JP2021156015A

JP2021156015A - 建設作業支援システムおよび建設作業支援方法

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Publication number: JP2021156015A
Application number: JP2020057530A
Authority: JP
Inventors: 善経久保田; Yoshitsune Kubota; 二郎篠田; Jiro Shinoda
Original assignee: Fujita Corp
Current assignee: Fujita Corp
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2021-10-07
Anticipated expiration: 2040-03-27
Also published as: JP7489802B2

Abstract

【課題】作業管理者の負担を軽減しつつ、建設現場の安全性を向上させる。【解決手段】建設作業支援システム１０は、建設現場における作業を支援する。注意事項記憶部１２０Ａは、作業に関する注意事項を記憶する。点群データ取得部１２２は、レーザスキャナにより建設現場の３次元点群データを取得する。データ比較部１２４は、建設対象物の３次元設計データであるＢＩＭモデルと３次元点群データとを比較する。注意事項提示部１２６は、データ比較部１２４の比較結果に基づいて、建設現場で今後実施される作業内容と関連する注意事項を抽出し、建設現場での作業に従事する作業員に提示する。【選択図】図２

Description

本発明は、建設現場における作業を支援する建設作業支援システムおよび建設作業支援方法に関する。

従来、建設現場における安全性の向上を目的として、建設作業に従事する作業員に各種の注意を喚起する技術が開発されている。
例えば下記特許文献１は、建設機械の周囲に注意喚起領域を適切に設定して、該注意喚起領域を、建設機械の周囲の人に適切に認識させることを目的としている。建設機械の周囲に注意喚起領域を設定し、該注意喚起領域に可視光情報を発生させる。注意喚起領域は、建設機械の旋回動作又は走行動作の動作状態（旋回速度、旋回方向、走行速度、走行方向）に応じて、位置又は大きさが変化するように設定される。

特開２０１９−１０５１０５号公報

多くの作業現場では、作業管理者から作業員に対して、毎日の朝礼や昼礼等でその日の作業の注意点の説明が行われている。しかしながら、建設現場では日々様々な作業が行われており、このような説明のための準備は作業管理者にとって負担が大きいという課題がある。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、作業管理者の負担を軽減しつつ、建設現場の安全性を向上させることにある。

上述の目的を達成するため、本発明にかかる建設作業支援システムは、建設現場における作業を支援する建設作業支援システムであって、前記作業に関する注意事項を記憶する注意事項記憶部と、レーザスキャナにより前記建設現場の３次元点群データを取得する点群データ取得部と、前記建設現場における建設対象物の３次元設計データと前記３次元点群データとを比較するデータ比較部と、前記データ比較部の比較結果に基づいて、前記建設現場で今後実施される作業内容と関連する前記注意事項を前記注意事項記憶部から抽出し、前記建設現場での作業に従事する作業員に提示する注意事項提示部と、を備えることを特徴とする。
本発明にかかる建設作業支援方法は、建設現場における作業を支援する建設作業支援方法であって、レーザスキャナにより前記建設現場の３次元点群データを取得する点群データ取得工程と、前記建設現場における建設対象物の３次元設計データと前記３次元点群データとを比較するデータ比較工程と、前記データ比較工程での比較結果に基づいて、前記建設現場で今後実施される作業内容と関連する注意事項を注意事項記憶部から抽出し、前記建設現場での作業に従事する作業員に提示する注意事項提示工程と、を含んだことを特徴とする。

本発明によれば、作業管理者の負担を軽減しつつ、建設現場の安全性を向上させることができる。

実施の形態にかかる建設作業支援システムの概要構成を示す図である。建設作業支援システムの機能的構成を示すブロック図である。建設作業支援システムにおける作業支援のフローを示す図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる建設作業支援システムおよび建設作業支援方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
図１は、実施の形態にかかる建設作業支援システムの概要構成を示す図である。
建設作業支援システム１０は、建設現場における作業進捗を管理する。建設現場とは、ビルやマンション、倉庫などの建築建設現場であってもよいし、ダムや橋、トンネルなどの土木建設現場であってもよい。
建設作業支援システム１０は、作業支援装置１２、自動巡回移動体１４（１４Ａ，１４Ｂ）、設計データ作成装置１６を備える。

作業支援装置１２は、ＣＰＵ、制御プログラムなどを格納・記憶するＲＯＭ、制御プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、各種データを書き換え可能に保持するＥＥＰＲＯＭ、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成されるコンピュータである。
作業支援装置１２は、例えば建設現場の管理棟など建設現場の近傍に設置されており、建設現場の作業員や作業管理者等に利用される。図１では、作業支援装置１２をノート型パソコンとして図示しているが、デスクトップ型パソコンやタブレット端末等であってもよい。

自動巡回移動体１４（１４Ａ，１４Ｂ）は、レーザスキャナ１８を搭載し、建設現場を自動巡回する。自動巡回移動体１４は、例えば建設現場内を巡回する巡回経路が設定されており、建設現場内に設置されたビーコンやＧＰＳなどにより現在位置を確認しながら、所定のスキャン地点においてレーザスキャナ１８で周囲をスキャンし、建設現場内の点群データを取得する。

図１では、自動巡回移動体１４の一例としてドローン１４Ａと台車ロボット１４Ｂとを図示しているが、自律的に移動できる機器であれば従来公知の様々な機器を自動巡回移動体１４として利用することができる。例えば天井高さが高い建物を建設する建設現場（または建物のうち天井高さが高い箇所）ではドローン１４Ａを用い、その他の現場では台車ロボット１４Ｂを用いる、など使い分けをしてもよい。

レーザスキャナ１８（３次元レーザースキャナ）は、計測対象物にレーザを放射状に照射し、レーザの反射時間から求められる計測対象までの距離と照射角度に基づいて計測対象物の表面形状の３次元座標を取得する。レーザスキャナ１８の性能にもよるが、毎秒数万点程度の速度で非接触により計測し、高密度で面的な点群データを得ることができる。
また、レーザスキャナ１８に内蔵されたカメラによって計測箇所で画像を撮影し、画像の色やレーザの反射強度（計測対象の材質や色によって変化するレーザの反射具合）に応じて点群データを着色することもできる。
また、１か所からでは計測ができない計測対象の裏側や広範囲なエリアでも、複数のスキャンデータ間でターゲットを共通点にして合成したり、座標付けをすることができる。

本実施の形態では、自動巡回移動体１４が建設現場を自動巡回し、建設現場各部の点群データを取得するものとするが、これに限らず、例えば建設現場の作業員がレーザスキャナ１８を所持して建設現場内を巡回し、所定の地点でスキャン作業を行い、建設現場各部の点群データを取得するようにしてもよい。
また、ドローン１４Ａや台車ロボット１４Ｂを自動巡回させるのではなく、遠隔操作により巡回およびスキャン作業を実施するようにしてもよい。

設計データ作成装置１６は、作業支援装置１２と同様に、ＣＰＵ、制御プログラムなどを格納・記憶するＲＯＭ、制御プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、各種データを書き換え可能に保持するＥＥＰＲＯＭ、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成されるコンピュータである。
図１では、設計データ作成装置１６をデスクトップ型パソコンとして図示しているが、ノート型パソコン等であってもよい。

設計データ作成装置１６は、例えば建設工事を請け負う事業者等に設置されており、建設現場における建設対象物の設計データの作成に利用される。より詳細には、設計データ作成装置１６には設計用アプリケーションがインストールされており、設計者の操作により建築対象物の設計図または施工図としての３次元設計データを作成する。
設計データ作成装置１６は、過去に建設した建設物の設計データ（後述するＢＩＭモデル）である過去設計データ１６０（図２参照）を記憶している。設計者は、今回の建設対象物と類似する建設物の３次元設計データを、過去設計データ１６０内から検索し、類似する箇所を部分的に再利用したり、参考にしながら設計作業を行う。これにより、設計作業を効率化することができる。

本実施の形態では、３次元設計データとして、ＢＩＭ（ＢｕｉｌｄｉｎｇＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＭｏｄｅｌｉｎｇ）モデルを用いる。
ＢＩＭでは、コンピュータ上に作成した３次元の建物のデジタルモデルに、コストや仕上げ、管理情報などの属性データを追加した建築物のデータベースを建設作業の各フェーズで活用する。ＢＩＭモデルは、建設対象物を構成する各部材（パーツ）の部材モデルを含んでいる。部材モデルには、部材の寸法（幅や奥行き、高さ等）に加え、素材や組み立てる工程（時間）なども含めることができる。
なお、３次元設計データはＢＩＭモデルに限らず、同等の機能を実現できればどのような形式のデータであってもよい。

本実施の形態では、ＢＩＭモデルを構成する各部材モデルには、それぞれの部材を扱った作業を行う際の注意事項（注意事項データ）が含まれている。すなわち、ＢＩＭモデル内に注意事項が含まれている。
注意事項は、作業を行う際に注意すべき事項を具体的に指摘するテキスト（文言）であり、一般的な注意事項の他、過去の事故の事例なども考慮して作成されている。

本実施の形態では、上記過去設計データ１６０内のＢＩＭモデルに注意事項が含まれており、例えばＢＩＭモデル作成時に過去設計データ１６０内のデータを流用することにより、新規に作成するＢＩＭモデル内にも注意事項を含めることができる。
より詳細には、設計者が建築対象物のＢＩＭモデルを作成する際、過去設計データ１６０内のＢＩＭモデルと類似する箇所を部分的に再利用したり、参考にする。この時、ＢＩＭモデルの再利用部分（または参考部分）の構成部品に注意事項（注意事項データ）が登録されている場合、現在作成中のＢＩＭモデルの同種の部品に当該データをインポートすることにより、今回作成するＢＩＭモデル内に注意事項を含めることができる。
また、例えば設計用アプリケーションに、現在設計中の建設対象物と類似度が高い過去データ内の注意事項を抽出する機能を持たせてもよい。設計者は、必要に応じて抽出された注意事項を、今回設計するＢＩＭモデル内の部材モデル内に含ませる。類似度が高い、とは、例えば建物の用途や種類、構造、利用者層、施主が共通する場合などである。

図２は、建設作業支援システムの機能的構成を示すブロック図である。
作業支援装置１２は、上記ＣＰＵが上記制御プログラムを実行することにより、点群データ取得部１２２、データ比較部１２４、注意事項提示部１２６、注意事項登録部１２８として機能する。
また、作業支援装置１２の記憶領域（ストレージ）であるＥＥＰＲＯＭには、建設現場での作業の注意事項を含むＢＩＭモデルが記憶されている。すなわち、作業支援装置１２の記憶領域は、ＢＩＭモデル記憶部１２０および注意事項記憶部１２０Ａとして機能する。
なお、ＢＩＭモデルおよび注意事項の記憶場所は作業支援装置１２内に限らず、作業支援装置１２がアクセス可能な外部ストレージ等であってもよい。

ＢＩＭモデル記憶部１２０は、建設現場における建設対象物の３次元設計データであるＢＩＭモデルを記憶する。上述のように、ＢＩＭモデルは建設対象物を構成する各部材（パーツ）の部材モデルを含んでおり、各部材モデルは、それぞれの部材を扱った作業を行う際の注意事項を示す注意事項（注意事項データ）を含んでいる。よって、ＢＩＭモデル記憶部１２０は、注意事項記憶部１２０Ａを兼ねている。

点群データ取得部１２２は、レーザスキャナ１８により取得された建設現場の３次元点群データを取得する。本実施の形態では、点群データ取得部１２２は、自動巡回移動体１４の自動巡回中（または作業員による巡回中）にレーザスキャナ１８が取得した３次元点群データを、レーザスキャナ１８のメモリから読み出す、またはレーザスキャナ１８から送信させることにより、建設現場の３次元点群データを取得する。取得した３次元点群データは、作業支援装置１２の記憶領域に記憶され、以下に説明する各種処理に利用される。

データ比較部１２４は、ＢＩＭモデル（建設現場における建設対象物の３次元設計データ）と点群データ取得部１２２で取得した３次元点群データとを比較する。
ＢＩＭモデルには、建設対象物を構成する全ての部材が含まれているため、建設途中における３次元点群データと比較した場合でも、各点に対応する部材が存在するはずである。
例えば心材が露出した状態の壁をスキャンした点群データとＢＩＭモデルとを比較すると、点群としてスキャンされた心材の位置とＢＩＭモデル上の心材の位置が略一致する。
よって、データ比較部１２４は、建設現場上の同一領域に対応する３次元点群データとＢＩＭモデルとを比較して、それぞれの部材の存在範囲に点群が存在する否かを判断する。

そして、データ比較部１２４は、ＢＩＭモデルを構成する各部材モデル（建設対象物を構成する各部材）を、以下の３状態に分類する。
１．未着手：注目する部品の存在範囲に点群データが存在しない。
２．完了：注目する部品の形状と当該部分の点群データの形状との誤差が所定範囲内に収まっている。
３．仕掛：注目する部品の形状と当該部分の点群データの形状との誤差が所定範囲内に収まっていないが、注目する部品の存在範囲に点群データは存在する。
なお、分類判定の誤りを防止するため、データ比較部１２４による部材の分類結果（特に「完成」について）は、作業管理者等が実際に部材の作業状況を確認してから承認するようにしてもよい。

注意事項提示部１２６は、データ比較部１２４の比較結果に基づいて、建設現場で今後実施される作業内容と関連する注意事項を注意事項記憶部１２０Ａから抽出し、建設現場での作業に従事する作業員に提示する。
注意事項提示部１２６は、例えば上記「仕掛」および「未着手」に分類された部品モデルに登録されている注意事項を抽出する。作業管理者（または作業員）は、抽出された注意事項から、現場での作業進捗状態に応じて今回のミーティング（朝礼や昼礼）で提示する注意事項を選択する。また、例えば注意事項提示部１２６が予め定められた作業予定（作業支援装置１２に登録された作業予定データ）に基づいて、当日に作業予定の部材を特定し、この部材に関連づけられた注意事項を抽出するようにしてもよい。

さらに注意事項提示部１２６は、抽出した注意事項を建設現場での作業に従事する作業員に提示する。
注意事項提示部１２６は、例えばＢＩＭモデルをフロアごとの平面図に展開するとともに、平面図上の部材を起点とする吹き出し内に上記の方法で抽出した注意事項を表示した資料を出力することにより注意事項を提示する。これらの平面図（資料）は、例えば印刷紙に印刷出力してもよいし、作業支援装置１２のディスプレイ１２Ａ（図１参照）上に表示出力してもよい。例えばミーティング時に作業管理者が印刷出力された平面図を見ながら注意事項を作業員に伝えるようにしてもよい。
その他、例えば個々の作業員が携帯する携帯情報端末に注意事項を送信するなど、注意事項提示部１２６による注意事項の提示方法は、従来公知の様々な方法を採ることができる。

注意事項登録部１２８は、ＢＩＭモデル内の部材モデルに対して新たな注意事項を関連づける。
作業管理者や作業員は、例えば実際の建設現場で注意喚起すべき事項に気づいた場合には、注意事項登録部１２８に対して部材を指定して注意事項を登録する。また、例えば注意喚起したにもかかわらず、結果として建設現場で事故や不具合が発生した場合なども、次回以降の新たな注意事項として当該箇所（当該箇所に対応する部材）に登録する。
注意事項登録部１２８は、例えば作業管理者や作業員から新たな注意事項の入力を受けると、ＢＩＭモデル内の指定された部材モデル内に注意事項を含める。また、注意事項登録部１２８は、例えば設計データ作成装置１６の過去設計データ１６０内に記憶された当該建設対象物のＢＩＭモデルを更新し、次回以降の設計データに今回登録された注意事項を反映できるようにしてもよい。

図３は、建設作業支援システムにおける作業支援のフローを示す図である。
設計者は、設計データ作成装置１６の過去設計データ１６０（注意事項を含む）を利用しながら今回の建設対象物のＢＩＭモデル（３次元設計データ）を作成する（ステップＳ３００）。作成されたＢＩＭモデルは、建設対象物の建設現場に設置される作業支援装置１２に記憶される（ステップＳ３０２）。なお、当該ＢＩＭモデルは、設計データ作成装置１６にも過去設計データ１６０として記憶される。

建設作業が始まると、定期的に自動巡回移動体１４が建設現場内を巡回し、レーザスキャナ１８で周囲をスキャンし、建設現場内の点群データを取得する（ステップＳ３０４）。上述のように、このステップは自動巡回ではなく、作業員等がレーザスキャナ１８を持って建設現場内を巡回して行ってもよい。

つぎに、作業支援装置１２（作業支援装置）の点群データ取得部１２２により、レーザスキャナ１８で取得した点群データを読み込み、今回スキャン時の点群データ（以下「今回スキャンデータ」という）や画像データを取得する（ステップＳ３０６）。ステップＳ３０４およびＳ３０６が点群データ取得工程に対応する。

取得された今回スキャンデータは、必要に応じてノイズ除去や座標軸の統一などの前処理が行われる（ステップＳ３０８）。すなわち、この後ＢＩＭモデルと比較するため、点群データから仮設の手すりや足場、仮置き資材など不要な部分を削除し、両者の座標系（原点、スケール、方向）を一致させる。この工程は、作業員が手動で行ってもよいし、作業支援装置１２のアプリケーションで自動的に行ってもよい。

データ比較部１２４は、今回スキャンデータとＢＩＭモデルとを比較し、ＢＩＭモデル内の各部材について、未着手、完成、仕掛のいずれかの状態に分類する（ステップＳ３１０：データ比較工程）。
つぎに、注意事項提示部１２６は、上記「仕掛」および「未着手」に分類された部品モデルに登録されている注意事項を抽出し、さらに作業管理者が今回のミーティングで提示する注意事項を選択する（ステップＳ３１２）。そして、注意事項提示部１２６は、フロアごとの平面図上に注意事項を表示した資料を出力する（ステップＳ３１４）。作業管理者等は、例えば上記資料を見ながら作業員に対して注意喚起を行う。また、作業員が直接上記資料を見て注意箇所を確認するようにしてもよい。

また、作業支援装置１２に対して新たな注意事項が登録された場合、注意事項登録部１２８は、ＢＩＭモデル内の部材モデルに対して当該注意事項を関連づける（ステップＳ３１６：注意事項登録工程）。また、注意事項登録部１２８は、設計データ作成装置１６の過去設計データ１６０内に記憶された本建設対象物のＢＩＭモデルを、新たに注意事項を加えたＢＩＭモデルで更新することにより、注意事項の追加を反映させる（ステップＳ３１８）

以上説明したように、実施の形態にかかる建設作業支援システム１０は、建設対象物の３次元設計データと実際の建設現場の３次元点群データとの比較結果に基づいて、今後実施される作業内容と関連する注意事項を提示する。よって、実際の建設現場の状態に即した注意事項を精度よく選択し、提示する上で有利となる。
建設現場では、作業についての注意喚起が日々実施されており、そのための準備が作業管理者や作業員にとって大きな負担となる場合がある。建設作業支援システム１０で自動的に注意事項を抽出することにより、作業管理者等の負担を軽減し、その分他の業務に多くの時間を割くことができ、建設現場での生産性を向上させる上で有利となる。
また、本実施の形態では、３次元設計データの部材モデル中に注意事項を関連づけるので、部材単位で注意事項を設定することができ、きめ細かい注意喚起が可能となり、建設現場の安全性を向上させる上で有利となる。
また、他の建設物を設計する際に３次元設計データを流用することにより、簡単に注意事項を引き継ぐことができ、作業管理者や設計者等の負担を軽減する上で有利となる。
また、本実施の形態のように自動巡回移動体１４により３次元点群データを取得すれば、作業員等が建設現場を巡回してスキャンを行うのと比較して、作業員等の負担を軽減し、建設作業の効率を向上させる上で有利となる。

１０建設作業支援システム
１２作業支援装置
１２０ＢＩＭモデル記憶部
１２０Ａ注意事項記憶部
１２２点群データ取得部
１２４データ比較部
１２６注意事項提示部
１２８注意事項登録部
１４自動巡回移動体
１６設計データ作成装置
１６０過去設計データ
１８レーザスキャナ

Claims

建設現場における作業を支援する建設作業支援システムであって、
前記作業に関する注意事項を記憶する注意事項記憶部と、
レーザスキャナにより前記建設現場の３次元点群データを取得する点群データ取得部と、
前記建設現場における建設対象物の３次元設計データと前記３次元点群データとを比較するデータ比較部と、
前記データ比較部の比較結果に基づいて、前記建設現場で今後実施される作業内容と関連する前記注意事項を前記注意事項記憶部から抽出し、前記建設現場での作業に従事する作業員に提示する注意事項提示部と、
を備えることを特徴とする建設作業支援システム。
前記３次元設計データは、前記建設対象物を構成する各部材の部材モデルを含んでおり、
前記注意事項は、個々の前記部材モデルに関連づけられている、
ことを特徴とする請求項１記載の建設作業支援システム。
前記部材モデルに対して新たな前記注意事項を関連づける注意事項登録部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項２記載の建設作業支援システム。
前記レーザスキャナを搭載し、前記建設現場を自動巡回する自動巡回移動体をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の建設作業支援システム。
建設現場における作業を支援する建設作業支援方法であって、
レーザスキャナにより前記建設現場の３次元点群データを取得する点群データ取得工程と、
前記建設現場における建設対象物の３次元設計データと前記３次元点群データとを比較するデータ比較工程と、
前記データ比較工程での比較結果に基づいて、前記建設現場で今後実施される作業内容と関連する注意事項を注意事項記憶部から抽出し、前記建設現場での作業に従事する作業員に提示する注意事項提示工程と、
を含んだことを特徴とする建設作業支援方法。