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令和４年度砂防学会研究発表会概要集

3 次元データを活用した砂防施設の配置計画に関する試み
中電技術コンサルタント(株)○児玉 祥樹，杉原 成満，大盛 泰我，中田 一騎

１．はじめに

表-1

流域諸元及び設計条件

国土交通省は、BIM/CIM 活用を推進しており、2023 年度

項目

内容

備考

までに小規模を除くすべての公共工事における BIM/CIM

堰堤軸位置（堰堤計画地点）
水通し天端標高
（堰堤高）

5案

トライアル
検討

0.1mピッチで変更〃であるが、3 次元データの活用を主とする BIM/CIM の活用

流域面積

1.20km2

は、施設設計段階においても業務効率化や成果品質向上等

現渓床勾配 ※

1/17.8での活用が期待されている。

計画堆砂勾配 ※1/26.7

対象土砂量12,000m 3

施設形式

透過型堰堤

原則適用に向け、段階的に適用を拡大している。この取り組みは、建設現場の生産性向上を図る i-Construction の一環

本稿は、施設設計段階における 3 次元データの活用策として、砂防堰堤の施設配置検討を 3 次元地形データと設計条件等のパラメータを組み合わせたパラメトリック設計※第3案（最適案）における数値を記載

検討対象流域の流域諸元及び各設計条件を表-1 に示す。
これらの流域諸元及び施設設計に用いる土石流諸元（土石流ピーク流量、土石流流体力等）は、3 次元地形データを活用した自動抽出も可能であるが、本検討では従来と同様の方法により別途整理した上で与条件として与えている。また、施設形状のうち堤体の安定性に関する条件（天端幅、上下流法勾配）についても同様に与条件としている。さらに、堤体の必要根入れや嵌入長については、地形条件を踏水通し天端標高 EL（m）報告するものである。

118.910.0

118.4

9.5

117.9

9.0117.4

必要な整備効果量を満足する

116.9116.4

8.5
8.0
7.5

115.9

7.0115.4

6.5

114.9

6.0114.45.5113.95.0113.4
0

2,000

4,0006,000

堰堤高 H（m）

手法によって行い、その効率性等について検証した結果を
２．流域諸元及び設計条件

200m平均勾配

4.58,000 10,000 12,000 14,000 16,000

施設効果量 V（m3）

図-1

水通し天端標高と施設効果量の関係（第 3 案）

まえ別途形状を決定し、与条件として与えている。

タを活用することで水通し天端標高と施設効果量との関係

３．3 次元データを活用した砂防堰堤の施設配置検討は容易に把握が可能となる。

(1) 設計パラメータ(3) 施設配置案の比較検討

本検討では、施設配置検討において、堰堤軸位置と水通その他の堰堤軸についても同様の検討を行い、水通し天し天端標高を設計パラメータとし、当該パラメータの最適端標高を決定した上で、必要根入れや嵌入長を考慮した施値（=最適な施設配置案）をトライアル検討によって選定す設概略設計を行った。各堰堤軸における CIM モデルを図-2る。ここで、設計パラメータ検討における堰堤軸は、地形に示し、施設配置に関する比較表を表-2 に示す。

条件から H=14.5m の堰堤が配置可能と想定した 5 地点であ

本検討手法は、3 次元データを活用したパラメトリック設り、施設の形式は透過型堰堤とした。また、配置する施設計であるため、配置検討は図-2 及び表-2 に示すとおり CIMの規模は計画捕捉量 12,000m3 以上を条件とし、水通し天端モデルでの比較となる。また、表中に記載の施設効果量、標高を 0.1m ピッチで検討するものとした。

コンクリート量及び掘削土量についても CIM モデルから算(2) 水通し天端標高と施設効果量との関係定したものであり、これらの施工数量を踏まえると第 3 案各堰堤軸について、必要な整備効果を満足する水通し天の堰堤軸が経済性に優れた施設配置案となる。

端標高についてトライアル検討を行った。結果の一例とし

４．3 次元データ活用効果の検証て、第 3 案の堰堤軸位置における水通し天端標高と施設効(1) 効率性の向上

果量（3 次元モデル「以下 CIM モデル」からの算定値）と本検討手法では、設計パラメータのうち、堰堤軸位置はの関係を図-1 に示す。図に示すとおり、水通し天端標高

従来と同様に技術者判断によって選定する必要があるが、EL117.9m（堰堤高 H=9.0m）以上することで必要な整備効

上述のとおり選定地点において必要な整備効果が得られる果量を満足することが確認される。このように 3 次元デーかの確認は容易となる。また、コンクリート量等の自動算－ 455 －

表-2 パラメトリック設計による施設配置比較
配置案
CADACでの位置
3
施設効果量（m ）(平均断面)
3
施設効果量（m ）(３D計測)
土砂整備率（%）

1案
測点0

2案
測点1+7

3案
測点2+7

4案
測点3+175案
測点5+17

12,16912,76012,311

12,541

12,32011,465

12,436

12,081

11,933

11,768106.6101.0

105.9

103.3

104.0

堰堤高さ（m）

9.0

9.5

9.0

10.0

9.5

水通し天端標高（m）

117.0

117.8

117.9120.9122.7

根入れ確認値（m）

2.370

2.369

2.470

2.786

2.351

1,475

1,542

1,261

1,615

1,440

3,162

5,446

6,936

8,905

6,085

コンクリート量3コンクリート量（m ）掘削土量

3掘削土量（m ）出も可能であることから、経済性に優れる施設配置を効率的に求めることが可能である。
本検討手法による工数は、3 次元地形データの取り込み等の準備に 2 日程度の時間を要したものの、配置設計 1 案あたりの検討は平均して 3 時間程度で可能であった。本検討手法による配置検討では CIM モデル作成が同時に実施できることを踏まえると一般的な 3 案比較であっても効率化が可能と考えられるが、より多くの配置案を短時間で検討可

図-2 各堰堤軸における CIM モデル

能なことから施設配置の最適案を効率的に選定することが施設配置と同時におよその掘削範囲と堆砂範囲が把握でき可能と考えられる。

るため、支障物等を予めモデルに反映しておくことで、施(2) 施設効果量算定時の課題設配置による影響を容易に確認できるため、影響回避に伴

表-2 に示したとおり本検討では、施設効果量の算定を①3次元計測（CIM モデルでの算定）と②平均断面（従来）で3う手戻りや後工程で検討を要する事項の早期把握に繋がり、品質向上に寄与するものと期待できる。

実施している。両者はオーダー的には一致するが、数百 m5．おわりに程度の差が生じるため、3 次元計測では必要な整備水準が得

本稿で示したとおり、3 次元データの活用は砂防堰堤の施設られていないケースもみられる。本検討では、従来設計を配置検討において、施設効果量算定の効率化や品質向上に踏襲する観点から施設規模は②平均断面で決定しているが、おいて有効であると考えられる。中でも本検討で用いたパ地形データの精度が高い場合は、３次元計測が真値に近い

ラメトリック設計は、複数の配置案を短時間で検討できるものと考えられるため、今後活用するにあたっては算定方ことから施設配置最適案を効率的な選定に繋がると考えら法について考え方を整理する必要があると考えられる。

れる。本稿では試行的な検討として実施したが、今後は実(3) 品質向上（エラー防止）業務での検討に向け、課題把握等を行っていく予定である。

本検討では、根入れや嵌入長等を踏まえた堰堤形状の決

謝辞：本検討にあたり、国土交通省中国地方整備局日野川

定は 3 次元地形データに基づき行っていることから、堰堤河川事務所には LP データ等の資料提供を頂いた。ここに記の上下流面における嵌入長不足等は生じ難くなる。また、し感謝の意を表する。

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