JP4340946B2

JP4340946B2 - 大規模土工の施工管理システム

Info

Publication number: JP4340946B2
Application number: JP2000387454A
Authority: JP
Inventors: 光春板垣; 毅竹野; 浩志姫野; 廣貴川崎; 浩史福森; 和宮田; 裕史森下; 章雄皿海; 正明長澤
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2020-12-20
Also published as: JP2002188149A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路および土地造成工事等の大規模土工における施工管理システムの技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
大規模土工の施工においては、数１００万立方メートル級の土砂を扱うため、従来土工の施工法では対処できない部分が多く、下記の課題がある。
▲１▼工期短縮・コスト削減のため、大型施工機械の導入を行い作業の効率化を図る必要があるが、作業性と安全性確保も同時に図る必要がある。
▲２▼大量の土砂で急速施工された土構造物の品質を確保するための品質管理手法が必要である。
▲３▼土砂の搬入情報、品質管理情報、出来形管理情報を迅速に収集し、次の施工段階へ確実な指示をする必要がある。
【０００３】
本発明は、上記課題を解決するものであって、品質管理、安全管理および土量管理等一連の管理の合理化および省力化を図ることができる大規模土工の施工管理システムを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の大規模土工の施工管理システムは、盛土ヤードにおける土砂分配情報、転圧領域情報および地形情報を出力する施工管理システムと、前記土砂分配情報に基づいて土砂運搬車両を盛土ヤードに誘導するとともに土砂搬入情報を施工管理システムに送信する土砂搬入管理システムと、盛土ヤードにおいてＧＰＳにより盛土締固め機の走行軌跡と転圧回数を演算し転圧結果情報を施工管理システムに送信する盛土締固め管理システムと、前記地形情報によりＧＰＳ衛星の捕捉状態を判定し判定結果情報を施工管理システムに送信するＧＰＳ衛星捕捉状態判定システムとを備え、前記施工管理システムは、前記各システムと各種情報の送受信を行い土砂搬入管理情報、盛土ヤードの品質管理情報および出来形管理情報を出力することを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明における大規模土工の施工管理システムの１実施形態を示す全体構成図である。
【０００６】
図１には、土砂搬入ヤード、盛土ヤード、現場管理事務所、総合管理事務所が示されている。土砂搬入ヤードにおいては土砂搬入管理システムにより、土砂の搬入を管理し、盛土ヤードにおいては、盛土締固め管理システムとＧＰＳ衛星捕捉状態判定システムにより、盛土作業を管理し、現場管理事務所においては、土砂搬入状況、品質管理、３次元ＣＡＤによる盛土状況および施工管理モニタリングを実行している。以下に、各システムについて説明する。
【０００７】
図２は、図１の土砂搬入管理システムの構成図である。図２には、盛土側に設置される現場管理事務所（ＪＶ事務所）１、入場ゲート２、退避エリア３、作業エリア４が示され、入場ゲート２から作業エリア４に通じる入場路Ｒと入場路Ｒをバイパスする退避路Ｒ′が設けられている。作業エリア４内には、ブルドーザ１７、盛土を転圧する盛土締固め機１９が搬入されている。
【０００８】
管理事務所１には、総合ホスト５および運土管理パソコン６が設置され無線ＬＡＮアクセスポイント７に接続されている。入場ゲート２には、無線ＬＡＮアクセスポイント９に接続される制御盤（制御装置）１０と、これに接続される行き先表示盤（表示装置）１１が設置され、また、退避エリア３には、入場ゲート２の制御盤１０に接続される制御盤（制御装置）１２と、これに接続される行き先表示盤（表示装置）１３が設置されている。
【０００９】
入場ゲート２には、多数の切土側（図示せず）から土砂運搬車両Ｖが入場される。土砂運搬車両Ｖの運転席の窓やミラー等には、ＩＤカード１４が取り付けられている。このＩＤカード１４は、本発明の情報伝達手段を構成するもので、土砂運搬車両Ｖに取り付けるために、電源などを必要とせず、移動体での情報伝達が可能なものとする。ＩＤカード１４には、切土側のジョイントベンチャー工区を識別する切土ＪＶ名、土砂の種類を示す土砂情報、土砂運搬車両のＮｏ等が入力されている。
【００１０】
入場ゲート２および退避エリア３の制御盤１０、１２には、ＩＤカード１４のデータを読み込むためのリードライトアンテナ（読取手段）１５、１６が設けられている。
【００１１】
土砂運搬車両Ｖは入場ゲート２を徐行してノンストップで通過するとき、制御盤１０のリードライトアンテナ１５は、車両に取り付けたＩＤカード１４から前記切土側データを読み込み、制御盤１０は、予め運土管理パソコン６から転送されている行き先データテーブルより行き先データを抽出し、この行き先データを行き先表示盤１１に伝送し、行き先エリアと当該車両Ｎｏ．を表示し、これに基づいて土砂運搬車両Ｖは指示された作業エリア４へ向かう。
【００１２】
ここで、ＩＤカード１４の読み取り不良が生じた場合、入場車両は停止して入場ゲート２の制御盤１０の位置まで後退して再度読み取りを行う必要があり、入場車両の渋滞を引き起こしてしまう。また、読み取り不良のまま通過してしまうと、搬入車両台数のデータに欠陥を生じてしまう。
【００１３】
そこで、ＩＤカード１４の読み取り不良が生じた場合には、行き先表示盤１１に、読取不良、退避路エリア３へ向かうように表示し、退避エリア３の制御盤１２のリードライトアンテナ１５は、再度、ＩＤカード１４から切土側データを読み込み、制御盤１２は、予め運土管理パソコン６から転送されている行き先データテーブルより行き先データを抽出し、この行き先データを行き先表示盤１３に伝送し、これに行き先を表示し、これに基づいて土砂運搬車両Ｖは指示された作業エリア４へ向かう。
【００１４】
入場ゲート２および退避エリア３の制御盤１０、１２において上記のように処理したデータは、一定時間毎に運土管理パソコン６へ無線ＬＡＮネットワークを通じて送信され、１日の作業が終了すれば、運土管理パソコン６にてデータ編集とデータベース化を行う。
【００１５】
図３は、図１の盛土締固め管理システムの構成図である。盛土締固め管理システムは、盛土締固め機１９に搭載されたＧＰＳ移動局２０と、盛土締固め機１９に搭載された３軸ジャイロシステム２１と、土工事の施工エリアに設置された管理局２２およびＧＰＳ固定局（基地局）２３とから構成されている。
【００１６】
ＧＰＳ移動局２０は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するＲＴＫ−ＧＰＳアンテナ２４を備え、測位データは受信機２５、通信インターフェイス２６を介してパソコン２７に送られる。また、ＧＰＳ固定局２３は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するＲＴＫ−ＧＰＳアンテナ２９を備え、測位データは受信機３０、送信機３１、送信アンテナ３２を経て、ＧＰＳ移動局２０の受信アンテナ３３、受信機３４、通信インターフェイス２６を介してパソコン２７に送られる。
【００１７】
３軸ジャイロシステムは、盛土締固め機１９に設置された姿勢角検出装置３５と振動ローラの移動距離を計測するロータリーエンコーダ３６を備えている。姿勢角検出装置３５は、ヨー角を検出する光ファイバージャイロ３５ａと、ピッチ角を検出する光ファイバージャイロ３５ｂと、ロール角を検出する光ファイバージャイロ傾斜計３５ｃを備え、各センサ信号は演算装置３５ｄに送られ姿勢角が演算され、姿勢角データは、通信インターフェイス３７を介してパソコン３９に送受信され、また、通信インターフェイス４０、２６を介してパソコン２７とデータのやりとりが行われる。なお、操作パネル４１は、システムの開始、終了、既知点の入力を行うためのものである。
【００１８】
ＧＰＳ移動局２０のパソコン２７においては、ＧＰＳ衛星による測位データと、既知座標上のＧＰＳ固定局２３でのＧＰＳ衛星による基準測位データと、姿勢角検出装置３５およびロータリーエンコーダ３６のデータに基づいて走行軌跡を求め、走行軌跡上の転圧回数を演算し、転圧状況をディスプレイ上に表示する。また、転圧状況のデータは、通信インターフェイス２６、送信機４２、送信アンテナ４３を経て、管理局２２の受信アンテナ４４、受信機４５を介してパソコン４６に送られる。
【００１９】
これにより、振動ローラの走行軌跡を求めるに際し、ＧＰＳに加えて３軸ジャイロシステムを付加することにより、ＧＰＳ欠損状態でも高精度に振動ローラの走行軌跡を求めることができる。その結果、ＧＰＳによる盛土締固め管理システムが汎用的になり、狭隘な山岳地帯等で地形的な制約からＧＰＳが全く受信できない場所においても適用できるようになる。また、３軸ジャイロシステムにより振動ローラの姿勢角が検出できるため、ＧＰＳアンテナ座標から振動ローラ中心座標への推定を高精度で算出することができる。
【００２０】
図４〜図７は、図１のＧＰＳ衛星捕捉状態判定システムを示し、図４はシステム構成図、図５は処理の流れを説明するための図、図６は衛星捕捉数の判定方法を説明するための図、図７は判定表示結果を説明するための図である。
【００２１】
衛星軌道解析手段５１には、軌道解析対象座標５２、予測対象日５３および衛星軌道情報（ＧＰＳ電波で送られてくる衛星軌道に関する情報）５４が入力され、ここで所定時間毎の衛星位置情報（衛星配置図）が解析される。捕捉判定手段５５においては、前記衛星位置情報と周辺地形情報５６および施工エリア情報５７に基づいて、捕捉衛星数およびＧＤＯＰ値が演算され、その判定結果は判定結果表示手段５８に表示される。なお、ＧＤＯＰ値とは、ＧＰＳ衛星の幾何学的な配置に基づく測位精度の判定指標である。
【００２２】
図５において、先ず、ステップＳ１において、施工エリアを正方形のメッシュに自動分割する。メッシュ幅は例えば２〜５ｍとし可変できるようにしている。次に、ステップＳ２において、施工エリアの周辺地形情報を３次元座標値として入力する。
【００２３】
次に、ステップＳ３において、メッシュの中心を対象として計算対象時間（例えば１０分）刻みで繰り返し捕捉衛星数の計算を行う。これは、図６に示すように、計算地点における衛星への仰角が、衛星方向への地形や建物などから決定される最小仰角より大きいものについて捕捉衛星数としてカウントする。衛星捕捉の条件としては衛星捕捉数が図５に示す指定条件以上の場合に捕捉したと判定する。なお、この衛星数の条件に加えて前記ＧＤＯＰ値が指定条件以下の場合に捕捉したと判定するようにしてもよい。
【００２４】
次に、ステップＳ４で、計算対象時間に対する捕捉可能時間の割合を計算し、ステップＳ５で、捕捉可能時間の割合の値を、例えば１００％、７０〜１００％、５０〜７０％、０〜５０％に分類する。そして、ステップＳ６で、図７に示すように、１００％は青色、７０〜１００％は緑色、５０〜７０％は黄色、０〜５０％は赤色等にメッシュを色別で表示する。
【００２５】
次に、本発明の大規模土工の施工管理システムの特徴について説明する。図８は、システム構成図である。図１の現場管理事務所のパソコンには、施工管理システムSys4が常駐しており、施工管理システムSys4は、土砂搬入ヤードの土砂搬入管理システムSys1に土砂分配情報を伝送する。大規模高盛土におけるゾーニング設計においては、図９に示すように、例えば自動車が高速走行する本線・ランプ部には残留沈下が少ない材料を、盛土の安定を図る上で重要な盛土ののり面部には、最も強度のある材料を使用するようにしている。したがって、施工においては、ゾーニング設計に応じた盛土ヤードに適正な盛土材料を配分することが品質管理上重要となる。特に、複数の他工事からの大量の発生土を利用して、ゾーニング盛土を施工する場合、搬入土砂の種別に応じて適正な盛土ヤードをいかに効率良く迅速に誘導するかが課題である。
【００２６】
土砂分配情報は、図１０に示すように、複数の切土側ＪＶ（業者）からの土質別搬入予定土量と、複数の盛土ヤードにおける適用土質を考慮して、土量配分をシミュレートし、その計画に基づいたゾーン配分情報を土砂搬入管理システムSys1に送信する。土砂搬入管理システムSys1においては、入場ゲートを一時停止せずに土砂運搬車両を入場させ、入場車両に土砂種類別の行き先情報を提供することにより、盛土側の品質向上を図ることができる。また、入場ゲートを自動化することにより交通整理に係わる作業者の省力化を図ることができ、また、土砂運搬車両の入場状況をリアルタイムで把握することにより、施工管理に役立てることができ、さらに、土砂搬入作業に対するデータを施工管理システムSys4に送信し、集計作業の省力化を図る。
【００２７】
また、施工管理システムSys4は、盛土ヤードの盛土締固め管理システムSys2に転圧領域情報を送信し、ＧＰＳ衛星捕捉状態判定システムSys3に地形情報を送信する。
【００２８】
ＧＰＳ衛星の捕捉状態判定システムSys3においては、施工エリアを対象としたＧＰＳ衛星の捕捉状態を事前にビジュアルに表現し、障害となる場所や時間帯を特定することにより、ＧＰＳ利用に支障が有る場合の施工エリアや作業方法の変更を速やかに計画することができ、施工への影響を最小限に抑えることができる。また、山間部における捕捉状態の判定時に、障害物を入力する手間が少なくなり、精度の高い判定を行うことができる。特に、盛土ヤードの盛り立ての進行に合わせたリアルタイムな地形情報の入力により、より現実に近い形でのシミュレーションが可能になる。
【００２９】
盛土締固め管理システムSys2においては、土工事の施工エリアに設置されるＧＰＳ固定局２３と、盛土締固めヤードの締固め機１９に搭載されるＧＰＳ移動局２０および３軸ジャイロシステム２１と、ＧＰＳ固定局２３および移動局２０のＧＰＳデータから演算されたＧＰＳアンテナ位置座標と、３軸ジャイロシステム２１により検出された姿勢角および移動距離のデータに基づいて振動ローラ中心座標を演算する演算手段とを備え、ＧＰＳ測位不能の場合に３軸ジャイロシステム２１のデータのみにより振動ローラ中心座標を演算するようにしている。そして、ＧＰＳ衛星による測位データと、既知座標上のＧＰＳ固定局２３でのＧＰＳ衛星による基準測位データと、姿勢角検出装置３５およびロータリーエンコーダ３６のデータに基づいて走行軌跡を求め、走行軌跡上の転圧回数を演算し、転圧状況を施工管理システムSy4に送信する。
【００３０】
施工管理システムSys4においては、品質管理、出来形管理、土砂搬入管理、動態観測等の管理情報を出力し、また、データセンターにおいて情報の一元化を実施するようにしている。
【００３１】
次に、本発明に係わる盛土作業の処理フローを図１１により説明する。先ず、ステップＳ１１で、土砂運搬車両からの各種情報を取り込み、ステップＳ１２で行き先指示を行う。これは、基本的には、走行中の車両と通信を行い、車両番号、切土エリア区分、搬入土砂の種類、搬入土砂量、搬入時間などのデータを取得し、作業エリアの指示を自動的に土砂運搬車両のオペレータへ行う。
【００３２】
次に、ステップＳ１３で土砂搬入量から作業エリアの盛り土状況を視覚的に表示する。これは、入場車両の土砂積載量データをもとに、作業エリアの盛土状況をリアルタイムに把握することにより、盛土の進捗状況を視覚的に表現する処理である。次に、ステップＳ１４で、土砂搬入量のシミュレーションを行い盛土工程の計画を立案する。すなわち、対象となるエリアの計画土量と土砂搬入量データをもとにシミュレーションを行い、ステップＳ１５で今後の搬入計画を立案する。そして、ステップＳ１６で上記シミュレーション結果に基づいて週／月単位の土砂運搬車両の手配運行計画をたて、ステップＳ１７で各種帳票出力および全体システムデータベースとのリンクを行う。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、大規模土工の施工において、品質管理、安全管理および土量管理等一連の管理の合理化および省力化を図ることができる。また、大量搬入土とゾーニング設計を考慮した盛土施工の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における大規模土工の施工管理システムの１実施形態を示す全体構成図である。
【図２】図１の土砂搬入管理システムの構成図である。
【図３】図１の盛土締固め管理システムの構成図である。
【図４】図１のＧＰＳ衛星捕捉状態判定システムの構成図である。
【図５】図４の処理の流れを説明するための図である。
【図６】図５の衛星捕捉数の判定方法を説明するための図である。
【図７】図５の判定表示結果を説明するための図である。
【図８】本発明の大規模土工の施工管理システムの特徴を示すシステム構成図である。
【図９】盛土のゾーニングを説明するための図である。
【図１０】図８の土砂分配情報を説明するための図である。
【図１１】本発明に係わる盛土作業の処理フローを説明するための図である。

Claims

盛土ヤードにおける土砂分配情報、転圧領域情報および地形情報を出力する施工管理システムと、前記土砂分配情報に基づいて土砂運搬車両を盛土ヤードに誘導するとともに土砂搬入情報を施工管理システムに送信する土砂搬入管理システムと、盛土ヤードにおいてＧＰＳにより盛土締固め機の走行軌跡と転圧回数を演算し転圧結果情報を施工管理システムに送信する盛土締固め管理システムと、前記地形情報によりＧＰＳ衛星の捕捉状態を判定し判定結果情報を施工管理システムに送信するＧＰＳ衛星捕捉状態判定システムとを備え、前記施工管理システムは、前記各システムと各種情報の送受信を行い土砂搬入管理情報、盛土ヤードの品質管理情報および出来形管理情報を出力することを特徴とする大規模土工の施工管理システム。