JP2020060018A - コンクリート打設仕上り管理方法及びコンクリート打設仕上り管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】建造物のためのコンクリート打設の仕上がりを計測して、作業者の技能、経験等に依存することが少なく、低コストで管理するためのコンクリート打設仕上り管理方法及びコンクリート打設仕上り管理システムを提供する。【解決手段】コンクリート打設において仕上げ手段に固定設置されたプリズム３と、レーザ測距手段２と、目標表面の高さと打設表面の高さの違いを計算する計算手段６と、計算結果を表示する表示手段６ｂと、及び、データの中継をするデータ処理手段５とからなり、表示手段に、目標とする目標表面の高さと、既に打設された表面である打設表面との高さの違いを強調表示しながら、コンクリート打設高さを表示し管理する。作業者は、スマートグラス等の表示手段４の画面を確認しながら仕上げ作業を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリート打設の仕上がり高さを管理するためのコンクリート打設仕上り管理方法及びコンクリート打設仕上り管理システムに関する。

コンクリートは、材料が地域性を問わず得やすく、施工性が良い点、また、耐久性に優れているため、道路等の土木構造物やビル等の建築構造物に一般的に採用されている。コンクリートは、生コンクリートを所定の枠の中に流し込み、硬化させて構造物を完成させる。コンクリート打設は、人力による場合もあるが、大型工事になると、基本的に専用の機械で行う。

一般的に、生コンクリート打設後、その表面が目的の高さになるように、コテ等で均し作業を行う。このとき、コンクリート表面の高さの精度と平坦度を確保するために、打設高さの目印を設置する。例えば、一般的な工事のコンクリート打設の場合、おおよそ６ｍ²（２．５ｍ×２．５ｍ）の面積又は所定距離毎に、打設高さを示す目印を設置している。

作業者は、この目印を参考に、コテを使用して均し作業をして、最終的に、目印の打設高さになるように、コンクリート打設の表面を仕上げる。打設面積の広いコンクリート打設の場合、打設高さを示す目印を設置する設置作業が行われる。具体的には、作業者は目印の高さを計測しながら目印を一本ずつ設置するため、多大な時間と労力がかかる。

そして目印の設置後、作業者は、この目印を確認しながら、コンクリート打設を行い、最後は、大均し、コテ均しを行って最終的にコンクリート打設の表面を仕上げる。しかし、打設高さの目印は、大均しの時点で撤去することが多く、最終的なコテ均しによる仕上げは、作業者の勘や技能等に依存していることが多い。このように、コンクリート構造物の品質保証を行うためには、コンクリート打設の仕上がり高さの管理が重要である。コンクリート打設の仕上がり、特に、コンクリート打設の表面高さは、目的高さをリアルタイムで管理する技術が求められている。

コンクリート打設の仕上がりを管理する技術としては、多数の種々の技術が提案されている。例えば、コンクリート打設空間にセンサを配置して、コンクリートの打設時に下方から上方に変位するコンクリート面との距離を計測する、コンクリート打設管理システムが開示されている（例えば、特許文献１）。このセンサから出力された計測値を基に、コンクリート高さを演算して、演算表示装置の画面にリアルタイムでその高さを表示している。

また、コンクリート打設時の表面高さの経時的変化を計測して、管理するコンクリート床版仕上がり高さ管理システムが提案されている（特許文献２）。このシステムは、レーザ測距機で、打設されたコンクリート床版の表面の高さを計測し、ディスプレイに、目標とする表面の高さと、既に打設された表面である打設表面との高さの違いを、その高さの度合いの大きさに応じて識別して表示している。

特開２００９−８３３５３号公報 特開２０１３−１９２０２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のコンクリート打設管理システムは、センサとその直下の領域のコンクリート面との間の距離を計測している。このシステムは、道路や高速道路等のコンクリート建造物のように広い領域にコンクリート打設を行うものでは、センサを多数配置する必要があり、不向きである。また、作業者が目印を確認しながら仕上がりのためのコテ均しを行うことがあるが、広い打設面積の場合、目印が撤去され、最終仕上がりのコテ均しが作業者の技能、経験等に依存することが多い。

このため、作業者の技能、経験等に依存しないコンクリート打設表面の仕上がりを正確に管理する技術が求められている。特許文献２のコンクリート打設管理システムは、コンクリート床版の表面の仕上げの基準となる点毎にプリズムを置き、これを基準にして打設高さを計測しているため、多数プリズムを設置し、打設後に撤去する作業が伴う。そして、仕上がりの大均し、コテ均し等の工程においても、現場の作業者の技能、経験等に依存する。

このように、コンクリート打設後に行われる大均し、コテ均し等の仕上がり工程において、作業者の技能、経験等に依存しない、低コストの仕上がりの技術が求められている。更に、道路、スラブや土間等の広い領域にコンクリート打設する場合でも、コンクリート打設の仕上がりをリアルタイムで管理し、コンクリート打設の高さを、現場の作業者に分かりやすく伝達する技術が求められている。

本発明は上述のような技術背景のもとになされたものであり、下記の目的を達成する。
本発明の目的は、建造物のコンクリート打設の仕上がり高さを計測して管理するためのコンクリート打設仕上り管理方法及びコンクリート打設仕上り管理システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、建造物のコンクリート打設の仕上がりが作業者の技能、経験等に依存することが少ない、低コストのコンクリート打設仕上り管理方法及びコンクリート打設仕上り管理システムを提供することにある。

本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を採る。
本発明のコンクリート打設仕上り管理方法は、
コンクリート床版を施工するため、型枠内にコンクリートを打ち込み、仕上げ手段（８）を利用して前記コンクリートの表面を均して仕上げるコンクリート打設において、
前記仕上げ手段に固定設置されたプリズム（３）と、
前記コンクリート打設時に、前記プリズムを追尾しながら、打設された前記コンクリート床版の表面高さを計測し計測データを出力するためのレーザ測距手段と、
前記コンクリート床版の設計データ及び前記計測データを用いて計算し、打設表面の可視化をする計算手段（６）と、
前記計算された結果を表示する表示手段（４、５）と、
前記レーザ測距手段、前記計算手段、及び前記表示手段と通信手段で通信する機能、前記計測データを前記レーザ測距手段から受信して前記計算手段へ送信する機能、前記計算された結果を前記計算手段から受信して表示又は前記表示手段へ送信する機能を備えたデータ処理手段（５）と
からなり、
前記表示手段、目標とする表面の仕上げ高さと、既に打設された表面である打設表面との高さの違いを表示しながら、前記コンクリート打設高さを表示し管理する
ことを特徴とする。

本発明のコンクリート打設仕上り管理システムは、
コンクリート床版を施工するため、型枠内にコンクリートを打ち込み、仕上げ手段（８）を利用して前記コンクリートの表面を均して仕上げるコンクリート打設において、
前記仕上げ手段に固定設置されたプリズム（３）と、
前記コンクリート打設時に、前記プリズムを追尾しながら、打設された前記コンクリート床版の表面高さを計測し計測データを出力するためのレーザ測距手段と、
前記コンクリート床版の設計データ及び前記計測データを用いて計算し、打設表面の可視化をし、及び、前記表面の目標とする表面の仕上げ高さと、既に打設された表面である打設表面との高さの違いを計算して出力する計算手段（６）と、
前記計算された結果を表示する表示手段（４、５）と、
前記レーザ測距手段、前記計算手段、及び前記表示手段と通信手段で通信する機能、前記計測データを前記レーザ測距手段から受信して前記計算手段へ送信する機能、前記計算された結果を前記計算手段から受信して表示又は前記表示手段へ送信する機能を備えたデータ処理手段（５）と
からなることを特徴とする。

上述のコンクリート打設仕上り管理方法又はコンクリート打設仕上り管理システムにおいて、前記高さの違いは、数値、色強調、点灯表示、音声警告及びメッセージ出力の中から選択される１以上の強調表示であると良い。

また、前記仕上げ手段は、トンボ、マグネシウムフロート及びコテの中から選択される一つの用具であると良い。

更に、前記表示手段は、携帯用電子計算機のディスプレイ、又は、網膜投射型のディスプレイ若しくはヘッドマウントディスプレイ方式の拡張現実ウェアラブルコンピュータであると良い。

上述のコンクリート打設仕上り管理方法において、前記測距手段を制御するための測距手段用制御手段（７）によって、前記レーザ測距手段の向きを調整及び／又は前記レーザ測距手段の追尾計測を開始若しくは停止させると良い。

上述のコンクリート打設仕上り管理システムにおいて、前記レーザ測距手段の向きを調整及び／又は前記レーザ測距手段の追尾計測を開始若しくは停止するための測距手段用制御手段（７）を備えていると良い。

本発明によると、次の効果が奏される。本発明のコンクリート打設仕上り管理方法及びコンクリート打設仕上り管理システムによると、コンクリート打設の仕上がり、特に高さを計測し、管理し易くなった。また、本発明のコンクリート打設仕上り管理方法及びコンクリート打設仕上り管理システムによると、コンクリート打設の仕上がりのための大均し、コテ均し工程が、作業者にとって、表示デバイス、スマートグラス等によって視覚化され、作業し易くなった。

本発明のコンクリート打設仕上り管理方法及びコンクリート打設仕上り管理システムによると、コンクリート打設の仕上がりで、特に高さ変化を計測し、コンクリート打設の仕上がりの情報化を図ることができた。更に、本発明のコンクリート打設仕上り管理方法及びコンクリート打設仕上り管理システムによると、コンクリート打設の仕上がり、特に高さを計測して管理することで、コンクリート打設の仕上がりの品質向上、工期の短縮、経済性の向上を図ることができた。

図１は、本発明の実施の形態のコンクリート打設仕上り管理システム１の概要を図示しているブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態のコンクリート打設仕上り管理システム１において、プリズム３と表示器４を仕上げ手段８のトンボ２１に固定して粗仕上げ作業をする様子を図示した例図である。 図３は、本発明の実施の形態のコンクリート打設仕上り管理システム１において、プリズム３を装着したトンボ２１の例を図示している図である。 図４は、本発明の実施の形態のコンクリート打設仕上り管理システム１において、プリズム３を仕上げ手段８のコテ２０に固定して最終仕上げ作業をする様子を図示した例図である。 図５は、本発明の実施の形態のコンクリート打設仕上り管理システム１において、プリズム３をコテ２０に固定する例を示す概念図である。 図６は、本発明の実施の形態のコンクリート打設仕上り管理システム１において、測定位置のオフセットを測定する様子を示す概念図である。 図７は、本発明の実施の形態のコンクリート打設仕上り管理システム１において、コンクリート打設高さを現場で管理する流れの例を示すフロー図である。 図８は、本発明の実施の形態のコンクリート打設仕上り管理システム１において、電子計算機６で行われるデータ処理の流れの例を示すフロー図である。 図９は、本発明の実施の形態のコンクリート打設仕上り管理システム１を利用した実験において、実験現場の概要を図示している図である。 図１０は、本発明の実施の形態のコンクリート打設仕上り管理システム１を利用した実験において、実験結果を示すグラフであり、図１０（ａ）は、仕上げ面の高さの確率密度関数を示すグラフで、図１０（ｂ）は、仕上げ面の平坦度の確率密度関数を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態のコンクリート打設仕上り管理システム１について、図面を参照しながら説明する。図１は、コンクリート打設仕上り管理システム１の概要を図示しているブロック図である。コンクリート打設仕上り管理システム１は、コンクリート床板等の工事のコンクリート打設作業において、その仕上がりを管理するためのシステムであり、特に、コンクリート床板の高さを目標高さと比較して管理するシステムである。

コンクリート床板は、高架橋、道路、ビル等のコンクリート構造物で施工される。例えば、高架橋では、地表に設置された橋脚の上に橋桁（図示せず）が設置され、橋桁の上に、コンクリート型枠が組まれる。コンクリート型枠の底盤型枠上に鉄筋が配され、コンクリート型枠内に生コンクリートが打設される。コンクリート型枠は、生コンクリートが固まるまでの形状を保つためのものである。

ビル建設の場合は、同じくコンクリート型枠が設置され、その中に生コンクリートが打ち込まれる。コンクリート型枠の施工工事、コンクリート型枠の材料等は、本発明の趣旨ではないので、詳しい説明は省略する。一般的にコンクリート打設の現場では、生コンクリートを打込みした後、作業者がトンボ、コテ（木こて、金こて）等の仕上げ道具を利用してコンクリート表面を均して仕上げ作業を行う。

コンクリート打設仕上り管理システム１は、仕上げ作業中、コンクリートの表面をレーザ測距機で測定し、目標の高さと比較して、作業者に比較結果をリアルタイムで提供するものである。本実施の形態のコンクリート打設仕上り管理システム１は、図１に図示したように、レーザ測距機２、プリズム３、表示器４、計測用データコレクター５、電子計算機６等からなる。

レーザ測距機２は、レーザ光源を対象物、本例ではプリズム３に投射してその反射レーザ光を検出することで、対象物までの距離を計算し対象物の座標と高さを出力するものである（詳しくは後述する。）。レーザ測距機２としては、トータルステーションに代表されるように汎用の装置を利用する。本例では、株式会社トプコン（本社：東京都板橋区）製のトータルステーションLayout Navigator LN-100を採用した。

レーザ測距機２は、自動追尾機能を備え、更に、通信機能として、Bluetooth（登録商標）無線通信機能と無線ＬＡＮ（Local Area Network）機能を備える。また、レーザ測距機２はその向き等を遠隔で操作するための測距機コントローラー７を備えている。本例の測距機コントローラー７は、無線通信機能を備えた電子機器であり、図１には、押しボタン式の操作ボタンを有する機器を例示している。

プリズム３は、測距対象点に設置され、レーザ測距機２からのレーザ光線を受けて反射させるためのものであり、本システムは、水平方向の全周囲からの光源を反射できる全周囲プリズムを採用している。本例では、プリズム３としては、Leica Geosystems社（スイス）製の360°Mini prism GRZ101を使用した。プリズム３は、本例で、コンクリート打設の仕上げに利用されるコテ２０、トンボ２１等の仕上げ手段８（整地手段）に固定して利用する（詳しくは後述する。）。

表示器４は、仕上げ場所の高さを表示する作業者が身につけられる表示手段である。作業者は表示器４に表示される仕上げ場所の高さを見ながら、仕上げの高低を目標高さに合致するように仕上げ作業を行う。表示器４は、作業者が目視確認できる場所であれば任意の場所に設置できる。また、表示器４は、作業者が頭部に装着するディスプレイ、例えば、網膜投射型のディスプレイ（スマートグラス）、ヘッドマウントディスプレイ(ＨＭＤ：Head mount display)等が利用できる。

ただし、作業者は、仕上げ場所も確認しながら仕上げ作業を行うので、透明なスマートディスプレイ又は作業箇所の視界を妨げない網膜投射型ディスプレイが好ましい。要するに、表示器４は、仕上げ作業の規模、仕上げの種類によって、仕上げ手段８に固定するディスプレイ、作業者の頭部に装着するディスプレイ等の表示手段４から最適な手段を選択して利用する。

最終仕上げのような高さ制度が設計値と数ｍｍ以下、多くとも１ｃｍ以下等の高い精度が要求される場合、スマートグラスが好ましい。無論、粗仕上げの場合は、スマートグラスも利用できる。スマートグラスは、ウエストユニティス株式会社（本社所在地：大阪市北区）製のInfo Linker（登録商標）等のように、作業者のメガネ若しくはヘルメットにクリップで固定するウェアブル端末が例示できる。

計測用データコレクター５は、レーザ測距機２、表示器４、測距機コントローラー７、電子計算機６等の本システム１の構成機器と通信し、データの送受信を行う中核的なデバイスである。計測用データコレクター５は、以下に詳しく記述するが、基本的に、レーザ測距機２から計測データを受信しこれを電子計算機６へ送信する機能、電子計算機６から処理データを受信しこれを表示器４に送信する機能を備えたデータ処理装置であり、データ中継器とも言える。

計測用データコレクター５は、表示画面を有し、電子計算機６から受信したデータを表示する。粗仕上げのとき、計測用データコレクター５が表示器４として利用できる。計測用データコレクター５は、本システム１の構成機器とは任意の通信手段で通信するが、現場での移動等が多いので、無線通信手段が好ましい。本例では、計測用データコレクター５として、無線通信手段を備えたスマートフォンを採用した。

この例としては、建設現場の過酷の環境で利用するので、パナソニック株式会社（本社所在地：大阪府）製のToughpad FZ-E1等が例示できる。電子計算機６は、中央処理手段、入力手段、出力手段、記憶手段等を備えた電子計算機である。図１には、電子計算機６は、本体６ａとディスプレイ６ｂを図示しており、ディスプレイ６ｂは、現場のコンクリート打設箇所の平面図を表示する例を示している。

図１に図示するように、電子計算機６は、本体６ａとディスプレイ６ｂからなるデスクトップ型コンピュータになっているが、本体６ａ、ディスプレイ６ｂ、入出力装置が一体になった一体型のコンピュータで、ノート型コンピュータで、計算能力が高いサーバコンピュータであってもよい。

電子計算機６は、現場の設計データを補助記憶装置等に格納し、この設計データを利用して仕上げ場所の３次元データを作成する機能、作成された３次元データを計測用データコレクター５、表示器４等へ送信する機能、レーザ測距機２で計測した計測データに基づいて仕上げ場所の高さを計算する機能、この計算を設計値（目標値）と比較し仕上げ場所の高低を出力し、設計データと重ねて表示する機能、計算結果のみ又は計算結果と設計データを重ねた合成データを計測用データコレクター５、表示器４等へ送信する機能、通信機能等を備える。

また、電子計算機６は、設計データを作成する機能、機器位置を計算する機能、作業現場の位置と高低差を計算する機能、現場の状況と作業状況を示す帳票を作成する機能と、帳票を出力する機能を備える。本発明は、電子計算機６自体の発明ではないので、その概略のみを説明し、詳しい説明は省略する。測距機コントローラー７は、レーザ測距機２のレーザ投射方位を調整するためのリモートコントローラである。

測距機コントローラー７は、計測用データコレクター５を介して又直接レーザ測距機２と通信する。測距機コントローラー７は、作業者又は現場の監督等が持参して、そのプッシュボタン、画面上のタッチボタン等の操作ボタンを操作して、レーザ測距機２の投射角度を変更する。

レーザ測距機２がプリズム３を自動追尾しなくなった場合、又は、この自動追尾が中断した場合に、測距機コントローラー７は、レーザ測距機２にその向きを回転する指令を送信し、レーザ測距機２はこの指令を受信してその本体を回転させレーザ投射角度を変更させる。測距機コントローラー７は、レーザ測距機２に指令して自動追尾機能の開始、中断、停止等を遠隔操作できる。

レーザ測距機２でプリズム３を自動追尾して計測したデータは、計測用データコレクター５を介して、電子計算機６へ送信されており、電子計算機６はレーザ測距機２から自動追尾して計測したデータが受信できなくなった、又は、切断されたことを検知すると、自動追尾が停止又は中断された旨についてのメッセージを生成し、計測用データコレクター５と表示器４へ送信し、それらの画面に表示させる。

このメッセージを受信すると、作業者は、仕上げ作業を中断して、測距機コントローラー７でレーザ測距機２を操作し、その向きを調整する等して自動追尾機能を開始させる。図２は、コンクリート打設仕上り管理システム１を利用する例、詳しくは、プリズム３と表示器４を仕上げ手段８のトンボ２１に固定して粗仕上げ作業をする様子を図示したものである。図３には、プリズム３を装着したトンボ２１の例を図示している。

図２に図示したように、作業者は、トンボ２１（ブルフロート、Ｔ字型の仕上げ用具）の柄２１ｂを手で持って、そのコテ部分２１ａを前後に動かして、打込みされた生コンクリートの表面を均している。プリズム３は、図３に図示したように、コテ部分２１ａの上に固定される取付部２１ｃに、固定手段２１ｄで固定されている。固定手段２１ｄは、任意の固定手段が利用できるが、本例では、固定接続用のものでネジとナットで締めるバンドを利用した。

バンドは断面円の筒状のもので、筒状の取付部２１ｃを取り巻くように固定される。柄２１ｂは、筒状の取付部２１ｃに装着されて固定され、これにより、柄２１ｂは略長方形の板材であるコテ部分２１ａと直角にＴ字状に固定される。図２に図示したように、表示器４は、柄２１ｂの中間部に機械的な固定手段で、画面が作業者へ向くように、固定されている。この例では、表示器４は小型のディスプレイ型であり、計測用データコレクター５が表示器４として利用されている。

図４は、コンクリート打設仕上り管理システム１を利用する例、詳しくは、プリズム３を仕上げ手段８のコテ２０に固定して最終仕上げ作業をする様子を図示したものである。図示したように、作業者は、コテ２０の把持部２０ｃを手で持って、コテ板２０ａで仕上げ面上を前後に動かして最終仕上げを行っている。プリズム３は、把持部２０ｃに固定され、表示器４のスマートグラスは作業者の頭部に装着されている。作業者は、スマートグラスの映像／画面を見ながら、最終仕上げを行っている。

電子計算機６は、ネットワークフォルダー、管理センター等の他の電子計算機とインターネット、公衆通信ネットワーク等の通信ネットワークを介して通信し、データの受信を行うことができる。このように電子計算機６は、ネットワーク上の他のデバイスと通信し、設計データを受信し、処理結果やレーザ測距機２から受信したデータ等を送信することができる。

コンクリート打設の仕上げの作業において、作業者が利用する仕上げ道具８には、プリズム３が固定される。本例では、図５に仕上げ道具８の例としてコテ２０を図示している。このコテ２０は、下面が均し面になっているコテ板２０ａと、作業者が手で把持するための取手部（支持棒２０ｂ、把持部２０ｃ）からなる。コテ板２０ａに支持部２０ｂを介して把持部２０ｃが固定されている。

プリズム３は、棒状の把持部２０ｃの先端に固定手段３ａで固定されている。固定手段３ａは、任意の固定手段が利用できるが、本例では、固定接続用のものでネジとナットで締めるバンド３ａを利用した。バンド３ａは断面円の筒状のもので、図５に図示したように、棒状の把持部２０ｃの一端を取り巻くように固定される帯状金属部材からなり、帯状金属部材の長手方向の各端部が折り曲げられたフランジ部が形成され、各フランジ部にはボルト孔が設けられている。

フランジ部にボルトの首部を貫通させて、ナットで締めている。バンド３ａの上部に板部が溶接されて固定されており、この板部にプリズム３が固定ネジ機構で固定されている。図６は、測定位置のオフセットを測定する様子を示す概念図である。プリズム３を固定してコテ２０は、机２２等の水平で平らな場所に配置し、コテ板２０ａの均し面から、プリズム３の均し面までを測定し、オフセット値Ｈ_offsetとする。

これにより、作業者が均し作業をしているとき、コンクリートの仕上げ面（均し面）の正確な高さが確認できる。オフセット値は、計測用データコレクター５に入力される。プリズム３を仕上げ手段８に固定する作業が合わると、測量のために、キャリブレーションを行うが、キャリブレーションは公知であり、詳細な説明は省略する。これにより、電子計算機６は、オフセット値の値を考慮して、仕上げ面の高さを計算する。この計算は公知のものであり、詳細は省略する。

〔レーザ測距機２〕
以下、レーザ測距機２の構造概要、測量の方法等について簡単に説明し、その詳細な構造及び測量の方法については汎用の機器のため省略する。レーザ測距機２は、三脚２ａ（図１を参照。）上に載置されて固定される。レーザ測距機２を搭載した三脚２ａは、コンクリート打設の現場の付近に設置される。

本発明の第１の実施の形態においては、レーザ測距機２は計測用データコレクター５と無線双方向通信を行っているが、レーザ測距器４と計測用データコレクター５が通信ケーブル等で接続される有線通信機能を、レーザ測距機２が備えても良い。以下、無線通信を例に説明する。計測用データコレクター５は、無線通信をするためのアンテナを内蔵する（図示せず。）。

計測用データコレクター５は、このアンテナを介して、レーザ測距機２、表示器４、電子計算機６、測距機コントローラー７等と通信する。計測用データコレクター５は、レーザ測距機２と電子計算機６それぞれと互いに双方向通信を行うための通信機能を有する。電子計算機６は、アンテナ（図示せず。）を介して、計測用データコレクター５と通信する。

レーザ測距機２は、レーザ光（位相）検出距離計算器（図示せず。）を備えている。レーザ光検出距離計算器は、投射レーザ光を発振するためのレーザ投射器と、レーザ投射器の投射方向に対応する２次元角度に光軸を制御するための２軸回転サーボ機構と、レーザ投射角度をプログラム制御するレーザ投射角度電子制御系と、反射して戻ったレーザ光を検出し位相を計測する光波位相解析距離計算器等を備えている。

レーザ投射器から投射された投射レーザ光がプリズム３で反射され、反射され戻った反射レーザ光は、光波位相解析距離計算器で受信される。光波位相解析距離計算器は、反射レーザ光と投射レーザ光に夫々対応する位相の差に基づいて、レーザ測距機２に設定されている機械的原点（基準点）と計測対象点の間の距離（Ｒ）を計算し、測距データとして計測対象点の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を出力する。

測距データは、３次元極座標データ（Ｒ，θ_ｘ，θ_ｙ）を有し、２次元角度座標（θ_ｘ，θ_ｙ）に対応して距離Ｒが測定されているので、その３次元極座標データのうちの距離データＲは、Ｒ（θ_ｘ，θ_ｙ）として表される。３次元極座標データ（Ｒ，θ_ｘ，θ_ｙ）は、レーザ投射角度電子制御系から出力される２次元角度データ（θ_ｘ，θ_ｙ）と、光波位相解析距離計算器から出力される距離データＲとを合成する３次元極座標データ作成器により作成される。

３次元極座標データ作成器は、時系列３次元極座標データ（Ｒ（ｔ），θ_ｘ，θ_ｙ）、又は、（Ｒ（ｔ，θ_ｘ，θ_ｙ），θ_ｘ，θ_ｙ）を作成することができる。その時刻ｔは、内蔵されるクロック（図示されず）により与えられる。レーザ測距機２が設置された位置は後方交会法により計算するが、後方交会法は、周知の測定技術であり、その説明は省略する。

電子計算機６のディスプレイ６ｂには、図１に図示したように、レーザ測距機２で測量した実際のコンクリート打設の進捗状況と合わせてコンクリート床版の設計データが表示される。この表示のとき、コンクリート床版の設計データで目標とする目標表面の高さと、既に打設された表面である打設表面との高さの違いを表示する。この違いは、差異データとして計算される。

図７は、コンクリート打設仕上り管理システム１で、コンクリート打設高さを現場で管理する流れを示すフロー図である。まず、現場では、計測準備をする（ステップ１）。ここでは、作業者等がレーザ測距機２を現場の近くに設置する。また、プリズム３を仕上げ手段８に固定する。生コンクリートの打込み直後の大均しの場合、仕上げ手段８はトンボ２１（図２、図３を参照。）である。

その後、トンボ２１に設置されたプリズム３のオフセット値を測定し、キャリブレーションを実施する。オフセット値は、計測用データコレクター５に、作業者によって入力されて、本システム１に反映される。また、このとき、コテ２０（図５、図６を参照。）のコテ部２０ａにプリズム３を設定し、そのオフセット値を測定できるが、大均し後に行っても良い。

また、電子計算機６と計測用データコレクター５間の通信、そして、レーザ測距機２、計測用データコレクター５、測距機コントローラー７、表示器４との通信状態が確認される。コンクリート打設の準備が行われる（ステップ２）。このとき、生コンクリートを流し込むための型枠点検、生コンクリートの準備等が行われる。ステップ１とステップ２が並行して行われても良く、現場の特徴に合わせて作業者が適当に行うものである。

上述の準備ができたら型枠に生コンクリートが打ち込まれる（ステップ３）。そして、打設されたコンクリートの締固め作業が行われると、同時に以下の仕上げ作業が始まる。仕上げ作業は、粗仕上げと最終仕上げからなる（ステップ４，５）。粗仕上げでは、トンボ２１等の仕上げ用具８で、コンクリート表面を均す。このとき、トンボ２１の柄２１ｂに表示器４（又は計測用データコレクター５）を、コテ部２１ａにプリズム３を固定して打設高さの測定が行われる（ステップ４）。

計測用データコレクター５は小型のディスプレイを備えており、これを表示器４として利用する。粗仕上げのとき、作業者が表示器４としてスマートグラスを装着して、スマートグラスのディスプレイに打設高さを表示しながら作業することができる。粗仕上げが終わると、コンクリートが固まるまでに待機する必要があり、この間は、最終仕上げの準備をすることができる。

このとき、コテ２０の把持部２０ｃにプリズム３がバンド３ａによって固定され、そのオフセット値が測定される。オフセット値は、計測用データコレクター５に、作業者によって入力されて、本システム１に反映される。最終仕上げが始まると、作業者は表示器４のスマートグラスを頭部に装着して、それに表示される画像を確認しながら、コンクリート打設の表面を仕上げる。

最終仕上げが終わると、コンクリート打設の表面を最終的に測定し、言い換えると、３次元出来形計測を行ってデータを電子計算機６に格納する。このように、コンクリート打設が行われている現場で作業の流れが行われる。図８は、電子計算機６で行われるデータ処理の流れの例を示すフロー図である。現場の設計データは、電子計算機６の補助記憶装置に保存され、電子計算機６上で動作するコンクリート打設高さ管理アプリケーションプログラム等から読み込まれて利用される。

コンクリート打設高さ管理アプリケーションプログラム（以下、「管理アプリケーションプログラム」という。）は、電子計算機６でインストールされたスタンドアローンのアプリケーションプログラム又は、電子計算機６からネットワークを介してアクセスされるオンラインのアプリケーションプログラムであることができる。

本発明は、管理アプリケーションプログラム自体の発明ではないので、その動作の概要のみを記載し、詳細な構造及び機能の説明は省略する。電子計算機６では、管理アプリケーションプログラムは、設計データを、読み込んで、コンクリート床版の設計データをそのディスプレイ６ｂ上にコンクリート打設高さ管理現場図として表示する。

また、管理者によって現場の幅や長さ等が入力され、この現場の幅や長さで指定されたコンクリート打設高さ管理現場図がディスプレイ６ｂに表示することも可能である。更に、コンクリート打設高さ管理現場が、管理者が容易に把握できる形状の場合、管理者が道路の幅や長さ等を入力して、ディスプレイ６ｂ上にコンクリート打設高さ管理現場図として表示することもできる。その後、コンクリート打設の現場では、コンクリート打設前に事前計測が行われる。

電子計算機６において、管理アプリケーションプログラムによって、コンクリート仕上げ面の３次元データが作成される（ステップ１０）。これは、現場の建造物の設計データを用いて、レーザ測距機２の座標データに基づいてデータ処理して行われる。この３次元データは、現場の標準になる点の座標を測距機２で測定し、そのデータを、電子計算機６に送信する。

電子計算機６では、管理アプリケーションプログラムによって、この座標データを設計データの適当な座標と合致させて、現場のコンクリート仕上げ面を計算し、出力する。管理アプリケーションプログラムは、仕上げ面画像を生成するとき、プリズム３を仕上げ手段に固定したとき測定したオフセット量を利用する。測距機２によって計測したデータに基づいて仕上げ面の画像データを作成するとき、設計値との差を数値、図面上に色強調して表示する。

例えば、現在の表面高さが、設計値から高い場合に第１色（例えば、赤色）で、低い場合に第２色（例えば、青色）で、設計値との差が許容範囲である場合は第３色（例えば、緑色）で表示する。また、強調としては、色付き又は標準フォントの太文字で表示したり、点灯表示したりすることができる。更に、計測数値データが設計値からのずれが許容範囲から大きくずれるとき、音声警告する、メッセージ出力する等のように強調表示する。

このように、強調表示は、現場の特性、要求に合わせて、管理者（作業者）が適宜に選択できるものである。無論、強調表示は、計測用データコレクター５と表示器４に表示すると共に、電子計算機６のディスプレイ６ｂ上に同時に表示することができる。これによって、電子計算機６のディスプレイ６ｂの表示を見ながら現場を監督、管理する者が仕上がり面の状況、仕上がり作業を容易に確認することができる。

この計算でできた仕上げ面画像データ、言い換えるとコンクリート仕上げ面の３次元データ、は電子計算機６から計測用データコレクター５へ送信される（ステップ１１）。仕上げ面画像データは、電子計算機６から通信手段で送信して入力することができるが、記録媒体を介して計測用データコレクター５に手動入力されることができる。

電子計算機６では、現場での準備中（図６のステップ１，２、その説明を参照。）、電子計算機６と計測用データコレクター５間の通信が確認される（ステップ１２）。これと同時に、レーザ測距機２、計測用データコレクター５、測距機コントローラー７、表示器４との通信状態が確認され、通信が通常に行われている場合、実際の仕上げ作業が始まり、レーザ測距機２による自動追尾が開始される（ステップ１３）。

電子計算機６は、計測用データコレクター５と通信して、レーザ測距機２でプリズム３を追尾して計測した最新座標データを受信する（ステップ１４）。電子計算機６は、最新測距データを用いて、仕上げ面と設計値の差を計算し、計算結果に基づいて仕上げ面画像を生成する（ステップ１５，１６）。そして、電子計算機６は、生成された仕上げ面画像を、計測用データコレクター５へ送信する（ステップ１７）。

電子計算機６において、仕上げ面画像を生成するとき、プリズム３を仕上げ手段に固定したとき測定したオフセット量を利用する。そして、電子計算機６は、仕上げ作業の終了を確認し、終了していない又は終了の指示が作業者又は管理者からない場合は、計測用データコレクター５から新規データの受信を待機する（ステップ１８）。新規データを受信すると、ステップ１４〜１７の処理が行われる。

そして、仕上げ作業が終了すると、計測用データコレクター５から、レーザ測距機２で計測したコンクリート面の出来形計測データを受信する（ステップ１９）。このデータを受信すると、これをデータベースに格納する（ステップ２０）。又は、各計測点と設計値との差異を計算し、画面に表示し、作業者や管理者等が確認することができる。

上述の図７に示す処理は、粗仕上げ（大均し）、最終仕上げの両方に、仕上げ状況をリアルタイムで表示して利用しているが、これらの作業においてその作業特徴（要求される仕上げの精度）に合わせて次ように使い分けることができる。粗仕上げ作業においては、三次元設計データとの標高較差をリアルタイムで表示する。計測用データコレクター５の画面の表示画像は、電子計算機６のディスプレイ６ｂにも表示される。

最終仕上げの場合は、三次元設計データとの標高較差をリアルタイムに表示器４に表示する。最終仕上げのときの表示器４であるスマートグラスの画面又はその画面の表示画像が電子計算機６のディスプレイ６ｂに表示される。レーザ測距機２による自動追尾が停止した場合、切断された場合、測距機コントローラー７を操作して、レーザ測距機２の向きをプリズム３に合わせる。この自動追尾の中断や停止等については、その旨の警告等を電子計算機６の画面上に表示する。

また、電子計算機６と計測用データコレクター５、表示器４等との通信容量を少なくするために、次のような処理を行うと良い。電子計算機６において、管理アプリケーションプログラムによって、測距機２によって計測した座標と高さのデータに基づいて、仕上げ面の高さと設計値との差を計算し、計算結果として、計測数値データと座標を出力し、これを計測用データコレクター５、表示器４等へ送信する。

計測用データコレクター５は、事前に入力されたコンクリート打設高さ管理現場図の上に、受信した座標に、計測数値データを重ねて表示する。このとき、計測数値データを設計値からのずれを上記のように強調表示、又は、計測数値データを設計値からのずれを数値で表示することができる。

強調としては、例えば、計測数値データが設計値から高い値を示す場合に第１色（例えば、赤色）で、低い場合に第２色（例えば、青色）で、設計値との差が許容範囲である場合は第３色（例えば、緑色）で表示する。強調としては、色付き又は標準フォントの太文字で表示したり、点灯表示したりすることができる。更に、計測数値データが設計値からのずれが許容範囲から大きくずれるとき、音声警告する、メッセージ出力する等のように強調表示する。

以上の通り、作業現場の平面図作成等のデータ処理は、電子計算機６で行っているが、このデータ処理を計測用データコレクター５で行うこともできる。計測用データコレクター５は電子計算機６の機能をさせると、図７と図８のフローチャートとその説明の計測用データコレクター５と電子計算機６の間の通信等が不要になり、システム全体がコンパクトになる。

［実験］
上述のコンクリート打設仕上り管理システム１による工法（以下、本工法という。）を従来工法と比較する現場実験を行った。実験現場は、橋脚フーチングの建設現場であった。実験現場の概要を図９に図示している（細い破線で囲まれたエリア）。実験現場は、打設面積２３２ｍ²（１４．９ｍ×１５．６ｍ）、打設量が９２８ｍ³であった。

この実験では、レーザ測距機４として、自動追尾トータルステーションLN-100、計測用データコレクター５として、スマートフォンFZ-E1、測距機コントローラー７として、ゲームコントローラZERO（SHENZHEN 8BITDO TECH Co., Ltd. (本社：中華人民共和国深セン市南山区）、（追尾用）プリズム３として、全周囲プリズムGRZ101とATP1S II、表示器４のスマートグラスとしてInfoLinkerが利用された。

また、コンクリート打設最終仕上げ後に行われたコンクリート打設面の出来形確認用計測には、株式会社トプコン（本社：東京都板橋区）製の３ＤスキャナーGLS-2000が利用された。図９に太い破線で図示したように、実験現場は、第１〜４の区画に分割し、第１区画は粗仕上げと最終仕上げに打設高さ自動追尾を利用した本工法、第２区画は粗仕上げに自動追尾を利用し、最終仕上げが従来工法で行った、第３区画及び第４区画は従来工法で行った。

図９に図示したように、生コンクリートを現場へ流し込むための第１ポンプと第２ポンプの２機を設置し、太い矢印で示す打込み方向に沿って生コンクリートを打設した。仕上げ作業の自動追尾用には、第１測距機と第２測距機からなるトータルステーション２台を設置し、第１区画と第２区画において自動追尾を行って仕上げ作業を行った。

以下、実験の手順と結果を説明する。コンクリート打設が行われた現場を４分に分割し、本工法、従来工法、本工法と従来工法の混合法によって粗仕上げと最終仕上げの作業を行った。本工法と従来工法は、同じトンボを利用して粗仕上げを行い、また同じコテを利用して最終仕上げを行った。図９に示す第１区画では、粗仕上げと最終仕上げは共に本工法を利用した。

言い換えると、粗仕上げと最終仕上げは、作業者が表示器４を確認しながら仕上げ作業を行った。図９に示す第２区画では、粗仕上げは本工法を、最終仕上げは従来工法を利用した。図９に示す第３区画及び第４区画では、粗仕上げと最終仕上げは共に従来工法を利用した。

粗仕上げの本工法では、図２に示すように、トンボ２１に全周囲のプリズム３と計測用データコレクター５を固定して、作業者が計測用データコレクター５の画面を確認しながら粗仕上げ作業を行った。最終仕上げの本工法では、図４に示すように、コテ２０にプリズム３を固定して、作業者が表示器４のスマートグラスを頭部に装着して、スマートグラスの画面を確認しながら最終仕上げ作業を行った。

従来工法では、打設の区画の中に設置した目印を作業者が確認しながら、トンボで粗仕上げ作業を行った。そして、粗仕上げ後、目印が取り外された。粗仕上げと最終仕上げが終了すると、レーザースキャナーを利用して、コンクリート打設面の出来形計測を行って現場データを取得した。出来形計測は、0.01ｍ²/点（10cm角）のメッシュで計測した。

この計測データを用いて信号処理し、コンクリート表面の打設高さの統計処理が行われた。よって、第１〜第４区画のコンクリート表面の高さ精度それぞれを三次元設計データとの標高較差（最大と最小との差）を比較した。平坦性については、実験現場のヒートマップ上に１ｍメッシュの格子ラインを作成し各ラインごとに評価した。

図１０は、本システム１を利用して行った実験結果のグラフを図示している。図１０（ａ）は、従来の工法と本システムによる工法で行われた工事の仕上げ面の高さ精度の確率密度関数のグラフを図示している。この確率密度関数のグラフは、仕上げされたコンクリート表面の高さが設計値を取る確率をその現場範囲にわたって積分することにより得られた値をグラフ化したものである。

図１０（ａ）のグラフの横軸は評価点の高さと設計値とずれを表し、縦軸は評価点の高さが設計値を取る確率を表している。図１０（ｂ）は、従来の工法と本システムによる工法で行われた工事の仕上げ面の平坦度の確率密度関数を図示している。図１０（ｂ）のグラフの横軸は、評価面積の平坦度と設計値とのずれを表し、縦軸は評価点の平坦度が設計値を取る確率を表している。

表１には、現場実験の結果をまとめて表示しており、第１欄は評価項目を、第２欄は従来工法による仕上げ結果を、第３欄は本工法による仕上げ結果を、第４欄は従来工法と本工法の比較を示している。このように、従来工法と比べ、本工法は、平均高さ、高さの最大値及び最小値、標準偏差とも精度が向上した。従来工法と本工法とを比較すると、表１に示すように各項目（高さの最大値、最小値の範囲、標準偏差）は、精度が約５０％程度向上した。

コンクリート表面の平坦度は同様に、従来施工と比べ、トンプリ使用、コテプリ使用と順を追って最凹部の最大値、標準偏差とも精度が向上した。

〔効果〕
このように、本発明のコンクリート打設仕上り管理システム１を利用すると、スマートグラス等の表示器４を通して、作業者が仕上げ面の高さを直接かつリアルタイムに確認しながら、仕上げ作業を行うことができるようになった。これにより、従来の仕上げ高さを確認するために設置していた目印が必要なくなった。

また、仕上げ面の３次元データを利用しているため、コンクリート仕上げ面に勾配がある場合でも、コンクリート仕上げ面が曲面の場合でも、作業者が直接その仕上げ面を確認できるようになった。これにより、仕上げ面の精度（平面度、高低）が従来より向上した。無論、これらの功利的な作業により、現場での作業時において、作業員、管理者にとって、仕上げ面の管理負担が低減する。

コンクリート打設仕上り管理システム１は、打設中に高さの変化がないたわみの出ないコンクリートの天端の現場、勾配のある面や曲面等を有する現場等で利用することができる。これにより、コンクリート打設時にトンボを使用して粗仕上げし、その後、木コテ、金コテ等のコテを使用した最終的な仕上げのとき、打設高さを示す目印が必要なくなり、従来の目印の設置と撤去の手間が不要になり、工事コストの節約につながる。

コンクリートの仕上げ高さを仕上げ完了時点まで、仕上げ作業を行っている作業者が、リアルタイムに計測・確認できるシステムを構築し、コンクリート仕上げ面の高さ精度及び平坦度の向上と、打設準備および打設時の職員の省力化ができる。

Claims (10)

1. コンクリート床版を施工するため、型枠内にコンクリートを打ち込み、仕上げ手段（８）を利用して前記コンクリートの表面を均して整えて仕上げるコンクリート打設において、
   前記仕上げ手段に固定設置されたプリズム（３）と、
   前記コンクリート打設時に、前記プリズムを追尾しながら、打設された前記コンクリート床版の表面高さを計測し計測データを出力するためのレーザ測距手段と、
   前記コンクリート床版の設計データ及び前記計測データを用いて計算し、打設表面の可視化をする計算手段（６）と、
   前記計算された結果を表示する表示手段（４、５）と、
   前記レーザ測距手段、前記計算手段、及び前記表示手段と通信手段で通信する機能、前記計測データを前記レーザ測距手段から受信して前記計算手段へ送信する機能、前記計算された結果を前記計算手段から受信して表示又は前記表示手段へ送信する機能を備えたデータ処理手段（５）と
   からなり、
   前記表示手段、目標とする目標表面の仕上げ高さと、既に打設された表面である打設表面との高さの違いを表示しながら、前記コンクリート打設高さを表示し管理する
   ことを特徴とするコンクリート打設仕上り管理方法。
2. 請求項１に記載のコンクリート打設仕上り管理方法において、
   前記高さの違いは、数値、色強調、点灯表示、音声警告及びメッセージ出力の中から選択される１以上の強調表示である
   ことを特徴とするコンクリート打設仕上り管理方法。
3. 請求項１又は２に記載のコンクリート打設仕上り管理方法において、
   前記仕上げ手段は、トンボ、マグネシウムフロート及びコテの中から選択される一つの用具である
   ことを特徴とするコンクリート打設仕上り管理方法。
4. 請求項１乃至３の中から選択される１項に記載のコンクリート打設仕上り管理方法において、
   前記表示手段は、携帯用電子計算機のディスプレイ、又は、網膜投射型のディスプレイ若しくはヘッドマウントディスプレイ方式の拡張現実ウェアラブルコンピュータである
   ことを特徴とするコンクリート打設仕上り管理方法。
5. 請求項１又は２に記載のコンクリート打設仕上り管理方法において、
   前記測距手段を制御するための測距手段用制御手段（７）によって、前記レーザ測距手段の向きを調整及び／又は前記レーザ測距手段の追尾計測を開始若しくは停止する
   ことを特徴とするコンクリート打設仕上り管理方法。
6. コンクリート床版を施工するため、型枠内にコンクリートを打ち込み、仕上げ手段（８）を利用して前記コンクリートの表面を均して仕上げるコンクリート打設において、
   前記仕上げ手段に固定設置されたプリズム（３）と、
   前記コンクリート打設時に、前記プリズムを追尾しながら、打設された前記コンクリート床版の表面高さを計測し計測データを出力するためのレーザ測距手段と、
   前記コンクリート床版の設計データ及び前記計測データを用いて計算し、打設表面の可視化をし、及び、前記表面の目標とする目標表面の仕上げ高さと、既に打設された表面である打設表面との高さの違いを計算して出力する計算手段（６）と、
   前記計算された結果を表示する表示手段（４、５）と、
   前記レーザ測距手段、前記計算手段、及び前記表示手段と通信手段で通信する機能、前記計測データを前記レーザ測距手段から受信して前記計算手段へ送信する機能、前記計算された結果を前記計算手段から受信して表示又は前記表示手段へ送信する機能を備えたデータ処理手段（５）と
   からなることを特徴とするコンクリート打設仕上り管理システム。
7. 請求項６に記載のコンクリート打設仕上り管理システムにおいて、
   前記高さの違いは、数値、色強調、点灯表示、音声警告及びメッセージ出力の中から選択される１以上の強調表示である
   ことを特徴とするコンクリート打設仕上り管理システム。
8. 請求項６又は７に記載のコンクリート打設仕上り管理システムにおいて、
   前記仕上げ手段は、トンボ、マグネシウムフロート及びコテの中から選択される一つの用具である
   ことを特徴とするコンクリート打設仕上り管理システム。
9. 請求項６乃至８の中から選択される１項に記載のコンクリート打設仕上り管理システムにおいて、
   前記表示手段は、携帯用電子計算機のディスプレイ、又は、網膜投射型のディスプレイ若しくはヘッドマウントディスプレイ方式の拡張現実ウェアラブルコンピュータである
   ことを特徴とするコンクリート打設仕上り管理システム。
10. 請求項６又は７に記載のコンクリート打設仕上り管理システムにおいて、
    前記レーザ測距手段の向きを調整及び／又は前記レーザ測距手段の追尾計測を開始若しくは停止させるための測距手段用制御手段（７）を備えている
    ことを特徴とするコンクリート打設仕上り管理システム。