方にあるとブレードの切削反力（沈込み）が生じても，主に右前輪で荷重を受けるため，浮上がりに対する挙動への影響を低減できる。これらのことからブレード位置は前輪より後方にした。また，左右方向の重心については，ブレード近傍の車輪（右前輪）のグリッ
プ力が低いと切削時にブレードに振れが生じ切断安定性が低下するため，右前輪のグリップ力を確保するよう右前輪に荷重がかかりやすい重心位置を考える必要がある。一方，前後方向では，後輪の浮上がりを抑えるため極力後方に重心位置を配後輪が浮上がろうとする力置し，後輪のグリップ力を確保する必要がある。
以上により，図-10 に示す通りブレードの近傍にある右前輪（①）と，二つの後輪（②，③）を結んだ三角形の内側，かつ極力後方に，部品配置を調整し重心を配置した。
(3) スラブ斜め切断カッターの仕様
先述の検討を踏まえてスラブ斜め切断カッターを開発した。写真-2 及び表-1 に仕様を示す。な
平面図

③
重心
①
②

側面図

重心

図-10

スラブカッターの重心位置

写真-2

スラブ斜め切断カッター

切削反力
力点

作用点
実験用台車
時の支点
図-8

アッパーカットのブレード回転方向
アッパーカット表-1

後輪荷重（kgf）が 0 または
マイナスのエリア

図-9

切断中の後輪荷重-3-

スラブ斜め切断カッターの仕様

お，スラブ切断は屋内作業のため排気ガスを発生させないよう三相 400V 電動モータ駆動とした。
また，電源盛替え時の電源供給を不要とするため，24V バッテリーを搭載し 30 分間，500m の自走移動を可能とした。
(4) スラブ斜め切断カッターの IoT 化
カッター本体に異常が生じた場合は，熟練した作業員でないとわかりにくいことが課題であった。そこで，各種センサを取付け，計測したデー
タをリアルタイムでクラウドにアップロードし，本体の異常，故障の予兆を把握する仕組みを構築した。センサによる計測項目は，切断深さ・距
離・時間，モータ電流値・電圧・回転数・温度・振動とした。また，作業にあたっては本体のタッチパネルを用いて，所属会社，作業者，ブレード
番号，ブレードサイズ，作業フロア，工区を入力する。これらのデータによって事務所などの遠隔地にいながら切断の進捗状況を確認できる「全体状況画面」とカッターの負荷状態などを確認できる「ライブ画面」を作成した。全体状況画面を図-11 に示す。カッターがどのエリアで稼働してい全体状況画面

るかをキープラン上で表示し，ライブ画面では，カッターごとの切断深さ・速度とモータ電流値を表示している。
これらの入力データ，計測データをクラウド上に蓄積して BI ツールにて簡便にグラフ化し，切断実績として帳票化した。図-12 に BI ツールによる切断実績の例を示す。
3.2 全自動ノロ水脱水装置の開発(1) 装置の概要
スラブ切断時にはブレード冷却のために大量の水（4L/分）が必要であり，発生したノロ水はそのまま産廃処分すると大量の「汚泥」となる。汚
泥量を低減するためにノロ水から水を分離して減容し，さらに分離された水（再生水）を切断に再利用する「全自動ノロ水脱水装置」の開発を行った。仕様を写真-3 及び表-2 に示す。
本装置はフィルタープレス方式による脱水装置とノロ水・再生水タンクをそれぞれ台車 1 台に集約した構成である。ノロ水から再生水を分離し脱水ケーキを排出するまでを全自動にて運転する。
(2) ノロ水、再生水のフロー
本装置使用時の，スラブ切断に使用する給水，ノロ水として発生する排水のフローを図-13 に，

ライブ画面

写真-3
表-2

図-11

全自動ノロ水脱水装置

全自動ノロ水脱水装置の仕様

クラウド画面

カッターに給水スラブを切断水
道水
補
給ノロ水の半分をカッターから
ノロ水タンクに圧送
全自動ノロ水脱水装置で脱水ケーキと再生水に分離
再生水

図-12

BI ツールによる切断実績

図-13
-4-

脱水ケーキ
→処分

1ライン：
4L/分×9分=36L
36L÷2=18L
＋
22L
18L
80%：
14L

水のフロー図13%：3.7kg

また，この循環の模式図を図-14 に示す。
スラブの切断と並行して運用するため，本装置
はスラブ切断作業に影響しない打込速度を要求される。ここで，図-15 に示すとおり，ダイヤフラ
ムポンプを用いて「ノロ水の高速打込み」と「再生水の高速圧送」を同時に実現した。
また，脱水ケーキを小割にして回収しやすくするため，脱水ケーキを生成するろ室には区切りを設けて小割を誘発させる仕切り壁を設けた。
3.3 4 点自動吊上げ装置の開発
大判ユニットは重心位置が不明なため，風による荷ぶれを低減するよう水平な状態で揚重するのは困難である。また，大型揚重開口内を 1 階に吊下ろした後，大判ユニットを自動で反転・着地させることは解体，搬出時間の短縮につながる。そこで，これらを満足する「4 点自動吊上げ装置」を開発した。本装置の操作は遠隔で行うことができ，さらには無線遠隔操作により吊荷を安全な姿で着地させることができるため作業員の高所作業の低減や安全作業にも寄与している。写真-4 及び表-3 に 4 点自動吊上げ装置の仕様を示す。
操作性向上のため，個別チェーンの電動駆動による巻上下げやチェーンの繰出し・巻取り長さの一括動作を行うこともできる仕様になっている。
1 階に吊下ろした際の吊荷の反転状況を写真-5に示す。一連のチェーン動作をグループ登録する
ことにより，ワンボタン操作だけで自動的に 4 点
巻上下げを行い，吊荷を反転させることができる。
また，図-16 に示すとおり，操作はタブレットによる無線遠隔操作としており，高所作業の低減及び吊荷との接触防止に努めた。また，操作画面は吊
荷重量，吊荷重心（傾き），Wi-Fi の接続状況及びバッテリー残量についても瞬時に確認できるように工夫した。
最後に，強風による吊荷のブレの補正として，回転制御機構を付加した（写真-6）。遠隔操作により

写真-4
表-3

4 点自動吊上げ装置の仕様

写真-5

図-16

図-14

4 点自動吊上げ装置

吊荷反転

タブレット無線遠隔操作画面

水の循環
ダイヤフラムポンプ

図-15

写真-6

ダイヤフラムポンプの役割-5-

回転制御機構装置上部のギアモータを回転させ，クレーンフック及び吊ピースと一体化した旋回輪が回転し，左右自由に回転させることができる。モータをロッ
クして吊荷の回転を抑制することも可能なので，吊荷を躯体等に衝突させることなく安全に揚重することを実現している。
４．世界貿易センタービルディング解体工事適用
4.1 スラブ斜め切断カッターの施工歩掛り
実施工における各フロアの切断距離・時間・速度を図-17 及び表-4 に示す。切断距離・時間の合計はそれぞれ 18,291.2m，23,560.5 分であり，切断速度の平均値は 0.79m/分となった。1 フロア当たりの切断距離を 1,000m とするとカッターの稼働時間は・1,000m÷切断平均速度:0.79（m/分）=1,265 分（21.1
時間）/フロア
であり，1 日あたりの稼働時間を 6 時間とすると，
・21.1 時間÷6 時間＝3.52 日＜5 日となるため，5 日間のタクト工程を実現できた。切断速度の性能は，当初想定していた工程に沿った結果となっており，十分に満足している。
4.2 全自動ノロ水脱水装置の性能評価実施工で本装置の性能評価を行った。打込み量に対する脱水ケーキと再生水の合計量割合を回収率として計測した（N=631）。
回収率の平均値は 92.6%となった。残りの 7.4%は装置配管内の残り，及び脱水時の装置からの吹
きこぼれによるものであるが，90%を超える有用な回収率を計測している。
回収率約 92%のうち，脱水ケーキは約 14%，再生水は約 78%となり，水の循環として十分な値を示している（図-18）。また，処分対象であったノロ
水を脱水ケーキとして 14%に抑えて減容しており，処分効率化への寄与についても評価できる。
最後に，2022 年 4 月から 2023 年 2 月までの約10 ヵ月間のデータをまとめ，処理速度について評価を行う。1 回あたりのノロ水の打込量・打込時間・打込速度は，それぞれ平均 88.5L，26 分 30 秒，
3.34L/分であった。スラブ切断によるノロ水発生量は最大でも半日で約 100L で，本装置のタンク容量
108L に収まる量である。午前，午後のスラブ切断
作業の最後に本装置を運転し，打込み 1 回を 26 分
30 秒で完了できるため，作業仕舞い時間内でノロ水の処理を行うことができており，処理速度性能は十分であるといえる。
4.3 4 点自動吊上げ装置の揚重作業への寄与
フロアごとの大判ユニットの揚重時間を図-19に示す。1 フロアあたりの平均揚重時間は 13 時間
4 分であり，準備等を考慮し 1 日あたり揚重に割くことのできる時間は 5 時間とすると，解体部材の揚重時間は 1 フロアあたり 2.6 日となる。解体
部材揚重の 3 日タクトを実現する結果を得ている。
-6-

５．おわりに技術開発の成果により，世界貿易センタービル
ディングの解体工事においては従来のブロック解体工法に比べ約 17%の工程短縮に貢献し，同等の超高層ビルの解体工事で効果が期待できる。今後の超高層建物の解体工事に適用を進めていきたい。

図-17
表-4

スラブカッター切断速度

各フロアの切断歩掛り（抜粋）

平均回収率92.6 %
平均再生水回収率
78.3 %

平均脱水ケーキ回収率
14.3 %

図-18

図-19

回収率の内訳

フロアごとの大判ユニット揚重時間

20．都心部での多軸台車による鋼製桁の送出し架設-

交通量の多い道路横断部での生産性向上の取り組み -鹿島建設（株）○早房 昭人で連続立体交差工事を行うもので,竹ノ塚駅付近の上下急緩行線の本線 4 線に加え,引上線 2 線を高架化する工事である｡
このうち当工区は,竹ノ塚駅部と 2 ヵ所の踏切(37 号踏切,38 号踏切)を含む,延長 358m の区間であり,営業線近接,直上での駅部 4 線高架橋の構築が主要な工事である｡2020 年 9 月末に下り急行線
および上り急行線の高架化が完了し,2022 年 3 月に全線高架化した｡本稿では,交通量の多い踏切近傍の道路直上で多軸式特殊台車(以下,多軸台車)を用いた桁(支間長 28m)架設を実施した事例である｡

１．はじめに
東武伊勢崎線竹ノ塚駅付近連続立体化事業において,駅部 358m 区間を担当する工事で線路に近い道路直上で多軸式特殊台車を用いた桁架設を実施した｡周辺環境の制約条件から架設箇所に隣接する既設 RC 高架橋上に鋼橋を地組した後に,道路を横断する送出しを行い降下する計画
で,道路規制の関係から作業時間は限られており,時間内で架設完了すること等が課題であった｡採用した工法は発注者の東武鉄道では初めての試みであり,その実績について報告する（写真-1）｡

工事名：東武竹ノ塚駅付近高架化工事
発注者：東武鉄道株式会社
施工者：鹿島・東武谷内田・熊谷・東鉄建設 JV
工事場所：東京都足立区
工期：2012.8.28～2024.3.31（予定）

写真-1

施工状況

２．工事概要東京都足立区において事業主体の足立区と東武
鉄道株式会社が一体となり進めている「東武伊勢崎線(竹ノ塚駅付近)連続立体交差事業」のうち,東武伊勢崎線西新井～谷塚間の延長約 1.7km の区間

図-1

現場全体図を示す（図-1）｡下り急行線は高架化が完成し,仮下り緩行線移設および仮上り緩行線
移設を行った｡上り急行線は,2019 年 7 月～2020 年
5 月の 11 ヵ月という限られた期間で,図－1 の太枠で示した範囲の構造物を構築した。施工箇所は、狭隘で多くの制約条件のある中,軌道撤去、RC 躯体
築造、橋梁架設を限られた期間で実施する必要があった｡このうち本稿で対象とする構造物は,合成
桁 Gc101－4 である｡

現場全体図

-1-

３．基本計画
3.1 周辺環境と制約条件
赤山街道（区道）と東武伊勢崎線が交差しており,架設箇所の近傍に用地は無く,写真左側の地上部
分には営業線の踏切があり,右側には交差点及び直上に架空線がある（写真-2）｡

写真-2

施工ヤード

そこで,軌条と多軸台車を用いた送出し工法を選定した。降下工で用いる設備は,多軸台車と組み合わせることができるテーブルリフトを選定した｡
3.3 多軸台車送出し工の設備概要
設備は,桁受け架台,架台固定設備,テーブルリ
フト,多軸台車,ユニットポンプ,ユニットポンプ
受梁から構成される｡通常ユニットポンプはパワーパックの反対側(図面左側)に設置されるが,現場が狭隘であるため,ユニットポンプ受梁を製作し載荷した（図-3,4）｡
台車上設備は,テーブルリフトを 1 基とした｡本工事の降下量は約 4m で,テーブルリフト 1 基あたり2.2m のストロークを有するため,桁下の空間に余裕があれば,テーブルリフトを 2 基積み重ねること
で所定の降下量を得ることが出来たが,今回は,桁下の空頭が十分でなくテーブルリフトを 1 基とした。そのため,降下工が 2 日必要となった｡

踏切と区道が交差しているので昼間の桁架設施工は困難であり,夜間での片側交互通行も鉄道の線路閉鎖時間内(1：00～5：00 の 240 分)での作業という制約がある｡
赤山街道は地域の主要な道路で交通量が多いことから警察協議により,全面通行止めを伴う交通規制(0：00～6：00 の 360 分)も厳しく制限されている。また発注者および自治体から全面通行止めの日数を抑えるよう要望があった｡
3.2 架設方法の選定
周辺環境と制約条件から大型クレーンを配置する場所がなくトラッククレーン架設は困難である
ことから道路に隣接する既設 RC 高架橋上に桁を地組し送出しする計画とした｡
一般的な送出し工法として手延べ機を用いた方法があるが, 一般的に手延べ機の長さは単純桁の最大支間長の 60～80%程度が目安である。このため,桁の地組ヤードとして 29m,手延べ機延長として約 23m,合計 52m 以上の延長が必要となり,高架上に確保できない（図-2）｡

鋼桁

ベント

テーブルリフト
多軸台車

図-3

多軸台車・台車上設備

工事ヤードが確保できない

図-2

従来の手延べ式送出し架設

図-4
-2-

多軸台車の諸元3.4 多軸台車送り出し工の桁架設計画
step1 は地組した桁を軌条のみで 10.5ｍ送出す｡
step2 は桁の前方を多軸台車 1 台で支持,後方を軌条で支持し送出す。桁が軌条で支持できない位置に到達したところで桁の後方に 2 台目の多軸台車を配置し,多軸台車 2 台で桁を支持し送出す｡
step3,4 で約 2m ずつ桁を降下する｡なお、設備の都
合上 1 日の降下量は最大 2m 程度である（図-5）。

が許されない状況の中,多軸台車を使用した桁架設工事の経験者がおらず,実際に桁を載荷した多軸台車の動作を確認する必要があった｡また、全面通行止めの作業時間が限られている中,いかに時間内で安全に架設できるかが課題であった｡（3） 発注者,事業主体,関係各署との合意形成
多軸台車を用いた架設工法が発注者の工事で初めてであること,全面通行止めに関係する事業主
体,道路管理者,警察署や消防署などの関係各署にわかりやすく工事内容を説明し早期に合意を得ることが課題であった｡
4.2 解決策（1） 事前施工（リハーサル）による施工体制の強化
発注者の要望である全面通行止め作業を低減す
べく,step2～4を3日で実施する原案に対して,2日で実施する改善案を検討した（図-7）。改善案は,当夜作業量が増えることから時間内に実施可能か確認する必要があった｡そこでstep1の軌条による送出し工後に,軌条と多軸台車を併用した送出し工の事前施工（リハーサル）を実施する事とした｡

step1

step2-1

step2-2

Step3,4

図-5

図-7 3 日から 2 日への改善案

多軸台車送出し工全体図

降下工

送出し工

台車上設備組立

敷設
PL

降下ベント組立

デッキ

塗装工

ボルト本締め

地組工

軌条設備工

下部工構築

構築済みの RC 高架橋上で軌条を組み,ラフター （2） 事前施工（リハーサル）の実施
クレーン架設にて桁を地組し,ボルト本締め,塗装,
リハーサルでは台車設備の動作確認と人員配置
デッキプレート敷設まで実施する｡その後,台車上 を確認した｡
設備を組立て,桁の送出し工,降下工を行う（図-6）｡ 桁を載荷した状態での台車設備の動作確認で,多軸台車の車軸高さ調整(±300mm)の上昇機能が動作しない状況があることがわかった｡原因としては、パワーパック側にユニットポンプと発電機を配置したことにより多軸台車の車軸に不均一な荷重がかかり,安全装置が働いたためである。対策として、多軸台車のパワーパック側に支保材を設置
図-6 桁架設施工フロー
し荷重を分散させることで,台車設備の機能に支障が生じないように調整した（写真-3）｡
４．施工上の問題点と解決策（3） 事前施工（リハーサル）の結果
4.1 問題点と要因分析
リハーサルの結果を元に,全面通行止め日数を3（1） 全面通行止め作業の低減
日から2日に低減した改善案を採用した。
地元要望もあり発注者から全面通行止め作業のまた,各自の役割や留意点の把握,不測の事態への低減が求められていた｡
対応を強化することで,時間内で安全に施工する（2） 夜間道路規制作業の工程管理ことができた。
全面通行止め日程が限られており,当夜の失敗-3-

また, CIMモデルと現地の写真を比較するような資料を作成し,架設完了時のイメージを共有した（図-10,11）｡関係各署への説明資料は,CIMモデル と 現 場 360 度 写 真 管 理 プ ラ ッ ト フ ォ ー ム「HoloBuilder」を連携することにより作成し,工事計画・詳細検討に活用した｡

支保材

写真-3

リハーサル時

4.3 ICTツールの活用（1） CIMモデルと現場360度写真管理プラット
フォーム「HoloBuilder」の連携
関係各署との協議で,施工前に本工事の説明にあたり,トータルステーションで取得した点群データと3DCADで作成したCIMモデルを活用し,桁架設前の設備との干渉確認や多軸台車の配置イメージの共有に利用した（図-8,9）。

図-8

図-10

平面からの視点（設備干渉確認）

図-11

図-9

CIM モデル側面からの視点（多軸台車配置）

HoloBuilder(360 度)画像

（2） ICTツールを活用した早期の合意
発注者である東武鉄道では初めての工法であり,また事業主体である足立区や諸官庁に工事概要が紙面では伝わりづらかったため,前述したCIMモ
デルと工程表を組み合わせたICTツールを活用し,早期の合意の獲得に貢献した（図-12）｡-4-

図-12 関係各署説明資料（CIM モデルと 360 度画像）

４．工事実績
4.1 実施時間工程
全面通行止め1日目（送出し工15.5ｍ+降下工2.0ｍ）の実績は,駅利用客が少なくなる1：00～4：30の間での時間計画に対し,おおむね順調に進み本作業は4：09に完了し,計画より約20分前に作業を終えることができた（表-1）｡
表-1

全面通行止め 1 日目

写真-5
2台目の多軸台車を挿入しジャッキアップする作業で計画よりも時間を要した。軌条設備から多軸台車2台に桁を受け替えた後,桁の水平を保持する作業にあたり各々の多軸台車オペの相互確認に時間を要したためである｡
4.2 送出し工の実績
送出し前と送出し状況を示す（写真-4,5）｡

写真-4

送出し工状況

step1の多軸台車と軌条での送出し工の桁位置の変位量としては10～30mm程度であり,管理値として設定した50mmを満足した。Step2の2台の多軸台車での送出し工では舗装上にあらかじめマーキングを行い,多軸台車からの下げ振りで管理した｡直線
移動用に引いたラインをガイドにして走行し,最終位置は多軸台車の四つ角を明示してターゲットにした｡位置確認者を十分に配置したためオペとの連携もスムーズで細かな微調整も問題なく行え,
最終位置を10mm以内に収めた｡順調に施工を進めることが出来た要因としては,次項で詳述するリハーサルを実施し,①各所の人員配置を確認した
こと,②桁を載荷した状態での台車設備の動作確認をしたことが挙げられる｡

送出し前
-5-

５．まとめ東武鉄道では多軸台車を使用した架設は初めての試みであり,架設イメージを3Dモデルで作成したことで,複雑な工事の説明ツールとして東武鉄道,警察署や消防署の関係者も含め,部署内での情報展開の際に有用であった｡
今回の施工で,各設備の変状や載荷状況をモニターで確認しながら,送出しから降下までの一連のオペレーティングを安全に実施できた｡
今後は,一連のシステムを自動化することで,更なる安全性の向上も期待できる。
多軸台車を使用した一括架設事例の中でも都市部の鉄道に近接する狭隘な施工箇所で軌条と多軸台車を併用した送出し工の事例は希少である。本
施工実績が,今後の都市部の一括架設施工の一助となれば幸いである。
出典・参考文献
1) 東武鉄道(株) : 東武竹ノ塚駅付近高架化工事
2) (株)宇徳 : 多軸式特殊台車-6-

21．鋼合成桁 RC 床版撤去における実物大供試体を用いた新技術の有効性の検討
呉工業高等専門学校
呉工業高等専門学校
極東興和株式会社○ 石川 穂乃花
重松 尚久
下野 聖也

先行切断し，非合成桁と同様のジャッキアップに
１．はじめに1990 年代，スパイクタイヤの禁止と車両制限令 よって桁から床版を一括で分離・撤去する工法での一部緩和の影響により，凍結防止剤（塩化ナトリ ある。本工法の採用により，床版を小分けにするこウム）の使用量増加や大型車両の交通量が増加し となく，大ブロックのまま一括撤去が可能であり，た。この 2 つの改正により，床版内の鉄筋劣化が 床版上面からの作業が基本となるため狭い桁下で進行し，橋が設計強度を保てなくなっており，全高 の作業を排除できる。また，従来工法と比較して，速道路橋の約 25％の主な劣化原因になっている。 はつり作業を大幅に削減しスタッドジベル頭部切
そこで近年，高速道路リニューアルプロジェクト 断作業とジャッキアップによる床版撤去作業を並（大規模更新・修繕事業）により，損傷が進んだ鉄 行して行えるため，床版撤去作業の省力化や施工
筋コンクリート床版をより耐久性の高いプレスト 期間の短縮が可能である。本工法の有効性を確認
レスコンクリート床版に取り替える床版取替工事 するため，スタッドジベルを埋設した標準供試体が全国各地で本格化している。床版取替工事で部 とスタッドジベル頭部を切断した供試体の引抜力分更新される対象となる橋梁は，主に合成桁と非 を比較した要素実験を行った。その結果，最大引抜力は標準供試体が 202.4kN であったのに対し，ス
合成桁に分類される。そのうち，合成桁は非合成桁
タッドジベル頭部を切断した供試体は 16.7kN と約と比較して，床版と鋼桁を結合しているスタッド
1/10 以下の力でコンクリートから引抜き可能であ
ジベル（ずれ止め）が多数配置されていることから，った。また，実験後のスタッドジベルにコンクリー
既設床版の撤去作業にかかる施工期間の長期化やトが付着していなかったことや供試体にひび割れ
費用が高くなるなどの課題がある。現在の合成桁が少なかったことから，スタッドジベル周辺のコの既設床版撤去工法として，床版を複数のブロッ
ンクリートへの影響も少ないことが確認できた 4)。
クに小分けに切断し鋼桁上の床版以外をはつり撤本工法の実用化に向けて，スタッドジベル頭部
去後，鋼桁直上の床版をハンドブレーカー等で破切断後の床版が破壊することなく一括で分離・撤
砕し，鋼桁上に残存したスタッドジベルを切断す
去可能であるか，また スタッドジベル頭部切断跡る方法が一般的である 1）。また近年，鋼桁間の床 に対する床版補強の必要の有無が懸念事項となっ版を撤去し，ウォールソーを水平に設置して鋼桁 た。本研究では，実橋梁の既設床版を模した実物大直上の床版とスタッドジベルを水平切断・撤去す 供試体において，スタッドジベル頭部を切断したる工法 2) やワイヤーソーを用いて床版をスタッド 場合の引抜き時の荷重および床版の挙動を検証し，ジベルごと一括で水平に切断して撤去する工法 3) 確実性や施工性を確認することを目的とする。
が開発されている。しかし，いずれの工法も床版下での作業や鋼桁直上に残存するコンクリート撤去
床版切断（橋軸方向・直角方向）作業が必要となる。そこで，本研究では床版と桁をスタッドジベル位置出し
分離時に抵抗が大きいスタッドジベルに着目した
合成桁の既設床版を効率的に撤去する新工法の開ウォールソーによる頭部切断発に着手した。
床版剥離機による床版剥離２．新工法概要
図-1 に新工法床版撤去概要を示す。これは，床クレーンによる床版撤去
版上面からウォールソーの刃を床版面に対して斜
図-1 施工フロー
め 45 度方向に設置してスタッドジベル頭部のみを- 1 -ずれ止め頭部の切断
スタッドジベルの切断

既設床版の一括撤去
既設床版の一括撤去

図-1 床版撤去概要図

３．実験概要
3.1 製作供試体と実験条件
本実験の供試体は，鋼 4 主桁における実際の床版取替工事を想定して，φ19mm のスタッドジベ
ル（1 列 150mm ピッチ・4 本×11 列×2 主桁，計 88本）とφ19mm の丸鋼（1 列 150mm ピッチ・4 本
×2 列×2 主桁，計 16 本）を溶接した H 型鋼上にコ
ン ク リ ー ト （ 2.0m×4.5m×0.2m 【 ハ ン チ 部 厚 さ0.35m】）を打設した。コンクリート圧縮強度は，床版取替を実施する建設時の強度を想定し，24.0N/mm2 を目標とし，供試体を製作した。
表-1 に実験条件を示す。同供試体のジャッキ本
数とジャッキ間距離（H 型鋼内側に配置する 2 基のジャッキ距離）が異なる 3 つの実験条件を用意した。図-2 に代表例として CASE02 の平面図・側面図を示す。L-1～L-8 がロードセル，D-1～D-8 が変位計の設置場所を示している。ジャッキは図に示す位置に取り付け，ジャッキ 4 本（CASE01）の際は L-1～L-4 を使用して実験を行った。ロードセルにて引抜力を測定し，ジャッキ付近に変位計を取り付け供試体の変位を測定した。また，引抜き時の挙動確認のため各供試体に埋設したスタッドジ
ベルの一部 Sd1-1-1～Sd2-3-8 にひずみゲージをス
タッドジベルの表裏に設置し，平均した値を評価した。図-3 にスタッドジベルのひずみゲージ貼付
位置を示す。
3.2 実験方法
本実験では，スタッドジベル頭部切断からクレーンによる供試体撤去までの実際の床版撤去工事
における一連の作業を行った。写真-1 にスタッド
ジベルの切断の様子を示す。最初に供試体に埋設したスタッドジベル頭部を供試体上面から電動ウォールソーによって切断し，設置した 4 箇所または 8 箇所の 50 トンジャッキを用いて供試体のジャッキアップを行い，分離時の引抜力をロードセル，
スタッドジベル・コンクリートの挙動を変位計・貼付したひずみゲージによって測定した。その後，供試体をクレーンによって一括で撤去し，供試体状況を確認した。実験は，施工現場と同様に荷重制御で行った。
４．実験結果4.1 最大引抜力
表-2 に実験で得た最大引抜力の全ジャッキ平
均値・合計値を示す。ジャッキ 4 本使用した
CASE01 は，供試体表面のコンクリートに曲げ破壊が発生したため，10mm ほどは引抜けたが，供試体を完全に引抜くことができなかった。原因として，供試体が H 型鋼上で拘束されている状況
下で，ジャッキ位置を支点として H 型鋼間に曲げが発生したためであると考えられる。供試体を完全に引抜くためにはジャッキ 8 本を使用し，ジャ
- 2 -

表-１
供試体(CASE)

製作供試体と実験条件
ジャッキ本数

ジャッキ間距離

（本）

（㎜）

01

4

1180

02

8

1180

03
8
1900
※CASE01 のジャッキは供試体中央の４本を用いる
ジャッキ

L-5

L-1

L-2

L-6

D-5

D-1

D-2

D-6

L-7

L-3

L-4

L-8

D-7

D-3

D-4

D-8

ジャッキ間距離

L-5,7

L-1,3

L-2,4

L-6,8

D-2,4

D-6,8

ロードセル
D-5,7

D-1,3

変位計

図-2 実験装置

平面図・側面図（CASE02）

Sd1-1-1～8

Sd2-1-1～8

Sd1-2-1～8

Sd2-2-1～8

Sd2-3-1～8

Sd1-3-1～8

図-3 スタッドジベルのひずみゲージ貼付位置

写真-1 スタッドジベル切断の様子
表-2 最大引抜力の全ジャッキ平均値・合計値
供試体

平均値

合計値

（CASE）

（kN）

（kN）

01

229.2

919.5

中間床版部

02

137.7

1101.8

中間床版部

03

117.5

939.7

ハンチ部

ジャッキ位置引抜力(kN)

ッキ間距離にかかわらず，1 基あたり約 115kN～ れに伴い変位も同様に大きくなったと考えられる。
140kN 程度の引抜力が必要である事が確認できた。 また，CASE03 のグラフにおいて，供試体外側の変また，ジャッキ間距離が長い CASE03 の方が H 型 位が中央部の変位より大きくなっている傾向が確
鋼からの偏心距離が短いため，小さい力で引抜く 認できた。これは，供試体をスタッドジベルから引ことができた。
抜く際，側面方向から見て V 字型に少したわみな
4.2 引抜力と供試体変位の関係
がら引抜けているため，供試体外側の変位が大き
図-4 に CASE01，図-5 に CASE02，図-6 に くなったと考えられる。一方，供試体中心部と外側CASE03 の引抜力と供試体変位との関係について の変位に顕著な差が見られない CASE02 は，H 型示す。CASE01 は，供試体を完全に引抜くことがで 鋼とジャッキまでの距離が供試体中心部と外側できなかったため，最大引抜力が変位の最大値とな 等しいため，供試体の変形が少なくほぼ左右対称っている。ジャッキ間距離が異なる CASE02 と に引抜けたと考えられる。
CASE03 のグラフを比較すると，引抜力が大きくな 4.3 引抜力とスタッドジベル変位の関係
ると供試体中央部（図内○）と供試体外側（図内△）
図-7 に CASE02，図-8 に CASE03 の引抜力とスの変位の値の振れ幅が大きくなっていることが確 タッドジベルひずみの関係を示す。今回は，供試体認できた。これは，CASE03 は H 型鋼からジャッ を完全に引抜くことができた CASE02，CASE03 にキまでの距離が中心部と外側で異なるため，H 型 着目する。CASE02 においては，Sd1-1 と Sd2-1 は鋼間に発生した曲げによる影響が大きくなり，そ 測定不可能であった。CASE03 は，CASE02 と比較
して，CASE02 より小さい引抜力でひずみが増加し1200ていることが確認できる。これは，CASE03 はハン
1000
チ部の下からジャッキで引抜力を加えたためであると考えられる。また，スタッドジベルひずみの動800
きも CASE03 が CASE02 より不安定である。
600
CASE02 は，
主桁から左右対称な位置にジャッキを400設置し，ジャッキアップを行っているが，CASE03
D-1 (中心部）
は，ハンチ中央部と供試体ハンチ接合部にジャッ
D-2（中心部）
200
D-3（中心部）
キを設置し実験を行ったことで，鋼桁に対し平行
D-4（中心部）
0
0
10
20
30
40
50
60
に持ち上がらず供試体の挙動が安定しないため，変位(mm)
値の振れ幅が大きくなったと考えられる。供試体
1200

1000

1000

800

800

引抜力（kN）

引抜力(kN)図-4 引抜力と供試体の変位の関係（CASE01）

1200

600
400

200
0

0

10

20

600
400

D-1 （中心部）

D-2（中心部）

D-3（中心部）

D-4（中心部）※Sd-1-1，Sd-2-1

D-5（外側）D-6（外側）はデータなしD-7（外側）D-8（外側）

30

40

50

-2000

60

-1500

-500

Sd2-2平均（右側）Sd2-3平均（右側）

0

500

1000

1500

2000

1200
1000

1000
800
600
400

D-1（中心部）
D-3（中心部）
D-5（外側）D-7（外側）

200

0

10

20

30

40

D-2（中心部）
D-4（中心部）
D-6（外側）D-8（外側）50800

引抜力（kN）

引抜力（kN）

0

図-7 引抜力とスタッドジベルひずみの関係（CASE02）

1200

0

Sd1-3平均（左側）200

スタッドジベルひずみ（×10-6）変位(㎜)図-5 引抜力と供試体の変位の関係（CASE02）-1000

Sd1-2平均（左側）600

Sd1-1平均（左側）Sd1-2平均（左側）400

Sd1-3平均（左側）Sd2-1平均（右側）

200

60

-2000

-1500

-1000

-500

0

Sd2-2平均（右側）Sd2-3平均（右側）
0

500

1000

1500

2000

スタッドジベルひずみ（×10-6）変位（㎜）図-6 引抜力と供試体の変位の関係（CASE03）

図-8 引抜力とスタッドジベルひずみの関係（CASE03）- 3 -が引抜け始めた後，CASE02，CASE03 ともに全ジャッキ合計値の最大引抜力付近でひずみゲージが切れ，測定不可能になっている。
4.4 実験後の供試体の様子
写真-2に代表例としてCASE03のジャッキアップ
後撤去した供試体を示す。写真に示すようにジャッキ8本を使用して引き上げた供試体では，スタッドジベルの頭部を切断すると，コンクリートが破壊することなく，供試体を一括で引き上げることが可能であった。また，スタッドジベル頭部切断時に供試体表面にできたスタッドジベル切断跡の補強を行うことなく，供試体を引抜き可能であることが確認できた。写真-3，写真-4に実験後の鋼桁上のスタッドジベルの様子を示す。実験後の鋼桁上にはコンクリート殻が一部残存していたが，従来工法と比較して，残存コンクリート量はや鋼桁上スタッドジベルのコンクリートの付着も少なかった。したがって，床版を撤去する際におけるコンクリートへの影響は少ないことが分かった。また，引抜実験前にスタッドジベル頭部の先行切断を行ったが，写真に示すように頭部が完全に切断できていない箇所が存在しても，床版撤去への影響が少なく，コンクリートと鋼桁の分離が可能であった。
4.5 従来工法との施工性・費用の比較
新工法におけるスタッドジベル1箇所あたりの電動ウォールソーによるスタッドジベル頭部の切断作業の所要時間は，約15分程度であった。また，
床版撤去後の鋼桁上に残存するコンクリート量が少なく，はつり工具などで容易に撤去可能である
ため，一般工法と比較してはつり作業を大幅に削減可能である。この結果から，新工法の撤去工程
を橋長30.0m，幅員9.7m，4主桁の単純鋼桁橋として試算すると，従来の床版撤去工法に比べ，約25％短縮できることが確認できた。また，作業時間の短縮や簡易化による現場周辺の騒音などによる環境問題や作業員の負担軽減に繋がる安全性の面からは利点だと考えられる。これらのことから，実物大供試体における新工法の有効性と確実性を確認することができ，今後，本工法を実用化することで，建設現場での生産性向上に貢献できると考える。
５．結論（1）床版をジャッキアップで引抜く際，ジャッキを8基使用することで，供試体が曲げ破壊す
ることなく一括で引抜き可能であり，撤去時にスタッドジベル頭部切断後の床版に対する補強は不要であった。
（2）ジャッキが8本の場合，H型鋼からの偏心距離が短いジャッキ間距離1900mmの供試体は，1180㎜の供試体と比較して引抜力を小さく

写真-2 実験後撤去した供試体（CASE03）

写真-3 実験後の鋼桁上のスタッドジベル（1）写真-4 実験後の鋼桁上のスタッドジベル（2）できたが，H型鋼間に発生する曲げの影響が大きくなる。
参考文献
1) 土木学会：鋼構造シリーズ 33 鋼道路橋 RC 床
版更新の設計・施工技術，pp.239-246，2020.
2) 新田晟也，光永知央，木寺久幸，紙永祐紀：斜角を有する合成桁の架設桁を用いた床版取替，プレスト
レストコンクリートの発展に関するシンポジウム論文
集，Vol.31，pp.25-28，2022．
3) 宮地エンジニアリング株式会社： M-SR システム（
https://www.miyaji-eng.co.jp/pdf/msr.pdf），
2023年8月22日参照
4）石川穂乃花，重松尚久，下野聖也：スタッドジベルを有- 4 -する鋼合成桁コンクリート床版撤去技術に関する研究，
令和4年度 建設施工と建設機械シンポジウム論文集・梗
概集，pp77-82，2022．

22．近畿インフラＤＸ推進センターでの官民人材育成の取組
全国初の官民人材育成機関としての研修及び広報活動

国土交通省 近畿地方整備局
近畿技術事務所

１．はじめに
建設現場の生産性の向上,働き方改革の実現を目指して,多くの企業や団体で DX（デジタルトラン
スフォーメーション）を推進するべく,様々な挑戦が進められている。近畿地方整備局では,2020 年
12 月にインフラ DX 推進本部を立ち上げ,「行政手続きの変革」,「現場の安全性や効率化の向上」や「仕事のプロセスや働き方の改革」など様々な DXへの挑戦を進めている。
2016 年 度 か らの i-Construction 施 策 に おいて,ICT 技術を活用することは必須の課題であり,
建設現場全体の生産性を向上させるには,ICT 技術を活用できる建設業者の裾野を拡大することが求められている。
そこで 2021 年 4 月には近畿技術事務所に全国初の官民の人材育成拠点となる「近畿インフラ DX
推進センター」（以下「センター」という。）を設置
し,建設現場の生産性向上,働き方改革を目的とした i-Construction を継続・推進させる様々な取組を行っている。
２．近畿インフラ DX 推進センターの役割センターでは,インフラ DX を推進するために,「人材育成」「体験」,「情報発信」,の役割を担い,VR
体験,BIM/CIM,ICT 施工,無人化施工などインフラ
DX を体験・学習できる拠点として、国や地方自治体の職員,建設業の施工者を対象に官民の人材育成を実施し,幅広い技術者の人材育成を行っている。
また,DX 体験では学生,一般の方々向けに,「基本」,「BIM/CIM」,「ICT」,「操作・体験」の４コースを設定し,約１時間の所用時間で体験できるようにしている。
2.1 人材育成
官民の人材育成拠点として取組むためには,直轄職員だけではなく,地方自治体や,地域建設業を含む幅広い技術者の人材育成を行う必要がある。特に,建設業全体の生産性を向上させるには,地方自治体発注工事の ICT 活用を進めることが極めて重○ 菊池 弘要であり,そのための地域建設業への支援も目標に掲げ,官民の人材育成拠点となるようにカリキュラ
ムやテキストの内容を検討し,発注者と施工者の役割に応じた教育目標・実施内容を設定し,研修プロ
グラムを構成した。
また研修では,実際に建設機械を操作する体験を通じ,ICT 施工の優位性を感じられるようにしている他,携帯端末を用いた３次元データ作成など身近な手法も取り入れた内容で構成している。
2.2 体験
地域建設業をはじめ,学生,一般,外国人研修生など 幅 広 い 層 に イ ン フ ラ DX の 活 用 事 例 や
BIM/CIM 活用動画,VR 映像,点群データの体験など,来訪者の興味や熟度に応じた見学コースを提供
し,DX に興味を持っていただける内容としている。
2.3 情報発信
ホームページ,SNS 等をはじめ,情報誌の定期発刊を行い,各地で取り組まれているインフラ分野のDX の取組内容を幅広く発信している。
３．取組の状況・成果
現在実施されているi-Constructionの施策として,ICT施工,コンクリート工の規格の標準化,施工
時期の平準化などがあり,このうちICT施工は,建設生産プロセスの全ての段階において,全面的なICTの活用を進めるものである（表‐1）。ICT活用
研修では,1～5の全段階を通したデータ・ツールの活用を習熟できるようにしている。

-1-

表-１

ICT施工（１～５段階）

研修プログラムの構成は,発注者向けの ICT 活用
研修では,入門・初級・中級編を設定し,３次元設計
データの作成や出来型の確認,ICT 測量や ICT 建機,
起工測量の実演,データの処理,土工以外の３次元
データの作成例などを習得。BIM/CIM 研修では３
D-CAD ソフトウエアの基本操作や発注図書の作
成実習, BIM/CIM 成果品の検査方法実習など幅広
く研修を行っている。
施工を行う地域建設業を対象とした施工者向けの研修は,発注者と同様に入門・初級・中級の ICT
施工研修の他,無人化施工研修も行っている。災害発生時,人が立ち入れない場所に被災が及ぶこともあり,早期復旧支援のツールとして無人化施工への注目が高まっている。そこで,遠隔操作実習による経験とノウハウを習得できるよう,近畿地方整備局と災害協定を締結している団体への加入企業を対象に取り組んでいる。
ま た ,2022 年 度 か ら は 2023 年 度 か ら の
BIM/CIM 原則化と３D データ活用の重要性を鑑み,３D データの受渡し,活用を促成させる新たな研修として「BIM/CIM 施工研修」をスタートさせ,
発注者,コンサルタント,設計者,施工者の立場が異なる参加者が一同に会した研修を実施している。
3.1 研修参加の状況
研修の定員は, BIM/CIM 研修及び ICT 施工研修については１コースあたり 20 名,無人化施工研修
は 4 名とし,年間 4～8 回開催している。
これまで 2 年間の研修で発注者,施工者合わせて1000 名を超える者が研修を受講している。各研修への参加状況を示す（表‐２）。ICT 施工研修への参加が発注者,施工者とも前年度より増加しているのは ICT 施工へのニーズの高さが表れていると考
えられる。
表-２

表-3 センターへの来場者数の内訳

体験を通じ,アンケートでは「建設業へのイメー
ジが変わった」といった評価も出されている。
3.3 広報活動の状況
2022 年 7 月には「DX への挑戦」をテーマに,官民の取組,技術者の役割について考える「インフラDX シンポジウム」を開催,2023 年 6 月にも「DX 躍進」をテーマに開催している。2022 年 11 月にはイ
ンフラ DX 推進に活用できる先進的な技術を開発・促進するため,「インフラ DX コンペ」も開催し,先進的な取組の内容は「DX 通信」として定期的に発行するとともに,SNS 等で広報もしている。

研修参加状況
2022 年度

2021 年度

コース

BIM/CIM（発注者）

８８名

２５７名

入門,初級,中級

ICT 施工（発注者）

１４６名

１１４名

入門,初級,中級

ICT 施工（施工者）

１８１名

１１８名

入門,初級,中級

無人化施工（施工者）

３８名

４３名

BIM/CIM 施工

２０名

－

研修名

で作業をしたことが無かったので受講して良かった」,「土木未経験の者でも測量ができたので今後,若い人が就労するのに ICT はとても効果的だと思った」などの感想も出されている。
また,研修後に ICT 建機の購入が行われるなど
ICT 施工の拡大にも寄与している。
3.2 センターへの来場者の状況
インフラ DX 体験の場を提供するセンターには,2021 年 4 月にオープンしてから 2023 年 7 月末
までに 3,678 名に来場頂いている（1 年目 968 名,2
年目 1,459 名,3 年目 1,251 名(7 月末時点)）。
特に昨年度は大学生など学校・教育関係者の来場者が増加している（表‐3）。

４．おわりに
今年６月には,センターでの取組が,全日本建設技術協会において、“広く官民を対象とした人材育成機関として全国初の活動実績があり,すでに多くの研修生が受講するとともに,将来の担い手として期待される学生を対象とした広報活動が行われている”として認められ『全建賞』を受賞した
ところである。DX の取組の重要性の理解が徐々に深まっている。引き続き,センターが多くの技術者の学びの場となり,人材育成や生産性向上のサポートが出来るよう取り組んで参りたい。

入門,初級

研修では受講者との意見交換を行い,ICT 施工を体験したことによる現場活用への期待,企業間の経験や情報交流など受講者間での情報収集ができるように工夫している。受講者からは研修参加を通じて,「ソフト等を動かすことで,実際にどのようなものか体験することができ,理解が深まった」,「実機を用いた説明は非常に分かりやすかった。自分

参考文献
1) 増田安弘・辰見彰啓・大里裕太：近畿地方整備局での人-2-

材育成の取組み，プレストレストコンクリート，vol.65，No2,pp.26～30, Mar.2023

23．中小建設業への ICT 普及促進の取組～地域を地盤とする中小建設業への ICT 施工普及拡大を目指して～

国土交通省大臣官房参事官（イノベーション）グループ
施工企画室
戸羽 義幸

１．はじめに
平成 28 年 4 月に国土交通省において開始した
i-Construction の取組により、令和 2 年度末に直轄土木工事の約 8 割で ICT 施工を活用している状況となった。都道府県・政令市においても取組は拡大しており ICT 活用工事公告件数、実施件数とも増加している。しかし、実施率を見ると、近年約 2割程度で横ばいとなっている。
また、直轄における ICT 活用工事の受注実績を分析すると A,B 等級の企業では 9 割以上で ICT 施
工を経験しており、地域を地盤とする C,D 等級の企業における経験割合は、約 5 割程度となっている。
これら C,D 等級の企業は地方公共団体の工事を多く受注しており、更なる ICT 普及促進のためには、地方公共団体とりわけ中小建設業における ICT
施工の普及を促進することが重要である。
本論文では、中小建設業における ICT 施工の普及を目指した小規模工事の ICT 施工の実例及び国
土交通省の取組について報告する。
〈直轄土木工事における ICT 実施状況〉

図-2

一般土木工事の等級別 ICT 施工経験割合

２．中小建設業における普及の取組
2.1 小規模工事に対応した要領の策定
中小建設業が施工する現場は比較的小規模な現場が多いため、大規模工事を想定して策定された直轄の要領が適用できない状況であるため、都市部や市街地などの狭小現場でも小型のマシンガイ
ダンス（MG）技術搭載バックホウを使うことでICT 施工を可能とする小規模工事に対応した要領を策定し、令和 4 年度から運用を開始し、現場でも徐々に活用されつつある。

※土工、舗装工、浚渫工、地盤改良工の合計〈都道府県・政令市の ICT 実施状況（ICT 土工）
〉

図-1

図-3

小規模工事要領概要

ICT施工の実施状況
写真-1

-1-

小型ICT建設機械による施工状況

2.2 3 次元設計データの利活用
前述では、ICT 建設機械による施工の実例を紹介したが、ICT 施工を経験したことがない施工業者の中には、ICT 施工＝ICT 建設機械による施工と捉えている施工業者も多数存在しており、ICT を踏み出せない要因ともなっている。
私は、ICT 施工で一番重要なのは、3 次元設計データであると思っている。3 次元設計データをうまく利活用することで、現場の作業効率は大幅に向上できる。ICT 施工未経験者は、いきなり ICT 建
設機械による施工を行うのではなく、3 次元設計データに慣れることが重要であると考えている。
ここで、TS（トータルステーション）とデータコレクタを活用したいくつかの 3 次元設計データの利活用例について紹介する。

次に従来施工と ICT 施工をうまく活用した事例を紹介する。

写真-4

排水構造物設置において ICT 施工と従来施工の組合せで施工（排水構造物設置）

写真-2

3 次元設計データを活用した丁張設置

上記は、3 次元設計データを活用した丁張設置の実例である。ICT 活用工事の一番の効果は丁張レスによる施工が可能となり、作業効率の向上が図れる効果があり、ICT を推進してきたとろである。
なぜ今更丁張なのかと疑問に思う方もいるだろう。
小規模な現場では、丁張を設置しても次の作業を行う際、折角設置した丁張を撤去し、再設置を行うことが多く、小規模な現場こそ効力を発揮すると考えている。まずは、身近な作業工程において
ICT を活用するところから 3 次元設計データに慣れることが重要である。

写真-3

上記は、排水構造物の設置事例であるが、床堀（作業土工）については、ICT 建設機械による施工を実施。門型丁張りを設置し水糸を設置。水糸に沿って U 字溝を設置している事例だ。
本現場は、排水構造物設置の延長が長く TS（トータルステーション）とデータコレクタを活用しU 字溝の誘導・設置を行っていくと、出来栄えが若干悪くなため、水糸に沿って U 字溝を設置した事例である。結果、出来栄えは格段に向上し、従来施工と比較して 34%の削減効果が出る結果となった。

図-4

ICT施工と従来施工の組合せ施工

図-5

ICT 施工と従来施工の縮減効果

3 次元設計データを活用した構造物設置

次の事例は、U 字溝などの構造物設置における事例である。据付位置の誘導や変化点の水平離れや標高離れが現地で確認することができるので位置出し誘導を行うことができる。

-2-

３．更なる小規模工事における普及の取組
小規模工事に対応した要領については、起工測量を省略してもよい運用となっている。起工測量
は、工事の着手前に必ず実施し、工事現場の形状を把握する目的のために行うものであり、U 字溝などの構造物設置を目的とした作業を実施する場合
は、現場合わせでの作業が多く、構造物設置のために起工測量は実施しない。
前述の事例についても現場全体の起工測量を実施し、現場全体の 3 次元設計データがあるため、可能な作業といえる。
そのため、ICT 施工を行っていない施工業者にとっては、やはり 3 次元設計データ作成というハードルを乗り越えないと ICT の普及は望めない。

ルステーション）などの３次元計測機器を使用した断面管理を実施することになっている。作業土工における従来の出来形管理は、床堀深さが規格値以上の深さになっているか確認するのみであり、検尺テープなどで床堀深さを確認し、規格値以上だったら、合格というもので、作業土工の出来形管理においては、ICT を活用した場合、作業効率が悪くなってしまう。
現在土工の一部でバックホウの刃先から得られる施工履歴データによる出来形管理を認めている。
その応用として、床堀後、床堀面にバックホウの刃
先を静止させ、そのデータを活用することで、床堀深さの計測ができると考えている。

3.1 簡易な 3 次元設計データの作成
上記の課題の対応として、国土交通省では、現在
簡易な 3 次元設計データの作成ツールについて検討を行っている。
作成ツールはエクセルで座標を登録することで、ICT 建 設 機 械 に よ る 施 工 に 必 要 不 可 欠 な TIN（LandXML）データをエクセルで簡単に作成するというものだ。このツールをうまく活用すること
により、小規模土工における ICT 施工の幅が広がると考えている。

写真-5

従来の出来形計測（床堀）

座標値から床堀
深さを管理
写真-6

図-5

図-6

刃先データを活用した出来形計測（床堀）「簡易な 3 次元設計データの作成」「刃先データを活用した出来形計測」を ICT 施工と認めれば、小規模土工における ICT 施工プロセスの課題のうち、「3 次元設計データ作成」「3 次元出来形管理等の施工管理」も容易に活用されるようになり、ICT
小規模土工の活用件数も大幅に増加し、中小建設業への ICT 施工活用促進につながると考えている。

エクセルでの床堀設計データ作成

エクセルで作成した LandXML データ

3.2 出来形管理手法の検討
小規模土工における出来形管理は、TS（トータ４．その他の小規模工事への ICT 普及の取組
前述以外の取組として、３次元計測技術を用いた出来形管理手法の適用拡大の検討も実施しているところである。
市販のモバイル端末の有効活用である。現在のモバイル端末には、点群データを容易に取得できるアプリが存在する。そのアプリを有効活用し、出-3-

来形管理手法を検討する。令和４年度より運用を開始した小規模土工と合わせて実施する側溝工（管渠工、暗渠工等）などについて適用拡大を実施する予定である。

図-7
写真-7

モバイル端末を活用した出来形管理イメージ（電線共同溝工）

令和 5 年度は電線共同溝工における ICT 出来形
管理の適用拡大を試行的に実施していく。
出来形計測結果を 3 次元座標で残すことで維持管理にも活用できると考えている。
【以下メリット】
・掘削後の点群を取得することで、掘削土量を確認できる。
・出来形計測データを 3 次元の埋設完成図として記録。維持管理・台帳管理への活用も期待
・次工事の試掘回数の削減、掘削時の埋設物破壊等の事故軽減・埋設物工に関連する各作業で色付き点群の取得により不可視部の写真管理の負担軽減
また、電線共同溝と合わせて道路付属物工における ICT 出来形管理の適用拡大も試行的に実施する予定である。

写真-8

モバイル端末を活用した出来形管理イメージ（道路付属物工）

４．中小建設への ICT 普及 その他の取組
4.1 ICT アドバイザー制度の取組
現在一部の地方整備局では、ICT 施工の経験企業を増やし普及拡大を図るため、未経験企業へのアドバイスを行うアドバイザー制度を展開している。このアドバイザー制度については、誰でも気軽に ICT 経験者に相談等できるため、是非活用頂きたいと考えている。

ICT アドバイザー制度

4.2 i-Conctruction に関する研修
各地方整備局においては、ICT に関する発注者向けの講習会等を行っており普及に取り組んでいるので、ICT 未経験者は是非参加頂きたい。

【座学・実演】レーザースキャナによる

写真-9【座学】3 次元設計データ作成・3 次元出来形管理

施工業者向け ICT 研修

５．終わりに
建設現場におけるICTの普及において重要な課題である中小建設業でのICT施工の普及促進のため、小規模工事におけるICT活用の取組、今後の取組について説明した。
最後にICT施工に踏み出せないでいる施工業者様に以下のことを伝えたい。
・ICTは現場の作業効率をあげるための道具であり、現場に毎に有効に活用できれば飛躍的に効率は向上する。
・3次元設計データをうまく活用頂きたい。現在は市販のモバイル端末で簡単に点群データを取得することが可能であり、まずは、点群データに慣れて頂きたい。
・ICTの一歩を踏み出し、分からないことがあった
ら、一部の地方整備局が行っているICTアドバイザ
ーを利用いただくとともに、研修・講習会も参加可
能なので、うまく利用して頂きたい。
今後も中小建設業がICT施工を行えるような取組を実施し、建設産業における生産性向上に取り組んでいきたい。

-4-

24．インフラ分野の DX に活用できる優れた民間技術の発掘～

インフラ DX コンペの開催～

国土交通省近畿地方整備局○ 山東 諭司

１．はじめに2022 近畿」のイベントにて行った。15 技術の発表
国土交通省ではデータとデジタル技術を活用し を行い，即日審査の結果，4 技術を優秀技術賞として，国民のニーズを基に社会資本や公共サービス て表彰した（図-2、図-3）。審査は，「革新性・独創を変革すると共に，インフラへの国民理解を促進 性」「実現可能性」「経済効果」「工程的時間短縮効
させ，安全・安心で豊かな生活を実現すべくインフ 果」「品質出来形向上効果」「施工における改善効
ラ分野の DX を推進している。
「インフラ DX コン 果」「波及効果」「安全性環境性その他特筆すべき事
ペ」は，応募技術の中から特に優秀と目される技術 項」の観点で行った。審査委員は，学識経験者 2 名
シーズには現場における試行フィールドを提供し， と近畿地方整備局職員 4 名を合わせた 6 名とした。
NETIS 登録のさらなる活性化を図るとともに新技術の活用促進を進めるという趣旨で，近畿地方整備局独自の取組みとして令和 4 年度に新たなイベ
公募
ントを企画・開催したので報告する。
↓
２．インフラ DX コンペについて
資格要件等の確認「インフラ DX コンペ」はインフラ分野の DX に活用できる優れた民間技術（NETIS 未登録）を発↓掘し、NETIS 登録のさらなる活性化を図るべく実コンペ発表技術の公表施した。また、コンペ優秀技術には近畿地方整備局↓
が試行フィールドを提供することにより技術開発の促進を目的とした。
コンペ
2.1 コンペ実施概要
河川又は道路の調査・計画・設計・工事及び維持管理における「生産性向上」「安全性向上」「働き方改革」などインフラ分野の DX に資する先進的な技術を募集した。応募技術の条件には、単なるデー
タとデジタルの活用ではなく，インフラ分野の DXを推進するに際し，「建設分野の効率性や安全性を向上」などを実現する革新的な技術とした。また、NETIS に登録されていない技術，または登録後 1
年未満の技術を対象とし、以前に登録されていた技術は対象外とした。
技術公募～コンペ実施までのフローを図-1 に示す。技術公募は，令和 4 年 8 月 8 日～令和 4 年 9月 9 日に行い，15 技術の応募があった。応募された技術について，応募資格・要件等に照らした書面
審査の結果，欠格者は無く，15 技術全てをコンペ
における発表技術とした（表-1）。コンペ発表技術の公表は，近畿地方整備局 HP 上で行った。
コンペは，令和 4 年 11 月 9 日に「建設技術展

-1-

↓
表彰・
講評
図-1

インフラ DX コンペの実施フロー

図-2

発表状況

の実施計画書等の提出を受け，各現場等の管理者の了解のもと，現場試行を行った。実施計画書等は，NETIS 登録申請に鑑み，従来技術を指定するとともに，各技術が目標とする性能，技術水準・精度等をベースに，要求事項を把握できる内容とした。現場試行結果の公表は，近畿地方整備局 HP 上で行った（図-5）。

＜試行フィールドのマッチング＞
図-3

１．
整備局による試行フィールドの提案

表彰式

2.2 現場試行「インフラ DX コンペ」優秀技術の決定を受け，4 技術の現場試行を行うまでの実施フローを図-4に示す。試行フィールドのマッチングに際し，近畿地方整備局から複数の試行フィールドを提案した。
表彰受賞者は技術と適合性が高い試行フィールドを提案された現場から選定し，試行フィールドのマッチングを進めた。
試行フィールドのマッチングを経て，現場試行

２．
表彰受賞者による試行フィールドの選定↓
現場試行↓
現場試行結果の取りまとめ・
公表
図-4

現場試行の実施フロー

表-1 発表技術一覧
発表順

発表者

技術名称

副題

①

鉄建建設(株)

コンクリート打設管理システム

作業員の動きを画像解析、センシングによって管理／遠隔地での状況確認②

奥村組土木興業(株)土砂運搬ダンプトラックの環境影響シミュレーション―③

西尾レントオール(株)可搬式移動物体検知システム

C ANP’S （キャンパ ス）④

大日本コンサル ント(株)を活用した道路整備優先度の総合評価技術
ＡＩ

先進的道路都市整備計画支援サービス⑤

清水建設(株)

コンクリート締固め管理システム

人工知能（ＡＩ）を活用した画像解析技術により、締固め箇所の特定と管理を可能にし、品質確保に資するシステム⑥

大林組(株)

レーザートラッカーによる橋面出来形計測技術

出来形をデジ ル化することで、維持管理に活用できる技術⑦(株)ジャパ ン･ インフラ･ ウェイマーク

全方向水面移動式ボート型ドローン

溝橋点検ロボット⑧(株)A .L.I. T echnolog ies

ドローン点検必携アプリ（マプリィ点検調査版）（仮称）

近接３D 点群とドローン点検統合スマホアプリ⑨

NTTインフラネット(株)ＭＭＳとトリプルＩ
Ｐ®を活用した設備点検・維持管理の省力化技術

高精細カメラを搭載したM M Sで走行しながら取得した画像をトリプルＩ
Ｐ®に連携し、設備情報を一元化する技術⑩(株)ガイアート維持ラク

道路維持工事の働き方改革⑪

中央復建コンサルンツ(株)簡単クラウド型３次元モデル閲覧システム

2次元バーコード読み取りやＵＲＬクリックだけで3次元モデルが一発起動！

⑫

日本電気(株)宇宙線ミューオンを用いた道路斜面健全性評価手法

巨大物体レントゲン写真⑬

福田道路(株)現道での測量作業をなくしたMC/MG切削技術
ASARC 工法

Autom atic survey ＆ Autom atic road cutting⑭(株)補修技術設計

UAVを用いた施工前3D設計照査

DX に向けて！

⑮

朝日航洋(株)

車両ビッグデータを活用した路面点検・維持修繕効率化支援サービス

一般車両の走行デー を活用した道路見守りサービス(株)エイト日本技術開発（発表順③⑤⑦⑧は「優秀技術賞」を獲得した技術）-2-３．課題と課題に対する工夫「インフラ DX コンペ」開催に際して、以下の課題がある。
(1) 周知：本イベント開催は初の試みであったため、広報、情報配信について、周知徹底が行き届かず、『知らなかった』というのが一番の危惧するところであった。DX コンペを開催しているという情報を広く展開・周知していく必要がある。一方で、応募者数の予測がつかず、場当たり的な対応になるが、新技術公募の性格上やむを得ない面もある。
(2) 審査方針等の明確化：
令和 4 年度は「革新性独創性」「波及効果」「実現可能性」に採点が集まり、完成度の高い、現場向けの技術に高得点が行った。適合度（試行フィールドの確保に難儀している技術を対象とするなど）を審査基準に入れるか検討・協議が必要と考える。

（発表順③の技術）

４．令和５年度の取組み「建設技術展 2023 近畿」において，令和 5 年
11 月 1 日に実施予定である。令和 4 年度と同様に，河川又は道路の調査・計画・設計・工事及び維持管理における「生産性向上」「安全性向上」「働き方改革」などインフラ分野の DX に資する先進的な技術を募集し，応募された技術について，学
識経験者を含めた審査会において予備審査（書類審査）を行い，10 技術程度を本審査（コンペ）への参加技術とする予定である。

（発表順⑤の技術）

５．おわりに「インフラ DX コンペ」は約 170 名の聴講があり，立ち見が出るほど好評であった（図-6）。公募
時に予定していた 10 技術発表・2 技術表彰を上回る 15 技術発表を行い，4 技術を表彰した。4 技術
とも現場試験結果は従来技術に比べ活用の効果は優れていると評価され良好であった。各社，試行結果を踏まえ，NETIS 登録を進めている。
インフラ分野の DX に活用できる優れた民間技術の開発促進を目指し，NETIS 登録のさらなる活性化を図るべく今後も検討を継続して実施していく予定である。関係各位におかれては，引続きのご支援・ご協力をお願い申し上げる。

（発表順⑦の技術）（発表順⑧の技術）
図-5

優秀技術賞公表資料
-3-

図-2

コンペ会場

６．謝辞
「インフラ DX コンペ」開催にあたり，資料提供および調整，各種手続きに御協力頂いた建設技術展近畿事務局，コンペに参加頂いた企業，立命館大学建山和由教授，大阪工業大学井上晋教授（学長）並びに先端建設技術センター関係各位に深く感謝申し上げます。

-4-

25．段差対向噴射式高圧噴射攪拌工法の生産性向上への取り組み
ICT 技術を用いた V-JET 工法

三信建設工業株式会社
三信建設工業株式会社
株式会社トーメック

１．はじめに国土交通省は，「ICT の全面的な活用による建設
生産性向上に関する研究」の中で，施工段階の開発目的として「情報化施工の導入による省力化」，「出
来高・出来形管理の迅速化」，「計測結果の見える化による監督検査の効率化」を挙げている 1)。
段差対向噴射式高圧噴射攪拌工法である V-JET工法(以下，本工法)では，これら課題に対応可能なシステムを開発・導入し生産性の向上を図った。
本稿では本工法の概要ならびに開発・導入した管理システムについて述べる。
２．工法概要 2)
本工法は，長年にわたる数多くの実績をもつ
JSG 工法の特徴を生かしつつ，施工の高速化・効率化を図った地盤改良工法である。図-1 に概要図を示す。本工法は高い噴射攪拌効率を発揮する先端噴射装置（特殊専用モニター）を用いており，従来技術と比較して施工性や経済性が向上し，環境負荷の低減を可能にしている。表-1，表-2 に示すよ
うに，硬化材の噴射量，特殊専用モニターおよび機械設備などにより，1.5m ~ 6.0m と幅広い改良径の設定や改良強度の設定が可能である。

タイプ
標準有効径
(m)
噴射量
(L/min)
造成時間(min/m)表-１ V-JET 標準施工仕様
V0
V1
V2

標準仕様
低強度仕様
特殊土仕様

V3
4.5, 5.0,
5.5, 6.0

1.5, 2.0

2.5, 3.0

3.5, 4.0

160

240

360

540

4~7

7~10

9~12

10~18

表-2
種別

○ 島野
嵐
山口
洋
星
宏明

V-JET

土質

設計基準強度
一軸圧縮強さ

砂質土
粘性土
砂質土
有機質土

(MN/m2)
3
1
1
0.3

粘着力
(MN/m2)
0.5
0.3
0.2
0.1

３．管理システムの概要
管理システムは表-3 に示すように施工段階ごとに 5 つのシステムから構成される。以下に各シス
テムについて詳細を示す。
表-3
施工段階

管理システムの構成

使用システム概要

改良機

平面位置誘導GNSS を用いた施工機

セット時

システム

の誘導

削孔時

削孔精度確認装置

削孔管路位置の確認・記録

造成時

切削状態モニタリ

改良径の可視化

ングシステム（施工 1 本目で実施）

専用施工管理装置

施工データの一元管
理・履歴データ記録

施工後

地盤改良データ 3

地盤情報や施工情報

次元描画システム（施工履歴データ）を
3 次元で描画する

図-1

V-JET 工法の概要
-1-

3.1

平面位置誘導システム(検測作業の省力化・作業員の省力化)
平面位置誘導システム(TOMEC-Navi TJI-1A:国
土交通省 ICT 建設機械等認定制度申請中)は，事前に平面図 CAD データと現場の変化点座標（現場を囲む 3 点以上の既知点座標）を入力し，施工箇所の x，y の位置情報を事前に把握し，改良機セット時に施工ポイントに誘導するものである(図-2 に表示例を示す)。高圧噴射攪拌工法の施工位置は図-3 に示すよう排泥ピット開口部の直上となり，開口部端部に印した離隔より出す空中の施工ポイン
トにセットする手法を取ることが多いが，マーキングが消えた場合や覆工盤がずれた場合の再測量などが必要であった。本システムの導入によりこ
れらの作業がなくなり作業員の省力化が図れる。

図-2が設置されたセンサプローブにより，削孔孔の管路位置（孔曲がり）を測定するものである。
出力データは，事前に設定した施工位置の x 軸，
y 軸および深度の z 軸で計測用 PC に表示され，各深度での管路位置（孔曲がり）を出力・記録できる。
削孔精度の計測状況例を図-5 に，出力データの表示例を図-6 に示す。
本システムは x 軸，y 軸の計測を同時にできることから，従来の片軸ずつ計測する機器と比較し，おおよそ半分の作業時間にて計測することが可能
であり省力化が図れる。

平面位置誘導システム表示例
図-4

図-3

削孔精度確認装置概要

従来の施工ポイントへの誘導時の課題

導入に際し，光波測量により設けた 25 か所の測量点に本システムを用いて誘導し，改良機の前後，左右方向の誤差を計測し精度確認を行った。結果
として，誘導誤差は改良機の前後方向で 0.1~3.0cm，
左右方向で 0.1~2.5cm，合成距離で 0.7~3.3cm（平均 1.6cm）であった。この値は本工法の管理基準値±10cm 以下 2)や施工履歴データを用いた出来形管理の監督・検査要領（固結工（スラリー撹拌工）編）に示される管理基準値±100mm 以内 3)であり，本システムによる平面位置管理の有効性が確認されている。
削孔精度確認装置(施工履歴データの記録)
削孔精度確認装置は図-4 に示すジャイロセンサ

図-5

削孔精度計測状況

図-6

出力データ表示例

3.2

-2-

3.3

切削状態モニタリングシステム(改良体の可視化)
切削状態モニタリングシステム（JWM システ
ム：Jet Wave Monitoring System)は，図-7 に示すように改良杭の造成範囲の複数位置に事前に集音器を挿入するための計測管を設置し，集音器により計測管に当たるジェット流を音の大きさとしてモ
ニタリングし，この経時変化を記録・分析し，地盤の切削状態(改良径)を評価するものである。
計測管にジェット流が到達している場合，図-8に示すように一定間隔で山型のグラフ線形が確認でき，噴射エネルギーは山の大きさに比例してロッドに近い計測管ほど明確になる。このグラフにおいて，音圧レベルの振れ幅（最大値－最小値）
が規定値を超えた場合に改良体の出来形が計測管の外側まで達していると判断し，改良径の出来形を特定するものである。実現場での判定例を図-9に示す。本システムにより試験施工による出来形確認が不要となり工期の短縮が図れる。

図-7

図-8

図-9

改良径判定例

3.4

専用施工管理装置(施工履歴データの記録・検測作業の省力化)
専用管理装置を用いることにより，地中での地盤改良の施工状況をリアルタイムに確認・管理をすることが可能である。
管理できる項目は，図-10および図-11に示す「深度，硬化材の噴射圧力および流量（瞬時および積算），圧縮空気の圧力および瞬時流量，噴射装置の回転速度・引上げ時間，施工機の傾き，施工時間」であり，施工ヤード，プラントヤードの複数個所で計測された各々の施工データを一括管理でき，本体に記録保存される。表示データは画面ミラーリングにより外部表示可能であり現場と事務所の複数個所でリアルタイムにデータ共有が可能である。
施工データの表示例を図-12 に，実現場での施工
管理状況を図-13 に示す。実現場において施工管理
における作業時間省力度合いおよび施工データ（チャートデータ）整理時間省力度合いの確認をした結果，前者は施工日 1 日当たり最大 90 分の省力化，後者は約 3 割の作業時間を省力化できることを確認されている 4)。

図-10

JWMシステム概要

JWMシステム計測例

図-11
-3-

施工管理装置表示例（標準表示）

施工管理装置表示例（継時変化表示）

図-12

図-13

図-15

施工管理項目確認例

図-16

任意断面での描画例

施工データ表示例

実現場での施工管理状況

3.5

3次元描画システム(施工履歴データの描画・改良体の可視化)
3 次 元 描 画 シ ス テ ム (3D wrapping system: 3D
wide-range improved data rapid plotting system)は前述の施工管理技術の取得データを統合・一元管理
して 3 次元で描画・可視化する技術である，斜視
図の表示例を図-14 に示す。改良体は設計位置と実施工位置で描画でき任意で表示・非表示が可能であり，施工日ごとに色を変え進捗図とすることも可能である。
また，図-15 に示すように改良深度 10cm ごとに噴射量や噴射圧などの各施工管理項目が計画値を満足しているか否かの表示が可能である(管理項
目ごとに切り替え表示)。さらに，図-16 に示すよ
うに任意の断面で 2D 断面図の描画や，図-17 に示
すように局部点の拡大が可能であり，改良体同士が接合しているか(未改良部が連続して存在しないか)等の確認も可能である。

図-17

局部拡大表示例

４．まとめ
段差対向噴射式高圧噴射攪拌工法(V-JET 工法)
は，複数の管理システムを用いることで作業員の省力化や工期の短縮により生産性の向上が図れ，また，各施工段階での施工状況のリアルタイム一
元管理・可視化ならびに施工履歴データの保存が可能となった。
これらより，従来の施工管理手法と比べ効率的かつ高水準な施工管理を実現した。今後も，日々進化している新しい ICT 技術等を積極的に導入し，さらなる生産性の向上を目指す。

参考文献
1) 国土交通省：ICTの全面的な活用による建設生産 性向上に 関 す る 研 究 （ 最 終 検 索 日 2023 年 7 月 24 日 ），https://www.mlit.go.jp/tec/gijutu/kaihatu/pdf/h28/160801_04
ict.pdf
2) V-JET協会：V-JET工法技術・積算資料（第9版），2022
3) 国土交通省：3次元計測技術を用いた出来形管理要領（案）令和5年度3月版，p.8-21，2023
4) 公益社団法人日本材料学会：「地盤改良」に関わる技術
評価証明報告書 V-JET工法，2020
図-14

斜視図表示例-4-

26．ニューマチックケーソン工法における施工管理システムの開発
施工管理補助機能とケーソンショベルの自動化

オリエンタル白石株式会社
オリエンタル白石株式会社
株式会社 DeepX
１．はじめに建設業においては少子高齢化による労働力不足や後進育成に十分な人員を割けないなどの課題に加え，時間外労働の上限規制への対応を迫られている。この状況への対応策の 1 つとして建設機械の自動化が昨今盛んに進められている 1)，2)。ニューマチックケーソン工法においても上記の状況に加え，本工法特有の高気圧環境下での掘削作業や進捗管理を行う必要があり，減圧症の発症可能性の低減や生産性向上が求められている。掘削作業
は高気圧環境下に入らずとも地上からケーソンシ
ョベル（以下，ショベル）を遠隔操縦化することで安全性の確保と生産性を向上させた。掘削作業と進捗管理における安全性や生産性を多方面から向上させるため，著者らは本工法における日々の進捗管理の簡便化と，ショベルの自動運転を行うデ
ジタルツインシステムを開発した。
本論文では，開発したシステムの機能を施工管理補助機能と自動運転機能に分けて紹介し，それら機能の性能を実験施設と実現場にて評価した結果を報告する。

図-1○ 根岸 直人
岩崎 晃久
片岡 知泰

２．施工管理システム
本システムは図-1 のようにショベルに搭載した
LiDAR と各関節のセンサの情報からケーソン作業
室内の地盤高低状況と各ショベルの位置姿勢をリ
アルタイムに 3D 可視化して現場職員に提示する
デジタルツインシステムである。本章では，本システムが有する施工管理補助機能と自動運転機能についてそれぞれ述べる。
2.1 施工管理補助機能
施工管理補助機能は現場職員の日々の進捗管理の簡便化や，日毎の掘削作業を周知する際に作業員との意識共有を視覚的に可能とする機能である。
施工管理補助機能として下記の機能を有す。
・ ケーソン作業室内の地盤高低状況とセンサ搭
載ショベルの位置姿勢を 3D で可視化。
・ 再現した地盤は等高線によって色分け，または設定した標高以上の地盤をハイライト表示。
・ ケーソン作業室を俯瞰した地盤高低画像を出力。
・ 掘り残し土の面積とケーソン断面積の比である開口率 3)の算出。

各種センサを搭載したショベル-1-上記機能により，現場職員は日報の管理項目である掘り残し土の計測と開口率の算出のためケー
ソン作業室内に入室し計測することや作業室天井に設置されたカメラ画像から推定することなくこ
れら数値の算出が可能となる。また，日毎の掘削作業を作業員と打ち合わせをする際，高低状況を含めた地盤状況が 3D で可視化されていることにより，具体的な指示出しや，作業内容の共有が容易となる。(図-2，3)

図-2

図-3

3D可視化画面：地盤を色分け等高線表示

動運転をさせたい任意のショベルを選択し，個別に掘削領域と排土領域を設定することができる。
自動運転中のショベルは設定された掘削領域を掘削し，設定された排土領域へ移動して排土するという一連の動作を繰り返し実行する。掘削動作
では，LiDAR で計測した点群をもとに，掘削土量が多くなるようにブームやバケットの動作を計画する。締め固まった原地盤でショベルの出力が不足する (油圧のリリーフが立つ) 場合は，より浅く地盤に貫入するように自動で掘削動作が再計画される。掘削領域内の盤高さが一定の割合で設定深度を満たす場合，もしくは排土領域内の標高が一定の割合でしきい値を超える (自動排土が困難)場合は自動運転を一時停止して動作保留状態に移行する。
衝突検知・自動停止機能は，自動運転による事
故・破損を防ぐために，各自動運転ショベルの位
置・姿勢を管理する機能である。予め設定するしきい値を下回る距離まで自動運転中のショベルが接近すると，3D 可視化画面上に警告アラートが表示され，そこから更に接近を続けた場合はショベルが自動で停止する。停止後は現場職員の手動操作で作業に復帰する。

3D可視化画面：指定標高以上の地盤をハイライ
ト表示

2.2 自動運転機能
自動運転機能は，現場職員が任意のショベルに掘削領域・排土領域を設定することで，掘削・運搬・排土作業を自動化する機能である。掘削の難易度が高い箇所は人間が担当することにより，現場で使用するショベル台数に対し操縦する人間の数を減らせることで，現場生産性の向上を企図した機能である。
自動運転機能として下記の機能を有す。
・ ショベルごとの掘削領域・排土領域の指定。
・ 指定した領域を設定深度まで自動掘削。
・ 指定した領域への自動排土。
・ 自動運転中のショベル同士やケーソン作業
室内構造物との衝突検知・自動停止。
現場職員は図-4 のように 3D 可視化画面から自図-4 掘削・排土領域指定操作

３．システムの実証実験
本システムの施工管理補助機能と自動運転機能の性能評価を実験施設と圧気環境下である実現場の 2 拠点にて実施した。本章では，実験施設における施工管理補助機能・自動運転機能の実験，実現
場おける施工管理補助機能の実験について，それぞれ結果を述べる。
3.1 実験施設での実証実験
3.1.1 施工管理補助機能の性能評価
施工管理補助機能では地盤の計測精度と開口率の算出精度の性能評価を行った。
地盤の計測評価では図-5 のように実験施設の地
盤に穴と残土山を形成し，再現された 3D 可視化画

-2-

面にて算出された地盤標高と比較した。穴と残土山の実測標高と 3D 可視化画面の計測標高の誤差は平均して 10cm 以内であった。
次に，開口率の算出精度の性能評価では実験施
設内にブルーシートを設置することで掘り残し土を模擬し，開口率 100%，50%，25%の 3 ケースを評価した。このうち開口率 25%のケース試験時の様子を写真-1 に示す。上記 3 ケースにおいて算出された開口率はそれぞれ 95%，48.4%，27.4%であり，最大 5%程度の誤差を含む精度で開口率を算出
できた。

する。
結果として， ケーソン作業室天井から 2.0m の地盤においては指定の掘削深度 2.3m に対して平均
2.38m， 1.5m の残土山においては指定の掘削深度2.3m に対して平均 2.32m での掘削をそれぞれ達成した。図-6 に自動運転による掘削後の地盤状況の
1 例を示す。本例では，1.5×1.5m2 の掘削領域に高さ 2.0m の 地 盤 が 形 成 さ れ た 環 境 に 対 し て
1.8×2.59m2 の掘削実績領域であり，指定の掘削深度2.3m に対して 2.29m の掘削深度であった。また，
本試験中は衝突検知・自動停止機能を実行しており，試験中に 2 台の自動運転ショベルが停止した
際は衝突せずに自動で停止した。
表-1 自動掘削結果
1.5m 残土山
2.0m 地盤
掘削実績領域

2.31×2.31m2

2.14×2.14m2

掘削実績深度

2.38m

2.32m

平均時間

28min

29min

図-5 残土山と穴を実験施設 (左)に形成した際に再現された3D (右)図-6
写真-1 開口率 25%試験環境

自動運転後の実験施設地盤

3.2 実現場での実証実験
実現場では，円形ケーソン内部に設置されたシ
3.1.2 自動運転機能の性能評価
ョベル 8 台の内 2 台にセンサ類を搭載し，周辺地
自動運転機能の評価試験における項目を下記に 盤の計測・可視化を行った。図-7 に，地盤形状を4 点示す。これらの項目の組合せにより計 13 ケー 計測・再現した 3D 可視化画面とケーソン作業室天スの試験において，自動運転後の実際に掘削され 井に設置したカメラによる同じ位置の様子をそれた掘削実績領域と掘削実績深度の精度を検証した。 ぞれ示す。センサを搭載していないショベルを地・ 自動運転ショベル台数: 1 台 or 2 台
盤として表示している箇所が一部あるが，概ね実・ ショベルごとの掘削領域と排土領域の位置 際の地盤と同様の計測ができていることがわかる。
(面積は 1.5×1.5m2)
地盤の実測と本システムによる計測では数 cm 程・ 掘削深度の設定値
度の誤差精度であった。また，試験時の計画開口率
・ 掘削対象: ケーソン作業室天井から 2.0m 高さ 80%に対して，システムで算出された開口率はの地盤 or 1.5m 高さの残土山74%であった。
試験結果として，13 ケースの掘削実績領域と掘
削実績深度および掘削完了を判断しショベルが停止するまでの時間のそれぞれの平均を表-1 に総括-3-

図-7 現場環境における地盤計測(左)と 3D 可視化画面(右)４．洗い出された課題・今後の展望
ニューマチックケーソン工法における安全性と生産性の向上を目的に，施工管理補助および自動運転機能を有する施工管理システムを開発した。
実験施設と実現場の両環境において地盤の高低計測と開口率の算出機能を試行し，地盤高さ±
10cm 程度，開口率 5%程度の精度で計測することができた。また自動運転機能の試行を実験施設において実施し，指定した盤高さに対して 10cm 以下の精度での掘削を達成した。このようにショベルによる土砂の掘削と仮置場への排土という土砂の定点間移動が自動化できた。
今後の施工管理システムにおける自動運転機能への追加機能として，掘削した土砂の排土先として土砂を集積する機器であるアースバケットも含めた，アースバケットへの自動積み込みの開発に取り組む予定である。また，衝突検知機能についても対象を人間による遠隔操縦中のショベルにも広げる他，自動停止後のショベルが作業復帰可能な位置まで自動で移動する機能の開発に取り組む予定である。
自動運転による掘削の作業時間について，今後は生産性の向上のため作業時間の短縮を図る。改善項目として，ショベルの動作速度の向上と動作計画の処理時間の短縮が挙げられる。システム開発中である現在は，アースバケットへの自動積み込みや遠隔操縦中のショベルとの衝突検知・自動停止といった追加機能の実装を優先すべく，自動運転中の動作速度の向上は長期的な対応課題とする。また動作計画の処理時間についてはプログラ
ムの最適化による改善余地があるため，今後の開発の中で適宜高速化される。
実現場環境での実証実験の際に発生した課題として，遠隔操縦に与えるネットワーク負荷が挙げられる。現場作業員による遠隔掘削中に本システムを起動したところ，数分でセンサを搭載したシ
ョベル 2 台の円滑な遠隔操縦が困難になった。システムを停止することで通信状況が改善されたことから，点群情報などシステムが扱うデータの通信負荷が原因であると考えられる。本課題については，システム導入時に使用する無線機材の性能に留意したい。
本システムの開発と実験施設・実現場での実証実験にあたっては多方面の関係者各位の協力を得た。記して感謝の意を表す。
参考文献
1)

Hiroshi YAMAMOTO, et al. ： Development of theAutonomous Hydraulic Excavator Prototype Using 3-D
Information for Motion Planning and Control ， SICE
Journal of Control, Measurement, and System Integration，
Vol.48 No.8，pp488-497，2012

2)

Akira KAMEI, et al.：A Study on Autonomous Operation
System of Caisson Shovels in High Air Pressure andNarrow Underground Space, The 4th ICDES, September
17-19, 20173) 日本圧気技術協会：大型・大深度地下構造物ケーソン設-4-

計マニュアル

27．圧入工法における載荷試験の効率的実施方法に関する研究
圧入機による簡易的な静的載荷試験

株式会社技研製作所

１．はじめに圧入工法は杭や矢板の施工技術の一つで，油圧力を用いて杭を地盤に貫入させる．補助工法を用いない「単独圧入」は，主に軟弱地盤での矢板の施工に適用される．他方，先端に切削刃の付いた鋼管
杭を回転させながら押し込む「回転切削圧入」は，硬質地盤を含めた多様な地盤での鋼管杭の施工に適用される．近年，これらの矢板や鋼管杭を本設利用する動きが進んでおり，載荷試験データの蓄積が必要となっている．載荷試験には多大なコストと時間が必要とされ，そのデータの蓄積は容易ではない．筆者らは，載荷試験をコストと時間の両面で効率的に実施する方法についての検討を進めている．本論文では，圧入機を用いた簡易的な静的載荷試験（以下，簡易載荷試験）について，実際の実験事例を含めて報告する．
２．簡易載荷試験の妥当性検証のための実証試験の方法
圧入機を用いた簡易的な静的載荷試験（以下，簡易載荷試験）は，通常の静的載荷試験（以下，通常
載荷試験）で必要となる大がかりな載荷装置，反力装置，計測装置を圧入機（図 1）で代用することにより，載荷試験に要するコストと時間を削減することを意図したものである．簡易載荷試験と通常載荷試験の比較検証を目的として，実証試験を実施した．
実証試験では，回転切削圧入で施工した杭に対して，簡易載荷試験と通常載荷試験を，鉛直・水平それぞれについて実施した（表 1）．地盤条件は図2 に示すとおりで，試験杭は外径 318.5mm の鋼管
杭（閉端または開端）とした．
簡易載荷試験と通常載荷試験について，この実証試験で採用した方法の比較を表 2 に示す．簡易載荷試験では，載荷，反力確保，計測のすべてを圧入機で完結させることを前提とした．ただし，今回の実証試験では，計測の妥当性を確認するために
-1-

石原
〇 江口
森
戸田

図-1
表-1

行博
正史
敦
行紀

圧入機
実験ケース

試験 No.

試験杭

載荷試験方法J2203-03

開端杭簡易（鉛直）

J2203-04

開端杭簡易（水平）

J2203-05

開端杭

通常（鉛直）

J2203-06

開端杭

通常（水平）

図-2

地盤条件

外付けの計測器も採用した．通常載荷試験では，載 把持することにより確保した．なお，簡易載荷試験
荷装置と計測装置は外付けのものを採用した．い の計測の妥当性を確認する目的で，基準梁に固定
ずれの載荷試験も，基本的な試験方法は地盤工学
会基準 1), 2) に沿ったものとした．回転切削圧入の表-2 簡易載荷試験と通常載荷試験の差異
完了後から各載荷試験の開始までの時間（養生期(a) 鉛直間 tLT）は，すべての試験で 7 日とした．
簡易載荷試験
通常載荷試験
簡易載荷試験（鉛直）の実施状況を図 3 に示す．
載荷方法
連続載荷
連続載荷
圧入機のチャックで試験杭を把持して圧入力を作載荷開始から
載荷開始から
除荷完了までが除荷完了までが用させた．圧入力および杭頭変位は，圧入機に標準
載荷速度30分以上となる
30
分以上となる的に装備されている計測システムにより取得した．
ような速度
ような速度
反力は，既設の反力杭壁を圧入機のクランプで把
載荷装置
圧入機
油圧ジャッキ
持することにより確保した．なお，簡易載荷試験の
反力杭
反力杭
反力
計測の妥当性を確認する目的で，基準梁に固定し（圧入機で把持）（圧入機で把持）た外付けの変位計を用いて杭頭変位を計測した．
荷重計測
圧入機
ロードセル
簡易載荷試験（鉛直）において，圧入機で達成さ
変位計測
圧入機
変位計
れる載荷速度は地盤工学会基準で規定されている(b) 水平載荷速度に比べて速いので，押込みを断続的に実簡易載荷試験
通常載荷試験
施することにより十分な載荷時間（30 分）を確保
載荷方法
連続載荷
連続載荷
載荷開始から
載荷開始からした．また，試験杭に作用する杭頭荷重（Q）には，除荷完了までが除荷完了までが圧入力（Q’）だけでなく圧入機のチャックの重量
載荷速度30分以上となる
30
分以上となる（WC）も含まれるので，杭頭荷重 Q は次式により
ような速度
ような速度
3)
算出した ．
載荷装置

Q = Q' + WC

(1)

反力

通常載荷試験（鉛直）の実施状況を図 4 に示す．
反力は，簡易載荷試験の場合と同様に，既設の反力杭壁を圧入機のクランプで把持することにより確保した．圧入機のチャックで把持した反力治具と杭頭との間に，油圧ジャッキとロードセルを設置
し，油圧ジャッキで杭頭荷重を作用させながらロードセルで杭頭荷重を計測した．杭頭変位は，基準梁に固定した外付けの変位計を用いて計測した．
簡易載荷試験（水平）の実施状況を図 5 に示す．
圧入機のチャックで把持した載荷用治具を試験杭に接触させ，圧入機の動作（リーダーマストの旋回動作）を用いて載荷用治具を水平移動させることにより，試験杭に水平荷重を作用させた．載荷用治具は試験杭と同じ外径の杭とし，試験杭との接触部分に突起を設けることにより，試験杭の水平変位や傾斜が進行しても一定の載荷高さ（地表面基
準で 0.15 m）が維持されるようにした．載荷用治具（すなわちチャック中心）の水平変位（δh’）は，
リーダーマストの回転角度の計測値（θm）と，リー
ダーマストの旋回中心からチャック中心までの距
離（L(m-c) ）（図 6 参照）とを考慮して，次式により算出した．この方法の妥当性の検証については次節で述べる．
δh ' = θm × L(m-c)

荷重計測
変位計測

圧入機
反力杭
（圧入機で把持）
圧入機
圧入機

油圧ジャッキ
反力壁
ロードセル
変位計

図-3

簡易載荷試験（鉛直）の実施状況

図-4

通常載荷試験（鉛直）の実施状況(2)

反力は，既設の反力杭壁を圧入機のクランプで-2-した外付けの変位計を用いて，載荷高さ付近での試験杭の水平変位を計測した．
簡易載荷試験（水平）において，水平荷重は，リーダーマストを旋回させる旋回シリンダーの油圧の計測値から算出される荷重と，旋回シリンダーと載荷用治具の把持部（チャック）との位置関係（図 6）を考慮して，次式により算出した．
Ph ' =

Pcl(l) × L(m-cl) + Pcl(r) × L(m-cl)
L(m-c)(3)

ここで，Ph’ は圧入機で算出される水平荷重，L(mcl) はリーダーマスト旋回中心と旋回シリンダーとの距離，L(m-c) はリーダーマスト旋回中心とチャッ
ク中心との距離，Pcl(l) および Pcl(r) はそれぞれ左側
および右側の旋回シリンダーで発揮される荷重，である．この方法の妥当性は，事前にキャリブレー
ションを実施して検証した．図 7 に示すように，圧入機のチャックで把持した載荷用治具と既設の杭との間にロードセルを挟み，簡易載荷試験の場
合と同じ方法でロードセルに荷重を作用させて水平荷重（引張荷重）を計測した．水平荷重の計算値（Ph’）と実際の水平荷重 Ph（ロードセルによる計測値）との間には線形関係が認められた（図 8）．
この結果に基づき，Ph’ から Ph を求めるための補正式として次式を採用した．
Ph = rh × Ph ' －T0(m-c)L(m-c)

図-5

簡易載荷試験（水平）の実施状況

図-6

簡易載荷試験（水平）における水平変位と荷重の算出に必要な情報(4)

ここで、T0(m-c) はリーダーマスト旋回時の損失トル
ク，rh は低減係数，である．T0(m-c) および rh は圧入機に固有の値であり，今回の場合にはキャリブレーション結果をもとにそれぞれ 53 kNm および 0.9とした．
通常載荷試験（水平）の実施状況を図 9 に示す．
反力は，既設の反力壁（圧入機のクランプにより 3本の反力杭が一体となっている）とした．試験杭と反力壁との間に，油圧ジャッキとロードセルを設置し，油圧ジャッキで荷重を作用させながらロー
ドセルで荷重値を計測した．載荷高さは簡易載荷試験の場合と同等（地表面基準で 0.15 m）とした．
水平変位は，基準梁に固定した外付けの変位計を用いて計測した．
３．実証試験の結果と簡易載荷試験の妥当性
簡易載荷試験（鉛直）の結果を図 10 に示す．変位については，外付け変位計で計測したもの（δv ）と圧入機のストロークセンサーで計測したもの（δv’）との 2 種類を示してある．圧入機のストロークセンサーで計測した杭頭変位 δv’ を用いた場
合，降伏点あたりまでの剛性が低い傾向となった．
-3-

図-7

簡易載荷試験（水平）における荷重計測のキャリブレーションの実施状況

図-8

簡易載荷試験（水平）における荷重計測のキャリブレーションの実施結果

この要因は，杭に鉛直荷重を作用させた際の圧入機の微小な傾斜（図 11）などの影響が δv’ に含まれていることだと考えられる．図 12 は,簡易載荷試
験時の δv と δv’ の相関を示したものである．この相関は，近似的に次式で表わされる．
δv =0.04 × (δv ')2(δv' < 50 mm)

0.95 × δv ' － 40

(δv ' ≥ 50 mm)(5)

簡易載荷試験（鉛直）の結果について，上式により δv’ を補正した変位を用いた場合の荷重変位
曲線と外付け変位計で計測した変位 δv を用いた場
合の荷重変位曲線との比較を図 13 に示す．両者は除荷時を除いてよく一致した．

簡易載荷試験（鉛直）で得られた荷重変位曲線（変位を式 5 により補正したもの）と通常載荷試
験（鉛直）で得られた荷重変位曲線との比較を図 14に示す．両者は概ね一致しており，鉛直変位を補正した簡易載荷試験結果は通常載荷試験結果と整合することが確認された．
簡易載荷試験
（水平）の試験結果を図 15 に示す．
変位については，外付け変位計で計測したもの（δh ）と圧入機で計測したもの（δh’）との 2 種類を示してある．いずれの場合も弾性的であったが，
δh’ を用いた場合のほうが剛性が低い傾向となった．図 16 は，簡易載荷試験時の δh と δh’ の相関を示したものである．この相関は，近似的に次式で表

図-12

簡易載荷試験時の杭の鉛直変位δv と圧入機で計測した鉛直変位δv’ の相関
図-9

通常載荷試験（水平）の実施状況

図-13

簡易載荷試験（鉛直）の荷重変位曲線で、
式5で補正した変位を用いた場合と

図-10

図-11

簡易載荷試験（鉛直）の結果

外付け変位計での変位計測値を用いた場合との比較

簡易載荷試験（水平）における荷重計測の

図-14

キャリブレーションの実施結果

変位補正後の簡易載荷試験（鉛直）と通常載荷試験（鉛直）の荷重変位曲線の比較-4-わされる．
(6)

δh = 0.8 × δh ' － 1

簡易載荷試験（水平）の結果について、式 6 により δh’ を補正した変位を用いた場合の荷重変位
曲線と外付け変位計で計測した変位 δh を用いた場
合の荷重変位曲線との比較を図 17 に示す．両者は除荷時を含めてよく一致しており，上式による変位の補正の有効性が確認された．
簡易載荷試験（水平）で得られた荷重変位曲線（変位を式 6 により補正したもの）と通常載荷試
験（水平）で得られた荷重変位曲線との比較を図 18に示す．両者は概ね一致しており，水平変位を補正した簡易載荷試験結果は通常載荷試験結果と整合することが確認された．
４．結論
圧入機を用いた簡易的な静的載荷試験（簡易載荷試験）について，通常の静的載荷試験（通常載荷試験）との比較を通じてその妥当性を検証する目的で，実証試験を実施した．
密な砂地盤において回転切削圧入で施工された
外径 318.5mm の鋼管杭に対して，簡易載荷試験と通常載荷試験を，鉛直・水平について実施した．
その結果，簡易載荷試験では，計測に関して事前のキャリブレーションを行なうことにより，通常載荷試験と同等の試験結果を得られることが確認
された．

図-15

図-16

簡易載荷試験（水平）の結果

簡易載荷試験時の杭の水平変位δv と圧入機で計測した水平変位δv’ の相関

５．謝辞
本研究は，
「宇宙建設革新プロジェクト」の一環として国土交通省の委託を受けて実施した．ここに記し，関係者に謝意を表する．
参考文献
図-17

1) 地盤工学会：杭の鉛直載荷試験方法・同解説, 271p., 2002.
2) 地盤工学会：杭の水平載荷試験方法・同解説, 64p., 2010.
3) Ishihara, Y., Ogawa, N., Mori, Y., Haigh, S. and Matsumoto,T.：Simplified static vertical loading test on sheet piles usingpress-in piling machine. Japanese Geotechnical Society
SpecialPublication,

8th

Japan-China

GeotechnicalSymposium, pp. 245-250, 2020.

図-18

変位補正後の簡易載荷試験（水平）と通常載荷試験（水平）の荷重変位曲線の比較-5-28．水素内燃機関活用による重量車等脱炭素化実証事業
水素専焼エンジン油圧ショベル及び水素供給事業実証プロジェクト
水素専焼エンジン油圧ショベルの開発に向けた検討

株式会社フラットフィールド
環境省 水・大気環境局 モビリティ環境対策課 脱炭素モビリティ事業室

１．背景と目的
1.1 課題と目標
我が国では 2030 年度に 2013 年比 38%の CO2
排出量削減、2050 年にはゼロカーボンを達成す
ることを目標として掲げており、脱炭素化に向けた取組の推進が喫緊の課題となっている。我が国の産業部門からの温室効果ガス排出量のうち、建設機械からの CO2 排出量は約 1.7%の割合を占める。このような現状を受け、脱炭素社会の実現に向けて、国内外における複数の自動車・建機メー
カーでは建設機械の電動化や燃料電池、水素エン
ジン等の開発が進められている。水素エンジン
は、燃料電池等と比較してコスト優位性が高く、本実証の水素供給方式(カードル式) であれば燃料供給も容易で(高圧ガス保安法を順守しつつも必
要且つ大幅な設備投資をすることもなく、十分な量の水素供給が可能である)あることから、費用対効果及び導入可能性が高いと考えられる。このことから、水素専焼エンジン建機の技術開発をすることを目的とし、環境省の令和４年度から水素
内燃機関活用による重量車等脱炭素化実証事業（水素専焼エンジン油圧ショベル及び水素供給事
業実証プロジェクト）として、CO2 を排出しない
水素専焼エンジン油圧ショベルの開発を目的とし検討を行った。

○山浦 卓也
須山 友貴

ァイア等の異常燃焼を避けるべく、平均有効圧をできるだけ下げ、操作に違和感を及ぼさないことを目標として設定した。そのため、定格出力発生
回転数は 1,800-2,000rpm の範囲で未設定であり、これについては次年度以降の検討事項とする。前述した異常燃焼防止に加えて、エンジンアウト側
での NOx 排出量の最小化及び負荷変動時の応答性向上を目的として、油圧ポンプの仕様から可能な上記範囲のなかで、水素エンジン改造にともなう最適な定格運転回転数を検討する。表 2-1 に水素エンジンの開発目標仕様を、表 2-2 にベースシ
ョベル機カタログからエンジンに関する諸元を示
す。
表 2-1

水素エンジン開発目標値

表 2-2

エンジン諸元に関する項目 1)

２．水素エンジン建機の性能開発目標
油圧ショベルに求められる特性に対応し、実用上十分な性能及びその目標値が妥当であるかを実証試験において確認する。
2.1 エンジン性能開発目標(1)出力目標定格出力は、ベースエンジン出力の 90％の
108 kW （ベースエンジン：119.3kW/1,800min-1)
を目標とする。この値は、ポート噴射式予混合火
花点火方式に変更するに伴い発生する可能性がある、ノッキング、プレイグニッション、バックフ(2)負荷入力応答性・許容回転数変動
ベース機による予備実験において 300Nm/s 以上の応答性があれば、大きなストレスなく運転できると考えられる。
(3)許容回転数変動目標-1-

ポンプ制御との連携制御においては、ショベル側のポンプ圧制御装置と連携をとり、エンジン回転数安定性向上を目指すことを検討する。コント
ローラの制御を水素エンジン特有のトルク特性、応答性に対応させることで、オペレータの違和感を最小限にすることを試みる。またエンジン回転
数変動幅目標は±200rpm 以内とした。
実証試験前におけるエンジン単体試験での模擬
入力応答性および回転安定性確認は表 2-3 に示す条件で行う。
表 2-3て安全率を４倍にとり、1.5g/kWh を目指す、それ以下の達成となった場合においては必要となる過給、均質混合気形成などへの課題を抽出する。過渡時や中間点での性能に大きく影響される NRTC
モードにおいて、後処理なしで参考規制値達成の実現可能性は小さくなるが、ターボ技術の向上などによる後処理を不要とする水素エンジンの可能性に期待したい。

トルク変動率

図 2-1(4) 排ガス目標値の設定
現状、「特定特殊自動車排出ガスの規制等に関する法律（通称：オフロード法）」において水素を燃料とする機関に適用される排ガス規制はない。しかしながら、建機に要求される排ガス性能において燃料による違いは小さく、今後水素エンジンの普及にともない規制が必要になるのは明白である。このことを見据えた上で排ガス性能測定を行う。本事業においては、目標出力が 108kWのため、オフロード法で定める軽油を燃料とする
特定特殊自動車の定格出力種別のうち 75kW 以上
130kW 未満のものに該当し、参考規制値は、
NOx:平均値 0.4(上限値 0.53)g/kWh、測定モードはNRTC ならびに 8 モードが妥当と考えられる。しかしながら、NRTC を測定できる設備を予定していないため、モードは 8 モードで参考データを取得する。それらの定常試験データをもとに、NRTC モードや後処理装置の検討は，シミュレー
ションで行う。図 2-1 に設定目標とする λ と NOxの排出予測値を示す。8 モードの重みづけを考慮した計算では，8 モード試験結果として 0.375
g/kWh となり参考基準を下回り、後処理を必要としない水素エンジンが実現できる。過給が十分になされて λ が達成できたとしても、混合気にも高い均質状態が求められる。また、同領域での NOx
生成は λ 変化にとても敏感な発生特性を有するため、当初エンジンアウト側での NOx 排出量としλと NOx の排出予測値

2.2 想定される課題及び対応案の検討
出力，燃費，排ガス性能について、これらの性能は相互関連し，エンジン水温，吸気温度，混合
気形成，過給圧が複合的に作用して，同時達成を困難とする懸念があるため，水温ならびに吸気温度上昇を抑えることを想定する。対策として，ラジエータ容量，ウォーターポンプ能力，送風ファン，などの容量や性能の向上，さらにはインタークーラーウォータスプレイの導入を検討する。
2.3 建機開発に向けた検討
水素エンジン使用時には油圧ショベルの負荷特性を水素エンジンの運転に適するよう抑制するとともに、建機に水素容器を搭載し一定時間ごとに容器交換を行うことから、その搭載方法や交換手段を確立する必要がある。以下に検討した概要を示す。
(1)負荷変動特性の抑制：
油圧ショベル側の制御として、ポンプ吐出容積制御を示す。従来油圧ショベルに用いられるディーゼルエンジンは直噴圧縮着火エンジンのため、負荷が変動し出力が必要となった際に比較的高速に応答可能である。これに対し、今回の水素エン
ジンはポート噴射火花着火エンジンであるため、負荷の変動に対する出力の応答がディーゼルエン
ジンと比べ遅くなる可能性が高い。従来の油圧シ
ョベルはディーゼルエンジンで運用されることを前提とした設計となっており、水素エンジンで用いる際には負荷変動が大きすぎて応答しきれず、-2-

回転変動による操作感の悪化やエンジンストールの可能性がある。これについて、以下で対策を検討する。図 2-2 に油圧ショベルの油圧系模式図を示す。エンジンは概ね一定の回転数指令を受けて回転数制御される。エンジンの出力軸には一連の油圧ポンプのみが連結されており、エンジン負荷は油圧ポンプの負荷で決定される。図中に示すよ
うに、油圧ポンプの入力トルクは、ポンプ吐出圧力およびポンプ吸入圧力（≒作動油タンク圧≒
0MPa）とポンプ吐出容積で決定される。油圧ポ
ンプは油を吐出するだけで、油が流れていった先の体積内で油が圧縮されることにより圧力が発生するため、油圧ショベルの動作に必要な圧力は本
質的には機械仕様や動作、負荷によって決まり、
操作者や制御によりコントロールできるものではない（動作や負荷を操作する場合を除く）。このため、油圧ポンプの入力トルクを制御する手段としてポンプ吐出容積が用いられる。

し、一定回転運転でポンプ吐出容積を抑制することになるため、油圧ポンプの吐出流量の増加速度が遅くなることになり、操作者の運転に対する機械の動作は緩慢な反応になることは避けられな
い。

図 2-3

負荷抑制制御による実堀削時のトルク変動

また、制御対応に加えて、フライホイールを増量することでエンスト防止に対応し、総合的な対策を検討する。フライホイールは、搭載可能かつ慣性モーメントが最大となる形状を設計した。図 24 にフライホイールの搭載状況を示す。フライホ
イール後端にはカップリングを介して油圧ポンプが搭載されている。フライホイールとカップリン
グはベルフランジの中に格納されるが、ここに赤字で示す通りフライホイールの増強が可能なスペースが存在することがわかる。

図 2-2

フライホイール

エンジンカバー

油圧ショベルの油圧系

油圧ショベルの主ポンプには一般に可変容量のアキシャルピストンポンプが用いられ、吐出容積を変更することで入力トルクを調整可能となっている。また、近年は吐出容積の変更に電磁比例減圧弁を用いるものが多く、比較的容易に吐出容積制御が可能となっている。エンジン回転数一定の際に油圧ポンプ吐出容量を変化させることで、ポンプ負荷、つまりエンジンに与える負荷が制御可能である。この変化率を水素エンジンに相応しい特性とすることで、負荷入力時などのエンジン回転数の安定性を協調制御する。
水素エンジンが出せるトルクレートに合わせて、ポンプ負荷トルクのトルクレートを抑制する（具体的にはポンプ吐出容量の増加率を抑える）
ことで、エンストを回避可能である。副作用として考えられる急な動作が抑えられ、緩慢な動きとなることを考慮する。
参考にこれまでの予備実験にて得られた油圧シ
ョベルの負荷パターンを示す。図 2-3 中の 138～
139 秒付近に示すように、油圧ポンプ負荷トルクのトルク変動率を抑制することが可能であり、これを水素エンジンの出力特性に合わせて抑制する
ことで油圧ショベルの稼働が可能となる。ただ

フライホイール増強
可能なスペース

カップ
リング

油圧ポンプ

ベルフランジ

図 2-4

フライホイー

ル搭載状況

図 2-5

増量ウエイト搭載イメージ

図 2-5 には設計された増量ウエイトおよび純正フ
ライホイールの図を示す。図中に赤色で示す増量
ウエイトをボルト締結することとした。増量ウエ
イトを付けた場合の慣性モーメントは純正フライホイールの約 1.6 倍となる。
(2)カードル搭載時の安定性確保：
機体の安定性確保及び、運転者の視界確保の観点から、カードル搭載は機体後方が望ましい。
(3)カードル搭載・交換システムの検討：
簡単かつ安全なカードル脱着の仕組みとして貨物コンテナ用金具の活用を提案し、カードルは上部旋回体後部に搭載することが望ましいと考えら-3-

れる。脱着用の金具として JIS Z 1629 貨物コンテ
ナ−上部つり上げ金具及び緊締金具に規定されるツイスト形緊締金具（通称ツイストロック）および JIS Z 1616 国際貨物コンテナ−すみ金具に規定されるすみ金具を使用することを検討する。表 24 に示すように、両金具を用いた場合は金具 1 セットに付き、上向き 75ｋN，下向き 150ｋN，横手 90kN、長手 300ｋN の荷重に耐える強度を持つ
ため、カードル重量 1t 以内に対し十分な強度を持って保持しながら、比較的簡単に脱着することが
出来る。
表 2-4
記号

上部つり上げ金具及び緊締金具の強度 2)

上向き荷重又は力

下向き荷重又は力

横手荷重又は力

長手荷重又は力

B-TF
75kN

150kN

90kN

300kN

３．燃料補給と稼働時間の確保
3.1 燃料搭載方式カードル式の水素供給方式(カードル式)
水素燃料容器を建機に搭載するにあたり、そのために最適化した容器容量を検討する。
燃料供給・運搬の安易さ及び使用・保管において、届出・管理者不要の搭載量とするため、300m3 以下・タンク内圧力 20MPa 以下とする。また、コスト削減のため、タンクは汎用品である鋼製タンクを使用した設計とする。建機には瞬発的な荷重がかかるため、設計段階においては強度及び耐久性を満たした設計及び使用部材を選定する。図 3-1 に水素燃料容器イメージを示す。

填圧力が既存の産業利用されているカードルの圧力(20MPa 以下)と同じ規格で設計検討されているため、通常の水素を取り扱うガス会社での充填が可能である。よって、充填に関して新たな設備や特別な充填方法は必要としない。
充填時間も、300m3、20MPa のカードル 1 個であれば 1 時間未満で充填が可能である。
(2)補充水素の配送方法
補充水素の配送において、今回検討する水素カードルの容量では資格者を必要とせず、届け出も不要であり、輸送車両に高圧ガス搭載の表示のみで対応可能であるため、通常の運送会社及びガス会社による輸送が可能である。
カードルがあればガス会社のほか、事業者本人
及び委託先運送会社でも輸送可能である。
建機へのカードル脱着に関しても、高圧ガス保安法の規定範囲に収まる為、有資格者を必要としない。
４． まとめ
今年度の検討結果を踏まえ、今後の方針を以下に示す。
(1)エンジンベンチで水素エンジンの目標性能の確
認、課題の抽出と対策の実施。
(2) 油圧ショベルの要求性能に対する水素エンジンの適用性と、油圧制御の最適化の検証(3)水素エンジン油圧ショベルの環境性を評価する基準として、ディーゼルエンジンショベルの環境性の検証を実施。
(4)水素燃料カードルを製作し、実機での運用時や交換作業時における課題の抽出や実用性の検証を
実施(5)水素油圧ショベルの導入及び水素運搬によって排出されるにおける CO2 排出量削減効果を評価する。
参考文献
1) 住友建機株式会社

SH200-7カタログ

2) 一部抜粋（出典：JIS Z1629 表2）

図 3-1

水素燃料容器イメージ図

3.2 燃料供給方法の検討(1)水素の充填方法
本実証事業で想定している水素カードルは、充
-4-

P23

一部抜粋

29．「燃費基準達成建設機械認定制度」における新たな燃費基準値の策定とカーボンニュートラルに向けた今後の取組について
国土交通省 大臣官房 参事官（イノベーション）グループ

１．はじめに国土交通省では、地球温暖化対策の一環として、建設施工現場における省エネルギー化の推進や低炭素型社会の構築に取り組んでいる。
2010 年度には、先進技術であるハイブリッド機構
や電動機構等を搭載し省エネ化を達成した建設機械の普及のため、「低炭素型建設機械認定制度」を創設
し、2013 年度には建設機械ユーザーが省エネ効果を数値的に判断できるように、統一的な燃費の測定方
法と目標となる燃費基準値（最も燃費値の良い値（トップランナー値））を世界で初めて定め、「燃費基準達成建設機械認定制度」を創設した。
この「燃費基準達成建設機械認定制度」は制度運用の過程において、メーカーの技術開発及び市場投入
動向に合わせた制度改定を実施しており、本論文では今後2030年に改定する基準値を中心に近年の改定箇所を紹介する。また、2050年のカーボンニュートラ
ル達成に向け、制度設計を検討している「GX建設機械
認定制度」についても紹介を行う。

秋本 雄希（２）これまでの取り組み
2013年4月より油圧ショベル,ブルドーザ,ホイー
ルローダの認定制度を開始した。その後2018年4月よりミニショベルの認定を開始した（図-1）。以上4機種については、2023年8月末時点で計172型式を認定している状況である。

３．次期燃費基準策定
現行燃費基準値（2020 年基準値）においては、各クラスにおけるトップランナー値を採用した。次期
燃費基準値（2030 年基準値）においては、従前のトップランナー値を考慮しつつ、普及台数等を考慮して燃費性能が良くかつ普及しやすい、バランス（燃費
性能、導入コスト、施工性等）のとれた基準値を設定した（図-2）。

２．燃費基準達成建設機械認定制度の概要(１)制度の目的・概要
燃費基準達成建設機械への関心と理解を深め,二酸化炭素排出低減に資する燃費基準達成建設機械の普及促進を図るとともに、地球環境保全に寄与することを目的に燃費基準達成建設機械認定制度を運用している。
燃費基準達成建設機械認定制度の燃費基準値を達成した建設機械を型式認定しており、認定された建設機械はラベル表示が可能となる。

図-2 現行の燃費基準値（上）と次期燃費基準値（下）（１）ホイールローダの出力区分について
現行燃費基準値では、40KW 以上 110KW 未満の定格
出力区分において、75KW 未満の認定型式が少ないた
め燃費基準値の区分を見直した。区分を細分化することで、各出力区分に適切な燃費基準値を設定し燃費基準値の達成に向けた開発を促進する（図-3）。

図-1 燃費基準達成建設機械認定制度の経緯-1-

年規制車では、近年のビル・マンションなどの高層化や耐震構造強化に伴う建設部材の重量増加により、ブームが長く吊り上げ能力の高いクレーン需要が高まっていることを背景に、80ｔ以上の型式が販売されていることから、80ｔ以上のホイールクレーンについても燃費基準値の検討が必要となった（図-4）。
表-1 にあるように、50t 以上 79t 未満の範囲にある対象機種の燃費評価値は,最大吊り荷重に差があっても評価値への影響が大きい仕様が同等であり、最大吊り荷重の大型化に伴う評価値の増加はみられなかった。
また今回新たに追加検討する 80ｔ以上の区分においても、評価値への影響が大きい仕様は 50t 以上 79t
未満と同等であるため,最大吊り荷加重が増加した
ことの評価値への影響は小さく、50t 以上 79t 未満と同様の燃費基準値とすることが適当であると判断した。
表-1 最大吊り荷加重区分別の仕様の比較：評価値への影響が大きい仕様
メーカ(排ｶﾞｽ規制年次)
Ａ社(2014)
Ａ社(2014)
Ｂ社(2011)
Ｂ社(2014)

図-3 ホイールローダの出力区分（２）次期燃費基準値（案）の達成表示について
現行の 2020 年燃費基準値達成においては、 2020
年燃費基準 100％達成建設機械を「☆☆☆」、 85％達成建設機械を「☆☆」として表示している。次期燃費
基準値（案）の 85%は現行基準値を下回る区分もある
ことから設定せず、次期燃費基準として 2030 年燃費
基準を「☆☆☆☆」として表示する予定である。(図
-4)

最大吊
り荷重
区分

補巻 車両総
許容
重量
荷重
(kg)

作業時出力
(kW/min-1)

60t

5t

36,195

256/1500

700

約12m

約40.5m

1.9

1.7

13.2

70t

5t

41,295

256/1500

700

約13m

約43.3m

2.0

1.4

12.6

80t以上

100t

5t

41,295

256/1500

700

約14.5m

約47.0m

1.9

1.3

11.1

50t以上
79t未満

75t

5t

41,035228/1450

700

約14m

約44.2m

2.0

1.3

10.8

80t以上

80t

5t

41,155228/1450

700

約14m

約44.2m

2.0

1.3

10.8

50t以上
79t未満

最大吊
り荷重

作業時無負荷ブーム70度全伸姿勢
最低回転速度補巻作業半径補巻揚程(min-1)79t～101t(80t,100t)
15%
50t～79t(50t,60t,70t)
23%補巻速度 ブーム上
旋回速度（上げ） げ速度
油圧ポンプ
(度/s)
(m/s)
(度/s)

型式:C
形式:可変容量P
回転数:cccc

型式:D
形式:可変容量P
回転数:dddd

4.9t～15t(13t)23%

15t～25t(16t,20t)
10%

25t～50t(25t)29%

図-5 ホイールクレーンのオフロード法（2014 年規制車）にて認定されているホイールクレーンの販売台数比率

図-4 燃費基準達成建設機械認定ラベル（３）ホイールクレーンの区分拡大について
ホイールクレーンの燃費基準達成建設機械認定制
度への追加は、2016 年度の「建設施工の地球温暖化対策検討分科会」において了承されており、2022 年
4 月より認定開始している。
ホイールクレーンの作業燃費基準値の最大吊り荷
重区分は、燃費基準値策定時において最大吊り荷重
79ｔ未満（2011 年規制車）ですべての型式を網羅できたため、 50ｔ以上 79ｔ未満としていた。
しかし,ホイールクレーンのオフロード法の 2014（４）今後の取り組み
次期燃費基準値（表-2）における認定開始は、開発期間を考慮し、2027 年 4 月を予定している。また、
現在対象外である可搬型発動発電機についても CO2
排出寄与率が高いため、対象機種とすることを関係団体等と連携して検討していく予定である。

４．カーボンニュートラルの実現に向けた GX 建
設機械普及・促進事業-2-

国内の産業部門における CO２排出量の 1.4％（推定値）を占める建設機械としては、地球温暖化対策として CO2 排出量削減のため、従前はディーゼルエン
ジンによる燃費向上を進めてきたところであるが,「2050 年までに温室効果ガスの排出を全体としてゼロ（カーボンニュートラル）にする」との目標の実現に向けては,建設機械の動力源の抜本的見直しが必要である。そのため、建設現場における CO2 排出量の実質ゼロに向け GX 建設機械（電動・水素・バイオマス等）の普及に向け、各種支援策を講じる（図-6）。
図-8 GX 建設機械認定制度（案）

図-8 の制度の枠組みにおいて、電力消費量試験方法
は現行の「燃費基準達成建設機械認定制度」でも使用している JACMAS((一社)日本建設機械施工協会規格)を採用することが提案された。(図-9)また、認定対象機種については、当時のメーカーへのヒアリング等
から電動建機への市場投入が見込まれ、かつ JCMAS に試験方法が定められている油圧ショベル・ホイール
ローダの 2 機種が提案された。
図-6 GX 建設機械の普及・促進（１）これまでの取り組み
2023 年 2 月における「令和 5 年度 地球温暖化対策検討分科会」において、GX 建設機械として考えられる動力源（電動・水素・バイオマス等）のうち、①
技術面から早期実現の可能性が高いこと②既にエネ
ルギー消費量の試験方法が確立されていること③従来の建設機械（ディーゼル）での使用を想定できない、といった観点から電動建機を対象に認定制度の制度検討を行った。

図-9 JACMAS で定められている模擬動作(油圧ショベルの例)（２）暫定規程の検討
電動建機市場が十分に成熟した後の制度検討では、制度創設時期が著しく遅くなりかねない。そのため、まずは暫定という形で早期制度創設を図り、追って恒久規程に移行するという 2 段階での検討手法が提示された。
（図-10）
図-7 電動建機（例）

なお制度設計においては、現行の「燃費基準達成建設機械認定制度」を参考とした枠組み案が提示された。
（図-8）申請者は、自社で電費を測定するものとし、国交省に対して申請を行う。そして認定型式について、国交省が申請者に通知を行い、同時に HP 上でも公表を行うものとする。また、燃費制度と同様、申請者は認定型式に対して認定ラベルを貼ることを可能とする。

図-10 暫定規程から恒久規程の流れ

暫定規程作成にあたっては、省エネ性能を示す基
準値の設定について(案 1)基準値を設けない(案 2)標
準動作当たりの燃料消費量とする(案 3)標準動作当-3-

たりの電力消費量とする案の 3 案が提示された。以下 3 案について紹介する。
まず、案 1 の基準値を設けない案は、3 案の中でもとりわけ電動建機の早期普及支援のための案である。
図 7 において提出された電力消費量測定データ等か
ら電費基準値の要件化を検討する。
次に標準動作当たりの燃料消費量を基準値とする
案 2 は、申請者が測定した電力消費量を図-12 の換算式によって軽油ベースの燃料消費量に換算し、現行の燃費基準値(2020 年基準)と比較する案である。

表-2 換算電費基準値

なお、上記基準値を定める2案の検討にあたって、現行の燃費基準値は軽油を動力源とする建機をベースに策定されているため、GX建設機械への指標として妥当であるかは検討が必要である。
図-11 作業動作当たりの燃料消費量を基準値とする案（３）恒久規程策定について（２）で暫定規程を一端創設した後の恒久規程についても、検討タイミングについて①基準値検討または再検討に必要な電力消費量測定データが十分に集まった場合で検討する案、②あらかじめメーカーヒ
アリング等を通じて基準値検討のタイミングを決める案の2案が提示された。
図-12 電費測定値から燃費基準値への換算式

最後に標準動作当たりの電力消費量を基準値とす
る案3について紹介する。
（図-13）この案では、国交省があらかじめ現行の燃費基準値を所定の換算式（図-14）によって電費基準値に換算した上で、換算基準値と申請者が測定した電力消費量と比較する。
案2と比べて申請者の測定値換算の手間は軽減されるといったメリットがある。一方でデメリットは案2と同様に軽油を動力源とする建機をベースに策定されているため、GX建機への指標として妥当であるかは検討が必要なことが挙げられる。

（４）今後の取り組み
今後はGX建設機械認定制度について、2月の分科会での検討結果を基に今年度の早期創設に向けて準備を行う予定である。また、現場検証を通した適応性の確認も行う予定である。さらに、GX建設機械のうち、バイオマスについても公共工事における普及促進を図るために検討を行う予定である。
５. おわりに日頃より,建設施工分野の関係機関,関係団体等の皆様にご協力を頂き,感謝申し上げるとともに,引き続きより良い地球温暖化対策施策を行うべく,ご指導,ご鞭撻のほどよろしくお願い致します。

参考文献
1)

東山遼・北川順：建設機械から排出される温室効果ガ
ス削減の取り組み，令和元年度 建設施工と建設機械
シンポジウム論文集・梗概集，pp.119～122, 2019年

図-13 作業動作当たりの燃料消費量を基準値とする案

2)

守田銀二・須山友貴：「燃費基準達成建設機械認定制
度」における新たな燃費基準値の策定とカーボンニュ
ートラルに向けた今後の取り組みについて，令和四年
度 建設施工と建設機械シンポジウム論文集・梗概集，pp.67～70, 2021年

図-14 燃費基準値から電費基準値への換算式-4-30．コンクリート打設の自動管理におけるエッジ AI システムの利用
立命館大学
立命館大学
立命館大学

１．はじめに
本研究は地場の中小建設業者支援を目的に，AIを活用するコンクリート打設の効率化・合理化の技術開発を展開するものである。新規就業者の確保が困難な現状において、現役世代への負担は増大している。このような背景から、建設/インフラ
DX が目指すデジタル技術の活用は、既存の人的資源が本来の業務で最大限のポテンシャルを発揮できるようにすることが重要である。
本研究が焦点を当てるコンクリート打設において，昨今の労働事情を踏まえれば直接作業以外の付随業務に人員を配分することは厳しい状況にある。この問題に対処するため、エッジコンピューテ
ィングを活用してリアルタイムでのデータ処理を行い、ICT 技術 1)によって時間管理などの業務を自動化することで、限られた人的資源をより高付加価値な作業に集中させることが可能となる。
本研究は、物体検出モデルと文字認識モデルを組み合わせた画像処理技術を用いて、エッジ AI シ
ステムを活用したコンクリート打設の自動管理シ
ステムを提案する。提案したエッジ AI システムを活用することで、コンクリート打設の DX 化推進と建設現場におけるリアルタイムのデータ処理による省人化および作業効率の向上が可能となる。
また DX の文脈において建設現場が抱える大きな課題の一つが安定した通信環境の確保である。
特に山間部や河川では通信環境が不安定である場合も多く，画像・動画データを使った多様な建設プ
ロセス革新の取り組みを導入できない場面に遭遇することがある。特に，クラウドベースのシステム
では通信環境が解決の難しい制約条件の一つになり得る。
この問題に対処するため、本研究ではエッジコ
ンピューティングの活用を検討した。具体的には、①通信環境の良し悪しに左右されないオンプレミ
スのシステムであること，②過酷な現場環境において高い頑健性/耐環境性および保守メンテナンス性を確保することを基軸として目指している。特に中小建設業者にとってメンテナンスの容易性は極めて重要な論点になる。以上の考え方をもとに，
汎用パソコンによるシステム構築とともに，本研

○ 福原
善本
横山

大祐
哲夫
隆明

究では製造造業や上下水道管理で実績のある産業用コンピュータ活用の検証を進めている。これにより、コンクリート打設の自動管理を実現し、建設現場でのリアルタイムデータ処理による省人化と作業効率の向上が期待される。これらの先進技術の組み合わせによって、建設業界、特にコンクリー
ト打設作業における多くの課題に対する有望な解決策を提供することが、本研究の主要な目的である。
２．構築したエッジ AI システムについて
本研究では中小建設業者の現場施工者によるトラックミキサーの管理を支援する目的で、深層学習モデルとエッジ AI システムを組み合わせた自動管理システムを構築した。さらに、このシステム
は通信環境が不安定な場所でも運用可能なエッジ
AI システムとして設計されているため、山間部や河川など通信が困難な環境でも活用できる。通信環境を用意することが困難な環境でもより簡易に、
中小建設業者の現場施工者はリアルタイムでのト
ラックミキサーの自動管理を実現することが可能となる。
2.1 エッジ AI システムについて

図-１ エッジ AI システムの処理フロー図

図 1 は本研究で構築したエッジ AI システムのフロー図である。まず、カメラによって検出対象のト
ラックミキサーを映すことでデータを取り込む。

-1-

本研究では、様々な状況に対応するために AI シス 従来の optical flow を求める深層学習モデルでは、テムに柔軟性を持つように、様々な画角から撮影 ネットワーク階層を増加させた場合に、増加させした画像を分析することを検討した。しかし、カメ たネットワーク部分への入力画像の解像度が低く
ラを 1 台に収めるためにトラックミキサーを斜め なってしまう、ネットワーク構造の問題で繰り返から撮影し、ナンバープレートとタンク部分の回 しの分析回数に上限があるため精度向上に課題が転が同時に見える画角から撮影した。AI システム あった。RAFT（Recurrent all pairs field transforms forを処理するハードウェアの性能が十分であれば、 optical flow）モデル 3)では、再帰型ニューラルネッ
複数のカメラで取り込んだ画像データよりトラッ トワークを用いることで従来の optical flow を求めクミキサーとタンク、ナンバープレートを物体検 る深層学習モデルよりも、高解像度の入力画像デ出で画像を抽出する。トラックミキサーのタンク ータをより多くのネットワーク部分で繰り返しのの回転向きでコンクリートを排出しているかを識 分析を可能することで精度を高めているモデルで別できるため、本研究では検出したタンクの動き ある。
を検出してコンクリート打設開始と終了時刻を判
深層学習モデルであるこの RAFT モデルを用い別した。ただし、排出量の微調整によってタンクの て optical flow を算出すると計算にかかる負荷は大
動きは稼働と停止を繰り返すことがあるので、ト
きいものの、従来の Farneback 法よりも高精度に物
ラックミキサー車が作業を終了して移動を開始し体の動きをとらえることが可能となった。
始めた最後の動きから終了時刻を最終決定するも2.3 使用ハードウェアのとした。
表-1 エッジ AI システム実行環境
また、抽出したナンバープレートを文字認識す
OS
CPU
GPU
ることで、トラックミキサーの個体識別を行った。
Radeon
計算負荷が高い処理のため複数回の結果が一致す
ノートPC機Windows11
Ryzen 7 4700U
Graphics
ることで個体識別を完了して、同じトラックミキ
GeForce RTX
デスクトップ機
Windows11
Ryzen 7 38000X
サー車のナンバープレートの読み取り処理を実行
4070
しないこととした。
産業用コンピュー MIRACLE LINUX 8 Xeon Silver
GeForce RTX
最後に、判別した打設開始時刻、打設終了時刻のタのサーバー機Asianux Inside
4209T
4070
テキストデータ、ナンバープレートから文字認識したテキストデータ、読み取りに失敗した場合のためのナンバープレートの画像データを 1 ファイ
ルにまとめて保存するものとした。このシステム
構成では、外部の通信環境が劣悪であっても同一
ネットワーク環境が構築されていれば運用が可能である。
2.2 深層学習モデルについて
深層学習は、多層のニューラルネットワークを用いて高度な特徴を自動で学習することが可能である。本研究では物体検出をする際に、必要十分な精度で高速な物体検出が可能な YOLO（You Only
Look Once）
モデル 2)を使用した。YOLO モデルは、一度の推論で画像内の複数の物体を検出するため、リアルタイム処理が可能な深層学習モデルである。
図-2 産業用コンピュータサーバー機
この YOLO モデルは初期のモデルは、画像をグリ(FS20000R model100)
ッド状に分割してから分析するため、小さな物体の検出が苦手であった。現在では、YOLO モデル
表 1 に、本研究で検証に使用したエッジ AI シス
は複数の改良モデルが考案され、検出精度の向上、小物体検出の改善、計算効率の最適化などが行わ テムの実行環境を示す。図 2 の産業用コンピューれている。本研究のエッジ AI システムでは、この タのサーバー機は、東芝インフラシステムズ株式
YOLO モデルを使用して撮影した画面内から、ト 会社製 FS20000R model100 の評価機を用いて検証
ラックミキサー、ナンバープレート、タンク部分の を行った。また、深層学習モデルを処理する際に物体検出を行ってその部分の画像を抽出している。 GPU を使うと高速化できるため、デスクトップ機
物体の動きをとらえるため、画像間のピクセル とサーバー機は同一の GPU を組み込んで検証した。
の動きである optical flow を計算する工程を加えた。 各検証機でプログラミング言語 Python を使って計
測した。
-2-

ノート PC 機は携帯性が高く、現場での即時解析が可能であり、デスクトップ機は高い計算能力を持ち、大量のデータを高速に処理できる。産業用コンピュータのサーバー機は、ノート PC 機とデスクトップ機に対して高い頑健性、耐環境性および保守メンテナンス性が特徴である。24 時間の連続稼働を前提とした部品の採用及び設計で、製造造業
や上下水道管理などで 24 時間の連続稼働と信頼性が必要な用途で採用されている製品である。
2.4 訓練データの作成について本研究で使用する YOLO モデルの転移学習のために、工事現場での学習データ用の動画撮影を複
数日程の間実施した。工事現場での動画は、複数のカメラを使用して撮影され、その映像から特定のフレームが切り出されて訓練データとして整形した。
ナンバープレートの文字認識には、YOLO モデ
ルを転移学習させるために、ナンバープレートが複数必要になるが画像データが不足するため、実際のナンバープレートのサイズと文字サイズの比率を測定し、文字の位置を含めそれに基づいて似た画像をランダムに自動生成し訓練データとして用いた。学習の際には、角度、距離、ぼやけぐあ
いのように工事現場で起こりうる状況を考慮した
データ拡張を行った。
モデルの学習はデスクトップ機で作成し、学習したモデルでその他の機器での検証を行った。学習後のテストデータでうまく推論できないデータ
を訓練データに含めて、その都度再学習を行った。

がわかる。GPU を使ったサーバー機の平均実行時間に対し、ノート PC 機の平均実行時間は丁度同程
度の実行時間であった。GPU を使ったサーバー機とノート PC 機はその他にも、License のみの処理
時間と、Truck と Tank の合計処理時間は同程度の実行時間となった。これは、サーバー機の GPU 性
能が高いのに対し、ノート PC 機は GPU 性能が高くない代わりにサーバー機よりもこの処理に対する CPU 性能が高いため、GPU による高速化効果の高い Truck と CPU 処理に依存した処理の合計が同程度になったようである。デスクトップ機では 3 つの処理全体で、サーバー機の 3 つ処理全体の 0.29倍の実行時間であった。3 つの処理のうち GPU による処理速度への依存が大きい Truck の実行時間は、同一の GPU を使用しているため同程度になっている。他の License と Tank の処理はデスクトップ機の方が、サーバー機の平均実行時間の 0.26 倍となっており、このシステムの処理への CPU 処理
性能の差によってこの実行時間の差が生じていることがわかる。
サーバー機は 24 時間稼働に特化しているおり頑健性や耐環境性に優れ、厳しい環境条件下でも安定して動作する可能性が高い。CPU 依存の高負荷な処理を最適化により負荷を軽減するか、処理自体を他の機器で行うことで、システム全体の負荷を軽減することが可能である。また、外部ネットワークと接続できない環境下でも建設現場の気象データ、機械の動作データ、作業員の位置データなどのデータを IoT 機器およびセンサー類から収集して、データを一元管理して分析を行う用途での活用が考えられる。

３．結果と考察3.1 エッジ AI システム実行時間の検証結果
表 2 にエッジ AI システムの実行速度の測定箇所を示す。大きく 3 区間に分けて計測を行い、トラックミキサーを画像から YOLO モデルで物体検出する処理を Truck、検出したナンバープレートの画像の傾きや台形補正の後、YOLO モデルで文字認識を行う処理を License、従来の Farneback 法による optical flow による CPU によるタンクの回転向きの検出をする処理を Tank と表記した。図 3 は、
この 3 つの処理を動画 100 フレームで繰り返し実行し、100 回平均したときの 1 フレームあたりの平均実行時間を比較した図である。サーバー機に関しては、比較のため CPU のみで実行したときの値と GPU を使って高速化したときの 2 通りを記載している。サーバー機の GPU を使って高速化した
3 つの処理の合計の実行時間は、サーバー機の CPUのみで実行したときの合計実行時間の 0.58 倍であった。GPU を使うことで特に Truck の処理が CPUのみを使う場合に対して 0.16 倍の実行時間となり、YOLO モデルの計算処理が高速化されていること-3-

表-2 エッジ AI システム測定箇所
処理

計測区間
トラックミキサーをYOLOで物体検出

Truck

する時間
検出したナンバープレートの歪み補正

LicenseとYOLOで文字認識する時間
Farneback法によるoptical flowのCPU

Tank

計算

デスクトップ機

ノートPC機

サーバー機GPUあり

サーバー機CPUのみ

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

平均実行時間sec/frame
Truck

Tank

License

図-3 各ハードウェア実行速度の比較

1.6図 5 は、タンクの回転方向を optical flow を計算し、検出した optical flow のベクトルを、グリッド状に矢印で並べたものである。図 5 に示したように、ピクセルの動きがわかりやすい模様や、タンクのつなぎ目の動きに反応して回転方向が判別可能である。トラックミキサーはタンクの回転方向は後ろから見て時計回りのときに、コンクリートを
図-4 自動生成したナンバープレート画像と文字検出排出する。それに対して、タンクの回転向きが反時
計回りかまたは回転が停止しているときは、コン
図 4 は訓練データ量が不足しているナンバープレ クリートの排出されない状態であることから、タートの画像を補うために自動生成した画像に対し、 ンクの回転方向を判別することでコンクリート打
ナンバープレートで出現する数字・漢字・ひらがな 設の開始と終了時刻の検出を可能にした。
で転移学習した YOLO モデルで文字検出をした結
４．まとめ
果である。
本研究では、中小建設業者の現場施工者を支援
図 4 に示したように、正面のナンバープレート
する目的で、通信が困難な環境でも使えるエッジには文字検出が成功しやすいが、タンクとナンバープレートを 1 画面で収めるために斜めからナン コンピューティングと深層学習モデル（YOLO とバープレートが撮影される。そのままでは文字認 RAFT）を用いたコンクリート打設の自動管理シス
識精度が下がってしまうため、検出したナンバー テムを開発し、その有用性を実証した。
自動管理システムは、ナンバープレートの自動プレート画像の輪郭を検出して、台形補正や傾き
読み取りとタンクの回転方向の検出を行い、これ補正を行い長方形になるようにした。この手法を使う場合にナンバープレートと、車体の色が同化 によって作業の効率化と省人化を図る。
実行速度の比較では、サーバー機の CPU 性能がしてしまい輪郭が判別しづらい場合に補正に失敗
他の機器に比べて劣っていたが、24時間稼働に特する課題がある。また、台形補正をする場合に角度と距離によって、抽出できるナンバープレート画 化しているおり頑健性や耐環境性に優れ、厳しい像の解像度が低くなってしまうため、カメラの撮 環境条件下でも安定して動作するため、外部ネッ
影時の性能によって異なる認識の限界角度と距離 トワークと接続できない環境下でも建設現場の気をカメラ設置時に確認しやすくする必要がある。 象データ、機械の動作データ、作業員の位置データ
特に、漢字およびひらがな部分は文字がつぶれて などのデータを IoT 機器およびセンサー類から収しまい精度が悪化する原因になっていた。また、つ 集して、データを一元管理して分析を行う用途でぶれていない状態であっても似たひらがなと誤読 の活用が考えられる。CPU 依存の処理は、その他するパターンも存在した。数字の箇所は大きな数 の高性能な CPU を持つ機器で行うことで、サーバ
字は正解しやすく、小さい数字はつぶれていない ー機の負荷を軽減する方針が有効であると判明し状態では読み取り精度が漢字とひらがなより高い。 た。
今後の課題としては、望遠カメラによる入力画(2) タンクの回転方向の判別について像の高解像度化や複数カメラの連携の実証、さらなるデータ収集と分析によるシステムの精度向上、そして中小建設業者が容易に導入できるようなシステム設計の最適化が挙げられる。本研究が示したエッジAIシステムの有用性は、建設業界におけるDX推進の一翼を担うものと期待される。
3.2 エッジ AI システムの結果と考察(1) ナンバープレートの文字認識について

参考文献
1)

建山知由・横山隆明：ICT を利用した建設施工の高度化と将来展望，計測と制御，55・6，pp．477-482，2016

2)

JosephRedmon ・ SantoshDivvala ・ RossGirshick ・
AliFarhadi ： You Only Look Once: Unified, Real-Time
Object Detection，CVPR，2016

3) Zachary Teed, Jia Deng：RAFT: Recurrent All-Pairs Field
Transforms for Optical Flow，ECCV，2020
図-5 タンクの回転方向の検出-4-31．クレーンワイヤー全周囲外観検査システムの開発

㈱熊谷組
㈱熊谷組
パシフィックシステム㈱１．はじめに建設工事においてクレーン揚重作業は必要不可
欠で、あらゆる工種で使用されている。令和 3 年におけるクレーン等に関係する労働災害による死
傷者数は、前年と比べると 3.5％の増加で、発生業種別では製造業に次ぎ建設業の状況である。また、
災害現象別では、ワイヤーロープ切断による災害は無いが揚重物の落下によるものが大きな割合を占めている。1）
落下による災害発生を未然防止する 1 つとしてクレーンを構成する上で重要なワイヤーロープに着目し、クレーンワイヤーロープ全周囲外観検査
システム（以下、本システムという）を開発したので報告する。

宮川 克己○ 三浦 拓也
松崎 伸吾

を基本としている。
3.2 システム構成
本システムの構成は大きく、ワイヤーロープを検査する撮影ユニットと撮影したデータを収録・
良否判定を行う処理ユニット及び判定結果の閲覧と本システムの起動遠隔操作を行う閲覧ユニットの 3 つのユニットで構成している。クレーン本体
は走行移動するため、処理ユニットと閲覧ユニット間は無線伝送を行う。
（図-1）

２．開発の目的クレーン等安全規則及び日本工業規格（JIS）並図-1 システム構成
びに日本クレーン協会などでワイヤーロープの保守・点検基準が定められており、特に作業開始前の （1）撮影ユニット
日常点検におけるワイヤーロープの外観目視点検
4 台のエリアセンサーカメラとリング照明を撮
はクレーン使用者が実施すべき必須項目である。 影ユニット内に収め、そこにワイヤーロープを通
この目視点検を自動化させ、ワイヤーロープ全周 過させ撮影する。ワイヤーロープは巻き上げ限かに亘り精度の良い検査を行うことで始業前点検の ら計測（撮影）を開始し、巻き下げ限まで連続的に一端を担い安全性の向上を図ることを目的とする。 撮影する。センサーの仕様は、BASLER 社製エリアスキャンカメラ acA720-290gc① 画素数：横 720Pix 縦 540Pix
３．外観検査システムの特徴② 水平/垂直ピクセル：6.9 ㎛×6.9 ㎛
3.1 システムの概要③ フレームレート：291fps
本システムは、ワイヤーロープ全周の表面の傷④ モノクロ/カラー：Color
や素線のほつれ等を連続的に外観検査できる装置 また、撮影の補助としてマルチポジションリング
である。検知部はエリアセンサーカメラ 4 台を使 照明を配し被対象物を照射する。
用して 4 方向からワイヤーロープ巻下げ中に全周
ユニットは、クレーンの固定シーブにアタッチに亘り検出可能とし、良否判定は、教師データを機 メントでワイヤーロープを挟むように取付け撮像
械学習させて不良部分の AI 判定を行うものである。 データは有線で処理ユニットへ伝送する。ユニッ
一般的に現場で使用するクレーンは、導入時新 トの小型化を図るため、カメラはワイヤーロープ
品のワイヤーロープで提供されるため、ワイヤーと平行に設置し、ミラーを用いて直角に照準してロープの検査は良品の教師データを使用した判定いる。ユニットの重量は 14 ㎏である。（図-2）写真-2

閲覧ユニット４．検査・判定処理
4.1 良否判定手法
撮影画像の良否判定は、良品の教師データで学習させた AI によるアノマリー判定及びヒートマッ（2）処理ユニット
クラブトロリー上に設置した処理ユニット内メ プによる画像処理で異状があれば欠陥（良品外）
イン PC で合否判定処理及び画像をストックする。 情報として表示させ、更にその欠陥位置を特定さ
閲覧ユニットとの伝送のための Wi-Fi コンバータ せる。
ーを搭載し構内 LAN 経由でデータの無線通信を行 アノマリー判定（教師なし異常検知）とは、正常画
う。PC の仕様は、組み込み PC
像のみを用いて学習する。テストする際に、正常画像には見られない特徴が検出された場合に異常と① OS:Windows 10② プロセッサ：Intel Core i7-8700
みなす判定である。また、アノマリー判定した際に③ メモリ容量：16GB取得できるヒートマップ画像に対し二値化処理を④ GPU：RTX3080
行うことで、すり抜けを防ぎ判定精度の向上を図（写真-1）っている。二値化処理とは、濃淡のある画像をある
閾値で白と黒の 2 階調に変換する処理で、特異点の抽出に優れ、画像内で強い変化があれば検出する。（図-3）図-2 撮影ユニットの取付とユニット内部イメージ

写真-1

メイン PC（左）とユニット設置状況（右）（3）閲覧ユニット
処理ユニットでの良否判定結果を表示させる。
また、検査の開始、終了の遠隔操作はこのユニットで行う。過去の履歴閲覧も処理ユニットへアクセ
スして表示させる。PC の仕様は、MINISFORUM 社
製ファンレス小型 PCN40-4/64-W10Pro① OS：Windows 10② プロセッサ：Intel Celeron N4020③ メモリ容量：4GB（写真-2）

図-3

良否判定処理フロー

4.2 判定結果
撮影画像は、横 720Pix、縦 540Pix の元画像に対して画像中心の最も明るい部分の横 720Pix、縦2Pix の撮影をする。撮影回数は、クレーンワイヤ
ー巻き下げ定格速度が 13m/min（0.217m/秒）に対し、150μm レンズを使用して 2Pix で 0.3 ㎜となる
ため、723fps の速度で撮影して連続的にしている。
判定結果は、異状箇所の画像表示と異状距離の表示を行う。異状距離はﾚｰｻﾞｰ距離計による距離計測
で、計測開始位置を 0 点とした距離を表す。基本
的には異状判定は無い前提なので判定出力結果はブランク表示となる。

4.3 リモートアクセス機能
本システム開発メーカーの遠隔保守と本社での管理を行うため TeamViewer を用いたリモートア
クセス機能を設けた。閲覧ユニット経由で、処理ユ
ニットへアクセスし軽微なソフト修正や収録したデータの閲覧が遠隔地より可能となる。
５．現場導入運用
5.1 クレーン仕様
シールド現場の防音ハウスに架設された天井走行クレーンに設置し、試験運用した。クレーンの仕様は、① 定格荷重：10ｔ② 揚程：地上 5.7m 地下 19.4m 合計 25.1m③ 巻上速度：13m/min(0.217m/s)④ ワイヤーロープ：IWRC 6×Fi（29）B 種 φ205.2 導入設置
各ユニットの設置後ワイヤーロープの画像撮影を行い、撮影された画像を目視で良否判定をし、良品のみの機械学習を行い学習済みデータとした。
次に再度ワイヤーロープを撮影し、検査判定を行
写真-4 ヒートマップ画像と二値化処理
い本システムが正しく作動するかの確認を行った。
アノマリー判定では、画像全体に対するスコアが出力され、そのスコアを用いて良否判定を行うの5.3 試験運用
作業所において、毎日始業前に最上点から立坑で、サンプル画像より閾値を決め判定処理を行った。その結果同じスコア値で良品と良品外が混在 下最下点までのワイヤー点検を本システムで運用した。運用していく中で、数件の不具合の発生と改するような判定に揺らぎが生じた。
（写真-3）
これは、アノマリー判定では特異点が小さいため 善点が判明した。
スコア値が低くなる傾向であると考え画像処理を （1）4 台のカメラのうち特定の 1 台のみ異常判定
追加することとした。取得した画像をヒートマッ が頻発
1 つのカメラだけ、ワイヤー全長に亘り異状判定
プ画像として二値化処理を行い、スコアにはほとんど変化が見られなくとも画像内で強い変化があ が表示された。異状判定画像には、ワイヤーが画像れば検出させる二重の良否判定とした。（写真-4） フレームの中心から両端部にずれた位置で表示された画像も含まれおり、そのため良品外判定となった。原因は、異状を示しているカメラの角度を直角に変更する光学用ミラーの表裏が逆になっており、裏面鏡に堆積した粉塵とガラス厚との関係より乱反射を発生させたためと思われる。また、フレーム中心からのズレは、ワイヤー領域（明）と背景色（暗）との境界が不明瞭となり境界判定が困難になり当該カメラだけ異状判定を頻発したようである。そこで二値化の色調の閾値の調整を行い対処した。
（2）4 台のカメラのうち 3 台の異状判定が頻発
3 台のカメラが、ワイヤー全長に亘り異状判定が表示された。判定画像を吟味すると、画像フレーム
写真-3 本システム設置直後のアノマリー判定結果
端部にワイヤー映像以外の明るい筋が連続して存在しており、そのため良品外判定となった。筋状のものの明確な原因は判明しないが、対策として、ワイヤー領域以外のヒートマップ異状を除外する処
理をソフト上で改良し、撮影ユニットの清掃・点検

をした。
（3）ワイヤー異状判定位置の確認方法
当初本システムでは閲覧ユニットでの検査・判
定結果画面には、異状判定された画像に対して撮影フレーム数から算出されたワイヤー長を表示させた。（写真-5）
しかし、ワイヤーの測長は検査・判定動作中のみしか行えず、異状判定された箇所を検査完了後に目視確認することができないため、実測で異状位置を確定する必要が生じた。そこで、別途レーザ
ー距離計を増設して対応した。ワイヤー点検時に連動してレーザー測距を行い、異状判定した際は、異状位置をレーザー距離計よりデータ取得して位置表示するように変更した。これにより本システムで検査・判定後に任意の位置への測距が再現可能となった。また、検査・判定結果画面の上部欄の 4 台のカメラの表示グラフは異状判定位置を可視化させる目的であるため、フレーム数からの距離表示のままとしている。
レーザー距離計の主な仕様は、① 型式：HOKUYO PGL-050W3② 電源電圧：12～30VDC③ 光源：赤色レーザー（650nm）クラス 2④ 検出距離：0.05～50m（反射板無し）

写真-5

異状判定表示5.4 運用解析
本システムは、2022 年 6 月から試験運用を開始した。初期の不具合等の改善、改良を施し規格外
データ発生が収束して以降、ある一定数量（サンプル数 140）の異状データの解析を行った。その
結果軽微なゴミに対する異状が判定され、異状位置の繰り返しの判定もできており判定の信頼性が概ねあることが確認できた。ただし、画像では確認できない異状判定も散発的に存在し、良否判定の正確度を更に向上させることが課題として残る。（表-1）表-1

異状位置の散布図

６.今後の課題と展開
試験運用を経て本システムの顕在化した課題が主に 5 項目程判明した。
① 収録データの上書き保存
検査・判定結果は、処理ユニットでデー
タ収録されるが、PC のメモリ容量を超える場合は上書き保存されるため、長期の現場では適宜メモリ残量を確認する必要がある。
② クレーンワイヤーのロープ径違いの場合
本システムはロープ径 φ20 ㎜に対応しているため、径が異なるクレーンの場合は、
AI の追加学習をする必要がある。
③ ワイヤードラムから本システム間の検査試験運用中にワイヤードラム巻取り部でワイヤーの素線切れが判明しワイヤー交換をしたのだが、ワイヤードラムから本シス
テム間は物理的に検査できないので適切な目視点検は欠かすことはできない。
④ 撮影ユニットの小型化
基本的な構造は、今回の試験運用で満足できたが、更なる小型化、軽量化を図っていく。
⑤ レーザー距離計の本システムへの一体化
撮影ユニットにレーザー距離計を収納一体化が理想的であるが、クレーンフックに
レーザー光を照射させる機構のため、フック形状により都度対応できるか検討が必要である。
等が今後検討や改良を進める主要な課題として挙げられる。
本システムはクレーン製造会社により形状や配置が種々ある中、固定シーブを利用し、取付けア
タッチメントで対応すればあらゆるクレーンワイ
ヤーの全周囲の外観検査が可能となる特徴を有するものである。運用実績を積めばいずれは長大なワイヤーを有するタワークレーンへの利用も視野に入れている。
クレーン作業はあらゆる工種で必要不可欠な毎日使用する作業である。始業前に 1 回のワイヤー
巻上げ下げを行うことで目視では 1 方向となるワイヤーの全周囲の検査が精度良く短時間で可能となり安全性の向上に貢献できるものである。引き続き判定精度の正確度を高めることを含め本格運用に向け改善を進めていく所存である。
参考資料
1）令和 3 年におけるクレーン等の災害発生状況
働省労働基準局安全衛生部安全課

厚生労32．クレーン敷板への偏心設置と降伏強度の関係に関する基礎的検討(独)労働者健康安全機構 労働安全衛生総合研究所 ○ 堀
智仁(独)労働者健康安全機構 労働安全衛生総合研究所
玉手聡(株)タダノ田中 直斗

１．はじめに
移動式クレーンは，重量物の吊り上げや移動，組み立て作業などに使用され，建築および建設の現場において欠かせない機械の一つである。一方で，支持地盤の沈下に起因するクレーンの転倒災害が後を絶たない。移動式クレーンを安全に設置するためには，クレーンに搭載されている敷板を使用
して地盤に作用する接地圧を十分に低減させる必要がある。しかしながら，移動式クレーンの使用状
況を確認すると，敷板の中央にアウトリガーが設置されていない状況も多く見受けられる。そこで本研究では，敷板に対してアウトリガーを偏心設置した場合の降伏強度の低下を評価するため，模型実験と実大実験を行い検討した。

図-2 に模型実験の概要を示す。試験装置は精密万能試験機（島津製作所）を使用した。載荷ロッド
は現場地耐力試験（以下，BCT という）の載荷板（φ=300mm）を想定し，その 1/20 スケールである
φ=15mm で作製した。BCT の概要については後述する。
図に示す通り，ロードセルと接触型の変位計を設置して，荷重と沈下量の関係を計測した。載荷位置については図-1 に示す通り，敷板の中央および偏心量を変化させた 4 箇所（偏心 A〜偏心 D）の合計 5 箇所に載荷した。荷重は変位制御で与え，載荷速度は 1mm/min とした。
模型地盤は関東地方に広く分布する関東ロームを締め固めて作製した。地盤の作製方法について
は，最適含水比 wopt（=102%）に調整した試料を締
２．実験の概要
め固め後の層厚が 1 層あたり 50mm となるよう試
2.1 模型実験
験容器（360×360×210mm）に投入し，3 層に分け
つり上げ荷重 250kN クラスの移動式クレーンに て締め固めた。締固め圧力σについては，強度の異搭載されている敷板（850×804×20mm，材質：ア なる 2 種類の地盤を作製するため， σ=20kPa とルミ合金）の 1/20 スケールのモデル（42×40×1mm， 100kPa とした。本研究では，それぞれのσで作製し
材質：アルミ）を作製した。図-1 に作製した敷板 た地盤を「軟弱地盤」および「硬質地盤」と定義しモデルを示す。
た。

図-1

敷板モデル

図-2

模型実験の概要

表-1

平板載荷試験（PLT）と現場地耐力試験（BCT）の比較
平板載荷試験（PLT）
現場地耐力試験（BCT）
JGS 1521-2012

載荷板

直径 300mm の円形

直径 300mm の円盤

荷重制御

変位制御

（計画最大荷重を 5 から 8 段階で載荷）（5mm/min）

実荷重またはアンカー

実荷重（建設機械）

基準ばりから載荷板上の沈下 4 点を計測

載荷ジャッキの伸張量から建設機械の浮き

載荷方法
反力装置
沈下量の計測上がり量を補正して計算
所要時間（1 箇所）

図-3

2.5 時間〜4 時間

現場地耐力試験（BCT）の概要

2.2 実大実験(1) 実験の概要
実大実験は 2 つの現場で実施した。
「現場 1」は，ヤード内にて関東ロームを厚さ 0.6m となるよう造成した。造成方法は 1 層あたりの厚さ 0.2m となる
ようロームを堆積させた後，排土板付きの小型ドラグ・ショベルで均等に敷き均し，クローラーで転圧した。現場 1 は人工的に作製した地盤であるのに対して，「現場 2」はシルト質（MH：高液性限界）の自然地盤である。
実大実験では，敷板上の 3 箇所で BCT 試験を行った。載荷位置は敷板の中央，敷板の側部（偏心 B）
および角部（偏心 D）である。
(2) 現場地耐力試験(BCT)の概要
地盤の支持力を直接的に調査する方法として平板載荷試験（以下，PLT という）があるが，1 箇所の計測に 5〜8 時間要するため，機械の安定を確認

約 20 分

図-4

平板載荷試験（PLT）の概要

する方法としてあまり利用されていない。そのため，本研究では，平板載荷試験と同様にドラグ・ショベル等の重機を反力にした試験であり，短時間に支持力調査が可能な現場地耐力試験（BCT）による計測を推奨している。表-1 に PLT と BCT の比較を示し，図-3 に BCT の概要，図-4 に PLT 試験の概要を示す。BCT は，PLT と基本的に同じである
が，荷重の載荷方法が変位制御である点が異なる。
PLT は計画最大荷重を 5〜8 段階に分割して段階的に荷重を載荷するのに対して，BCT は載荷速度を一定として荷重を載荷する。それによって PLT で1 箇所の計測に 5〜8 時間要していたものが，BCTでは変位速度を 5mm/min とした場合，試験時間が約 20 分程度に短縮可能である。地盤調査に要する時間には，載荷時間だけでなく，試験の準備時間も含まれる。図-4 に示した PLT 試験では，建設機械の下部走行体と地面の間の狭い場所に載荷板をセットしており，油圧ジャッキなどの載荷装置と荷(a) 軟弱地盤（σ =20kPa）(a) 現場１（ローム地盤）(b) 硬質地盤（σ =100kPa）(b) 現場 2（シルト地盤）

図-5

図-6

実験結果（硬質地盤）実験結果（実大実験）

重計が載荷板の上に設置されている。また，基準梁 を示す。載荷圧力 q と沈下量 s の関係を比較する
が 2 列に配置され，4 個の変位計が取り付けられ と敷板の中央に載荷した結果が最も高い。次いで，ている。このように，PLT では狭小な空間で様々な 偏心 A と偏心 C が同程度となっており，敷板の端準備を行う必要があり，その作業には 1 時間程度 部と角部に載荷した偏心 B および偏心 D が最も qを要する。それに比べて，BCT では，機械の前後 s 関係が小さいことが確認できる。参考のため載荷に機体の浮き上がりを計測する変位計を設置して， ロッド単体で載荷した模型地盤の支持力の結果もジャッキのストローク量から沈下量を簡易換算し 示しているが，その値に比べると，敷板を使用したて求めている。これによって，準備に必要な時間を 条件の q-s 関係は大幅に増加しており，敷板を使用することによって地盤の支持力は大幅に向上する
10 分程度に大幅に短縮可能となる。
上記に加え，BCT は載荷圧力 q と沈下量 s を連 ことがわかる。図-5（b）に硬質地盤の結果を示す。
続的に取得することが可能であり，q-s 関係の弾性 硬質地盤においても，敷板の中央に載荷した条件域や曲線の屈曲の程度などを詳細に把握すること が最も高く，次いで，偏心 A に載荷した条件が，が可能である。なお，これまでの研究から PLT と 偏心 C に載荷した条件に比べ若干高くなっている
BCT の結果は，ほぼ一致することが確認されてい が，それ以外は軟弱地盤と同じ傾向を示している。
る 1)。
3.2 実大実験
３．実験結果図-6 に実大実験の結果を示す。ローム地盤の結3.1 模型実験
果を示した図-6（a）では，q-s 関係は敷板の中央に
図-5（a）に軟弱地盤を模擬した地盤の試験結果 載荷した結果が最も高く，次いで，敷板の端部（偏表-2載荷条件(模型実験)

偏心量

偏心量

偏心度

eb (mm)ed (mm)

Re

中央

0.0

0.0

0.00

偏心 A

0.0

7.5

0.38

偏心 B

0.0

12.5

0.63

偏心 C

7.5

7.5

0.52

偏心 D

13.5

12.5

0.90

載荷位置

心 B）での載荷，角部（偏心 D）での載荷の順となっている。これは模型実験の結果とほぼ同じ傾向である。比較のため，敷板を敷設しない条件（ローム地盤）の支持力も合わせて示しているが，敷板の使用により地盤の支持力が向上していることが確認できる。なお，敷板を使用した条件の q-s 関係に
ノイズのようなものが確認できる。これは，地盤の地表面にわずかな凹凸が存在したため，その影響によるものと考えられる。シルト地盤の結果を示した図-6（b）では，偏心 B の q-s 関係の傾きが大きくなっているが，これは地盤のバラツキによるものと考えられる。それ以外は，ローム地盤と同等の結果となっている。
3.3 アウトリガー偏心設置の検討
アウトリガーを敷板の中央から偏心設置した際の強度低下（支持力低下）について検討する。
本研究では，評価指標として降伏強度比 Rqy と偏心度 Re を定義した。Rqy とは，q-s 関係の弾性域の最大載荷圧力 q を降伏強度 qy と定義し，各載荷条件での qy を中央載荷条件での qy で除した値である。すなわち Rqy は，中央載荷条件に対する支持力の低下の程度を表す指標である。一方，偏心度 Reとは，図-1 に示すように敷板中央からの偏心量 eb
および ed から式(1)により算出される値である。すなわち Re は，敷板中心からの偏心の度合いを示す指標である。表-2 に模型実験における偏心量および偏心度 Re を示す。
(1)
図-7 に Re と Rqy の関係を示す。図より Rqy は Reの増加とともに低下しており，地盤の強度および模型地盤と実大実験の違いに関わらず結果はほぼ一致している。特に角部（偏心 D）に載荷した場合（Re=0.9）では Rqy の値は 0.43〜0.54 であり，中央載荷に比べ半減していることがわかる。また，偏心A（Re=0.37）や偏心 C（Re=0.52）でも，Rqy の値はそれぞれ 0.80〜0.86 と 0.63〜0.73 であるため，ア

図-7

偏心度 Re と降伏強度比 Rqy の関係

ウトリガーを敷板の中央からわずかに偏心して設置した場合でも中央に設置した場合に比べ 2〜3 割低下することがわかった。
４．まとめ
アウトリガーを敷板に偏心設置した場合の降伏強度比について模型実験および実大実験を実施して調べた。その結果，降伏強度比 Rqy と偏心度 Reの関係は，Re の増加に伴って Rqy が低下することが確認された。すなわち，アウトリガーを敷板の中央から偏心させることによって，本来得られるべき，地盤の支持力が低下することがわかった。また，
Rqy と Re の関係は，地盤の強度の違いや模型実験と実大実験のスケールの違いに関わらず，結果はほぼ一致することが明らかになった。
アウトリガーを敷板の中央からわずかに偏心して設置した偏心 A（Re=0.37）でも，本来の支持力に比べ約 2 割程度低下することが確認された。以上の結果から，移動式クレーンの転倒防止対策として，アウトリガーを敷板の中心に設置することは非常に重要であると考えられる。
謝辞
実大実験を実施するにあたり株式会社東洋スタ
ビの田村繁雄顧問および若原千恵氏に協力いただ
いた。末筆ながら謝意を表します。
参考文献
1) 玉手聡・堀智仁：作業現場における地耐力確認の方法，
労働安全衛生総合研究所技術資料，JNIOSH-TD-NO.3，
pp.39～62, 2015

33．少子高齢社会、担い手不足等を背景とする
ヒューマンエラーの防止に関する一考察～河川機械設備を事例に～

国土交通省大臣官房参事官（イノベーション）グループ施工企画室○ 渡邉 賢一

１．はじめに河川ポンプ・ゲート設備等の河川機械設備は、整
備後 50 年以上経過した施設が今後急増する。河
川機械設備は、複数の装置が連動して機能を発揮するプラント設備であり、かつ、出水等の際にその設置目的に応じた機能を確実に発揮することが求められている。
一方、我が国の少子高齢化の現状などから、河川機械設備に関わる官民の機械技術者や操作員の確保が今後一層厳しくなることや、これらに起因するヒューマンエラーの発生も高まることが容易に想定される。
そこで、国土交通省が管理する河川機械設備を事例として、故障事例等から着想を得て一般化したヒューマンエラー発生のシナリオに基づき、安全工学の観点等から、因子や原因を分析し、ヒューマンエラー防止のための対策等を論じる。分析に当たっては、施策効果分析の観点も含めるものとし、ロジックモデル等も活用するものとする。

ここで、本答申では、担い手（機械技術者・操作員）不足の深刻化が指摘され、機械設備の機能を維持するためには、専門知識を持つ技術者等による年点検の実施、さらにその結果に基づく診断での判断を踏まえた適切な修繕等が必要である点は指摘されており、また、今後の担い手不足に備え、地方公共団体や企業に対する技術者育成や技術力の維持向上、新技術導入のための取組、故障・誤操作
事例の蓄積・管理・分析（データベースの整備）も示されている。

２．河川機械設備の現状と今後のあり方
2021 年２月に国土交通大臣から社会資本整備審
議会長に「河川機械設備のあり方」について諮問が図-1 河川機械設備に従事する技術者の年齢構成1)
なされ、「社会資本整備審議会 河川分科会 河川機
しかし、言及されているものは中長期的な取り械設備小委員会」が 2021 年３月に設置され、計８回の小委員会を経て、2022 年７月に河川機械設備 組みであり、短期間に、かつ直接的に現れる担いのあり方について基本的な考え方を示し、答申を 手不足や高齢化の影響やその対策等については、とりまとめた。1)
必ずしも具体的に言及されていない。このため、本答申では、大更新時代を迎える河川機械設備 本稿では、影響が直接的に現れ、かつ、計測可能の整備・更新において、確実な施設機能の確保によ な事象で、安全工学等の分野で先行研究が豊富な
り持続的な安全・安心と危機対応力の向上を目指 ヒューマンエラーに着目し、河川機械設備においすために、「システム全体の信頼性の確保」、「担い て発生する構造や原因、対策・施策を考察する。
手不足等に対応した遠隔化・自動化・集中管理への移行」、「技術力の維持向上」の３つの視点から、今 ３．既往研究レビュー ～ヒューマンエラー～
後の河川機械設備のあり方について提言がなされ、 小松原 2)はヒューマンエラーを「不適切行為」と
国土交通省は、この提言に基づき、河川機械設備に 幅広く捉えて対策を講じることを説いている。
係る施策を推進している。
-1-

不適切行為（広い意味でのヒューマンエラー）「できない相談」
偶発的接触
人間の能力を超える行為●身体寸法や動作能力
●生理特性
●心理特性
意図しないヒューマンエラー
錯誤
●取り違い
●思い込み
●ミステイク
失念●作業の主要部分の直前の失念●作業の主要部分の直後の失念●未来記憶の失念

個人の起こすエラー

作業に必要な知識や技量の不足
知識不足
技量不足
違反
初心者の起こす違反
ベテランの起こす違反

図-3

図-2

m-SHELモデルと分析手法3)

ヒューマンエラー防止のためには、当事者である人間を取り巻く全ての要素を含めて考えていく「ヒューマンファクター」の考え方があり、F.H.Hawkins の SHEL モデルや、図-2 に示す東京電
力ヒューマンファクター研究室の m-SHEL モデル
3)などがある。
m-SHEL モデルの中心の L は作業者本人（lifeware）を表し、周囲の S、H、E、L、m は以下に示す。
S：ソフトウェア（software）。作業手順や作業指示の内容。それが書いてある手順書や作業指示書。作業指示の出し方、教育訓練の方式など、ソフトウェアにかかわる要素。
H：ハードウェア（hardware）。作業に使われる道具、危機、設備などハード的な要素。
E：環境（enviornment）。照明や騒音、温度や湿度、作業空間の広さなど、作業環境にかかわる要素。
L：周りの人たち（liveware）。その人に指示、命令をする上司や、作業を一緒に行う同僚など、人的な要素。
m：マネジメント（management）。現場を管理する権限のある人。

チームの意思不疎通コミュニケーションエラー
人間関係

チームのエラー

組織の不適切行為
トップの識見
安全文化

組織のエラー

人間特性からみたヒューマンエラーの分類2)

また、小松原は人間特性から見たヒューマンエ
ラーの種類を図-3 のように分類している。
小松原は、ヒューマンエラーの背後要因（行動形成因子）のうち、代表的な要因を以下のように整理している。
① 体調、気分、意欲、心配ごとなど、その人自身の内的要因② 作業環境、作業条件などの外的要因③ 作業時刻、残余時間などの時間要因
そして、対策を検討する際には、事故（故障）やヒヤリハットの分析は不可欠であり、事象の連鎖（event chain）や背景にある要因（因果の連鎖）を丹念に潰していくことが重要であると指摘している。RCA（Route Cause Analysis、根本原因分析）のため連関図を用いた分析などを、分析の目的に応じて実施するとともに、事故の再発防止のみならず、未然防止の重要性についても言及している。
４．リサーチクエスチョンと手法
本稿のリサーチクエスチョンを定義すると、「河
川機械設備を事例に、少子高齢社会、担い手不足に起因するヒューマンエラーを防ぐためにとるべき対策、施策とは何か」である。
研究手法として、想定される河川ゲート設備と河川ポンプ設備の故障に基づく発生シナリオから、技術者のヒューマンエラーについてケーススタデ
ィを実施し、ヒューマンエラーに起因する因子抽出を行う。また、少子高齢化の影響に着目したヒューマンエラー防止のための対策等を考察する。

-2-

4.1 ケーススタディ
4.2 因子分析
河川ゲート設備が、洪水操作時に異物を噛み込
２つのケーススタディからまとめた、因子分析
み、全閉操作不能という状況を考えて、事象の連は表-1 のとおりである。少子高齢化の影響がある
鎖（event chain）や背景にある要因（因果の連鎖） と考えられる因子には下線を引いている。
を図-4 に示す。なお、あくまで想定であり、起こＬ（本人）について、少子高齢化の影響から、操りうる事象であることを申し添える。
（以下、同様。） 作員に高齢者が多くなることは容易に想像される
このケーススタディでは、河川ゲート設備の操とともに、人員の確保が適わず、未習熟者を現場
作は機側操作を想定しており、出水対応時の作業に実戦投入することも考えられる。
環境の厳しさが特徴として現れている。
Ｓ（ソフトウェア）やＨ（ハードウェア）につい
次に、排水ポンプ設備が、出水対応後の年点検・ ても、手順書や複雑な操作手順、表示されているサ
月点検の管理運転時に、異音、異常振動を検知し、 イン・マークの不明瞭、誤認などは、慣れた作業だ
操作不能となる状況を考えて、同じく事象の連鎖 としても、高齢の操作員に「錯誤」や「失念」を生（event chain）や背景にある要因（因果の連鎖）を む可能性があると考える。
図-5 に示す。
Ｅ（環境）については、出水対応の非常用設備とこのケーススタディでは、河川ゲート設備のそ して夜間や長期間、臨機の対応を求められる「人間れと異なり、複数人での点検等を想定しており、監 の能力の限界を超える」状況を誘引し、かつ、高齢督員を要素として考慮している。このため、監督員 者には身体的に辛く、若年層には他の業種に比べの技術、技能、経験も現場でのエラーを発生させる 危険作業を伴うため、担い手不足を招き、「作業に要因として考えている点が特徴である。
必要な知識や技量の不足」を誘引すると考える。
両者に共通する背景にある要因として、長時間
最後に、Ｌ（周囲の人たち）やｍ（マネジメントの出水対応なども考えており、これは非常用設備 ）について、マネジメントも操作員も担い手不足にとしての特徴が現れていると考える。
陥ると、マネジメント不在もしくは不足の状況も招き、さらに「組織の不適切行為」にもつながる恐れがある。

図-4 河川ゲート設備のケーススタディ
図-5 河川ポンプ設備のケーススタディ
表-1 ケーススタディに基づく因子分析
L（本人）

S（ソフトウェア）

H（ハードウェア）

E（環境）L（周りの人たち）

M（マネジメント）①高齢者（70代）②操作経験がすくない、不慣れ③ベテランで経験豊富④性格（忘れやす
い、焦りやすい、
面倒くさがりな
ど）⑤体調不良⑥疲労・ストレス・心配事・不安・不満がある①手順書の不備（不明瞭、古い、
未更新、欠損、そもそも口伝など）②手順書にて想定していない（記載していない）事象③手順書の取り違え（違う設備）④複雑な操作手順⑤設備に表示されているサイン・
マークが不明瞭、誤認しやすい

①計器類の異常②計器類の老朽化③電源系統の異常（停電、断線など）④設備の整備不良⑤操作対象設備が多く、複雑な操作
手順①荒天（雨天、落
雷、暴風）の中での屋外作業②降雨・出水状況の変化③限られた時間④夜、暗い中⑤退避すべき危険な状況（孤立の恐れなど）⑥大規模出水（ゴミ等の異物が多い）①周りに人がいない（一人で操作）②指示・警告・注意等を伝えられな
い、もしくは伝えにくい③指示・警告・注意等が不適切（タイミング、量）④引き継ぎがない、もしくは不適切⑤操作講習会等知識獲得の場がない、もしくは不適切①あいまいな指示（国交省職員、操作委託している自治体
職員、受注者の現場代理人など）②指示・警告・注意等が不適切（タイミング、量）③マネジメントの知
識、経験の不足④マネジメントの不在、現場任せ
⑤設備数に対して、操作員が足りない※ 下線部は少子高齢化の影響があると考える因子-3-

最後に、本稿が、河川機械設備に関わる技術者・技能者、企業、そして政策立案者にとって有益な知見を提供し、特に、レジリエントな制度・体制の整備等に寄与し、もって気候変動に伴う水害の激甚化・頻発化や、少子高齢化に伴う担い手不足が深刻化する現在の社会情勢下においても、河川
機械設備が出水等の際にその設置目的に応じた機能を確実に発揮し、国土の保全、国民の生命・財産を守り、安全・安心な暮らしが実現できれば、著者にとって幸甚である。

５．対策としての施策
４．にて分析した結果明らかになった課題について、ロジックモデルを用いて、具体の施策とその効果について、表-2 にて示す。
アクティビティ、アウトプットは概ね「答申」
にて示された方向と合致するが、「マネジメントと現場とのよりよい相互理解」という概念を新たに示すことができ、マネジメントに関わる活動の必要性、文化の醸成、また、操作員など実現場で作業を行う者の心理的安全性の確保が重要であるという知見を得られた。
６．おわりに
本稿では、河川機械設備を事例に、少子高齢社
会、担い手不足等を背景としてその発生確率が大きくなると考えられるヒューマンエラーを取り上げ、ケーススタディを行い、因子抽出を行った。
また、今後のヒューマンエラー防止の対策・施策の一助となる考察を行い、まとめとして、表-2 のロジックモデルを作成・提案した。
これにより、答申を補完するのみならず、答申においては必ずしも明確には言及されていない、
マネジメントの重要性についても示された。
ただし、これら具体的な体制整備、人材育成、
そして安全文化のあり方、その醸成方法は、本稿では明らかにされてはいない。
さらに、「ヒューマンエラー」を減らす「SafetyⅠ」のアプローチで本稿は論じたが、近年の安全工学では「レジリエンスエンジニアリング」や「Safety-Ⅱ」という概念も提唱 4) 5)されている。これら概念を用いて河川機械設備を社会技術システ
ムとして捉え、そのレジリエンスポテンシャルを向上させるアプローチも、今後有益となることが想定される。

７．謝辞
本稿執筆に当たり、国立研究開発法人土木研究
所先端技術チーム主任研究員 茂木正晴 氏、国土交通省大臣官房参事官（イノベーション）グルー
プ施工企画室課長補佐の工藤大輔 氏には多くのご助言をいただいた。ここに感謝申し上げる。
参考文献
1) 社会資本整備審議会：河川機械設備のあり方について（答申）, 国土交通省, 2022年
2) 小松原明哲：ヒューマンエラー第3版, 丸善出版, 2019年
3) 東京電力経営技術戦略研究所経営戦略調査室ヒューマ
ンファクターグループ：災害等の分析手法（SAFER）,
東京電力ホームページ(https://www.tepco.co.jp/technology/research/resilience/safer.html), 2023年8月25日閲覧
4) E.Hollnagel 著, 北村正晴・小松原明哲監訳：Safety-I ＆
Safety-II 安 全 マ ネ ジ メ ン ト の 過 去 と 未 来 , 海 文 堂 ,2015年5) E.Hollnagel 著, 北村正晴・小松原明哲監訳：Safety -IIの実践 レジリエンスポテンシャルを強化する, 海文堂,
2019年

表-2 施策効果把握のためのロジックモデル

インプット
・河川事業費・熟練操作員等の暗黙知（知見・経験）
・他分野技術（ＩＣＴ、ロボティクス、
データ分析技術など）
・新規参入人材

アクティビティ

アウトプット・システム標準化や部品点数、操作対象の削減する設計
・河川機械設備の操作・監視の自動化・遠隔化技術開発（省人化）
・暗黙知の収集と明示知化（データ化）
・「診断」に通じるデータ分析手法の開発・ノンテクニカルスキ
ルを醸成する手法の導入（CRM）

・自動化・遠隔化された河川機械設備の普及・暗黙知データベース
並びにそれを活用したシステム（ＢＩなど）の構築
・システムを使いこなし「診断」ができる人材
の育成

アウトカム
【短期】
①操作員の作業環境改善②操作員の苦渋作業もしくは煩雑な作業からの解放③マネジメントと現場とのよりよい相互理解、目的・
目標の共有

・必要最小限で効率化された（リーンな）マネ
ジメント

-4-

【中・長期】
・左記①～③が持続→これらにより心理的安全性を確保できる文化を醸成④暗黙知の効率的な引き継ぎ、もしくは、外部媒体への保管・継承（歴史的背景を踏まえ、世代間でのナラティブな対話、相互理
解の促進）

インパクト
・災害関連死の減少
・水災害による経済損失の軽減
・安定的な都市・地方生活基盤整備への貢献
・経済成長への寄与（安定的な河川機械
設備市場の形成）
・新たな知見や技術開発へ
の貢献

34．排水機場ポンプ設備における AI による状態監視診断について（国研）土木研究所（国研）土木研究所（株）ニュージェック

１．はじめに河川に設置されている排水機場ポンプ設備は、
洪水被害防止を目的に設置された極めて重要な社
会基盤設備であり、豪雨や異常出水時には確実に稼働することが要求される。そのため設備の万全な整備が不可欠であるが、設置後 40～50 年経過した設備も増加傾向にあり、老朽化の進行による故障頻度上昇の懸念や管理担当者の高齢化や若手技術者不足による熟練技術者の減少、更にゲリラ豪
雨増加による排水機場ポンプ設備の稼動頻度の増大が予想される中、災害防止を使命とする排水機
場ポンプ設備等土木機械設備の「確実な稼動」は、絶対条件であり、これを国民の生命と財産を守るため将来に渡り担保し続ける必要がある。
そこで、故障の早期発見と確実な異常検知、健全性の診断や長寿命化に向けての取組は必要不可欠である。土木研究所では効率的で的確な設備の維持管理を行うため、これまでに常用設備で導入されている「状態監視保全」を「非常用設備」である排水機場ポンプ設備の維持管理において導入するための研究を進めてきた 1)。これまでの取組
では、適切な状態監視保全を行うため、設備の月・年点検時に行う短時間運転でのスポットデー
タを可搬型の計測装置で計測して診断を行う傾向
管理が主流であった。しかし、平時では管理運転時であっても水量不足で吐出弁の開度を絞り、定格運転に達しない場合や運転時間が確保できない
ケースもあるため、診断精度に課題の残る状況であった。今回の取組では、設備の定格運転時の正確な状態を把握するため、排水機場ポンプ設備に常設センサを設置し、実排水運転時の定格運転データを自動取得することで、設備の状態を時系列データで監視できる「状態監視モニタリングシス
テム」を構築し、更に、取得した実排水運転時の膨大な時系列データを元に、機械学習等の AI により異常を検知することで、熟練点検者によらずとも一定レベルでの診断が可能となる「AI 異常
検知システム」を試作したので報告する 2)。対象となる排水機場ポンプの概要図を図-1 に示す。

図-1

○ 平地 一典
上野 仁土
八木 悟

排水機場概要図

２．状態監視モニタリングシステム
従来の状態監視保全では、設備の点検時に合わせて専門技術者が、振動であれば可搬型の加速度センサ等を用いて計測を行い、更に精密な診断をするには取得した波形データを別途、周波数解析
することによって、異常の有無を判断するなど専門技術者による診断が不可欠であり、時間や手間がかかる状況になっている。
そこで、排水機場ポンプ設備の異常検知に適したセンサの検討を行い、テストベットとして全国 5か所の排水機場ポンプ設備に状態監視モニタリン
グシステムを常設することで、管理運転及び実稼
働運転すべての稼働データを連続した時系列デー
タとして計測することが可能となった。状態監視
モニタリングシステムの設置事例を図-2、センサ一覧を表-2 に示す。表-3 には紙面の都合上テスト
ベットのうち 2 機場でのセンサ設置状況を示す。
状態監視モニタリングシステムは、排水機場の現地計測装置として、センサ類の計測データは計
装盤（ロガー）を介して、1 分間ごとに TDMS ファイル形式で PC に保存している。従来の計測ではセンサ 1 つの計測データを 1 つの CSV ファイルに保存しており、センサの数が増えることで、データ整理が煩雑になっていた。計測器制御のプログラムである labVIEW に親和性が高く、すべてのセン
サデータを 1 つのファイルにまとめることができる TDMS ファイルを用いることで、各センサ間の時間同期も比較的簡易に行えるようになった。また収録 PC には通信機能を持たせており、外部計測装置にデータを転送することができる。

-1-

表-1
センサ名

計測項目

ＡＥセンサ

DE

計測により期待される効果
弾性波発生有無と頻度による内部損傷

弾性波

排気ガス組成計
原動機

センサ一覧

の早期把握

排気ガス組成燃焼状態による機関状態の把握（CO,CO2,NOx等）

３方向加速度計 DE本体振動加速度

振動増加による設備異常兆候の把握

排気ガス温度

熱電対

燃焼状態による機関状態の把握（各気筒、過給器出入口）

回転計
オンライン
鉄粉濃度計

エンジン回転数

計測開始トリガ用

潤滑油中鉄粉濃度

内部摩耗兆候の早期把握

原動機

３方向加速度計 GT燃焼器振動加速度

GT

３方向加速度計 GT減速機振動加速度

態の把握

減速機

３方向加速度計 減速機本体振動加速度

⻭⾞、軸受異常兆候と状態の把握

ガスタービンエンジンの異常兆候と状中間軸受 ３方向加速度計 振動加速度
ＡＥセンサ
主ポンプ

軸受異常兆候と状態の把握
弾性波発生有無と頻度による内部損傷

弾性波

の早期把握

３方向加速度計 ポンプ本体振動加速度

振動増加による設備異常兆候の把握

回転計

ポンプ回転数計測開始トリガ用

圧力計

吐出圧力

主ポンプの異常兆候（軸曲がり、イン

渦電流変位計

主軸振動変位図-2

ペラ摩耗等）の発見と状態の把握

モニタリングシステム設置事例

表-3

センサ設置状況（2機場）
A排水機場

センサ名

原動機
DE

ディーゼルエンジン
2号

3号

ＡＥセンサ

-

-

排気ガス組成計○○ディーゼルエンジン
1号

2号

○

○

３方向加速度計

○

○

○

○

熱電対

○

○

○

○

回転計

-

-

○

○

-

-

○

-

オンライン
鉄粉濃度計
減速機

B排水機場

立軸斜流(中規模)

横軸斜流

３方向加速度計

○

○

-

-

中間軸受 ３方向加速度計

○

○

-

-

ＡＥセンサ

-

-

○

○

３方向加速度計

○

○

○

○

主ポンプ 回転計

○

○

○

○

圧力計

-

-

○

○

渦電流変位計○○○○

３．AI 異常検知システム
状態監視モニタリングシステムにより、収集したデータを基に自動的に排水機場ポンプ設備の異常検知が出来るAI異常検知システムを試作した。
ここで、排水機場ポンプ設備におけるAIを用いた異常検知を実施する際に問題となる主な項目を以下に示す。
・非常用設備であるため、設備の稼働に規則性がなく、いつ稼働するか不明であり、設備によっては月に一度の稼働や数か月に一度の稼働となる設備もある。
・地域により、設置場所の条件が違うため、設備の仕様が千差万別である。
・故障時の社会的影響が大きい設備であり、予防保全を徹底するため、教師データになる故障デー
タの取得が困難である。
このため、現状では点検や診断には熟練した専門技術者が不可欠であり、時間や手間がかかる状
況にある。以上を踏まえ、現在点検に従事している管理者や専門技儒者、更に今後増えると予想される経験の浅い技術者の補助となるようなAI異常検知システムの構築を目指した。試作したAI異常
検知システムでは機械学習を用いたAIモデルをシ
ステムの中に実装した。AIモデルには様々なアルゴリズムがあり、目的によって学習方法が異なる。本試作システムでは異常の種類を判別する必要があるため、RandomForestやSVM （Support
Vector Machine）など、入力データがどの分類ク
ラスに（正常、異常A、異常B…）に該当するかを示すアルゴリズムを検証した。本検討で取り扱う異常項目は、関連する装置の諸元によって、どのような周波数の異常が発生するかがある程度わかっている。その為、時系列データの分類に使用できるAIモデルの中でも、FFT（Fast Fourier
Transform）後の周波数領域のデータを扱うモデルが適切であると考え、分類モデルは比較的精度が高く、GPUなどのアクセラレーションが無くても学習、推論速度が速いRandomForestを採用した。
3.1 AI異常検知システムの試作
AI 異常検知システムは、故障を確認した際、故障の有無だけではなく、故障の程度である異常レベルも判定できるシステムとした。
国土交通省の「河川ポンプ設備点検・整備・マニ
ュアル（案）」では、健全度評価を表-5のとおり
定めている。しかし、健全度評価は、数値による基準がないため、異常レベル判定の基準は、国土
交通省「河川ポンプ状態監視ガイドライン」と国際規準であるISO振動規格を健全度評価の各段階と整合をとって、仮の閾値を定めた。そして、センサで収集したデータの値と閾値を比較すること
で、健全度評価の段階を判定することとした。異-2-

常レベル判定については、上記のとおり、ある程
度明確な定義があるため、本検討では計測データに各種フィルタやRMS値算出などの前処理を施し、ルールベースでの異常判定を行った。例として、試作システムでの各種異常を疑似的に与えた判定の事例を図-3に示す。システムによる判定
は、異常レベルの判定が確認されると、次にどこに異常が発生しているかの異常種別判定が行われる。異常種別判定の詳細は次項に示す。

図-3

図-5

異常検知システムweb画面

3.2 疑似異常データの作成
上記でも述べたとおり、故障した排水機場ポン
プ設備のデータ収集が困難なため、機械学習に使用する教師データとして正常データに疑似的な故障を付与した疑似異常データ作成した。異常デー
タ作成の1例としてA排水機場3号機の「ポンプ-主軸異常-ミスアライメント」の異常データの作成方法を示す。
「ポンプ-主軸」の正常時の時系列波形をFFT処理し、図-4に示す振幅変位周波数図を作成する。次に、ミスアライメント異常の場合に発生する振動周波数成分を振動法により式-1で計算し、その結果を図-4の振幅変位周波数図に加える。異常周波数を加えた振幅変異周波数図を図-5に示す。
この方法により作られたデータを振動法の理論的なミスアライメントの学習用の異常データとした。

ポンプ主軸

同様の考え方で作成した「緩み」、「がた」、「羽根異常」を付与した振幅変異周波数図を図-5に示す。これら疑似異常データを学習用データとしてAIモデルを学習させていくが、ここで、排水機場ポンプ設備の稼働について補足すると、大雨の時など出水の恐れがある場合に実排水を伴って稼働する本運転と、点検時など稼働水位が十分でなく、吐出弁の開度を絞るなど本運転時と違い定格運転に達しない管理運転の2つの稼働状況がある。そこで、1つのAIモデルでは精度よく判定が出来ない可能性が高いため、稼働状況を考慮し、本運転データと管理運転データの両方を用いて学習することで、実排水を伴う本運転モードと管理
運転モードの2つのAIモデルを構築した。現在のシステムでは運転モードの自動判別はできないが、今後、稼働データがどちらの運転モードか自動で特定できるよう改良する予定である。図-6に転がり軸受の異常種別判定結果事例を示し、図-7には主軸異常の異常半径結果事例を示す。それぞれ、図-3に示した異常レベル判定の際、異常種別の判定がされていた場合に例のような結果を表示す
る。

図-6
図-4

ポンプ主軸

振動変位周波数図（ﾐｽｱﾗｲﾒﾝﾄ）

振動変位周波数図（正常）Fm = n × fr
(1)
Fm :高調波（異常時発生周波数）
fr :回転数、n = 1、2、3-3-

異常種別判定結果（転がり軸受）

図-6

異常種別判定結果（主軸）

異常種別の判定は、部位ごとにまとめて表示され、予測確率の高い順に項目を並び替えて表示している。
3.2 異常種別の判定精度試作した AI 異常検知システムの異常種別判定の判定精度について、「ポンプ-主軸異常」を 1 例として紹介する。状態監視モニタリングシステムの「ポンプ‐主軸変位」の正常と考えられるデータ
を AI 異常検知システムで解析した結果は図-7 のとおりであり、正常データの場合、主軸異常で現れる各種異常の予想確率は突発的なノイズを除くと0％に近い確率で点検結果の健全度評価も健全であった。次に、疑似的にミスアライメントの異常データを作成し、作成したデータを AI 異常検知シス
テムで解析した結果を図-11 に示す。この結果からは、疑似異常データであるが、ミスアライメント異常の予想確率は 100％に近い確率となった。以上の結果からは試作モデルにおいて、AI 異常検知シ
ステムの異常種別判定がある程度機能していると考えられる。

図-7

図-8

4. まとめ状態監視モニタリングシステムは、主要機器の振動などの時系列データを自動的に取得、記録できる装置である。この装置は、管理運転のデータのほか、本運転のデータの取得を可能にした。また、AI異常検知システムは、主要機器の異常の有無だけではなく、故障の程度を表す異常レベル判定や、故障の原因を表す異常種別判定ができるものである。異常レベル判定の基準は、数値基準の「河川ポンプ状態監視ガイドライン」や国土交通
省「河川ポンプ設備点検・整備・マニュアル（案）」の健全度評価を参考に閾値を設定した。今後もテストベッドでの様々な実稼働データの収集やシステムで解析するために最も適したデータ処理
方法等AI異常検知システムの精度向上を目指して取り組んでいきたい。

1)

2)

ポンプ主軸の判定結果（健全）ポンプ主軸の判定結果（ミスアライメント）

-4-

参考文献
平地一典、永長哲也：排水機場における状態監視
自動モニタリングシステムについて、第 64 回（令和 2 年度）、北海道開発技術研究発表会、防 48、
2021.
平地一典、永長哲也：機械設備のAIを活用した異常検知について、第65回（令和3年度）、北海道開発技術研
究発表会、防56、2022.

35．マスプロダクツ型排水ポンプの現場実証と新たな研究開発について

国土交通省 大臣官房 参事官（イノベーション）グループ 施工企画室 ○ 永井 亮佑
林 朋幸
１.はじめに河川ポンプ設備は高度経済成長期に整備されたものが多く設置後 50 年以上経過した施設の急増が見込まれている。また, 河川機械設備は複数の装置が連動し機能を発揮していることから部品交換等による長寿命化にも限界があり，全国で老朽化した施設が一斉に更新を迎える「大更新時代」の到来が懸念されている。加えて，河川ポンプ設
備は特注・受注生産であるため，扱える技術者が限定されるとともに，故障等に伴う部品供給に時間を要することから，メンテナンス性の確保も課題となっている。そこで,国土交通省では,経済性・操作性・維持管理性の向上を目的とし,個別設計・一品生産品から部品の規格化・量産品の活用へ転換を図る「マスプロダクツ型排水ポンプ」の開発に着手した。
マスプロダクツ型排水ポンプは, 導入コストの低減,操作性,維持管理性の向上のみならず,ポン
プの小口分散化や予備ポンプの設置による総合信
頼性の向上も期待できるため,既存のポンプ設備の更新のみならず排水ポンプ設備の新設,増設手段としても期待されており,令和 4 年の社会資本整備審議会河川分科会河川機械設備小委員会においても機械設備のマスプロダクツ化について答申があったところである。
令和３年度は国立研究開発法人土木研究所の水中環境実験施設を使用して実証試験を行い，マス
プロダクツ型排水ポンプの技術の成立性について確認した。令和４年度からは,応募のあった 10 市町 13 カ所から計 6 箇所を選定し,現場実証に着手した。令和５年 8 月現在,既に一部の現場では実排水運転による検証を行っているところである。

さらに令和 4 年度末からはマスプロダクツ型排水ポンプの更なる適用範囲拡大を目指し,200kw 級マスプロダクツ型排水ポンプ（高出力タイプ）（以下「高出力タイプ」という。
）の研究開発も進めているところである。本
稿は,マスプロダクツ型排水ポンプの現場実証に関する中間報告と,高出力タイプの研究開発について経過報告するものである。
２. 地方自治体における現場実証
ここでは，令和４年度より進められているマス
プロダクツ型排水ポンプ(100kw 級)の現場実証について報告する。
2.1 現場実証の目的
マスプロダクツ型排水ポンプを導入・普及拡大させるためには，実際に使用が想定される環境下において出水時に稼働させ，耐久性，操作性，現場適用性，維持管理性などの検証を行う必要がある。
そこで国土交通省では,これらの項目の検討を目的として実証実験を行っている。
2.2 実証現場の選定
国土交通省は令和 3 年 12 月に河川機械設備革新
的技術実証事業に関する公募を開始。マスプロダ
クツ型排水ポンプ設備の現場実証に協力可能な市
区町村の公募を行った。10 の地方自治体から応募があり,現場実証を実施する６市町(秋田県大仙市,
京都府福知山市,広島県三次市,高知県四万十市,
福岡県みやま市,及び福智町)が選定された。
2.3 全体進捗
令和 5 年 8 月現在,京都府福知山市,高知県四万十市,福岡県福智町の 3 カ所については, 実証設

表-1：ポンプ及びエンジンの仕様
項目
ポンプメーカー
形式
計画吐出量
計画全揚程
エンジン提供メーカー
最高出力
最大トルク
回転数

京都府福知山市
酉島製作所
横軸斜流
1m3/s
6m
三菱ふそうトラック・バス
125kW
520N・m
1,900～2,000min-1

高知県四万十市
荏原製作所
横軸斜流
1m3/s
6m
豊田自動織機130kW
450N・m
1,900～3,500min-1-1-

福岡県福智町
鶴見製作所
横軸斜流
1m3/s
6m
三菱自動車
108kW
380N・m
2,750～3,500min-1

備が完成し, そのうち四万十市,福智町の 2 カ所
については実排水運転も行っている。残りの３カ所（秋田県大仙市,広島県三次市,福岡県みやま市）
も令和５年度中に完成の見込みであり,完成次第
実排水運転を通じて 2.1 で述べた各性能について検討を行う予定である。
2.4 完成した実証現場
ここからは,令和 5 年 8 月時点で完成している３カ所の実証現場の設備について紹介する。なお,四万十市,福智町に設置されたポンプ設備については,既に台風等の出水により実排水運転を行った
ため,これについても報告する。各実証現場エンジ
ンおよびポンプの仕様は表-1 のとおりである。
(1)福知山市①現地及びポンプ設備概要
福知山市における現場実証は,由良川水系蓼原
川の蓼原地区にて行われている(位置図-1)。この地区は古くから内水氾濫が頻発しており,周辺地
域では平成 25 年以降も大規模な出水により累計100 戸以上の家屋に浸水被害が生じている。そこで
令和４年度,福知山市はハード対策の一環として排水ピットとしても機能する調整池を整備した。
本実証現場におけるマスプロダクツ型排水ポンプ
設備は,この調整池に集められた内水を由良川本川へ排水することで蓼原地区の浸水被害を軽減さ戸に登った。なお,本実証現場におけるマスプロダ
クツ型排水ポンプ設備の外観は写真-2 のとおりである。
②実排水運転の状況
本実証設備は,令和５年に発生した台風２号による出水により,同年 6 月 2 日におよそ 20 時間稼働した(写真-3)。そこでは,運転中大きく 2 つの問題が生じた。１つは落水検知による運転停止,もう１つはパッケージ型エンジンのラジエータ温度上昇による運転停止である。落水検知は,本出水運転
中,2 回発生したが,いずれもポンプを一旦停止してから,再運転することで故障から復帰した。これ
により,実際に落水現象が発生したのではなく,配管内の空気溜まりを誤検知したと推測される。エ
ンジンラジエータの温度上昇については,ポンプ運転中にエンジンパッケージの扉を解放すること
により,パッケージ内部にこもった熱を放出し,故障から復帰した。設計時に想定していたよりも多

実証現場

中筋川

位置図-2：四万十市の実証現場

実証現場

ポンプ

由良川
エンジンパッケージ

位置図-１：福知山市の実証現場

写真-2：四万十市のポンプ設備

ポンプ

調整池

hukutiyama

エンジンパッケージ

写真-1：福知山市のポンプ設備
hukutiyamaせるものである(写真-1)。
(2)四万十市①現地及びポンプ設備概要
四万十市における現場実証は,一級河川である
渡川水系中筋川の楠島地区にて行われている(位置図-2)。中筋川流域全体における,家屋の浸水被害のほとんどは,具同・楠島地区に集中しており,
令和 26 年 6 月の出水では,被害を受けた家屋は 96

写真-3：排水の様子（四万十市）
hukutiyama
い熱量が発生したと推測され,排気量を調整することとした。
(3)福智町①現地及びポンプ設備概要
福智町における現場実証は,一級河川である遠賀川水系彦山川の草場地区にて行われている（位-2-た時刻とポンプ回転数の関係を示したグラフである（福智町の設備ついては排水量のログが得られなかったため,ポンプ回転数を排水量に代わる指標とした）。ポンプの回転数のばらつきが概ね平均
値から 10％以内に収まっており安定していること
や,写真-5 の吐出配管からの排水の様子から,概ね問題なく排水できていることがわかる。
1.20
1.00

排水量【m3/s】

置図-3）。本地区では平成 30 年 7 月の九州北部豪雨で,一部家屋の浸水被害が発生した。さらに地区内で発生した内水氾濫により,道路が冠水し,排水ポンプ車を含む緊急車両の通行に支障を来す等の被害も確認されている。なお,福智町のマスプロダ
クツ型排水ポンプ設備の外観は写真-4 に示すとおりである。
②実排水運転の状況
本実証設備は,令和 5 年７月 10 日の出水により,およそ 3 時間稼働した(写真-5)。実証設備の試運
転時の流量計算の調整不足により,排水開始から
約 2 時間の欠測と数値異常不具合があったが,写真からもわかるとおり,排水自体は行われていた。

0.80
0.60
0.40
0.20

実証現場
0.00
9:30

9:40

9:50

10:00 10:10 10:20 10:30 10:40 10:50 11:00

時刻

図-1：排水量（四万十市）
4000
3500

中筋川

3000

回転数【min-1】

位置図-3：福智町の実証現場
ポンプ

2500
2000

エンジン

1500

ポンプ

1000
500
0

10:00

エンジンパッケージ

10:30

11:00

11:30

12:00

12:30

13:00

13:30

時刻

図-2：回転数の安定性（福智町）
写真-4：福智町の実証現場

写真-5：排水の様子（福智町）

2.5 現場実証における分析
図-1 は四万十市の実証設備における時刻と排水量の関係を表している。なお,四万十市の実証設備
は,落水検知やラジエータ温度上昇による運転停
止の都合上,間欠運転状態となっていたため,あくまでも総運転時間の一部期間を抽出したものであることは留意されたい。いずれの時刻でも概ね平均値 1.07m3/s から 10%以内のばらつきの範囲で排水を行っていた。
一方,図-2 は福智町の実証設備の運転中に得られ一方,四万十市の実証現場で起こった故障事例
からは,現時点で以下のことが言える。
(1)落水検知
マスプロダクツ型排水ポンプ設備は規格化された製品等の利用により,従来ポンプから比較して設計項目や点検項目を減少させることでコスト縮減を目指している。中でも,ポンプ本体については,
吸水槽が不要である横軸ポンプを採用することで,コストメリットを生み出している。落水検知は横軸ポンプに多く見られる現象であるため,今後も同様の検知による運転停止の可能性が高い。落水検知については,引続き他の実証現場における状況を収集することで,落水誤検知対策を検討する予定である。
(2)ラジエータの温度上昇
マスプロダクツ型排水ポンプはエンジンをパッケージ化することにより,エンジンの屋外使用や容易なエンジン交換作業を目指している。しかしパッケージ化により,エンジンからの排熱がパッ-3-

ケージ内から十分排出されず,エンジン本体の温度上昇につながり,故障が発生したと考えられる。
従って,今後は排熱を効率的にパッケージ外へ放出できるような吸排気口の大きさや位置等の検討が必要になる。
３. 高出力タイプの研究開発
ここからは令和 4 年度末より研究開発に着手した高出力タイプについて進捗状況を報告する。
3.1 高出力タイプのの目的
国土交通省が管理している直轄排水機場,全 304
施設(国土交通省が管理する排水機場 444 施設から,救急排水ポンプ機場(75 施設),小規模(1.0m3/s 以下)水中モーターポンプ機場(44 施設),ゲートポン
プ機場(21 施設)を除く)のうち,100kW 級マスプロ
ダクツ型排水ポンプ設備の導入検討対象は全体の約１割にとどまっているが,200kW 級まで拡大する
ことで,マスプロダクツ型排水ポンプ設備の導入検討対象を全体の約４割まで拡大することができる(図-3 円）。
(※1)

去 5 年の排水実績,実証に際する設置スペースの有無等を基準に行った。
3.4 今後の予定
現在,令和 5 年度末の据付完了を目指し,エンジ
ンパッケージやポンプ設備全般の設計・製作が進められており,令和 6 年に実排水運転による実証開始を予定している。
４. おわりに
マスプロダクツ型排水ポンプ設備は,全国の河川機械設備の「大更新時代」到来が懸念されているなかで,個別設計・一品生産品から部品の規格化・量産品の活用という発想の大転換により生み出された。発想の大転換によりポンプ業界と自動車業界の異業種連携の試みで始まったマスプロダクツ型排水ポンプ設備の開発は,これまでの実証試験
等の検証結果から,今後の治水対策手法の１つの選択肢としての可能性が示されている。
国土交通省では,引き続きマスプロダクツ型排水ポンプ設備の実証実験で得られた知見を集積し,技術指針（案）を，取りまとめて導入促進を進めていく所存である。
参考文献
1)

国土交通省, 社会資本整備審議会河川分科会河川機械設備小委員会答申 河川機械設備のあり方について(※2), 令和4年7月2)

一般社団法人河川ポンプ施設技術協会, ぽんぷ, No。
70, 令和5年9月

研究開発により,対象が全体の約 4 割まで拡大(※1)：100kW 級マスプロダクツ型排水ポンプ導入検討対象(※2)：マスプロダクツ型排水ポンプ(高出力タイプ)導入検討対象

図-3：高出力タイプ適用範囲
3.2 研究開発の概要
本研究開発は,①量産品エンジンの採用に関する研究,②エンジンパッケージのユニット化の研
究,③高出力タイプ実証試験,の大きく 3 つに関して研究を進める。中でも 100kW 級マスプロダクツ型排水ポンプ設備と異なる点として,①の量産品
エンジンの多様化があげられる。本研究開発では量産品という点に着目し,車両用に限らず,産業用エンジンや建設機械用エンジンなどの量産品活用も検討している。
3.3 実証場所の選定
実証試験は,京都府宇治市内の直轄排水機場である,針ノ木排水機場にて行うこととした。本機場
は計画排水量が 6.0m3/s の排水機場として計画され,昭和 51 年度には 3.0m3/s ポンプが設置され,現在まで運用されている。なお,実証場所の選定は過-4-

36．転圧施工履歴データを活用した土量管理システムの開発
ICT データ活用による建設現場の生産性向上に向けた取り組み

西松建設株式会社
戸田建設株式会社
株式会社奥村組

○ 黒田
吉野
本木
高尾

卓也
修
章平
篤志

１．はじめにICT を利用した機器の普及が進み，多くの工事現場で利用され，膨大なデータを取得している。しかし，建設現場のさらなる生産性向上・品質確保のため，ICT 施工のプロセスの中で得られる施工履
歴データを利活用する取り組みが進められている。
ICT 土工における ICT 締固め機械では，転圧回数管理のために記録している位置情報を活用し，出来高管理に適用することが期待されている。
しかし，盛土転圧管理システムから出力される
施工履歴データの利活用にあたっては，データが膨大で複雑であるため，対応する現場職員など担当者の専門知識や技術が必要となる。また，取得したデータに不具合があると，その対応に専門技術や時間を使って対処する必要があり，担当者の負担が大きくなる。
そこで筆者らは，施工履歴データの利活用，およびそれに関わる作業を自動化し，クラウドサービ
スに集約することにより，職員の作業なく土量管理が可能なシステムを構築した。そして，本システ
ムを現場施工管理に適用し，土量管理の精度検証，および作業効率化の検証を行った。
２．転圧施工履歴データの利活用
盛土転圧管理システムは，締固め管理に用いられ，広く普及している。本システムを搭載した ICT
締固め機械は，転圧回数管理のため，GNSS により転圧施工時に X,Y,Z 座標を取得している。盛土転圧管理システムから出力される転圧施工履歴デー
タには，座標値，転圧日時，転圧回数，材料情報等が記録されている。
締固め機械が移動した走行軌跡は，施工日毎の出来形形状を表している。そのため，転圧施工履歴
データに記録された位置情報を利活用することにより，計測・測量の作業なく日々の盛土形状を取得することができ，施工土量を算出することが可能になる（図-1）。
しかし，転圧施工履歴データはデータが膨大で

図-1

転圧施工履歴データによる盛土形状の取得例

複雑であり，データ取得時の異常値や不足値を含んでいるため，利活用には多くの作業手間を要するとともに，専門の知識や技術が必要である。また，
データ様式が各社の転圧管理システムごとに異な

-1-

図-2

転圧施工履歴データを活用した土量管理システムの概要っており，走行軌跡データや施工範囲をメッシュ状に記録した形式で出力される。走行軌跡データ
は 1 秒間隔等で記録された締固め機械の位置情報
データであり，利活用の利便性向上のためには，これらを統一した様式に変換し，標準的な方法で処理できるようにする必要がある。
３．施工履歴データを活用した土量管理システム
3.1 開発システムの概要
本システムは，広く普及している盛土転圧管理
システムから出力された転圧施工履歴データを活用して，３Ｄでの施工状況確認および日々の土量管理をクラウド上で実現するものである（図-2）。
処理ツールを用いて，異なるデータ形式への対応，
データ不具合のチェック，補正処理を行い，クラウドサービスへの転送を行う。クラウドではデー
タの保管，利活用が一元管理でき，インターネッ
トを利用することでいつでも，どこからでもアクセスすることが可能である。
3.2 システム構成
本システムは，データ処理ツール，クラウドサ
ービスにより構成されている。
データ処理ツールは，転圧施工履歴データの利活用に関わる処理を行い，クラウドにアップロードする機能を有する。
データ共有プラットフォームとなるクラウドサ
ービスは，3D データの保管，測量データと比較した土量算出機能を有する。
3.3 データ処理ツール
データ処理ツールは，所定のフォルダ内に追加された転圧施工履歴データを読み込み，利活用可

図-3

転圧施工履歴データの処理フロー

能な形式に変換し，クラウドサービスにアップロードするものである。
転圧施工履歴データはメーカーによって，走行軌跡データや施工範囲をメッシュ状に記録したメッシュ形式のデータ，あるいは両方で出力される。
本システムでは，図-3 に示す流れで施工履歴デー
タを変換しており，取り扱いを容易にするため座標，転圧回数他の項目を含む所定の仕様のメッシ
ュデータに統一している。転圧施工履歴データの出力形式として，走行軌跡データのメッシュデー
タの処理フローを図-4 に示す。

-2-

図-4

走行軌跡データの処理フロー(1) 走行軌跡データのメッシュデータ化
データ形式のうち走行軌跡データは，１秒間隔等で記録された位置座標データであり，盛土形状を再現するには，メッシュ毎の最新の標高を集計
したメッシュデータに変換する必要がある。本ツールでは，GNSS で取得した位置データを締固め
機械のローラー接地位置にオフセットし，その位置のメッシュの転圧回数としてカウントする。また，メッシュの高さは，各メッシュ内の移動履歴のうち最後に記録されたものとしている。データ
は平面位置，高さ，転圧回数他の項目を含む所定の仕様でメッシュデータに統一する。
(2) データチェック・補正処理
メッシュ状に記録されている転圧回数・高さをチェックして，周辺の高さと比べて極端に高さが違うなど異常値や不足値（図-5）がないか，スクリーニング検査を行う。異常値や不足値があった場
合は，近傍のメッシュデータを用いて補間・修正を行う。
(3) 点群データ化，クラウドアップロード
上記手順により，統一された様式となった転圧施工履歴データを土量管理に利用するため，点群
データ形式に変換し，クラウドへのアップロードを行う。
3.4 現場での運用フロー
日々の施工終了後にツールを自動実行するように設定することで，職員はクラウドにアクセスするだけで，土量の管理としてその結果をすぐに利

図-5

転圧施工履歴データの異常値・不足値

用することが可能となる。Web 画面上で 3D デー
タを閲覧可能であり，いつでも，どこからでも盛土施工状況を確認することができる。
４．現場実証東海太田川駅西土地区画整理事業における造成工事において，当技術の現場実証を行った。本現場では，空中写真測量を活用した出来高管理を 1
回/月で実施していることから，空中写真測量との比較による土量算出の精度検証および生産性向上の効果の確認を行った。
4.1 現場での運用
システムは図-2 に示す流れで運用した。現場作
業終了後に，振動ローラーの施工履歴データを回収すると，指定した時間に自動処理ツールが動作

-3-

図-6

転圧施工履歴データから作成した盛土 3D 形状による進捗確認

図-7

転圧施工履歴データによる盛土量の算出

し，データ変換，クラウドへのアップロードを行う。本現場の転圧施工履歴データの出力形式は走行軌跡データであったが，メッシュデータに変換
し，日々の施工状況の 3D 化ができることを確認した。これにより，データ処理完了後にクラウドにアクセスするだけで，施工日毎の盛土進捗状況を把握することが可能となった（図-6）。また，ク
ラウド上に集約された施工日毎の施工履歴データ
から，日々の土量算出が可能となった（図-7）。
4.2 土量の精度検証
空中写真測量との比較による土量の精度検証を実施した。なお，検証に先立って，空中写真測量の精度検証を実施し，空中写真測量の精度に問題がないことを確認した。
空中写真測量と，転圧施工履歴データから算出した土量を比較した結果，転圧施工履歴データから日々算出した土量は概ね誤差 5%程度の精度であった（図-8）。そのため，本システムにより算出
した土量は，日常の土量管理には十分な精度であると判断した。ただし，転圧施工履歴データから算出した土量は，空中写真測量と比較して土量を少なく評価することが明らかになった。
土量の差異の要因分析のため，それぞれの計測
-4-

図-8

土量の精度検証結果

図-9

土量不一致の要因

方法で得られた盛土形状を断面で比較した結果を 行うことから，追加計測や解析の作業なく法面土図-9 に示す。断面形状の比較より，締固め機械が 量を補間することが可能である。
走行できない法面部，転圧未施工個所で差異が生 (3)法面補間結果
法面補間ツールにより，法面補間を行った結果じていることにより，空中写真測量と比較して施工履歴データから算出した土量が少なくなってい を図-11 に示す。補間により，盛土外周部をはじめとして，法面形状を再現することが可能となった。
ることが明らかになった。
断面で比較すると，法面補間前は，空中写真測4.3 法面補間の実施
法肩部や法面部は，締固め機械が走行できず， 量と比較して転圧施工履歴データから再現した盛小型機械やバックホウなど他の手法により締固め 土形状の法面部分が不足していた。しかし，法面を行うため，締固め機械の転圧施工履歴データだ 補間ツールによる補間後は，不足する法面形状を，けでは法面部の土量が不足することが確認された。 ほぼ同一の形状で再現することが可能となってい日々の土量管理の精度向上のため，法面補間方法 る。
表-1 に，法面補間前後における土量の誤差を示を構築し，再度検証を行った。本システムは日々の土量管理を目的としており，より簡便に法面補 す。法面補間前は概ね誤差 5%程度だったのに対し，間できる方法として，法面を自動補間するツール 補間後は概ね誤差 3%以内で土量を算出することが可能となった。よって，本現場では，法面補間を構築した。
(1)法面補間ツールによる不足法面の補間
本ツールは，転圧施工履歴データが欠損する盛土法面部の形状を補間するため，法面が不足する箇所を抽出し，不足部分に標準形状の法面を補間するものである（図-10）。
(2)処理フロー本ツールは，前述のデータ処理ツールにより出力されたメッシュデータを利用する。転圧施工履
歴データより，盛土面全体のメッシュデータを作成し，隣接メッシュ同士の標高差を比較して，法面形状が不足し段差となっている箇所を抽出する。
抽出された法面不足箇所に対し，標準断面の法面形状を補間することにより，不足する法面土量を簡易に補うものである。本作業は，転圧施工履歴
図-10 法面補間ツールの概要図
データを活用して，処理ツールにより自動処理を
盛土断面形状3D 盛土形状

図-11

法面補間後の 3D 盛土形状の比較-5-

まで実施することにより，日々の土量管理を高い精度で行うことが可能となった。
4.4 生産性向上の検証
空中写真測量による土量算出手法と本手法で，作業時間の比較を実施した（図-12）。
空中写真測量は，計測作業（対空標識設置～UAVによる撮影）が必要となる。転圧施工履歴データを活用した土量管理では，施工時に記録されたデー
タを利活用するため，計測作業が不要となる。点群
データを取得するための解析作業も，データ処理
ツールの活用により，空中写真測量と比較して大幅に時間を削減することができる。また，従来の転圧施工履歴データを活用した土量管理では，デー
タ処理に手間を要していたが，データ処理ツールの活用により解析時間を短縮することが可能となる。なお，処理は自動で行われるため，職員による作業は発生しない。
結果として，空中写真測量と比較して土量算出にかかわる作業時間を 99%削減することが可能と
なった。
５．まとめ
ICT 土工における盛土転圧管理システムは，盛土品質管理の効率化のため多くの現場実績があるが，更なる施工管理の高度化・効率化を目指し，取得している施工履歴データの新たな利活用を検討した。また，現場実証を行い，本システムによる土量管理の検証と，生産性向上の効果を確認した。その結果，以下の成果が得られた。
(1) 本システムを用いて，そのデータから三次元的に盛土の状況の把握および日々の土量管理が可能となった。
(2) 転圧施工履歴データの処理およびクラウドへのデータ集約の自動化により，現場職員は日々の施工後にクラウド画面を確認するだけで，施工土量を把握することが可能となった。
(3) 本システムによる算出土量の精度は，空中写
真測量と比較して5%程度の誤差であり，日常の土量管理に十分な制度であることを確認した。さらに法面補間を行うことにより，概ね誤差3%以内で土量を算出することが可能であった。
(4) 空中写真測量と比較して土量算出にかかわる作業時間を99%削減することが可能であり，かつ計測・解析の作業なく土量管理が可能となった。
最後に本システムは，西松建設，戸田建設，奥村組の三社共同研究の成果の一部である。

-6-

表-1

法面補間前後における土量算出精度の検証
空中写真

⽉

⼟量m3
1⽉⽬

法⾯補間前

測量

⼟量m3

40,408

誤差37,531

7.1%

法⾯補間後
⼟量m3

誤差

40,697-0.7%

2⽉⽬

61,38958,416

4.8%

61,530-0.2%

3⽉⽬

120,980

116,3393.8%

119,399

1.3%

4⽉⽬

178,280

168,726

5.4%

172,281

3.4%

5⽉⽬

224,668

221,224

1.5%

222,813

0.8%

図-12

作業時間の比較37．熟練オペレータに代わる「自動運転ローラ」の開発，現場適用
鹿島道路株式会社
鹿島建設株式会社○伊藤 圭祐，中渡瀬 圭吾，西川 匠哉，平藤 雅也，阪田 正弘
松本 俊彦，藤本 大輝， 浜本 研一，出石 陽一，三浦 悟

１．はじめに
建設業では 1997 年をピークに建設業就業者の減少傾向が続いている。それに加えて高齢化も進んでおり，55 歳以上が就業者数の約 36%を占めているため，10 年後の大量離職が見込まれる。また，それを補うべき若手入職者の数は不十分であり，
29 歳以下の就業者数は約 12%となっている 1）。このような背景の中，技能者の確保と技術の伝承が喫緊の課題となっている。
当社では，早くから情報化施工の導入など現場作業の効率化や施工品質確保に努めてきたが，この度労働者不足への対応として建設機械の自動化にも着手した。
自動運転ローラは，鹿島建設（株）が開発した

施した後は，遠隔もしくは自動にてエンジンの始動から施工（自動走行）までを行い，施工終了後にはエンジン停止までを車体に近づかずに行えるよ
うに車体の油圧，電気回路に改造を施した。

「A CSEL®（クワッドアクセル）」2）を活用し，鹿島建設（株）機械部自動化施工推進室と共同で舗装
写真-1 タンデム振動ローラ SW654
用建設機械自動化の一環として開発に取り組んだ。
本稿では車体改造から現場試験導入に至るまで
3.1 前後進制御の過程を紹介する。
SW654 の走行は運転席の横に備え付けられている前後進レバーを前後に倒すことによって前後進
２．対象機種と開発目標
本開発では，路盤工事からアスファルト舗装工 を行う。この構造を活かしたまま前後進の自動制
事まで幅広く使用されているタンデム振動ローラ 御を行うためには，前後進レバーに電動シリンダを取り付け，それを電気制御することによって遠を対象とした。
本ローラは設計経路を自動的に走行するものと 隔での前後進制御を行う事もある。しかしながら，し，周囲に走行目標物がない場合や曲線部におい 本開発では，路面を傷めない速度調整への対応やても適正パターン（往復距離，ラップ幅）での転圧 電動シリンダの防水対策，耐久性を考慮し，走行ポが可能となり，工種ごとの特徴にも対応すること ンプを電子制御式のものに交換した。電子制御式を目指した。
ポンプに交換後も自動走行だけでなく，従来と同路盤工事においては，振動の「ON/OFF」を遠隔， 様の有人運転に対応させるため，前後進レバーに自動と任意で変更出来るものとし，振動の有無に ポテンショメータを取り付け，レバーの動き量を関わらず操舵精度の安定化や，アスファルト舗装 電気的に検知することによりマニュアル操作に対工事における平坦性確保のための急激なステアリ 応できる構造としてある。
ング操作の抑制，急発進や急停止に起因する材料 3.2 ステアリング制御の押し出しや引きずりをなくすために加減速を考
ステアリングに関して SW654 は油圧式ステアリ
慮した速度制御機能と構造物際の転圧作業が出来 ング機構が採用されている。この機構のため，ステる機能を備えることを目標とした。
アリングハンドルにサーボモータを組合せる方法も検討したが，サーボモータの防水性能と耐久性
３．車体改造を考慮し，本開発では電磁弁及び，電磁比例弁を組
ベース車両には酒井重工業製タンデム振動ロー み合わせることで自動化に対応する油圧回路を増
ラ SW654（写真-1）を採用した。
設した。当該油圧回路を元の油圧回路と並列に接実際の現場を想定し，操作者は作業前点検を実-1-

続し，自動運転回路とマニュアル操作回路を任意に切り替えることで，従来と同様の操作でのマニュアル運転を可能とした。
3.3 その他の改造項目
遠隔，もしくは自動で「エンジン始動/停止」や「エンジンスロットルの Low/Hi 切り替え」，「振動や散水の ON/OFF」などを行えるよう改造を施した。これにより，操作者が作業前点検を実施したあとは不用意に車体に近づく必要がなくなり，安全性と作業性を確保した。

5.2 遠隔リモコン
遠隔リモコンスイッチを用いて，操作者，もしくは監視者が危険や異常を察知した場合に遠隔操作で自動走行を停止させることが出来る（図-2）。
5.3 自己位置自動判定による走行停止
事前に設定した走行経路，走行範囲から逸脱した場合は自動停止するシステムである。
5.4 死活監視システム
無線通信や各種センサとの通信不良，システム
エラーなどが発生した場合には，自動走行を自動停止する。また，車体上部に取り付けたフラッシュ
４．自動走行システム
ライトや積層灯にて自動運転ローラのシステムエ
自動走行システムは，鹿島建設（株）が既に現場 ラーについて確認することが出来る。
導入し実績を重ねている前述のA CSEL を活用し 5.5 構造物検知システム
た。車体改造を実施した SW654 に GNSS 及びジャ
鹿島建設（株）機械部自動化施工推進室と共同でイロセンサなどの位置姿勢計測装置や制御用 PC 構造物検知システムを開発し実装した。車体前方などを搭載して，自動運転を可能とした（図-1）。 に設けた LRF にて地面からの高さと比較して構造
自動運転により，舗装作業で必要な直線・曲線走 物を検知し，車体側面に設置したカメラセンサに行を事前に設定した経路に対して±10cm 以下の高 て構造物にマーキングした赤色養生テープを検知精度で実施できることを確認した。また，構造物の する（写真-2）。車体側方の構造物を検知した場合敷設された現場を想定し，位置姿勢計測とは別に， には，事前に作成した走行経路を検知状況に応じ既存構造物などとローラの接近をカメラセンサや てオフセットし，そのオフセットした経路に合わ
レーザレンジファインダ（以下，LRF）により計測 せステアリング制御を行うことにより自律的に構し，接触による構造物の破損を防止しつつ作業を 造物を回避しながら走行ができる。また車体前後継続する機能を実装した。
の構造物を検知した場合には自動停止する（図-2）。

図-1

自動化機材を設置した SW654

５．安全装置
当社で開発した自動ブレーキシステムを含む複数の安全装置を組み合わせて搭載した。
5.1 自動ブレーキシステム
ローラ本体の前後にステレオカメラを設け，事前設定したエリア内で対象物を検知すると，対象
物の種類，距離と車体速度に応じて，走行ポンプのHST 制御によるブレーキとネガティブブレーキの組合せにより制動するシステムである（図-2）。

図-2

写真-2

-2-

安全装置一覧

カメラセンサ検知状況

６．現場への試験導入
試験ヤードでの動作調整・検証を繰返して機能の信頼性を確認し，2022 年 7 月に「大規模駐車場
舗装工事」への試験導入を実施した。
6.1 施工範囲
自動運転ローラは図-3ハッチング内の路盤の仕上げ転圧作業にて使用した。
図面ハッチング内（構造物除く）：約8，650㎡
自動転圧実績：約8，300㎡

写真-4

図-3

自動化施工エリア

6.2 現場構造物
現場内には地先境界ブロックと歩車道ブロックが敷設済みであり，地先境界ブロックは路盤天端から高さ5cm（写真-3），歩車道ブロックは路盤天端から高さ20cm（写真-4）の突出があった。これ
ら構造物との接触を確実に防ぐため，自動化施工
範囲は，鉄輪端部と構造物までの横断方向距離が20cm（写真-5），鉄輪中心から構造物までの延長
方向距離が75cm（写真-6）となるように施工計画
を行った。

写真-3

歩車道ブロック天端高20cm

地先境界ブロック天端高5cm
-3-

写真-5

横断方向離れ20cm

写真-6

縦断方向離れ75cm

6.3 施工体制
図-3の自動化施工エリア外を他作業車の通行帯とし，自動運転ローラとその他作業の施工箇所の分離措置を講じ，自動化施工エリア内の当日作業を実施する箇所にはA型バリケードを用いて作業
エリアの明示を行った。また，自動運転ローラの操
作者と監視者を施工箇所の前後に配置し，他の作業者が誤って自動化施工エリアに侵入しないように目視での監視も実施した。万が一，侵入した場合には，図-2の遠隔リモコンを使用し，自動運転ロー
ラの走行を停止出来る様に日々の作業前点検において安全項目を重点的に確認した。また，施工エリ
ア外でも自動運転ローラの進行方向約６ｍ以内に人や作業車が近づいた場合にも安全のために走行を停止する設定とした。
6.4 走行結果
図-2の自動施工エリアを全て施工したが，構造物と接触することなく，事前に設計した経路に合わせ走行できることを確認した（写真-7）。万が一，ローラと構造物が設定距離を超えて接近する場
合でも，構造物検知システムが作動し，走行経路をオフセットすることで構造物に接触することなく継続して転圧作業を行えることを確認した。図-4に一部施工エリアの転圧回数データを示す。この図からもわかるように，構造物間近まで寄って施工することができた（写真-7）。
なお構造物際の転圧に関しては，従来どおりプ
レートコンパクターにより転圧を行っている。

写真-7

７．おわりに現場への試験導入を行い，自動運転ローラが備えている機能が期待通り発揮され，現場運用が可能であることが立証された。
本現場での試験導入とは別に社内で実施されたアスファルト舗装工事での仕上げ転圧においても，今回紹介した路盤工事と同様に，設計経路に沿って安定した転圧作業を行えることを確認している。
今後は本ローラの自動化技術を他の建設機械へも展開し，1人で複数台の建設機械を管理すること
で舗装業界の人手不足対策に対応すべく努力する
所存である。また，現場の省人化を目指し安全性の向上に繋げていきたい。

転圧回数色
4
3
2

自動転圧状況

参考文献
1) 国土交通省：最近の建設業を巡る状況について【報告】，令和3年2) A CSEL® （Automated / Autonomous / Advanced /Accelerated Construction system for Safety, Efficiency and1Liability） は鹿島建設（株）の登録商標
URL: https://www.kajima.co.jp/tech/c_a4csel/index.html

図-4

転圧管理状況

-4-

38．全自動鋼製支保工建込みシステムの開発
切羽作業を無人化するシステムの開発と自動化に向けた取り組み

前田建設工業株式会社
前田建設工業株式会社
前田建設工業株式会社

１．はじめに山岳トンネル工事において，掘削の最前線である切羽は岩盤が露出しており，岩石等の落下による肌落ち災害が発生する恐れがある。特に，支保工の建込み作業においては，切羽直下で作業を行う
ため，肌落ちが発生した場合，重篤災害につながる危険性がある。災害発生防止の施策として，厚生労働省から「山岳トンネル工事の切羽における肌落
ち災害防止対策に係るガイドライン」が制定され，肌落ち災害を防止するために，切羽監視員の配置
や鏡吹付け等の肌落ち防止措置を講じている。同時に，施工会社は，切羽へ立入る機会が多いとされる支保工の建込み作業等の遠隔化・機械化を積極的に進めることが求められている。

表-3.1

項目

○五味 春香水谷 和彦
小笠原 裕介支保工仕様の対比表

従来の仕様

切羽無人化の仕様

天端締結

ボルトナットによ ワンタッチ式の継る手締め
手による締結支保工の転
倒防止

頭付きアンカーとつなぎ材もしくは吹付けコンクリー
タイロッドを使用
トを一体化させる
した転倒防止ことで転倒を防止

金網の設置

切羽直下に立入
支保工に金網を事り、支保工背面に前設置して建込み
手作業で設置４．天端締結方法の検討
4.1 概要２．開発の流れ
一般的に，支保工天端部の継手にはボルト・ナッ
筆者らは，「切羽直下に立入らなければ被災しない」と考え，支保工建込み時に切羽直下に立入らず トが用いられており，切羽作業員がエレクタの高に建込みができるシステムの構築を試みた。開発 所作業用ゲージに乗り込んで支保工天端まで近付においては，まず，切羽直下に作業員が立入ること き，切羽直下で手締めしている。本開発の目的は切なく建込み可能な支保工仕様の検討を行った。続 羽での無人化のため，オペレータが操作席から遠いて，ナビゲーション画面を見ながら建込みを行 隔で締結可能なワンタッチ式の締結部材であるクう「支保工建込みナビシステム（以下，建込みナ イックジョイント（以下，QJ）の採用を検討した。
ビ）」を構築した。そして，オートメーションで支 QJ の締結にあたっては，ネジ先を押し込む力を利
保工を建て込む技術と「建込みナビ」を併用する 用し，無回転でメス側のネジコマがボルトのネジ「全自動鋼製支保工建込みシステム（以下，全自動 を乗り越えるため，ネジ締めを必要としない。
4.2 強度試験の実施
建込みシステム）」の構築を行った。
QJ の採用にあたり，QJ を用いた継手が，ボルト・ナットを用いて締結する従来の継手と同等以上の３．支保工仕様の検討
従来，支保工の建込みにあたっては，天端をボル 強度を有するのかを確認するため，強度試験を行トとナットで締結，転倒防止のために支保工を相 った。試験は，3 等分曲げ試験と 2 面せん断試験を互に連結するためのつなぎ材の設置，吹付けコン 実施し，せん断抵抗，曲げ抵抗について強度を把握
クリートのはく落防止などを目的に金網の設置を し，ボルト・ナットによる従来継手と QJ による継行う。これらの作業は全て人力による作業であり， 手の比較を行った。なお，トンネル標準示方書では切羽直下での作業が発生する。そこで，表-3.1 に 支保工に必要な性能として，軸圧縮抵抗，せん断抵
示す支保工仕様に変更することで，切羽直下作業 抗，曲げ抵抗が示されている。しかし，本試験では，の無人化を図った。次章より，支保工仕様の検討内 H 鋼断面が同じであれば軸圧縮抵抗は同等である
として，軸圧縮抵抗に関する試験は行っていない。
容を示す。
-1-

表-4.1

ケース 締結方法

試験ケース一覧

継手板
厚さ

面取り
寸法

ボルト
配置

1

標準継手

9㎜

なし

左右対称

2

QJ

9㎜

6㎜

中心

3

QJ

9㎜

6㎜

偏心

表-4.2 3 等分曲げ試験

最大荷重の一覧

ケース

締結方法

ボルト配置

最大荷重
（kN）

1

標準継手

左右対称

90.3

2

QJ

中心

101.4

3

QJ

偏心

94.4

表-4.3 2 面せん断試験

図-5.1

頭付きアンカーの一例

最大荷重の一覧

ケース

締結方法

ボルト配置

最大荷重
（kN）

1

標準継手

左右対称

384.8

2

QJ

中心

661.7

3

QJ

偏心

679.0

図-6.1

支保工と金網のユニット化した一例

性を考慮して，偏心配置とした。

試験ケース一覧表を表-4.1 に示す。ボルト・ナットの強度区分は 4.8，QJ の強度区分は 10.9 であり，QJ はボルト・ナットと比較すると 1 本あたりの強度が 2 倍以上である。そのため，ケース 1 のボルト・ナット本数は 2 本，ケース 2 とケース 3の QJ 本数は 1 本とした。
4.3 試験結果(1) 3 等分曲げ試験 試験結果
3 等分曲げ試験の最大荷重の一覧を表-4.2 に示す。表-4.2 より，ケース 1 の最大荷重が最も小さ
く，ケース 2 の最大荷重が最も大きいことがわかる。
(2) 2 面せん断試験 試験結果
2 面せん断試験の最大荷重の一覧を表-4.3 に示す。表-4.3 より，ケース 1 の最大荷重が最も小さ
く，ケース 3 の最大荷重が最も大きいことがわかる。また，ケース 2 とケース 3 の最大荷重の差は小さく，同程度である。
(3) QJ の採用
3 等分曲げ試験と 2 面せん断試験の結果より，
QJ は，標準継手と比較して，曲げ抵抗性能およびせん断抵抗性能が高いことを確認した。以上の結果をもって，QJ を採用することを決定するに至った。ボルトの配置については，支保工製作時の作業

５．支保工の転倒防止
一般的に，支保工の転倒防止には，つなぎ材が用いられており，吹付けコンクリートを施すまでの間，支保工を仮支えすることを目的として使用されている。つなぎ材の施工は，切羽直下において建て込む支保工と 1 基手前に建て込まれた支保工を連結する。しかし，本開発では，頭付きアンカーを支保工に事前設置することでつなぎ材の設置作業を不要にした。頭付きアンカーは，長さ L＝250mm，
軸径 d＝16mm の長ボルトの先端に頭部直径 D＝100mm，頭部厚 t＝6mm のプレートを固定したものである。頭付きアンカーを支保工に設置し，吹付け
コンクリートと一体化することで転倒防止を図る。
図-5.1 に頭付きアンカーの一例を示す。
６．金網の設置
従来，金網は，切羽作業員により，地山と支保工の間に手作業で設置しており，切羽直下のため危険な作業である。そこで，本開発においては，支保工に金網を事前設置し，支保工と金網のユニット化を図った。図-6.1 に支保工と金網のユニット化
した一例を示す。
なお，金網は，高強度吹付けコンクリートや鋼繊
維補強吹付けコンクリート(SFRC)等を用いる場合，省略できる 1)2)。

-2-

７．建込みナビの構築(3) 支保工ミラーの回収
7.1 概要支保工の天端と足元に設置したミラーは，吹付
切羽への立入りを無人化できる支保工仕様の検 けコンクリートを施工する前に回収する。回収に討を踏まえて，建込みナビを開発し，現場導入を行 あたっては，ミラーに釣り糸等を括り付け，釣り竿った。建込みナビは，自動追尾型トータルステーシ や柄の長い網を用いていた。そのため，ミラーの回ョン（以下，TS）を用いたナビゲーションシステム 収には，切羽作業員の配置が必要であった。
とエレクタを連動させたシステムである。エレク
タを切羽に設置して作業指令ボタンを押下すると， ８．全自動建込みシステムの構築切羽後方に設置した TS がエレクタの位置を自動計
建込みナビでの課題を踏まえて筆者らは，全自測し，坑内 Wi-Fi 通信を介して建込みナビへ位置 動建込みシステムの開発に着手した。全自動建込
情報を送信する。その後，支保工の天端と足元に設 みシステムの概念図を図-8.1 に示す。
置したミラーを TS で自動追尾することで，操作盤のナビゲーション画面に設計の建込み位置と実際 ９．全自動建込みシステム動作試験の支保工位置との差分が表示される。
9.1 試験概要
7.2 課題
全自動建込みシステムの開発にあたっては，茨現場導入を通じて，建込みナビによる施工に慣 城県取手市にある前田建設工業 ICI 総合センター
れてくることで，支保工建込み作業を無人化でき 敷地内に設置した模擬トンネルを活用した。模擬た。一方で，以下の課題が露見した。
トンネルの延長は，L＝29.570m，断面積は固定部 A(1) 支保工の鉛直度＝50.7m²，移動部 A’＝55.2m²である。模擬トンネ
支保工に生じるゆがみ等から，度々，支保工を鉛 ル先端の移動部はスライド可動式で開閉できる。
直に建て込むことが困難であった。そのため，一部 試験においては，移動部を前方にスライドさせ，天の技能者においては，従来通り切羽直下に立入っ 井を開口部とした状態で試験を行った。それによて，目視等で位置合わせをする様子が見受けられ って，移動部は屋外と同様の環境のため，固定部とた。
移動部にゴム糸を張ることでトンネル内空を模擬(2) 操作の習得した。模擬トンネルの概要図を図-9.1，試験状況を建込みナビは，ナビゲーション画面と実際の支 図-9.2 に示す。
保工位置を見比べながら操作を行う必要があった。 9.2 試験内容
そのため，通常の施工に建込みナビを適用してス (1) 断面より過大な動作の有無を確認
ムーズに作業を行うには，熟練のオペレータであ
全自動建込みシステムによる建込み動作時，断っても操作習得に一定期間を要した。
面より支保工が過大な動作をしているかどうかを

図-8.1

全自動建込みシステム

-3-

概念図

図-9.1

図-9.2

模擬トンネル内での試験状況

模擬トンネル

概要図

要があると考え，右支保工のプレートから 10～15㎝の離隔から締結できるようにプログラムを再構築した。
(2) 支保工建込み手順の確認
動作手順①を検証したところ，右支保工と左支保工のそれぞれの測量精度が悪い場合，QJ による締結が難しくなることがわかった。動作手順②を検証した結果，右支保工の位置に合わせて左支保工を建て込むため，動作手順①に比べて，QJ による締結は容易になった。しかしながら，動作手順②
は，右支保工の建込み精度が悪い場合，左支保工も併せて建込み精度が悪くなることが予想された。
そこで，左右支保工締結後，左ブームを動かして左支保工の足元を設計位置に移動させることで，左支保工の建込み精度を向上させた。

確認する必要があった。過大な動作とは，トンネル
壁面に支保工が接触する状況や切羽の余掘り量を １０．おわりに実際よりも大きく確保する必要がある状況を指す。 支保工建込みにおける切羽の無人化を行うべく，過大な動作は，ゴム糸への接触有無や TS による測 建込みナビを現場導入し，得られた課題に基づい量にて確認を行った。
て，全自動建込みシステムを開発した。今後は，全(2)支保工建込み手順の確認
自動建込みシステムを現場に適用していく。
全自動建込みの手順を確立するため，動作手順
本開発を進めることで，切羽作業の安全性だけを検討・確認した。基本の動作は，左右支保工を大 でなく生産性にも寄与できる。今後も本開発を邁
まかな位置まで移動後，右支保工位置を測量して 進し，施工技術の発展に寄与していく。
設計位置に移動させたあとに左支保工を移動させ，左右支保工を締結する。検討した動作手順を①～
参考文献
②に示す。
1) 東日本・中日本・西日本高速道路株式会社：設計要領第・動作手順①：右支保工を設計位置に建込み後，左三集トンネル【建設編 令和2年7月】，p.4-61，2020.7
支保工を設計位置に建て込む方法
2) 土木学会：トンネル標準示方書［山岳工法編］
・同解説，
・動作手順②：右支保工を設計位置に建込み後，左p.76，2016．
支保工を右支保工の位置に合わせて建て込む方法
9.3 試験結果
試験内容に対する結果とその対応策を以下に示す。
(1) 断面より過大な動作の有無を確認
右支保工は，開口部に張ったゴム糸への接触はなく，動作状況は良好であった。しかし，支保工締結時に左支保工がトンネル断面よりも 20～30 ㎝程
度，過大に動作していた。これは，QJ のボルト長が約 10 ㎝のため，ボルト長以上の離隔が必要だからである。この場合，余掘り量を大きく設定する必-4-

39．自動建設ロボット開発のためのオープンソース型物理シミュレータの研究(国研)土木研究所(国研)土木研究所(国研)土木研究所(国研)土木研究所

○ 遠藤
松坂
山内
橋本

大輔
要佐
元貴
毅

１．はじめに
建設現場における生産性向上のため、国交省は2016 年度より、全ての生産プロセスにおいて、ICTの活用を前提とした「i-Construction」を強力に推進してきた。これにより、情報の取得および伝達が効率化され、建設機械の操縦支援技術等も普及してきており、オペレータの作業効率の向上や教育・訓練
コストの低減に貢献している。ここからさらなる生産性向上を実現するための手段の一つとして、一人のオペレータが複数の建機を同時に運用しながら建設工事を進める自律施工の実現が期待されている。
自律施工では、建設機械やその周辺システムが周囲
図-1 OPERA の構成の環境を認識し、設計情報と照会することで、建設機械の動作を自動かつ適切に制御する。これには自動化された建設機械やその管理システムが必要とな ２．シミュレータの概要
本章では、OPERA が提供する自律施工技術の研る。このような自律施工の研究開発を、様々なステークホルダーの協力の下、効果的に推し進めるため、 究開発用動力学シミュレータについて紹介する。ま土木研究所では、情報開示型の自律施工技術基盤 ず、本シミュレータに求められる基本的な要件を記
OPERA（ Open Platform for Earthwork with す。加えて、この要件を満たすために開発すること
Robotics and Autonomy）の整備を進めている 1)。 とした、2 種類の動力学エンジンをベースとしたシ
OPERA を構成する要素（図-1）の一つとして、動力 ミュレータプラットフォームの選定理由をまとめる。
学シミュレータが含まれている。これは、OPERA が提供する建設機械の自動化ソフトウェアを開発する 2.1 シミュレータの要件
本動力学シミュレータは自律施工における、建設ためのツールであり、GitHub 上に公開している 1)。
この動力学シミュレータは、建設機械のモデルと土 機械の動作を自動化するソフトウェアを開発するた
砂の地形モデルを内包しており、建設機械の動作指 めのツールである。このため、実機や実環境を用い令を入力として、シミュレータ内の建設機械モデル なくとも、開発を進められるようにすることを第一が動作し、その動作によって地形がどのように変形 の目標とした。加えて、不特定かつ多数の人が利用するのか、ユーザへ可視化して提示することができ で き る こ と を 念 頭 に お き 、 OSS （ Open Source
る。また、建機や地形の状態を数値データとして外 Software）かつ、利用者が作成したソースコードの開示については可能な限り求めない形式にすること部へ出力することができる。
本稿では、この動力学シミュレータの技術的な内 を第二の目標として定めた。加えて、利用者を増や容について詳細を記す．また、OPERA が提供する動 す意味では、本シミュレータの利用に伴う費用負担
力学シミュレータは、後述する通り物理エンジンの ができるだけ少ないことが望ましい。また、利用者異なる 2 種類のものを作成しており、これらの差異 が簡単に使用できることも非常に重要であり、そのためには、シミュレータに用いるプラットフォームについて、比較実験を行った結果を示す。
については独自仕様のものであるよりも、エコシス-1-

テムが醸成されている既存のものを積極的に流用す
一方で、Gazebo は ROS との連携を前提としたアることとした。
ーキテクチャとなっているため、ROS 以外の他のミ
上記の目標・方針に加え、シミュレータが具備す ドルウェアとの親和性に乏しい。先述したように、べき技術的要件を検討し、以下の 5 項目を抽出した。 OPERA のシミュレータは ROS 以外のミドルウェア①ROS や他のミドルウェアと親和性があるについても活用可能にすることを目指す方針として②計算結果を 3 次元で視覚的に表示できるいるため、Gazebo 以外のプラットフォームについ③物理演算に基づいた建設機械の挙動を扱えるても検討することにした。
④建設機械との相互作用による地形変形を扱える
近年、自動車やロボットを自動化するためのソフ⑤リアルタイム以上の速度で演算・描画ができる
トウェア開発用の物理シミュレータのプラットフォ必要と思われるいくつかの項目について補足する。 ームとして、ゲームエンジンを採用する動きが広ま
まず①について、OPERA が提供する自律施工用の っている。従来の専用シミュレータと比較し、以下
アプリケーションについては、ミドルウェアとして のような特徴・利点を有していることが主な理由で
ROS（Robot Operating System）3)またはその後継 ある。
である ROS2 を採用しており、自律施工用のソフト・豊富な 3D 描画機能や物理エンジンを利用可能
ウェアを開発するユーザについてもミドルウェアと・コミュニティやサポートが充実している
して ROS/ROS2 を利用するケースが多数あると考え・汎用性および拡張性が高いられるため、ROS/ROS2 との親和性は必須である。
・開発コストを低減し易い
他方で、利用者が既に利用している他のミドルウェ
このようなゲームエンジンと ROS を用いたロボ
アとの親和性を担保可能であることが望ましい。
ットの自動化ソフトウェア開発の事例として、つく続いて④について、建設機械は地面等へ接触する ばチャレンジ 5)が挙げられる。元々、つくばチャレ
ことで力を作用し、それによって建設用の土砂を掘 ンジは茨城県つくば市のロボット特区として定めら削・運搬・敷均し・締固め・整形といった施工をし、 れた実在の場所で、移動ロボットの自律走行技術を目的とする土工建設物を造成する。こういった、建 向上させるためのロボットチャレンジであるが、コ設機械との相互作用によって地面（土砂）がどのよ ロナ禍となった 2020 年を契機として、仮想空間の
うに変形・変質するのかを現実に合うようシミュレ 中に模擬したつくば市の中を自律走行させるソフト
ートできることが求められる。
ウェア競技会 Virtual Tsukuba Challenge が併催されている。このシミュレータプラットフォームとして採用されているゲームエンジンが、Unity6)と2.2 開発プラットフォームの選定
OPERA が採用するミドルウェアの ROS と親和性 Unreal Engine7)の 2 種である。OPERA ではこの 2が高く、かつ無償利用が可能な 3D 物理シミュレー 種のうち、開発者コミュニティが大きく、かつアセ
タとして、Gazebo4)が挙げられる。ROS の利用者で ットが充実している（選定を行った 2021 年 3 月時
あれば、Gazebo についても利用経験がある場合が 点）Unity を採用することとした。これは先述し多く、エコシステムとしても醸成していると言える。 た、利用者が簡単に扱えるようにすることで利用者
表-1.開発プラットフォームの検討結果-2-

数を出来る限り増やす、という方針に則している。
表-2.建設機械シミュレータモデルの作成手順
これまでに述べたシミュレータプラットフォーム
である Gazebo および Unity と、その内部で動作する物理エンジンとの組み合わせをいくつか候補とし、
2.1 節に記したシミュレータの要件と照会することで、採否を判断した（表-1）。
まず Gazebo については、物理エンジンに Open
Dynamics Engine8)と Bullet Physics9)を採用することを検討した。Open Dynamics Engine については、
地形変形のシミュレートが困難であることが判った。
一方、Bullet Physics を用いる場合にはそれが可能であることが予備調査により判ったが、Gazebo のサーバ/クライアント間の通信仕様に基づいて利用す
ると、リアルタイム動作と地形変形のシミュレーシ
ョンを両立することが困難であった。前述した通り、 は同社の BLK2GO を用いた。[2] ３次元メッシュとGazebo は ROS 以外のミドルウェアとの親和性がな 運動学パラメータの抽出[1]で取得した点群データを基に、各建機を構成す
いことも勘案し、OPERA のシミュレータとしてはるリンク毎に分解して3 次元メッシュモデルを作成
採用しないことを決定した。
続いて Unity については、物理エンジンに Nvidia する。加えて各リンク間を繋ぐ関節や相対位置、おPhysX10)および AGX Dynamics11)を採用することを よび運動学に関するパラメータを抽出する。なお、検討した。Nvidia PhysX については、地形変形の 運動学パラメータについては、上記の点群に加えて、シミュレートが可能であることが判ったが、この機 メーカが一般公開しているユーザ向けのカタログを能については、この物理エンジンが提供するライブ 主に用いたが、事前に予備調査で実測した値も含む。
ラリ内にはなく、自作する必要があることが判った。 [3] URDF(Unified Robot Description Format)作成[2]で作成した３次元メッシュモデルや運動学パラ
一方で、AGX Dynamics にはこの機能を提供するラメータを基に、URDF
形式で、対象の建機を記述す
イブラリが豊富に内包されているが、有償ソフトウ
ェアであり利用者がライセンス費用を負担する必要 る。なお、本ファイルに含まれている重量等の慣性が有る。以上を踏まえ、OPERA では、シミュレー パラメータについては、実測・同定等ができていな
タプラットフォームに Unity を採用し、物理エンジ いため、誤差の大きい数値が残留している。
ンについては利用者が求める費用対効果に応じて使 [4] Unity の各種コンポーネント設定[3]で作成した URDF ファイルを Unity 内へインい分けられるよう、Nvidia PhysX を用いたもの
ポートし、ゲームオブジェクトとして動作させるた（以下、PhysX 版）と AGX Dynamics を用いたもの（以下、AGX 版）の 2 種類を提供する方針とした。 めに必要な各種コンポーネントをアタッチし、適切に パ ラ メ ー タ を 設 定 す る 。 PhysX 版 で は 、ArticulationBody コンポーネントを全リンクに用い
3．PhysX 版シミュレータ
本章では、PhysX 版のシミュレータについて、建 て、関節タイプや可動域、動力学モデルパラメータ
設機械のモデル、土砂のモデル、建設機械と土砂と といったコンポーネント内パラメータを設定している。またクローラ部については、スプロケットとアの相互作用に関する技術的な中身について記す。
イドラの回転中心軸およびその中間点を通る平行な軸の 3 か所に、履帯の左右幅に等しく、かつ上下幅3.1 建設機械モデル
シミュレータ内で動作する建設機械モデルについ と同じ直径を有する車輪として干渉モデルを設定しては、実際の形状にできるだけ一致させる、かつユ ている。つまり、クローラ走行体部については履帯ーザ側が自由に二次利用できるように公開すること を厳密にシミュレートするのではなく、スキッドスを目指した。この要件を満たすには、建設機械メー テア型の 6 輪移動体としてモデル化した。
カが有する知的財産権を侵害しない必要がある。そこで、以下の手順で建設機械のシミュレーションモ
デルを作成した（表-2）。
[1] 実機外形の３次元点群計測
OPERA 対応建機の実機を平地に配置し、外形を3 次元 LiDAR を用いて点群として取得する。点群の取得には、３次元 LiDAR に Leica 社の RTC360 又

3.2 土砂モデル
Unity には標準機能として、地形を表現するための Terrain オブジェクトがある。OPERA のシミュ
レータについても、建設機械を運用する地形はこのTerrain をベースとしているが、建設機械の動作に応じて地形の一部が変形したり、あるいは一部が移-3-動する、といった機能については Unity の標準機能に対して拡張を行った。一般的な水分を含んだ土砂に見られるような、粘性を伴う挙動を模擬可能、かつリアルタイム性を担保するために計算コストを抑えられる手法として、Daniel Holtz らの手法 12)を参考に実装した。これは個別要素法（DEM）に基づ
き、土砂を一定の半径 R（=粒子半径）を持つ粒子群としてモデル化し、隣接する粒子間の距離が一定
値 D（=固着力作用距離）以下の場合には、一定の固着力 F（=粒子間固着力）が作用し、そうでない場
合は粒子間力は作用しない、というシンプルなモデルである（図-3）。本シミュレータでは、これらのパラメータはユーザが簡単に調整可能となるよう、
GUI を設けている。

る機能については、有効化/無効化を GUI 上で簡単に切り替えられるようにしている。

図-3 PhysX 版の土砂粒子間力モデル

4. AGX Dynamics 版シミュレータ
3.3 建設機械と土砂間の相互作用
PhysX 版においては、建設機械と土砂との接触に本章では、AGX 版のシミュレータについて、建設
よって、土砂が崩壊や変形を生じている際に建設機 機械のモデル、土砂のモデル、建設機械と土砂との械と土砂との間に相互作用する力を算出する機能は、 相互作用に関する技術的な内容について記す。なお、2023 年 8 月時点で未実装である。油圧ショベルのバ 紙面の都合上、先述した PhysX 版シミュレータとのケ ッ ト 部 を 除 い た 建 設 機 械 の 部 位 と 、 地 面 差分に絞って記述する。
（Terrain）とが接触した場合、剛体同士の接触とみなして動力学計算処理がなされる。一方、バケッ 4.1 建設機械モデル
ト部位については、下記の 2 種類の干渉形状を設定
3.1 節に記した PhysX 版シミュレータの建設機械している。
の作成手順[1]～[4]の中で、PhysX 版との差異があ① バケット-Terrain 接触判定用干渉形状
るのは[4]のみである。AGX Dynamics の Unity 向け
干渉の検出のみを行い、他の物体との間の反力 プラグインである AGXUnity13)を用いて、各種のコの発生を無効化した干渉形状であり、バケットと ンポーネントをアタッチし、各種のパラメータ設定
地面との接触時に粒子生成イベントを発生させるを し て い る 。 PhysX 版 で は Unity 標 準 の② 粒子保持用干渉形状
ArticulationBody を 使 用 し た が 、 AGX 版 で は粒子をバケットの内側に保持するための干渉形 RigidBody という AGXUnity が提供するコンポーネ状であり、粒子や他の物体との干渉は有効だが、 ントを用いて、間接のタイプや拘束条件、動力学モ
地面(Terrain)との干渉を無効に設定
デルパラメータといった物理特性を設定している。
またクローラ部については、AGXUnity が提供する
バケット-Terrain 接触判定用干渉形状と Terrain TrackWheel および Track コンポーネントを使ったが重なった場合は、その重なった部位の体積に相当 シミュレーション用の履帯モデルを生成している。
する高さを、Terrain から差し引き、同時に同等の クローラを構成するスプロケット、アイドラについ体積に相当する粒子をバケットの内側に生成する。 ては TrackWheel コンポーネントを、履帯部についこの粒子は、粒子保持用干渉形状との相互作用を剛 ては Track コンポーネントをそれぞれ用いてパラメ
体同士の接触として演算する。また、粒子が粒子保 ータ設定をすることでモデル化している。詳細は割持干渉形状から離脱し、Terrain と接触し、停止し 愛するが AGX 版において履帯は、Track コンポーネ
た場合には、当該の粒子を消滅させ、同時にその消 ントを用いて、44 枚の等間隔に配置された平板がク滅した場所における Terrain の高さを、消滅した粒 ローラの外周軌道を周回する、というモデル化がなされている。
子の体積に相当する分だけ加算する。
以上のように、土砂モデルおよび建設機械と土砂との相互作用については、現実の物理現象の厳密な 4.2 土砂モデル
Unity 標準の地形オブジェクトである Terrain に再現は行わない簡易的な実装となっている（生成された粒子とバケットの粒子保持用干渉形状との相互 対し、AGXUnity が提供する DeformableTerrain コ
作用力のみ演算されるが、粒子生成の瞬間にインパ ン ポ ー ネ ン ト を ア タ ッ チ し て い る 。 こ れ は
ルス上の力が作用するため安定しない）。なお、こ AGXTerrain の形状を Terrain 形状と同期させるもの Terrain の一部を粒子化して、地面変形を模擬す のであり、この GUI を用いて、土砂の物理特性パラ-4-

メータの設定等を行う。また、粒子の可視モデルに 用いた。本実験場は関東ローム質の地盤である。試つ い て は 粒 子 数 が 増 え て も 対 応 可 能 な よ う 、 験のための土質調整等は特に行わず、平面であるこ
AGXUnity の DeformableTerrainParticleRenderer と以外は成行きとする。また、地形形状についてはに、バグフィックスを行うための改良を一部加えて ハンディレーザスキャナ（Leica 製 BLK2GO）を用利用している。なお、DeformableTerrain コンポー いて計測する。
ネント内の TerrainMaterial で設定可能な土砂の物
理パラメータは多岐に渡るが、AGXUnity 側から 3
種類のプリセットが提供されている。公開中のシミ
ュレータにおいては dirt_1 という名前のパラメータ
セットを選択しており、これは典型的な粘性質の泥を模擬するのに推奨されるパラメータとなっている。
詳細については文献 14)を参考にされたい。

4.3 建設機械と土砂間の相互作用
AGX 版においては、PhysX 版で実装できていな
い、土砂が崩壊や変形を生じている際に建設機械と土砂との間に相互作用する力を算出可能である。それは 4.2 節に記した、Terrain の設定に加え、油圧シ
ョベルのバケットリンクに AGXUnity が提供する
DeformableTerrainShovel をアタッチし、Top Edge、
Cutting Edge、Cutting Direction を設定し、前節に記した Deformable Terrain コンポーネント中のShovels リストにバケットリンクを登録することで、相互作用力の計算および DEM を用いた地形の変形
挙動がシミュレートされる。

図-4 試験セットアップ

図-5 動作時の各関節角度プロファイル比較

5．シミュレータの比較評価
本章では、先述した PhysX 版と AGX 版の 2 種のシミュレータについて、機能・性能および特徴の差を定量的に示すための比較評価を行った結果を記す。
なお、いずれのシミュレータについても今後も継続
的に改良を行っていく計画であり、本稿に記すのは飽くまで 2023 年 8 月時点のものであることを付記させていただく。
図-6 掘削後の地形（標高地図）比較

5.1 要領以下の１）～４）の手順にて行う。
１）作業機のリーチ以上の広さを有する土砂平面上に油圧ショベル zx120 を配置する
２）油圧ショベルに対し、OPERA が提供する自動化
パッケージ zx120_ros15)を用いて、バケット刃先を図-4 に示す軌跡を辿らせる掘削動作を行わせ、動作中の各関節角度プロファイルを取得する
３）動作後の地形形状を取得する
４）各関節角度プロファイルおよび地形形状を
以下の 3 条件で比較する＜条件１＞ PhysX 版シミュレータ＜条件２＞ AGX 版シミュレータ＜条件３＞ 実機および実フィールド
なお、条件３の実フィールドについては OPERAが提供する、土工フィールド（茨城県つくば市）を

5.2 評価結果
図-5 に、実機およびシミュレータ(PhysX 版, AGX
版)それぞれの建機モデルの、作業機各軸の角度プ
ロファイルを示す。この結果より、2 種のシミュレ
ータいずれにおいても、実機よりも動作が遅く（角度変化率が約 1/2 程度）、誤差を伴う結果であった。
また、実機は 20～22 秒程度の間、バケット軸が振動的な変化を示しているものの、いずれのシミュレー
タにおいてもこのような変化は見られなかった。このことから、建機モデルについては、PhysX 版と AGX版とは同等と言える。
また、図-6 に実機およびシミュレータ(PhysX 版,
AGX 版)それぞれの建機モデルが掘削動作を終了した
後の、掘削箇所近傍の標高地図（ワイヤフレーム）を標高値でヒートマップ表示したものを示す。

-5-

PhysX 版は現実に見られるような、建機本体に近い めていく方針であるが、AGX Dynamics 版が持つ優側に形成される隆起が見られず、右側面にのみ隆起 位性を超えるレベルを目標にすることは考えておらが形成された。また、掘削された箇所は現実よりも ず、利用者からの意見を踏まえながら、オープンソ
倍以上深い（標高が低い）結果となり、現実との乖 ースの形で継続的な改良を進める予定である。
離が大きい。一方で AGX 版については現実と同様に、 本稿で紹介した PhysX 版および AGX 版のシミュ建機に近い側を中心に弓なり形状に隆起地形が形成 レータはいずれも、GitHub にて公開しており、誰され、掘削された箇所の深さは PhysX 版よりも現実 でも利用できる。利用者からのフィードバックは大との乖離が小さかった。以上より、地形変形のシミ 変貴重であり、これらに応える形で、利便性向上のュレーション精度は AGX 版の方が現実に良く合致す ための継続的なサイクルを実現していく。
ると言える。
謝辞
本研究は，JST【ムーンショット型研究開発事業】
5.3 考察と今後の方針
建機モデルについては、PhysX 版と AGX 版のいず グラント番号【JPMJMS2032】の支援を受けたものでれにおいても、実機との合わせ込みが供に不十分で す。
あり、乖離が大きい結果となった。実機は様々な非線型要素や相互干渉を伴う複雑なシステムであり、参考文献
モデル化やパラメータ同定といった開発課題が残留 1) 遠藤大輔, 山内元貴, 橋本毅, 情報開示型自律施工技術基している状態である。今後は建設機械メーカの知見
盤の開発状況と今後の展望, JCMAシンポジウム, 2022や関連する先行研究を調査し、必要かつ十分なモデ
年
ルの改良とパラメータ同定により、実機と建機モデ
2) GitHub: pwri-opera, https://github.com/pwri-opera（ 参 照
ルとの合わせ込みを進める。
2023-8-4）掘削による地形変形については、PhysX 版の方が現実との乖離が大きい結果であった。これは 3.3 節 3) Open Robotics: ROS, https://www.ros.org/ (参照 2023-8-4)に記した通り、建設機械と土砂間の相互作用については、 4) Open Robotics: GAZEBO, https://gazebosim.org/ (参照 20238-4)
現実の物理現象をある程度無視した簡易的な実装をしていることの現れである。こういった問題について、シミュレ
5) つくばチャレンジ実行委員会: つくばチャレンジ2023,
ータの精度を向上する取組みは継続していく予定であるが、https://tsukubachallenge.jp/2023/ (参照2023-8-4)
地形の変形精度や、建機が地面から受ける反力を重視する
6) Unity:リアルタイムコンテンツ制作を担う世界をリード
ユーザは、AGX 版を活用いただくことを検討いただきたするプラットフォーム, https://unity.com/ja（参照2022-8い。
29）

おわりに
本稿では、土木研究所が開発・整備・公開している自律施工技術基盤 OPERA が提供する 2 種類の動力学シミュレータについて、紹介した。加えて、これらの動力学シミュレータの演算結果と現実とが、どの程度一致するか比較する実験を行った。その結果、本稿執筆時点では、建設機械の挙動については
PhysX 版と AGX 版いずれも実機との差異は同等であった。また、地形変形については、AGX 版の方がPhysX 版よりも現実により近い結果が得られた。これらは AGX Dynamics が有する、商用ライブラリの技術的優位性を示す結果と言える。PhysX 版の地形
変形模擬機能については、筆者らが簡易的に実装を行 っ た も の で あ る た め 、 現 状 は 機 能 面 で AGX
Dynamics 版に比較して劣るものの、建設機械の動作は同等の結果であった。この結果から、地面と建機との相互作用や地形の変形を精緻にシミュレートすることが必要な利用者は、有料の AGX Dynamics
版の利用を検討する価値があるが、そうでない利用
者は、PhysX 版を利用することが妥当である。
今後は、PhysX 版についても、地形変形についての精緻化や反作用力のシミュレータ機能の実装を進67) Unreal Engine: 世界で最もオープンで高度なリアルタイ
ム３D制作ツール, https://www.unrealengine.com/ja/ (参照2023-8-4)
8) Open Dynamics Engine, http://ode.org/ (参照2023-8-4)
9)BulletReal-Time

Physics

Simulation,

https://pybullet.org/wordpress/ (参照2023-8-4)
10)

NVIDIA.DEVELOPER:PhysX,
https://developer.nvidia.com/physx-sdk（参照2023-8-4）

11)

AGX

Dynamics:

Real-time

multi-bodysimulation,

https://www.algoryx.se/agx-dynamics/（参照2023-8-4）
12) Daniel, H., et al:“Real-Time Mud Simulation for Virtual
Environments”, ACM Siggraph Symposium on Interactive
3D Graphics and Games, i3D 201813) Algoryx: AGXUnity, https://github.com/Algoryx/AGXUnity,(参照2023-8-4)
14)Tomas, B., Mertin, S., Tech report V1.01agxTerrain,
https://www.algoryx.se/download/agxTerrain_tech_report.pd
f（参照2023-8-4）15) zx120_ros: OPERA対応油圧ショベルzx120の土木研究所-6-

公 開ROSパ ッ ケ ー ジ,
opera/zx120_ros (参照 2023-8-4)

https://github.com/pwri-

40．山岳トンネルにおけるドリルジャンボの遠隔操作システムの開発～切羽作業の無人化に向けた取り組み～

西松建設(株)
ジオマシンエンジニアリング(株)古河ロックドリル(株)(株)カナモト１．はじめに山岳トンネル工事では，ベテラン作業員の引退や若手入職者の減少による将来的な施工品質の低下や労働力の不足が懸念されているとともに，切羽での肌落ち災害がたびたび発生していることから，切羽作業の無人化が求められている。しかし，切羽では狭隘なスペースで複数の特殊機械を使用する複雑な作業が必要であるため作業が属人化している等の事情から，現状では無人化技術の導入が進んでいない。
そのような背景から筆者らは山岳トンネルの各施工重機を対象とした無人化技術の開発に取り組んでいる。AI 等の判断に基づいて自動で重機を稼働させることが最終的な目標であるが，現在では操作信号を与えて遠隔で重機を稼働させることを中間目標として開発を進めている段階である。本稿では，このような取り組みの一環として開発を進めているドリルジャンボの遠隔操作システムの開発状況について述べる。
２．システム構成
システムの構成を図-1 に示す。
2.1 遠隔操作室
ドリルジャンボの遠隔操作は，切羽から離れた

図-1

○ 纐纈
塚田
橳島
高橋

善孝
純一
秀一
真琴

位置に配置された遠隔操作室にて行う（図-2）。室
内は 12m2 程度の広さであり，メインとサブの 2 台の操縦席が設置されている。
メイン操縦席には，前方に 12 台のモニタ，正面に実機と同じ削孔用コンソールや画面，足元にペダル，手元に制御盤が設置されており，走行と削孔作業を遠隔操作することができる。サブ操縦席にはモニタと削孔用コンソールが設置されており，
メイン操縦席と合わせて 2 名体制で削孔作業を遠隔操作することができる。
なお，遠隔操作室の設定を変更することで，共通の設備を用いてドリルジャンボ以外の重機も遠隔操作することが可能となっている。この機能は，将来的に複数の重機を遠隔化・自動化することを見据えて実装したものである。
2.2 ドリルジャンボへの搭載機器
ドリルジャンボの前後や側方には複数のフル
HD カメラが設置されており，機体周囲や切羽近傍の様子を遠隔操作室内で確認することが可能となっている。また，機体後方には左右 2 台のデプスカメラが設置されており，後進時に AI によって一定の範囲内に人が検知された場合には，緊急停止する仕組みとしている（図-3）。

ドリルジャンボの遠隔操作システムの構成-1-

2.3 通信設備
遠隔操作室からの操作信号やドリルジャンボからのカメラ映像，音声，機体の稼働状況，削孔デ
ータ等のデータは，遠隔操作室とドリルジャンボに搭載したデータ処理装置や坑内に設置した通信設備を介して伝送される。ドリルジャンボの稼働範囲で無線通信を行うために、切羽直近の坑内設
備とドリルジャンボに送受信アンテナを設置し，遠隔操作室から送受信アンテナまでの区間のみで有線通信を採用している（図-1 参照）。なお、現段
階ではシステムの試行中のため遠隔操作室を坑内に配置しているが、将来的には光ケーブル等で有線通信区間を延長して坑外や現場外から遠隔操作を行うことを想定している。
無線通信の規格は，伝送するデータの種類ごとに適したものを選定している。すなわち，カメラ
映像や音声の通信においては，遠隔操作室で遅延なく確認することを可能とするために V バンド帯
高速無線（60GHz）や小電力無線（2.4/5.0GHz）を採用している。一方，操作信号や機体の稼働状況，
削孔データ等のデータの通信においては，途切れのない安定的な通信を図るために 4.9GHz 帯長距
離無線 LAN を採用している。
各種データは坑内ネットワークを通して坑外にある詰所のデータ保存用 PC に蓄積されるため，
地山評価データや将来的に自律施工の検討に活用するための施工データの取得が可能となっている。
３．期待される効果
3.1 走行や掘削作業の遠隔化
エンジンの始動，切羽までの移動，作業位置での停止，アウトリガの張り出しや収納，ケーブルリー
ルの操作等の走行に関する全ての動作を遠隔操作することが可能である。また，削孔作業は，レバー操作による“手動削孔”と，開始信号を与えると事前の設定通りに自動で削孔が進む“自動削孔”の2通りの方法で遠隔操作することが可能である。なお，メイン操縦席の下には3本の電動式シリンダを設置しており，ドリルジャンボ側で計測した傾斜に連動してシリンダを伸縮させて傾斜や振動を再現することで，走行中に機体の傾きを把握して逸走やスタック等を防ぐことや，削孔作業中に機体の振動を把握して手応えを感じることを可能にしている（図-4）。走行や削孔作業の遠隔化によって切羽直下作業が軽減されることにより，安全性や労働環境の向上が期待される。

図-2

図-3

図-4
-2-

遠隔操作室の概要

デプスカメラによる人体検知

メイン操縦席下の電動式シリンダ

3.2 リアルタイム地山評価
削孔の進捗や削岩機の稼働データ等のデータは自動的に収集され，各孔における掘削体積比エネ
ルギーや岩盤強度等の地山評価値が算出される。
掘削体積比エネルギーは，単位体積の地山を削孔するために費やされた打撃エネルギーであり，一定値以上の打撃圧が作用している間は式(1)に従って毎秒算出される。また，岩盤強度は経験式(2)によって換算される。
𝐸 ×𝑇𝑟𝑜𝑑 ×𝑏𝑝𝑚

Ed = 𝑖𝑉×𝐴𝐸

σc=( 𝑑)
𝐶

2

(1)
(2)

ここで，Edは掘削体積比エネルギー（J/cm3），Ei
は削岩機のピストンの各打撃によってロッド中に発生した弾性波エネルギー（J/blow），bpmは打撃数（blow/s），Trodは弾性波エネルギーのロッド中における伝達係数（%），Vは削孔速度（cm/s），Aは孔の断面積（cm2），σcは岩盤強度（MPa），Cは定数（MPa0.5、30～40程度）である。
さらに，逆距離加重法を用いてトンネル周辺地
山全体における地山評価値の分布が計算され，切羽面，側壁，路盤における結果がモニタに表示される。削孔初期で地山評価がまだ行われていない領
域は白色，削孔が行われた領域は評価値に応じて暖色～寒色で色分け表示される。これらの計算は削孔の最中に自動で行われ，モニタ上の表示は10秒間隔で更新される（図-5）。定量的かつリアルタ
イムな地山評価システムを活用することで，客観的な地山評価や危険箇所の早期把握が可能である。
４．現場実証と今後の取り組み
4.1 現場実証
当社施工中の山岳トンネル現場にて，本システムの実証試験を行った。走行や削孔作業の最中，施工に影響を及ぼす通信上の不具合は生じず，ドリルジャンボによる一連の施工動作を無線で遠隔操作可能であることを確認することができた。
今回の遠隔操作の実証試験と普段の運転席での操作による作業時間の比較結果を表-1に示す。装薬孔の作業時間は1断面分の上半の削孔に要した時間を示しており，運転席での操作時には手動削孔を実施したのに対し，遠隔操作時には基本的に自動削孔を実施し，孔荒れ等で自動削孔ができない場合には手動削孔に切り替えた。遠隔操作の結果，普段の運転席での操作と比較して作業時間は同程度であり，自動削孔機能が問題なく動作する
ことが確認された。
ロックボルトの作業時間は，深さ3mの孔を手動削孔した際にビットの位置調整と削孔自体に要し
-3-

図-5

地山評価の更新例

表-1

作業時間の比較
運転席
での操作

装薬孔
（上半1基分）ロックボルト孔（1孔当たり）

ビット
位置調整
削孔

遠隔操作

29分 58秒

31分 54秒

48秒

2分 19秒

1分 35秒

1分 30秒(+6%)(+189%)(-6%)

た数孔分の平均の時間を示している。遠隔操作の結果，削孔自体に要した時間は普段の運転席での操作と同程度であったが，ビットの位置調整の際には遅延が生じた。削孔自体は実機と同じコンソールを用いて普段と同様に問題なく操作可能であったのに対し，ブームを動かす際にはカメラ映像
だけでは奥行き方向の距離感が把握しにくいため，ブーム同士が干渉しないように気を付けながらビットを孔口に合わせるのに時間を要したことが原因であると考えられる。
4.2 今後の取り組み(1) 改良点
ロックボルトの手動削孔時には奥行き方向の遠近感をカメラ映像で把握できずビットの位置調整に時間を要した。そのため，シリンダの伸縮量や関節の角度から各ブームの位置関係を算出し，遠隔操作室内での確認を可能とするガイダンス機能の構築を進めている（図-6）。今後はこのガイダンス
機能を活用して遠隔操作を試行し，改良を重ねる
図-6 ブーム位置関係のガイダンス
予定である。
また，手動削孔時にビットを孔口に合わせる際
参考文献には，ブームに遮蔽されてビットの着岩を確認で 1) 山下雅之，山本悟，田口毅：山岳トンネルにおける無人
きない場合がある。そのため，今後はカメラの追加化施工への取組み 施工機械の遠隔操作システムの実用や設置位置の再検討を行う予定である。
化を目指して，土木施工，Vol.62，No.1，pp.135-139，2021(2) 今後の遠隔化や自動化に関する取り組み
2) 山下雅之，山本悟，田口毅：山岳トンネルにおける切羽
今回は短期的に試行を実施したが，今後は長期近傍作業の無人化を目指した取り組み，建設機械施工，的な運用を見据えた検証を予定している。具体的
Vol.73，No.7，pp.43-48，2021には，発破振動や粉じんに対する各種装置の耐久性の調査や，有線通信区間における配線の延伸方法の確立等が挙げられる。
また，走行と削孔作業に続き，装薬やロックボル
ト挿入等の作業の遠隔化も進める。システムを自社で開発するだけでなく，既に機械化されている
他社技術を当社で無線遠隔化するという選択肢も視野に入れ，切羽作業の無人化の早期実現を目指す。それとともに，他重機の遠隔化や自動化にも取り組んでいく。
５．おわりに
今回，山岳トンネル工事におけるドリルジャン
ボの走行や削孔作業を無線遠隔操作するためのシステムを開発した。当社施工中の山岳トンネル現場にて本システムの実証試験を行った結果，施工に影響を及ぼす通信上の不具合は生じず，ドリル
ジャンボを無線で遠隔操作可能であることが確認された。今後は，更なる実証試験を通して本シス
テムの改良を行うとともに，ドリルジャンボによる他作業の遠隔化技術や，他重機の遠隔化・自動化技術の開発も進めていく。

-4-

41．NETIS 作業簡略化の検討
チャットボットの利用について
国土交通省大臣官房参事官（イノベーション）
グループ施工企画室○ 櫻木 翔平
１．はじめに国土交通省では、有用な新技術の積極的な活用を促進することで、公共工事の品質の確保や施工の効率化を図るとともに、技術の更なる改善を促進するための仕組みとして、「公共工事等における新技術活用システム」を平成 13 年度から運用している（図－1）。新技術情報提供システム（NETIS）とは、この活用システムの中核を為すものであり、公共事業が抱える様々な課題に対し、民間企業などで開発された技術を募集し、新技術情報をイン
ターネット上に公開し、検索を可能とした DB シス
テムである。令和 5 年 8 月時点で約 3,000 の技術が登録されている。民間事業者等により開発されたさまざまな新技術情報について自由に検索・閲覧可能であり、公共工事関係者をはじめとした多くの方々に幅広く活用されている。

る技術開発の観点から、非常に有用な情報である。
NETIS は、開発者が自ら開発した新技術について登録申請することでスタートする。登録申請にあたっては、開発者が所定の申請書類を用意し、相談窓口（申請窓口）と申請書類及び内容の確認を行いながら、晴れて登録という流れになるが、登録申請における課題として、申請にあたっての確認事項
や質問のやりとり、あるいは申請書類の再提出等が挙げられる。これらの行為は、メールや電話、あるいは対面で行われ、問い合わせ内容や再提出が増えれば増える程、開発者及び窓口担当者の双方にとって多大な負担となっていた。また、活用効果
調査表の作成段階においても、提出書類の不備に対する修正応対に時間を要しており、結果、「評価情報」の基となる活用効果調査表の収集にかかる時間に苦慮していた。（図－2）

図-2

改良前の事務手続き

これら課題に対応するため、手続きのオンライン化などの NETIS 改良を実施し、令和 4 年 4 月より
図-1 公共工事等における新技術活用システム運用を開始している。手続きのオンライン化では、NETIS は、新技術に係わる情報の DB であり、 登録申請書類や活用効果調査表等入力画面上に、NETIS において提供される情報は、「申請情報」と 入力時の注意事項やルールを表示され、必要な内「評価情報」に大別されている。「申請情報」は、 容が確実に入力されるように登録申請する開発者
技術開発者からの申請に基づく情報である。一方、 及び活用効果調査表等作成者をアシストする機能「評価情報」は、活用等を行った結果に基づく情報 を実装した。また、記載漏れ、誤字脱字、“てにをであるが、個々の現場の条件その他により評価は は”等の不備を自動で指摘し修正候補を表示する
変わりうる。特に新技術の試行や活用を行った結 機能も追加した。本文では、実施した NETIS 改良果に基づく「評価情報」は、「発注者や施工者（当 内容のうち、問い合わせ対応の効率化を目的とし
該新技術の次の活用者）」にとっては、その新技術 たチャットボット機能に着目し報告する。
を活用する動機や活用リスクを軽減させる情報であるとともに、「技術の開発者（新技術情報の登録 ２．NETIS で実装しているチャットボット機能につ者）」にとっては、技術ニーズの収集・把握や更な いて-1-

チャットボットは、ボットが自動で会話するプ
ログラムである。チャットボットの導入により、登録申請をする開発者・活用効果調査表等を作成する施工者（以下、ユーザ）及び窓口担当者の負担となっている問い合わせ対応を効率化する。NETISに AI が回答するチャットボット機能を搭載（図－3）し、ユーザが抱える質問に AI が回答することで、関係者間での確認、修正に要する時間を削減する。

図-3
チャットボット画面

2.1 実装したチャットボットシステム
今回のチャットボット機能追加の対象は、NETISに関わるプロセスのうち「新技術情報の登録申請・
活用効果調査表等作成に関するシステム操作」とした。
新技術情報の登録申請・活用効果調査表等作成
はそれぞれ開発者⇔窓口担当者間、施工者⇔工事の監督職員間で行われるが、技術単位毎、工事単位毎で様々な形で質問入力が行われることが想定される。このため、特定の文章ではなく、入力者による表記ゆれや言い回し等の違いを AI で理解し、回答を提供できる「AI 型のチャットボット」を利用することとした。
また、取り扱う内容についても、各ページの操作方法や NETIS の運用ルール等、多様な情報に対し
質問受付、回答提供を行う必要があるため、質問に対し一度しか回答しない「一問一答型」の場合、十分な回答を提供することが困難であると想定された。このため、質問に対する聞き返しや条件の絞り込み等が可能な「分岐型」のチャットボットが望ましいと考え、NETIS では「AI 型＋分岐型」のチャットボットを利用する方針とした。
2.2 必要となるメンテナンス作業について
チャットボットを効果的に運用するには、チャットボット機能構築後、回答精度向上のためのチューニングを含めた定期的なメンテナンス作業が重要である。適切にチューニングすることで、チャットボットの効果的運用のみならず、対応品質の向上が図られる。
ここでいうチューニングとは、蓄積した会話ロ
グ等の内容を確認し、適切な回答となっていないものを抽出、必要に応じて改善策を検討の上、適切な回答となるよう改良を施す作業を指す。
具体的には、チャットボットサービス側に、質問
受付・回答の履歴や、回答できなかった場合の情報が収集・蓄積されるため、定期的に蓄積情報に基づく課題抽出・構築内容の見直しを行い、精度向上を図る。蓄積情報に基づく課題の可視化は、チャット
ボット機能のみならず、マニュアル等の修正や、入力画面などの UI の改良（説明文追加）といった
NETIS 全体のメンテナンスにとっても重要である。
2.3 実施したメンテナンス作業について改良後、これまでに 3 回チューニングを含めた
メンテナンス作業を実施しており、総計約 9,900 回
質問が寄せられた。（令和 5 年 6 月末時点）
各チャットボット会話ログ結果をもとに、現在 4
回目のチューニングを含めたメンテナンスを実施しているところであり、その会話ログ確認結果を以下に示す。なお、選択式による定型文の問い合わ
せは確認対象外としており、NETIS 登録申請者・活用効果調査表作成者が手入力をした問い合わせについて確認した結果（1,322 件）であることを留意いただきたい。
まず、「新技術情報の登録申請・活用効果調査表等」に関する質問（以下、所定の質問）と、「それ以外」の質問に大別すると、「所定の質問」が 61%、
「それ以外」の質問が 39%を占めた。
（図-4）

図-4 直近で実施した会話ログの分類（全 1322 件）『ファ「それ以外」の質問について分析すると、イルは何？」『ーVE の」といった、質問の意図が不明な入力であったり、『申請マニュアルとは？」『NETIS 情報とは？』といった、新技術情報の登録
申請・活用効果調査表等作成を対象とした内容以前の NETIS に関する基本的な用語の意味に対する質問であったり、『修正依頼がきているが、どこを直せばいいのか？」『費用内訳書に何を書けばいいのかわからない」といった「そもそも何をどう進めたら良いのか分からない」という質問が相当程度あることが分かった。

-2-

今回は、新技術情報の登録申請・活用効果調査表
等作成のアシストを対象にチャットボット機能の追加を行ったが、“ユーザにとって利用しやすい
NETIS”に向けたニーズが存在することに、改めて気づかされた。
次に、今回、チャットボット機能の対象とした新技術情報の登録申請・活用効果調査表等作成に関わる質問内容の詳細について更に分析を行った。
（図-5）

図-5「所定の質問」についての分類（所定の質問（61%）の内訳）「システムエラー」に関する問い合わせが全体の 2 割となった。具体的には『500-内部サーバー
エラー」『一時保存されない」『登録ボタンがおせない」といった内容であったが、ここで着目した点としては、『一時保存されない」『登録ボタンがおせない」という質問であった。
こうしたシステムの不具合に対するチャットボ
ット機能の回答としては、「NETIS のデータが格納されたクラウドサーバーへ一時的に保存されます。」「監督職員より技術事務所の新技術担当に連絡して確認してください。」といった内容を事前に用意していた。最終的には、ユーザは監督職員に連絡するなどしてシステムエラーを解消し手続きを継続もしくは完了したものと思われるが、これでは結局、エラー解消に時間を要してしまい、チャッ
トボット機能が十分に活かされたとは言えない。
同類の質問に対して、本来、用意すべき回答としては、「システムエラーの可能性があります。至急、監督職員等に連絡ください。」や、チャットボット
内に「システムエラー通報」ボタンを設けるなど改良を施すことで、ユーザの不便を解消できるのではないかと考える。
「システムエラー」についても、NETIS 活用を促す重要なヒントが詰まった情報として今後も注視していきたい。なお、今回生じたエ
ラーは、既に解消済みである。
次に、あらかじめチャットボット機能で想定した質問と回答の組合せ（「QA 実装済」）と実際にチャットボットが回答した内容の、整合性について分析を行った。
『現場施工条件とは」『現場条件の記入方法について」等の入力に対し、「新技術活用時の制約条件
等があれば記入してください。（例「改良部分の N
値は 2～13 程度。川裏側に一部捨石があり、先行除去作業が必要であった。）」と活用評価における現場条件の判断材料として必要な情報である施工現場の○○条件や制約条件等の入力を促すアシス
トを行っており、適切に回答している。
このほかにも、『VE 技術なのに、システム上、活用効果調査表の記入を求められるのはおかしい」という入力に対し、「活用効果調査表の入力は不要
ですが、新技術活用計画書のシートは入力をお願いします。
（実施報告書の記入も不要です。）」と調査表作成の必要性に対する回答に加えて、活用のプロセス上、必ず必要な新技術活用計画書の作成を促す回答をしており、適切な回答を行っていることが判断できる。
これらは上述のとおり、既にチャットボットに実装されている QA であるが、今回、想定した機能を発揮していることが確認できた。
蓄積した会話ログ等の内容を確認し、適切な回答となっていない入力は、約 4 割を占めた。
（図-5「メンテナンス対象」）
内容について分析をすると、『計画書作成時点では A であったが、評価の時に VE になったものはど
うすれば良いか」という入力に対して、「活用効果調査表の入力は不要ですが、新技術活用計画書のシートは入力をお願いします。
（実施報告書の記入も不要です。
）」と回答をしている。（図-6）

図-6 チューニング前のチャットボット画面（その 1）

しかし、上記質問の意図としては、「-A」技術が「-VE」技術に変更された場合の対応方法について質問しているのであり、適切な回答と言えない。一方で、上記質問の回答としては、「QA 実装済」であり、「ID・パスワードを受領する際に入力した「技-3-

術活用提案日」における活用技術の NETIS 番号末 連絡先等の変更」ボタンより変更登録をお願いし
尾記号にて活用効果調査表の作成要否が判断され ます。」の回答を想定 QA に追加し、適正な質問回ます。
「技術活用提案日」を変更したい場合は、活 答になるようメンテナンスを実施した。
用効果調査表入力画面の上部にある「コリンズ/テ
以上より、回答精度を向上かつ、NETIS 改良を
クリス番号・連絡先等の変更」ボタンより変更登録 実施することで、ユーザの利便性は高まっていく。
をお願いします。」という模範回答を用意している。 このことから、チューニングを含めた定期的なメ
この質問は、入力者による表記ゆれや言い回し等 ンテナンス作業は、重要な作業であると改めて認の違いを AI で理解されず適正な回答ができてい 識できた。ただし、上述のとおり、メンテナンスがない事例であることが分かった。従って、『計画書 実施できていない（後日メンテナンス予定）事項が作成時点では A であったが、評価の時に VE になっ ある。これは、優先順位をつけて対応しているためたものはどうすれば良いか』という入力に対して であることを留意いただきたい。
も、適正な回答に誘導されるようチューニングの 2.4 NETIS 改良した結果についてチャットボット機能の実装により、様々な質問必要がある。
また、『優れている点や劣っている点は必ず入力 に対して均一な対応品質の保持が可能となったとするのか」という入力に対して、会話ログを確認す ともに、質問に対する回答を短時間で用意するこると、「「新技術活用計画書」のページとなります。」 とができるようになった。また、チャットボット機と回答していた。しかし、後日、チャットボットに 能の実装を含めた NETIS 改良により、関係者間で同質問を入力すると、「新技術の申請・登録は、申 メールや電話による頻繁はやりとり等が削減され、請者自身によって入力・作成された電子データを 業務改善にもつながっている。
窓口担当者からは以下の声が寄せられた。
もって行います。従いまして、申請・更新時に、情報の入力及び修正等の代行は行いません。
（誤入力 ・電話応対及び質問メールが減り、業務改善が為されたと感じる。
防止のため）」と回答（図-7）した。上記質問の内・用語検索として活用でき、業務改善のひとつと容は、活用効果調査表の入力について質問をして感じる。 等いると考えられ、回答が正しく誘導されていない
しかし、回答精度や模範となる回答（想定 QA）
ことが分かった。
数が不足しているため、四半期毎にメンテナンス作業を実施し改善を図っていく。

図-7 チューニング前のチャットボット画面（その 2）

３．おわりに今回、チャットボットには、約 9,900 の質問が寄せられた。この数値は、これまで窓口担当者が対応を行っていたものであり、質問者及び窓口担当
者双方にとって、多くの時間と手間となっている
ことを改めて認識した。他方、こうした質問が多いということは、NETIS で提供しているユーザインタ
ーフェースや情報自体に、提供品質向上の余地が大きいということが言える。
今後も、チャットボットに蓄積された情報の分析を活かしながら、NETIS 運用上の課題を見つけ出し、制度面も含め、より良い改良を図っていく所存である。

適切な回答は、「必ずいずれかの項目にチェックを入れてください。
（チェックがない場合登録できません。）また、該当しないと考える理由を「コメント」欄に記入してください。」であることから、適切に誘導されるようチューニングの必要がある。 1)
実際にメンテナンスした事例を紹介する。
『事務
所職員が異動になった場合はどうすればいいのでしょうか』『監督職員の変更に伴う氏名変更及びメ 2)ールアドレス変更の方法』等の入力に対し、想定 QAが無かったため、適切な回答ができていなかった。
そこで、『監督職員が変更になりました。どうすればいいですか？』の質問に対し、「活用効果調査表
入力画面の上部にある「コリンズ/テクリス番号・
-4-

参考文献
渡邊 俊彦：新技術情報提供システム（NETIS）における新たな取り組み，建設機械施工，Vol.74・No.12，pp.11～14, 2022
先端建設技術センター・日本工営共同提案体：新技術
活用システムの活性化に関する検討業務，，，pp.4-236,2020

42．業種・労働内容に依存した生体情報に基づく労働ストレスの基礎検討
立命館大学 OIC 総合研究機構 ○ 丹羽 誠
マージシステム株式会社
蔭山 逸行
マージシステム株式会社
塘 将典
株式会社熊谷組
畑本 浩伸
株式会社熊谷組
北原 成郎
東京工業大学環境・社会理工学院 仙石 愼太郎
立命館大学理工学部
橋本 征二
名古屋市立大ﾃﾞｰﾀｻｲｴﾝｽ学部
児玉 耕太
Instruments）を使用した（図-1）。センシングウェア
１．はじめに
現代社会において、社会情勢の変化や高年齢労 の衣類は伸縮性のある生地で作られており、作業働者の増加、就業意識や働き方の変化、業務の質的 中のデータ取得が容易となっている。
変化など労働環境は著しい変化を見せている。そのような状況において、労働者の健康の保持促進を図り、継続して働くことのできる労働環境を整え、適切に人的資源を管理することは、企業にとって労働生産性向上の観点からも重要となっている。
近年、過労死や心理的ストレスが原因の精神障害の労災請求は年々上昇している。しかし、従来の質問表によるストレスチェックは客観的指標とは言い難く、リアルタイム性・即時性に欠けるなどの問題があった。
そこで、本研究では質問表に変わる労働者のス
トレス度合いを示す客観的指標の確立に向け、労働者本人からスマートウェラブルデバイスで取得された生体情報に基づくストレス分析を試みた。
本報告では基礎検討として、今までのスマートウェラブルデバイス実証実験 1)2)で得られた心拍図-1 スマートデバイスの装着状況．(a) 三軸加速度
情報、加速度情報などの生体情報を用い、複数のス
・心電計・温度データの処理及び送信機WHS-2,
トレス指標を用いて業種・労働内容毎のストレス(b) センシングウェアCOCOMI®および(c) デー
特性の違いを考察した結果を報告する。
タ遠隔受信装置CC2650.

２．生体情報の取得
2.2 実証実験フィールド
2.1 システム構成
2.2.1 重機オペレーション 1)
心拍数（Heart rate, HR）、身体活動量（加速度）、
データの収集は、2020 年 7 月 29 日、30 日と 2021
温度を操作者が着用したスマートウェラブルデバ
年 2 月 18 日に、建設会社である熊谷組の筑波技術
イス（センシングウェア、データ処理及び送信機か研究所で行った。
ら成る）で取得した。心電計（Electrocardiogram,
参加資格は 18～50 歳の健康者とし、神経またはECG）電極の役割を果たすセンシングウェアは心血管系の持病を持つものは除外した。結果とし
COCOMI®（東洋紡）、三軸加速度・心電計・温度デ て建設会社から選抜された建設技術者 9 名が参加
ータの処理及び送信機は WHS-2（ユニオンツール）、 者となり、反復参加を許容した。参加者は全員男性
デ ー タ の 遠 隔 送 受 信 に は Raspberry Pi Zero W であり、年齢は 35. 6±12.8 歳、身長 168.7±4.1cm、（Raspberry Pi Foundation）および CC2650（Texas-1-

体重 71.1±13.2kg、BMI 24.9±4.4（平均値±標準偏差）であった。
参加者は 1 周 400m の工事現場を模したテストコースでクローラーキャリア（IC120-2、KATO）の運転操作を直接搭乗、遠隔操作、仮想現実（VR）
下での操作の 3 条件で反復実施し、その間の生体情報（心拍数、身体加速度、温度）を取得した。参加者はすべて建設機械の遠隔操作の訓練を受けており、操作法を熟知していた。
この実証実験環境では、直接搭乗および VR では振動の体感があるところ、遠隔操作はモニタのみを頼りとする操作であり、操作実感には欠ける
ものの振動の負荷からは解放されると考えられる状況であった。
2.2.2 産業廃棄物処理 2)
データの収集は 2019 年 9 月 3 日から 4 日、および 2020 年 8 月 24 日から 26 日にかけて、京都市伏見区にある廃棄物処理施設で実施した。参加者は施設の従業員の中から募集し、施設からの呼びかけに応じた作業員がこの実験に参加した。
参加資格は 20～63 歳の健康者とし、神経疾患や心血管疾患のある者は除外した。参加者は合計 29人であり、年齢は 35±15.7 歳、BMI は 21.5±3.2、
平均職務経験は 7.7±4.2 年、参加者は全員男性であった。
参加者は、仕事内容に基づいて 2 つのグループに分割した。グループ A（n = 22）は産業廃棄物の運搬、解体、選別を担当し、グループ B（n = 7）は施設のメンテナンスと設備修理を担当した。グル
ープ A の作業員は、施設でトラックから廃棄物を降ろし、手作業で整理し、カートで焼却用の搬入口まで移動させる担当である。廃棄物選別工程では、比較的小さな廃棄物（重機には適さない）が手作業で選別されるため、継続的な有害物への曝露リスクがあった。グループ B の作業員は、施設内の機器の点検と修理が仕事であり、廃棄物に直接触れることはなかった。
グループ A では手作業と人力での移動があり、グループ B とは身体活動の態様が異なっている。
また、廃棄物との接触とメンテナンス特有の作業との差異において、業務上で感じるリスクに差異があることが考えられる状況であった。

なお、HRworking は労働時の平均 HR、HRresting it は安静時の HR、HRmaximum は最大心拍数である。
心拍データのもう一つの利用法として、HR および心拍数変動（Heart Rate Variability, HRV）から自律神経機能の状況を評価した 3) 。一般に、心拍は自律神経に支配されており、交感神経優位になれ
ば HR が増加する。心拍にはある程度のゆらぎ（HRV）があるが、これは通常、交感神経・副交感
神経の緻密な制御を反映している。そのため、疲労やストレスによって HRV の低下が起こるとされる
4)。本研究の評価指標としては、Time-domain とFrequency-domain の 2 つの解析法から、それぞれ心拍間隔の標準偏差（RMSSD）および低周波高周波比（LF/HF）を用いた。

2.3 心拍データの解析
心拍データの一つの利用法として、心拍数（Heart
Rate, HR）を用いた身体的負荷の評価を行った。指標としては%HRR を用いた。%HRR は下式で表される指標である。

フィールド

2.4 統計解析
統計解析は SPSS Ver.26 （IBM Corp）、Bell Curve（ Social Survey Research Information ） for Excelversion 3.21（Microsoft Corporation）および R Ver.
4.2.2（R foundation）で行った。多群間の比較はKruscal-Wallis 検定後、有意であった場合には SteelDwass 検定で群間の有意差を確認した。二群間の比較は Mann-Whitney U 検定を行った。
３．各業種・作業における体動・身体負荷の特徴
3.1 身体加速度（振動・体動）
重機操作は基本的に搭乗操作であり、身体加速度データは主に振動の指標となる。一方、廃棄物選別および施設メンテナンスは主にマニュアル作業である。そのため、2 つの実証実験間で身体加速度を体動指標として比較することは困難である。
重機オペレーションにおいては直接搭乗と遠隔VR は類似した環境と考えられたが、直接搭乗の身体加速度が有意に大きかった。振動の影響が無い
遠隔モニタ群の身体加速度は低値であった。
廃棄物処理においては廃棄物選別よりメンテナ
ンスの身体加速度が有意に大きかった。作業時間
全体を通じての体動はメンテナンス群の方が大きかったと考えられる。ただし、この推定体動は純粋な加速度による評価であり、労作の特徴を加味した身体負荷は%HRR で評価されると考える。

%HRR = (HRworking – HRresting) / (HRmaximum – HRresting)×100 (%)

-2-

表-1

重機オペ
レーション
産業廃棄物
処理

各グループの身体加速度

グループ
直接搭乗
遠隔モニタ
遠隔 VR
廃棄物選別
メンテナンス

n
14
14
14
22
7

身体加速度 (mG)
（平均値 ±標準偏差）
595.2
±
177.3
133.3
±
207.0
553.9
±
210.0
222.4
±
116.3
261.8
±
126.2

1)
2)

1) Kruskal-Wallis検定後Steel-Dwass検定で直接搭乗-遠隔モニタおよび遠隔モニタ-遠隔VRのp<0.001、直接搭乗と遠隔VRのp=0.004
2) Mann–Whitney U検定でp<0.001

3.2 RRI（心拍間隔）
RRI（心拍間隔）の評価結果を図-2 に示す。心拍数が上昇すれば RRI は短縮するため、短い RRI は
身体負荷または身体負荷に依らない交感神経系刺激による拍動数増を示唆する。
前項の結果と見比べると、VR 操作は振動による身体負荷が加わっているが、RRI はモニタ操作とVR 操作に大きな差異が見られない。一方で、直接搭乗とモニタ操作間には有意差が見られ、振動による身体負荷と、実操作を行う緊張の両要素が心身の負荷となっている可能性がある。

RMSSD の評価結果を図-4 に示す。RMSSD につ
いては群間に顕著な差が無く、Kruskal-Wallis 検定
で有意差が認められなかった。
すなわち、作業内容によって副交感神経系に異なる影響があるとは判断されなかった。

図-4

図-2 RRI の群間比較．
*: p < 0.05, **: p <0.01.

3.3 %HRR%HRR の評価結果を図-3 に示す。%HRR は運動により変動しうる最大心拍数に対する作業中心拍数の位置づけであり、どれだけの身体負荷を作業
者自らがかけているかの指標と解釈できる。
マニュアル操作である廃棄物選別とメンテナン
スで高く、次いで実作業である直接搭乗で高く、実作業を伴わないモニタ操作および VR を介した遠隔操作では低かった。

RMSSD の群間比較．

4.2 LF/HF
LF/HF の評価結果を図-5 に示す。直接搭乗で高く、遠隔操作では低い傾向があり、また、メンテナ
ンス業務でも低い傾向が伺われた。
すなわち、実地対応と、必ずしも実地での対応ではない作業内容とでは、前者で交感神経が亢進しやすい状況であることが示唆された。また、モニタ
操作と VR 操作に有意差がみられたことから、振動そのもの、あるいは、仮想的状況によって交感神経活動が活発化する可能性が示された。

図-5 LF/HF の群間比較．
*: p < 0.05, **: p <0.01.

図-3 ％HRR の群間比較．
*: p < 0.05, **: p <0.01.

４．各業種・作業における自律神経活動の特徴
4.1 RMSSD

５．特徴量の相互関係
図-6 に身体的負荷の指標である%HRR と心理的負荷の指標である LF/HF の関係を示す。作業内容を横断してある程度の関係性が維持されていることが確認された（図中に近似曲線を例示）。この背景として、もともと身体的負荷によっても交感神経優位になりうるという生理的な連関が考えられ、これが寄与した可能性がある。
-3-

なお、散布図からもモニタ群と VR 群の差異が読み取れるが、VR 群において振動が身体的、心理的両面の負荷を与えている状況については、個別試験で考察したとおりである 1)。

図-6％HRR と LF/HF の関係．

６．各作業の負荷特性の特徴
各作業の負荷特性を考察するため、要約統計量に着目して身体的負荷の指標である%HRR と心理的負荷の指標である LF/HF の関係を検討した（図-7）。

搭乗操作、(c)用手作業（廃棄物選別とメンテナンス）の 3 つの類型で労働負荷の特徴が異なることを認識することができた。
７．おわりに
本検討は業種・作業内容を横断した評価を試み、取得できる情報を探索する意図で実施したものである。今回データを使用した 2 つの実証実験で性別と年齢の代表値は類似していたが、協力者の背景が類似しているかについては不明である。
その状況下で、RMSSD で評価した副交感神経の働きには群間差が見られず、労働環境間で副交感
神経活動の明確な差異が伺われなかった一方で、交感神経の働きを反映する LF/HF や RRI には群間差が認められたことから、緊張をはじめとする労働負荷が存在し、その強度が業務内容ごとに異なることが示唆された。また、身体的負荷の指標である%HRR にも顕著な群間差が確認された。さらに、身体的負荷（%HRR）と心理的負荷（LF/HF）の両面から労働負荷を特徴づけ認識できることが示唆された。
この結果から、身体的負荷または心理的負荷の状況をリアルタイムで把握することで、適切な休憩を確保できる可能性が示唆される。特に、作業中の心拍数モニタにより、実地で感じるリスクなど
による緊張傾向を検出し、それを基にして交替頻度など労務管理を改善、あるいは根本原因除去に向けて業務内容の改善を試みることは労働衛生管理上有益であると考えられる。
参考文献
1) Hashiguchi N, Cao J, Lim Y, Kuroishi S, Miyazaki Y, Kitahara
S, Sengoku S, Matsubayashi K, Kodama K.：Psychological

図-7％HRR と LF/HF の関係（要約統計量）．各点は中央値を、誤差線は四分位範囲を示す．

Effects of Heart Rate and Physical Vibration on the Operationof Construction Machines: Experimental Study, JMIR
Mhealth Uhealth. 9(9): e31637, 2021.

%HRR の中央値および四分位範囲に着目して考察すると、遠隔操作より直接操縦、それよりも用手が主である作業（廃棄物選別やメンテナンス）の身
体負荷が大きい。
LF/HF に着眼すると、実際に現地で操縦する直接搭乗の心理的負荷が大きく、VR 操作は部分的にそれを模しているが、身体的負荷は十分に模していなかったと考えられる。用手作業のうちでは未知のリスクが想定される廃棄物選別は心理的負荷が大きく、メンテナンスは比較的負荷が小さいと考えられた。すなわち、実地において、業務上感じるリスク（未知・認知不足によるものを含む）があれば緊張傾向となり、身体負荷に加え心理的負荷を生じることが示唆された。
また、%HRR と LF/HF の 2 次元に着眼すること
で、(a)遠隔操作（モニタ操作と VR 操作）、(b)直接2) Kageyama I, Hashiguchi N, Cao J, Niwa M, Lim Y, Tsutsumi
M, Yu J, Sengoku S, Okamoto S, Hashimoto S, Kodama K.：
Determination of Waste Management Workers' Physical andPsychological

Load: A Cross-Sectional

Study

Using

Biometric Data, Int J Environ Res Public Health. 19(23):15964, 2022.
3) Shaffer F, Ginsberg JP. An Overview of Heart Rate Variability
Metrics and Norms. Front Public Health. 28(5):258, 2017.
4) Lu K, Sjörs Dahlman A, Karlsson J, Candefjord S. Detecting-4-

driver fatigue using heart rate variability: A systematic review.
Accid Anal Prev. 2022 178:106830, 2022.

Ⅱ

梗概集

●ポスターセッション要旨
１．建機用傾斜警報器 「Tilt-Alert」(株)ハマダテクノス ○濱田 佑介
日立建機(株)

１．初めに

小林 憲文

本製品の機能は、図２に示すように２段階の警報機

建設業における死亡事故は全産業の中でも高い比率能を有することである。本体の前後・左右傾斜のいずである。特に建設機械の転倒は死亡に繋がるケースがれかが予め２段階に設定した閾値の１段目を超えると多く、その原因の１つはオペレータの慣れから来る油

LED ライトが点滅し、さらに傾いて２段目の閾値を超断である。今般、傾斜地や地盤が不安定な現場で稼働

えると LED ライト点滅に加えてブザーが吹鳴し、オペする建設機械の転倒事故を減らすべく、様々な建設機

レータを不意に驚かせることなく傾斜に応じた警報を

械の運転室に後付けで容易に設置できるコンパクトな順次発する。更に、この２段階警報となる LED ライト

本体に、傾斜を検知するセンサと傾斜時の警報手段を点滅 ➡ ブザー吹鳴＋LED ライト点滅となる傾斜の閾

備えた傾斜警報器「Tilt-Alert」を開発した。

値は図３に示す緩斜面用／急斜面用の２つのモード設

本機の用途としては、建設機械が転倒しそうな状況定に対して各々設定されており、作業現場の状況等になのかをリアルタイムに検出して転倒前に警報で知ら応じて本体内スイッチで選択することが可能である。

せることではなく、オペレータが傾斜地作業の慣れか

本機は油圧ショベル、ホイールローダ、ミニショベ

ら 来る油断をしないよう車体が予め設定された傾斜

ル、
クローラキャリア等 様々な建設機械に適用可能で角度に達した際に、視覚と聴覚を通じた適切な警報をある。

発してオペレータに注意を促すことを目的とする。
２．機器構成と機能
図１に外観を示す。
本体は縦×横×厚さが 15×11×
7cm のサイズであり、内部に前後左右 2 軸の傾斜を検出する加速度センサ、信号処理を行うマイコン、

図２ ２段階の警報内容

音と光により警報を発するブザーと複数の LED ライト、
12／24V の DC 電源から USB 端子を経由して乾電池と併用駆動できる電源回路を備えている。

図３ 傾斜閾値の２つのモード
３．今後の展望2022／12 月の発売以来、多くのお客様に御活用いた
だき好評を得ている。お客様の現場における油断による車体転倒事故を防止できるように今後更なる検討を重ね、機能の追加・改良を行っていく予定である。

図１ 本体外観写真
1

２．段差対向噴射式高圧噴射攪拌工法の生産性向上への取り組み
ICT 技術を用いた V-JET 工法

開発背景

三信建設工業株式会社〇島野

嵐

三信建設工業株式会社

山口

洋

株式会社トーメック星

宏明

口部端部に印した離隔より出す空中の施工ポイントに

国土交通省は，「ICT の全面的な活用による建設生産

セットする手法を取ることが多いが，マーキングが消性向上に関する研究」の中で，施工段階の開発目的とえた場合や覆工盤がずれた場合の再測量などが必要でして「情報化施工の導入による省力化」，「出来高・出あった。本システムの導入によりこれらの作業がなく

来形管理の迅速化」，「計測結果の見える化による監督

なり作業員の省力化が図れる。

1)

検査の効率化」を挙げている。

段差対向噴射式高圧噴射攪拌工法であるV-JET工法(以下，本工法)では，これら課題に対応可能なシステ
ムを開発・導入し生産性の向上を図った。
管理システムの概要
管理システムは表１に示すように施工段階ごとに 5 つのシステムから構成される。

図１ 平面位置誘導システム表示例
表１ 管理システムの構成
施工段階

使用システム

削孔精度確認装置

概要

平面位置誘導システム

GNSS を用いた施工機の誘導

削孔時

削孔精度確認装置

削孔管路位置の確認・記録

ンサプローブにより，削孔孔の管路位置（孔曲がり）造成時切削状態モニタリング

改良径の可視化システム（施工1 本目で実施）を測定するものである。出力データは，事前に設定し専用施工管理装置

施工履歴データの記録・検測

た施工位置の x 軸，y 軸および深度の z 軸で計測用 PC

作業の省力化

に表示され，各深度での管路位置（孔曲がり）を出力・

地盤改良データ3 次元描画

施工範囲の地盤情報や施工情システム

報（施工履歴データ）を3 次元記録できる。本システムは x 軸，y 軸の計測を同時にでで描画する

きることから，従来の片軸ずつ計測する機器と比較し，改良機

削孔精度確認技術はジャイロセンサが設置されたセ

セット時

施工後

おおよそ半分の作業時間にて計測することが可能であり

平面位置誘導システム

省力化が図れる。

平面位置誘導システム(TOMEC-Navi TJI-1A：国土交
通省 ICT 建設機械等認定制度申請中)は，事前に平面図

切削状態モニタリングシステム

CAD データと現場の変化点座標（現場を囲む 3 点以上

切削状態モニタリングシステム（JWM システム：Jetの既知点座標）を入力し，施工箇所のＸ，Ｙの位置情

Wave Monitoring System)は，図-2 に示すように改良杭報を事前に把握し，改良機セット時に施工ポイントに誘の造成範囲の複数位置に事前に集音器を挿入するため導するものである(図-1 に表示例を示す)。高圧噴射攪拌

の計測管を設置し，集音器により計測管に当たるジェ工法の施工位置は排泥ピット開口部の直上となり，開ット流を音の大きさとしてモニタリングし，この経時
1

変化を記録・分析し，地盤の切削状態(改良径)を評価

３次元描画システムするものである。本システムにより試験施工による出3 次元描画システム(3D wrapping system: 3D wide-range

来形確認が不要となり工期の短縮が図れる。

improved data rapid plotting system)は前述の施工管理技術の取得データを統合・一元管理して 3 次元で描画・可視化する技術である(表示例を図-4 に示す)。改良体
は設計位置と実施工位置で描画でき任意で表示・非表示が可能であり，施工日ごとに色を変え進捗図とすることも可能である。また，改良深度 10cm ごとに噴射量や噴射圧などの各施工管理項目が計画値を満足しているか否かの表示が可能である(管理項目ごとに切り替え表示)。
さらに，任意の深度で2D断面図の描画や，局部点の拡大が可能であり，改良体同士が接合してい

図２ JWM システム概要

るか等の確認も可能である。

専用施工管理装置
専用管理装置を用いることにより，地中での地盤改
良の施工状況をリアルタイムに確認・管理をすることが可能である。管理できる項目は，図-3 に示す「深度，硬化材の噴射圧力および流量（瞬時および積算），圧縮
空気の圧力および瞬時流量，噴射装置の回転速度・引上げ時間，施工機の傾き，施工時間」であり，施工ヤード，プラントヤードの複数個所で計測された各々の
図４ ３次元描画システム表示例

施工データを一括管理でき，本体に記録保存される。
表示データは画面ミラーリングにより外部表示可能でまとめあり現場と事務所の複数個所でリアルタイムにデータ共有が可能である。実現場において施工管理における

段差対向噴射式高圧噴射攪拌工法(V-JET 工法)は，作業時間省力度合いおよび施工データ（チャートデー

複数の管理システムを用いることで作業員の省力化やタ）整理時間省力度合いの確認をした結果，前者は施工期の短縮により生産性の向上が図れ，また，各施工

工日 1 日当たり最大 90 分の省力化，
後者は約 3 割の作段階での施工状況のリアルタイム一元管理・可視化な2)

らびに施工履歴データの保存が可能となった。これら

業時間を省力化できることを確認されている 。

より，従来の施工管理手法と比べ効率的かつ高水準な施工管理を実現した。今後も，日々進化している新しい ICT 技術等を積極的に導入し，さらなる生産性の向上を目指す。
【参考文献】1）国土交通省：ICT の全面的な活用による建設生産性向上に関する研究（最終検索日2023 年7 月24 日），
https://www.mlit.go.jp/tec/gijutu/kaihatu/pdf/h28/160801_04ict.pdf2）公益社団法人日本材料学会：「地盤改良」に関わる技術評
価証明報告書 V-JET 工法，2020．

図３ 施工管理装置表示例（標準表示）2３．2023 年度上期の ICT 活用工事件数動向
ベーシックインフォメーションセンター株式会社○片岡 優介■はじめに
国土交通省がi-Constructionを2016年から推進し、2023 年で 7 年目となりました。その間、工種の拡大な
どの各施策や民間では建機等の技術推進を経て、ICT活用工事は増加しています。そのような ICT 活用工事の“現在地”を弊社データサービスの『全国土木工事
情報 D-NET』から抽出した最新の数値で 2023 年度上期の動向を観ていきます。皆さまのデータ分析・営業活動などの一助になれば幸いです。
■参照データについて■ICT 活用工事件数

弊社「全国土木工事情報 D-NET 国交省版」より以

23 年度の ICT 活用工事件数は 1,596 件となった。割合

下のデータを抽出・分析

では 83％となり約 8 割が ICT 活用となっている。22

期間：2023 年度上期 2023 年 4 月 1 日～2023 年 8 月 31

年度と比較すると件数は22年度が多いがICT活用工事日（※シンポジウム当日、ポスターセッション発表内

件数では 23 年度が 100 件ほど多い結果となった。
割合

容においては 2023 年 9 月 30 日までの数値を元に修正

では 22 年度 75％となり 8 ポイントの差がついた。

予定）の期間に 公告された土木工事・ICT 活用工事、
一部開札情報（随意契約など）を使用。
発注者：国の直轄工事（各地方整備局・北海道開発局・
沖縄総合事務局・国土技術政策総合研究所）
工事種別：「一般土木」「アスファルト舗装」
「浚渫」
「法
面処理」
「港湾土木」「維持修繕(ICT 活用工事のみ)」※公告修正や指名競争入札などにより件数・数値の補正による変動がある場合がございます。
予めご了承の上ご覧ください。

■おわりに23年度もICT活用工事が存在感を継続して示している■年度別件数の傾向結果となった。弊社 D-NET は上記の傾向分析の他切り

2023 年度上期の D-NET 公告配信数は 1,912 件とな口を変えることで多面的な分析が可能な上、個々の工った。2021 年度から減少傾向となるが、2022 年度との事案件も確認が可能であり営業リストとしても活用で差は微減となっておりほぼ同水準と言える。

きる。
1４．道路用維持機械のアタッチメントの開発について
九州地方整備局 九州技術事務所
技術活用・人材育成課長

原田 毅

技術活用・人材育成課○武藤 美代清掃が行えること。

１．はじめに〇ブラシアタッチメント設置時およびトンネル清掃車

九州地整管内の直轄道路の維持管理作業において、作業員の高齢化、作業従事者の減少など現場実態を踏が左右にブレても壁面・手摺に干渉しないこと。

まえ、効率化、省人化が求められている。

〇アームの伸縮によりトンネル内設備（配電盤、CCTV

トンネル清掃において、監査歩廊が狭いトンネルでカメラ、煙霧透過率測定装置（VI 計）等）を回避する

は壁面清掃の際、トンネル清掃車のブラシを入れるここと。また作業効率向上のため回避時には監査歩廊内とができず、人力で清掃を行わざるを得ない状況であにブラシアタッチメントの設置・待避ができること。

る。通行規制中の作業時間が制限される中、作業を完

これらのトンネル清掃作業時の現場条件に対応させるためブラシフレームの構造、駆動方式などのアタッ

遂しなければならず、人員確保に苦慮している。
また、冬期には、路面凍結防止のために散水車で凍チメントの方式を検討した。その結果、ブラシの小径結防止剤（塩化ナトリウム水）
を事前散布しているが、化が不要で能力低下の懸念がなく、また、狭い場所で散水車の設備は路面凍結剤散布を前提としていないたはロール機能によりブラシ設置・待避が可能になるよ

め路面に均一に散布できず、同じ箇所を複数回にわたうブラシ駆動モータをブラシシャフトに内蔵にしたり散布して作業効率が悪い状況である。

「片持ち＋カバー無し方式」を採用した。
●採用したアタッチメントの方式●維持作業の課題

旧型

ブラシが監査歩廊に入らない状況

新型

均一に散布できない状況

今回、これらの課題改善を目的として、狭い監査歩廊でも機械清掃が可能となるようトンネル清掃車のブ

工場での機能確認後、トンネル坑内に監査歩廊を単

ラシアタッチメントの改良や、散布の少ない回数・短管パイプで仮設して試作装置を取付けた保有車両によ

時間での路面全体への均等散布が可能となるような散る試運転確認を行った。狭い監査歩廊内にトンネル壁

水車のアタッチメントの開発を行い、維持管理作業の面や手摺と干渉することなくブラシを挿入でき、ブラ

効率化・省力化を図ったので報告する。

シが監査廊内壁面の下部まで届くことを確認した。
●模擬トンネルでの機能確認

２．トンネル清掃車のブラシアタッチメントの開発
監査歩廊幅員が狭いトンネルを現有のトンネル清掃
車にて清掃するうえで、以下の条件を満たす新型のア
タッチメントの検討を行った。
〇最もブラシスペースが狭いトンネルで壁面下部まで

1

式ノズル方式及び重力式バルブ方式の２方式の散水量

また、現場での運用を図るため、新津奈木トンネル

及び均一性の機能検証を行った。

にて、試作機の監査歩廊内設置、壁面清掃状況、障害物回避などの検証および清掃車の操作員へヒアリング

圧力式ノズルにおいてエンジン回転数(走行速を行った。なお、監査廊幅員は、最もブラシスペース度)1500rpm、1200rpm、1000rpm を変化させても均一にが狭い新津奈木トンネル（葦北郡芦北町）を参考とし散布が可能であることが分かった。また、重量式バルた。

ブ方式においてもタンク内の水量が満タン程度、1/2●試作装置による監査廊内の壁面清掃

程度、1/4 程度に変化しても均一散布が可能であることが分かった。
●散水量検証状況
圧力式

重力式

改良の結果、ブラシスペースが広いトンネル清掃と同程度の仕上がりとなった。また、ロール機能を併用

散水量に関しては、
重力式ボールバルブ方式の場合、することにより作業効率が向上した。

タンク内の水量により散水量が異なるため、走行速度とタンク内水量を変化させ散水量を検証した。

３．散水車の凍結防止剤散布用アタッチメントの開発

その結果、速度及び吐出量の調整によりマニュアル

路面凍結を防止するための凍結防止剤（塩化ナトリ

記載目安の塩化ナトリウム水溶液を散布できることがウム水）の事前散布は、雪寒対応マニュアルの記載内検証できた。

容を目安に実施されている。確実かつ効率的に路面全●管理区間走行による散水状況検証

体に均等散布できるようにするために、下記の機能要件に基づき開発するものとした。
○散水幅３．２５m 以上を均一に散布可能とする。
○塩化ナトリウム水は１ｍ2 あたり０．１L(リットル)を散布する。(雪寒対応マニュアル記載目安)
開発する多孔式散水アタッチメントに使用する部

散水量検証結果及びテスト走行結果を踏まえ、実際

材は、入手しやすく、コスト面でも優れている市販品に管理区間を走行し、散水機能（散布の均一性や適量からノズル及びバルブの２方式を選定した。

散布量）
並びに走行車両からの散布による散布状況（散●室内実験と試作装置

布状況や巻き上がり）の検証を行ったところ、1 回で規定量を均一に散布できることを実証した。
４．おわりに今回、開発したトンネル清掃車のブラシアタッチメ
ントや散水車の凍結防止剤の散布アタッチメントは今室内試験でスプレーパターンにより散布特性を検証

後活用する上で、耐久性や操作性など新しい課題が出し、ノズル形式の選定と設置ピッチの検討を行った。

てくると考えられる。今後もそれらに対処し、バージ

結果、
ノズル型式のフラットスプレーノズル（7個）と、

ョンアップを図っていくことによって、道路の維持管

両端は斜方ノズル（2個）を採用した。

理作業において作業の効率化・省人化に寄与することを期待している。

現場実証実験ではベースマシンの機能に合わせ圧力2

５．玉掛け不要！！災害復旧用小型移動式クレーン

SiKiAIR

日立建機日本株式会社 竹内豊
近年、集中豪雨の増加や、台風の大型化、気温

業はその性質上、重機との近接作業が避けられず、の上昇に伴う熱中症リスクの増加など、気候変動

重機や吊り荷との接触リスクに常にさらされての影響が全国各地で散見され、もはや異常気象でおります。安全性を確保するために、現場においはなくニューノーマルと呼ばれる時代に突入してはクレーンやバックホウの旋回範囲内に作業てしまいました。気候変動に対処し、国民の生命・員がいる場合は動かさない等の作業ルールの徹財産を守り、経済・社会の持続可能な発展を図る

底や、センサー等を活用して重機を強制的に停止ためには、長期的に温室効果ガスの排出削減対策

させたり、光や音等で重機のオペレーターや作業等に取り組む必要があり、中期的には各種防災工員に注意喚起するシステム等が活用されており事を計画的に進める必要があり、短期的には発生ますが、接触リスクを完全に排除することは難ししてしまった災害に対して復旧工事を迅速に対く、毎年不幸な事故が発生しております。接触リ応する必要があります。また、2025 年問題と呼ばスクを排除するには、近接作業そのものをなくす

れる慢性的な人手不足の問題もあり、安全性はも必要があると考え、玉掛け作業の機械化を検討す

ちろんのこと、省力化への対応も重要な課題となることに致しました。弊社には大型土のう用のクっております。

レーン SiKi シリーズがあり、主に福島の中間貯蔵施設や除去土壌の輸送工事に活用されておりますが、大型土のうのベルトを倒立させる治具を併用する必要があり、玉掛け作業の完全機械化が実現できておりませんでした。

図 1:災害復旧現場での大型土のう設置工

そこで、日立建機日本では災害復旧工事に対応かつ、省力化を実現可能なものが出来ないかと考えました。災害復旧工事では様々な重機が利用されておりますが、弊社が対応可能な工種を検討した
結果、災害復旧工事の大型土のう設置工に着目致しました。現在、大型土のう設置工では、ラフテ
レーンクレーンやクレーン機能付きのバックホ
ウが主に使われておりますが、大型土のうの吊り作業においては玉掛け作業が必須です。玉掛け作

図 2:SiKi シリーズと大型土のう倒立治具そこで完全機械化を目指し、特定の治具を必要と袋詰め玉石の従来の設置作業では、玉外し作業をしない吊り荷装置の開発に着手致しました。大型する際に、作業員が胴長を着て川の中に入ってお土のうのベルトを吸引して持ち上げ、吸引ホース

りましたが、事故リスクの高い作業を排除するこを蛇腹にすることでフックの中心に引き込む機とが可能になりました。災害復旧現場は通常の現構を構築し、SiKiAIR としてアップデートし玉掛場より作業環境が厳しく、常に事故リスクとの戦

け作業の完全機械化を実現致しました。

いです。次期モデルでは作業の完全無人化を目指（NETIS 申請中）

し、遠隔化を視野に更なるアップデートを検討致します。

図 3:吸引装置使用方法

玉掛け作業の完全機械化により、玉掛け作業者とはい作業主任者を配置する必要がなくなり、省力化を実現致しました。また、玉掛け作業者がクレーン旋回範囲内から退避する間、クレーン作業を中断する必要がなくなりましたので作業効率も向上致しました（約 1.4 倍）。玉掛け作業の完全機械化による一番のメリットは事故リスクの低減にあります。クレーンの作業エリアに作業員を配置する必要がなくなりましたので、重機や吊り荷との接触リスクの低減を実現致しました。
SiKiAIR に搭載した吸引装置は、大型土のうだけ
ではなく袋詰め玉石工にも対応可能です。

図 4:袋詰め玉石にも対応可能

６．山岳トンネルにおける防水シートの自動溶着技術の開発
拝み溶着の自動化と品質管理の高度化
五洋建設株式会社○森瀬 彬

五洋建設株式会社

北村 圭佑

大栄工機株式会社 佐藤 猛彦
はじめに
山岳トンネルにおける防水シートの溶着作業は、
2～
3 名の作業員が、狭小かつ高所な足場台車上で溶着機を周方向の上下に手渡しして行うため、危険を伴う苦渋作業となっている。また、溶着には長年の経験と熟練された技術を要するため、作業員の熟練度によって品質に差が生じることもある。
一方、防水シートの品質管理としては、覆工コンク
リートの打設あたり 1 箇所の頻度で加圧試験を実施す
る抜き取り検査が標準となっていて、不合格であった
場合には溶着個所全周を目視で確認する手間が発生す写真 1 自動溶着システムの全景るなどの課題がある。
これらの課題に対して、自動溶着システム(以降、本2.本システムの特徴

システム)の開発と、赤外線カメラで測定したシート溶防水シートの溶着

着部の表面温度を利用した品質管理方法を活用するこ個所には、写真 2 のよとで、溶着作業から品質管理までの自動化を実現した。

うにたわみやよれが以下に、開発した自動溶着システムの概要について発生する。このよれや報告する。

たわみに対して、これまでは、熟練工が防水

1.技術説明シートや溶着機を巧本システムは、防水シート台車に設置した専用のガ

写真 2 シートの溶着箇所

みに操作することでイドレール上を、溶着機が自動で走行しながら溶着す対応してきた。これに対して本システムでは、主に 2るものである。溶着の手順は以下の通りである。

つの機構を用いて対応した。

① 溶着機に防水シートをセット(1)

溶着機の制御機構

本システムでは、図 1 に示すように溶着機を上下に② 溶着機を起動し熱コテを加熱移動させるシーソーと、トンネル縦断方向へのスライ③ ワイヤレスコントローラーの開始ボタンを押しドを設けた走行装置で制御することとした。加えて、溶着を開始④ 溶着終了後に防水シートを取外して溶着を完了

センサー付きの回転軸でシーソーを支持させた。回転

上記の①～④で溶着作業が完了するため、足場台車軸に設けたセンサーによって、走行装置と溶着機の位上へ昇降することなく、作業者１名で防水シートの溶置関係を把握させることで、溶着速度を一定に保ちな着作業を行うことが可能となり、安全性の確保と生産

がら走行装置の移動と溶着機を同調させることで、シ性の向上を実現した。

ートのよれやたわみへの追従を可能にした。
1(2)シートの取り込み機構

これまで、シートの溶着では、作業員が溶着機とシートを手作業で調整しながらしわを改善していた。本システムでは、溶着機の前にエッジコントロール装置、後ろにシート固定用治具を設けて溶着時のシートにしわが発生しないようにした。具体的にはシート固定用
治具でシートを固定し、エッジコントロール装置が前後に稼働することでしわを伸ばすものとした。
4.品質管理の高度化と自動化
これまで、処分場の遮水シートに適用されていた赤図 1 自動溶着システムの概要

外線カメラを用いた溶着部の品質管理方法をトンネルのシートに適用した 1)。この技術は、事前に溶着部の表面温度と引張強度の関係を求める必要があるものの、
写真 3 に示すように赤外線カメラで得られた溶着部の表面温度を測定することで、品質の合否を自動で判定できるものである。
判定結果は、写真 4 に示すようにタブレットなどの端末でも確認でき、溶着の不良個所を検知した場合には、即時にアラームで警告するとともに、その位置が記録されることから、目視で不良個所を探す手間も解消されるとともに全数検査が可能となる利点もある。
おわりに

写真 3 赤外線カメラを用いた品質検査装置

自動溶着システムの開発により、危険かつ苦渋作業であった防水シートの溶着作業については、50～70％の省力化が実現できたと考えている。また、作業員の熟練度によらない安定した品質が確保できるとともに、
赤外線カメラを用いた溶着部の品質管理方法を適用することで溶着箇所全てを対象とした品質管理も自動で行えるものとした。
今後は防水シートの展張、溶着および折り返しまでの自動化を目指した技術開発を進める予定である。
参考文献
1) 中山裕文・島岡隆行・作左部公紀・上田滋夫・青山克己・

写真 4 品質検査結果の検出状況

坂口伸也・吉田宏三郎：最終処分場遮水シート接合における熱画像検査方法の開発と実証試験，ジオシンセティックス論
文集 第 28 巻，2013．

2

７．ＩＣＴ除雪機械の開発
除雪トラックの作業装置自動化
国土交通省 北陸地方整備局 北陸技術事務所
同
同
1．はじめに北陸地方整備局では，管内3県（新潟県・富山県・石川県）の直轄国道14路線，管理区間延長約1,073kmの冬期道路交通を確保するため，約500台の除雪機械を配備し，除雪作業を実施している．
除雪機械の運転は路面状況，道路構造，沿道状況等の変化に適応した操作が必要であり，経験と熟練した技能を必要とするが，昨今は，熟練技能を持つオペレータの高齢化に伴う引退や，新規入職者の減少により，担い手の確保及び技能の維持が課題となっている．
このような背景のもと，北陸技術事務所では，オペレータの負担軽減，経験の浅いオペレータの作業支援を目的として，ICT（情報通信技術）を活用し，作業装置を自動化した除雪機械の開発に取り組んでいる．
2．作業装置の自動制御
2-1) 除雪トラック作業装置の概要
除雪トラックによる新雪除雪は，路面に降り積もった雪を路側にかき寄せるもので，作業装置としては，新雪などを除雪する「フロントプラウ」，圧雪などの路面を整正する「グレーダ装置」，交差点や沿道施設の出入り口といった，雪を置いてはいけない区間において一時的に雪を抱え込む「サイドシャッタ」で構成されている．（図-1）〇 福島 徹
前原 正之
姫野 利宗

このため，除雪トラックの作業装置（フロントプ
ラウ，グレーダ装置，サイドシャッタ）の操作を自動化することにより，オペレータは車両の運転に専念できるため，作業の安全性が向上する．また，オペレー
タの負担軽減が図られることにより，担い手の確保にも寄与するものと考えている．
2-2)自動制御機能の概要
作業装置を自動化するための制御は，オペレータが各装置を操作した操作位置情報を反映させた“除雪作
業用地図データ”を作成し，GNSS 受信機（準天頂衛星システムみちびき対応型）で取得した自車位置情報とを照合し，地図データに設定した箇所で，作業装置に所定の動作を行わせる仕組みとしている。

進行角 35°（交差点前）

フロントプラウ

進行角 0°（交差点内）

進行角ほか

グレーダ装置 伸張

グレーダ装置での除雪(拡幅部）

グレーダ装置図-1

伸縮

除雪トラック作業装置の概要

除雪トラックのオペレー
タは，車両本体の運転と同時に 8 本のレバー，20 個のスイッチにより作業装置の操作を行わなければならず
熟練した技能が求められる．

乗り入れ部／交差点部

除雪トラック作業装置の操作パネル

サイドシャッタ開

サイドシャッタ閉

サイドシャッタ開閉８．作業所ＣＯ２排出量モニタリングシステム㈱竹中工務店 ○出 口 明
ユアサ商事㈱川上 雄也㈱ゼロボード片山 賢
１．はじめにの排出量データの自動取得も可能にしている。

当社の建設現場（作業所）から排出される CO2 のう３．IoT デバイス「どんだけ」の概要

ち、スコープ１（重機などの稼働に使う軽油由来）が「どんだけ」は、電流を検出するセンサーと防水ケ

約 75％、スコープ２（場内照明や仮設事務所などに使ースに内蔵した通信装置で構成されている。
「どんだけ」う電力由来）が約 25％である。社会の脱炭素への気運

を建設機械のバッテリーに取り付けることで、電流のの高まりにより建築主から CO2 排出量の提示を求めら

変化から機械の稼働・停止状態を検知する。検知したれるケースが出てきている。また、建設現場（作業所）

情報を内蔵した通信装置により「作業所 CO2 排出量モにおける CO2 排出量の削減は当社の果たすべき重要な

ニタリングシステム」に送り、建設機械の稼働時間が社会的責務であり、これら CO2 排出量の把握がなけれ把握できる。

ば、削減対策や効果確認ができない。
２．システムの概要「作業所 CO2 排出量モニタリングシステム」は株式
会社ゼロボードの建設業界向け GHG（温室効果ガス）
排出量算定・可視化ツール「Zeroboard construction」に、ユアサ商事株式会社と当社で自動データ収集機能を実装させたシステムである。CO2 排出量算定では、
軽油使用量を入力するほか、当社と株式会社アルモが共同開発した建設機械の稼働・停止を自動検知する

写真-1 IoT デバイス「どんだけ」

IoT デバイス「どんだけ」により稼働時間を把握し、（建設機械稼働時間把握装置）

当社とユアサ商事が共同開発した当該システムを連携

４．適用・展開

することで自動モニタリングを実現している。また、当該システムと「どんだけ」の導入により、建設現あらかじめ機械毎の 1 日あたりの平均的な燃料消費量

場で使用する全てのエンジン式建設機械の CO2 排出量を設定することで、機械台数の入力による算定も可能

算出において、機械台数等の手入力が不要となり、省である。また、活動量にはデフォルトで用意した機械力化が図れるとともに、より精度の高い排出量がタイの他、対象機械の追加、変更が自由にできる。また、ムリーに把握できる。
現在、工事中のプロジェクトで、

外部「CO2 排出量提供サービス」と連携して、作業所

クローラクレーン、杭打機、油圧ショベル、フォーク
リフト、高所作業車、発電機への本装置の適用を進めている。
５．終わりに
当社の CO2 削減長期目標の第一目標である 2030 年に、スコープ１＋２の2019 年比46.2％削減の達成に向け、
当該システムにより建設現場における CO2 削減策の効果と検証、全社での状況の把握を進め、効果的な削減策の抽出・水平展開を図り、環境負荷低減に貢献する。

図-1 システムの構成
1９．小型施工機による地盤改良自動打設システムの開発
GeoPilot®-AutoPile の適用範囲の拡大

1.「GeoPilot®-AutoPile」小型機タイプの概要「GeoPilot®-AutoPile（ジオパイロット・オートパイル）」は2020年に開発された大型地盤改良機による機械撹拌式深層混合処理工法の自動打設システムで，既に実際の現場での実績を重ねており，省力化施工やオペレータの習熟期間の短縮により，若手人材等の活躍の場を広げることに貢献している．本稿では新たに開発した「GeoPilot®-AutoPile」の小型機タイプの紹介を行う．小型機タイプでは機械撹拌式深層混合処理工法に加えて，高圧噴射攪拌工法の自動化施工を実現した．これにより，狭隘地施工や地中構造物への密着施工な
ど難易度の高い工事においても安全な施工，確実な品質の提供を効率的に行うことができる．
本システム構成は図-1 に示す通りで，
地盤改良施工機本体に設置するコントロールユニットにより，施工機本体の動作を自動制御すると同時に，通信によりスラリープラントやポンプの自動制御を行うことで自動化施工を実現した．

株式会社不動テトラ○伊藤 竹史株式会社不動テトラ

廣畑 憲史

株式会社不動テトラ

今給黎 健一図-2 小型施工機による施工イメージ図(2) 用途に合わせて選べる 2 つの工法
本システムは，機械撹拌式深層混合処理工法の「CICMC 工法」と，高圧噴射撹拌工法の「FTJ-NA 工法」の 2 つの工法に適応している．同一施工機で撹拌軸のアタッチメント部を変更する軽微な仕様変更で2 工法を施工することが可能のため，施工条件より最適で低コストの施工方法の提供が可能となる(図-3)．

図-1 自動打設システム概要

2.「GeoPilot🄬-AutoPile」小型機タイプの特長(1) 幅広い施工条件に適応
小型施工機による自動施工が可能となったこと
で，狭隘地や空頭制限下での施工に対応できるようになった．自動化によるオペレータの作業負担が軽減することにより，狭隘地で輻輳する重機や近接する既設構造物への影響に注力することが可能となる
安全性も向上する．小型施工機による施工イメージ
図を図-2 に示す．

図-3 アタッチメント部変更により 2 種類の工法を選択

例えば地中構造物を建設する際の掘削底面の底盤改良等では，土留め鋼矢板への密着施工が必要となる箇所では高圧噴射式の FTJ-NA 工法を用い，その他の箇所は高圧噴射式より安価な機械撹拌式の CI-CMC工法を用いることが可能となる(図-4)．

図-4 機械撹拌式改良と高圧噴射式改良の併用のイメージ(3) 操作の簡素化による生産性の向上
施工中に管理計器を監視しながらオペレータが行っていた操作が，コントロールユニットからの制御に置き換わることで，オペレータの作業負担が軽減するとともに，手戻り作業が無くなり，施工サイクルが効率化し，生産性の向上が見込める．特に高圧噴射撹拌
工法では 1 本の打設が数時間に及ぶこともあり，長時間のレバー操作，ダイアル操作を行う必要があったが，自動打設により作業負担が大幅に軽減した．
従来行われてきた手動操作と本システムの自動操
作の手順比較を図-5 に示す．手動操作では，オーガー
モータの昇降・速度制御，回転制御やスラリー流量制
御を，管理計器を確認して実施していたが，本システ
ムでは，開始する際に打設する杭種番号を選択し，貫入や引抜などの各サイクルの開始時と終了時にアイ
コンタッチするだけで打設することが可能となる．
小型機では，自身のリーダーの高さ以上の施工長を満足させるため，オーガーの軸チャックで攪拌軸を掴
み替えながら貫入・引抜を行う．軸チャックの掴み替
え時は撹拌軸が落下しないよう，下部クランプの開閉，オーガーのチャックの開閉など多くの操作を必要とするが，自動化することで，効率的で安全な作業を確保できる．
(4) 習熟期間の短縮
従来，地盤改良工事では，施工技術を習得するために約 3 年の年月を要していたが，本システムでは，打設中の操作は，アイコン操作のみとなるため，習熟期
間を約 3 分の 1 に短縮できる．これにより，若手オペ
レータや海外オペレータの早期活躍が期待できる．

図-5 手動操作と自動操作の操作比較(5) 施工誤差の無い確実な品質の提供
深層混合処理工法では，土層ごとに固化材スラリーの添加量が異なるため，流量や昇降速度の切り替えが必要となる．手動操作の場合，オペレータがスイッチ
で流量を切り替えたり，レバーで昇降速度を変更した
りする必要があり，オペレータによって施工誤差が見られることがある．自動打設の場合は，流量や昇降速
度の切り替えは自動で行われるため，誰が操作しても同様の品質となるため，施工誤差やオペレータの熟練度による品質の差異が無くなる．
(6) 安全性の向上
本体に取り付けた各種センサーからのデジタル情報により，施工機の状態を監視し続けることで，必要に応じてオペレータへ注意喚起を図ることや，コン
トロールユニットから適切な制御を行うため安全性が向上する．注
意喚起の表示画面例を
図-6 に示す．

図-6 注意喚起の表示画面例

10．「除雪車オペレータ支援システム」の構想概要について
国立研究開発法人土木研究所 寒地土木研究所 〇山田

充

同上

木村

崇

同上

山﨑 貴志

るため、除雪施工不良や事故、さらには負担の大きい

1.はじめに積雪寒冷地域において、冬期の道路除雪施工は地域作業への担い手不足が懸念される。そのため、比較的住民のライフライン確保、経済活動等のために極めて

熟練度の低いオペレータによるワンマン除雪施工で、重要である。除雪施工は除雪車による機械施工が大半

安全かつ十分な精度で除雪施工できるよう、またオペを占めるため、除雪車を運転操作するオペレータが必

レータの負担を軽減するよう、包括的にオペレータを要である。

支援する何らかの新しいシステムが必要と考えられる。

除雪施工では車両走行と除雪ブレード等の作業装

そこで、本研究では除雪施工中のオペレータを遠隔置を同時に操作する必要があり、オペレータには卓越地からリアルタイムにサポートすることのできる、「除した操作技量が求められる。また、道路面には凸状と雪車オペレータ支援システム（以下システムとする）」

なったマンホールや橋梁ジョイントなど、除雪施工時を構想した。具体的には、除雪基地等（管制センター）に障害となる道路付属物が散在しているが、路線を知と除雪車を携帯電話回線等の通信で結び、除雪車からり尽くす熟練オペレータは積雪下の隠れた道路付属物

位置情報、車両情報、動画、オペレータ生体信号等をも的確に回避することができる。さらに、一般道の除リアルタイムで送信する。またオペレータが適宜、施雪施工は、一般車両、歩行者が通行する中で行われる工方法のアドバイス等を仰げるよう、オペレータと除ため、オペレータは周囲に十分、注意を払いながら前雪基地間で、音声会話またはテレビ電話を行えるよう

述のような高度な除雪施工を行っている。
このように、にする。
本報告ではシステムの構想概要の検討を行ったの

現状の冬期道路除雪施工は、オペレータの卓越した運転操作技術と路線を知り尽くした熟練度によって成立で報告する。

している部分も大きいと考えられる。しかし、オペレ

2.システム構想概要の検討

ータの高齢化が顕著となっており、熟練オペレータがシステムの構想概要を検討するにあたり、まず、現引退、減少している。今後、比較的熟練度の低い若手場の詳細なニーズを把握する調査を実施した。方法はオペレータによる除雪施工が増加すると考えられ、今国土交通省会議などへの参加、
またはヒアリングとし、までどおりの冬期道路管理レベルを維持できるかどう

オンライン、または臨場で行った。ヒアリングの対象か懸念される。

者は国土交通省職員、北海道職員、札幌市職員、NEXCO

また、現在、国道の除雪施工はオペレータと助手の職員のうち、冬期道路維持業務（除雪）に従事してい二人体制での運用を基本としているが、将来的な労働る職員とした。
また、
国道維持工事受注業者の技術者、者人口の減少が予想されており、今後、オペレータの

国道除雪車オペレータにもヒアリングを実施した。そみで除雪施工を行う、ワンマン運用が求められる。ワ

の結果、除雪車オペレータ不足及び高齢化、人材育成、ンマン運用では、これまで助手が主に行っていた周辺

除雪車のワンマン運用化は国、自治体、都市部、地方注意確認もオペレータが行わなければならず、オペレ部に広く共通する課題であり、システムのニーズが幅ータの負担増加が懸念される。前述のように、今後、広く存在することがわかった。また、除雪施工は除雪

比較的熟練度の低い若手オペレータの増加が予想され工区によって施工方法が異なるため、システムに求め1

られる機能が除雪工区によって異なることがわかった。 市場技術、部分的に適用可能な要素技術が市場化され次に、システムに利用可能な市場技術、もしくは部分る可能性があり、今後も、継続的に市場調査を行う必的に導入可能な要素技術がないか、
市場調査を行った。

要がある。

あわせて、最新技術・機材等の動向調査を行った。調

ニーズ調査、市場調査の結果より、システムの基本

査方法は、インターネット検索、展示会、学会聴講、コンセプト図（図-1）、開発項目の概要一覧（表-1）をメーカヒアリング、家電量販店踏査等とした。その結作成し、システムの概略の仕様を取りまとめた。

果、市場技術の中でそのまま導入することが可能なも3.おわりにのは見受けられず、システムを独自に開発する必要が

今後は、システムの詳細設計、構築、現地試験等をあることがわかった。一方、今後、新しい適用可能な行い、社会実装を目指す。

図-1 基本コンセプト図

表-1 開発項目の概要一覧
領域

項目

内容

通信

リアル

方向

タイム性

相互

テレビ電話

動画＋音声会話機能

除雪基地間通信

チャット

チャット機能会話

音声会話機能音声チャット

音声をテキスト変換しチャットできる機能

オペレータ生体信号

スマートウォッチ等により、心拍数等を取得し、除雪基地へ伝送する。

除雪車

リアル

スマートウォッチ

加速度

スマートフォンまたはスマートウォッチ等より加速度を取得し、除雪基地へ

より

タイム

スマートフォンorス

除雪車の位置情報を除雪基地へ
車内、車外

テレビ電話

動画＋音声会話機能

チャット

チャット機能スマートフォン

タイム

基地

想定通信
インフラ

PCorスマート 携帯電話
フォン

回線

スマートフォンorス
マートウォッチ

伝送する。
動画

除雪

除雪車

除雪車～

位置情報

リアル

想定ハードウェアに準ずる マートウォッチ
スマートフォンカメ
ラor別途車載カメラ

車車間通信

会話

音声会話機能音声チャット

音声をテキスト変換しチャットできる機能

相互

リアル

スマートフォン

-タイム
スマートフォンorス
マートウォッチ

拡張機能候補リアル
道路付属物情報アプリ 既存のアプリ。同時に動くようにする。

-

AIチャット機能

加速度異常、心拍異常、等、閾値により典型例でポップアップ対応する等

夏画像提示機能スタンド

スマートフォン
-

アロン

-

-

携帯電話

無雪期の写真を表示できる機能

-

-

回線

遠隔OJT

除雪車からの中継or録画画像で学習する。

相互

PCorスマート設計

除雪車より取得される情報をサーバに蓄積し、ビックデータ化する。将来的

-

タイム

フォン
サーバー

にヒヤリハット危険箇所の抽出や熟練オペレータ技能定量化を目指す。
その他

全体システム成立のために当然、必要な機能の開発

2

-

サーバー

-

11．建設現場 DX 対応無線ネットワーク構築ソリューション
西尾レントオール株式会社

１． はじめに

野瀬 健一

定で自動的に無線接続されるため、従来のような LAN

建設 DX の加速に伴い、様々な IT ツールや遠隔臨場

ケーブルの設置や複雑な無線設定が不要となり、設置に加え、AI や自動化、ロボットといった先進技術活用

や移設の費用、管理面の負担が低減される。機器構成のため、建設現場内でのインターネット接続は益々欠によるが最大 90%程度の LAN 配線を削減できる。

かせないものとなっている。弊社では、建設現場 DX 対

また、本システムは、高機能 Wi-Fi として、無線中

応無線ネットワーク構築ソリューション（以下、本シ継が多段階となっても速度低下が少なく、１台のアクステム）として、建設現場内の無線ネットワーク基盤

セスポイントに最大 256 端末接続可能、遠隔からネッの一括化を推進している。

トワークの状態が監視できるクラウドなども備えており、スマートフォンやタブレット用の Wi-Fi から、前

２． 課題

述の各種クラウドシステムだけでなく、エッジ AI、自昨今、現場内において、作業車位置管理システム、動化、ロボットといった最新の技術での活用へも応え

現場内建設機械予約システム、気象情報や環境計測、るシステムであると考えている。高層階や地下空間、作業者体調管理、遠隔監視のカメラ画像などクラウド

離れた２拠点といった Wi-Fi 構築が困難とされる環境システムを利用した多くのシステムが利用されている。 へも、60GHz 高速無線を組合せるなど、システムアッ
これらは、それぞれ独立したシステムであり、個別にプにて対応可能である。

専用のゲートウェイ機器や、通信 SIM が必要なケースが多く、機器設置の手間や、通信料負担が大きくなる

４． おわりにといった課題がある。簡便に現場内の隅々まで安定し本年度に、本システムを活用した、作業者体調管理・た Wi-Fi 環境が構築できれば、これらのシステムを統作業環境計測の統合クラウドをリリースしている。今合することができ理想的である。

後も機能追加を行ない、現場内の各種センサや AI カメ
ラから集めた情報を、本システムにより集約し情報活

３． システム概要
本システムでは、アクセスポイント同士が最適な設用、生産性向上を提案していく。

12．トンネル切羽への立入作業をゼロにする『自動装薬システム』の開発
前田建設工業株式会社〇小笠原 裕介

1.背景と課題
山岳トンネルにおける労働災害は切羽で9 割発生しており，その中でも鋼製支保工建込みや装薬作業時の被災事例が 8 割を占めている．これらの作業は切羽直下に作業員がやむを得ず立ち入る人力作業であり，この切羽立入作業が無ければ被災するリスクはなくなる．
そこで前田建設では，切羽立入作業を不要にする自動装薬システムの開発を進めている．

図-1 自動装薬システムの概要

一般的な装薬は，ドリルジャンボで削孔した装薬孔の孔奥から起爆用の親ダイ（紙巻含水爆薬と電気雷管）， 3.孔位置検出システムの概要
増ダイ（紙巻含水爆薬を数個），込物（粘土）の順に人本システムは，a:距離画像カメラ b:ToF センサ c:レ

力で挿入し，
込棒で突き固める作業のため,切羽に最接ーザーサイト d:USB エクステンダーで構成し（写真-近した状態で,肌落ち災害のリスクが非常に高いこと

1），専用の孔位置検出用ソフトフェアは独自のアルゴが懸念されている。

リズムで構成されている．
孔の検出から装填開始までのフローを次に示す．①

2.自動装薬システムの概要

a:距離画像カメラで孔を検出②検出した孔のカメラ座

本技術はドリルジャンボのガイドセルに搭載し，①

標から孔位置を推定③推定した孔位置を元に位置合わ

位置合わせ機構②親ダイ供給機構③送出し機構④増ダ

せ機構を制御し，装薬パイプの軸を孔位置に合わせる

イ供給機構で構成した（図-1）．親ダイは紙巻含水爆薬④b:ToF センサで軸上の距離を計測し，孔があることと非電気式雷管（導火管付雷管）の組合せとし，先端を最終確認⑤装填開始．
（c:レーザーサイトは装薬パイ

コーン（位置合わせ誤差・孔荒れ対策）と紙管（収納・プの軸と孔位置のズレを視覚的に確認するための補助把持機能）に内包してカートリッジ化し，増ダイは粒機能，d:USB エクステンダーは USB 機器を Ethernet ケ状爆薬（含水爆薬や ANFO）にする事で，エア圧送機械

ーブルで距離延長するためのアダプタ．
）

装填の密装填効果により込物の省略を可能にした．以b.ToF センサ

上より,人が切羽に立ち入らず装薬が可能となった.

a:距離画像カメラ

本システムは装薬孔を削孔するドリルジャンボとは別の機械で構成しており，全自動ドリルジャンボの削孔データ（座標，角度，深さ）を元に対象の孔位置にセットする．しかしながら，座標を元にセットしても装薬パイプと孔位置は上下左右で最大 50mm の誤差が生じるため，前田建設では座標を元にセットした後，c.レーザーサイト

パイプを正確に位置合わせするための孔位置検出シス
検出画面

テムも併せて開発を行っている。

d.USB エクステンダー

写真-1 孔位置検出システムの概要

1

13．

14．重機搭載レーザー計測システム トンネル版（ 重機 LS）の開発(株)フジタ(株)フジタライカジオシステムズ株式会社〇石井 翔太浅沼 廉樹
浮田 真樹

１．はじめに本システムは重機搭載レーザー計測システム（NETIS；KT-200138-A）をベースに一般土工の明かり現場に限らず、トンネル工事の現場でも活用できるように開発を進めた。
２．開発の経緯
トンネル工事では，ＧＮＳＳ(全球測位衛星システム)を使えない、狭隘な作業環境であること。上記の理由か
ら日常の施工管理は専門員による測量が主流となっている。しかし，測量作業は作業エリア内に重機と人が混在するため，接触事故の発生リスクが高く事故防止に十分配慮する必要がある。また施工機械を止めて計測作業を行う必要があり，施工効率の向上を妨げていた。
近年では，３Ｄレーザースキャナを用いた計測が普及し行われているが，精密機器かつ操作に専門的な知識が必
要なことや，盛り替えに時間を要するという難点があった。そのため，簡易に自己位置を計測でき，移動しながら測量できる技術の開発が望まれていた。

図-2 重機 LS システム構成―システムの特徴―
・ＧＮＳＳが利用できないトンネル空間においても，明かり工事と同様に ICT 施工が適用できる。
・計測器に屋外用の安価な２Ｄのレーザースキャナを使い，重機を旋回させて計測することで容易に３Ｄデータを取得できる。
・重機に後付で搭載が可能
・計測結果は，重機運転席内に設置した重機 LS モニタ
で閲覧が即時に可能。
・重機が旋回スキャンする事で取得したインバート施
工面の現状データを，３Ｄ設計データと重ね合わせ，差分を色分けしたヒートマップをモニタに表示すると同時に、バックホウの爪先位置が重機ＬＳモニタ上に表示され，計測後に掘削箇所のガイダンスができる。
・計測から解析までを短時間で行い，測量作業が大幅に省力化され，生産性向上が可能となる。

３．機械概要と仕様
重機 LS トンネル版は，トンネル内で使用する油圧ショベル等の重機に計測ユニットを搭載して，移動しながらトンネル内の任意の位置で，面的な出来形座標を取得することを可能にしたシステムである。トンネル内で運用可能なマシンガイダンス，重機 LS-TS，自動追尾 TS で構成され，インバート部施工の際に掘削作業と並行しながらの計測を行う。
計測イメージを図-１、システム構成を図-2 に示す。

― サイクルタイムの短縮を実現―
計測で取得した 3 次元点群データは，トンネルの 3次元設計データと重ね合わせ，ヒートマップで表示される。重機オペレータは，画面上のバックホウの爪先位置を確認しながら，設計面まで達していない箇所を確認し，ガイダンス機能により掘削する。また爪先位置は，設計面からの高さに合わせて色が変化するため，
数値よりも瞬間的に認識しやすい表示となっている。
トンネル断面方向に張った水糸から掘削面までの下がりを計測する従来の確認方法から，重機オペレータが自ら作業しながら出来形の良否を確認できるようにな
り，インバート掘削工全体のサイクルタイムが約 20％
短縮された

図‐1 重機 LS 計測作業イメージ1

－ 安全性の向上―
従来のインバート掘削での掘削や床付け確認の計測作業に対して・重機オペレータが掘削毎に確認の為の重機運転席への昇降動作が不要となり，転倒によるケガの危険性がなくなりオペレータの安全性が確保される・インバート掘削面確認時に専門の測定者が重機近傍まで近づく為，作業エリア内に重機と人が混在することになり，重機と人の接触事故防止に十分配慮する必要があったが，本システムでは測定時に専門の測定者が不要となった

図‐3 インバート掘削工(1 サイクル）の作業時間比較
施工数量：床付け計測 22 スパン(115m2/スパン)で比較した。測量精度±50mm 以内（（「地上移動体搭載型
レーザースキャナを用いた出来形管理の監督・検査要領(土工編)(案) 要求精度を満たす。
）

4.おわりに
重機 LS によるインバート掘削工の出来形計測を実現することで，従来の人力作業と比較して省人化と生産性向上が図れたことを確認した。安全面において，
重機旋回範囲内に計測の専門員が立入ることがなくなったため，重機と人が接触する危険要因が排除された。
また床付け確認作業で，オペレータが運転席から頻繁に乗り降りする必要が無くなった。
今後は、坑内に常設するトータルステーションとの連携など、さらなる応用に向け、システム改良を進めていく予定。

―出来形計測における人工の低減―
従来のインバート掘削では，掘削時の床付け確認として出来形計測時に専門の測量員が作業ヤードに入り計測作業を行っていた。
（図‐4）重機オペレータは，
この計測結果を専門の計測員から確認し再掘削等の判断を行っていた。重機 LS では，重機オペレータが自ら作業しながらキャビン内に設置した専用モニタで出来形の良否を判定できる（図‐5）ため，床付け確認の専門の測量員が不要となった－導入実績―
国道 17 号 新三国トンネル工事のインバート掘削工
他

図－4 計測方法の比較（左；計測員による計測、右；重機 LS）

図―5 重機 LS PC モニタ表示画面
2

15．内径 100mm 以下のパイプラインを点検するロボット
人工筋肉ミミズ型ロボットと フレキシブル センサー
株式会社ソラリス

梅田 清株式会社 CAST

中妻 啓

株式会社カナモト ○庄野和隆
１．インフラメンテナンスと点検のニーズ

波センサーを開発し、大学発ベンチャー企業 CAST 社

社会資本のメンテナンスのための点検需要が増大し、 にて、配管減肉モニタリングシステムなどの社会実装
点検の生産性向上が必要である。また、これまで内径を進めている。

100mm 以下のパイプラインを点検することが困難であり、新しい技術開発が求められている。
２．新しい技術 人工筋肉とミミズ型ロボ
内径 100mm 以下のパイプラインでは、カメラやセンサーを移動するために、車輪や無限軌道などの機構を利用することが、径が小さすぎるため困難である。
中央大学理工学部 中村教授は、人工筋肉を活用したミミズ型ロボットによる 小口径パイプライン内の移動機構を開発し、現在は大学発ベンチャー企業 ソラリス
社にて、社会実装を進められている。

写真―２ フレキシブル超音波センサー
4．小口径パイプライン点検ロボット
ミミズ型ロボットとフレキシブルセンサーを組み合わせることで、これまで実現できなかった 内径 100mm
以下のパイプラインの目視と減肉調査が可能となる。
プロトタイプによる原理確認が完了し、実務への適用に向けて開発が進められている。

写真―１ ミミズ型ロボット
３．新しい技術 フレキシブルセンサー
パイプラインの点検において、目視点検だけでなく、肉厚を調べたいとのニーズも高い。これまでパイプラインが手の届く場所にある場合は、外部から超音波センサーで肉厚を計測可能であった。しかし、現実には地中や構造物内など、手の届かない場所にある場合が多く、インフラメンテナンスの実務において、小口径
パイプラインの肉厚計測は困難であった。熊本大学工学部 中妻助教は、シート状に薄くフレキシブルな超音

写真−３ 減肉測定可能なミミズ型ロボット
1

令和５年度 建設施工と建設機械シンポジウム論文集・梗概集
令和５年 11 月 29 日

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