建設の施工企画

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07. 1

建設機械

土工機械とユーザニーズ
岡 本 直 樹土木工事は建設機械の発展とともに歩んできたが，近年の建設機械の進歩は目覚ましいものがある。わ
が国の土工機械の導入は明治期に遡るが，特に戦後の土工機械の種類と作業を概説し，その土工機械と施工法の変遷，ユーザニーズの変化等について述べる。また，近年の技術動向とユーザサイドの要望としてオペレータ，整備職，安全担当者，工事管理者等の意見を記し，最後に自動化・情報化の現状と要望についても言及する。
キーワード：建設機械，機械土工，土工機械，機械化施工

1．はじめにはスチームショベルが掘削積込機として導入され始め，河川工事以外の機械土工にも投入された。

機械土工の歴史を振返ってみると，土工機械とその大正 10 年頃から昭和初期にかけて機械化施工は大施工法も時代と共に変化してきている。社会ニーズのいに浸透・普及し，ディーゼル機の輸入も始まったが，変化と基盤技術の革新が変化の大きな要因となっていその後の大恐慌と戦時体制で機械化は後退する。て，最終的にエンドユーザの選択が建機需要の推移に

戦後，進駐軍とともに米国製ブルドーザやスクレー影響している。そのユーザの選択には経済性の他，取パがやって来た。国土復興にこれらの革命的土工機械

巻く社会環境の変化が影響し，業界構造変化の大きなが活躍を始める。米軍払下げ機械を利用する一方，模うねりが底流にある。

倣による国産化と国産メーカ育成も図られた。
当初，直営施工で進められた機械化は，昭和 30 年

2．土工機械とユーザニーズ

代に入ると大手ゼネコンが建設機械部門を拡充し，昭和 40 年代には専門工事業に機械保有がシフトした。

2.1 土工機械の歴史

その後も土工機械は，大型化・油圧化・タイヤ化を進

わが国の建設機械の導入は，明治初期から早くも始め，昭和 55 年頃からエレクトロニクスを融合したメまっていたが，本格的な導入は日清戦争後の社会資本カトロニクス化が進行し，自動化・情報化を推進する整備拡大と明治 29 年の河川法制定により，全国主要新しい技術革新が始まった。
土工機械の種類と作業

河川を高水工事へ転換する改修工事が開始されてから2.2である。この時期に導入されたラダーエキスカベータ

機械土工の主要作業と組み合せ機械の関係を図― 1と軽便軌条の土工機関車（鍋トロ牽引）の組み合せが，河川工事の機械土工スタイルとなった。明治末期から

写真― 1 ラダーエキスカベータ

図― 1 土工機械の組み合せと役割

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07. 151に示す。これらの組み合せ工法は，スクレーパ工法と足から建設業では支持されなかった。しかし，露天掘ショベル＆ダンプトラック工法に大別できる。

鉱山の超大型機市場では，ローディングショベルがケ

スクレーパは，自己完結的な機械で掘削・積込・運ーブル式ショベルの地位を奪いつつある。

搬・敷均を 1 台で行え，敷均ブルは端掻き程度でよい。

当初，10 t 車はバックホウ積込，重ダンプにはホイ

キャリオールスクレーパとモータスクレーパは，プッルローダ積込であったが，バックホウの大型化により，シュドーザを積込補助に付け，サイクルタイムの短縮

重ダンプでもバックホウ積込が主流となり，ホイルロを図る。

ーダ積込の優位性は機動性のみとなってしまった。し一方，ショベル＆ダンプトラック工法は，積込機としてローダや油圧ショベルが使われ，開削等ではクラムシェルが用いられる。ドラグラインは近年殆ど使われていない。

かし，ホイルローダには積込の用途以外にも，ロード＆キャリ工法の需要がある。
現在，国内土木工事で使われる最大のダンプトラッ
クは 90 t 級で，その積込の油圧ショベルは 190 t 級で運搬のダンプトラックは汎用のリジット型と軟弱地ある。135 〜 120 t ダンプは，関空Ⅰ期工事で使われや急勾配登坂に強いアーティキュレート型があり，海たのみで，分解組立，回送を考慮すると 90 t 級ダン

外では長距離運搬にトレーラダンプが用いられていプが土木工事での限界であるようだ。海外の露天掘鉱る。

山では，900 t 級の油圧ショベル，360 t 級重ダンプがその他に連続運搬工法として，ベルトコンベアやス活躍している。

ラリ輸送等がある。連続掘削積込機としては BWE（2）スクレーパ系（バケット・ホイル・エキスカベータ）があり，米国スクレーパ系については，戦後，払下げのルターナのではベルトローダも使われている。海外の大規模土工キャリオールやターナプル（モータスクレーパ）が導入

では使ってみたい機種である。

され，その後に国産化も進み，ケーブル式から油圧式へと進行した。また，メンク社の技術導入により国産化したスクレープドーザは，日本の国情にマッチし軟弱地で活躍した。一方，米国で多用されているエレベーティ
ングスクレーパは日本では普及しなかった。
モータスクレーパ（MS）は宅地造成工事の花形で，面土工で大いに威力を発揮したが，開発が進むと立地条件が丘陵地から急峻な山へと変化していった。この

写真― 2 ベルトローダ

ため MS 工法に不向きな急勾配，岩掘削が多くなり
MS 工法は衰退し，キャリオールスクレーパも現在殆

2.3 土工機械と施工法の変遷

ど生産されていない。また，スクレープドーザがバブ

戦後の土工機械と施工法の変遷からユーザニーズのル崩壊後の需要低迷からか生産休止状態であるのは残変化を見てみる。
（1）積込機とダンプトラック
戦後，ブルドーザやスクレーパ工法が導入され，土念である。
代わって現在では，急勾配，軟弱地に強いアーティ
キュレートダンプが普及し，近距離では同様にクロー工事は革命的に変わる。また，軌道式土工に代わってラダンプが増加して新しい需要に応えている。

ショベル＆ダンプ工法が導入されるが，当初，積込は（3）長期動向

ケーブル式ショベルのままであった。ローダが登場す

主要建設機械の国内需要割合の変化の長期動向をみると，積込機の主流はトラックローダ，やがてホイルると，図― 2 のように推移している。

ローダへと交代した。ケーブル式万能掘削機は，クラ油圧ショベル： HE の急増とともにトラクタ系が激ムシェルと軟弱地用のドラグラインが残ったが，ドラ減し，昭和 40 年に 8 割を占めていたトラクタ系（ホグラインも油圧バックホウの普及と共に姿を消してしイルローダ： WL，トラックローダ： TTL，ブルドまった。クラムシェルだけが，今日もクローラクレー

ーザ： TTT）と油圧ショベルの割合が昭和の終りン等に装着され開削工事に使われている。

（1988 年）までに逆転してしまっていて，平成以降は

昭和 50 年代には油圧ショベルの普及と共に切崩ブ概ね落着いている。油圧ショベルの増加がブルドーザ

ルを必要としないバックホウに置き換わっていった。の減少を招いたのは当然としても，ホイルローダの割ローディングショベルも一時導入されたが，掘削力不合が一定なのは採石業での需要が安定しているためと

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5207. 1を要した。近年はハイドロスタティックドライブやディファレンシャルドライブの採用に伴い，ジョイステ
ィック等の一本レバーに操作が集約され，ステアリン
グクラッチ＆ブレーキ方式も電子制御式のフィンガコントロール仕様となっている。

図― 2 国内建機需要の推移思われる。
（4）環境対策
1997 年の騒音規制法施行令の改正後，都市向け超低騒音仕様の油圧ショベルが数多く開発された。一方，

写真― 4 フィンガコントローラ

ブルドーザはクローラの走行騒音が問題となり，その対策としてオイル封入リンクや低振動のボギー機構

ホイルローダもスティックタイプや小回転ハンドル（弾性足回り）等の採用があるが，更なる低減対策が（± 72 度）が採用され，ステアリング操作を容易にし求められる。ている。

排ガス規制対策では 3 次規制対応型が出荷され始めているが，省エネ対応も地球温暖化対策とともに石油価格高騰でオイルショック以来，再び重要な問題となってきた。

3．運転環境とユーザニーズ
最近の建設機械メーカの取組みは，排ガス規制，振動・騒音規制等の環境対策，オペレータの高齢化や熟練オペレータの不足，更にレンタル機の増加等への対応としてのイージオペレーション化，その他に安全対策，自動化・省力化，情報化等への対応がある。

写真― 3 ブルドーザの運転席

3.1 最近の運転装置

写真― 5 ローダのステアリングスティック

写真― 6 小回転ハンドル

重ダンプトラックでは，ディスクブレーキの油温保持

運転装置の操作性には走行系と作業系がある。ブルのため，下り走行時の適正シフト段の選定とリターダ操

ドーザの従来型の操向は，ステアリングクラッチ＆ブ作により，エンジン回転を一定の範囲に収めて走行するレーキ方式で，片側の履帯への動力伝達を切ることに熟練が要求されたが，オートリターダの採用により，オよって行い，下り操向では逆ステアリングとなり熟練ペレータをリターダ操作の煩わしさから解放した。

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作業系の操作性も電子制御と油圧を組み合せたE&H コントロールで操作が容易となっている。
従来の運転装置よりも人間工学的に考えられ，軽い

ホイルローダは作業装置・レバー位置の満足度が80 ％，それ以外は 70 ％前後である。また，重ダンプ
トラックも全般に 70 ％前後の満足度に達しており，3タッチで操作できるので，慣れれば扱いやすそうであ機種とも満足度は高い。

るが，従来機種のように初めての機種でも見れば判る（2）居住性という感覚ではなく，初めて乗車すると戸惑いを隠せ

居住性の満足度は，ブルドーザがキャブ内の騒音・ないのではないかと懸念する。古いオペレータには抵振動で 70 ％程と低いが，他は 80 ％前後の満足度とな抗感もあるようである。っている。ホイルローダも前後進・速度段階切替時の3.2 オペレータの意見

シフトショック以外は 80 ％を超え，満足度は高い。

土工機械の代表的な機種について，弊社のオペレー

バックホウ，重ダンプトラックはどの項目も 80 ％にタに行ったアンケート結果を紹介する。機種は，ブル満たず，70 ％前後の満足に終わっている。これら居ドーザ，バックホウ，ホイルローダ，重ダンプトラッ

住性の満足度は，機種によって異なる作業特性や走行クの 4 機種で，メーカ，型式等は不問とし，それぞれ性の影響も大きいようだ。

操作性・居住性・安全性の満足度を調べた。

（3）整備性（1）操作性

給脂箇所の集約，給脂間隔の延長等メンテナンスが操作性には，走行系と作業装置系の操作性があり，機種毎に操作装置は異なるので，機種毎の調査項目をやり易くなり，メンテナンス工数も減少しているが，オペレータの満足度は 60 ％程度と全般に低い。

設定した。その調査項目は図 3 〜 5 のグラフ縦軸に示す。ブルドーザは，全般に満足度が 80 ％程度と高い。
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（c） 重ダンプトラック

図― 3 操作性（d） 重ダンプトラック

図― 4 居住性

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（4）要望する装置・機能能がある。作業中に危険な状態で緊急停止した場合，オオペレータが要望する装置・機能を列記すると以下ペレータには対応不能で，診断システムによる故障診断のものがあり，その要望度を図― 5 に示す。
・自動給脂システム・トラブル予知装置と復旧が必要であり時間を要する。重大故障予防の必要な機能ではあるが，緊急回避機能を付加して欲しい。
また，排出ガス対策において，規制対応エンジンの・エンジンオーバヒート防止装置

中には，高圧縮型として燃費が極端に悪化したものや・メンテナンスフリー

極端に寿命を縮めたエンジンも出ている。耐久性や寿・ターボタイマー

命に影響しない排ガス対策エンジンを要望する。

・シート／レバー位置のワンタッチセット
・超低騒音仕様

その他に，故障部品の交換において必要以上にアッセンブル交換を強要される場合があるので改善して欲しい。

メンテナンスや故障予防に関するものに要望が高い
が，作業装置等の自動化への要望は低い。

3.4

安全担当者からの要望

近年，地球環境や人間尊重の考え方が重視され，安全対策もより重要となり，安全装備・規格等の国際標準化（ISO 規格）が進められている。また，一般的な安全 A ・ B 規格に加え，土工機械個々の安全 C 規格の制定が進行している。
安全担当者からの要望としては，全般的な安全対策の他に高齢化対応，疲労軽減対策がある。
具体的な要望事項としては，後方視認カメラのバックホウ・ホイルローダ・重ダンプへの装備。重ダンプに関しては，右サイドや前方直下の死角対策も必要である。また，人間の接近警報・停止装置，機械の横転防止装置・警報等の装備。ホイルタイプ車への歯止めの標準装備，消火器の標準装備，シートベルトの改良，整備点検箇所からの転落防止策，低い位置での集中給図― 5 要望

脂，転落防止手摺り，足元の滑止め，キーの抜取り忘れや作業装置降し忘れの警報装置等がある。

3.3 整備職からの要望

3.5

今日の建設機械は電子制御化され，さまざまなセン工事管理の立場からは，省燃費でダウンタイムの少サやスイッチ類が搭載されていて，各建機メーカの診ない高生産性の機械，即ち経済的な機械を要望してい断システムを導入し，マスタしなければ性能診断や故る。また，最適な施工計画と施工管理を支援する統合障探求ができない。従来の機械制御・油圧制御・電気管理システムの提供を望んでいる。

工事管理者の要望

制御での経験と勘（知識に裏付けされた）だけでは故新機種への要望としては，無発破硬岩掘削機，岩の仕障の原因を追及できなくなった。従って，各機械メー上げ掘削機，岩盤清掃機，エアータンパの機械化，ストカのコンピュータ診断機器を導入し，教育を繰返してーンピッカ，高効率揚土機械等がある。また，各種アタ習熟に努めている。

ッチメントの迅速交換性，消耗品の耐摩耗性向上（足回更に，コンピュータ制御による問題として緊急停止機り，エッジ・ビット類，タイヤ等）等の要望もある。

4．土工機械の自動化・情報化
4.1

自動化

建設機械の自動化への取組みは比較的古く 60 年代に始まり，80 年代からは「建設ロボット」という呼称で自動化が推進された。土工機械では，70 年代に電磁誘導ケーブル方式による無人ダンプトラックが開図― 6 電子制御と診断システム発され，80 年代末期にマイコン制御による無人ダン建設の施工企画

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プトラックが出現した。
土工機械の作業装置系の自動化として，ブレード制
御は回転レーザ方式が 70 年代に米国で実用化し，日本でも圃場整備では一般的な装備となった。そして，近年は自動追尾 TS（トータルステーション）や GPSを利用したものが多い。これらのブレード自動制御は軽負荷の仕上げ制御用で，掘削作業（バカ押し）には向いていない。掘削用の自動制御が望まれる。
バケット制御でも仕上げ用に回転レーザや自動追尾

写真― 8 GPS 無人ダンプ

TS，GPS が利用されている。積込作業については，積込対象材の位置や形状の認識に画像処理やレーザレ理用ソフトウェアが，建機メーカのオプションとしてンジセンサの利用研究が進められているが，格段の認急速に普及し始めている。

識技術が求められている。

例えば，鉱山機械統合管理システムでは，各重機は自動走行の誘導制御法は，デッドレコニングを基本

無線 LAN で結ばれ，稼働データを自動記録し，施工として累積誤差補正が必要であるが，近年では補正用にフィードバックする。管制センターでは，稼働モニに GPS が利用されている。

タリングにより重機の最適配置を行っている。また，建設機械のラジオコントロールは，60 年代後半から利用されていたが，雲仙普賢岳の災害復旧工事では，機械の健康状態からメンテナンス・定期修理等を含めた統合管理を行っている。

映像情報の移動体伝送と電波中継法が開発された。遠ダンプトラックの GPS 無人運転については，96 年

隔操作では，極限ロボット等で研究されたテレイグジ頃から米国・豪州で実験が始められ，近頃はチリ鉱山スタンス技術の活用が将来は望まれる。

での実用化実験が発表されている。

4.2 情報化
土工事への情報化の取組みは，メインフレーム時代

5．おわりにに日報管理，機械管理，原価管理等をバッチ処理していたものが，PC の登場によりタイムリーに活用でき土工機械は蒸気ショベルの発明以降，技術革新と共るようになった。また，積算は勿論，施工計画等の技にさまざまな機械が開発され改良発展してきた。一方，術計算への利用も容易になり，CALS/EC の推進によ機種や施工法の変遷には，社会環境の変化とユーザニって CAD の利用も一般化してきた。

ーズも大きく影響を与えていた。近年は，地球環境にまた，GPS と運土計画を組み合わせた土工管理シ配慮し，安全で経済的な建設機械が要望されている。

ステムや GPS を利用した締固め管理が大規模土工で施工において機械化はほぼ達成され，情報化施工の一般化している。近年の情報化施工は，CAD 情報と時代に突入している。今後は建設機械も情報化施工シ

GPS による 3 次元位置情報を照合して機械制御を行

ステムの構成要素としての発展を期待する。

えるようになった。建機メーカによる情報化機器と管J C MA

理ソフトウェアのオプション化が進み，経済的に利用できることが望まれる。
4.3 海外の状況
海外の動向では，建機搭載型の GPS 機器や重機管《参 考 文 献》
1）岡本：機械土工のあゆみと近況，建設の施工企画，'05.9
2）三浦尚子：ホイールローダのニーズ変化と製品特徴，建設機械，'04.93）松永光史：建設機械オペレータの運転環境，建設機械，'02.3
4）岡本，神倉：わが社の建設機械整備と課題，建設機械，'05.2
5）岡本，村上，金津：大型重機土工における安全対策，建設の施工企画，'05.3
6）岡本：大規模土工の近未来風景，建設の機械化，'03.1
7）Leica, CAT, Modular ： Technical Bulletin［筆者紹介］
岡本 直樹（おかもと なおき）
山h建設株式会社
安全施工本部
技術担当部長

写真― 7 管制センター