JP2024053512A - 建築足場の３次元モデル作成システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ３Ｄ足場モデル作成において、３ＤＣＡＤのＡｄｄＩｎプログラムの追加し、詳細作業を自動化することで、モデル作成時間の短縮とミスの軽減を達成する。【解決手段】 建物の外周の各寸法に対応して、適正な壁離れを維持し、コーナー部分での適正な足場ユニットの組み合わせを、簡単操作または自動計算により実現させる。さらに、コーナー部や特殊部材挿入時に、その周辺ユニットを適正なユニットに自動置き換えさせる。３ＤＣＡＤ操作では、最初の基本配置はボックスモデルで軽く動作させ、詳しい検討は視認性の良い詳細モデルを使い、２Ｄ図面のための２次元変換は線分モデルを使用と用途に合った３種類の表示方法の切替を実現する。２Ｄ変換の際には、不要な奥行き部分を模擬の遮蔽部材により、簡単に消すことができる。以上をＡｄｄＩｎプログラムで実現し、３Ｄモデル作成と２Ｄ図面作成での効率が大きく上昇する。【選択図】図２

Description

本発明は３次元（以下３Ｄ）の建築足場モデル作成技術と、作成した３Ｄモデルを２Ｄ図面等への変換する技術に関する。

一般的に建築工事においては、建築物本体工事に合わせて、工事用の建築足場を設置する。建築足場は、建築物の建築工事あるいは解体工事を行う上で、臨時的に設置されるもので、当該工事における安全性・施工効率性・経済性を十分に考慮して配置施設する必要があり、従来から、本体建築物同様に、２Ｄによる平面図・立面図・断面図等の仮設足場設計図書を作成した上で、検討・設置が行われてきた。

一方、最近の建築設計ではＢＩＭ（Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）の導入により、建築設計の３Ｄ化が進んでおり、これに合わせて建築足場も３Ｄモデルを用いて検討・利用する場面が増えつつある。ＣＡＤソフトメーカーや足場会社から、足場の３Ｄモデル作成機能を持った３ＤＣＡＤソフトウェアも数種類が開発提供されている。（非特許文献１、２）

また、作成された３Ｄモデルの活用には、高機能なコンピュータやソフトウェアの導入、３Ｄ技術者の育成、建築法規への対応などが必要であり、従来から使用・蓄積されてきた設計図書の代替にすることは現状難しい。そのため３Ｄモデルの作成とは別途、従来技術による２Ｄ図面も作成している。

特許３０４６２９１ 特開２００１－１３４６２３

福井コンピュータ ＧＬＯＯＢＥ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ カタログ ｈｔｔｐｓ：／／ａｒｃｈｉ．ｆｕｋｕｉｃｏｍｐｕ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｇｌｏｏｂｅ＿ｃ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ ＣＡＤ Ｊａｐａｎ．ｃｏｍ ＭＦＴｏｏｌｓ カタログ ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｃａｄｊａｐａｎ．ｃｏｍ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｉｔｅｍｓ／ｍｆｔｏｏｌｓ／

上記既存のソフトウェアは比較的簡単に建物の周辺に３Ｄ足場を立ち上げて、３Ｄ足場モデルの作成ができるので、多くのユーザーから好評を博しているが、問題がないわけではない。

既存のものは、以下のような欠点を有する。
●仮設足場は、枠または支柱・筋交い・手すり・布板等の足場部材を一つのユニットとし（図３）、このユニットを連続して建物外壁の周囲に並べて構成する。ユニットの長さ（スパン）は、足場部材製品の長さにより決まり、部材メーカー毎に数種類の長さの製品が使用されている。通常は最長スパンの１８００ｍｍ前後の部材の整数倍で外周を構成するが、建物外壁と足場部材との隙間（「壁離れ」という）を工事が可能な一定範囲に保ちながら、且つ、建物のコーナー部分の足場部材の連結部に、はみ出しや不足が生じないようにする必要があり、その実現のために、長さの異なる部材を途中または端に入れる。従来技術では、ＣＡＤオペレータが試行錯誤的に短い部材を選択して、壁離れとコーナー部分の連結の適性化を行ってきたので、作業時間がかかったり、オペレータの熟練が必要であった。
●また、足場のコーナー部分や階段や玄関等の特殊部材を設置した周辺は、通常のユニットではなく、コーナー部分では突き当たりの手すりを追加したユニット、階段部分周辺では、階段手すりや手すり枠を追加したユニット等が必要になる。従来ソフトでは特殊部材設置後手動で修正しなければならなかったため、修正忘れ等が発生した。
●また、上記の調整を３Ｄ足場を描画した状態で操作すると、全体の描画データ数が多くなるため、高いＰＣ性能が要求されたり、３Ｄでの動作速度が遅くなる欠点があった。
●完成した３ＤモデルをＣＡＤ上で２Ｄ図面に変換する際、単純に２Ｄ変換すると奥行き部分もすべて２Ｄ図面に変換してしまうため、背後の不要な部材が残って（重なって）しまい、２Ｄ図面として、そのままでは使えない。そのため、通常は必要な奥行き部分までの断面を指定するのであるが、上下の階層でセットバックがあるような建物では、２次元にした場合、下の階と上の階の足場部材の重なってしまい、上の階の足場を消すため、個別の部材を一つずつ手直しで消していたため手間と時間がかかった。

以下に解決手段を説明する。解決手段はＣＡＤソフトのＡｄｄＩｎプログラムとして、３ＤＣＡＤソフトに下記内容のプログラムを追加することで実現する。
●建物外壁の面毎に、外壁の長さに、壁離れ基準値とコーナー部分での必要な長さを考慮した「仮足場長」を計算し、この「仮足場長」から「標準のスパンの整数倍＋余剰部分」を計算させ、「余剰部分」または「余剰部分＋標準スパン」の近似値を、異なる長さのユニットの１つまたは２つの組み合わせを自動計算するツールをプログラムで提供する。もしくは、オペレータが足場製品表から選択し、容易に最適長さの「足場長」に置き換えることができるツールをプログラムで提供する。
●あらかじめ、コーナー部分、階段部分、玄関部分等、特殊部材用の専用足場ユニットを別途作成。コーナー部分の判断や特殊部材の挿入時には、周辺の標準セットをそれに該当する特殊部材用の専用足場ユニットに自動的に置き換える。
●足場ユニットの３Ｄ表示方法および３Ｄデータ保存方法として、各構成部材を、詳細に表示または保存した詳細モデルと、線分で表示または保存した線分モデルと、単なる箱で表示または保存したボックスモデルを準備し、これらを切り替えることができるようにプログラムする。３Ｄ足場設計段階はボックスモデルで修正等を行うことで３Ｄ操作の動作を軽くすることができる。３Ｄ足場検討段階では、詳細モデルで実際の足場と同じ視認性をもって検討する。２Ｄ図面への変換時は線分モデルを使用する。
●３ＤＣＡＤから２Ｄ図面に変換する際、上下の階層でセットバックがあるような建物では、下の階と上の階の足場部材の重なりを断面では消せないため、３ＤＣＡＤで上階の消したい足場部材の前に仮遮蔽部材を設置し、２次元変換後にこの仮遮蔽部材を消去することで手直しの手間と時間を短縮した。

建物の外周の各寸法に対応して、適正な壁離れを維持し、コーナー部分での適正な足場ユニットの組み合わせを簡単操作または自動計算により実現できるため、作業性が向上する。さらに、コーナー部や特殊部材挿入時に、適性な周辺ユニットが自動選択されので、手動での修正が不要で修正忘れやミスもない。３ＤＣＡＤの操作では、３種類の表示方法の使い分けが可能で、最初の基本配置検討はボックスモデルで軽く動作させ、詳しい検討は視認性の良い詳細モデルを使い、２Ｄ図面のための２次元変換は線分モデルを使用と用途に合った切替が容易。また、２Ｄ変換の際に、不要な奥行き部分を簡単に消すことができるので、２Ｄ図面での修正忘れや間違いが減少する。以上により、３Ｄモデル作成と２Ｄ図面作成での効率が大きく上昇する。

３Ｄ足場完成モデルを示す図 本発明の概略フローを示す図 足場ユニットの構成部材を示す図 足場ユニットの配置計算、壁離れとスパンの調整フローを示す図 あらかじめ決めておく標準パラメータの設定を示す図 壁離れとスパンの調整のために数表に記入を示す図 コーナー部での足場ユニットの置き換えを示す図 ３種類の表示モデル例を示す図 特殊部材の配置と周辺ユニットの置き換えフローを示す図 昇降階段を設置したときの周辺ユニットの置き換えを示す図 ２Ｄ図面の作成の際、重なり部分の消去フローを示す図 ２Ｄ図面の作成の際、重なり部分の説明を示す図

図１は３Ｄ足場モデルの完成例を示す。建物の周りに足場ユニットを連続して設置し、昇降階段・朝顔等の各種特殊部材を適宜配置する。セットバックのある建物の上階層部分は、下の階層とは別に足場を設置する。

図２は本実施形態の全体フローチャートを示す。足場設計前には、ほとんどの場合、建物の３Ｄモデルはまだできていないので、新築工事・改修工事に関わらず、建物の図面は２ＤＣＡＤデータまたはｐｄｆの紙図面という２次元形式で提供される。これら２ＤＣＡＤデータを３ＤＣＡＤソフトにデータとして取り込む１。（ｐｄｆ紙図面の場合は２ＤＣＡＤでｐｄｆをトレースしてから、３ＤＣＡＤソフトにデータとして取り込む）

足場は図３に示すように、支柱または枠１０、手すり９、筋交い１１、布板１２等の部材の組み合わせを標準ユニットとして構成し、この標準ユニットを連結して全体の足場が構成される。

図２の２で、建物の外周に足場ユニットを配置する。建物外壁と足場部材との間隔（壁離れ）を規定範囲に保ちながら、コーナーでの足場部材のはみ出しや寸法足らずがないように、均一に並べていくこのステップの内容を図４のフローチャートで詳述する。使用する足場メーカーの標準値や建物の条件は図５の表で指定する（平面高さレベル１３、建物階層１４、標準スパン１５、通路幅１６、足場高さ１７、壁離れ１８）。平面高さレベルは足場最下段の地上レベルに設定する。ここでは、標準スパンは１８２９ｍｍ、幅は９１４ｍｍ、高さは１８００ｍｍ、壁離れは３００ｍｍ程度の一般的数値で設定した。次に、建物の外周のポイント２０を指定して、壁面の外周長さを読み取る。このポイントの周りに足場を設置する。ある壁面の長さをＬ_０、必要な足場の長さをＬ_１とすると、
Ｌ_１＝Ｌ_０＋（幅ｘ２）＋（壁離れｘ２）で足場の必要な長さが算出される。

次に、足場長さＬ_１を標準スパン（Ｓ_０）で埋めていったときの剰余寸法（Ｍ）を計算する。
Ｍ＝Ｌ_１ ｍｏｄ Ｓ_０ つまり Ｌ_１＝ｎ個ｘＳ_０＋Ｍ（ｎは標準スパンのユニット数）
剰余寸法（Ｍ）または（Ｍ＋Ｓ_０）を他のスパンの製品の１種類または２種類を組み合わせて埋めることで既存製品を使った最適な足場長が得られる。計算方法は、他の足場部材のスパンがＳ_１Ｓ_２Ｓ_３Ｓ_４の４種類として、Ｓ_１～Ｓ_４のすべての組み合わせからＭ＋Ｓ_０に近い組み合わせＳｎ＋Ｓｍ（ｎｍは１から４）を探せば良い。オペレータが指定する場合は、図６に示すように足場数値を入力２３して，２２で確認しながら進めることもできる。
この例では、Ｍ（４５５）＋Ｓ_０（１８２９）＝（２２８４）を別の製品Ｓ_１（１５２４）＋Ｓ_２（９１４）＝２４３８ で置き換えている。結果としての足場長さＬ_１’は、Ｌ_１’＝ｎ－１個ｘＳ_０＋Ｓ_１＋Ｓ_２ となる

上記作業で、壁離れに若干の増減ΔＬ＝（Ｌ１－Ｌ１’）（この例では１５４ｍｍ）が生じるので、これを隣接辺のＸＹ方向に按分調整する。足場最下段の壁つなぎとスパンの数値調整を全周で完成させた後、３ＤＣＡＤソフトのカーテンウォール機能で、設定した階数１４まで同じユニットで立ち上げる。

次に、建物データのベクトル情報から、足場のコーナー位置を判別し、コーナーの足場ユニットは、図７に示すように、通路側の曲がり角の手すりをなくし、突き当たりに手すり９を設置したコーナー用のユニットに自動的に置き換える。

本発明では図８に示すように、モデル作成作業用の３Ｄモデル表示に３種類のモデルを準備している。
●ボックスモデル：標準ユニットを一つのボックスで表示することで、表示データの負担を減らし、操作性をなめらかにする
●詳細モデル：足場の各部品をすべて３Ｄ表示として、見た目と同じ表現で視認性を高めることで、説明のわかりやすさと検討のやりやすさを優先するが、操作速度は劣る。
●線分モデル：従来の２Ｄ足場図面は、足場の組立現場では、詳細な表現は不要なため、足場部材をすべて線分で表現してきた。そのため、３Ｄモデルから２Ｄ図面に変換するときは線分モデルを使用する。
図４の操作は、操作速度優先でボックスモデルを使用する。最後のの瑕疵確認のために、ボックスモデルから詳細モデルに切替、各足場の設置状況、コーナー部分の処理に間違いがないかを検図する。

セットバックのない建物の場合は、ここまでで基本の足場の設置は終了だが、セットバックのある建物は、上の階層で再度図４の操作を繰り返す。セットバックのある建物とは、図１のように下の階層と上の階層で床面積が異なる物を言いい、上の階層は下からの立ち上げではなく、別途足場の設定が必要となる。

次に、図２の３の足場特殊部材の追加設置を行う。これも詳細フローを図９で説明する。仮設足場には標準ユニット以外にも、工事を安全に・便利に進めるためにいろいろな特殊部材がある。昇降階段・朝顔（落下物を止める）・壁つなぎ（足場の倒壊を防ぐため建物の壁と足場部材をつなぐ）・ブラケット・荷受けホーム（荷物を仮置きする）・玄関型枠（玄関部を開口したとき上の足場を支える部材）・メッシュシート（目隠しと外への落下物防止）等々。これらもあらかじめ個別の特殊ユニットとして登録しておき、指定した箇所に貼り付けるのであるが、貼り付けた場所の周辺の標準ユニットは特殊部材の設置によって影響を受ける。今までは部材の貼り付け後に、手動で周辺のユニットの修正をしていたが、手間と時間を要するため、貼り付けた部材に応じて以下の例のように自動的に周辺ユニットが自動的に置き換わるように構成する。

●昇降階段：図１０に示すとおり階段ユニットを設置した上部の標準ユニットは、落下防止のため、開口手すり枠と階段手すり２４をつけ足し、階段を上がる上で邪魔な踏み板を除いたユニット２５と交換している。
●壁つなぎ：初期位置を決めると指定の幅で順次自動設置をさせる。
●玄関型枠：玄関を設置した場合、上部のユニットを支える部材を型枠として開口の上部に追加する。
ここまでで、３Ｄ足場モデルは完成する（図２の５）。検図のため、別途作成した３Ｄ建物モデル（図２の６）と結合し（図２の７）、結合した３Ｄ足場モデルを詳細モデル表示で、再度細部を確認する。

次に図２の４で、３Ｄ足場モデルから２Ｄ－ＣＡＤ足場図面への変換を図１１で詳しく説明する。前に述べたように、セットバックのある建物の場合、単純に２次元変換すると、上下の階層の足場部材が図１２のように一部で重なる。２Ｄ図面では通常上の階層の足場を重ならない範囲で記述する方法がとられるが、これを２Ｄ図面変換後に２Ｄ－ＣＡＤで修正するのは、部材毎の修正になり手間と時間がかかる。本発明では、３Ｄモデルの段階で２Ｄ図面では隠したい部分に仮の遮蔽部材２６を図１２のように設置し、この状態で２次元図面に変換してから、２次元図面上で、遮蔽部材を消去する２７。こうすることで、不要な部材を一挙に消すことができる。

１ ２ＤＣＡＤデータを３ＤＣＡＤソフトへ取り込むステップ
２ 建物外周へ足場ユニットを配置するステップ
３ 足場特殊部材の追加設定のステップ
４ ３Ｄ足場モデルを２Ｄ図面ＣＡＤ図面に変革するステップ
５ ３Ｄ足場モデルの完成ステップ
６ ３Ｄ建物モデルの作成完成ステップ
７ ３Ｄ足場モデルと３Ｄ建物モデルの結合検図ステップ
８ ２Ｄ足場図面の完成ステップ
９ 標準ユニットの手すり部材
１０ 標準ユニットの支柱（または枠）部材
１１ 標準ユニットの筋交い部材
１２ 標準ユニットの布板部材
１３ ３ＤＣＡＤでの平面高さレベルの設定
１４ ３ＤＣＡＤでの対象建物の階層の設定
１５ 足場の標準ユニットのスパンの設定
１６ 足場の標準ユニットの通路幅の設定
１７ 足場の標準ユニットの高さの設定
１８ 足場の標準ユニットの壁離れの設定
１９ 足場の標準ユニットの設定のための表
２０ 建物の周辺のポイント位置を示す
２１ 設置された指定高さでの足場ユニットを示す平面図
２２ 足場スパン調整のための表の中の数字
２３ スパン調整の結果を示す表の中の数字
２４ 昇降階段をつけた上のユニットの階段手すり
２５ 昇降階段をつけた上のユニットで布板を除去した図

Claims (7)

1. ３Ｄ足場モデル作成ＣＡＤにおいて、足場部材（枠・筋交い・手すり・布板等）を一つのユニットとし、連続した複数ユニットを建物の周りに並べて設置する際、建物とユニットとの間隔（壁離れ）を事前に設定された数値範囲に収め、且つ、足場のコーナー部分での隣接足場との連結で過不足なく、規定値以内に収まるように、ユニットの一部の列をサイズの異なるユニットに置き換える処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
2. 請求項１において、各壁面の外周毎に異なるサイズのユニットに置き換えるにおいて、選択可能な足場またはユニットサイズの一覧表を表示し、選択されたサイズと置き換え処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
3. 請求項１において、各壁面の外周毎に異なるサイズのユニットに置き換えるにおいて、提供される異なるサイズの複数のユニットから、壁離れとコーナーのはみ出しを事前の数値範囲に収める計算処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
4. ３Ｄ足場モデル作成ＣＡＤにおいて、建物外壁のデータから足場のコーナー部を判断する手段を有し、コーナー部分を判断した場合は、自動的に直線部分のユニットとは異なるユニットに置き換える処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
5. ３Ｄ足場モデル作成ＣＡＤにおいて、ユニットの複数結合で全体の足場を構成する際に、構成されたユニットの任意の場所を指定する手段と、指定された場所のユニットを特殊足場部材（階段・朝顔・玄関等）に置き換える手段を持ち、これらが置き換えられた場合、その周辺の足場部材を通常の足場ユニットから、特殊部材に対応した別の足場ユニットに自動的に置き換える処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
6. ３Ｄ足場モデル作成ＣＡＤにおいて、ユニットの複数結合で全体の足場を構成する際に、ユニットの表示方法およびデータ保存方法として、各構成部材を、詳細に表示または保存した詳細モデルと、線分で表示または保存した線分モデルと、単なる箱で表示または保存したボックスモデルの内の２通り以上を保有し、これらの切り替えを可能とする処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
7. ３Ｄ足場モデル作成ＣＡＤにおいて、２次元変換をして２次元図面を作成する際、上下の階層でセットバックがあるような建物では、下の階と上の階の足場部材の重なりを避けるため、３ＤＣＡＤで上階の消したい足場部材の前に仮遮蔽部材を設置し、２次元変換後にこの仮遮蔽部材を消去することを特徴とする処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。