JP2018124843A - 現場施工管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】 建設構造物の施工管理を行う際に、設計データと実施工データとを比較して、確実かつ容易に設計通りの施工を行う。【解決手段】 建設構造物の設計データを記憶する設計データ記憶手段１０と、実施工データを取得する実施工データ取得手段２０と、実施工された建設構造物の態様を解析する実施工データ解析手段３０と、設計データと実施工データとの一致を判断する形状比較判断手段４０と、設計データ及び実施工データに関連する情報を表示する表示手段５０と、表示手段５０の位置データを取得する位置データ取得手段６０と、表示手段５０において、設計データと実施工データとを重畳させて表示するように制御する表示制御手段７０と、設計データと実施工データが相違する位置を特定して警告する警告手段８０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、現場施工管理システムに関するものであり、特にＭＲ（複合現実）技術やＡＲ（拡張現実）技術等を用いて、現場施工管理に必要な情報を利用者に提供するためのシステムに関するものである。

建設構造物の施工現場では、実際の施工状態が設計と一致していることを逐次確認しながら作業を行うことにより、設計通りの建設構造物を施工している。例えば、鉄筋を組み立てる作業では、墨出しにより現地に設けた基準線に沿って、配筋図を参照しながら鉄筋を組み立ててゆく。この際、鉄筋種別毎の配置や継手の配置のすべては、現場監督と鉄筋工が図面から読み取って判断しなければならない。

そして、鉄筋組み立て完了後に、ピッチ、本数、かぶり継手長等を計測機器（例えば、ノギスや測量用リボンテープ）で計測し、出来形を確認している。しかし、鉄筋を組み立てた箇所のすべてに対して厳密な検査を行うことは現実的に不可能であり、組み立て完了検査は代表断面にて行うことが一般的である。

しかし、このような従来の施工管理方法では、紙の図面を参照しながらの作業を行わなければならず、悪天候や照度不足のように施工条件が悪い時には効率が低下する。また、熟練した鉄筋工が存在しない場合には、鉄筋の組み間違いが発生する可能性がある。また、組み立てが完了してから配筋検査を行うまでの間に、組み間違えを発見することは困難であるため、検査段階で組間違いが発見されると、せっかく組み立てた鉄筋をばらす必要があるなど、大幅な手戻りが発生してしまう。

また、鉄筋の検査は、鉄筋１本毎に検査対象を明示するためのマークを付けなければならず、非常に手間がかかる作業であり、検査員に多大な負担をかけることになる。さらに、全数検査は現実的に不可能なため、品質確保に対する保証が完全とは言えない場合がある。

従来、実際の施工状態と設計とが一致しているか否かを確認するための技術が種々提案されている（以下に示す特許文献参照）。特許文献１には、建設工事において現実空間に重ね合わせて映し出された仮想立体映像を利用して、対象となる現場に即した計測データの解析結果情報や施工管理情報を提供することにより、施工の合理化を図るようにした技術が開示されている。

この仮想現実感を利用した施工支援情報システムは、作業者の視点位置を得る視点位置検出手段と、作業者の視点姿勢を得る視点姿勢検出手段と、作業者が装着した透過型ウェアラブル端末等からなる映像表示手段と、施工支援情報データベース蓄積部と、作業者の位置情報等に基づいて、観察対象となる現実空間の既定座標に描画オブジェクトを重畳させる描画オブジェクト再構築部と、再構築された描画オブジェクトの画像データを映像表示手段で表示可能な映像情報信号に変換する映像信号変換部と、映像表示手段の映像信号受信部に映像情報信号を転送する映像信号転送部とを備えている。

そして、この様な構成を備えることにより、ＣＧにより作成された仮想立体映像情報を、作業者が透過型ウェアラブル端末等の映像表示手段を介して見ている現実空間内にはめ込み、現実空間内で作業者が行う各種の作業に有用な解析結果情報や施工管理情報を提供することにより、作業の効率化、施工精度、安全性の向上を図ることができるとしている。

特許第３６５３１９６号公報

上述したように、従来の手作業による現場施工管理方法では、種々の問題点があった。さらに、特許文献１に記載された技術では、現実空間内で作業者が行う各種の作業に有用な解析結果情報や施工管理情報を提供することができるものの、実施工された建設構造物の細部に至る解析は行っていなかった。例えば、鉄筋を組み立てる作業では、実施工された鉄筋の位置が設計と一致していることだけを確認したのでは、施工管理として十分とは言えない。

すなわち、鉄筋を組み立てる作業では、鉄筋の直線部分、曲線部分（例えば、フック）、太さが異なる部分（重ね継手、機械式継手、圧接）等の部位が設計通りに組み立てられていることが必要であり、ただ単に、設計データと実施工データとを比較しただけでは、細部に至るまで十分な確認を行ったことにはならない。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、建設構造物の施工管理を行う際に、設計データと実施工データとを比較して、確実かつ容易に設計通りの施工を行うことが可能な現場施工管理システムを提供することを目的とする。

本発明に係る現場施工管理システムは、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明に係る現場施工管理システムは、建設構造物を施工する際に、設計データと実施工データとを比較して、比較結果を作業者に提示することにより、現場施工管理を行うためのシステムであって、設計データ記憶手段と、実施工データ取得手段と、実施工データ解析手段と、形状比較判断手段と、表示手段と、位置データ取得手段と、表示制御手段と、警告手段とを備えたことを特徴とする。

設計データ記憶手段は、対象となる建設構造物の設計データを記憶するための手段である。実施工データ取得手段は、対象となる建設構造物の実施工データを取得するための手段である。実施工データ解析手段は、取得した実施工データに基づいて、実施工された建築構造物の態様を解析するための手段である。形状比較判断手段は、実施工データ解析手段における解析結果に基づいて、設計データと実施工データとを比較し、設計データと実施工データとの一致を判断するための手段である。

表示手段は、設計データ及び実施工データに関連する情報を表示するための手段である。位置データ取得手段は、表示手段の現在位置及び向きを含む位置データを取得するための手段である。

表示制御手段は、表示手段の位置データに基づき、表示手段において、設計データと実施工データとを重ね合わせて表示するように制御するための手段である。警告手段は、設計データと実施工データとが一致しないと判断された場合に、設計データと実施工データが相違する位置を特定して警告するための手段である。

また、上述した構成からなる現場施工管理システムにおいて、形状比較判断手段は、施工の進行に伴い、逐次、設計データと実施工データとを比較し、設計データと実施工データとの一致を判断することが可能である。

また、上述した構成からなる現場施工管理システムにおいて、形状比較判断手段は、設計データと実施工データとの一致を数値的に判断して一致度を算出するように機能することが可能である。この場合、警告手段は、設計データと実施工データの一致度に応じて、警告態様を変化させる。

このような構成からなる現場施工管理システムでは、予め、対象となる建設構造物の設計データ（例えば、３次元ＣＡＤデータ）を設計データ記憶手段に記憶しておき、実施工データとの比較に用いる。実施工データ取得手段は、例えば、ウェアラブル端末や携帯端末の撮像機能を用いて実現する。実施工データ解析手段は、取得した実施工データを解析して、建設構造物を構成する部材の位置、長さ、太さ、形状（例えば、直線、曲線）等を特定する。そして、形状比較判断手段の機能により、設計データと解析した実施工データとを比較して、設計データと実施工データとが一致しているか否かを判断する。

また、透過型ウェアラブル端末や携帯端末等を表示手段として機能させて、設計データ及び実施工データに関連する情報を表示する。この際、設計データと実施工データとを重ね合わせて表示するため、位置データ取得手段の機能により、表示手段の現在位置及び向きを含む位置データを取得する。

表示手段の現在位置及び向きが特定できたら、表示制御手段の制御により、設計データと実施工データとを重ね合わせて表示手段で表示する。そして、設計データと実施工データとが一致していない場合には、警告手段の機能により、設計データと実施工データが相違する位置を特定して警告を行う。この際、設計データと実施工データの一致度に応じて警告を行う。例えば、設計データと実施工データが明らかに相違している場合には赤色で相違箇所を表示し、設計データと実施工データが相違している可能性がある場合には黄色で相違箇所を表示する。

また、施工の進行に伴い、逐次、設計データと実施工データとを比較して、設計データと実施工データとの一致を判断することにより、施工段階の早期に施工ミスを指摘することができる。

本発明に係る現場施工管理システムによれば、ただ単に、設計データと実施工データとを比較するのではなく、取得した実施工データに基づいて、実施工された建築構造物を構成する部材の態様を解析した後に、設計データと実施工データとを比較し、設計データと実施工データとの一致を判断するので、設計データと実施工データとの相違を確実に発見することができる。

そして、設計データと実施工データとを重ね合わせて表示するとともに、設計データと実施工データが相違する位置を特定して警告を行うことにより、確実かつ容易に設計通りの施工を行うことが可能となる。

本発明の実施形態に係る現場施工管理システムの構成を示すブロック図。 取得した実施工データを説明する模式図。 設計データと実施工データの重畳表示及び警告表示を説明する模式図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る現場施工管理システムを説明する。図１〜図３は本発明の実施形態に係る現場施工管理システムを説明するもので、図１は現場施工管理システムの構成を示すブロック図、図２は取得した実施工データを説明する模式図、図３は設計データと実施工データの重畳表示及び警告表示を説明する模式図である。

＜現場施工管理システムの概要＞
本発明の実施形態に係る現場施工管理システムは、設計データと実施工データとを比較して、比較結果を作業者に提示することにより、現場施工管理を行うためのシステムであり、取得した実施工データに基づいて、実施工された建築構造物の態様を解析した後に、設計データと実施工データとを比較し、設計データと実施工データとの一致を判断する点に特徴がある。

この現場施工管理システムは、図１に示すように、設計データ記憶手段１０と、実施工データ取得手段２０と、実施工データ解析手段３０と、形状比較判断手段４０と、表示手段５０と、位置データ取得手段６０と、表示制御手段７０と、警告手段８０とを備えている。以下、各手段について説明する。なお、各手段は、電子機器及びその付属装置と、コンピュータに読み込まれることにより、ハードウェア資源と協働して機能を発揮するソフトウェアと、これと同等の機能を実現することが可能な論理回路等のことをいう。

＜設計データ記憶手段＞
設計データ記憶手段１０は、対象となる建設構造物の設計データを記憶するための手段であり、例えば、ＨＤＤやＳＤＤ等の大容量記憶装置により構成することができる。なお、設計データ記憶手段１０は、サーバーの機能手段として構成することが好ましく、例えば、クラウドサーバー上に設置される。本実施形態では、クラウドサーバー上に設置された設計データ記憶手段１０に、各建設構造物の設計データを記憶しておき、インターネット、公衆電話回線、専用データ通信回線、無線ＬＡＮ回線、有線ＬＡＮ回線等の電子通信回線を単独でまたは組み合わせて使用することにより、クラウドサーバーにアクセスして、所望の設計データを受信し、あるいは設計データに変更を加えることができる。

設計データ記憶手段１０に記憶する設計データは、建設構造物毎に作成されるデータであり、実施工データと重畳させて表示することが可能な３次元ＣＡＤデータからなる。この設計データは、３次元ＣＡＤアプリケーション等のソフトウェアを用いて作成することができ、完成データだけではなく、施工手順に沿って時系列的に作成しておく。

これにより、施工の進行に伴い、逐次、設計データと実施工データとを比較することができる。さらに、時系列的に作成された設計データを、施工手順に沿って順次表示することにより、施工手順を確認することができる。

＜実施工データ取得手段＞
実施工データ取得手段２０は、対象となる建設構造物の実施工データを取得するための手段であり、例えば、透過型ウェアラブル端末や携帯端末に内蔵された撮像装置により構成することができる。撮像装置は、撮像レンズ及び撮像素子を主要な構成要素としており、合焦機能、ズーム機能、画角調整機能、照明機能等を有していてもよい。また、実施工データは、３次元画像として取得することが好ましい。この場合には、２眼撮像方式を用いてもよいし、偏光子を用いた単眼撮像方式を用いてもよい。実施工データ取得手段２０で取得した実施工データは、ＲＡＭ等の一時記憶領域に記憶して、実施工データの解析に用いる。

＜実施工データ解析手段＞
実施工データ解析手段３０は、取得した実施工データに基づいて、実施工された建築構造物の態様を解析するための手段であり、例えば、画像解析を行うためのプログラムとこれをインストールしたコンピュータからなる。実施工データ解析手段３０では、取得した実施工データを解析して、建設構造物を構成する部材の位置、長さ、太さ、形状（例えば、直線、曲線）等を特定する。例えば、図２に示すように、鉄筋を組み立てる作業において、実施工データ解析手段３０の機能により、鉄筋の直線部分、曲線部分（例えば、フック）、太さが異なる部分（重ね継手、機械式継手、圧接）等の部位を特定することができる。

＜形状比較判断手段＞
形状比較判断手段４０は、実施工データ解析手段３０における解析結果に基づいて、設計データと実施工データとを比較し、設計データと実施工データとの一致を判断するための手段であり、例えば、形状比較を行うためのプログラムとこれをインストールしたコンピュータからなる。設計データと実施工データとを比較して作業者に提示することにより、作業者は、設計通りに施工されているか否かを認識することができる。

また、形状比較判断手段４０は、施工の進行に伴い、逐次、設計データと実施工データとを比較し、設計データと実施工データとの一致を判断することが好ましい。これにより、施工段階の早期に施工ミスを発見して、作業者に注意喚起を促すことが可能となる。

さらに、形状比較判断手段４０は、設計データと実施工データとの一致を数値的に判断して一致度を算出するように機能することが好ましい。これにより、施工ミスの程度を作業者に提示することができるので、設計データに合致した適切な修正を行うことができる。

＜表示手段＞
表示手段５０は、設計データ及び実施工データに関連する情報を表示するための手段であり、例えば、透過型ウェアラブル端末や携帯端末の表示装置を表示手段５０として機能させる。タブレット端末やスマートフォンは通信機能を有しており、この通信機能を用いて表示画面に表示させるためのデータを送受信することができる。

また、透過型ウェアラブル端末は、ゴーグル（メガネ）及びゴーグル（メガネ）のレンズ面に映像を表示させるための表示装置からなり、種々の形態が知られている。例えば、ゴーグル本体の側面あるいは両側面にプロジェクタを配設し、このプロジェクタからレンズ面に映像を投写し、レンズ内に埋め込まれたホログラムによって光を反射させることにより、利用者が目視している物体に重ね合わせて情報を表示するものがある。透過型ウェアラブル端末を表示手段５０として機能させる場合には、透過型ウェアラブル端末で表示させるためのデータを送受信するための送受信機能を有している必要がある。

＜位置データ取得手段＞
位置データ取得手段６０は、表示手段５０の現在位置及び向きを含む位置データを取得するための手段である。設計データと実施工データとを重ね合わせて表示するためには、表示手段５０の現在位置やレンズ面の向き等に関する位置情報を取得する必要がある。位置情報の取得には、施工位置に設置したマーカーを撮影し、撮影したマーカーの撮像データを用いて位置解析を行えばよい。また、地磁気センサ、ジャイロセンサ、加速度センサ、ＧＮＳＳ、位置情報を発信するビーコン等を単独または組み合わせて用いることにより、位置情報を取得してもよい。

＜表示制御手段＞
表示制御手段７０は、表示手段５０の位置データに基づき、表示手段５０において、設計データと実施工データとを重ね合わせて表示するように制御するための手段であり、画像の表示制御を行うためのプログラムとこれをインストールしたコンピュータからなる。なお、表示制御手段７０として、マイクロコンピュータ等の小型機器を用いることにより、表示手段５０に表示制御手段７０を内蔵することができる。

＜警告手段＞
警告手段８０は、設計データと実施工データとが一致しないと判断された場合に、設計データと実施工データが相違する位置を特定して警告するための手段であり、警告表示制御を行うためのプログラムとこれをインストールしたコンピュータからなる。なお、警告手段８０を表示制御手段７０の一機能としてもよい。

また、警告手段８０は、設計データと実施工データの一致度に応じて、警告態様を変化させることが好ましい。例えば、設計データと実施工データが明らかに相違している場合には赤色（図３において二点鎖線）で相違箇所を表示し、設計データと実施工データが相違している可能性がある場合には黄色（図３において破線）で相違箇所を表示することにより、作業者に注意喚起を行うことができる。

＜現場施工管理方法＞
本発明に係る現場施工管理システムを用いて、現場施工管理を行う方法を説明する。本発明に係る現場施工管理システムは上述した構成を有しており、予め作成しておいた設計データと、施工途中及び施工完了後に取得した実施工データとを比較して、比較結果を作業者に提示する。

この現場施工管理システムを鉄筋の組み立て作業に適用した場合を例にとって説明する。現場施工管理を行うには、予め作成しておいた施工途中及び施工完了時の配筋に関する３次元ＣＡＤデータを設計データ記憶手段１０に記憶しておく。鉄筋の組み立て作業が開始すると、施工現場内に設置した複数のマーカーを撮影して演算処理を行うことにより透過型ウェアラブル端末（表示手段５０）の現在位置及び向きを含む位置データを取得する。位置データは、位置データ取得手段６０の機能により取得する。

また、透過型ウェアラブル端末（表示手段５０）に組み込んだ撮像手段により現在の実施工データを取得する。実施工データは、実施工データ取得手段２０の機能により取得する。実施工データを取得したら、実施工データ解析手段３０の機能により、実施工された鉄筋の形状を解析する。鉄筋の形状とは、例えば、鉄筋の直線部分、曲線部分（フック）、太さが異なる部分（重ね継手、機械式継手、圧接）等のことである。

一方、形状比較判断手段４０の機能により、設計データと実施工された鉄筋の形状データとを比較し、設計データと実施工された鉄筋の形状データとの一致を判断する。そして、透過型ウェアラブル端末（表示手段５０）のレンズ面を通して視認される実施工された鉄筋の実画像に、設計データを重ね合わせて表示する。設計データと実施工データの重畳表示は、表示制御手段７０の機能により実施する。

ここで、設計データと実施工された鉄筋の形状データとが一致しないと判断された場合には、警告手段８０の機能により、設計データと実施工された鉄筋の形状データが相違する位置を特定して警告表示を行う。警告表示は、例えば、設計データと実施工された鉄筋の形状データが明らかに相違している場合には赤色で相違箇所を表示し、設計データと実施工された鉄筋の形状データが相違している可能性がある場合には黄色で相違箇所を表示することにより実施する。

なお、設計データと実施工された鉄筋の形状データの一致判断は、施工途中から施工完了までの適宜時期に実施することが好ましい。これにより、鉄筋の組立中にも、逐次、実物と出来形とを比較することができるため、作業者等に対して、早い段階で施工ミスに気付かせることができる。

このように、本発明の実施形態に係る現場施工管理システムによれば、予め作成しておいた鉄筋組み立ての３次元ＣＡＤデータを、ＭＲ（複合現実）技術やＡＲ（拡張現実）技術により、透過型ウェアラブル端末等を活用して実画像に重畳させる。なお、実施工を開始するに先だって、３次元ＣＡＤデータを透過型ウェアラブル端末や携帯端末等の表示手段５０の表示画面に表示することにより、鉄筋の組立て手順をシミュレートしておき、その結果をＭＲ（複合現実）技術やＡＲ（拡張現実）技術により、施工現場で参照することができる。

さらに、建設構造物の施工完了後に、同様の手法を用いて画像を取得し、設計データである３Ｄモデルと照合した結果をＭＲ（複合現実）技術やＡＲ（拡張現実）技術により、現実世界と重畳させることで、従来のように鉄筋にマークや本数を示す札を設置しなくても、鉄筋の本数、ピッチ、継手等が設計通りに施工されているか否かを容易に確認することができる。また、従来、時間的な制約のため代表断面のみで配筋検査を行っていた工事においても、検査効率が向上することで全数検査が可能となり、施工品質を向上させることができる。

なお、上述した実施形態では鉄筋の組み立て作業を例にとって説明を行ったが、本発明に係る現場施工管理システムの適用対象は、鉄筋の組み立て作業に限定されるものではなく、支保工や型枠の設置作業、掘削作業等、種々の建設構造物の施工管理に対して適用することが可能である。

１０ 設計データ記憶手段
２０ 実施工データ取得手段
３０ 実施工データ解析手段
４０ 形状比較判断手段
５０ 表示手段
６０ 位置データ取得手段
７０ 表示制御手段
８０ 警告手段

Claims (3)

1. 建設構造物を施工する際に、設計データと実施工データとを比較して、比較結果を作業者に提示することにより、現場施工管理を行うためのシステムであって、
   対象となる建設構造物の設計データを記憶する設計データ記憶手段と、
   前記対象となる建設構造物の実施工データを取得する実施工データ取得手段と、
   取得した実施工データに基づいて、実施工された建設構造物の態様を解析する実施工データ解析手段と、
   前記実施工データ解析手段における解析結果に基づいて、前記設計データと前記実施工データとを比較し、前記設計データと前記実施工データとの一致を判断する形状比較判断手段と、
   設計データ及び実施工データに関連する情報を表示する表示手段と、
   前記表示手段の現在位置及び向きを含む位置データを取得する位置データ取得手段と、
   前記表示手段の位置データに基づき、前記表示手段において、前記設計データと前記実施工データとを重ね合わせて表示するように制御する表示制御手段と、
   前記設計データと前記実施工データとが一致しないと判断された場合に、前記設計データと前記実施工データが相違する位置を特定して警告する警告手段と、
   を備えたことを特徴とする現場施工管理システム。
2. 前記形状比較判断手段は、施工の進行に伴い、逐次、前記設計データと前記実施工データとを比較し、前記設計データと前記実施工データとの一致を判断することを特徴とする請求項１に記載の現場施工管理システム。
3. 前記形状比較判断手段は、前記設計データと前記実施工データとの一致を数値的に判断して一致度を算出し、
   前記警告手段は、前記設計データと前記実施工データの一致度に応じて、警告態様を変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の現場施工管理システム。

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