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

令 和 ４ 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４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 ４ 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 長

建山

和由

立命館大学 総合科学技術研究機構 教授

副委員長

高橋

弘

東北大学大学院 環境科学科 教授

委

員

洗

光範

（株）竹中工務店 生産本部 生産企画部 ｼﾆｱﾁｰﾌｴﾝｼﾞﾆｱ 機械電気担当

委

員

勝田

健史

国土交通省 関東地方整備局 企画部 施工企画課 課長

委

員

北山

孝

西尾レントオール（株）取締役 通信測機営業部 部長

委

員

桑田

直人

鹿島道路（株）生産技術本部 機械部 次長

委

員

玉石

修介

玉石重機（株）代表取締役社長

委

員

中川

智裕

（株）小松製作所 商品企画本部 商品企画室 主幹技師

委

員

行川

恒弘

前田道路（株）技術研究所 技術開発部 生産技術開発室 担当部長

委

員

藤島

一雄

日立建機（株）開発統括室

委

員

本田

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 ｼﾆｱｴｷｽﾊﾟｰﾄ

委

員

増

竜郎

国土交通省 総合政策局 公共事業企画調整課 企画専門官

委

員

黒津

仁史

コベルコ建機（株）技術開発本部 技師長

委

員

山口

崇

（国研）土木研究所

委

員

山本

茂太

キャタピラージャパン（同）販売促進部 部長

委

員

渡部

純

（株）カナモト 取締役執行役員 広域特需営業部 部長

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

西脇

徹郎

（一社）日本建設機械施工協会

標準部部長

委

員

畑田

健

（一社）日本建設機械施工協会 技術部長

担当部長

技術推進本部 先端技術チーム 上席研究員

技師長

３
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
目
Ⅰ

次

○印

発表者

論文集

１．電線埋設用掘削機械を活用した郊外部の無電柱化施工
電線共同溝工事への適用

・・・・・・(国研)土木研究所寒地土木研究所

〇 永長

哲也

中島

1

淳一

２．従来のサンドコンパクションパイル工法と異なるメカニズムを持つ新しい液状化対策工法

・・・・・・
三信建設工業(株)○山口洋

大成ロテック(株)山田敏広

大成建設(株)廻田貴志

成和リニューアルワークス(株)

池田

禎健

5

３．建設 DX 実験フィールドにおける土工フィールドの整備と災害対応向けショベルの活用に向けた検討と取組み
国土交通省

・・・・・・

国土技術政策総合研究所○大槻崇(国研)土木研究所
４．港湾工事における基礎材投入施工支援システムの開発

山下

尚

橋本

毅

・・・・・・
東亜建設工業(株)

○宮本

9

13

憲都

５．トンネル切羽版重機搭載レーザ計測システムの開発～ICT 技術を使ったトンネル切羽掘削面のあたり計測検証～(株)フジタ・・・・・・〇中島勇気

ライカジオシステムズ(株)６．i-Construction における UAV グリーンレーザ計測の適用性検証
安藤ハザマ

浅沼

廉樹

浮田

真樹

・・・・・・
〇澤城

光二郎

黒台

17

21

昌弘

７．大型プレキャストブロック据付の自動化施工
自動運転技術を災害現場の実施工に導入
鹿島建設(株)・・・・・・
○大原

伸浩

土井原

美桜

増村

25

浩一

８．スタビライザの ICT 化「浅層改良管理システム」による位置精度
および生産性向上の検証

・・・・・・
西尾レントオール(株)

○橋本

明広

(株)東洋スタビ

衣川剛央

９．建設機械施工の自動化・自律化技術の普及に向けた取組みについて
国土交通省

公共事業企画調整課○金森・・・・・・宗一郎

味田悟

10．ＩＣＴ活用により作業装置を自動化した除雪トラックの試行運用について
国土交通省

北陸技術事務所○福島

国土技術政策総合研究所

○原

徹

前原

山下

尚

小塚

39

正之

・・・・・・
直之

35

和宣・・・・・・

11．橋梁下部工における３次元計測技術の出来形管理への適用性の検討
国土交通省

加藤

31

清

43

12．UAV による空中写真測量を用いた土工の出来形管理に関する検討
国土交通省

・・・・・・

国土技術政策総合研究所

○池田

和敏

13．堤防で使われる締固め機械の締固め性能について山下

尚・・・・・・
酒井重工業(株)○内山(国研)土木研究所

橋本

14．締固め度自動計測システムを搭載した自動化振動ローラの現場実証
大成建設(株)技術センター
大成ロテック(株)技術研究所

51

恵一
毅

・・・・・・○ 市村 朋也

47

後藤 洸一

青木 浩章

城本 政一

佐々木 恵

55

15．重機エコ最適化モニタリングシステムの開発
大規模土工現場へのシステム導入および脱炭素に向けたデータの検証
西松建設(株)○井上・・・・・・
洸也

16．建設機械のドロップイン軽油代替燃料による CO2 削減活動

齋藤

国土交通省

貴之

・・・・・・
鹿島建設(株)○栁

国土技術政策総合研究所

大槻

59

63

雅之
崇

17．「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

・・・・・・

公共事業企画調整課〇守田

銀二

18．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(株)大本組

小野

高伸

児玉

須山

友貴

・・・・・・
剛

橘

伸一

○都川

信吾

家村

享明

(株)計測リサーチコンサルタント

67

71

19．切羽直下作業機械化への試み
2 ブームロックボルト打設専用機によるロックボルト施工
清水建設(株)・・・・・・○大矢

剛大

古河ロックドリル(株)20．スタッドジベルを有する鋼合成桁コンクリート床版撤去技術に関する研究
呉工業高等専門学校

井手

康夫

宮越

征一

・・・・・・○石川 穂乃花

75

77

重松 尚久

極東興和(株)下野 聖也－ 阪神高速道路 5 号湾岸線中島排出路への適用 －・・・・・・

21．道路橋床版更新工事における施工機械の開発事例

清水建設(株)○藤吉卓也

阪神高速道路(株)

安田

篤司

長畑

友貴

83

22．幅員方向分割取替えによる床版更新工法－ 一車線規制化で行う床版更新工法 －鹿島建設(株)・・・・・・
三室

恵史

村瀬

諒介

○小柳

87

裕

23．救急排水機場ポンプの実機を用いた異常模擬試験について
羽根車に模擬的な異常を発生させた計測試験(国研)土木研究所寒地土木研究所

・・・・・・
○小林

勇一

永長

哲也

93

24．排水機場におけるメンテナンス省力化トランスフォーメーション
立軸斜流からコラム形水中ポンプへ・・・・・・

国土交通省

北海道開発局○ 石川真大(株)荏原製作所
25．マスプロダクツ型排水ポンプの取組と今後の展望について
国土交通省

久保

恭伸

梶本

哲弘

・・・・・・

公共事業企画調整課

〇日出山

慎人

黒田

99

105

浩章

26．水質を汚濁させない高揚程浚渫工法の開発
ダム取水口近傍で発電を止めることなく堆砂除去・・・・・・(株)フジタ〇稲見悠太(株)河本組27．排水機場におけるＤＸ技術を用いた維持管理の効率・高度化
国土交通省

服部

哲也

河本

和雄

・・・・・・

紀南河川国道事務所

〇村木

109

115

里宇

28．壁の増厚などの補強工事に伴う小径アンカー孔の削孔作業への自動削孔装置の適用・・・・・・ 119(株)奥村組

○川澄

悠馬、三澤

孝史、加藤

清孝、石井

敏之、山口

治、田島

29．道路維持除雪機械等の技術開発成果活用状況について

鉄朗・・・・・・

国土交通省

公共事業企画調整課

和田

123

直也

30．施工機械・設備の WEB 点検管理システム
重大災害撲滅と業務効率化に向けて・・・・・・

鹿島建設(株)

青野

隆

伊勢

卓矢

○是永

31．メッシュ Wi-Fi による映像の伝送に関する実証実験

明日香

・・・・・・

安藤ハザマ

○紫垣

萌

藤本

直也

127

武石

133

学

32．機体に依存しない遠隔吹付システムの開発
ＮＡＴＭ吹付作業用脱着式遠隔吹付システムの開発(株)熊谷組○坂西孝仁

・・・・・・

尾畑

洋

宮川

克己

杉本

137

憲一

33．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)フジタ〇林

秀晃(株)三井三池製作所

浅沼

廉樹

山田

照之

141

34．自律飛行ドローンによるトンネル坑内自動巡視システム「坑内の網羅的な情報収集による巡視」と「無人切羽点検」

・・・・・・(株)フジタ(株)センシンロボティクス

大畑

祐仁

髙瀬

悠介

成史

35．情報開示型自律施工技術基盤の開発状況と今後の展望(国研)土木研究所○松岡・・・・・・
○遠藤

大輔

山内

元貴

橋本

147

153

毅

36．ニューマチックケーソン工法における自動掘削システムの開発
天井走行式掘削機の自動化および排土バケツ自動認識
日本工業大学(株)大林組稲川雄宣

照井・・・・・・
○大崎
太一

颯成
橘

37．自動化リジッドダンプの開発及び自動走行能力の検証
大成建設(株)

○遠藤

亮雄

石川

伸一

都川

貴一朗
信吾

・・・・・・
青木

浩章

田村

道生

後藤

159

洸一

165

Ⅱ

梗概集

Ⅱ－１

ポスターセッション要旨

１．油圧オートカプラによる建設施工現場の安全・環境・生産性向上革命

・・・・・・(株)小松製作所

山本

169

宏

２．自転式環境負荷低減高圧噴射撹拌工法【Mole-Eco Jet®(モールエコジェット®工法】(株)不動テトラ・・・・・・
○矢部

浩史

田中

肇一

３．排水ポンプ設置時の安全性向上と照明車の小型化と操作の簡易化について

渡辺

171

英次

・・・・・・

173－作業員の安全と負担軽減向けた検討－
国土交通省

中部技術事務所

林

学

鵜飼

隆司

○福万

敏行

４．腕時計型ウェアラブル端末による作業員体調管理
IoT ソリューション

・・・・・・
西尾レントオール(株)５．半炭化材料を用いた小規模なバイオマスガス化発電

野瀬

６．高所作業車の接触防止システム「はみ出しまセンサー」

〇皆川
清水

177

豊

・・・・・・(株)カナモト

７．現場環境一元管理システム

健一・・・・・・
鉄建建設(株)

175

179

亮

NDX-Cloud

現場環境や計測器データを見える化し、環境管理、施工管理をリアルタイムに行えるシステム
・・・・・・(株)レンタルのニッケン

〇夏樹

太郎

峰咲

富士朗

181

Ⅰ

論文集

１．電線埋設用掘削機械を活用した郊外部の無電柱化施工
電線共同溝工事への適用(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

図-1 施工箇所【駐車帯部】
省力化断面

原設計断面
バックホウ掘削
電共マニュアル(改定前)標準設計

トレンチャー掘削
角型多条電線管

0.84ｍ

0.61ｍ
舗装

舗装

-0.2m

埋設シート

砂

-0.6m

埋設シート

砂

角型FEP管φ1301.004ｍ

路盤

路盤
-0.4m

1.074ｍ１．はじめに無電柱化は，道路の地下空間を利用して電力線や通信線をまとめて収容する電線共同溝方式による電線類地中化などにより，道路から電線・電柱をなくす取り組みである。地震，竜巻，台風による電柱倒壊がなく，ライフラインの確保や道路の寸断防止に寄与する他，歩道空間確保による歩行者，特に高齢者や車椅子，ベビーカー利用者などの通行性の向上，交差点での見通しや交通標識の見やすさ改善による交通安全にも貢献できる。また，特に北海道にとって電柱や電線のないすっきりした景観は，地域の魅力を高め観光の活性化への効果も大いに期待できる。郊外部での無電柱化は，これまで主に進められていた都市部に比べ，電力・通信需要が少なく，機械施工条件が有利なため，電線埋設用掘削機械（以下，「トレンチャー」という）による施工が効果的である。
本稿では，過年度より取り組んできた施工フィールド試験の実績を踏まえ，トレンチャー施工による電線地中化施工を国道では初めて実施し，現場適用性や施工性について検証したので報告する。

○ 永長 哲也
中島 淳一

CCVP管φ130

-0.8m

砂基礎

-1.0m
砂基礎

＜効果検証＞ 施工効率向上
掘削・埋戻断面の縮小
低コスト材の採用
管路敷設サイクルの作業性向上
トレンチャー掘削による時間短縮※断面は、以下の区間
R側駐車帯部
電力管路：CCVPφ130×4
通信管路：NTT既設管

【歩道部】
省力化断面

原設計断面
バックホウ掘削
電共マニュアル(改定前)標準設計

トレンチャー掘削
浅層埋設、角型多条電線管
掘削幅：1ｍ

掘削幅：1.06ｍ
土留

土留

舗装

舗装

路盤

-0.2m

浅層埋設：
土被り60cm

土被り70cm

埋設シート
-0.6m
砂
供用FA管φ150

-0.8m

PV管
φ75

埋設シート
砂

PV管φ75
CCVP管φ130-1.2m

RR-VE管
φ82

砂基礎

- 1 -

RR-VE管φ82

砂基礎＜効果検証＞ 施工効率向上
浅層化による土留め不要
掘削・埋戻断面の縮小
低コスト材の採用
管路敷設サイクルの作業性向上
トレンチャー掘削による時間短縮

-1.4m

-1.6m

角型FEP管φ130

共用FA管
φ150

※断面は、以下の区間
L側歩道部
電力管路：CCVPφ130×4
通信管路：共用FAφ150×1,PVφ75×2,RR-VEφ82×6

図-2 施工断面

掘削深さ：約1m

埋戻

-1.0m

路盤

埋戻

-0.4m

掘削深さ：約1.5ｍ

２．トレンチャー施工による現場実証試験
2.1 電線共同溝事業の概要
国土交通省北海道開発局函館開発建設部が進める，国道 5 号七飯町赤松街道電線共同溝事業箇所
は，函館と道央圏を結ぶ高規格道路の函館新道，北海道新幹線新函館北斗駅，「道の駅」なないろ・な
なえが集まる交通の要衝に位置しており，七飯町
地域防災計画において，「道の駅」が指定緊急避難場所となっている。また，沿道の赤松並木は赤松街
道として「日本の道百選」にも選定され，道南の観
光名所の一つとなっている。
赤松街道電線共同溝の施工現場は，国道 5 号七飯町字藤城から峠下までの 1.6km 区間で，うちトレンチャー施工区間は上り車線側の道の駅「なないろ・ななえ」駐車帯部 70m 及び下り車線側の歩道部 60m の計 130m である。図-1 に施工箇所を示す。

毎にダンプトラックの入替えが必要となることに
2.2 省力化断面
施工断面は，図-2 に示すとおり，トレンチャー より，3 分程度/回のタイムロスが発生している。
の掘削能力の適用範囲に収まるよう「浅く」，「小さ この分を考慮すると施工速度は約 58.8m/h となる。
く」する新たな設計を取り入れた。
表-1 機械諸元
過年度の室内及び現場試験結果を踏まえ寒冷地における浅層埋設として，土被りを 70cm から
機関出力
74PS（55kW）
60cm に低減した。また，埋設管の積み方を従来の
掘削機構
チェーン式
縦型から横型にすることで掘削深さが 1.0m 以内
全長8,850mmになるよう底上げした。これにより土留めを不要
全高2,450mm
全幅2,310mmとし，管路をトレンチャーの掘削可能断面に収め
車両総質量7,000kg
ることができ，トレンチャーの適用を可能とした。
最大掘削深
1,000mm2.3 機械選定
最大掘削幅
1,000mm（610mm+390mm）
施工断面は最大掘削幅が駐車帯部で 0.61m，歩掘削機オフセット量390mm
道部 1.0m，最大掘削深はそれぞれ 1.0m となるこ
その他
排出コンベヤ付きとを踏まえ，「ケーブル埋設用掘削機械（トレンチ1)ャー）を活用した施工の手引き（案）」 により使用機械を選定した。
選定した機械は最大掘削可能幅が 0.61m であるが，歩道部の掘削幅 1.0m を施工するため，Ｗカッティング（幅方向の重複掘削）が可能な仕様である。
掘削機はチェーン式で，チェーンの外周に比較的固い地盤の掘削に適した超硬タイプの掘削刃がついており，チェーン回転により掘削及び土砂の排出を行う。更に後方に掘削した底面の整地を行う
ブレード状のトレンチクリーナーを装備している。
トレンチクリーナーは 2 枚（掘削幅 0.61m 用及び0.39m 用）装着しており，ボルトで連結すること
により，Ｗカッティング（掘削幅 1.0m）に対応す
写真-1 掘削機詳細る。トレンチャーはバックホウのような旋回動作がないため，施工の安全性向上に寄与できる。機械
諸元を表-1，掘削機詳細を写真-1 に示す。
３．トレンチャー施工による現場実証試験結果
3.1 土質
過年度より苫小牧寒地試験道路において砂質土
路体におけるトレンチャー掘削試験を行ってきたが，今回，40cm の深さの路盤＋路床（礫質土）でも掘削可能であることが確認できた。写真-2 にトレンチャーによる施工状況を示す。
3.2 施工速度
図-3 に示すとおり，駐車帯部における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 101.6m/h であった。
過年度の苫小牧寒地試験道路（路体）での試験では，掘削幅 0.61m，掘削深さ 1.0m の場合，降雨による悪条件下で約 87m/h2)であったことから，土質の違いによる影響は少ないといえる。
また，今回の機械はベルトコンベヤにより，掘削作
業と積込作業の同時施工が可能であるが，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），掘削延長 3.1m

写真-2

〔新工法〕
トレンチャー

トレンチャーによる施工状況

約58.8m/h

約101.6m/h※掘削土積み込み有り※掘削のみ※R3試行による実測値（掘削幅61cm、掘削深さ100cm※舗装8cm控除）
バックホウによる補助掘削含む〔従来施工〕
バックホウ

- 2 -

図-3

約11.6m/h

施工速度の比較（駐車帯部）

今回の試験では電力・通信の複合管路を収める
しかしながら，このタイムロスを考慮しても従来のバックホウ掘削の約 11.6m/h（土木工事標準積 大断面の掘削について，トレンチャー施工が可能
算基準書による試算値）に比較し，大幅なスピード かについて，2 回掘りをする施工方法（Ｗカッティング）について検討した。
アップが図られた。
3.3 掘削精度
トレンチャーによる掘削断面の出来型は，掘削区間の 2 箇所で計測した結果，図-4 に示すとおりとなった。掘削幅は，各計測点において，大きくばらつかないことが確認でき，かつ，設計値を確保しており，断面が崩れるようなことはなかった。
掘削深さは，掘削開始時に，チェーンを所定の深さまで下げ，保持することで，掘削深さを設定する。
掘削開始後は，この設定を保ちながら進むことで一定の深さで掘削することができる。また，床均しなどの作業も不要となった。写真-3 に掘削後の仕上がり状況を示す。
3.4 土砂排出用ベルトコンベヤ
図-4 掘削断面の出来型
これまでは，掘削土は掘削溝の横に積み上げら
れ，バックホウ等により，ダンプトラックへ積み込む必要があったため非効率になっていた。供用されている道路での作業の場合，これらの作業はヤードの確保，交通への影響などの問題が大きく，効率も悪いため，今回，土砂排出用ベルトコンベヤ付
き機械を採用した。この機械は，掘削と土砂積み込
みが同時に行える一車線積み込みタイプであり作業効率が向上した。
3.5 施工上の課題
掘削作業中，土中に直径約 15cm 程度の玉石や転石などがあると，作業が中断することがあった。
その場合はバックホウによる支援が必要となる。
玉石や転石などがあると装置内に，かき上げら
写真-3 掘削後の仕上がり状況
れ，チェーンケースやベルトコンベヤに干渉し掘削作業が停止する。
また，図-5 に示すとおり，機械の構造上，垂直には掘削できないため，施工区間の開始及び終了
地点では，未施工箇所のバックホウによる掘削が必要となる。
3.6 配管敷設
掘削幅 0.61m の掘削断面は人が入って作業するのには十分な大きさであり，配管敷設作業はスム
図-5 掘削開始時及び終了時のイメージーズであった。また，掘削深さ 1.0m のため土留めも不要で，上下作業への支障が少なく作業性は良好であった。
今回，採用した角形多条電線管（写真-4）は，従来管に比べ管台の設置が不要で，積み重ねも安定していた。また，接続にあたっては配管接続器具が不要で，容易であり，熟練を要しない良好な施工性を確認することができた。
写真-4４．大断面掘削の試行
4.1 施工方法の検討- 3 -角形多条電線管

1.0ｍでの施工が可能となったが，トレンチクリ
図-6 に示すとおり，初めに掘削断面の右側（掘削機の刃分 610mm）の掘削を行い，その後，トレ ーナーの連結作業など時間を要するため，従来のンチャーを掘削開始箇所まで引き戻して，掘削機 バックホウ掘削と比較して，劣る結果となった。
部分を左側にスライドさせ，車両後方のトレンチ
クリーナーを連結し，設計断面の残りの部分の左 ６．おわりに今回の施工の結果から，トレンチャーによる掘側（390mm）を掘削する施工方法である。
2 回目の掘削時にトレンチャーを引き戻すため， 削及び配管敷設，などの施工の効率化が確認でき，
1 回目掘削済み箇所の舗装端部を走行する際に，
路 郊外部におけるトレンチャーによる電線類地中化
盤の地耐力が弱い箇所があり，掘削壁面が崩れる 施工は有効である。
今後は更なる全体工程の短縮に向け，付随する恐れがあるため，敷鉄板を敷設しての施工となった。また，Ｗカッティング 1 回目と 2 回目の切替 関連作業の効率化について，検討していきたい。
には，トレンチクリーナーの連結作業が必要であり，その作業に時間を要するため，今後は機械の改良及び施工方法について，更なる検討が必要である。写真-5 にＷカッティングの掘削状況を示す。
4.2 施工速度の検証
図-7 に示すとおり，歩道部における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 20.6m/h であった。掘削土砂の運搬
図-6 大断面掘削の施工方法検討に 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），１回目は掘削延長 3.1m
毎に，２回目は約 4.7ｍ毎にダンプトラックの入替えが必要となることにより，3 分程度/回のタイムロスがある。また，1 回目と 2 回目の掘削箇所を変更する際に機械の位置替え及びトレンチクリー
ナーの連結作業に 8 分程度/回のロスタイムが必要となり，この分を考慮すると施工速度は約10.7m/h となる。駐車帯部に比較し，車道部は大断面，Ｗカッティング作業となるため，従来のバッ
クホウ掘削の約 6.7m/h（土木工事標準積算基準書
による試算値）に比較し，施工速度は，劣る結果と
なった。
２回目

掘削幅： 390㎜
掘削深：1,000㎜

1回目

トレンチャー
掘削機

トレンチャー
掘削機

390㎜

左ｵﾌｾｯﾄ390㎜

舗装

掘削幅： 610㎜
掘削深：1,000㎜

車両中央

舗装

30㎜

390㎜

1,000㎜

1,000㎜

30㎜

610㎜

390㎜

1,000㎜

写真-5

５．まとめ
郊外部におけるトレンチャー施工による電線地
中化施工を実施し，現場適用性や施工性について検証を行った結果，以下の知見を得た。
・トレンチャーの施工速度は，バックホウと比較して約５倍（駐車帯部）であり，掘削速度が向上した。
・掘削断面は，出来映えが良好で平坦に仕上がる
ため，床均しなどの作業が不要となる。
・ダンプトラックへの土砂積み込みはベルトコン
ベヤにより掘削と同時に行えるため，施工の効率化が図れる。
・土中に玉石や転石等があった場合は，掘削が困難となり，バックホウの支援が必要となる。
・機械の構造上垂直には掘削できないので，施工
区間の開始及び終了時にはバックホウによる支援が必要となる。
・Ｗカッティング（重複掘削）採用により，掘削幅〔新工法〕
トレンチャー

約10.7m/h※1

トレンチャーでの掘削状況

約20.6m/h※掘削のみ※1：掘削土積み込み，トレンチクリーナー接続有り※R3試行による実測値（掘削幅100cm、掘削深さ100cm※舗装3cm控除）
バックホウによる補助掘削含む〔従来施工〕
バックホウ

約6.7m/h※土木工事標準積算基準書による試算値（掘削幅100cm、掘削深さ100cm※舗装3cm控除）

図-7

施工速度の比較（歩道部）

謝辞：本研究にあたり，現場提供頂いた国土交通
省北海道開発局函館開発建設部の皆様に多大なる謝意を表します。
参考文献

1)

- 4 -

国立研究開発法人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）第 1.0 版，2021.2.

２．従来のサンドコンパクションパイル工法と異なるメカニズムを持つ新しい液状化対策工法
大成建設株式会社
廻田
三信建設工業株式会社○ 山口
大成ロテック株式会社
山田
成和リニューアルワークス株式会社
池田

貴志
洋
敏広
禎健

１．はじめに密度増大系の代表的な液状化対策工法であるサンドコンパクションパイル工法は，市街地の施工においては，振動・騒音などの課題があるため，比較的高価な静的締固め砂杭工法の適用場面が増えている。筆者らは低振動･低騒音で地盤密度を増大させる新しい液状化対策工法（TS-improver 以下，
本工法と称す）を開発し，従来の締固め砂杭工法より効率的に設計・施工できることを確認した。
本稿では，工法概要および本工法の特長を示すとともに，改良原理，締固め効果および地盤変位，振動・騒音の測定例について紹介する。
図-1

施工状況および施工機の構成

２．工法概要
本工法は砕石などの中詰材を地盤に供給し，拡径しながら改良杭を造成することで周辺地盤を締固める密度増大工法である。本工法の施工状況および施工機の構成を図-1 に示す。本工法の施工は，汎用的なクローラクレーンに専用のバイブロユニ
ットを吊り下げて行う。バイブロユニットは中詰
材投入用のホッパー，中詰材を地盤に供給するサ
イロチューブ（ケーシング），先端で高周波振動を発生させるバイブロフロットなどで構成される。
中詰材の地盤への供給と拡径はバイブロユニットの引上げと打戻しを繰り返すことにより行う。本工法は図-2 に示す以下の手順で施工を行う。
① 所定の施工ポイントにバイブロユニットを据え付ける。
図-2 施工手順② バイブロフロットを起振し，バイブロユニッ
トの先端からエアまたは水を噴射しながら改 ３．工法の特長
良杭下端深度まで貫入する。
本工法は以下の特長を有する。
③ バイブロユニット頂部のホッパーに中詰材を ① 高周波振動機の振動は大きな距離減衰を持つ投入し改良杭の造成を開始する。
ため，低振動・低騒音の施工が可能。
④ バイブロフロットを振動させながら所定長さ ② 打戻しの拡径効果に加えて，水平方向の振動の「引上げ」と「打戻し」を交互に繰り返し締が地盤に作用するため，従来技術に比べて高固めを行う。
い締固め効果が発揮できる。そのため，直径φ⑤ 中詰材を補給しながら所定深度まで締固めを800mm の改良杭と同等以上の改良効果が期待
行う。

- 5 -

③

④

⑤

⑥

できる。
クローラクレーン等の汎用性の高いベースマ
シンにて施工可能であり，三点支持式のサンドパイル打設機等の特殊大型機械は不要である。
施工機の先端から中詰材を供給するボトムフ
ィード方式を用いているため，中詰材供給量を把握でき，改良杭の品質を確保できる。
施工管理計器により，改良効果確保のための
適切な施工管理が可能であり，専用の帳票化システムにより出力されたデータを確認することで，適切な施工が実施できたかを迅速に判断できる 1)。（図-3，図-4）
標準として中詰材は調達が容易で安価な再生
砕石 RC-40 を使用する。その他として RC1040，砕石 C-40 などを使用することができる。
（写真-1）

図-3

C-40

RC-40

写真-1

使用中詰材

４．改良原理と締固め効果 2)3)4)4.1 改良原理
本工法の改良原理の概念図を図-5 に示す。バイ
ブロフロットの引上げで排出された中詰材は打戻
しによって拡径される。周辺地盤の締固めは次の工程で行われる。
引上げ： バイブロフロットの振動とサイロチ
ューブ内の空気の加圧により，地盤内に中詰材を供給する。
打戻し： バイブロフロットの振動と打戻しにより，中詰材を水平方向に押し広げがら，地盤内に中詰材を圧入する。
締固め： 引上げと打戻しを繰り返しながら改良杭を造成し，周辺地盤を締固める。
バイブロフロットによる振動エネル
ギーを直接地盤に加えながら改良杭を造成する。

施工管理計器図-5

図-4RC10-40

出力帳票例（抜粋）

改良原理の概念図

4.2 締固め効果
前述のように，本工法の締固めのメカニズムとして振動による動的なエネルギーが地盤に伝達される効果と，中詰材の圧入による静的なエネルギーが地盤に伝達される成分が重ね合わされていると考えられる。
ここで締固め効果を整理するにあたり，締固め
効果の推定法として山崎が提案する方法 5)（以下，
κ法と称す）を採用した。κ法は N 値，相対密度および累積せん断ひずみの関係を利用し，改良後N 値を推定する方法であり，本工法の締固めメカ- 6 -ニズムにより近いものと考えた。
本工法では，振動と中詰材の圧入それぞれの作用によって，累積せん断ひずみが増加していると考えられる。各作用による累積せん断ひずみの増分を求め，その和から本工法による累積せん断ひ
ずみの増分を求めることが望ましいが，現状ではそれぞれの寄与度を個別に算定することは困難である。よって，κ法にて，圧入と振動による累積せん断ひずみの増分を，圧入のみの成分に換算した
場合に，どの程度の換算径とすればよいか検討を行ったところ，等価な改良体の直径をφ800mm 程度と推定すると改良効果としての N 値の測定結果と整合することが分かった。以上より，換算径φ800mm として求めた改良率αs からκ法を用いて改良後推定 N 値を算定する。なお，κの値は SCP工法に対する提案式である式(1)を用いた。
κ=5×10ି଴.଴ଵி೎ ································ (1)
過去の試験施工における柱状図および改良前後の実測N値と改良後推定N値の一例を図-6に示す。
この事例では改良深度はGL-0.0m～-7.5mであり，GL-3.0m～-6.0mは細粒分含有率が比較的高くN値の増加が得られにくいと想定された。また，GL7.5m以深は，N値が20を超える地盤であるため，適用範囲外とした。改良杭の配置は正三角形配置とし改良杭の間隔は，換算の杭径φ800mmから，改良率が10，15，20%となるようにそれぞれ1.7，2.0，
2.4mに設定した（図-7）。図-6に示すように，3ケー
スともに細粒分含有率20%以下のほぼ全ての深度で改良後実測N値は，改良後推定N値より高い値であった。
上記の一例を含む過去の試験施工において，改良率 10～20%の範囲で実施した改良後実測 N 値と換算径φ800mm より算出した改良後推定 N 値の関係を図-8 に示す。この相関図に示されるように，
概ね推定 N 値と実測 N 値は整合しており，改良後
N 値を推定する際に用いる換算径φ800mm の妥当性を改めて確認することができた。

図-6

図-7

図-8

改良杭配置

改良後推定Ｎ値と改良後実測Ｎ値の関係（改良深度 0～10m のデータ）※φ800mm として推定値を算定

５．周辺環境への影響
周辺環境への影響として，過去の試験施工における地盤変位（水平変位）および騒音・振動の測定
結果について報告する。
5.1 地盤変位（水平変位）
砂地盤を対象とした水平変位の測定結果を図-9に示す。本工法の水平変位は約-5.1cm～+1.1cm の範囲であり，サンドコンパクションパイル工法と比較して低い値である。例えば，改良杭から比較的近いθ=10°の位置では，本工法の水平変位は 5cm程度にあるのに対して，サンドコンパクションパ
イル工法は 20cm 程度であり，7 割以上低い値である。
さらに，一部のデータでは負の水平変位を示している。これは中詰材の圧入による体積が増大する効果より施工箇所周辺の地盤間隙比が減少（密度増大）する効果のほうが優勢であることを反映したものである。

改良前後Ｎ値の測定結果と改良後推定- 7 -５．まとめ低振動･低騒音で地盤密度を増大させる新しい
液状化対策工法である TS-improver を開発した。本工法を用いた試験施工の結果などにより，中詰材の圧入による拡径と水平振動の相乗効果によって直径φ800mm の改良杭と同等以上の改良効果があることが確認された。また，周辺環境へ影響として
水平変位および振動・騒音レベルの測定結果を示した。その結果として，従来の締固め砂杭工法より低い値であり，周辺環境へ影響も少ない工法であることが確認された。

サンドコンパクションパイル工法（砂地盤）の範囲（文献 6）より範囲設定）：TS-improver

図-9

地盤変位（水平変位）の測定結果

5.2 振動・騒音 7)
振動・騒音レベルの測定結果を図-10 に示す。振動・騒音レベルともにサンドコンパクションパイ
ル工法よりも低い値である。例えば，改良杭から30m の位置にて近似曲線で比較した場合，本工法の振動レベルは 60dB，騒音レベルは 65dB 程度であるのに対して，サンドコンパクションパイル工
法の振動レベルは 80dB，騒音レベルは 85dB 程度であり，ともに 20dB 程度低い値である。なお，騒音レベルについては，概ね静的締固め砂杭工法と近い値である。
本工法における振動源は地中にて稼働するバイ
ブロフロットのみであるため，低騒音の施工が可能である。また，バイブロフロットの周波数は30Hz（標準）と高周波であることから，振動の距離減衰が大きく，遠くまで振動が伝搬することはないため，低振動の施工が可能である。

参考文献
1) 廻田・本谷・青木・池田：低振動・低騒音の新液状化対策工法（TS-improver工法）－帳票システムを用いた施工管理について－，第77回土木学会年次学術講演会，2022（投稿中）2) 村田・本谷・湯川・池田：低振動・低騒音の新液状化対策工法－改良後NN値の推定方法について－，第75回土木学会年次学術講演会，p.Ⅵ-154，2020
3) 太田・本谷・山田・大高：低振動・低騒音の新液状化対策工法（TS-improver）－改良後N値推定方法の考察－，
第76回土木学会年次学術講演会，p.Ⅵ-106，2021
4) 太田・本谷・山田・大高：低振動・低騒音の新液状化対策工法（TS-improver 工法）－品質管理に対する考え方－，第77回土木学会年次学術講演会，2022（投稿中）
5) 港湾空港技術研究所：港湾空港技術研究所資料 液状化対策としての締固め工法の設計法に関する研究
No.1220，2010
6) 地盤工学会：地盤改良の調査・設計と施工－戸建住宅か

110.0
100.0

ら人工島まで－，p.111, 2013バイブロフローテーション工法

TS-improver工法
振動レベル (dB)90.07) 中西・山口・青木・池田：低振動・低騒音の新液状化対80.0策工法（TS-improver）－2020年度実験 改良効果と騒音

SCP工法

70.0

・振動について－第76回土木学会年次学術講演会，p.Ⅵ-

60.0

105，2021

50.0

静的締固め砂杭工法

40.0
30.0
1

10

100

1000

振源よりの距離 (m)(a) 振動110.0

騒音レベル (dB)

100.0

バイブロフローテーション工法

90.0

SCP工法
80.0
70.0

静的締固め砂杭工法

60.0

TS-improver工法
50.0
1

10

100

1000

音源よりの距離 (m)

(b)騒音
図-10

振動・騒音の測定結果- 8 -３．建設 DX 実験フィールドにおける土工フィールドの整備と災害対応向けショベルの活用に向けた検討と取組み
国土交通省国土技術政策総合研究所
国立研究開発法人土木研究所
国土交通省国土技術政策総合研究所

１．背景と目的
1.1 建設 DX に向けた取り組み
国土交通省では，平成 28 年度より，i-Constructionのトップランナー施策の 1 つとして「ICT の全面的な活用」を打ち出し，ICT 土工を皮切りに ICT
様々な工種へと年々その適用工種を広げてきた。
また，令和 2 年からは，インフラ分野の DX(デジタルトランスフォーメーション)として，各種事業のデジタル化と共に，「現場作業の遠隔化・自動化・自律化」を推進し，現場生産性の更なる向上に取り組むこととしている。

1.2

インフラ分野の DX の全体像

常設型施工実験フィールドの必要性と災害対応向けショベルの活用に向けた研究
インフラ分野における研究開発がどのように為されてきたかについて振り返るとき，実際の施工現場における研究開発に大きく依拠した実態が指摘されてきている。
図-2 のとおり，2014 年に政府で開催したロボット革命実現会議において，立命館大学の建山教授が行った説明によれば，建設分野の研究開発投資が，明示的には，製造業と比べて１０分の１程度に留まり，建設ロボットへ開発予算を振り向けることの難しさから，その開発は，主に実工事プロジェ
クトの中での技術開発に依存することが多いと報告された。結果，実現場から真に期待される施工技術が開発される一方で，工期の関係から，継続性を持った研究開発の担保が困難と指摘された。
また実現場での研究開発は，技術の系統的な検証や試行錯誤を通じた改良が難しいことや，現場

崇
毅
尚との調整に大きな労力がかかることも制約となる。

図-2

図-1

○大槻
橋本
山下

建設ロボット導入に関する提言 P5 よりそのため，現場作業の高度化に関係する技術開発を進めるべく，研究開発側の検証のタイミング
や実験時の現場での試行錯誤を可能とする，研究開発専用の常設型の施工実験フィールドを整備することとし，DX アクションプランとして，「現場作業の遠隔化・自動化・自律化」の推進に当たり，“35.建設 DX 実験フィールドを活用した基準整備・研究開発の推進”に取組むとした。令和 2 年度から，
建設 DX 実験フィールドの整備を進め，令和 3 年度
より，順次，当該フィールドの活用と機能拡張を進めてきているところである。
また，当該フィールドの整備において，研究や実験に用いる各種建設機械の整備も併せておこなっており，災害現場での活用を想定した，急傾斜・半水中型油圧ショベルを導入し，その活用に向けた研究を行っている。
本稿では，当該フィールドの整備状況と災害対応向けショベルの活用に向けた研究活動について報告し，特に災害対策向け建設機械の研究で配慮すべき事項について述べる。
２．建設 DX 実験フィールド・土工フィールドの整備と活用
2.1 建設 DX 実験フィールドの整備概要と活用
建設 DX 実験フィールドは，インフラ DX の推進に向け，無人化施工，自動施工，ローカル 5G を

- 9 -

活用した遠隔操作の研究開発を行う土工フィール
ドと，3 次元データ等を活用した計測及び検査等に関する技術開発に利用できる，各種コンクリー
ト構造物模型（配筋模型と地下埋設構造物を含む）
にて構成される研究施設である。

図-3

表-1
実験
等
(主な
もの)

建設 DX 実験フィールドの全景

デモ

視察

イベ
ント

図-4

R3 年度の建設 DX 実験フィールドの使用状況■模型等を計測対象とした出来形計測手法，３次元モデル作成
・8 月 UAV 斜め撮影の出来形計測実験（国総研）
・10 月小規模現場に適した MG,LiDAR 等の ICT
検証（国総研，国交省 ICT 導入協議会）
・11 月 橋梁下部工等の出来形計測試験（精度確認等）（国総研）
・1 月 （貸付）橋梁・土工構造物の SfM による点群データ生成の精度検証（大学）・2 月 （貸付）AI 配筋検査システム（鉄筋径，間隔，本数の自動計測）の精度検証（複数企業）
・3 月 （貸付）可搬型レーザースキャナーの精度検証（複数企業）■施工データ管理，ICT プラットフォーム
・12 月 施工ﾃﾞｰﾀの API 連携に向けた ICT ﾌﾟﾗｯﾄﾌｫｰﾑの試行環境構築のための検証用 As-Built
ﾃﾞｰﾀ取得 （国総研，本省）■自動・自律化施工
・６月～ 自律施工技術基盤整備のための研究
開発（土木研究所）■その他･ １～2 月 環境アセス用の工事粉じん測定の検証試験（土木研究所）
・11 月 自律施工技術の一般公開デモ（油圧ショベルとクローラダンプによる掘削・積込・運搬作業） 約 150 名参加 （土木研究所）
・9 月 人事院総裁，1 月 大臣，政務官 本省DX ルームからの建機遠隔操作
・9 月～ 日建連や土木学会を始め，関係業団
体，民間企業等に建設 DX 実験フィールドを現地にて紹介（民間貸出可能なこともあわせて広報） （延べ２０回程度実施）
・11 月 「土木の日」イベントに子供向け遠隔操作体験を実施

2.2 土工フィールドの概要と活動工程
盛土や切土などの土工を実作業として行える設備として，約 26,000 ㎡の敷地を確保し，遠隔施工
や自動化・自律化施工の実験も行えるよう，フィールド全体でローカル 5G や各種 wifi が使用可能である。無線基地局は複数配置し，ハンズオーバーも想定した実験，検証に利用することも可能である。

建設 DX 実験フィールドのユースケース例

図 4 に示すとおり，実物大の出来形計測模型等を使用し，実際の建設施工現場を想定した実験を行うことができる。
これらの施設は，大学や民間企業等にも，有償とはなるが利用を開放している。
表-1 に，令和 3 年度の主な活用状況を整理した。
初年度は，主に内部での利用を行う中で，既に大学や複数企業への施設貸付けを実施している。
令和 4 年度に入り，更に多数の民間企業からの問合せを頂いており，建設 DX フィールド整備の意義を確認している。

- 10 -

図-5

土工フィールドの全景と施設や建設機械

また，遠隔操作室，機械格納庫，屋根付きのストックヤード，複数の建設機械も用意している。これ
らの建設機械は今後も拡充する予定であり，それらの計画は，建設 DX アクションプランにて，図 6の通り計画している。
表-2
①通信施設

土工フィールドの施設や建設機械■基地局 2 基：ローカル 5G 及び無線 LAN ア
クセスポイント
図-6②実験用建設機械（国総研）█Caterpillar320（写真）：バケット容量 0.8 ㎥，MC・
遠隔操縦対応，キャビン上部に 4K カメラ 3 台█急傾斜・半水中対応形油圧ショベル（M525 スパイダー）：バケット容量 0.43 ㎥③実験用建設機械（土木研究所）█日立建機 ZX-120（写真）：バケット容量 0.5 ㎥，遠隔操縦対応，キャビン上部に4K カメラ 3 台█日立建機 ZX-35U：バケット容量 0.1 ㎥，遠隔操縦対応
█不整地運搬車(IHI)(写真)：積載量 11t，遠隔操縦対応，半水中仕様，キャビン上に4K カメラ 3 台█不整地運搬車（ヤンマー）：積載量 2.5t④遠隔操作室█遠隔操作室：約 63 ㎡，隣に扉・窓続きでフィールドを活用した基準類整備・研究の工程表

３．急斜面・半水中対応形油圧ショベルの導入と活用に向けた取組み
3.1 スパイダーの導入経緯
表-2 の②に記載の「急傾斜・半水中対応形油圧ショベル」として，スイスのメンチムック社のM525X，通称スパイダーを導入した。一般の油圧ショベルは，保有台数の半数を占め，幅広く活躍する
一方で，急傾斜地での土砂崩落ヤードへの侵入や作業エリアでの安定した足場確保のための整地作業が課題となっている。他方スパイダーは，独立に上下水平方向に可動する 4 脚 4 輪の足回りとテレスコピック機構を持つアームを用い，最大 45 度の傾斜面登坂，高さ 2.8m の障害の乗り越えが可能であり，災害地での走破と支点確保・維持による作業安定が期待されている。
この機械との出会いは，2017 年にブタペストで開催された国際学会に参加した土木研究所のメンバーが，フィールドロボティクスの研究で知られる東京大学永谷特任教授から紹介頂いたマルコ準教授をスイス連邦工科大学チューリッヒ校に訪問した際，ibex と名付けられた研究プロジェクトで用いられていたのを確認したのが始まりである。
本フィールドの整備に伴い，災害対応に高い潜在力を持つ施工機械の活用検討や技術開発を行える環境が整ったことから，スパイダーの導入に向け，国内状況を確認し，令和 2 年までの国内導入
実績が林業向け活用を企図した 6 機程度に留まっている状況ではあるが，メーカー公認オペレータ
を 4 名育成した企業の存在，当該企業や販売代理店からの研究への技術的支援の可能性が確認できたため，導入を決定した。

建設機械格納庫⑤ストックヤード█ストックヤード：実験用土砂 1,500 ㎥█作業用ホイールローダ：バケット容量

1.3 ㎥

図-7

- 11 -

導入した M545X(左)と国内での施工事例（右）3.2 急傾斜・半水中対応型油圧ショベルの想定ユ の担当者とのスキーム整理・検討を行い，派遣可能
ースケースと技術開発項目
な体制を確保した。
活用のユースケースは，中越震災でも多発した
更に，自治体消防本部及び総務省消防庁消防研
河道閉塞箇所へのオフロード域内の走破と閉塞箇 究センターの方々との意見交換を行い，人命救助
所の早期掘削を想定している。水深 1.9m 流速 3m/s のユースケースへの期待を頂いている。
での渡河能力があることも後押しとなる。
多岐にわたる操縦パターンに対応可能なオペレ
また，地震後の津波発生時の道路啓開で，高い視 ータ育成については，災害時やフェーズフリー的点を活かした現場指揮車兼作業車としての活用も， な平常時使用を想定した関係機関との連携を図る
近畿地方整備局職員の視察時に示唆を受けている。 ことを計画している。
いずれのユースケースにおいても，搭乗及び遠なお，令和 4 年 10 月には，千葉県消防本部や関隔操縦の両方が想定されるが，いずれにおいても 係者のご協力のもと，第 43 回九都県市合同防災訓
接地状況の把握，姿勢維持機能の検討が必要であ 練（千葉県会場）での展示等も行い，当該機械の他る。これらの研究開発や，現場投入の検討のために， 機関での災害派遣に向けた活動も進めている。
まずは現場環境シミュレーションへの載せ込みに向け，当該機械の３Ｄモデル化に取組んでいる。
４．まとめ
表-3 土木研究所にて検討している技術開発項目
本稿では，国土交通省が取組む建設 DX の同行① 土木研究所開発の OPERA への連動とつくばの研究機関で整備した建設 DX 実験フィ
② 操作モードセレクター装備
ールドの報告と共に，当該フィールドに導入した③ 自動姿勢維持機能
災害対応向けショベルの活用に向けた取組みについて報告するとともに，そのための検討や取組み④ 接地状況把握及び自動接地保持機能
を通じ，以下の視点や活動の必要性等を確認した。
⑤ 遠隔操作機能（※日本国内向け対応）(1) 常設型施工実験フィールドの有用性⑥ シミュレータキャビンからの遠隔操作(2) 新たな技術シーズの開発動向調査における，「研究機関」による日常的な「探索」活動
本来，これらの機能開発は，メーカーにおいて為されるべきとの指摘もよく行われるが，スイス連 (3) 災害対応向け施工機械の平常時の活用を想定
邦工科大学チューリッヒ校が行った ibex にて⑥のしたユースケースの開発といったフェーズフ
機能が開発されている事例も示すとおり，ニーズ
リーの視点の特殊性等を考慮した，ニーズ側での開発も必要 (4) (2)及び(3)の実施，類似ユースケースへ関心であり，特に⑤をはじめ，日本での災害現場での活を持つ機関や担い手との連携用に向け，土木研究所における開発が必要である。
謝辞
3.4 フェーズフリー的活用に向けた主体や災害本活動に当たり，(株)サナース，(株)成島建
対応関係機関との連携
設，(一社)千葉房総技能センター，千葉県，消防
災害対策機械は，平時の稼働が期待出来るユー 庁消防大学校消防研究センターの関係者の方々か
スケースがない場合，政府以外の機関では保有困 らの情報提供や意見交換などのご協力を頂いた。
難となる。こういった観点は，フェーズフリーと呼 この場を借りて御礼申し上げます。
ばれているが，3.1 で記載した国内のオペ所属会社
等との平時活用の意見交換を行い，3.2 の技術開発
参考文献
項目での連携も検討を進める。
1) 国土交通省：インフラ分野のDXアクションプ
また，災害派遣に関し，国土交通省各地方整備局
ラン, 2022.3
2) ロボット革命実現会議：建設ロボットに関する提言，2014.11
3) 国土交通省：建設DX実験フィールド始動！，
2021.6
http://www.nilim.go.jp/lab/bcg/kisya/journal/kisya
20210628_2.pdf
4) Nakaeグループ成島建設：土木での実用例,
2022.8 http://nakae.info/narushima.html
5) 国土交通省，経済産業省：建設機械動向調査
6) スイス連邦工科大学チューリッヒ校：ibex,
2022.8 https://ibex.ethz.ch/#team
図-8 千葉県消防本部関係者の視察・意見交換- 12 -

４．港湾工事における基礎材投入施工支援システムの開発
東亜建設工業株式会社

○ 宮本

憲都

基礎材の投入は，グラブバケット付旋回式クレ
１．はじめに港湾の水域施設や係留施設を外洋の厳しい気 ーンを装備し船倉に基礎材を積み込み，現場まで
象・海象条件から防御する防波堤や，岸壁及び物揚 運搬した後，投入を行う「ガット船」(図-3)と呼ば場などの係留施設は，港湾施設の中でもっとも基 れる作業船を用いている。従来，基礎材を投入する
本的なものである。これらの構造物は，本体にケー 位置は，目印旗を事前に設置し，投入管理者の指示
ソン（一般的には鉄筋コンクリート製の中空の函 のもと投入を行っており(図-4)，目印旗の設置・撤体）を用いたものが多い。ケーソンは通常，海底地 去には手間がかかるだけでなく，投入位置の指示
盤の上にあらかじめ 10～500kg/個程度の捨石(以 については投入管理者の勘と経験に頼る部分があ
下，基礎材)で築造された基礎マウンド上に据付け り，課題であった。また，基礎材の投入精度は，基礎マウンドの均し作業に影響を及ぼすことから，られる(図-1)。
より正確に投入することが求められていた。更にこの基礎マウンドは，① 基礎地盤の不陸を補正して構造物の安定を図 使用するガット船は，固定することは難しく日々入れ替わることになるため，大掛かりな装置の取る。
② 構造物の荷重を分散して均等に地盤に伝える。 付けができないと言う課題もあった。
③ 構造物に作用する波力をマウンド内部と基礎地盤の間の摩擦力で吸収する。
④ 波や潮流による構造物底面における地盤の洗堀を防止する。
などの目的で築造されるものである。築造の手順
は，基礎材の投入を行ったあと，潜水士や特殊機械により均し作業を行い(図-2)，台形状にマウンドを形成する。

図-3

図-1

ケーソンおよび基礎マウンド

図-4
図-2

ガット船

重錘を用いた基礎マウンド均し- 13 -

目印旗を使用した基礎材投入状況

これらの課題を解決するために，クレーンのブーム先端に GNSS アンテナ・受信機・バッテリー・
無線通信機が一体となった小型の GNSS ユニット
(以下，GNSS ユニット)をマグネットで取り付け，
基礎材の投入位置を把握できるシステムを開発した。本システムは，カメラで撮影したグラブバケッ
トの開閉を AI による画像認識技術を用いて検知し,投入履歴として自動で記録する機能を有しており，基礎材投入の更なる効率化が図れるようになった。
本稿では，本システムの概要及び導入効果について述べる。

GNSS ユニットは振動に耐えることができるネオジウム磁石を使用した専用の架台(図-6)を使用することで，短時間でブーム先端への設置が可能となっている。無線中継 BOX はオペレーター室やブリッジに置かれたシステム PC と見通しのある場所に設置し，GNSS ユニットで取得した位置情報
は，内蔵の無線通信機から発信され，無線中継 BOXを介してシステム PC へ伝送される。図-7 に機器
配置イメージを示す。

２．基礎材投入施工支援システムについて
2.1 開発概要
一般的にグラブバケットの位置を求めるため，クレーンのブームトップに GNSS アンテナを取付けることが考えられるが，GNSS アンテナとオペレ
ーター室等に設置した機器の数 10m 間を配線する必要があり，その作業に 2 時間ほど要し，入れ替わりが多い(使用する船舶の固定化が難しい)ガッ
ト船においては施工サイクルへの影響が大きく，課題であった。また，投入するガット船が入れ替わった場合，どこまで投入しているのか分からないという課題もあった。そこで，納入された基礎材の検収作業(図-5)に要する 30 分以内にシステム機材
設置作業を完了することを目標とし，投入位置及
び履歴を画面上に表示することで，投入途中でガット船が入れ替わった場合においても，投入作業の進捗が一目で分かり，効率的かつ精度の高い投入を可能とするシステムの開発を目指した。

図-6 GNSS ユニット設置架台

図-7

機器配置イメージ

2.3 投入位置管理
本システムの投入管理画面には，グラブバケッ
トの現在位置と日毎の投入履歴が色分けされた状
態で表示される。また，海底の 3 次元測量データを取り込み，設計値の差(不足高さ)をカラーコン
タで表示可能である。カラーコンタと投入履歴を
図-5 検収作業状況
比較することで，設計値までの必要投入量(回数)を判断する目安となり，正確かつ効率的な投入が2.2 システム構成
本システムを構成する主要機器は，
GNSS ユニッ 可能となる。更に，投入履歴から堆積形状を簡易的
ト，無線通信距離を延長するための無線中継 BOX， に予測する堆積形状予測機能も有している。図-8
投入位置や進捗等を記憶・表示する PC である。 に投入管理画面，図-9 に堆積形状予測画面を示す。

- 14 -

図-8

投入管理画面
図-10

図-9

施工フロー

堆積形状予測画面

2.4 施工フロー
一般的な施工フローでは，目印旗の設置作業(数時間程度)が必要であり，また，荒天等により目印旗が流出した場合，再設置が必要となる。本システ
ムを使用した場合，投入管理者および現場職員は施工エリア，投入位置および投入履歴をモニター
画面で確認し，ガット船を誘導完了後即座に投入が可能であるため効率的である。図-10 に一般的な施工フローと本システムを使用した場合の施工フロー，図-11 に目印旗なしでの投入状況を示す。

図-11

目印旗なしでの投入状況

2.6 AI グラブバケット開閉検知機能
本システムの開発当初は，現場職員や投入管理
者が投入時にシステム PC のキー操作を行うこと
により，投入位置の記録を行っていたが，キー操作を忘れて記録できないことがあった。そこで，AI
画像認識技術によってバケットの開閉検知を行い，自動で投入履歴を記録可能とした。AI でグラブバケットを認識させるための教師データには，数種
2.5 システム機材設置・撤去時間
類のバケットと様々な時間帯および天候での映像
本システムは開発してから多くの現場で使用し を用いているので，現在 95％以上の検知が可能でているが，機材設置時間は 2 人で 20 分程度であり， ある。実用上問題はないが，今後更なる強化学習で基礎材の検収作業中に行えている。また，機材撤去 検知率を向上させる予定である。
は 10 分以内で行うことができ，ガット船の係留解
なお，AI での取得したカメラ映像上でグラブバ除作業中に行えており，これにより施工サイクル ケットの開閉検知を行う範囲を設定可能であり，に影響を与えず，円滑にシステムを運用できてい 船倉での開閉は検知せず，投入範囲での開閉のみる。
検知を行うようになっている。
使用する機材は，従来システムにカメラと AI エ

- 15 -

ンジンを搭載した PC を投入作業が見通せる位置に設置するのみで，全てのシステム機材の設置を30 分以内で終えることができる。
「基礎材投入施工
支援システム」にこの機能を付加することにより，基礎材の投入位置や投入回数の記憶，施工履歴の作成が自動化され，現場施工の更なる生産性向上を図ることができた。図-12 に人工知能 AI による投入(開閉)検知状況，図-13 に機器配置イメージを
示す。

３．まとめ
本システムの特長を以下に示す。
・準備作業(目印旗の設置)が不要となり，作業が効率化される。
・基礎材の投入位置および履歴が表示されるため，効率的かつ高精度に投入することができる。
・高精度な投入を行うことにより，基礎材の均し作業においても効率化が図れる。
・基礎材を検収している間にシステム機材の設置ができ，ガット船の係留解除中に撤去が可能であり，施工サイクルに影響しない。
・AI 画像認識技術によるバケットの開閉検知により自動で基礎材の投入位置を記録できる。
４．おわりに
当社は 2013 年に基礎材投入施工支援システムを開発し，数多くの現場に導入し，そこでの要望を踏
まえ様々な改良を加えてきた。今回，AI 画像認識技術によるグラブバケット開閉検知機能を付加することにより更なる生産性向上を図ることができた。今後も様々な現場へ導入を重ね，現場の生産性向上に寄与すると共に，AI 検知精度向上，クラウド化による工事関係者間のリアルタイムなデータ共有および拡張現実(AR)を活用した投入エリア 3
次元表示などの機能拡充を行い，更なる効率化・省力化がれるシステム構築にも取り組んでいきたいと考えている。

図-12

人口知能 AI による投入(開閉)検知状況

図-13

機器配置イメージ(AI 機能追加版)- 16 -

５．トンネル切羽版重機搭載レーザ計測システムの開発～ICT 技術を使ったトンネル切羽掘削面のあたり計測検証～
株式会社フジタ〇中島 勇気株式会社フジタ
浅沼 廉樹
ライカジオシステムズ株式会社
浮田 真樹

１．はじめに山岳トンネルでは掘削発破後に発生する切羽面の設計面より内側に突出した整形箇所（以下あたり箇所）について,作業員（誘導員）が切羽直下に立入り,目視にてあたり箇所を確認しあたり取り作業の指示を出していた。しかし,発破直後の切羽は大変危険であり,安全性の確保が課題となっていた。
近年では，これらの切羽作業に 3D レーザース
キャナを用いた計測が行われているが，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
えに時間を要するなどの難点があった。さらに,
トンネル坑内においては GNSS（全球測位衛星システム）が使えない為,GNSS を利用した簡易な計測ができない等の制約条件があり,簡易に自己位置を計測できる技術開発が望まれていた。

切羽版重機搭載レーザ計測システム （以下
切羽版重機 LS-TS）は，2 年前に開発した「重機搭載レーザ計測システム（インバート版）」を切
羽計測用に改良したものである。
トンネル重機（ブレーカー）に計測ユニットを搭載して，切羽面を旋回しながらスキャニングすることで,取得した点群データと設計データの差分をヒートマップで出力し,重機オペレータが作業中に単独で切羽のあたり箇所の判定を行い効率的なあたり取りが可能となるシステムである。
本論文では，この技術を国土交通省四国地方整備局発注の羽ノ浦トンネル工事の切羽面掘削工にて，検証した結果を報告する。
２．システムの概要
2.1 技術の概要
本システムは，トンネル内で運用可能なマシン
ガイダンス，切羽版重機 LS-TS，追尾式 TS で構成され，トンネル切羽部の 3D 計測を行う。シス
テム構成を図-1 に示す。
①自動追尾 TS による
重機自己位置計測

追尾式 TS

ヒートマップ表示例②運転席で計測ボタン
を押す

重機 LS モニタ

③2D スキャナで旋回しながら計測

MG モニタ2D スキャナ

追尾式 TS
切羽版重機 LS-TS

2.2 システムの特徴

図-1

切羽版重機 LS―TS 構成及び計測フロー- 17 -④3 次元の計測データと設計データを比較本システムの特徴を以下に示す。
・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 施工が適用可能。
・計測器に屋外用の安価で汎用性が高い 2D のレーザースキャナを用いて，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。
・重機に後付で搭載が可能。
・重機が旋回スキャンする事で取得した掘削施工
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重機運転席の重機 LS モニタで計測結果閲覧可能。
・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。
・切羽面への誘導員の立入が不要になり,安全性向上が可能。
３.模擬トンネルでの実証実験
3.1 トンネル内環境対策
切羽版重機 LS-TS をトンネル坑内で運用するにあたり,あたり取りで発生するガラ飛散による各センサの損傷が考えられた。そのため,専用の架台及び防護ケースを製作し,防護措置を施した。
図-2 に実際に使用した防護ケースを示す。
また,各センサがあたり取り作業の振動で破損することも考えられたため,防振措置（2D スキャ
ナにはヘリカル防振器,傾斜計には防振ゴムを使用）を施した。
図-2 に実際に使用した防護ケース・防振措置を示す。

3.2 模擬トンネル概要
実証実験を行う前に模擬トンネルで精度確認を行った。以下に模擬トンネルの概要を示す。
検証場所：埼玉県飯能市
株式会社フジタ 機械工場敷地内
検証期間：2021/3/2～2021/3/12
トンネル寸法：高さ 4.0[m]
幅
8.0[m]
3.3 模擬トンネルでの精度確認
精度確認試験は，「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要領（土工編）(案)」（国土交通省）に準じた。模擬トンネル切羽面に 11 点の検証ターゲットを設置し,この検証点において，TS の計測値と，切羽版重機 LS-TSの計測値の差分が基準値±50mm 以内であるかを確認した。また重機の姿勢は逆傾斜にした条件での計測結果を表-1 に示す。

追尾式 TS

防護ケース

ヘリカル防振器

K11L
K11A

防護ケース
防振ゴムは防護ケースと重機本体の間に挟み込み固定

図-2

K11B

K11R

K10L

K10R

K8L

K8R

K6L

K6R
K4

防護ケース,防振措置実施状況

検証点ターゲット
図-3- 18 -

模擬トンネルにおける精度確認状況

表-1
傾斜
[度]

模擬トンネルでの精度検証結果

旋回
速度
[度/秒]

旋回

旋回

角度

方向

小
1未満
大

逆傾斜部
[-10.9]

小
1
大
小
2
大

差分

ΔX

ΔY

ΔZ

右

-0.014-0.0410.032

左-0.031-0.0400.031

右-0.002-0.0380.002

左-0.002-0.034-0.018

右-0.034-0.029-0.012

左-0.013-0.010-0.025

右-0.018-0.041-0.003

左0.010-0.022-0.001

右-0.048-0.037-0.030左-0.001-0.0140.009

右-0.015-0.047

0.001

左

0.020

-0.0220.008(単位[m]，出来形計測のため評価基準は±0.050[m]以内)

この結果より切羽版重機 LS-TS が要求精度を満たしていることを確認した。
4 トンネル現場での実証実験
4.1 実証実験現場の概要
工事名：令和元-4 年度横断道
羽ノ浦トンネル工事
工事場所：徳島県小松島市
実施時期：1 回目 2022.1
2 回目 2022.4
発注者 ：国土交通省四国地方整備局

図-4

キャリブレーション確認範囲

現場実証時の精度確認において,上記キャリブ
レーション確認範囲による試験を実施したところ
当初は基準値を満足する精度が得られない結果となった。
この原因を調査したところ,重機旋回時の左右区分におけるデータ数値の差異が大きいことから,重機の位置計測を行う追尾式 TS の応答速度遅延が重機旋回の左右差で影響が発生していることが判明した（図―6 参照）。
そこでセンサ類を後付けで設置した後に行うキャリブレーション時に行うパラメータの設定に左右旋回時の個別のパラメータ数値を入力できるようアルゴリズムを修正した。本改良にもとづく精度確認試験の結果を表-3 に示す。この結果よりパラメータ設定で TS 応答速度遅延の問題が解消できることを実証した。

4.2 現場実証時のキャリブレーションの見直し
実証実験開始前に重機を変更した為精度確認試
験を実施した。
以下に精度確認試験の条件を示す。
<条件 1>
本システムは,追尾式 TS で位置と方位,2D スキ
ャナで距離,傾斜計によるピッチ,ロールの補正を行い各センサのデータを演算し 3 次元座標を求める仕組みである（図-5 参照）。計測距離が長距離にまるとレーザスポット径の拡大,入射角が小さくなることから計測精度が低下する。要求精度の±50mm に対して最大計測可能距離 10.0m 以内とする。
<条件 2>
本システムは,バックホウが走行せずに旋回する事により 3 次元座標が得られる（図-4 参照）。
出来形計測に必要な点群密度（0.01m2 に 1 点）に対して,旋回速度は 4 度/秒以内とする。

- 19 -

旋回中心

プリズム

発光原点

図-5

重機 LS―TS における重機姿勢の求め方

旋回方向

旋回方向
計測座標
本来の座標

旋回中心

旋回中心

本来の座標

計測座標
左旋回

右旋回

図-6 TS の応答速度の遅延

表-3
計測位置
[度]

トンネル坑内坑口部での検証結果
旋回
速度
[度/秒]

旋回
方向

1
坑口部

2

[0]

4

差分の平均
ΔX

ΔY

ΔZ

左

-0.019-0.011

右0.027-0.002-0.009
0.003

左

0.002

-0.009-0.005

右-0.007-0.021

0.026

左

0.028

-0.0020.014

右-0.008-0.0160.013

6.今後の課題
6.1 精度の向上
今回の実証実験では「国土交通省 地上移動体搭載型レーザスキャナを用いた出来形管理要領（土工編）(案)」に準拠して精度確認を行ったが,「地上型（定置式）レーザスキャナを用いた
出来形管理」では±5mm の測定精度が求められる
ため,さらなる精度向上が必要である。そのための１例として検証点を改良する事が挙げられる。
これは 2D スキャナから放たれるレーザ光が検証点に反射して,受光器に返ってくる具合が,センサ認識としての質に影響を及ぼしている可能性がある。そのため,異なる旋回方向や旋回速度でも同様に反射レーザ光を受光できる検証点の開発が必要である
6.2 出来形帳票システム
今後はヒートマップ表示を行うソフトと連動して余掘り量数値や覆工コンクリート巻厚確認のための出来形帳票として出力できるソフトの開発も視野に入れて検証・開発を行う（図-7 参照）。

(単位[m]，出来形計測のため評価基準は±0.050[m]以内)

4.3 トンネル切羽での精度検証結果
前述キャリブレーションの見直しにより高精度が確認されたため,切羽計測での精度確認試験を実施した結果を表-4 に示す。
表-4
計測位置
[度]

トンネル切羽部での検証結果

旋回

旋回

速度
[度/秒]
1

傾斜部
[6]

2
4

方向

差分の平均
ΔX

ΔY

ΔZ

左

-0.0130.044-0.018

右-0.040-0.006-0.011

左-0.0250.039-0.020右-0.021

0.016-0.005

左-0.0450.014-0.009右-0.003

0.042

0.007

(単位[m]，出来形計測のため評価基準は±0.050[m]以内)

この結果よりすべての計測値が±50mm 以内に収まり切羽版重機 LS-TS の精度確認を行うことができた。
5.作業時間の短縮化
作業員（誘導員）が切羽直下に立入り,目視にてあたり箇所を確認し作業指示を出していた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，整形作業が約 22％短縮された（表-5 参照）。
表-5
作業内容

図-7

7.おわりに
切羽版重機 LS-TS によるあたり箇所の 3D 計測とヒートマップ化を実現することで,従来の誘導員による目視確認と比較して誘導員が不要となる
ため安全性の向上を図ることが可能である。
また,あたり箇所の判定を重機オペレータ単独で行えるため省人化による生産性向上を図ることが可能である。
本技術が建設現場への ICT 導入に対する更なる普及促進につながれば幸いである。
本技術の開発と現場試行にあたり,多岐にわたりご指導を賜りました関係者各位に深く感謝を申し上げます。

作業時間の比較
従来方法

切羽版重機 LS-TS

あたり取り作業[min]

30.0

30.0

余掘り確認[min]

15.0

5.0

合計時間[min]

45.0

35.0

ヒートマップ表示例- 20 -

６．i-Construction における UAV グリーンレーザ計測の適用性検証
安藤ハザマ
安藤ハザマ

○ 澤城
黒台

光二郎
昌弘

敷など）と水域（河道，瀞部，水たまりなど）が混
１．はじめにi-Construction の取り組みの一つである「ICT の 在する広範囲な工事現場での地形測量において，全面的な活用」では，3 次元計測技術を用いた施工 UAV グリーンレーザ計測が国土交通省の進める i管理に必要な事項が出来形管理要領に 1) まとめら Construction における起工測量や出来形測量に適用できる精度を有するかについて検証した。
れている。
レーザスキャナ(LS)による 3 次元計測では，地上型レーザスキャナ(TLS)や地上移動体搭載型 LS， ２．UAV グリーンレーザ計測に求められること
上記のような環境で UAV グリーンレーザを運無人航空機搭載型 LS(UAV レーザ)などが要領化されており，土工や舗装工，トンネル工など複数の工 用するためには，既に ICT 活用工事において要領
化されている UAV 近赤外レーザ計測を比較対象
種で汎用的に活用されている。
一方で，これらの LS には近赤外の波長帯のレー として，起工測量や出来形測量における UAV グリ
ザ光が使用されており，その特性上，水中や濡れた ーンレーザの計測可能条件や実測精度などを明ら面などを計測できないという課題を抱えているた かにしておく必要がある。
具体的には，①陸域部分において近赤外レーザ
め，河川や沿岸部に近接する工事での活用は限定
計測と同等の計測性能を保有していること，②水的であった。
一方で，グリーンレーザスキャナ計測は図-1 に 域部での計測が可能な水深や濁りの程度がわかっ示すように水中を通過する緑色の波長帯を持つレ ていること，③水域部において i-Construction の管ーザ光を使用することで，水域と陸域の地形デー 理基準値 1)である±0.1m（起工測量）や±0.05m（出タを連続的に計測することが可能な計測技術であ 来形測量）を満足することなどである。本稿ではこる 2) 。これまでの水域部での工事測量では，水際 れらの検証項目について，UAV グリーンレーザのではトータルステーション(TS)測量を，人が立ち 計測性能の検証結果を報告する。
入れない水深では深浅測量が多用されてきたが，UAV に搭載したグリーンレーザ(UAV グリーンレ ３．実験概要ーザ)で広範囲を一度に計測することができれば，本実験では図-3 に示す堰堤から上流側に 50m，作業が効率化できると考えられる。
下流側に 100m のエリアを検証範囲とし，UAV レ
しかし，グリーンレーザ計測は調査測量分野に ーザで取得した 3 次元点群を現場の座標と整合さおける航空レーザ測深(ALB)で活用が進んでいる せるための調整用基準点を 4 点，取得データの座
ものの 3)，建設分野における導入事例がほとんどな 標精度を確認するための精度検証点を 7 点設置しく，工事現場の起工測量や出来形測量に適用でき た。各点の配置は i-Construction の管理基準 1)に準る計測条件や精度の評価が十分に行われていない。 拠し，調整用基準点と精度検証点はともにエリア
そこで，筆者らは，図-2 に示すような陸域（護 面積に対しての必要数以上を設けた。
岸，護床ブロック，堰本体，干上がった河床，河川図-2 実証した現場の UAV 写真

図-1 グリーンレーザ計測の特徴- 21 -

3.2 対象河川の計測条件
3.1 使用機械と飛行条件
グリーンレーザ計測を行うにあたり，事前に対本実験で使用した機材の一覧を表-1 に示し，
UAV グリーンレーザの外観写真を図-4 に示す。条 象河川の透明度を評価した。図-5 のように濁度の件を等しくするため一つの UAV の機体にグリー 単位の一つである NTU を用いた評価を行ったと
ンレーザと近赤外レーザを乗せ換えて搭載し，グ ころ，計測値は 0.48NTU となり，ここから算出さリーンレーザは計 3 回，近赤外レーザは 1 回のみ れる理論上の最大計測可能水深は 10m という結果
飛行計測を実施した。また，調整用基準点と検証 を得た 5)。今回の対象範囲は最深部でも 1.0m 程度
点の測量は VRS-GNSS を用いて実施した。
であることから，対象河川がグリーンレーザ計測
それぞれの飛行諸元を表-2 に示す。近赤外レー を行う上で，十分な透明度であることを確認した。
ザに比べてグリーンレーザは，フットプリントがまた，計測当時の現場の空撮画像と同箇所の点大きく有効計測角が小さい性質があるため 4)，同 群データを図-6 に示す。図中の四角枠で示した箇
等の点密度のデータを取得するために飛行高度を 所は堰の取水口であり流れが急であるため，水面に白波が立っている。UAV グリーンレーザ計測で低くし，計測ライン間隔を狭くした。
本実験での計測時間は近赤外レーザが 18 分でエ は，図中の丸枠箇所のように点群データが欠落す
リア全域を計測できたのに対してグリーンレーザ るため注意が必要である。
では 45 分と約 2.5 倍の時間を要した。この点はグリーンレーザを活用する際に留意する事項である。
表-2 飛行諸元
飛行諸元
飛行対地高度(m)飛行速度(km/h)
サイドラップ(%)
コース間隔(m)有効計測角(度)
有効計測幅(m)計測点密度(cm)(進行方向/横断方向)
計測時間( 分)近赤外レーザグリーンレーザ
60
30
11
15
30
30
119
11
55×2=110
15×2=30171
16
10.2/7.2

6.0/35.31845

図-3 実験エリアと調整用基準点・検証点配表-1 使用機器
機器
UAV
近赤外線
レーザスキャナ
グリーン
レーザスキャナ
VRS-GNSS

使用機器
型式
メーカ
MATRICE
DJI
600PRO
Vx-20+

用途
エリア飛行

YellowScan

点群計測

EDGE LiDAR ASTRALite

点群計測

HiperHRHX-CHX600A

トプコン
Harxon精度検証データ
精度検証データ

図-5 濁度計による透明度評価

レーザ部

図-6 白波箇所の画像と点群データ

図-4 UAV グリーンレーザ- 22 -

②標高精度と水深の相関関係
3.3 検証項目
1) 陸域におけるグリーンレーザ計測精度
GNSS 計測時に同地点を棒スケールで計測した①検証点の座標精度
水深の実測値と，①の検証で算出した標高精度の
GNSS 計測で取得した各検証点の座標値を基準 関係をプロットし，水深によってグリーンレーザ
データとし，近赤外レーザ計測，グリーンレーザ 点群の精度に影響があるか検証を行った。
計測それぞれの 3 次元点群から算出した検証点座
４．実験結果標との較差から XYZ の座標精度を算出した。
4.1 陸域におけるグリーンレーザ計測精度②任意面の標高精度
図-7，図-8 に示すように，実験エリア内の堰堤， ①検証点の座標精度
検証点座標の精度検証結果を表-3 に示す。グリ
水の干上がった川岸に長方形の検証面を設定し，5 ㎝メッシュごとに近赤外レーザに対するグリー ーンレーザの座標精度は近赤外レーザと同様に iConstruction の出来形管理基準(±0.05m)を満足す
ンレーザの標高差分を算出した。
ることを確認した。
2) 水域におけるグリーンレーザ計測精度②任意面の標高精度①グリーンレーザ点群の標高精度
各メッシュの標高較差の平均値の結果は表-4
UAV グリーンレーザ計測は計 3 回実施し各デー
タについて検証を行った。河床におけるグリーン に示す通りであり，堰本体のようなコンクリート
レーザ点群の標高精度検証の基準用データとして， で被覆された面と，川岸の砂利で不陸がある面の
VRS-GNSS による多点計測を実施した。既設堰堤 いずれも出来形管理基準(±0.05m)を満足するこ
上流部・下流部それぞれで図-9 のように河床にポ とが確認できた。
ールを立てて図-10 に示す計 88 点の座標値を基準データとして取得した。この GNSS 計測点の中心 4.2 水域におけるグリーンレーザ計測精度から直径 15 ㎝の領域円内に存在するグリーンレ ①グリーンレーザ点群の標高精度
計測回ごとの上流部，下流部それぞれの計測点
ーザ点群の標高の平均値と GNSS 計測値との較差におけるグリーンレーザ点群とGNSS 計測の標高を算出し標高精度を評価した。

図-7 標高差分の検証面とヒートマップ(堰本体)図-10 水域の標高精度検証位置
表-3 陸域の検証点精度の結果
図-8 標高差分の検証面とヒートマップ(川岸)

(m)
平均
標準偏差
(m)
平均
標準偏差

グリーンレーザ1回目 グリーンレーザ2回目
X
Y
Z
X
Y
Z
0.011 0.007 0.032 0.015 0.031 0.010
0.010 0.005 0.019 0.011 0.017 0.011
グリーンレーザ3回目
近赤外レーザX
Y
Z
X
Y
Z
0.010 0.014 0.032 0.018 0.007 0.013
0.009 0.010 0.011 0.014 0.007 0.012

表-4 陸域任意面の標高精度の結果
(m)
平均
標準偏差
最大
最小
(m)
平均
標準偏差
最大
最小

図-9 VRS-GNSS 計測状況

- 23 -

堰本体1回目 堰本体2回目 堰本体3回目-0.001
0.023
0.047
0.024
0.012
0.015
0.167
0.187
0.113
-0.126-0.040-0.019
川岸1回目
川岸2回目
川岸3回目
0.020
0.008
-0.021
0.014
0.022
0.017
0.078
0.143
0.050
-0.062-0.088-0.148

５．まとめ
本実験で実施した陸域および水域でのグリーン
レーザの精度検証結果を以下にまとめる。
1) 陸域におけるグリーンレーザ計測精度
検証点の座標精度と任意面の標高精度の双方でi-Constructionの出来形測量に適用可能な精度を有することを確認した。また，砂利のような不陸のある場所であっても近赤外レーザと同様の精度で計測可能であったことから，土工事など地形データとして利用できることがわかった。
2) 水域におけるグリーンレーザ計測精度
今回のような水深1m程度の透明度の高い河川において，取得した河床点群データの標高精度が，iConstructionの起工測量管理基準±0.1mmに近い水準の精度を示したことから，UAVグリーンレーザ
計測の河川工事への適用性を確認することができた。また，水深1mの範囲内であれば，標高精度に対する水深の影響を考慮する必要がないことも確認できた。
以上の結果から水深1m程度の条件において，
UAVグリーンレーザ計測で取得した陸域と水域が一体となった地形データは，i-Constructionの起工測量に適用可能な精度を有することを確認した。また，白波などで荒れた状態の水面では，その直下の地形を計測できないことも確認した。
一方で今回の対象河川は水深が浅く透明度が高いという好条件な現場であったため，今後は異なる現場条件での更なる追加検証を行うとともに，河川工事やダム工事などの具体的な現場施工管理の導入へ繋げていきたい。

表-5 水域の標高精度の結果
グリーンレーザ1回目 グリーンレーザ2回目 グリーンレーザ3回目(m)
上流部 下流部 上流部 下流部 上流部 下流部
平均値-0.049-0.038-0.069-0.068-0.024-0.054
標準偏差
0.038
0.043
0.053
0.072
0.030
0.097
最大値
0.031
0.057
0.043
0.113
0.054
0.129
最小値
-0.121-0.174-0.231-0.312-0.095-0.3870.40.3

線形近似直線

0.2
標高較差(m)較差の平均値，標準偏差，最大値，最小値を整理したものを表-5 に示す。
上流部，下流部ともに標高較差の平均値は，iConstruction の起工測量の要求精度±0.1m 以内を満足する一方で，出来形測量の管理基準±0.05m は一部満足しない結果となった。これは，水域での計測ではレーザ光の屈折や散乱の影響があること
や，水中の物質によるノイズの増加が要因として考えられる 6)。
②標高精度と水深の相関関係
計 3 回の計測で取得した標高較差の全計測点データとその水深の関係を図-11 に示す。計測点の中で最大水深は 1.1m，最小水深は 0.03m であった。
この範囲内において水深が増加することによる標
高精度の変化については，図中の線形近似直線が示すように相関関係はみられない結果となった。

0.1
0
-0.1
-0.2
-0.3
-0.4
0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

計測点の水深(m)図-11 水域の標高精度と水深の関係

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）R3.3
2) 国土交通省：「陸上・水中レーザドローン」現場実装へ
H 31 . 2https://www.mlit.go.jp/common/001271580.pdf(Accessed 2022.3.28)
3) 中村圭吾，福岡浩史，小川善史，山本一浩：グリーン
レーザ（ALB）による河川測量とその活用，RIVERFRONT Vol.84， pp.16-19 ，2017.3
4) 日本測量調査技術協会ALBサブワーキング：「ALBの安全対策とフットプリントの影響について」H 30 . 2
https://www.mlit.go.jp/river/shinngikai_blog/lp_kentoukai/d
ai02kai/dai02kai_siryou3.pdf(Accessed 2022.8.4)

5) (株) ビジュアル・システムズHP：
https://visualsystems.jp/sensing/astraliteedgelidar.html(Accessed 2022.3.28)
6）堺 浩一： UAV グリーンレーザ計測による河川管理の適用検討，岡山大学大学院環境生命科学研究科博士
論文，2022.3
7）黒台昌弘，澤城光二郎，苅山直将，小松良光：
UAV グリーンレーザの陸域部における計測精度検証，
土木学会第 77 回年次学術講演会 2022.9 発表予定
8) 澤城光二郎，黒台昌弘，苅山直将，小松良光：河川工- 24 -

事の水域部におけるUAVグリーンレーザ計測の精度検証，土木学会第77回年次学術講演会 2022.9発表予定

７．大型プレキャストブロック据付の自動化施工
自動運転技術を災害現場の実施工に導入

鹿島建設株式会社
鹿島建設株式会社
鹿島建設株式会社○ 大原 伸浩
土井原 美桜増村 浩一

堰堤の断面図を図-1 に示す。3 号砂防堰堤の施１．はじめに
赤谷 3 号砂防堰堤工事では、斜面崩落による二 工は、大きく以下の 3 作業に分けられる。
・下流側のプレキャストブロック据付
次災害を防止するため、出水期の施工は遠隔操作
・内部材（ソイルセメント）と土砂型枠の盛立てによる無人化施工を計画していた。しかし、高い精・上流側の土砂埋め戻し度が要求されるプレキャストブロックの据付作業は、遠隔操作による作業では難易度が非常に高く、 これらのうち、高い作業精度を必要とするプレキ
疲労による生産性の低下や作業ミスが予想された。 ャストブロックの据付と、内部材・土砂型枠の盛この課題に対し、ブロック据付作業の繰返し動作 立てを自動化した。ただし、走行動作は遠隔操作を自動化する次世代の建設生産システムの実現を でも比較的容易なため、プレキャストブロックやソイルセメントを運搬するキャリーダンプの走行目指した。
プレキャストブロック据付作業はキャリーダン は遠隔操作によって行った。本報文では、プレキ
プで運搬したプレキャストブロックの荷取り動作、 ャストブロック据付の自動化について述べる。
据付位置までの旋回動作、据付位置への据付動作からなる。キャリーダンプ上のプレキャストブロ
ック位置や据付予定位置の計測には AR（拡張現実）
技術を応用した画像解析による測量手法「AR 測量」
を用い、汎用バックホウの自動制御にはキャビン搭載型ロボットを採用した。その結果、日本で初めてプレキャストブロック据付の自動化施工を実現
し、高精度な据付と生産性向上（遠隔操作施工と比較）を達成した。自動化施工の概要と実績について紹介する。
２．開発の概要
赤谷 3 号砂防堰堤工事は、平成 23 年に大規模土
砂崩壊が発生した奈良県五條市赤谷地区の砂防事業のうち、崩落斜面直下に砂防堰堤を構築するものである（写真-1 参照）。崩落斜面は平成 23 年以
降も出水期に再崩落を繰り返しており、出水期にあたる 6 月 15 日から 10 月 31 日は二次災害防止のため、施工エリアは立入禁止となり無人化施工を前提条件としている。自動運転は次のように・同じ動作を繰り返す作業は得意
・オペレータの技能によらず一定品質を確保
・長時間連続して一定速度による作業が可能といった特徴があり、本工事では作業の特性に応じて部分的に自動運転を導入することによって工期やコストの低減、生産性と品質の向上を目指した。

- 25 -

写真-1

写真-2

災害発生直後の状況と堰堤施工場所

自動化施工状況（下流上空より）

図-1

3 号砂防堰堤標準断面図

３．自動化施工の概要
プレキャストブロック(以下、ブロック)の据付は、専用アタッチメントを搭載したバックホウによる自動化施工により行った（写真-2 参照）。自動化施工の対象となるブロックは、出水期に施工す
る無人化施工対象の 8 段目から 20 段目の合計 824個である。ブロックの据付は 1 段ずつ、右岸側から順に行い、ブロック 1 段を据え付けるごとにブロック天端まで内部材の盛り立てを行った。
3.1 自動把持動作
ブロックを据え付けるためには、キャリーダン
プで搬入したブロックを把持する必要がある。把
持対象ブロックの位置の計測には後述する AR マーカとカメラを用いた測量手法（「AR 測量」と呼称する）を導入した。ブロックの搬入は、遠隔操作のキャリーダンプをオペレータがカメラ画像を見ながら操作し、自動運転バックホウ付近の任意の場所に停止させた。
3.2 自動据付動作
据付動作の模式図を図-2 に示す。自動据付は直前に据え付けた隣接ブロックの位置を計測し、その位置を基準に把持中のブロックの据付目標位置を算出した。ブロックの位置検出にも、AR 測量を用いた。

3.3 ブロックと専用アタッチメント
自動運転に最適なブロック（写真-3）と専用アタッチメント（写真-4）を製作した。ブロック寸法は、
幅 1,250ｍｍ×奥行 1,360ｍｍ×高さ 700ｍｍ、質量 2,550 ㎏である。ブロックの上部にはφ270ｍｍのテーパ構造の把持孔を設け、アタッチメントをこの把持孔に挿入して先端を開閉することによって把持と把持開放を行った。さらに、据付精度の向上のため、ブロックの上流側にはかまぼこ型の嵌合構造を設けた。
アタッチメントは、動作の単純化のために重機のアーム先端にピン構造により取付け、常に鉛直
下向きとなる構造とした。また、据付時にブロックの回転角度を調整する必要があるため、回転機能を備えた。

写真-3

図-2

据付動作模式図- 26 -

プレキャストブロック

ム等を取付けることは現実的ではない。そこで、安価に多数のブロックを計測する方法として、紙に印刷した AR マーカとカメラを用いて測量を行う手法を採用した。これを「AR 測量」と呼称する。
(1) 把持AR測量の特徴
AR（拡張現実）の技術において、カメラ画像の上に CG 画像を重ねる場合には、AR マーカ画像を認識して位置と向きを検出する。AR 測量は、この機能を測量に応用したものである。これにより AR
マーカ中心の 3 次元座標（X,Y,Z）と面の向き（yaw,roll, pitch）を計測することができる。AR マーカの画像認識には、オープンソースソフトウェアが用意されており、今回は OpenCV を使用した。
座標・角度はカメラ固有の値による相対座標として出力されるため、任意の座標系で使用するには、キャリブレーションと座標変換を必要とする。
本システムでは、重機の旋回中心を原点とする相対座標（重機座標）に変換して使用した。
また、AR マーカ面の向きの情報を活用することで、マーカ中心から離れた座標を算出することが可能である。本システムでは、自動運転の目標
写真-4 専用アタッチメント
位置とするため、AR 測量値を最終的に重機座標系
3.4 操作室
上のブロック把持孔中心座標に換算した。
自動運転の監視・指示は、立入禁止エリア外に設 (2) 把持AR測量の精度けた操作室から行った。現場内には遠隔・自動化施
AR 測量におけるマーカ認識性能は、カメラの工用に定置式カメラと移動式カメラ車を配置して、 解像度とマーカの大きさに依存する。本システム
様々な角度から施工箇所を撮影できるようにし、 では、想定された最大作業半径である約 10m 先の操作室（写真-5 参照）に設置したモニタでカメラ マーカを安定して測量できる組み合わせとして、画像を確認できるようにした。自動運転において 4K カメラと A1 サイズのマーカを採用し、以下のもカメラ映像を用いて、オペレータが重機や施工 精度を確認した。
箇所を確認しながら自動運転の監視を行った。
・撮影距離に対して誤差は約 0.2％・実施工における平均作業半径 7.5ｍに対する精度は±15 ㎜(3) 把持画像処理速度
AR 測量の画像処理は、1 秒間に数回～数十回行うことができる。処理速度は、使用する PC のスペ
ックと画像解像度によって決定される。本システ
ムでは、ノート型 PC（CPU：1.1GHz，クアッドコ
ア, メモリ：2GB）と４K 画像の組み合わせにより3.5fps を実現した。特に据付動作でのブロックの回転角度調整では、リアルタイムでの計測を必要したが、十分な処理速度を確保することができた。
4.2 キャビン搭載型ロボット
本システムでは、キャビン搭載型ロボット（写真-6）を導入し、ロボットに汎用バックホウを操作
写真-5 操作室状況させることにより自動運転を行った。これは、専用に開発した重機を使用する自動運転システムで
４．自動運転要素技術
は迅速な導入は難しく、今後の開発成果活用には
自動運転を構成する要素技術を述べる。
不都合であると考えたためである。
4.1 AR 測量
今回使用したロボットはゴムチューブの人口筋
自動運転においては、把持対象ブロックの位置と据付目標位置を計測する必要があるが、合計 800 肉をエアーによって伸縮させて重機レバーを操作
個以上のブロックすべてに GNSS 受信機やプリズ することができる。バックホウに搭載した PC に

- 27 -

よる自動運転と操作室からのリモコン操作による遠隔運転を実施した。

4.3 重機のリアルタイム姿勢計測
重機の自動運転では、重機の姿勢をリアルタイムに把握し制御を行う必要がある。そこで、本自動運転システムでは、ブームとアームの角度を計測する傾斜計と旋回角度を計測する旋回角度計（磁気スケール）を取付けた。また、アタッチメ
ントは常に鉛直下向きとなる構造のため、路盤の不陸により重機が傾いている場合に、アタッチメ
ント先端の算出位置を補正する機体傾斜計を取付けた。
５．自動運転システム
5.1 自動運転システム構成
自動運転のシステム構成を図-3 に示す。自動運
転の制御は下記の通り行った。
① バックホウのキャビン上部に取付けた 4K カメラにより、ブロックに貼り付けた AR マーカを撮影
② カメラ画像を元に重機搭載 PC により目標ブロックの位置を計測③ ②の位置を重機の自動動作の目標姿勢（ブーム
角、アーム角、旋回角）に変換④ ③の目標姿勢と重機姿勢計測センサ値から、ロボットへの動作指令を生成⑤ ロボットは動作指令データに基づいて重機を
自動操作

写真-6

重機キャビン内のロボット搭載状況

図-3

システム構成図- 28 -

自動運転に関わるセンサや PC、ロボットは重機内において有線接続し、応答遅れの影響がない構成とした。操作室には操作用 PC を設置し、リモー
トデスクトップを用いて重機搭載 PC を監視、操作した。操作室と重機間の通信は無線 LAN とした。
自動運転のオペレータは、操作画面（写真-7,8）
上で自動運転の開始や、表示される次動作の承認などをマウスのクリック操作により行った。

写真-7

操作画面（把持動作中）

写真-8

操作画面（据付動作中）

図-4

5.2 自動運転フロー
キャリーダンプ 1 台により搬入されるブロック
2 個を連続して据え付ける動作を 1 サイクルとして、自動運転を行った。図-4 に自動運転のフローを示す。事前に目標位置の AR 測量と記録を行う
ことにより、スムーズな連続動作を実現した。また、ブロックを 2 個据えるごとに重機を走行移動させる動作はオペレータの遠隔操作により行った。
5.3 動作の精度向上と効率化
本システムでは、把持・据付ともに自動動作に「サブゴール」という考え方を取り入れた。サブ
ゴールは、写真-9 と写真-10 に示すように、把持対象ブロックまたは据付基準ブロックから約 0.5m
離れた位置である。これにより、以下の自動動作の精度向上と効率化を実現した。
・自動動作中にサブゴール位置において再測量を行い、必要に応じて自動微調整動作を行うこと
により精度を向上
・サブゴールまでは速度重視の高速動作、サブ
ゴール以降は精度重視の低速動作とすることによりサイクルタイムと精度を両立
加えて、把持動作、据付動作においてそれぞれ
以下のような工夫を行った。
(1) 把持動作
サブゴール以降はブーム下げのみとして把持孔にアタッチメントを挿入した。単一かつ単純な動作とすることによって、サイクルタイムの短縮と精度の向上を図った。
(2) 据付動作
サブゴール位置において把持中ブロックと据付位置の基準となる既設ブロックの回転角度を合わせる動作を行い、据付精度を向上させた。回転角度の計測と制御には、専用のセンサは使用せずに自動運転フロー- 29 -

AR 測量のマーカ面角度計測機能を用いた。実施工において、1 度以下の誤差内に回転角度を計測できることを確認した。

写真-9

自動把持サブゴール位置

写真-10

自動据付サブゴール位置にやり直し動作が発生してサイクルタイムに影響した。
また、遠隔操作ではオペレータに大きな負担をかけるため、作業効率の低下や休憩を必要とするのに対して、自動運転では一定の作業効率による作業を継続できることから、1 サイクルあたりのサイクルタイム短縮実績である 20％以上の生産性向上効果を期待できる。
７．おわりにプレキャストブロック据付の自動運転システムを開発して実施工に導入し、作業の生産性向上を実現した。
今回の施工ではオペレータ 1 名に対して自動運転重機 1 台の運用であったが、複数重機を使用して同時施工を行う場合は、オペレータ 1 名により複数重機の自動運転を監視することも可能であると考えられ、さらなる生産性向上を期待できる。
また、AR マーカとキャビン搭載型ロボットを組み合わせた自動運転は、プレキャストブロックの据付にとどまらず、多種多様な作業にも応用可能な技術であると考える。今後も自動化施工の拡大を目指して、応用と改良を進めていく所存である。

６．施工実績
6.1 精度把持動作に関しては、実施工の過程において自動動作の調整を行って動作精度の向上を図り、ア
タッチメント挿入動作の成功率は 100％を達成した。
据付動作に関しては、据付位置の基準となる既設ブロックとの隙間を 10mm 以下として据え付けられることを確認した。把持中ブロックを既設ブ
ロックの低い位置に軽く押し当ててから降ろすよ
うな動作としたことと、嵌合構造の働きにより高精度の据付を実現させた。
6.2 サイクルタイム
自動運転の 1 サイクル（ブロック 2 個分の把持と据付）にかかる時間は、自動運転では 7 分 13 秒、遠隔操作では 9 分 16 秒となり、自動運転により約20％のサイクルタイム短縮を実現した。把持動作の所要時間は自動運転と遠隔操作においてほぼ同じだったが、据付動作については遠隔操作の場合に約 1 分所要時間は長くなった。把持動作ではφ270mm の把持孔にアタッチメントを挿入するための許容誤差は大きいのに対し、据付動作では把持中ブロックの位置と回転角度を高精度に合わせて据え付ける必要があり、遠隔操作の場合は頻繁- 30 -

８．スタビライザの ICT 化「浅層改良管理システム」による位置精度および生産性向上の検証
西尾レントオール株式会社
株式会社東洋スタビ
１．はじめに
令和 1 年度から ICT 地盤改良工（浅層・中層混合処理）が施工履歴データを用いた出来形管理要領（案）に追加され，ICT 化が進められている。
スタビライザによる浅層改良は，施工中の深度が数値化できないために，深度管理を行いながら施工するには熟練の技術が必要である。また，施工
厚さの出来形管理は,規定箇所を掘り起こして確認作業を行い，その結果を待ってから施工の手戻り作業が発生する場合もある。施工範囲について
は，地面に直接区割り作業と施工箇所の継ぎ目となる走行レーンを示す為に目印になるポールの設置作業を行っており，生産性の向上が望まれる。
この様な課題に着目し，今般弊社は㈱東洋スタ
ビと共同でスタビライザの ICT 化として「浅層改良管理システム（NETIS／KT-210047-A）」（以下，本システム）を開発した。
本システムは，GNSS の位置情報を用いてスタビ
ライザの位置と姿勢を計測し，施工位置のガイダ
ンスと深度管理・施工進捗管理を行うシステムであり，深度の数値化により施工の「見える化」や生産性の向上に大きく貢献できるものである。本稿
では，本システムの位置精度および品質確保・生産性向上の検証結果を報告する。

○ 橋本
衣川

明広
剛央

2.2 システムに要求される仕様
本システムは GNSS によって取得した攪拌装置の位置（座標）情報を，施工軌跡データとして履歴を残すことで，地盤改良が完了したことを表現できる機能を主な仕様とし，3 次元計測技術を用いた出来形管理要領（案）「表層安定処理等・固結工（中層混合処理）編」1) に要求される仕様を，スタビラ
イザによる浅層改良においても ICT 活用の管理要領が満足できるように開発した。
必要な機能① 攪拌判定表示機能② 施工範囲の分割機能③ 攪拌装置サイズ設定機能④ システムの起動とデータ取得切替機能⑤ 施工完了範囲の判定・表示機能⑥ 出来形管理資料作成機能「測定精度」
静止状態での作業装置位置の測定精度
水平（X，Y）：各±100mm 以内
標高（Z） ：±100mm 以内

2.3 運用手順
本システムは，以下の手順で運用する。（図-1）① 設計データの設定：地盤改良設計データとな
る DXF データを入力する。
２．システムの概要② 施工完了範囲の判定の設定：施工範囲を管理
2.1 システムの構成
ブロックに分割する設定を行う。
本システムの構成は，「GNSS システム BOX」
③ スタビライザの姿勢の設定：GNSS アンテナ
「GNSS アンテナ」「アンテナブラケット」「傾斜計」の取り付け位置と傾斜計の設置角度の設定「制御アプリ（タブレット PC）」の五つで構成さを行う。
れている。（写真-1）④ 施工の開始：制御アプリ画面に入力した通りの区割り位置とスタビライザの現在位置と深度，それに伴った設計深度までのガイダン
ス量が表示される。そのガイダンスに従い，オペレーターは施工を行う。
⑤ 施工結果の確認：施工中の改良深度等の結果
をリアルタイムに確認する。
⑥ 施工結果の出力：施工結果を帳票出力アプリ
で帳票出力を行う。
写真-1

システム構成- 31 -

３．精度検証本システム内で算出される攪拌装置の位置座標と攪拌後の深さの精度検証を行った。
3.1 攪拌装置の位置座標精度の検証方法
本システム内に表示される攪拌装置の座標（X,Y,Z）を，測量機と比較して検証を行う。
検証する位置は撹拌機左右の中心で刃先の先端部分を測量する。（写真-2）（写真-3）
3.2 使用機材① 測量機② プリズム3.3 検証結果
検証結果は，システム内で算出される位置座標と測量機の測量結果座標との差が X,Y,Z すべて
100mm 以内に収まり，GNSS と傾斜計の値から算出される値が要求される精度に収まっていることが確認できた。（表-1）
表-1

表-2

攪拌深さ精度検証結果

写真-4

標尺で切削深さを測量

位置座標検証結果

写真-2

写真-3

3.4 攪拌装置の攪拌深さ精度の検証方法
本システム内に表示されるガイダンスに従って攪拌を行い，攪拌後の深さを標尺の測量結果と比較して検証を行う。（写真-4）
検証の基準は，位置座標精度の高さ 100mm 以内を基準とした。
3.5 使用機材① 標尺② 赤白ポール
3.6 検証結果
検証結果は，
1000mm のガイダンス量に従って切削を行い，標尺の測量結果との差が 100mm 以内に収まり切削時の高さ精度が要求される精度に収まっていることが確認できた。（表-2）攪拌装置先端測量機でプリズムの位置を測量

４．動作検証本システムに要求される動作の検証を行った。
4.1 動作の検証方法
本システムの設定画面や，計測中の画面が要求される機能を満たしているか確認する。
4.2 検証結果① 攪拌判定表示機能
施工中の画面から動作を確認できた。
⑤の施工完了範囲の判定と同様の方法で確認した。（図-2）② 施工範囲の分割機能
施工対象の範囲を区割りごとに分割し，区割り
内に 10cm サイズの管理ブロックを設定できることを確認した。

- 32 -

③ 攪拌装置サイズ設定機能
本システムでは GNSS を攪拌装置に設置する為，GNSS 設置個所から，アンテナの設置高さ・左右のアンテナ間の距離・攪拌機の幅・攪拌機の中心までの距離・刃先の長さを設定することで，
攪拌装置サイズの設定ができることが確認できた。（図-1）④ システムの起動とデータ取得切替機能
施工中の画面内の「START・STOP」のボタン押下で動作を確認できた。（図-2）⑤ 施工完了範囲の判定・表示機能
施工完了範囲の判定については，設計高さと撹拌機の高さをリアルタイムで計算し，残差に応じた色で判定を行う。
（図-2）
色の判定は設計高さへの到達・未到達がリア
ルタイムで判断できることが確認できた。
⑥ 出来形管理資料作成機能
帳票出力アプリから結果帳票の出力ができる
ことが確認できた。（図-3）

図-1

各種サイズ設定画面

図-2

施工中画面

図-3

帳票出力画面

５．品質確保・生産性向上の検証
5.1 品質確保・生産性向上の検証項目① オペレーターの熟練度による品質確保
本システムを活用することで，未熟オペレータ
ーが熟練オペレーターと同様の品質を確保して操作できるか検証する。
② 走行レーンの把握による生産性向上
施工中の走行レーンが「見える化」されることによって，ラップ幅のばらつきが抑制され，施工の効率が向上するか検証する。
③ 出来形確認作業の省略による生産性向上
施工履歴データにより，従来の出来形確認作業を省略する事での効果を検証する。
5.2 検証結果① オペレーターの熟練度による品質確保
初心者オペレーターの操作が，施工機の位置が「見える化」されることによって，施工ヤードに対してまっすぐに走行することができた。
また，設計深さに対する深度の「見える化」により，攪拌深さは過不足なく一定の厚さで施工することができ，品質を確保してスタビライザを操作することができた。
本システムによりオペレーターの操作を「見える化」し，属人的な操作を誰でもできる作業へ標準化した。
② 走行レーンの把握による生産性向上
従来施工では，未改良部を残さない為に，施工箇
所の継ぎ目に 20cm から 30cm のラップ幅を設ける。継ぎ目のラップ幅や走行レーンの把握には，熟練オペレーターの感覚に頼っており，未熟なオペ
レーターの場合は，施工箇所の継ぎ目や走行レーンを示す為に，ポールによる区分け作業を行っていた。（写真-4）
本システムにより，施工箇所と現在の施工機の位置が「見える化」され，未熟オペレーターの未改良を防止できた。また，ポールによる区分け作業が不要になり，作業員 1 名が 1 日当たり 30 分程度の作業時間を省略することができた。

写真-4- 33 -

従来行っていたポール作業

さらに，目測による従来施工ではまっすぐに走行することができず，前に施工したレーンに対して斜めに走行してしまう事で，余分な未施工エリ
アが発生してしまっていた。
本システムにより，前に施工したレーンに対して走行している方向が認識し易くなり，斜めに走行することが抑制され，走行回数を効率よく施工することができた。（図-4）

能となり，従来の出来形確認作業による点の評価
から，面での評価を表現することが可能になった。
（図-5）

図-5

図-4

走行回数の効率化③ 出来形確認作業の省略による生産性向上
従来の出来形管理方法は，施工後に掘り起こし作業を行い，
状況写真と攪拌した厚みの確認を 1 日
3 箇所程度行っていた。（写真-5）

結果帳票

６おわりに
本稿の検証結果から，本システムの精度が要求される基準を十分に満たしていると確認できた。
さらに施工位置及び施工深度が「見える化」され，浅層改良における走行操作の技術不足・施工不良
等による手戻りを未然に防止した。その結果，より正確な施工管理が実現され，品質管理の合理化，生産性向上に大きく貢献できることが実証できた。
以上の ICT 施工を活用した施工管理と品質管理の合理化により，5～10％程度の生産性向上が見込
める。
今後もスタビライザの ICT 施工を積極的に行っていくことで，ICT を用いた施工能力が向上し更なる機能向上や課題が挙げられていくことに期待できる。それらを改善しながら，原位置攪拌する工種において使用用途を広げていき，施工会社，レンタル会社の両面で業界への貢献を引き続き行っていく所存である。
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4年3月版

写真-5

従来の出来形管理方法

現状は従来の出来形管理方法を省略していないが，本システムにより，1 箇所に 10 分程度の出来
形確認作業を 1 日 3 箇所程度省略することで 1 日
30 分程度の作業時間の削減が見込める。
さらに，攪拌深さがリアルタイムに把握出来ることで施工深さの不足箇所を即座に再混合する事が可能になり，設計深度に対して均一な施工を行うことができた。
また，施工結果を出来形管理資料として出力することができ，出来形結果を分かりやすく証明可- 34 -

９．建設機械施工の自動化・自律化技術の普及に向けた取組みについて
国土交通省

○ 金森
味田
加藤

宗一郎
悟
和宣

１．緒言
我が国では少子高齢化に伴い、就業者の高齢化 ２．取組みの体制「建設機械施工の自動化・自律化協議会 設置が進んでいる。その中でも建設業就業者の高齢化規約」に記載のとおり、協議会は自動・自律・遠隔は他業種と比較して顕著である（図－１）。近い将来、建設業に従事する高齢者が大量に退職するこ 施工技術の開発及び普及の加速化を目的とする。
この目的を達成するため、本協議会には、建設施とが見込まれる。更に人口減少の影響で新たに建設業に就業する者も減少していくことが予測され 工関係の有識者、建設機械施工に関係する多くの。
る。これらのことから、深刻な担い手不足により、 業界団体が参画している（図－３）
また、行政機関としては、
公共工事の発注者であ建設業の持続性が失われることが懸念されている。
り、建設機械に関する技術的な指導の権能を有す
これらの課題解決に向け、現場の生産性向上にる国土交通省のみならず、産業振興を司る経済産
資する技術の一つとして、建設機械施工の自動化・業省、労働安全を司る厚生労働省が参画している。
自律化・遠隔化技術（図－２）が期待されている。
協議会では、自動・自律・遠隔施工技術の普及に
この技術により、建設機械を人が搭乗することな向けた大局的な方針を議論する。さらに、より個別く稼働させることができる。
的・具体的な議題を議論するため、協議会の下部組
建設機械施工の自動化・自律化・遠隔化技術の普織として 3 つのワーキンググループ（以下、「WG」
及に向けては、安全をはじめとして分野横断的にという）を設置する。
検討を行うべき項目が多く存在するが、そのよう
このうち、「現場普及 WG」は、モデル工事の設な議論は系統立った形では従来ほとんど行われて定や自動・自律・遠隔施工技術を想定した入札・契おらず、したがって現場導入に向けた環境は整備 約のありかたを検討するものであり、自動・自律・されていなかった。
遠隔施工技術を実工事で使用する環境がある程度
そこで、国土交通省では令和 3 年度に「建設機 整備されてから開催する計画であり、令和 4 年 8
械施工の自動化・自律化協議会」（以下、「協議会」 月現在設置に至っていない。
という）を設置し、多様な関係者の参画のもと、議「安全・基本設定 WG」は令和 4 年 6 月に、協論を開始している。本報文では、協議会の活動につ 議会と同じ団体等を構成員として設置した。本
いてこれまでの経過と今後の展望を述べる。
WG は令和 4 年度中に「自動・自律施工の安全ルール」を策定すること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。

図－１

全産業および建設業就業者において若年層および高齢層が占める割合- 35 -

図－２

自動・自律・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「施工管理・検査基準 WG」は令和 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･自律・遠隔施工機械等の現場検証の実施に向けた検討や、将来的には自動・自律施工における施工管理基準策定に向けた検討を行う。このような特性に鑑み、実際に自動・自律・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、新たに構成員を公募することを計画している。

ルを自動・自律・遠隔施工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。
そこで、自動・自律・遠隔施工の特徴に即した標準的な安全ルールの策定が必要となる。令和 4
年度は、協議会及び WG での検討に基づき、全ての作業員の進入を禁止する「無人エリア（図－４）」における施工を対象とし、安全ルールを標準化する。
安全ルールについての現状での検討状況を述べ
３．検討の方針る。
本項では、協議会の目的のうち令和 4 年度、令安全ルールは、「自動・自律・遠隔施工を実施す
和 5 年度の重要な検討対象である安全ルールと現 る施工会社が、安全対策を検討する上で参照する資料」として位置づけられる。また、あらゆる条
場実証について詳しく述べる。
件の現場で講じるべき全ての安全対策を列挙する
ことは事実上不可能であるため、土工を対象とし3.1 安全ルールの策定方針と現状
自動・自律・遠隔施工は、現場からオペレータ て、条件の異なる現場であっても、共通的に講じがいなくなるという点で従来の施工と一線を画す。 るべき安全対策を示す、ガイドラインのような性
この「オペレータがいない」という特徴を考慮し 格のものとして策定する。
その内容は①用語の定義②共通的な保護方策③て整備された体系的な安全ルールは現状では存在
自動・自律・遠隔施工に特有のリスクアセスメン
しない。
そのため、一部の開発者が実施している現場試 トの項目、の 3 つを主とする。以下に①～③を策行においては、現場ごとにゼロから安全対策を検 定する目的と検討方針を記す。
①用語の定義討する必要が生じている。さらに、どの程度の水
自動・自律・遠隔施工の分野では定義が定まっ
準の対策が必要であるか判断する基準がないことていない用語が多い。例としては、「自動」と「自から、関係者との調整に時間を要したり、現場ごとに安全対策の水準にばらつきが生じたりすると 律」の違いは何か？「無人化施工」は歴史的に遠隔施工を表す用語として使われることが多いが、いった課題がある。
字義通りに解釈すると自動・自律施工も含まれる
また、有人の施工現場を前提とした既存のルー- 36 -

図－４

無人エリア(緑点線の内側)の模式図と保護方策の例

べきではないか？といったことが挙げられる。
このような状況では、施工会社が安全対策を検討する際に、また関係者との調整の際にミスコミュニケーションが生じる可能性がある。
そこで、安全対策を検討する上でのミスコミュ
ニケーションを防ぐために、用語の定義を明確化する。
安全ルールの検討にあたり最初に用語を定義することで、安全ルールについての議論を行う上でのミスコミュニケーションを防ぐ効果も期待される。
②共通的な保護方策
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。
一方で自動・自律・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。
そこで、土工を対象として、どのような条件の現場であっても共通的に講じるべき保護方策を策定する。
具体的には、自動・自律・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「無人エリア」を設定すること、「無人エリア」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・自律・遠隔施工機械を停止させることなどが考えられる。
③自動・自律・遠隔施工に特有のリスクアセス
メントの項目従来施工におけるリスクアセスメントについて
はマニュアルが発行されているほか、技術者や建設機械オペレータは何が危険につながるかを経験的に理解している。

自動・自律・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は未整備で、施工会社もほとんど自動・自律・遠隔施工の経験がない。
このような状況では、施工会社が実施するリス
クアセスメントの項目に過不足が生じる可能性が高く、必要十分な調査が実施されない可能性がある。
そこで、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・自律・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。
また、必要な保護方策の内容や担い手が従来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「それぞれの保護対策を現場のどの担当者が担うのか明確にすること」が重要であることを明示する。
上記の内容を、令和 4 年度に策定するために検討を進めている。自動・自律・遠隔施工の分野においては技術が日進月歩であるため、安全ルール
が陳腐化することを防ぐために策定後にフォローアップを継続する体制を構築することも重要である。
また、令和 4 年度に策定するのは「人と自動・自律・遠隔施工機械を完全に隔離できる条件での土工」を対象としており、あらゆる条件や工種に適用できるものではない。
そこで、令和 5 年度以降は、策定した安全ルー
ルを実際に適用している現場の調査を行い、そこで得られた知見に基づいて安全ルールを改定した
り、対象を拡大したりすることを計画している。
3.2 現場実証の実施方針
令和 4 年度に策定する安全ルールを踏まえ、安全ルールと現行の自動・自律・遠隔施工技術の適- 37 -

合性を確認するための現場実証を令和 5 年度に実施する。
この現場検証の特徴として①適合性確認の双務
性②施工管理・検査基準 WG 構成員の参画が挙げられる。以下に①②の詳細を記す。
①適合性確認の双務性
現場検証における適合性の確認は「安全ルール
が無謬であるとの前提で、自動・自律・遠隔施工
技術がルールに適合するかを確認し、適合しない
場合は自動・自律・遠隔施工技術に対し是正を求める」といった片務的な性格のものではない。
むしろ、実際の自動・自律・遠隔施工技術と比較することで、安全ルールの課題を明確化し、安全ルールの改定につなげることを目的の一つとしている。
これは、以下のような理由による。
第一に、令和 4 年度に策定する安全ルールは、
自動・自律・遠隔施工についてのルールを策定するという、これまでにない取組みであるため、錯誤や考慮すべき情報の見落としを含む可能性があるためである。
第二に、自動・自律・遠隔施工技術の進展は急速であるため、策定時点では適切であっても、翌年度の技術に照らし合わせると現実に即したものになっていない可能性があるためである。

４．今後の展望協議会では、本報文で述べた安全ルールの策定、現場実証の実施に加え、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・自律・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・自律・遠隔施工に適した入札契約方式
５．結言
本報文では、自動・自律・遠隔施工技術の普及に向けて、国土交通省が設置した「建設機械施工の自動化・自律化協議会」と、その下部組織であるWGの活動内容について述べた。
自動・自律・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・自律・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、高齢者・女性・障害者を含む多様な人材が建設業で働きやすくなる効果が期待できる。
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、災害現場に自動化・自律化・遠隔化建機を迅速に投入できるようになる効果も期待できる。
国土交通省はこのような未来を見据えつつ、自動・自律・遠隔施工技術の普及に向けた取組みを引き続き実施していく。

②施工管理・検査基準 WG 構成員の参画
現場実証の参加者は、施工管理・検査基準 WG
構成員であって、現場実証に参加する意思を示した者から選定する。
また、安全ルールと実際の自動・自律・遠隔施工技術に食い違いがあることが判明した場合には、業務委託先の開示「安全ルールをより現実的なものに修正する」または「自動・自律・遠隔施工技術の安全性能を高 本報文にて報告した検討を実施するにあたり、基礎的な情める」という 2 つの対応のどちらが適切であるか、 報収集及び資料整理の一部を日本建設機械施工協会に業務
WG で議論する。また、安全ルールの修正が適切 委託して行った。
であれば、必要な修正の内容を WG で検討する。
それらの議論の結果は、安全・基本設定 WG に提案し、安全ルールの改正に反映することを計画している。
これまでに述べたとおり、令和 5 年度の現場実証では、安全ルールと自動・自律・遠隔施工技術の適合性確認を行うことを計画している。
将来的には自動・自律・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、現場実証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。

- 38 -

10．ＩＣＴ活用により作業装置を自動化した
除雪トラックの試行運用について
国土交通省北陸地方整備局北陸技術事務所施工調査・技術活用課
同

○ 福島
前原

徹
正之

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．
本稿では，作業装置の自動制御機能を装備した除雪トラックを実際の除雪作業で試行的に運用した概要を報告するものである．

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．
（写真-1）

写真-1 作業装置の手動操作パネル

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）

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た．（図-2）（写真-2）

図-1

除雪トラック作業装置の概要- 39 -

3-2) グレーダ装置
グレーダ装置は，装置幅の変更や上下の操作を行う．
装置幅の変更は，駐車帯などで一時的に道路の幅が変化する箇所で，装置を伸縮させて装置の幅を変更する．
また，フロントプラウと同様に，橋梁ジョイント等との接触を避けるため，一時的な上下の操作を行う．（図-3）② GNSS受信機（みちびき対応型）【① 自動操作制御装置】
制御用ソフトウェア
ディスプレイ表示（地図情報）

位置情報（GNSSで受信した自車位置情報）

構造物情報（ＭＭＳで取得した地図データ）

計
算
処
理

スピーカ出力（警告音声）

制御信号出力

地図情報（除雪作業用地図データ）

図-3

作業装置の動作イメージ③ 除雪トラック制御装置3-3) サイドシャッタ
サイドシャッタは，グレーダ装置に付随し，交差点部
や道路の接続部などの雪を置いてはいけない箇所において，グレーダ装置から左側に押し出される雪の流れを止めるため閉操作を行い，通過後に開操作を行う．

（作業装置の動作信号を出力）

図-2

制御ユニット概念図

写真-2 自動制御装置

写真-3 サイドシャッタの動作

3．各作業装置の自動制御
3-1) フロントプラウ
フロントプラウは，交差点等の道路構造が変化する箇
所で，進行角の変更や上下の操作を行う必要がある．
進行角の操作は，交差点部や道路の接続部などの雪を置いてはいけない箇所で，除雪車の前方にまっすぐ前送りするために行う．また，上下の操作は，橋梁ジョイン
ト等にフロントプラウが接触するのを防ぐため，当該箇所を除雪作業を実施しながら通過する際，一時的に上下の操作を行う．（図-3）- 40 -

4．自動制御機能の精度確認
自動制御機能を装備した除雪トラックの作業装置の動作精度（縦断方向）の確認を行った．自動制御システム
で設定された動作完了位置に対し，実際の動作完了位置
は様々な外的要因により動作遅れが発生することから，許容できる精度と安定性を評価する必要がある．
過去の試験結果から、除雪トラックの走行速度やエンジン回転数の変動が自動制御の精度・安定性に大きな影響があることが判明している．除雪トラックの作業時の走行速度が 25km/h 程度のため，前提速度を 30km/h とし、10km/h～30km/h で評価した
手動操作の場合と同等以上の動作を目指すものとして，人間の単純なボタン操作等の単純反応時間は 0.15sが下限とされているため※その時間を指標とし，その時間に対する 30km/h の場合の移動距離が 1.25ｍなので，目標値を±1.25ｍ未満と定めて，改良した自動制御装置の精度・安定性を検証した．
動作精度の確認は，試験コース上での作業データを作成し，作業装置の実際の動作地点を計測し，動作完了目
標地点との差を比較した．（写真-4）

5．試験車両での試行運用状況
5-1) 試行運用の概要
自動制御機能について所定の精度が確認できたことから，試験車両を実際の除雪作業に使用し，除雪の負荷を受けても，動作試験と同様の精度で各作業装置が所定の動作を行うか確認を行った．
確認方法は，試験車両に搭載したカメラの記録映像，
作業装置の動作状況を記録したロガーデータの解析と，試験車両に搭乗し除雪作業に従事した除雪機械オペレー
タへの意見聴取により行った．
試行運用では，安全に作業を実施する観点から，オペ
レータが安全に実施できると判断した場合に自動制御機
能を使用して除雪作業を行うこととした．また自動制御
中であってもすぐに手動に切り替えることも可能となっている．
試行運用は，国道 17 号湯沢除雪工区（長岡国道事務所
湯沢維持・雪害対策出張所）内の約 13km 及び国道 49 号
安田除雪工区（新潟国道事務所水原維持出張所）内の約20km で，各除雪工区の協力のもと実施した．
5-2) 降雪期前の現道試験
降雪期前に試行運用を行う除雪担当区間において，試験車両を使用して現道試験を実施した．
現道試験では，試行運用区間の除雪作業を実際に行うオペレータの協力を得て，作業装置動作位置の設定及び確認，試行運用区間内での自動制御による無負荷の動作試験を行った．作業装置動作の位置設定では，オペレー
タの意見を取り入れながら，動作試験を繰り返して調整した．（写真-5）

写真-4 自動制御動作精度の確認状況

動作精度の試験結果からは，装置毎に動作完了目標地
点に対するずれ量にばらつきは見られるものの，±0.8ｍ以下で制御ができていることが確認され，目標値を満足している．（表-1）
表-1

自動制御動作精度の確認結果

フロントプラウ
進⾏角32°→0°

0°→32°

目標値

グレーダ装置伸

縮0㎝→50㎝ 50㎝→0㎝

サイドシャッタ閉開

写真-5 降雪期前の現道試験実施状況（湯沢工区）±1.25m未満

平 均

0.2m

0.5m

-0.8m

-0.4m

-0.2m

-0.2m

誤差幅

0.3m

0.4m

0.2m

0.7m

0.5m

0.7m

- 41 -

5-3) 試行運用時の自動制御実施状況
作業装置の自動化で自動制御による除雪作業の実施状
況は表－2 のとおりである．自動制御の使用頻度は，湯沢工区で 14.5％，安田工区で 41.0％であった.（表-2）
表-2

自動制御による除雪作業の実施状況①

工区名

全除雪
出動回数

うち自動制御を使用した出動回数自動制御を使用した割合

湯沢工区

138

20

14.5%

安田工区

61

25

41.0%

また，各作業装置の出動１回あたりの平均操作回数の比較では，自動制御を使用した場合は，フロントプラウの操作が 30％程度低減し，サイドシャッタの操作は 85％以上の低減となった．（表-3）
表-3

操作低減率

自動操作なし自動操作あり

湯沢工区

１００回

７０回

30.0%

安田工区

２０回

１３回

35.0%

サイドシャッタ 出動１回あたりの平均操作回数

工区名

操作低減率

自動操作なし自動操作あり

湯沢工区

４４回

６回

86.4%

安田工区

７４回

９回

87.8%

5-4) 試行運用で確認された課題試行運用では，自動制御により作業装置が所定の位置で所定の動作を行うことができるかの確認を目的に実施したところであるが，一部作業装置が所定の動作とならなかったなどの課題が確認された．（表-4）
表-4
対象箇所

試行運用で確認された課題
確認した課題制 御装 置の 構成
制御プ ログ ラム

低速⾛⾏時に進⾏⽅向の判別が不能となる

制 御 装 置 操 作

⼿動から自動への復帰するための操作⼿順が多い

そ

積雪量に応じた調整が容易にはできないの

当初の目標としていた，フロントプラウの進行角可変
及び上下動作，グレーダ装置の伸縮及び上下動作，サイドシャッタの開閉動作について自動化を図ることができた．ただし，実際の除雪作業の中で使用する試行運用では初めての試みであったことや，当該年度は過去 5 ヶ年
平均の約 1.5 倍もの降雪量があったことも要因となり，自動制御の使用頻度が少ない結果となった．
自動制御の使用頻度を上げるために，令和３年度の試行運用で確認された課題解消のほか，降積雪量が多い場
合に作業装置の動作を調整する機能や，オペレータに装置の作動状況をよりわかりやすく伝える機能など，自動制御機能を搭載した除雪トラックを安心して使用してもらうための検討が必要と考えている．

自動制御による除雪作業の実施状況②
フロントプラウ 出動１回あたりの平均操作回数

工区名

6．まとめ

他

連続動作区間で動作の遅れ又は停止する確認された課題のうち，制御装置の機器構成や制御プ
ログラムに要因があるものについては，構成機器の見直しやプログラムの改良を行い，課題の解消を図っていく．また，所定の動作とならない場合にも確実に除雪作業を行うために，オペレータの操作により手動へ切り替えることが出来るようになっているが，その後に自動制
御に復帰させる操作についても操作手順が多く，自動制
御に復帰しにくいことが課題として挙げられており，あらためてオペレータの要望をヒアリングし，操作手順をより安全かつ簡便なものとするための検討を進めていく．さらに，手動操作では，降積雪量が多い場合に作業装置の動作角度や範囲を細かく調整して雪の量に対応しており，同じ対応が自動制御でも可能か，適用条件を整理し必要性も含め検討する必要がある．

写真-6 運用状況
7. 令和４年度の計画
令和３年度で，当初の目標としていた，３つの装置・
５つの動作（フロントプラウの進行角可変及び上下動
作，グレーダ装置の伸縮及び上下動作，サイドシャッタの開閉動作）の自動化を図ることができた．同時に自動制御機能の問題点や，降積雪量に応じた対応など，あらたな課題が確認された．
今回，確認された課題についてさらに検討および改良を行い，オペレータの負担が小さくなるように，また経験の浅いオペレータであっても，安心で安全な除雪作業を行えるように，引き続き除雪作業装置自動化の取り組みを進めていく計画である．

※

参考文献
新美 亮輔、横澤 一彦 反応時間 脳科学辞典
https://bsd.neuroinf.jp/wiki/反応時間 (2013)- 42 -

11．橋梁下部工における３次元計測技術の出来形管理への適用性の検討
国土交通省国土技術政策総合研究所
国土交通省国土技術政策総合研究所
国土交通省国土技術政策総合研究所

１．はじめに1.1 建設就業者の現状と担い手不足
バブル経済崩壊後、建設業の公共投資額は平成４年あたりをピークに大きく減少していった。それに対し建設就業者数は公共投資額に対し比較的多く割合をしめる時代が続いた。一方、若者の建設
業離れは進んだため、近年では建設業における技能労働者約 340 万人のうち、今後 10 年間で全体の1/3 にもなる 110 万人のベテランの職人たちの離職が懸念されており、これからの建設業を担う若年層（～２４歳）の割合は全体の１割程度となる見込みである。１）（表-１）

表-１ 建設業界の就業者の年齢構成

1.2 建設業の生産性向上を目指す
建設現場の構造物のほとんどが「屋外（特に土木）」、「一品受注生産」、「労働集約型生産」などの特徴により、製造業等で進められている「自動化・ロボット化」、「IoT 技術・ICT 技術」の導入が難しいとされていた。しかし、近年では「ICT 技術」を活用した測量機器や建設機械の登場により、現場経験に左右されることなく「高精度」な測量や施工が可能となり、その有効性が認められてきている。
国土交通省ではそのような「ICT 技術」を現場に速やかに適用することで、「人・日当たりの仕事量」
を向上させる取り組みを、「i-Construction」と命名し、建設業の生産性向上を目指している。

○原 直之
山下 尚
小塚 清

２．研究目的
2.1 i-Construction と出来形管理要領の策定
国土交通省では、2016 年頃から、～建設現場の生産革命～を目指し、「i-Construction」を提唱してきた。i-Construction のトップランナー政策である、ICT 技術の全面的な活用２）の考え方から、「３次元計測技術を用いた出来形管理要領（案）」の策定を進めてきた。これは、現場の施工管理において、３次元データや情報通信技術を適用することにより、高効率・高精度な出来形管理を実現するとともに、従来方法に比べて現場従事者のデータ
管理の簡略化・書類の作成に係わる負担の軽減等を可能とする要領である。令和３年度までに、土工編やトンネル編、様々な工種の要領が策定されてきた。
令和４年度には、橋梁下部工を対象とした「３次元計測技術を用いた出来形管理要領（構造物工（橋脚・橋台）編）（案）」（以下「本要領」という）が策定された。
本報告は、本要領の現場適用性の検証を、国土技術政策総合研究所内に設立された、「建設ＤＸ実験フィールド」内の実物大橋脚模型を用いて行ったものである。
2.2 TLS と UAV の計測方法の違い・特性の把握
本要領で対象となる３次元計測技術は「ＴＳ等光波方式」「空中写真測量（UAV）」「地上型レーザー
スキャナー（TLS）」「無人航空機搭載レーザースキ
ャナー」の４種である。本報告では、２種類の TLSと１種類の UAV を用いて計測を行った。（図-１）- 43 -

図-１ 本実験で選定した機器

TLS と UAV では出来形計測方法・精度検証方法が大きく異なる。そのため、要領に従い実物大の橋脚模型を用いて、標定点の設置～点群モデル化までの一連の流れを実施することで、本要領の記載
内容において説明不足な部分や、利用者に分かりにくい記載等があれば、令和４年度の要領策定時に修正を検討する。

その結果に違いがあるかを確認した。解析密度は「最高密度」「高密度」「中密度」にて、解析を行った。
表-２ 選定した機器のスキャン密度・解析密度
選定機器

スキャン密度
解析密度
20mm@10m

機種A
2.3 従来方法との計測作業時間を比較
TLS
5mm@10m
従来方法による出来形計測は、①基準高の計測、
機種B
6mm@10m②その他測定項目の計測、③監督職員による立ちSfMソフトA
最高
合い、大きくこの３つに分けられる。これらは基本
的に「３人～４人」程度の人数を要する作業である。
最高UAV
３次元計測技術を用いることで、３次元ソフト
SfMソフトB
高上で合成された構造物（以下「点群モデル」）を作
中
成することができる。
「①基準高の計測」や「③監督職員による立ち合い」は、取得した点群モデル上
3.2 要求精度に関して
で出来形計測を代替することができるので、現場各管理項目における精度検証は、各側面及び天での２回目の計測が不要となる。
端上に設置した検証点の座標値を従来手法によりこのように、従来では「３～４人」必要であっ取得（以下ＴＳ真値）し、合成した点群モデル上のた人数を、「１～２人」に削減することで現場での座標値と比較して行う。要求精度には段階があり、拘束時間を短縮し、現場職員の負担軽減・生産性向
それぞれ「３ｍｍ以下」「７ｍｍ以下」「１０ｍｍ上を確認する。
以下」「１６ｍｍ以下」となっており、ＴＳ真値と点群モデル上の検証点の座標との誤差の大きさに2.4 建設 DX 実験フィールドの活用
よって、計測できる管理項目が変わる。（表-３）
稼働中の現場に機器を持ち込み、データ取得等を行う場合、現場を提供いただく元請会社、担表-３ 橋脚躯体工における計測時の要求精度
当現場監督職員に多くの負担がかかる場合が多い。建設ＤＸ実験フィールド内の実物大模型を活用することで、現場の都合に影響を受けることな
く、安全で時間的に余裕のある実験を行うことができる。

３．計測方法3.1 ３次元計測技術を用いた出来形計測の方法
本報告で取得した点群モデルは、【TLS】３データ（機種Ａ、機種Ｂ）、【UAV】４データ（SfM ソフト
Ａ、SfM ソフトＢ）の計７データである。（表-２）
TLS では、対象構造物を囲むように八方位（東西南北＋四方位）、対象構造物から５ｍの距離を取って、すべて同じ条件で点群モデルの取得を行った。スキャン密度（※）の違いにより、取得できる
点群モデルの密度にどれぐらいの違いが出るかを把握するため、「20mm@10m」「5mm@10m」「6mm@10m」と異なる密度で測定を実施した。（※スキャン密度：対象構造物を 10m の距離からスキャンした際に取得できる点と点の間隔が〇mm ピッチ）UAV では、対象物を囲むようにドーム状に高さを５段階に分けて、計測（写真撮影）を行った。取得した 150 枚程度の写真データを、２種類の写真
測量解析ソフト（SfM ソフト）を用いて点群モデルを作成した。その際、出力する解析密度を変えて、

3.3 TLS 精度確認方法
TLS の精度確認は、各側面および天端に設置した検証点のＴＳ真値と、点群モデル上の検証点の２点間距離を比較して行う。例えば、機種 B（6mm@10m）のデータでは北南の検証点の２点間は「2007mm」に対し、現場で求めた北南の検証点のＴＳ真値の２点間距離は「2006mm」である。このことから、ＴＳ真値と点群モデルの誤差は「+1mm」となり、要求精度は「３ｍｍ以下」の項目が対象となる。
精度検証に使用する検証点は、構造物を挟んで対角線となるように選定する。（図-２）- 44 -

清掃→②基準高の計測→③幅や厚さなどの各出来
形計測→④監督検査職員による立会→⑤足場解体に大きく分けられる。本要領を適用することで、②基準高の計測、④監督職員による現場立会の作業を「作業人数１人」に削減することが可能となる。
また、従来方法では当たり前であった、ロッドやピンポールなどの計測作業も不要となり、大幅な計測時間の削減が期待できる。（図-４）
従来方法①清掃→②基準高計測→③各出来形計測→④監督職員立会→⑤足場解体・帳票作成＋ロッド等準備＋写真撮影(すべて)＋状況写真(すべて)＋アルバム作成

図-２ ＴＬＳ精度確認状況

・帳票作成＋ロッド等準備＋写真撮影(すべて)＋状況写真(すべて)＋アルバム作成

・帳票作成＋ロッド等準備＋写真撮影(すべて)＋状況写真(すべて)＋アルバム作成＋清掃＋再確認（リハーサル）＋待機、ご案内3.4 UAV 精度確認方法
３次元計測技術
UAV の精度確認は、現場で求めたＴＳ真値の座標①清掃→②検証・標定点→③足場解体→④出来形計測→⑤監督職員確認（ X1,Y2,Z3 ） と 点 群 モ デ ル 上 の 検 証 点 の 座 標（Xa,Yb,Zc）を直接比較し、要求精度（Δ）ൌ
★事務所にて確認
・帳票作成
現場での立ち合いを＋状況写真（１枚）
ඥሺX1 െ Xaሻଶ ൅ ሺY2 െ Ybሻଶ ൅ ሺZ3 െ Zcሻଶ の式により＋精度確認報告書(2枚)「代替」することができる♪
その誤差を確認する（図-３）
図-４ 計測（立会）作業工程の比較
要求精度は TLS 同様、それぞれ「３ｍｍ以下」「７ｍｍ以下」「１０ｍｍ以下」「１６ｍｍ以下」で、４．計測結果ＴＳ真値と点群モデル上の検証点の座標との誤差4.1 TLS 精度確認結果の大きさによって、計測できる管理項目が変わる。
TLS の取得データは【機種Ａ：スキャン密度＿
20mm@10m、5mm@10m】【機種Ｂ：6mm@10m】の計３データの要求精度を検証した。
結果、スキャン密度「20mm@10m」のデータにおいては、「北南」で「ＴＳ真値との差」が「13mm」「東西」で「8mm」となり、「要求精度±１６ｍｍ以下」の測定項目（敷幅(W2)、高さ(h)、天端長（ℓ1）、
敷長(ℓ2)、支間長及び中心線の変位）のみが、点群モデル上で出来形計測が可能となる。
「機種Ａ_5mm@10m」「機種Ｂ_6mm@10m」のデータに関しては「要求精度±３ｍｍ」を満足したため、本要領のすべての測定項目で本要領の適用が可能という結果を得た。（表-４）
表-４ TLS スキャン密度別の要求精度確認結果
スキャン
密度（TS真値）

北南
2006

真値と
の差
-

東⻄
5026

真値と 要求精度を満足の差する測定項目--20mm@10m 2019

13mm 5034

8mm±16mm以下

5mm@10m 2006

0mm 5027

1mm± 3mm以下

6mm@10m 2007

1mm 5023-3mm± 3mm以下

図-３ ＵＡＶ精度確認イメージ

3.5 計測（立会）時間の比較
従来方法による出来形計測は①型枠のケレン・- 45 -

単位：ｍｍ

4.2 UAV 精度確認結果
UAV の取得データは「SfM ソフトＡ」「SfM ソフ
トＢ」の２種類のソフトを用いて、計４データの要求精度を確認した。
結果、４データすべてにおいて、要求精度が「±７ｍｍ以下」という結果となった。
（表-５）
表-５ UAV 解析密度別の要求精度確認結果
解析
SfM
ソフトA

TS真値との差

表-７ 出来形計測時間内訳
出来形計測

作業

TS真値

対象物

データ

取得

ｽｷｬﾝ

解析

UAV

436

50

150

1~2名

TLS

281

140

160

1~2名

差

-155

+90

+10

人数

要求精度を満足

密度

東

⻄

南

北

する測定項目

最高

3

6

4

2

±7mm以下

単位：min５．まとめ
5.1 結論最高 273
4±7mm以下
本報告で、「ＴＬＳ（地上型レーザースキャナー）」
SfM
を用いて出来形計測を行った場合、延べ計測（立会）
高
4
7
5
5
±7mm以下
ソフトB
作業時間が「６２１分」と従来方法と比較して、「６
４９分」削減できることが分かった。また、スキャ
中
2
4
5
4
±7mm以下
ン密度は「５ｍｍ＠１０ｍ以上」の密度でスキャン
単位：ｍｍ
することが望ましい。本要領を適用する場合、使用
4.3 従来方法との延べ計測作業時間の比較結果
する３次元技術の持つ計測能力を十分に考慮して、
従来方法、ＵＡＶ、ＴＬＳの中で、最も計測（立 対象物に対し「離しすぎない」「角度をつけすぎな
会）作業時間が少ない結果となったのは、「ＴＬＳ」 い」などに留意する必要がある。
を用いて計測を行った場合の「６２１分」であった。
理由として、ＵＡＶ、ＴＬＳは「②検証点・標定 5.2 今後の課題
点の座標取得（X,Y,Z）」という作業に時間が必要と今回の報告で、表-５で示すようにＵＡＶを用いなるものの、対象構造物を点群モデル化してしま た際の全てのデータに関して、「要求精度を満足すえば「基準高」「監督検査」は、点群モデル上で出 る測定項目」が「±７ｍｍ以下」となった。本要領
来形計測を実施することができるので、大幅な計で定める橋脚躯体工の「測定項目」
“基準高”
“厚さ
測時間の削減が可能であることが確認できた。
（ｔ）”“天端幅（Ｗ１）”“支承部アンカーボルトの（表-６）
箱抜 平面位置”等の「要求精度」が「±７ｍｍ以
表-６ 各出来形計測時間の比較結果下」である。ことから、ＵＡＶを用いる場合は、仮出来形 監督作業
設足場解体前に、上記項目の計測を従来方法で実
基準高
合計
計測
検査
人数
施すべきかを受注者側で判断する必要がある。
ＵＡＶの要求精度をあげる方法として、安定し
従来
155
735
380
1270 3~4名
方法
たラップ率を確保するなどといった対応が考えられるが、写真撮影はＵＡＶ操縦者の熟練度によっ
UAV
5
631
40
676
1~2名
て大きく差が出る。対象構造物を自動で撮影できるＵＡＶ等を使用した場合の検討も今後していき
TLS
5
576
40
621
1~2名
たい。
また、TLS の出来形計測作業手順について、要領
単位：minの要追記部分が判明した。TLS の場合、標定点の設
ＵＡＶとＴＬＳを用いた場合の「出来形計測にか 置は任意であるが、それだと電子納品時に絶対座
かった時間」に注目すると「ＴＳ真値の取得」と「対 標を点群に付与することが困難なので、土工と同様に、「測定対象構造物の周りに評定点を設ける」
象物のスキャン」で差がある。
ＵＡＶの場合、標定点の数が１つの面で４箇所、 など、文章の追記を検討する。
合計２４か所計測する必要があり、ＴＳの盛り替え（計４回）が発生することから「１５５分」多くかかっている。また、「対象物のスキャン」に注目するとＴＬＳの場合、標定点となるターゲットの座標取得に時間を要することから「９０分」の差が生じている。
（表-７）

参考文献
1) 2015年（一社）日本建設業連合会「再生と進化に向けて」より作成
2) 国土交通省- 46 -案）

３次元計測技術を用いた出来形管理要領（

12．UAV による空中写真測量を用いた土工の出来形管理に関する検討
国土交通省国土技術政策総合研究所
国土交通省国土技術政策総合研究所

１．背景と目的
1.1 ICT 活用工事の実現に向けた近年の取り組み
国土交通省では，平成 28 年度より「ICT の全面的な活用」による生産性の向上に取り組み，インフラ整備の各プロセスにおいて 3 次元データの活用を推進するため，関連基準及び要領等を整備し，国の直轄事業として ICT 活用工事を実施している。
この取り組みは，建設現場の生産性向上に向けて，建設生産プロセスの各段階において 3 次元データや ICT 等を活用する施策であり，国内に広くICT を普及させ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 ICT 活用工事件数 1)を示している。ICT 活
用工事は直轄，都道府県政令市のいずれにおいても実施件数に大きな伸びが見られ，全体として ICT活用工事が普及拡大している様子が伺える。

図-2

○ 池田
山下

和敏
尚

基準類民間提案のフロー

1.2 研究目的
本研究では，民間提案技術として応募された，
ICT 土工における UAV による空中写真測量を用いた 3 次元計測技術に関する，既存の基準類の改訂（カイゼン）に関する以下の 2 提案について，検証実験を行い，既存要領への適用を検討する。

図-1

ICT 活用工事実施状況

また公共工事に用いられる工種は多種にわたること，また ICT の進展が非常に早いことを踏まえ，
新たな ICT 機器を活用し，又は既存の ICT 機器の活用範囲を拡大し，ICT 活用工事の範囲を拡大する
新たな基準類をより早く整備するため，令和元年
度より「産学官連携による基準類作成の取組」を開始し，ICT を活用する立場にある関係団体から基準類に関する提案を募集している。（図-2）

1.3 対地高度を一定とした撮影手法（等対地高度撮影）
現行規定では，同一コースは，直線かつ等高度と定められており，高低差の大きい現場においては，
地上標高に合わせて複数回の飛行による計測を強いられているが，地上標高に応じて連続的に飛行高度を変更して対地高度を一定に保つことが出来
れば，オーバーラップ率，地上画素寸法の変化を最小限にすることとなり，計測精度のばらつきが低減されるため 1 回の飛行で計測が完了できる。さらに飛行回数を減らすことで複数回の飛行による重複撮影箇所がなくなるため，撮影枚数を削減できることになり，計測や解析に要する時間の短縮も期待できる。（図-3）- 47 -

1.4 カメラを斜めに向けた撮影手法（斜め往復撮 2.2 3 次元出来形計測の精度確認試験実施手順
ICT 土工における UAV による空中写真測量の測影）
従来のカメラを鉛直下方に向けた撮影手法では， 定精度の確認方法は，設置した検証点における既すべての画像が同一高さ，同一方向からの撮影に 知点の座標値（基準点あるいは，工事基準上などのなるため，画像解析時に投影中心から撮像面まで 既知点の座標値や，基準点及び工事基準点を用いの距離推定に複数の解が発生する場合があり，水 て TS を用いて計測した座標値）と，UAV による平方向を確定できても，高さ方向に系統誤差が生 空中写真測量を用いて計測した結果から得られるじることとなり，この場合は後処理工程で標定点 検証点の各座標値の較差 x，y，z それぞれ±50mmを用いた座標補正を行うことで対応していた。カ 以内であることを確認する。
メラを斜め向きに置き換えて逆方向からのサイドラップを重ねる撮影手法を採用することにより， 2.3 等対地高度撮影による出来形計測
高低差があり等高度での飛行では地上画素寸法
高さや方向の異なる別の視点からの画像を追加して画像解析が行えるため高さ方向のスケールが安 に大きな変化が生じる試験場にて，オーバーラッ
定して推定されることとなり，計測精度の向上が プ率や地上画素寸法が同一になるように 2 回に分けた従来の撮影手法と，地上標高に合わせて対地期待できる。
（図-4）
高度を一定に保ちながら飛行する撮影手法による
２．検証方法
計測を行う。また撮影条件として既存の「3 次元計
2.1 検証内容
測技術を用いた出来形管理要領（案）」で規定され本研究では，既存の「3 次元計測技術を用いた ている，ICT 土工における UAV による空中写真測出来形管理要領（案）」で規定されている，ICT 土 量を用いた 3 次元出来形計測の測定精度に準拠し，工における UAV による空中写真測量を用いた 3 次 地上画素寸法を 10mm/Pixel，進行方向のラップ率
元出来形計測の精度確認試験実施手順に準拠した は 90％，隣接コースとのラップ率は 60%に設定す条件の下で，提案された 2 つの撮影手法が現行要 る。検証点を 14 点設置し，画像解析により生成し領の規格値を満足することを検証し，さらに従来 た点群上の検証点座標と，現場内に設置された基手法との比較も行う。
準点を用いて TS で測量した検証点座標を比較する。（図-5～図-7）- 48 -

拠し，地上画素寸法を 10mm/Pixel，進行方向のラ
ップ率は 90％，隣接コースとのラップ率は 60%に設定する。検証点を 12 点設置し，画像解析により生成した点群上の検証点座標と，現場内に設置された基準点を用いて TS で測量した検証点座標を比較する。鉛直精度を確認するために，後処理工程の標定点を用いた座標補正を行う前の状態で計測精度を検証する。（図-8～図-10）

図-5

図-6

図-7

等高度撮影の飛行ルート

図-8

鉛直下向き撮影の飛行ルート

図-9

斜め往復撮影の飛行ルート

等対地高度撮影の飛行ルート

等対地高度撮影の検証点

図-10

2.4 斜め往復撮影による出来形計測
鉛直方向の誤差が生じやすい平坦な地形の試験場にて，カメラを鉛直下方に向けた従来の撮影手法と，同一コースでカメラの向きを進行方向に一定角に傾けた撮影手法による計測を行う。カメラの傾き（天底角）は 10°，20°，30°の 3 パター
ンの計測を行う。また撮影条件として既存の「3 次元計測技術を用いた出来形管理要領（案）」で規定されている，ICT 土工における UAV による空中写
真測量を用いた 3 次元出来形計測の測定精度に準斜め往復撮影の検証点

３．結果と考察3.1 等対地高度撮影の精度検証結果
表-1 は TS で測量した検証点座標を真値とし，点群データの近傍点における座標較差の最大値，最小値及び平均値と標準偏差を，従来の撮影手法と等対地高度での撮影手法での計測についてそれぞれ記したものである。どちらの撮影手法も 14 点の検証点すべてにおいて前述の要求精度±50 ㎜以内を満足した。さらに従来の撮影手法での 2 回の計測を合わせた写真枚数 257 枚，撮影時間 11 分に- 49 -

対して，等対地高度による撮影手法では複数回の飛行による重複撮影箇所がなくなるため写真枚数
186 枚，撮影時間 8 分となり，それぞれ 1/4 程度の削減効果があった。さらに画像解析時間の短縮も図れるため，効率化に寄与する撮影手法と考察する。

４．結言
提案された 2 件の撮影手法について，ICT 土工における UAV による空中写真測量を用いた 3 次元
出来形計測の要求精度を達成できていることを確認した。施工における成果は，「3 次元計測技術を用いた出来形管理要領（案）」へ反映され，令和 4
年 3 月に改正要領が公表された。今後も各工種において検証を進め，基準類の改善を継続する予定である。

3.2 斜め往復撮影の精度検証結果
表-2 は TS で測量した検証点座標を真値とし，点群データの近傍点における座標較差の最大値，最小値及び平均値と標準偏差を，従来の鉛直下向
謝辞
き撮影と斜め往復撮影での計測についてそれぞれ本研究の現場検証は株式会社フジタの協力のもと，同社記したものである。平面（ＸＹ）精度に関しては，所有の機器を用いて実施した。記して謝意を示す。
すべての計測において大きな差は見られなかった。
鉛直（Ｚ）精度に注目すると従来の撮影手法では
参考文献
大きな誤差が確認されたが，斜め往復撮影の場合，いずれの天底角においても前述の要求精度を満足 1) 国土交通省：ICT導入協議会（第15回）， 2022
する±50 ㎜以内での計測が行えており，別方向か 2) 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3年3月
らの画像を追加して画像解析を行うことで高さ方向の誤差が低減できていることを確認できた。この場合，後処理工程の標定点を用いた座標補正が不要となるため，省力化に寄与する撮影手法と考察する。

- 50 -

13．堤防で使われる締固め機械の締固め性能について
酒井重工業株式会社○ 内山 恵一
国立研究開発法人 土木研究所
橋本 毅

１．はじめに2019 年の記録的大雨により，全国 142 か所の河川堤防が決壊し甚大な被害が発生した 1）。堤防決壊の一原因は強度不足 2）であるので，十分な締固めによって所要品質を確保し，強靭な堤防構築方
法に関する見直しが急務である。堤防の締固め度とせん断強度や透水係数等の力学特性には一定の相関関係があることが報告されている 3）。よって，締固め能力の高い締固め機械を選定し，所要の締固め度を確保することが不可欠である。一方，堤防の土は不透水性確保のため細粒分が多く，比較的高含水比で施工されることが多いため，作業用の締固め機械には走破性（トラフィカビリティ）が求められる。このように，堤防の締固め機械に求められる性能は，走破性と高い締固め性能である。
筆者らは，締固め機械の走破性を調べるため，供試土（細粒分まじり砂）の最適含水比（1Ec）より
湿潤側において，ブルドーザ（14t），土工用振動ロ
ーラ 3 機種（5t，12t，20t），タイヤローラ（12t），
舗装用コンバインド振動ローラ（4t）に関する比較試験 4）（以後，前回試験）を行い，走破性を示すコーン指数に加え，締固め密度と沈下量を計測した。
その結果，5t と 12t の土工用振動ローラが走破性と締固め性能の両面で優れていることを示した。
ただし，この試験は走破性を調べることが主目的であったため，湿潤側のみでの試験であり，締固め性能を把握するには不十分であった。締固め性能を把握するには，突固め試験で締固め曲線を求めることと同様に，複数の含水比で試験を行うことにより締固め曲線を求め，最大乾燥密度と最適含水比を捉えることである 5)。最近では，転圧ロー
ラの締固め曲線が突固め試験（1Ec）のそれより上回っていることに着目し，施工含水比を 1Ec の最適含水比よりも乾燥側を許容することで，現場での密度と飽和度を高い状態に保ち，盛土の遮水性や強度を向上させるための締固め管理方法が提案されている 6)。このように，最近の締固め管理方法を適用する場合にも，締固め機械の性能を有効に使うために，機械の締固め曲線を捉えておくことが重要と考える。
そこで，筆者らは，堤防で使われる締固め機械の締固め性能を把握するために，前回試験結果 4)と今回実施した追加試験結果を用いて締固め性能を確認し検討したのでここに報告する。
２．締固め機械とその仕様検討した締固め機械の機種は，土工用振動ロー
ラの3機種，運転質量12t（SV-12tと称す），5t級（SVT5t，SVF-5tと称す），舗装用コンバインド振動ロー
ラ4t級（TW-4tと称す），及びブルドーザ14t級（D5114tと称す）である。各機械の仕様比較を表-1に示す。土工用のSV-12t，SVT-5t，SVF-5tの起振力は舗装用のTW-4tより数倍大きい。また，高いけん引力と軟弱地盤での走行性を確保するため，前後輪駆動式で，後輪にラグ付タイヤを装備する。SV-12tとSVF-5tの前方振動輪は平滑な鉄輪，SVT-5tはパッドフット輪である。SVF-5tとSVT-5tの車両本体は共通で，SVF-5tはSVT-5tのパットフット輪に平滑
シェルを被せている（写真-1）。舗装用コンバイン
ド振動ローラは，舗装面の仕上げと平坦性を確保するため，高振動数で低振幅である。
表-1
機種名

締固め機械の仕様

運転

締固め幅/

起振力

質量

履帯幅

(試験時)

kg

mm

kN

振動数

振幅

Hz

mm

土工用振動ローラ（両輪駆動）
SV-12t19,980

2,130

255

26

2.18

SVF-5t12,000

1,370

72

30

1.00

SVT-5t

4,770

1,370

72

30

1.52

コンバインド振動ローラ（両輪駆動）
TW-4t

3,500

1,300

34.3

52

0.4

13,820

710×2

－

－

－

ブルドーザ
D51-14t

３．締固め試験方法
3.1 概要
本稿で検討した締固め試験（前回試験・追加試験）
は，すべて同一の試験ピットで実施したものである（写真-1）。ピットは全長 20m，深さ 0.95m のコンクリート製（図-1）で，底部に供試土を締め固めて路床を造成した。供試土も全試験同一であり，細粒分まじり砂{SF}で，突固め試験（1Ec）による最大乾燥密度は 1.947g/cm3，最適含水比は 12.6％- 51 -

に測定した（写真－2）。SVT－5tではパッドフット
貫入底面で測定した。下層密度は，P16後の表面と路床の中間位置，またSVT－5tの場合，パット底面と路床との中間位置で各々測定した。

である。

締固め試験状況（左：SVT-5t，右：SVF-5T）
全長 20 m
試験区間 約15 m

図-1

幅3 m
敷均し厚
44～59 cm

路床

写真-2
44 cm

供試土
コンクリートピット

0.95 m

写真-1

試験ピットの概要構造と各寸法

3.2 試験時の含水比
図-2に突固め試験（1Ec）の結果と，試験時の設
定含水比を示す。設定含水比の文中での呼称は，7％前後ならw7と称する。
追加試験（4水準）

1.95

w12

γdmax=1.947

1.90(wopt)1Ec= 12.6%

1.85
1.80

1.65

追加試験
前回試験

1.60
6

8

10

w2→w151.70

12

w3→w171.75

w1→w13

乾燥密度 g/cm3

w9

w7

2.00

w14

2.05

14

16

18

含水比 ％

測定状況（左：砂置換法，右：CBR）

４．試験結果4.1 締固め曲線
各締固め機械の締固め度（P16後の表層密度）と含水比の関係を図-3に示す。D51-14tは，w13，w15，
w17が前回試験4)の結果である。SVT-5tとSVF-5tの締固め度は同等なので両方の平均値から曲線を図示した。
図-3から分かるように，各締固め機械の最大締固め度（以後，Dc_max）と最適含水比を含む締固め曲線が求められた。この締固め曲線を基に性能の差を見るため，締固め曲線1Ec（以後，曲線1Ec）を基準にして，各機種の曲線を比較する。SV-12Tと SVT/SVF-5T は ， 曲 線 1Ec を 上 回 っ て お り ，
Dc_maxは，SV-12tで109%，SVT/SVF-5Tで103.5%であった。TW-4tは，曲線1Ec最適含水比の湿潤側でのみ上回っており，Dc_maxは101.2%であった。
D51-14tは，全ての含水比で曲線1Ecを下回っており，Dc_maxは95.5%であった。この結果は，締固め性能の差を示しており，各締固め曲線が，締固めエネルギーの増加に伴いゼロ空気間隙曲線（va＝0％）に沿って斜め左上方へ移動している。

前回試験（3水準）

110109.0%

突固め試験（1Ec）と設定含水比

9.2%

図-2

105
101.2%- 52 -

14.0%

100
95.5%

15.2%

95

90
SV-12tSVT-5tSVF-5tTW-4t
D51-14t
D51-14t 参考(wopt)1Ec= 12.6%

締固め度 %

3.3 敷均し厚さ試験は，異機種間の締固め性能比較を可能にするため，ピット内の供試土量をすべて同一に設定した。その結果，含水比増加に伴う初期敷均し厚さは，w7で44～45cm，w9で49～55cm，w12で53～57cm，w14で55～59cmになった。
3.4 転圧回数と測定項目
供試土の敷き均し後，静的ローラ（質量900kg，
輪径55cm，ロール幅280cm，けん引式）により予備転圧した。締固め密度，CBR及び沈下量は，予備
転圧後「P0」と各転圧回数「P2，P4，P8，P16」後

11.5%

103.5%

85

80
7

9

11

13

15

含水比 ％

図-3

各締固め機械の締固め曲線

17

(a)

105

15

含水条件：w9

110

103

100
95

基準締固め度：90％

94
91

90

88

90

80
80

SVT-5tSVF-5t

TW-4t

82
79

79

75

w9
SV-12t89

89

85

SV-12t

締固め度 ％

10080

CBR と含水比の関係

図-6

D51-14t

1015

4.4 供試土層の平均締固め度
w9とw12におけるP16後の表層と下層の平均締固め度を図－6に示す。供試土層の平均締固め度は，SV－12tは各々94％と103％，SVT－5tとSVF－5tは基準値（90％）に対し±1～2％の範囲に分布する。
TW－4tとD51－14tは，基準値より約10％低い。本
結果からも舗装用コンバインドローラ（TW－4t）とブルドーザ（D51－14t）の締固め能力は極めて低いと言える。なお，本結果には，締固め性能ばかりでなく，P0での敷き均し厚さも影響している（考察を参考）。

SVT-5tTW-4t

転圧回数 P

13

TW-4t

5

図-5

D51-14t

0

11

含水比 ％

TW-4t

70

9

SVF-5tSV-12tSVF-5tD51-14t

7

SVT-5t80

0

SVF-5t90

w14

供試土層の平均締固め度 ％締固め度 ％

100

w12

20

SVT-5t110

40

SV-12t

4.2 締固め度と転圧回数
図-4は転圧回数と締固め度の関係で，w9とw12の結果を各図(a)と(b)に示す。ここでは，図-3に示した締固め曲線での最適含水比の乾燥側と湿潤側が，「締固め度－転圧回数」関係にどの様に影響するかを見る。
SV-12tの結果を見ると，図-3の乾燥側であるw9の場合，転圧回数増加による締固め度は漸増傾向であるのに対し，湿潤側のw12では，P2で一気に最大値へ達しその後最大値を保持している。SV-12t
以外の機種は，w9・ｗ12ともに図-3に示す締固め
曲線での乾燥側にあり，転圧回数増加による締固め度は漸増傾向である。
このように，最適含水比を境に，転圧回数増加に伴う締固め度の増加傾向に違いが出てくることが分かった。

CBR %最近の遮水性盛土の締固めで，曲線1Ec最適含 （12.6%）付近では，ほとんど差がない。
水比より乾燥側で施工している6)ことを考えると，
80w7
曲線1Ecを上回るSV-12TとSVT/SVF-5Tを使うこと
SV-12tSVT-5tで，盛土の締固め度（密度）を上げることができ，
SVF-5t60
TW-4t
結果として品質向上に繋がるものと考える。
w9
D51-14t

w12

供試土層の平均締固め度

D51-14t

70
0

5

10

15

転圧回数 P(b)
図-4

含水条件：w12

締固め度と転圧回数の関係

4.3 CBR と含水比の関係
各締固め機械のCBR（P16）と含水比の関係を図-5に示す。全機種において，含水比の増加に伴い，
CBRは減少傾向である。機種間の比較では，w7・w9でCBRの差が見られるが，曲線1Ec最適含水比

５．考察
堤防施工で使用される締固め機械の締固め性能を把握するため，締固め曲線1Ecの最適含水比より乾燥側における締固め試験を行った。その結果，
前回試験4)と同様に，5tと12tの土工用振動ローラ（SV-12t，SVT/SVF-5t）は，締固め曲線1Ecを上回ったが，舗装用コンバインド振動ローラ（TW-4t）と14tのブルドーザ（D51－14t）は，1Ecを下回り，かつ供試層内の平均締固め度は基準締固め度（90%）に達しなかった。各機種の締固め性能の差- 53 -

は，機械から地盤に与える圧力の差に起因していると考えられる。転圧ローラが，自重と起振力の組合わせで締め固めるのに対し，ブルドーザは自重による履帯接地圧に依存するためである。また，
転圧ローラの中でも，起振力と振幅を大きく設定
している土工用振動ローラの方が，締固め性能が高い。
次に，4.4で述べた平均締固め度に影響するP0での敷き均し厚さについて考察する。P16後のw9とw12における供試土層の厚さを図-8に示す。SV-12t
が約30cmに対し，他機種は32から43cmに分布し，15～55％も厚い。実際の土木現場では，締固め機
械の能力に応じて締固めの仕上がり厚が30cmとなるように敷き均し厚を適宜調整するが，本試験では，異機種間の締固め能力を比較するため，土量一定を本締固め試験の基本条件としたため，このような違いが生じている。

６．おわりに各種転圧ローラ及びブルドーザの締固め試験を実施した。12tと5tの土工用振動ローラの締固め
性能は最良であり，これらの機種は前報4）での走破性（コーン指数：243kN/m2）の試験結果も良好であった。
一方，ブルドーザは走破性に優れある程度の締固め効果（いわゆるブル転）があるため，従来から，敷き均しと締固め（ブル転）作業に兼用されてきた。しかし，追加試験の結果によると，土質，
含水比，層厚等の条件によっては，締固めの基準値（90％）を満足しない。同様の傾向は，（国研）
土木研究所および民間企業9社による共同研究7）でも確認されている。
前回報文4）とともに，本稿で示した結果が，堤防の品質向上の一助になれば幸いである。
参考文献
1) 国土交通省 Press Release：令和元年東日本台風の発生し

50
43.0
40.1

41.0

39.1

37.4

40

37.2

た令和元年の水害被害額が統計開始以来最大に，2021
39.22) 福島県農業用ダム・ため池耐震性検証委員会：藤沼湖の締固め厚 cm32.4

決壊原因調査，2012

28.4

27.6

30

3) 石原雅規：河川堤防の施工事例における締固め実態と展望，基礎工 Vol.48 No.11，pp.67-70，2020

204) 内山，眞壁：転圧ローラのコーン指数と締固め性能につ10いて, 建設施工と建設機械シンポジウム，No. 19，2021
5) 根本, 日向, 井上; 締固め機械の性能, 創立20周年論文

w9

図-8

D51-14t

TW-4t

SVF-5tSVT-5tSV-12tD51-14t

TW-4t

SVF-5tSVT-5tSV-12t0

集, 建設機械化研究所, pp.26-47, 1984
6) 坂本，龍岡ら：締固めエネルギーと飽和度を重視した遮w12

水性盛土の締固め管理，土木学会論文集C， Vol. 77， No.
1，pp.43-58，2021

各供試機の P16 後の層厚7) （国研）土木研究所: 盛土施工手法及び品質管理向上技

最後に，各現場条件に応じた最適な転圧ローラを選定するために，各機械仕様と試験結果から得られた締固め性能の関係を紹介する。振動輪の動線圧（振動輪側の軸重量と起振力の和を締固め幅で除した値）に着目すると，図-9のように，動線圧と締固め度（w9，P16）との間に良好な相関関係が見いだせる。

締固め度 ％

110

SV-12tSVT-5t100

SVF-5t
90

TW-4t
80
20

40

60

80

100

120

140

160

動線圧 kgf/cm

図-9

動線圧と締固め度の関係- 54 -

術に関する共同研究報告書，（国研）土木研究所共同研
究報告書第461号，2014

14．締固め度自動計測システムを搭載した自動化振動ローラの現場実証
大成建設㈱技術センター生産技術開発部 ○ 市村 朋也, 後藤 洸一, 青木 浩章
大成ロテック㈱技術研究所先進技術研究室
城本 政一, 佐々木 恵

１．はじめに
建設業では技術者や技能者などの就業者が年々減少傾向にあり、将来、深刻な人手不足に陥ることが 予 想 さ れ る 。 そ の た め 国 土 交 通 省 は iConstruction を提唱し ICT 技術を建設現場に導入し生産性を向上させる取り組みを行っている。
その中でPRISM（官民研究開発投資拡大プログラム）を活用して公共土木工事において、様々な分野の知見を結集することで、デジタルデータをリ
アルタイムに取得し、これを活用したIoT・AIをはじめとする新技術を試行することによって建設現場の生産性を向上するための研究開発を促進す
る「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」
を進めている。この取り組みの中で筆者らは2020
年から2021年に5社コンソーシアムを組み「データを活用して土木工事における品質管理の高度化を図る技術」として道路舗装工事での品質管理の高度化を目指し以下の項目について現場実証した。

①路盤材の自動転圧、締固め度自動計測②締固め度の面的管理、帳票のクラウド上共有③基層・表層の面的温度管理、帳票のクラウド上共有
実施内容の概要図を図-1に示す。2021年の取組みとして東北地方整備局発注の「玉川野田地区舗装工事」において上記提案技術の実証実験を行った。本稿では①②を実施した成果について記す。
２．工事概要工事名：令和 2 年度 玉川野田地区舗装工事
発注者：国土交通省東北地方整備局三陸国道事務所
受注者：大成ロテック株式会社
工期：2021 年 4 月 1 日～2021 年 9 月 21 日
施工場所：岩手県九戸郡野田村大字野田第８地割
施工延長：本線土工部 L=960ｍ
平面図、施工対象範囲を図-2 に示す。

図-1 プロジェクト概要- 55 -

図-2

現場平面図、施工対象範囲

３．実施概要3.1 ①路盤材の自動転圧、締固め度自動計測(1)自動化振動ローラ概要
自動化振動ローラは筆者らが開発した遠隔操作と自動運転が可能な振動ローラである。各種センサー類や通信機を搭載し電子制御ができるように改造している。自動転圧走行は地盤や路盤の範囲と走行経路を指定し、転圧範囲や転圧回数等の条
件及び制御関連のパラメータを設定することで行うことができる。自動走行を行うための走行計画
は図-3 のように 2 通りの方法で作成することが可能である。施工箇所の四隅の座標を指定した矩形の範囲をラップ幅、往復回数を設定し直線的に走行経路を作成する方法と、道路線形の設計データである LandXML データより作成する方法がある
1)。前者は主に土工事や造成工事で使用してきており、直線での走行を想定している。後者の走行計画
は LandXML を 活 用 し て 作 成 し た 必 要 通 過 点「waypoints」の座標値を追従するように自動走行するため、曲線での走行に対応している。本取組は曲線を含む道路工事であるため後者を採用した。
(2)実施結果
自動転圧と締固め度の自動計測は計測対象範囲のうち現場の施工状況に応じて実施可能な範囲の下層路盤工（材料：RC-40）にて実施した。走行計
画は 11 区画作成し、1 区画を約 50ｍとした。1 区
画において幅員によってレーンを 2〜3 本に設定し、
1 レーン毎に転圧走行 2 回、計測走行１回とした。
振動ローラは 1 区画ごとに最端レーンの端部から自動制御を開始し、自動転圧作業と締固め度の自動計測を繰り返しながら連続施工した．振動ロー
ラの走行速度については計測時に計器と路面の密着性を安定させる必要があることや締固め度計測
時間の確保、計器の損耗を防止するため、転圧時やレーン変更時の速度は 2 km/h、計測時は速度を1km/h と設定した。自動走行の延べ施工面積は約6,600m2 であった。
全区画で自動転圧、計測の一連の動作が正常に行われた。図-4 に 1 区画の自動走行結果を示す。

- 56 -

四隅を指定

LandXML 使用

造成工事向き

道路工事向き

図-3

走行計画作成イメージ

図-4

自動走行結果（1 区画）

図-5

自動走行結果（拡大）自動走行結果座標を青色、走行計画座標を橙色でプロットしている。図-5 に走行結果の拡大図と追従誤差の推移を示す。追従誤差とは設定した走行計画の waypoints 間をつないだ線と GNSS により取得した振動ローラの走行座標の距離である。追従誤差が 20cm 付近で推移しているが、急操舵による逸走と路面の損傷を防止するため、定常誤差
20cm を許容しているためである。他の 10 区画においても同様の傾向がみられた。図-4、5 の走行結果座標より数点 GNSS 座標が外れている箇所が存在するが、これは施工区間中に長大法面の区間があり、GNSS 電波が安定して取得できなかったためであると考えられる。しかし走行中振動ローラが走行計画を逸脱することはなく安定した自動走行が行えた。また全区画での追従誤差は平均で 23cm
であり精度へ大きく影響しなかった。今回縦断勾配 3％、横断勾配 2％の緩やかな斜面であったが、既往の知見では勾配のない曲線を自動走行した時の追従誤差は平均 20cm であり 1)、勾配による極端な差は見られなかった。
3.2 ②締固め度面的管理、帳票のクラウド共有(1)締固め度自動計測システム概要
締固め度自動計測システムは転輪型 RI 計器を使用し、振動ローラに搭載し走行しながら計測が可能なシステムである。図-6 に装置図を示す。計器は密度計、水分計それぞれをローラ型の筐体に収納しており、振動ローラの前後輪の間に搭載している。従来の締固め度計測では砂置換法や透過型
RI 測定器を使用して計測しているが、これらの方法は締固め後の地盤を削孔する必要があり多大な時間と労力がかかるが、本システムは測定用の削孔を行わずに非破壊での計測が可能であり、かつ対象範囲を全面的に計測することができるため品質管理の高度化や労働生産性の向上効果に期待ができる。
(2)締固め度自動計測
本工事での締固め度の自動計測は下層路盤(RC40)、上層路盤(再生瀝青安定処理混合物)、基層(再生粗粒度アスファルト混合物（20))、表層 (再生密粒度アスファルト混合物 20t 改質Ⅱ型)で試行した。
前述の通り計測時の速度は 1km/h とし、下層路盤
のみ自動運転と同時に行い上層路盤～表層は有人運転にて実施した。計測精度検証は下層路盤では砂置換法による現場密度試験、上層路盤～表層はコアによる密度試験の結果を採用した。下層路盤
における転輪型 RI 計器による計測と従来手法による計測の結果比較を図 7 に示す。縦軸が転輪型 RI
計器による計測結果、横軸が砂置換法による計測結果である。砂置換法と比較して湿潤密度が±0.1[g/cm3],含水量が±0.05[g/cm]以内であり、通常用いられる透過型 RI 計器と同等の計測精度である。

- 57 -

構造イメージ

図-6

図-7

締固め度自動計測システム

砂置換法と転輪型 RI 計器の相関図

図-8

コアと転輪型 RI 計器の相関図

図-9計測能力比較

上層～基層はコアによる密度試験での締固め度と比較した。比較結果を図-8 に示す。どの層でも締固め度はほとんど±2[%]以内に収まっており、概ね基準値を満足する結果となった。転輪型 RI 計器と従来手法の締固め度の計測能力についての比較を図-9 に示す。従来方法は 1000 ㎡毎に 1 点、1 点
当たり約 20 分の時間がかかるが、転輪型計器では3 ㎡に 1 点、一点あたり約 7～8 秒と非常に効率よく計測可能であることが確認できた。
(3)計測結果の帳票化
転輪型RI計器で計測した締固め度のデータは計
測座標、時刻等のデータとともにCSVファイルとして記録され、ネットワーク経由でクラウドサー
バーにアップロードされる。アップロードされた
データは即時に閲覧することができ、帳票形式での表示も可能である。帳票形式には測定値以外の管理基準値や材料などの情報も併せて記述される。
帳票は計測座標と締固め度がヒートマップとして表示され基準値以上を青色、未満を赤色でプロットしている。帳票の作成はwebの帳票アプリケーシ
ョン上で帳票化したいデータを選択するだけで行うことができ、関係者間での共有を容易に行える。
このように計測結果をリアルタイムで面的に表示することで脆弱な箇所や地盤改良を必要とする箇所などの是正処置のための判断基準としての活用が可能であり、品質の向上につながると考える。図-10に本実証での作成帳票の一例を示す。
４.まとめ
自動化振動ローラによる自動走行が実際の道路舗装工事においても可能であることを、延べ走行面積6,600㎡の実証試験で確認した。全走行を通してこれまでに行ってきた造成工事での自動走行精度と同等であることが確認でき、施工範囲付近の構造物への接触や逸走がなかったことから安定した走行が可能であるといえる。
締固め度の自動計測については全実施面積延べ21870㎡を行うことができアスファルト系材料の品質管理に使用できる十分な精度が得られた。こ
れらの技術を活用することで品質管理にかかる時
間や作業人員を削減することができ、効率化や高度化につながると考えられる。
参考文献
1)

田村道生，青木浩章，後藤洸一，越村聡介：自動走行振動ローラ「 T-iROBO® Roller」曲線自動走行の開発，土木学会第 76 回年次学術講演会，VI-689，
2021

図 10 作成帳票- 58 -

15．重機エコ最適化モニタリングシステムの開発
大規模土工現場へのシステム導入および脱炭素に向けたデータの検証

西松建設株式会社

１．はじめに近年の世界情勢として，気候変動問題への取り組みが加速している。特に地球温暖化を起因とす
る気候変動（気温上昇や集中豪雨の増加，台風の大型化・強力化による災害発生）は我々の生活に大きな影響を及ぼす。地球温暖化の要因は温室効果ガ
スの濃度が上昇したことが大きく支配しており，
その中で 7 割以上占めているのが二酸化炭素（CO₂）である。1)
これらの現状を踏まえ，わが国は 2050 年までに
カーボンニュートラルの実現を宣言しており，CO
₂排出量の大幅削減に取り組んでいる。
建設業においては，再生エネルギーの導入や低燃費型の重機や車両の選択等によって，CO₂削減に取り組んでいる中，当社は重機の低燃費運転に着目し，現場で稼働する重機のエンジン稼働状況をモニタリングするシステムの開発を行った。
本論文では開発の概要とデータ取得実証実験について報告する。

○ 井上 洸也
齋藤 貴之の重機が現役で稼働している現場がほとんどである上，運転席のディスプレイ上で表示される情報は瞬間もしくは短期的なデータのみしか見られな
い場合が多く，月単位や施工期間中のデータを統括して分析するのには適さない。
また，一つの現場で稼働する重機がすべて同じメーカで揃える可能性は低く，燃費等の考え方や機能については各メーカの意匠が反映されており，統括してデータを管理するのは難儀することが予想される。
そこで，本システムではエンジンの回転部から直接回転を読み取る単純な機構を採用することで，エンジンで稼働する重機や車両全てに取り付けることを可能とし，メーカや機種，年式を問わずエンジンの稼働状況（エンジン回転数）のデータをリア
ルタイムで取得でき，それらのデータを一括で参照するシステムとした。

２．開発の背景
建設現場から排出される CO₂のうち約 7 割は重機や車両を稼働させるために必要な軽油に起因している。
（図-1）そして実際のオペレーションを見ると，出力不足を懸念し，常時フルスロットル，パワーモードでの作業や，作業間での長時間のアイ
ドリングが散見されているのが実情である。
このような状況の中，エンジン回転数を 10%低減させると燃費向上は 10%以上の効果が見込まれる。2)そこでエンジン回転数を抑制させながら作業するための支援ツールとして本システムの開発に着手した。
図-1 建設現場における温室効果ガス発生割合
一方，各メーカでは低燃費型の重機や車両の開 （出典：
「わたしたちにできる地球温暖化防止」日本建設業発が活発となっている。近年販売されている機種 連合会，p10，2019 年 8 月
では状況に応じたエンジンコントロールを行って https://www.nikkenren.com/kankyou/pdf/fightglobalwarming.pd
おり，燃費やエンジンの稼働状況も運転席のディ f）
スプレイから閲覧が可能となっていることが多い。
しかし，これらは近年導入された機械に搭載されている機能であり，機能を搭載していない旧型- 59 -

３．開発システムの構成
3.1 システムの概要
本システムの全体構成を図-2 に示す。システム
はデータ取得部と可視化部に大別される。本システムを導入することにより，現場内で稼働する重機それぞれのエンジン稼働状況をモニタリングすることが可能となる。これにより，余剰な稼働や不必要な高回転での作業を把握することで，最適回転数での作業をオペレータへ意識付けさせることができ，余分なエンジン稼働を削減させ，燃費の向上，CO₂排出量の削減に寄与することができる。

ータを集約する PLC へと伝送され，データを管理する専用 PC にて自動生成された csv ファイルへ書き込まれる。csv ファイルは一定期間ごとにクラウ
ド上へアップロードされ蓄積する。

3.2 データ取得システムの構成
本システムでは「エンジンの回転数」と「位置情報」をリアルタイムで取得できる。前述したとおり，
メーカや機種等によらないデータ取得を前提とし
写真-1
エンジンフード内装置
たので，後付け可能かつ，重機の内部システムとは完全に切り離したシステムとして完結するような構成とした。各データの取得方法について述べる。
(1)エンジン回転数(2)位置情報
エンジン回転数は各重機のエンジンと連動した
位置情報は GNSS(全球測位衛星システム)から
回転部（フライホイールやオルタネータ）に光ファ 受信した緯度・経度を利用し 2 次元座標を取得す
イバーセンサを設置し，回転部に貼付した反射板 る。重機キャビン内に小型アンテナを設置し衛星の検知間隔の信号を取得。
（写真-1）センサからの 信号を受信する。
（写真-2）位置情報を取得するこ
信号は PLC（Programmable Logic Controller）によっ とによって，対象となる重機がどの箇所で作業をて一分間当たりの回数に演算され，その数値を回 しているのか，また，走行する車両であればどのよ
転数としている。オルタネータの場合エンジンと うな軌跡で走行したのかをデータ化することが可
回転比が異なるので，重機に設置されているタコ 能となる。エンジン回転数同様に csv ファイルへ
メータと数値を照合し比率を変えた。データは 8 秒 と書き込まれる。
に 1 回取得される。
取得したデータは無線通信（Wi-Fi）を利用しデ

図-2 システムの構成- 60 -

工現場にて行った。対象とした機械は現場内の掘削土を運搬する 40t 級重ダンプトラック 4 台とダ
ンプトラックに積み込みを行う 4m3 級と 2m3 級油圧ショベル各 1 台（写真-3，4）の計 6 台とし，装置を取り付け，データ取得の実証および取得したデータの検証を行った。本現場は場内全域をカバーした Wi-Fi がなかったため，実証実験の実施に際して広域での通信を得意とした Wi-Fi 設備を導入し場内全域でのデータ取得を可能とした。

写真-2

重機キャビン内装置

3.3 データ可視化システムの概要
次に重機から取得したデータを可視化するシス
テムについて述べる。
写真-3，4 設置対象の重機
今回重機から取得されるデータは大容量となることが予想されたことに加えて，エンジン回転数と位置情報，燃費情報等の複数の因子を単純明快に示す必要があることから，既存の BI（Business 4.2 取得データ
Intelligence）ツールを活用してデータの可視化のシ取得されたデータを「Tableau」にて表示したもステムとして組み込むことにした。今回は「Tableau」 のを図-3 に示す。1 画面にてエンジン回転数の経を利用した。
「Tableau」のダッシュボード機能を利 時変化と重機の位置情報を表示している。エンジ
用することによって，クラウド上にアップロード ン回転データは，ほぼ遅滞なくクラウド上へアッされた重機より取得した膨大なデータから，必要 プロードされ「Tableau」によるデータの参照が可な情報のみをピックアップして可視化し，重機の 能となる。また表示されているデータや参照する
運転状況に関して多角的な分析を実現させた。
期間の切り替えは，「Tableau」上でスムースに操作することができる。データの閲覧はアカウントを
４． データ取得実証実験の概要
所持していれば，PC やスマートフォンからいつで4.1 実証実験の概要
もどこでも参照可能である。
本開発の実証を，当社で施工中である大規模土

図-3

データモニタリング画面- 61 -

4.3 データの検証
今回の実証実験で取得したデータについて詳し
く見ていく。
(1)重ダンプトラック
重ダンプトラックは場内の掘削土を運搬する作業が主である。積込場～土捨て場までを 1 日に何往復もする。走行している時間と積込中のアイド
リングもしくは積込待ちの待機のアイドリング時
間を読み取れる。（図-4）
さらに同型機 4 台に設置したことから同じルー
ト同じ機械で複数のオペレータが走行する場面があり，それぞれでグラフの形が変わっている結果が見られた。これは燃料消費量にもかかわる結果となり，今後の分析にて燃費や CO₂排出にどのような影響が出てくるか検証していく。

５．成果と課題や今後の展望
本開発で得られた成果について以下が挙げられる。
(1)重機の機種やメーカ・形式・年式を問わず機械の稼働状況（エンジン回転数，位置情報）をリアル
タイムに取得することが可能となった。
(2)取得したデータをほぼ遅滞なく可視化しデータをモニタリングすることが可能となっただけでな
く，データをクラウド上で管理し，分析で必要となる情報のみをピックアップすることを実現させた。
(3)重機の状態（今回の検証では，ダンプは走行と停止，油圧ショベルであれば積込と旋回，待機）を判別し，各作業時間をデータとして取得し分析可能となった。

本実証実験では，データのリアルタイム取得にフォーカスした結論となっている。取得したデー
タのみでは，本論文序盤で述べたシステム導入や低燃費運転における CO₂削減への効果を評価し難図-4
重ダンプ回転数
い結果となった。今後，様々な条件下（機種や工種）
において多種多様なデータ取得を継続し，燃料消費量や作業量を反映させることで燃費と生産性の相関を分析していく。
(2)油圧ショベル
位置情報のデータに関しては，ダンプトラック
油圧ショベルは重ダンプトラックとは異なり，出力調整はダイヤルで行うため，回転数データは などの走行が主となる機械について，平面的なデ
比較的一定の値を示す結果となった。その中でも， ータでは効率的な運転かどうかを判断できない結
一定の間隔で回転数が上下しているが，これは，掘 果となったので，3 次元（標高）データを取得し，削動作と旋回動作によって生じていると思われる。 検証していく。
また，今後取得するデータの傾向をもとに不要
これより作業量をデータから取得できるが，同様の作業においても回転数が異なる結果もあるため， な高回転となりうる閾値を設定する。その閾値を継続した分析により，より高い精度での作業判別 逸脱するようなオペレーションを行った場合のオペレータへの通知機能を付加し，低燃費運転の支を目指す。
今回の実験で使用した油圧ショベルにはオート 援システムとしてのバージョンアップを行う。将アイドリング機能がついており，一定時間レバー 来的には取得したデータをもとに AI による作業が中立であるとエンジンは自動で回転を落とす。 判別を行い，生産性と CO₂排出量をコントロール
それらの仕様がデータとして読み取れた。今回は， し最適化された運転を可能とするシステムを目指
オペレータには普段通りの運転を行ってもらった。 していく方針である。
常にパワーモードでの作業であったので，データを利用して，生産性を落とさずにエコモードを併
参考文献
用したオペレーションができないか今後検証を行
1) IPCC第5次評価報告書，Fig.SPM.1
う。
2) Token環境ホームページ「地球温暖化対策」
https://token.or.jp/kankyou/warming/step03.php（2022/8/22参照）

図-5

バックホウ回転数- 62 -

16．建設機械のドロップイン軽油代替燃料による CO2 削減活動
鹿島建設株式会社○ 栁 雅之国土交通省国土技術政策総合研究所 大槻 崇

１．はじめに（一社）日本建設業連合会（以下、日建連）では，
温室効果ガスの一つである CO2 排出量の削減対策が重要であるとの認識のもと，1990 年代後半より「建設業の環境自主行動計画」を策定し，建設現場における使用エネルギー量の約 70％を占める軽油の使用量削減に取り組んできた。軽油使用量は，施工現場内の建設機械，発電機と運搬に関わるトラック，ダンプトラックに起因するため，効率的な建設機械および運搬車両の配備による軽油使用実績の減少，省燃費運転の励行による軽油使用量の削減など，具体的な対策を進めてきている。なかでも省燃費運転については，業界内の着実な浸透・定着をめざし，会員企業とその専門工事業者への座学
講習会，実技講習会を毎年定期的に開催している（コロナ禍で直近 2 年は中止）。
これらの取組みの成果として，「建設業の環境自主行動計画 第 4 版（改訂版）」に示した 2012 年度目標の「CO2 排出量原単位で 1990 年度比 13％削
減」は達成することができた。引き続き，政府の「2050 年カーボンニュートラル，脱炭素社会の実現を目指す」宣言に対応するために，「建設業の環境自主行動計画 第 7 版」（2021－2025 年度）では「スコープ 1,2 排出量を 2050 年までに実質ゼロ」「2030～40 年度のできるだけ早い段階で 2013 年
度比 40％削減」の目標を掲げている。この目標達成に向けて，業界全体として使用エネルギー量の約 70％を占める軽油の使用量削減に取り組んでいくためには，省燃費運転活動に加えて，B5 軽油，
B100 燃料（バイオディーゼル燃料），GTL 燃料などの軽油代替燃料の利用拡大が効果的な取組みとなってきている。
本稿では，現在使用の建設機械をそのまま活用しながら，CO2 削減やカーボンニュートラルを進めるドロップイン燃料活用の優位性とその活用に向けた検証状況について報告するものである。
２．使用燃料に着目する優位性 -ドロップイン建設現場では建設機械の使用は避けられない。
昨今の生産性向上に向けた取組みにて，自動施工
といった取組みも進められているが，その前提には施工の機械化が前提となっている。それらの建設機械の CO2 排出量の削減に向けて，燃費基準達
成型建機認定制度や普及補助事業による建機の改善が進められ，その先として，電動化による CN 化の実現がうたわれている。しかし，インフラをこれから整備する電源未整備地や災害現場でも活動が求められる建設機械に，どのように給電するかな
どの課題を考えたとき，燃料燃焼で稼働する建設
機械の優位性は高い。CO2 排出量がゼロカウント
可能な燃料や，単位作業当たりの CO2 排出量の低減が期待出来る燃料の活用を検討することは，災害対応での機動性を維持しつつ，環境対策を進める上で有用である。一方で，それらの燃料の使用に関して建設機械の改修が必要となるのは，それらの燃料の利用拡大の制約となる。
これらの観点を踏まえ，建設機械の改修が不要
な燃料，いわゆるドロップイン燃料の性質を持った，CO2 排出量削減に資する軽油代替燃料の活用検討を行うことが有益である。
３．軽油代替燃料の特徴と注意点
既に市場流通が可能な B5 軽油，B100 燃料，GTL
燃料に注目し調査を行い，その結果を踏まえた整理表が，日建連より 2015 年発行の「建設業におけるバイオディーゼル燃料利用ガイドライン」や，2022 年 4 月改訂の「建設業における軽油代替燃料
利用ガイドライン（Rev.4.0）」で整理・掲載されている（表-1）。以下，それぞれについて記載する。
3.1 B5軽油「揮発油等の品質の確保等に関する法律（品確法）」の改正により 2009 年 2 月 25 日から，ガソリ
ンおよび軽油にバイオ燃料を混合する事業者に「軽油特定加工業者」の事業者登録と品質確認が義務づけられ，適正な品質のバイオ混合燃料の B5
軽油が供給されるようになった。これにより，建設機械メーカー各社は，B5 軽油も軽油と同様に取扱うことを公表した。したがって，建設機械，発電機
および車両の燃料として，B5 軽油は軽油と同様のエンジンの点検・整備を行うことで使用できる。
「軽油特定加工業者」とは，法人・個人にかかわらず，反復継続して軽油と B100 燃料の混合を行う- 63 -

表-1
名称
概要

軽油代替燃料の種類と特徴

B5 軽油

B100 燃料

GTL 燃料

軽油混合

廃食用油を

天然ガスを

燃料（改正

主原料とし

原料として

品確法で

て製造した

製造した合

軽油とさ

バイオディ

成燃料

れている） ーゼル燃料
CO2 削 減▲5.0％

▲100.0％

▲8.5％

建機メー

軽油と同

メーカーの

多くのメー

カーのス

じ扱い

保証無し

カーが軽油

・軽油扱

・CO2 削減効

効果（軽油
との比較）

と同じ扱い

タンス
利点

いなので， 果が大きい

・軽油と比較
して，PM(黒スタンド

・軽油と比較

煙)などの排給油した

して，PM(黒

出量が削減

軽油と混

煙)などの排

合しても

出量が削減

問題なし

・資源循環社
会に貢献す
る地産地消

B100燃料は軽油代替燃料として利用できる。ほぼ適合しているというのは，原材料に使用している
廃食用油の品質にバラツキがあるためである。
（1）エンジンオイルの管理
B100燃料がエンジンオイルに混入すると，軽油と比較して，動粘度（40℃）や塩基価の変化が大きくなる性質があるため，エンジンオイルの劣化が軽油より速くなる。軽油使用時より，日常点検ではエンジンオイルの量や色などに注意し，定期点検
ではエンジンオイルの交換を早めに行うことが管理のポイントになる。
エンジンオイルの交換時期の違いを確認するために，エンジンオイルの性状の変化を確認した。
測定対象の建設機械は10tonダンプで，いすゞ
KC-CZX81K1D，エンジンオイルはシェルリムラＸ
15Ｗ-40である。分析項目は，動粘度（40℃）（mm2/s），
塩基値（mgKOH/s） ，引火点（℃）および金属元素（鉄Fe，銅Pb，鉛Cuなど）などとした。
今回測定した10tonダンプは，造成工事の土砂運搬に使用しており，今回はエンジンオイルの入替え時から100hr毎に800hrまでサンプリング行い，同型の2台で，軽油とB100燃料使用時の比較を行った。

エネルギー
・特にな

・課税されて・課税されてし（軽油といる軽油，B5いる軽油，B5

同様に使

軽油と混合

軽油と混合

用できる） しないこと

30
B100 燃料しないこと

・製造会社に・ナンバープ

品質差があ

レート付き

るため，日建の建設機械，

連ガイドラ

車両では使

イン記載の

用しないこ

会社からの

と

鉄 Fe

注意点

20
10
軽油
0
0

100 200 300 400 500 600 700 800
時間 （hr）

調達を推奨
図-1

者のことである。品質確認は，B5 軽油を建設機械
および自動車用燃料として販売又は自ら消費する
ときに，品質が品確法に規定する軽油の強制規格に適合していることを事業者自ら又は分析機関に委託して，3 カ月毎に確認・報告することである。
3.2 バイオディーゼル燃料（B100燃料）
B100燃料は，菜種油，ひまわり油，大豆油，コーン油などの植物性の廃食用油を原材料とした，資源循環型の地産地消の燃料である。
植物性の廃食用油に，メチルアルコール（メタノール=CH3OH）と水酸化カリウム（KOH）を混合，
攪拌反応，静置沈殿させ，メチルエステルとグリセリンに分離する。分離したメチルエステルを減圧蒸留して不純物を除去し，B100燃料となる。この成分は，軽油のJIS規格にほぼ適合しているので，

軽油とB100燃料のエンジンオイルの鉄（Fe）

金属元素はエンジンオイルの動粘度（40℃）の劣化に伴い，ピストンとシリンダーの摩擦により多く発生する。摩擦由来の金属の鉄Feの結果（図-1）
では，500hr経過した時点からB100燃料使用時の量が軽油使用時より多くなってきている。この変化は他の金属でも同様の傾向が確認できたため，エンジンオイルの交換は500hrより前が目安になると考えられる。
（2）燃料ホースなどの管理
B100燃料はゴム製の燃料ホースを膨潤させる性質があるため，軽油と比較してゴム製の燃料ホースの劣化が早く，耐用年数は1年程度になってしまう。その対策として，B100燃料を長期間使用する
場合は，燃料ホースをゴム製からシリコン製へ交換することが有効である。

- 64 -

動粘度(40℃)（ｍｍ2/ｓ）（3）排出ガスへの影響
2002 年にアメリカの環境保護庁(EPA)が，B100
燃料の使用時の排出ガスについて公表している報告書がある。軽油と B100 燃料を比較して，PM，CO，HC は減少し，NOx は同等から 20％程度増加のデータが示されている。

100.00
98.00
96.00
94.00
92.00
90.00
88.00
86.00
84.00

GTL 燃料

軽油
0

100

200

300

400

500

600

時間 （hr）

図-3

軽油とGTL燃料使用時のエンジンオイル
動粘度（40℃）の変化

光吸収係数（m-1）

今回測定したバックホウは，アスファルトプラ
ント工場内の定型作業に使用しており，測定前までの軽油使用時は，500hr毎にエンジンオイルの交換を行っていた。今回はエンジンオイルの入替え時から100hr毎に600hrまでサンプリング行い，同じ
図-2 大型エンジンのB100燃料の排出ガス
バックホウで，軽油とGTL燃料使用時を比較した。
アメリカの環境保護庁(EPA)報告書２）ⅱページより引用
動粘度（40℃）の結果（図-3）では、軽油使用時とGTL燃料使用時の変化は，はほぼ同じであった。
塩基価，引火点，金属元素なども同様の結果になっ
3.3 GTL燃料
GTL 燃料は，Gas to Liquids の略称で，天然ガス たため，エンジンオイルの管理は軽油使用時と同を原料として製造した合成燃料で，硫黄分，金属分， 様に行い，特別の注意点は不要と考える。
芳香族分を含まない非毒性のパラフィン系燃料で （2）排出ガス低減効果ある。品質は欧州規格 EN15940 に適合しているた
フォークリフトでの，軽油とGTL燃料使用時のめ，欧州では車両，建設機械，発電機，船舶などで 排出量を測定した結果，その排出ガスの改善効果
軽油の代替燃料として普及が始まっている。
が確認されている。
GTL 燃料は軽油と比較して，燃焼時のすすの発
トヨタ7FD15（2002年式）について，後述するオ
生が少ない，流動点が－20℃なので寒冷地でも使 フロード法の無負荷急加速光吸収係数を，AVL社
用できる，高セタン価なので始動性が向上するな 製のDISMOKE4800にて行われたものである。
どの特徴が示されている。品質は，軽油の JIS 規格
使用燃料を軽油からGTL燃料に変更した後の試にも合致しているので，国内の多くの建設機械メ 験を経時的に行ったところ，約1週間でその値が半ーカーが軽油や B5 軽油と同等に取扱うことを公 減，約6カ月で85％減少する結果が得られた（図表している。
4）。GTL燃料の使用で，旧型エンジンを搭載していただし，建設機械，発電機以外の，公道を走る車 るフォークリフトでも，オフロード法の最新規制
両（ナンバープレート有）での使用は，軽油引取税 値に適合できる可能性を確認した。
の非課税扱いが適用外のため注意が必要である。
（1）燃料ホースやエンジンオイルに関する管理
0.800
GTL燃料の品質は軽油のJIS規格に合致している
軽油（閾値）
0.600
ため，燃料ホース等の部材を交換することなく
GTL燃料を使用できる。
0.400
GTL 燃料
エンジンオイルも軽油使用時と同じ製品を使用
0.200
して，交換時期など同じ管理基準で行っても支障がないエンジンオイルの性状の変化を確認した。
0.000
測定対象の建設機械はバックホウで，日立建機
時間 （day）
0 30
60
90 120 150 180
ZX210K-6，エンジンオイルはDH-2 10W-40である。
時間 （day）
分析項目は，動粘度（40℃）（mm2/s），塩基値
図-4 軽油とGTL燃料使用時の無負荷光吸収係数（mgKOH/s） ，引火点（℃）および金属元素（鉄Fe，銅Pb，鉛Cuなど）などとした。

- 65 -なお，この検証に用いられたフォークリフトは
自動車部品工場の倉庫で稼働していたものであったが，検証の過程にて，軽油使用時には積込み前に数時間かけて行っていた製品に付着したすすを除去するブロー作業の時間を大幅に削減でき，作業効率の向上および労働環境の改善を図るという副次的な効果を得ることができたとのことである。

５. CO2削減活動の周知 -活動の見える化建設機械での B5 軽油および B100 燃料によるCO2 削減活動を発注者，近隣住民および作業員などのスタークホルダーに周知するために，エコマークを利用することが出来る。
「エコマーク」は，（公財）日本環境協会が，ISO（国際標準化機構）の国際規格に則って運営する，
第三者認証による環境ラベルである。国および第三者機関による環境ラベルは 20 種類以上あるが，エコマークの認知度が最も高く，9 割を超えている。
認定基準「廃食用油を使用したバイオディーゼ
ル燃料 Version1」が 2017 年 8 月 1 日に制定され，エコマーク認証を取得した燃料会社から B5 軽油，
B100 燃料を調達すると，建設会社も仮囲いや建設
機械にエコマークを表示できる。なお GTL 燃料については，認定基準の検討が現在進められている。
「見えない」CO2 削減活動の「見える化」で，建設機械の環境対策への理解の普及は重要である。

４.燃料に関連する法令
軽油代替燃料（B5 軽油，B100 燃料，GTL 燃料）の使用では，関係法律・条令を遵守が必須である。
4.1 オフロード法
公道を走行しない特殊自動車をオフロード車と呼称し，その排出ガスについて規制対称としており，建設業での使用燃料については，排出ガスを抑制するための指針にて，メーカー推奨の軽油を使用することが定められている。この点について，表1 に建機メーカーコメントを整理している。
また，車体にエンジンが搭載された状態における，軽油を燃料とするオフロード車は，無負荷急加速光吸収係数，もしくは，無負荷急加速黒煙試験で基準に適合していないものは，技術基準適合命令等の対象となる。
4.2 道路運送車両法
図-5 エコマーク
道路運送車両法の「自動車検査業務等実施要領」（昭和36年11月25日自車第880号）が一部改正され，軽油を燃料とする車両にB100燃料を使用する場合 ６. おわりには，自動車検査証（車検証）の備考欄に「バイオデ本稿作成に当たり，GTL 燃料の情報に関して伊ィーゼル100％燃料併用」と記載することで使用で 藤忠エネクス（株）より頂いたご協力に感謝する。
きるようになっている。
軽油に比べた際のコストの問題もあるが、GTL 燃
自動車車検証の変更手続きは，自動車車検証を 料でのメリットなどの付加価値を評価して、導入登録している陸運局（陸運支局，自動車検査登録事 検討することも必要である。
務所）で行う。車両の持ち込みは必要なく，自動車
日建連会員各社の軽油代替燃料の使用状況につ
車検証の持参のみで良いとされているが，詳細は いては「建設作業所における軽油代替燃料の使用
国土交通省各運輸支局へ確認が必要である。
事例集」が纏められ，日建連 HP 上で公開されてい4.3 消防法る。今後の建設現場における CO2 排出量の削減に
GTL 燃料および B100 燃料は，消防法の第四類 向け，既存の建設機械で利用できるドロップイン
第三石油類（引火点 70℃以上 200℃未満）の危険 燃料たる軽油代替燃料（B5 軽油，B100 燃料，GTL
物に分類され，指定数量は軽油の 2 倍である。
燃料など）の利用が拡大することを期待している。
400 リットル未満の貯蔵・取扱いの場合は，市町村の火災予防条例の規制を受けるが，届出は不要
参考文献
で，400 リットル以上 2,000 リットル未満の貯蔵・ 1) （一社）日本建設業連合会：建設業の環境自主行動計
画, 2022
取扱いについては，少量危険物貯蔵所または取扱
2) （一社）日本建設業連合会 環境委員会：建設業におけ所として所轄消防署への届出が必要である。
る軽油代替燃料利用ガイドライン（Rev.4.0）, 2022
なお，2,000 リットル未満の貯蔵・取扱いについ3) U.S. Environmental Protection Agency：A Comprehensiveては，届出の有無にかかわらず各市町村による技
Analysis of Biodiesel Impacts on Exhaust Emissions Draft
術上の基準が定められているので，合わせて確認
Technical Report, 2002が必要である。消防法の指定数量である 2,000 リッ
トル以上の貯蔵については，都道府県知事または(????.?.? 受付, ????.?.?採用決定)
市町村長の許可を受けた貯蔵所で貯蔵しなければならない。

- 66 -

17．
「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
同

総合政策局

公共事業企画調整課

〇守田
須山

銀二
友貴

燃費基準達成建設機械への関心と理解を深め,
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, 二酸化炭素排出低減に資する燃費基準達成建設機
建設施工現場における省エネルギー化の推進や低 械の普及促進を図るとともに,地球環境保全に寄炭素型社会の構築に取り組んでいる。
与することを目的に燃費基準達成建設機械認定制
平成 22 年度には,先進技術であるハイブリッド 度を運用している。
機構や電動機構等を搭載し省エネ化を達成した建燃費基準達成建設機械認定制度の燃費基準値を設機械の普及のため,「低炭素型建設機械認定制度」 達成した建設機械を型式認定しており,認定されを創設し,平成 25 年度には建設機械ユーザーが省 た建設機械はラベル表示が可能となる。
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 （２）これまでの取り組み
費値の良い値（トップランナー値））を世界で初め
平成25年4月より油圧ショベル,ブルドーザ,ホイて定め,「燃費基準達成建設機械認定制度」を創設 ールローダの認定制度を開始した。その後平成30した。
年4月よりミニショベルの認定を開始した（図-1）。
また,これら燃費性能の優れた建設機械等の普 以上4機種については,令和4年6月末時点で計148型
及を促進するため,低利融資制度等の金融支援措 式を認定している状況である。
置を設けている。
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

図-1

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。次燃費基準達成建設機械認定制度設定・認定の経緯- 67 -

図-2

現行の燃費基準値（上）と次期燃費基準値（下）の考え方の違い

図-3

ホイールローダの出力区分

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）。
（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）。

（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。
（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,平成 28 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,令和 4 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- 68 -

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
補巻 車両総
重量
許容
(kg)
荷重

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

メーカ
(排ｶﾞｽ規制年次)

最大吊
り荷重
区分

Ａ社
(2014)

50t以上
79t未満

Ａ社
(2014)
Ｂ社(2011)
Ｂ社(2014)

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)

補巻速度 ブーム上
旋回速度（上げ） げ速度
油圧ポンプ
(度/s)
(度/s)
(m/s)

表-2

79t〜101t(80t,100t)
15%
50t〜79t(50t,60t,70t)
23%

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

次期燃費基準値

4.9t〜15t(13t)23%

15t〜25t(16t,20t)
10%

25t〜50t(25t)
29%

図-4

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

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 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。

（４）認定開始までのスケジュールについて
次期燃費基準値（表-2）における認定開始は,開発期間を考慮し令和 9 年（2027 年）4 月を予定している。

- 69 -

図-5

カーボンニュートラルの実現に向けた新たな取り組み

４．今後の取り組み（カーボンニュートラルの実現に向けた革新的建設機械普及・促進事業）
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革新的な建設機械（電動・水素・バイオ等）の普及に向け,各種支援策を講じる（図-5）。
まず,従前の建設機械（ディーゼル駆動）と比較して,例えば電動バッテリー駆動の建設機械は一
般的に高価であるから,革新的建設機械の導入に対しては支援が必要と考える。革新的建設機械の使用者に対しては,例えば国交省発注工事において優位に評価するなど,インセンティブを与えるとことなどが考えられる。国交省ではまず,支援の対象建機を明確化するため,「革新的建設機械認定制度（仮称）」の創設に向けて,現在制度設計等の検討を進めているところである。
また従来機と革新的建設機械では,現場における条件（パワー・駆動時間等）が異なることも想定されるため,国交省発注工事において革新的建設
機械の現場試行を実施することの検討も行う予定である。

５．おわりに今後はCO2削減促進のため,次期燃費基準の2027
年度に認定を開始するとともに,建設施工分野の2050年カーボンニュートラル実現に向けて,革新
的建設機械の普及促進に力をいれていく。
参考文献
1)- 70 -

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

18．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

株式会社大本組
小野
株式会社大本組児玉株式会社大本組
橘
株式会社大本組○ 都川
株式会社計測リサーチコンサルタント
家村

高伸
剛
伸一
信吾
享明

２．システム概要および構成
１．はじめに本システムは，LiDAR 計測により掘削後の凹凸
山岳トンネルの掘削工における鋼製支保工建込
作業は，その大部分は機械化されているが，掘削後 状況についてプロジェクタを介し切羽にカラーコのアタリ確認や支保工建込位置の確認は熟練作業 ンター画像を投影するものであり，投影方法は以員が実施している。切羽直下の作業であるため，肌 下の通りである。3D 計測機器のフレームに設置し落発生時に重篤な災害へ繋がるリスクが高かった。 たプリズムシートを 3 点測量し，3D 計測機器の自
この課題を解決するため，上記作業を作業員の 己位置・姿勢を計測する。計測結果と投影設計断面
目視に代え，LiDAR で計測した切羽および側面の 位置を処理 PC へ入力し，LiDAR と RGB カメラよ現況と設計断面との差分をカラーコンター画像と り切羽の 3D 点群データと画像データを取得する。
して切羽へプロジェクションマッピングする可視 取得した点群データと設計断面との差分をグラデ化システムを開発した。これにより，人員による切 ーション化したカラーコンター画像および地山情
羽直下作業が低減され，安全性が向上するもので 報画像を処理 PC で生成し，切羽へ投影する。
図-1 に示すように 3D 計測機器はプロジェクタ，ある。
本報では「LiDAR によるトンネル切羽プロジェ LiDAR，RGB カメラ，処理 PC で構成される。
写真-1 に 3D 計測機器の車両搭載状況を示す。
クションマッピング」の概要および現場実証した
なお，今回は照度確保のため 2 台のプロジェクタ
結果について紹介する。
を使用したが，必要な照度が得られれば，1 台でも
構わない。

フレーム

図-1

システム構成図- 71 -

写真-1

3D 計測機器車両搭載

３．プロジェクタ投影処理
3.1 カラーコンター画像生成フロー
投影するカラーコンター画像生成のデータ処理フローを図-2 に示す。

①LiDAR より取得した局所座標系の点群を 3D 計
測機器の測量結果を用いて，現場座標系に座標変換する。
②これをトンネル縦断（横断）方向に次元圧縮した 2D 点群に変換し，設計断面線との距離に応じて各点を青～赤に着色する。なお，設計断面の内側にある点は，投影設計断面位置との差分に応じて青～赤に着色する。
③点群をプロジェクタ画像座標系に座標変換し，投影画像の画素に点群の色を反映させる。この投影画像生成処理を約 1 秒間隔で実行しており，
LiDAR がスキャンしている現況を数秒間のタイムラグでプロジェクションマッピングできる。
3.2 3D計測機器キャリブレーション
3D計測機器の各構成物について，内部標定および3D計測機器フレームに対する外部標定を得ることで，3次元の現場座標系と局所座標系，また2次元の画像座標系の間で相互に座標変換が可能となる。
外部標定：LiDARおよびRGBカメラとプロジェクタの位置・姿勢を計測
内部標定：プロジェクタおよびRGBカメラ毎にレンズ焦点距離，画素数を入力
プロジェクタ毎に異なる内部標定および外部標定に応じて投影画像を生成するため，複数台のプロジェクタで同時に投影しても，実空間上で像がずれることなく投影できる。
４．実証
鋼製支保建込作業前のアタリ確認に本システ
ムを使用して実証確認を行った。
4.1 カラーコンター画像投影フロー
実証時にカラーコンター画像を切羽に投影するまでのフローを下記に示す。
(1) 3D 計測機器の設置
3D計測機器設置状況を写真-2に示す。3D計測機器を車両に搭載し，切羽全面が投影できる位置へ設置する。（切羽より約10ｍ後方）切羽面に対し，斜めからの照射も可能である。

図-2 カラーコンター画像生成

処理フロー

写真-2

- 72 -

3D 計測機器設置

(2) 3D 計測機器の自己位置・姿勢を測量
写真-3 に示す 3D 計測機器フレームに設置した
プリズムシート 3 点の座標を求め，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
タおよび RGB カメラの現場座標系の位置・姿勢を算出する。

写真-5

写真-3

プリズムシート測量(3) 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，トンネル断面の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 にて生成する。
(4) プロジェクタから切羽へ投影
写真-4 に示すように生成したカラーコンター
画像をプロジェクタから切羽へ投影する。緑を設計面とし，青は設計面より＋（過掘り），赤は設計
面より－表示（アタリ）する。なお，カラーコン
ター画像の精度として進行方向に対し±10 ㎝幅でグラデーション設定している。
同時にオペレータ用のモニタにも同様の画像が出力される。写真-5 にオペレータ用モニタ出力状況を示す。

写真-4

オペレータ用モニタ出力

4.2 LiDAR 精度確認
本システムに搭載している LiDAR（Livox：
Mid70）と FARO3D レーザスキャナー（Focus3DX330）で切羽面の点群データを取得して精度の比較検証を行った。
SL 付近の任意点から 2 点間距離を比較した結果を表-1，図-3 に示す。差分は 15 mm であった。
また，切羽より後方 2m 部分の点群データを 20 cm
メッシュに変換して比較した結果を図-4 に示す。
精度としては図-5 に示す通り，差分の平均値が2mm，標準偏差は 14mm であることが確認できた。
表-1

2 点間距離比較

1

LiVOX:：Mid70 計測値

10.172ｍ

2

FARO：Focus3D X330 計測値

10.187ｍ

差分

15ｍｍ

プロジェクタ投影

図-3- 73 -

2 点間距離データ

図-4

比較メッシュ

写真-6

スケッチ画像投影

4.5 期待される効果
現場実証の結果，従来の切羽確認作業においては本システムの導入により安全性の向上が見込まれる。
(1)支保工建込前のアタリ確認作業時に熟練作業員やオペレータによる切羽直下での確認作業を必要せず，人員による切羽直下作業が削減され，肌落ち災害の危険性が低減する。

図-5(2)支保工建込時のプロジェクションマッピング
により，浮石などの突出した部分をグラデーショ
ン表示するため，アタリ除去時に対応可能であり，浮石等の落下災害の低減に繋がる。

精度ヒストグラム

4.3 計測に係るサイクルタイム
表-2 に示すように 3D 計測機器設置から測量結果を処理 PC へ入力までは約 10 分を要しているが，カラーコンター画像の出力中は常時 LiDAR 計測しているため，全面を約 10 秒で最新のカラー
コンター画像に更新する。これによりプロジェク
ションマッピングを目視確認しながら，重機オペ
レータはアタリ除去作業が可能となる。
表-2

６．おわりに従来，アタリ確認時の切羽直下作業は重篤災害に繋がるリスクがあったが，本システムの活用に
より，人員が切羽直下への立入りがなくなり，安全性の向上や人員の省力化が期待できる。
今後は，現場実装に向けてシステムの完成度を高めるとともに，今回のシステムを応用して山岳トンネルのインバート施工等への展開を考えている。

計測に係るサイクルタイム

1

3D 計測機器設置

180 秒

2

トータルステーション測量

300 秒

3

測量結果を処理 PC へ入力

120 秒

4

LiDAR 計測～カラーコンター

10 秒

画像生成・出力
合計

５．今後の課題
現場実装に向け，ハード部分の対策としてシス
テム機器のコンパクト化や防塵・防水対策の検討を要する。また，LiDAR 計測の前準備として毎回実施するトータルステーションによる測量に時間を要するため，自動計測等の時間短縮方法についても検討が必要である。

10 分 10 秒

4.4 スケッチ画像投影
写真-6 に地山写真を RGB カメラで撮影し，スケッチやコメントを入れて 1 次吹付け後の切羽面に投影した状況を示す。これにより地山の亀裂や状態等の地山情報を作業班交代時の引継ぎに利用可能となる。

- 74 -

19．切羽直下作業機械化への試み
2 ブームロックボルト打設専用機によるロックボルト施工

清水建設株式会社
清水建設株式会社
古河ロックドリル株式会社
１．はじめに山岳トンネルにおけるロックボルト打設作業は，穿孔・モルタル充填・ロックボルト挿入の一連の作
業の繰返しであり，穿孔以外の作業は，依然として人力作業で行われている。その作業は，狭いマンケージの中で重量物を扱う苦渋作業であり，肌落ちによる重篤災害（6％が死亡し，42％が休業一ヶ月
以上）1）の発生リスクが高い切羽直下の作業である。
このような背景を踏まえ，安全性と生産性向上を目的とし，上記一連の繰返し作業の機械化を実現した「2 ブームロックボルト打設専用機」（古河ロックドリル（株）製ロックボルタ）（図-1）を開発，現場導入した。
本報告では東海北陸自動車道真木トンネル工事（内空断面積 77m2，トンネル延長 1,578m）において，2 ブームロックボルト打設専用機を用いた世界初の施工を行い，有効性が確認できたので報告する。
２．２ブームロックボルト打設専用機の概要
本システムの特徴は以下のとおりである。①「穿孔・モルタル充填・ロックボルト挿入」の一連の作
業を機械化したボルティングユニット（図-2）を 2台搭載し，それぞれをキャビン内から遠隔操作することにより，切羽直下に立入ることなく作業することができる。②従来 5 人で行っていた作業を3人（オペレータ 2 人，モルタルポンプ操作者 1 人）で行うことが可能で省人化を実現できる。③キャ
ビン内のコントロールパネル（図-3）で穿孔位置およびモルタル注入量を確認し，高精度ナビゲーシ
ョンに従ってブーム操作やモルタル充填を確実に行うことができるので，技能労働者の熟練度によらずロックボルト施工品質の均質化と出来形精度の向上を可能にする。
本機を使用し，安全性と生産性向上を達成するとともに，2 車線道路トンネル（掘削断面積 77m2）のロックボルト施工において効率的に 2 ブームを稼働させるため，両ブームのうち片ブームのボル
ティングユニットを 3m 用，4m 用の組合せで採用

図-1

○ 大矢
井手
宮越

剛大
康夫
征一

2 ブームロックボルト打設専用機

図-2

ボルティングユニット

図-3

コントロールパネル画面

した中断面仕様（3m 短尺ガイドシェル）へ改造した。また 3D シミュレーション（図-4）により打設
順序の最適化を図った。

- 75 -

４．まとめ2 ブームロックボルト打設専用機を用いて，ロックボルト打設を行い，サイクルタイム確認と日常管理試験を行った。本報告で着目した安全性及び生産性向上が確認でき，さらに施工品質と出来形
精度向上も実現することができた。今後は，更なる生産性の向上を目指し，運用現場での課題抽出・改善を行い，山岳トンネルの標準技術として広く展開していきたい。

図-4

3Dシミュレーションによる打設順序検討

ロックボルト打設時間（分）ロックボルト打設時間（分）図-52ブーム打設順序検討

40
40

10%低減
30
30
20
20

39 分

35 分

10
10
00

積算サイクル図-6

ロックボルタロックボルト打設時間比較

300※ボルト降伏点耐力 290kN
引抜き試験耐力 250kN

280
260
240
220
200
引抜荷重[kN]

３．現場実証結果
本機を現場導入し，高速道路会社の土木工事積算基準 2）より算出したサイクルタイムと比較を行った。積算サイクルタイムはＤⅠパターン（今回実証区間）でロックボルト 13 本打設するのに，39 分である。
今回，現場実証に先立ち，2 ブーム打設順序検討（図-5）を行った。これに基づいて実施工を行った
結果，ロックボルト打設時間は 35 分となり，積算
サイクルタイムに比較して 10％短縮した（図-6）。
また，高精度ナビゲーション機能により，事前のマーキングなどの準備作業がなくともロックボルト
出来形精度【位置間隔：±20ｍｍ以内，角度：±1°以
内，穿孔深さ+50ｍｍ以内】を確保することができた。また，コントロールパネルには，モルタル注入
量と打設本数が表示される。モルタルを設計注入量と比較することで確実な密充填が可能となり，
デジタルエビデンスが残せる。さらに，実穿孔長がリアルタイムに表示されるため，過不足のない効
率的な穿孔が可能となる。挿入するロックボルト
延長以上の掘削が可能となり，確実なロックボル
ト打設ができる。従来施工のように人力作業が主
体のロックボルト打設ではマンゲージに作業員が乗り，穿孔以外ほぼすべての施工時間が切羽直下作業であったのに対し，本機を用いることにより，切羽直下作業時間を 0（プレート裏モルタル整形作
業は除く）にすることができ，安全性と生産性の向上に大きく貢献できた。
図-7 に今回施工箇所のロックボルト引抜き試験
結果を示す。荷重-変位曲線が降伏することなく，弾性挙動を示している 3）。これより，品質上の問題はなく，十分な定着力が確保できていることを確
認した。

180
160
140
120
100
80

参考文献

60

1) 山岳トンネル工事の切羽における肌落ち災害防止対策

40にかかわるガイドライン（平成28年12月26日基発1226第1号等、平成30年1月18日改正）pp.1
2) 土木工事積算基準令和2年度版 第19編 トンネル工9.爆

20
0

0 1

2

破掘削方式（補助ベンチ付き全断面掘削工法）pp.19-123) 道路トンネル観察計測指針平成21年改訂版 p.66,pp.175176- 76 -

図-7

3

4 5 6 7
変位[mm]

8 9 10荷重-変位曲線

20．スタッドジベルを有する
鋼合成桁コンクリート床版撤去技術に関する研究
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

１．はじめに近年，高速道路リニューアルプロジェクト（大規模更新・修繕事業）の進捗に伴い，非合成桁橋と同様に合成桁橋において，損傷が進んだ鉄筋コンク
リート床版をより耐久性の高いプレストレスコン
クリート床版に取り替える床版取替工事が全国各地で本格化している。床版取替工事で部分更新される橋梁は，主に合成桁と非合成桁に分類される。
そのうち，合成桁橋は，鉄筋コンクリート床版と鋼桁をずれ止め（スタッドジベル）で結合し，様々な荷重に対して一体となって挙動するよう設計された構造である。合成桁橋には，構造上ずれ止めが密に配置されていることから，非合成桁橋と比較して既設床版の撤去作業に要する施工期間や費用を要するなどの課題がある。そこで，本研究では合成桁の橋梁の既設床版を効率的に撤去する方法を検討することを目的とし，既存床版を鋼桁から離脱させる際の大きな抵抗となるスタッドジベルに着目した。
２．研究概要図-1 に鋼合成桁橋におけるスタッドジベルの配置図を示す。スタッドジベルは，鋼桁上に 3～4 本
ずつ横に並べた群を 1 組として配置され，配置間隔は活荷重作用時の鋼桁と床版の界面に発生する
水平せん断力に依存して，決定されている。コンク
リート床版を撤去する際，スタッドジベル特有の形状である先端部分の突起形状（スタッドジベル
頭部）が大きな抵抗になることが推察される。
合成桁橋の既設床版撤去は，床版を複数のブロ
ックに小分けに切断して鋼桁上の床版以外を撤去した後，鋼桁直上の床版をハンドブレーカー等により破砕し，鋼桁上に残存したスタッドジベルを切断する方法 1）が一般的である。また，既往の工法では，床版下からコア削孔もしくはウォールソーによりスタッドジベルを切断して鋼桁と床版を剥離撤去する工法 1）やワイヤーソーを用いて鋼桁直上の床版とスタッドジベルを一括で切断して撤去する工法 2）が開発されているが，いずれの工法
も床版下での作業および鋼桁直上に残存するコン○ 石川 穂乃花
重松 尚久
下野 聖也

クリート撤去作業が必要となる。そこで，コンクリ
ート床版上面からウォールソーを床版面に対して斜めに設置してスタッドジベル頭部のみを切断し，ジャッキアップによって床版を撤去する工法の開発に着手した。図-2 に本工法の床版撤去概要を示す。本工法を採用することで，床版を小分けにする
ことなく一括で撤去可能となり，コンクリートの破砕作業を大幅に削減することが可能となる。さらに，スタッドジベル頭部の切断作業とジャッキ
アップによる撤去作業を並行して実施できるため，撤去に要する時間を短縮することが可能となる。
本研究では，前述の工法の実現化に先立ち，スタッドジベル頭部を切断した場合の床版引き抜き抵抗を確認した。さらに，スタッドジベルは通常桁に対して垂直に溶接されるが，溶接作業はすべて手作業で行われるため，実際の設置状態は鋼桁に対して傾斜して溶接されている可能性もある。そこ
で，スタッドジベルの溶接精度が床版引き抜き時の抵抗に及ぼす影響も併せて確認した。

- 77 -

図-1

スタッドジベル配置図

ずれ止め頭部の切断

図-2

既設床版の一括撤去

床版撤去概要図

３．スタッド頭部の有無に着目した引抜実験
ここでは，スタッドジベルを埋設した供試体
BASE01 とスタッドジベルの頭部を切断した供試
体 CASE01 の実物大要素実験について述べる。
3.1 製作供試体
床版取替を実施する橋梁の建設時のコンクリー
ト強度を想定し、24N/mm2 のコンクリート内にス
タッドジベル（φ22mm×150mm）を 3 本配置し，床版に見立てたコンクリート供試体（700mm×1,000mm×350mm）を 2 基（BASE01，CASE01）製作した。埋設するスタッドジベルは鋼桁に見立てた金属に溶接し，引抜き時の挙動確認のため，溶接部 3 本の根元に表裏 2 カ所，計 6 カ所にひずみゲージを設置した。両者の供試体とも型枠内に鉄筋及びスタッドジベル，鋼棒挿入用のシースを設置
後，コンクリートを打設した。表-1 にコンクリー
トの配合設計を示す。硬化後，CASE01 は油圧式ウォールソーを 45 度に傾けて設置し，供試体正面からスタッドジベルの頭部を切断した。写真-1 に切断時の状況を示す。
3.2 実験装置
図-3 に引抜試験の実験装置の概要図を示す。供試体はスタッドジベルを溶接した鋼板と油圧ジャッキを設置するための架台を添接板とボルトにより接合し，コンクリート表面及び鋼桁に見立てた鋼板の表面に 2 基ずつ変位計を設置した。油圧ジャッキで引張力を上昇させ，各ジャッキにスタッドジベル引抜き時に発生する引張力を測定するた

図-3

表-1

W/C（％）

85

s/a（％）

52

水

190

単位量

早強セメント224（kg/m3）

細骨材

987

粗骨材

924

水セメント比
細骨材率

写真-1
表-2

ウォールソーによる頭部切断の様子
ひずみゲージ・変位計設置位置

項目
ひずみゲージ

取付位置
スタッドジベル
付け根部（表・裏）
コンクリート表面

変位計

スタッドジベル
溶接鋼板

設置場所
Sd-1～6
H1,H3
H2,H4※計測結果はそれぞれの取付位置の平均値で整理する

実験装置概略図- 78 -

コンクリートの配合設計

- 79 -

表-3

実験結果

実験ケース

BASE01

CASE01

スタッドジベルの形状

標準

頭部切断

最大引抜力（kN）

202.4

16.7

写真-2

引抜試験後の供試体（BASE01）

写真-3

引抜試験後の供試体（CASE01）

220

Sd-1,2200

Sd-3,4180

Sd-5.6

引 抜力（kN）

160
140
120
100

202.4kN

80
60
40

BASE01

20
0
0

200

400

600

800

1000

1200

ひ ずみ（μ）

図-4

引抜力とスタッドジベルのひずみの関係（1）50

Sd-1,245

Sd-3,440

引 抜力（kN）

めに，ロードセルを設置した。表-2 にひずみゲー
ジ貼付位置と変位計設置位置を示す。
3.3 実験方法
実際の床版撤去作業ではコンクリート床版を引き上げることで鋼桁から剥離させるが，実験装置の制約により今回の実験では，スタッドジベルを引き上げてコンクリートから剥離する方法を採用した。コンクリート上部に 2 か所設置した油圧ジャッキにより，スタッドジベルを引き上げる。油圧ジャッキによる引張力はロードセルによって計測する。コンクリート表面及びスタッドジベルを溶接した鋼板の上部に設置した変位計により，引張による両者の変位を計測する。またスタッドジベ
ルに貼付したひずみゲージにより，スタッドジベ
ルの挙動を測定した。なお，実験は施工現場と同様に荷重制御で行なった。
3.4 実験結果（1）最大引抜力
引抜試験における最大荷重を最大引抜力とした
表-3 に実験結果を示す。供試体の最大引抜力は標
準供試体 BASE01 が 202.4kN に対し，スタッドジ
ベルの頭部を切断した CASE01 は 16.7kN である。
BASE01 と比較すると，約 1/10 以下の引抜力でコンクリートを引抜き可能であることが分かった。
これはスタッドジベルの頭部を切断することでス
タッドジベルのせん断抵抗面における付着抵抗が少なくなり，コンクリートとスタッドジベルが付
着切れを起こしたことが要因であると考えられる。
（2）引抜力とスタッドジベルのひずみの関係
写真-2 に BASE01 と写真-3 に CASE01 の試験後のコンクリート供試体の様子を示す。BASE01 は供試体の表面のコンクリートが浮き上がっている
ことから，スタッドジベル周辺のコンクリートを巻き込みながら破壊していることが推測される。
しかし，頭部を切断した CASE01 は，コンクリー
トの表面には大きな変化が見られない。
図-4 に BASE01 と図-5 に CASE01 の引抜力とス
タッドジベルのひずみの関係を示す。ひずみの最大値が大きく異なるため，推移が分かりやすいようスケールを変えている。両者とも引抜開始後，最大引抜力に達するまで線形的にひずみが増加している。最大引抜力到達後，ひずみの推移に差異が生じ始める。BASE01 では，最大引抜力到達後，緩やかにひずみは減少していく。これは，引抜力を加えるとスタッドジベル周辺のコンクリートが破壊されるからであると考えられる。一方，
CASE01 は最大引抜力到達後もひずみが増加し続けている。これは，スタッドジベルには，コンクリ
ートとの付着抵抗のみしか発生しないため，
BASE01 と異なりコンクリートや鉄筋の影響を受けずにスタッドジベルが引抜けたと考えられる。

Sd-5,63530

16.7kN

25
20
15
10
5

CASE01

0
0

10

20

30

40

50

60

70

80

ひ ずみ（μ）

図-5

引抜力とスタッドジベルのひずみの関係（2）また，写真-4 に引抜試験後の頭部を切断したスタッドジベルを示す。スタッドジベルにコンクリー
トが付着していないことから，スタッドジベルの頭部を切断することにより，コンクリートに影響を与えることなく引抜き可能であることが確認できる。
（3）引抜力と変位の関係
図-6 に変位計設置位置，図-7 に引抜力と変位の関係を示す。変位はコンクリート表面とスタッド
ジベルを溶接した鋼板上の対角に配置した変位計
2 基の平均値とする。コンクリート表面に設置した変位計（H1，H3）は BASE01，CASE01 の両者とも 0.5mm 以下で推移しているため，引抜く際のコンクリート表面への影響は極めて少ないと考えられる。次に，スタッドジベルに溶接した鋼板に設置した変位計（H2，H4）の結果に着目すると，BASE01
は最大引抜力を超えると引抜力が減少しながら，変位が増加している。これはスタッドジベルが抜け始めるとコンクリートが破壊し，鉄筋の影響により，スタッドジベルの挙動が制限されるからである。一方で CASE01 の変位の推移は最大引抜力
到達後，変位が急激に上昇している。これは，周辺のコンクリートの影響を受けず，スタッドジベルの付着力のみで抵抗しており，小さい引抜力です
べて引抜けたと考えられる。

表-3

頭部を切断したスタッドジベル
1000

スタッドジベル溶接鋼板上に設置

H1

H3

H2

700

H4

コンクリート表面上に設置

図-6

変位計設置位置220

BASE01 H1,H3200

引 抜力（kN）

４．溶接誤差に着目した引抜実験
ここでは，スタッドジベル溶接の施工誤差がコ
ンクリートの引抜きにどのような影響をあたえる
かスタッドジベルの傾斜の向きと傾きの角度を変化させた供試体で実験する。
4.1 製作供試体
表-3 に本実験で用意したスタッドジベルの傾斜パターン，図-8 にスタッドジベル平面図の一例を示す。本実験では鋼桁に見立てた鋼板に丸鋼を 3 本
溶接することで，スタッドジベルを既に切断したものと想定した供試体を用いた。用意したスタッドジベル（φ22mm×150mm）は丸鋼を鋼板に対して垂直に溶接したものを標準供試体とし，鋼板に対して同じ方向に傾かせて溶接したもの，スタッドジベルの端の 2 本を供試体正面から見て左右に傾かせて溶接したもの，端の 2 本を供試体の上面から見て前後方向に傾かせて溶接したものをそれぞれ傾き（溶接誤差）が 5mm と 10mm の計 7 つの

写真-4

180

BASE01 H2,H4

160

CASE01 H1,H3

140

CASE01 H2,H4

120
100
80
60
40
20
0
0

5

10
15
変 位（mm）

図-7

引抜力と変位の関係

20

スタッドジベルの傾斜パターン

傾き（mm）

510

同じ方向に傾斜CASE01

CASE04

両端が外側に傾斜

CASE02

CASE05前後方向に傾斜CASE03

CASE06※BASE01 を標準供試体とする

図-8- 80 -

スタッドジベル平面図の一例

25

- 81 -

写真-5
表-4

実験装置

コンクリートの配合

水セメント比細骨材率

W/C（％）

71

s/a（％）

48

水

192

単位量

普通セメント270（kg/m3）

細骨材

848

粗骨材

993

50

圧縮強度 28.3N/mm2

44.7

最 大引抜力（kN）

45

42.8
38.8

40

35.0

35
30
25
BASE01

CASE01

CASE02

CASE03

スタッドジベルの傾斜パターン

図-9

傾斜パターンによる最大引抜力の比較

50

圧縮強度 18.8~20.0N/mm2
最 大引抜力（kN）

45
39.0

40

40.2

40.0

CASE04CASE05

41.0

37.8
36.2

35
30
25
BASE01

CASE02

CASE03

CASE06

スタッドジベルの傾斜パターン

図-10
50

傾きによる最大引抜力の比較

BASE01
CASE02
CASE04CASE0645
最 大引抜力（kN）

種類を用意した。このスタッドジベルを供試体（φ370mm×173mm）に埋設し，硬化させた。表-4 にコンクリートの配合設計を示す。コンクリートは
前述の実験と同様に 24N/mm2 を目標強度とした。
4.2 実験装置
写真 5 に実験装置を示す。テーブル（φ700mm
×1,750mm）にスタッドジベルの突起部が上面になるよう供試体を設置し固定した。その後，スタッドジベルを溶接した鋼板に開けた穴と実験装置をシャックルで接合した。前述の実験と同様にコン
クリート表面及び鋼桁に見立てた鋼板の表面に変位計を設置し，油圧ジャッキで引張力を上昇させ，引抜力測定のため，ロードセルを設置した。
4.3 実験方法
実験装置に取り付けた供試体を油圧モーターで引き上げて，ロードセルによって，引抜力を測定した。また，前述の実験と同様にコンクリート表面及びスタッドジベルを溶接した鋼板の上部に 2 基ずつ設置した変位計により，両者の変位を計測し，3本のスタッドジベル表裏に貼付したひずみゲージ
により，スタッドジベルのひずみを測定した。なお，実験は施工現場と同様に荷重制御で行なった。
4.4 実験結果（1）最大引抜力
最大引抜力の実験結果を示す。紙幅の都合上，傾斜パターンと傾き（溶接誤差）が異なる比較を示し，その他は割愛する。図-9 に傾斜パターンによる最大引抜力の比較を示す。傾斜がない BASE01 と傾斜が異なる CASE01，CASE02，CASE03 について
最大引抜力を比較すると，CASE02，CASE03 が大きくなっている。これは，傾斜方向が異なる
CASE02，CASE03 は付着が切れた後も鋭角側のコ
ンクリートを破壊しながら引き抜かれる。傾斜方
向が同じ CASE01 はこの影響が小さいため，最大引抜力が小さくなったと考えられる。
図-10 に傾きによる最大引抜力の比較を示す。傾
き（溶接誤差）が異なるパターンを比較すると傾きの角度に関わらず，ほぼ同様な最大引抜力が出ると確認できる。本実験ではコンクリート強度にばらつきが生じてしまった。図-11 に圧縮強度ごとの最大引抜力の比較を示す。コンクリート強度により比較すると，コンクリート強度が大きい供試体での最大引抜力は大きくなる傾向が見られた。これは傾きや傾斜パターンにかかわらず，同様な結果が得られた。このことから，今回設計したコンク
リート強度付近の供試体の最大引抜力は溶接精度にあまり関連がないが，コンクリート強度は最大引抜力に影響を与えると考えられる。
（2）載荷時間とスタッドジベルのひずみの関係
引抜荷重載荷プロセスにおけるひずみの関係からスタッドジベルの挙動について考察する。図-12

CASE01
CASE03
CASE05

40
35
30
25
18

20

22

24

26

28

圧 縮強度(N/mm2)

図-11

圧縮強度ごとの最大引抜力の比較

30

変 位 (mm)ひ ずみ(μ)に，一例として CASE04 のスタッドジベルのひず
200
Sd-1,2180
みと載荷時間の関係を示す。まず，真ん中に位置す
Sd-3,4160
るスタッドジベルのひずみ Sd-3,4 が増加し始め，
Sd-5,6140後から両端のスタッドジベルのひずみ Sd-1,2，Sd120
100
5,6 が増加し始めた。これは，中央に位置するスタ80
ッドジベルの真上から力を加えていったことが原6040因だと考えられる。載荷開始から緩やかに増加し20ていたひずみがある点で増加量が大きくなる。こ
0
0
50
100
150
200
250
300
350
400
れは上部のプレートがコンクリートから剥離し，
載 荷時間(sec)
スタッドジベルの付着力だけで引抜力に抵抗して
図-12 スタッドジベルのひずみと載荷時間の関係いるためだと考えられる。最大引抜力が近づくと，
すべてのひずみの大きさが等しい値に近づき，ス
CASE05（両端 2 本が外側に傾斜している）
タッドジベルがコンクリートから抜け始めるため
ひずみゲージが断線し，その後測定不能になる。す
べての供試体において同様な傾向を示した。
写真-5 に，一例として引抜き後の供試体の端 2 本のスタッドジベルが反対方向に傾斜している
CASE05 のスタッドジベル引抜き後の供試体の断面を示す。両端のスタッドジベルの孔が供試体上面に近づくにつれ，径が大きくなっていることが確認できる。これより，スタットジベルに傾きがあるものは付着が切れた後，スタッドジベルがコン
写真-5 スタッドジベル引抜き後の供試体の断面
クリートを破壊しながら抜けることが判明した。
10（3）載荷時間と変位の関係
H1,H3（ コ ン クリート）
9
図-13 に，一例として CASE04 の載荷時間とコン
8
H2,H4（ ス タ ッドジベル）
7
クリート表面および鋼板上部に取り付けた変位計
6の変位の関係を示す。スタットジベルの抜け出し
5が始まるまでは，コンクリート表面と鋼板の変位
43の履歴はほぼ重複している。その後，載荷時間の経2過とともにスタッドジベルの変位がコンクリート
1
表面の変位をわずかに上回って推移している。こ
0
0
50
100
150
200
250
300
350
400
れは引抜載荷荷重の増加に伴って固定装置が変形
載 荷時間(sec)
し，供試体が加力方向へ移動したためである。最終
図-13 変位と載荷時間の関係
的に，ある時点で鋼板の変位が急激に増加しスタッドが抜け出した。すべての供試体において同様 ６．今後の展望な傾向を示した。
筆者らは，本工法実用化のために実際に撤去する床版と同等規模の供試体を製作して，スタッド
５．結論
ジベル頭部の切断から床版剥離・撤去までの一連（1）スタッドジベル頭部を切断することで，切断の作業性を確認する実験を実施し，コンクリート
していない供試体と比較して，約 1/10 以下の本体が曲げ破壊することなく一括撤去可能である
小さい引抜力でコンクリートから引抜ける。
ことを確認している。今後は，本工法をさらに効（2）橋梁における建設時のコンクリート強度付近
率的に実施するため，スタッドジベルの床版上面のスタッドジベルを引抜く際，スタッドジベ
からの位置出し作業や頭部切断有無の確認の合理
ルの傾き（溶接誤差）が異なっても最大引抜力化に向けて検討・検証を進めていく。
への影響は少なかった。また，スタッドジベルの傾斜方向が異なれば，最大引抜力に影響を
参考文献
あたえることが分かった。
1)
土木学会:鋼構造シリーズ
33 鋼道路橋 RC 床版更新の設（3）コンクリート強度が設定した強度（24.0N/mm2）
計・施工技術,pp.239-246,2020.
より大きいものに関してはスタッドジベル周
2) 宮 地 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 株 式 会 社 :M-SR シ ス テ ム
辺のコンクリートを破壊する力が増加するた（https://www.miyaji-eng.co.jp/pdf/msr.pdf）
め，最大引抜力も大きくなる。
2022 年 8 月 17 日参照- 82 -

21．道路橋床版更新工事における施工機械の開発事例－阪神高速道路 5 号湾岸線中島排出路への適用－
清水建設株式会社
清水建設株式会社
阪神高速道路株式会社

１．はじめに
道路橋床版更新工事におけるプレキャスト PC
床版（以下、PCa 床版という）の橋軸方向の接合構造には、場所打ちの鉄筋コンクリート構造（以下、RC という）が多く採用されている。著者らは接合構造部の耐久性向上ならび床版の急速施工を目指し、橋軸方向接合部の RC 部を省略し、床版接合部にプレストレスを導入できるジョイント（以下、PS ジョイントという)を用いた新しい
PCa 床版（以下、PS ジョイント床版という）の開発に取り組んでいる。PS ジョイント床版は接合部に埋め込まれた複数のオスボルトとメスボルトを接合する構造(図-1)であるため、接合作業時にオス・メスボルトの相対的な位置合わせ（心出し）を高い精度で行う必要がある。これらの PS ジョ
イント床版の特性と試験工事における施工条件を考慮し、床版架設作業を効率的に行うための施工機械を開発した。本稿ではその施工機械の開発経
緯と稼働実績について報告する。
300
楔機構(後行床版)

300
メスケース(先行床版)

ﾌﾟﾚｽﾄﾚｽ導入

皿ばね メスボルト
オスボルト(F10T)

箱抜(ﾌﾟﾚｽﾄﾚｽ導入後
モルタル打設)]接合面(エポキシ樹脂接着剤)
オスボルト 誤差吸収機能⇒ﾌﾟﾚｸﾞﾗｳﾄ樹脂+ＰＥｼｰｽ
ＰＥシース
ﾌﾟﾚｸﾞﾗｳﾄ樹脂(5.0mm 厚)

図-1 PS ジョイント床版概要図

○ 藤吉
安田
長畑

卓也
篤司
友貴

NP3～NP5 の 2 径間 67.5m で床版取替の試験工事を実施した。

写真-1

試験橋梁の施工前状況

３．施工方法ならび施工機械の検討
試験工事は、開発したPSジョイント床版の実橋への適用性を確認するとともに、急速施工の効果を確認するために施工方法のさらなる効率化が求められた。そこでPSジョイント床版の施工にかかる特性に加え、中島排出路特有の施工条件より求められる課題を抽出し、要求項目を満たし、かつ
急速施工を実現可能とする施工機械の開発を試みた。
3.1 施工条件(1) PSジョイント床版の施工上の特性
PSジョイント床版接合部には複数のボルトが配置されており（写真-2）、架設作業においてはオス
ボルトとメスボルトの相対位置を3次元的に高い精度で合わせた（心出し）後に、PSジョイント床
版同士を引寄せて接合させる必要がある。

２．試験工事概要
試験工事の対象橋梁である中島排出路は、阪神
高速 5 号湾岸線の中島出入口の入路橋と出路橋の間に位置する車両排出路で、橋長 101.25m、有効幅員 4.45m の鋼 3 径間連続非合成鈑桁橋である(写真-1)。 平面線形は R＝∞、縦断勾配は 9.5％～-0.5％に変化する縦断曲線を有し、横断勾配2％の片勾配となっている。今回は、そのうち- 83 -

写真-2 PS ジョイント床版接合部

(2) 試験工事における施工条件
対象橋梁は、最大縦断勾配が9.5％の急勾配であり、有効幅員が4.45mで両側を走る供用中の隣接橋との離隔がほとんどなく、橋梁側部へ大型クレーンが配置できない狭隘な条件にある。
3.2 施工機械における課題
PS ジョイント床版の架設作業を対象橋梁において実現するための施工機械として、重量物である床版を施工箇所への運搬する機械としてこれまで用いてきた移動式クレーンの代替機械が求められた。また急速施工を実現するため、既往の研究で用いてきた PS ジョイント床版架設時の位置合わせ用の仮設物を極力少なくすることが求められた。
これらの要求項目を満たす施工機械の開発が課題となった。
3.3 フォークリフトの適用検討
一般的に新設床版架設時は大型の移動式クレーンが揚重機として橋梁上に配置され、搬入した床版の荷降ろしや架設箇所への運搬を担う。しかし対象橋梁においては狭隘な条件により、大型クレーンの設置や旋回動作等が不可能であった。
そこで物流だけではなくシールド工事のセグメ
ント運搬等、建設現場でも多く用いられているフォークリフトの適用を検討した。フォークリフトが有する優れた荷役運搬性能を利用しつつ、PS ジ
ョイント床版架設で必要とされる高精度の位置調整機能を有する機械を別途開発し、これらを組合せることにより課題解決を試みた。
まずはフォークリフト実機の視察を行い、開発する機械との機能分担や取合いに関する構造等を検討した。結果、フォークリフトの以下の機能を主に利用することとした。
① 走行機能フォークリフトは後輪操舵による小回りの良さと優れた登坂能力を有することが特徴であり、試
験工事における厳しい運搬路条件においても問題ない走行性能を有した。
② 荷物昇降機能
新設床版を架設箇所に運搬、のちに据付高さに下ろすために用いる機能。PS ジョイント床版の設計時想定重量（約 7t～10t）より最大荷重 15t のフォークリフトの仕様を参考に検討を進めた。
③ フォーク左右スライド機能
本体に対してフォーク（爪）のみを左右方向にスライドできる機能。本来機体と荷物がズレて進入した場合、フォークをスライドさせることによりズレを無くし機体の切り返しを少なくするため機能である。しかし油量を絞る操作をすれば 2 ㎜/秒
程度の微速動作が可能であることを現認し、床版の微小な位置合わせ機能として適用可能と判断した（写真-3）。

写真-3

フォーク左右スライド機能

3.4 開発機械の機能検討
PS ジョイント床版架設作業に必要な機能について、前述したフォークリフトの機能を利用しつつ、足りない機能を補うことができる機械（フォークに取付ける構造）を開発することとした。検討した
結果、開発機械には以下の機能をもたせることとした。
① 床版縦横断勾配調整機能
既設のPSジョイント床版に対する新設PSジョイ
ント床版の橋軸方向ならび橋軸直角方向の傾斜度の調整に用いる機能となる。フォークリフトのタ
イヤのへこみやフレームのたわみ等の予測が難し
い微小な変位への対策として必要な機能と判断した。
② 床版回転機能
既設のPSジョイント床版接合面に対する新設PS
ジョイント床版の接合面の平行度の微調整に用いる機能となる。軌道方式では回転にかかる大きな調整は生じないが、タイヤ方式であるフォークリ
フトでは、ハンドル操作で停車位置まで橋軸方向に対しまっすぐ進入していくことが難しいと考え、必要な機能と判断した。
③ 引寄せ追従機能
PSジョイント床版はオスボルトとメスボルト間の位置合わせ完了後、センターホールジャッキの変位同調システムを用いて新設床版を約10cm程度
引寄せ、ボルトを篏合させる作業に移行する。ボルトの篏合が終了するまでは、新設床版はフォークリフトで支持された状態にあるが、新設床版を引寄せる際に床版支持金物が取り残されていくことを防止するために、フォークリフトに設置した装置の一部が引寄せ動作に追従する機能が必要と判断した。
４．心出し装置の開発
開発する機械の名称は、PS ジョイントのオスボ
ルトとメスボルトの中心を合わせるという機能か- 84 -

ら「心出し装置」とした。本章では心出し装置の仕様、開発における課題、そして実証実験の場となった実物大施工性確認試験での動作確認試験内容な
らび試験結果からの改善項目について述べる。
4.1 心出し装置の仕様
心出し装置は、フォークリフトに取付けた状態
で PS ジョイント床版を懸垂して保持する機能と縦横断方向の勾配調整(±2％)、回転方向の調整機能(±5°)、引寄せ追従機能(250mm)を有するものとして開発を行った(図－2)。左右方向と上下方向の位置合わせは、フォークリフト本体の機能を利用するものとした。

安全の確保については、フォークリフトからの装置の脱落がないように、フォーク背面に鉄板を当て貫通ボルトで装置を挟みこむ構造とした。さ
らに装置のがたつきを抑えるために、フォーク下
面から押しボルトで装置を固定した(写真-4)。床版の急な揺れを防止するために装置の動作速度についても、作業に支障ない範囲で極力遅くする方向で調整を行った。

写真-4

図-2

心出し装置の仕様

4.2 開発における課題
心出し装置の開発における課題は、装置の簡素化、安全の確保、さらに現場での取扱いを容易にすることである。
基本設計については、以前筆者が開発した機械を参考に橋軸方向、橋軸直角方向へ勾配調整機構
をそれぞれ独立した構造とし、それらを中核に吊下げフレームのスライド機構（引寄せ）、フォー
クに取付ける台座フレームに対して上部機構全体が回転する機構を加えるものとした。全て油圧ジ
ャッキによる駆動とし、それぞれのジャッキの役
割を明確に分けることにより、設計を簡素化する
ことやオペレータの装置操作理解を簡明化する狙いがあった。

心出し装置のフォークへの固定方法

4.3 実物大施工性確認試験
試験工事でのPSジョイント床版施工の事前検証を目的に、試験施工対象橋梁の縦断勾配9.5％横断勾配2.0％の主桁を模した鋼製架台を構築し、実物大PSジョイント床版を用いて試験を行った（写真-5）。
(1)動作操作確認試験
実物大施工性確認試験の項目には心出し装置を用いた床版架設作業における課題・問題点の抽出が含まれており、心出し装置を15tフォークリフ
トに実装着し、主に以下の項目を目的に試験を行った。
a)床版の運搬・心出し・引寄せ作業における床版の一連の挙動を確認する。
b)心出し装置の動作速度を検証し最適な速度に調整を行う。
c)配置予定作業員による心出し装置に関連する操作練習と作業手順における問題点等の抽出。
(2) 改善項目について実施工を模擬した本試験では、多くの貴重な実験データが取得できた。主な心出し装置の改善項
目について前項の試験項目ごとに整理する。
①項目aについて・床版の振止め用金具の追加②項目bについて・油圧制御回路の改造（勾配調整）
・絞り弁の追加による油量調整（引寄せ･回転）③項目cについて・各動作の稼働範囲を明瞭にマーキングし、オペや周囲が機械の動作状態を確認しやすくする。
・電動工具を使いやすくするために床版取付金具を改造する。
・電源ケーブルの長さ調整、ケーブルフック追加
等- 85 -

7､8）。

写真-5

実物大施工性確認試験実施状況

写真-7 PS ジョイント床版架設開始
５．試験施工での稼働結果報告
実橋梁での試験工事では、心出し装置を用いて計 37 枚の PS ジョイント床版の架設作業を行った。
本章ではその稼働結果について報告する。
5.1 稼働結果
実物大施工性確認試験においてはフォークリフ
トのオペレーターに周囲の情報を伝える手段として、無線機を用いてチーム内での声でのやり取りを行った。実橋での試験施工においてはさらなる対応として5方向カメラをフォークリフトに取付けた。これによりオペレーターの視覚情報が大き
写真-8 心出し装置操作状況
く改善された。床版の振れ止めのブラッシュアッ
5.2
まとめ
プについても有効であり、大型フォークリフトに試験工事で PS ジョイント床版が実橋梁に適用よる狭隘な施工箇所への床版運搬を問題なく行う可能であることが確認できた。また大型フォークことができた(写真-6)。
リフトと開発した心出し装置の組合せにより、急勾配かつ狭隘な施工条件において PS ジョイント
床版の運搬ならび架設作業をスムーズに行うことができた。

写真-6 PS ジョイント床版運搬状況
架設作業においては、実物大施工性確認試験での改善項目の実施によって、準備作業をはじめ床版の位置合わせ作業をよりスムーズに行うことができた。特に回転動作速度の調整については開発当初の半分程度の速度まで落とした結果、余計な反復操作をなくすことができ、サイクルタイムの削減に大きく寄与した。試験工事の後半ではフォークリフトが停車してから床版架設を開始後、オスボルトメスボルトの心出し～PSジョイントの嵌合終了まで10分程度で行うことができた（写真‐６．おわりに
道路橋床版更新工事においては今後さらなる
PCa 床版の急速施工が求められる。今後は、さらなる急速施工を可能にする機械開発に取り組んでいきたいと考える。
本稿は、阪神高速道路(株)、清水建設(株)、ユニタイト(株)、住友電気工業(株)、昭和コンクリート工業(株)による PS ジョイント工法に関する共同研
究成果の一部を報告したものである。
ご指導いただいた関係各位に深く謝意を示します。
参考文献
1) 長畑友貴･越野まやか･安田篤司：プレストレスジョイン- 86 -

ト床版を活用した道路橋床版更新の生産性向上，建設機
械施工，通巻866号，pp.23～29, 2022.4

22．幅員方向分割取替えによる床版更新工法-

一車線規制化で行う床版更新工法 -鹿島建設（株）

三室 恵史
村瀬 諒介
○小柳 裕

の開発を進めており,二車線規制下における『全断１．はじめに
東・中・西日本高速道路株式会社（以下,高速道 面取替』を対象とした全断面 SDR システム 8)に続路 3 会社）が管理する高速道路は,昭和 38 年 7 月 き,一車線規制においても幅員方向分割取替え（半16 日に我が国最初の高速道路として名神高速道 断面取替）を対象とした幅員方向分割 SDR システ
路・栗東～尼崎が開通して以降,順次整備が進めら ムを開発した。
※1 Smart Deck Renewal
れ,2022 年時点で総延長約 9,600km が供用されて
1)2)3)
いる。利用台数は約 790 万台/日（2018 年）に達し,主要路線では大型車の混入率が 40％（2018 年） ２．システムの概要
を超える 4)など,国民生活に欠かせない社会インフ 2.1 対象とする床版取替工事
床版取替工事は,『全断面取替』と『幅員方向分
ラとなっている。しかしながら,供用後 30 年以上経過した区間は 2019 年には約 5,000km となる。5) 割取替え』の 2 タイプの取替工事がある(表-1)。
本システムは『幅員方向分割取替え』を対象としまた,大型車の通行量の増加や凍結防止剤の散布などにより急速に劣化が進行しており,適切な維 たシステムである。
持管理および更新は喫緊の課題となっている（図1）。これに対し,2014 年に公表された高速道路 3 会 2.2 システムの概要
社の大規模更新・修繕計画（案）では,鋼橋の劣化
本システムは,床版取替にかかわる 4 つの作業でした鉄筋コンクリート床版をプレキャストＰＣ床 ある既設床版の縁切り・撤去,主桁ケレン,高さ調
版 に 取 り 替 え る 工 事 は , 総 延 長 224km, 事 業 費 整工,新設床版の搬入・架設をそれぞれ専門の作業
16,429 億円 6),実施期間 15 年で盛り込まれてお 班によって前進しながら並行して作業する,いわり,2015 年 3 月 25 日に国土交通大臣より特定更新 ゆる『移動式工場』を目指した施工システムである工事として事業許可を受けている。
(図-2)。①から④までの作業を順々に繰り返してこのような社会的要請に対処すべく,鹿島では, いく標準的な工法に対し,各作業班による同時作
交通規制等によるソーシャルロスの大幅な低減を 業を可能として,30 枚/日の床版を取り替えること可能にした『スマート床版更新システム（SDR※1） のできる高速施工を実現した。

図-1

高速道路の経過年数の推移 7)- 87 -

表-1

適用対象となる床版取替工事

工
事
タ
イ
プ

平面図

備
考

断面図

全
断
面
取
替

参
考
文
献
1)

幅
員
方
向
分
割
取
替

本
報
文

システム概要図②主桁ケレン
④床版架設

①床版撤去

図-3

車載運搬型床版架設機・撤去機

車載運搬型床版架設機・撤去機は,走行フレー
ムと上部本体フレームの 2 つのフレームから成る。走行フレームについては 10t トラックにより搬入する。また上部本体フレームについては 15t
トレーラーによって搬入する。一車線規制としてクレーンを要さず高速組立を可能とするために,開閉式アウトリガーを採用した。
車載運搬型床版架設機・撤去機の組立・撤去作業を対象として,サイクルタイムおよび施工安全性の検証を目的とした施工性確認実験を行い,組立・撤去はそれぞれ 30 分程度の短時間かつ安全に施工可能であることを確認した（写真-1,2）。

③高さ調整

図-2

システム概要図（本施工システムについては,特許出願中）

３．システムの構成技術
システムの主要技術である,『車載運搬型床版架
設機・撤去機』,『交通振動対応仮設プレート型継手』および『ワンタッチ型 SB 種防護柵』について,その概要を述べる。
3.1 車載運搬型床版架設機・撤去機
一車線規制下における床版架設機・撤去機の設
置・撤去作業においては,供用交通に対する安全性の担保が最重要課題とする。そこで,床版架設・撤去機を 10t トラックおよび 15t トレーラーにより運搬しクレーンを要さず安全かつ高速に組立・撤去可能な『車載運搬型床版架設機・撤去機』を開発した（図-3,4）。

- 88 -

図-4 架設機組立フロー

この引き剥がし用のジャッキ（写真-4）は,現場条件に見合った能力のジャッキに容易に変更可能な構造としている。また,同調運転が可能であり,4 台のジャッキは専用のアプリを用いてタブレットから操作をするシステムである。

写真-1 架設機走行フレーム運搬

引き剥がし装置

ジャッキ

写真-4 引き剥がし装置・ジャッキ

写真-2 架設機上部本体フレーム運搬・組立（1） 床版撤去機
本システムに使用する床版撤去機（写真-3）の総重量は約 22t であり，複数の車輪によって荷重を分散させるため輪荷重は約 6t となる。従って主桁へ作用する荷重は低減され，主桁の補強を不要とするか，もしくは大幅に減らすことができる。
この床版撤去機は，門型構造になっており，機械の内側に搬出用トラックを誘導することができる。
また，床版撤去機は,床版引き剥がし装置を吊り下げており，2 分割された床版を引き剥がし装置に取り付けられた 4 台のジャッキによって主桁から引き剥がす。その後,引き剥がし装置ごと吊り上げ，撤去機内に誘導されたトラックの荷台に既設床版を積み込んだ後，場外に搬出して撤去は完了する。

（2） 床版架設機及び床版運搬台車
床版架設機（写真-5）と床版運搬台車（写真-6）は，主桁に荷重を伝達させるように設置したレール上を走行し,新設床版に荷重を作用させることなく施工できる。また，床版架設機の総重量は約21t であり，輪荷重は約 6t となるため，床版撤去機と同様，主桁に作用する荷重を低減できる。
床版架設機は,床版撤去機と同様,門型構造であり，新設床版を乗せた床版運搬台車は，床版架設機の内側を通過できるようになっている。床版運搬
台車により新設床版を架設場所まで移動させ，床版架設機にて揚重し,旋回装置を用いて橋軸直角

撤去機

写真-5 運搬台車を用いた床版運搬状況

引き剥がし装置

既設床版
搬出用トラック

写真-3 床版撤去状況

写真-6 床版架設機での床版架設状況- 89 -

方向に旋回し架設する。
更に，床版架設機に自動開閉フック（写真-7,8）を導入した。これにより，床版の玉掛,玉外作業を自動化することによって人は床版上に昇り降りする必要が無くなり，生産性と安全性の向上を図った。フックは吊り金具に近づいた時，マグネットにより吊り金具を引き寄せ，正しい位置にフックを閉じることによって玉掛され，床版を吊り上げることが出来る。

写真-7を生じさせるなど,品質の低下が課題となっている。そこで,交通振動による影響を解消し間詰材の品質を確保するために,摩擦抵抗によって一次床版と二次床版を仮接合する『交通振動対応仮設プ
レート型継手』（以下,プレート型継手）を開発した（図-5）。
プレート型継手は,プレート,ＰＣ鋼棒およびシースから成る。プレートについては,補鋼材により交通振動に対して必要な剛性を確保する構造としている。このプレートを一次床版と二次床版を跨ぐように床版上下面に配置し,これら上下面のプ
レートをＰＣ鋼棒で締結することにより,一次床
版と二次床版を摩擦力によって接合する構造である（写真-9）。

自動開閉フック

構成部材
接合状況
写真-9 交通振動対応仮設プレート型継手
このプレート型継手を用いた幅員方向分割取替
え施工手順は図-6 の通りである。プレート型継手
写真-8 自動開閉フック詳細を用いることによって,施工時においてはプレー
ト型継手により一次床版と二次床版を接合・一体化する。間詰材の硬化中においては,一次床版側の3.2 交通振動対応仮設プレート型継手
交通荷重による一次床版と二次床版の相対変位を
幅員方向分割取替えにおける供用側床版（以下,抑制できる（STEP②）。また,完成時においてはプ
一次床版）と規制側床版（以下,二次床版）の接合
レストレスにより一次床版と二次床版を接合・一部（橋軸直角方向接合部）は,間詰材を充填する。
体化し,交通荷重に対し十分な性能を有する床版
硬化中に一次床版からの交通振動によりひび割れ

図-5

交通振動対応仮設プレート型継手

図-6- 90 -

幅員方向分割取替え施工手順

とするものである（STEP③,④）。
プレート型継手を用いて取り替えた床版を供用
期間中における耐疲労性の確認を目的として,NEXCO 試験方法 9)に準じ輪荷重走行試験を実施した。試験の結果,完成した床版は 100 年相当の交通荷重に対して十分な性能を有していることを確認した 10)（写真-10）。
更に,施工性確認実験を実施し,プレート型継手の締結により一次床版と二次床版の間に交通荷重により生じる相対変位を安全に吸収して,確実に一体床版（交通振動による相対変位≒0）を形成す
ることを確認した（写真-11）。

要課題である。また,防護柵設置・撤去作業時の安全性,並びに防護柵占有による規制範囲の最小化も求められている。
そこで,幅 30 ㎝の占有により SB 種を担保し,ワンタッチで設置・撤去可能な『SB 種防護柵』を開発した（図-7）。
一車線規制として安全・高速な設置・撤去を可能とするために,本鋼製防護柵における横梁の継手構造は,『嵌合継手』を採用している。また,支柱の定着構造については『摩擦接合継手』を採用した。
そこで,施工性確認実験を実施し,防護柵を積込んだ 4t ユニック車において,2 分程度のサイクルにより連続設置が可能であることを確認した（写真-12,
撤去も同様）。

写真-10 施工ステップを追った輪荷重走行試験

写真-12

写真-11
実験

交通振動プレート型継手施工性確認

3.3 SB 種防護柵
一車線規制下における床版撤去・架設作業においては,作業エリア内に誤進入してくる一般車両に対する確実な防護対策(SB 種)は安全上の最重

施工安全性,サイクルタイム確認状況

4.実物大総合実証実験
2022 年 4 月,本システムのサイクルタイム,および施工安全性の検証を目的とした実物大総合実証実験を行い（写真-13）,床版取替工程を大幅に短縮する高速性など本システムの有用性を確
認した。

床版撤去機

写真-13

図-7

SB 種防護柵

床版架設機

実物大総合実証実験

5．サイトプレキャスト工場
本システムの採用に加えて,JIS 認証（JIS A 5373）を取得したＰＣ床版を製作するプレキャスト工- 91 -

場を工事現場の近傍に設置できる場合には（図-8）,
床版の製作費や運搬費の削減が見込める（写-14）。
また,床版の車両運搬に伴う騒音振動や交通渋
滞,CO2 排出等のソーシャルロスを削減することによって,本システムの効果を一層高められる。更
に,サイトプレキャスト工場では,地元企業から生
コンクリートを調達可能となり,地元との協業も図ることができ,地産地消も期待できる。

『地産地消』による床版製作の合理化

図-8

更新・大規模修繕について, 平成26年1月22日
6) 萩原 直樹 : NEXCOにおける大規模更新の現状, 第32回鋼構造基礎講座 鋼橋の大規模修繕・大規模更新－最新動向と今後の展望－, 2016年
7) 高速道路資産の長期保全及び更新のあり方に関する技術検討委員会報告書, 平成26年1月22日
8)山中ら：スマート床版更新(SDR)システム,土木施工VOL.61 No.7pp.66～67，2020.7.
9)東日本高速道路会社／中日本高速道路会社／西
日本高速道路会社：NEXCO試験方法 第4編，2019.7.
10)永井ら：床版取替工事の幅員方向分割施工における仮設継手構造の検討(その2)-構造性能実験-,土木学会全国大会第77回年次講演会,投稿中。

サイトプレキャスト工場

写真-14

床版製作状況

6．今後の展開
今般,実物大実証実験において所期の結果を得たことから,今後は実工事への適用に向けて,本シ
ステムを積極的に提案すると共に,自動化を始めとした機能向上についても研究開発を進め,交通規制等によるソーシャルロスを最小限にとどめる
道路橋床版更新工事の実現に寄与していきたい。

出典・参考文献
1) 東日本高速道路(株) : 会社概要
2) 中日本高速道路(株) : 事業エリア
3) 西日本高速道路(株) : 会社概要
4) 東・中・西日本高速道路(株) : 高速道路における大型車の利用状況, 平成31年1月30日
5) 東・中・西日本高速道路(株) : 東・中・西日
本高速道路㈱が管理する高速道路における大規模- 92 -

23．救急排水機場ポンプの実機を用いた異常模擬試験について
羽根車に模擬的な異常を発生させた計測試験(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．はじめに河川ポンプ施設の一つである救急排水機場では，
口径 700mm，吐出量 1.0m3/s，質量約 2.0t の大型水中ポンプ（以下「コラム形水中ポンプ」という）が使用されている。このコラム形水中ポンプは，設置用のパイプ（以下「コラムパイプ」という）の内部に設置するため，稼働状態の確認が難しく，故障兆候の把握が難しいという課題がある（図-1）。
小林ら 1)2)は，コラム形水中ポンプの稼働状態を的確に把握できる技術を提案するため，誘導電動機電流徴候解析（Motor Current Signature Analysis;
以下「MCSA」という）に着目し，現地計測試験及び小型水中ポンプによる異常模擬試験を実施した。
その結果，コラム形水中ポンプの状態監視に
MCSA を適用できる可能性が高いことがわかった
が，実際に不具合が発生したコラム形水中ポンプの診断実績はまだ無いため，実機による検証が必要である。
そこで，コラム形水中ポンプに模擬的な異常を発生させ，計測試験を実施した。
２．試験概要2.1 試験用設備
コラム形水中ポンプの計測試験を実施するため，
北海道石狩市の寒地土木研究所石狩吹雪実験場に試験用設備を仮設した（写真-1）。
まず，長さ 19.2m，幅 11.2m，深さ 2.5m の水槽を造成し，コラムパイプ設置用に製作した H 型鋼
梁及びコラムパイプ架台を設置のうえ，コラムパ
イプ，吐出配管，ポンプ操作盤及び発動発電機を設置した。コラム形水中ポンプは，ラフテレーンクレーン（25t 吊）によりコラムパイプ上部より挿入し設置した（写真-2）。
2.2 模擬異常
異常は羽根車の偏心及び欠損を想定し，羽根車に鉛のウエイトを取り付けた状態（以下「異常（ウエイト）という」と，羽根車の先端を切断した状態（以下「異常（切断）」という）の 2 種類とした（図-2）。

- 93 -

○ 小林
永長

勇一
哲也

図-1

コラム形水中ポンプ設置概要図

写真-1

コラム形水中ポンプ試験用設備

写真-2

コラム形水中ポンプ設置状況

羽根車の状態

2.3 計測項目
計測項目は吐出量，電流波形及び振動加速度の 3
項目とした（写真-3）。吐出量は羽根車の異常がポンプ性能に与える影響を確認するため，電流波形
は MCSA による解析を行うために計測した。また，
振動加速度は排水機場の原動機や減速機の診断に活用された実績があることから，今回，計測項目として追加した。なお，計測時間は，各状態で約 120
分とした。

電源周波数

スペクトルの大きさ

図-23.2 電流波形
MCSA で は ， 電 流 波 形 を FFT （ Fast Fourier
Transform）により周波数分析し，各異常に対応するスペクトルの大きさを確認することで，異常を検知する 3)4)。今回，異常箇所が羽根車であることから，ポンプ主軸の回転に異常が生じると考えられるため，電動機回転子軸への異常負荷により上昇するスペクトル（以下「Lshaft」という）に着目した 5)（図-4）。スペクトルの解析結果を図-5 示す。
横軸は周波数，縦軸はスペクトルの大きさであり，
アベレージングによりノイズを除去したものである。Lshaft はすべての状態で明瞭に現れた。
fs : すべり周波数p : 電動機の極数
fN : 実回転数/60

周波数（Hz）

Lpole
Lshaft: 電動機内部(回転子バー)異常により上昇: 電動機回転子軸への異常負荷により上昇

スペクトルの大きさ（dB）

図-4

３．試験結果3.1 吐出量
吐出量の計測結果を図-3 に示す。吐出量は，正常時と比較し，異常時には若干低下していることを確認した。
1.2
1.01

1

0.96

0.98
スペクトルの大きさ（dB）

吐出量 (m3/s)

1.1

0.9
0.8
0.7
0.6
正常

図-3

0

異常
(ウェイト)

異常(切断)

吐出量の計測結果(

電源周波数成分(

)

)

(

-60
-80
-100

30

35

40

50
55
周波数（Hz）

60

電源周波数成分(

0
-20

45

65

70

異常(ウェイト)

20

(

)
(

)

)

-40
-60
-80
-100

30

35

40

50
55
周波数（Hz）

60

電源周波数成分(

0
-20

45

65

70

異常(切断)

20

(

)
(

)

)

-40
-60
-80
-100

30

35

図-5

- 94 -

)

-40

計測状況
スペクトルの大きさ（dB）

写真-3

正常

20
-20

着目したスペクトル

40

45

50
55
周波数（Hz）

60

スペクトル解析結果

6570

スペクトルの大きさ（dB）

Lshaft の大きさの時間推移を図-6 示す。横軸は時次に，Lshaft が現れた周波数から，図-4 に基づき間，縦軸は大きさである。なお，Lshaft は電源周波数 実回転数を推定した。推定のための算定式を式(1)の両端に現れており，図は低周波数側のものであ に示す。
るが，高周波数側も同様の傾向を示している。
Lshaft の大きさは，正常時は約-53dB 付近で比較的
𝑁 = 𝑓−𝑓× 60････(1)
安定したが，異常時は約-60dB～-40dB となり，大きさにばらつきが生じ不安定となった。
Lshaft の大きさのばらつき度合いを確認するため， ここで， N ：実回転数 (rpm)
f ：電源周波数 (Hz)
標準偏差を確認した（図-7）。標準偏差は，正常時
fLshaft：Lshaft が現れた電源周波数 (Hz)に比べ異常時は上昇しており，異常によりばらつ
きが大きくなったことがわかった。
Lshaft の大きさは，ばらつきが大きいと平均値で式(1)により算出した実回転数（以下「推定実回は変動を捉えられないことから，最大値を確認し 転数」という）を図-9 に示す。推定実回転数は，た（図-8）。最大値は，正常時に比べ異常時は上昇 正常時に比べ異常時には若干低下した。これは，羽しており，これは，羽根車の異常によりポンプ主軸 根車の異常が正常な回転を阻害したためと考えられる。
に生じた異常負荷が原因と考えられる。
また，電流波形とあわせて計測した電流値を確-30
認したところ，正常時に比べ異常時には若干上昇したことがわかった（図-10）。これは，羽根車の異-40常により，ポンプ電動機の負荷が増大したためと-50考えられる。
-60
以上より，羽根車の異常により，Lshaft の標準偏正常差，Lshaft の最大値，推定実回転数及び電流値に影-70
異常（ウェイト）
異常（切断）
響が現れることがわかった。
-80

0

30

図-6

60
90
運転時間（min）

120

Lshaft の大きさ（低周波数側）

4

760

標準偏差

回転数 (rpm)

2.93

3

3.02

2
1.04
1
0

750

746.3
742.5

745
740

735.0

735
正常

図-7

異常
(ｳｴｲﾄ)

730

異常
(切断)

Lshaft の標準偏差

正常

異常(ｳｴｲﾄ)

図-9

-35

異常
(切断)

推定実回転数70-41.10-4068
電流値 (A)

スペクトルの大きさ(dB)755-44.91-45-49.16
-50

66

66.23

66.19

異常
(ｳｴｲﾄ)

異常
(切断)

64.11

64
62
60

-55
正常

図-8

異常
(ｳｴｲﾄ)

異常(切断)

Lshaft の最大値

正常

図-10

- 95 -

電流値

3.3 振動加速度
振動加速度計の計測結果を図-11 に示す。使用した加速度計は，3 軸加速度計である（写真-4）。
計測結果からは，羽根車の異常による大きな変化はみられなかった。
しかし，振動加速度を周波数分析したところ，羽根車の状態により異なる特徴が現れることがわかった（図-12）。

加速度 (m/s2)

10
8
6
4
2
0
X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z
正常

異常(ｳｴｲﾄ)

異常
(切断)

正常

側面

図-11

加速度（m/s2）

基礎部

振動加速度計の計測軸
正常

0.01

実回転数×5(羽根枚数)

0.008
0.006
0.004

表-1

0.002
0

0

10

20

30

40

50

周波数（Hz）

60

70

80

𝐿

0.06

標準偏差

(低周波数側) 最大値

0.04

𝐿

0.02
0

10

20

0.01

30

40

50

60

70

80

電流値

異常（切断）

推定実回転数

0.004
0.002
10

図-12

20

30

40

50

周波数（Hz）

↗
↗
↗
↗
↗
↘

↗
↗
↗
↗
↗
↘

↗
↗
↗
↗
↘

↗
↗
↗
↗
↘

振動加速度

0.006

0

標準偏差

(高周波数側) 最大値

周波数（Hz）

実回転数×n(整数倍)

0.008

0

羽根車の状態異常
異常(ｳｴｲﾄ)
(切断)

項目
電流波形

実回転数

0.08

0

各解析データの変動傾向

異常 （ウエイト）

0.1

加速度（m/s2）

異常(切断)

振動加速度の計測結果(peak-to-peak 値)

写真-4

加速度（m/s2）

異常(ｳｴｲﾄ)

まず，正常時は，実回転数と羽根枚数の積のスペクトルが上昇した。これは，羽根車の各羽根に均等に負荷がかかったためと考えられる。
次に，異常（ウエイト）では，実回転数のスペク
トルが上昇した。これは，ウエイトが付いた羽根が回転するタイミングで大きな振れ回りが発生したためと考えられる。
最後に，異常（切断）では，実回転数の等倍成分のスペクトルが上昇した。これは，羽根車のバランスが崩れたことで各羽根にかかる負荷が不均等となったためと考えられる。
以上より，羽根車の状態によって振動加速度に大きな違いはみられなかったが，振動加速度の周波数分析結果には違いが現れることがわかった。
3.4 データの変動傾向の分析試験により得られた各解析データについて，羽根車の異常に伴う変動傾向を分析した。
正常時をベースに，各解析データの変動傾向を整理したものを表-1 に示す。変動傾向は上昇，低下の 2 項目に分類し，上昇は赤着色，低下は青着色とした。なお，振動加速度を周波数分析して得られたスペクトルの大きさ（以下「振動周波数成分」という）は，実回転数成分及びその 2 倍，3 倍，4倍，5 倍成分を抽出した。
変動傾向は，異常（ウエイト）と異常（切断）で同じ傾向となった。この変動傾向を定量的に分析するため，ロジスティック回帰分析による分析を行った。ロジスティック回帰分析は，主に二項分類に用いられるアルゴリズムであり，出力される係数を確認することで項目毎の影響の大きさを確認することができる。

60

70

80

振動周波数

実回転数

成分

実回転数×2実回転数×3実回転数×4実回転数×5振動加速度の周波数分析結果（アベレージングによりノイズ処理済み）- 96 -

ロジスティック回帰分析により求める係数は，
式(2)による。

𝜃 𝑥=

𝜃𝑥

なお，各入力項目については，スケールを統一するため，式(3)による標準化を行った。
𝑥 =････(2)････(3)

ここで， x：入力データ

ここで， θ ：係数𝑥：標準化した x

x ：入力項目𝑥：x の最小値

n ：入力項目数𝑥：x の最大値

入力項目は表-1 と同じ 11 項目とし，入力項目と係数は表-2 のとおり対応している。
まず，正常時をベースとし，羽根車異常時の係数を算出した（図-13）。
表-2
i
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

𝑥−𝑥
𝑥
−𝑥

入力項目と係数

入力項目: 1（定数）: Lshaft (低周波数側) 標準偏差: Lshaft (低周波数側) 最大値: Lshaft (高周波数側) 標準偏差: Lshaft (高周波数側) 最大値: 電流値: 推定実回転数: 実回転数成分: 実回転数×2 倍成分: 実回転数×3 倍成分: 実回転数×4 倍成分: 実回転数×5 倍成分

𝑥
𝑥
𝑥
𝑥
𝑥
𝑥
𝑥
𝑥
𝑥
𝑥
𝑥
𝑥

係数
𝜃
𝜃
𝜃
𝜃
𝜃
𝜃
𝜃
𝜃
𝜃
𝜃
𝜃
𝜃

図-13 より，係数の大きさは表-1 と同じ傾向となることを確認した。また，係数の絶対値が大きいほど，式(2)の計算結果へ与える影響が大きいこと
から，影響が最も大きい項目は θ6 の推定実回転数
であることがわかった。
次に，羽根車の異常毎の違いを確認するため，異常（ウエイト）をベースとし，異常（切断）の係数を算出した（図-14）。その結果，θ7 の実回転数成分の影響が最も大きく，θ6 の推定実回転数，θ9 の実
回転数の 3 倍成分及び θ11 の実回転数の 5 倍成分の影響が大きいことがわかった。θ7，θ9 及び θ11 は振動加速度の周波数成分であることから，異常毎の違いを確認するためには，振動加速度の分析が有用であると考えられる。

.
58異常（ウェイト）

4

異常（切断）

異常（切断）

634係数の大きさ

係数の大きさ

2
1
0
-1

2
0
-2

-2
-4

-3

-6

-4
-5

wθ0c wθ1c wθ2c wθ3c wθ4c wθ5c wθ6c wθ7c wθ8c wθ9c wθ10c wθ11c
標
準
偏
差

最
大
値

Lshaft

標
準
偏
差

最
大
値

電
流
値

推
定
実
回
転
数

実
回
転
数

実
回
転
数
×
2

実
回
転
数
×
3

実
回
転
数
×
4

-8

実
回
転
数
×
5

Lshaft

図-13

θc1

θc2

θc3

θc4

θc5

θc6

θc7

θc8

θc9

θc10 θc11

標
準
偏
差

最
大
値

標
準
偏
差

最
大
値

電
流
値

推
定
実
回
転
数

実
回
転
数

実
回
転
数
×
2

実
回
転
数
×
3

実
回
転
数
×
4

Lshaft低周波数側 高周波数側

電流波形

θc0

実
回
転
数
×
5

Lshaft低周波数側 高周波数側

振動加速度
周波数成分

電流波形

ロジスティック回帰分析による係数の算出結果

図-14

ロジスティック回帰分析による係数の算出結果（異常（ウエイト）ベース）（正常時ベース）- 97 -

振動加速度
周波数成分

３．まとめコラム形水中ポンプの稼働状態を的確に把握できる技術を提案するため，コラム形水中ポンプの羽根車に模擬的な異常を発生させ，計測試験を実施した。得られた知見を以下に示す。
(1)MCSAに基づき電流波形を分析した結果，羽根車の異常により，Lshaftの標準偏差，Lshaftの最大値，
推定実回転数及び電流値に影響が現れることがわ
かった。
(2)振動加速度の計測結果，羽根車の異常による大きな変化はみられなかった。しかし，振動加速度を
周波数分析した結果，羽根車の状態により異なる特徴が現れることがわかった。
(3)各解析データについて，ロジスティック回帰分
析により変動傾向を分析した。その結果，正常時をベースに異常（ウエイト）及び異常（切断）を分析した結果，影響が最も大きい項目は推定実回転数
であることがわかった。また，異常（ウエイト）をベースに異常（切断）を分析した結果から，異常毎の違いを確認するためには，振動加速度の分析が有用であると考えられる。
今後は，軸受異常について検証を実施する予定であるほか，AI 技術を活用した劣化部位の推定技
術について検討を行う。
謝辞：MCSA に関してご協力いただいた株式会社
高田工業所 劉信芳氏に感謝する。
参考文献
1) 小林勇一・永長哲也：誘導電動機電流徴候解析による救急排水機場ポンプの状態監視手法について，令和3年度
建設施工と建設機械シンポジウム論文集・梗概集，pp.117～122,2022
2) 小林勇一・平地一典：誘導電動機電流徴候解析によるコ
ラム形水中ポンプの状態監視に向けた計測試験，日本設備管理学会誌，Vol.32，No.3，pp.55～64,20203) 豊田利夫：電流徴候解析MCSAによる電動機駆動回転機の診断技術，高田技報，Vol.20，pp.3-5, 20104) 豊田利夫：電機設備診断の進め方，日本プラントメンテ
ナンス協会，pp.130-145, 1993.12
5) 劉信芳：誘導電動機の電流信号による回転機械系の監視
診断，第15回評価・診断に関するシンポジウム講演論文集，pp.72-75, 2016.12- 98 -

24．排水機場におけるメンテナンス省力化
トランスフォーメーション
立軸斜流からコラム形水中ポンプへ

国土交通省

北海道開発局(株)荏原製作所

１．はじめに地域の人命・財産を守る治水施設である排水機場の機械設備は，近年地球温暖化の影響等による気候変動，環境変化への対応が求められ，経年劣化への対応，信頼性向上とともに維持管理の省力化も課題となっている。
これらの対策のうちの一つとして無水化が進められているが，その中でも既存施設の形態，条件等により様々な無水化の方法が存在する。そこで更新時期を迎えている赤平排水機場において，コスト縮減・メンテナンス性向上も実現するためにポンプ型式を変更するという，新たな方法の検討を行うこととした。

○石川 真大久保 恭伸
梶本 哲弘

なったときには，冷却水の確保，機器系統への充填のため 2，3 日を要することとなる。そこで一次冷却水に不凍液を用い，一般的な自動車と同じ方式であるラジエーターで，一次冷却水を冷却するラ
ジエーター式のエンジンとすることが主原動機の無水化である。写真-1 に無水化前と無水化後の主原動機を示す。上が無水化前，下が無水化後のラジエーター式主原動機である。

２．排水機場の無水化とその種類
排水機場の無水化とは，冬期間においても排水機場を迅速に稼働することを考慮し，これまで行われていた水抜きなどの凍結予防処置の必要が無
い機械設備に更新することで，様々な方法が存在するが，代表的な次の 5 つの内容を簡潔に紹介する。
2.1 主原動機の無水化
主ポンプを駆動するための主原動機は，エンジン，モーター等があるが，エンジンの場合，通常，発熱するエンジン本体を冷やす冷却水（以下一次冷却水と呼ぶ）を循環させている。一冷却水は循環する中でエンジンの熱を吸収し高温となるため，これを冷却する必要がある。そこで別な系統からの冷却水（以下，二次冷却水）と熱交換させること
で，冷やされた一次冷却水がまたエンジンに循環していく仕組みとなっている（代表的な冷却方式）。
この仕組みにおいては，一次冷却水に精水を使用し，二次冷却水に河川水を使用することが多い。
そのため冬期間前には低温時の凍結膨張による機器破損を防ぐために，水抜き作業が必要となると同時に，冬期間に排水ポンプの稼働が急遽必要に
写真-1- 99 -

主原動機無水化前(上)後(下)2.2 減速機の無水化
主原動機からの回転を主ポンプインペラ（羽根車）に伝えるには回転数の違いから歯車を用いた減速機を設ける必要がある。歯車にはとても大きな力が加わるため稼働中には熱が発生する。これを冷却するために，冷却水を循環させているのが水冷式減速機である。ただし，水を使うため，前項同様に冬期の水抜きが必要であり，これを歯車軸に直結したファンにより，空冷する方式に変更す
るのが減速機の無水化である。写真-2 に無水化前
後の減速機を示す。上が無水化前の横軸遊星歯車
減速機で，冷却水を循環させ冷却している。下が横軸平行歯車減速機で白丸部分が歯車軸直結ファン
である。

写真-2

減速機の無水化前(上)後(下)2.3 主ポンプの軸封部の無水化
主ポンプインペラを駆動する軸は，ポンプケー
スを貫通し原動機から動力を伝えるが，貫通部分の空気吸い込みを防ぐのと冷却のため，注水タイ
プのシーリングが多く使われてきた。これを無注水式の軸受けに変更することで，メンテナンスフ
リーと長寿命化を狙ったのが軸封部の無水化である。
無注水式なので冬期の水抜きが不要，また稼働中における信頼性も向上する。図-1 に軸封部のシール方式についてイメージを示す。左側がパッキンを用いた注水タイプのシーリング，右側がメカ

ニカルシールと呼ばれるメンテナンスフリーのシーリングで，無注水式でありポンプ軸に装着され一緒に回転する回転環と固定環とのシール面で水密を行うため，ポンプ軸の摩耗を防ぐことができる。

図-1

軸封部のシーリング方式

2.4 真空ポンプの無水化
主ポンプを駆動するためには，ポンプケース中のインペラが水で満たされている必要があるが，横軸ポンプの場合，排水運転水位でもインペラが水に満たされることはないのが通常であるため，
ポンプケース内の空気を抜き取り，水を満たすた
めに真空ポンプを使用する。排水機場の真空ポン
プには大きく分けてポンプケース内部の水と遠心力を利用して吸気排気するものと，ポンプケース
内に二つ組み込まれた，まゆ型断面のロータを回転させることで吸気排気を行うものがあり，後者は真空ポンプ内に水がないことから乾式と呼ばれ，凍結予防のための水抜きが不要である。
2.5 関連機器及び制御系統の適正化
前項までの各無水化に関連し，操作盤，制御系統，
関連機器を更新することが必要となるが，これに伴い制御方式の見直し，操作機器のメンテナンス
性，操作性の改善，将来的なアフターサービスにも配慮して適正化を行うことも，無水化に付随する内容の一つである。
今回，これら 5 つの従来からの無水化に加えて，救急排水場で使用されているコラム形水中ポンプへの変更も新しく検討要素の一つとした。コラム
形水中ポンプの一般図を図-2 に，救急排水場に設置されている状況を写真-3 示す。

- 100 -

図-2

コラムパイプ(左)とコラム形水中ポンプ(右)写真-3

吐出管とコラムパイプ(上) コラム形水中ポンプ
挿入設置状況(下)コラム形水中ポンプは，あらかじめ設置された鋼管製のコラムパイプ内部に挿入し設置するタイ
プの水中ポンプで，自家用発電機から供給される電力で駆動するため，補機類が少なく，水抜きも必要がなくなることから無水化と位置づけることができる。
３．検討対象施設について検討対象施設は，更新時期を迎えた空知川河川事務所管内の赤平排水機場である。赤平排水機場
は赤平市の中心に近い場所に位置し，立軸斜流ポ
ンプ 2 台を有している。主要諸元について表-1 に，機場状況を写真-4 に示す。
表-1

赤平排水機場主要諸元

設備名称
完成年度

主ポンプ

減速機

主原動機

型式
口径(㎜)×台数
1台当り吐出量(m3/s)
全揚程(m)
型式
台数
型式
出力
冷却方式
使用燃料
台数

真空ポンプ
天井クレンーン

型式
吊荷重

赤平排水機場
昭和59年
立軸斜流
800×2
1.5
4.4
直交軸歯車
2
ディーゼル
140ps
水冷(二次冷却)
A重油
2
手動
8t

写真-4

赤平排水機場全景(上)と機械設備(下)既存赤平排水機場の特徴は，立軸斜流ポンプで排水作業を行う水位では，インペラが水面下にあるため，水を引き込むための真空ポンプが存在しないことである。そのため，先に示した無水化の項目の一つ，真空ポンプについては不要である。また，立軸のポンプであることから，コラム形水中ポン
プの設置方向とも合致し，吐出量についても 1.5ｍ
3/s と大きくないことから構造物などに大きな変更を加えなくてもコラム形水中ポンプへ変更できることが挙げられる。
４．既存排水機場のコラム形水中ポンプ化
1 章で触れたとおり，排水機場の機械設備更新に当たっては無水化を進めるとともに，コスト縮減も視野に入れる必要がある。経済比較においては，更新設置時のイニシャルコスト，設置後の管理，メンテナンスなどにかかるランニングコストを考慮するが，イニシャルコストを把握するためには，まず既存排水機場からコラム形水中ポンプへの変更の際に生じる課題を解決する必要がある。
通常の無水化に比べて，ポンプ型式の変更は大規模な改造を伴うことが多いが，赤平排水機場でコラム形水中ポンプに型式変更する場合において課題となる点は次の 4 つが考えられた。

- 101 -

撤去し，そこからクレーン装置の撤去，設置作業と4.1 ポンプ取付床開口部の拡幅
既存の主ポンプの揚程は 4.4m で，コラム形水中 なるため，仮設費を含めた施工費だけで経済比較
ポンプの揚程は低くても 6m である。機場の吐出 するまでもなくコストがかかりすぎることは明ら
管や吐水槽などの施設は，既存の揚程をもとに設 かであった。これより各ポンプメーカーの製品に計されており，コラム形水中ポンプの揚程を下げ ついて，重量を調査したところ，8.0t以下の条件をるために，インペラの回転数を下げる必要があっ 満足するものがあり，既存の天井クレーンがそのた。その方法は減速機を搭載する，もしくはモー まま使用可能であることを確認した。また，あわせター（電動機）の極数を増やすことが考えられる て吊り上げ高さを確保できるかも確認するため，
が，どちらの場合もポンプ径が大きくなり，既存 ポンプ本体の全高も調べ，吊り上げ，移動，ポンプの開口部を拡幅しなければならないことがわかっ 室設置の一連動作が同天井クレーンで行えることた。
を確認した。
そこで，拡幅した際の床構造への影響を確認したところ，直径 1.85m までは構造上の大きな変更 ５．無水化更新の経済比較とメリット比較
を加えなくても対応可能であり，コラム形水中ポ
無水化更新の経済比較は，従来から行われていンプの直径 0.8m のタイプが使用可能であること る，ポンプ型式を変更しないで主原動機や補機類が確認された。
を更新する代表的な無水化と，ポンプ型式をコラ
4.2 床荷重の増加
ム形水中ポンプに変更し，関連する機器まで全て床にかかる荷重は，既存の立軸ポンプでは減速 更新する無水化の二つで行った。前者については，機，ポンプ本体，ポンプ本体に貯まる水の合計重量 赤平排水機場既存施設の構成から2章で説明したであり，変更後のコラム形水中ポンプでは，コラム 主原動機の無水化，減速機の無水化，関連機器及びポンプ本体，コラムパイプ，コラムパイプに貯まる 制御系統の適正化，後者については，コラム形水中
水の合計重量となる。両者を比較すると，モーター ポンプへの変更，自家用発電機の更新，関連機器及分の重さやポンプの直径が大きくなることから， び制御系統の適正化がイニシャルコスト比較項目
後者のコラム形水中ポンプの方が重くなる。そこ である。結果を表-2に示す。
で増加した重量で床の強度に問題がないか構造照査を行ったところ，許容範囲に収まることを確認
表-2 経済比較 (単位：百万円)
した。なお，増加する重量を計算するときは各ポン
従来方式でのコラム形
プメーカー製品の中での最重量荷重を用いている。
無水化
水中ポンプ化
主原動機無水化
164.8
4.3 自家用発電機の設置場所
モーター駆動に大きな電力を必要とするコラム
減速機無水化
47.2
イニシャル
形水中ポンプの場合は，既存の自家用発電機ではコラム形水中173.6
コスト
ポンプへの変更
容量が足りないため，大型の自家用発電機に更新
自家用発電機
191.4の更新する必要がある。また発電機は万一の故障なども関連機器及び制御系
4.8
48考慮し 2 台設置が基準で定められており，既存の統の適正化
定期整備費・更新費
771.6
707.6
発電機室には収まりきらないことは明らかであっランニングた。そのため，ポンプ室内に 1 台を設置した場合，
コスト
点検費
100
37
(50年)
他の機器，設備に影響を及ぼさないか，クレーン
修繕費
34.7
2.4
作業に支障がないか，後述する 3D モデルを活用
トータルコスト
1123.11160
し配置を検討したところ，通路スペースが若干狭くはなるものの，設置可能であることを確認し，発電機室に 1 台，ポンプ室に 1 台と分けて設置す
表-3 メリット・デメリット比較
ることとした。
従来方式でのコラム形
無水化
水中ポンプ化
4.4 機場内天井クレーンの能力
点検項目数の削減
×○
非出水期である冬期間は，コラム形水中ポンプ
容易な操作手順△○をクレーンでコラムパイプから抜き出し，ポンプポンプ故障時の早期
メリット
×
○
復旧対応
室に保管する。当機場の天井クレーンは，既設の立原動機の現地での○×軸ポンプを吊り上げるため，8.0tの吊り荷重能力
小分解整備
冬期に係るポンプを有しており，変更後のコラム形水中ポンプも○×撤去設置
8.0t以下が条件であった。仮に8.0t以上のポンプ
デメリット
油脂類の補給・取替
×○を吊り上げようとすると，既設天井クレーンを変
稼働中の不具合頻度○△
更する必要が生じ，そのために機場の天井を一旦- 102 -

また運用，管理面におけるメリット・デメリット
比較を表-3に示す。
トータルコストでは設置時における機器費用の高さからコラム形水中ポンプ化の方がコスト高となったが，運用管理面の比較ではコラム形水中ポ
ンプ化により構成部品が少数化されることで，点検項目数の削減や操作性の面で優位性が得られる結果となった。表-2の経済比較におけるランニン
グコストの点検費や修繕費でコラム形水中ポンプ化が低く抑えられているのは，まさにメンテナン
スや管理面で手間がかからないことを示しており，
写真-7 3D モデルによる機器配置検討
昨今，排水機場だけでなく各河川施設を管理する(ポンプ吊り上げイメージ)
現場においても人員不足，高齢化が進んでいること考えると，省力化，メンテナンス性の向上は重要な要素である。
施工上においては，従来，既設吐出管との取り合
また，コラム形水中ポンプの利点として予備の いを決める際，現合配管という仮組の管で現地にコラムポンプを準備することで，故障時にポンプ て寸法合わせを行い，一度工場に戻してから本組を入れ替えて早期復旧を図ることができる。これ 立を行っていたが，3Dスキャナで既設管の位置寸により，冗長性の確保も可能となる。
法を計測し，そのデータから3Dモデル，製作図作
よって，本赤平排水機場の無水化では，これらの 成，本組立を行うことで，現地での現合配管の作業メリットが受けられるコラム形水中ポンプ化を採 を省くことが可能となった。これにより，約1ヵ月
用し，機械設備更新工事を実施することとした。
の製作期間短縮，20人ほどの省人化が可能となり，限られた工期の中で生産性が向上した。写真-8に
６．3D モデル等を活用した施工管理
既設吐出管3D計測状況，そこから作成した3Dモデ
本工事は，受注者の提案により将来的にBIM･ ルを示す。
CIMに繋がる取組を実施している。現地詳細調査時において建屋内外を3Dスキャナで計測し，3Dモ
デルを作成することによって，更新後の各機械設
備，機器の配置検討を行う際に取り回し，必要スペース等を視覚的に把握しやすくした。
この3Dモデルを用いて受発注者間だけでなく，関係機関に対しても工事概要を説明することで，説明時間の短縮，理解度の向上を図ることができ，関係先においても好評であった。写真-6,7に3Dモデルによる機器配置検討画面（排気消音器，ポンプ
吊り上げイメージ）を示す。

写真-6

3D モデルによる機器配置検討(排気消音器)

写真-8

既設吐出管 3D レーザースキャナ計測状況(上)と 3D モデル(下)- 103 -

さらに打合せ等においては，段階確認時に工事 プからコラム形水中ポンプへの大転換が実施可能
現場で遠隔通信機器を準備して頂くことによって， であることが確認され，従来の無水化との経済比
現地と職場事務室もしくはテレワーク中の自宅と 較やメリット・デメリット比較を行い，管理運用面の間で，20回以上の遠隔臨場を実施した。遠隔臨場 における人員不足や高齢化などの課題に対して，
では回線状況や電波状況により，音声映像が乱れ 総合的に優位性が示された。なお，他の既存排水機ることや現場での作業音を拾ってしまうなどの課 場のコラム形水中ポンプ化での無水化については，
題はあるものの，寸法確認時のスケールの目盛り， 排水能力，排水ポンプ型式，機場の設備，運用条件
施工状況を視認するには十分であり，天候状況等 などにより判断が違ってくると考えられるが，今で現地まで赴くことができない場合にも有効な手 回の赤平排水機場での検討項目や過程を参考に判段であると考える。写真-9に遠隔臨場の画面，現地 断することができると思慮する。
最後に本工事の施工については3Dモデルの利用，で使用している遠隔機器を示す。
本工事内容は，ポンプ型式の変更を伴うことか 遠隔臨場を活用することで，ポンプ型式の大転換
ら現地の詳細調査も重要で工程や管理項目も増え という難易度の高い施工内容を効率的かつ確実にており，とくに機器の配置場所，配管の取り回しに 進めることができ，工期内で無事完了することがついては事前の検討業務成果ではわからない部分 できた。本排水機場は，本年8月中旬の前線によるも多々あったが，3Dモデルの利用と遠隔臨場を活 大雨の際に更新後初となる実稼働運転を行い，本用することにより，工程の変更にも臨機に対応で 来の排水能力を十分に発揮することを確認した。
今後は今回のような実稼働運転状況および日頃き効率的に施工を進めることができた。
の維持管理状況の把握を行い，長期的なメンテナ
ンス費用についても明らかにしていくことで，排水機場の機能を確実に果たしつつ，維持管理の効率化を進める手法にも役立て、関係者の負担軽減に貢献していきたいと考える。
謝辞：本論文執筆にあたり，資料提供および現場施工での調整，各種手続きに御協力頂いた空知川河川事務所，並びに赤平市関係各位に深く感謝申し
上げます。

写真-9

遠隔臨場画面(上：工事情報共有システム)と遠隔機器(下：タブレット，ルーター，マイク)

７．まとめ
更新時期を迎えた排水機場の機械設備において，冬期対策，コスト縮減，メンテナンス性向上の観点で，従来の無水化手法から新たな手法の検討を行った。対象施設の赤平排水機場では，立軸斜流ポン- 104 -

25．マスプロダクツ型排水ポンプの取組と今後の展望について

国土交通省 総合政策局 公共事業企画調整課○日出山 慎人
黒田 浩章

2.1 試験装置の計画仕様
１．はじめに河川ポンプ設備は昭和 50 年代をピークに高度経実証試験に用いたマスプロダクツ型排水ポンプ
済成長期に整備されたものが多く，今後は整備後 について，ポンプの計画仕様を表-1，エンジンの計
50 年以上経過した施設の急増が見込まれている。 画仕様を表-2 に示す。
また，河川機械設備は複数の装置が連動して機能を発揮していることから，部品交換等による長寿表-1 ポンプ計画仕様
項目
横軸斜流ポンプ①
横軸斜流ポンプ②
命化にも限界があるため，全国で老朽化した施設
形式
横軸斜流
横軸斜流
が一斉に更新を迎える「大更新時代」の到来が懸念
吸込方向
横方向
横方向
されている。さらに，河川ポンプ設備は特注・受注
計画吐出量
1m3/s
1m3/s
生産であるため，扱える技術者が限定されるとと
計画全揚程
6m
6m
もに，故障等に伴う部品供給に時間を要すること
600mm
口径
700mm
(吸込口は 700mm)
から，メンテナンス性の確保もまた課題となって軸動力ポンプ計画点 83kW
ポンプ計画点 70kWいる。
回転方向(注１)
右回り
右回り
これらを踏まえ，国土交通省では「マスプロダク
定格回転数(注２)448min-1
445min-1
ツ型排水ポンプ」の開発に着手した。マスプロダク
質量約 1.6t
約 2.3tツ型排水ポンプでは，これまで特注・受注生産であ 注１：回転方向は，取合いカップリング側から見た方向を示す。
ったポンプ駆動用エンジンを量産品の車両用エン 注２：ただし減速比の計算においては，回転数を 446 (min-1)とする。
ジンに置き換えることにより，エンジンが故障した際にも迅速な復旧が可能となることを目指して 2.2 試験パターンいる。
表-1 に示すポンプと表-2 に示すディーゼルエン
マスプロダクツ型排水ポンプの普及拡大に向け， ジンを減速機により接続し，連続運転を行った。実令和 3 年度は国立研究開発法人土木研究所（以下， 証試験では，ポンプ 2 台を常設として場所を固定「土木研究所」という。
）で実証試験を行い，令和 し，ディーゼルエンジン 2 台を着脱式として各ポ
4 年度からは実現場での現場検証に着手した。本稿 ンプへ順次換装することにより，機器の組合せをでは，これら実証試験及び現場検証の取組状況と 変更可能とした。本実証試験では，以下に示す計 5
今後の展望について報告する。
通りの試験パターンを検証した。
・試験パターンⅠ：
２．土木研究所での実証試験
横軸斜流ポンプ①とディーゼルエンジン①
本章では，令和 3 年度に土木研究所で実施した・試験パターンⅡ：
マスプロダクツ型排水ポンプ実証試験について報
横軸斜流ポンプ②とディーゼルエンジン②
告する。
表-2
項目
使用燃料
最高（定格）出力最大（定格）トルク
質量
回転方向(注１)
回転数(注２)ディーゼルエンジン計画仕様

ディーゼルエンジン①
軽油
130kW
450N・m230kg
左回り
2,200～3,400min-1

ディーゼルエンジン②
軽油
107kW
380N・m180kg
左回り2,750～3,500min-1

注１：回転方向は，取合いカップリング側から見た方向を示す。
注２：ただし減速比の計算においては，回転数を①3,400，②3,400，③1,900 (min-1)とする。

- 105 -

ディーゼルエンジン③
軽油
125kW
520N・m350kg
左回り
1,900～2,500min-1

写真-1

実証試験の実施状況
写真-2

計測箇所（ディーゼルエンジン①の場合）

写真-3
図-1

試験装置の全体図面

・試験パターンⅢ：
横軸斜流ポンプ①とディーゼルエンジン②・試験パターンⅣ：
横軸斜流ポンプ②とディーゼルエンジン①
・試験パターンⅤ：
横軸斜流ポンプ①とディーゼルエンジン③
2.3 試験方法
実証試験は土木研究所構内の試験水槽を用いて実施した（写真-1）。試験装置を図-1 のとおり配置の上，以下のとおり試験を行い，状態観察及び計測を実施した（写真-2 及び写真-3）。
(1) 始動試験
以下の手順でポンプを始動し，クラッチ接続時にエンジンストールがなく，エンジン及びポンプが所定の回転速度になるまで異常なく運転できることを確認した。さらに，ポンプ回転速度及び振動を計測した。
① エンジン始動
・クラッチ断の状態でエンジンを始動。
・エンジンアイドリング回転速度で運転。
② ポンプ始動
・エンジンアイドリング状態から増速し，クラッ

計測箇所（横軸斜流ポンプ①の場合）

チを接続。
③ 定格回転速度運転
・吐出し弁全閉の状態のまま定格回転速度に増速。
(2) 負荷変動試験
吐出し弁操作によりポンプの運転点を計画揚程
運転及び吐出し弁全開運転に変え，エンジンの負荷変動による回転速度の大幅な変化が発生しないこと，定格点（計画点）での運転においてポンプにキャビテーション発生の兆候がないこと等を確認した。
(3) 連続運転試験
吐出し弁操作によりポンプの運転点を計画揚程として一定負荷条件のもとで 2 時間の連続運転を行い，ポンプ及びエンジンに異常音，異常振動が起きないことを確認した。さらに，エンジン冷却水温度を計測し，連続運転時の温度上昇を確認した。なお，試験では車両用エンジンを走行風の無い状態で運転するため，冷却不足により運転可能温度以上となる場合は，別置きの送風機によりラジエー
タに送風した。
2.4 試験結果(1) 始動試験結果
試験対象のすべてのポンプ，エンジン，動力伝達装置の組合せにおいて問題なく始動可能である- 106 -

ことが確認された。また，今回の 5 通りの試験パ
ターンではクラッチ接続時に異常事象の発生は確認されず，2 秒でクラッチのかん合が可能であった（図-2）。

図-2

連続計測記録データ(2) 負荷変動試験
試験対象のすべてのポンプ，エンジン，動力伝達装置の組合せにおいて，負荷状態を変えてもポン
プ性能を発揮できる回転速度に制御できることが確認された。また，キャビテーション等の有害な事
象発生の兆候は確認されなかった。
(3) 連続運転試験
2 時間にわたる連続運転を行った結果，ポンプ及びエンジンに異常音，異常振動は確認されなかった。騒音レベルは 90dB 程度となり，既存施設で用いられる陸用ディーゼルエンジンと同等以下であることが確認された。なお，試験装置からの騒音による周囲環境への影響については，当初想定レベ
ル以下であった。また，エンジン冷却水温度の計測
結果から異常上昇等の傾向はみられず，連続運転
でのヒートバランスが確認された。
（図-3）。

図-3

連続運転試験時のエンジン冷却水温度変化（試験パターンⅢ）

2.5 課題整理開発目的に適ったマスプロダクツ型排水ポンプ設備を実現するために，本実証試験から得られた
主な課題について述べる。

(1) 共通ベースの一体化
今回の実証試験では共通ベースが一体化されたものと分割されたものが存在し，分割されたもの
ではポンプ，エンジン，減速機の個々の機器が独立したベースであった。そのため，それぞれのベースを据付基準線に合わせ，水平に設置するための据付精度が要求され，据付・調整に時間を要した。
これを踏まえ，今後はポンプ，エンジン及び減速機の共通ベースを一体化したものとして，設計条
件や寸法を統一し標準設計とすることにより，据付の効率化を図ることが必要であるただし，共通
ベースの設計・製作に関しては十分な検討が必要である。
(2) エンジンのパッケージ化
今回の実証試験では，主原動機の構成機器であるラジエータ，燃料ポンプ，排気装置等は艤装装置として別途，艤装メーカーにより設計・製作された部分があった。
これを踏まえ，今後はエンジンをパッケージ化
することで，故障時の復旧作業の効率化を検討する必要がある(3) 技術基準の作成
今回の実証試験では技術基準による規定がなく，各社独自の技術等基準で設計・製作されており，技術水準が統一されていなかった。
そこで，今後マスプロダクツ型排水ポンプ設備に係る技術基準を作成することで，当該設備が備えるべき機能等の技術的水準を明確にする必要がある。
３．実現場での現場実証
本章では，実現場におけるマスプロダクツ型排水ポンプの現場検証の取組状況について報告する。
3.1 現場実証の目的
２．で述べた実証試験では，マスプロダクツ型排水ポンプの実用性が確認された。しかし，今後マス
プロダクツ型排水ポンプを実現場へ導入・普及拡大させるためには，実使用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，国土交通省はこれらの検証を目的とし，実現場における現場実証に着手した。
3.2 現場実証箇所の選定
まずは現場実証を実施する箇所を決定するため，
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し，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（図-3）1)。
公募の結果，10 市町 13 か所からの応募があり，各自治体から提出された応募様式をもとに現場実証を実施する 6 市町を選定した（図-4）。

- 107 -

エンジンが故障した際に現場で効率的かつ安全に交換するための検証に向け，エンジンのパッケ
ージ化を行うものとした。
また，上記仕様から技術基準を作成するために必要なデータ計測については，突発的な大雨に伴う排水運転に備え，予め取付けた計測装置による自動計測により，データロガー等にデータを記録できるようにした。

図-3

河川機械設備革新的技術実証事業に関する公募（令和 3 年 12 月）

図-4

４．おわりに本取組はポンプ業界と自動車業界による全国で初めての異業種連携の試みであったにもかかわらず，令和3年度に実施した実証試験では全ての試験パターンにおいて総合的に判断基準を満たす結果となり，今後の治水対策手法としての可能性が示された。また，社会資本整備審議会河川分科会河川
機械設備小委員会の答申（令和4年7月）においても「特注・受注生産品の維持管理や更新時に発生する課題を解決するためには、単に、規格・仕様を統一するだけでなく、各サブシステムについてマス
プロダクツ化された製品を導入し、コストダウン、部品等のサプライチェーンの確保、技術者の確保を図ることを目指すべきである。例えば排水ポン
プの場合、小規模ポンプの駆動機関にマスプロダ
クツの車両用ディーゼルエンジンを導入すること
により、コストダウン・部品供給体制の確保・自動車整備工を活用するメンテナンス・小規模ポンプを複数台設置する小口分散化を図ることができる。
これにより、小規模な機能損失の可能性は高まる
が、システム全体に影響を及ぼすような機能損失に至る可能性はかなり小さくなり信頼性が向上する。」とされており2)，マスプロダクツ型排水ポン
プの活用による総合信頼性の向上等が期待されている。
マスプロダクツ型排水ポンプの導入に向けて，
国土交通省では引き続き検証に取り組む。

現場実証箇所に選定された 6 市町

参考文献
1)

3.3 現場実証開始に向けて選定された 6 市町での現場実証開始に向け，各現場に設置するマスプロダクツ型排水ポンプの計
画仕様を決定し，現在は現場実証開始に向けた準備を進めている。計画仕様は実証試験で用いたものと同等としたほか，2.4 で述べた課題等を踏まえ， 2)
以下のとおり必要な機器・機能の拡充を図った。
(1) 共通架台の追加
効率的な芯出しの検証に向け，鋼板製の共通架台を利用するものとした。共通架台には，試験機器 3)のうち主ポンプ，主原動機，動力伝達装置を設置す
4)る。
(2) エンジンのパッケージ化- 108 -

国土交通省, 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
現場実証～, 令和3年12月
https://www.mlit.go.jp/report/press/sogo15_hh_000306.ht
ml
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, 令和4年7月
https://www.mlit.go.jp/policy/shingikai/content/001493319.pdf

一般社団法人日本建設機械施工協会, 建設機械施工,
Vol.74, No.6, 令和4年6月
一般社団法人河川ポンプ施設技術協会, ぽんぷ,
No.68, 令和4年9月

26．水質を汚濁させない高揚程浚渫工法の開発
ダム取水口近傍で発電を止めることなく堆砂除去

㈱フジタ

土木本部

土木エンジニアリングセンター

機械部○稲見 悠太服部 哲也㈱河本組 河本 和雄- 109 -

真空吸引

スラリー移送本工法を開発した。
1.はじめにダム湖の水質を汚濁させずに水深 20 m 以上、陸上揚程 10m 以上の堆砂除去が可能な浚渫工法を開発した。本工法では、強力な真空発生装置と攪拌高濃度ポンプを併用することで湖底を乱さずに高揚程での連続的な堆砂除去を実現した。水質汚濁を発生させないという特長から、従来のダム浚渫工法とは異なり、ダムの発電運転を停止させることなく、取水口近傍で連続的に堆砂除去が可能である。また、河川の渇水期に限らず施工が可能なため、
図-1 貯水池等の概念図 1）
要求工期への適応性が高いなどの点で有用な工法である。これまでに 4 箇所のダムでの実証試験を 3.工法概要
通しその有効性を確認した。(写真-1)
3.1 工法の特長
本工法は、真空吸引による気流搬送と高濃度攪拌ポンプによるスラリー移送を併用し、ダム湖底の堆砂を回収するものである。一般的に真空吸引のみによる水の最大限界揚程は 10m である。これは、トリチェリの実験により知られている標準大気圧（1013.25 hPa≃10.33 tf/m^2）にバランスする水柱高が約 10ｍに相当するからであるが本工法
では、真空経路の途中に独自開発の中継ポンプユ
ニットを接続する事でこの限界を超えた 20m 以上の高揚程を実現した。また、オーガで掘削した堆砂
写真-1 ダム湖における試験施工
を真空吸引することで、掘削により生じた濁りを拡散させずに水質汚濁が発生しない堆砂除去も実現している(図-2)。
2.開発背景ダム堤体の寿命は、適切な設計、施工管理および真空のみ
本工法
維持管理がなされていれば半永久的ともいえるが、真空状態
ダムとしての機能を維持するには、堆砂への対応
真空状態
凡例
が重要である。会計検査院の平成 26 年度の調査によると、堆砂により、本来の治水機能を発揮できな
中継ポンプ
10m
い恐れのあるダムが全国で 100 カ所以上ある 1）。
ユニット
以上
全揚程
(下線は引用) (図-1)。上記の会計検査の調査の対10m が2 0 m 以上
限界
象外の国交省系以外のダムでも堆砂が利水利用の障害となっており、発電取水などの利水を止めずに取水口（取水設備）周辺の堆砂を除去する技術が望まれてきた。このようなニーズに対応するため
図-2 工法概要のイメージに水質汚濁を生じさせずに深い水深で適用できる

3.1 本工法の設備構成
本工法の設備は、ダム湖上設備と陸上設備からなり、図-3 に設備の構成図を示す。堆砂は、これらの設備により、以下の４段階のフローにより除去される。①オーガ付吸引機により湖底を掘削し、②真空発生装置で生み出された真空吸引力によってダム湖内へ拡散することなく吸引する。吸引された堆砂物は第 1 中継ポンプユニットへと気流搬送される。③堆砂物は、第 2 中継ポンプユニットを中継しスラリー移送と真空による気流搬送によって搬送され、陸上で回収される。④連続泥土回収
タンクにより、真空吸引を中断させることなく堆砂物を回収し、陸上処理設備へ送る【陸上設備】ｍ）により細粒分と粗粒分に分級され、細粒分は、濁水処理設備(シックナー)で沈降処理した後、フィルタープレスによって脱水ケーキとなる。一方、粗粒分は仮置きした後にダンプトラックで搬出する。
また、堆砂物の処理設備は施工条件により上記と異なる方式も選択可能である。ダム湖岸に十分な用地を確保できる条件下では、沈砂池を造成して、自然沈降させた堆砂物を曝気・乾燥する方法も実証済みである。

連続泥土
回収タンク

台船施工位置確認・セット
フィルター
タンク

【ダム湖上設備】
第２攪拌高濃度ポンプ（２次搬送）

門型設備
水上揚程
１０m

中央制御室

作業台船
水中揚程
2０ｍ

準備工

オーガ付吸引機セット

真空発生
装置
一次沈砂水槽P

振動ふるい

75μm以上
土砂搬出

処理水放流
P
第１攪拌高濃度ポンプ（１次搬送）

計器数値確認
繰り返し
吸引開始

濁水処理設備

オーガ付吸引機回転堆積土砂
オーガ付吸引フィルタープレス

掘削・吸引・搬送
脱水ケーキ搬出図-3

システム概要図

土砂回収・処理掘削完了深度確認

3.2 施工フロー
片付・撤去
施工フロー図を図-４に示す。水上設備では堆砂の掘削と真空吸引およびスラリー移送が行われる。
図-4 施工フロー図
堆砂を吸引するオーガ付吸引機は、ダム湖に浮かぶ台船上に設置した門型設備から吊り下げられ、ウインチ操作によって昇降する。先ず、オーガ付吸引機を堆積土中へ 50cm 程度貫入させ、真空吸引しながらオーガを回転させて掘削する。次に、吸引された堆砂物は中継ポンプユニットを介して、湖面上に浮かべた搬送管を通り陸上の連続泥土回収
タンクへ移送される。真空吸引とスラリー移送のバランス調整の役割を担う第 1 中継ポンプユニッ
トは台船脇の水中に配置し、第 2 中継ポンプユニ
ットは、陸上設備側に配置することで円滑な堆砂物搬送を行う。また、掘削箇所を移動する際には、台船からダム湖岸へ四方に張られたワイヤーをウインチで巻き取ることで台船を移動させる。以上
写真-2 作業台船全景の操作は台船上の中央制御室で行う。
陸上設備では真空の発生と回収した堆砂物の処理を行う。先ず、堆砂物は、連続泥土回収タンクへ 3.3 施工支援システム
送られ内部の２重構造により、輸送配管の真空は中央制御室では GNSS を活用した ICT 施工支保ちながらも、大気圧下の一次沈砂水槽に集積さ 援システムの採用により、施工の見える化と集中れる。次に、集積された堆砂物は振動ふるい（75μ 管理を行っている。事前に実施したダム湖のナロ- 110 -

ーマルチビーム測量により作成した、3 次元地形 力を得られなかった。また、吸引部筒先にエアーを(ヒートマップ形式で表示)上に台船の現在位置を 強制注入し気泡とともに搬送するエアレーション
表示させるので、台船の現在位置だけでなく湖底 方式や端部を大気へ開放し大風量の気流に乗せての地形も同時に直感的に判断できるようになって 搬送するエアリフト方式を試行した。これらの方いる。なお、台船の測位に用いる GNSS には、VRS 式では筒先の形状や真空発生装置の出力増強や増（ネットワーク型 RTK-GPS サービス）を利用す 設、搬送管径など様々な条件での試験を行ったがることで精度向上を図っている。また、オーガ付吸 筒先の閉塞や吸引力不足により十分な成果を得る
引機の水中姿勢は、傾斜計やウインチのロードセ ことはできなかった(図-5)。
初期搬送方法案に対する試験結果を踏まえ、真ル(荷重計)等の各種センサの数値及び水中カメラの映像を基に判断できる。さらに、船底にエコー測 空発生装置による気流搬送と高濃度攪拌ポンプを定器を設置することでリアルタイムに水深や湖底 搭載した中継ポンプユニットによるスラリー移送の起伏を把握することもできる。これらの情報を を併用するハイブリッド方式を発案した。2017 年
基に掘削を行い、施工データには掘削深度、台船座 度から 2018 年度にかけて高濃度攪拌ポンプを内標、掘削ポイント座標、当日のダム水位等が記録さ 蔵した中継ポンプユニットと、閉塞防止と効率的れて、日々水位が変化する湖上においても、掘削し な湖底の掘削のために吸引部筒先に高トルクオー
た地点の正確な深さが施工中でも把握可能である。 ガ 2 基を搭載したオーガ付吸引機の開発を行った
これらの正確な現況データを活用してベンチカッ (写真-4)。そして、2019 年度の陸上試験では、真空ト方式により一定の掘削深度を保って連続的に掘 限界を超えた揚程 22m での吸引において実用的な削できるなど、合理的な施工が可能である。施工支 施工能力を確認した。
援システム各種モニタを写真-3 に示す。
真空圧－0.1MPaの吸引力で先端から回収搬送

ジェット水で乱し高圧給気で水中に気泡発生
気泡の上昇力で水とともに流体輸送

バキューム搬送方式

エアレーション方式

輸送管先端は気中に開放し、中間部から気流にのせて回収搬送エアリフト方式
トランカー

真空発生

真空発生

バキューマー装置（真空発生装置）

施工位置情報各種センサモニタリング（風量増幅ブースタ付バキューマー）装置
高圧コンプレッサー

10m
給気パイプ

10ｍ

高低差10m迄（吸引浚渫協会）

15〜20ｍ

高低差15～20m
10m以上作業
10mごとにエア注入
で吸引力補助ピストン輸送※特許実験レベル

10ｍ

給気ホース

土砂吸引口

ジェット水噴射

エコー深度測定

図-5

写真-3

初期搬送システム案

ICT 施工支援システム各種モニタ

4.開発の過程
本工法の技術開発は、2015 年度より調査に着手
し、考案した搬送方式の比較検証のために基礎実験を繰り返し実施した。工法設備の開発後は、能力検証を目的とし陸上実験を実施し、ダム湖上における現場実証試験により各設備の連携動作や施工能力を確認しつつ改良を重ねた。次に、開発の過程を述べる。
4.1 基礎実験(陸上試験)
考案した搬送方式の比較検証を目的として基礎実験を 2016 年度に行った。陸上に水と砂礫を溜めたタンクを設置し、盛土を行いその上に真空吸引管を設置することでダム湖を再現した。実験当初
は吸引力のみで 10ｍ毎に区切ってピストン搬送するバキューム搬送方式を試行したが十分な搬送能

写真-4

オーガ付吸引機と中継ポンプユニット

4.2 現場実証試験
陸上試験を経て 2019 年度から 2021 年度にかけて 4 箇所のダムにおいて現場実証試験を行った。
表-1 にその一覧表を示す。ダム湖上に作業台船を浮べ施工設備を配置し、機械性能と工法確立のた- 111 -

ともわかった。

めの様々な検証を実施した。
表-1

現場実証試験一覧

図-6(1) A ダムにおける試験
実際のダム湖での技術検証と各機械設備の能力検証を目的として、2019 年度に A ダム(広島県管理)で実証試験を行った。真空発生装置とオーガ付吸引機、その他機械の一連の動作と施工能力が確認され、水質汚濁を発生させずに施工できることと水深 13.2ｍからの堆砂物回収ができることを確認した。含泥率は 8.7%と高い値は得られなかったが、潜水士による事前の湖底堆積土砂層の調査(図-6)と施工により陸上で回収した土砂の比較から吸引物に対する堆積土砂と水の割合である含泥率と堆砂の性状との関係性などが把握できた。
また、問題点としてオーガ付吸引機の湖底への着地判断が難しいことが判明した。オーガ付吸引
機の着地は、ソナーで把握した深度に対して、門型設備ウインチのロードセルの数値で判断したが、ウインチを操作すると一時的に大きな張力が掛かり、ロードセルの数値が激しく変動して着地判断と姿勢制御が困難であった。さらに、木根や枝などの固形物を吸引すると、配管内で閉塞を起こし、閉塞解除に時間を要することや真空発生装置が陸上にあることで台船上の中央制御室と連携が取りにくいことがわかった。土砂回収に伴う真空と堆砂の分離時においても、単体の回収タンクでは、分離時に一時的に真空状態を解除しなければならない
ので、2～3 分毎の分離時に吸引の中断が生じるので掘削・吸引の連続性が著しく低く、さらに、吸引の中断が土砂の拡散に繋がり濁りの原因となるこ

湖底堆積土砂層の調査結果(2) B ダムにおける試験
大水深施工と土砂処理設備以外の施工設備を台船上へ設置する編成での施工検証を目的として、2020 年度に B ダム（国土交通省中国地方整備局管理）で実証試験を行った。前回からの改良により、①台船上への真空発生装置設置による施工性の向上、②オーガ吸引機への傾斜計設置による水中姿
勢の可視化、③攪拌高濃度ポンプの大型化による移送力の向上、④ICT 施工支援システムの強化による中央管理室での一元管理の確立、⑤連続泥土回収タンクの採用による掘削・吸引の連続性向上を図った。連続泥土回収タンクは、接続された 2 基のタンク内部で複数の弁を電子的に制御し、2 基のタンクが交互に堆砂物の排出を行うことにより、搬送配管側の真空環境を大気へ開放されることな
く、堆砂物を分離できるため、吸引力を途切れさせることなく連続運転が可能になった。
試験の結果としては、水深 19.1m からの堆砂物回収が確認できた。湖底堆積土砂は砂礫分が少な
くシルト分が多かった為、濁りの拡散が懸念されたが、掘削で生じた濁りは拡散することなく吸引されたので水質汚濁は生じなかった。一方、問題点
として、掘削・吸引の連続性が向上したことで濁水処理設備の能力が追い付かなくなったこと、連続泥土回収タンクの容量が足りないことなどが新たに判明した。
(3) C ダムにおける試験
施工連続性と新規設備の能力の検証として、2020 年度に C ダム（電力系）で実証試験を行った。
更なる改良点は、①設置用の揚重機械や運搬機械の小型化のための真空発生装置の分割②連続泥土回収タンクの容量の大型化（0.6 𝑚 ×2 基→5.0
𝑚 ×2 基）による施工能力の向上(写真-6)であった。
また、ダム湖の湖岸に広い仮設ヤードを確保出来たため、容量 400 𝑚 の沈砂池を 2 池造成し(写真7)、連続施工で排出される多量の排泥の処理に対応できるようにしたことで 1 日を通しての施工サ
イクルが確保できた。

- 112 -

写真-6

大型連続泥土回収タンク

図-7

写真-7

二級ダム作業台船図

湖岸沈砂池(4) Ｄダムにおける試験
2021 年度にＤダム（電力系）で試験施工を行った。同ダムでは、取水口近くの堆砂除去が課題となっていたが、従来のバックホウ浚渫では対象箇所
へのアクセス方法や浚渫時の濁りによる発電への影響が問題になっていた。そこで、その様な条件に適する本工法で試験施工を行うことになった。堤体直上流での施工なので、台船が接触して堤体ゲート設備等を損傷するのを避けるため台船上設備の大半を陸上に設置し、台船を従来から大幅に小型化（水上占有面積：220 𝑚 ⇒74 𝑚 )し、取水設
備近傍からの施工を可能とした（図-7）。また、陸上設備も従来はダム湖岸に設置していたが、今回は十分な広さが確保できなかったためにダム湖面から 10m 程高い場所に位置する市道 1 車線を一部分占有し、陸上ヤードとした（写真-8）。試験では、
まず、ダム取水口から 15ｍ離れた位置で施工し水質汚濁が生じないことを確認した。次にダム取水口近傍の 5m まで近づけて施工を行ったが、同様に施工により発電を止めることなく堆砂除去が可能であると実証できた。さらに、水上・陸上設備のコンパクト化を図れたことで、柔軟な施工計画が可能となり、様々な施工条件でも施工が可能な高い適用性が確認できた。

写真-8

陸上ヤード

砂回収状況

5.実証試験の成果と考察
5.1 実験データ
一連の実証試験により得られた実績データを表-2 に示す。ＡダムとＢダムでは、泥土回収タンクの問題から連続施工ができず、施工時間も総施工量も伸びなかったが、Ｃダムでは、大型の連続泥土回収タンクの開発と沈砂池を設けた土砂処理により処理能力、施工量が大幅に向上した。Ｄダムでは、現場条件から採用した機械式の土砂処理に制約され、施工能力は頭打ちになった。
一方で、施工能力は、一概に施工設備の能力により決まるではなく、堆砂の粒度分布、粘土分、シルト分、砂礫分の割合の影響も大きいことがわかった。含泥率のばらつきについても同様である。また、回収土砂量を増やすため、回収効率を示す含泥率を上げるという方法も検討したが、これは水の吸引量を減らすことになり、掘削・吸引の連続性及び濁りを含む泥水の拡散につながるため、現時点では採用しなかった。

- 113 -

表-2

各ダムで確認された実験データ

施工前基準濁度：8.8 ㎎/ℓ

Aダム

Bダム

Cダム

Dダム

総施工時間

35分

6時間55分

20時間45分

20時間5分

施工水深

13.2ｍ

19.1ｍ

6.3ｍ

5.0ｍ

水上揚程

5.0ｍ

6.0ｍ

8.0ｍ

10.5ｍ

壺掘り

ベンチカット

ベンチカット

施工場所

施工方法

壺掘り

土砂処理方法機械式（50ｔ）

最大：13.6 ㎎/ℓ

機械式（100ｔ） 沈砂池（400㎥×2） 機械式（120ｔ）

総施工量

104㎥

784㎥

2164㎥

1746㎥

日換算施工量549㎥（※）

678㎥（※）

626㎥

522㎥

回収土砂量

9㎥

63㎥

154㎥

126㎥

日当たり施工量

48㎥

54㎥

45㎥

38㎥

含泥率

8.7%

8.0%

8.1～32.4％

7.2～26.4％

濁り発生

なし

なし

なし

なし

図-8

施工中における濁度の変化

6.工法適用範囲の想定
本工法は、貯水池内に水質汚濁を拡散させないこと、水深 20m までの堆砂除去が可能であること
5.2 施工能力
実験データから整理した施工能力を表-3 に示す。 という特長を有することから、以下のような場面
各ダムにおける実証試験の結果を分析し、本工法 での適用が考えられる。
の能力としてまとめたものである。施工水深の下限は、台船を水上に浮かべるために必要な喫水と ・ダムのリニューアル工事で必要な局所的条件下
して 2m とした。施工能力は、日当たりの施工時 ・堆砂で埋まった取水設備などの機能改善・回復
間 6 時間として、除去した土砂分と水を合わせた ・貯水池の濁りが受け入れらない環境
体積数量で表現している。このうち 10～30％が土 ・施工のための水位制限が困難な環境
砂分である。浚渫土量は、掘削形状の実績値から算 ・発電用水、農業用水等の利水取水をしながらの堆出しているがばらつきがあった。このばらつきは、
砂除去
堆砂の状況や設備条件によるものと考えられる。 ・アオコ発生要因や重金属などが含まれた堆砂を最大粒径は、中継ポンプユニットに内蔵した高濃貯水池に拡散させずに除去・回収
度撹拌ポンプの仕様によるものである。
7.おわりに
表-3 施工能力まとめ
本工法は、真空発生装置による気流搬送と高濃度攪拌ポンプによるスラリー移送を併用したハイ
施工能力
浚渫土量
最大粒径
施工水深
含泥率
ブリッドシステムを採用したことで、高揚程が必
(ｍ)
(㎥/日)
(％)
(㎥/日)
(ｍｍ)
要な取水口近傍において連続的堆砂除去が可能で
2〜30
625
10〜30
50〜10040あること。また、掘削した堆砂は、発生した濁り水ごと吸引するので、濁水が拡散せず発電等の取水
5.3 濁度の変化を止めずに堆砂除去が可能であることが従来工法
ダム湖における浚渫作業において、作業時に発 には見られなかった特長である。これにより、近年、生する水質汚濁による河川環境や発電設備への影 必要性が増しているダム堆砂の浚渫作業に新たな響には、十分な配慮が必要である。従来工法で用い 選択肢を提供することができたと考える。ただし、られるポンプ浚渫船やグラブ浚渫船では、少なく 現状では、含泥率が、シルト質、砂質の割合などのとも 300 ㎎/ℓ程度以上の濁度が発生すると言われ 堆砂の土質性状に影響されているので、土質性状ている。本工法による施工中における濁度変化の のよらず安定的に含泥率を向上させていくことが一例を図-8 に示す。測定は浸漬型の濁度計をオー 課題ととらえている。本工法が、全国の多くのダム
ガ付吸引機の直上 2m の位置に設置して行った。施 堆砂問題解決に役立ち、今後、ますます重要性が増工前の 8.8 ㎎/ℓを基準として最大で+4.8 ㎎/ℓ す既設ダムの再生、長寿命化の一助となれば幸い（13.6 ㎎/ℓ）であった事から施工中においても濁 である。
度に大きな変化はなく、ダム湖を濁さずに施工できていることがわかった。オーガ掘削機に取り付けた水中カメラ映像では、施工開始 10 分を経過した時点でも水中をクリアに映し、湖底の状況をは
参考文献
っきりと視認出来た。また、取水口近傍での測定も 1）会計検査院：平成 26 年度決算検査報告(10)ダムの維持行ったが同様の結果だった。
について※能力からの理論値- 114 -

27．排水機場におけるＤＸ技術を用いた維持管理の効率・高度化
国土交通省近畿地方整備局紀南河川国道事務所

○村木

里宇

備を実施する「予防保全」と不具合が発生した後に
１．はじめに排水機場は、水門閉鎖時の内水排除を目的とす 整備を行う「事後保全」に大別される。その「予防るインフラ施設であり、水災害対応における地域 保全」からさらに分岐した計画が、設備毎に定められた時期をもって整備を行う「時間計画保全」と設の生命・財産を守るインフラ施設である。
水門、樋門、樋管、堰、排水機場等の河川管理施 備状態を監視し、故障や劣化の兆候から整備時期
設は直轄区間だけでも約 1 万施設存在し、その多 を決定する「状態監視保全」に分けられる。
排水機場には、主ポンプ設備等の大型機器や主くの施設が老朽化し更新期を迎えるようになっている。今後 10 年で設置後 40 年を超過する施設の 原動機、減速機などの駆動設備等、分解整備等をし割合が約 8 割に増加するなど 1)、故障頻度の増加 なければ機械内部の詳細な劣化状況を十分に把握が懸念される。加えて、維持管理を担当する技術者 できない機械設備が多く存在しているため、これが不在、若しくは不足している地方公共団体も多 までの技術では故障・予兆の検知が難しく、多くの「時間計画保全」を採く存在し 2)、
さらには限られた予算の中で全国の排 河川管理施設の保全計画は、「時間保全計画」では、不具水機場の点検を行う為に、今後一層、効率的且つ高 用している。しかし、度な維持管理を行っていく事が要求される。さら 合の有無に関わらず定められた時間で交換するこに、2020 年新型コロナウイルス感染拡大を契機と とで故障のリスクが低減する一方、余計なコスト
して、社会全体でデジタル化が進展し、働き方を含 や労力が生じる可能性がある。
近年では、「時間計画保全」から「状態監視保全」
め社会様式が大きく変化している。
国土交通省においては、建設現場における生産 に移行しつつあるが、河川用ポンプ設備において、性の向上を図る、「ICT 技術の全面的な活用」、「規 状態監視を行う具体的な手法や適用事例は多くな格の標準化」、「施工時期の平準化」、「受発注者間の い。よって、河川用ポンプ設備の維持管理においてコミュニケーションによる施工の円滑化」を進め 適切な状態監視保全手法の具体化を、デジタル技
術を用いて確立し、合理的な予防保全の実現を図る i-Construction の取り組みを行ってきている。
近年、データやデジタル技術の普及・拡大により、 る必要がある。
技術革新が急速に進み、デジタルトランスフォー
メーション（DX：Digital Transformation）が様々な業界や業種で進展している。インフラ分野においても社会経済状況の厳しい変化に対応し、データとデジタル技術を活用して社会資本や公共サービ
ス、また業務そのものや、組織、プロセス、風土、文化、働き方を変革し、安心安全で豊かな生活を実現すべく、2020 年 7 月に「国土交通省インフラ分
野の DX 推進本部」を設置しインフラ分野の全体
図-1 保全の分類（JISZ8115:2000
像の整理や各種施策の進捗状況を確認してきた 3)。
「ディペンダビリティ（信頼性）用語」
このような背景を受け、本稿では、近畿地方整備局紀南河川国道事務所が新設する市田川排水機場
において設置するポンプ設備（主ポンプ、原動機、 ３．振動計測による点検
排水機場の機械設備は、ポンプやタービン、発動減速機）に用いる振動計測技術、デジタル技術を用いた状態監視及び今後の取り組みについて報告す 発電機のような回転に伴い振動する機械が多数存在する。よって、ベアリングやギア等に慢性的な大るものである。
きな負荷がかかるため、設備寿命を縮める大きな要因になり得る。排水機場の機械設備のほとんど
２．河川用排水機場における保全方法
施設の点検は、設備の不具合が発生する前に整 が振動する機器で構成されており、機械設備と振- 115 -

動は密接な関係にあると言える。
このことから振動計測は、様々な施設の点検において用いられる事が多く、さらに計測が容易であることや回転状態がリアルタイムで確認することができ、表１の目視で確認できない多くの機器
異常も振動値として現れるため、故障の原因を早期に特定し対応できるという利点がある。
これまでの河川ポンプ設備の点検は、目視点検と点検時に行う排水運転（以降、管理運転とよぶ）、
さらに計測による状態監視を行い、機器の故障、劣化等を調べる。その計測は手持ち型の振動計や騒音計、温度計等を用い、管理運転と平行し診断するのが一般的である。管理運転では水位条件によって流体振動の違いによる影響を受けるため、状態の変化を比較しにくい。また、ガイドライン 4)で注
意値や予防保全値が設定されているが、通常の運用でその値まで振動が発生することはなく、発生してからでは遅い。
ポンプ設備は内水排除を目的とした長時間・高流量の排水運転を基に設計されているため、短時間・低流量排水である管理運転では、ポンプの振動を正しく捉えられないという課題がある。よって、管理運転のみの計測では、ポンプの正確な異常状態を捉えられない。
表-1

れまで計測できなかった長時間・高流量の実排水
運転のデータを取得できる。さらに、省力化・省人化に加えヒューマンエラーが生じる事無く、点検を定量的且つ統一的な評価で判断することが可能となる
５．状態監視装置（振動計測機器）
振動計測機器の設置箇所と計測位置は、ガイド
ライン 4)に示されているように、対象部位に近く、振動が直接伝わる位置且つ対象部位以外の振動の影響が受けにくい位置であることを考慮する必要がある。その他の計測機器含め、計測項目を満足する設置箇所、設置方向及び設置個数を採用した。
設置する計測機器の設置イメージを図 2,3,4,5 に、状態監視システム構成図を図 6 に、各センサと計
測パラメータを表 2 に、データ集録装置の構成について表 3 に、ソフトウェアの機能について表 4に示す。ここで計測方向について、X は主ポンプ
吐出方向（水平）、Y は X に直交する方向（水平）、Z は鉛直方向である。

機器異常に対する診断法

４．ポンプ流量と振動
ポンプ設備の振動要因の大部分は、機械的要因であり、その中でも「流体的振動」、「機械的振動」、「電磁的振動」に大別できる。ポンプ設備において、タービンや発動発電機などの振動機器とは異なり水の吸排水によって引き起こされる力として、ポンプの羽根車に働く流体荷重による振動がおおよそ 70～80％を占めている。つまり、ポンプ設備の振動要因の大部分が流体的振動と言える。
流体的振動は、排水量によって振動の大きさが異なる。流体的振動が大半を占めるポンプ設備においては、流量と軸振動の相関性が確認されており、同一流量での振動値を比較することで、機器の状態を把握することができる。
従来の手持ち型の計測機器とは異なり、本稿で紹介する振動計測は、振動計をポンプ設備に常設し、管理運転だけでなく実排水運転を含む全ての運転の計測をできるようにすることによって、こ- 116 -

図-2

センサ設置箇所（主ポンプ：側面図）

図-3

センサ設置箇所（主ポンプ：背面図）

図-4

センサ設置箇所（主原動機・減速機：平面図）

図-5

センサ設置箇所（主原動機・減速機：断面図）

図-6

状態監視システム構成図- 117 -

表-2

表-3

表-4

計測項目表

データ集録装置

ソフトウェア

積データから, データと設備状態の関連性と特徴を把握する。
6.2 解析と診断手法の確立
前述のとおり得られたデータを解析し, 原因の追及, 対策の検討を行っていく必要があるが, その取得・蓄積したデータをどのように解析・診断していくか, 振動と流量を紐付けした解析・診断手法を確立する必要がある。
6.3 点検に活用
現在の点検項目と状態監視による傾向管理で点検結果の関連性を検証し, 代替が可能な項目については今回の振動計測技術による代替を行うこと
で, 点検作業の省力化や定期整備間隔の合理化な
どの維持管理の効率化、さらには目視による点検結果の補完による点検の信頼性向上に繋がるもの
と考える。

構成表

７．まとめ
振動と流量に着目した計測技術を用いることで、同一流量での振動値を比較することができる。また、状態監視により交換が必要な消耗品の部品と継続の使用が可能な部品に分類することが可能となり、適正な時期での部品交換を行う判断になり、修繕費用算定の絞り込みや不可視部分の部品の信頼性が向上し、適正な時期で分解整備することができる。さらには、設備の状態を遠隔で確認できる
ことによって、これまでの業務と比べて、時間や人手の必要が少なくなり、働き方が大きく変化すると想定できる。
得られた計測データは各グラフの表示までを行うものから、いずれはグラフから自動的に診断や健全度評価を行うなど、さらなるデジタル技術を取り込む余地は数多あると考えらえる。今後のイ
ンフラ施設を支える管理者として、今後の DX 技術の研鑽に励みたい。

機能一覧表

参考文献
1) 大臣官房 技術調査課 電気通信室・総合政策局 公共事
業企画調整課・水管理 国土保全局 河川環境課 河川保
全企画室：河川構造物長寿命化及び更新マスタープラン

６．今後の取り組み
6.1 計測データの蓄積
計測データの判定を行うために, 計測機器の設
置から管理運転, 実排水運転の計測データを毎年継続してモニタリングし, 蓄積することが必要となる. 表 4 のソフトウェアの機能は傾向管理、周波数分析、軸振動分析から得られた各グラフの表示までを行うもので、これらグラフを基にした主ポンプ・原動機・減速機の詳細診断や健全度評価までをシステムが自動で行うものではない。そのため、計測技術を扱う設備管理者として得られた蓄, p.4 ,2011
2) 国土交通省 総合政策局：インフラ長寿命化基本計画, p.1, 20133) 国土交通省：インフラ分野のDXアクションプラン，pp.1～12, 2022
4) 国土交通省：河川用ポンプ設備状態監視ガイドライン（案）, 2018
5) 国土交通省：河川ポンプ設備点検・整備・更新マニュア
ル（案）, 20156) 近畿地方整備局：土木機械設備診断委員会会議資料,- 118 -

2021

28．壁の増厚などの補強工事に伴う小径アンカー孔の削孔作業への自動削孔装置の適用株式会社奥村組
株式会社奥村組
株式会社奥村組
株式会社奥村組
株式会社奥村組
株式会社奥村組

１．はじめに補強工事におけるあと施工せん断補強工法や壁等の増設工法では，「せん断補強筋」や既設と新設コンクリートの一体性を高める「あと施工アン
カー筋」の挿入孔の削孔が行われる。挿入孔は通常，削岩機や電動ハンマードリル等を用いて人力で削孔され，数千本以上の孔数となる場合もあり，多大な労力を要する。そのため，作業の省力化や効率化が求められている。また，削孔時に発生する粉塵が作業場所に飛散することにより作業環境が悪化する場合もあり，改善も求められている。そこで，削孔作業の自動化および粉塵の飛散防止機構を備えた自動削孔装置を開発した 1)，2)。
自動削孔装置は，せん断補強筋を対象とする大径用（最大削孔径φ40mm 程度）とずれ止めアンカー筋を対象とする小径用（最大削孔径φ25mm程度）の 2 種類である。これら 2 種類の自動削孔装置について，RC 壁試験体を用いた性能確認実験を行い，人力施工と同等以上の削孔精度および粉塵飛散防止による作業環境の改善を確認した。
今回，下水道処理施設の放流渠における壁の増厚工法による補強工事において，ずれ止めアンカーの挿入孔の削孔作業に小径用の自動削孔装置を適用し 3)，削孔精度と作業環境改善について確認した。本稿では小径用の自動削孔装置の概要および実施工における適用結果について述べる。
２．自動削孔装置
2.1 自動削孔装置の構成
写真-1 に小径用の自動削孔装置（以下，自動削孔装置）を示す。本装置は予め設定した削孔計画（削孔数，削孔位置，削孔深さ）に従って自動で移動して連続削孔を行う。削孔機器には故障の際などに代替え機の調達などを素早く対応することができることから一般的な市販の電動ハンマードリ
ルを用いている。

○ 川澄
三澤
加藤
石井
山口
田島

写真-1

写真-2

悠馬
孝史
清孝
敏之
治
鉄朗

自動削孔装置レールと自動削孔装置

トンネル進行方向（走行方向）の移動は，写真2 で示すようにラックギアとアングル 2 本から構成されるレールを床に固定し，装置本体に搭載した走行用モータ（ピニオンギア）を駆動源としてラックギアに沿って移動する。装置底部には，2 組のカムフォロアを装置の前後 2 か所に設け，レールを構成する 2 本のアングルをガイドとして走行す- 119 -

る。走行量の計測には，ロータリエンコーダを用いている。レールは，構造物に残置させないように，撤去可能なスクリューアンカーにより床に固定した。
昇降方向はスライドテーブルに設置した電動ハ
図-1 ホロードリルビットの集塵概念図
ンマードリルが電動モータで駆動する昇降機により移動する。削孔時には，スライドテーブルがレギ
表-1 自動削孔装置の適用条件
ュレータで調圧されたコンプレッサによる圧縮空制限値または気により削孔方向へ移動することで削孔する。昇
備考
区分
項目
施工範囲(mm)
降量および削孔方向への移動量は，レーザー距離
削孔対象と障害物の間で
2,270 以上
幅
作業する場合計により計測する。
天井のある場所で作業
以上
2,265
施工条件
高さ
図-1 に示すように，削孔ビットには中空のホロする場合
現場施工計画による
ードリルビット（ヒルティ社製）を使用し，削孔に奥行(施工延長)(レール設置が必要)より発生する粉塵を先端の吸引穴から集塵機で吸スライドテーブルの0 ～ 300
削孔深さ
稼働範囲
引することで粉塵の飛散を防止する。
～
735
2,235
仕様
高さ
昇降機の稼働範囲
2.2 自動削孔装置の適用条件
レール1.5m/本を施工延長
現場適用の条件および装置の仕様を表-1 に示す。
奥行(施工延長)
1,500×nに合わせて設置
自動削孔装置の適用範囲は，内空幅 2,270mm 以上，
高さ 2,647mm 以上の構造物である。また，走行方
向に移動するために，施工延長に応じて長さ 1.5mのレールを敷設する。昇降方向のストロークは1,500mm であり，削孔可能高さは地表から高さ約735mm～2,235mm である。
2.3 自動削孔装置の動作フロー
自動削孔装置では削孔計画を基に自動で削孔を行う。自動削孔開始後は，図-2 に示す手順で削孔を行う。自動削孔開始後は，設定した削孔位置まで移動する。先ず，削孔ビットを回転させずに壁に削孔ビットが当たるまで削孔方向へ電動ハンマード
リルを搭載したスライドテーブルが移動すること
で壁と削孔ビット間の距離を自動計測する。これ
により，削孔深さの精度向上を図っている。次に，削孔ビットを回転させ削孔を行い，次孔がある場
合は，同様の手順で削孔を行う。
自動削孔中に，事前の鉄筋探査で把握できなか
図-2 自動削孔の動作フロー
った鉄筋等に接触した際は，削孔速度の変化から自動でその削孔を中止し，次の孔を削孔するように制御している。これにより鉄筋の損傷を極力抑制することができる。
2.4 自動削孔装置の削孔計画
図-3 にタッチパネルの自動削孔画面を示す。削孔計画は，孔毎に昇降位置，走行位置，削孔深さを設定する。削孔計画は，自動削孔装置の制御盤のタッチパネルで作成するか PC で作成した Excel ファ
イルを無線（Wi-Fi）により制御盤に転送する。
図-4 に削孔計画の基準と座標の指定方法を示す。
削孔計画は，施工開始位置からの相対距離を入力する。走行方向・昇降方向の 2 方向については，
最初に自動削孔する位置を原点として座標を入力する。1 つの削孔計画が終了するまで同じ原点として座標値を指定する。削孔深さは，壁表面を基準と
図-3 自動削孔画面- 120 -

してそこからの削孔長を指定する。
施工日時，削孔長，昇降量，走行量，鉄筋接触の有無などの削孔結果は自動的に記録される。
３．自動削孔装置の現場適用
3．1 適用現場の施工条件
自動削孔装置の適用対象は，図-5 に示す下水道
処理施設の放流渠における，耐震補強工事の増厚工法に伴う，ずれ止めアンカー設置のための挿入
孔の削孔作業である。内空幅 2.5m，内空高さ 3.0mの放流渠内で，延長 20m の両壁面に削孔径φ16mmとφ25mm の削孔を各々計 198 孔行った。
自動削孔装置本体と機器台車を写真-3 に示す。
現場適用前の自動削孔装置は，制御盤と装置本体が一体型であり，現場の内空に収まらなかった。そこで，制御盤と装置本体を分割することで小型化し，装置本体が分電盤や集塵機などの機器を搭載した機器台車をけん引する構造に改造した。
削孔深さは，事前実験での結果を考慮し，設定値を現場の設計値+10mm 程度とし，削孔径φ16mm
が 115mm，削孔径φ25mm が 165mm で削孔計画を設定した。
写真-4 に施工面の状況と削孔間隔を示す。自動削孔装置を適用した放流渠内部はウォータージェットによる目荒らしを実施済みの壁面であり，粗骨材が露出している。
削孔計画における移動量は，昇降方向が 800mm，
走行方向が 200mm を千鳥配置となるように設定した。走行方向の累積誤差を考慮し，1 サイクルあたり 10 孔（施工延長 1m 分）の削孔計画を 20 サイ
クル作成し，走行方向の基準位置をサイクル毎にリセットさせて適用した。
3.2 適用結果
写真-5 に放流渠内での自動削孔状況の適用状況を示す。隔壁が削孔径 φ16mm で 198 孔，側壁が削孔径 φ25mm で 198 孔を削孔した。施工時間は削孔径にかかわらず各壁を約 6 時間 30 分で施工完了した。この時の作業人員は，自動削孔装置の削孔計画の作成と周囲の安全確認で 1 名である。
鉄筋接触時には，削孔を中断して，次の削孔位置へ自動で移動しており，計画した制御通りに動作したことを確認した。
(1) 施工精度
削孔深さの施工精度を表-2 に示す。設定値に対し，ノギスにより計測した出来形（実測値）との差を確認した。削孔深さは設定値に対して絶対平均
3mm 程度であり，最小-8.3mm～最大 6.0mm の削孔深さとなった。削孔深さは，設定値よりも浅いものもいくつかあったが，事前の性能確認実験結果を考慮して，設定値に対し約 10mm 深い設定値とすることにより，設計値以下となるものはなかった。

- 121 -

図-4

削孔計画の基準点と座標の指定方法

図-5

写真-3

適用した放流渠の断面装置本体と機器台車の配置状況

写真-4

適用壁面状況と適用箇所

表-3 に自動削孔装置の移動精度を示す。設定値に対し，トータルステーションにより計測した孔の位置から算出した昇降量および走行量との比較を行った。昇降方向は，削孔径φ16mm，φ25mm
とも設定値に対して絶対平均 5mm 程度，走行方向は設定値に対して絶対平均 11mm 程度，削孔径φ25mm では 7mm 程度であった。削孔径が小さく剛性が比較的低いφ16mm の走行方向の位置精度が
削孔径φ25mm に比べ少し低かった。これは，ホロードリルビットが削孔時に壁に接触した際に，目荒らしによりコンクリート表面に露出した粗骨材
でビット先端が滑る場合が見られ，誤差が比較的大きくなった一因と思われる。
(2) 施工効率と作業環境
自動削孔装置を用いた場合の平均削孔速度は，
削孔径φ16mm が 5.2mm/s，φ25mm が 4.1mm/s であった。10 孔連続削孔における移動時間も含む削孔時間は，削孔径 φ16mm が平均 8 分 53 秒，φ25mm が平均 12 分 8 秒であった。
施工効率は，人力施工による削孔の場合，トンネ
ル全断面の平均で 175.5 本/人日，自動削孔装置による施工の場合，今回の適用孔数の平均で 198 本/
台日となり約 13%の施工効率の向上がみられた。
ただし，自動削孔装置では事前のレール敷設作業
で今回は 20m を 2 人で半日程度要した。本適用では施工延長が 20m と比較的短かったが，適用距離
および適用本数が増えれば，レール敷設作業を含めても本装置により効率的に施工を行えると考える。また，立ち馬上の削孔作業と比較した場合は，レール設置を含めても自動削孔装置の方が人力施工に比べ効率的であった。今後は，レールの敷設作
業の効率化を図っていきたい。
作業環境については，自動削孔中はホロードリ
ルビットおよび集塵機による吸引により，粉塵の飛散はみられず，作業環境の改善がみられた。

写真-5

表-2

自動削孔装置の自動削孔状況

自動削孔装置の削孔深さ精度

単位
絶対平均
最小値
最大値
表-3

mm
mm
mm

削孔径：
φ16mm
2.5
-8.3
6.0

削孔径：
φ25mm
3.1
-7.2
2.1

自動削孔装置の移動精度

削孔径：
削孔径：
φ16mm
φ25mm
単位
昇降 走行 昇降 走行
絶対平均 mm 4.4 11.4 5.1 6.9
mm -9.0 -23.0 -8.0 -16.0
最小値
mm 19.0 32.0 17.0 24.0
最大値

参考文献
1)川澄悠馬，三澤孝史，西山宏一，有川健，山口治，石井敏
之，栗本雅裕：小径のアンカー孔を対象とする自動削孔装置の開発，土木学会・土木建設技術発表会 2020，2021.2
2)有川健，三澤孝史，西山宏一，石井敏之：既設コンクリー
ト構造物のあと施工せん断補強に伴う削孔作業に適用する自動削孔装置の開発，令和 2 年度建設施工と建設機械

４．おわりに下水道処理施設の放流渠の耐震補強工事におけるずれ止めアンカーの削孔作業に小径用自動削孔装置を適用し，以下を確認した。
・削孔作業の労力の低減
・人力施工と同等以上の施工効率
・削孔深さ，移動精度は所要の精度で施工可能

シンポジウム論文集・梗概集，2021.12，pp.149-154
3)田島鉄朗，三澤孝史，加藤清孝，川澄悠馬：小径のアンカー孔を対象とする自動削孔装置の実施工への適用，令和 4 年度土木学会全国大会第 77 回年次学術講演会，2022.9，Ⅵ-665

今後も，自動削孔装置の現場適用を積極的に行い，作業の省力化，効率化を図るべく，ブラッシュ
アップを行いたいと考える。
本装置の開発に当たっては，奥村機械製作株式
会社に多大な協力を受けた。ここに改めて謝意を表します。

- 122 -

29．道路維持除雪機械等の技術開発成果活用状況について
国土交通省 総合政策局
公共事業企画調整課 施工安全企画室
１．はじめに我が国の社会インフラは「老朽化の進行」，「激甚
化する風水害」，「切迫する大規模地震」に加え「人口減少・少子高齢化等による将来の技術者不足」等
様々な問題に直面している。
このような問題を抱える中，除雪体制を支える除雪車オペレータ等の担い手の減少かつ高齢化は深刻な状況にある。
北海道開発局が主催する産学官が連携し技術開発を行うプラットフォーム「i-Snow」における統計では，除雪車のオペレータに義務付けている「除雪機械技術講習会」の参加者が平成１７年に２，４２２人の参加者に対して，平成２７年では１，３２５人の参加者となっており，平成１７年当時と比べオペレータが約５５％程度となっている。
さらに，講習会参加者の中で６０歳以上の割合に着目すると平成１７年では全体の５.７％に対して，平成２７年では全体の１６.３％と高い。
また，近年多く発生している線状降水帯による長期間の大雨やゲリラ豪雨により，斜面崩落・土砂災害被害が多発している。令和４年８月の大雨では北日本や北陸地方を中心に広い範囲で大雨となり，総雨量が多い所で８００ミリを超えるなど各地で記録的な大雨となった。このような激甚化す
る風水害による被害が生じた際，早急な復旧作業が必要となるが，災害直後の被災現場は二次災害等の危険もあり，安全な復旧作業が困難を極める場面も多いという課題がある。
上記の社会的課題を受け，国土交通省では，各地
方整備局等が「コスト・安全性・作業性・担い手不足・迅速な災害対応」などの技術的諸問題を解決するために様々な技術開発に取り組んでいる。
本論文では，道路維持除雪機械等における技術開発と導入事例について紹介する。
２．ロータリ除雪車の多機能化（ロータリ除雪装置・プラウ装置・路面清掃装置）
2.1 ロータリ除雪車（多機能型）【コスト縮減】
安全かつ円滑な冬期間の道路交通を確保するために，新設除雪・路面整正には除雪トラック，拡幅
除雪にはロータリ除雪車を稼働させる等，同一工区において複数の機種を配置する必要がある。

和田直也

しかし，複数機種の配置には多大な機械購入費、
維持管理費が必要となる。そこで，これまで専用車として導入してきた除雪トラックとロータリ除雪車について，各々の機能を兼ね備えた新型のロー
タリ除雪車（多機能型）の開発を北海道開発局にて実施し，導入を進めている。1)（導入例：北海道開発局１２台，東北地方整備局
１台，北陸地方整備局１台，中国地方整備局１台，
民間事業者１台）
当該機械は，ロータリ除雪車をベースとし，ロー
タリ除雪装置とプラウ装置を付替えることでプラウ作業及び路面整正作業の一次除雪作業が可能となる多機能型除雪機械である。ロータリ除雪装置とプラウ装置は，オペレータ２名作業にて１０分以内での簡易着脱が可能な機構を有している。
（図-１）
コスト縮減効果としては，機械を１５年使用した場合に既存機械２台の組み合わせと比較して購入費と整備費計で約２４％のコスト縮減効果を見込むことが可能である。

図-１

ロータリ除雪車（多機能型）

2.2 ロータリ除雪車（路面清掃装置）【コスト縮減】
積雪寒冷地では，道路維持機械と除雪機械は
各々半年程度しか稼働出来ない実態にある。各々の機種の配置には多大な機械購入費，維持管理費- 123 -

が必要となるため，既存機械の通年利用による機械経費のコスト縮減を図ることを目的に，ロータ
リ除雪車のアタッチメントとして路面清掃装置を
北海道開発局にて開発し，導入を進めている。2)（図-２）（導入例：北海道開発局５台）
ロータリ除雪装置と路面清掃装置を付替えることで，夏は路面清掃車（ブラシ式）として，冬はロ
ータリ除雪車（２．２ｍ級）として通年で活用することでコスト縮減が可能となる。
コスト縮減効果としては，機械を１５年使用した場合に既存機械２台の組み合わせと比較して購入費と整備費計で約２０％のコスト縮減効果を見込むことが可能である。
【仕様概要】○路面清掃装置
・型式 ブラシ式，フロントリフトダンプ式，両ブラシ式，散水機能付
・最大清掃幅
３，０００ｍｍ・ホッパ容量
１．０ｍ3
・最大積載量
２，４００ｋｇ・水タンク容量 ９００L
○ロータリ除雪装置
・型式 ２．２ｍ級，ホイール・２ステージ式

図-２

に対して機種別に技術開発し，実証試験を行っている。
除雪作業においては，除雪車の「運転手」と周囲の安全確認と除雪装置の操作を行う「助手」の熟練技術者２名体制で実施しているが，除雪作業の自動化技術を取り入れることで，運転手１名体制（ワンマン化）での作業が可能となる。
本論文では一例として，凍結防止剤散布車のガ
イダンス装置，除雪トラックの MC 化について紹
介する。
3.1

凍結防止剤散布車（除雪作業ガイダンス装置）【作業性向上，担い手不足解消】
本ガイダンス装置は，散布の自動化を目指し，その先駆けとして技術開発を実施したガイダンス装置である。
あらかじめ登録した散布計画区間に基づき，散布車稼働の際に運転室内のタブレットへ散布計画
区間の開始・終了位置，および現在の散布装置の設定（散布量，散布幅）を画面表示と警告音にてガイダンスするものである。
（図-３）
散布開始位置および終了位置は GPS 測位による車両位置の把握と散布ルートから判断し，ガイ
ダンス装置へ表示させる。
（導入例：北陸地方整備局２１台）

ロータリ除雪車（路面清掃装置）

図-３ 凍結防止剤散布車のガイダンス装置
３．除雪作業ガイダンス装置・除雪作業自動化装置
除雪作業にあたっては，車両を走行させつつ，周 3.2 除雪トラック（除雪作業 MC 化）
囲の安全確認，除雪装置の操作をする必要がある。
【作業性向上，担い手不足解消】
これには長年の経験により，特定の場所での操作
除雪トラックには，道路脇に雪を寄せる「フロンや，除雪作業時のエンジン音，機械の挙動を感じな トプラウ」，路面の圧雪を削ぎ取る「グレーダ装置」，
がらの操作など熟練技術が必要となる。
交差点などに雪を残さないように一時的に雪を抱
しかし，近年熟練オペレータが不足している状 え込む「サイドシャッタ」など各種除雪装置がある。
況にあるため，その対策として，ICT 技術を用い除雪作業には上記３つの装置レバー操作と運転た除雪作業ガイダンス装置を凍結防止剤散布車へ， を同時に行う複雑な作業が必要となる。加えて，除除雪作業の自動化装置（以下，MC 化）を除雪トラ 雪トラックの作業速度は時速２５～３０ｋｍと速ック，除雪グレーダ，ロータリ除雪車，小形除雪車 く，除雪オペレータは一般通行車両や沿道の住民- 124 -

に最大限の注意を払いつつ，周囲の安全確認をしながら除雪作業を実施する必要がある。
これに対して，除雪作業の MC 化を図ることによりオペレータは運転に注力することが可能となる。3)
除雪トラックの MC 化は，フロントプラウの上下，進行角可変，グレーダ装置の上下，伸縮，サイドシャッタの開閉などを想定している。（図—４）

図—７

図—４

除雪トラックの MC 化

除雪作業の MC 化の例として，フロントプラウ
は交差点部に雪を残さないように角度を変更し雪の前送り（図—５），グレーダ装置は付加車線など路肩が広い箇所に差し掛かった際に装置を伸ばし除雪幅を確保（図—６），交差点部等でグレーダ装置のサイドシャッタを閉めて雪を抱え，雪の前送り（図—７）をするなどの MC 化を図っている。

４．バックホウへの簡易遠隔操縦装置の導入事例
九州地方整備局では２０１６年に汎用のバックホウへ装着可能な簡易遠隔操縦装置（以下，ロボQS）を開発している。4)災害により斜面の崩落等が発生した場合の応急復旧作業において，二次災害等の危険性から搭乗操作による重機作業が行えない状況下で通常のバックホウにロボ QS を搭載し，遠隔操作式にすることで危険地帯の作業を実施している。（図-８，図-９）

図-８

図—５

操縦席へのロボ QS 設置状況

フロントプラウの MC 化

図-９

図—６

サイドシャッタの MC 化

グレーダ装置の MC 化

ロボ QS の遠隔操作状況

ロボ QS の遠隔操作機能は汎用バックホウの走行操作とブーム，アーム，旋回を含めたバケット操
作に加え，近年アタッチメントとして装着可能な巨石を砕くブレーカーや倒木を除去する破砕機も開発され高機能化が図られている。
（図-１０）（導入例：北海道開発局１台，東北地方整備局１台，
中国地方整備局２台，四国地方整備局１台、九州地方整備局５台）- 125 -

国土交通省では，今後の現場ニーズの変化を注視しながら，引き続きコスト縮減を意識しつつ最先端の技術開発へ取り組み，地方公共団体などの行政機関へ開発成果の PR をしながら普及促進を図り社会的課題解決に向けて努めていきたい。

参考文献
1) 国土交通省 北海道開発局 事業振興部 機械課 防災・技術センター技術課：多機能型ロータリ除雪車の開発－ロ

図-１０

ータリ除雪車と除雪トラックの兼用化－，建設マネジメ

ロボ QS のアタッチメント例

ント技術 2006.1号

簡易遠隔操縦装置のこれまでの稼働実績を示す。
（表-１）2) （株）土木研究所寒地土木研究所 中村隆一，住田則行，国土交通省北海道開発局 佐々木憲弘：ロータリ除雪

表-１
年度

簡易遠隔操縦装置の稼働実績
出動先を通年活用するアタッチメント式路面清掃装置の開発，

災害名等

日本道路会議論文集 2011.29巻

平成１２年度大分県

朝見川緊急災害復旧

平成１６年度

新潟県

新潟中越地震平成１８年度

沖縄県

中城村法面崩壊

平成１９年度

鹿児島県

有村川河川閉塞除石作業

平成２２年度

鹿児島県

南大隅町土石流

平成２４年度

鹿児島県

国道220号土石流災害

平成２８年度

熊本県

熊本地震

平成２９年度

大分県

豊後大野市地すべり・人材育成課 施工調査係 岡島朝治：ロボQS（簡易遠隔平成２９年度

宮崎県

国道220号斜面崩壊

操縦装置）の高機能化について，公益自主事業（九州技平成３０年度

大分県

中津市耶馬渓町山崩れ法） 第69号2021.09 論文

令和元年度

鹿児島県

鹿児島市法面崩壊

令和３年度

島根県

出雲市法面崩壊

令和４年度

北海道

千歳市岩盤崩壊

3) 国土交通省 総合政策局 公共事業企画調整課 施工安全
企画室 小野寺敬太：雪対策の課題に取組む除雪機械の自動化～除雪作業のDX最前線～，ゆき 2021.6 No.123
4) 国土交通省 九州地方整備局 九州技術事務所 技術活用

また，災害時だけでなく職員向けの研修や施工者向けの遠隔操縦訓練等においてロボ QS の設営訓練，稼働訓練を実施し，実際の災害復旧作業で活用可能な体制を整えている。（図-１１）

図-１１

ロボ QS の設営・稼働訓練の実施状況

５．おわりに
地域の生活や安全，経済活動を支えるために社会インフラの整備・維持管理は必要不可欠である。
建設業界における担い手不足の深刻化や激甚化
する自然災害，逼迫する財政状況など，社会的課題
は年々変化してきている。

- 126 -

30．施工機械・設備の WEB 点検管理システム
重大災害撲滅と業務効率化に向けて

鹿島建設株式会社

１．はじめに
従来、作業開始前点検は機械を運転する作業員により点検結果を紙の点検表に記入し、点検結果を記入した点検表を職長や元請職員へ提出し、回覧後にファイリングして保管する管理手法が長らく行われてきた。重大災害撲滅のためには、確実な点検の実施と結果の確認が重要である。しかしながら、確認のためだけに稼働中の建設機械を停止させて点検表を確認することは難しい面があり、元請職員による点検状況確認が不十分である
ケースもあった。また、作業開始前点検は日々行
われ記録が蓄積されていくものの、点検時の整備内容や部品交換等の情報を統計的に把握・分析して、機械管理レベルの向上による稼働率と生産性の向上に利用されることはなかった。
そこで、確実な点検の実施および結果の確認に
よって点検不備に起因する死亡災害等の重大災害の撲滅を図ること、システムによる業務効率化を図ること、機械管理レベルの向上を図ることを目的に、施工機械・設備の WEB 点検管理システム「e-Tenken®」を開発した。
２．開発概要2.1 開発の経緯
点検結果の入力をスマートデバイス等で Web 化
した既存製品を調査したところ、主流は建設現場とは異なる製造業工場等固定設備を対象とした製品であった。建設業は製造業と異なる特有の機械使用方法があり、施工ステップ毎の機械の頻繁な入替え、それに伴う短期間の使用や、同一の機械の複数の協力会社による共用使用、さらに点検者の頻繁な変更、機械仕様による固有の点検項目など
従来製品の想定条件に合致しておらず、使い勝手や機能面から建設業界では普及しなかった。そこで、建設業の使用方法に対応できる IoT 技術を利用した点検システムを新たに開発することとした。

青野 隆
伊勢 卓矢
○ 是永 明日香

2.2 開発のコンセプト
開発のコンセプトは下記に示す 3 つである。
(1)形骸化防止
現地でスマートデバイスを用いて予め機械に貼り付けてある QR コード読取後に点検を開始する仕組みとし、写真や動画による記録保管機能により、確実に現地で点検を実施するように促す。
(2)情報の共有化
点検結果をクラウドへ点検完了直後に保存し、情報の共有化を図る。職長や元請職員は現地に赴くことなく、PC やスマートデバイスにより点検結果を確認できるようにする。
(3)未点検時の警報機能点検結果をデジタル化し、未点検時の警報や運転開始時の元請職員による承認機能を採用することにより、従来の紙点検表では不可能であった点
検漏れや未点検状態での機械や設備の稼働を確実に防止する。
2.3 開発環境の選定システムを開発するにあたり、利用対象を鹿島
社員のみならず JV 構成会社社員や協力会社職員
作業員まで幅広く設定する必要があり、使用する
スマートデバイスは Android、iOS、Windows タブ
レットに対応し、PC でも使用可能など幅広い端末で利用できることを条件とした。

- 127 -

図-1-1

点検システムの使用イメージ

３．現状の課題
3.1 点検実施の確認
重大災害撲滅のためには、確実な作業開始前点検の実施と結果の確認が重要であるが、従来の紙手法では元請社員や協力会社職長が、稼働する機械や設備が点検されたか確認することは現地に行き稼働中の重機を停止して点検表を確認する、またはオペレータに電話して確認するなど作業を一時停止させて確認する必要があった。このため、毎日かつ全機械・設備の確認をすることは困難であり、点検漏れがあった場合に気が付かないケースもあった。
また、機械を実際に確認せずに点検表のみを記入することや、複数日の点検表をまとめて記入する等の不正行為を防止するため、種々の対策や指導が実施されているものの決定打とはなりにくかった。
3.2 書類管理
作業開始前点検をはじめとした点検表の帳票管理は繰り返しのルーティンワークである。作業開始前点検を例にすると、月初めに機械の機種ごとに異なる一月分の点検表を印刷し、事前に配布する。点検者は日々点検した結果を点検表に記入、担当者はその結果を定期的に確認、月末に点検表を回収した後に所内にて回覧し、ファイリングして保管する業務がある。
しかしながら搬出入が頻繁な機械に対して、点検表の配布忘れや、降雨等による文字の滲み、記入
後の回収忘れ、紛失や破損なども発生していた。
また、提出書類の確認において提出状況、書類の不備・不足の確認、回覧状況、情報の更新が適切になされているかなど多くの確認項目があり担当者が繁忙の場合、処理の遅延や残業となり、回覧中に書類を紛失する事例も発生していた。

新たに機械が現場に搬入された際に最初に作られる帳票が、持込機械等使用届及び持込機械受理証である。従来は Excel や手書きで作成、印刷、発行がほとんどであり、持込機械等使用届に記載してある事項をもとに持込機械届受理証を作成するため、全く同じデータを重複して入力・記入することは多くあった。
また、持込機械使用届の情報を元に定期自主検
査日の確認及び期日前の点検実施は機械管理で重要な業務であるが、現場規模が大きく機械台数が多くなれば機械管理業務は煩雑になり、確認に時間を要し、ミスも発生するという課題があった。対策として持込使用機械届のデータを点検期日や現場退場日を管理する機械管理一覧表を別帳票として作成して管理する現場が多いのが実状である。
４．システム導入による解決策と導入効果
4.1 点検実施の確認
従来の紙手法では難しかった点検がされたかど
うかをシステム上で自動的に確認できる機能を開発し、作業開始前点検が確実に実施される仕組みを構築した。開発の要は、図-4-1 に示す未点検の機械がある場合にメールによる警報自動通知を行う機能、あらかじめ重要と位置付けた設備や機械の点検完了を元請職員が確認しない限り稼働しな
い運転開始承認制の 2 種類である。以下に詳細を説明する。
4.1.1 未点検時警報アラート通知の仕組み
未点検時の機械運転防止を目的としており、①
作業開始時間になったにも関わらず使用予定の機
械が未点検の場合、②未点検のまま一定時間以上重機を稼働させている場合のいずれかが発生する

図 4-1 重大災害撲滅対策システム構成図- 128 -

と職長と元請担当社員、機電安全責任者（当社にて任命している機械安全管理の責任者）等へ自動メール通知し、点検を促すものである。
なお、未点検時警報アラート通知の対象は重大災害へつながる可能性の高い作業計画指示書を必要とする機械とした。
4.1.2 運転開始承認制の仕組み
運転開始承認制とは、災害が発生した場合に死亡災害に直結する等、安全管理上重要と位置付けた設備や機械を対象にした未点検時警報アラート
通知よりも更にレベルの高い未点検防止策である。
重要な設備や機械の点検完了を元請職員が承認しない限り機械が稼働できない仕組みであり、未点検状態での稼働を確実に防止できる。
機械等の点検が「機械の停止状態での点検」と「機械を運転させながら行う点検」の 2 種類があるが、「機械の停止状態での点検」の完了を元請職員が承認しない限り稼働できない仕組みを構築した。
4.2 書類管理
点検データをシステム化して管理することにより機械管理や点検に関する帳票管理業務の効率化を図っている。持込機械等使用届・持込機械届受理証の例について説明する。持込機械等使用届作成（図-4-1、 図-4-2、 図-4-3）から、元請への提出、持込機械届受理証発行（図-4-4）までをシステム上において一括で行うことができる。

図-4-1

図-4-2

持込機械届作成画面

自動生成される重機管理一覧表

図-4-3

持込機械使用届

図-4-4

QR コード付き受理

定期自主検査等の定期点検は、レンタル会社やメーカ等の現場外の会社へ依頼することも多く、点検期日の管理は重要となる。当システムでは次回点検予定日を入力すると、カレンダー形式で点検日一覧を把握できるため、点検状況の確認は容易となる。また手配忘れ防止策として、点検日が近づくと担当者へメールにて自動通知される。
システム導入の効果として、すべての情報がシステム上において共有され、元請と協力会社間の書類提出等の業務は削減された。また、レンタル会
社から提出される書類についてもシステム上に提出することにより、書類提出や修正に要する時間は減少し、最新書類を常に共有できる状態となっ- 129 -

図-4-6

点検結果入力画面ており、大幅な業務効率向上を達成した。
また、月末には一月分の点検結果をまとめた帳票
図-4-5 に従来方法との業務削減の比較例を示す。 の出力(印刷・PDF 保存)が可能であり、従来通りの導入現場の実績によると元請職員が毎月 16 時間か 回覧による運用にも対応している。システム導入
かっていた業務が 4 時間となり、75%削減が可能と の効果として、必ず現地で点検を実施し、必要に応なった。元請職員以外にも協力会社職員による書 じ点検記録として写真を残すなど点検の形骸化を類の提出、承認後の受取、機械所有者による特定自 防ぐことができる。点検を紙への手書きからシス
主検査記録の提出などの業務も削減された。
テム化とすることにより、点検表の回収が不要となり回覧を効率化することができる。図-4-8 に示す従来方法との業務削減の比較例では、元請職員が毎月 23 時間かかっていた業務が、3 時間となり、87%削減となった。さらに元請職員以外に協力会社
職員も点検表の配布、回収、点検状況の確認等の業
務は削減される。
当システムは建設業特有の機械の使用状況にも
図-4-5 持込機械等使用届に関する業務削減例
対応している。
4.3 作業開始前点検業務の効率化
重機に貼り付けた持込機械届受理証の QR コードを読み取ると自動的に対象機械の点検項目を表示する。点検者は QR コードを読み取り後に点検結果を入力するため、必ず現地点検が必須となり、形骸化を回避できる。また、QR コードを読み取ると、該当機械の過去の点検記録や点検の要点が図示さ
図-4-8 作業開始前点検に関する業務削減例
れて点検ポイントを確認できるようになっている。
各点検項目に対し、「良好」「要修理」「修理済み」(1)複数の協力会社、点検者の変更と結果を入力するだけではなく、写真添付や部品
建設業の特徴的な機械使用方法として、1 台の機
交換記録も入力できるため、重機の状態を関係者
械を複数の協力会社にて共通で使用することがあへ遅滞なく、かつ周知漏れすることもなく情報共る。都度、点検者が変更となるが、異なるスマート
有は可能となる。（図-4-6、 図-4-7）
デバイスにより点検される状況においても、当シ
ステムでは、過去の点検記録の情報が、機械毎に一元的に管理され、確実な点検管理ができる。
(2)現場独自の点検項目の選定
図-4-6 点検結果確認画面
点検表には、あらかじめ用意された社内統一点
検表の項目に加え、標準的な機械構造と異なるタ
イプなど、現場独自の点検項目に変更する必要があるため、従来の紙様式と同様に、当システムでも現場にて任意に点検項目を追加や変更が可能な柔軟性の高い仕様とした。
図-4-7

点検結果確認画面- 130 -

4.4 管理部門への定期点検書類提出
当社では電気設備に関する月例点検表を現場から各地域の管理部門（支店）に提出をしている。管
理部門の担当者は提出された書類の確認や管理、未提出現場への提出を促すために多くの手間と時間を要していた。そこで、点検をシステム化したことを活用し、未提出現場を自動でチェック後、未提出の場合は自動で催促メールを送る機能を追加し
図-4-9 クレーン予約確認画面た。また、管理部門にて別途作成していた各現場の提出データをまとめた帳票も自動作成可能である。
4.5.2 ヒヤリハット報告
電気設備を対象に点検結果を提出、点検結果一
ヒヤリハットは発生すると協力会社職員が報告
覧表を自動生成、月例点検および受変電設備の日書を作成し、元請へ提出し、朝礼や昼の打合せで報常巡視点検結果、期日までに支店へ未提出の場合
告書を配布し周知するという対応を行ってきた。
の催促メールによる自動通知を行うことで現場の問題点として、情報共有されるまでに時間がかか
みならず支店管理者が行っていた業務を自動化す
り、配布資料はその後の活用しにくい状況があっることによって大幅な業務効率化を図った。
た。また、スマートデバイス上でチャットツール等を用いて現場内に早期にヒヤリハット情報を共
4.5 その他の機能有・展開する方法も行われているが、迅速性は高い
当システムにより構築した元請と協力会社で情ものの、情報の件数が多いと情報整理や傾向分析
報を共有できる仕組みを利用し、点検以外の業務はしにくく、是正状況を管理しにくい面があった。
に対しても業務効率を向上させるアプリケーショ
点検システムで構築した情報を協力会社と元請ンを開発している。以下に 3 つのアプリケーショで共有できる仕組みを利用したヒヤリハット報告ンの機能について説明する。
アプリを開発した。
4.5.1 クレーン予約管理
報告者はスマートデバイスを用いて現場状況写
社外から調達する移動式クレーンの予約は電話
真をその場で撮影し、ヒヤリハット状況を報告すやメール等で行われており、工程変更などによるる。報告されたヒヤリハット状況は、現場内の元請予定の変更などは突然発生することも多く、元請職員や協力会社でリアルタイムに報告内容を確認
職員やクレーン会社社員はかなりの時間を費やし、することができ、元請担当者は是正が必要なヒヤ
業務多忙となる一因になっていた。また、連絡がう
リハット事例に対し、対応の指示コメントをすぐまく伝わらずに予約ミスを発生させることも稀にさま入力することができる。報告されたデータか発生しており、発生した場合は工程に及ぼす影響
ら同じようなタイプのヒヤリハットの分類や、発は無視できないものとなる。そこで点検システム
生日や発生場所、報告者別等の集計が自動的にグにおいて構築した情報を協力会社と元請で共有でラフ化されて表示される(図-4-10)。
きる仕組みを利用し、クレーンの予約管理システ
導入の効果として、
ムを開発した。
①写真付きのヒヤリハット情報が提出と同時に遅PC やスマートフォンを利用し元請社員がシステ
延なく元請と協力会社で共有されるため周知がタ
ム上でクレーン予約情報を入力すると、自動でメイムリーに行われる。
ールがクレーン会社に送信され、配車担当者は予②報告を元にした是正の指示や、その進捗状況を
約内容を確認し、配車情報を入力する。予約中、予全員が確認でき、他の作業場所においても同様の
約確定やキャンセルなどに関する情報はカレンダ懸念が無いか等の確認ができる。
ー上に色分けされ一目で確認することができる③発生日、発生場所、ヒヤリハットのタイプなどの（図-4-9）。入力された情報は元請やクレーン会社
自動集計、グラフ化ができるため、安全教育や注意の全員に見える化することにより、クレーン予約喚起への利用が容易である。例えば協力会社が検忘れ防止や重複予約の回避が成された。日々の打索機能を用いて同種工事でのヒヤリハット抽出し、合せや週間工程会議等でクレーンの予約を確認し、自社の安全教育等に活用することや自社と他社の作業調整はしやすくなっている。現場の導入効果
傾向の違い等を把握するなど、ヒヤリハットのデとして、元請担当者のクレーン予約管理に掛かるータベースとしての活用が上げられる。
業務が毎月 4 時間かかっていたものが 1.5 時間、クレーン会社の担当者の業務が毎月 5 時間かかっていたものが 3 時間となり、50%削減が可能となった。

- 131 -

導入した現場の一事例では、協力会社も簡単に
素早くヒヤリハット報告ができるため、ヒヤリハ
ットの提出件数自体が飛躍的に増加（約 3 倍）し、従来は報告されなかった軽妙な日々の気づきについても報告がなされるようになった結果、現場の安全管理活動やコミュニケーションを活性化した。
図-4-12 集計グラフ画面

５．まとめ
点検業務は長らく改善されにくかった分野であったが、施工設備や機械の点検業務等を従来の紙による記入から、スマートデバイスを用いて電子化することにより、デジタルデータとして取り扱うことができた。この点検業務等のデジタルデー
図-4-10 ヒヤリハット集計画面
タは情報のリアルタイム共有や二次的な利用を簡単に行うことができるようになったため、点検の4.5.3 設備や機械の停止要因分析ツール
確実性や信頼性をシステムの機能により高めて、
機械設備やプラントなどの停止要因を分析し点検不備に起因する機械や設備の重大災害を減らて施工方法や設備の改善を行い、稼働率を向上さすことを期待している。
せる試みは従来から行われてきたが、日報からデ
新たな課題として高齢者も多い建設作業従事者
ータの集計作業や分析作業に多大な労力を必要とのスマートデバイス取扱いスキルの向上や、スマし、改善活動のために統計的にデータを整理して、ートデバイスの調達方法などがあるが、建設業界改善活動につなげるのは難しかった。このため、経においてもスマートデバイス等の IT ツールの利用験豊富な職長や職員の感覚的な判断に基づく改善が急速に浸透していくものと考えている。
活動となり易く、判断は個人の能力に左右される
また、当システムのベースとなるプラットフォ傾向にあった。
ームは自由度の高いクラウドサービスを用いてお本ツールでは、オペレータが停止した原因を PC
り、管理したい内容を簡単にシステム化し情報をやタブレットに直接入力することにより日報を自共有化できることから、作業開始前点検以外でも動的に作成し、入力されたデータを自動的に停止
様々な利用方法を提案し業務効率化を図っている。
要因毎の停止時間や回数の傾向分析しグラフ表示
さらに、クラウドサービスを用いてシステム上でを行うことができる。これによりリアルタイムで共有することにより、現場だけではなく管理部門
改善活動につなげることが可能となり、改善活動を含めた様々な業務を効率よく行うことができるの進捗を早め、改善による効果を定量的に把握すため、メニューや機能の拡充を図り、元請職員や協ることができる(図-4-11、図-4-12)。
力会社職員の更なる業務効率化も目指している。
当ツールを導入した現場では、当ツール使用前
将来的に点検表を始めとする帳票の電子化をさは冬季の施工休止期間に前年度の状況を分析し、らに発展させて、関連する安全書類も含めた完全次シーズンからの施工に反映していたため、改善
ペーパーレス化を目指すとともに、最新デジタルに反映されるまでに時間がかかっていたが、当ツ技術により収集・蓄積した点検データ、整備データールを使用することで施工しながら改善活動を並や機械の稼働データを活用して、安全性や生産性
行して行い、また、改善による稼働率の変化を見えをさらに向上させる新たな設備や機械の管理手法
る化されることにより、稼働率を早く改善させるを構築していきたい。
ことができている。

図-4-11 停止要因入力画面- 132 -

31．メッシュ Wi-Fi による映像の伝送に関する実証実験

安藤ハザマ

１．はじめに近年の光学・通信技術の普及に伴い，高解像度な映像を取得する 4K カメラや，広範囲で安定した無線通信環境を構築するメッシュ Wi-Fi 等の通信機器の入手が容易になってきている。
このこともあり，建設現場の施工管理において，定点カメラで施工状況をモニタリングし現場事務
所等の遠隔地から現場の様子を確認する事例が増加している。また，現場におけるカメラおよび通信機器のさらなる活用例として，4K 定点カメラ映像
を用いて現場の進捗管理を効率的に行うシステム
1)も開発されている。
そこで著者らは，定点カメラ映像およびメッシ
ュ Wi-Fi を建設現場へ導入する際の留意点を整理するため，当社技術研究所内に現場を模擬した無線通信環境を構築し，4K カメラ映像を伝送する際の伝送距離や，伝送するデータ量等が映像の閲覧性に与える影響を確認した。

○ 紫垣
藤本
武石

萌
直也
学

２．システムの概要
構築した通信環境とカメラの配置を図-1 に示す。
実験場所の技術研究所は敷地面積約 70,000 ㎡，鉄筋コンクリート造の施設 8 棟と約 19,000 ㎡の屋外実験ヤードを有するものである。本実験では約40m～200m 離れた 5 棟に定点カメラと無線アクセ
スポイント（AP）を設置することで，3 棟の屋内実験場および屋外ヤードの映像を取得し，現場事務
所を模擬した敷地南端の棟（以下 A 棟）にて一括で記録・閲覧できる環境を構築した。なお，映像の記録には NAS（ネットワーク HDD）を用い，閲覧には IP ビデオ監視システムを用いて別の Wi-Fi ネットワークからの閲覧を可能とした。
３．カメラの選定
3.1 カメラの配置
敷地中央に位置する棟（以下 B 棟）および敷地北端の棟（以下 F 棟）には屋外ヤードまでの距離が最大で 100m 近くあることから 4K 解像度の映像

図-1 構築した通信環境とカメラの配置- 133 -

が取得可能なカメラを設置し，屋外ヤードを 2 方向から撮影することとした。屋内の映像を取得する 3 棟（以下 C，D，E 棟）には，2K 解像度の映像を取得するカメラを設置した。使用したカメラの諸元を表-1 に，設置状況を写真-1 に示す。
3.2 映像の質と使用するデータ量
カメラから伝送される映像のデータ量は，映像の質に伴って増減する 2)。映像の質に関わるパラメ
ータは複数あり 2)，本実験では解像度，フレームレート，ビットレートに着目した。
解像度は，画像を表現する画素の密度の値である。イメージを図-2 に示す。ある画像を表現するために用いる画素数が多いほど，より精細な表現が可能になる。そのため，解像度が高いほど映像の質は高く，使用するデータ量は多くなる。
フレームレートは，映像 1 秒間あたりの画像の枚数の値である。ある動きを表現するために用いる画像の枚数が多いほど，動きの滑らかな映像となり，使用するデータ量は多くなる。
ビットレートは 1 秒間あたりのデータ通信量の値である。通信するデータ量が多いほど，精細さや滑らかさを維持したまま映像を伝送することができる。すなわち同じカメラから伝送された映像でも，ビットレートの大きなものの方が映像の質は良いといえる。4K カメラにおけるビットレートに伴う画質の変化を図-3 に示す。
以上のことから，本実験では 5 台のカメラのビットレートおよびフレームレートの値と，それを伝送した際の閲覧可否を確認することとした。

約 200m と遠いため，指向性アンテナを有する APを用いて B 棟を中継し伝送することとした。また
C，D，E 棟で取得した映像は無指向性アンテナを有する AP を用いてメッシュ Wi-Fi で B 棟に集約し，E 棟の映像と合わせて無指向性アンテナで A棟へ伝送することとした。

４．ネットワークの構築
4.1 Wi-Fi アンテナについて
本実験では 5 台分のカメラ映像を伝送する無線通信環境を構築した。各 AP には伝送距離に合わ
せ，指向性と無指向性の 2 種類の無線通信アンテナを有する AP を用いた。指向性アンテナは電波を送受する方向が限定されるが，より遠くまで電波が届く。無指向性アンテナは伝送距離が指向性アンテナに劣るが，より広範囲の電波を送受できる。
図-1 より，E 棟から A 棟までの伝送距離が最大

表-1 カメラの諸元

写真-1 カメラ設置状況（左：E 棟，右：F 棟）

図-3 ビットレートによる画質の変化- 134 -

図-2 解像度による画質の変化

合がある」を○，「移動物体の映像が頻繁に不連続
4.2 メッシュ Wi-Fi についてとなる」を△とした 3 段階で評価した。
メッシュ Wi-Fi とは，複数の AP どうしが網目状に接続され，任意の AP から AP へ情報を伝送 5.2 実験結果と考察できる技術で構成された Wi-Fi 環境である。メッ (1) 伝送するデータ量と映像の閲覧可否
シュ Wi-Fi では電波の中継が容易になるため，コ
映像の閲覧状況の実験結果を表-3 に示す。目標
ンクリート壁等の障害物を迂回して接続できる等， ビットレートが 8Mbps を超えると，4K カメラで移通信網を簡便に構築できる。
動物体の映像が一瞬不連続となる現象が発生した。
本実験でメッシュ Wi-Fi を用いた B，C，D，E 一方で，フレームレートが 1fps であれば，目標ビ
棟の離隔は最大約 50m となっており，D 棟の AP ットレートが 8Mpbs を超えても問題なく閲覧できは窓ガラスを隔てた屋内に設置した。メッシュ る 結 果 と な っ た 。 ま た ， 目 標 ビ ッ ト レ ー ト が12Mbps に達すると，4K カメラでは移動物体の映
Wi-Fi のアンテナ設置状況を写真-2 に示す。
像が頻繁に不連続となり、2K カメラでは一瞬不連
4.3 屋内での映像閲覧環境の整備
集約された映像は，A 棟内の 2 部屋で閲覧でき 続となる現象が発生した。カメラに設定した合計
るようにした。いずれの部屋も，AP のアンテナの のビットレートに対し，実測したビットレートの設置場所とは廊下や壁，扉を隔てた別室であり， 合計の関係を図-4 に示す。設定したビットレート
うち 1 部屋は階層も異なる。なお，A 棟 AP のア に比例して実測のビットレートが増加していない
ンテナは屋内に設置しており，遮光フィルムを貼 理由は，2K カメラが設定した値までビットレートを上げきれていないことが原因であると考えられ付した窓ガラスを隔てて通信を行っていた。
る。
4.4 Wi-Fi のチャンネル設定について
各区間で設定した Wi-Fi のチャンネルを表-2 に示す。A 棟 B 棟間の Wi-Fi 通信はすべての画像デ
表-3 実験結果ータが集約されるため，2.4GHz 帯よりも通信容量
カメラ設定
観測結果
が大きい 5GHz 帯のチャンネル 3)を設定した。また
４Kカメラ
２Kカメラ
ﾌﾚｰﾑﾚｰﾄ 目標ﾋﾞｯﾄ
B，C，D，E 棟のメッシュ Wi-Fi についても 5GHz
(fps)
ﾚｰﾄ(Mbps) B棟
F棟 Ｃ棟 D棟 E棟
帯のチャンネルを設定した。
1
◎
◎
◎
◎
◎
1
8
◎
◎
◎
◎
◎
1
◎
◎
◎
◎
◎
表-2 各区間のチャンネル設定
10
8
〇
〇
◎
◎
◎
1
◎
◎
◎
◎
◎
2
◎
◎
◎
◎
◎
24
4
◎
◎
◎
◎
◎
8
〇
〇
◎
◎
◎
12
△
△
◎
〇
〇
写真-2

◎：良好に閲覧できる

アンテナ設置状況〇：移動物体の映像が一瞬不連続となる場合がある（B 棟）

５．映像伝送の実証実験と現場導入時の留意点
5.1 実験概要
伝送するデータ量と映像の閲覧性との関係を確認するため，屋外に設置した B，F 棟の 4K カメラのビットレート設定値を段階的に変化させた。あわせて，全カメラのフレームレート設定値を段階的に変化させ，その映像を伝送した際の A 棟での閲覧状況及び実際に流れる映像のビットレートを確認した。なお，画像圧縮方式は圧縮率が高い
H.264 方式 2)とし，ビットレート固定モード 4)で実験を行った。
閲覧可否の評価は A 棟内に設けた AP に接続したタブレット端末を用いて行い，「良好に閲覧できる」を◎，「移動物体の映像が一瞬不連続となる場- 135 -

ビットレートの合計測定値（Mbps）△：移動物体の映像が頻繁に不連続となる

30

ﾌﾚｰﾑﾚｰﾄ 24(fps）の場合

25
20
15
10
5
0
0

2

4

6

8

10

ビットレートの設定値（Mbps）

図-4 合計ビットレート設定値と測定結果

12

(2) 映像の質と建設現場への活用法
1fps であれば，カメラ 5 台分の精細な映像を事
務所から一括で閲覧できることが分かった。現場の施工状況を 1fps でとらえた場合，その映像から
は建機や作業員の数や位置，動静，移動方向，移動速度等を読み取ることができる。現場のこのような様子を遠隔で確認可能になることで，現場に出向くことなく複数の作業状況を一括して確認でき，進捗管理の効率化につながると考える。また，
職員と建機の接近等が確認できることから，作業員の安全管理をより効率的かつ網羅的に行えると考える。
一方 10fps や 24fps の滑らかな映像からは，建機の詳細な動きや作業員の手元の作業内容等を読み取ることが可能になる。このような映像が取得できれば，職員が目視で映像を確認するにとどまらず，熟練者の手元の動きを AI 等を用いてデータ化
し，初心者への教材とする等，より幅広く活用することが可能と考える。ただし実験結果より，今回構築したシステムではカメラのビットレート設
定が 8Mbps を超えると映像に乱れが生じることが分かったため，設置するカメラの台数を減らす等の工夫が必要である。
(3) 屋内での映像閲覧環境の整備
本実験で整備した A 棟屋内での映像閲覧環境のモデルを図-5 に示す。アンテナから各部屋に設けた AP の間に中継機を 1 機設置し，映像伝送の安定化を図った。その結果，アンテナと設置階層の異なる部屋においても映像の受信を確認できた。
このことから，現場事務所のある場所で受信した映像を，離れた自席や別室の会議室，協力業者の控室等至るところで閲覧可能となり，より自由度の高い施工管理が可能になると考える。
5.3 実用上の留意点(1) 近隣との干渉
近隣の施設から電波が発されている場合，その影響で現場の映像伝送が乱れることが考えられる
ため，事前に調査を行い使用するチャンネルをずらす必要がある。本実験では周囲に無線通信を行う高層建築があったものの，実験に影響の及ぶものではないことを確認していたため，干渉は起きていない。
(2) 気象レーダとの干渉
5GHz 帯の Wi-Fi は気象レーダ波を検知した場
合，他のチャネルへ変更を行う DFS（dynamic
frequency selection）機能 5)の搭載が義務付けられており，画像に影響を受ける場合があるが，本実験場所と同じつくば市内にある気象レーダは，本実験で使用した Wi-Fi の周波数とは異なることを総務省のホームページ 6)にて確認したため，干渉は起きていない。

図-5 屋内での映像閲覧環境

６．まとめ
現場への実装を想定して構築した無線通信環境
にて，カメラ映像の伝送データ量と閲覧性の関係を確認し，定点カメラおよびメッシュ Wi-Fi を建設現場へ導入する際の留意点を整理した。
今後は本実験の結果から，実際の現場で無線通信環境の構築および運用を試行し，安定した映像伝送のための条件をより詳細に把握したい。また
映像を用いた安全・品質管理をより普及させるため，より鮮明な映像を安定して送受信できる強固な通信設備や電波干渉に強い無線環境の構築方法
等の開発を期待したい。
謝辞：本実験を行うにあたり，日本マルチメディ
ア･イクイップメントの花坂様には多大なるご協力を賜りました。この場をお借りし，深く御礼申し
上げます。
参考文献
1) 早川健太郎ほか：4K定点カメラ映像による工事進捗管理システムの開発および試行結果（その1），土木学会年次学術講演会，Ⅵ-990，2020.
2) 富士通株式会社：画像圧縮技術，
https://www.fujitsu.com/jp/about/research/techguide/list/ima
ge-compression/，2016.(2022-04-18)
3) 一般財団法人日本ネットワークインフォメーションセ
ンター：無線LANの基礎と最新動向，
https://www.nic.ad.jp/ja/newsletter/No61/0800.html，

2015.(2022-04-11)
4) Axis Communications：IPビデオのビットレート制御，2021.https://www.axis.com/files/sales/white_paper_bitrate_c
ontrol_for_ip_video_ja_2109.pdf.(2022-06-13)
5) 河村聡ほか：802.11高速無線LAN教科書，株式会社イン
プレスR＆D，2008.
6) 総務省：無線局等情報検索，- 136 -

https://www.tele.soumu.go.jp/musen/SearchServlet?pageID=
1.(2022-04-14)

32．機体に依存しない遠隔吹付システムの開発
ＮＡＴＭ吹付作業用脱着式遠隔吹付システムの開発
株式会社熊谷組
株式会社熊谷組
株式会社熊谷組
株式会社熊谷組
１．はじめにNATM 山岳トンネル工事においてコンクリート
吹付作業はトンネルの支保という点から非常に重要であるが、吹付紛じん下の劣悪な環境は作業員への負担が大きいものである。厚生労働省も令和 2
年 7 月 20 日に「ずい道等建設における粉じん対策に関するガイドライン」を改正し、紛じん濃度目標
レベルは 2mg/ｍ3 になるなど規制を強化しているのが現状である。
これに対して施工業者は液体急結剤の使用、吸引捕集方式の換気方式の採用等、紛じんを抑えつ
つ影響を最小限にするなどして作業環境改善に努めているが、その中で遠隔操作によるコンクリー
ト吹付作業をすることは作業環境の大幅な改善という点で一つの解決策であり、この取り組みの一環として遠隔吹付システム開発を進めてきた。その過程の実験を通して発生した課題から、「機体に依存しない遠隔吹付システム」というフレーズで脱着を基本としたシステムの開発を進めているので、これまでの開発経緯と合わせて報告する。

○ 坂西
尾畑
宮川
杉本

孝仁
洋
克己
憲一

「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」からは、切羽への立入禁止処置・切羽作業機械化が求められている。
また厚生労働省「ずい道等建設工事における粉じん対策に関するガイドライン」から換気、呼吸器用保護具に加えて、粉じん発生源に係る措置としての本質的な対策に遠隔吹付技術の導入を検討す
ることが明記されている（図-1）。
これより労働環境の改善と安全性向上を目指して遠隔吹付システムの開発を開始した。
2.2 システム概要

２．開発の経緯
開発背景と経緯について述べる。
2.1 開発背景
図-2

図-1

遠隔吹付システム開発背景

山岳トンネル工事切羽災害の発生原因の 70％が切羽崩落・肌落ち災害切羽作業であり、厚生労働省

遠隔吹付システム概要図

通常は吹付作業員が切羽周辺で吹付ロボットコ
ントローラにより吹付ロボットを操作するが、遠隔吹付では粉塵に影響のない範囲に設置される操作室で、吹付機に取り付けられた操作用カメラからの映像を吹付作業員がモニターで視認しながら吹付ロボットコントローラで遠隔操作を行うものである。（図-2）①吹付機操作システム
吹付機の動作は吹付機に搭載した PLC 制御盤と遠隔操作室の PLC 制御ボックス間を有線または無線 LAN で接続され、操作室から吹付ロボットコン
トローラボックスで吹付機を遠隔操作する。

- 137 -

れた操作用ネットワークカメラ映像は遠隔操作室②操作用映像システム
遠隔操作に使用する操作用映像カメラは吹付機 でモニター視認すると映像のエンコード、デコー
エレクターアーム部に左右 2 か所、全体俯瞰用と ド時間により HD720P 映像においても 200-300ms
して車体中央部に 1 か所設置した。また操作室に の遅延が発生していることが実験で明らかになり、は通常の無人化施工と同様にディスプレイを 4 台 同様の操作は遠隔吹付では難しいことが確認できた。
設置した。
②奥行き感の差異と操作の違和感
2.3 基本的システムの確立
雲仙普賢岳や阿蘇大橋等で実施された無人化施
2016 年よりＡトンネル現場において遠隔吹付シ
ステムの実験を開始した。当トンネルは全線鋼製 工 1)では、掘削機の車載カメラの他に、無人化作業
支保工を使用するトンネルパターンで初期段階の 外エリアに建設車両に対して 4 方向から視認でき
遠隔吹付の実験現場としては理想的であった。
る操作用カメラが多く設置され、遠隔操作作業員
先ずは操作用カメラ、無線機の選定を行い、使用 は適切なカメラを切り替えて、作業の際に必要と機器の基礎実験を実施した。ネットワークカメラ なる奥行き感を補填している。しかしトンネル内を数種類選定して動作確認後、取付位置を吹付作 では吹付機にカメラを取り付けられても、トンネ業員も含めて検討して決定した。カメラ雲台の自 ル土平等に取り付けることは現実的でなく、奥行作も行い理想的なパン・チルト方向動作を追求し き感の把握が難しいことが認識できた。
た。また無線 LAN に関しては 5GHz 帯の他、2.4GHz、25GHz 等色々と実験して、トンネルにおける吹付機と操作室の離隔がどの程度まで可能か確認をした。
その後実作業で数度にわたり実験を実施したが、（写真-1）無線機の距離制約、映像の遅延等も抱えながらも吹付作業員は 2-3 回の練習で、基本的吹付作業を遠隔操作で行い、システム有用性の確認
ができた。
写真-2

奥行き感の差異

写真-2 より、操作用カメラが斜め方向から対角で吹付ノズルを撮影していることからノズル前後方向の奥行き感が視認し辛く、実際は 2m 以上離れていてもモニター映像では１m 未満に見えることがわかる。これによりノズル操作で思った以上に動作が大きく動き、適切な吹付箇所への誘導が難しくなっていた。
③無支保工区間の対応
当初現場は鋼製支保工が入る支保パターンであ
写真-1 遠隔吹付風景
ったが、途中より無支保工区間になった。通常の有人吹付の場合は後方 100m 程度の天井に取り付け
2.4 新規課題への対応られているレーザーマーキングシステムで教示さ2017 年より実験場所をＢトンネル現場に移して、 れる吹付限界を視認しながら吹付可能であるが、技術開発を進めることになった。
無人化施工で操作室の映像モニターによるレーザ(1)新規課題についてーマーキングの視認が難しく、遠隔操作では無支解決しなければならない課題は以下の通りであ 保工区間の施工が難しいことが実験でわかった。
った。
(2)課題の解決方法検討と結果①吹付作業員の吹付コントローラ操作速度と操作あがった諸課題に対して以下の対策により解決用映像遅延を目指した。
吹付機の動作信号は ON、OFF のみなので吹付作 ① ノズルワーク自動システムの開発
業員は吹付ロボットのノズルワーク回転方向の操吹付作業員が常時ノズルワークする動作はノズ
作では、コントローラを正逆方向に 50ms のスピー ル回転、ノズル前後、アームスライド前後の 3 動
ドで動作させて微妙な動きを操作していることが 作である（図-3）。この動作スピード、動作範囲を調ビデオ解析で確認できた。しかし吹付機に搭載さ 整可能にして自動的に動作させ、必要に応じて手- 138 -

動介入が出来れば動作の低減が可能と考えた。この 3 動作の自動化実験で顕著な効果があったのは、前述した 50ms のスピードで微妙な操作していた
ノズル回転の動作であった。
ノズル回転の自動化のみでも吹付作業員の負担改善が顕著であることが確認できた。

図-3

ノズルワークの 3 動作図

またこれにより操作カメラ映像遅延の影響も大きく受けずに作業員の負担軽減が可能になった。
②吹付ガイダンスシステムの開発
奥行き感確保と無支保工区間の対策にはバック
ホウ、ブルドーザ等に搭載されているマシンガイ
ダンスシステムと同様の吹付機用ガイダンスシス
テム開発が効果的と考えたが、屋外で使用するガ
イダンスシステムとは違い GNSS が使用できないトンネルの環境下でどのようなシステムにするかが課題であった。

レーザーポインタ三次元位置の蓄積により、マーキングシステムから取り込んだ設計断面と比較
して、どの程度の吹付余裕があるのか表示する。
緑点位置の画像データの解析は、ステレオカメ
ラに内蔵されているミニコンが 30fps で行っていたが、振動の影響や吹付ロボット位置で認識可能なカメラ台数の変動に連動して位置精度値も変動
し、表示位置が大きく変化するなど、システム改良の余地が多くあることがわかった。また毎回レーザーマーキングシステムの照射点を使用してステ
レオカメラ 8 台の自己位置、方位を計測する必要があるが、精度を出そうとすると当初予想していた点数より多くの計測が必要になり毎回十数分かかってしまった。
2.5 Ｂトンネル実験結果(1)実験後の課題①配線等の破損

写真-3

図-4

緑点照射カメラ追尾式ガイダンスシステム図検討した結果、ノズル筒先部に取り付けた緑色
レーザーポインタが照射する点とノズル根元に設置される赤点照明をステレオカメラで距離認識をしてノズル位置と方位を認識する緑点照射カメラ
追尾式ガイダンスシステムを採用した。（図-4）
この方式では以下の表示が可能になった。
a.ノズル位置表示ガイダンス
緑色レーザーポインタの壁面照射点と赤色ノズ
ル位置認識灯の三次元位置をステレオカメラで認識して、ノズル筒先の位置と方向をガイダンス用
PC で算出して表示する。
b.吹付厚巻推定表示

配管配線状況

当初からノズルワーク自動、ガイダンスシステ
ムを想定しておらず、後付けでシステム追加した
結果、LAN、センサー、粉塵対策用エア管、電源線を敷設したことにより多くの配線、配管になり、吹付粉塵、油圧の交換、日常の稼働によるシステム維持が容易でなかった（写真-3）。開発サイクルが長期となる場面では、ほぼ配線、配管のやり直しを余儀なくされ、実験効率の低下、費用の増大を招いた。
②発破の影響前述した配管、配線にも影響があったが、特に操作室での発破衝撃の影響は甚大であった。4t 平ト
ラックにユニットハウスを搭載したが、室内のディスプレイ、エアコン、空気清浄機等も発破の影響で破損した。
③専用機による高額な開発費後付けで操作用カメラ、センサーや配線配管もあったが、当初から専用の PLC 制御盤、比例電磁弁が搭載されており、システムの維持も含めて多くの費用がかかった。
(2)得られた成果①映像による遠隔操作
どこの現場でも吹付作業員は 2,3 日の練習で映- 139 -

像による遠隔操作に対応して基本吹付程度は容易にこなしていた。
② ノズルワーク自動ノズルワーク自動は前述したノズル回転のみでも遠隔吹付では顕著な改善効果があった。吹付作
業員は遠隔操作当初は、ノズルワーク自動をあまり使用したがらないが、しばらくして遠隔操作に慣れてくると必ず使用を始めて、「負担が減る良いシステム」という意見であった。
③無線機、粉塵対策
トンネル内でも安定した伝送可能な無線 LANの選定や、カメラの粉塵対策システムを確立できた。これにより 200m 程度離れた範囲であれば安定して遠隔操作が可能になった。
３．新規開発目標
これまでの課題経緯から「機体に依存しない遠隔吹付システムの開発」という目標で脱着式遠隔吹付ユニットの開発を進めることにした。
先ずは導入予定現場を決めて以下のシステムを開発することにした。
3.1 後付け遠隔操作用コントローラ制御装置

図-5

後付け遠隔操作用コントローラシステム図

3.2

脱着式低遅延高精細映像伝送システム

図-6

脱着式低遅延高精細映像伝送システム図

映像無線・バッテリー搭載 PTZ カメラユニットを製作して、吹付毎に所定の箇所に設置する移動式にする。作業終了時は取り外して充電とメンテナンス作業を行う。また PTZ カメラは屋内用汎用カメラを使用してコスト低減に努めた。HDMI 出力を搭載した PTZ カメラを使用して映像無線機にHDMI 入力で直接映像伝送をする。映像無線機は5GHz 帯を使用しているが帯域が広いので、一度に使用できる台数は 4 台であるが今回の吹付機のケースでは十分な仕様である。また操作室へフル HD
映像が遅延なく伝送が可能で屋外トンネル実験において 400m 程度の伝送において遅延なく伝送が可能であった。
カメラ操作は RS485 出力を無線 LAN に変換して操作室から PTZ の制御が可能になる。（図-6）
しかしながら粉塵対策用エアは吹付機本体から供給とするので脱着可能なエアコネクタとエアリールを装備する予定である。
3.3 小型移動操作室の製作
従来は機器スペースや居住性を考慮してユニットハウスを車載する方式であったが操作室全体が大きくなり、トンネル内の旋回はぎりぎりで退避がしづらかった。そこでワンボックスカーをベースにした小型の遠隔操作室にして、発破の際は影響のない範囲まで退避を容易にすることにした。

有人吹付の場合は吹付コントローラをコントローラコネクタに接続して使用するがここに後付けでコントローラ信号 LAN 変換機を接続する。
操作室側 PLC 吹付機制御器と無線 LAN で接続することにより、操作室へ吹付コントローラを移 ４．今後について
今回の技術開発はターゲット現場に導入を目指
設すれば遠隔操作が可能になる。
また操作室側の PLC 吹付制御器から回転ノズル して開発を進めており、年内には試験運用から実ワーク自動制御信号や教示再生式自動信号を作成 作業を目指している。ただし今回の現場は鋼製支して送れば、吹付機側の吹付機制御盤の制御する 保工が全線に入る支保パターンであるので上記のことが可能になる。これにより吹付機を改造する 開発で十分であるが、今後の無支保工パターンのことなく操作室側 PLC 吹付機制御器により簡単な 現場に合わせて脱着式のガイダンスシステムの開遠隔制御が可能になる。また無線 LAN 等の設置は 発も同時に進めている。その内容はまた別の機会必要であるが容易に機体からの脱着が可能になる。 で発表をしたい。
（図-5）
参考文献
先ずは導入予定現場に合わせた吹付機メーカー
1)
飛鳥馬翼，中出剛，北原成郎，天下井哲生，“阿蘇大橋と制御信号仕様に関して確認後、PLC 吹付機制御
地区崩壊斜面の応急対策から恒久対策までの取組み”，器側で対応できる仕様とした。
土木施工，Vol.62，No.6，pp.104-107，2021- 140 -

33．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(株)フジタ(株)三井三池製作所

１．はじめに2020 年度から始動した国土交通省インフラ分野のデジタル・トランスフォーメーション(インフラDX)テーマの 1 つにロボットや人工知能(AI)の活用がある。この目的としては，施工の自動化や人の作業の代替を行い，危険作業・苦渋作業を減少する
こと 1)と熟練技能の効率的な伝承の実現などが挙げられている。トンネル工事においては，ドローンで撮影された画像や，センサから取得した計測値を用いて健全性の診断を行っている 2)。今後，効率化を進めるために AI 技術などを活用した点検のデジタル化を推進するとしており，建設現場の生産性を向上させる技術開発が急務となっている。
そこでフジタでは，インフラ分野の DX 推進の一部としている AI 技術を活用して，山岳トンネルの掘削ズリだし作業の省力・省人化を目指した。
本論文では，AI 技術搭載の「山岳トンネル用自動ズリ積込機※以下 ai ロックローダ」(株式会社三井三池製作所と共同開発)の概要と現場での実証
実験・運用結果について報告する。

〇林
秀晃
浅沼 廉樹
山田 照之

期解放を可能とするものである。
３．ai ロックローダの概要
3.1 ai ロックローダの概要と構成
ai ロックローダは，切羽後方に仮置きしたズリを掻き寄せるための掘削ブームとダンプに積込むための排土ベルコンで構成される。
また，ai ロックローダの仕様を表-1 に，本体全景を写真-1 に示す。センシングは，ai ロックロー
ダの中ほどにある GPU 盤と前方にあるセンサ機器で行う。
表-1 ai ロックローダ本体仕様

全⻑

18.5 m

総重量

50

全幅

3.0

m

電圧

AC400V

全高

6.1m 搬送能力510t㎥/h

センシング機器

２．開発の経緯
山岳トンネルの施工は，「①発破，②ズリだし(積込み・運搬)，③支保工」が基本的なサイクルとなっており，近年におけるトンネル工事の技術開発
は，トンネル近傍での発破準備作業や支保工組立作業が主流になっている。一方，ズリだし作業は，施工現場の制約(重ダンプの台数や坑内外の運行
サイクルなど)から，支保工作業までのサイクル時間が長くかかることや，ホイールローダやバック
ホウといった積込み機械運転手の長時間拘束も問題であった。この対策として，ダンプでの移動が長くなる長距離トンネルの場合は，連続ベルトコン
ベヤの採用などが行われていたが，大幅な所要時間の改善はされず，施工方法の再検討が必要であった。
ai ロックローダは，発破により発生したズリを切羽後方に設置した ai ロックローダの前に仮置きした後，重ダンプに積込むことで，切羽作業面の早- 141 -

掘削ブーム

GPU 盤

排土ベルコン
写真-1

ai ロックローダ全体図

3.2 システム構成
・計測を行うセンシング機器
・GPU 盤(AI 自動運転盤)
・制御盤
ai ロックローダは上記の 3 点でシステム構成さ
れる。

側壁
切羽面

表-2 センサとセンシング機器
種別
ズリ計測用3次元点群センサ
LiDAR
ズリ認識用可視光カメラ
車載カメラ
ズリ認識用赤外線カメラ
サーマルカメラ
傾斜・姿勢検出
IMU

メーカー

型番

Velodyne

VPL-16

LeopardAR0231-GMSLFLIRBOSON ADK-VGA

多摩川精機

TAG265ズリ

路面

写真-2 データ取得後の認識結果 1

重機

ai ロックローダは，GPU 盤とセンサ類(LiDAR：三次元点群センサや超音波センサ，ストロークセン
サ)で自動運転を可能とし，安全対策も施されている。自動運転のみならず，手動運転にも対応しており，緊急時や ai ロックローダ配置場所までの移動など，人の判断で操作を行うことも可能である。
搭載したセンシング機器を，表-2 に示す。実験
では，これらのセンサを運転レベル毎に使い分けて使用する。
自動運転の際，LiDAR にてズリの形状を読み取
り，カメラで得た映像を画像認識することにより，仮置きしたズリ山のズリを判別する。人も検知可能なため，安全性が向上する。また，ai ロッ
クローダ後方にある超音波センサにより，ダンプの停止位置をセンシングし，停止場所になればダンプ運転手に警報ブザーにより知らせるシステムとなっている。これは，ダンプと ai ロックローダの衝突防止対策とズリ積込み位置誘導を行うため
である。

作業員

写真-3 データ取得後の認識結果 2

写真-2 については，切羽面を側壁と一部誤認識しているが，その他は正確に検知していることが確認できる。写真-3 については，重機と作業員を誤認識なく検知していることが分かる。これらより，ズリを掻き込む作業と，安全性については問
題ないといえる。
4.2

実証実験条件(自動運転レベルについて)

4. 実証実験に向けた準備
4.1 自動運転(AI)教師データ取得
自動運転を行うためには，多くの写真データ(教師データ)の取得が必要なため，トンネル 2 現場にて、カメラからトンネル坑内画像やズリ画像
を約 1700 枚取得した。その後，学習データにのみ過剰に反応し、未知のデータに対応できない“過学習”に注意しながら，学習を行った。AI
での学習後の動作結果を写真-2，3 に示す。
図-1 自動運転レベル 1(L1)- 142 -

自動運転レベル 2 相当の動作検証
カメラ画像の AI 認識結果を基にズリ山の領域の認識や周辺対象物(ズリや側壁，作業員など)の把握が可能かを検証とした。写真-4 に使用した模擬トンネルを示す。

③

側面領域

走行路面領域図-2 自動運転レベル 2(L2)

自動運転レベルを下記の 3 段階に区分し，これらのレベルを組み合わせて動作検証・実証実験を行った。
・自動運転レベル 0（L0）
バケットの動作を固定し，決められた動作を自動的に繰り返すことでズリ積込みを行う。
・自動運転レベル 1（L1）(図-1)
ai ロックローダに取り付けた三次元点群計測センサ(LiDAR)から得られる点群データを基にバケットの移動先(ズリ位置)を動的に判断し，自動積込みを行う。
・自動運転レベル 2 (L2)(図-2)
ai ロックローダに設置したカメラ映像から，AI技術を用いた画像認識機能により，ズリやトン
ネル壁面，現場作業者などの対象物を認識し，レベル 1 の結果と組合せ，ズリの有無に基づく自動運転制御を行う。

写真-4

模擬トンネル

4.4 模擬トンネルでの検証結果
各自動運転による効率比較を表-3 に示す。効率の比較については，ai ロックローダを運転手が手動で動かした際，ダンプ 1 台分の所要時間を 100%とした。また，自動運転では，ズリ掻き込みの優先
度を ai ロックローダから遠距離としていたが，ズリをうまく掻けなかったため，近距離優先とした。
実験状況については，写真-5 に示す。

4.3 模擬トンネルでの検証
自動運転試験として，各種センシングシステム
毎の動作検証(センシング結果に基づいて油圧制御が連動して動作するかの確認)を行った。本検証は，高さ 6m，幅 12m の模擬トンネルで実施した。
検証内容は，① 自動運転レベル 0 相当の動作検証
設定したストロークセンサの値によってバケットの動きが意図したものかを検証② 自動運転レベル 1 相当の動作検証
LiDAR センサでの計測結果を基にズリ山位置計測を行い，より確度の高いズリ山にバケッ
トを移動できるかを検証

表-3 作業効率比較表

操作方法

作業効率

備考

手動

100

% 降車位置で操作

レベル0

90

%

レベル1

41

% 近距離優先レベル2

検知のみ確認

写真-5 模擬トンネル実験状況- 143 -

検証の結果，・L0 動作に関しては，固定動作での掻き込みとなる為，手動と同等の効率となるが取りこぼし量も多く見受けられた。また，動作がほとん
ど手動動作と同様なため，効率比較の差は10%のみとなった。
・L1 動作に関しては，掻き込み動作毎に機械動作を止めてセンシングを行う為，待機時間が長く感じられたが 1 回当たりの掻き込み量は多く，取りこぼし量も少なく感じられた。
・L2 動作に関しては，掻き込み動作を試みたが掘削ズリと路盤との判断が難しく，掘削ズリの認識確認のみとなった。
5. 実証実験の概要
5.1 実証実験実施現場の概要
工事名 ：令和元-4 年度横断道
羽ノ浦トンネル工事
工事場所：徳島県小松島市
工期：2020/2/26～2023/1/31
発注者 ：国土交通省四国地方整備局※本実験では，自動運転の運用方法として，制御を複合することで作業効率の向上を図った。

写真-7 使用ズリ山

5.2 坑外ズリピットでの実証実験
実験の様子を写真-6 に，使用したズリ山を写真-7 に示す。

5.3 坑外ズリピットでの実証実験結果
坑外ズリピットでの実証実験結果を表-4 に示す。
効率の比較については ai ロックローダを運転手が手動で動かした際，ダンプ 1 台分の所要時間を100%とした。
表-4 ズリピットでの作業効率の比較

操作方法

写真-6 ズリピットでの実験

4.3 で実施した模擬トンネルでの検証と比較し，大きさや色も違う実際のズリでも模擬トンネル検証時と同等の結果が得られるかを確認するために，
坑外ズリピットで実証実験を行った。
自動運転は，自動運転レベル 0 と 2 を組み合わせて実施した。操作条件は，手動操作と自動運転(自動運転レベル 0+1 と 1+2)にて実施した。本実験のズリ山は，直径 100mm～300mm 程度の砕石と栗石を採用した。

作業効率

備考

手動

100

% 乗車にて操作

レベル0+278%

レベル1+244%

実証実験結果・模擬トンネルでの検証時と同様，自動運転レベ
ル 1 と 2 共に，基本動作には問題なく，ズリ山を掻けることを確認できた。
・バケットのスタックなどが原因で自動運転の停止が見られたので改善が必要。
・模擬トンネル検証結果と比較し，レベル 0+2 の作業効率については，自動運転（＝レベル 2 の画像認識）が付加されたため下がった。
・センサを用いた完全自動であるレベル 1+2 での作業効率は，模擬トンネルでの検証から改善され，上昇した。
・模擬トンネルとは異なり，大きい岩でも，ズリの掻き寄せやコンベヤ搬送には問題がなく，工事現場でも動作すると考えられる。

- 144 -

ai ロックローダは切羽より約 30m 手前にセット。
切羽直前にズリ寄せのバックホウ 1 台，ズリ山もりのためのホイールローダ 1 台，ai ロックローダ
後方にズリ搬送のための 25t 重ダンプ 1 台を配置した。

5.4 現場運用
全体の俯瞰図を図-3 に示す。

5.5 現場運用結果
手動・自動ともに動作は正常なことを確認した。
表-5 坑内運用検証での作業効率の比較

操作方法

作業効率

備考

手動

100

% 乗車にて操作

レベル0+279%

レベル1+267%

坑内での実証実験結果を表-5 に，実験状況を
写真-8，9 に示す。効率の比較については ai ロッ
クローダを運転手が手動で動かした際，ダンプ 1 台
分の所要時間を 100%とした。

写真-8 トンネル坑内運用状況(後方)図-3 坑内実験時全体俯瞰図

模擬トンネルでのシステム調整と新たな学習用
教師データの取得作業が終了した後，運用検証を
現場坑内で行った。
運用内容は，動作確認として手動操作と自動運
転レベル 0～2 を実施した。また，手動操作と自動運転のデータの比較を行った。自動運転について
は，自動運転レベル 1 と 2 を組み合わせた条件で行った。

- 145 -

写真-9 トンネル坑内運用状況(前方)運用結果
・坑外ズリピットでの検証時，発生したバケットのスタックはシステム改良により，動作の自動復旧が確認できた。
・各自動運転レベルにおいての作業効率は，ズリ
ピットでの検証時と比較し，上昇した。
・ズリの有無についても，センシング画像と現場目視確認にて，しっかりズリが掻き込めることが分かった。また，センシングも問題なく動作していることを確認できた。
・バケットのスタック対策(キャンセル動作)の導入により待機時間が減少したため，ズリピット
実験時に比べ，効率が向上したと考えられる。
・ズリピットでの実験時に取得したズリ山のデー
タで学習を行ったことでスムーズにしっかりズ
リを掻き込めたと考えられる。

7. おわりに
今回の運用・検証では，回数を重ねるにつれて各自動運転レベルの作業効率は上昇した。今後も写
真データの収集を継続し，AI による学習を行い，ダンプ運搬方式(図-4)の安全性向上や生産性向上など，自動運転の発展に努めていく。また，今回とはズリ運搬方法が異なる，連続ベルトコンベヤ運搬(図-5，6)採用のトンネル工事への導入も進めていく所存である。
※図-5，6 はイメージ図

6.

まとめ
ai ロックローダは，切羽でのズリ運搬作業の待ち時間が減少することでトンネル工事による施工
サイクルタイムが速くなる機械である。
ここで，ai ロックローダの特徴を 5 点まとめる。

図-4

ダンプ運搬方式①

後方にズリを仮置きすることで切羽の早期解放が可能となり，生産性が向上② AI による自動運転が可能である③ 自動運転により，約 20%の省人化が可能④ 手動でも操作可能⑤ 人の検知が可能で安全性向上
切羽の早期解放時の運用状況を写真-10 に示す。
図-5

図-6
写真-10

連続ベルトコンベヤ運搬方式

運搬機付き連続ベルトコンベヤ運搬方式

切羽の早期解放状況

参考文献
エレクターを切羽に移動することができ，ズリ搬
出作業と支保工作業を同時にすることが可能となった。

1) 国土交通省：インフラ分野のデジタル・トランスフォー
メーション(DX)，p.1，p.3，令和3年2月9日
2) 国土交通省：資料 3 インフラ分野のDXに向けた取組紹介，p19，令和2年7月29日- 146 -

34．自律飛行ドローンによるトンネル坑内自動巡視システム「坑内の網羅的な情報収集による巡視」と「無人切羽点検」

株式会社フジタ○ 松岡
株式会社センシンロボティクス
大畑
株式会社センシンロボティクス
髙瀬

祐仁
成史
悠介

進 む 。測 量 や 計 測 等 の 施 工 管 理 や 巡 視・点 検
１．はじめに
建 設 現 場 で は ，国 土 交 通 省 が 推 進 す る「 i- は ， サ イ ク ル 間 の 限 ら れ た 時 間 内 に 職 員 にConstruction」の 3 本 柱 の 一 つ で あ る「 ICT よ り 行 わ れ て い る 。ま た ，掘 削 前 線 で あ る 切
技 術 の 全 面 的 な 活 用 」に よ り ，土 工 を 皮 切 り 羽 に お い て は ，発 破 後 や 作 業 間 に 残 薬 ，浮 石 ，に主に測量分野においてドローンを活用し 支保工裏面の状況を確認するため，目視点
た 取 り 組 み が 広 く 行 わ れ て い る 。一 方 ，近 年 検 が 行 わ れ て い る が ，肌 落 ち ，崩 落 等 の リ スの 建 設 業 界 を 取 り 巻 く 環 境 ， 社 会 経 済 情 勢 ク が 存 在 し ，安 全 か つ 効 率 的 な 巡 視・点 検 技の 変 化 か ら ，ロ ボ ッ ト や AI 等 を 活 用 し て 業 術 が 求 め ら れ て い る 。ま た ，ト ン ネ ル 坑 内 は ，
務 プ ロ セ ス を 変 革 し ， 建 設 現 場 の 生 産 性 を 非 GNSS 環 境 で あ る こ と は 元 よ り ， 屋 外 に飛躍的に向上させる社会的要請への対応と 比べて暗所であり，機械設備など障害物が多 く ，大 型 重 機 が 稼 働 し て い る こ と か ら ，ドして更なる技術開発が求められている。
著 者 ら は ，こ れ ま で 建 設 現 場 に お い て ，ド ロ ー ン の 飛 行 に と っ て 厳 し い 環 境 で あ る 。
本稿では，トンネル坑内のドローンによ
ローンを活用して人的作業を代替することによる効率化や生産性向上に着目し，「全自 る巡視・点検システム開発についての取り
動 ド ロ ー ン シ ス テ ム 」 1 ) に よ る AI を 組 み 合 組 み に つ い て 報 告 す る 。
わ せ た 巡 視・点 検 や 測 量 作 業 の 自 動 化 ，非 接
触での検査・確認を行う遠隔臨場にドロー ３．トンネル坑内自律飛行システムの開発
トンネル坑内での管理ツールとしてドロンのリアルタイム映像を提供する「遠隔臨2)
場ドローンシステム」 の開発を行ってきた。 ーン活用を推進するためにも，高度な操縦技術を有する専門オペレーターではなく，
２ ．非 GNSS 環 境 下 に お け る ド ロ ー ン 活 用 の 一 般 職 員 が 日 常 的 か つ タ イ ム リ ー に 運 用 で
課題
き る 自 律 飛 行 機 能 が 望 ま れ る 。し か し ，坑 内
建 設 現 場 に お け る ド ロ ー ン の 活 用 は ， 機 は ，非 GNSS 環 境 で あ る た め ，GNSS に 基 づ
体 や ペ イ ロ ー ド の 高 機 能 化 ，高 精 度 GNSS 測 い た 自 己 位 置 情 報 を 用 い た 自 律 飛 行 は 不 可
位 に よ る 測 量 精 度 の 向 上 や 飛 行 制 御 の 高 度 能 で あ る 。そ の た め ，追 加 の セ ン サ ー な ど を
化 ，通 信 機 能 の 統 合 と と も に 発 展 し て き た 。 搭 載 す る こ と で GNSS に 依 存 し な い 自 律 飛
し か し ，GNSS の 電 波 を 受 信 で き な い 環 境 で 行 シ ス テ ム を 構 築 す る 必 要 が あ っ た 。
は，予め設定されたルートを自動 / 自律飛
この問題への対処として，暗所でも精度
行 で き ず ，飛 行 が 不 安 定 に な る こ と か ら ，高 良 く 周 囲 環 境 と の 距 離 を 計 測 で き る 3D度 な 操 作 技 術 を 有 す る ド ロ ー ン オ ペ レ ー タ LiDAR を 追 加 セ ン サ ー と し て 採 用 す る こ とー が 必 須 と な る 。こ の た め ，ド ロ ー ン に よ る と し た 。3D-LiDAR を 使 用 し た 自 己 位 置 推 定
効率性・生産性向上に最も寄与する自動 / では，事前に作成した点群地図とリアルタ
自 律 飛 行 の 活 用 は ， 主 に GNSS が 受 信 可 能 イ ム に 取 得 し た ス キ ャ ン 点 群 と の 位 置 合 わ
な環境に限定されていた。
せによる手法が多く採用されている。しか今 回 ，ド ロ ー ン に よ る 巡 視・点 検 対 象 と し し ， ト ン ネ ル の よ う に 一 部 を 切 り 取 っ た 際
た 山 岳 ト ン ネ ル 工 事 に お い て は ，一 般 に ，掘 の 形 状 の 変 化 に 乏 し い 環 境 で は LiDAR
削 （ 削 孔 /装 薬 /発 破 ）， ず り 出 し ， コ ン ク リ SLAM な ど に よ り 事 前 地 図 を 精 度 よ く 生 成
ー ト 吹 付 け ，支 保 工 建 込 み ，ロ ッ ク ボ ル ト 打 す る こ と が 難 し い 。ま た ，自 己 位 置 推 定 自 体設というサイクルが昼夜繰り返され掘削が も困難であることが想定される。

- 147 -

こ の た め ，ト ン ネ ル 断 面 に 着 目 し た 場 合 ， Robot Operating System(ROS) ベ ー ス の シ ス
一 定 の 形 状 が 連 続 す る ト ン ネ ル の 特 性 か ら ， テ ム と な っ て お り ， 図 -2 に 示 す 機 能 ご と に
後述するテンプレート点群とリアルタイム 実装したモジュールが双方に情報をやり取スキャンを比較することでドローンの移動 りすることでシステム全体が動作する。
主要な機能モジュールは，トンネル移動
方向を算出し，それをもとに自律飛行を行方 向 推 定 ，制 御 値 フ ィ ル タ ー ，障 害 物 検 知 のう手法を採用した。
機 能 と な る 。LiDAR に よ る ス キ ャ ン 点 群 は ，
3.1 ハ ー ド ウ ェ ア 構 成
ト ン ネ ル 坑 内 の 自 律 飛 行 で 用 い た ド ロ ー Ouster Driver か ら ROS シ ス テ ム に 取 り 込 まン を 図 -1 に 示 す 。 ド ロ ー ン 本 体 は ， DJI れ ， ト ン ネ ル 移 動 方 向 推 定 モ ジ ュ ー ル と 障
MATRICE™ 300 RTK（ 以 下 ，MATRICE 300） 害 物 検 知 モ ジ ュ ー ル に 入 力 さ れ る 。 ト ン ネ
を 用 い た 。機 体 単 体 で は ，機 体 に 搭 載 さ れ た ル 移 動 方 向 推 定 モ ジ ュ ー ル は ， ト ン ネ ル 内
複 数 の カ メ ラ ， IMU を 組 み 合 わ せ た ビ ジ ュ 移 動 に 適 し た 目 標 位 置 を ド ロ ー ン の 姿 勢 にア ル オ ド メ ト リ に よ り ，自 己 位 置・姿 勢 推 定 応 じ て 推 定 し 出 力 す る 。求 め た 目 標 位 置 は ，が 行 わ れ る 。ま た ，上 下 に 搭 載 さ れ た ラ イ ト 制 御 値 フ ィ ル タ ー に 入 力 さ れ ， 滑 ら か に 移が ， 暗 所 で も ビ ジ ュ ア ル オ ド メ ト リ を 実 現 動 が 可 能 と な る 目 標 速 度 を 決 定 す る 。ま た ，する際の補助となる。
障害物を検知した際は，障害物検知モジュ
追 加 セ ン サ ー の 3D-LiDAR は ，Ouster® OS ー ル か ら 停 止 信 号 が 制 御 値 フ ィ ル タ ー に 送
0®-64 を 採 用 し た 。 64 レ イ ヤ ー の レ ー ザ ー ら れ 目 標 速 度 を 0 に す る 。 最 終 的 に ， 制 御が 出 力 さ れ ，画 角 は 90 度 ，計 測 距 離 は 最 大 値 フ ィ ル タ ー に よ る 目 標 速 度 を MATRICE
50m， 重 量 475g で あ る 。
300 に 入 力 す る こ と で 目 標 速 度 を 達 成 す る
加えて，追加の自律飛行システムを動作 制御をドローンが行い移動を行う。
させるドローン搭載型コンピュータとして
3D-LiDAR
Manifold™ 2 を 搭 載 し ，3D-LiDAR，MATRICEROSシステム300 と 接 続 し て 必 要 な 情 報 を 送 受 信 可 能 とOuster Driver
な っ て い る 。 さ ら に ， Manifold 2 に は Wi-Fi
スキャン点群
レシーバーが搭載されており，オペレータ
ー が 持 つ PC と 無 線 通 信 を 行 い ，自 律 飛 行 開トンネル移動方向推定
障害物検知
始指示の受け取りや周辺環境の情報をノー
トパソコンに送信することが可能となって
目標位置
停止信号
い る 。ま た ，ド ロ ー ン 本 体 に 付 属 す る 送 信 機
制御値フィルター
からの特定操作により，自律飛行とマニュ
アル飛行の切り替えが可能になっている。
DJI Matrice 300 RTK
以 上 の 機 器 を MATRICE 300 上 部 に 艤 装
図 -2 坑 内 自 律 飛 行 シ ス テ ム ソ フ ト ウ ェ ア 構 成
し ， 自 律 飛 行 の た め の 機 器 （ 1.2kg） と 後 述
す る 360 度 カ メ ラ ， ハ イ ブ リ ッ ド カ メ ラ 搭(1) ト ン ネ ル 移 動 方 向 推 定
載 時 の 合 計 重 量 は 2.6kg （ 最 大 積 載 重 量
トンネル坑内で自律飛行を行うためには，
2.7kg） と な っ た 。
まずドローンがどの方向に進めば良いのか
確 定 す る 必 要 が あ る が ，本 開 発 で は ，ト ン ネ
ル形状のテンプレート点群を用いて進行方向を得る手法を用いた。
ト ン ネ ル は ，平 面 的 ，縦 断 的 に 線 形 が 変 化
するが，パターンにより多少の違いはある
ものの，線形を軸とした断面の連なりで表現される。今回対象とした道路として供され る 断 面 の 大 き な ト ン ネ ル で は ，線 形（ ＝ ドローンの進行方向）に沿って一部を切り取ると馬蹄形状になる。このトンネルの設計
形 状 を 簡 易 化 し て ，半 径 ，高 さ ，密 度 ，長 さ
図 -1 坑 内 自 律 飛 行 ド ロ ー ンの 4 つのパラメータから表現されるテンプ
レート点群をプログラムにより自動生成す3.2 ソ フ ト ウ ェ ア 構 成
る こ と と し た （ 図 -3）。
本検証で用いた自律飛行システムは，- 148 -

ト ン ネ ル 形 状 の テ ン プ レ ー ト 点 群 を 生 成 Vy， Vz， Vyaw を 定 め る 際 ， 点 群 同 士 の 位 置
した後，センサーから得られる点群とテン 合わせには一定のノイズなどが含まれるたプレート点群を比較して位置合わせを行う。 め，得た推定値をそのまま使えば不安定な
こ の 際 ，ICP（ Iterative Closest Point）ア ル ゴ 挙 動 を 引 き 起 こ す 制 御 値 を 得 て し ま う 。 そリズムを用いて二つの点群の位置合わせを こで急制動が起こらないよう，加速度や速度に制限をかけるフィルターを導入し，滑行う。
テンプレート点群，トンネル内でセンシ らかで安定した制御を実現した。
ングした点群両方ともトンネル中心線方向
フ ィ ル タ ー は ，Vx，Vy，Vz 成 分 に 適 用 し ，の 変 化 に 乏 し い 形 状 を し て い る た め ， 前 後 Vx の フ ィ ル タ ー 適 用 前 の 目 標 値 は 常 に 1m/s
方 向 の 位 置 関 係 や ， 差 分 を 位 置 合 わ せ に よ と し ，角 速 度 は ，最 大 値・最 小 値 を 定 め 適 用り推定することは非常に困難となる。その した。フィルターを経て得た目標速度は，
た め 横 方 向 ，高 さ 方 向 ，向 き (y，z，yaw)は ， MATRICE 300 に 指 令 値 と し て 与 え ら れ ，
ICP に よ り 推 定 を 行 う が ， 進 行 方 向 位 置 (x) MATRICE 300 搭 載 の ビ ジ ュ ア ル オ ド メ ト リの推定値は使用しないこととした。
システムにより得られる相対速度情報と与このような点群同士の位置合わせを新た えられた目標速度情報の差分から実際の加なスキャンが得られるたびに行うことで， 速や停止，旋回が実行される。
テ ン プ レ ー ト 点 群 座 標 中 に お け る ド ロ ー ン (3) 障 害 物 検 知
横・高 さ 方 向 位 置・ト ン ネ ル に 沿 っ た 向 き を
障害物検知機能は二つの役割を持つ。一リ ア ル タ イ ム に 推 定 可 能 す る （ 図 -4）。
つは，ドローンがトンネル内の障害物に近接し過ぎた場合やトンネル移動方向推定に失敗した場合に，そのまま移動して障害物やトンネル壁面に衝突する事態を防止する
役 割 で あ る 。二 つ 目 は ，切 羽 ま で 自 律 飛 行 で到達した際に，自動的にトンネル切羽手前
でドローンの移動を停止させる役割となる。
飛 行 中 に 得 た LiDAR 点 群 に 対 し て 検 出 範
囲を設定し，範囲内に複数回連続で障害物を検出した場合は，停止信号を出す処理とし て い る 。ま た ，停 止 信 号 が 送 ら れ る と ド ロ
図 -3 テ ン プ レ ー ト 点 群
ー ン へ 指 示 す る 目 標 速 度 が 全 て 0，す な わ ち
その場にホバリングする指令値が送られる仕様とした。
(4) そ の 他 の 実 装 機 能前述した主なモジュールによる自律制御の他，後退飛行して機体を手元まで戻すリターン機能，飛行停止後に自律飛行を再開
するリスタート機能，自律飛行と手動飛行の切り替え，障害物を自律飛行で回避する
リルート機能（開発中）を実装する。
図 -4

テンプレート点群とスキャン点群の重畳

４．自律飛行時の情報収集と遠隔での巡視
点検手法(2) 制 御 値 フ ィ ル タ ー
本開発では，現場の職員が日常的に行っ飛行制御は，目標地点と現在地点の差か
ら目標速度を決定することで行う。
て い る 目 視 で の 巡 視・点 検 時 の デ ー タ 取 得・
現 在 地 点 は ， テ ン プ レ ー ト 点 群 と の 位 置 整 理 の 効 率 化 ，高 度 化 ，安 全 性 確 保 を 目 指 し ，合 わ せ に よ り 得 た 位 置 を 用 い る 。一 方 ，目 標 ト ン ネ ル 坑 内 を 自 律 飛 行 す る ド ロ ー ン の ア
地点は，生成したテンプレート点群の床面 プリケーションとして，次の情報収集手段を 高 さ 0，テ ン プ レ ー ト 点 群 中 心 が (x，y)=(0， を 採 る こ と と し た 。
0)と し ，ド ロ ー ン を 飛 行 さ せ た い 高 さ ，中 心 4.1 現 場 モ ニ タ リ ン グ シ ス テ ム
からの横方向距離を事前にパラメータとし
現 場 モ ニ タ リ ン グ シ ス テ ム に は ，360 度 カて設定する。
メラによる撮影画像より，現場内をウォー
目 標 地 点 ，現 在 地 点 の 差 分 か ら ，目 標 速 度 ， ク ス ル ー 可 能 な VR 空 間 を 生 成 で き る- 149 -

「 OpenSpace」（ Open Space Labs, Inc） を 能 性 が あ る 。加 え て ，坑 内 に は ，重 機 や 機 械採用した。
設 備 が 駐 機・設 置 さ れ ，天 端 に は 風 管 が 存 在
こ の シ ス テ ム で は ， ス マ ー ト フ ォ ン の ア す る が 、そ れ ら の 配 置 は 日 々 変 わ る 。ま た ，。
プリ上で現場の平面図上のスタート地点を このため，自律制御に用いるテンプレート
指 定 す る と ， ア プ リ と 接 続 し た 360 度 カ メ 点 群 と の 照 合 が 行 え る か も 検 証 項 目 と し た 。
ラ で 撮 影 が 開 始 さ れ る 。撮 影 が 終 わ り ，撮 影 5.2 坑 内 の 自 律 制 御 に よ る ド ロ ー ン 飛 行
画像をクラウド上にアップロードすると，トンネル坑内の自律飛行計画は，地面か平 面 図 上 に 撮 影 し た 経 路 上 に 画 像 が プ ロ ッ ら の 飛 行 高 度 3m， ト ン ネ ル 断 面 の 飛 行 位 置
ト さ れ る 。 こ の 処 理 後 に ， ア プ リ や Web ブ は ， 重 機 や 機 械 設 備 等 の 障 害 物 が 左 側 に 偏
ラ ウ ザ で ア ク セ ス す る と ， 連 続 し た 360 度 っ て い る こ と と 日 々 の 配 置 状 況 を 踏 ま え て ，
画 像 で 表 現 さ れ る VR 空 間 内 を 自 由 に 動 き 回 セ ン タ ー か ら 右 に 0.75m， ま た は 1.5m を 適
り ，BIM/CIM モ デ ル や 過 去 画 像 と 連 動 比 較 し 宜 切 り 替 え て 設 定 し た 。 障 害 物 検 知 は ，ながら現場を確認できる。
Matrice 300 に 備 わ っ て い る 障 害 物 セ ン サ
4.2 ハ イ ブ リ ッ ド カ メ ラーは停止し，自律飛行システムの機能を使
自 律 飛 行 中 に ト ン ネ ル 施 工 中 全 線 の 情 報 う こ と と し た 。前 方 の 障 害 物 検 知 は ，進 行 方を網羅的に自動収集する現場モニタリング 向に障害物がある場合の保安距離や切羽手
シ ス テ ム に 加 え ， ピ ン ポ イ ン ト の 詳 細 情 報 前 で の 停 止 距 離 を 踏 ま え て 検 知 距 離 20m とを 取 得 ，記 録 す る 手 段 と し て ，追 加 の カ メ ラ し ， 左 右 の 検 知 距 離 は 1.5m と 設 定 し た 。
について検討を行った。
検証を開始すると，前方に障害物がない
カメラは，ドローン飛行中に向きや倍率 状況で障害物検知が発動し，飛行が停止すの 変 更 操 作 を 任 意 で 行 い ， 切 羽 等 の 点 検 対 る 状 況 が 発 生 し た 。飛 行 ロ グ を 解 析 す る と ，象を詳細に確認できるようにするため，ハ ビジュアルオドメトリ等から得ている機体
イ ブ リ ッ ド カ メ ラ DJI Zenmuse™ H20T を 採 の 飛 行 速 度 を 0m/s と 誤 認 し ，指 定 す る 1m/sまで加速する際に機体が過度に傾斜，その用することとした。
本 カ メ ラ は ，ド ロ ー ン の 下 部 に 装 着 す る 。 際 ， 水 平 方 向 の 障 害 物 の 有 無 を 確 認 し て い
ズ ー ム ，ワ イ ド ，熱 赤 外 線 カ メ ラ を 一 つ の 筐 る LiDAR が ， 機 体 の 傾 き と と も に 地 面 を 照
体 に 内 蔵 し ，1 回 の シ ャ ッ タ ー で 各 カ メ ラ 画 射 し ， 障 害 物 検 知 が 発 動 し て い る こ と が 原
像 /映 像 を 同 時 記 録 す る こ と が で き る 。画 角 ， 因 と 推 測 さ れ た 。施 工 中 の 坑 内 の 地 面 は ，照倍 率 の 異 な る 2 種 類 の RGB 画 像 に 熱 赤 外 線 明 は あ る も の の 屋 外 に 比 べ 照 度 が 低 く ， 照
画像よる温度情報を加えることで，色情報 明直下と照明間では照度が一定ではない。
だけでは判別できない情報が取得できるこ また，地面に轍はあるものの特徴に乏しくビジュアルセンサーには不利な状況にある。
とを期待して試行活用することとした。
このため，機体搭載の下方ライトを点灯して飛行することで，機体のビジュアルオド
５．トンネル坑内自動巡視システム
メトリを補助し，速度の誤認が起こらない
5.1 現 場 検 証
本 シ ス テ ム を 実 現 場 で 運 用 す る 際 の 適 用 よ う に 対 処 し た 。上 方 ラ イ ト に つ い て は ，後性 を 探 る た め ， 現 在 施 工 中 の 令 和 元 － ４ 年 述 す る 360 度 カ メ ラ に 光 が 写 り 込 む た め ，
度 横 断 道 羽 ノ 浦 ト ン ネ ル 工 事（ 発 注 者：国 土 常 に 消 灯 と し た 。
障害物の誤検知があったものの対処後の交 通 省 四 国 地 方 整 備 局 ） に お い て ， 2022 年
自律飛行自体は，坑口でスタートの指示を
1 月，及び 6 月に現場検証を行った。
検 証 時 点 で の ト ン ネ ル 掘 削 延 長 約 400m 与 え た 後 は ， 事 前 に 立 て た 飛 行 計 画 通 り の（ 2022 年 1 月 ）， 約 600m（ 同 6 月 ） を 対 象 位 置 を 進 行 し ， 予 め 指 定 し た 切 羽 20m 手 前に「 坑 口（ 開 始 点 ）に 静 止 し た 状 態 か ら 自 動 ま で 問 題 な く 飛 行 す る こ と が で き た 。 坑 内
離 陸 を 行 い ， ト ン ネ ル 坑 内 の 自 律 飛 行 を 行 の 自 律 飛 行 状 況 を 図 -5 ， 切 羽 を 認 識 し て ホ
っ た 後 ，切 羽（ 終 了 点 ）に 辿 り 着 く と 自 動 で バ リ ン グ し て い る 状 況 を 図 -6 に 示 す 。 テ ン
停 止（ ホ バ リ ン グ ）す る 」こ と を 目 標 に 飛 行 プ レ ー ト 点 群 と の 照 合 の 障 害 と な る 重 機 ，
検 証 を 行 っ た 。飛 行 速 度 は ，低 照 度 下 で 写 真 機 械 設 備 等 で 飛 行 環 境 に 変 化 が あ る 場 合 で
撮 影 を 行 う こ と を 踏 ま え ， ブ レ 対 策 と し て も ，誤 作 動 を 起 こ す こ と は な く ，安 定 し た 飛
1m/s に 設 定 し た 。 ま た ， 坑 内 に 照 明 が 設 置 行 が 確 認 で き た 。ま た ，万 が 一 に 備 え て ，自されているものの，屋外と比べて絶対的に 律飛行中のオペレーターによるマニュアル
暗く，ドローン内蔵のビジュアルオドメト 操作による介入を確認したが，制御を問題
リで相対速度を推定する際に不利に働く可 なく切り替えることができた。

- 150 -

図 -5

図 -6

坑内の自律飛行状況

切羽認識による自律飛行停止

5.3 坑 内 の 網 羅 的 な 情 報 収 集 と 共 有
坑内全線の情報収集は，自律飛行するドロ ー ン か ら 360 度 カ メ ラ に よ り 行 う 。 坑 内は ，照 明 と そ の 陰 で 明 暗 差 が 大 き く ，移 動 するドローンから撮影することため，画像にブレや白飛び・黒潰れが発生する恐れがある 。こ の た め ，360 度 カ メ ラ は ，セ ン サ ー サイ ズ が 1 型 と 大 き く 暗 所 耐 性 が 高 い RICOH
THETA Z1 を 採 用 し ， ド ロ ー ン 上 部 に 艤 装 した。
360 度 カ メ ラ は ，現 場 モ ニ タ リ ン グ シ ス テ
ム OpenSpace と 連 携 す る 目 的 で 使 用 し て おり，自律飛行開始前にスマートフォンのア
プリにより遠隔から指示を出すことで撮影が 開 始 さ れ る 。撮 影 は ，0.5 秒 間 隔 で 行 わ れ ，
自 律 飛 行 速 度 1m/s 設 定 時 は ， 1m 毎 に 2 枚 ，
飛 行 距 離 400m の 場 合 ， 800 枚 の 360 度 画 像が 取 得 さ れ る 。撮 影 時 間 に 要 す る 時 間 は ，ドローンの自律飛行時間と同じで，約 7 分程
度で完了した。この枚数を人の手で整理する こ と は 不 可 能 で あ る が ， OpenSpace は AI
による自動処理で図面上にプロット・整理
し，飛行経路上を任意の視点でフライスルー 可 能 な VR 空 間 を 生 成 す る 。通 常 ，人 に よる撮影では，シャッターを切る着目点のみの 画 像 が 残 る が ，本 撮 影 方 法 で あ れ ば ，飛 行
経路上の状況を網羅性のある形で記録する
こ と が で き る 。ま た ，地 上 か ら の 撮 影 と 異 な

り ，空 中 か ら の 撮 影 の た め ，人 の 目 線 か ら は死角になる箇所や目の届きにくい天端付近の状況も記録することができる。
OpenSpace で の 処 理 は ，撮 影 画 像 を サ ー バ
ーにアップロードすることで始まり，初期の 処 理 に は 半 日 程 度 か か る 。し か し ，数 回 分
処 理 を 行 う こ と で AI に よ り 処 理 が 最 適 化 され る 。本 検 証 で は ，最 終 的 に 10 分 程 度 に 処
理時間が短縮され，結果の迅速な確認が可能となった。
生 成 さ れ た 現 場 の VR 空 間 上 で は ，当 日 の撮 影 画 像 は も ち ろ ん ，過 去 画 像 や BIM/CIM モ
デルと並べて連動した比較ができる。過去
画像との比較では，経時変化の確認やトンネル工事の進捗に伴い施工される覆工等により不可視になる部分の施工管理記録として の 活 用 が で き る（ 図 -7）。ま た ，BIM/CIM モデルと比較することにより，施工進捗や設計 と の 差 異 の 確 認 が 可 能 と な る （ 図 -8）。
こ の 結 果 は ， 遠 隔 地 で あ っ て も Web ブ ラ
ウザを使ってシステムにログインすることで確認することができる。空間上にコメン
トやデータ等を追加できるため，遠隔地から の 点 検 ，検 査 や ，受 発 注 者 間 に お い て お いても非接触での情報共有を迅速に行うことが可能となる。

- 151 -

図 -7

図 -8

OpenSpace 時 系 列 連 動 比 較OpenSpace BIM/CIMモ デ ル 連 動 比 較

5.4 切 羽 の 無 人 点 検
ー 上 に ア ッ プ ロ ー ド し ， 遠 隔 地 の PCや タ ブ
現 場 モ ニ タ リ ン グ シ ス テ ム で は ， 坑 内 の レ ッ ト の Webブ ラ ウ ザ か ら ，ク ラ ウ ド サ ー バ
網羅的な情報収集が可能な反面，切羽面等 ーにアクセスすると，リアルタイムで現地対象を絞った詳細な情報収集は難しい。そ の情報を閲覧できる技術である。映像遅延
こ で ， ド ロ ー ン に 搭 載 し た ハ イ ブ リ ッ ド カ は ，ネ ッ ト ワ ー ク の 品 質 に 左 右 さ れ る が ，検メ ラ に よ り ，人 が 切 羽 に 近 づ く こ と な く ，情 証 期 間 中 は ， 3～ 5秒 程 度 の 遅 延 が あ っ た も報収集が可能であるか検証を行った。
のの鮮明な映像で坑内の状況をほぼリアル
情 報 収 集 は ， 自 律 飛 行 で 切 羽 に 到 達 し て タ イ ム で 確 認 す る こ と が で き た （ 図 -10）。
ホバリング状態にあるドローンをマニュア
ルに切り替え，カメラの向きやズームを操
作 し て 切 羽 の 任 意 箇 所 の 画 像 /映 像 の 取 得を 行 う 。こ の 時 ，ハ イ ブ リ ッ ド カ メ ラ は ，ズー ム ，ワ イ ド ，熱 赤 外 線 の 画 像 /映 像 を 1回 のシャッターで同時記録することができる（
図 -9）。ワ イ ド 画 像 で 全 体 ，そ の 中 心 部 の 詳
細をズーム画像，全体の温度情報を熱赤外線画像で記録でき，動画も同様に記録可能
で あ る 。坑 内 で は ，カ メ ラ セ ン サ ー に と っ て
図 -10 PCに よ る 坑 内 ド ロ ー ン 点 検
照度が不足する場面もあるが，ドローン搭
リアルタイム確認
載のジンバルでのカメラ制御により，ブレのない鮮明な画像を取得することができた。
通 常 ，ワ イ ド や ズ ー ム の 画 像 単 体 で は ，色 ６ ． お わ り に情報からしか状況を判別することができな
トンネル坑内自動巡視システムは，ドロい。これに同時撮影した熱赤外線画像の温 ーンの自律飛行に現場モニタリングデータ
度情報を組み合わせることで，水の滲出状 処理の自動化を組み合わせ，現場職員が日況 の 検 出 が 確 認 で き た 。検 証 期 間 中 は ，切 羽 常 的 に 行 っ て い る 巡 視 の デ ー タ 取 得 ・ 整 理
面 か ら の 水 の 滲 出 は な か っ た が ， 切 羽 面 亀 の 効 率 化 ，高 度 化 を 図 っ た も の で あ る 。併 せ裂や鏡吹付け裏面から水が滲出していた場 て，ハイブリッドカメラによる詳細な情報
合は，次サイクルの施工時に留意すべき情 取得とその情報のリアルタイム配信を組み報として活用できるものと考える。
合 わ せ る こ と に よ り ，発 破 直 後 や 作 業 間 に ，
自律飛行で切羽監視を行うことでき，現場職員，作業員が切羽に近接することなく遠隔地でも的確に状況を把握可能となった。
現 在 ，本 シ ス テ ム は ，自 律 飛 行 制 御 の 高 度
化 に 加 え ，搭 載 機 器 の 防 塵 性 向 上 ，操 作 UI（User Interface）の 改 善 等 を 行 い ，熟 練 の オ ペ
レーター不要で現場職員が坑内を手軽かつ安全に飛行させて活用できることを目標に
図 -9 ハ イ ブ リ ッ ド カ メ ラ に よ る
現場実装に取り組んでいる。
ワ イ ド 画 像 （ 左 ） /熱 赤 外 線 画 像 （ 右 ）今 後 は ，開 発 と 併 せ て ，現 場 で の 運 用 を 進
め ，他 現 場 へ の 水 平 展 開 を 図 る 計 画 で あ る 。
こ れ ら の 記 録 情 報 は ， ド ロ ー ン 送 信 機 の 本 稿 が ，現 場 の 施 工 管 理 の 生 産 性 向 上 ，安 全
モニター上で随時確認することができる。 管理の高度化に資する技術として参考にな
通常であれば，ドローン操縦者のみが確認 れば幸いである。
できる情報であるが，リアルタイムに坑外や 事 務 所 等 の 遠 隔 拠 点 に い る 作 業 員 ，職 員 ，
参考文献
発 注 者 等 に 映 像 を 共 有 で き れ ば ， 安 全 性 確 1) 上 原 広 行 ， 松 岡 祐 仁 ， 長 尾 健 ： 「 全 自 動 ド ローン」で測量と安全巡視を無人化，建設施工
保や迅速な情報共有の面から情報の価値がと 建 設 機 械 シ ン ポ ジ ウ ム ， 2021。
向上すると考え，遠隔臨場ドローンシステ
ム 2 ) を 活 用 す る こ と と し た 。 本 シ ス テ ム は ， 2) 松 岡 祐 仁 ， 林 秀 晃 ， 吉 井 太 郎 ： 遠 隔 臨 場 ド ローンシステムの開発，建設施工と建設機械シ
ドローンから送られてくる映像情報を送信
ン ポ ジ ウ ム ， 2021
機 か ら 坑 内 Wi-Fiを 通 し て ，ク ラ ウ ド サ ー バ- 152 -

35．情報開示型自律施工技術基盤の開発状況と今後の展望(国研)土木研究所(国研)土木研究所(国研)土木研究所○ 遠藤 大輔
山内 元貴
橋本 毅

１．はじめにM G/ M Cア プ リ
遠隔操縦ア プ リ
律施 ア プ リ
アプリ
建設業界は深刻な人手不足に陥っており、世界規
ケーシ ョ ンセン シ ン グ
位置推定
経路計画
模の少子高齢化の潮流を受け、労働力不足は今後さ
ミ ド ルウェ アらに加速すると見込まれる。建設現場における生産性向上のため、国土交通省は 2016 年度より測量・設I/F
共通制御信号計から施工・管理にいたる全てのプロセスにおいて、ICT の活用を前提とした「i-Construction」を推進してハード ウェ ア
きた。その結果、従来（2015 年度）と比較して、生シ ミ ュ レ ータ
産 性 は 17% 向 上 し た と 報 告 さ れ て い る 1) 。「 iConstruction」では、情報取得・伝達手法の効率化、建OPERAのスコープ
設機械の操縦支援等を実現してきたが、さらなる生産性向上を目指し、一人のオペレータが複数の建機
図-1 OPERA システム構成
を同時に運用しながら建設工事を行う自律施工の実現が期待されている。自律施工では、建設機械やシス 開発状況と今後の開発方針や展望について記す。
テムが認識した周囲の環境と設計図から、動作を自動かつ適切に計画して工事を行う建設機械やシステ ２．情報開示型自律施工技術基盤 OPERA
ムが必要となる。このような自律施工の実現には、高OPERA は、共通制御信号、ミドルウェア、シミュ
速無線通信やロボティクス、AI 等の先進的な技術を レータ、建設機械および実験フィールドを含む実証有する新たな協力者を建設業界へ巻き込んでいくこ 試験環境により構成されており、自律施工や遠隔操とがキーになると考えられる。しかし、これまで建設 縦等の新技術開発において、シミュレータをベース
業界との拘わりがなかった方々にとって、建機を保 にしたソフトウェア開発が可能であることに加え、有し、それを自動運転が可能となるよう改造し、開発 その開発物を修正せずに実機に接続して検証するこ
成果物の検証の為のフィールドを確保する、といっ とが可能である。図-1 に OPERA のシステム構成をたことは容易ではなく、先述した新たな協力者の参 模式的に示す。以降の小節では、各構成要素について入を困難にしている。また、これまでは自律施工の研 詳細を記す。
究開発は、個社での技術開発が主であり、研究開発の重複が業界全体として生じており、費用対効果を得 2.1 共通制御信号ることが難しい実状がある。この状況を改善するた開発するシステムの再利用性を確保することは、
めには自律施工を実現するシステムの協調領域を明 開発の費用対効果を向上するために重要である。加
確化していくことが重要である旨報告されている 2)。 えて、自律施工を推し進めるためには、異なるメーカ
このような社会的ニーズに対し、土木研究所先端 の異なる機種を横断的に制御できることが望ましい。
技術チームでは、効率的に自律施工技術を開発し、広 土木研究所では、図-2 に示す通り、異なるハードウ
く普及することを目的として、情報開示型の自律施 ェアでも同様に制御が可能となるようハードウェア
工技術基盤の整備を進めている。OPERA（Open を抽象化し、機械間相互の連携性を向上させる建設
Platform for Earthwork with Robotics and 機械の共通制御信号を提案する。提案する共通制御
Autonomy）と名付けられた、このオープンなプラッ 信号の範囲および内容については、建設工事におけ
トフォームを活用することで、開発成果物の再利用 る デ ー タ 交 換 標 準 に 関 す る 国 際 規 格 で あ る性を高めることに加え、研究・投資の重複回避や先進 ISO151433)をベースとして、車両機械の制御特性へ的な技術を有する大学やベンチャー企業等の新規参 の依存性の観点から、図-3 に示す通り機能ブロック入が容易になると期待される。本稿では、OPERA の を設定し、油圧ショベルを対象とした制御信号がど
⾃

⼯

⾃⼰

- 153 -

のようにあるべきか検討した。
まず機能ブロックの一つとして、建設機械には油圧制御コントローラ（=油圧アクチュエータを制御する機器）が搭載されており、建設機械の各アクチュエ
ータの逐次的な出力を制御するものとする。これに加え、油圧制御コントローラの上位のコントローラ
として車両動作コントローラ（=車体の制御特性を隠蔽した自動運転制御インタフェースを提供し、建設機械の油圧制御コントローラへの指令値を決定する。
また、車体に搭載されたセンサ情報を用いた高速なフィードバック制御も担う）が搭載されており、これは車両の質量や油圧系といった制御特性に強く依存するコントローラとした。
以上をまとめて、ISO15143 Part1 に規定されるシステムアーキテクチャにおける『建設機械』に相当す
ると、ここでは便宜上みなす。車両動作コントローラ
は、ISO15143 Part1 に規定される上位システムである『オペレーションシステム』に相当する機能ブロッ
ク中の動作計画プランナ（=施工管理システムが決定する作業タスクに応じ、建設機械の動作を計画し、車両動作コントローラへ指令を与える）と通信し、動作計画プランナが出力する車両動作指令に従った建設
機械の制御を行いながら、車体センサ情報を伝達する。動作計画 プランナは、同じオペレーションシス
テム内の上位システムである施工管理システム（＝
例えば、3D 図面から、対象エリアの掘削範囲、深さを計画するソフトウェア）と通信をする。動作計画プ
ランナは、車両の制御特性への依存性が小さい機能ブロックである。図-3 中において、一般的に非公開
又は非設定となっている動作計画プランナ、車両動作コントローラ、油圧制御コントローラ間の通信（C1、C2、D1、D2）を対象として、共通制御信号の検討結果を ISO15143 Part2 に規定されるデータ辞書に相当する一覧表にまとめた。なお、ここでは便宜上、車両動作コントローラと動作計画プランナを、それぞれ『建設機械』『オペレーションシステム』の境界として記述しているが、自律施工システムの実装上は、
車両動作コントローラが建設機械上に存在することは要件ではなく、逆に動作計画プランナの実体が建設機械の中にあっても良い、ということをことわっておく。
ここでは、例として表-1 に共通制御信号の一部を示す。共通制御信号の詳細は、土木研究所先端技術チーム HP4)にて公開している。

ユーザ

従
来
の
枠
組
み

建設会社A
システム

建設会社B
システ ム

建設会社C
システム

独⾃ ルール

独⾃ ルール

独⾃ ルールメ ーカ B
建設機械

メ ーカ C
建設機械

メ ーカ

メ ーカ A建設機械

︓秘密保持契約(NDA)

ユーザ

提
案
す
る
枠
組
み

建設会社A
システ ム

建設会社B
システム

建設会社C
システム

共通制御信号
メ ーカ

メ ーカ A
建設機械

メ ーカ B
建設機械

メ ーカ C
建設機械

図-2

提案する制御信号共通化による期待図-3

自律施工のための機能ブロック図 4)
表-1 共通制御信号（原案）の一部

区分

動作指令名

制御パラメータ名

内容

目標位置

バケット刃先位置(X,Y,Z)
バケット刃先姿勢

目標姿勢
C1(Quaternion)

刃先制御目標刃先目標位置・姿勢への
移動速度
移動速度

C2

D1

D2

- 154 -

燃料残量

燃料容積残量

原動機回転速度

原動機の回転速度

ブーム

ブームレバー入力

機械稼働状態

操作レバー入力
ブーム動作方向

ブームの動作方向入力

車体姿勢ロール

上部旋回体のロール角度

車体姿勢ピッチ

上部旋回体のピッチ角度

センサ情報

2.2 ミドルウェア
自律施工を実現するためのソフトウェアの機能単位であるプロセス間の通信をサポートするミドルウ
ェアに、ROS(Robot Operating System)5)を採用することとした。これにより、ハードウェアの抽象化、および自律分散系のシステムインテグレーションが容易となるため、開発成果物の再利用性を確保し易い。
また、自律ロボット用に多数の実績がある既存ライ
ブラリ群を、自律施工用に効率的に転用していくことが可能になると期待できる。
2.3 シミュレータ
自律施工ソフトウェアの開発を行う上で、実機や実環境と並行してシミュレータでの開発を行うこと
により、研究開発の効率化が期待できる。OPERA では実機と同様に、共通制御信号に対応したシミュレータを提供する。シミュレータ上で開発された自律制御ソフトウェアは、ソースコードを変更することなく実機上で動作・検証が可能である。
提供するシミュレータは、ゲーム開発に広く利用される Unity6)上に、Nvidia PhysX7)（図-4。以下、
PhysX 版）および AGX Dynamics8)（図-5。以下、
AGX 版）の２種類の物理エンジンを用いて、以下の機能を実現している。
(1) 建設機械の諸々の物理パラメータを設定ファイ
ルから読み込み、建設機械の物理的な挙動をシミュ
レータ内で計算(2) 土砂の物理的な挙動をシミュレータ内で計算(3) 汎用の PC にて、実時間で計算(4) 実機用に開発したソフトウェアをソースコードの変更せずに、シミュレータ上で動作(5) 上記(1)～(4)の結果を視覚的に提示
AGX 版には土砂モデル（土の挙動を再現する計算モデル）や土砂と建機との力学的な相互作用を演算するライブラリがある一方で、PhysX 版にはそのよ
うな機能は存在しないため、公開されている土砂モ
デル 9)を参考として、独自に簡易的な実装を施している。PhysX 版は Unity のライセンスさえ有していれば、追加費用は発生しない。他方、AGX Dynamics は有償のソフトウェアである。シミュレータの利用者
が土砂モデルの正確性、計算の高速性といった必要となる性能面と費用面から検討し、PhysX 版と AGX版のどちらを用いるか選択できるようにしている。
2022 年 8 月時点では、Unity 上に建設 DX 実験フ
ィールドの簡素な地形モデル、および油圧ショベルとクローラダンプのシミュレーション用のモデルを作成し、GitHub 上に Unity プロジェクト一式を公開している 10)（図-6）。各建設機械のモデルは、走行系の並進速度と旋回速度、作業機各軸の角度指令、および荷台の角度指令をミドルウェアから受信し、その物理挙動をシミュレータ上で計算した上で、掘削による地形（土砂）の変形や粒子化、粒子化した土砂の運搬、粒子化した土砂の地形への一体化といった一連の現象を視覚的にユーザーへ 3D 表示することが可能である。

図-4 シミュレータ（PhysX 版）と ROS との連携

図-5 シミュレータ（AGX 版）と ROS との連携

図-6

OPERA の公開パッケージ 10)

2.4 実証試験環境
前述した共通制御信号およびミドルウェアに基づいて作成した機能モジュールおよびアプリケーションの実証試験を行うためのツールとして、OPERA では実機と実環境を提供する。本節ではこれらについて、2022 年 8 月末時点の整備状況を記す。
OPERA が提供する建設機械の実機として、油圧シ
ョベル(12t 級）とクローラダンプトラック(11t 積)をそれぞれ 1 台、土木研究所にて保有している。図-7にこれらの概観とシステム構成の略図を示す。各建
設機械共に、RTK-GNSS コンパスが搭載されており、
緯度・経度・高度に加え、方位情報を計測できる。これに加え、油圧ショベルには旋回部と作業機（ブーム
軸、アーム軸、バケット軸）の各軸にアブソリュート- 155 -

エンコーダを取り付けてあり、角度を取得できる。また、キャビンの側方には 6 軸 IMU が搭載されており、車体の姿勢を計測できる。なお、油圧ショベルについては、各クローラの回転数を取得するセンサは未実装である。一方でクローラダンプには、左右のクローラそれぞれにロータリエンコーダを取り付けており、クローラの回転量を計測できる。また、6 軸
IMU が荷台およびキャビンに取り付けられており、荷台の傾きや車台の姿勢を計測できる。
各建設機械には動作計画プランナから出力された信号を受け取り、建設機械の動作を制御するコント
ローラが車載 PC 上に実装されている。この PC が図-3 における「車両動作コントローラ」に相当し、外部制御インターフェースを介して「油圧制御コントローラ」と通信を行い、建設機械の各アクチュエータを制御する。加えて、各建設機械にはメッシュ WiFi
型のアクセスポイントが搭載されており、各車載 PC
は、メッシュ WiFi 経由で他の車載 PC や管制室と通信する。なお、このメッシュ WiFi とは独立した特小
無線通信経由で、可搬式の操作盤を用いて遠隔操縦や非常時の緊急停止が両建設機械ともに可能である。
さらに OPERA では、茨城県つくば市の土木研究所および国土技術政策総合研究所内に整備した建設
DX 実験フィールドの土工フィールド（図-8）を試験場として提供する。土工フィールドは、約 2.6 万 m2の敷地面積があり、併設するヤード内にある約 1500
m3 の土砂材料を用いて、試験施工が可能である。また、土工フィールド内には、遠隔操縦や自律施工の管制用の建屋があり、実験用の電源や PC、インターネ
ット回線や RTK-GNSS の基準局といったインフラ設備を有している。さらに土工フィールド全体をカバーする、3 台のメッシュ WiFi および２台のローカ
ル 5G の基地局アンテナが常設されている。

3．OPERA の今後の開発方針
前章では、OPERA の各構成要素の 2022 年 8 月
時点での現状を記した。本章では、各構成要素の今
後の開発方針を示す。
3.1 共通制御信号の改善
公開中の原案を基に、建機メーカをはじめとした関連企業との共同研究を通じて、原案やスコー
プそのものの改定を必要に応じて行う予定である。
このような建設機械制御信号の共通化は、国土交通省が設立した「建設機械施工の自動化・自律化協議会」のスキーム（図-9）における安全・基本設定
WG の検討項目である「協調領域の設定に関する検討」11)の一部に相当するため、今後は上記共同研
究で改定した原案を同 WG へ提出し、WG にて審議・検討していくとともに、本共通制御信号の規格化について、同 WG より提言される見込みである。

- 156 -

図-7 OPERA が公開する建設機械

図-8 土工フィールド

計と効果の検証をしていく計画である。

図-9 建設機械施工の自動化・自律化協議会 8)

3.2 ミドルウェアの変更
2.2 節に記したように、OPERA のミドルウェアには ROS を採用しているが、ROS は現行の最新版である Noetic Ninjemy をもって開発を終了し、2025
年 5 月に保守サポートを終了することが、開発元である Open Robotics より公表されている。ROS の後継として、ROS212)が公開されており、当面はメジャーアップデートを伴いながら開発・保守が継続される見込み（表-2）であるため、OPERA のミ
ドルウェアについても今後は基本的に ROS2 を採用していく計画である。
表-2 ROS/ROS2 のディストリビューションROS
Distribution

ROS2
ReleaseEOLJade Turtle
2015.52017.5
Kinetic Kame
2016.52021.4
Lunar Loggerhead
2017.52019.5
Melodic Morenia
2018.52023.5
Noetic Ninjemys
2020.52025.5
備考:Noetic Ninjemys にて開発を終了

Distribution

ReleaseEOL

Dashing Diademata
2019.52021.5
Eloquent Elusor
2019.112020.11
Foxy Fitsroy
2020.62023.5Galactic Geochelone
2021.52022.11
Humble Hawksbill
2022.52027.5
備考：Humble Hawksbill 以降も開発を継続

3.3 シミュレータの拡張
3.2 節に記したように、今後はミドルウェアに
ROS2 を採用するが、ROS2 ではプロセス間通信の仕組みが根本的に変更されるため、シミュレータ
もこれに対応させていく方針である。
また、3.4 節に後述するように、OPERA が提供する建機についても拡充していく計画であるため、シミュレータが提供する各種の建機モデルについても同様に拡充する。
加えて、現在のシミュレータは単一の PC 上で動作させる前提で設計しており、リアルタイムで動作可能な建機の台数は 1～2 台程度が限界であることが判っている。一方で実際の工事現場は、より台数が多いケースが大半であることを考慮すると、こういったユースケースに対応できることが望ましい。そこで、大規模な工事現場をシミュレート可能となるよう、シミュレータのスケーラビリティを向上することを目指し、ハードウェア／ソフト
ウェアの両面から、アーキテクチャレベルの再設

3.4 実証試験環境の拡充
対応建機については、2.4節に記した2機に加え、油圧ショベル（20t級）、ブルドーザ(9t級)、振動ロ
ーラ（機種クラス未定）を順次追加する計画である。これにより、従来可能であった掘削積込み・運搬に加え、敷均し・締固めの機械土工の自律化技術開発が可能となる。
土工フィールドについては、各種のインフラ整備を進める。具体的には、以下のようなものを増設していく計画である。
① メッシュWiFiの無線機の増設② 建機の給油施設③ ネットワーク監視カメラの整備④ 場内アナウンス用のスピーカの設置⑤ 外部ネットワークからのアクセシビリティ
必要なものについて補足すると、上記の①は、メッシュWiFiの通信可能エリアを拡大することに加え、無線通信品質のさらなる安定化を狙ったものである。また、⑤は本土工フィールドおよび建機のネットワーク設備へ、土木研究所の外部からもアクセス可能な手段を確保する。これにより、各建機の遠隔操縦をインターネット経由で行うことや、あるいは外部のクラウドシステムを活用することも可能としていく予定である。ただし、本稿執筆時
点では、充分なレベルのセキュリティを担保できる具体的なネットワーク構成は確定しておらず、
セキュリティポリシーの見直しを含め、関係各所と継続的な協議が要る状況であることを付記させていただく。
4

おわりに
本稿では、開発成果物の再利用性を高めることに加え、研究・投資の重複回避や先進的な技術を有する大学やベンチャー企業等の新規参入を促すことを目的として、土木研究所先端技術チームで整備を進める自律施工技術基盤 OPERA について、現状と今後の開発方針を紹介した。OPERA のミドルウェアおよびシミュレータについては、GitHub にて公開している。OPERA は誰でも利用が可能であり、構成要素の全て又は一部を、利用者の目的に合わせて活用いた
だける。実際に利用した方からのフィードバックは大変貴重であると捉えており、OPERA に対する質問や改善要望は、GitHub の issue やメール等を通じて
土木研究所 先端技術チームへご連絡いただければ幸甚である。これらに応える形で、OPERA の利便性向上のための継続的なサイクルを実現していくことが、今後の取組みの主幹となる。

- 157 -

参考文献
1) i-Construction推進コンソーシアム 第7回企画委員会資料「i-Constructionの取組状況について」
https://www.mlit.go.jp/tec/iconstruction/pdf/06.7_kikaku_siryou6.pdf (2022/8/18参照)
2) 一般社団法人日本建設業連合会 土木工事技術委員会
土木情報技術部会 情報利用技術専門部会：建設業のためのロボットに関する調査, 建設マネジメント技術, pp4751, 2020 年 11 月号
3) ISO 15143-1:2010, Earth-moving machinery and mobile road
construction machinery -- Worksite data exchange -- Part 1:
System architecture4) 国立研究開発法人土木研究所技術推進本部先端技術チー ム HP ： 建 設 機 械 の 共 通 制 御 信 号 （ 案 ），https://www.pwri.go.jp/team/advanced/papers. html
(参照2022-8-18)5) Open Source Robotics Foundation: ROS, https://www.ros.org/,(参照 2022-8-18)
6) Unity:リアルタイムコンテンツ制作を担う世界をリードするプラットフォーム, https://unity.com/ja（参照2022-8-29）
7)NVIDIA.DEVELOPER:PhysX,
https://developer.nvidia.com/physx-sdk（参照2022-8-29）
8) Algorix: AGX

Dynamics,

https://www.algoryx.se/agx-

dynamics/（参照2022-8-29）
9) Daniel, H., et al:“Real-Time Mud Simulation for Virtual
Environments”, ACM Siggraph Symposium on Interactive 3D
Graphics and Games, i3D 201810) GitHub: pwri-opera, https://github.com/pwri-opera （ 参 照
2022-8-29）
11) 国土交通省ＨＰ：建設機械施工の自動化・自律化技術,
https://www.mlit.go.jp/sogoseisaku/constplan/sosei_constplan_t
k_000049.html（参照2022-8-19）
12) ROS2 Documentation: Humble,
https://docs.ros.org/en/humble/, (参照 2022-8-18)- 158 -

36．ニューマチックケーソン工法における自動掘削システムの開発
天井走行式掘削機の自動化および排土バケツ自動認識

日本工業大学
日本工業大学株式会社大林組
株式会社大林組
株式会社大本組株式会社大本組

１．はじめにニューマチックケーソン工法(以下，ケーソン工法)では，ケーソン下部に設置された作業室内の天井に取り付けられた天井走行式掘削機(以下，掘削機)により，掘削作業を行う。この作業は，高気圧環境下にて行うため，地上の遠隔作業室から遠隔操作により掘削作業が行われてきた。この掘削作業は，作業員の経験によって施工される部分が多く，作業の効率性は，各々の作業員の熟練度に依存している。一方で，近年の少子高齢化，若手作業員の減少により，人手不足や，技術継承が課題となっており，AI やロボット技術を取り入れた掘削作業の自動化が望まれており，自動化に向けた研究が行われている 1)など。
このような背景のもと，著者らはこれまでに，オ
ペレータの負担軽減および省力化を目的として自動掘削に向けた掘削機の自律制御システムの構築および実機による自動掘削の検証を行ってきた。
2)3)
本論文では，この自動掘削システムの概要に加えて，新たに開発した LiDAR 点群からの排土バケツ認識手法と，自動認識を組み入れた掘削からバケツへの排土動作の検証試験について述べる。

○ 大崎 颯成
石川 貴一朗
稲川 雄宣
照井 太一
橘 伸一
都川 信吾

転部にはロータリーエンコーダ，ブーム上下・伸縮，
バケット上下には，シリンダー部にポテンショメータが取り付けられている。また，掘削機はもともと遠隔操縦用にPLC(Programmable Logic Controller)が搭載されており，PLCに遠隔操縦PCとレバー入力装置(操作盤)が接続されている。自動操縦時に操作盤を操作した場合には，操作盤での動作が優先される。

２．自動掘削システムの概要
システムの構成図を図 1 に示す。本システムは作業室内の天井走行式掘削機，環境計測用 3D
LiDAR，および遠隔管理室に設置した遠隔制御 PC，状態管理 PC，制御パラメータ計算 PC から構成される。それぞれのシステムは LAN により接続されている。
掘削機の概略図を図2に示す。掘削機は，作業室
天井に固定されたレールから吊り下げられており，レール上を走行することで移動する。また，走行，旋回，ブーム上下・伸縮，バケット上下・回転の合計6軸で構成されており，走行，旋回，バケット回- 159 -

図-１

システム構成図

図-２

掘削機概略図自動掘削は，状態管理ソフトからの指令により行われる。状態管理ソフトは LiDAR から得た点群
により掘削位置や排土位置を自動決定し，掘削機の目標位置や姿勢と，掘削機に取り付けられたセ
ンサ値を制御パラメータ計算 PC に送信する。制御パラメータ PC は，目標値とセンサ値との差分から制御量(レーバー入力値)を自動決定し，状態管理ソ
フトを通して遠隔制御 PC に送信する。遠隔制御
PC は，制御量に基づいて，掘削機の PLC に指令値を送信する。
３．掘削機のモデル化と制御
3.1 掘削機のシステム同定
掘削機の制御パラメータを決定するためには，掘削機の各駆動軸について，入出力関係を表す数学モデルを求める必要がある。モデル化は，運動方
程式などの理論式から求める方法や，実際の入出力関係に着目して理論式を当てはめるシステム同定などがあるが，理論式から求める場合，掘削機の油圧系統や，機械的な摩擦，各構造物の質量，慣性力など様々なパラメータの情報が必要となり，正確な理論式を求めることは極めて困難である。そのため，本研究では，実験により入出力関係を求めることでシステム同定を行った。システム同定においては，システムの次数を決める必要があるが，一般的に油圧システムの伝達関数は２次遅れ系として近似できることが知られているため4)，システ
ムの伝達関数を式(1)で表される標準２次遅れ系と仮定して，各パラメータの同定を行った。
𝜔
𝐺 𝑠
1
𝑠
2ζ𝜔 𝑠 𝜔入出力関係は，軸ごとに遠隔操縦装置からステ
ップ入力を加えたときのセンサ値を計測することで求めた。
導出した伝達関数は，実機の応答とモデル式により算出した応答を比較することで評価した。図3に走行の応答結果の比較例を示す。定性的に細部で多少の誤差が見られるが，ほぼ一致していることが見て取れる。

図-３

システム同定結果の評価例(走行軸)3.2 PIDコントローラの設計
本システムでは，各軸の制御に，PID制御を用いている。使用した制御システムのブロック線図を図4に示す。本システムでは，各軸とも，速度制御
ループと位置制御ループを組み合わせることで，位置や角度の制御を行っている。目標値には，バケット先端位置から求めた各軸の角度や移動距離を与えている。各軸のセンサは，角度ではなくシリン
ダー長を計測しているため，それぞれの角度は，機構の幾何学的位置関係から，油圧シリンダー長に変換して目標値としている。また各軸のセンサは，位置を計測できるが，速度は計測できないため，計
測周期で微分することで，速度に変換している。

図-４

PID制御ブロック線図

各軸のPIDパラメータは，目標の制御性能を決め
MATLABのオートチューニング機能を利用して値の概算を求めた後，実機実験により，軸ごとに各パラメータを微調整し決定した。
3.3 掘削機の位置・姿勢の決定方法
掘削機の自動化を行うためには，掘削機の各軸の位置姿勢を自動で決定する必要がある。掘削動
作や排土動作において，重要となるのは，バケット
先端位置であると考えられることから，本システ
ムでは，バケット先端位置から，各軸の位置姿勢を逆算により求めている。掘削位置については，3D
LiDARで計測した点群の中から，地表点を抽出し，0.1mグリッドに分け，各グリッドの平均高さが最も高いグリッドの中心を掘削開始位置として算出する。排土位置は後述する排土バケツ認識結果により求めた排土バケツ中心を排土位置とする。
次に，掘削・排土位置から，掘削機の位置を求めるが，ケーソン工法で主に使われるレールには，直線レールおよび円形のレールがあるため，それぞれについて，個別に算出方法を説明する。
・直線レールの場合
図5のように，バケット先端位置から，旋回中心までの距離Rを半径とした円を描き，直線レールの中心線との交点を掘削機の移動位置として計算する。
この時，距離Rは，ブームは水平で縮んだ状態とし，バケットも先端位置が水平になっている状態の時のバケット先端から旋回中心までの距離である。また，旋回角度は，バケット先端位置と旋回中- 160 -

心を結ぶ直線とレール中心線とのなす角として計 をパラメータとし，2.3mを中心として，0.25mおき算することができる。バケット先端がレールから に，5段階のパターンを作成した。
距離Rよりも遠い場合は，その距離まで，ブームを伸ばしたとして計算を行う。
・円形レールの場合
図6のように，レール中心の円とバケット先端位置を中心とした半径Rの円との交点2点のうち，現在位置に近い点，または移動可能な点を掘削機の位置として計算する。旋回角は，レール円の接線と，直線とがなす角として計算する。また，バケット先
端位置によっては，交点が存在しない。この場合，
バケット先端位置から最も遠いレール上の点で掘削機が移動可能な範囲を移動位置とする。
図-7

図-5

掘削動作(バケット先端位置の比較 2.05m)

位置姿勢決定方法(直線レールの場合)

図-8

図-6

位置姿勢決定方法(円形レールの場合)

3.4 掘削動作パターン
掘削動作は，熟練オペレータによる掘削操作時の各軸の位置を連続的に時間とともに記録し，その値を各時刻における連続的な目標値とすることで生成した。掘削動作はバケット先端を土に入れ込みブームを伸ばしながらバケットを上げることで掘削する通常の掘削パターンと，バケットを任意の高さまで掘り込みながらバケットの軌跡が水平となるように移動させながらすくい上げて掘削する水平掘りのパターンを作成した。またそれぞれのパターンに対して，天井から地表までの距離

PID制御による掘削動作

図7は天井から地表まで2.05mの時の掘削パター
ンのバケット先端の軌跡を表示したものである。
また図8は，図7の時の掘削機のPID制御時の動作写真を示す。
青色の線は，熟練オペレータによる掘削軌跡，橙
色の線は，青色の軌跡を目標値としたときのPID制御によるバケット先端の軌跡である。それぞれの軌跡に違いが見られるが，これは，目標値が図7の①の位置から⑥の位置まで，10Hzで連続的に変化していくことと，操作指令から動作まで油圧に起因する遅れ時間があるため，PID制御による修正動
作に入る前に，次の目標値に変化していくことが要因であると考えられる。目標値に対して精密に動かす場合は，時間により目標値を変更せずに，各軸が目標値の一定範囲内に入ったことがセンサに検知され次第，次の目標値に変更する方法があるが，この場合，地質の影響などにより，必ずしも一定範囲内にバケット先端位置を制御できないことがあること，目標値近傍に近づくまで時間がかか- 161 -

り，動作が遅くなることが予想されるため，本手法 まで一定の高さ間隔でスライスし，層分けを行う。
のように熟練オペレータの軌跡を同一の時間で追 本研究では，0.1m間隔とした。図11-b)は一層分のう手法とした。また，図9に示すように，熟練オペ 点群を水平面に投影表示したものである。
レータとPID制御の掘削形状を計測し比較すると，ほぼ同様の形状で掘削できており，十分な掘削性能を有していると考えられる。

図-10

作業室内点群と排土バケツ近傍点a) 点群の層分け例
図-9

図-11

掘削結果比較

b) 1層分の点群

高さ方向での点群の層分け

3.5 排土バケツ認識
ケーソン工法では，作業室内で発生した掘削土をケーソン外へ排土する必要があり，ケーソン上部のマテリアルシャフトから，クレーン等によりワイヤーで吊り下げた排土バケツを作業室まで下ろし，排土を行っている。掘削の自動化のためには，
この排土バケツの位置を排土位置とし，ワイヤー
a) 一層分の結果b) 全体の結果に衝突しないように排土する必要がある。そこで
図-12 円フィッティング結果
我々のグループでは，作業室内天井部に取り付けた3D LiDARで取得した点群の中から，排土バケツ③
各層の点群ごとに円フィッティングとワイヤー位置を認識する手法を構築した。作業各 層 に 含 ま れ る 点 群 に 対 し て RANSAC5) 法室内の点群は図10に示すように，排土バケツ以外(RANdom Sample Consensus)を用いて円フィッティにも掘削機本体やレール，作業室壁面，地表面が計ングを行う。
測されている。排土バケツが設置される地面は，必RANSAC法はロバスト推定アルゴリズムの一つ
ずしも平坦ではないため，毎回異なった位置，姿勢
で，データからランダムに要素をサンプルしモデで設置される。また，ワイヤーを取り付けている吊ルを複数生成．そのモデルとデータを比較し，最もり手の倒れる方向も定まっていないため，ワイヤ
条件が当てはまるモデルを採用する手法である。
ー位置も不定である。
本手法では，各層の点群からランダムに3点を選
本節では，点群からの排土バケツとワイヤー位
び，3点を通る円を計算する。次に，計算した円の置の認識手法について述べる。認識は以下のプロ
うち，排土バケツの半径から一定範囲内にある円セスで行う。
を候補円として選択する。次に候補円の円周上の①
マテリアルシャフト直下の点群の抽出
一定範囲内に含まれる点群数を比較し，最も点の排土バケツはマテリアルシャフトより，作業室
数が多い円をフィッティング円として決定する。
内に下ろすため，原則としてマテリアルシャフト
今回は，LiDARの計測誤差±5cmを範囲として点群直下付近に設置される。そこで，計算に必要な点群数をカウントした。
数を減らすため，図11右側のように，まずマテリア
図12はフィッティング結果を示している。図12ルシャフト直下の近傍点群のみを入力点群としてa)は一層分の結果，図12-b)は全ての層の結果を点抽出する。
群上に重ねて表示した結果である。ほとんどの円②点群を高さ方向で層分け
は，バケツ上にフィッティングしているが，一部の
図11-a)に示すように，点群を最下点から天井点
円が，バケツから大きくずれていることが分かる。

- 162 -

これは，近傍の地表点に含まれる点群密度が高かったことが要因である。
④
各層の円中心を結ぶ直線の導出
各層でフィッティングした円の中心点(図13-a))を結ぶ直線を求める。③の工程において，外れ値も含まれることがあるため，外れ値に強いRANSAC
を用いて直線フィッティングを行った。直線計算
ではランダムに2点を選び，2点を通る直線を計算した上で③と同様に点の数を比較して中心線を求めた。図13-b)の赤点は中心線状の代表点をプロットした結果である。図13-a)中に含まれる外れ値の影響を受けずに，計算できていることが分かる。
⑤ ワイヤー点群候補の抽出と直線の導出
排土バケツの上部には，天井の点またはワイヤ
ーのみが含まれる。そのため，ここまでの処理で円が抽出されなかった層よりも，高い位置にあり，かつ天井近傍にない層の点群は，ワイヤー点であると仮定することができる。
図14-a)はワイヤー候補点を示している。ワイヤー候補点についても，これまでと同様にRANSACにより，直線を求める。通常ワイヤーなどの形状はカテナリー曲線となるが，厳密な形状は必要ではないため，計算の簡略化のために直線に近似している。図14-b)はワイヤーの近似結果を示している。
以上の手順により抽出した排土バケツ中心線とワイヤー線を抽出した結果を図15に示す。
また，排土バケツが存在しない場合もあるが，この場合は，中心線の長さや，点群の高さ方向の分散により判定する。

a) 中心候補点
図-13

図-15

排土バケツ，ワイヤー認識結果

４．自動掘削・排土動作管理
自動掘削では3章に挙げたそれぞれのプロセスを図16の状態遷移図に応じて切り替えることで実行する。それぞれのプロセスが終了した段階の状
況に応じて，状態を選択し実行する。掘削パターン
は，掘削箇所の点群の平均高さからパターンを選択し，実行する。また，地質によっては，掘削動作終了後に，バケットが土から引き抜けないことがあるため，掘削動作終了時のブーム角度，バケット
角度などから，掘削動作が正常に完了していないことを検知し，必要に応じて引き抜き動作を行う。
排土バケツが無い，または認識できない場合はあらかじめ設定した排土仮置き場に排土を行う。
また掘削の終了の判定は，自動掘削開始前に状態管理ソフト上で設定した掘削対象エリア内の点群の高さが，すべて指定した高さ以下になった段階，
または，あらかじめ指定した掘削回数で終了する。

b) 中心線近似結果
排土バケツ中心線の抽出

図-16a) ワイヤー候補点
図-14b) ワイヤー近似結果
ワイヤー直線近似

状態遷移図

５．評価試験
5.1 試験概要
開発した自動掘削排土システムの性能を評価するため，ここまでの機能を組み合わせた総合試験を試験場において実施した。
試験場は15m×10mの長方形で，レールは直線レールが設置されている。試験場内に，3D LiDARを1台，内径1050 mm深さ600mmの排土バケツ1つを
3D LiDAR か ら 5m 以 内 に 設 置 し た 。 ま た 半 径
1060mmの掘削範囲をあらかじめ設定した．使用し- 163 -

た掘削機のバケット容量は0.25㎥である。
自動掘削では，3D LiDARにより計測した点群から，掘削範囲内の最も高い点を掘削目標点とし，掘削範囲全体が指定した高さになるまで掘削を繰り返す。また，排土位置は，計測点群の中から排土バ
ケツを自動認識させ，バケツの開口部の中心点を目標値として排土動作を行わせた。

年度全国大会第77 回年次学術講演会
4)

西海孝夫・一柳隆義・加藤博司・小波倭文朗：自励振動法を用いた油圧サーボアクチュエータ系の実時間
パラメータ推定, 日本フルードパワーシステム学会
論文集，第36巻・第1号，2005年1月

5)Robert C Bolies ・ Martin A.Fischler ： Random sample
consensus: a paradigm for model fitting with applications
to

5.2 試験結果
排土バケツが満杯になるまでの5回の計測すべて
でバケツ，ワイヤーは正しく認識された。評価試験
時の自動掘削から排土までの一連の動作の様子を
図17に示す。バケット先端が排土バケツ上部で，正しく排土できていることが見て取れる。図18に，排土バケツが満杯になるまでの，3D LiDARの計測結果を示す。①は掘削開始前の状態であり，計4回の掘削で排土バケツがほぼ満杯になった。左下の排
土バケツを見ると⑤で排土バケツ上部まで土が到達していることが分かる。1回の排土までの時間は，毎回異なるが，計測時間も含めておよそ120秒であった。3D LiDARの計測には20秒弱かかっている。
掘削前に必ず計測を行うため，熟練オペレータよりも1連の動作に時間はかかるが，掘削から排土までの作業を自動で行うことができることから，実用的な時間であると考える。
６．まとめと今後の課題
ケーソン工法の自動化を目的として，天井走行式掘削機による掘削から排土バケツへの排土動作までの自動化システムを開発し，実験により有効性を確認した。今後は，複数の掘削機の協調作業の実現や，より精密な動作が求められるケーソン刃
口の自動掘削の実現などの課題が挙げられる。

image

analysis

andautomated381~395,June 1981

図-17

自動掘削排土動作

図-18

掘削排土計測結果

参考文献
1)

Naoto NEGISHI・Toshitaka TSUNEKI・Koki KIKUCHI
・Toshihiro KONDO・Tetsuya KOYO・Akira KAMEI and
Keigo HAYAKAWA:A Study on Autonomous Operation
System of Caisson Shovels in High Air Pressure andNarrow Underground Space (Demonstration of Trajectory
Tracking Control), The 4th International Conference on
Design Engineering and Science, ICDES 20172)

角田敦史・別井雄介・照井太一・稲川雄宣・中村清志
・尾形恒夫・藤澤秀行・橘伸一・都川信吾・石川貴一
朗：天井走行式掘削機の自動化に関する研究（第2 報）－LiDAR を利用した掘削排土作業の自動化と評価－, 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演
会2022

3)

照井太一・伊藤良二・藤澤秀行・橘伸一・石川貴一朗
・角田敦史・南部泰範：ニューマチックケーソン工法の自動運転に関する試験施工報告-，土木学会 令和4- 164 -

cartography,

Communications of the ACM,Volume 24 ・ Issue 6, pp

37．自動化リジッドダンプの開発及び自動走行能力の検証
大成建設株式会社

１．はじめに
高齢化による生産労働人口の減少が社会問題となる中，建設業界においても 3K(きつい，汚い，危険)に代表される負のイメージによる若者離れ，さらには近い将来に高齢者の大量離職が見込まれており，将来の担い手不足が深刻な問題となっている。これに対して国土交通省は建設業界のイメージ向上に向けて，新 3K(給与，休暇，希望)の実現を目指している。新 3K の「希望」を実現する取組
みとしては ICT 技術の活用により生産性の向上を目指す「i-Construction」を提唱しており，データの利活用により建設現場をスマート化する技術が活発に開発されている。そうした技術の 1 つである
ロボット技術を駆使した建設機械の自動化は，省人化による生産性の向上だけでなく，無人化による安全性の向上も期待できるため，多くの自動化
建機が開発され，実際に施工現場で使用され始めている。
こうした中，筆者らは建設現場で多くの台数が稼働し，自動化によって高い効果が見込めると思われるダンプトラックに対して自動運転システムの開発を実施してきた。そしてその開発過程において，不整地運搬車である 10t 級クローラ式キャリアダンプの自動化を実現した 1)。
今回はクローラ
ダンプに比べて高速走行が可能な 55t 級リジッド
フレーム式ダンプトラック(以下，リジッドダンプと称す)の自動化開発を行った。本稿では開発した自動運転システムの概要および能力検証結果について報告する。

○ 遠藤 亮雄，青木 浩章
田村 道生，後藤 洸一に手動での操作が可能となっている。自動運転モードとマニュアルモードのどちらになっているかを判別するために，後方と前方の左右の 3 箇所に
3 色パトライト灯を設置した。自動運転モードの場
合は黄色，マニュアルモードの場合は緑色，そして異常が発生した場合は赤色が点灯する。
さらに，周囲の状況を把握するための LiDAR セ
ンサや車載カメラ，遠隔から車体へとアクセスするための無線機及び非常停止信号の受信機，自己位置を取得するための RTK-GNSS 方位計を設置した。設置場所を図-2 に示す。

２．自動運転システムの概要
2.1 使用機械及び設置機器
今回自動化を行ったリジッドダンプの外観を図-1 に示す。ベースマシンには小松製作所製 HD465を使用し，電気仕掛けで動作が可能なように電制化改造を行った。主な改造箇所としてはステアリ
ングの油圧を制御する電磁制御弁や車体情報を測定するための各種センサの増設を行った。また，自動運転モードとマニュアルモードに切替えるための切替スイッチを取付けており，マニュアルモー
ドに切替えることで通常のダンプトラックと同等- 165 -

図-1 自動化リジッドダンプ及び改造箇所

図-2 機器設置状況

行，⑤排土動作，⑥積込み場への走行といったタス
2.2 システム構成
図-3 に今回開発した自動運転システムの構成を クに分けられる。本自動運転システムでは，これら示す。車載された制御 PC に自動運転のソフトウェ のタスクの 1 つ 1 つをブロックで表現している。
アがインストールされており，リジッドダンプの そして，図-4 に示すように自動運転の操作画面で動作はこの制御 PC からの指示によって行われる。 それぞれのタスクのブロックを積み重ねることで制御 PC からの制御信号は I/O ボードを通して各種 実施する作業シナリオを作成する仕組みとなってコントローラに伝達され，電磁制御弁を制御する いる。このとき，走行に関するブロックには，決まことでリジッドダンプが動作する。稼働時の車速 ったルートを走行する「経路走行」と指定した座標や操舵角等の車両情報は各種センサにより測定さ へ経路を自動生成して低速で接近する「接近走行」
れ，同様に I/O ボードを通して制御 PC へと伝達さ の 2 種類とした。基本的には「経路走行」で土砂れる。位置情報を取得する GNSS や周囲の点群情 運搬を行い，積込位置や排土場所への接近は受取報を取得する LiDAR センサは直接制御 PC へと繋 った積込機械や敷均し機械の位置情報へと経路をがっている。車両情報を常時取得し，目標値に対す 作成する「接近走行」を用いることで，作業の進捗
る誤差に対してフィードバック制御を行うことで に伴う積込・排土場所の変化に対応できるように「経路走行」の走行経路や走行速度は事前に自動運転の制御を行っている。制御 PC へは無線ネ した。
ットワークを用いて遠隔からアクセスすることが 有人で走行して記録したデータを使用し，操作画でき，各種設定や自動運転開始・停止の指令を出す 面で選択すると地図上に走路が表示されて視覚的「経路走行」は最ことができる。また、遠隔操作モードに切替えるこ に確認することができる。また，とで，コントローラを使って前進や後退等を行う 高速度 30 km/h での走行が可能となっている。作
成した作業シナリオを選択して自動運転を開始すこともできる。
ると，上から順番にタスクが実行されて土運搬作
2.3 自動運転の仕組み
土運搬作業は一般的に①積込機械への接近走行， 業の一連動作が自動で実施される仕組みとなって②積込み待機，③土砂運搬，④排土場所への接近走 いる。

図-3 自動運転システム構成

図-4 操作画面- 166 -

2.4 安全対策
安全に対する機能も実装した。1 つは自動運転中に懸念される人や障害物への接触に対する安全機能である。検知システムの模式図を図-5 に示す。
前後に取付けられた LiDAR センサにより走行路上の障害物を検出し，設定されたエリア内と判定された場合に自動で減速・停止を行う機能となっている。減速エリアは走行速度で進行方向に対する距離を調整しており，高速での走行時にはより遠くから減速するように設定している。これにより，30 km/h での走行時においても障害物に接触することなく停止することを確認している。自動走行
停止後に障害物が撤去され，走行に支障が無い事が確認された場合は自動で運転が再開される。
もう 1 つは走行経路からの逸走に対する安全機能である。もとより走行経路から機体が逸走した
際は自動で停止する機能が自動走行プログラムに組込まれているが，万が一に暴走した場合の対策として遠隔非常停止装置も実装しており，携帯型の非常停止ボタンを押すことで強制的に走行を停止させることができる。この非常時の無線信号は自動運転の指令を送る信号とは異なる周波数帯を使用しており，UI(ユーザインターフェース)上から停止信号を送れない状況にも対応可能としている。
さらに，非常停止装置の発信機と受信機は常に接続確認を行い，接続されていない場合は自動運転が停止する仕組みとすることで，無線が繋がらな
くて非常停止することが出来ないといった事態を防げるようになっている。
３．自動運転システムの能力検証開発した自動運転システムの能力検証として，
走行精度及び作業サイクルタイムの確認を行った。
検証場所は三重県桑名市にある実験場にて行い，
いずれも気象条件は晴れの環境で実験を行った。
3.1 走行精度の確認
3.1.1 走行精度の計測
図-7 に自動運転システムの走行精度検証を行った実験コースを示す。斜度 13 %を含む総延長が約1500 m のコースとなっており，土運搬作業の１サイクルを模擬して積込場と排土場を配置している。
機体の自動運転は予め有人走行で記録した経路に対して経路走行を行い，積込場・排土場への走行は自動で経路を生成する接近走行で行った。積込場
から土砂を積込んだ状態で自動運転を開始し，排土場で排土した後に再び積込場へと戻ってくるま
での目標走行経路に対する走行誤差及び積込場や排土場への停止位置誤差を計測した。5 回計測を実施した際の最大誤差及び走行誤差の標準偏差の算出を行った。図 8 に誤差の算出方法を示す。走行
誤差は自己位置と近い目標経路 2 点との垂直距離，- 167 -

図-5 障害物検知システム

図-6 非常停止システム構成(a) 往路経路(積荷有)(b) 復路経路(積荷無)図-7 走行精度検証実験コース(a) 走行誤差(b) 停止位置誤差
図-8 誤差算出方法

停止位置誤差は実際に停止した位置と目標停止位 分実用に耐えうる精度であると考えている。また，
置との間の進行方向に対する距離とした。
作業効率に関しても有人操作時と遜色のない動作
3.1.2 走行誤差が可能であることが確認できた。
表-1 に積載有り/無し時の計測結果を示す。走行
今後は自動化されたリジッドダンプを複数台管
誤差及び停止位置誤差は，未積載時よりも土砂を 理し，離合箇所では速度制限や停止させる等のシ
積込んで走行した時の誤差が大きかった。また積 ステム開発を考えている。その際にも，今回得られ載時の最大走行誤差は約 1.67 m であり，30 km/h で た走行誤差を基に減速度合いを決めるなど，施工
直線走行した箇所で生じていた。さらに積載時の 効率をできる限り低下させないようなシステムを最大停止位置誤差は約 0.37 m で標準偏差は約 0.28 構築して現場適用を目指す。
m であったことから，問題ない精度で自動運転走行が可能であることが確認できた。
参考文献
3.2 作業効率の確認
1) 片山三郎，青木浩章，若山真則：10t 級クロー3.2.1 サイクルタイムの測定及び走行経路
ラダンプを用いた自動走行システムの開発，
今回開発を行った自動運転システムの作業サイ
土木学会第 74 回年次学術講演会，VI-354，2019
クルタイムと有人操作時との比較を行った。図-9に走行経路を示す。積込場所から走行を開始し，排表-1 走行誤差及び停止位置誤差
土場所まで走行したところで排土動作を行う。そ
停止位置誤差 [m]
走行誤差 [m]の後，積込場所へと戻るまでの 1 サイクルを行う
積載無し
積載有り
のに必要な作業時間の計測を行った。コースの総積載有り 積載無し
延長は約 500 m となっている。
最大値
標準偏差
最大値
標準偏差
始めに走行経路や速度を記録させながら有人で
1.67
0.28
0.83
0.17
0.37
0.19
コースを走行させた時のサイクルタイムの取得を行った。このとき，最高速度が 30 km/h を超えないように走行させている。その後，取得したデータか
ら作業シナリオを作成して自動での走行を行った。
積込場・排土場への走行は接近走行で行った。
3.2.2 サイクルタイムの比較
表-2 に有人操作時及び自動運転時において，それぞれのタスクを実施するための経過時間を示す。
経路走行に関しては有人操作時の方が速く，有人(a) 往路経路操作に対して自動運転は往路で約 97 %，復路で約98 %の効率であった。逆に接近走行は自動運転の方が速い結果となった。これは，有人操作の場合は物理的にシフトの切替えを行う必要があるのに対して，自動運転は瞬時に切替えが可能なため，動き出しまでの時間の差が原因であると考えられる。
また，排土動作に要した時間は同等となっており，全体のサイクルタイムに関してもほとんど変わらな(b) 復路経路
い結果となった。今回開発した自動運転システムは
図-9 サイクルタイム計測コース
有人操作と遜色のない動作が可能であると考えられる。
表-2 走行誤差及び停止位置誤差４．まとめ
55t 級リジッドダンプを用いて自動で土運搬作業の一連動作を行うことができる自動運転システムを開発し，模擬の土運搬作業を想定した実験コースにて自動運転時の走行精度及び作業効率の検証を行った。その結果，問題ない精度で走行が可能であることが確認できた。速度 30 km/h での自動走行においては一定の走行誤差はあるものの，運用上走路幅を考慮して走行計画を立てることで十- 168 -

有人走行 [s]自動走行 [s]排土場へ経路走行

9699

排土場へ接近走行

27

24

排土動作

28

28

積込場へ経路走行

9799

積込場へ接近走行

1916

サイクルタイム

267

266

Ⅱ

梗概集

● ポスターセッション要旨

１．油圧オートカプラによる建設施工現場の安全・環境・生産性向上革命
株式会社小松製作所

山本 宏

１．油圧オートカプラとは油圧オートカプラは建設施工現場の安全・環境課題
解決と生産性の向上を目的として開発した技術であり、現場で作業者がアタッチメントに触れず安全に、油圧ホース着脱も必要とせず油圧アタッチメント交換が可能になる。
【カプラ内油圧バルブ】

カプラを使用せずに油圧ショベルに油圧アタッチメ
ントを直接取り付ける場合、油圧ショベルのバケット
取付ピンの着脱を大ハンマー打撃で行い、油圧ホース

３． 油圧オートカプラ使用実績と検証

着脱も工具を使用し手作業で行っている。オペレータ

１） ＲＣ４階建てビル解体現場

１名と作業員２名の共同作業で行う交換作業時間は約

1 日約４～５回油圧アタッチメントを交換しな

60 分を要す。油圧オートカプラの採用により、作業者

がら解体施工。最適なアタッチメントを使用する

が油圧アタッチメントに近づかず、オペレータ１名にことにより、本体・アタッチメントに無理な負荷よる油圧ショベル操作で、油圧アタッチメント着脱、がかからず、期待以上に安全で効率的な施工が行

油圧ホース着脱を約１分で完了。安全性・生産性・環えた。

境性を大幅に向上した。

２） 鉄骨ＲＣ造レストラン解体現場
施工計画は油圧ショベル３台であったが、本技術の採用により２台で工事完了することができた。
狭所現場で懸念していた重機同士の接触が回避でき、工事期間も計画より約２週間短縮となった。
上記現場で安全性と生産性の向上が検証できた。
４． 油圧オートカプラの展望
本技術の品揃えを拡充し、解体・林業にとどまらず
土木・その他業種でも使用できるアタッチメントを開発していく。また、お客様現場の進化に対応し、遠隔

２． 電気配線接続（新機能）
上記の技術に加え、電気配線も同時に着脱ができる

操作、自動運転などにも対応していく。

機能を追加し、油圧アタッチメントに使用される電気信号や稼働電流の通電を可能にした。例えば、電磁弁搭載グラップル・バケットソー・ハーベスタなどの林
業アタッチメントや、
電磁石付き小割具にも対応でき、様々な業種での採用拡大が可能になった。

- 169 -

- 170 -２．自転式環境負荷低減高圧噴射撹拌工法【Mole-Eco Jet®(モールエコジェット®工法】
株式会社不動テトラ○矢部 浩史株式会社不動テトラ

田中 肇一

株式会社不動テトラ

渡辺 英次② 高さ制限下での施工

１．新発想の回転機構と工法の概要「Mole-Eco Jet®工法」は、新発想の回転機構を実装し建物内やパイプラインの下などで上空に制限のある

た高圧噴射撹拌工法である。新発想の回転機構とは、施工条件でも、クレーンを使用することなく、人が 1m

図 1 に示す様な、同一直線上にない噴射口（ノズル）

ロッドを継ぎ足すことで施工が可能である（2.1m 程度

から噴射した流体エネルギーの偶力により先端のみがの高さ制限まで対応可能）。

自ら回転する機構である。この機構により、従来工法③ 環境負荷低減（SDGs）のような回転駆動用のモーターが不要となり、施工機

クレーンを使用することなく、また施工機の周囲に械の大幅な小型化が実現した。また人が持ち運べるサは発電機などの機器を配置しないため、排ガスの発生

イズまで小型/軽量化した施工機械のため施工補助ののないクリーンな環境での施工が可能となった。またクレーンも不要となり、地下駐車場や建屋内といった施工マシンの省エネ化によって、施工場所での二酸化厳しい施工条件においても地盤改良が可能となった。

炭素の排出量は当社の従来工法に比較して 30%削減につながる。
④ 施工管理装置（施工の見える化、情報化施工）
施工段階毎の写真管理により施工管理を行う従来工法に比べて、地中で行われる施工情報を確認しながら操作を行い、施工 1 本毎に打設結果表として記録を残せるだけでなく、回転数や引抜造成時のステップアッ
プを自動制御することが可能である。
３．適用市場図-1 新発想の独自回転機構

近年、既にある
２．Mole-Eco Jet®工法の特徴

建物の維持補修や① 人力運搬可能な施工機械

耐震化などの地盤

建物やパイプライン

改良工事、供用中

間の狭い場所や建屋のの工場内での土壌内部など、従来の施工機

浄化工事といった械が搬入できない場所

多様なニーズが生でも図-2 の様に人が機じており、従来工械を持ち運び施工する法では適用困難となるケースも増えてきた。今回開発ことが可能である（入口した工法は、このような建物内部や構造物の地下空が狭くても、幅 80cm 以間、配管が密集した工場施設などの施工条件において上あれば人が押して機も地盤改良が可能となり、今後このような市場に挑戦

材を搬入できる）。

図-2 施工機の人力運搬状況

図-3 建屋内高さ制限下での施工することで、国土強靭化や社会貢献に努めたい。

- 171 -

- 172 -３．排水ポンプ設置時の安全性向上と照明車の小型化と操作の簡易化について－作業員の安全と負担軽減向けた検討－
国土交通省中部地方整備局 中部技術事務所 防災・技術課長

林 学

国土交通省中部地方整備局 中部技術事務所 防災・技術課保全技術係長

鵜飼 隆司

国土交通省中部地方整備局 中部技術事務所 防災・技術課専門職○福万 敏行２．排水ポンプ車のポンプ運搬・投入対応

１．はじめに排水ポンプ車の運搬・投入対策として下記について

現在、国土交通省では、多様な災害対策用機械等を検討した。

各種保有しており、中部地方整備局では約 100 台の機械を保有している。その中でも稼働数の出動回数の多（１） 台車にポンプを固定して台車ごと投入。

い、河川や津波等の浸水発生時に排水作業を行う排水

投入斜面にもコンクリートや草の生い茂った場

ポンプ車、夜間での作業現場で照明作業を行う照明車

所があり、どの場所にも対応したものを検討中での２種類で機械の約７割以上を占めている。

ある。

排水ポンプ車による排水作業は、雨天時などの厳しい気象条件や滑りやすい斜面など厳しい作業条件のもとで複数の作業員が連携し、合わせて重量５０ｋｇ以上の排水ポンプ、電源ケーブル等のセット複数台準備して人力で浸水箇所に運搬、投入するため作業員の作業負担が大きく危険を伴う作業となっている。
また、照明車においては、１０ｍ級及び２０ｍ級な
どの様々なタイプがあり、アウトリガー、ブームや照明装置等の操作方法がそれぞれことなっており、全て
写真―２ 台車とポンプを固定の操作方法習熟するのは困難になっている。また、狭小な現場への車両進入も課題になっている。
その対策として、作業員の安全と負担軽減に向けて（２） ドローンでポンプを運搬
実際に排水ポンプにホースを取り付けた状態で検討を行った。

ドローンによる釣り上、その状態で横移動も行いドローンによる運搬が可能と確認された。
今後の検討は、フロートを付けた状態で目的のポンプ設置箇所に設置可能かどうかの検証を予定している。

写真―１ 排水ポンプ投入現場- 173 -

（２）照度試験
既存の照明車で高さや灯数を変えて光源から２５ｍ離れ幅５０ｍ×奥行き１５ｍの範囲で測定した。その結果より排水ポンプ車における照明要件を１５ｌｘとし、最低照度と照度要件を比較し必要照明性能を決定した。
各種利便性を踏まえた検討より小型車のイメ
ージ及び性能を以下の通りとした。

写真―３ ドローンによる運搬（３） ＰＡＳ（パワーアシストスーツ）を着用したポンプ運搬
種類の違うＰＡＳを揃え、各種実際に着用してポンプの運搬等を行った。
着用者の意見を聞いたところ、全体的に疲労の軽減効果があったとの意見であった。
今後の検討は、連続使用やカッパを着た状態での使用を検証していく予定である。
図－１ 小型照明車イメージ図
必要性能
・１３００ｗ×２等
・点灯高さ ５ｍ以上
・油圧ジャッキ無し
・遠隔操作は既存技術を使用
・普通免許で運転可能
４．まとめ
排水ポンプ投入方法について台車にポンプを固定

写真―４ ＰＡＳによるポンプ運搬する案で安全性が、ＰＡＳの着用で作業負担の軽減
３．照明車の小型化・自動化・遠隔化について、有効性が確認出来たので、実用化に向け（１）小型化の検討

た検討を行う。

既存の照明車を調査すると消防や警察関係等各

照明車の機能性向上に向けて検討を行った結果、種有るが照明装置の高さや明るさが国土交通省の小型化及び操作の簡易化に必要性能の整理が出来た

保有の物より低いがジャッキがいらない利点があので実機の設計検討を行う。
今後も災害対策用機械の作業負担軽減や機能向上

った。
また、普通運転免許での運転が可能であった。

- 174 -に向けて更なる検討を行って行く予定である。

４．腕時計型ウェアラブル端末による作業員体調管理
IoT ソリューション
西尾レントオール株式会社

野瀬健一

替えの手間、費用が課題となる。スマートフォンも１

１． はじめに
熱中症による死亡災害件数は、屋外での作業も多い

人１台に配布する費用が課題となる。

ことから全産業のなかで建設業が最も多くなっており、さまざまな対策が行われている。冷房を完備した休憩

３． システム概要所の設置や、空調服、ミスト扇風機、製氷機などの対策「腕時計型ウェアラブル端末による作業員体調管理

用品の充実、暑さ指数 WBGT 値測定による作業時間管理

IoT ソリューション」（以下、本システム）は、作業員や注意喚起なども定着が進んでいる。

が腕時計型の端末（写真-1）を装着することで、パルス

最近は、騒音・振動等の環境測定や、施工機械の状態管（脈拍）などの体調データと転倒検知情報、位置情報

理等、現場内のさまざまな情報を IoT 機器の活用によを、リアルタイムにクラウドアプリケーション（写真-り集中管理する技術が提案されている。

3）により、インターネット経由で PC やスマートフォ

熱中症対策においても、体調変化は自分で気づかなンから閲覧可能なシステムである。

いうちに進むことも多く、一人ひとりの状態をリアル

ウェアラブル端末に内蔵される加速度センサ、気圧

タイムに客観的に把握できれば有効であると考え、今センサ、脈波センサのデータは、センサからのデータ

回弊社では IoT 技術を活用したシステムの開発に取りを受信しクラウドサーバーに送信する機能と、BLE 通組んだ。

信機能を組込んだ多機能型無線アクセスポイント（写真-2）を経由してクラウドサーバーに送信される。
普及の条件と考える通信手段の利便性の課題解決の２． 課題
一人ひとりの作業員がセンサ端末を装着し、個人別

ため、多機能型無線アクセスポイント通信方式を採用の健康データをクラウドサーバーに送り集約管理するしたことで、専用のゲートウェイ機器やスマートフォ

システムは、５年ほど前から登場してきた。センサ端ンを不要とした。
多機能型無線アクセスポイントは、
メッシュ無線LAN

末の種類も腕時計型やヘルメット装着型など数種類がに対応しており、アクセスポイント同士が無線接続可

展開されている。
センサ端末の価格は下がってきたが、建設現場への能なため、建設現場内一体に WiFi 環境を提供する目的

普及には、通信手段の利便性も欠かせない。センサ端としても活用しやすく、図面や検査記録のクラウド共末のデータをサーバーへ送信するためには、センサ端有や、遠隔臨場などのニーズの拡大に伴い、これらと末のデータを受信しインターネットを経由しサーバー共用できるメリットがあると考える。

へ送信する通信機器が必須となる。一般的なセンサ端
末の通信方式は、BLE（Bluetooth Low Energy）を採用
しており、専用のゲートウェイ機器と組合せる方式か、専用アプリを入れたスマートフォンと組合せる方式に二分される。専用ゲートウェイは１台で複数のセンサ
端末のデータを受信できるが、建設現場内の各所に設置する必要があり、その設置費用や工程に合わせた盛- 175 -

写真-1 ウェアラブル端末

写真-2 多機能型無線アクセスポイント

ーを設置するなど、作業員の体調に影響が出る前に早期の対策が取れると考える。
それぞれの建設現場の、環境やニーズに応じて腕時計型ウェアラブル端末を使用するか、ポータブル型作業環境計測を使用するか、あるいは両方を併用するといった選択が可能となる。

写真-3 クラウドアプリ 画面イメージ

４． 運用
本システムでは、気圧センサと加速度センサによる転倒や昏倒の検知と、パルス（脈拍）やパルスを元に計算されたストレス値に上限値や下限値を設定し、値を写真-4 ポータブル型作業環境計測

超えた際にアラートとして管理者へ通知する機能により、万一の際の早期発見や作業員の体調異変に対し早６． 今後の展開

い対応を取ることが可能となり熱中症等の防止に活用できると考える。

IoT 端末やそれらに使われるセンサ機器等は、進化が早く毎年のように新しい計測技術や機能を組込んだ

アラートの通知機能については、電子メールのほか製品が登場する。今回開発したシステムは、「作業員体に、チャットや SNS など、順次対応を拡げ、利便性の調管理 IoT ソリューション」として、前述の腕時計型向上を図っていく計画である。

ウェアラブル端末に限らず、様々な使用条件にマッチングした端末を提供できるシステムをコンセプトとし５． 機能向上・局所環境の計測て開発している。

建設現場内の熱中症対策として、朝礼会場などで熱皮膚に極小の板状センサを貼付け体表温を常時計測

中症指標（WBGT）を計測し注意喚起を行う場面が増えするセンサや、ヘルメットに取付けヘルメット内部温ているが、同じ建設現場内でも、作業箇所により間仕度を計測するセンサ、腕時計のように装着し発汗量を切りや空気の流れなどの諸条件が異なるため、作業箇

計測するセンサなどがその一例であり準備を進めてい所それぞれの環境を局所的に計測できることが理想でるところである。

ある。その課題解決のために開発した装置が「ポータブル型作業環境計測」（写真-4）である。

建設現場への普及のため、本システムに適応できるセンサ端末や通信手段の、バリエーションを増やすな

ハンディ型サイズに、温度、湿度、風速、熱中症指標

どのバージョンアップを順次進めていく計画である。

（WBGT）のセンサと、緊急通知ボタンを組込み、オプシ
ョンで粉塵、気圧、ガスなどのセンサも脱着式により追加可能とした装置である。電源は内蔵バッテリーとAC 給電の２電源方式である。
通信は WiFi 方式により、前述の多機能型無線アクセスポイントを経由してクラウドサーバーへデータ送信が可能となっている。
作業箇所の局所的な環境をリアルタイムに把握することで、例えば温度上昇を確認したらスポットクーラ- 176 -

５．半炭化材料を用いた小規模なバイオマスガス化発電
鉄建建設株式会社

〇皆川

豊

背景
木質バイオマスガス化発電方式は、バイオマス燃料システムの概要

材を化学反応（熱分解や酸化還元）により可燃ガス化

本システムは、木材を直接燃焼させるのではなく、し、ガスタービン等を回して発電するため、小規模な

過熱蒸気発生装置で発生させた過熱蒸気(300-350℃)発電所でも効率的に発電することが可能で、市町村単を使用して半炭化したうえで、ガス化して発電機を稼

位などでの電力供給や非常用電源として活用が図られ働させます。

ています。

半炭化のプロセスを経ることで、一般的に木質バイオ

良質なチップやペレットを利用する必要がある従来のマス発電燃料として使用される木質チップの他にも、ガス化発電方式は、安定的にガスを発生させるために

樹木・果樹の剪定枝や、河川・ダム流木を発電燃料とは使用できる燃料材の条件が限定され、森林間伐材のして活用することができます。

枝葉や根などの利用は進んでいませんでした。当社とまたガス化のプロセスを経ることで、小規模の発電を

DOWA サーモテック社は、このような間伐材や果樹剪定

効率良く実施することが可能になり、地産地消の地域

枝等、幅広い原料の活用をめざして半炭化技術に着目

比較的狭いエリア内で集められる木質系バイオマス素し、2018 年度から東京工業大学との共同研究により、材で、発電に必要な量をまかなうことが可能です。

様々な木質系・草木系バイオマス素材を半炭化しガス化する試験を行ってきました。その結果、半炭化により安定的なガスを得られることが確認できたため、実用化に向け、昨年度から半炭化装置および定格出力200kW 規模のガス化発電装置の製作を進めてきました。

今後の展開
千葉県東金市内において、2022 年度は上半期内に、半炭化装置およびガス化発電装置の実証試験機を使用
して連続運転試験等を実施する予定です。また、下半期には発電事業への展開の準備や、更なる効率化をめ
ざして機器の改良を実施する予定です。

- 177 -

- 178 -６． 高所作業車の接触防止システム「はみ出しまセンサー」（株）カナモト１．

清水亮

業車を利用する顧客などから高所作業車の更な初めにる安全対策システムの要望が多数あり、その中

建築や土木の工事現場、また構造物のメンテ
ナンス作業等でよく使われる高所作業車。昨でも特定の位置よりバケットがはみ出さないシ

今、多様な場所で多様な種類の車両が活用してステムの要望が多かったため、開発に着手しまおります。しかし、使用台数が増えるにつれてした。

使用中の事故も増えております。弊社おいて

３．

LiDAR センサーの応用

も、バケットと構造物に挟まれる事故を未然に

LiDAR とは、パルス状に発光したレーザー照防ぐ高所挟まれ防止システム「挟まれまセンサ

射の反射した光を測定し、遠距離にある対象まー」や「挟まれまセンサーLiDAR」や、屋内型高での距離を測定、検知するセンサーです。以前

所作業車の階段などの段差による転倒を未然によりこの機能に着目し、挟まれ防止システムの防ぐ転倒防止システム「バックダンサ」などの「挟まれまセンサー」の進化版「挟まれまセン

安全対策システムの開発を行ってきました。

サーLiDAR」を開発しました。バケットの上にセ

２．

ンサーを取付、感知エリアを設定することによ

開発の経緯

り、バケットの上に構造物が検知されると自動的にバケットが停止するシステムです。その機能を応用して今回開発したのが「はみ出しまセンサー」になります。
４．

はみ出しまセンサー「はみ出しまセンサー」は、どこにでも置けるように LiDAR センサーとコントロール部・ブザー・警告灯・バッテリーを一体化させ、ラバーコーンの先端に設置し運用します。
（図１）
写真１
高所作業車の道路上現場では、車線規制を行い規制エリア内での作業が多く、規制外の車線では通常の交通状態（写真１）となっています。特に高速道路上ではその構造上の理由か
ら、工事による一車線規制を行い、その隣を乗用車や大型車が速い速度で走っています。その状況下で、作業中に規制エリア外にバケットがはみ出し、はみ出したデッキが走行中の車両と
図１

接触する事故が多発しています。また、高所作- 179 -

図２

内部構造

写真２

充電状況

図3

図４

また、本システムはバッテリーと充電器を一体

現場運用想定図

現場運用想定図（拡大図）

型ケースに内蔵しているので、充電時には別途

前述の「挟まれまセンサーLiDAR」のように、バ充電器を差すのではなく AC100V のコンセントにケットの自動停止はついておりません。危険なプラグを差し込むだけで、充電が行われ、空の状態で停止してしまうと、かえって事故を誘発状態から約 3.5 時間で充電が終了します。
（図する可能性もあるため、オペレータへの音と光

２・写真２）使用方法は、システムのついたラによる警告にとどめ、すぐにバケットを元の位

バーコーンを、バケットのはみ出しを防ぎたい

置に戻すことを促します。

境界線上に設置します。バッテリーをつなげ

５．

終わりに

ば、自動的に LiDAR センサーが起動し、境界線

このシステムは、オペレータの判断を補助

上に感知エリアを作り出します。
（図３・図４）

し、事故被害の軽減を目的として開発いたしま

バケットがその感知エリアに接触すると警告灯した。ただし、あらゆる状況での衝突を回避すが点滅しブザーが鳴り、周囲の監視員やバケッるものではありません。作業時・機械操縦時にト上の作業員に、注意喚起します。LiDAR センは常に周囲を確認し事故の無いように保安距離サーの感知エリアは、あらかじめ LiDAR センサ

を保ち、安全作業を心がけてください。

ーと PC を繋ぎ、PC 上のソフトウェアにて設定

最後に弊社は、今後の建設現場の技術の向上を行います。今回開発したプロトタイプは、感と普及に期待し、最新の ICT 技術を用いた最良知エリアが LiDAR センサーを中心とした半径 5mの機材の提供し、現場作業の安全を切に願うとのタイプを使用しております。感知エリアは、

ともに、現場環境の向上や更なる安全の向上に別なセンサーを使えばさらに広域をカバーする

貢献していきたいと考えております。

ことが可能となっております。

- 180 -

７． 現場環境一元管理システム NDX-Cloud
現場環境や計測器データを見える化し、環境管理、施工管理をリアルタイムに行えるシステム
株式会社レンタルのニッケン 広域営業部○夏樹 太郎技術開発部

峰咲 富士朗

計測器管理における生産性の向上

はじめに
災害大国日本において、様々な自然災害から人命、各計測器が取得したデータは、クラウド上で閲覧と財産を守る建設業への期待は大きくなっている。その帳票化が可能となる。これにより、個々の計測器での一方、最前線で作業する建設業の仕事は過酷であり、データ取得作業と操作が不要となる。

様々な課題と直面しているのが実態である。
現場環境を改善し、安全な環境を作っていくには、ICT化や DX といった様々な新技術を実装し、最前線の現場環境を改善する取組みが重要である。
NDX-Cloud を使用したリアルタイムな一元管理
建設現場は、風や雨など、自然の影響を大きく受ける。また、重機と人が一緒に作業する事もあり、安全帳票の出力事例確保の状況把握に加え、騒音や振動など現場近隣への影響も考慮しなければならない。

稼動機械管理における業務の効率化

本システムを活用すると、現場にある様々な計測器

オンラインレンタルとの連携により、パソコンやスマやカメラ等と連動し、現場の状態をリアルタイムに把ートフォンから、現場で借り受けしている機材の稼働管握する事が可能となる。さらに、計測器の危険異常が理・使用者管理が可能となる。仕様確認や発注・返却

判明した際には、メールで緊急案内を担当者へ伝達、依頼もオンラインで行うことができる。職員でこれら画面で目視していなくてもリアルタイムに危険を知らの情報共有が可能となるため、誤手配防止など管理業せる事ができる。これまで様々な問題を管理するため

務の正確性や効率化に繋げることができる。

には、人員を増やし対応するのが一般的であったが、システムの活用により省人化が期待できる。

オンラインレンタルの画面
今後の展開
既存サービスとして展開している作業員の所在とバ現場の一元管理画面

イタル管理や車両運行管理、現場用サイネージシステ
ムとの連携を行っていく。

- 181 -

- 182 -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
令和４年 11 月 29 日

発行

編 集
一般社団法人発行所〒105-0011

日本建設機械施工協会

東京都港区芝公園３-５-８（機械振興会館内）
ＴＥＬ （03）3433-１５０１
ＦＡＸ （03）3432-０２８９

複製厳禁

発行補助 （株）アクセス