奥村組技術研究年報 No.49

2023 年 9 月

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地盤改良時影響可視化ＸＲシステムの開発－施工進捗と変位状況をリアルタイムに現地に３Ｄで可視化－
XR-based Visualization and Monitoring System
for Soil Stabilization Work- Real-time On-Site 3D Visualization of Construction Progress and Soil Displacement 吉村藤子 ＊宮田岩往 ＊

城井光雄 ＊ ＊今泉和俊 ＊ ＊ ＊要 旨
地盤改良の施工において、周囲に影響が及んでいないか施工中に監視することは公衆災害を防ぐうえで重要である。そこで、施工深度や周辺地盤の変位などをセンシングし、その情報を可視化することで監視業務を高度化させるシステムを開発した。センシングデータがクラウドを経由して監視員の端末上にリアルタイムで XR 表示される。施工位置や変位の異常が一目でわかり、監視業務が円滑に行えるようになる。さらに、本システムを、実際の施工にあわせて試行した。この試行により、従来の監視業務の課題が解決され、施工品質の向上および公衆災害の防止につなげられることを確認した。
キーワード：地盤改良、動態観測、IoT センサ、XR、可視化

１． まえがき
２． 地盤改良施工時の監視業務の課題
近年、国土交通省が ICT 活用工事の基準類に関する整備を進めている。平成 28（2016）年度に土工の基準が一般的に、地盤改良の施工の際には、監視員を配置し整備されたことを皮切りに、令和 4（2022）年時点で対て、周辺に影響が出ていないかを監視し、万が一異常が象が 12 工種にまで拡大している。その中で地盤改良工あった場合には即座に施工を止められる体制を整えていは比較的早く、令和元（2019）年度に 5 番目の工種としる。監視員は、施工機械の制御担当者と連絡を取り合って ICT 活用工事の基準類が整備された 1) 。て施工進捗状況に合わせて監視すべき場所の目星をつけ、そのため、早い段階から地盤改良の施工に関する ICT同時に、周辺地盤の隆起等の動態観測結果を随時確認しツールが開発されてきた。その多くは、施工機械の位置て監視を行う。

誘導や出来形・品質管理の効率化を主目的としている 2) 。

図－１は、地下構造物に隣接した場所で施工を行う際その一方で、地盤改良の施工は周辺地盤の土圧に影響に、地下構造物内に配置された監視員の行う業務をフを及ぼすため、地盤の隆起などの公衆災害のリスクを伴ロー図にしたものである。ここで、赤枠とした箇所が、う3) 。このような災害の防止のために、施工中は近接地後述する開発システムにより置き換わる業務である。

盤の隆起を測定し、周辺に危害を及ぼすような地盤の変状が起きた場合は作業を中止するよう求められている

地下構造物内からは、施工位置が当然目視できないた

4) 。

め、監視員は、施工機械が設置されている地上と自身のそこで、ICT 活用の一環として、公衆災害を防止するいる位置との位置関係を図面から考えて、自身から見てための安全管理に効果的な ICT ツールが必要になると考施工位置がどこなのか見当を付ける必要がある。動態観

え、XR（クロスリアリティ）技術を用いて地盤改良施測の計測位置についても同様である。すなわち、三人称工時の監視業務を高度化するシステムを開発することと視点で描かれている図面から、目の前に広がる視界といした。XR とは、VR（Virtual Reality、仮想現実）、ARう一人称視点に、視点を変換することが必要となる。

（Augmented Reality、拡張現実）、MR（Mixed Reality、

このようにして行われる位置関係の把握は、まだ現場複合現実）の総称であり、その中で今回は AR と MR をに慣れていない人や、空間把握が得意でない人にとって対象とした。

は大きな負担となり、監視業務ができる人材が空間把握 ＊ ＩＣＴ統括センターイノベーション部＊＊

西日本支社機電部- 41 -＊＊＊

技術本部技術戦略部

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図－１ 監視業務のワークフロー図と本システムによる置き換え箇所能力の有無によって限られるため、急な配置転換に対応防止のために重要な役割を担っている中で、個人の空間できない一因となっている。また、空間位置の誤認のた把握能力に依存するところが大きい。不足している労働めに正しく監視業務が実施されないリスクもある。

力を補うためにも、空間把握が苦手な人でも監視業務を監視員は、自己位置から見た施工位置・沈下計位置を遂行できる体制を構築する必要がある。

正しく把握した後、実際に施工が始まると（図－１左上）、施工機械側の担当者と連絡を取り合い、施工進捗

３． 開発システムおよび機能の概要

状況に応じて監視場所を変更していく必要がある。これは上述の通り、個人の空間把握能力に大きく依存してい3.1 システム概要る。

施工位置や動態観測計測位置がどこであるのかを現地次に、施工進捗状況を把握しつつ、地下構造物に変状にリアルタイムに表示するシステムを開発した。現地位変化や漏水が起きていないかを監視し、同時に、周辺地置に合わせて、現地の光景に重ね合わせて可視化表示す盤や地下構造物が隆起・沈下していないかを監視する。

る特性上、タブレット端末（iPad）を用いた AR 技術と異常に気付いた場合は（図－１中央下部）、即座に施工

MR ゴーグル（HoloLens2）を用いた MR 技術を利用し機械側に連絡し施工を止め、公衆災害を防ぐ必要がある。

た。

このように、地盤改良施工時の監視業務は、公衆災害

No005
削孔⻑︓4.40m
施⼯深度︓6.20m

No007
造成⻑︓4.83m
施⼯深度︓9.80m

S-14
基準︓
絶対値︓3.235m
相対値︓

図－２ システム構成およびデータ構成概要- 42 -

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システム構成およびデータ構成概要を図－２に示す。
施工機械や現地に設置したセンサ（図中のセンサの写真は沈下計）からデータをクラウドストレージサービスにアップロードする。データを集約する場所としてクラウドストレージサービスを利用した理由は、汎用性を高め、API 等が公開されていないセンサとも接続できるようにするためである。CSV ファイルとしてセンサ情報が書き込まれさえすれば、表示端末側からデータを参照しに行けるようになっている。
各改良体の施工機械の設置位置と直径、動態観測セン
サの設置位置、表示位置の位置合わせに使う監視場所付
近の基準点の位置情報については、事前に端末側に入力

図－４ 削孔モデルと造成モデルの見方しておく。
使用する際は、QR マーカを読み込んで位置合わせをいた施工機械の設置位置の情報との紐付けが行われる。

行い、クラウドストレージサービス上にある CSV ファ

図－３に示す通り、ロッドの回転数の情報により、回転イルを読み込み、事前に与えられている位置情報を参照が始まった施工深度を施工開始位置とし、そこを基準として、正しい位置にデータを可視化表示する。

して三次元モデルが表示される。

3.2 施工データの可視化機能

表示される三次元モデルは、削孔した後に改良体を造施工機械に施工深度やロッドの回転数を取得するセン成していく高圧噴射攪拌工法などを想定しているため、サを取り付けることにより、施工データがクラウドスト

削孔はワイヤーフレームで、造成は円柱形として表現しレージサービスを経由して端末の画面上に表示される。

た。さらに造成時は、設計造成長を事前に入力しておく

画面上では、現地の光景の中に施工進捗状況を示す三次ことで、あとどれくらいで造成が完了するのかがわかる元モデルが重ね合わせて表示されるため、図面から現在ように、これから造成するところをワイヤーフレームで位置と施工位置を考える必要がなくなる。また、自動で表示する（図－４）。

深度情報が取得されるため、従来は施工機械側の担当者

3.3 動態観測データの可視化機能と連絡を取り合う必要があったが、本システムにより連動態観測の情報についても、センサからリアルタイム絡が不要となり、より精度よく高頻度に進捗を把握できでクラウドストレージサービスにデータをアップロードるようになる。

できるようにし、端末画面上で計測位置に表示させる。

施工機械に取り付けたセンサから、改良体番号を示す

その際に数値データだけではなく、三次元モデルとしてID、日時、今行っていることが削孔なのか造成なのか可視化する。例えば、鉛直変位量を可視化する場合は、を示すフラグ、ロッドの回転数、施工深度の情報を取得

変位方向を矢印の向きで、変位量を矢印の長さで表現し、する。改良体番号を示す ID により、事前に与えられて管理基準値を閾値として、変位量に応じて矢印を 4 段階

図－３ 削孔/造成モデルの生成方法- 43 -

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図－７ メモの記入例（HoloLens2 画面内のキャプチャ画像）

図－５ 管理基準値と表示の例

図－８ 空間に配置されたメモ画像（HoloLens2 画面内のキャプチャ画像）ることが可能となる（図－７）。これにより、リアルタイムにデータを可視化するだけではなく、過去の施工履歴も振り返ることができる。どこが施工済みであるのか、以前の施工時にどれほどの変位があったのか、などを確認することができ、また、メモを三次元空間のみならず時間に紐づけて配置することができるため、メモを記載

図－６ 絶対値表示と相対値表示の例

したときの状況を XR 空間内で再現することができる（図－８）。に着色する（図－５）。三次管理基準値に相当する値を矢印の延長線上に赤丸で表示し、超えた場合は警報を鳴

４． 現場での試行によるシステム有効性確認

らすなど異常に気付きやすいように工夫した。
また、単純な計測データだけではなく、過去のある任4.1 試行現場概要意の時点からの変化量も表示できるようにした。そうす実際に施工が行われるタイミングで、システムが有効ることで、地盤改良の施工に起因する計測値の変化量がに稼働するか確かめるために試行した 。試行した建設わかりやすくなる。
沈下計を可視化した際に三次元モデルの横に表示され現場は、大阪駅前で地下道の撤去・新設工事を行っているパネルの例を図－６に示す。単純な鉛直変位量をそのる土木工事現場である。当該現場は、地上部分が交通量まま示した「絶対値表示」と、基準とする日時からの相の多い交差点であり、地下一階部分に梅田駅改札に繋が対的な鉛直変位量を示した「相対値表示」の 2 つのモーる地下歩道があり、地下二階に地下鉄の軌道が走るトンドを切り替えることができる。

ネル躯体が存在する構造になっている（図－９、10）。

3.4 記録振り返り機能

このような現場は立体構造の把握が難しいうえに、施工各種データの表示機能に加え、MR ゴーグルを使用しの影響で隆起沈下や漏水・変状変化が起きると甚大な社た場合には、仮想空間上に手書きでメモを書き込める機会的影響を及ぼすため、特に公衆災害を防止することが能も実装した。変状位置や漏水位置を書き込み、施工進重要である。

捗状況を表す三次元モデルや動態観測を表す三次元モデ

この現場では、地下一階部分の地下道を撤去・新設すルと併せてスクリーンショットを撮影することで、どのるにあたり、地下鉄躯体に対するアンバランスな荷重負ような状況下でどこに異常が起きたのかを正確に記録す

担を回避するため、地下道の直下にあたる地下二階相当- 44 -

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2023 年 9 月の空間のうち、地下鉄の躯体が存在しない土壌箇所に高階設けて管理しており、三次管理基準値を超えた場合は圧噴射攪拌工法（SUPERJET35, 有効直径φ3.5m）での施工を止める必要がある。

地盤改良を行っている。営業線の地下鉄躯体に近接して施工の進捗状況は、施工機械に設置するロッドの残尺施工するため、地下鉄躯体に影響が出るリスクが高く、を計測して施工深度を算出し、1m 進むごとに施工機械

少しでも異常が起きたら即座に施工を止められるよう、側の連絡担当者がチャットで監視員に連絡していた。

監視員の果たす役割が重要である。

施工は夜間の終電から始発の間に行われ、これまで監現場では施工中、地下鉄躯体壁面に 5m おきに水盛式視員は地下鉄躯体内で、沈下計のデータと施工進捗状況沈下計を設置し（図－11）、1 分おきに鉛直変位量を観の連絡をタブレット端末で確認しつつ、施工位置を頭の測しており、ウェブブラウザで各沈下計の数値データを中で推定しながら、躯体壁面に異常が起きていないか監視を行っていた。
4.2 試行内容
従来の手動による検尺に替わり、施工機械にセンサを取り付け、1 秒ごとに施工データを取得し、施工進捗状況を把握した。データは現場に設置したパソコンに送り、そこからクラウドストレージサービスに CSV ファイルとして常時同期更新されるように設定した。また、地下鉄躯体に取り付けられている沈下計のデータも、同様にクラウドストレージサービスに CSV ファイルとして書き込まれていくように設定した。これらのデータが安定してアップロードされるよう、携帯回線ではなく有線LAN ケーブルを接続した。沈下計位置と施工機械の位

図－９ 試行現場の模式的な断面図

置は事前に設定ファイルに記入し、端末側に入力しておく。
表示位置の位置合わせは、端末で QR マーカを読み込んで行う。日によって異なる施工位置に対応できるように、位置合わせ用の基準点をおおよそ 10m に一箇所程度用意しておき（図－11）、最寄りの基準点に QR マーカを置いて読み込めるようにした。QR マーカは、床に置くことも壁に貼り付けて設置することもできるようにした（図－12）。読み込む iPad の姿勢により水平設置なのか鉛直設置なのかを判別し、QR マーカの中心を原点として QR マーカの向きに合わせて仮想空間の座標が配置される。また、QR マーカを指定した基準点の真上に設置できない状況（例えば、設置している沈下計の箱の図－10 交差点を占有しての地盤改良施工状況

角を基準点としていた場合、QR マーカの中心をその角に置くことは不可能である）にも対処できるように、基準点位置をオフセットすることができるようにした。
端末は、AR 端末として iPad（第 6 世代）および iPadPro（第 5 世代）、MR ゴーグルとして HoloLens2 を使用した。図－13 は、HoloLens2 を用いて試行している状況である。通信回線については、現場内は携帯回線が接続可能な場所であったため、iPad と iPad Pro は携帯回線を

図－11 地下鉄躯体レベルでの模式的な平面図
図－12 QR マーカの設置方法確認できるシステムを導入している。管理基準値を 3 段- 45 -

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利用し、HoloLens2 は iPad Pro からのテザリングで回線5 世代）と HoloLens2 では表示位置が iPad ほどずれるこを利用した。いずれの回線も下りで 40Mbps 以上出ておとはなく、監視業務を行うすることが可能である。
iPad および iPad Pro は、没入感に乏しいため、奥行きり、支障なく使用できた。
4.3 試行結果

感が掴みにくく、表示されている三次元モデルが躯体壁本システムの試行により、これまで頭の中で考えてい面の奥にあるのか手前にあるのか、認識しづらかった。

た、おおよその施工位置が視覚的にはっきりとわかるよ

一方で、iPad や iPad Pro はその場にいる複数人で一つのうになったため、監視すべき位置が明確化され適切な位画面を覗き込むことができ、共通認識を持ちながら会話置に注意力を払って監視業務を行えるようになった（図できるため、監視員が複数人いる場合のコミュニケー－14）。また、今まで 1m おきにしかわからなかった施ションツールとしても有効であることがわかった。

工進捗がリアルタイムにわかるため、ロッドの段取り替

また、施工中に表示されているモデルを含めた躯体壁えなどで一旦止まっているなどの地上の施工機械側の様面の様子を画面のスクリーンショットとして保存してお子が推察できるようになり、より緊密な連携を取って監けば、施工が完了した後に、どのような施工状況で、ど視業務が行えるようになった。の場所（施工箇所との位置関係も踏まえた場所）の壁面

さらに、沈下計が示す鉛直変位量が、管理基準値に対の様子なのかを他の人に正確に伝えることができるため、してどれほど許容量があるのか、管理基準値を超えそう情報共有ツールとしても有効であることがわかった。

な危険な場所はどこなのか、などが画面を見ただけでわかるようになった。それまで上限下限それぞれ 3 段階ず

５． まとめ

つあった管理基準値の 6 つの数字を覚えておく必要がなくなった。

地盤改良の施工データと動態観測の計測データを、リ端末による見え方の違いを検証したところ、iPad（第アルタイムに AR や MR で可視化するシステムを開発し6 世代）は、地下鉄躯体内の照明だけではカメラによるた。現場で試行を行い、現地位置に合わせて可視化する

位置認識精度が落ちて表示が数 m 単位でずれることがことで、空間把握能力の個人差を補完するだけでなく、わかった。一方、LiDar 機能を搭載している iPad Pro（第情報伝達が円滑化することもわかった。また、監視業務がより確実に行えるため、公衆災害の防止に役立つ。
現段階では可視化できる計測データは沈下計だけであるが、データをクラウドストレージサービス経由にすることで汎用性を持たせているため、様々な IoT センサのデータを可視化していくことが可能である。今後は、傾斜、地下水位、施工位置近くの井戸水の pH など、地盤改良の多様な影響を可視化し、適用現場を増やしていきたい。
【参考文献】
1) 国土交通省、「ICT 施工の対象工種の拡大に向けた取組」、2023、https://www.mlit.go.jp/sogoseisaku/constpla

図－13 HoloLens2 を用いた試行状況

n/content/001595484.pdf（参照 2023-02-28）
2) 土木学会建設技術研究委員会建設技術体系化小委員会、「CIM, ICT 関連技術の体系化に関する調査報告書」、 2020、https://committees.jsce.or.jp/sekou05/node/42（参照 2023-02-28）
3) 平出 亜、柿原芳彦、「深層混合処理の施工に伴う周辺地盤変位のメカニズムと変位予測についての考察」、
応用地質技術年報、19974) 国土交通省、「建設工事公衆災害防止対策要綱 土木工事編」、国土交通省告示第 496 号第 8 章第 54、2020、https://www.mlit.go.jp/tec/content/001305480.pdf（参照 2023-02-28）

図－14 造成モデルと沈下計モデルの表示- 46 -