JP2019148946A - 施工工程管理システム及び施工工程管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 建築・土木の施工現場において、実際の施工状況を的確に把握して作業監督者や作業員が直感的に進捗状況を把握可能とする。【解決手段】 施工現場の映像を撮影するための撮影手段１０と、撮影した映像データに基づき、所定の工区毎に作業内容を判別して、少なくとも、作業内容、作業状況、作業員の人数を含む進捗データを算出する進捗データ算出手段２０と、算出した進捗データ及び設計データに基づき、少なくとも、当日の進捗データと設計データの差分及び当日と前日の進捗データの差分を含む差分データを算出する差分データ算出手段３０と、算出した差分データに基づき、３Ｄモデル化されたデータを作成する３Ｄモデルデータ作成手段４０と、作成したデータを可視化して表示する映像表示手段５０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、施工工程管理システム及び施工工程管理方法に関するものであり、例えば、建築・土木の施工現場において、実際の施工状況を的確に把握して作業監督者や作業員が直感的に進捗状況を把握できるようにしたシステムに関するものである。

建築・土木の施工現場では、予め、ＢＩＭデータ等を用いてシミュレーションを行い、施工工程の管理を行っている。このような工程管理に関する技術が種々提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特許文献１に記載された技術は、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ものである。

この仮想現実感を利用した施工支援情報システムは、作業員の視点位置を得る視点位置検出手段と、作業員の視点姿勢を得る視点姿勢検出手段と、作業員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、作業員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、作業員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、現実空間内で作業員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。

特許文献２に記載された技術は、鋼構造などの現地据付工程に応じてその出来形をデジタルカメラなどにより高精度で測定し、その寸法を３次元ＣＡＤによる設計データと照合し、現地での実際の据付に反映することで、現地合わせや仕上げ作業を低減するためのシステムに関するものである。この構造物現地据付システムは、構造物を設計する３次元ＣＡＤ部と、現地地形データ生成部と、構造物の現地での施工手順のシミュレーションを行なう現地施工計画・出来形シミュレーション部と、構造物を構成する部材の規定寸法及び／又は公差を変更する規定寸法公差調整部とを備えている。そして、シミュレーション結果に基づき、部材の規定寸法及び／又は公差を変更する。

現地施工計画・出来形シミュレーション部は、３次元ＣＡＤ部から、構造物の設計基準を入力し、シミュレーション結果が、設計基準を満足するか否か判定し、設計基準を満足するときは、部材を現地に据え付け、満足しないときは、部材の設計を変更するか、補助部材で誤差を吸収できるかシミュレーションを行なうようになっている。

特許第３６５３１９６号公報 特開２００７−１７７５４１号公報

ところで、建築・土木の施工現場では、作業監督者等が日々の工事状況を作業原簿に記載し、あるいはコンピュータ帳簿に入力して、工事の進捗状況や出来高を把握している。また、打合せ時に、工事の進捗状況や出来高を発表して、種々のデータを共有することにより、円滑かつ安全な工事の進行に努めている。

このため、上述した特許文献に記載した技術をはじめとして、従来の技術は、工事の進捗状況や出来高を把握するために種々の提案がなされている。しかし、作業監督者や作業員が工事の進捗状況や出来高を直感的に把握するためには、さらなる工夫の余地があった。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、建築・土木の施工現場において、実際の施工状況を的確に把握して作業監督者や作業員が直感的に進捗状況を把握可能とした施工工程管理システム及び施工工程管理方法を提供することを目的とする。

本発明に係る施工工程管理システム及び施工工程管理方法は、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、本発明に係る施工工程管理システムは、施工現場における施工状況データを取得して、進捗状況を可視化することが可能な施工工程管理システムであって、撮影手段と、進捗データ算出手段と、差分データ算出手段と、３Ｄモデルデータ作成手段と、映像表示手段とを備えたことを特徴とするものである。

撮影手段は、施工現場の映像を撮影するための手段であり、例えば、３６０°カメラや複数の単眼カメラからなる。また、撮影手段は、施工現場を移動可能であり、所定の工区毎に、全方位を撮影する。具体的には、作業員のヘルメットに３６０°カメラ等を装着することにより、作業員が施工現場を巡回すると、所定の工区毎に、映像データを取得することができる。また、撮影手段は、自己位置を推定するための自己位置推定手段を備えており、施工現場における位置データを含む映像データを取得することができる。自己位置を推定するには、ＳＬＡＭ、衛星測位システム、複数画像の特徴点抽出による位置推定手法、自律航法、通信デバイスを用いた測位システムの少なくとも一つの自己位置推定方法を用いる。

進捗データ算出手段は、撮影手段で撮影した映像データに基づき、所定の工区毎に作業内容を判別して、少なくとも、作業内容、作業状況、作業員の人数を含む進捗データを算出するための手段である。この進捗データ算出手段では、撮影した映像データに含まれる連続した作業員または機械の動作、工程表データ、撮影した映像データにおける材料または工具、撮影された映像データにおける画像の変化の少なくとも一つに基づき、作業内容を判別する。

差分データ算出手段は、算出した進捗データ及び設計データに基づき、少なくとも、当日の進捗データと設計データの差分及び当日と前日の進捗データの差分を含む差分データを算出するための手段である。算出した差分データにより、施工の進捗状況を把握することができる。

３Ｄモデルデータ作成手段は、算出した差分データに基づき、３Ｄモデル化されたデータ（例えば、ヒートマップデータ）を作成するための手段である。３Ｄモデル化されたデータとは、進捗データを可視化するために、当日の進捗データと設計データとを色分けして表示したり、当日の進捗データと前日の進捗データとを色分けして表示したりするヒートマップデータや、３Ｄモデル表示内で作業箇所を枠で囲み、百分率円グラフにて進捗率を示す（施工実績だけでなく予算消化率なども表示する）ことが可能なデータのことである。３Ｄモデル化されたデータを作成するには、３次元レーザースキャナ、単眼カメラによる３Ｄヴィジョン技術、可視光線や各種波長光線（例えば、赤外線照射）を用いた測量を組み合わせた３Ｄヴィジョン技術の少なくとも一つの手法を用いる。

映像表示手段は、作成した３Ｄモデル化されたデータ（例えば、ヒートマップデータ）を可視化して表示するための手段であり、例えば、作業員が装着するメガネ型またはゴーグル型の表示装置からなり、現状の施工現場の映像に重ね合わせて、３Ｄモデル化された差分データをＭＲ表示することにより、進捗状況を表現するための３Ｄモデル化されたデータ（例えば、ヒートマップデータ）を作業監督者や作業員等に提示することができる。

本発明に係る施工工程管理方法は、施工現場における施工状況データを取得して、進捗状況を可視化することが可能な施工工程管理方法であって、施工現場の映像データを取得する工程と、進捗データを算出する工程と、差分データを算出する工程と、３Ｄモデル化されたデータを作成する工程と、作成したデータを可視化して表示する工程とを含むことを特徴とするものである。

施工現場の映像データを取得する工程は、撮影手段を用いて、施工現場の映像を撮影することにより映像データを取得するための工程である。撮影手段の態様は、上述した施工工程管理システムで説明したとおりである。この施工現場の映像データを取得する工程では、施工現場を移動して、所定の工区毎に、全方位を撮影可能な撮影手段を用いて映像データを取得することが可能である。また、この施工現場の映像データを取得する工程では、ＳＬＡＭ、衛星測位システム、複数画像の特徴点抽出による位置推定手法、自律航法、通信デバイスを用いた測位システムの少なくとも一つにより、撮影位置を推定することが可能である。

進捗データを算出する工程は、進捗データ算出手段を用いて、取得した映像データに基づき、所定の工区毎に作業内容を判別して、少なくとも、作業内容、作業状況、作業員の人数を含む進捗データを算出するための工程である。進捗データ算出手段の態様は、上述した施工工程管理システムで説明したとおりである。この進捗データを算出する工程では、取得した映像データに含まれる連続した作業員または機械の動作、工程表データ、取得した映像データにおける材料または工具、取得した映像データにおける画像の変化の少なくとも一つに基づき、作業内容を判別することが可能である。

差分データを算出する工程は、差分データ算出手段を用いて、算出した進捗データ及び設計データに基づき、少なくとも、当日の進捗データと設計データの差分及び当日と前日の進捗データの差分を含む差分データを算出するための工程である。差分データ算出手段の態様は、上述した施工工程管理システムで説明したとおりである。

３Ｄモデル化されたデータを作成する工程は、３Ｄモデルデータ作成手段を用いて、算出した差分データに基づき、３Ｄモデル化されたデータを作成するための工程である。３Ｄモデルデータ作成手段の態様は、上述した施工工程管理システムで説明したとおりである。また、３Ｄモデル化されたデータを作成する工程では、３次元レーザースキャナ、単眼カメラによる３Ｄヴィジョン技術、可視光線や各種波長光線を用いた測量を組み合わせた３Ｄヴィジョン技術の少なくとも一つにより、３Ｄモデル化されたデータを作成することが可能である。

作成したデータを可視化して表示する工程は、映像表示手段を用いて、作成した３Ｄモデル化されたデータ（例えば、ヒートマップデータ）を可視化して表示するための工程である。映像表示手段の態様は、上述した施工工程管理システムで説明したとおりである。

本発明に係る施工工程管理システム及び施工工程管理方法によれば、施工現場の映像を撮影して、撮影した映像データから作業内容を把握することにより進捗データを算出する。そして、算出した進捗データを用いて３Ｄモデル化されたデータ（例えばヒートマップ）を作成し、作業監督者や作業員等に提示するようになっている。したがって、作業監督者や作業員は、実際の施工状況を的確に把握して直感的に進捗状況を認識することができるので、施工工程の管理を適切に行うことが可能となる。

本発明の実施形態に係る施工工程管理システムの構成を示すブロック図。 本発明の実施形態に係る施工工程管理方法を示すフローチャート。 施工工程管理システム及び施工工程管理方法の適用例を示す説明図。 ヒートマップ表示の一例を示す説明図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る施工工程管理システム及び施工工程管理方法を説明する。図１〜図４は本発明の実施形態に係る施工工程管理システム及び施工工程管理方法を説明するもので、図１は施工工程管理システムの構成を示すブロック図、図２は施工工程管理方法を示すフローチャート、図３は施工工程管理システム及び施工工程管理方法の適用例を示す説明図、図４はヒートマップ表示の一例を示す説明図である。

＜施工工程管理システムの概要＞
本発明の実施形態に係る施工工程管理システム１００は、施工現場における施工状況データを取得して、進捗状況を可視化するためのシステムであり、図１に示すように、撮影手段１０と、進捗データ算出手段２０と、差分データ算出手段３０と、３Ｄモデルデータ作成手段４０と、映像表示手段５０とを備えている。撮影手段１０は、３６０°カメラや複数の単眼カメラにより構成され、映像表示手段５０は、ＭＲヘッドセット等により構成され、他の手段は、コンピュータと当該コンピュータにインストールされたプログラムからなる。すなわち、進捗データ算出手段２０、差分データ算出手段３０、３Ｄモデルデータ作成手段４０は、コンピュータにインストールされたプログラムがＣＰＵ等のハードウエア資源と協同して動作することにより、各手段としての機能を発揮する。なお、プログラムには、これと同等の機能を発揮する論理回路を含んでいる。

＜撮影手段＞
撮影手段１０は、施工現場の映像を撮影するための手段である。この撮影手段１０は、全方位を撮影可能な３６０°カメラや複数の単眼カメラからなる。また、撮影手段１０は、施工現場を移動しながら、所定の工区毎に、全方位の映像を撮影する。詳細には図示しないが、撮影手段１０は、撮像光学系、合焦装置、固体撮像素子（ＣＣＤイメージセンサ）、自己位置推定手段１１等を備えており、作業員のヘルメットに装着することができるようになっている。

自己位置推定手段１１は、撮影手段１０の位置情報を推定するための手段であり、ＳＬＡＭ、衛星測位システム、複数画像の特徴点抽出による位置推定手法、自律航法、通信デバイスを用いた測位システム等を用いて自己位置を推定する。推定した自己位置データは、映像データに紐付けられて、施工現場の３Ｄイメージを作成するために使用される。

また、作業員のヘルメットに３６０°カメラを装着することにより、作業員が施工現場を巡回すると、所定の工区毎に、位置情報に紐付けられた映像データを取得することができる。なお、撮影手段１０を施工現場内で移動させる方法は、どのようなものであってもよく、作業車やドローン等の飛行装置に３６０°カメラを搭載して施工現場内を巡回させてもよいし、施工現場を見渡せるタワー等に３６０°カメラを設置してもよい。

＜進捗データ算出手段＞
進捗データ算出手段２０は、撮影手段１０で撮影した映像データに基づき、所定の工区毎に作業内容を判別して、少なくとも、作業内容、作業状況、作業員の人数を含む進捗データを算出するための手段である。具体的には、図３に示すように、施工現場を複数の工区に分割し、工区毎に作業内容を判別する。図３に示す例では、Ａ工区、Ｃ工区、Ｅ工区で作業が行われており、Ｂ工区、Ｄ工区、Ｆ工区では作業が行われていない。

進捗データ算出手段２０では、撮影した映像データに含まれる連続した作業員または機械の動作、工程表データ、撮影した映像データにおける材料または工具、撮影された映像データにおける画像の変化のうちの一つ、またはこれらを組み合わせて作業内容を判別する。すなわち、作業員の動作や機械の動作は作業内容毎に異なるのが一般的であり、例えば、土砂やコンクリートの運搬作業（Ａ工区）、壁の施工作業（Ｃ工区）、土砂の掘り出し作業（Ｅ工区）等を判別することができる。

さらに、工程表データを用いて、運搬作業において土砂を運搬しているのかコンクリートを運搬しているのかを判別したり、壁の施工作業において型枠を除去しているのか仕上げ作業をしているのかを判別したりすることができる。進捗データ算出手段２０では、作業内容を判別することにより、作業内容、作業状況、作業員の人数等の進捗データを算出することができる。また、ディープラーニング技術を用いて、作業内容を判別してもよい。

＜差分データ算出手段＞
差分データ算出手段３０は、算出した進捗データ及び設計データに基づき、当日の進捗データと設計データの差分及び当日と前日の進捗データの差分を含む差分データを算出するための手段である。当日の進捗データと設計データの差分データを算出するには、設計データのＢＩＭモデルやＣＩＭモデルを用いて、当日の３Ｄモデル化されたデータと照合する。また、当日と前日の進捗データの差分データを算出するには、当日の３Ｄモデル化されたデータと前日の３Ｄモデル化されたデータを照合する。

なお、設計データは、施工工程管理システム１００と通信回線を介してデータ通信可能なサーバ２００等に格納されており、差分データを算出する際に、サーバ２００とデータ通信を行って取得する。

＜３Ｄモデルデータ作成手段＞
３Ｄモデルデータ作成手段４０は、算出した差分データに基づき、３Ｄモデル化されたデータを作成するための手段である。すなわち、３Ｄモデルデータ作成手段４０は、３次元レーザースキャナ、単眼カメラによる３Ｄヴィジョン技術、可視光線や各種波長光線（例えば、赤外線照射）を用いた測量を組み合わせた３Ｄヴィジョン技術の少なくとも一つにより、３Ｄモデル化されたデータを作成する。可視光線や各種波長光線（例えば、赤外線照射）を用いた測量には、例えば、三角測量や、ＴＯＦ方式(レーザー射出から対象に当たって反射し受光部に戻ってくるまでの時間から距離を算出する手法)や、位相差方式(レーザー射出から対象に当たって反射し受光部に戻ってきた際のレーザーの位相差から距離を算出する手法)がある。

具体的には、３Ｄモデルデータ作成手段４０は、図４に示すように、前日の作業状況、当日の作業状況、翌日の作業予定等を色分けして３Ｄモデル化されたデータ（ヒートマップ）を作成する。図４に示す例では、前日の作業状況を黒色で表示し、当日の作業状況を赤色で表示し、翌日の作業予定を緑色で表示する。なお、これらの作業状況データに加えて設計データを他の色で表示してもよい。

＜映像表示手段＞
映像表示手段５０は、作成した３Ｄモデル化されたデータ（ヒートマップ）を可視化して表示するための手段である。この映像表示手段５０は、例えば、作業員が装着するメガネ型またはゴーグル型のウェアラブル端末からなる。ウェアラブル端末は、メガネやゴーグルのレンズ面に映像を表示させるための表示装置であり、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、映像を表示するようになっている。

なお、ウェアラブル端末は、施工現場の実映像に３Ｄモデル化されたデータ（ヒートマップ）を重ね合わせて表示する透過型であってもよいし、施工現場の実映像だけではなく、拡張現実（ＡＲ）技術、複合現実（ＭＲ）技術、仮想現実（ＶＲ）技術を利用して、仮想映像を表示するものであってもよい。透過型のウェアラブル端末を使用するには、ウェアラブル端末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、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、撮影したマーカーの撮像データを用いた位置解析等のシステムを、単独または組み合わせて用いる。

このように、現状の施工現場の映像に重ね合わせて、３Ｄモデル化された差分データをＭＲ（ＡＲ、ＶＲ）表示することにより、作業の進捗状況を表現するための３Ｄモデル化されたデータ（ヒートマップ）を作業監督者や作業員に提示することができるので、作業監督者や作業員は直感的に作業の進捗状況を把握することができる。

＜施工工程管理方法＞
図２を参照して、本発明の実施形態に係る施工工程管理方法を説明する。本発明の実施形態に係る施工工程管理方法は、上述した施工工程管理システム１００を用いて施工現場における施工工程を管理する方法であり、例えば、３６０°カメラを装着した作業員が施工現場内を巡回し、施工現場の映像を撮影（映像データを取得）する（Ｓ１）。施工現場の映像データを取得（撮影）したら、当該映像データに基づき、所定の工区毎に作業内容を判別して、少なくとも、作業内容、作業状況、作業員の人数を含む進捗データを算出する（Ｓ２）。

そして、算出した進捗データ及び設計データに基づき、少なくとも、当日の進捗データと設計データの差分及び当日と前日の進捗データの差分を含む差分データを算出する（Ｓ３）。続いて、算出した差分データに基づき、３Ｄモデル化されたデータ（例えば、ヒートマップ）を作成し（Ｓ４）、ウェアラブル端末等を利用して、作成したデータ（例えば、ヒートマップ）を可視化表示する（Ｓ５）。

なお、映像表示手段５０（ウェアラブル端末）における映像表示では、前日の作業状況の動画または静止画や、材料の消費量、作業員の人数、作業内容等の数値データを表示してもよい。

本発明の施工工程管理システム１００及び施工工程管理方法では、当日の進捗データと設計データの差分データに基づいて出来高を把握することができ、当日と前日の進捗データの差分データに基づいて進捗状況を把握するこができる。

１０ 撮影手段
２０ 進捗データ算出手段
３０ 差分データ算出手段
４０ ３Ｄモデルデータ作成手段
５０ 映像表示手段
１００ 施工工程管理システム
２００ サーバ

Claims (10)

1. 施工現場における施工状況データを取得して、進捗状況を可視化することが可能な施工工程管理システムであって、
   施工現場の映像を撮影するための撮影手段と、
   前記撮影手段で撮影した映像データに基づき、所定の工区毎に作業内容を判別して、少なくとも、作業内容、作業状況、作業員の人数を含む進捗データを算出する進捗データ算出手段と、
   前記算出した進捗データ及び設計データに基づき、少なくとも、当日の進捗データと設計データの差分及び当日と前日の進捗データの差分を含む差分データを算出する差分データ算出手段と、
   前記算出した差分データに基づき、３Ｄモデル化されたデータを作成する３Ｄモデルデータ作成手段と、
   作成したデータを可視化して表示する映像表示手段と、
   を備えたことを特徴とする施工工程管理システム。
2. 前記撮影手段は、施工現場を移動して、所定の工区毎に、全方位を撮影可能である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の施工工程管理システム。
3. 前記進捗データ算出手段は、撮影した映像データに含まれる連続した作業員または機械の動作、工程表データ、撮影した映像データにおける材料または工具、撮影された映像データにおける画像の変化の少なくとも一つに基づき、作業内容を判別する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の施工工程管理システム。
4. 前記撮影手段は、ＳＬＡＭ、衛星測位システム、複数画像の特徴点抽出による位置推定手法、自律航法、通信デバイスを用いた測位システムの少なくとも一つにより、自己位置を推定するための自己位置推定手段を備えている、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の施工工程管理システム。
5. 前記３Ｄモデルデータ作成手段は、３次元レーザースキャナ、単眼カメラによる３Ｄヴィジョン技術、可視光線や各種波長光線を用いた測量を組み合わせた３Ｄヴィジョン技術の少なくとも一つにより、３Ｄモデル化されたデータを作成する、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の施工工程管理システム。
6. 施工現場における施工状況データを取得して、進捗状況を可視化することが可能な施工工程管理方法であって、
   施工現場の映像データを取得する工程と、
   前記取得した映像データに基づき、所定の工区毎に作業内容を判別して、少なくとも、作業内容、作業状況、作業員の人数を含む進捗データを算出する工程と、
   前記算出した進捗データ及び設計データに基づき、少なくとも、当日の進捗データと設計データの差分及び当日と前日の進捗データの差分を含む差分データを算出する工程と、
   前記算出した差分データに基づき、３Ｄモデル化されたデータを作成する工程と、
   作成したデータを可視化して表示する工程と、
   を含むことを特徴とする施工工程管理方法。
7. 前映像データを取得する工程では、施工現場を移動して、所定の工区毎に、全方位を撮影可能な撮影手段を用いて映像データを取得する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の施工工程管理方法。
8. 前記進捗データを算出する工程では、取得した映像データに含まれる連続した作業員または機械の動作、工程表データ、取得した映像データにおける材料または工具、取得した映像データにおける画像の変化の少なくとも一つに基づき、作業内容を判別する、
   ことを特徴とする請求項６又は７に記載の施工工程管理方法。
9. 前記映像データを取得する工程では、ＳＬＡＭ、衛星測位システム、複数画像の特徴点抽出による位置推定手法、自律航法、通信デバイスを用いた測位システムの少なくとも一つにより、撮影位置を推定する、
   ことを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の施工工程管理方法。
10. 前記３Ｄモデル化されたデータを作成する工程では、３次元レーザースキャナ、単眼カメラによる３Ｄヴィジョン技術、可視光線や各種波長光線を用いた測量を組み合わせた３Ｄヴィジョン技術の少なくとも一つにより、３Ｄモデル化されたデータを作成する、
    ことを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の施工工程管理方法。

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