Machine Guidance andAutomation Systems

Cold Spring Construction• Based in Akron, NY (Near Niagara Falls)
ﾆｭｰﾖｰｸ州ｱｸﾛﾝ（ﾅｲｱｶﾞﾗの滝に程近い）• Founded in 1911 by Eugene P. Forrestel
曽祖父が1911に設立• Current volume $50-70 million/year
年間受注高50億円〜70億円• Approximately 200 employees at peak
ピーク時200名雇用• Typically 3-4 projects concurrently
同時に3-4ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄ稼働• Most work for NYSDOT, some in Pennsylvania
主にﾆｭｰﾖｰｸ州DOT（米国運輸省）受注、又はﾍﾟﾝｼﾙﾍﾞﾆｱ州より受注

Ryan Forrestel
Cold Spring Construction
Akron, NY1

Cold Spring, con’t.
• Heavy highway construction – earthwork, paving andbridges
高速道路建設、造成、舗装、橋梁• Airport work
空港
• Damsダム• Locks, canals
水門、運河• Landfills
埋立

Earth Moving in 1911:

Equipment••••

13 bulldozers (ﾄﾞｰｻﾞ 13台)
19 excavators (油圧ｼｮﾍﾞﾙ 19台)
6 motorgraders (ｸﾞﾚｰﾀﾞ 6台)
2 portable central mix concrete plants(ｺﾝｸﾘｰﾄﾌﾟﾗﾝﾄ ２ｾｯﾄ)• 3 slipform concrete pavers (ｽﾘｯﾌﾟﾌｫｰﾑ 3台)• 8 cranes (ｸﾚｰﾝ ８台）• 3 asphalt pavers (ｱｽﾌｧﾙﾄﾌｨﾆｯｼｬｰ 3台)

Earthmoving in 2009:

Machine Control/3D Survey
Equipment• 20 GPS rovers (GPS測量 移動局 20ｾｯﾄ)• 18 machine control systems (ﾏｼﾝｺﾝﾄﾛｰﾙ 18）– 9 bulldozers (ﾄﾞｰｻﾞ 9ｾｯﾄ)– 6 excavators (油圧ｼｮﾍﾞﾙ 6ｾｯﾄ)– 2 graders (ｸﾞﾚｰﾀﾞ 2ｾｯﾄ)– 1 trimmer (ﾄﾘﾏｰ 1ｾｯﾄ)• 4 robotic total stations（自動追尾TS 4ｾｯﾄ）

Machine Control• What are the benefits of machine control for the contractor?
建設会社にとってﾏｼﾝｺﾝﾄﾛｰﾙの恩恵は何か？
• What are the benefits of machine control for the owner?
発注者にとってのﾏｼﾝｺﾝﾄﾛｰﾙの恩恵は何か？
• What are the challenges in implementing machine control?
ﾏｼﾝｺﾝﾄﾛｰﾙを実施することの挑戦は何か？
• How is 3D changing construction and its relationship todesign?
三次元は、施工と設計の関係をどう変えるのか？

Scrapers, Graders, & Excavators(Soil Compactors)

Machine Control Experience• Using 3D machine control since 2003
2003年より三次元ﾏｼﾝｺﾝﾄﾛｰﾙを利用開始• 8 projects completed, 4 under construction since machine
control implementation
ﾏｼﾝｺﾝﾄﾛｰﾙ利用開始から、８ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄを完了、４ﾌﾟﾛｼﾞｪｸ
ﾄを工事中• Over $450 million in projects awarded since beginningmachine control
ﾏｼﾝｺﾝﾄﾛｰﾙ利用開始から450億円を受注

GPS grade control systems for dozers• Accurately perform bulk earthwork operations by placing thesite design in the cab and using GPS positioning
ｷｬﾌﾞ内の設計ﾃﾞｰﾀとGPS測位で精密な大規模造成を運用• Reduce stake-out, rework, material costs
丁張り、手戻り、材料費の削減• Increase production & quality
生産性と品質の向上

GraderFine Grade Trimmer

Paving Equipment

Consistent finegrade accuracy of 2-3mm
常に仕上精度2-3mm

Typical Uses
GPS1.
2.
3.
4.

Clearing and Grubbing
成形、敷き均し
Mass Earthwork
大規模造成
Drainage Excavation
排水溝掘削
Grading Off Roadway Features
道路以外の造成

UTS

1.
2.
3.

Finegrade Subbase
路盤仕上げ
Paving
舗装
Grading Structure Pads

Machine Control Screen Views

Real World Accuracies• RTK GPS Rover or Machine – 15mm
RTK-GPS移動局/MC- 15mm
• RTK GPS Rover Static Mode – 5-10mm
RTK-GPS移動局/静止ﾓｰﾄﾞ – 5-10mm• Laser augmented GPS – 5mm
GPS/ﾚｰｻﾞｰ補完 - 5mm• Robotic Total Station/UTS machine control – 2-3mm
自動追尾ＴＳ/TS版ﾏｼﾝｺﾝﾄﾛｰﾙ - 2-3mmMachine
Control Screen
Excavator
View Views

Applications – Hinman Wetlands

Applications – Hinman Wetlands

Applications – Hinman Wetlands

Applications – Hinman Wetlands• Complicated grading – ponds, berms, ditches
複雑な地形-池、土手、溝• Approx. 150,000 m3 earthwork
約150,000㎥土工量• Completed in 10 weeks during dry season
乾季１０週間で完了• No personnel on ground doing layout or grade checking
位置出し及び高さﾁｪｯｸのための作業員不要• Specified accuracy of 25mm was met on entire project
精度25mm要求を満たす。

Applications – Hinman Wetlands

Applications – Hinman Wetlands

Applications - I-86/Rt. 15Applications - I-86/Rt. 15

Applications – Route 219 Extension

Applications – Route 219 Extension• Major landslide during project
工事中大規模な地滑り• Change from 1 million m3 of borrowto 2 million m3 of waste
100万㎥受入れから200万㎥廃棄へ変更• Scope and area of work changing
constantly due to redesign
設計変更のために仕様や施工範囲は、常に変化する

Ability to get digital
data with design
updates fromNYSDOT allowed
work to progresscontinuously withoutdelay
ﾆｭｰﾖｰｸ州DOTから、設計変更に対応したﾃﾞｼﾞﾀﾙﾃﾞｰﾀを入手できたため、遅延無く、工事を進捗できた。

Specialized Applications

Specialized Applications

特殊な工事

特殊な工事

• Thrust blocks for new bridge needed to be set into
rock face
新設の橋梁のトラスト軸受は岩盤に固定する必要があった• Grades for this area of rock excavation werespecified
この施工の岩盤掘削の高さは指定されていた• Accurate surface was achieved by milling rockwith an excavator using UTS control
TS版油圧ショベルで岩盤を削ることにより正確な仕上がりMachine Control Advantages

Specialized Applications

マシンコントロールの優位性

特殊な工事
•
•

Significant gains in productivity and efficiency
生産性と効率の大幅な向上
No stopping for grade checker
高さチェックのための中断がない– Operator stays in the cab
オペレータはｷｬﾌﾞ内に留まれる••

Constant grade reference reduces multiple passes
連続的な高さの基準（設計面）により重機の往復回数を削減
High productivity levels maintained all day
高い生産性レベルを1日中持続– Less operator fatigue
オペレータの疲労削減•••••

Efficiency Improvements

Efficiency Improvements

効率の向上

効率の向上

Mass earthwork productivity gains range 10-30%
土工量の多い造成では10〜30%生産性向上
Earthwork grading and finish grading show 25-50% efficiency gains
造成や仕上げ土工では25〜50%効率向上
Drainage excavation 10-20% improvement
排水溝掘削では10〜20%向上

Efficient Material Usage
効果的な材料の使用•

Allows a choice of which material to over use
どの材料を多く使用するか、選択を可能にする– Specification +/- 25mm
要求精度 ±25mm– Machine Control Tolerance +/- 10mm
マシンコントロールの許容値 ±10mm– Move elevation up or down within the tolerance window to optimize
material quantities
許容値ウィンドウで高さを増減することで材料量を最適化•Reduces material overage
余剰材料を削減
If owner pays per quantity placed, savings are passed on immediately
発注者が使用した材料の数量に対して支払う場合、直ちに節約の効果がある•

Allows flexibility in scheduling - day or night operation
スケジュールの自由度が高い − 昼間または夜間の作業
Less fuel consumption/Less wear & tear on equipment
燃料消費量の削減、機材の磨耗・破損の削減•••

Grade checking efficiency improves by 65-70%
高さチェックの効率は65〜70%向上
Use of stakes for grading almost completely eliminated
トンボ・丁張りの使用はほぼ完全に省略
Survey and layout efficiency improves by 66% in staffing required, 100% intime and amount required is reduced with use of machine control
測量と位置出しの効率は必要人員数にして66%向上、マシンコントロールの使用により必要な作業時間・量は100%削減できる

Return on Investment
投資の回収• In heavy use, high hour and volume
applications machine control systems canpay for themselves in as little as two weeksof use.
マシンコントロールを多用する、施工時間も土工
量も多い工事では、最速の場合、2週間使っただけでマシンコントロール自体にかかった費用を回収できる

3D Digital Terrain Model

Digital Data Used for Machine Control

3D デジタル地形モデル

マシンコントロールに使用するデジタルデータ• DTM is the surface triangulated from points
DTM はポイントから生成した三角形で形成される設計面• The 3D model of the proposed surface is used as the reference
提案した設計面の 3Dモデルを基準として使用

••••
•
•
•Benefits of 3D Model UseBenefits of 3D Model Use

3Dモデルを使用する利点

3Dモデルを使用する利点

Consistency and Accuracy 一貫性と精度
Increased Production – bonus for early completion or ability to move on toother work
生産性の向上 − 早期竣工ボーナス、次の現場への移行
Improved Safety 安全性の向上
Reduced Human Effort 人的努力の削減
Night Operation 夜間作業
Reduced Material Costs 材料費の削減
Higher Machine Utilization 高い重機利用率

Types of Models For Different Projects
工事の違いによるモデルタイプ• New Construction – 3D model w/ features
新規工事 − 3Dモデルとポイント• Relocation, Grade Changes – 3D model w/ features
移設、高さ変更 − 3Dモデルとポイント• Reconstruction – 2D/3D model w/ features
再施工 − 2D/ 3Dモデルとポイント• Utility/Drainage – 3D lines w/ features
インフラ/側溝 − 3Dラインとポイント• Striping /Signs – 2D features
横断歩道/信号 − 2D ポイント
• Bridge Painting – probably not!
橋の塗装 − なし！

••
•
•
•
•

Ease of Inspection
検測が簡単
Accurate Location of QA/QC Testing
出来形計測が正確
Ability to Do More In the Field With Less Experienced Personnel
経験の少ない人員でより多くのことができる
Ease of Comparing Existing to Proposed
提案と現況の比較が簡単
Realization of Design Errors Before They Are Constructed
施工前に設計の間違いを発見
Creation of Accurate As-builts
正確な竣工図の作成

What Should Be Included
何が含まれているべきか• 3D Surface
3D 設計面• Interim Grades and Excavations, i.e. footer pads, culvert excavations
途中段階の施工、たとえば排水溝掘削など• 3D Lines for Pipe and Utility Excavations
3Dライン：配管・インフラの掘削• 2D Features, i.e. signs, end sections, erosion control, pavement
markings
2Dポイント：信号、砂防、舗装マーキング

What Should Be Included

Source of 3D Models

何が含まれているべきか3Dモデルの元データ• When traffic will be moved during
construction, temporary work toaccommodate traffic should also have 3D
surfaces included
施工中に交通量が変化する場合、交通量に対応するための一時的な作業にも、3D施工面を持つべき• In New York most transportation projects are supplied with digital data
ニューヨークの多くの運輸関係工事はデジタルデータが提供される• Digital data includes surface models in 3D as well as .dgn files withlinework
デジタルデータには3Dの設計面モデルと線画を含む.dgnファイルが含まれる• Format is usually of the software used for design – must be converted
to LandXML before use in machine control
フォーマットは通常、マシンコントロールで使用する前に設計に使用しているソフトウェアでLandXMLへ変換する

Agreement on Digital Data

Finding Mistakes – W-WA

デジタルデータに関する同意

間違いの発見 − W-WA

• If contractor creates or modifies digital data or 3D models, model
should be supplied to owner before construction begins
建設会社がデジタルデータや3Dモデルを作成・変更した場合、着工前にモデルを発注者に提供すべき• It should be agreed that the model accurately represents what will beconstructedモデルが施工するものを正確に表していることに同意を取るべき• The 3D surface that is used for construction should also be used tocheck grades
施工に使用する3D設計面を高さチェックにも使用すべき

Challenges – SE-SEA

Cross-Sections vs. Surfaces

課題 − SE-SEA横断面 vs. 設計面• We used to build accurately only at every cross-section
かつては横断面だけ正確に施工していた• Now we have the ability to build accurately everywhere
現在はどこでも正確に施工することが可能• Construction can only be as accurate as the surface
設計面があれば施工はより正確にできる

Most Designs Currently Are 3D
今では多くの設計データは3D

Design Issues – Data Density
設計の問題点 − データの密度• Most design is now done by computer in a 3D design package
現在、多くの設計は3D設計ソフトを使ってコンピュータで行われる• These designs should be able to be used in the field by contractors andinspection staff
これらの設計データは建設会社や測量担当者が現場で使うことができる• In New York digital design data is supplied to contractors before theybid on a project
ニューヨークでは入札前にデジタル設計データが建設会社へ提供される

Design Issues

Design Issues

設計の問題点設計の問題点

Challenges and Liabilities

Challenges and Liabilities

課題と障害

課題と障害

• Implementation Due to Resistance to Change
変化に抵抗する動き• Requires a Shift in Thinking For Both Design and Construction
設計と施工の両方を考えるよう変わることが必要• Contractors Complain Because of the Investment
建設会社は投資について不満• Concern Over Who Is Responsible For Data and What Happens If aMistake Gets Built – Is This Really Any Different From Paper Plans?
もし間違って作ってしまったら、誰がデータに責任を持ち何が起きるのか、という心配 − これは本当に紙ベースの計画と違うのか？

Who Really Saves?
誰が本当に節約できるのか？
• Why Should Owners/Designers Help the Contractors?
なぜ発注者・設計者は建設会社をサポートすべきなのか？
• Contractors Who Are Implementing GPS Early Are Saving
GPSを早く導入した建設会社は(ｺｽﾄ）節約している• Like Any Other New Technology, As Implementation BecomesWidespread, Competition Causes That Savings to Be Passed toOwners and Taxpayers
他の技術と同じく、広く普及するに従い、競合により、節約が発注者や納税者に返ってくる

Reality of 3D/Machine Control
3D マシンコントロールの現実• 3D is a Process not a Product
3D は結果でなくプロセス• Requires a Real Commitment to Change
変更には本契約が必要• Can be Achieved Gradually Step by Step
徐々に少しずつ達成される• Hardware and Software will constantly improve and compatibility isthe challenge
ハードウェア・ソフトウェアとも継続的に改善される、互換性が課題• The Early Adopters will have a Long-Term Advantage in Continuing
to Adapt to Changing Technologies
早く対応すれば、変化し続ける技術に対応し続ける優位性を長期間得ることになる

3D Is Changing Construction
3D は施工を変えている• Contractors are adopting 3D technology
建設会社は3D技術を導入• Construction practices are changing
施工の実務は変化している• Contractor’s needs are changing
建設会社のニーズは変化している• Contractors need more information (Data)
建設会社はより多くの情報（データ）が必要• Technology is pushing their requirements
技術が要求を後押ししている• Designers need to stand behind their 3D designs and provide them forconstruction
設計者は3D設計データに責任を持ち、施工のために供給することが必要

Questions?
質問