JSCE 令和5年度土木学会全国大会第78回年次学術講演会[共通セッション] 構造物の設計/維持管理におけるAI/DX

構造物の設計/維持管理における AI/DX (1)2023年9月14日(木) 09:30 〜 10:50 CS-6 (広島工業大 五日市キャンパス三宅の森Nexus21 709／広島大 東広島キャンパス工学部講義棟 B111)[CS11-01] 地上型3Dレーザスキャナによる地震発生時の工場施設の計測及び解析
Measurement and analysis of plant facilities at the time ofearthquake by terrestrial laser scanner*加藤 三郎1、木本 啓介2、安井 伸顕2 （1. 大成建設株式会社、2. 株式会社計測リサーチコンサルタント）*Saburou Katou1, Keisuke Kimoto2, Yasui Nobuaki2 （1. TAISEI CORPORATION, 2. KEISOKU RESEARCHCONSULTANT CO.）
キーワード：地上型3Dレーザスキャナ、工場、地震、煙突、傾斜度
Terrestrial 3D laser scanner, plant, earthquake, chimney, Inclination
地上型3Dレーザスキャナ（ TLS）を使用しての3次元計測技術の紹介である。2時期に発生した地震により、工場施設内の高さ120mの煙突に傾斜が生じていないかを確認するため、 TLSによる3次元計測により、筒身および繋ぎ梁の傾斜角を算出した。得られた2時期の結果を比較すると、ほぼ変位はないことが確認された。従来手法では煙突上部の測定対象点まで上る必要があったが、 TLSの場合、安全かつ短時間に高精度なデータを取得が可能となる。 TLSを用いて安全に高精度な情報を取得することは，工場施設の維持管理において有効な手段であることが検証された。今後も煙突だけでなく、他工場施設の維持管理へ展開を図っていく。

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令和5年度土木学会全国大会第78回年次学術講演会

地上型 3D レーザスキャナによる地震発生時の工場施設の計測及び解析
大成建設株式会社 正会員○加藤三郎

株式会社計測リサーチコンサルタント 正会員

木本 啓介

株式会社計測リサーチコンサルタント

安井伸顕

１．はじめに地上型 3D レーザスキャナ（TLS：Terrestrial Laser

械位置を中心として全周囲の 3 次元座標を抽出し点群Scanner）やモバイルスキャナの小型化・高性能化といを得ることができる．遠隔からの非接触測定が可能なったハードウェアの革新と 3D データ解析技術や画像ことから安全に計測作業を実施できる．スキャナを三解析技術，PC 性能の向上などソフトウェアの革新の相脚に設置して 1 か所あたり 10～30 分程度計測を行い，乗効果により 3 次元計測技術が広く普及し，建設分野煙突の全体形状を取得するために複数個所から機器をでは建設生産システム（設計・施工・維持管理など）の盛替えながら計測した．このとき，各位置で計測したデ効率化・高度化を図るため，BIM/CIM や i-Constructionータを合成処理するため，煙突以外の構造物も同時にが導入され，3 次元計測の重要度が増している．

データを取得した．

2021 年 2 月 13 日に発生した福島県沖地震（最大震度対象とした煙突は，高さ 120m の三脚集合型煙突であ6 強）の影響で工場施設内の煙突に傾斜が生じていないり，2011 年 6 月には測量により傾斜度が測定され，2021かを確認するため，その傾斜の有無を TLS による 3 次年 3 月，2022 年 3 月は TLS により傾斜度を測定した．

元計測により算出した．翌年，2022 年 3 月 16 日にも同

３．データ解析

地域で震度 5 強程度の地震が発生したため，2021 年と（1）取得した点群同様の計測を行い，傾斜の有無を算出するとともに，2各位置で計測したデータをそれぞれ特徴的な形状を基準に合成処理を行い，対象煙突の 3D 点群を作成した．

時期のデータ比較により，その有効性を検証した．
2011 年の東北地方太平洋沖地震後には，作業員が煙合成した点群から対象煙突部のみを抜粋した状況を図-

突上部の測定対象点まで上り，測量により傾斜の計測

2 に示す．また，2021 年と 2022 年に計測したデータをを行っていたが，TLS を活用することで地上から安全重畳した状況を図-3 に示す．煙突下部の周辺施設におかつ効率的に作業を行うことが期待される．

いて，2 時期のデータがほぼ一致していたため，煙突下２．使用機器および実施概要

部では変位はなく，精度の高いデータが取得できてい使用した TLS は，図-1 および表-1 に示す Trimble 社

ると言える．

製 SX10 である．TLS は，計測対象物とセンサの間をレーザ光が往復する時間を計測することで距離を計測し，同時にレーザビームを照射した方向により器械に対する計測対象点の 3 次元座標を取得するものである．機
表-1
機種名
ﾚｰｻﾞｸﾗｽ
計測方式
測定距離
計測範囲
計測精度

図-1

主な仕様
Trimble SX10ｸﾗｽ 1M
ﾀｲﾑｵﾌﾞﾌﾗｲﾄ方式
0.9～600m（反射率 90%）
V300°×H360°±2.5mm

真上から表示図-2

煙突頂部

合成処理した点群データ使用した TLS

キーワード
連絡先

地上型 3D レーザスキャナ（TLS），工場，地震，煙突，傾斜度

住所：〒980-0811 宮城県仙台市青葉区一番町 3-1-1 仙台ファーストタワー12 階
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高度により色分

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拡大 1（4）2 時期の傾斜角の比較
2 時期（2021 年，2022 年）に算出した筒身の傾斜角（5G-6G 間，5G-7G 間）と繋ぎ梁の傾斜角（各ﾌﾟﾗｯﾄﾌｫｰﾑ）の差分を表-2 に示す．2 時期の傾斜角の差分は 0.01～0.02 度程度であり，変位量に換算すると数 mm 程度

拡大 2であった．測定誤差を含むことを加味すると，ほぼ変位はないことが確認された．
表-22021 年

2022 年

図-3

重畳

ﾌﾟﾗｯﾄﾌｫｰﾑ

2 時期の点群データの比較

7G（2）筒身の傾斜角算出

2021 年と 2022 年の傾斜角の差分
筒身の傾斜角差分 θ[deg]ﾌﾟﾗｯﾄﾌｫｰﾑ間

5G～7G 間▲0.0680.007▲0.026

6G

取得した点群から煙突上部の約 20m 区間（5G～7G）

繋ぎ梁の傾斜角差分θ[deg]▲0.006▲0.015において，図-4 に示すように 5G 直上および 7G 直下の5G

筒身断面データを抽出し，そこから近似円を作成し，そ4G▲0.012

れぞれの近似円の中心位置から変位量 a,b を算出する

3G▲0.025ことで，煙突上部の傾斜角を算出した．

2G▲0.006

1G0.009

近似円
中心４．まとめ

7G
H:200.017

高さ 120m の三脚集合型煙突の地震後の影響を確認

筒身断面の近似円を抽出するため，2 時期にわたり TLS で 3 次元計測を行い，筒身および繋ぎ梁の傾斜角を算出した．得られた 2 時期の結果を比較すると，差分は 0.01～0.02 度程度であ傾斜角算出

6Gba

傾斜角θ
＝arctan(a/b)

図-4ことが確認されたことに加え，再現性の高い計測が可能であることも確認できた．

H:05G

り，変位量に換算すると数 mm 程度でほぼ変位はない

従来手法では作業員が煙突上部の測定対象点まで上る必要があったが，TLS の場合，地上で安全かつ短時間筒身の傾斜角算出の手順に高精度なデータを取得が可能となる．また，測量では（3）繋ぎ梁の傾斜角算出測点のみの情報取得となるが，TLS では面的にデータ繋ぎ梁の下フランジ下面と補強リングの接点 2 点のを取得できるため，傾斜方向の算出や任意点の変位な座標値から図-5 に示す手順で梁の長さと水平に対するど，測量では把握しづらい事象をデータ処理により抽傾斜量を抽出し、傾斜角を算出した．

出することも可能である．これらのデータを定期的に取得し，蓄積していくことで構造物の経時的な変位を効率的に評価することもできる．
TLS を用いて安全に高精度な情報を取得することは，工場施設の維持管理において非常に有効な手段であり，BIM/CIM 等と連携を図っていくことで，より高度で効梁の長さ
傾斜量δi

図-5率的な維持管理手法となる．今後も煙突だけでなく，他傾斜角θ工場施設の維持管理へ展開を図っていく．

繋ぎ梁の傾斜角の手順

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