JP6699894B2

JP6699894B2 - 建設支援システム及び建設支援方法

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Publication number: JP6699894B2
Application number: JP2016178189A
Authority: JP
Inventors: 裕輔島田; 高橋　伸昌; 伸昌高橋; 尚輝西岡
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2016-09-13
Filing date: 2016-09-13
Publication date: 2020-05-27
Anticipated expiration: 2036-09-13
Also published as: JP2018045341A

Description

本発明の実施形態は、建設支援システム及び建設支援方法に関する。

電力プラントや資源プラントなど、大型の構造物の建設には、スケジューラを用いてその建設スケジュールが作成される。この建設スケジュールには、建設に用いられる資材、資材の搬入日時、搬入順序などが登録されている。

特開平１１−２８２８９３号公報

しかし、スケジューラを用いて作成される建設スケジュールには、資材の搬入経路等の情報は含まれていない。このため、資材の搬入時に、建設物の状態を確認して搬入経路を考えながら作業を行わなければならず、搬入作業に時間を要していた。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、建設物内部への資材の搬入経路を導出することができる建設支援システム及び建設支援方法を提供することを目的とする。

実施形態に係る建設支援システムは、格納部と、処理部と、を有する。
格納部は、建設物の３次元のデータと、前記建設物を建設するためのスケジュールと、を格納している。処理部は、前記建設物の前記データを基に、複数のノードと前記ノード同士を結ぶエッジから構成されるネットワークモデルを作成し、前記スケジュールに登録された資材の前記ネットワークモデル上における搬入経路を導出する。前記処理部は、前記建設物の前記データを所定の大きさのボクセルに分割し、それぞれのボクセルが資材搬送に利用できるか判定し、利用可能なボクセルに対応して前記ノードをそれぞれ割り当てる。
実施形態に係る建設支援方法は、建設物の３次元のデータと、前記建設物を建設するためのスケジュールと、を格納部が格納する第１ステップと、処理部が、前記建設物の前記データを基に、複数のノードと前記ノード同士を結ぶエッジから構成されるネットワークモデルを作成し、前記スケジュールに登録された資材の前記ネットワークモデル上における搬入経路を導出する第２ステップと、を備える。前記処理部は、前記第２ステップにおいて、前記建設物の前記データを所定の大きさのボクセルに分割し、それぞれのボクセルが資材搬送に利用できるか判定し、利用可能なボクセルに対応して前記ノードをそれぞれ割り当てる。

実施形態に係る建設支援システムの構成を表すブロック図である。実施形態に係る建設支援システムによって行われる処理を表すフローチャートである。図２に表すフローチャートによって行われる処理の具体例を表す模式図である。図２に表すフローチャートによって行われる処理の具体例を表す模式図である。図２に表すフローチャートによって行われる処理の具体例を表す模式図である。実施形態に係る建設支援システムによって行われる搬入経路の導出方法を表すフローチャートである。図６に表すフローチャートによって行われる導出方法の具体例を表す模式図である。図６に表すフローチャートによって行われる導出方法の具体例を表す模式図である。

以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
また、本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

実施形態に係る建設支援システム１００は、例えば、電力プラントや各種資源プラントなど、大型の構造物を建設する際に用いられる。
図１は、実施形態に係る建設支援システム１００の構成を表すブロック図である。
図１に表すように、建設支援システム１００は、入力部１０、格納部２０、処理部３０、および表示部４０を備える。

入力部１０は、建設支援システム１００の使用者が、処理部３０に対して情報の入力を行うためのものである。入力部は、例えば、キーボード、タッチパネル、またはマイク（音声入力）などである。

格納部２０は、建設支援システム１００で用いられる各種データを格納するものである。格納部２０は、建設物の構造に関するデータを含む建設物データベース２１と、建設スケジュールを含むスケジュールデータベース２２と、を格納している。格納部２０は、例えば、ファイルサーバやネットワークハードディスクである。

建設物のデータには、例えば、３ＤＣＡＤが含まれる。建設スケジュールは、例えば、一般に用いられているスケジューラを用いて作成されたものである。建設スケジュールには、例えば、納期や、建設に用いられる資材、各資材の搬入日時、搬入順序、資材の組み立て日時や組み立て順序、建設に用いられる資源（人員や機械など）、各資源の稼働時間帯などの情報が登録されている。

処理部３０は、格納部２０に格納された各種データを用いて、建設物内への資材の搬入経路を導き出す。具体的な搬入経路の導出手順については、後述する。処理部３０は、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）およびプログラムを記憶したメモリを含む。

表示部４０は、処理部３０によって導き出された結果を、使用者が視認できるように表示する。表示部４０は、例えば、モニタまたはタッチパネルなどである。

次に、図２および図３を用いて、建設支援システム１００によって行われる処理について説明する。
図２は、実施形態に係る建設支援システム１００によって行われる処理を表すフローチャートである。
図３〜図５は、図２に表すフローチャートによって行われる処理の具体例を表す模式図である。

なお、図３〜図５に表す具体例では、３ＤＣＡＤデータを水平面に沿った方向に二次元的に利用する場合の一例について説明する。

まず、ステップＳ１において、処理部３０は、格納部２０に含まれる建設物データベース２１およびスケジュールデータベース２２にアクセスし、建設対象となっている建設物の３ＤＣＡＤデータと建設スケジュールを参照する。続いて、処理部３０は、参照した建設物の３ＤＣＡＤデータをボクセル(Voxel)に分割する。

図３（ａ）は、処理部３０によって参照された建設物データの具体例を表している。図３（ａ）に表す建設物データでは、建設物の外壁を構成する壁Ｗ１、建設物内部の空間を区画する壁Ｗ２、および建設物内部への２つの搬入口が存在する。このとき、例えば、建設スケジュールから、建設に用いられる資材Ａ、Ｂ、およびＣと、それらの資材が運ばれる場所も参照される。
続いて、処理部３０は、この図３（ａ）に表す建設物データを、図３（ｂ）に表すように、所定の大きさのボクセルに分割する。図３（ｂ）では、１つのマスが１つのボクセルを表している。

次に、ステップＳ２において、処理部３０は、ボクセルに分割された建設物のデータからネットワークモデルを作成する。ネットワークモデルは、図３（ｃ）に表すように、複数のノードｎと、ノード同士を結ぶエッジｅと、で構成される。ノードｎは、資材搬送に利用できるボクセルに対応して割り当てられる。すなわち、図３（ｂ）に表されるボクセルのデータからネットワークモデルを作成する際、壁Ｗ１およびＷ２が存在するボクセルは、資材の搬送に利用できない空間であるため、ノードｎは割り当てられない。

次に、ステップＳ３では、ステップＳ２で作成されたネットワークモデルを用いて、それぞれの資材の搬入経路を導出する。建設スケジュールには、搬入される資材およびその搬入順序が登録されている。このため、処理部３０は、建設スケジュールに登録された搬入順序に従って、それぞれの資材の搬入経路を導出する。
なお、ここでは、搬入経路の導出の概要のみを説明し、詳細については後述する。

図４には、資材がＡ→Ｂ→Ｃの順で搬入される場合の、ステップＳ３における搬入経路導出の一例が表されている。
まず、図４（ａ）の矢印ａ１に表すように、最初に搬入される資材Ａに対して、ネットワークモデル上のノードおよびエッジを用いた搬入経路が導出される。続いて、図４（ｂ）の矢印ａ２に表すように、次に搬入される資材Ｂに対して、搬入経路が導出される。その後、図４（ｃ）の矢印ａ３に表すように、資材Ｃに対して同様に搬入経路が導出される。
このようにして、全ての資材に対して搬入経路の導出が完了すると、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、ステップＳ３で導出された搬入経路が実際に存在するか（利用できるか）を判定する。搬入経路が存在すると判定された場合、ステップＳ５に進み、導出された搬入経路を用いて各資材が搬入可能であると判定される。搬入経路が存在しないと判定された場合、ステップＳ６に進み、資材の搬入が不可能であると判定される。

図４に表す例の場合、資材Ｂの搬入時に資材Ａは障害とならず、資材Ｃの搬入時には資材ＡおよびＢは障害とならない。このため、図４に表す例では、各資材に対して導出された搬入経路は存在する（利用可能である）と判定される。

一方で、図４に表す例において、資材がＢ→Ａ→Ｃで搬入される場合、資材Ｂが搬入されて置かれた時点で、資材Ａを、指定された置き場に搬入することができなくなる。このように、ある資材を設置すると別の資材の搬入経路を塞ぎ搬入できなくなる場合は、ステップＳ４において、搬入経路が存在しない（利用不可能である）と判定される。

ステップＳ５で搬入可能であると判定されると、ステップＳ７に進み、搬入経路および搬入コストが、使用者に視認できるように、表示部４０に表示される。

表示部４０には、例えば、図５に表す結果が出力される。図５に表す例では、各資材Ａ、Ｂ、およびＣについて、グラフネットワーク上の経路、各ノードｎに付された番号を用いた搬入経路の表示、搬入に使用する搬入口、搬入距離、および搬入経路上の曲がる回数が表示されている。このように、表示部４０に結果が出力されることで、使用者は、効率的に搬入経路等を確認することができる。

以上の流れにより、建設支援システム１００により各資材の搬入経路が作成される。

ここで、図６〜図８を用いて、図２に表すフローチャートのステップＳ３における搬入経路の導出方法について、より具体的に説明する。
図６は、実施形態に係る建設支援システム１００によって行われる搬入経路の導出方法を表すフローチャートである。
図７および図８は、図６に表すフローチャートによって行われる導出方法の具体例を表す模式図である。

ここでは、ダイクストラ法を用いて、搬入経路を導出する場合について説明する。なお、図７および図８に表す具体例では、図４の表した例のうち、資材Ｃが搬入される場合の様子を表している。従って、資材Ｂが運ばれる場所は、あらかじめ移動不可能なノードに設定されている。

図７および図８において、確定されたノードは実線で表され、未確定のノードは破線で表されている。各ノードの右上に付された数値は、各ノードのコストを表している。また、各エッジの傍に付された数値は、各エッジのコストを表している。

まず、ステップＳ３０において、ネットワークモデル上の全ノードのコストを「∞」に設定する。続いて、ステップＳ３１において、終点のノード（資材Ｃが運ばれる場所）のコストを「０」に設定する。
具体例においては、図７（ａ）に表すように、資材Ｃが運ばれる場所であるノードｇのコストが「０」に設定される。

次に、ステップＳ３２において、未確定ノードの中でコストが最小のノードを選択する。図７（ａ）の状態では、終点のノードｇのみコストが「０」で、その他のノードａ〜ｆはコストが「∞」であるため、終点のノードｇが選択される。

次に、ステップＳ３３において、選択されたノードのコストが確定される。図７（ａ）に表す例では、終端のノードｇのコストが「０」で確定される。

次に、ステップＳ３４において、選択されたノードから出ているエッジのコストを計算する。例えば、エッジのコストは、以下の式（１）によって付与される。
Ｅ（ｉ，ｊ）＝ｗ_１・ｃ（ｉ，ｊ）＋ｗ_２・ｌ（ｉ，ｊ）・・・（１）

式（１）に含まれる各要素の意味および値の一例は以下の通りである。
ｉ：選択されたノード番号。
ｊ：ノードｉに隣接する未確定ノード番号。
ｋ：ノードｉに隣接する確定ノード番号。ただし、隣接する確定ノードが複数ある場合は、よりコストが小さいノードが選ばれる。また、隣接する確定ノードが複数あり、かつ、それらのコストが同じ場合、ノードｉおよびｊと直線に並ぶ確定ノードが選ばれる。
ｗ１、ｗ２：重み。
Ｅ（ｉ，ｊ）：ノードｉ、ｊ間のエッジに付与されるコスト。
ｃ（ｉ，ｊ）：ノードｉ、ｊ、ｋで曲がるかを判定する関数。ノードｉ、ｊ、ｋが直線に並ぶ場合は「０」であり、直線に並ばない場合は「１」である。
ｌ（ｉ，ｊ）：ノードｉ、ｊ間の距離。

図７（ｂ）に表すように、ノードｇから出ている２つのエッジのそれぞれのコストを計算する。ノードｇと、ノードｄおよびｆとの間には、曲がりは無く、距離は１であるため、これらのノード間のエッジのコストは、式（１）から、それぞれ「１」と計算される。

次に、ステップＳ３５において、選択されたノードと隣接する未確定のノードのコストを更新する。具体的には、以下の式（２）によって、未確定ノードのコストが更新される。
ｄ（ｊ）＝ｍｉｎ｛ｄ_ｏｌｄ（ｊ），ｄ（ｉ）＋Ｅ（ｉ，ｊ）｝・・・（２）

式（２）に含まれる各要素の意味および値の一例は以下の通りである。
ｄ（ｊ）：更新後の未確定ノードｊのコスト
ｄ_ｏｌｄ（ｊ）：更新前の未確定ノードｊのコスト
ｄ（ｉ）：選択ノードｉのコスト

図７（ｂ）に表す状態で、未確定ノードｆについて式（２）を適用すると、Ｅ（ｉ，ｊ）＝１、ｄ（ｉ）＝０、ｄ_ｏｌｄ（ｊ）＝∞であるため、ノードｆのコストは「１」に更新される。これと同様にして、図７（ｃ）に表すように、ノードｄのコストも「１」に更新される。

次のステップＳ３６では、未確定のノードの有無が判定される。未確定のノードが存在する場合、ステップＳ３２〜Ｓ３５がくり返し行われる。
すなわち、図７（ｃ）に表す状態では、ノードｇ以外は未確定であるため、再度ステップＳ３２が行われる。ノードｆおよびｄは、ともにコストが最小の「１」であるため、いずれのノードも選択されうる。例えば、ノードｆが選択される場合、ステップＳ３３で、図７（ｄ）に表すように、ノードｆのコスト「１」が確定される。

ステップＳ３４で、ノードｆとｃとの間のエッジのコストが、式（１）を用いて計算される。ノードｇ→ｆ→ｃの経路では、曲がりがあるため、図７（ｅ）に表すように、エッジのコストは「２」と計算される。ステップＳ３５では、図７（ｆ）に表すように、ノードｆに隣接するノードｃのコストが、「∞」から「３」に更新される。

再度、ステップＳ３２およびＳ３３が行われ、コスト「１」であるノードｄが選択および確定される。続いて、ステップＳ３４が行われ、図８（ａ）に表すように、ノードｄとｃとの間のエッジのコストが計算される。この状態で、ノードｃのコストは、ノードｄを基準としたノードｃのコストの「３」と同じであるため、ステップＳ３５では、ノードｃのコストが変化しない。

続いて、未確定のノードが存在するため、ステップＳ３２〜Ｓ３５が繰り返される。すなわち、ステップＳ３２およびＳ３３で、図８（ｂ）に表すように、ノードｃのコストが確定される。ステップＳ３４で、図８（ｃ）に表すように、ノードｃとｂとの間のエッジのコストが計算される。ステップＳ３５で、図８（ｄ）に表すように、ノードｂのコストが更新される。

このステップＳ３２〜３５を繰り返していくと、図８（ｅ）に表すように、ノードｇと直接的および間接的に接続された全てのノードにコストが付与される。また、図８（ｅ）に表す状態では、全ての選択可能なノードに対してコストが確定されたため、ステップＳ３６からステップＳ３７へ進む。
このとき、終点のノードｇと直接的および間接的に繋がっていないノードが存在する場合、当該ノードのコストは「∞」のまま確定される。

ステップＳ３７では、始点となるノード（搬入口）が複数ある場合、それぞれのノードのコストを比較する。そして、コストが最も小さいノードと、終点のノードと、を最小のコストで結ぶ経路を、資材の搬入経路として導出する。
図８（ｆ）に表す例では、ノードｂおよびｅに搬入口が存在し、ノードｂにおけるコストが「４」、ノードｅにおけるコストが「７」である。このため、ステップＳ３７では、ノードｂとｇとを最小のコストで結ぶ経路が、搬入経路として導出される。
仮に、終点となるノードと始点となるノードとを繋ぐ経路が存在しなかった場合は、始点となるノードのコストは「∞」のまま確定される。

以上のステップＳ３０〜Ｓ３７を、各資材に対して行うことで、各資材の搬入経路が導出される。搬入経路を導出した後の処理は、図２のフローチャートで説明した通りである。なお、上述したステップＳ３０〜Ｓ３７によって、コストが「∞」として導出された搬入経路については、実際には存在しない（利用できない）ため、上述の図２を用いて説明したように、ステップＳ４およびＳ６において搬入不可能と判定される。

ここでは、ダイクストラ法を用いてネットワークモデル上における各資材の搬入経路を導出する場合について説明したが、本実施形態に係る発明は、これに限定されない。例えば、各偉材の搬入経路は、Ａ＊（Ａ−ｓｔａｒ）アルゴリズムやベルマンーフォード法などを用いて導出されてもよい。

以上で説明した本実施形態に係る建設支援システム１００によれば、処理部３０がスケジュールと建設物のデータを格納部２０から参照してくることで、建設物内部への資材の搬入経路を自動で導出する。このため、本実施形態に係る建設支援システム１００を用いることで、資材の搬入時に搬入経路を検討する必要が無く、スケジュールされた資材の搬入経路を事前に確認することができるため、資材の搬入を効率的に行うことができる。

また、本実施形態に係る建設支援システム１００によれば、ネットワークモデル上において、搬入口と、資材が運ばれる場所と、の間の経路が複数存在する場合でも、各経路のコストを計算し、コストが最小の経路を搬入経路として導出している。このような構成によれば、より効率的に資材を搬入できる搬入経路を導出することが可能となる。

さらに、各経路に対してコストを付与して比較することで、搬入口が複数あるような場合でも、それぞれの搬入口から、資材が運ばれる場所までのコストを計算し、コストが最小となる搬入口と、当該搬入口からの搬入経路を導出することが可能となる。

また、導出された搬入経路に対して、その存在の有無（利用の可否）を判定することで、存在しない搬入経路が出力されることを防ぎ、より効率的な資材の搬入が可能となる。

本実施形態に係る建設支援システム１００は、特に大型の資材が搬入されるような場合に有効である。大型の資材の場合、搬入に要するコスト（時間や費用）が大きく、搬入経路ごとのコストに大きな差が生じうるためである。また、搬入経路が存在しなかった場合などに、大きな損害が生じる可能性がある。
また、例えば、プラント建設用の配管などの大型資材を搬入する場合、配管を所定の方向に向けて移動させる。そして、進行方向を変更させる場合（曲がる場合）には、クレーンなどを用いて、方向を変える必要がある。このような資材に対して、上述したように、コストを発生させる要素として曲がり回数を規定することで、より正確に各搬入経路のコストを見積もることが可能となる。
なお、上述した例では、コストの要素として、距離と曲がり回数のみを用いたが、これよりも多くの要素が含まれていてもよい。

また、図３〜図５、図７、および図８を用いた例では、３ＤＣＡＤデータから作成されたネットワークモデルを２次元的に利用し、搬入経路を導出していたが、３次元的に搬入経路を導出してもよい。この場合、例えば、式（１）のｌ（ｉ，ｊ）には、鉛直方向（高さ方向）の移動距離も含まれる。また、ｃ（ｉ，ｊ）の判定には、水平方向から鉛直方向への曲がり、およびは鉛直方向から水平方向への曲がりも含めることができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１０入力部、２０格納部、２１建設物データベース、２２スケジュールデータベース、３０処理部、４０表示部、１００建設支援システム

Claims

建設物の３次元のデータと、前記建設物を建設するためのスケジュールと、を格納する格納部と、
前記建設物の前記データを基に、複数のノードと前記ノード同士を結ぶエッジから構成されるネットワークモデルを作成し、前記スケジュールに登録された資材の前記ネットワークモデル上における搬入経路を導出する処理部と、
を備え、
前記処理部は、
前記建設物の前記データを所定の大きさのボクセルに分割し、
それぞれのボクセルが資材搬送に利用できるか判定し、
利用可能なボクセルに対応して前記ノードをそれぞれ割り当てる、
建設支援システム。
前記処理部は、さらに、導出された搬入経路の存在の有無を判定する請求項１記載の建設支援システム。
導出された前記搬入経路を表示する表示部をさらに備えた請求項１または２に記載の建設支援システム。
建設物の３次元のデータと、前記建設物を建設するためのスケジュールと、を格納部が格納する第１ステップと、
処理部が、前記建設物の前記データを基に、複数のノードと前記ノード同士を結ぶエッジから構成されるネットワークモデルを作成し、前記スケジュールに登録された資材の前記ネットワークモデル上における搬入経路を導出する第２ステップと、
を備え、
前記処理部は、前記第２ステップにおいて、
前記建設物の前記データを所定の大きさのボクセルに分割し、
それぞれのボクセルが資材搬送に利用できるか判定し、
利用可能なボクセルに対応して前記ノードをそれぞれ割り当てる、
建設支援方法。