JP2019082975A - 施工出来高データ取得システム - Google Patents

Abstract

【課題】迅速かつ正確に出来形データ及び出来高データを取得することが可能な施工出来高データ取得システムを提供する。【解決手段】施工対象となる建設構造物を俯瞰する位置（例えば、クレーン９０）に設置され、建設構造物の施工過程における複数の画像データを取得する画像データ取得手段１０と、取得した画像データに基づいて、連続して一体となった立体的な施工状況データを生成する施工状況データ生成手段２０と、生成した施工状況データに対してディープラーニングを行って、出来形データを分析する出来形データ分析手段３０と、建設構造物に関する施工モデルデータを取得する施工モデルデータ取得手段５０と、分析した出来形データと取得した施工モデルデータとに基づいて出来高データを算出する出来高データ算出手段４０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、施工出来高データを取得するためのシステムに関するものであり、詳しくは、施工対象となる建設構造物を俯瞰する位置に画像データを取得するための装置を設置し、取得した画像データを利用して施工出来高データを取得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、現場職員が目視、測量、数量検収、写真撮影等によって、建設構造物の出来形を確認し、人工（作業者の工賃等のことである。）、資機材費等々から出来高を算出するのが一般的である。このように、出来高を取得する作業は人手に頼っているのが現状であり、現場職員の作業を軽減するための工夫がなされている。例えば、以下に示す特許文献には、建設構造物の施工管理を省力化するための技術が開示されている（特許文献１〜特許文献３参照）。

特許文献１に記載された技術は、施工現場において、標定点装置の設定や写真撮影を実施し、標定点の特定等を行って、被測定物の３次元データを算出するための写真撮影管理方法に関するものである。

この写真撮影管理方法は、ステレオ撮影された一連のデジタル画像データから施工管理に利用する出来形の３次元データを求めるようになっている。すなわち、計画準備、撮影、計測、出来形取得までの各作業工程に関するデータをデータベースで管理する技術であり、使用カメラや基準点データ等のプロジェクト情報に基づいて、撮影条件や画像データ等の撮影点情報、標定点計測データ等のステレオモデル情報、３次元計測範囲等の３次元計測情報、ブレイクラインデータ等の出来形情報を生成するようになっている。

特許文献２に記載された技術は、建設作業現場の３次元形状を把握して、丁張りと現況出来形との関係や走行可能範囲や危険範囲などを、建機オペレータに的確に知らせるための現場の画像生成システムに関するものである。

この画像生成システムは、複数のカメラからなるステレオカメラを備えた複数のカメラポールがそれぞれ異なる場所に配置され、各ステレオカメラが建設作業現場を撮影するようになっている。各ステレオカメラは、撮影画像をステレオ処理して距離画像を得る。また、各ステレオカメラから距離画像を取得したホスト装置が、距離画像を統合して建設作業現場の３次元モデルデータを生成する。そして、建機オペレータは、運転席からホスト装置に対して任意の仮想視点を指定すると、ホスト装置は、指定された仮想視点から建設作業現場を見た画像を、３次元モデルデータに基づいて描いて建機に送り、運転席に表示させるようになっている。

特許文献３に記載された技術は、３次元構造体の出来形形状の良し悪しを直感的に把握可能とした出来形可視化システムに関するものである。

この出来形可視化システムは、表計算ソフト、３次元ＣＡＤモデル表示ソフト及び可視化データ生成プログラムがインストールされたコンピュータを備えている。プログラムは、表計算ソフトによるデータ入力表に入力されたデータに基づいて、３次元構造体上の計測点における座標値、設計値及び出来形の実測値のデータを取得するデータ取得部と、３次元構造体の表面位置に設計値と実測値の差分をコンター図として表示するための出来形表示データを生成する表示データ生成部とを備えている。そして、コンピュータは、表示ソフトを動作させ、データを用いて出来形のコンター図を３次元表示させるようになっている。

特開平１０−２４６６２８号公報 特開２００３−３３３５９０号公報 特開２０１７−１２３０６１号公報

上述したように、出来形を確認して出来高を取得するまでの一連の作業は、複雑な手順が必要であり、現場職員の労働負荷を軽減する必要がある。また、これら一連の作業を手作業で行った場合には、多大な時間を要するという問題もある。さらに、工事の進捗と人件費や材料費との関係性を把握する必要があるため、作業に慣れていない職員では出来高の算出に長時間を要してしまう。

特に、広大な土木建設現場において、出来形を確認して出来高を取得するまでの一連の作業を行う場合に、作業員が立ち入ることができない区域が存在したり、既に建造、造成された構造物等に隠れて横方向から現場の状況を正確に把握できなかったりすることが考えられ、この場合には、さらに多大な時間と労力を要してしまうという問題がある。

なお、特許文献１〜特許文献３に記載された技術は、コンピュータを用いて出来形データを生成し管理する技術であるが、作業員が立ち入ることができない区域が存在したり、既に建造、造成された構造物等に隠れて横方向から現場の状況を正確に把握できなかったりする施工現場において出来高データを取得することについては何ら考慮されていない。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、迅速かつ正確に出来形データ及び出来高データを取得することが可能な施工出来高データ取得システムを提供することを目的とする。

本発明に係る施工出来高データ取得システムは、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、本発明に係る施工出来高データ取得システムは、画像データ取得手段と、施工状況データ生成手段と、出来形データ分析手段と、施工モデルデータ取得手段と、出来高データ算出手段とを備えたことを特徴としている。なお、本発明において、画像データとは画像を三次元的に表現するためのデータのことであり、例えば、三次元画素データのことをいう。

画像データ取得手段は、施工対象となる建設構造物を俯瞰する位置に設置され、当該建設構造物の施工過程における複数の画像データを取得するための手段である。施工状況データ生成手段は、取得した画像データに基づいて、連続して一体となった立体的な施工状況データを生成するための手段である。

出来形データ分析手段は、生成した施工状況データに対してディープラーニングを行って、出来形データを分析するための手段である。施工モデルデータ取得手段は、施工対象となる建設構造物に関する施工モデルデータを取得するための手段である。出来高データ算出手段は、分析した出来形データと取得した施工モデルデータとに基づいて出来高データを算出するための手段である。

また、上述した構成に加えて、画像データ取得手段は、施工現場を俯瞰できる装置として、施工現場に設置されたクレーンの適宜位置（例えば、ジブの先端部やフックの近傍）に取り付けることが可能である。

また、上述した構成に加えて、画像データ取得手段では、施工の進行に応じて画像データを逐次取得することが可能である。この場合には、逐次取得した画像データに基づいて、施工状況データ生成手段による施工状況データの生成、出来形データ分析手段による出来形データの分析、出来高データ算出手段による出来高データの算出を実施する。

このような構成からなる施工出来高データ取得システムは、電子カメラ等の光学機器と、コンピュータ及びその付属機器と、コンピュータにインストールされたプログラムとにより構成される。施工出来高データ取得システムでは、電子カメラ等の光学機器からなる画像データ取得手段により、建設構造物の施工過程における画像データを取得する。この際、電子カメラ等の光学機器は、施工現場を俯瞰できる位置に設置されており、施工状況に関する画像データを上方から見た状態で取得することができる。

施工状況データ生成手段では、取得した画像データに基づいて、連続して一体となった立体的な施工状況データを生成する。この施工状況データは、施工現場の立体画像であり、施工状況を把握することができるようになっている。

そして、出来形データ分析手段の機能により、施工状況データに対してディープラーニングを行って、出来形データを分析する。また、施工モデルデータ取得手段の機能により、施工対象となる建設構造物の施工モデルデータ（例えば、ＢＩＭモデルデータ）を取得する。

そして、出来高データ算出手段の機能により、分析した出来形データと取得した施工モデルデータとに基づいて出来高データを算出する。例えば、出来形データとＢＩＭモデルデータとを比較して、建造物の現状高さが設計高さの何％まで施工されているかを把握することにより、施工状況の進行に応じた出来高データを算出することができる。さらに、算出した出来高データに基づいて、施工の進行状況データを生成することができる。

算出した出来高データは、液晶表示装置の表示画面に表示し、あるいはプリンタにより印刷することができる。また、出来高データをＨＤＤ等の記憶装置に記憶してもよい。さらに、施工の進行に合わせて、逐次、出来形データ及び出来高データを記憶しておくことにより、施工完了後に配筋位置等を確認することができる。

本発明に係る施工出来高データ取得システムでは、施工対象となる建設構造物を俯瞰する位置に電子カメラ等の光学機器からなる画像データ取得手段を設置し、建設構造物の施工過程における画像データを取得するので、作業員が立ち入ることができない区域や、既に建造、造成された構造物等に隠れて横方向から現場の状況を正確に把握できない場合であっても、容易かつ確実に画像データを取得することができる。

また、施工状況データに対してディープラーニングを行って、出来形データを分析するので、正確な出来形データを迅速に取得することができる。さらに、正確な出来形データを取得しているので、出来高データの算出も容易かつ正確なものとなる。

このように、本発明に係る施工出来高データ取得システムによれば、作業員の熟練度に頼ることなく、迅速かつ正確に出来形データ及び出来高データを取得することが可能となる。また、出来形データ及び出来高データは、施工過程において適時取得することができるので、施工の進行状況を正確に把握することができるだけではなく、施工完了後に部材の配設位置を確認することができる。

本発明の実施形態に係る施工出来高データ取得システムの構成を示すブロック図。 三次元画像と出来高の関係を示す説明図。 施工過程と出来高の関係を示す模式図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る施工出来高データ取得システムを説明する。図１〜３は本発明の実施形態に係る施工出来高データ取得システムを説明するもので、図１はシステム構成を示すブロック図、図２は三次元画像と出来高の関係を示す説明図、図３は施工過程と出来高の関係を示す模式図である。

＜施工出来高データ取得システムの概要＞
本発明の実施形態に係る施工出来高データ取得システムは、例えば、施工対象となる建設構造物を俯瞰する位置に設置された電子カメラにより撮像した画像データを利用して、施工出来高データを取得するためのシステムであり、図１に示すように、画像データ取得手段１０と、施工状況データ生成手段２０と、出来形データ分析手段３０と、施工モデルデータ取得手段５０と、出来高データ算出手段４０とを備えている。

また、上述した手段に加えて、施工モデルデータを記憶するための施工モデルデータ記憶手段６０と、各種データの表示制御を行うための表示制御手段７０を備えていてもよい。出来形データや出来高データは、表示制御手段７０の制御により、表示手段８０に表示される。

以下、各手段について説明する。なお、各手段は、各機能を発揮するための機器及び付属装置と、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。

＜画像データ取得手段＞
画像データ取得手段１０は、施工対象となる建設構造物の施工過程における画像データを取得するための手段であり、施工対象となる建設構造物を俯瞰する位置に設置されている。この画像データ取得手段１０は、例えば、３Ｄカメラにより構成することができる。３Ｄカメラは、２眼撮像方式であってもよいし、偏光子を用いた単眼撮像方式であってもよい。また、３Ｄカメラを用いるのではなく、施工対象となる建設構造物について複数アングルの画像データを取得し、これらの画像データを用いて画像処理を施すことにより、三次元画素データを生成してもよい。

画像データ取得手段１０で取得した画像データは、ＲＡＭ等の一時記憶領域に記憶して、施工状況データの生成に用いる。なお、画像データの取得は、施工の進行に伴い逐次実施する。そして、施工状況データ生成手段２０による施工状況データの生成、出来形データ分析手段３０による出来形データの分析、出来高データ算出手段４０による出来高データの算出を施工の進行に伴い逐次実施する。なお、画像データ取得手段１０の設置場所に、画像データ取得手段１０に電源を供給するためのバッテリーや、画像データ取得手段１０で取得した画像データを送信するためのデータ送信手段を設置することが好ましい。

画像データ取得手段１０を設置する場所は、施工対象となる建設構造物を俯瞰する位置であり、例えば、施工現場に設置されたクレーン９０の適宜位置（例えば、ジブの先端部やフックの近傍）に画像データ取得手段１０を取り付けることができる。建設構造物を施工する現場にはクレーン９０が設置されているのが一般的であり、このクレーン９０を利用して画像データ取得手段１０を吊り下げれば、画像データ取得手段１０を取り付けるための新たな装置を設ける必要はなく、荷の運搬時に自動的に画像データを取得することができる。これにより、画像データ取得手段１０の設置が容易となるばかりでなく、特別な機器を必要としないので、費用も低減することができる。

また、画像データ取得手段１０は一つに限られず、二つ以上設置してもよい。クレーン９０の適宜位置に画像データ取得手段１０を取り付けることにより、クレーン作業を行う際にジブやフックを移動させると、ジブやフックの移動に伴って、施工現場の俯瞰画像データを取得することができる。なお、通常のクレーン作業だけでは、施工対象となる建設構造物全体の俯瞰画像データを取得できない場合には、俯瞰画像データを取得するためにジブやフックを移動させてもよい。

また、画像データ取得手段１０を設置する場所はクレーン９０のジブやフックに限られず、施工対象となる建設構造物を俯瞰可能な位置であれば、施工現場の周辺に建造された建造物の屋上や、タワーの上部等であってもよい。この場合には、施工対象となる建設構造物全体の俯瞰画像データを取得できるように、画像データ取得手段１０を複数設置してもよい。

本実施形態では、図１及び図３に示すように、クレーン９０が画像データ取得手段１０を移動させるための移動手段として機能するが、移動手段は他の装置等を利用することができる。例えば、施工現場の上空にワイヤーロープを掛け渡すとともに、ワイヤーロープに移動装置を取り付けて、移動装置により画像データ取得手段１０を移動させることができる。また、空港周辺や人口集中地区のように、ドローンの飛行が制限されている区域でなければ、ドローンを用いて画像データ取得手段１０を移動させてもよい。

＜施工状況データ生成手段＞
施工状況データ生成手段２０は、取得した画像データに基づいて、連続して一体となった立体的な施工状況データを生成するための手段であり、例えば、合成画像を生成する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。連続して一体となった立体的な画像とは、あたかも実際の施工現場を視認しているのと同様の画像のことであり、周囲を見渡したり、施工現場を巡回したりした状態を再現するものである。すなわち、施工状況データを生成することにより、仮想的な施工現場空間（全方位を視認可能な仮想空間）を創出することができる。具体的には、取得した複数の画像データ（２Ｄ）に基づいて３Ｄメッシュを生成する。

＜出来形データ分析手段＞
出来形データ分析手段３０は、生成した施工状況データに対してディープラーニングを行って、出来形データを分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。ディープラーニングを行って施工状況データを分析することにより、現段階の出来形データを取得することができる。なお、施工状況データに対するディープラーニングは、出来形データの取得対象となる建設構造物だけではなく、他の建設構造物を含んで広く実施することが好ましい。

＜施工モデルデータ取得手段＞
施工モデルデータ取得手段５０は、施工対象となる建設構造物に関する施工モデルデータを取得するための手段である。施工モデルデータ取得手段５０で取得する施工モデルデータは、建設構造物毎に作成されるデータであり、いわゆるＢＩＭ（Building Information Modeling）データのことであるが、さらに他のデータを含んでいてもよい。施工モデルデータを取得する方法は特に限定されず、施工対象となる建設構造物に関して、その都度入力された施工モデルデータを取得してもよいし、予め作成しておいた施工モデルデータを読み込むことにより取得してもよい。

施工モデルデータは、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とにより、施工の進行に伴い、逐次、設計データと出来形データとを比較して、正確な施工が行われているか否か等を把握することができる。

＜施工モデルデータ記憶手段＞
施工モデルデータ記憶手段６０は、施工モデルデータ取得手段５０で取得する施工モデルデータを記憶しておくための手段であり、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、施工モデルデータ記憶手段６０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施工モデルデータ記憶手段６０に、各建設構造物の施工モデル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、所望の施工モデルデータを受信し、あるいは施工モデルデータに変更を加えることができる。

＜出来高データ算出手段＞
出来高データ算出手段４０は、分析した出来形データと取得した施工モデルデータとに基づいて出来高データを算出するための手段であり、例えば、出来高算出を行うための演算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。出来高データ算出手段４０では、分析した出来形データと取得した施工モデルデータとを比較することにより出来高データを算出する。出来高データの算出については、後に詳述する。なお、出来高データを簡易的に算出するため、例えば、図２に示すように、出来形データを分析して、鉄筋の建て込み、型枠の施工、壁コンクリートの打設等の施工状況を把握し、施工状況の進行に応じた出来高データを算出してもよい。なお、図２に示す三次元画像は、便宜上、二次元で表現しているが、実際には三次元で表現されている。

＜表示手段＞
図１に示すように、本実施形態の施工出来高データ取得システムでは、ビデオ信号の表示制御を行うための表示制御手段７０と、各種のデータを表示するための液晶表示装置等からなる表示手段８０とを備えている。出来形データや出来高データは、表示制御手段７０の制御を受けて表示手段８０により表示される。これにより、作業者や監督者等が出来形データや出来高データを確認することができる。

分析された出来形データや算出された出来高データを表示手段８０の表示画面に表示することにより、作業者や監督者が出来形データ及び出来高データを把握することができる。また、出来形データや出来高データは、プリンタを用いて印刷してもよい。これにより、施工状況に関する帳票類を自動的に作成することができる。なお、図２及び図３に示す出来高データの数値は、目標となる出来高に対する相対的な数値であり、施工完了時の出来高データに対する絶対的な数値ではない。このように、出来高データは、目標に対する相対的な数値として表すことができる。

＜出来高データの取得手順＞
上述した施工出来高データ取得システムを用いて出来高データを取得する手順を説明する。例えば、図３に示すように、クレーン９０のフックに取り付けた電子カメラ（画像データ取得手段１０）により、マンションの建設現場を撮影したとする。図３に示す例では、２０階建ての３棟のマンションを建設しており、左側の棟では１６階まで建設が進んでおり、中央の棟では４階まで建設が進んでおり、右側の棟では１０階まで建設が進んでいるとする。

図３に示す例において、画像データ取得手段１０により画像データを取得し、施工状況データ生成手段２０の機能により連続して一体となった立体的な施工状況データを生成し、出来形データ分析手段４０の機能により出来形データを分析し、出来高データ算出手段４０の機能により出来高データを算出すると、躯体工事における左側の棟の出来高は８０％、中央の棟の出来高は２０％、右側の棟の出来高は５０％となる。

さらに具体的に説明すると、各建設構造物の施工現場において、施工対象となる建設構造物を俯瞰する位置（例えば、クレーン９０のジブの先端部やフックの近傍）に設置された電子カメラ等の光学機器からなる画像データ取得手段１０を用いて、建設構造物の施工過程における画像データを取得（撮影）する。この際、画像データを得ることができない施工範囲がないようにクレーン９０のジブやフックを移動させて、建設構造物の施工現場内における画像データを取得（撮影）する。

取得した画像データは、施工状況データ生成手段２０の機能により連続して一体となった立体的な施工状況データとして適宜な記憶手段（例えば、ＲＡＭやＨＤＤ）に記憶する。そして、出来形データ分析手段３０の機能により、施工状況データに対してディープラーニングを行って、出来形データを分析する。ディープラーニングは、施工状況データと出来形の関係を導き出すための機械学習であり、複数の施工現場から取得した数多くの施工状況データに対してディープラーニングを行うことにより、より一層精度が高い出来形データの分析を行うことができる。

出来形データを分析したら、出来高データ算出手段４０の機能により、分析した出来形データと取得した施工モデルデータに基づいて出来高データを算出する。また、施工の進行に伴って、逐次、出来形データ及び出来高データをＨＤＤ等の記憶装置に記憶しておくことにより、当該データを読み出して、施工の進行状況を容易かつ確実に確認することができる。

マンションの建設工事における出来高データの取得を例にとって説明する。マンションを建設するには、例えば、掘削工事、杭打工事、基礎工事、躯体工事、内装工事、外装工事、外構工事等が行われる。また、工法の違いに応じて、種々の工事が行われる。そして、画像データに基づいて分析した出来形データと施工モデルデータとを比較することにより、どの段階まで工事が進んでいるかを把握することができる。なお、上述した施工手順は一例であり、他の施工手順を含んでいたり、施工手順の一部が省略されていたりする場合もある。

また、全工種数を分母とし、現在完了している工種数を分子とすれば、出来高の概略データを算出することもできる。例えば、マンション工事において、掘削工事、杭打工事、基礎工事、躯体工事、内装工事及び外装工事、外構工事を全工種数とする。この場合には、全工種数は「６」となる。

ここで、施工状況データに対してディープラーニングを行って出来形データを分析することにより、現在、いずれの施工段階（工種）であるかを把握することができる。例えば躯体工事が開始されているという分析結果である場合には、基礎工事までは終了していると判断する。すなわち、この状態では、掘削工事、杭打工事、基礎工事という３つの工種が完了していると判断する。したがって、出来高は、施工が完了している工種数（３）を全工種数（６）で除した値となり、出来高データは５０％となる。

また、上述したように、２０階建てのマンションを建築する場合に、躯体工事における出来高を算出することもできる。この場合、１２階までの躯体工事が完了していると判断した場合には、躯体工事における出来高は１２／２０＝６０％となる。他の工事においても、同様に部分的な出来高を算出することができる。

なお、上述した実施形態ではマンションの建設工事について説明したが、本発明に係る施工出来高データ取得システムの適用対象は、このような施工に限定されるものではなく、トンネル掘削作業、盛り土作業等の土木作業を含めて、種々の建設構造物の出来高データ取得に対して適用することが可能である。

１０ 画像データ取得手段
２０ 施工状況データ生成手段
３０ 出来形データ分析手段
４０ 出来高データ算出手段
５０ 施工モデルデータ取得手段
６０ 施工モデルデータ記憶手段
７０ 表示制御手段
８０ 表示手段
９０ クレーン

Claims (3)

1. 施工対象となる建設構造物を俯瞰する位置に設置され、当該建設構造物の施工過程における複数の画像データを取得する画像データ取得手段と、
   取得した前記画像データに基づいて、連続して一体となった立体的な施工状況データを生成する施工状況データ生成手段と、
   生成した前記施工状況データに対してディープラーニングを行って、出来形データを分析する出来形データ分析手段と、
   前記建設構造物に関する施工モデルデータを取得する施工モデルデータ取得手段と、
   分析した前記出来形データと取得した前記施工モデルデータとに基づいて出来高データを算出する出来高データ算出手段と、
   を備えたことを特徴とする施工出来高データ取得システム。
2. 前記画像データ取得手段は、施工現場に設置されたクレーンの適宜位置に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の施工出来高データ取得システム。
3. 前記画像データ取得手段では、施工の進行に応じて画像データを逐次取得し、
   前記施工状況データ生成手段による施工状況データの生成、前記出来形データ分析手段による出来形データの分析、前記出来高データ算出手段による出来高データの算出を実施する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の施工出来高データ取得システム。

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