橋梁１次選定プログラムの開発によるインフラDXの実現
し か の こ う いち

みなみぐち こ う じ

お お や かつゆき

いしはらだいさく

鹿野光一1・ 南 口 浩志1・大宅克幸1・石原大作1
1パシフィックコンサルタンツ（株）（〒101-8462 東京都千代田区神田錦町3-22）

インフラ分野DX施策の一つであるBIM/CIMの検討項目として, パラメトリックモデルの実装が掲げられている. 一方で, 現状は2D図面をもとに3Dモデルを作成していることから, モデル作成に手間を要しており, 設計業務内におけるフロントローディング推進のためには業務プロセスの転換が求められている.
また, 生産性向上のために設計作業の効率化が求められていることから, 技術開発への社会的要請と課題解決に応えるため, 橋梁予備設計1次比較を効率的に行う「橋梁1次選定プログラ
ム」を開発した成果と実業務における活用事例を紹介する.
Key Words : インフラDX, i-Construction, BIM/CIM, オープンイノベーション

１．はじめに国土交通省が推進するインフラ分野のデジタル・トランスフォーメーション（DX）施策 1) の一つに,「2023年度までに小規模なものを除く全ての公共工事についてのBIM/CIM原則適用」が挙げられている.
BIM/CIMは, 計画から維持管理における一連の建設生産・管理システムの効率化・高度化を目的としているが, 3Dモデル活用による設計業務内のフロントローディングに関しても活用効果として考えられる.
しかしながら, 現状では2D図面をもとに3Dモデルを作成しており, 業務初期段階での3Dモデル作成に手間を要することから, 早期に竣工イメージを共有できず大きな手戻りが生じる場合がある. このため
BIM/CIM推進委員会2)では, 様々なソフトウェア間でのデータ交換を行うことで作成に係る作業時間の短縮やコスト省力化を目的としてパラメトリックモデルの実装を掲げている. パラメトリックモデルとは,あらかじめ定義されたテンプレートに対応する寸法値等のパラメータを入力するだけで, 簡易に作成及び修正が可能な 3 次元モデルである.
また, 建設業界では慢性的な長時間労働や将来の担い手不足の課題があることから, 生産性向上の取り組みが必要となっており, 設計作業においても効率化が求められている背景がある. このような技術開発への社会的要請と課題解決に応えるため, 橋梁予備設計1次比較を効率的に行う「橋梁1次選定プログラム」の自社開発, 並びに, 3DCADベンダーの川田テクノシステム（以下, KTS）と協働し, 「橋梁1次選定プログラム」より出力した設計成果から3Dモデルを短時間で作成するシステムを構築した. 本稿
では「橋梁1次選定プログラム」の概要と効果, 実業務での活用事例を紹介する.

２．本開発の概要と効果(1) 橋梁1次選定プログラムの概要
橋梁予備設計1次比較の作業は一般に, 設計計算を行わずに既往実績ベースで概算数量・工費算出,比較評価コメント等を案ごとに技術者が作成して報告書をとりまとめているのが現状である.
「橋梁1次選定プログラム」はExcelベースで作成しており, プログラムの根幹となるデータは, 蓄積した弊社独自の知見や技術情報を事前にプログラム内へインプットしている. 例えば, 橋脚柱幅, 底版幅や基礎杭本数等はこれまでの社内詳細設計実績をもとに上部工反力による近似式を設定し適切な数値を算出している. また材料・人件費などの実勢価格は各種協会・市販資料などの公開データを参考としている.
本プログラムでは橋長・形式等の23項目をフォーマット上に入力することで, 瞬時に報告書形式で概算数量計算書・概算工事費と経済性・構造性・施工性・環境への適用性・維持管理面を配点した比較表の出力が可能である. 図-1,図-2に橋梁1次選定プログラムのインプット・アウトプットイメージを示す.

図-4

図-1

橋梁1次選定プログラム インプットイメージ

図-2

橋梁1次選定プログラム アウトプットイメージ(2) 3Dモデル作成「橋梁1次選定プログラム」の設計成果（XML形式ファイル）は, KTS製品であるV-nasClairのSTR_Kitにインポートすることで, 図面から描き起こさずに検討各案の3Dモデルを手早く作成することが可能である. 予備設計初期段階から３Dモデルを活用することで, 計画条件との位置関係などを立体的に把握できることから, 受発注者間における最終形状イメージの相互理解を促し, 橋長・支間割及び橋梁形式の早期合意形成が可能となる. 図-3,図-4にVnasClair&STR_Kitのインプット・アウトプットイメージを示す.

図-3

V-nasClair&STR_kit インプット・アウトプット
イメージ（上部工）

V-nasClair&STR_Kit インプット・アウトプット
イメージ（下部工）「橋梁1次選定プログラム」は自社開発を行ったが, 3Dモデルの作成・出力はオープンイノベーションにより生産性向上や開発促進を行う方針とした.
3DCADベンダーであるKTSと協働し, 「橋梁1次選定プログラム」より出力した設計成果から3Dモデルを作成するシステムを構築し, 前述のような短時間でのモデル作成を実現した. （図-5参照）

図-5

橋梁1次選定プログラムとV-nasClairの連携(3) 本開発の効果「橋梁1次選定プログラム」の報告書出力前にはプログラム内にあるデータチェック機能を用いることで, 径間数と下部工基数の不整合など明らかなミスを防止することが可能である.
また短時間で入力・出力を行うことができるプログラムであることから, 早期段階において検討結果を発注者と協議することが可能となり, 合意形成の促進を図ることができる.
さらには, プログラムにより単純なルーチン部分を自動化させ, 設計者が判断すべき検討に時間を活用することで業務全体の品質向上を図ることも期待している(図-6参照）. また技術伝承の観点では,これまで橋梁形式や支間割などの上部工諸元や荷重条件から定まる下部工諸元など熟練技術者の経験や知見に依存することで技術伝承が難しい側面があった. 本プログラムでは, Excelのアルゴリズムとして橋梁設計に必要な変数を求める式や仕組みがきめ細かく網羅され, Excelベースで読み解けることから若手技術者の業務理解を促している. すなわち生産性向上や設計業務のフロントローディングに留まらず, 担い手育成としても有効なプログラムであり,自社の設計実績をベースにつくられた「橋梁1次選定プログラム」そのものがナレッジマネジメントに寄与している.
報告書作成→図面作成→3Dモデル作成
従来図-8上部工断面図(2) 活用効果抽出された比較案は5案であり標準的な橋梁1次比較選定と比べて比較案は少なかったが, 従来よりも90％以上の時間短縮をして, 報告書を完成させた.
報告書の抜粋を図-9,10に示す.

本開発

余剰時間の活用
条件入力・報告書出力→3Dモデル作成
図-6

橋梁1次選定プログラムの活用効果

３．実業務における活用事例(1) 橋梁概要と比較抽出案「橋梁1次選定プログラム」を用いて橋梁予備設計1次比較を行った実績を紹介する. 本実績の橋梁〈橋長L=46.4m, 支間長18.4m+26.0m, 総幅員W=8.2m（有効幅員W=7.0m）〉（図-7, 図-8参照）は桁高制約の条件があるため, 以下に示す低桁高に対応可能な橋種を抽出した.
第1案：2径間連続鋼床版鈑桁橋
第2案：2径間連続鋼床版箱桁橋
第3案：2径間連続プレビーム橋
第4案：2径間連続バイプレ桁橋

図-9概算工事費一覧表（抜粋版）

図-10

下部工数量計算書（抜粋版）

第5案：2径間連続合成床版橋

図-7

側面図

(3) 3Dモデル作成
本業務において1次選定プログラムとV-nasClairを連携して3Dモデルを作成した結果を図-11に示す.
下部工モデル自動生成, 線形情報入力, 上部工モデル作成を行い, 3Dモデルを15分程度で作成した.

化を図ることができる. （図-12参照）
橋梁１次選定プログラム

図-11(1) まとめ
本稿では弊社におけるインフラDXの取り組みとして「1次選定プログラム」の概要と効果, 実業務での活用事例を紹介した.
本稿の内容を整理すると, 「1次選定プログラ
ム」におけるDXの効果は以下のとおりである.
①業務プロセスの転換
・設計プログラムと3DCADソフトの連携により図面から描き起こさずに手早く3Dモデルを作成
・設計業務内におけるフロントローディングの推進②生産性向上・単純なルーチン部分の自動化
・オープンイノベーションによる3Dモデル作成の時間短縮
・設計者が判断すべき検討に時間を有効活用③技術伝承
・Excelのアルゴリズムとして橋梁設計に必要な変数を求める式や仕組みがきめ細かく網羅することで, 若手技術者でも理解を促しやすいプログラムを作成(2) 今後の展望
本開発は橋梁予備設計1次比較に対応しているが,今後は橋梁設計支援ツールとして予備設計2次比較への活用など更なる展開を予定している. 具体的には, 1次比較において2次比較案として抽出された案の3Dモデル（V-nasClairで作成）を構造計算ソフト（KTS製品：SUCCESS）に連動させることで, 構造物の形状を設計の入力値として与え, 設計作業の省力

下部工設計ｿﾌﾄ（SUCCES）

・地形データ・線形データ・土工・地質データ
・橋梁 1 次選定
形状読込・形状読込・荷重条件・地質条件・形状確定
・安定計算
・断面計算

全体一般図

図-12 下部工設計ソフトへの連携

橋梁1次選定プログラムとV-nasClairを連携して作成した3Dモデル

４．まとめと今後の展望

１案限定・支間割・橋種（ﾒﾀﾙ・PC）
・上部工工費・上部工反力・下部工形式
下部工形状
杭配置
・下部工工費・LCC 工費順位・比較表

３Ｄ‐CAD ソフト（STR_Kit）

また現状では配筋データや杭本数等は設計項目ごとに設計ソフトへの入力が必要となっているが, 最小限のパラメーターを与えることで, 関連する構造物諸元のパラメーターを決定させるパラメトリックモデルへの取り組みを進めることを目標とする. また関連する構造物諸元をパラメーター間で連携させる場合は, 現に技術者判断で入力作業を行っている
内容を将来的にはAI技術との融合により, 技術者判断部分を自動化させることで, 更なる生産性向上を目指す. （図-13参照）

図-13 今後の展望

参考文献
1) 国土交通省 インフラ分野のDXアクションプラン
2022年3月
https://www.mlit.go.jp/tec/content/001474432.pdf
2) 国土交通省 第5回BIM/CIM推進委員会 資料2-2
各WGにおけるその他の取組 令和3年3月2日
https://www.mlit.go.jp/tec/content/001389575.pdf