10．港湾分野におけるＩＣＴ進展・ＤＸに関わる研究動向（国土技術政策総合研究所 港湾研究部長 渡部 富博）

港湾研究部長の渡部でございます。
「港湾分野におけるＩＣＴ進展・ＤＸ（Digital transformation）に関わる研究動向」
についてお話ししたいと思います。

今日お話しする内容でございますけれども、最初に港湾を巡る動向について少しお話をしたいと思います。その後、船の動静データ（ＡＩＳデータ）を用いた研究について、さらに港湾ＩＣＴ施工に関わる研究についてお話をしたいと思っております。

まず最初に、港湾を巡る動向でございます。
経済のグローバル化に伴いまして、海上輸送量、コンテナ貨物量が増大しております。こちらのグラフは世界の港湾の地域別コンテナ貨物量の取扱いの推移を示したものでございます。
縦軸はＴＥＵ、これは 20 フィート、長さ６メートルのコンテナを１個と数える単位でございますが、2000年に世界全体で約２億3,000万ほどの取扱いがありましたが、2017 年には３倍強の７億 5,000 万ほどの取扱量に大きく増大してございます。地域別に見ますと、アジア地域を中心に貨物が大きく増大していることが分かります。
新型コロナの影響でコンテナ貨物への影響も出てまいりました。下のグラフはアジアから北米へのコンテナ貨物の輸出を 2019 年と 2020 年の月別に示したものでございます。2020 年の２月から５月にかけてはアジアから北米あるいは中国から北米を見ましても、コンテナ貨物量が前年に比べて大きく-89-減少しております。ただ、８月以降は回復しておりまして、前年を上回る取扱量になってございます。
こちらの表は世界の船舶数でございます。貨物を運んでいる船が世界でこのぐらい動いているという情報でございます。
次に、コンテナ船の大型化についてお話しいたします。
貨物量が増えますと、貨物を一気に大量に運んだほうが規模の経済が働きまして貨物を安く運べますので、船がどんどん大型化しております。コンテナ輸送は始まってから五十数年たちますけれども、当初は 1,000 個積み程度のコンテナ船でしたが、現在では最大で２万ＴＥＵ、相当大きな船が就航してございます。
次に、港湾での荷役の自動化についてお話しします。
下の写真はコンテナターミナルの写真でございます。例えば船が着きまして、コンテナを輸入する場合ですと、船からガントリークレーンと呼ばれるクレーンで貨物をこのヤードに降ろしまして、それからトラック等が取りに来て、それを引き渡すという形になります。
これは横に見ますとこういう形になりますけれども、船からコンテナを卸すところ、ヤード内の荷役あるいは貨物の受渡し、そういうところで自動化とか遠隔操作が結構進んでおります。
こちらが世界の港湾での自動化の状況でございます。
また、港湾物流においても情報化がどんどん進んでおります。港湾貨物の取引には、荷主はもちろんのこと、船社、税関、ターミナルオペレーター、いろいろ関係者が関わりまして、その間でいろいろ書類のやりとりがありますけれども、ここがまだファックスとか紙のやりとりが多いということで、現在国土交通省では港湾関連データ連携基盤という情報プラットフォームの整備を始めております。
また、民間ベースでも、トレードレンズと呼ばれるブロックチェーンを用いた情報システムを開発しておりますし、関東地方整備局では、コンテナターミナルの前の混雑等を緩和するということで、トラックの搬出による効率化システム（ＣＯＮＰＡＳ）を運用し始めようとしているところでございます。

-90-ここから１つ目の研究でございます船の動静データ（ＡＩＳデータ）を用いた研究についてお話をいたします。
まず、その前に港湾の計画について少しお話をします。全国に百二十数港ある重要港湾など
では、港湾法によって 10 年から 15 年先の港湾計画を定めることになっております。これ右側は横浜港の港湾計画図でございますけれども、係留施設とか船が回る泊地、あるいは船が行き交う航路、そういうものについて、どこにどう配置するか、規模とか大きさ、水深を決めてございます。
係留施設につきましては、船のクラスによって、この表に示しましたとおり、このぐらいの船ですとこのぐらいの長さのバース、水深が要る、そういうものがある程度決まってございます。泊地、船が回るエリアにつきましては、曳船（タグボート）による回頭、船が回る場合には、船の長さをＬとしますと、直径２Ｌの円、その程度のエリアが必要になります。自分で回る場合、タグがない場合には３Ｌの円で回ります。航路につきましても、水深は喫水の大体 1.1 倍程度、幅は船舶の長さ以上が必要とされております。
そういうときに、船が大型化しておりますので、どのような泊地とか航路を計画すべきか、それをこのＡＩＳというシステムを分析しようということで研究をしております。
まず最初に、ＡＩＳについて御説明します。
ＡＩＳは米国のテロを契機に義務づけられまして、2008 年から300 総トン以上の国際航路の船、あるいは国内船ですと 500 総トン以上の船に設置が義務づけられております。船から船の情報、あるいは位置、速度、そういうものが発信されております。それを陸上側のアンテナを立てて受けることができる、そういうシステムでございます。

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アンテナを立てると受けることができるので、国総研では、全国の地図に示しましたとおり、９カ所にアンテナを立ててこういう船のデータを蓄積してございます。１つのアンテナで大体半径 60 キロ程度のエリアをカバーすることができますので、この地図に示した色のついた辺り、その辺の船の動向が国総研のデータベースとして蓄積されております。

このデータを使って幾つか分析をしております。まず最初は、船の離着岸に関わる動静分析です。先ほどコンテナ船の大型化についてお話ししましたけれども、クルーズ船についてもどんどん大型化が進んでございます。
これは代表的なクルーズ船を書いたものです。
コロナの影響で少しクルーズブームが止まりましたけれども、2014 年以降、日本にはたくさんの大きなクルーズ船が来ました。寄港の港も地方港を初めいろいろな港に寄港するようになりましたので、こういう大きな船が入れるかどうか、そういう検証が必要となってまいります。
一方、クルーズ船は、下に示しましたとおり、こういうプロペラについてもポッド推進器、あるいは船首の辺りにバウスラスタといって船が回転しやすくなるような施設、そういうものを備えておりますので、それらを踏まえて港の計画はどうあるべきか、そういう検討をしてございます。
こちらがそのＡＩＳデータを使ってクルーズ船の入出港の状況を分析した例でございます。これは 11 万総トンクラスのクルーズ船が入港して離岸するまでの様子、ＡＩＳのデータをビジュアル化したものでございます。これによって、右に描いていますとおり、どのぐらいの直径の円で回頭しているか、そういうものが分析できます。

-92-全国の 51 のケースをいろいろ分析しました。
この４つの例はその中の一部でございます。

51 のケースを少し分類して整理したのがこちらでございます。分類は、港の水域が直径２Ｌに比べて非常に広い場合をタイプ１、２Ｌ程度をタイプ２、２Ｌより狭い場合をタイプ３としまして、51 隻がどのぐらいの直径の円で回ったかをこのグラフのとおり整理してございます。一番狭いエリアで回ったケースでも 1.6Ｌ程度で一応回れているという分析結果が得られております。これは今後の計画等にも生かしていければと思っているところでございます。
次に、台風などの荒天時の船がどのように動いているか、その分析もしてございます。台風などで強風の場合には、船は港に着いているとロープが切れて危ない等ございますので、この表に示しましたとおり、大型の船は岸壁から離れる、あるいは沖に行けという決まりになっております。
沖に行った船はどうするかといいますと、この絵に示しましたとおり、いかりを下ろします。
いかりを下ろして、いかりの爪が海底地盤の砂とか泥に引っかかる力と、いかりを伸ばして、そのいかりが海底との摩擦力を生むので、その２つの抵抗力によって船に働く風とか波の力に耐えるということをやってございます。
いかりの長さがどのぐらい必要かというのは、真ん中の表に示しましたとおり、風速によっても違いますけれども、大体水深の３倍から４倍程度、プラス 100 メートル程度の延長が必要とされております。

-93-この荒天時の船の状況も少し分析をしてございます。これは 2019 年９月の東京湾を台風 15号が来襲したときの船の様子でございます。
これは東京湾でございますけれども、多くの船が避難しておりましたが、そのうちの５隻分を拡大したのが右側のこの図でございます。船が時間と共に、風向きとかが変わりますので、動いている様子が分かると思います。それを基にすると、この下のように、どのぐらいの回頭円が必要であったかが分かる、そういう分析もしてございます。
ＡＩＳの最後になりますけれども、衛星を用いた船の動静分析もしてございます。地球温暖化で北極海の氷がどんどん少なくなっております。夏場は特に少なくて、６月から 11月には船が航行できるようになっております。
アジアから欧州に向かう北西航路、そして、カナダ側に向かう北東航路、こういった航路が利用可能になってございます。
北西航路の場合ですと、日本からヨーロッパへの輸送を考えると、スエズ運河を通るよりもはるかに短い距離で輸送できることになりますし、ロシアのヤマル地域、ここはＬＮＧ（天然ガス）のプロジェクトが動いてございますので、そういうものを日本に運ぼうとすると、欧州経路よりも北極海経路を使ったほうがはるかに効率よく運べるということになります。こういうことで、北極海航路が注目されております。
これが北極海航路の氷の動向でございます。
1979 年以降の氷の面積でございますけれども、冬場と夏場、夏場は年を経るごとにどんどん面積が減っておりまして、2020 年は観測以来２番目に小さな値、369 万平方キロ程度になってございます。
これが夏場の氷の状況でございます。冬場と比べますとこの辺りが通りやすくなっているという状況でございます。

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ただ、夏場といっても無条件に通れるわけではございませんで、ここに表がございますけれ
ども、アイスクラス、ある程度氷を砕ける船、砕氷船を従えて、この船自体もある程度氷に耐える船、そういう船であれば、ロシアの北極海航路局に申請して通行が認められれば通れる、そのようになってございます。

その状況をＡＩＳを使って分析してございます。分析には今度はアンテナを立てるのではな
くて人工衛星を使っております。ＪＡＸＡ（ジャクサ）さんと 2016 年から共同研究をしてございますので、だいち２号とかＳＤＳ－４、こういう人工衛星でＡＩＳのデータを受信して、そのデータを頂いて分析をしてございます。
こちらの図は北極海をどのくらいの船が通ったかという経年変化を示してございます。2015
年以降どんどん隻数が増えていることが分かります。
また、こちらは 2019 年の月別の氷の様子と船がどういうところを通ったか、そういう分析をしたものでございます。

実際にかかった日数と速度、いろいろなことが分析できますので、月別にどのぐらいの日数で北極海を抜けているかを分析したのがこちらでございますけれども、おおよそ５日から９日程度、寄港地がなければその程度ということも分析できております。

-95-次に、２番目のテーマ、港湾ＩＣＴ施工に関わる研究についてお話しします。
こちらは港湾の施設を示したものでございます。港湾には船が通る航路、あるいは回る泊地、波を防ぐ防波堤、船が泊まる係留施設、そのほかいろいろな施設がございますけれども、こういう水域施設、外郭施設、係留施設でＩＣＴ施工や三次元データを用いたＢＩＭ／ＣＩＭへの取組みをしてございます。
港湾分野での i-Construction（アイ・コンストラクション）の状況についてお話しします。ＩＣＴに関しましては、ＩＣＴ土工が2016 年度から始まりましたけれども、港湾のほうの浚渫（しゅんせつ）、海を掘る工事につきましては 2017 年度から開始しておりまして、ここに示しましたとおり年々件数を増やしてございます。
また、防波堤、水深 20 メートルとか 30 メー
トル、そういう海底に石を捨てまして、その上にブロックを並べて、コンクリートの箱、ケーソンを置いて、波消しブロックを置く、そういう構造が一般的でございますけれども、この工事につきましても、ブロックの据付けとか地盤改良などにつきましてＩＣＴを使って実施をしようとしてございます。
また、岸壁につきましても、桟橋構造といいますけれどもＢＩＭ／ＣＩＭ、三次元のデータを使って調査、設計からやるという取組を始めているところでございます。
この中でＩＣＴ浚渫工に関して少し研究をしていますので、御紹介したいと思います。
ＩＣＴ浚渫工は、現地盤がどうなっているか、その状況を三次元で測量する、あるいは施工時に施工の状況を三次元で把握する、可視化する、さらには納品時の情報を三次元で納品する、そういう流れでございます。

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港湾におきましては、一般的にはここに示しましたとおり、クラブ式浚渫船やポンプ式浚渫船、こういうもので掘ってございます。工事の段階ではこういうところでちゃんと三次元の管理ができております。

また、実際の掘った後の水深、土量等を計るために深浅測量が必要となります。従来はシングルビーム測量といって、船が通った後だけ線で計るという方式でしたけれども、最近ではマルチビーム測量、電波を広がりをもって出して計るという方向に変わってございます。

こちらがマルチビームのイメージでございますけれども、角度をもって計るということでございます。この角度が基準では 90 度になっていたのですけれども、ここをもっと広くすれば当然効率的になるではないかというところがございまして、そこをどうするかという研究をしてございます。また、重なり具合をどうするかという話もありますので、それについても実際研究をしてございます。
こちらが研究の内容でございます。先ほど申しましたとおり、角度をどうするか、緩和できないかという話と、船が行ったり来たりする、その重複率を現在 100％でやっていますけれども、それを緩和できないか、そういう研究でございます。

-97-実際のところは、この表に示しましたとおり、角度を 90 度、120 度、130 度の３通り、重複率を 100％のほか 20％、60％、そういう８つの組合せで土量をもって検証するということを実際の現場を使ってやってございます。

こちらが結果でございますけれども、いろいろ条件を変えてやりましたが、土量に関していうと 0.2％程度の差しかないので、結構緩和ができるのではないか、そういう結果になってございます。

検討結果につきましては、土量も重なり率も緩和できそうだというのは分かったのです
けれども、令和２年４月に改定されたマニュ
アルには、スワス角 90 度だったものを 90 度から 120 度に緩和する、そこが改定されてございます。
重なり率に関しましては、土量だけではなくて深さ自体が実際どういう精度になるか、そういうところをもう少し検証してから反映していきたいと考えているところでございます。

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これが反映されたマニュアルの抜粋でございます。

以上、駆け足でございましたけれども、港湾研究部でやっておりますＡＩＳ関連の研究と港湾ＩＣＴ施工に関わる研究についてお話をいたしました。詳しくはここに書いております国総研資料等に掲載されておりますので、ぜひまた御覧いただければと思います。
どうも御清聴ありがとうございました。

―了―-99-