JFE 技報 No. 44（2019 年 8 月）p. 61-65

3D 測定を活用した工期短縮技術
Shortening Method of Construction Period Using 3D Measurement
種村一輝

TANEMURA Kazuteru

JFE スチール

東日本製鉄所（京浜地区）設備部

設備技術室

経塚敏勝

KYOZUKA Toshikatsu

JFE スチール

東日本製鉄所（京浜地区）設備部

製鋼設備室長（副部長）

主任部員（副課長）

神田純一

KANDA Junichi

JFE スチール

東日本製鉄所（京浜地区）設備部

製鋼設備室

主任部員（係長）

要旨
製鉄所が建設されてから 50 年ほどが経過し，設備の老朽劣化が進行している。更新工事を実施すれば，故障の顕在化による操業影響は回避できるが，工事は生産停止を伴うため期間の短縮が求められる。また，周囲には既に稼働中の設備が多数存在するため，建設時の工事手法を採用できず，新たに工事手法を考案しなければならない場合も多い。本報では，3D 光学測定（3D スキャン）を転炉排ガス処理設備の水冷ダクト更新に活用した，大型機器搬入時の周囲干渉物確認効率化および据付位置の事前決定による現地調整最小化について報告する。

Abstract:
About 50 years have elapsed since the majority of steel works in Japan were constructed, and deterioration of aging
facilities is proceeding. Although it is necessar y to carr y out renewal work to avoid the impact on operations,shortening of the construction period is required due to production stops. Also, since many facilities that are alreadyin operation were constructed in the surrounding area, construction methods used at initial construction time cannot
be adopted, and it is often necessar y to devise new method. In this repor t, the ef fectiveness of 3D opticalmeasurement for the improvement of the efficiency of the confirmation of the surrounding interferers when carrying
in the large equipment, and the minimization of the field adjustment by the preset determination of the installation
position in the case of updating the water cooling duct of the converter exhaust gas treatment facility are reported.

1． はじめに

過去の痛ましい労働災害を教訓として安全レベルが向上した今日においては，工事の各段階で確実な安全対策を施す

国内の大規模臨海製鉄所は 1960 年代前後に建設したもの必要があり，それらを省略した危険作業は許されない。

が多く，稼働から 50 年を経た設備もある。製鉄機械のように，一方で，情報技術の発達に伴い，測定装置からレーザー大荷重・高頻度・高温といった過酷な環境下で稼働する設を全周に照射しその距離と角度を測定することで，所用時備においては，適切なメンテナンスを施していてもなお老朽間数分以内で，誤差 1 mm 以下の精度で周囲環境を膨大な化は進行するうえ，その程度が未知の領域に達しており，想点群の三次元座標として得られるようになった。さらに，こ定していなかった劣化の顕在化によって大きな操業影響をうして得られたデータサイズ数百 GB におよぶ点群データか引き起こしてしまう場合がある。JFE スチールでは近年，生ら，コンピュータ上に仮想の工場を再現できるようになった。

産基盤の強化と製造実力の強靭化に力を注ぎ，必要に応じこれを現場融合型エンジニアリングという

1-2）

。

本稿においては，東日本製鉄所（京浜地区）製鋼工場転て大規模な設備更新工事を実施してきた。
更新工事は，当該設備での生産を停止する必要があるこ

炉排ガス処理設備の水冷ダクト老朽更新について報告する。とから，工期の短縮が求められる。類似のバックアップ設備工事に際して，従来では図面検討や実物と同外形の簡易モを保有している場合においても，バックアップ設備自体にトデルによる実搬入テストが必要だった大ブロック搬入につラブルが発生すれば同じく生産停止に陥るため，リスク最小いて，効率化を目指し，点群による仮想設備と CAD モデル化の観点から工期短縮の要請は避けられない。しかしながを用いた搬入ルート探索を行った。さらに，更新範囲外のら，建設当時と異なり周囲設備が操業を継続している中で流用機器との位置関係をあらかじめ決定しておくことで，現の工事は，特に大型機器の更新において形状や据付基準の地での修正工事を最小化し，工期の短縮を達成できた。

制約が大きく，小部品に分割して現地で組み立てる工法が一般的で，どうしても長期間の工事となってしまう。また，
2019 年 3 月 18 日受付－ 61 －
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2． 大ブロック工法への取り組み
2.1

チューブが劣化するため，おおむね 10 年ほどで水冷ダクト更新が必要となる。

転炉排ガス処理設備の概要

2.2

転炉プロセスでは，ランスと呼ばれる水冷筒から酸素従来工法における課題

ジェットを溶けた銑鉄に吹き付けて炭素を除去することで鋼京浜地区転炉排ガス処理設備の全体配置を図 2 に示す。に精錬しているが，この際に高温で高含塵かつ可燃性の排水冷ダクトはスカート，下部フード，上部フード，第一輻射ガスが発生するため，それを処理する設備が必要である。

部および第二輻射部で構成される。工場建設時の工事では，

この排ガス処理設備のうち，高温ガスを湿式除塵器まで導転炉本体の据付前に水冷ダクト類を上から順に大ブロック

く水冷ダクトは，排ガスの熱を蒸気としてエネルギー回収すで搬入，設置が可能であった。しかし，設備稼働中の現在るため，図 1 に示すとおり排ガスの流れ方向に並べた数百ではベルトコンベアやホッパーおよびそれらの計装機器，配本のボイラチューブをフィンでつないだパネル式水冷壁（メ線が存在するため，当時の工法の採用は困難であり，水冷ンブレンウォール）で構成されるのが一般的である。発電ダクトのパネル分割が必要になる。ところが，水冷ダクトを所などのボイラとは異なり，転炉廃ガス処理設備では数十パネル分割すると，数百本のボイラチューブを現地で突合分の精錬ピッチでの加熱/冷却繰り返しによる熱疲労亀裂

せ溶接で接合することが必要になり，ミリメートル単位でのと，酸化鉄を主成分とする粉塵によるエロージョンにより位置修正と溶接作業に長い時間を費やさねばならなくなってしまう。
京浜地区では，水冷ダクト類のうち，スカートと下部フードは比較的規模が小さいため一体更新工法が可能であり，第二輻射部は建屋最奥に位置し隣接稼働設備に囲まれていることから，搬入可能なサイズによるパネル分割更新工法が選択された。一方，上部フードは，過去にも一体更新の構想があったものの，建屋寸法と上部フード組立寸法の取り合い（通過）に余裕がなく，工事着工後にフード通過不能が発覚して工事中止となるリスクが大きいため，採用を見

図 1 転炉排ガス処理設備水冷ダクトの模式
Fig. 1 Schematic diagram of converter exhaust gas treatment
facility water cooling duct

送ってきた経緯がある。また，第一輻射部は，上部フードよりもさらに大型であるため一体更新は困難であるものの，工期短縮のためには，可能な限り分割数を少なくすることが求

図 2 転炉排ガス処理設備全体模式図
Fig. 2
JFE 技報 No. 44（2019 年 8 月）

Schematic diagram of overall converter exhaust gas treatment facility－ 62 －

3D 測定を活用した工期短縮技術

図 3 は，第一輻射部更新に大ブロック工法を適用するため，められた。
一体更新もしくは大ブロック更新を行うためには，搬入おスキャンデータから構築した仮想空間内に 4 本の吊ワイヤをよび据付作業時に干渉するものを全て把握しなければなら加えた更新機器の CAD データモデルを取り込み，天井クレーない。建屋や設備それぞれの図面は手書きであるため，そンを用いて建屋内に搬入することが可能かどうかを検討しれらを統合したデータを作成したうえで，更新機器の位置た際の画像である。今回使用したソフトでは，CAD モデルや姿勢を連続的に変化させての検討となり，多大な労力が内部に測定点群が入り込むとモデルが青色透明に変化する必要であった。また，過去には実物大のモデルを形鋼組みとともに，入り込んだ点群が赤く表示されるため，実物で搬合わせ溶接で製作し搬入テストを行った事例もあったが，入機器と干渉するものが，除去可能であるか操業上必要な多大な費用と労力がかかることが課題であった。

ものであるかを判別できる。干渉物が除去可能であれば事2.3前に除去し，必要なものであればデータ上で回避ルートを

3D 測定を用いた施工方法検討探索することで，現地工事の段階で通過不能といった重大周囲設備との位置関係を詳細かつ簡便に把握するため，な事態におちいるリスクを大幅に低減できる。また，現地据3D レーザースキャンを転炉建屋に適用した。周囲環境を三付での姿勢変更時などでも，図面検討ではいくつかの角度次元座標を持つ微細な点の集合として得る 3D スキャンは，に限られることが多いが，3D スキャンを用いたこの手法で図面情報とは違って実物を測定できるため，図面上で必ずあれば，連続的に角度変化させることで吊ワイヤと周囲設備

しも図示されていないホースやケーブル，小径配管類，建との干渉有無まで詳細に確認することが可能である。

屋柱のタラップ，各フロアに置いてある予備品や各種用器

これらのデータを工事会社に提示し画像を見ながら工法具についても，もれなく正確に短時間でデータ化できる優れを検討すれば，搬入作業時において干渉に注意を要する地た手法である。ただし，転炉建屋の場合には空気中に微細点へ監視人を配置したり，より適切な吊り具を選定することなダストが浮遊していることがあり，これにスキャンレーで，確実な工事の遂行が可能になる。さらに，工事手順をザーが反射すると，実物が何もない空間でもデータ上は干動画として提示できるので，作業員一人ひとりの理解が深ま渉対象物が発生してしまう。これをノイズとして除去するたり，工事安全化への寄与も図れる。

めには，複数回のスキャンデータを重ね合わせるとともに，京浜地区ではこの手法を用いて上部フード一体更新およ現地をよく認識している担当者がノイズ判定することが有効

び大ブロックでの第一輻射部更新を実施し，従来手法に比である。

べて大幅な工期短縮を完全無災害で達成できた。

図 3 3D スキャンデータと CAD モデルを用いた搬入検討図
Fig. 3

Study of bring in using 3D scan data and CAD model－ 63 －JFE 技報 No. 44（2019 年 8 月）

3D 測定を活用した工期短縮技術

3． 据付位置調整効率化への取り組み
3.1

トの位置と姿勢によって，最後に設置する下ダクトと上部フードとの接続部の位置が決まる。接続部が低いと上部フー

上部フード位置調整効率化

ドと干渉してしまい，接続部が高かったり中心位置が一致し上部フードは転炉炉体の上方を覆う形になっているため，ないと隙間から転炉排ガスが漏洩してしまうため，許容値を炉内の耐熱レンガ積み替え作業時には横方向へ退避する構超える場合には位置調整を行う必要がある。しかし，第一造になっている。また，図 4 に示すように，上部フードには輻射部は大型であるので，一体化した後に据付位置を調整

ランス通過孔，炉内サンプリングプローブ通過孔，石灰なするためには多くの器具，人員と工期が必要となる。

どの副原料供給孔があり，前後の水冷ダクト（下部フード上ダクトの据付で第一輻射部全体の位置調整要否が決まおよび第一輻射部）との接続も含め，これらが更新後の操るため，3D スキャンした上ダクトに中，下ダクトを仮想的業位置で正しい位置になければならない。操業位置で調整に一体化して，上部フードとの接続部位置が許容範囲内ですれば，目標物との位置を実際に測定できるため位置調整あるかを確認した。図 5 はその一例である。

は比較的容易であるが，その間はレンガ積み替え作業がで上ダクト単体での位置調整は比較的容易であるため，こきない。そのため，退避位置で位置調整を行うことになるが，の段階である程度作業時間を要したが一体化後の全体位置目標物が無いため大まかな調整しかできず，結局は操業位調整は不要となり，工期を短縮できた。

置での最終調整が必要であった。

3.3そこで，目標物をあらかじめ 3D スキャンにてデータ化し，第二輻射部は，水冷ダクトを 100 枚程度の小面積パネルフード移動方向に座標変換することで，退避位置において仮想的な目標物を構築して位置調整を行った。

第二輻射部基準パネル位置決定効率化に分割して更新する必要がある。取り替えるパネル部分だ

これにより，レンガ積み替え作業と上部フード位置調整をけを撤去し新品を取り付ける方法を繰り返えせば，全体とし同時に実施でき，操業位置に復帰した際には，各接続部をての位置や形状は維持されるため位置調整を行わなくてよ修正することなく，確認するだけで工事を完了できた。

3.2

い。しかし，古いダクトが残っているため搬入パネルの大きさに制約が生じ，また新旧パネルのボイラチューブを接続し第一輻射部位置調整効率化なければならず，工事期間が長くなる。

第一輻射部の接続対象は，比較的位置調整が容易な小径

これより，工期短縮を図るべく，第二輻射部を一旦全て配管を除けば，上部フードおよび第二輻射部のみである。

撤去し，中間に位置するパネルを据え付けた後，上下に同更新工事では三分割の大ブロック工法を採用し，上―中―時並行で新規パネルを接続していく工法を採用した。ただ下ダクトの順に搬入，据付を実施した。
第一輻射部の各ブロックを一体化する際はボイラチューブを突合せ溶接するため，第二輻射部と接続される上ダク

図 5 第一輻射部の上ダクトと中ダクトの位置検討例

図 4 上部フードの各種接続部と退避位置
Fig. 4 Various connections of upper hood and retracted position
JFE 技報 No. 44（2019 年 8 月）

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Fig. 5 Position examination of upper duct and middle duct ofNo.1 radiation part

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図 6 第二輻射部のスキャンデータと CAD モデルの組み合わせ例
Fig. 6Combination example of scan data of No. 2 radiation part and CAD model

地組み立て工程を短縮できた。

し，この場合は最初に取り付ける中間パネルの位置によって，前段である第一輻射部や後段の湿式除塵器との接続可否が（2）更新機器の据付時において，各種流用機器との接続部決まってしまう。このため，図 6 に示すように，これまで述位置をあらかじめデータ上で確認しておくことで，工事べてきた手法と同様に実物の 3D スキャンと更新部の CAD終盤における位置修正作業を回避できた。

モデルを組み合わせて中間パネルの位置を定めた。第二輻
射部のように複数フロアにおよぶ機器では，従来のメジャー

参考文献

や下げ振りだけでなくレーザー距離計やレーザー水準器を用いても接続部の位置を測定するのは手間がかかるが，3Dスキャンであれば簡便に任意の場所の寸法や角度を得られ

1）鈴木宏正．3 次元計測とデジタルエンジニアリングの融合．精密工学
会誌．2005，vol. 71，no. 10，p. 1205-1208.
2）岩田章裕．レーザ計測の工場やプラント保守への応用．精密工学会誌．
2013，vol. 79，no. 5，p. 392-396.

るため，特に有用な手法である。今回採用した工法により，従来に比べて工期を 25％程度短縮できた。

4． おわりに
3D レーザースキャンと CAD モデルの組み合わせを転炉排ガス処理設備の水冷ダクト更新に活用した工期短縮技術について述べた。
（1）操業中の設備が隣接する建屋内での工事について，更

種村 一輝

経塚 敏勝

神田 純一

新機器を一体品もしくは大ブロック分割で搬入し，現－ 65 －JFE 技報 No. 44（2019 年 8 月）
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