第64回(2020年度)

北海道開発技術研究発表会論文

稚内港岩盤浚渫工事におけるＩＣＴ施工
株式会社 中田組
稚内開発建設部 稚内港湾事務所 第１工務課〇 堀 一久
下阪 郁

我が国の生産年齢人口は減少していくことが見込まれており、今後、建設現場における労働力が不足することを考えると建設現場の生産性向上が重要な課題になっている。このため、建設現場の生産性を向上させ、魅力ある建設現場を実現するi-Constructionの一貫としてICT技術を活用した施工の拡大が進められている。本報告は、稚内港岩盤浚渫工事におけるICT技術を活用した測量・施工の内容、効果及び課題について報告するものである。
キーワード：ICT、生産性向上 、浚渫

1. はじめに稚内港は日本最北の重要港湾であり、道北の流通拠点として、また、沿岸・沖合漁業の基地、さらには利尻・礼文を結ぶフェリーなど、国内船・外国船の玄関口として重要な役割を担っている。現在、クルーズ船の寄港需要の増加や大型化に対応するため、航路の浚渫工事を進めている。
現在、我が国の生産年齢人口が今後減少することが予想されている中、少ない労力で多くのものを生み出す建設現場の生産性向上を目指したi-Construction が推進されている。この取り組みにより、建設現場の生産性向上の他、賃金水準の向上、十分な休暇の取得、安全性の向上及び多様な人材の活躍を目指している。そして、この
i-Constructionの一貫として、従来行っていた労力による作業を新しい技術や機材を使用してデジタル化することにより、作業の効率化を図り作業時間や労力を低減するとともに、精度の高い成果を生み出すICT工事が推進されている。
本報告は、稚内港においてICT技術を活用して実施した岩盤浚渫工事の内容と工事から得られた効果と課題について報告するものである。

2. 工事概要
今回実施した浚渫工事の工事箇所及び工事概要を以下に示す。(写真-1)
工事箇所：北海道稚内市 稚内港
工事目的：稚内港に入出港する船舶の安全な航路を確保するため、水深10m航路の浚渫を行う。
工事概要：浚 渫 面 積：A = 4,707 ㎡
グラブ浚渫：V = 5,705 ㎥

北防波堤ドーム
北副防波堤
中央埠頭

北防波堤

航路
浚渫区域
北洋埠頭

東防波堤
末広埠頭
天北 1 号埠頭

天北 2 号埠頭

写真-1 稚内港浚渫位置図

3. ICT技術を活用した浚渫工事(1) 工事の施工プロセス
本工事の施工プロセスを以下に示す。本工事では、①3次元起工測量、②3次元データ解析・数量計算、③ICT浚渫、④3次元出来形測量、⑤3次元データ納品の全ての段階において、ICT技術を活用して施工を行った。
【施工プロセス】①3次元起工測量（マルチビーム測量）②3次元データ解析・数量計算③ICTを活用した浚渫（施工途中段階の出来形確認⇔再浚渫）④3次元出来形測量（マルチビーム測量）⑤3次元データ納品

HORI Kazuhisa , SHIMOSAKA Kaoru－ 149 －(2) マルチビーム測量【施工プロセス①・④】a) 実施内容
マルチビーム測量は、図-1 に示すように測量船が航行する方向に対し左右両側にビームを発射し、広範囲を面的に計測し、海底地形を詳細に測深するものである。
今回の測量では、海底地盤状況を詳細に把握するため、1㎡(1平面格子)あたり平均400点以上のデータを取得することとした。
また、ソフトウェアHYPACK（（株）東陽テクニカ )（写真-2）を活用し測量の計画から操船誘導を行い、測深結果はリアルタイムに画面に表示される。
3次元設計データは、国土交通省の出来形管理要領及び情報化施工技術の活用ガイドラインに対応した3D点群処理システムTREND POINT（福井コンピュータ（株））及びAutoCAD Civil 3D（オートデスク（株））を使用して作成した。
b) 活用効果
従来のシングルビーム等による測量の場合、測量範囲が広くなるほど測線数が増え測量時間は長くなる。
一方、マルチビーム測量は一度に広範囲の計測が可能であり、測量時間は従来の約1/3程度に短縮された。また、測量箇所はフェリー等の船舶が毎日航行する場所であり、マルチビーム測量は短時間で計測可能であることから、工程管理が容易であった。

(3) 3次元データ解析・数量計算【施工プロセス②】a) 実施内容
マルチビーム測量データは、HYPACKにより潮位補正・音速度補正・ノイズ処理を行いデータ解析編集する。そして、AutoCAD Civil 3Dと3D点群処理システムTRENDPOINTにて海底地形図・鯨瞰図(図-2・図-3)や3Dビューア(図-4)の作成を行った。また、3次元データ（TINデータ）により浚渫土量計算を行った。
b)活用効果従来のシングルビーム等による測量の場合、データ解析は記録紙を定規と目で読み取り、各測点の図面を作成した後、平均断面法にて数量を算出する。測量範囲が広域であるほどデータ解析・数量算出に時間がかかり、これまでは10日以上の日数を要していた。一方、マルチ－ビーム測量の場合、データ解析は3次元データ処理ソフトにより行い、データ収録・解析・編集・図面作成・土量計算まで１～2日程度であった。
また、マルチビーム測量データから作成される3Dビューアはマウス操作によって様々な方向と角度に目線位置を変更することが可能であり、海底面の形状を高精度に把握（図-4）できるとともに、特定箇所の位置・深度(X・Y・Z座標)を把握することができる。(図-5)航路ライン
図-2 起工測量データ解析 鯨瞰図
図-1 マルチビーム送受波図

マルチビーム測深結果

航路ライン

写真-2 『 HYPACK 』ソフトウェアによる図-3 竣工測量データ解析 鯨瞰図

操船誘導・リアルタイム地形表示

HORI Kazuhisa , SHIMOSAKA Kaoru－ 150 －⑤②図-4 掘削後の海底地形 法面勾配の確認①
把握したい位置にマウスを移動⑥③

図-5 掘削跡の施工深度データ表示④⑦①船体形状(4) ICTを活用した浚渫【施工プロセス③】a) 実施内容
浚渫船は人工衛星よりRTK-GPSを受信し、浚渫船、バケット位置（浚渫位置）及び浚渫深度を色分表示できる多目的船施工管理システムを装備している。浚渫深度はバケットを支持しているワイヤ長からバケット位置を算出し、その値を表示（色分け）する。また、浚渫深度を予め設定しておくことで、バケットを設定深度で自動停止することができる。
浚渫船のオペレータは、多目的船施工管理システムのモニターを見ながら作業を行い、モニターに表示される情報（船舶位置、バケット位置、浚渫跡（色分け））を確認しながら、浚渫船を所定の位置に旋回させバケットを投入し浚渫作業を行った。(図-6)
また、浚渫船にはシングルビームを移動させることにより周辺海底面を測深することができる海底地形探知ソナーを装備している。これを用いて浚渫箇所の地形変化をリアルタイムに確認しながら施工を進めた。
b) 活用効果
浚渫エリアや浚渫跡を画面表示し施工状況を見える化することにより、浚渫済み箇所を正確に把握し作業を進めることができ、進捗管理及び今後の工程管理を適切に行うことができた。(図-7)
また、施工途中段階で行ったマルチビーム測量により確認することができた計画水深より浅い箇所について、その座標を入力し画面表示させることにより、効率的に再浚渫作業を行うことができた。

②クレーンブーム（ジブ）（長さ）③ブーム（ジブ）角度④ブーム（ジブ）旋回角度⑤バケット形状・掘削位置⑥掘削位置測位（X 座標・Y 座標）⑦掘削深度（Z 掘削深さ）

図-6 多目的船施工管理システム

図-7 浚渫エリア画面表示

4. 工事実施上の課題と対応(1) 実施上の課題a) 浚渫箇所の底質
浚渫箇所の海底地形は、図-2 起工測量鯨瞰図に示すように隆起した岩盤（泥岩）が点在する地形である。岩質は、長年海水に触れている海底面付近は風化が進んでいることから比較的柔らかいため、水深9.0ｍ前後の箇所は比較的スムーズに掘削できた。しかし、水深8.0m前HORI Kazuhisa , SHIMOSAKA Kaoru－ 151 －

盤に刺さらず掘り込むことができないため、バケットは後の箇所は、掘削を続け下層に進むにつれ岩質は硬くな表面付近の風化した部分だけを砕き、硬い部分を残したり、下層部では重さ約40tのバケットで、一度では噛みまま爪を閉じて倒れてしまうが、本システムはバケット砕くことが出来ないほどの硬さであった。
を支持しているワイヤ長から水深を計測しているため、
b) 岩盤の浚渫（掘削）についてシステム上では設定水深までバケットが到達したと表示
岩盤の掘削は、海底面の岩盤をバケットの爪により掘されたものと思われる。（図-10）り起こし、その岩盤を噛み砕き掴み取る方法で行う。この際、岩盤は写真-3 のように約20㎝～50㎝の大きさで剥(2) 対応がれてくる。これら海底に散在する剥がれた岩盤は、バa) 再浚渫の実施 ①ケットで掘採する際に生じる衝撃や水圧などにより、そマルチビーム測量により確認された水深9.9ｍ以浅箇の欠片が組み重なり、海底で立ち上がってしまう状況が所の他、安全性向上のため水深10.0ｍ及10.1ｍの箇所を発生していると想定される。(図-8)加えた、合計約3,300箇所について再浚渫を行うこととc) 浚渫後の出来形確認結果2か月間の浚渫作業の後にマルチビーム測量を行った。 した。
再浚渫が必要な箇所は、図-11 のとおりマルチビーム
その結果、図-9 に示すとおり水深9.9mより浅い箇所が測量で得られた座標より施工管理システムに表示し、正多数確認された。これは、過去に同港で実施した浚渫工確に位置を特定することができる。再浚渫を行う範囲は、事の場合と比較して多い。
以浅箇所の周辺部（バケット3つ分）を含めて設定し、今回、水深9.9ｍ以浅箇所が増加した要因は、マルチ浚渫深度は当初浚渫時より0.5ｍ深く（バケット先端部ビーム測深により1㎡あたり平均400点以上のデータを取の深度約11.3ｍ）設定した。
得し、これまで以上に精度の高い測量を実施したことにまた、浚渫時は浚渫船に装備した海底地形探知ソナーよるものと思われる。写真-3 に示す剥がれ落ちた岩盤を用いて、海底の岩盤欠片の状況を確認しながら浚渫を欠片が散在する箇所は、平均的には計画水深10ｍを十分行った。(写真-4)
確保しているが、立ち上がった岩盤の欠片の一部が数センチでも計画水深より浅い位置にあると、マルチビーム【測量結果】
ではそれを厳密に計測することができる。
マイナス9.9ｍより以浅箇所
1,244 点(黒色)
また、他の要因として、工事は施工管理システムで施
マイナス10.0ｍ(計画水深間際)
784 点(赤色)
工済み箇所を確認しながら行っており、施工管理システ
マイナス10.1ｍ(計画水深近値) 1,276 点(緑色)
ムでは、いずれの箇所も水深10.5ｍ(ピンク色)と表示されていた。これは、岩盤が硬い箇所では、バケットが岩図-9 出来形確認測量 水深判定図

写真-3 掘削跡の海底 岩盤欠片

図-8 水圧等による岩盤欠片の重なり（イメージ図）

図-10 掘削状況（バケット傾きイメージ図）

HORI Kazuhisa , SHIMOSAKA Kaoru－ 152 －

把握したい以浅箇所

図-11 再浚渫箇所の可視化

図-13 再浚渫箇所 3Dビューア

ソナー探知による以浅箇所の把握

図-14 岩盤欠片を深みに落とすイメージ図

5. 本工事の実施結果と今後の課題
写真-4 海底地形探知ソナーによる地盤状況

ICT技術を活用して浚渫工事を実施したことにより、これまで以上に精度の高い施工結果を得ることができたと考えている。本工事の実施結果及び今後の課題を以下に示す。
(1) 実施結果（効果）・マルチビーム測量により従来の方法に比べ測量作業時間が短縮された。
・データ解析及び数量算出は、専用ソフトにより行われ、従来よりデータ整理日数が短縮されるとともに、精度の高い浚渫土量の算出ができた。
・マルチビーム測量で得られた座標データを活用することにより以浅箇所が明確になるとともに、3Dビューア
図-12 再浚渫終了後 水深判定図
により掘削箇所の海底を詳細に把握することができ、作業効率が向上した。
b) 再浚渫の実施 ②・多目的船施工管理システムを活用したことにより作業1か月間の浚渫作業により再浚渫箇所の掘削が完了し、効率の向上及び適切な工程管理ができた。
再度出来形確認測量を実施した。この結果、水深9.9ｍ
・浚渫船に搭載した海底地形探知ソナーを活用すること以浅、水深10.0ｍ及び10.1mの箇所は約40点確認された。
により施工管理の精度向上が図られた。
(図-12)
海底に残る以浅箇所は、岩盤欠片が立ち上がっていると考え、3Dビューアで以浅位置を出力し海底地盤状況を確認し(図-13)対応を検討した。この結果、確実に計画水深を確保するため、黒色点周辺を広めに深く掘削して深い場所を作り、岩盤欠片を深みに落とすイメージで掘削することとした。(図-14)(2) 今後の課題
・マルチビーム測量を実施できる会社が限られているため他現場との日程調整が必要になる。また、悪天候や時化により測量が実施出来ない日が続き、他現場の予HORI Kazuhisa , SHIMOSAKA Kaoru－ 153 －

定と重なった場合は予定を変更することになり、浚渫工事の工程に影響が出る。
・今後ICT活用工事の増加及び測量業務におけるマルチビーム測量の活用が進展した場合、さらに機材確保が困難になることが懸念される。
・起工測量及び出来形測量の他に、施工途中段階での確認測量が複数回必要であるが、その都度、日程調整及び測量費用の負担が発生する。
・岩盤浚渫の場合、浚渫船に装備した施工管理システム及び海底地形探知ソナーでは計画水深を満たしていると計測され表示されるが、高精度のマルチビーム測量の結果、以浅箇所が確認されることが比較的多く発生する。
・岩盤浚渫の場合、岩盤欠片の立ち上がりに対応するため、以浅箇所及びその周辺を深く掘り下げる必要があることから掘削土量は増加し、設計数量に対する実掘削土量は、従来の測量方法では約1.5倍、マルチビーム測量では約2.1倍であった。

者のICT技術に関する知識向上効果もあり、今後の人手不足への対応、作業の省力化・自動化を進める上で有効とされるICT施工の促進に繋がると思われる。
今後も現場に関わり、実際に施工する工事関係者の意見を基に、様々な新しい技術開発が行われ、港湾工事におけるICT活用工事が増えることを期待する。

6. まとめICT活用工事の取り組みにより施工状況を可視化し『見える化』したことにより、実際に工事施工に携わったオペレータや作業従事者から、今後さらに進化する最新技術への期待度が高まった。また、若年者や経験不足

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写真-5 稚内港航路での浚渫作業状況