こうえいフォーラム第 31 号 / 2023.6

機械設備 BIM/CIM 活用に向けた取り組み
APPROACH ON BIM/CIM PRACTICAL USING FOR MECHANICAL EQUIPMENT涌井 健*・酒井 盛雄*・菅井 麻里子*・木村 祐太*・大谷 流葵*
Takeshi WAKUI, Morio SAKAI, Mariko SUGAI, Yuta KIMURA and Ryuki OTANIFor the continued enhancement of efficient and high-quality construction and management ofpublic works in Japan, MLIT is promoting the introduction of digitizing information covering
the planning, survey, design and subsequent construction and maintenance stage. BIM/CIM,
which is the core of the system, achieves the objective by integrating those digitizing informationin 3D models and sharing among stakeholders throughout the service period of infrastructure.
This paper introduces examples of utilization of BIM/CIM in the designs of mechanicalequipment and point cloud data including main issues for further dissemination of BIM/CIM.

Keywords ： BIM/CIM, mechanical equipment, design, utilization effect, software, analysis,parametric model, integrated model, construction plan, automation, point cloud
data, attribute information, paint deterioration, compatibility

1. はじめに「BIM/CIM 活用 ガイドライン」 2) は、BIM/CIM の活用目

当部は、国内外の機械設備に関するコンサルタント業務に的、適用範囲、BIM/CIM モデルの考え方、BIM/CIM 活用携わっており、国内では公共事業関連 の河川構造物 のゲーの 流 れ、各 段 階 における活 用 等 を参 考 と して記 載 し たもの

ト・ ポンプ設備 、道 路構 造物 の換 気・ 排水 設備 などを主な対で、機械設備編では、調査・設計、施工、維持管理の各段階象としている。

での BIM/CIM の活用場面に焦点を当て、特に河川及び道路 における機 械設備 に関 する活 用事 例 が紹介 されているの

航空機、鉄道、自動車、発電プラント等の機械設備分野でで、参考にされたい。

はいち早く、3 次元 CAD を導入し、見える化、効率化、設計高 度 化 を実 現 している。一 方、公 共事 業 の機械 設備 分野 で本稿では、機械設備 BIM/CIM の機能と特徴についてのは遅れをとってきたが、効率的で質の高い建設生産・管理シ

概要を紹介し、活用による効果、点群データの活用と今後のステムを目指し、国土交通省は、令和 2 年「CIM 導入ガイド

課題について述べる。

ライン」 1) を制定し、令和 3 年「BIM/CIM 活用ガイドライン第6 編機械設備編」 2) を制定、翌年の令和 4 年に改定を行い、3. 機械設備 BIM/CIM の機能と特徴

令和 5 年度から BIM/CIM 原則適用が始まる計画である 3) 。

（1） ファイル構成とヒストリ

本稿では、当部 が取り組 んできた研究開発や設計 業務に

1) ファイル構成

おける機械設備 BIM/CIM の適用事例と効果や課題を紹介

機械設備 BIM/CIM は、パーツファイル及びアセンブリファし、BIM/CIM の活用拡大の一助となることを期待するものでイルから構成される。

ある。

アセンブリファイルは、トップアセンブリを頂点とし、主 要構成装置単位のアセンブリファイル、構成機器単位のサブアセ

2. 本稿の報告内容

ンブリファイル、更 には、部品単位 のパーツファイルから構成

当部では、平成 26 年以降、3 次元 CAD 設計への取り組されるツリー構 造 となっている。アセンブリされたものはツリーみを開始し、最近では「BIM/CIM 活用ガイドライン第 6 編機構 成 で上 位 のファイル内 でグループ化 され、一 つの塊 として械設備編」 2) の制定及び改定にも携わってきた。

取 り 扱 うこ と が可 能 と なる 。また 、 各 アセ ンブ リ フ ァ イ ル及 び
パーツファイルでの、共 通 装 置 、機 器 、部 品 のデータベース化により、設計の省力化が可能となる。

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エネルギー事業統括本部 ソリューション事業本部
プラント事業部 機械技術部

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2) ヒストリ

4. 機械設備 BIM/CIM 活用による効果

部品を組み立てて製品を構成する機械設備では、組み立（1） 有限要素解析

てる部品の形状、組み立てる配置を変更しながら最適設計を

シェル構 造 ゲートの扉 体 は、内 部 補 剛 材 が複 雑 に配 置 さ行う。組み立てる部品の寸法変更、組み立てる順番、組み立れており、構造計算の難易度が高い。機械系 CAD（図－1 でて後の寸法を全て製作履歴として情報を保持し、製作履歴には Inventor を例示）は、有限要素解析機能が付属されていある情報を編集することで組み立てられた完成品が自動修正ることから、図－1 に示すように 3 次元モデルを容易に解析でされる仕組みがある。これをヒストリ機能という。

き、複雑な構造であっても、応力集中箇所や強度不足箇所が機 械 設 備 BIM/CIM の 代 表 的 な ソ フ ト ウ ェ ア で あ る

容易に特定できる。

SOLIDWORKS 及び Inventor は、ヒストリ機能が搭載されたヒストリ系 CAD であり、土木分野で一般的に使用されている AutoCAD や Civil3D のノンヒストリ系 CAD とは異なり、3次 元 モデル作成 後 の設 計 変更 や設 計 条 件 の異 なる設 備設計時の最適設計が容易に可能となる。
（2） 属性情報
属性情報とは、対象設備の形式や設置年等の主要諸元をはじめとする形 状以 外 にモデルに付 与 することができる情報を指す。属性情報は、3 次元モデルに直接付与する方法及

図－1 複雑な形状の有限要素解析事例

び外部参照を活用する方法の 2 種類ある。ここで言う外部参照 とは、属性 情報 として活用できる電 子 ファイルの当 該 格納（2） 重心算出

場 所 やファイルそのものをハイパーリンクで関 連 付 けることを指し、これを活用することで、2 次元図面や点検整備報告書

水門ゲート扉体の吊状態での傾きは、扉体水密部の片当等のデータと 3 次元モデルを紐づけることができる。

たりや漏水を引き起こす要因となってきた。この傾きを防止す

この機能により、整備更新履歴や完成図書等維持管理にるため、従来 は、水門 ゲート扉 体 の多 くの部 品 の重 心 を必要なデータを 1 つのファイル（3 次元モデル）に集約できる

Excel 計算等で重心位置を計算する手間のかかる作業が必ことから、維持管理の大幅な省力化・合理化が可能となる。

要であった。
機械系 CAD の SOLIDWORKS では、静解析により、扉（3） 基準平面と参照平面

体 の吊 状 態 における傾 き及 び変 位 量 を算 出 することができ

機械設備 BIM/CIM は、3 方向に向いた基準平面があり、る。SOLIDWORKS による、既設ゲート設備の吊状態におけ原点は、3 つの基準平面が交差する 1 点になる。参照平面

る傾きと変位量を表－1 左に、扉体吊位置調整による改善結は、基準平面 から任意の距離に平行移動して作成する平面果を表－1 右に示す。

を指す。
表－1 静解析による扉体傾きの算出

例えば水門設備設計の場合の基準平面としては、据付基既設 [mm]準線や扉体中心、ゲート敷高のように対象設備の設計あるい改造案 [mm]吊位置調整による傾き改善は施工基準となるものを設定する。
（4） 座標Civil3D をはじめとする土木系 CAD は、緯度・経度で構成される測地系座標であり、世界共通のワールド座標である。
一方、機械系 CAD は、機械中心で配置することがほとんどであることから、配置 を緯度 ・ 経度 （ ワールド座標 ） にすることができない。このため、後述の統合ソフトウェアを用いて、機械系CAD で作成した 3 次元モデル及び土木系 CAD で作成した3 次元モデルを統合する場合、位置合わせを行うのに労力を要する点に留意が必要である。

2こうえいフォーラム第 31 号 / 2023.6（3） 数量自動算出（5） モデル統合による施工計画

機械設備 BIM/CIM は、塗装面積、部材重量等、数量計

機械設備 BIM/CIM を、土木・建築・電気通信設備等のモ算 書 に必 要 となる全 てのデータを抽 出 ・積 算 可 能 であり、図デルと Navisworks や XVL Studio pro などの統合ソフトウェ面と数量計算書との不整合などの防止や大幅な設計の合理アで統合することにより、設備干渉 の有無 、施工時 の作業員化が実現できる。本稿では、配線の軌跡を 3D スケッチにより動線や作業空間の確認、維持管理作業スペースの確認等が手動作成し、配線をモデル化した。配線 3 次元モデルと数量立体的・視覚的に確認できる。

自動算出結果を図－2 に示す。

図－4 に、ダム用機械設備及び土木構造物の異なる工種間の統合モデルの事例を示す。このモデルを使用し、鉄筋と放流管等の干渉の有無の確認を行った。

低圧受電盤

配線

図－2 配線 3 次元モデルと自動算出した数量表（4） パラメトリックモデル化による設計の合理化

図－4 ダムの統合モデル

機械設備や土木設備の設計変更に、迅速に対応できるパ
図－5 に、排水機場の施工計画の統合モデルによる、足場ラメトリックモデルを紹介する。
図－3 は、扉体幅等の形状寸法をパラメータ化したパラメト配置と主原動機の干渉や作業スペースの確認事例を示す。

リックモデルである。パラメータ化した形状寸法を変更すると、

この排水機場では、狭隘な空間 かつ複雑な機器配置での機械設備寸法だけではなく、対応する土木構造物寸法の変大 型 機 器 の撤 去 ・ 更 新 の施工 計 画 が必 要 とされ、統 合 モデ更が自動で行われる。

ルにより各工事段階での施工計画シミュレーションを立体的・視覚的に行った。

設計変更に対して、迅速かつ効率的に対応できるほか、設計標準化といった利活用が考えられる。

図－3 水門設備のパラメトリックモデル化

図－5 足場及び主原動機の干渉確認
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こうえいフォーラム第 31 号 / 2023.6（6） 4D-CIM

表－2 計測作業の効率化（ダム監査廊鋼製階段採寸）

3D-CIM に時間軸を持たせた 4D-CIM モデルにより、土木 及 び機 械 設 備 工 事 の各 施 工 状 況 を立 体 的 ・ 視 覚 的 に示し、計 画 段階 での施工 の合理化 、施工 段階 での工程 調整 、錯綜可能性箇所の事前把握等への活用が可能である。図－6 に 4D-CIM モデルでの、施工計画の検討画面を示す。
図－7 に、ダム湖巡視船のボートトレーラ架台の設計時の、船 体 底 面 の複 雑 な形 状 でスケ ッ チが困 難 な箇 所 での点 群データを活用した、2 次元図面化例を示す。

図－7 点群データの 2 次元図面化事例（巡視船）（2） 点群データからの自動モデリング機能
点群処理ソフトウェアである Infipoints は、装置・機器のモデル作成の際に点群の形状を自動でモデリングする機能（ポリゴン化機能）を有しており、モデリング作業にかかる工数を大幅に削減できる。（ポリゴン化所要時間：約 15 分）

図－6 土木・機械錯綜工事箇所の 4D-CIM モデル

排水機場の主原動機の点群データからポリゴン化によって作成したモデルを図－8 に示す。なお、ポリゴン化は、実行前

5. 点群データ活用による効果と課題に精 度 を選 ぶことができるが、精 度 が高 くなるほ ど、そ の分

点 群 データは、モデリング作業 を伴 わないため、労 力 をか

データ容量も大きくなることから、用途に応じた使い分けが必

けずに 3 次元的な検討を行うことができる。点群データは、以要である。

下に示す作業が可能である。
① 図面がない構造物の現況把握が可能② 点群データから 3 次元モデルへの変換が可能③ 3 次元モデルと点群データとの統合が可能④ 点群データに属性情報を付与することが可能
上 記 の機 能 による活 用 効 果及 び課 題 整 理 のため、これまでの活用事例を紹介する。
（1） 点群データからの 2 次元図面作成
建設当初の図面が入手できない場合、3 次元スキャナにより点群データを収集し、2 次元図面を作成することにより、省図－8 ポリゴン化機能による自動モデリング

力化、測定ミス防止が可能である。
従来のスケッチ作業と計測時間の対比例を、表－2 に示す。
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表－3 ポリゴン化精度及びデータ容量の関係

扉 体 の 3 次 元 スキ ャ ナでの点 群 データ を示 す。 TRENDPOINT によって自動算出した扉体の全表面積は 3,843m 2で、さび色抽出面積は、247m 2 であることから、さび発生面積は約 6％となる。「機械工事塗装要領（案）・同解説」 4) によれ
ば、さび面積が 5%を超えた場合に塗替塗替を実施する目安とされており、塗替塗装が必要であると定量的に判断できる。

（3） 点群データへの属性情報付与

さび色 抽出 の閾値設 定方法については、今後更なる検討を点群ブラウザソフトウェアである 3D Point Studio を用いる行う予定である。

ことで、点 群 データに設 備諸元 等 のテキストデータや点検整備報告書等の外部参照ファイルを、属性情報として付与することが可能である。
図－9 に、排水機場のディーゼルエンジンの属性情報付与
例 を示 す。これにより、現 地 状 況 を完 全 に把 握 できていない
施 設 管理 者 でも、機 器 の配 置状 況 を確 認 しながら不 具合 が確認でき、効率的な維持管理を行うことができる。
図－10 点群データ（シェル構造扉体）

図－11 カラーフィルタ機能によるさび面積算出結果

6. 機械設備 BIM/CIM 活用の課題
機械設備 BIM/CIM 活用効果は、これまでの事例紹介で確認することができた。一方で、機械設備 BIM/CIM を活用するには、以下に示す課題が考えられる。

図－9 属性情報として付与した外部参照ファイル（4） 点群データを利用した塗装劣化判定•モデル詳細度•

企業ノウハウ（精密な形状情報等）の流出•

ソフトウェアの互換性（1） モデル詳細度

従 来手 法である評価 写真 によるさび評 価点 は、外 観目視

モデル詳細度とは、3 次元モデルの形状をどれほど正確かによる定性的な判断であり評価者によるばらつきが発生する。

つ詳細に表現しているかのレベルを指し、100～500 までの 5

その代替案として、3 次元スキャナによって、塗装色が判別で段階ある。モデル詳細度は、「BIM/CIM 活用ガイドライン」 2)

きる点群データを収集、画像から発錆面積を抽出し、定量的において例示されており、詳細設計では、詳細度 300 が望まにさび評価点を判定することが有効である。

しいとされている。ただし、一般的に、詳細度が高いモデルほ図 － 10 及 び 図 － 11 に 、 点 群 処 理 ソ フ ト ウ ェ ア で あ るど作成する労力が大きくなる。また、後述の企業ノウハウの観TREND-POINT のカラーフィルタ機能を用いた、シェル構造

点 から、コンサル設計 の後工程 に当 たる施工 時では、メーカ
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が 3 次元モデルを作成し直すことが往々にしてある。これにより、現状 、事業全体 の生産性向上 の障害 となっている。国土交通省の目標とするフロントローディングを実現させるためには、後工程への情報伝達 を念頭 に、活用目的 に応 じた詳細度の使い分けについて、検討していく必要がある。

変換（2） 企業ノウハウの流出
高詳細度の 3 次元モデルは、形状情報等にノウハウが含まれており、知的財産保護 の観点 から、統合モデル等 による連携・共有は好ましくない。詳細度を低くしたモデルを敢えて作成することになるが、これが手間となり、モデル作成に労力図－12 IFC に変換した際の形状情報変化（三角形状）を伴うという課題がある。SOLIDWORKS には、知的財産保護を目的として、簡略化モデルの自動生成機能

2) 属性情報（Defeature）が搭載されており、今後、その効果の検証を行

中 間 ファイルを介 して属性 情報 を受け渡 す場合 の検 証結う予定である。

果についても、表－5 に示すとおり、完全に受け渡すことができない。この原因は、IFC データ形式のルール化が不完全で（3） ソフトウェアの互換性あるためである。

機械系 CAD は、土木・建築系 CAD とは異なるアセンブリファイル構 造 を持 つ。土 木・ 建築 構 造 物 と一 体 となって活 用

表－5 属性情報の互換性検証結果するには、これらをモデル統合する必要がある。しかし、他ソフトウェアとの橋渡しを行うための IFC ファイルと呼ばれる中間

IFC バージョン

ファイルを用 いても形 状 情 報及 び属 性 情 報 が正 確 に引 き継ソフト名がれない問題がある。
1) 形状情報変換
前形 状 情 報 を、 IFC の中 間 ファ イル形 式 を介 して、異 なるCAD ソフトウェアで作成したファイル間で受け渡しを行う場合－：画面表示されない、ファイルが開かない、表示する機能がない

表－4 形状情報の互換性検証結果

SOLIDWORKS
変Inventor
換
Revit
前
Civil 3D

△×〇
××：属性情報が引き継がれていない

おいて互換性はない。

ソフト名

Revit
Civil 3D

IFC
Viewer△：属性情報が一部引き継がれているが、消えている箇所あり情報以外、複雑なモデル形状になると、全ての組み合わせにIFC バージョン

Inventor

ビューワ〇：属性情報が引き継がれているの精度を表－4 に示す。円筒や円錐等の簡易モデルの形状

変換後
IFC(2x3)土木・建築系
機械系 CAD
CAD
SOLID
Civil
Inventor Revit
WORKS
3D×―△―△―△×△―△△―――△SOLIDWORKS

機械系 CAD
Inventor××―××SOLID
WORKS

変換後IFC(2x3)
土木・建築系 CAD
Revit
Civil 3D①②①②△×××――〇〇××3) 互換性に関する総括
上記の検証時点では、中間ファイルを介した場合、形状情報及 び属性情報 のどちらも正しく引き継げず、機械系 CAD

ビューワ

又は土木・建築系 CAD で作成された 3 次元モデルを他方のIFC
Viewer△△△△3 次元 CAD で確認することはできず、異なる業種間で作成された 3 次元モデルの統合は、統合ソフトウェアによって統合することが必要との結果であった。3 次元 CAD の技術革新は日進 月歩 であり、今 後、ソフトウェアの互 換性 は改 善されていく〇：外観が引き継がれている△：一部モデルが変形するが形状情報は引き継がれている
×：画面表示されるが、装置、機器、部品が欠損している－：画面表示されない、ファイルが開かない、表示する機能がない

可 能性 があり、最新 の技術動向 に注視 していく必 要 がある。
また、土木と機械設備、更には、建築等を含めた施設全体のBIM/CIM 統合時の技術的課題や必要性など、統合モデルについての基本方針の検討が必要と考える。

この原因は、IFC 中間ファイルに置換した段階で、図－12に示すように形状情報が三角形状に分割されてしまい、変換後のソフトウェアは、この分割された三角形状情報を受け継いでしまうことによる。
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7. おわりに
本稿では、「BIM/CIM 活用ガイドライン第 6 編機械設備編」 2) の制定及び改定に携わる中で得た機械設備 BIM/CIMに関する知見を活用事例として紹介した。機械設備
BIM/CIM の活用効果は前述のとおりであるが、更なる業務効率化を目指すには、本稿で課題として挙げた、モデル詳細度の見直し、企業ノウハウ流出防止策及び統合ソフトウェアの活用方法について、検討していく必要がある。
加えて、今後更なる普及が予想される点群データを業務に積 極的 に取 り入 れ、その活用効 果及 び課題 についても整理した。点群データは、労力をかけずに 3 次元的な検討を行うことができることから、設 計作 業の効 率 化 に大きく貢 献 できると考える。
謝辞： BIM/CIM 活用業務において国土交通省国土技術政策 総 合 研 究所 社 会 資本 マネジメント研 究 センター社 会 資本
施工高度化研究室様には数多くの御指導を頂きました。心から感謝申し上げます。
参考文献
1)

国土交通省：CIM 導入ガイドライン（案）、2020.3

2)

国土交通省：BIM/CIM 活用ガイドライン（案）第 6 編 機械設備編、2022.33)

国土交通省：直轄土木工事における BIM/CIM 適用に関する実施方針、20234)国土交通省：機械工事塗装要領（案）・同解説、2010.4

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