東急建設技術研究所報 No. 45

U.D.C 658.51

リアルタイム施工管理を実現するための施工機械位置特定手法の検討
遠藤

要

約：

健＊

三浦正悟 ＊

池田直広 ＊

本報は，都市部の狭隘部でも施工可能な施工位置誘導機構の開発についての報告である。GNSS の利用が困難な屋外で位置の取得を可能とするために光波式測位装置を用い，また光波式測位装置を使う場合の課題を解決するため，ターゲット取付け角度変更機構を開発した。また，オペレータに現在位置と目標との差異を常時提示することで，GNSS の測位精度と同等の精度で速やかな誘導を可能とするガイダンスシステムを実現した。現場模擬試行実験を実施し，システム全体の計測精度検証および操作性検証を実施した。

キーワード：

地盤改良，位置誘導，GNSS，光波式測位装置

目

1．研究概要5．位置誘導装置の性能実験

2．地盤改良施工管理システムの概要

6．位置誘導装置の施工性検証

3．位置誘導機能の課題

7．リアルタイム施工管理システムの BIM 連携

4．位置誘導装置の概要

8．まとめ

次：

1．研究概要で位置情報と施工情報を連携させる仕組みとなっている。

現状，地盤改良工事は，専門工事会社が持つ施工管理装

また，二次元管理ビューアと既存帳票出力および CSV置の記録データを元請会社が施工中に随時把握できる仕組データ出力機能を実装し，BIM 連携を可能としている。

みとなっていないため，施工中に直面する地層の急激な変

図 2 にリアルタイム施工管理システムのシステム構成概念化や地中障害の発現等を共有できず，対策工事の遅延につ図を示す。

ながることがある。
また，施工位置の指示は元請会社，施工情報の管理は専門工事会社という役割分担が慣例となっているため，施工位置と紐付いた施工情報はこれまで共有して管理されることがなかった。
当社と(株)テノックスでは，これらを共通の課題として捉え，2016 年度から共同開発に取り組んできた。図 1 にリアルタイム施工管理システムの概念図を示す。

図2
図1

システム構成概念図

リアルタイム施工管理システムの概念図

2．地盤改良施工管理システムの概要

3．位置誘導装置の課題

本システムは，位置誘導機能によって取得された施工位

現状の誘導装置は，地盤改良機のリーダ先端に GNSS置と施工管理装置から得られる地盤改良機の深度ごとの攪の受信アンテナを 2 台取付けて施工機械の方位と削孔先端

拌混合回数や固化材添加量などの施工情報を作業現場より位置を算出する仕組みとなっている 1)。図 3 に GNSS を用リアルタイム（1 回/毎分）に自動送信し，データサーバ上いた施工機械による地盤改良の施工状況を示す。

＊技術研究所

建設 ICT グループ105

東急建設技術研究所報 No. 45ープ等，光波式測位装置の計測の妨げとなる補機類が多数存在する。そのため，補機類に支障する毎に光波式測位装置の位置を変更していては施工が中断し，施工効率を著しく低下させる問題がある。
本研究では，それらの課題を解決するため，ターゲットミラー側に移動機構を搭載し，施工効率を確保した狭隘部での位置誘導機構の開発を実施した。

図3

GNSS を用いた地盤改良機による施工状況

図 3 に示す通り GNSS を用いた削孔先端位置誘導を実現するには，天空の開けた障害物のない場所で施工機械の図5

高い位置にアンテナを設置する必要がある。そのため都市大型施工機械に設置された補器類部の建築工事のように，周囲をビルに囲まれた狭隘な場所
では，利用できないか利用時間が限定されてしまう問題が4．位置誘導装置の概要ある。また GNSS が世界測地座標でデータを取得するた施工機械の位置誘導を行うためには，位置と方位の情報め，ローカル座標系に変換する作業が発生し，設定ミス等が必要となる。これは，誘導用のターゲットミラーを削孔のヒューマンエラーを起こすリスクも生じ得る。

ロッドの芯に設置できないため，削孔芯からのオフセット一方，光波式測位装置を用いた位置誘導技術は確立され量が発生するためである。ており，現地座標系上の任意の点に光波式測位装置を設置

GNSS を用いた位置誘導機構では GNSS 受信アンテナをし，施工機械側にターゲットミラーを設置することでリア2 台設置し，位置と方位の情報を取得している。

ルタイムに位置誘導が可能である。図 4 に光波式測位装置

4.1を用いた位置誘導イメージを示す。

本研究では，位置の取得を基礎工事の杭位置測量などで位置取得装置

近年トータルステーション（以下：TS）の代替に用いられ始めた㈱トプコン製の LN‑100 を用いた 2)。
本機を採用した理由としては，従来の TS と比較して，安価で取扱いが容易なだけでなく，データ出力頻度が 20Hz と 10 倍程度高く，かつ追従性能が向上していることが挙げられる。位置誘導装置として用いる場合，出力頻度が高いことで応答性の良い誘導が可能となり，追従性能が高いことはミラーをロストする確率を下げる事に繋がるため，施工効率の向上に大きく貢献できると判断した。
4.2

方位取得装置

方位取得装置は，小型振動ジャイロとターゲットスライ
図4

光波式測位装置を用いた位置誘導イメージド装置を組み合わせて実装した。図 6 にターゲットスライド装置の外観を示す。本装置はガイドレール上をターゲットミラーが往復する機構で，遠隔操作により 2 点のレールこの際，比較的小型の施工機械の場合は問題にならない端点の位置座標を取得できる。

が，施工機械のサイズによっては，施工機械に搭載された補器類がターゲットミラーの視認の妨げとならないよう留リーダを鉛直に立て，ガイドレールがほぼ水平な状態で意する必要がある。特に大型の三点式杭打機では図 5 に示計測した 2 点の位置座標の水平成分から基準方位角を定めすように，後部に設置した大型の発電機を始めリーダの鉛る。その後の相対変位角を小型振動ジャイロで求め，基準直を保つためのサポート，更に，油圧ホースやワイヤーロ方位角に加算し現在方位角を求める。

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6．誘導装置の施工性検証
地盤改良工事は 1 日当たりの施工本数が多いため，位置誘導装置の施工性は現場運用上の重要度が高い。本システ
ムでは，オペレータ席に表示モニタを設置し，施工機械のオペレータが目標とする施工位置と施工機械位置をモニタで確認しながら施工機械を操作し，施工位置を合わせる方式を採用した。
図64.3

図 8 に，操縦席に設置されたモニタ画面を示す。

ターゲットスライド装置の外観取付角変更機構

本装置は，ターゲットスライド装置全体の取付角を遠隔で変更可能にする装置である。取付け角度の変更角は約90 度に設定してシミュレーションした結果では，施工機械が旋回動作などで大きく姿勢を変えても，光波式測位装置が視認可能な状態を保つことができた。本機構により，課題である補機類等に支障する毎に光波式測位装置の位置を変更しなければならない問題を解決した。図 7 に取付角

図8

オペレータ誘導モニタ画面

変更機構の写真を示す。
誘導装置の施工性検証実験では，普段，地盤改良工事を実施しているオペレータに，誘導装置画面のみを見て施工位置に合わせる操作をしてもらい，通常施工と誘導時間を比較するとともに，実験実施後のヒアリングによる操作性を確認した。
誘導手順は，以下の二段階の手順で実施した。まず，オペレータは図 8 の画面を見ながら，施工機械を操作し削孔位置の近傍まで移動させる。その後，削孔芯が削孔ポイン
図7

取付角変更機構

トの中央付近に入ったら詳細誘導画面に切り替え，リーダの鉛直を修正し方向チェック操作を行うものとした。図 9に詳細誘導画面を示す。

5．杭誘導装置の性能実験
杭誘導装置の性能実験は，現場模擬フィールドに設けた12 個の検証ポイントに施工機械を誘導し，杭誘導装置から得られた施工機械刃先位置と TS で計測した結果と誘導位置の誘導結果を比較した。
表‑1 に 4 回分の誘導精度検証結果を示す。各点 4 回，合計 48 回の計測をもとに位置ずれ誤差（目標点と誘導点の点間距離）を評価した結果，平均 15.5 mm，標準偏差 8.6mm となり 2σ 値で 32.7 mm となった。これらの結果はシステム全体のトータル誤差の結果であり，目標精度 ±30程度に対して 2σ 値で前述の値が得られたことから，実用可能な精度であると判断した。

図9

詳細誘導画面例

実験の中で，オペレータは誘導ソフトに慣れていき，最表‑1

誘導精度検証結果（mm）

終的には，大まかな誘導で 1 分 30 秒，詳細誘導で 30 秒，合計 2 分程度で誘導が完了し，通常の施工と同等の速度で杭施工位置に合わせこむことが可能となった。
7．リアルタイム施工管理システムの BIM 連携
地盤改良リアルタイム施工管理システムは，位置情報を107

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取得することで，工事進捗状況や施工状況の把握がリアルしたものである。図 11 に BIM 連携による三次元表示画面タイムにできるようになった。日々の管理は図 10 に示す通例を示す。三次元化により，施工データを地上建物と連携り，平面・断面の二次元表示の施工管理画面を用いている。

して把握ができるため，設計変更やトラブル対応の判断が図 10 に，Web 管理画面表示例を示す。

迅速に行われることが期待できる。

図 11

図 10

Web 管理画面表示例

BIM 連携による三次元表示画面例

8．まとめ･光波式測位装置の課題を解決する機構を開発することで，狭隘部における位置誘導を実現した。

しかし，施工中に直面する地層の急激な変化や地中障害･の発現等のトラブルを監理者や施工主に説明する場合，二誘導機構の性能検証を実施して，精度，施工性に問題がないことを確認した。

次元の図面では把握しにくい問題がある。
･本システムでは，地下の目に見えない施工状況を迅速に設計変更およびトラブル時の対応判断が迅速化するよ

把握すること，施工データを地上建物と連携して管理する

うに BIM 連携を推進し，三次元表示機能を活用できことを目的として，BIM と連携して出力可能な機能を開ることを確認した。

発した。表示画面例は，支持地盤到達確認を模式的に表現
謝辞

本研究は，昨年度に引き続き株式会社テノックスと共同研究したものである。ここに感謝の意を表するとともに実験に協力していただいた関係各所の方々にも御礼申し上げる。
参考文献
1) 菅章悟，鈴木亮彦，伊藤竹史：ICT を活用した地盤改良方法の新施工管理システム，建設機械施工，Vol. 71, No. 3, March 20192) 遠藤健，三浦正悟：狭隘部での位置誘導を可能とした削孔ガイダンスシステムの開発，第 19 回建設ロボットシンポジウム，建設ロボット研究連絡協議会，2019

Examination of machine position identification method
To realize real‑time construction management
K. Endo, S. Miura, and N. Ikeda
This paper is a report on the development of a location guidance mechanism that can be constructed even in narrowurban areas. We have developed a target mounting angle change mechanism in order to solve the problems when using alightwave positioning device to enable the acquisition of a position outdoors where GNSS is difficult to use, and using alightwave positioning device. In addition, by constantly presenting the difference between the current position and thetarget to the operator, we realized a guidance system that enables prompt guidance with the same accuracy as the GNSSpositioning accuracy. An on‑site simulation trial was conducted to verify the measurement accuracy and operability of theentire system.

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