3D・BIMによる生産合理化の展開

BIM&IDDS国際セミナー
2013年11月1日

清水建設株式会社 技術研究所
山﨑 雄介

構 成
1. 現状におけるBIMの適用状況
2. 3D/BIMによる生産合理化の概念とCIB W78における取組み
3. 建築プロジェクトにおける3D/BIM による生産合理化の展開
4. 建築生産合理化における今後のBIM活用の方向

1

プロダクトモデルの概念
2次元モデル

平面から立面が起こせない機械が解析して位置情報等を出せない

2

3次元モデル

プロダクトモデル

製品の形状がわかっても構造が理解できない

標準化された製品情報の記述
人間にも機械にも解読できる

Product Model と BIM の違いは ?
Product Model : 人・機械系/製造・生産 のための情報モデル ?
BIM: 人間/設計 のための情報モデル ?

プロダクトモデルによる工業化建築の記述
Building
SystemSub-system
PartDetail
SLAB FIELDHOLLOW CORE SLAB
ID: slab 02.01
Thickness: 395 mm
Length: 8700 mm
Bearing capacity: 4kN/m2
REINFORCEMENT 01.074
SLAB HOLE 01.023

3

4

従来の「部品」概念
設計行為と情報の確定プロセス＋

建築

部品分割ルール

選択対象としてのOff-the-Shelf部品

部品
情報（1） 「部品」はものとしてのまとまりが明解である。
即ち、設計行為のどの段階でも部品は同じものである。
（2） 「部品情報」は一方向に提供されるだけのものである。
従って、適切な選択を可能にする表示統一が問題になる。
出典）松村秀一：「部品」概念を中心とした建築生産論、日本建築学会、第10回建築生産と管理技術シンポジム,pp159-166

生産合理化を目指す建築生産システムの構成例
地上生産システム

統合生産システム(CIC)

サイトファクトリーシステム

3D/BIM

物流情報管理システム

地下生産システム

現場生産情報管理
システム

5

6

新たな「部品」概念
設計行為と情報の確定プロセス
設計の初期段階

設計の中間段階

設計の最終段階（1）「部品」は「情報」のいれものであり、その「情報」の確定度は設計行為の段階によって違ってよい。従って「部品」は選ぶのではなく設計する感覚で使える。
（2） 設計のどの段階で「部品」のどの「情報」を確定すべきかをシステムとして決めておくことが重要である。
出典）松村秀一：「部品」概念を中心とした建築生産論、日本建築学会、第10回建築生産と管理技術シンポジム,pp159-166

全天候型自動化施工システム
工業化・機械化・自動化・情報化技術を融合した次世代型建築生産システム（CIC)のプロトタイプシステム

横浜日石ビルにおけるスマートシステムの適用(1994-1996)

7

CICの概念モデルの構成

8

先進技術を活用するための建築生産機能の統合・分割の概念
生産計画・生産設計機能
・設計・施工計画の最適化
・実施設計・見積・施工図作成のコンカレント化
・資機材発注・調達の早期化

実績情報

製品・部品情報

統合生産管理機能・郡管理

プロジェクトＤＢ
・生産情報の有効利用

現場生産機能工場生産機能・工業化率の向上
・施工の自動化・機械化
・工事管理のシステム化

・部品化・ユニット化
・生産管理のシステム化
・CAD/CAM化

物流情報

CIB W78におけるCICに関わる概念モデルの検討

91990 Computer Integrated Construction
2nd CIB W78+W74 Seminar, Tokyo(AIJ)

Remarkable Research Topics:
Object-oriented CAD
Object-oriented Project Planning
Object-oriented Database
Remarks:
Many researches proposed specific conceptualmodels and approaches to CIC

1992 Models for Computer Integrated Construction
CIB W78 Workshop, Helsinki, Espoo(VTT)
Discussion Topics:
Information reference model for AEC
CIC framework

10

建築生産における概念モデルの構成に関する検討
AEC
DomainReal-life
objectrepresented byrepresented byInformation

Physicalrepresentation
based onReference
model

Product model

part-ofRATASIDEF1X

hasNIAMAbstraction
mechanism

Processmodel

Composition/
Decomposition

Classification

ICON

BPM

Explanation:

EXPRESS

Resourcemodel

part-of

Product
data model

Database

has defined

SyntaxSemantics

Meta-modelof information

part-ofpart-ofOrganization
model

Modeling
languagehas defined

Typemodel

Conceptual
project model

PhysicalRepresentation

STEP
physical files

represented withstored instored in

Product

Information

has domain

Conceptual
model

Generalization/
Association
Specialization
Luiten, G. T., Frose, T.M, Björk. B. C., et al.,"An information Reference Model for Architecture, Engineering and Construction",Management of Information Technology in Construction, in Singapore, World Scientific, Publishing Co. Pte, Ltd., 1993, pp 391-406.

an instance

GenCON11

CIC のフレームワーク
自動化と統合化の選択肢と戦略

運営・維持管理

運営・維持管理

事業計画・
企画

施工

設計

施工

設計

施工

施工計画

施工計画

施工計画

運営・
維持管理

事業計画・
企画

設計

事業計画・
企画

統合化の次元とレベル(1)Low integration

(2)

(3)

(4)

(5)High integration

Who?

Individuals

Depts.

Entire Org., Firm

Whole ProjectLife Cycle

Entire industry

What?

Data

ModelsKnowledge

Goals

All Project
Information

When?

Islands ofAutomation

Multiple Apps
in oneDiscipline andPhase

Multiple Apps
from several
Disciplines inone Phase

Multiple Apps
from several
Disciplines inand Phases

All Apps in Project
Delivery Process

Why?

Survive, Stay inBusiness

Increase Profit

Increase
Market ShareEnter New
MarketCreate New
MarketFisher, M., Betts, M., et al., “Goals, Dimensions, and Approaches for Computer Integrated Construction", Managementof Information Technology in Construction, in Singapore, World Scientific, Publishing Co. Pte, Ltd., 1993, pp 421-433.

海老名プライムタワー（1992-1995）

123次元施工計画シミュレーションシステムの開発・適用

原子力施設用に開発した3D CAD（VAD)

主な取組み:

RCコアウォール+ 外周鉄骨フレーム- 自社開発の3D CADによる部材構成及び施工プロセスのデータモデル化- 複合化構工法における作業計画作成に利用可能な3次元施工計画シミュレーションシステムの構築

横浜港国際客船ターミナル(2002)

13

３Dを活用した複雑形状施設対応の柔らかな生産システムの構築主な取組み:- 複雑形状施設の3Dモデルの作成- 複雑形状施設における3Dモデルを活用した生産設計及び施工計画の展開- 施工プロセスを反映した構造解析（施工時解析）にもとづく施工法の検討- 3次元計測システムの活用

14

3D データモデルの構築

座標データ
桁梁

折板
桁梁リスト

3Dモデルによる生産設計及び施工計画

15

設計図

2D

総合図
杭伏、基礎伏、地下駆体
平面詳細
納まり詳細・・・・

意匠

構造設備

２Ｄ

２Ｄ

２Ｄ

３Ｄ

３Ｄ

3D

３Ｄ

VAD
(Visual Advanced Design)

３Ｄデータベース

３Ｄチェック(VRML)

鉄骨ＦＡＢ、設備サッシュ、ウッドデッキ 他

図面データ（AUTOCAD)

積算データ(Excel)

施工性にもとづく部材の納まり･ブロック割検討

Checking of Details in Basement

16

Planning of Steel Block Division

基礎定着部の納まり検討

ブロック割検討

施工プロセスを反映した構造解析にもとづく折板の施工 17構造モデル
3D データセッティングビームを利用した折板の無支柱施工

構造モデル

施工手順を反映した構造解析（上：桁梁、下：折板）
1718

3次元計測システムの活用トータルステーション

視準角度
距

光波

離ターゲット

折板建方時計測点

東京モード学園コクーンタワー(2006-2008)19

３Dシステムによる生産計画・施工計画の見える化の推進
主な取組み:- 施工図
３Ｄシステムによる特殊形状
建築の納め方
(施工図、製作図の作成と干渉、納りチェック 等）- 施工計画
合理的で独創性あふれる
施工計画（５日/1フロアーを実現する施工サイクルの確立 等）- 発注・調達
新しい発注調達方法の工夫（海外調達・コンテナ輸送を可能にした外装ユニットカーテンウォールの標準化 等）
1920

鉄骨建方計画の見える化

３Dシステムによる特殊形状高層建築の施工計画シミュレーション

ｺｱ部鉄骨（CFT)

外周部ﾀﾞｲｱｺﾞﾅﾙ鉄骨

５日/1フロアーを実現する施工サイクルの確立

外装カーテンウォールの標準化・ユニット化

6,000

階高6,000

6,000

カーテンウォール高さ

ユニット・カーテンウォールの標準化

21

カーテンウォール部材のコンテナによる搬入

地下サイトファクトリーにおける部材の連結

ユニット・カーテンウォールの揚重・取付ELVシャフトを利用したカーテンウォールの垂直揚重システム

22

楕円曲面下での取り付けバランサー(吊地具）を利用し躯体工事の3フロア下で取付け

23

清水建設新本社（2009-2011）
ハイブリッド構造における高効率な設計施工の実現

主な取組み:RC コアウォール+ ハイブリッド・ペリメーターフレーム- 市販BIMツールを利用した施工計画の展開- 施工プロセスシミュレーション
における精度向上（リアルタイムシミュレーション）- 施工プロセスシミュレーションと施工モニタリングの連携

施工手順を考慮した鉄筋納まり・ジョイント方法の検討

24

施工手順の検証

鉄筋納まりの確認

１階 搬入・ストック・取付けヤードの計画
限られたスペースにおけるPC板のハンドリングの検証

搬入/立て起しゴライアスｸﾚｰﾝ（20ｔ）

ストックヤードへの移動と柱筋の取付

１階 搬入・ストック・取付けヤードのレイアウト

25

26

施工プロセスシミュレーション

A

標準作業時間の設定にもとづく
リアルタイムシミュレーション

B

A板
玉掛開始
地切り作業開始
揚重開始
待機
上空一旦停止
1m手前一旦停
止
着地
大工作業

シミュレーションから出力されたデータ

サポート取付フック解放
トータル作業時
間C

D

13:24
13:26

B板
10:00
10:02
10:06

13:29

10:08
10:10

C板
11:09
11:11
11:12
11:38
11:39
11:43

10:12

11:46

10:18
10:27
27分

11:46
11:28
50分

13:38
13:50
13:55
13:59
14:03
39分

D板
10:43
10:45
10:49
10:52

10:59
11:04
21分

実大モックアップによる作業時間測定

施工計画と施工モニタリングの比較
施工計画と実画像を比較し、原因を分析し現場にフィードバック

27

建築生産合理化の方向：技術・知識融合の推進

28

製造業
工業化技術
プレファブ化・工場生産化
部品化・標準化

自動化技術
自動製造・搬送・接合
センシング/制御

情報技術
技術・知識 モデリング/シミュレーション
モニタリング/ネットワーク
融合
建築技術
重量物ハンドリング
現場生産・調整

建設業
新しい建築生産システム・技術
工業化構工法
自動化施工システム
情報化生産管理システム

建築生産工業化の概念：建築生産合理化の基本概念
国連ヨーロッパ経済委員会による定義（1959年）（ⅰ）需要の安定した流れをも意味する
生産の連続性（ⅱ）生産物の標準化（ⅲ）全生産プロセスの各段階の統合（ⅳ）作業の高度な組織化（ⅴ）手作業に変わる可能な限りの機械化（ⅵ）生産と密着した研究および組織的実験

29

建築生産合理化における今後のBIM活用の方向

30

BIMのみで建築生産の合理化が実現できるわけではないが、以下の方向での活用を検討する価値はある。

 建築生産機能のコラボレーション環境の高度化
生産方式及び発注調達方式高度化ツールとしてのBIMの活用

 建築生産の自動化・統合化に向けた技術融合・知識融合の推進
技術・知識融合のツールとしてのBIMの活用方法の検討

 建築生産合理化を目指した研究・技術開発の推進
BIMを活用したCICに関わる基礎的研究及び組織的実験の継続

参考・引用文献

31

1) Björk, B. C.(1989), A Scenario for the Development and Implementation of a Building Product Model Standard, Advances in Engineering
Software, 1989
2) Yamazaki, Y.(1990), "Integrated Design and Construction Planning System for Computer Integrated Construction", 2nd CIB W78+w74
Seminar of Computer Integrated Construction Tokyo, 1990, pp 89-94.
3) Ito, K., Law, K. H. and Levitt R. E.(1990), PMAP: Object-oriented Project Model for A/E/C Process with Multiple Views, The 2nd CIB
w78+w74 Seminar, Tokyo, 1990, pp 75-80.
4) Frose, T.(1992), Integrated Computer-Aided Project Management Through Standard Object-Oriented Models, CIFE Technical Report, 1992
5) Björk, B. C.(1992), " A Conceptual Model of Spaces, Space Boundaries and Enclosing Structure", Automation in Construction , Vol .2,Elsevier Science Publisher, 1992, pp 1-21.
6) Eastman, C. M.(1993), "Lifecycle Requirements for Building Product Models", Management of Information Technology in Construction, inSingapore, World Scientific, Publishing Co. Pte. Ltd., 1993, pp 369-390.
7) Luiten, G. T., Frose, T.M, Björk. B. C., et al.(1993),"An information Reference Model for Architecture, Engineering and Construction",Management of Information Technology in Construction, in Singapore, World Scientific, Publishing Co. Pte, Ltd., 1993, pp 391-406.
8) Miyatake, Y., Yamazaki,Y. and Kangari, R.(1993) , SMART System Project : A Strategy for Management of Information and Automation
Technology in Computer Integrated Construction, CIB W78, 1st Congress on Management of Information Technology for Construction,
pp.407-420, 1992
9) Fisher, M., Betts, M., Hannus, M., Yamazaki, Y., and Lathinen, Y.(1993), “Goals, Dimensions, and Approaches for Computer IntegratedConstruction", Management of Information Technology in Construction, in Singapore, World Scientific, Publishing Co. Pte, Ltd., 1993, pp421-433.
10) Yamazaki. Y.(1995), An Integrated construction Planning System using Object-oriented Product and Process Models, Construction
Management and Economics, Vol.13, pp.417-426, E. & F. N Spon, 1995
11) The Economic Commission for Europe United Nations(1959), Government policies and the cost of building prepared by the secretariat ofthe Economic Commission for Europe United Nations, 1959
12) Yamazaki, Y. and Ueda, Y.(2003), Technology and Knowledge Fusions toward Construction innovation, Knowledge
Construction, CIB W55, W65 and W107, National Singapore University, 2003
13) 松村秀一：「部品」概念を中心とした建築生産論，日本建築学会, 第10回建築生産と管理技術シンポジウム, pp. 159-166, 1994年7月
14) 山﨑雄介, 米田雅子：建築生産変革の視点 第5回 透明な意思決定プロセスをめざす情報化への動き，建築の技術 施工，No.353,
pp56-63，1994年1月
15) 山﨑雄介, 米田雅子：建築生産変革の視点 第9回，脱工業化時代の建築プロダクト変革の二つの方向， 建築の技術 施工, No.361,
pp71-78，1995年11月
16) 山﨑雄介，内山義次：３次元ＣＡＤによる協調設計と施工計画，建築の雑誌 施工， pp56-63, 1996年8月
17) 山﨑雄介：生産計画で施工のノウハウを設計に反映する，建築技術，1998･6月号，pp150-155, 1998年6月
18) 山﨑雄介, 田淵統：情報化による生産合理化の展開，建築技術, 2010年2月
19) 田淵統：清水建設の建築施工におけるB IM の活用について, 建築コスト研究, 2010 WINTER, p p34-38, 2010年
20) 平林裕治, 吉原裕之, 田淵統：BIMを活用した建築施工の現状について，建設マネジメント技術, pp23-29, 2012年8月