3D スキャナーの活用について（一財）建築コスト管理システム研究所・新技術調査検討会

１ はじめに
建設業界は、2020年の東京オリンピックを控え、既に始まっている労働力人口の低下や若年就業者の建設業への入職率の減少など、首都圏を中心に人手不足がより激しさを増している。
一方、インフラを始めとする社会資本を維持するため、フローからストックへの転換が求められ、既存ビルにおいては、ESCO事業を始め、節電、省エネの観点から、熱源改修工事などリニューアル工事のニーズが高まり、設備更新の機会が増大している。しかし、リニューアル工事を

写真１

3Dスキャナー（FARO社製）行う場合、竣工図等が資料として保存されているものの、それだけでは不明な点が多い。また、全主な特徴は面的な改修工事を行う場合においては、足場を設・小型、軽量／ 240×200×100（㎜）、重さ５㎏置して現場の調査を行う必要があり、労務が不足・広範囲／１回のスキャンで最大半径120ｍする中、調査に多くの工数をかける必要がある。

・高精度／範囲誤差±２㎜

そこで、今回は、設備リニューアル工事におけ（10ｍ及び25ｍ、それぞれ反射率90％、10％）る「3Dスキャナー」の活用について、現場調査・内臓カラーカメラ／最大70メガピクセルの事例を交えて報告し、その省力化、有効性を述

・連続使用時間／最大５時間べる。

・タッチスクリーン／直観的操作

２ 3D スキャナーとはとなっている。コンパクトで操作がとても簡単で3Dスキャナーとは、離れた場所から高精度な３り、比較的導入しやすい3Dスキャナーである。

次元座標を点群として短時間で取得できる装置で３ 計測方法ある。具体的には、対象物の表面の形状を、表面あり、現場環境でも使いやすい構造となっておを覆い尽くすような点の座標の集合として計測す

計測は、写真２に示す通り、3Dスキャナーをる。その計測された点の集合データを点群データ三脚にセットし、点群データ合成用のターゲットと呼んでいる。点群データは、専用ソフトを介球（写真３）を設置してから実施する。3Dスキャし、距離等を計測することが可能となっている。

ナーで表面の座標位置を計測し、必要な点群デー

3Dス キ ャ ナ ー は、 各 社 か ら 特 徴 あ る 製 品 がタを得るためには、複数回の計測をする必要があ各種販売されているが、一例としてFARO社のる。これは、１回の計測で表面すべての点群デー「Laser Scanner Focus3D」を写真１に示す。

タを得ることはできず、表面が見えないのはもち

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ろん、死角となる部分が存在することが多いためており、より現場での作業が少なくなるような省である。その計測点の合成のためにターゲット球力化が図られている。

を使用する。合成は基本的にターゲット球を基準

ターゲット球を使用する場合は、3Dスキャナーに自動合成される。最近の一部のソフトウェアは本体とターゲット球を適正に配置し、少ない計測ターゲット球を必要とせず、特徴点や共通の面を回数で死角を減らす工夫が必要である。図１～図見つけることで、自動合成できるものも開発され

４に概念図を示す。計測時は3Dスキャナーからターゲット球が３個見えるように配置し、計測を行う。
実際の計測は、多くの障害物などがあり、死角をすべてなくすことはできない。この場合は、計
球④

球①

障害物
３Ｄスキャナー
Ｐ１

写真２

障害物
球②

3Dスキャナー計測時

３Ｄスキャナー
Ｐ２
球③

図２

3Dスキャナーによる計測（２点目）
３Ｄスキャナー
Ｐ３

球④

３Ｄスキャナー球①

障害物
３Ｄスキャナー
Ｐ１

障害物
球②

３Ｄスキャナー
Ｐ２
球③

写真３

ターゲット球図３

3Dスキャナーによる計測（３点目）
３Ｄスキャナー
Ｐ３

球④

球④

３Ｄスキャナー
球①

球①

障害物
３Ｄスキャナー
Ｐ１

障害物

障害物
３Ｄスキャナー
Ｐ１

球②

球②

3Dスキャナーによる計測（１点目）

３Ｄスキャナー
Ｐ２
球③

球③

図１

障害物

図４

3Dスキャナーによる計測（合成）

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2015.143測すべき対象物を明確にするなどの、取捨選択ががある。

必要になってくる。特に計測点が多くなるとデー・現場調査の手間、時間の低減

タ容量が大きくなるため、その後、パソコンでの・現場調査時の安全性の向上

合成作業や計測作業時に操作が重くストレスを感・施工図の精度向上

じることとなるため、注意が必要である。

・短時間で現況施工図（3Dモデル）ができる。
また、これらメリットから波及する間接的なメ

４ メリット

リットとして現場調査の時間短縮による負担低減

3Dス キ ャ ナ ー に よ る 計 測 の 有 効 性 が 高 い 場

やスムーズな打合せ、また、プレゼンテーション所には、建物内の熱源機械室が挙げられる。リ

資料への応用等が挙げられ、施主に対しても、同ニューアル工事を行う場合、竣工図等が資料とし様に安全性や立ち会い時間の低減など、多くのメて保存されているものの、それだけでは不明な点リットが挙げられる。

が多い上に、図５に示すような、手書きの図面で一方で、点群データそのものは、専用ソフトがあることが多い。このような図面しかない場合必要であったり、高性能のパソコンが必要であるは、特に綿密な現場調査が必須となる。

ことも多く、一般的には扱いにくいのが現状であ

熱源機械室での現場調査は、吹き抜け空間であることや、多くの配管、ダクト等があり、これまる。設備工事においても、実際の工事はCADで書かれた施工図を用い実施することになる。

での調査方法では労力がかかる。作業環境につい

図６は図５の手書きの竣工図をベースに、3Dても、良い状態ではない。第一に運用中であるたスキャナーにより得られた点群データを使って作め、冷凍機、ボイラーや煙道の排熱などにより、成された施工図である。点群データからのCAD機械室内の温度は40℃前後あることは珍しくない。また、稼働中の冷凍機、ボイラー、ポンプ、送風機などの騒音により長時間の現場調査は支障がでることが多い。更に高所の現場調査となることも多く安全への配慮が必要となる。また、機器上部の配管はその高さを計測することすら難しい状況である。
そのような作業環境の中、3Dスキャナーを使用した現場調査は、次のような直接的なメリット

図５44

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竣工図

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図６

現況施工図

データ等のモデル化は現在手作業による部分が多場調査の作業環境は決して良くない。また、図７

く、手間のかかる部分である。しかし、従来の手に示す設計図（撤去図）においても、施工に必要作業による現場調査結果をもとに施工図を作成すな情報が不足しており、CAD化されてはいるが、る場合に比べ、寸法の測り忘れや精度などを考慮

現場調査をしなければ、機器の位置、配管の高するとより効率的であると言える。

さ、障害物の有無などの詳細は不明である。

このように、CADデータ（施工図化）にする

そのような状況で実際に3Dスキャナーによることで、より多くの設備技術者が利用できるよう現場調査を実施した。現場調査は3Dスキャナーになり、3Dスキャナーによる現場調査を最大限の機材移動を含め２名で実施。現場調査時間は約に生かすことができると考える。

１時間程度であった。さほど大きな機械室ではな

５ 熱源改修工事の現場調査の事例

いが、客先の立ち会いや、機械室内の環境を考え熱源機械室の現場調査に3Dスキャナーを使っも、3Dスキャナー導入のメリットがある。て負担低減を実現できた事例を紹介する。
写真４に示す現況写真では伝わりにくいが、現ると非常に短時間で安全に行えた。これだけで図８に取得した点群データを示す。現場調査したスキャンデータは整理され、設計図を参照しながら、施工図化（CADモデル化）を行った。およそ３日間の作業であった。工事担当者はその間作図作業を離れ、配管切替えなどの施工計画や安全品質計画に時間を使うことができた。
図９は作成した点群データより作成した
3DCADモデルデータである。最近のCADは3D表示ができるため、工事担当者を始め、作業員や施主などの理解も早く、意思疎通に適しており、3DCADモデルデータは、施工以外にも活用していくことができる。

写真４

図７

現地状況

熱源改修工事設計図（撤去図）

図８

取得された点群データ

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CA

図９

CADモデルデータ

B

６ 工場の現場調査の事例図11

点群データによる計測

工場は熱源機械室と同様に3Dスキャナーによる現場調査の有効性の高い施設である。それは、この工場は、建物そのものの詳細建築図面がな大空間を有しており、機器、配管類が錯綜していく、躯体の調査が必要となったので、躯体（鉄ることが多いためである。更に、一般的に工場骨）調査を実施した。現況写真（写真５）からもは、昼間は稼働しており、十分な調査時間を確保

分かるとおり、床面に多数の器材があり、レーすることは難しい。そのため、夜間の調査等が必ザー距離計なども使いにくい。図11は取得した点要となることもあり、客先の立ち会いも含め、大群データである。Ａ点の梁の高さを計測する場きな負担となることが多い。しかし、3Dスキャ

合、Ａ点の下部に器材類があり、通常現地では垂ナーを使用した現場調査は、短時間で実施でき、直方向の計測はできない。しかし、点群データ上

写真５に示す工場においては、昼休みの１時間ででは、障害物のないＢ点をクリックすることで、計測を完了することができた。計測で取得されたＢ点から垂直にＡ点と同じ高さのＣ点までの距離点群データについては、図10に示す。

が計測できると同時に３点の各距離も計測される。これは、使用するソフトウェアによって違いはあるが、一般的に点群データの距離計測の基本的操作となっている。
それらの操作を繰り返すことで、モデル化を実施し、扱いやすいCADデータを作成する。図12に3DCADモデルデータを表示する。点群データをより簡単に扱えるソフトウェアも開発されてきているが、まだ点群データそのものは扱いにく

写真５

工場現況写真い。そこを、CADデータにすることで、調査結果を最大限に活用することができる。一例として、図13に設備モデルを付加したのも示す。
これにより、事前に更改工事のプレゼンテーションを行うことも可能である。また、その図面はそのまま施工図として利用することができる。
このように提案段階からプレゼンテーション等に利用するような3Dスキャナーの活用は、既存建

図10

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建築コスト研究取得された点群データ

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物のBIM（Building Information Modeling）活用図12

3DCADモデルデータ
図14

図13点群データ

3DCADモデルデータ（設備情報）になる。

７ コストについて

図15

3DCADモデルデータ

これまで述べてきたとおり、3Dスキャナーを活用することで、現場調査における省力化を実現①従来現場調査

約150,000円

することができる。現場調査範囲については、物②CAD化

約300,000円

件ごとにまちまちであるが、一例を紹介する。
工事内容は、熱源機械室内の機器更改工事で、現場調査においては、3Dスキャナーによる現他の空調機械室の更新も含め、約100,000,000円の場調査は高所での測定もないため、一人工で終わ工事であり、受注後まずは現場調査を実施するこることができた（実際の測定は１時間程度）。一とから始まる。

方、従来の現場調査方法では、スケールを使った①3Dスキャナーによる現場調査を実施。
図14の点群データを取得。
②図14から図15のCADデータを作成。

計測となり、図面に書き込む等を繰り返し、また、高所での調査も見込むため２人作業で３日間を想定している。

3Dスキャナーを使用した現場調査のそれぞれCAD化については、得られた点群から作成しのコスト（原価）はおよそ以下のとおりである。

た事例の場合は、約150,000円の原価が発生した。

①点群データの取得

約25,000円

一方、従来の現場調査結果の情報から作図する場②CAD化

約150,000円

合は、計測結果が不鮮明であったり、計測忘れや、間違いなどもあり、経験的に倍の時間がかか

従来の方法で、現況の施工図を作成した場合ると予想される。

は、次のコストがかかると予想される。

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表１

現場調査コスト比較表（単位：円）を紹介した。
一方で点群データを扱えるソフトも増え、点群3Dスキャナー使用

従来の現場調査①現場調査

25,000150,000②CAD化

150,000

300,000

明確にしておく必要がある。現在は、施工業者と合計

175,000

450,000

して、CADモデルにするのが、施工上最も都合差額275,000データをそのまま活用しようとする動きもある。
3Dスキャナーを使用する際は、最終的な目的をが良いが、CADモデル化への工数もかかるため、ソフトウェアを含めた省力化が必要になってくる。ここにまだ改善の余地が残されている。

表１に整理すると、従来の調査方法に比べ、約しかしながら、現時点においても、事例で述275,000円程度のコスト削減が期待できる。もちべた熱源機械室や工場などの大空間を有したリろん、既に実施済みの事例をもとに作成したた

ニューアル工事は、計画の段階から図面の不備なめ、従来の方法が予測値となっているところは、ど問題を抱えていることも多く、設計段階から信憑性にかける部分である。しかしながら、作業3Dスキャナーを活用することで、より大きな成環境の悪い中、従来の方式で計測した計測データ果が期待できる。そして、今後も3Dスキャナー（もちろん紙ベース）は精度の部分でも劣る。実活用の可能性は、大きく、明るいものと考えられ際は何度も現場に足を運び、CADの図面を修正る。

していくことになると考えられる。一方、3Dスキャナーによる現場調査については、点群データ

最後に、本調査に当たり日比谷総合設備（株）が正確であるため、作図についても、外注図面業殿に資料提供等のご協力いただいたことに対し、者を使用することが可能となっており、現場担当感謝の意を表します。

者はより多くの時間を施工計画や、安全管理、品質管理に使用できることになり、コスト削減と合わせ、大きな効果があると考えられる。
ただし、約100,000,000円の工事の中でのコスト削減額としては、約300,000円程度となっているので、工事に全体に占めるコスト低減はわずかである。

８ おわりに一部では、熱源改修工事などのリニューアル工事を中心に3Dスキャナーを活用しており、既に必要不可欠な装置となっている。
3Dスキャナーは計測器として、マルチに活用できる装置であるが、計測されたデータを最終的にどのような形式にするかによってその価値が違ってくる。今回は、現場技術者が使用できるCADソフトでの3DCADモデルを完成形として現場に提供することで、その価値を高めている事例

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2015.1（参考文献）
１）東 一聡「3Dスキャナー使用によるリニューアル及びソリューション」『建築設備と配管工事』2014年12月号 日本工業出版社
２）原 雄司『3Dプリンター×3Dスキャナーの新時代』日経BP社2014３）『建設ITガイド2014』経済調査会