建築生産用ロボット技術開発の取組み事例

特集

建築施工に係わる生産性向上へ向けた技術開発の現状と課題

建築生産用ロボット技術開発の取組み事例
株式会社竹中工務店

生産本部生産企画部部長

機械電気担当森田将史

今後、生産力を維持していくためには、作業環

１ はじめに境を改善して建設業の魅力を向上させ、若年者の入職を促進すると同時に、生産性向上による省人少子高齢化による労働人口の減少により、今後化を進めることが、喫緊の課題である。この建設ますます建設従事者不足が深刻になってくる。こ業の魅力創造と生産性向上に寄与することが、ロれを踏まえて、建設業界では、入職者を増やすたボット技術開発の大きな役割と考える。

めの取組みを強化する一方で、少ない人数でもこれまでと同等の仕事量がこなせる省人化技術の開発が大きな課題となっている。
一方、近年のAIやロボット技術の発達は目覚ましく、従来では一部の限られた分野での活用のみに留まっていた高度なセンシング技術や制御技術が、身近に利用できる環境となっている。
当社では、高効率な建築設計生産の実現を目指して、設計から生産及びアフターサービスに至る様々な場面でAIやロボット技術の開発を進めて

出典：『建設業ハンドブック2017』（日建連）

図１

建設業従事者数の推移いる。本稿では、このうち建築生産用ロボット技術開発の取組みについて報告する。

２ 建築生産の現状

３ 過去の建築生産ロボット
1980年から2000年にかけて、各社とも建設ロボット開発を積極的に推進した時期があり、当社（一社）日本建設業連合会（以下、「日建連」とも同様である。その代表例の一つが、コンクリーいう）によると、建設業就業者数は、建設投資のト工事を対象とした均し機や仕上げ機、鉄骨工事減 少 に 伴 い、1997年 の685万 人 を ピ ー ク と し、を対象とした溶接ロボット、内外装工事を対象と2016年現在でその72.3%となる495万人まで減少したハンドリング機などである（写真１～写真していると言われている（図１）。そのうち、建設３）。残念ながら、これらのロボットは広く普及

技能労働者は332万人（ピーク時比71.6%）であするまでには至らなかった。

ならる。また、年齢構成は、55歳以上が約34%、29歳

その理由を考えると、作業の効率化以上にロ以下が約11%と、他産業と比べ高齢化が著しい。

ボットの準備や盛り替えに手間がかかること、あ建築コスト研究

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建築施工に係わる生産性向上へ向けた技術開発の現状と課題る一定の広さの床がないとロボットを設置できないといった制約条件が多かったこと、操作が複雑なため、建設作業員数が減っても、ロボット操作

４ 新時代の建築生産用ロボット技術開発戦略の専門技術者が新たに必要になったこと、自動化

今回改めて建築生産用ロボット技術開発を加速を求めすぎてロボットが高額となり工事会社が保させるにあたり、過去の技術開発の反省点を踏ま有できなかったこと、といった点が問題として挙えて、主に以下の四つの方針で開発を進めていげられる。これらの反省点を現在に活かさなけれる。

ば、本当に使えるロボットは実現しない。

①徹底的に作業員の立場に立って考える。
②自動化を求めすぎて複雑な機構とせず、作業員が容易に取り扱えるものとする。
③高度な技能を有する作業は人に任せ、機械はそのサポートに徹する。
④技能が不要な作業は最大限機械化を図る。
開発にあたって、鉄骨、鉄筋等の躯体工事、仕上げ工事、設備工事の各工種について作業員のニーズ調査を行った結果、共通ニーズとして抽出

写真１

過去開発事例①コンクリート床仕上げ機

されたのが、水平運搬の省人化や、高所作業、墨出し作業の効率化、検査・記録の省人化であった（表１）。また、将来的な作業員不足から対応が強く望まれるニーズとして、溶接作業環境の改善や、コンクリート工事の軽労化、内装、設備工事の取付け作業の省人化があった。これらのニーズは、過去、建設ロボット開発が盛んであった頃から変わっていない。
これらのニーズに応えるために、より扱いやすいロボットを具現化する上で、進化が著しいICT技術は必須であるが、その変化も目まぐるしい。
過去のロボット開発時と異なり、インターネット

写真２

過去開発事例②溶接ロボット

等を通じて海外のベンチャー企業の新商品情報も大量に入ってくる現在、躊躇していてはいつまで経っても前に進めない。このような技術の進化が激しい時こそ、目の前に明らかになっている作業員ニーズに愚直にかつ迅速に応えていき、出来るところから開発を進め、いち早く現場に導入して実際に使ってもらい改善点を抽出し、その時点での最新技術を利用して大胆に改良を加えていく。
そのサイクルをいかに早く回していくか、そしてその取組みによって鍛えられた技術力、ネットワークから、抜本的な建築生産方法の変革を創造

写真３28

過去開発事例③ボードハンドリング機

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し、生産性の飛躍的向上を目指すことこそ肝要と

建築生産用ロボット技術開発の取組み事例考える。以上のような考えに基づき開発した、いムに吊りピースを設け、万一の落下防止対策としくつかの事例について、次に紹介する。て、ナイロンスリングを取付けできるものとし表１た。

作業員ニーズ調査結果

このハンドリング機により、従来工法と取付時間は変わらないものの、１班５人で行っていた作業を３人で施工でき、40％の省人化が図れることを実施工で確認した（写真５）。更に現在では、内装工事と同様に省人化・省力化ニーズが非常に高い、天井内配管やダクト等の設備工事に本機を展開中である。

５ 開発事例
5.1

パネルハンドリング機

前項で述べた四つの開発方針のうち、①～③に主眼を置いて開発したのが本機である。本機が対象とする内装工事は、大規模工事が集中している
現在、最も作業員不足が懸念される工事の一つで

写真４

従来の大型ALCパネル施工方法例

写真５

ALCパネルハンドリング機使用状況ある。特に大型で重量のあるALCパネル等の取付け作業には、多くの作業員と揚重設備、仮設足場等の準備を必要とすることから、省人化・省力化が強く望まれている（写真４）。
ケイ

シ ュ ル テ ン

このため当社では、ドイツＫ. Schulten社製のガラスハンドリング機をベースに、主に吸盤の機構と吸引能力の向上を図り、ALC施工用として改良した。具体的には、ALCパネルの場合、ガラス取付けを目的としたメーカー標準の吸盤では、吸引しても空気が外部に抜けてしまうほか、ALCパネル表面の凹凸により、吸盤に隙間ができてしまい吸着できないことから、吸盤表面にスポンジ部を設けて、凹凸面でも確実に吸着できる仕様とした。また、大判パネルをハンドリングできるよう、本体側面にコンプレッサーを追加装備させ、吸引力をアップさせた。更に、吸盤フレー

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5.2

コンクリート床均し機

表２

レーザースクリード主仕様

本機も開発方針①～③を狙ったものである。コ

項目内容

ンクリート打設工事を担当する土間工、左官工

サイズ

幅200cm、長さ184cm、高さ104cm

も、高齢化、入職者不足が深刻化している分野で本体重量214kgある。今後予想される熟練工不足に対応するた

動力

め、コンクリート工事（床打設）の各工程（打ブレード幅5.9kW

ガソリンエンジン200cm

設、均し、押え）に専用のアシスト機械を導入していく考えである。その中でも、コンクリートの均し作業は、床面のレベルを決定づける、高度な熟練技術が必要な作業である。
ソメロ5.3

クローラー型搬送支援ロボット

本機は開発方針④を狙いとしている。“建設は物流工学である”と言われるほど揚重・運搬は重当社では、アメリカSOMERO社製の軽量床均要であり、ほとんどの工事において、作業全体のし機を改良・導入し、レーザー測量器と連動して約２割を占めていることから、機械化・自動化に自動レベル制御するバイブレータブレードで床均よる省人化が強く望まれている。

し・床面レベル管理を行うことにより、熟練工以「クローラー TO」は、既存の資材運搬用台車外でも品質の向上が図れるようにした。また本機の下に潜り込み、搬送を支援するロボットであの導入により、中腰姿勢での作業が減り、身体的り、オムニクローラーを活かした全方向移動が可負担の軽減にも寄与している（写真６及び写真

能な点が特長である（写真８及び写真９）。高齢

７）。

作業員、女性作業員でも重量物の搬送が可能となり、作業所における搬送作業の省力化と効率化が可能となる。
作業所では、資材の揚重・運搬に工事用エレベータを使用することが多く、荷捌きスペースが広い場合、フォークリフトによる積込み作業を行っているが、荷捌きスペースが狭い場合は、運搬台車を人力で積み込むことになり、時間がかかる上に重労働となる。本ロボットは狭い場所でも小回りが利くため、エレベータ前が狭い作業所でも重量物（積載量：500kg）の搬送が可能となる。
写真６

従来の床均し作業

緊急停止ボタン

コントロールユニット
写真７30

レーザースクリードによる床均し作業

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リフター×４台

オムニクローラー

写真８ 「クローラー TO」全容

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台車の下に潜り込みリフトアップ

全方向移動可能写真９ 「クローラー TO」操作状況

写真10 「かもーん」自動追従操作状況
表４ 「かもーん」主仕様

表３ 「クローラー TO」主仕様

項目

内容

幅54㎝、長さ92㎝、高さ24.6㎝

サイズ

幅80㎝、長さ120㎝、高さ36㎝

120㎏

本体重量190㎏

走行速度

３㎞ /h

走行速度

最高4.5㎞ /h

稼働時間

２～４時間

稼働時間

４時間積載量500㎏（牽引１t）

積載荷重600㎏

許容段差25㎜

安全装置

非常停止スイッチ、接触停止センサー

操作方法

自動追従またはレバー操作

項目

内容

サイズ
本体重量

操作方法

5.4

スマートフォン

※Wi-Fi通信

自動追従ロボット台車

5.5

高所作業車等の屋内位置把握システム

建設現場や工場等の作業員の負担軽減策とし多くのロボット台車等が作業所内に導入されたて、自動的に人を追従する運搬用ロボット台車

時、それらの状態監視が非常に重要になってく「かもーん」を開発した（写真10）。「かもーん」る。そこで当社では、まず作業所で稼働中の高所（幅80㎝×長さ120㎝×高さ36㎝、積載荷重600㎏）作業車・フォークリフト等の建設機械や作業所員

は、鳥が卵からふ化した時に最初に見たものを親の位置を無線通信で簡単に把握できる管理システと認識して追従するように、複数台が連なって移ムを開発した。

アイビーコン

動できることが特長である。また、手動操縦によ本システムは、近距離無線通信技術「iBeacon」

る電動アシスト機能を搭載しており、小回り作業を用いた発信機を建設機械に取り付け、作業所員時に有効である。の持つ携帯端末から約10ｍ以内に近づくと自動で

建設現場では、これまで重量のある建設資材携帯端末に位置情報が送られる仕組みである（写を、台車１台毎に人力で運んでいたが、時間がか真11 ～写真13）。送られた位置情報は、携帯端末かり、体力も消耗する重労働であることから、自上に保存されている建設工事用の作業所内平面図

動搬送ロボットが要望されていた。従来の通路にに映し出される（図２）。作業所員は常に建設機レールを敷いた方法では、ルートが限定されてし械の最新の位置情報を把握することができるた

まうため効率が悪くコストもかかってしまう。まめ、管理業務の負担を軽減することができる。また、建設現場では通路は平坦でなく、各所に障害た、携帯端末を持っている作業所員同士の位置情物があるため、回避技術も必要となる。「かもー報も常に把握できるので、迅速な連携が可能となん」では、光学式センサーにより誘導員を認識る。

し、障害物を回避しながら追従できるため、それらの懸念がない。

建設工事では、高所作業車など数多くの建設機械を使用し、大規模作業所では同時に数百台の高所作業車を使用することもある。通常では作業車

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建築施工に係わる生産性向上へ向けた技術開発の現状と課題毎に使用者を割り当て、各自で管理を行っているごとに使用者を割り当て、各自で管理を行っていが、作業車の位置を確認するために広大な作業所るが、作業車の位置を確認するために広大な作業内を探し回らなければならないこともあった。
所内を探し回らなければならないこともあった。
既存の位置認識技術では、GPSのように屋外で既存の位置認識技術では、ＧＰＳのように屋外のみ使用できるものや、高価な発信機や専用の受でのみ使用できるものや、高価な発信機や専用の信機が必要なものが多く、建設工事のような特殊受信機が必要なものが多く、建設工事のような特環境での実用化が困難であった。本システムで殊環境での実用化が困難であった。本システムでは、iBeaconを採用することで、屋内対応・コスト・は、iBeacon を採用することで、屋内対応・コス設置盛替手間といった建設工事特有の課題を解決
ト・設置盛替手間といった建設工事特有の課題をしながら、５～ 10ｍ精度での位置情報の把握を解決しながら、5～10ｍ精度での位置情報の把握を実現した。また、位置情報に加えて稼働率等の把実現した。また位置情報に加えて稼働率等の把握握もでき、更なる生産性向上が期待できる。
もでき、更なる生産性向上が期待できる。

仮設照明

高所作業車

無線発信機
写真13

高所作業車への利用状況

写真-12 高所作業車への利用状況

図-3
携帯端末への表示例
図２ 携帯端末への表示例
無線発信機
無線発信機
写真11

システム概要図-2 システム概要

無線発信機

６． おわりに
建築生産は現場だけでなく、その川上段階であ６ おわりにるファブリケーターの生産性も極めて重要である。

それらを含めた建築生産全体の目指すべき目標、業界を問わず、ロボットに対する期待は今後まあるべき姿について、今後も継続して考えていく
すます高まっていく。その期待に応えるべく、ことが、ロボット技術開発を一過性のものとしてAIを始め、常に最新の技術を把握・導入し、更終わらせないために重要と考える。
なる建設ロボットの高度化を目指していきたい。
さらには建築生産へのロボット技術適用だけでまた、建築生産は現場だけでなく、その川上段なく、建物の運用段階でのロボット活用にも取り階であるファブリケーターの生産性も極めて重要
写真12

仮設照明組んで行きたいと考えている。
である。それらを含めた建築生産全体の目指すべ

無線発信機と発信機設置状況

き目標、あるべき姿について、今後も継続して考えていくことが、ロボット技術開発を一過性のも写真-11 無線発信機と発信機設置状況のとして終わらせないために重要と考える。
更には、建築生産へのロボット技術適用だけでなく、建物の運用段階でのロボット活用にも取り組んでいきたいと考えている。

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