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出版

タイトル 建設技術の新たなステージ ~i-Construction~(<特集>i-Construction)
著者 建山 和由
出版 地盤工学会誌 Vol.66 No.1 No.720
ページ 3〜7 発行 2018/01/01 文書ID jk201807200008
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  • タイトル
  • 建設技術の新たなステージ ~i-Construction~(<特集>i-Construction)
  • 著者
  • 建山 和由
  • 出版
  • 地盤工学会誌 Vol.66 No.1 No.720
  • ページ
  • 3〜7
  • 発行
  • 2018/01/01
  • 文書ID
  • jk201807200008
  • 内容
  • 建設技術の新たなステージ~iConstruction~A New Stage of Construction in Japan ― iConstruction―建.山和由(たてやま立命館大学理工学部建設業の体質改善に向けて日本の将来を考える上で,人口の推移予測は極めて重かずよし)教授と依然,きつい,汚い,危険の 3K と呼ばれる状況は改善されておらず,今後,建設産業を支える人材確保は益々難しくなることが危惧される。要な論点となる。図―は総務省統計局が公表しているこの原因の一つと考えられているのが,低迷する建設日本の人口推計を表している1)。2015年時点の日本の総産業の労働生産性である。高度成長期からバブルと呼ば人口は 126 597 千人で,このうち生産年齢人口とよばれれた好景気時期にかけて,建設産業の労働生産性は一般る 15 歳から 64 歳までの人口は 76 818 千人である。この製造業よりも高い水準を保っていた。しかしながら,推計によると今後,総人口,生産年齢人口とも減少を続1990 年代以降,一般製造業は,自動化などの新しい技け, 30 年後の 2045 年には生産年齢人口は現在の 69.7 術を生産ラインに導入するなど様々な取り組みを行い,となることが予想されている。このシナリオ通りに進む20 年間に生産性を 2 倍以上に改善してきた。一方で建と, 30 年後には現在の 70 以下の生産年齢人口で日本設産業は,インフラ投資が年々減少する中,だぶついたの社会を支えていかなければならないことになる。生産力から生産性を高める必要性が認識されず,生産性生産年齢人口の減少は,建設産業にも大きな影響を及ぼす。直接的には建設従事者減少の加速が懸念されるが,を改善するどころか低下させる状況に陥っていた2)。このような状況を背景に国土交通省では,生産性の大それとともに建設投資の減少も問題となる。すなわち,幅な改善を通じて,建設業を高水準の給料と休暇,なら税収が減少し,またインフラの使用自体も少なくなる中,びに希望の「新 3K」で象徴される産業に変えていくこ年々減少を続けるインフラ整備投資が増加に転じることとを目指し,iConstruction なる政策を打ち出した。こを期待することは,益々難しい状況になると予想される。の i Construction では,「一般製造業に比べて遅れてい一方で,日本の総人口の減少に則して社会インフラのた ICT の積極的活用,単品・現場生産に起因する非効新規建設は勢いをなくしつつも,人々の活動と生活を支率性を改善する規格の標準化,時期により偏りが顕著なえるインフラの維持管理に伴う工事は今後益々増えてい発注の年間を通じての平準化などを柱に据えて,様々なくことが予想される。また,地震,豪雨,火山など年々施策により生産性の向上をもたらし,もって新 3K を実激化する自然災害に備えるべく,災害対策も今まで以上現し,建設業の体質を変えていくことを目指す」としてに力を入れていかなければならない。いる3)。本稿では,このうち,ICT の積極活用による生これらの仕事を担う建設産業は,以前に比べると労働の環境や条件は改善しつつあるものの,賃金水準は全産業平均の 76 と低迷している。また,年間総労働時間は全産業平均の118と長く,さらに死亡災害の件数は全産業の32を占めている2)。すなわち他産業に比べる産性の向上について,具体事例を交えて紹介する。.土工における ICT の全面活用iConstruction では,最初にトンネル工などに比べ生産性が低迷していた土工に焦点を当てて, ICT の全面的な活用を促進し,生産性の向上を図っていくことになった。土工における ICT の導入は,従前から情報化施工として進められてきた。重機操作に ICT を導入して制御の高度化を図る技術の導入や,出来形計測に全地球測位衛星システム(GNSS)やトータルステーション(TS)を導入して省人化や効率化を図る取り組みはその代表例である。iConstruction では,ICT の導入を施工だけではなく,測量,設計・施工計画,検査,さらには維持管理の各工程にまで広げ,土工全体の効率化や省人化を実現し,もって生産性の向上をはかることを目指している。図―にそのイメージを示す3)。図―January, 2018日本の人口推計従来の情報化施工では,施工の段階でのみ,三次元3 総説図―情報化施工と iConstruction3)図―施工計画策定における三次元データの活用(NPO 法人グリーンアース HP より抜粋). 設計・施工計画策定における三次元データの活用図―は,高速道路のインターチェンジの完成図である。この図は,単なる鳥瞰的なイメージ図ではなく,各点の正確な座標値を反映した三次元の設計図である。図―小型無人飛行装置 UAV を用いた写真測量これまで,土木構造物の設計や施工計画の策定では,主要な地点の二次元の平面的な図面を用いてきた。単調表―UAV 測量の導入効果(鹿島建設 HP より抜粋)な線形の盛土構造物などであれば,この手法でも支障は少ないが,図―のような複雑な構造物では,担当者は数多くの二次元の図面を組み合わせて三次元の完成イメージ図を頭の中に描きながら作業を進めなければならなかった。これに対し,三次元データを用いると,三次元の完成イメージを直接得ることができるだけではなく,施工手順に沿って工程の進捗を画面上で確認することにデータを活用していたが,iConstruction では,測量のより,施工法の確認や施工上の不具合を事前に抽出して段階から三次元データを作成し,そのデータを設計・施設計や施工計画の変更に反映させること,さらには,着工計画の策定,施工,検査,維持管理の全ての工程で横工前の現地説明会で地域住民に時系列を追って工事の進断的に使うことを想定している。本稿では,紙面の都合捗をビジュアル情報を使い説明することができるなど,上,測量,施工計画,施工の各工程における ICT 導入多 く の 活 用 が 可 能 と な る 。 こ の 点 は , 従 前 の CIMの意義と効果について紹介する。( Construction Information Modeling )として取り組ま. 測量における ICT の導入れてきたことであり,この意味から iConstruction は,図―( a )は小型無人飛行装置( UnmannedVehicle:AerialUAV)である。この機械の一部はドローンとCIM を取り込んだシステムと言える。. 施工における ICT の導入呼ばれて一般化しつつあるが,建設分野では橋梁など高施工過程における代表的な ICT の導入事例は,重機所で人が近づき難い箇所の調査などでの利用が進められ制御の高度化であり,この技術には MG と MC というている。特に最近では,この機械を使い現場上空から図2 種 類 の 技 術 が あ る 。 こ の う ち , MG は , Machine―(b)に示すように写真測量の原理を利用して航空測Guidance の略でオペレータに機械の操作を補助する情量を行うことにより,現場の状況を定量的に把握する技報を提供し,操作性や施工の精度を向上させる技術のこ術が導入されるようになった。とである。これに対し,MC は Machine Control の略で,表―は,UAV を用いた測量と他の測量との作業効率を比較した結果である。 2 ha 程度の測量を行うことを想定した場合, UAV 測量を導入すると,計測時間,機械の一部を自動制御で動かし,施工の効率や精度を高める技術のことである。MG の事例として,油圧ショベルの例を図―に示す。必要な人工,費用のいずれも大幅に軽減し得ることが分この機械には,衛星を利用して三次元の位置情報を特定かる。す る GNSS と と も に シ ョ ベ ル の バ ケ ッ ト や ブ ー ム ,この事例のように UAV 測量を用いると三次元の測量アームの姿勢を計測するセンサが取り付けられている,データを効率的に取得することができるが,現場の位置また,車載の PC には,盛土や切土の最終の仕上げ面形や大きさ,自然環境や求められるアウトプット,現場の状に関するデータが入力されており,オペレータは,現地形等の条件により,その導入効果が変わるため,これ在のバケットの位置や姿勢と最終仕上げ面の位置関係をらの条件をもとに他の手法との優劣を検討した上で導入画面上で確認しながら正確な作業を行うことにより,丁を進める必要がある。張りの設置や測量作業を大幅に削減し,作業の効率化を図ることができる。4地盤工学会誌,―() 総図―説ブルドーザによる敷均し作業時間の測定結果無による作業時間の違いを含む)。この調査では,施工精度に関してもデータが取られたが,経験が浅いオペ図―油圧ショベルにおける MG の事例(トプコン提供)レータは従来施工では設計面との差が大きく,施工精度が低いという結果が得られたが,MC 手法を用いると熟練者に近い精度に仕上げることが可能であることも確認された。MC 機能を搭載した重機を使用すると,丁張り設置のための人員の削減,作業時間の短縮,要求される重機操作経験の軽減などの効果を見積もることができる。ただし,ここで得られた時間や人員などの余裕を工事全体で活かすことをしなければ,費用をかけて ICT を搭載した機械を導入してもその効果を得ることができない。この様な状況に陥ることを避けるためには, ICTを導入することを目的とするのではなく,工期の短縮,人員の削減,安全性の向上などに関する具体的な目標を立て,その目標を達成するために必要最小限の ICT を選択し,かつ最大限それを活用する姿勢が必要である。図―ブルドーザにおける MC の事例4)この点は ICT の導入で最も注意を要する点といえる。.図―は,MC によるブレード(排土板)制御機能をICT の活用により広がる生産性向上の可能性備えたブルドーザの事例である。この機械にも先の油圧前述の ICT の活用は,国土交通省が打ち出した最初ショベルと同様に車載の PC に構造物の出来形のデータの施策であるが,その他にも ICT を活用すると生産性が入力されており,また,GNSS により機械本体の位置を高めることができる。以下, ICT を活用したマネジ情報を,さらに各種センサによりブレードの位置や姿勢メントの精緻化とロボット技術の導入を紹介する。を計測する機能が登載されている。このマシンでは,ブ. ICT を活用したマネジメントの精緻化レードは所定の出来形が得られるよう自動で制御されるここで紹介する事例は,人工島造成のための大規模なため,経験の少ないオペレータでも効率的に整地や掘削土取り工事である6)。この現場では,山側の採土地で発作業を行うことができる。破,もしくは油圧ショベルにより土岩を掘削し,ブルこの種の機械を利用すると,作業効率と作業精度の向ドーザで集土した後,油圧ショベルもしくはホイール上や工事時間の大幅な短縮を図るとともに,建設機械のローダで重ダンプトラックに積み込み,採土場下端にあ作業時間が短縮されるため,燃料消費に伴う環境負荷をる破砕機まで搬送する。破砕機に投入された大きな岩塊低減させることができるなどの利点から4),各種の工事は 200 mm 以下の土砂にまで破砕され,ベルトコンベで使われる事例が増えつつある。アでストックヤードまで運ばれる。ストックヤードの床図―は,敷均し作業に関し,通常のブルドーザとには土砂の引き出し口があり,ここから引き出された土MC 機能を搭載したブルドーザで作業時間の違いを調査砂はベルトコンベアで積み出し桟橋まで運ばれ,土運船した結果である5)。この調査では,試験用のヤードで条に積み込まれる(図―参照)。件を揃えて作業時間を計測し,かつ操作経験の違いの影一般に採土工事における施工効率は,工事の進捗と共響を見るために,重機操作に熟練したオペレータと経験に時々刻々変化する地質や地形,天候と共に,機械の能の浅いオペレータの両者のデータを計測した。力,オペレータの技能にも左右される。施工効率を向上この結果を見ると,ブルドーザの敷均し作業では,経させるには,これらの要因の変化に対応して採土場所や験年数にかかわらず,MC 機能を導入することにより作重機の配置,発破の薬量と削孔パターンなどの施工方法業時間を半減し得ることが分かる(丁張り設置作業の有を柔軟に変更していく必要がある。そのためには,現場January, 20185 総説図― 現場状況に応じた柔軟な対応図―大規模土取り工事の施工プロセスと導入されたえるよう,基準やマニュアルに従い余裕を見た設計や計画が策定される。設計における安全率はまさしくそのたICTめのものである。しかし,実際には現場の条件は悪いケースばかりではないため,結果として必要以上の資材やエネルギーを投入してしまっているケースが多い。このような場合,基準やマニュアルを標準としながらも,現場の技術者の判断により精緻に管理することで,必要以上の資材やエネルギーの投入を削減していくことができる(図―参照)。このような取り組みは, ICT を使って現場の状況を迅速にかつ正確に把握することにより初めてできることであり,中小規模の建設工事でも ICT を活用して取得図―情報化施工の導入効果した現場の情報に基づく精緻なマネジメントを進めることにより,過剰を削減し,生産性の向上と環境負荷低減の情報をリアルタイムで収集し,現場の技術者が的確なの両立を実現する取り組みが増えていくことを期待した判断を行い得る仕組みを作る必要がある。この現場では,い。図―に示すように ICT を活用して重機の位置や稼働. 建設ロボットの導入による生産性の向上状況をリアルタイムで把握するシステムを導入し,時々前述のように,一般製造業では, 1990 年代頃からフ刻々変化する現場の作業状況に関する情報を収集するとァクトリーオートメーション( FA )と呼ばれる自動化共に,現場の技術者がそれを共有する仕組みを構築した。技術を導入し,生産性を大幅に向上してきた。これに対これにより,技術者は現場内のどこにいても現場全体し,建設分野では,自動化技術の導入が進まず,一般製の状況を把握することができ,かつ共通の情報を基に施造業に比べると 20 年以上遅れていると言われている。工の改善を議論することができるようになった。このシその理由は,建設投資の減少から建設分野では,生産性ステムを利用して,この現場では,採土場所,重機や火を向上させる必要性がなかったためということもあるが,薬の使用に関する施工方法などを現場の状況に応じて精主には,建設の作業は工場の生産と異なり不確定要因が緻に見直すことにより,資材やエネルギーに関し必要最多く,自動化を導入することが難しいと言うことにある。小限の入力で所定の工事を行うことができる体制を整えしかしながら,建設分野でも危険や狭隘などの理由にた。この結果,図―(a)に示すように,月平均採土量より人が立ち入ることができない現場での作業や単調なとして約 21 の増産を図るともに,必要以上の重機や作業を繰り返さなければならない苦渋作業などではロボ火薬の使用を省くことにより,施工に伴う環境負荷を二ット技術が導入されている。その中でも,災害復旧の作酸化炭素の排出量に換算して約 24 削減することに成業で用いられる無人化施工の技術は,海外でもほとんど功した(図―(b)参照)。見られない先進技術といえる。工場生産を主とする一般の製造業では,既に極限まで我が国では,豪雨,地震,火山などに起因して土砂災の取り組みを行っているため,さらなる CO2 排出削減害が数多く発生する。災害発生時には,人命救助や早期を実現するには,生産量を落とすか,コストをかけて省の道路啓開のために土砂の除去を行わなければならないエネ型の機械を導入しなければならない状況にある。建が,作業中に再度土砂崩落が起こり二次災害が引き起こ設工事の現場において生産性向上と環境負荷の低減を両される可能性がある。このような場合には,人が現場に立させ得る理由は,建設工事には不確定要因が多いこと立ち入ることなく作業を行わなければならない。このたにある。建設工事は,天候,地質,オペレータの技量なめに,図―に示すように現場から離れた所から,重機どにより影響を受けるが,設計・施工計画の段階では,を遠隔で操作して作業を行う無人化施工技術が用いられこれらの条件が芳しくない場合でも,ある程度工事が行る。無人化施工技術は,自然災害の多発する我が国にお6地盤工学会誌,―() 総.おわりにて~説~iConstruction の普及に向け土工から始められた iConstruction の取り組みも,今年 度 か ら 舗 装 工 や 浚 渫 工 に 広 げ ら れ て い る 。 i Construction は,省力化,作業の合理化,作業時間の短縮,安全性向上を実現して,生産性向上と環境負荷軽減を確立させて,希望にあふれた新 3K で象徴される産業に体質を変えていこうという政策である。そこに至るには,図― 災害復旧で用いられる無人化施工技術新しい設備を導入し,その使い方に習熟しなければならないという山を越えなければならない。国土交通省ではいては不可欠な技術であり,数多くの適用事例が報告さこの山を低くすべく,積算上の考慮を設けるとともに,れている7)。全国 10 箇所にサポートセンターを設け,導入の補助を無人化施工技術は,水中ブルドーザの遠隔操作から始まったと言われているが,本格的に災害復旧に用いられ行っている。この制度を活用して iConstruction にトライする事例が着実に増えている。たのは, 1990 年に噴火した雲仙普賢岳の災害復旧工事今回の iConstruction で最も画期的なことは,基準やである。最初の噴火後も引き続き火砕流の発生する危険マニ ュア ルが 見直 され たこ とであ る。 10 年 以上 前に性のある現場で堰堤の構築などの砂防工事を行うためにICT を活用した情報化施工が導入されたが,十分に普は,現場に人が立ち入ることなく作業を行うことのでき及したとはいえない状況にあった。その大きな理由は,る無人化施工技術を開発する必要があった。この現場で施工に関する多くの基準やマニュアルが従来のままであは, 1993 年以降 20 年以上にわたり無人化施工技術を使ったため,情報化施工はその持てるポテンシャルを活かった工事が行われた。実際の工事では,複数の重機を制すことができなかったことにあったといえる。これに対御するための電波干渉や施工効率の低下,困難な現場のして,iConstruction では,ICT の導入を前提に基準や状況把握など数多くの課題があったが, 20 年以上にわマニュアルが見直された。ただし,基準やマニュアルはたり実際の工事プロジェクトという形で技術開発が続け見直されたが,それらを満たす技術は決して確立されたられてきた。その結果,この技術は雲仙普賢岳だけではものではなく,今後,現場において導入する技術の種類なく日本国中の災害現場で人命救助や早期復旧で適用さやその使い方を模索していかなければならない。これをれる実用技術にまで到達した。その成果は, 2011 年 3契機に現場において技術開発の機運が高まることを期待月の東日本大震災で被災した福島第一原子力発電所におしている。ける瓦礫処理や施設の安定化のための各種作業,また2016 年 4 月に熊本県で発生した地震に伴う土砂災害の復旧工事でも活かされ,速やかな技術の導入と活用が図参1)られた8)。一般に,災害時には,現場の状況は混乱している場合2)が多く,使い慣れていない技術を導入してもうまく使うことができるとは限らない。災害時などの緊急時に作業を確実に行うためには,普段,当たり前のように使って3)4)いる技術を導入することが有効といえる。このため,普段から現場において,より有効な技術になるよう使いな5)がら技術開発を積み重ね,緊急時にはそれが有効に働く正のスパイラルのルーチンを確立する必要がある。建設6)ロボットも雲仙普賢岳のような専用のプロジェクトだけではなく,通常の工事にも導入し,その技術を磨いていく必要があるが,建設ロボットは通常の重機に比べると7)8)コストが大幅にかさむため,その障壁を越えて,一般工事でもロボット技術を活用する仕組みを構築することが必要であり,これを実現することができれば,建設分野におけるロボット技術の導入は大きく進展することが期9)考文献総務省統計局日本の統計 2017 年版 Web 版,入手先〈 http:// www.stat.go.jp / data / nihon / index2.htm 〉(参照2017.11.5)(一社)日本建設業連合会建設業ハンドブック 2017 版より作成.国土交通省 i Construction~建設現場の生産性革命~,iConstruction 委員会報告書,2016.地盤工学会建設工事における環境保全技術,第 8 章,2009.相良幸雄・小櫃基住・藤島 崇情報化施工技術の活用効 果,建 設機 械施 工, Vol. 67, No. 8, pp. 105 ~ 109,2015.建山和由 IT と建設施工 ― Precision Construction の試み―,建設の機械化,No. 625, pp. 3~7, 2002.無人化施工協会ホームページ,入手先〈 http: // www.kenmukyou.gr.jp〉(参照 2017.11.5)野村真一・北原成郎・坂西孝仁最新の無人化施工技術と iConstruction で挑んだ阿蘇大橋地区斜面防災対策工事,建設施工と建設機械シンポジウム論文集,2017.建山和由ロボットとの融合による建設産業の新たな展開,ロボット,No. 228, pp. 4~9, 2016.(原稿受理2017.9.21)待できる9)。January, 20187
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