共同研究報告書
整理番号第４９３号

情報化施工導入効果検証に関する共同研究報告書
平成２９年９月

国立研究開発法人土木研究所
鹿 島 建 設 株 式 会 社
鹿 島 道 路 株 式 会 社
株式会社トプコンソキアポジショニングジャパン

西尾レントオール株式会社
株 式 会 社
N I P P O

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共同研究報告書
第 493 号 2017 年 9 月

情報化施工導入効果検証に関する共同研究報告書

要 旨：
情報化施工を普及・促進するためには，情報化施工を導入した際の効果を具体的・定量的に把握することが重要である．効果を具体的・定量的に把握するためには，情報化施工を用いることによる①品質②施工時間③オペレータへの影響，等のデータを様々な経験年数を持つオペレータにて収集し，効果の定量評価を検討するための基礎データを得ることがまず必要である．
そこで本研究では，実際に情報化施工を用いた実験（模擬施工）を様々な経験年数を持つオペレータにて行い，情報化施工実施時の出来形・所要時間などの基礎データを収集することを目的とし実施した．
なお，対象とした情報化施工はマシンコントロールモータグレーダによる路盤敷き均し工とした．

キーワード：情報化施工，マシンコントロール，効果，品質，施工時間

情報化施工導入効果検証に関する共同研究報告書
目次
1.

2.

3.

研究概要

1

1.1. 研究概要・目的

1

1.2. 研究内容・計画

2

1.3. 研究体制3実験内容

42.1. 実験概要

42.2. 実験場

52.2.1.

実施場所および基礎地盤（路床）52.2.2.

路盤設計概要72.3. 使用機械

102.4. 実験手順

122.5. MC 操作手順

142.6. MC 応答感度の調整

172.7. オペレータ

192.8. 計測項目と使用機器

20

実験結果

243.1. 施工時間

243.1.1.

施工時間結果243.1.2.

MC 導入効果の検証

253.2. 仕上がり高さ検測回数

273.2.1.

仕上がり高さ検測回数結果

273.2.2.

MC 導入効果の検証

28

3.3. 出来形（本転圧前）29

3.3.1.

出来形（本転圧前）結果

293.3.2.

MC 導入効果の検証

543.4. 出来形（本転圧後）

57

3.4.1.

出来形（本転圧後）結果

573.4.2.

路床・路盤の不均質部分の有無に関する考察

70

3.5. 平坦性

71

3.5.1.

平坦性結果

71

3.5.2.

MC 導入効果の検証

72

3.6. 地盤反力係数753.6.1.

地盤反力係数結果

753.6.2.

MC 導入効果の検証

883.7. 心拍数

91

3.7.1.

心拍数結果

91

3.7.2.

MC 導入効果の検証

91

3.8. 視線解析

92

3.8.1.

視線解析結果92

3.8.2.

MC 導入効果の検証

95

まとめ

96

4.1. MC 導入効果の検証

964.2. MC 導入による生産性向上効果の試算

98

4.3. 課題と今後の展望

101

5.

参考文献

102

6.

研究成果

103

4.

1. 研究概要
1.1. 研究概要・目的
国土交通省では平成 28 年 4 月より新たな施策である「i-construction」を開始し，その中で ICT 技術の全面的な活用を進めることによる建設現場の生産性向上を図っている 1)．
建設現場で使用される ICT 技術の一つにマシンコントロール（以下 MC）があるが，これは TS や GNSS などを用いて施工機械の位置を把握し，その位置における設計値（あらかじめ入力された設計データ）と作業装置（ブレードなど）との差を算出し，作業装置が設計値に添うよう自動的にリアルタイムで制御を行う技術のことであり，オペレータの負担を軽減することによる施工の効率化や高精度化などが期待されている．またこの MC 技術は，国土交通省が平成 25 年 3 月に策定した「情報化施工推進戦略 2)」においても，MC モータグレーダと MC ブルドーザが「一般化推進技術」とされており，さらなる普及が進められているものである．しかしながら，これまでその MC の導入効果を試験ピットなどにおける実験などにて定量的に把握した例は少ない．MC を普及・促進するためには，導入した際の効果を具体的・定量的に把握することが重要であり，そのためには，MC を用いることによる①品質②施工時間③オペレータへの影響，等のデータを様々な経験年数を持つオペレータにて収集し，効果の定量評価を検討するための基礎データを得ることがまず必要である．
そこで本共同研究では，施工条件を同一にした 2 つの試験場にて実際に従来施工とMC 施工（模擬施工）を様々な経験年数を持つオペレータにて行い，MC 導入時の出来形・所要時間などの基礎データを収集することを目的とした．なお，対象とした施工はモータグレーダによる路盤敷き均し工とした．
上記研究内容を効率的に行うためには，土木研究所のみではなく下記の様な企業等と共同で行うことが有効である．
・ 情報化施工機器を用いた実施工あるいは実験，研究を実施した経験を有する者
・ 情報化施工および通常施工に対して，様々な経験年数のオペレータを多数擁している者
・ 情報化施工機器を保有しており，取り扱いができる者
以上のことから公募型の共同研究を実施したものであり，公募の結果下記の業者と共同研究を実施した．
① 鹿島建設株式会社② 鹿島道路株式会社③ 株式会社トプコンソキアポジショニングジャパン④ 西尾レントオール株式会社⑤ 株式会社 NIPPO

1

1.2. 研究内容・計画
本共同研究は，平成 27 年 10 月から平成 29 年 3 月の期間において実施した．具体的な研究内容は，下記の 2 点である．
① 実験（模擬施工）の実施
情報化施工（MC モータグレーダ）を用いた敷き均し施工を，様々な経験を持った多数のオペレータにて行い，品質，施工時間等データの収集を行う．
実験は決められた実験場，材料，機器を用いて行い，オペレータ以外のパラメータをなるべく固定する．またデータの収集に当たっては，施工時の時間をタイマー等で測定，施工後の出来形をトータルステーションにて多点測量するものとする．
② 「情報化施工基礎データ集（仮）」の作成得られたデータを，オペレータの経験（情報化施工の経験，通常施工の経験）などで分析し，シミュレーションや荷重試験などで道路寿命を検討する際に必要な「情報化施工基礎データ集（仮）」を作成する．
表-1.2-1 に共同研究計画と分担を示す．
表-1.2-1 研究計画と分担

研

究項

目

実験（模擬施工）の実施「情報化施工基礎データ集（仮）」の作成
◎：主担当

研究細研

究

土研分

担

共同

目

研究者

実験実施

◎◎

データ収集

◎

◎

データ分析

◎

○年

次

27年度

計

画

28年度

○：副担当

本報告書は，研究項目「①実験（模擬施工）の実施」にて取得した実験データを整理し MC 導入による効果を定量的に検証した結果を，研究項目「②『情報化施工基礎データ集（仮）』の作成」としてまとめたものである．

2

1.3. 研究体制
本共同研究の研究担当者を表-1.3-1 に示す
表-1.3-1 研究担当者
所属

国立研究開発法人
土木研究所

鹿島建設株式会社

鹿島道路株式会社

株式会社トプコンソキア
ポジショニングジャパン
西尾レントオール株式会社

氏名

先端技術チーム 主席研究員

藤野健一

先端技術チーム 上席研究員

梶田洋規

先端技術チーム 主任研究員

田中洋一

先端技術チーム 主任研究員

橋本 毅

先端技術チーム 研究員

山田 充

機械部

次長

青野

工事部

主任

渋谷武彦

機械部主任

桑田直人

技術部課長代理

下田博文

開発営業部

平岡茂樹

部長建設 ICT 営業課

山口秀樹

課長

総合技術部生産機械センター
株式会社 NIPPO

生産機械第二グループ課長

総合技術部生産機械センター
生産機械第二グループ

所属・役職は共同研究締結時のものである

3隆

係長

藤谷雅嘉
其田直樹

図-2.2-2 基礎地盤（路床）整地状況（始点側より）

図-2.2-3 基礎地盤（路床）整地状況（終点側より）

6

8

図-2.2-5 平面図

9

図-2.2-6 縦断図

図-2.2-7 横断図

10

2.3. 使用機械
本実験に使用した重機を表-2.3-1 に示す．
表-2.3-1 使用機械（その 1）
実験用機械

使用機器
モーターグレーダ

外メーカ

KOMATSU

型式

GD655

定格出力

123kW

運転質量16555kg

ブレード幅3710mm

全長8695mm

全幅2460mm

全高3370mm

グレーダ用 MC システム
（自動追尾 TS＋車載コントローラ）

整地作業用
機械

0.15 級油圧ショベル

0.4 級油圧ショベル12形

表-2.3-1 使用機械（その 2）
締固め用機械

使用機器
マカダムローラ

外13形

2.4. 実験手順
オペレータ 1 人の実験手順を以下に示す．
表-2.4-1 実験手順（その 1）① 材料巻出しNo.1 レーン，No.2 レーンに，油圧ショベルを用い，路盤材料（M-40）を，実際の路盤施工におけるダンプトラックによる路盤材巻出しと似た状況となるよう，10ｍ毎に高さ 1.5ｍ程度の山を形成する．

② 荒均し（従来施工）
No.1 レーンにて（以下⑥まで），モータグレーダにて荒均しを行う．荒均しの終了は．オペレータの判断とする．

③ 仮転圧
荒均し終了後，マカダムローラにて仮転圧を行う．

14

表-2.4-1 実験手順（その 2）④ 1 回目検測直線部 10m ピッチ，曲線部 5m ピッチ
で設定した測点における高さを計測し，設計高さとの差を地面にマーキングする．

⑤ 仕上げ（従来施工）・検測
モータグレーダにて仕上げを行う．オペレータの判断により逐次④と同様の検測を行い，すべての測点にて設計高さからの差が±1cm 以内に収まった時点で終了とする．

⑥ 本転圧
マカダムローラにて本転圧を行う．

⑦ MC 施工
上記②～⑥を，MC 施工を導入し，同様に行う．
⑧ 材料掻き出し
No.1 レーン，No.2 レーンとも，油圧ショベルを用いて材料を掘削し，①巻出しの準備を行う．（次のオペレータによる実験へ）

15

2.5. MC 操作手順
27 年度の実験では，MC 施工を行う際に荒均し作業に MC 機能を用いるかどうかは，オペレータの判断によるものとした．これは，MC を適時に使う能力も技量に含まれているものとして評価すべきとの考えに基づくものである．
27 年度実験終了後に，オペレータへのヒアリングおよび共同研究参画企業との検討会を行った結果，28 年度実験では「MC グレーダ施工マニュアル」を作成し，全てのオペレータが荒均しから仕上げまで同一の施工手順となるようにした．これは MC グレー
ダおよびマニュアルを用いれば，オペレータの熟練度によらず一定水準以上の品質，施工効率にて施工が可能となることを，MC グレーダの効果として実証するために行ったものである．
「MC グレーダ施工マニュアル」は，共同研究参画企業の 1 社である道路施工会社の MC 施工トレーナの方に原案を作成していただき，他企業との協議のうえ決定した．「MC グレーダ施工マニュアル」を以下に示す．

図-2.5-1

MC グレーダ施工マニュアル(1)16図-2.5-1

MC グレーダ施工マニュアル(2)図-2.5-1

MC グレーダ施工マニュアル(3)17図-2.5-1

MC グレーダ施工マニュアル(4)図-2.5-1

MC グレーダ施工マニュアル(5)182.7. オペレータ
表-2.7-1 に示す様々な経験を持ったオペレータにて実験を行った．なお，B さん，Cさん，D さん，E さんの 4 名は 27 年度，28 年度両方に参加したオペレータである．Aさんは 27 年度と 28 年度では両方とも熟練者であるが別人であるため，27 年度では A’さんとした．同様に F さんも両方非熟練者であるが別人であるため，27 年度では F’さんとした．A さん，A’さん，B さんは熟練者（経験 15 年以上），D さん，E さん，F さん，F’さんは非熟練者（経験 10 年未満）ということができる．なお，C さんは，MC 施工の社内トレーナー（社内オペレータに MC 施工を教育する）として勤務しており，通常の重機オペレータと違い，現場経験はほとんどないが MC の操縦に長けている特殊な人物である．
表-2.7-1 オペレータ
27 年度

28 年度

年齢

業務経験年数年齢

業務経験年数

A’さん

5233

A さん

5735

B さん

36

16B さん

37

17C さん

33

10C さん34

11D さん

30

8D さん

31

9E さん

235E さん

24

6F’さん

22

1F さん

24221表-2.8-1 計測項目（その 2）
5. 平坦性本転圧終了後（表-2.4-1⑥終了後），左測線上の平坦性を，3m プロファイラを用いて計測する

6. 地盤反力係数
本転圧終了後（表-2.4-1⑥終了後），
上記 3.と同様に中央・右・左の 3 測線
上 1m ピッチの地盤反力係数を小型平板載荷試験装置にて計測する
小型平板載荷試験装置：ITS-04

7. 心拍数
モータグレーダ作業中のオペレータの心拍数を測定する
心拍数計：EPSON SF-850

8. オペレータ視線
モータグレーダ作業中のオペレータの視線を測定する
アイマークレコーダ：NAC EMR-9233.3. 出来形（本転圧前）3.3.1. 出来形（本転圧前）結果
中央・右・左の 3 測線上を縦断方向に 1m ピッチにて施工延長 70m 区間で計測した出来形(本転圧前)計測結果を，設計面からの差でプロットしたグラフと，全データを度数分布で表したグラフを図-3.3-1～3.3-24 に示す．なお，27 年度
は終点付近 5m 区間のデータが取得できなかったため，施工延長 65m までのデータである．
また，各度数分布の標準偏差をまとめたものを，図-3.3-25，3.3-26 に示す．
標準偏差は設計面からのバラツキを表す数値であり，数値が低い方が，バラツキが小さいことを表している．

293.4. 出来形（本転圧後）
3.4.1. 出来形（本転圧後）結果
本転圧前と同様に，中央・右・左の 3 測線上を縦断方向に 1m ピッチにて施工延長 70m 区間で計測した出来形(本転圧後)計測結果を，設計面からの差でプロットしたグラフと，全データを度数分布で表したグラフを図-3.4-1～3.4-12に示す．
また，各度数分布の標準偏差をまとめたものを，図-3.4-13 に示す．標準偏差は設計面からのバラツキを表す数値であり，数値が低い方が，バラツキが小さいことを表している．

573.5.2. MC 導入効果の検証
図-3.5-1，3.5-2 によると，熟練者（A さん，B さん，A’さん）の平坦性は，MC 施工導入すると全員従来施工より悪化するという同じ傾向を示していること，また C さんは両年とも MC 施工導入により平坦性が向上していること，他のオペレータ（非熟練者）は MC 施工導入による平坦性への効果はオペレータによってまちまちであり，かつ同一オペレータでも実験年によって傾向が異なる（D さん）ことがわかる．
前述のように平坦性とは仕上げ面の滑らかさを表す指標であり，一般的に，施工中に設計値（目標高さ）へ近づくよう急激にブレードを操作すると，バラツキ（目標値からの乖離）は改善するが平坦性は悪化し，滑らかにブレードを操作すると，バラツキは改善しないが平坦性は向上する．以上のことを踏まえて考えると，熟練者（A さん，B さん，A’さん）はこの平坦性の特徴をよく理解しており，通常施工を行う際はブレードを走行速度などに合わせ適度に滑らかに操作することにより，バラツキと平坦性を高いレベルで両立するよう操作していると考えられる．しかし，MC 施工を導入した場合，ブレードの上下操作は MC コントローラが行うため，平坦性はコントローラの設定と走行速度や荒均し品質などとのバランスにより決定されることになり，本研究での MC コントローラ設定では，熟練者の通常施工程の高い平坦性は実現できなかったものと考えられる．図-3.5-3 に B さんの平坦性測定前側線左出来形（図-3.4-4 から側線左のみを抜粋）を示す．本図からも上記のこと，すなわち従来施工ではブレードを滑らかに操作し，バラツキと平坦性を高いレベルで両立させようとしていること，MC 施工ではバラツキを向上させるためにブレードをやや急激に操作しているため，バラツキは少ないが平坦性が少し劣ることが確認できる．
また，C さんは MC 施工に長けているため MC コントローラ設定の特徴をよく理解しており，MC 施工を用いた方がバラツキと平坦性を高いレベルで両立できたものと考えられる．一方非熟練者は，走行速度や荒均し品質などがオペ
レータおよび実験年などでまちまちなため，傾向がバラバラになってしまったものと考えられる．さらに，F さんのように従来施工での平坦性が他の非熟練者と比較しても著しく悪い初心者オペレータが，MC 施工を用いると熟練者ほどではないが，他の非熟練者並みの平坦性を得られる可能性があることがわかる．

72

74

3.6. 地盤反力係数
3.6.1. 地盤反力係数結果
出来形と同様に，本転圧後，中央・右・左の 3 測線上を縦断方向に 1m ピッチにて施工延長 70m 区間で計測した地盤反力係数計測結果をプロットしたグラ
フと，全データを度数分布で表したグラフを図-3.6-1～3.6-12 に示す．
また，各度数分布の標準偏差をまとめたものを，図-3.6-13 に示す．標準偏差は設計面からのバラツキを表す数値であり，数値が低い方が，バラツキが小さいことを表している．
なお，本測定に用いた小型平板載荷試験装置 ITS-04 は，同じ測定地盤にて信頼性の高い測定方法（平板載荷試験など）の測定結果をもとに校正を行わなければならない．しかしながら，本実験では日程等の関係で校正を行うことはできなかった．したがって本測定結果の絶対値は評価できない値であるが，バラツキ等は評価可能と判断した．

754. まとめ
4.1. MC 導入効果の検証
施工条件を同一にした 2 つの試験場にて，実際に従来施工と MC 施工（MC モータグ
レーダによる敷き均し施工）を様々な経験年数を持つオペレータにて行い，MC 導入時の出来形・所要時間・オペレータ負担などの基礎データを収集し，MC 導入による効果を検証した．結果を表-4.1-1 にまとめる．
表-4.1-1

項目

MC 導入効果まとめ（その 1）

MC 導入による効果

オペレータ熟練度によの有無

る違いの有無改善効果

熟練者の非熟練者の改善効果

改善効果

有
施工時間

約 27.7%（時間減少割合）

仕上がり

有

高さ検測

約 50.0%

回数出来形
バラツキ

（検測回数減少割合）（バラツキ改善割合）

非熟練者の方が導入効果有が高い．
約 10.0%

約 37.2%

非熟練者に MC を導入す
るとほぼ熟練者並みで施有
約 35.7%

有約 47.2%

備考工できる可能性がある．
約 59.4%（熟練者を超えることはできないが）有約 20.6%

約 50.9%
オペレータにより結果は無－まちまち
熟練者はいずれも MC を平坦性－－－導入すると平坦性は悪化
した
全体的には MC 導入によ有無る効果が見られる

地盤反力係数

オペレータ熟練度ではっ
約 13.6%（バラツキ改善割合）－－きりわかる傾向は確認できなかった96

表-4.1-1

MC 導入効果まとめ（その 2）

有MC 導入により心拍数の低無下が確認できた

心拍数－－－

有オペレータ負担が低減される可能性がある
MC 導入により周辺に注意有を払う余裕が生まれ，安全
視線解析

約 5~40%（ブレード近傍注視にも効果があると考えら
約 5%

約 20~40%れる．

時間割合減少分）
注：本表の結果は，本実験条件（施工条件や MC 設定など）での結果である．

97

4.2. MC 導入による生産性向上効果の試算
前節にて，MC 施工導入による効果をまとめたが，この効果が建設施工現場へ及ぼす影響についても検討することが重要である．そこで本節では，MC 施工を導入することによる生産性（時間当たり施工土量）への効果について試算する．
まず，熟練者・非熟練者の 1 人 1 時間当たりの施工土量を算出する．本実験の施工土量 420.3m3（幅 6m×全長 70m×厚さ 0.30m）の敷き均しを完了するのにかかる時間を，図-3.1-5 の実作業時間と，図-3.2-3 の仕上がり高さ検測回数にかかる時間の合計で表すとし，検測 1 回にかかる時間を 10 分（1/6h）と仮定すると，熟練者，非熟練者の従来施工，MC 施工における 1 人・1 時間当たりの施工土量は表-4.2-1 のように算出される
表-4.2-1 時間・人当たりの施工土量（m3/h･人）
熟練者

非熟練者

従来施工274162

MC 施工342294

表-4.2-1 の値に，モータグレーダ熟練オペレータと非熟練オペレータの人数を乗じ合計すれば，従来施工・MC 施工時の時間当たり施工土量が算出できる．しかし，モータグレーダオペレータの正確な人数を示す資料が発見できなかったため，「建設業ハンドブック 20153)」による，年齢階層別建設業就業者数 2014 から仮定するものとする．
モータグレーダオペレータの年齢階層別人数を，「建設業ハンドブック 20153)」
による全建設業就業者の 1／1 万の人数であると仮定すると，図-4.2-1 のようになる．また年齢と実務経験は必ずしも同一ではないが，簡便のため 35 歳以上を熟練者，以外を非熟練者と仮定すると，図-4.2-1 よりモータグレーダ熟練オペレータは 408人，非熟練オペレータは 97 人となる．この人数と表-4.2-1 の値より，従来施工・MC 施工時の時間当たり施工土量を算出すると，表-4.2-2 のようになる．
表-4.2-2 時間当たり施工土量（m3/h）
従来施工

1.28×105

MC 施工

1.68×105

表-4.2-2 によると，MC 施工を導入することにより全施工土量は約 31%向上し，モータグレーダ路盤敷き均し工に MC 施工を導入することは，生産性に効果がある
ことがわかる．

984.3. 課題と今後の展望
本共同研究により，MC 施工による施工時間，施工品質，オペレータへの影響などへの効果を，ある程度定量的に把握することができた．また，それら効果が施工現場へ及ぼす影響について，生産性（時間当たり施工土量）を試算することで検証した．今後の課題として，MC による施工品質向上が現場や構造物に及ぼす影響（例えば道路寿命などへの影響）についても試算・検証することが挙げられる．今後それらについても研究を行っていきたい．
また，本共同研究で得られた MC 施工の特徴を整理すると次のようになる．
① 施工時間短縮，品質向上に効果がある② その効果は非熟練者の方が大きい③ 非熟練者が MC を導入することで熟練者を超えることはできないが，熟練者並みに施工することは可能になる
これらの特徴は他の情報化施工機器でも同様ではないかと考えられる．今後他の機器についても検証を行っていきたい．

101

5. 参考文献
1) 国土交通省：i-construction～建設現場の生産性向上の取り組みについて～、2016
2) 国土交通省：情報化施工推進戦略，2013.
3) 日本建設業連合会：建設業ハンドブック 2015，2015.

102

6. 研究成果
発表論文リスト
1) 橋本毅，田中洋一，藤野健一：MC 導入による施工時間・出来形への効果について，
第 16 回建設ロボットシンポジウム論文集 CD-ROM，O2-2，2016.
2) 橋本毅，田中洋一，藤野健一：マシンコントロールモータグレーダ導入効果について，
土木学会第 71 回年次学術講演会，pp.1797-1798，2016.
3) 橋本毅，竹本憲充，梶田洋規：MC 導入による施工時間および生産性などへの効果について，平成 28 年度建設施工と建設機械シンポジウム論文集，pp.59-64，2016.
4) 橋本毅，梶田洋規，藤野健一：MC 技術が施工品質とオペレータへ与える影響について，第 17 回建設ロボットシンポジウム論文集 CD-ROM，O3-1，2017.
5) 橋本毅，梶田洋規，藤野健一：MC モータグレーダ導入による効果について，平成 29
年度建設施工と建設機械シンポジウム論文集，pp.31-36，2017.
受賞
1) 第 17 回建設ロボットシンポジウム優秀論文賞，MC 技術が施工品質とオペレータへ与える影響について

103

共同研究報告書
Cooperative Research Report of PWRI
No.493September 2017

編集・発行 ©国立研究開発法人土木研究所
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