JP6979015B2 - 作業機械を用いて施工する施工現場のシミュレーションシステム及びシミュレーション方法 - Google Patents

Description

本発明は、作業機械を用いて施工する施工現場のシミュレーションシステム及びシミュレーション方法に関する。

施工現場の施工がコンピュータシステムによりシミュレーションされる場合がある。コンピュータシステムにより施工計画及び施工管理を実施する技術が特許文献１に開示されている。

特開平０９−１７７３２１号公報

施工現場の生産性を向上するためには、実施予定の施工をシミュレーションして可視化できることが要望される。

本発明の態様は、施工現場の生産性の向上を図ることができるシミュレーションシステム及びシミュレーション方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に従えば、施工現場の現況地形を示す現況地形データを取得する現況地形データ取得部と、前記施工現場の設計地形を示す設計地形データを取得する設計地形データ取得部と、前記施工現場の施工に関係する資源の仕様を示す原単位データを取得する原単位データ取得部と、前記現況地形と前記設計地形とに基づいて、前記施工現場の施工量を示す施工量データを算出する施工量データ算出部と、前記施工の手順を示す施工条件データを設定する施工条件設定部と、前記原単位データと前記施工条件データと前記施工量データとに基づいて、前記施工現場の遷移状況を算出するシミュレーション部と、を備えるシミュレーションシステムが提供される。

本発明の第２の態様に従えば、施工現場の現況地形を示す現況地形データを取得することと、前記施工現場の設計地形を示す設計地形データを取得することと、前記施工現場の施工に関係する資源の仕様を示す原単位データを取得することと、前記現況地形と前記設計地形とに基づいて、前記施工現場の施工量を示す施工量データを算出することと、前記施工の手順を示す施工条件データと前記原単位データと前記施工量データとに基づいて、前記施工現場の遷移状況を算出することと、を含むシミュレーション方法が提供される。

本発明の態様によれば、施工現場の生産性の向上を図ることができるシミュレーションシステム及びシミュレーション方法が提供される。

図１は、第１実施形態に係るシミュレーションシステムの一例を示すハードウェア構成図である。 図２は、第１実施形態に係るシミュレーションシステムの一例を示す機能ブロック図である。 図３は、第１実施形態に係るシミュレーション方法の一例を示すフローチャートである。 図４は、第１実施形態に係る出力装置に表示される施工量データの一例を模式的に示す図である。 図５は、第１実施形態に係る出力装置に表示される原単位データの一例を模式的に示す図である。 図６は、第１実施形態に係る出力装置に表示される施工条件データの一例を模式的に示す図である。 図７は、第１実施形態に係る出力装置に表示される施工条件データの一例を模式的に示す図である。 図８は、第１実施形態に係る出力装置に表示される施工条件データの一例を模式的に示す図である。 図９は、第１実施形態に係る出力装置に表示されるシミュレーション結果の一例を模式的に示す図である。 図１０は、第１実施形態に係る出力装置に表示されるシミュレーション結果の一例を模式的に示す図である。 図１１は、第１実施形態に係る出力装置に表示されるシミュレーション結果の一例を模式的に示す図である。 図１２は、本実施形態に係るシミュレーション部によるシミュレーション結果の一例を示す図である。 図１３は、第２実施形態に係るシミュレーション方法の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

＜第１実施形態＞
第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るシミュレーションシステム１の一例を示すハードウェア構成図である。図１に示すように、シミュレーションシステム１は、データ処理装置２と、データ処理装置２から供給された出力データを出力する出力装置３と、入力データを生成する入力装置４とを有する。出力装置３及び入力装置４は、データ処理装置２のインターフェース回路５と接続される。

データ処理装置２は、インターフェース回路５と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサ６と、ＲＯＭ（Read Only Memory）又はフラッシュメモリのような不揮発性メモリ７と、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性メモリ８とを有する。不揮発性メモリ７は、データ処理装置２のデータ処理において実行されるコンピュータプログラム９を記憶する。コンピュータプログラム９は、不揮発性メモリ７から揮発性メモリ８のワーキング領域にロードされ、プロセッサ６に読み込まれることによって実行される。

出力装置３は、データ処理装置２から供給された表示データを表示する表示装置を含む。出力装置３は、液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display：ＬＣＤ）又は有機ＥＬディスプレイ（Organic Electroluminescence Display：ＯＥＬＤ）のようなフラットパネルディスプレイを含む。

入力装置４は、ユーザに操作されることにより入力データを生成する。入力装置４で生成された入力データは、データ処理装置２に出力される。入力装置４は、表示装置３の表示画面に設けられたタッチセンサを含む。なお、入力装置４が、コンピュータ用キーボード及びマウスの少なくとも一方を含んでもよい。

図２は、本実施形態に係るシミュレーションシステム１の一例を示す機能ブロック図である。図２に示すように、シミュレーションシステム１は、入出力部１０と、施工現場の現況地形を示す現況地形データを取得する現況地形データ取得部１１と、施工現場の設計地形を示す設計地形データを取得する設計地形データ取得部１２と、施工現場の施工に関係する資源の仕様を示す原単位データを取得する原単位データ取得部１３と、入力装置４が操作されることにより生成される入力データを取得する入力データ取得部１４とを備える。

また、シミュレーションシステム１は、現況地形と設計地形とに基づいて、施工現場の施工量を示す施工量データを算出する施工量データ算出部１５と、施工の手順を示す施工条件データを設定する施工条件設定部１６と、原単位データと施工条件データと施工量データとに基づいて、施工現場の遷移状況を算出するシミュレーション部１７と、シミュレーション部１７の算出データを出力装置３に出力する出力制御部１８と、データを記憶する記憶部１９とを備える。

入出力部１０の機能は、インターフェース回路５によって発揮される。現況地形データ取得部１１、設計地形データ取得部１２、原単位データ取得部１３、入力データ取得部１４、施工量データ算出部１５、施工条件設定部１６、シミュレーション部１７、及び出力制御部１８のそれぞれの機能は、プロセッサ６によって発揮される。記憶部１９の機能は、不揮発性メモリ７又は揮発性メモリ８によって発揮される。

現況地形データ取得部１１は、施工現場の現況地形を示す現況地形データを取得する。現況地形データは、３次元地形データである。現況地形データは、複数の地点の位置データを含む。地点の位置データは、緯度データ、経度データ、及び高度データを含む３次元座標データである。現況地形データは、無人飛行機や無人ヘリコプターといった無人飛行体に搭載されたカメラによって取得される。本実施形態においては、無人飛行体としてドローンを用いる場合として説明する。ドローンは、施工現場を空撮して、現況地形データを取得する。現況地形データ取得部１１は、現況地形データをドローンから取得する。本実施形態において、入出力部１０は、無線通信機能を有する。ドローンで取得された現況地形データは、例えば、無線通信により入出力部１０に供給される。現況地形データ取得部１１は、無線通信により供給された現況地形データを取得する。なお、現況地形データは、施工現場の作業機械に搭載されたステレオカメラによって取得されてもよい。また、現況地形データは、三次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）を用いて生成されたデータでもよいし、国土地理院のような所定の機関において生成されたデータでもよい。

設計地形データ取得部１２は、施工現場の設計地形を示す設計地形データを取得する。設計地形データは、３次元地形データである。設計地形データは、複数の地点の位置データを含む。地点の位置データは、緯度データ、経度データ、及び高度データを含む３次元座標データである。設計地形データは、例えば、施工会社において作成される。設計地形データ取得部１２は、設計地形データを施工会社から取得する。本実施形態において、入出力部１０は、例えば、インターネット（Internet）に接続される。施工会社で作成された設計地形データは、施工会社の情報端末からインターネットを介して入出力部１０に供給される。設計地形データ取得部１２は、インターネットを介して供給された設計地形データを取得する。

原単位データ取得部１３は、施工現場の施工に関係する資源の仕様を示す原単位データを取得する。原単位データは、記憶部１９に記憶されている。原単位データは、施工現場を施工する作業機械の施工能力を示すデータを含む。原単位データは、施工現場の施工に使用可能な複数の作業機械それぞれの施工能力を含む。複数の作業機械それぞれの原単位データがデータベース化され、記憶部１９に記憶されている。原単位データ取得部１３は、原単位データを記憶部１９から取得する。なお、複数の作業機械それぞれの原単位データが、データ処理装置２とは別のデータベース装置に記憶されていてもよい。そのデータベース装置から入出力部１０に原単位データが供給されてもよい。原単位データ取得部１３は、そのデータベース装置から原単位データを取得してもよい。

作業機械とは、施工現場において稼働可能な作業車両をいう。作業機械は、土砂を押土又は掘削を実施可能な建設機械、及び土砂を運搬可能な運搬車両の少なくとも一方を含む。建設機械は、バケットを有する油圧ショベル及びブレードを有するブルドーザの少なくとも一方を含む。運搬車両は、ベッセルを有するダンプトラックを含む。なお、建設機械は、ホイールローダやモータグレーダでもよい。

原単位データの作業機械の施工能力は、単位時間当たりに実施可能な作業機械の作業量を含む。単位時間当たりに実施可能な作業機械の作業量とは、作業機械の作業能力を示す指標であり、単位時間当たりに作業機械が動かすことができる土砂の量をいう。作業機械がブルドーザである場合、ブルドーザの作業量は、単位時間当たりにブルドーザが実施可能な押土量及び盛土量の少なくとも一方を含む。作業機械が油圧ショベルである場合、油圧ショベルの作業量は、単位時間当たりに油圧ショベルが実施可能な積込量、切土量、及び盛土量の少なくとも一つを含む。作業機械がダンプトラックである場合、ダンプトラックの作業量は、単位時間当たりにダンプトラックが運搬可能な土砂の量をいう。なお、押土量とは、建設機械が押すことができる土砂の量をいう。盛土量とは、建設機械が盛ることができる土砂の量をいう。積込量とは、建設機械が運搬車両に積み込むことができる土砂の量をいう。切土量とは、建設機械が掘削することができる土砂の量をいう。

作業機械が油圧ショベルである場合、単位時間あたりに実施可能な作業機械の作業量は、油圧ショベルのバケットのサイズを示すバケット容量を含む。油圧ショベルの作業量は、バケット容量に依存する。バケット容量が大きい場合、作業量は多くなる。バケット容量が小さい場合、作業量は少なくなる。

作業機械がブルドーザである場合、単位時間当たりに実施可能な作業機械の作業量は、ブルドーザのブレードのサイズを含む。ブルドーザの作業量は、ブレードのサイズに依存する。ブレードのサイズが大きい場合、作業量は多くなる。ブレードのサイズが小さい場合、作業量は少なくなる。

また、作業機械が油圧ショベルである場合、原単位データは、バケット容量のみならず、油圧ショベルの最大掘削高さ、最大旋回半径、及び法面整形能力を含む。また、油圧ショベルがレンタルされて使用される場合、原単位データは、１日当たりのレンタル料又は１月当たりのレンタル料を含む。また、原単位データは、作業機械の燃費を含む。

また、原単位データは、作業機械の種類、型番、車格、及び施工現場に調達可能な作業機械の台数の少なくとも一つを含む。また、原単位データは、作業機械の管理状態を含む。

また、原単位データは、施工現場の作業者、つまり、作業機械を運転するオペレータの施工能力を更に含む。作業者の施工能力は、作業者の熟練度又は技量を含む。また、原単位データは、施工現場に調達可能な作業者の人数を含む。

また、原単位データは、構造物の施工作業能力を含む。構造物の施工作業は、護岸工事や法面工事などの場面で、コンクリートのブロックやコンクリートのパネル等の設置作業や整地作業を含む。また、原単位データは、作業者による測量能力を含む。

さらに、原単位データは、施工現場の作業のしやすさを指標化したデータを含めてもよい。また、施工内容が、土砂の掘削や押土ではなく、コンクリートの構造物の敷設や擁壁の設置等を行うような構造物の施工といった施工内容（施工現場）である場合は、構造物の施工のしやすさや、構造物の施工に関する作業者の施工能力を原単位データに含めてもよい。

すなわち、原単位データは、作業機械及び作業者のような、施工に必要な資源（リソース）や、施工内容に関する施工のしやすさなどを示すデータである。これらのデータは、作業機械の能力、作業者の技量、設置される構造物の仕様、及び施工現場の土質を含む。つまり、原単位データは、施工現場を施工するために関係する資源の仕様を示すデータである。原単位データは、施工前に取得可能な既知データであり、データベース化され、記憶部１９に保持される。

入力データ取得部１４は、ユーザによって入力装置４から入力された入力データを取得する。

施工量データ算出部１５は、現況地形データ取得部１１で取得された現況地形データと、設計地形データ取得部１２で取得された設計地形データとを比較照合して、施工現場の施工量を示す施工量データを算出する。施工量データ算出部１５は、現況地形と設計地形との差分から、施工量データを算出する。

施工量データは、施工現場の施工範囲を示す施工範囲データ、土砂の切土データ、及び土砂の盛土データの少なくとも一つを含む。切土データは、施工範囲における土砂の切土を必要とする部位を示す切土部位データ、及び施工範囲における土砂の切土量を示す切土量データの少なくとも一方を含む。盛土データは、施工範囲における土砂の盛土を必要とする部位を示す盛土部位データ、及び施工範囲における土砂の盛土量を示す盛土量データの少なくとも一方を含む。切土とは、作業機械又は作業者によって掘削される土砂のことをいう。切土量とは、土砂の掘削量をいう。盛土とは、補填された土砂のことをいう。盛土量とは、土砂の補填量をいう。

施工量データ算出部１５は、現況地形と設計地形との差分から、現況地形からの切土部位及び切土量を算出する。また、施工量データ算出部１５は、現況地形と設計地形との差分から、現況地形に対する盛土部位及び盛土量を算出する。

施工条件設定部１６は、施工現場の施工条件を示す施工条件データを設定する。施工条件データは、施工の手順を含む。また、施工条件データは、施工現場の土質、及び作業機械の走行経路の少なくとも一方を含む。

本実施形態において、施工条件データは、入力装置４で生成される入力データを含む。すなわち、本実施形態においては、ユーザが入力装置４を操作して、施工条件データを入力する。入力装置４で生成された施工条件データを示す入力データは、入力データ取得部１４に取得される。施工条件設定部１６は、入力データ取得部１４から施工条件データを取得する。施工条件設定部１６は、ユーザにより入力された入力データに基づいて、施工条件データを設定する。

シミュレーション部１７は、原単位データ取得部１３で取得された原単位データと、施工条件設定部１６で設定された施工条件データと、施工量データ算出部１５で算出された施工量データとに基づいて、施工現場の遷移状況を算出する。施工現場の遷移状況は、施工現場の現場状況及び作業機械の稼動状況の一方又は両方を含む。施工現場の現場状況は、施工現場の地形状況及び施工現場の構造物の設置状況の一方又は両方を含む。シミュレーション部１７は、原単位データと施工条件データと施工量データとに基づいて、施工の進行に従って変化する施工現場の地形をシミュレーションする。また、シミュレーション部１７は、原単位データと施工条件データと施工量データとに基づいて、例えば、稼働率を含む作業機械の稼働状況をシミュレーションする。

また、シミュレーション部１７は、原単位データ取得部１３で取得された原単位データと、施工条件設定部１６で設定された施工条件データと、施工量データ算出部１５で算出された施工量データとに基づいて、算出された施工量の施工を実施するときの施工効率を算出する。施工効率は、施工に要するコスト、工数、及び工期の少なくとも一つを含む。シミュレーション部１７は、原単位データと施工条件データと施工量データとに基づいて、施工に要するコスト、工数、及び工期の少なくとも一つをシミュレーションする。

出力制御部１８は、シミュレーション部１７の算出データを出力装置３に出力する。シミュレーション部１７の算出データは、シミュレーション部１７のシミュレーション結果を含む。本実施形態において、シミュレーション部１７の算出データは、施工現場の遷移状況を示す遷移状況データ、及び施工効率を示す施工効率データを含む。出力制御部１８は、出力装置３を制御する。出力制御部１８は、シミュレーション部１７の算出データから、出力装置３に表示させる出力データ（表示データ）を生成して、出力装置３に表示させる。これにより、シミュレーション部１７で算出されたシミュレーション結果は可視化される。

次に、本実施形態に係るシミュレーション方法について説明する。図３は、本実施形態に係るシミュレーション方法の一例を示すフローチャートである。図３に示すように、本実施形態に係るシミュレーション方法は、施工現場の現況地形を示す現況地形データを取得すること（ステップＳＰ１０）と、施工現場の設計地形を示す設計地形データを取得すること（ステップＳＰ２０）と、現況地形と設計地形とに基づいて、施工現場の施工量を示す施工量データを算出すること（ステップＳＰ３０）と、施工現場の施工に使用される作業機械の施工能力といった、施工現場を施工するために関係する資源の仕様を示す原単位データを取得すること（ステップＳＰ４０）と、施工の手順を含む施工条件を設定すること（ステップＳＰ５０）と、施工条件を示す施工条件データと原単位データと施工量データとに基づいて、施工現場の遷移状況を算出すること（ステップＳＰ６０）と、算出された遷移状況を出力装置３に出力すること（ステップＳＰ７０）と、を含む。

現況地形データが取得される（ステップＳＰ１０）。本実施形態においては、カメラを搭載したドローンが施工現場の上空を飛行して、施工現場をカメラで撮影して、現況地形データを取得する。現況地形データは、ドローンから現況地形データ取得部１１に送信される。現況地形データ取得部１１は、ドローンから現況地形データを取得する。

次に、設計地形データが取得される（ステップＳＰ２０）。設計地形データは、施工後の施工現場の目標地形を示す。設計地形データ取得部１２は、設計地形データを施工会社の情報端末から取得する。

次に、施工量データが算出される（ステップＳＰ３０）。施工量データ算出部１５は、現況地形と設計地形との差分から、現況地形に対する切土部位及び切土量と、現況地形に対する盛土部位及び盛土量とを算出する。上述のように、現況地形データ及び設計地形データはそれぞれ、複数の地点の位置データ（３次元座標データ）を含む。施工量データ算出部１５は、例えば、現況地形データの第１の地点の位置データと、設計地形データの第１の地点の位置データとの差分を算出して、第１の地点における施工量を算出する。施工量データ算出部１５は、施工現場の複数の地点のそれぞれについて、現況地形データの位置データと設計地形データの位置データとの差分を算出して、複数の地点のそれぞれにおける施工量を算出する。これにより、施工量データ算出部１５は、施工現場の全体の切土部位及び切土量と、盛土部位及び盛土量とを算出することができる。

出力制御部１８は、施工量データ算出部１５で算出された施工量データを出力装置３に表示させる。図４は、本実施形態に係る出力装置３に表示される施工量データの一例を模式的に示す図である。図４に示すように、出力制御部１８は、現況地形データと設計地形データとを重ねて出力装置３に表示させる。出力制御部１８は、施工量データとして、切土を実施すべき範囲を示す切土部位２１と、盛土を実施すべき範囲を示す盛土部位２２とを異なる色で出力装置３に表示させる。出力制御部１８は、現況地形データ、設計地形データ、及び施工量データのそれぞれを出力装置３に３次元表示させる。

次に、原単位データが取得される（ステップＳＰ４０）。施工現場の施工に使用可能な複数の作業機械それぞれの施工能力を示す原単位データがデータベース化され、記憶部１９に記憶されている。ユーザは、入力装置４を操作して、データベース化されている原単位データから、施工現場の施工に使用予定の作業機械を選択する。ユーザは、入力装置４を操作して、使用予定の作業機械の種類及び数を指定する。

また、ユーザは、入力装置４を操作して、データベース化されている原単位データから、施工現場の施工に調達予定の作業者を選択する。作業者は、例えば、作業機械を運転することが可能なオペレータである。また、ユーザは、例えば施工現場の監督者や管理者である。ユーザは、入力装置４を操作して、調達予定の作業者及び人数を指定する。

図５は、本実施形態に係る出力装置３に表示される原単位データの一例を模式的に示す図である。図５に示すように、出力制御部１８は、データベース化されている作業者リスト２３と、データベース化されている作業機械リスト２４とを出力装置３に表示させる。作業者リスト２３に示すように、作業者の原単位データは、作業者の熟練度を含む。作業者の熟練度は、施工現場の地形や施工内容に対応する技量を考慮した係数を、熟練度を示す指標に掛けたものを用いてもよい。作業機械リスト２４に示すように、作業機械の原単位データは、作業機械の種類を示す「型番」、及び単位時間当たりに実施可能な作業機械の作業量の計算に必要なものであって、例えば「バケット容量」などを含む。ユーザは、入力装置４を介して、使用予定の作業機械を作業機械リスト２４から選択するとともに、調達予定の作業者を作業者リスト２３から選択する。選択された作業機械及び作業者は、作業内容リスト２５に表示される。

次に、施工条件が設定される（ステップＳＰ５０）。ユーザは、入力装置４を操作して施工条件データを入力する。本実施形態において、施工条件データは、施工の手順を含む。

図５に示すように、出力制御部１８は、施工に必要な作業内容を示す作業内容リスト２５を出力装置３に表示させる。また、出力制御部１８は、施工現場の切土部位２１の一部のエリア、及び盛土部位２２の一部のエリアを指定するための工種エリアリスト２６を出力装置３に表示させる。工種エリアリスト２６に示される工種エリアとは、施工現場において区画されたエリアであって、そのエリアにおいて実施すべき作業内容が指定されたエリアをいう。ユーザは、工種エリアリスト２６に表示されている工種エリアの施工を実施させる作業機械及び作業者を割り当てる。図５に示す例では、作業内容リスト２５に示すように、ユーザは、「切土エリアＡ」と名付けられた切土部位２１の一部の工種エリアの切土作業に、型番が「Ｄ」の作業機械と作業者ｂ（作業内容リスト２５に示されたＮｏ．１）とを割り当てる。また、ユーザは、「盛土エリアＢ」と名付けられた盛土部位２２の一部の工種エリアの盛土作業に、型番が「Ｃ」の作業機械と作業者ａ（作業内容リスト２５に示されたＮｏ．２）とを割り当てる。また、作業内容リスト２５に示すように、ユーザは、作業機械Ｄ及び作業者ｂに「掘削」作業を割り当て、作業機械Ｃ及び作業者ａに「盛土」作業を割り当てる。盛土作業は、地面の整地や法面成形といった作業を含む。また、図５に示す例では、作業内容リスト２５に示すように、ユーザは、切土エリアＡの切土作業の後に、盛土エリアＢの盛土作業が実施されるように、施工の手順（順番）を指定する。

なお、図５に示す例では、説明を簡単にするために、工種エリアリスト２６に２つの工種エリア（切土エリアＡ及び盛土エリアＢ）が表示され、それら２つの工種エリアのそれぞれの施工に作業機械及び作業者が割り当て、それら２つの施工の手順が指定される例について説明した。実際には、例えば、切土部位２１及び盛土部位２２のそれぞれが少なくとも２つ以上の工種エリアに区画され、それら複数の工種エリアについての作業機械及び作業者の割り当てが実施される。施工現場内の同一の場所で、工種エリアを設定してもよいし、施工現場内の異なる場所で工種エリアを設定してもよい。また、それら複数の工種エリアについての施工の手順（順番）がユーザによって指定される。また、作業内容には、切土作業及び盛土作業のみならず、建設機械を用いて、法面を作る作業や整地する作業、コンクリートなどの構造物を設置して擁壁を作ったり護岸のための壁を作ったりする作業、及び運搬車両を用いて土砂を運搬する作業が含まれる。

また、本実施形態においては、ユーザは、例えば図４を参照して説明した３次元表示データにおいて、マウスやタッチパネルのような入力装置４を使って工種エリアを指定することができる。

また、ユーザは、１つの工種エリアにおいて、作業機械を移動させる手順を指定することができる。図６は、本実施形態に係る出力装置３に表示される施工条件データの一例を模式的に示す図である。図６に示すように、出力制御部１８は、複数の移動軌跡パターン２７を出力装置３に表示させる。移動軌跡パターン２７は、１つの工種エリアにおいて、例えば、油圧ショベル又はブルドーザが移動する軌跡を示す。使用する作業機械の種類に応じて移動軌跡パターン２７は用意されている。ユーザは、入力装置４を操作して、出力装置３に表示されている複数の移動軌跡パターン２７から任意の移動軌跡パターン２７を選択することができる。

また、ユーザは、施工条件データとして、施工現場の土質を設定する。図７は、本実施形態に係る出力装置３に表示される施工条件データの一例を模式的に示す図である。図７に示すように、出力制御部１８は、複数の土質を示す土質リスト２８を出力装置３に表示させる。図７に示す例では、土質リスト２８として、「砂」、「粘性土」、「礫混じり土」、「岩塊・玉石」が表示される。ユーザは、入力装置４を操作して、土質リスト２８から、施工現場の土質に最も近い土質を選択する。

また、土質リスト２８は、その土砂の標準土量換算率を含む。土質リスト２８において、標準土量換算率Ｌは、掘削した土砂をダンプトラックに積み込んだとき等、土砂が空気を含んで体積が増大する割合を示す。標準土量換算率Ｃは、土砂を締め固めたときに体積が減少する割合を示す。

また、シミュレーションに際し、現況地形データ、設計地形データ、及び施工量データがメッシュ分割される。図７に示すように、出力制御部１８は、メッシュ分割の分割幅をユーザに指定させるための分割幅指定部２９を出力装置３に表示させる。ユーザは、入力装置４を介して、メッシュ分割の分割幅を指定する。図７において、「ＸＹ方向」と示された入力欄には、緯度方向及び経度方向におけるメッシュ分割の分割幅が入力され、「Ｚ方向」と示された入力欄には、高度方向におけるメッシュ分割の分割幅が入力される。

また、本実施形態においては、施工条件データとして、運搬車両の走行経路が設定される。図８は、本実施形態に係る出力装置３に表示される施工条件データの一例を模式的に示す図である。ユーザは、入力装置４を操作して、施工現場における運搬車両の走行条件を指定する。運搬車両の走行条件は、運搬車両の走行を開始させたい走行開始地点Ｐ１と、運搬車両の走行を終了させたい走行終了地点Ｐ２とを含む。ユーザは、入力装置４を操作して、走行開始地点Ｐ１及び走行終了地点Ｐ２を指定する。なお、施工現場において、走行路が複数設定されてもよい。

また、出力制御部１８は、運搬車両がすれ違い可能か否かをユーザに指定させるための走行指定部３０と、運搬車両が待機可能な場所が有るか否かをユーザに指定させるための待機場所指定部３１と、路面状態をユーザに入力させるための路面入力部３２と、切土した土砂を溜める際の最大のストック量あるいは盛土するために土砂を溜める際の最大ストック量を指定するためのストック土量指定部４０とを表示装置３に表示させる。ユーザは、施工現場の状況から、運搬車両がすれ違い可能か否かを判断し、入力装置４を操作して、運搬車両がすれ違い可能か否かを指定する。また、走行路の全体において運搬車両がすれ違い可能か否かが設定されもよいし、走行路の一部において運搬車両がすれ違い可能か否かが設定されてもよい。例えば、図８に示すマップ上における走行路が選択された上で、すれ違い可能か否かを設定できるようにしてもよい。また、図８に示す走行路の一部の区間を選択した上で、その区間のすれ違い可能か否かを設定できるようにしてもよい。また、ユーザは、施工現場の状況から、運搬車両が待機可能な場所が有るか否かを判断し、入力装置４を操作して、運搬車両が待機可能な場所が有るか否かを指定する。また、ユーザは、施工現場の状況から、路面状態を判定し、入力装置４を操作して、路面状態を入力する。ストック土量指定部４０で指定される、切土最大積み待ち土量は、例えば、油圧ショベルが切土作業を行い、運搬車両に積込むために土砂を溜める際の最大ストック量であり、この土量の大小によって、シミュレーション結果（油圧ショベルの稼働率や運搬車両の稼働率）が変化する。また、ストック土量指定部４０で指定される、盛土最大敷均し待ち土量は、例えば、ブルドーザで盛土作業を行うために、運搬車両で持ち込まれた土砂を溜める際の最大ストック量であり、この土量の大小によって、シミュレーション結果（ブルドーザの稼働率や運搬車両の稼働率）が変化する。

施工条件設定部１６は、入力装置４が操作されることにより生成された入力データに基づいて、ダンプトラック２の走行経路３３を決定する。施工条件設定部１６は、例えば路面傾斜が１０［％］以上の経路を運搬車両が走行しないように、且つ、走行開始地点Ｐ１から走行開始地点Ｐ２までの距離が最短になるように、走行経路３３を算出する。また、施工条件設定部１６は、走行指定部３０において指定された指定データ、待機場所指定部３１で指定された指定データ、及び路面入力部３２において入力された指定データに基づいて、最適な走行経路３３を算出する。また、施工条件設定部１６は、施工現場における障害物の有無を考慮して、走行経路３３を算出する。なお、ユーザが入力装置４を用いて、任意の走行経路３３を指定してもよい。

また、施工条件データとして、施工期間（工期）が設定される。施工期間は、例えば、何月何日に施工を開始して何月何日に施工が完了するまでを示すもので、ユーザは、入力装置４を操作して、施工開始時点と施工終了時点とを入力する。

シミュレーションに際しての前提条件である施工条件が設定された後、施工のシミュレーションが実施される（ステップＳＰ６０）。シミュレーション部１７は、原単位データと施工条件データと施工量データとに基づいて、施工現場の遷移状況を算出する。また、シミュレーション部１７は、原単位データと施工条件データと施工量データとに基づいて、施工量データ算出部１５で算出された施工量の施工を実施するときの施工効率を算出する。

施工現場の遷移状況は、施工現場の現場状況及び作業機械の稼動状況の一方又は両方を含む。施工効率は、施工に要するコスト、工数、及び工期の少なくとも一つを含む。

シミュレーション部１７で求められた算出データが出力装置３に出力される（ステップＳＰ７０）。出力制御部１８は、シミュレーション部１７の算出データから、出力装置３が表示可能な表示データ（シミュレーション結果）を生成して、出力装置３に出力する。

図９及び図１０は、本実施形態に係る出力装置３に表示されるシミュレーション結果の一例を模式的に示す図である。図１０は、図９のＡ部分を拡大した図である。

シミュレーション部１７は、原単位データと施工条件データと施工量データとに基づいて、施工の進行に従って変化する施工現場の地形をシミュレーションする。シミュレーション部１７は、施工条件データとして入力された施工期間において、所定時間ごと（例えば１秒毎）に、その時点における施工現場の地形をシミュレーションする。出力制御部１８は、所定時間ごとに算出された施工現場の地形を、施工開始時点からの経過時間に対応付けて、出力装置３に表示させる。すなわち、出力制御部１８は、施工の進行に従って変化する施工現場の地形の動画データを出力装置３に表示させる。

図１０に示すように、出力制御部１８は、図７でユーザが指定したメッシュ分割にしたがって切られたメッシュ、すなわち、施工現場の地形を複数のブロック（メッシュ）で表されたものを使って出力装置３に表示させる。出力制御部１８は、施工開始時点からの経過時間に対応付けて、土砂の移動に対応してブロックの位置及び数を変化させて、施工現場の地形の変化を可視化する。

図１１は、本実施形態に係る出力装置３に表示されるシミュレーション結果の一例を模式的に示す図である。シミュレーション部１７は、施工条件データとして入力された施工期間５２において、所定時間ごと（例えば１秒毎）に、その時点における作業機械の稼動状況をシミュレーションする。作業機械の稼動状況は、作業機械の稼働率を含む。出力制御部１８は、所定時間ごとに算出された作業機械の稼動状況を、施工開始時点からの経過時間に対応付けて、出力装置３に表示させる。図１１に示すように、出力制御部１８は、所定時間ごとに算出された作業機械の稼動状況を示す表を出力装置３に表示させる。

作業機械が稼働している場合、図１１に示すように、その作業機械を示す表のマス５０に色が付される。シミュレーション部１７は、例えば１秒毎に、作業機械が稼働しているか否かをシミュレーションする。出力制御部１８は、例えば１秒ごとに、作業機械が稼働しているか否かを色分けして出力装置３に表示させる。

また、シミュレーション部１７は、例えば１時間当たりの作業機械の稼働率５１を算出する。図１１に示すように、出力制御部１８は、算出された稼動率の数値を出力装置３に表示させる。稼働率５１が高い場合には、その作業機械を示す色付けされたマス５０の数が多くなり、稼働率５１が低い場合には、その作業機械を示す色付けされたマス５０の数が少なくなる。

図１２は、本実施形態に係るシミュレーション部１７によるシミュレーション結果の一例を示す図である。シミュレーション部１７は、シミュレーション結果として、施工に要するコストと工期との関係をシミュレーションする。図１２において、横軸は工期であり、縦軸は施工に要するコストである。

図１２において、点ａ、点ｂ、及び点ｃのそれぞれは、異なる施工条件または原単位データに基づいて算出されたシミュレーション結果を示す。点ａ、点ｂ、及び点ｃのそれぞれは、シミュレーション部１７により算出されたコストと工期との関係をプロットした点である。シミュレーション部１７は、施工条件又は原単位を変化させて、シミュレーションを複数回実施できる。例えば、ダンプトラックの台数を変化させてシミュレーションを実施した場合、図１２に示すように、異なる複数のシミュレーション結果が得られる。一例として、点ａは原単位データとしてダンプトラックが６台の場合におけるシミュレーション結果を示し、点ｂは原単位データとしてダンプトラックが７台の場合におけるシミュレーション結果を示し、点ｃは原単位データとしてダンプトラックが８台の場合におけるシミュレーション結果を示す。点ａで示す結果の場合、コストは他の結果よりも低いものの工期が長くなってしまっている。点ｂで示す結果の場合、点ａで示す結果よりもダンプトラックが１台多いため、コストは高くなるものの工期が大幅に短くなっている。点ｃで示す結果の場合、点ｂで示す結果よりもさらにダンプトラックが１台多いため、コストが高くなっているが工期はそれほど短縮されていない。すなわちユーザは、点ｂにおける施工条件又は原単位データよりもダンプトラックの台数を増加させても、工期の短縮の効果は得られないと理解できる。ユーザは、コストを優先させた点ａにおける施工条件または原単位データを選択するか、若しくは工期を優先させた点ｂにおける施工条件又は原単位データを選択することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、現況地形データ及び設計地形データから施工量データが算出され、原単位データのデータベースから施工現場の施工に使用される作業機械等の資源の仕様、すなわち、施工現場を施工するために関係する資源の仕様を示すデータである原単位データが取得され、ユーザによって施工条件データが設定される。したがって、シミュレーション部１７は、原単位データと施工条件データと施工量データとに基づいて、施工現場の現場状況及び作業機械の稼動状況の一方又は両方を含む遷移状況をシミュレーションすることができる。そのシミュレーション部のシミュレーション結果が出力装置３に表示されることにより、実施予定の施工のシミュレーション結果が可視化される。実施予定の施工のシミュレーション結果が可視化されることにより、ユーザは、自身が設定した施工条件に基づく施工の遷移状況を確認することができる。ユーザは、シミュレーション結果を見て、自身が設定した施工条件が最適か否かを判断することができる。ユーザが施工現場の監督者である場合、そのユーザは、シミュレーション結果を見て、例えば作業機械又は作業者の数や能力について、再検討を実行することができる。また、ユーザは、シミュレーション結果を見て、コストや工期を考慮しながら、より好ましいシミュレーション結果が得られるように、入力装置４を操作して、新たな施工条件を入力して、シミュレーションシステム１にシミュレーションを再度実施させることができる。これにより、施工現場の生産性の向上が図られる。

また、本実施形態によれば、シミュレーション部１７は、原単位データと施工条件データと施工量データとに基づいて、施工に要するコスト、工数、及び工期の少なくとも一つを含む施工効率を算出する。そのシミュレーション部のシミュレーション結果が出力装置３に表示されることにより、ユーザは、自身が設定した施工条件に基づく施工効率を確認することができる。ユーザは、シミュレーション結果を見て、自身が設定した施工条件が最適か否かを判断することができる。ユーザは、シミュレーション結果を見て、例えば施工効率が改善するように作業機械又は作業者の数や能力について、再検討を実行したり、コストや工期を考慮しながら、より好ましい施工効率のシミュレーション結果が得られるように、入力装置４を操作して新たな施工条件を入力して、シミュレーションシステム１にシミュレーションを再度実施させたりすることができる。

また、本実施形態によれば、施工条件データは、施工現場の土質、及び作業機械の走行経路の少なくとも一方を含む。施工現場の土質によっては、施工の困難度が高まり、施工の進行速度が変化する。施工条件データとして、施工現場の土質が入力されることにより、シミュレーション精度は向上する。また、工種エリアにおける作業機械の移動軌跡によっても、施工の進行速度が変化する。施工条件データとして、ユーザにより移動軌跡パターン２７を介して、例えば油圧ショベルなどの建設機械の移動軌跡が指定されることにより、シミュレーション精度は向上する。また、運搬車両が高効率で走行しないと、施工の進行速度は低下する。例えば、運搬車両が建設機械による掘削場所と掘削された土砂を排出する排土場所とを効率良く移動しない場合、建設機械の積込作業が停止する無駄時間が増加する。したがって、運搬車両の走行経路によっても、施工の進行速度が変化する。ユーザにより、走行開始地点Ｐ１の指定、走行終了地点Ｐ２の指定、走行指定部３０における指定、待機場所指定部３１における指定、ストック量指定部４０における指定、及び路面入力部３２における入力が実施されることにより、施工現場の状況に最適な走行経路３３が設定され、精度よく施工効率を求めることができる。施工条件データとして最適な走行経路３３が設定されることにより、シミュレーション精度は向上する。

なお、本実施形態においては、施工条件データとして施工期間（工期）を設定するとき、ユーザが入力装置４を操作して、施工開始時点と施工終了時点とを入力することによって、施工期間が設定されることとした。ユーザは入力装置４を操作して施工開始時点を入力し、施工終了時点を入力しなくてもよい。施工開始時点が入力されれば、シミュレーション部１７は、原単位データと施工条件データと施工量データとに基づいてシミュレーションを実施して、施工終了時点を算出することができる。

また、作業機械の台数（原単位）が未定である場合、ユーザにより施工開始時点と施工終了時点とが入力されることにより、シミュレーション部１７は、入力された施工終了時点に施工が完了するように、最適な作業機械の台数をシミュレーションにより算出することができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

上述の実施形態においては、施工条件データがユーザにより入力装置４を介してデータ処理装置２に入力されることとした。本実施形態においては、施工条件設定部１６が、原単位データと施工量データとに基づいて施工条件データを設定する例について説明する。

図１３は、本実施形態に係るシミュレーション方法の一例を示すフローチャートである。上述の実施形態と同様、現況地形データが取得され（ステップＳＰ１０）、設計地形データが取得され（ステップＳＰ２０）、施工量データが算出され（ステップＳＰ３０）、原単位データが取得される（ステップＳＰ４０）。

原単位データは、使用予定の作業機械の種類及び数を含む。本実施形態においては、原単位データ取得部１５が、記憶部１９に記憶されている原単位データのデータベースから、使用予定の作業機械の種類及び数を選定する。例えば、施工現場の規模に応じて設定されている作業機械の種類及び数を示す作業機リストが記憶部１９に記憶され、原単位データ取得部１５は、複数の作業機リストから任意の作業機リストを選択してもよい。なお、上述の実施形態と同様、ユーザによって使用予定の作業機械の種類及び数が指定されてもよい。

本実施形態においては、第１実施形態と異なり、施工条件設定部１６が、施工条件を設定する（ステップＳＰ５０Ｂ）。本実施形態においては、施工の手順のリストデータが記憶部１９に記憶されている。施工条件設定部１６は、施工の手順のリストデータから任意の施工の手順を選択し、その選択した施工の手順を施工条件データとして設定する。なお、施工現場の土質のリストデータ、及び作業機械の走行経路のリストデータが記憶部１９に記憶され、施工条件設定部１６がそのリストデータから任意の土質、及び作業機械の走行経路を選択してもよい。

シミュレーション部１７は、原単位データ取得部１３で取得された原単位データと、施工量データ算出部１５で算出された施工量データと、施工条件設定部１６で設定された施工条件データとに基づいて、施工現場の遷移状況及び施工効率をシミュレーションする。本実施形態において、シミュレーション部１７は、施工現場で使用予定の作業機械の稼働率を示す稼働率データを算出する（ステップＳＰ６０Ｂ）。

シミュレーション部１７は、少なくとも一台の作業機械の稼働率が予め決められている閾値以上か否かを判定する（ステップＳＰ６５）。例えば、一台の作業機械を使用予定である場合、その一台の作業機械の稼働率が予め決められている閾値以上か否かが判定される。あるいは、例えば、Ｎ台の作業機械を使用予定である場合、Ｎ台の作業機械の全ての稼働率が閾値以上か否かが判定される。また、例えば、Ｎ台の作業機械を使用予定である場合、Ｎ台のうち特定の作業機械についてのみの稼働率が予め決められている閾値以上か否かが判定されてもよい。この場合、例えば、使用予定の作業機械として、油圧ショベルが３台、ブルドーザが２台、合計５台の作業機械がある場合、特定の作業機械として３台の油圧ショベルを設定し、その３台の油圧ショベル全ての稼働率が予め決められている閾値以上か否かを判定してもよい。特定の作業機械は、例えば、ユーザが入力装置４を操作し特定の作業機械を指定し、入力データ取得部１４を介して施工条件設定部１６が特定された作業機械を認識し設定する。

ステップＳＰ６５において、全ての作業機械の稼働率が閾値以上であると判定された場合（ステップＳＰ６５：Ｙｅｓ）、出力制御部１８は、シミュレーション部１７のシミュレーション結果を出力装置３に表示させる（ステップＳＰ７０）。

ステップＳＰ６５において、全ての作業機械の稼働率が閾値以上でないと判定された場合（ステップＳＰ６５：Ｎｏ）、施工条件設定部１６は、施工条件を変更し、変更後の施工条件を設定する（ステップＳＰ５０Ｂ）。

シミュレーション部１７は、再設定された施工条件データに基づいて、シミュレーションを実施し、作業機械の稼働率データを算出する（ステップＳＰ６０Ｂ）。

データ処理装置２は、作業機械の稼働率が閾値以上になるまで、ステップＳＰ５０Ｂ、ステップＳＰ６０Ｂ、及びステップＳＰ６５の処理を実施する。

以上説明したように、本実施形態においては、施工条件設定部１６は、シミュレーション部１７で算出された稼働率データに基づいて、作業機械の稼働率が閾値以上になるように、施工条件データを設定する。本実施形態においては、施工量データ及び原単位データが取得されれば、データ処理装置２は、作業機械の稼働率が閾値以上となる最適な施工条件を自動で算出する。これにより、シミュレーションシステム１は、最適な施工条件をユーザに提供することができる。

なお、上述の実施形態において、原単位データは修正又は更新されてもよい。例えば、実際の施工が開始された後の所定期間が経過した所定時点において、施工が開始された時点から所定時点までの施工実績又は各種センサの検出結果に基づいて、記憶部１９に登録されている作業機械の原単位又は作業者の熟練度が修正又は更新されてもよい。シミュレーション部１７は、修正後又は更新後の作業機械の原単位又は作業者の熟練度に基づいて再度シミュレーションを実施してもよい。

上述の実施形態において、シミュレーション部１７は、施工現場の遷移状況及び施工効率を算出したが、施工現場の遷移状況と施工効率とをそれぞれ単独に算出するようにしてもよい。

なお、上述の実施形態においては、出力装置３が表示装置である例について主に説明した。出力装置３が印刷装置でもよい。出力装置３による出力は、印刷装置による印刷（プリントアウト）を含む。すなわち、上述の実施形態で説明した、出力装置３に表示される表示データ（画像データ及び文字データ）が、印刷物として出力されてもよい。

１ シミュレーションシステム
２ データ処理装置
３ 出力装置
４ 入力装置
５ インターフェース回路
６ プロセッサ
７ 不揮発性メモリ
８ 揮発性メモリ
９ コンピュータプログラム
１０ 入出力部
１１ 現況地形データ取得部
１２ 設計地形データ取得部
１３ 原単位データ取得部
１４ 入力データ取得部
１５ 施工量データ算出部
１６ 施工条件設定部
１７ シミュレーション部
１８ 出力制御部
１９ 記憶部
２１ 切土部位
２２ 盛土部位
２３ 作業車リスト
２４ 作業機械リスト
２５ 作業内容リスト
２６ 工種エリアリスト
２７ 移動軌跡パターン
２８ 土質リスト
２９ 分割幅指定部
３０ 走行指定部
３１ 待機場所指定部
３２ 路面入力部
３３ 走行経路

Claims (8)

1. 作業機械を用いて施工する施工現場のシミュレーションシステムであって、
   前記施工現場の現況地形を示す現況地形データを取得する現況地形データ取得部と、
   前記施工現場の設計地形を示す設計地形データを取得する設計地形データ取得部と、
   前記施工現場の施工に関係する資源の仕様を示す原単位データを取得する原単位データ取得部と、
   前記現況地形と前記設計地形とに基づいて、前記施工現場の施工量を示す施工量データを算出する施工量データ算出部と、
   前記施工の手順を示す施工条件データを設定する施工条件設定部と、
   前記原単位データと前記施工条件データと前記施工量データとに基づいて、施工の進行に従って変化する前記施工現場の地形及び前記作業機械の稼働状況の一方又は両方を算出するシミュレーション部と、を備える、
   作業機械を用いて施工する施工現場のシミュレーションシステム。
2. 作業機械を用いて施工する施工現場のシミュレーションシステムであって、
   前記施工現場の現況地形を示す現況地形データを取得する現況地形データ取得部と、
   前記施工現場の設計地形を示す設計地形データを取得する設計地形データ取得部と、
   前記施工現場の施工に関係する資源の仕様を示す原単位データを取得する原単位データ取得部と、
   前記現況地形と前記設計地形とに基づいて、前記施工現場の施工量を示す施工量データを算出する施工量データ算出部と、
   前記施工の手順を示す施工条件データを設定する施工条件設定部と、
   前記原単位データと前記施工条件データと前記施工量データとに基づいて、前記施工量の施工を実施するときの前記作業機械の稼働率を算出するシミュレーション部と、を備える、
   作業機械を用いて施工する施工現場のシミュレーションシステム。
3. 前記シミュレーション部は、
   前記施工条件データ又は原単位データを変化させて複数回のシミュレーションを実施する、
   請求項１又は請求項２に記載の作業機械を用いて施工する施工現場のシミュレーションシステム。
4. 前記施工条件データは、前記施工現場の土質、及び作業機械の走行経路の少なくとも一方を含む、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の作業機械を用いて施工する施工現場のシミュレーションシステム。
5. 入力装置が操作されることにより生成される入力データを取得する入力データ取得部を備え、
   前記施工条件データは、前記入力データを含む、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の作業機械を用いて施工する施工現場のシミュレーションシステム。
6. 前記シミュレーション部は、作業機械の稼働率データを算出し、
   前記施工条件設定部は、前記シミュレーション部で算出された前記稼働率データに基づいて、前記作業機械の稼働率が閾値以上になるように、前記施工条件データを設定する、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の作業機械を用いて施工する施工現場のシミュレーションシステム。
7. 作業機械を用いて施工する施工現場のシミュレーション方法であって、
   プロセッサが前記施工現場の現況地形を示す現況地形データを取得することと、
   プロセッサが前記施工現場の設計地形を示す設計地形データを取得することと、
   プロセッサが前記施工現場の施工に関係する資源の仕様を示す原単位データを取得することと、
   プロセッサが前記現況地形と前記設計地形とに基づいて、前記施工現場の施工量を示す施工量データを算出することと、
   プロセッサが前記施工の手順を示す施工条件データと前記原単位データと前記施工量データとに基づいて、施工の進行に従って変化する前記施工現場の地形及び前記作業機械の稼働状況の一方又は両方を算出することと、を含む、
   作業機械を用いて施工する施工現場のシミュレーション方法。
8. 作業機械を用いて施工する施工現場のシミュレーション方法であって、
   プロセッサが前記施工現場の現況地形を示す現況地形データを取得することと、
   プロセッサが前記施工現場の設計地形を示す設計地形データを取得することと、
   プロセッサが前記施工現場の施工に関係する資源の仕様を示す原単位データを取得することと、
   プロセッサが前記現況地形と前記設計地形とに基づいて、前記施工現場の施工量を示す施工量データを算出することと、
   プロセッサが前記施工の手順を示す施工条件データを設定することと、
   プロセッサが前記原単位データと前記施工条件データと前記施工量データとに基づいて、前記施工量の施工を実施するときの前記作業機械の稼働率を算出することと、を含む、 作業機械を用いて施工する施工現場のシミュレーション方法。

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