建設技術情報（第15期） - Society5.0を実現する新技術TECH15

濁水処理を超高速で行う凝集沈殿装置となります。従来技術では可搬式角型シックナーを使用して凝集沈殿処理を行っていました。開発技術を活用することにより、フロックの高密度化による超高速分離が可能となり装置の小型化、経済性の向上、設置工事の工期短縮、処理水品質の向上が図れます。沈降促進剤としてアクチサンドを添加することにより緻密なフロックが生成され、この結果生成フロックを60m/h～120m/hの超高速で分離ができます。また、インターネットを経由し超高速凝集沈殿装置の運転状態を遠隔監視して装置の維持管理も行い、安定した処理水質を確保する。

①下水道管の損傷の検出漏れや判定品質のばらつきを低減するため、広角カメラ調査データに対して画像認識AI技術を用いて損傷の検出を行う。
②膨大な掘進管理データを蓄積することで、クラウド上に構築したAIによる高性能な方向予測と方向制御を実現させる。施行結果から、20％を上回る精度向上を実現する掘進管理が可能。

土工事の現場における進捗管理を効率的に行う「4K定点カメラ映像による工事進捗管理システム」は、主に次の４つの機能を実装しており、ブラウザを介してどこからでも利用できます。①映像にCIMモデル等の3Dデータを重畳表示、②映像上から任意地点の距離や面積を瞬時に算出、③建機検出AIにより稼働中のダンプ等を識別し進捗レポートを作成、④映像からオルソ画像（俯瞰画像）の作成。本システムを防潮堤の盛土工事で試行し、建設現場の生産性向上につながる結果が確認されました。なお、本システムの開発・試行は、国土交通省の2019年度「建設現場の生産性を飛躍的に向上するための革新的技術の導入・活用に関するプロジェクト」（PRISM）で実施したものです。

KTN結晶を用いた波長掃引光源から出射される掃引光を、推進管内に設置された計測器に光ファイバを利用して送ることで、遠方でも光強度を落とすことなく計測することを可能としました。推進管内に設置される計測器はモータのような駆動部品がなく、振動等が発生する屋外環境でも安定した高速、高精度計測を実現しました。

https://keytech.ntt-at.co.jp/ktn_crystal/prd_2051.html

オープンシールド工法は、オープンシールド機を使用してプレキャスト製品のボックスカルバートやＵ型開渠を地中に埋設する工法である。
そのオープンシールド工法において、トータルステーション（自動追尾型）と傾斜計を活用し、オープンシールド機掘進時の姿勢を計測管理し、施工効率を高め工期の短縮や省人化を図るものである。

砂防堰堤の設計において、現行の基準では計画地点の上下流各々200mの範囲で礫径調査を実施し、設計諸元を決定することになっています。計測を実施する渓流は足場が悪く、作業の長期化や人の目線による見落とし、作業誤差が発生します。さらに土石流の調査は、滝などの急峻斜面が存在する場合も少なくなく、直接人が視認できない場所に礫が分布することも想定されます。
本システムは、UAV等を用いた高解像度の撮影画像を用いた礫径の判読作業について、生産性向上や作業者の安全性向上の観点から、人工知能（AI）を用いた自動判読技術の適用を試みたものです。

建設業では、若年入職者の減少や技能労働者の高齢化などにより、次世代の担い手確保が喫緊の課題となっています。 その中で、鹿島は「次世代建設生産システムの構築」を基本方針の柱の一つとし、働き方改革と生産性向上を両輪に、現場の就労環境の改善や業務の効率化、 R&Dの戦略的推進などを積極的に進めています。
①「A4CSEL®：クワッドアクセル」
汎用の建設機械に計測装置や制御用PCを搭載して自律型自動建設機械に改造し、熟練者の実操作データをAI手法等で強化した最適制御にて自動運転を実現するとともに、施工条件に応じて施工計画を最適化できることが大きな特長で、従来のリモコンなどによる遠隔操作とは異なり、管制室から作業指示を送信するだけで複数の建設機械が自律的に判断し自動化施工を行う技術です。
②「山岳トンネル現場の自動化・ワンオペレーション化」
山岳トンネルの現場では、切羽部作業は大きく6つのサイクルの繰り返しという施工的特徴から自動化による高い生産性向上が見込めることから、施工の主作業は一人のオペレータまたは中央制御による遠隔・自動操作による施工を目指した技術開発を進めています。
③「IoTが変える土木の現場」
ICTやCIMを活用した建設現場のデータ化を通じ、直接的な施工のみならず管理業務の高度化・効率化も図り、安全な施工と働き方改革の両立を目指しています。「現場状況の見える化」、「ICTツールによる遠隔化・ペーパレス化」、「ノウハウ・実績のデジタル化」といった観点から、タイムリーでスピーディーな意思決定を実現します。

AR安全可視化システムは、構造物位置や周辺状況をリアルタイムでAR表示することにより、施工現場の安全性向上に資する支援ツールです。
本システムは、タブレットを主体とした手軽さが特徴であり、様々なツールとして汎用することができます。
一例として、下記のような海上工事特有の課題を解決することができます。
・浅瀬等の危険箇所を有する海域や、視認性が悪い夜間・濃霧時における船舶の安全航行
・目視確認が困難な箇所（水中等）における作業の安全確保およびアラートによる注意喚起

スラリー化したセメント系改良材を軟弱地盤中に注入し、軟弱地盤と撹拌混合することで化学的に固化する機械撹拌式の軟弱地盤改良工法です。ICT（情報通信技術）を活用することで、作業の効率化、高精度な施工を実現する技術や国土強靭化に寄与する技術ならびに実施例を紹介します。

建設・土木等の現場に設置した監視カメラからの映像データに加え、各種データをクラウド上で保存、管理することで足を運ばずに現場状況が把握可能になり効率的な現場管理が出来るシステムです。
指定範囲・指定時間内で動きを検知した際に管理者に通知するモーション検知、気温や雨量や風向き、風速・WBGT等の気象観測センサーによるデータ、扉の開閉時を検知する開閉センサーのデータ等、全てをカメラの映像データと同時刻で1画面表示します。
既にクラウドシステムを使用している場合は他システムとの連携も可能です。利用者のニーズに添ったシステム構築を行います。

従来の高精度測位（RTK-GNSS）では、施工エリア内に基地局（基準局）を設置し、補正情報をローバー側に無線伝送する必要がありましたが、本技術では全国1,300か所に設置された電子基準点（国土地理院設置）を利用し、補正情報を生成して提供をするので、基地局（基準局）を設置しなくても従来型の高精度衛星測位（RTK-GNSS）と同等の測位精度が得られます。

「シミズ・スマート・トンネル」は，「Society5.0」と「Safety2.0」の考え方に基づき，トンネル工事の従事者や建設機械，作業環境，建設地周辺の自然環境などのあらゆる情報を集約し，AI解析に基づくガイダンス情報をリアルタイムにフィードバックすることで，高い次元での安全性向上と生産性向上の両立を目指すものです。このシステムは統合システムであり，多くの要素技術およびその組み合わせで構成されます。要素技術のうち最新のものを以下に紹介します。

①山岳トンネル覆工自動施工システム
流動性を高めたコンクリートを使用して，山岳トンネルの覆工コンクリートの打込みから締固め，打止めに至る一連の作業を自動化するシステムです。
②分割型Pca覆工システム
シールセグメントの設計手法を応用し，分割したプレキャスト部材を馬蹄形に組立て，トンネル覆工体を急速施工するシステムです。新設，リニューアルを問わず適用できます。
③重機接触災害リスク低減システム
ICTを活用し，トンネル掘削作業の中でも特に危険とされる「ずり出し作業」での人と重機の接触災害リスクを低減します。

（1）映像・IoTデータを活用した現場管理支援システム「T‐iDigital Field」
・現場のリアルタイム映像や各種センサー等の取得データ（建設機械稼働状況やコンクリート性状、作業進捗などの施工情報）を可視化。工事関係者が「いつでも」「どこでも」「すぐに」施工状況を、モニター画面、スマートフォンやPCなどで遠隔から容易に閲覧・共有することにより、遠隔臨場で的確な現場管理が可能となるシステム。

（2）自律型建設機械による無人化・自動化施工
5G環境で適用可能な無人化重機及び補助技術を、パネル、モニター動画で紹介
①T-iROBO Excavator　（油圧ショベルが土砂とダンプトラックを認識して自動で土砂掘削・積込）
②T-iROBO Crawler Carrier　（指定ルートで土砂を運搬し、指定場所で排土後、再度積み込み場所へ戻る一連の運搬作業をすべて自動で実施）
③T-iROBO Roller　（施工範囲や転圧回数などの施工条件を指定すると、自動で転圧作業を実施。夜間施工も可能）
④T-iROBO Breaker　（遠隔操作室から操作者が破砕する岩を指定すると、ブレーカを装着した油圧ショベルが指定の岩に接近走行し、自動破砕）
⑤人体検知システム（AIを活用した人体検知システムにより自律型建設機械の自動停止やルート内の障害物を回避します）
⑥地盤締固めの品質管理システム「T-iCompaction」　（路盤や盛土の直上から地盤内部の密度と含水量を非破壊で連続的に自動計測するシステム。T-iROBO Rollerに搭載して、自動で施工と計測を同時に行うことが可能）

コテプリは、コンクリート打設時の仕上げ高さを自動追尾トータルステーションとスマートグラスにより、作業員が直接確認及び調整できるシステムです。従来は、高さ目印を基準にした作業員の目測で対応していました。本技術の活用により、リアルタイムに設計との差が数値で分かるため、品質及び施工性が向上します。

ビーコンアラートは、ビーコン（無線標識）を危険箇所に設置し、警報エリアに接近した作業員に対して、危険箇所への接近をイヤフォンにて音声出力、また、スマートフォンにてバイブレーションおよび画面表示で通知するシステムです。

担当 / 鎌田

【RFIDひずみ計測システム】
無線で構造物内部に発生するひずみを計測できるシステムで、センサ・通信部ともに埋設されるため、非破壊で、誰にでも簡単に計測できます。計測結果はメモリに保存できるほか、無線電波で電源を供給するため電池が不要です。
【RFID腐食環境検知システム】
塩害・中性化・化学的侵食に起因する鉄筋コンクリート構造物の鉄筋腐食を、鉄筋近傍の腐食環境を評価することで予防保全を実現できるシステムです。ひずみ計測システム同様、センサ・通信部ともに埋設されるため、非破壊で、誰にでも簡単に計測できます。
【iコンスペーサを用いた構造物情報管理】
ICタグの固体識別IDやメモリを活用して、構造物に関わる諸情報の記録や管理を容易に実現します。また、外部システムと連携することで、施工管理や維持管理のICT化を促進します。

【内容】
本システムは、粒径判定と水分量判定システムから構成されます。
・粒径計測システム　 ：空間コード化法を用いて粒径を瞬時に計測
・水分量計測システム：散乱型RI 水分計と自動昇降装置の組合せで計測
【効果】
・搬入ダンプ全台数の計測が可能となる事で、品質管理の向上及び省人化が可能となります。
・90秒/台の計測時間なので、サイクルに影響しません。
・規格範囲外の不良材排除が可能となり、不良材混入による締固め不足が解消され、盛土品質の向上につながります。

【内容】
自動走行型ロボットとRI試験器を搭載した台車を組み合わせ、盛土品質管理試験（RI試験）を自動化する技術です。
・ロボットに搭載したGPSにより、現在地を把握し指定した場所まで移動後、RI試験器が降下し計測します。
・場所の指定は、パソコン・タブレットで地図や図面上のウェイポイントで行います。座標による指定も可能です。
・指定場所へのルート上に、障害物がある際は搭載したレーザーセンサーで障害物を検知し迂回行動を実施します。
【効果】
・施工管理の効率化・生産性向上が期待できます。

【内容】
AR技術等を利用し、切羽面からの肌落ちや崩落･崩壊の兆候を事前に予測し、崩落危険度を知らせる警報発信手法です。
・3Dレーザースキャナで連続的に鏡面を測定し、管理値を超えた変位個所をグリーンレーザーでマーキングし可視化します。
・カメラ映像と変位データを結合しAR表示することで、現在の切羽状況が一目でわかるようになります。それを、切羽監視員のヘルメットに装着したスカウター、タブレット端末、施工機械のモニターなどでリアルタイムに確認できます。
・切羽直近の作業員には、ヘルメットハンマーの振動によって異常を直接伝達します。
【効果】
・切羽変位の把握を誰でも出来るようになります。
・施工時間・異常検知時間・退避時間が短縮します
・切羽作業員、重機オペレータ、現場職員の情報共有が円滑になります

【内容】
既存の住宅地や工場敷地内などの、狭隘な施工条件下でTOFT工法の格子状地盤改良体を構築する目的で開発された施工法です。
【効果】
・機械の運搬が容易かつ組立・解体に要するスペースの縮小が可能になります。
・機械攪拌式であるため、噴射攪拌式などに比べ排泥量も少なく経済的です。
・全自動施工により、改良品質の安定化と省人化を実現します。

近年、土木現場において活用されている3次元データを用いて生産性を向上させる技術を紹介します。測量機や建設機械から取得できる3次元データを、測量・設計・施工・検査の工程で活用することで土木現場の作業効率を向上するだけでなく、インターネットのIoT技術やクラウド技術と融合し土木現場と事務所を繋ぎ新たな価値を作り出すものです。IoT技術は、データの共有や転送によりリモートで情報を共有することが可能になり、生産性を向上するだけでなく土木現場の働き方改革に繋がる技術です。