JP7097251B2

JP7097251B2 - 施工管理システム

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Publication number: JP7097251B2
Application number: JP2018129623A
Authority: JP
Inventors: 健吾岩田; 登加藤; 健志松澤
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2018-07-09
Publication date: 2022-07-07
Anticipated expiration: 2038-07-09
Also published as: JP2020008423A

Description

本発明は、ＢＩＭなどを含む３次元ＣＡＤを用いた建築物の施工における管理を行う施工管理システムに関する。

近年、建築物の設計・施工・施工後の修繕管理等にＢＩＭ（Building Information Modeling）を用いることが多くなってきた。例えば、特許文献１（特開２０１７－４２２７号公報）には、構成要素の集合として三次元モデルで表される建築物の維持管理に関する記録である管理履歴情報に基づいて、当該管理履歴情報が存在することを示し、且つ、前記三次元モデルと共に表示するためのオブジェクトを生成する生成ステップと、生成された前記オブジェクトを出力するステップとをコンピューターが実行する建築物管理支援方法が開示されている。
特開２０１７－４２２７号公報

上記のようなＢＩＭを用いた施工管理を行ったとしても、現場においては、施工管理担当者は、施工状況の検証と記録とを行なうため、従来のようにカメラ、黒板等を現場に持参し、図面との照合確認を行い、黒板に所定事項を記載し、検査目的に応じて写真撮影を行うなどの作業を行っており、施行が仕様通りに行われているかを確認するための労力や時間がかかると共に、人手に基づく確認に依るため、施行確認の精度も高くはない、という問題があった。

この発明は、上記課題を解決するものであって、本発明に係る施工管理システムは、３次元ＣＡＤデータ中の仮想空間において仮想建築構造物の設計上の設計位置座標データが予め決められており、現実空間における現実建築構造物の現実位置座標データを、設計位置座標データに近づけるように施行を行う際の施工管理を行う施工管理システムであって、現実空間に配される現実測量機械と、現実測量機械が追尾する現実ターゲットと、前記３次元ＣＡＤデータを記憶すると共に、現実空間における現実測量機械に対して制御指令を発し、現実測量機械から測量データ（現実ターゲットの座標）を取得する情報処理装置と、を有し、情報処理装置が、現実測量機械に対して、現実空間における現実ターゲットを追尾し座標取得するように制御指令を発する工程と、現実測量機械で取得された現実ターゲットの座標を受信する工程と、受信した現実ターゲットの座標に基づいて、現実建築構造物の現実位置座標データを算出する工程と、算出された現実建築構造物の前記現実位置座標データを、前記３次元ＣＡＤデータ中の仮想空間における仮想建築構造物の位置座標データとして用いる工程と、を実行することを特徴とする。

また、本発明に係る施工管理システムは、前記３次元ＣＡＤデータには、仮想建築構造物のデータと共に、仮想測量機械のデータと、仮想測量機械がターゲットとする仮想ターゲットのデータと、が含まれていることを特徴とする。

また、本発明に係る施工管理システムは、現実空間における現実測量機械が、予め設定されている仮想空間における仮想測量機械の設置位置に基づいて設置され、現実空間における現実ターゲットの現実建築構造物への取り付けが、予め設定されている仮想空間における仮想ターゲットの仮想建築構造物への取り付け位置に基づいて取り付けられることを特徴とする。

また、本発明に係る施工管理システムは、現実測量機械が、前記情報処理装置から現実空間における現実ターゲットを追尾し座標取得するよう制御指令を受信すると、当該現実測量機械は、複数回の測量に基づく座標を取得することが特徴とする。

また、本発明に係る施工管理システムは、当該現実測量機械による複数回の測量には正位による測量と反位による測量とが含まれることを特徴とする。

また、本発明に係る施工管理システムは、前記３次元ＣＡＤデータが、ＢＩＭデータであることを特徴とする。

本発明に係る施工管理システムは、現実測量機械で取得された現実ターゲットの座標を受信する工程と、受信した現実ターゲットの座標に基づいて、現実建築構造物の現実位置座標データを算出する工程と、算出された現実建築構造物の前記現実位置座標データを、前記３次元ＣＡＤデータ中の仮想空間における仮想建築構造物の位置座標データとして用いる工程と、が実行されるので、このような施工管理システムによれば、前記３次元ＣＡＤデータ中の仮想空間に自動的にしかも高い精度で、現実建築構造物の現実位置座標データが反映されることとなり、施工管理に係る労力や手間を省くことができ、さらに高い精度の施工管理履歴を保存することが可能となる。

本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１で用いる仮想空間と現実空間の概念を説明する図である。本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１における仮想空間の一例を示す図である。本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１における仮想空間と現実空間との対比関係を示す図である。本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１の自動計測機能の動作の概略を説明する図である。本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１で用いられるＧＵＩ（Graphical User Interface）画面の一例を示す図である。本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１の基準点設定機能の動作の概略を説明する図である。本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１の機械点設定機能の動作の概略を説明する図である。本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１のシステム概要を説明する図である。本発明の実施形態で用いる自動正対器１００の斜視図である。本発明の実施形態で用いる自動正対器１００のシステム構成を示すブロック図である。本発明の実施形態で用いる自動正対器１００の動作例を示す図である。本発明の実施形態で用いる自動正対器１００による反射プリズム１３０の姿勢制御を説明する図である。本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１の運用例を説明する図である。本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１の運用例を説明する図である。本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１の運用例を説明する図である。本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１の自動計測処理（自動計測機能）のフローチャートを示す図である。本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１の自動計測処理（自動計測機能）による動作・処理イメージを示す図である。

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は本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１で用いる仮想空間と現実空間の概念を説明する図であり、本発明における用語や概念を説明する図である。

本発明に係る施工状況確認システム１では、「仮想空間」と「現実空間」の２つの空間を分けて考える。

「仮想空間」は、コンピューターなどの情報処理装置の中で処理されるデータによって表現・構築される空間である。このような「仮想空間」は、例えば情報処理装置の表示手段であるディスプレイなどに表示し得るものである。本発明に係る施工状況確認システム１では、特に「仮想空間」は、３次元ＣＡＤデータのデータ形式に基づいて記述されていることが想定されている。また、本発明では、ＢＩＭ（Building Information Modeling）は、３次元ＣＡＤの１種であり、ＢＩＭは３次元ＣＡＤの下位概念であるものとして定義する。

一方、「現実空間」は、上記のような３次元ＣＡＤデータに基づいて施行される建物が存在する実空間のことを言う。

なお、以下、本明細書では「仮想空間」の中で扱われるオブジェクトに対しては、「仮想」の接頭語を付する一方で、「仮想空間」と区別するために実際の「現実空間」で扱う対象物に対しては「現実」の接頭語を付することで、互いを区別することがある。

３次元ＣＡＤデータ中には、施工予定の建物の設計データに含まれている部材である建築構造物のデータが含まれている。このような３次元ＣＡＤデータ中の建築構造物については、前述の通り「仮想」建築構造物と称する。なお、仮想建築構造物のデータは、例えば、天井を構成する部材のデータや、壁を構成する部材のデータなどである。

３次元ＣＡＤデータには、最終的に仮想建築構造物が取り付けられる位置座標データが少なくとも含まれており、現実空間では、このような３次元ＣＡＤデータに基づいて、仮想建築構造物に対応する現実建築構造物が施工されていくことが想定される。

現実空間において、現実建築構造物が、３次元ＣＡＤデータの位置座標データ通り正しく施工されたか否かを、例えば、現実建築構造物にターゲットを取り付け、ターゲット（より詳しくは、ターゲットが備えるプリズム）をトータルステーションなどの測量機器で視準して座標を求めることが行われる。前述の通り、現実空間におけるターゲットを「現実」ターゲット、測量機器を「現実」測量機器とも称する。

本発明に係る施工状況確認システム１では、仮想空間において、現実ターゲットに対応する仮想ターゲット、現実測量機器に対応する仮想測量機器を、３次元ＣＡＤデータの中に仮想建築構造物のデータと共に、データとして記述することを大きな特徴としている。

図２は本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１における仮想空間の一例を示す図である。図２は、情報処理装置によって表示手段によって表示される３次元ＣＡＤの画面データ例である。図２に示すように、３次元ＣＡＤデータの基本的なデータである仮想建築構造物のデータに加えて、当該仮想建築構造物に取り付けられる仮想ターゲットのデータ、及び、仮想測量機器のデータもデータ化され、３次元ＣＡＤで取り扱い得るようにされている。

このように本発明に係る施工状況確認システム１では、現実空間における「現実建築構造物」、「現実ターゲット」、「現実測量機器」が、仮想空間においてそれぞれ「仮想建築構造物」、「仮想ターゲット」、「仮想測量機器」として対応し、データ化される構成となっている。図３は、本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１における仮想空間と現実空間との対比関係を示す図である。

本発明に係る施工状況確認システム１における主要な目的・意義は、現実建築構造物を設計通り施工した際、現実建築構造物の位置座標データが、３次元ＣＡＤデータ中の仮想建築構造物の設計上の設計位置座標データと等しくなったか（或いは、ほぼ等しくなったか）に係る情報を取得することにある。

このために、本発明に係る施工状況確認システム１で具体的にどのような流れでこれを行うかについて図４を参照して説明する。図４は本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１の自動計測機能の動作の概略を説明する図である。図４において、左欄は情報処理装置２００によって再現される仮想空間を示しており、右欄は実際に建物が施工される現実空間を示している。

左欄において「仮想空間」の表示がある枠内は、情報処理装置２００の表示手段による画面表示であるとも捉えることができる。この「仮想空間」の表示がある枠内において、点線で示すものが、３次元ＣＡＤデータにおける仮想建築構造物ＶＭの取り付け設計位置である。すなわち、現実建築構造物ＲＭも、施行において最終的にこの位置に取り付けられることが求められる。なお、現実建築構造物ＲＭは、不図示の吊り上げ手段でリフトアップされつつ、当該設計位置とされる状況に基づいて以下説明を行う。

本発明に係る施工状況確認システム１では、現実建築構造物ＲＭを設計位置にリフトアップにより移動する最中に、当該現実建築構造物ＲＭの現在位置を、現実建築構造物ＲＭに取り付けた自動正対器１００（現実ターゲット）をトータルステーション１０（現実測量機器）によって逐次測量することで把握し、この把握した情報を情報処理装置２００の３次元ＣＡＤデータに反映させるようにしている。これにより、現実建築構造物ＲＭの正確な位置を自動的に、３次元ＣＡＤデータに取り込むことができるようになっている。

より具体的な手順について説明する。図４において、ステップＳ１００では、ユーザーは情報処理装置２００の画面上の仮想測量機器に対して、自動計測制御指令を発する。本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１においては、このような自動計測制御指令は、ＧＵＩ形式でユーザーからの入力を受けるつけることができるように構成されている。図５は本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１で用いられるＧＵＩ（Graphical User Interface）画面の一例を示す図である。ユーザーは情報処理装置２００の画面上で仮想測量機器の操作入力部を模擬する図５（Ｂ）に示すＧＵＩ画面の「計測開始」から自動計測制御指令を発することが可能である。

上記のように自動計測制御指令を受けて、ステップＳ１０１では、情報処理装置２００は現実測量機器であるトータルステーション１０に対して、現実建築構造物ＲＭに取り付けられている自動正対器１００（現実ターゲット）の位置座標を計測するよう制御指令を発する。

ステップＳ１０２では、トータルステーション１０（現実測量機器）は、現実建築構造物ＲＭに取り付けられている３つの自動正対器１００（現実ターゲット）の位置座標を計測して、これを情報処理装置２００に送信する。なお、トータルステーション１０（現実測量機器）は、自動正対器１００（現実ターゲット）の位置座標を複数回計測して、この平均を取ることもできる。このような平均処理の詳細については後述する。

一方、情報処理装置２００においてステップＳ１０３で、自動正対器１００（現実ターゲット）の位置座標を受信すると、ステップＳ１０４では、３つの自動正対器１００（現実ターゲット）の位置座標から、現実建築構造物ＲＭの位置座標データを算出する。なお、現実建築構造物ＲＭに対する３つの自動正対器１００（現実ターゲット）の取り付け位置は既知であることを想定している。

ステップＳ１０５では、算出された現実建築構造物ＲＭの位置座標データが、現在の仮想建築構造物ＶＭの位置であるものとする。そして、例えば、情報処理装置２００の表示手段による画面表示における仮想建築構造物ＶＭの表示位置を、当該位置座標データに基づいて変更する。

このように本発明に係る施工状況確認システム１では、現実建築構造物ＲＭの現実位置座標データを算出し、算出された現実建築構造物ＲＭの現実位置座標データを、３次元ＣＡＤデータ中の仮想空間における仮想建築構造物ＶＭの位置座標データとして用いる。このような施工管理システム１によれば、３次元ＣＡＤデータ中の仮想空間に自動的にしかも高い精度で、現実建築構造物ＲＭの現実位置座標データが反映されることとなり、施工管理に係る労力や手間を省くことができ、さらに高い精度の施工管理履歴を保存することが可能となる。

本発明に係る施工状況確認システム１における主要な目的・意義は、このように、３次元ＣＡＤデータ中の仮想空間内に現実建築構造物ＲＭの現実位置座標データを反映させることが、究極の目的であるがこれを現場において、より簡便に行うための、本発明に係る施工状況確認システム１が備える２つの機能―基準点設定機能、機械点設定機能―について説明する。

まず、基準点設定機能について説明する。図６は本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１の基準点設定機能の動作の概略を説明する図である。図６における左欄、右欄の定義は図４のものに準ずる。

この基準点設定機能は、現実空間に取り付けられ、座標の位置が不明である自動正対器１００（現実ターゲット）の位置座標データを取得して、これを情報処理装置２００の３次元ＣＡＤデータに反映させる機能である。なお、この基準点設定機能を用いる際には、トータルステーション１０（現実測量機器）の位置座標は既知であるものとする。

図６において、ステップＳ２００では、ユーザーは情報処理装置２００の画面上の仮想測量機器に対して、基準点設定測制御指令を発する。本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１においては、このような基準点設定測制御指令についても、ＧＵＩ形式でユーザーからの入力を受けるつけることができるように構成されている。図５は本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１で用いられるＧＵＩ（Graphical User Interface）画面の一例を示す図である。ユーザーは情報処理装置２００の画面上で仮想測量機器の操作入力部を模擬する図５（Ａ）に示すＧＵＩ画面の「基準点設定」から自動計測制御指令を発することが可能である。

上記のように自動計測制御指令を受けて、ステップＳ２０１では、情報処理装置２００は現実測量機器であるトータルステーション１０に対して、自動正対器１００（現実ターゲット）の位置座標を計測するよう制御指令を発する。

ステップＳ２０２では、トータルステーション１０は、自動正対器１００（現実ターゲット）の位置座標を計測して、これを情報処理装置２００に送信する。なお、トータルステーション１０は、自動正対器１００（現実ターゲット）の位置座標を複数回計測して、この平均を取ることもできる。

情報処理装置２００においてステップＳ２０３で、自動正対器１００（現実ターゲット）の位置座標データを受信する。

ステップＳ２０４では、受信された自動正対器１００（現実ターゲット）が、現在の仮想ターゲットの位置であるものとする。そして、例えば、情報処理装置２００の表示手段による画面表示における仮想ターゲットの表示位置を、当該位置座標データに基づいたものにする。

次に、機械点設定機能について説明する。図７は本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１の機械点設定機能の動作の概略を説明する図である。図７における左欄、右欄の定義は図４のものに準ずる。

この機械点設定機能は、現実空間に取り付けられている２つ以上の、座標の位置が既知である自動正対器１００（現実ターゲット）の位置座標データを取得して、未知のトータルステーション１０（現実測量機器）自体の位置座標（自己位置）を確定し、さらに、これを情報処理装置２００の３次元ＣＡＤデータに反映させる機能である。

現場においては、トータルステーション１０（現実測量機器）の位置を、現場の作業内容に応じて適宜変更する必要がある。これには、トータルステーション１０（現実測量機器）が計測対象とする建築構造物に対するトータルステーション１０（現実測量機器）からの光路の確保のためなどの理由がある。本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１においては、このようなトータルステーション１０（現実測量機器）の自己位置を割り出す機械点設定機能を備えるために、既知の自動正対器１００（現実ターゲット）を複数現場に設けるようにしておくことで、種々の計測の基礎となるトータルステーション１０（現実測量機器）の位置座標を速やかに求めることが可能となる。

さて、図７において、ステップＳ３００では、ユーザーは情報処理装置２００の画面上の仮想測量機器に対して、基準点設定測制御指令を発する。本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１においては、このような基準点設定測制御指令についても、ＧＵＩ形式でユーザーからの入力を受けるつけることができるように構成されている。図５は本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１で用いられるＧＵＩ（Graphical User Interface）画面の一例を示す図である。ユーザーは情報処理装置２００の画面上で仮想測量機器の操作入力部を模擬する図５（Ａ）に示すＧＵＩ画面の「機械点設定」から自動計測制御指令を発することが可能である。

上記のように自動計測制御指令を受けて、ステップＳ３０１では、情報処理装置２００は現実測量機器であるトータルステーション１０に対して、複数の（本例では２つの）自動正対器１００（現実ターゲット）の位置座標を計測するよう制御指令を発する。

ステップＳ３０２では、トータルステーション１０（現実測量機器）は、２つの自動正対器１００（現実ターゲット）の位置座標を計測して、これを情報処理装置２００に送信する。なお、トータルステーション１０は、自動正対器１００（現実ターゲット）の位置座標を複数回計測して、この平均を取ることもできる。

情報処理装置２００においてステップＳ３０３で、自動正対器１００（現実ターゲット）の２つの位置座標データを受信する。

ステップＳ３０４では、今回取得された２つの自動正対器１００（現実ターゲット）の位置座標と、既に既知である２つの自動正対器１００（現実ターゲット）の位置座標とから、トータルステーション１０（現実測量機器）の自己位置の位置座標データを算出する。

ステップＳ３０５では、算出されたトータルステーション１０（現実測量機器）が、現在の仮想測量機器の位置であるものとする。そして、例えば、情報処理装置２００の表示手段による画面表示における仮想測量機器の表示位置を、当該位置座標データに基づいたものにする。

次に、以上のような各機能を有する本発明に係る本発明に係る施工状況確認システム１の構成について説明する。図８は本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１のシステム概要を説明する図である。

図８において、例えばパーソナルコンピューターなどの情報処理装置２００であり、ＢＩＭなどを含む３次元ＣＡＤのプログラムが動作する汎用のものを用いることができるが、負荷の高い処理をこなす必要があるため、処理能力が高いものを用いることが望ましい。

本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１では、トータルステーション１０としては、ターゲットに含まれるプリズムを自動的に追尾する機能を有するものが用いられる。これにより、ターゲットである自動正対器１００の設置位置が、予定の設置位置から若干ずれていたとしても、トータルステーション１０は自動正対器１００のプリズムを捕捉することが可能となる。

また、トータルステーション１０は情報処理装置２００とデータ通信可能であるものが用いられる。このようなデータ通信としては、有線方式、無線方式は問わないが現場における利便性を考慮すると無線方式が好ましい。情報処理装置２００はこのようなデータ通信によりトータルステーション１０に対して制御指令を発すると共に、トータルステーション１０からの計測データなどを受信する。

本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１では、自動正対器１００は、トータルステーション１０が計測する、プリズムを含むターゲットとして用いられるものである。このような自動正対器１００は、自動計測機能（図４の場合）の際の計測点ターゲットとしても用いられるし、基準点設定機能（図６の場合）、機械点設定機能（図７の場合）の際の基準点ターゲットとしても用いられる。

本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１で用いる自動正対器１００は、特にターゲットが移動する計測点ターゲットとして用いる図４のような場合に、精度の高い測量を実現するためのものであり、例えば、基本的に移動に伴わない基準点ターゲットに用いる場合には、必ずしもターゲットして自動正対器１００を用いる必要はない。

自動正対器１００は、情報処理装置２００とデータ通信可能に構成されている。このようなデータ通信としては、有線方式、無線方式は問わないが現場における利便性を考慮すると無線方式が好ましい。情報処理装置２００はこのようなデータ通信により自動正対器１００に対して制御指令を発することが可能となる。

ここで、本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１で用いる自動正対器１００についてより詳しく説明する。なお、自動正対器１００の補足説明については、本発明者らによる特願２０１７－９９４０９号に記載の内容を参照して援用する。

図９は本発明の実施形態で用いる自動正対器１００の斜視図である。また、図１０は本発明の実施形態で用いる自動正対器１００のシステム構成を示すブロック図である。

本発明で用いる自動正対器１００は、反射プリズム１３０が装着され、現実建築構造物ＲＭに取り付けられて用いられるものである。自動正対器１００は、内部に反射プリズム１３０を収容可能なプリズム収容胴部１３１を有している。プリズム収容胴部１３１の先端側には、光の入射口である反射プリズム１３０の開口１３２が設けられている。

自動正対器１００に設けられている反射プリズム１３０には、例えば、トータルステーション１０によって出射されたレーザー光が入射される。反射プリズム１３０の開口１３２に入射された光は、反射プリズム１３０内で、入射光と平行な反射光とされ、反射プリズム１３０から出射される。入射光が反射光として折り返される仮想の点を、反射プリズム１３０の反射点Ｃとして定義する。この反射点Ｃは、トータルステーション１０が反射プリズム１３０の位置座標を計測する際の基準点となる。また、反射プリズム１３０の開口１３２の中心をＳとして定義する。

本発明で用いる自動正対器１００においては、反射プリズム１３０の姿勢を変更することで、反射プリズム１３０の開口１３２が、常に、トータルステーション１０のレーザー光出射口（不図示）と正しく正対するようにしている。このような反射プリズム１３０の姿勢を変更するためのプリズム姿勢変更機構部１０８と称する。

以下、本実施形態に係る自動正対器１００においては、基台１０５に対して、第１軸１１１を中心に回転する第１ブラケット１１５と、第１ブラケット１１５に対して、第２軸１２１を中心に回転し、反射プリズム１３０が取り付けられている第２ブラケット１２５と、からなるプリズム姿勢変更機構部１０８を例に挙げ説明を行うが、反射プリズム１３０の開口１３２を任意の方向に向けさせるように反射プリズム１３０の姿勢を変更させることを可能とする構成であれば、その他の任意の構成を用いることができる。

本発明で用いる自動正対器１００の基台１０５は、自動正対器１００を計測対象物に取り付ける際の部材として機能する。また、基台１０５の中には、制御部１５０などを構成する電子回路や、この電子回路に給電を行うバッテリーなどがパッケージングされている。

ここで、基台１０５の中には、基台１０５自体の姿勢を検知する姿勢検知部１６０が設けられていることが好ましい。姿勢検知部１６０としては、ジャイロセンサーと加速度センサーと地磁気センサーを組み合わせたセンサーなどを利用することができる。

姿勢検知部１６０により、基台１０５が計測対象物に対して、どのような姿勢で取り付けられているかを把握することができる。姿勢検知部１６０で検知される姿勢情報は、制御部１５０に入力される。

制御部１５０は、姿勢検知部１６０より得られる姿勢情報に基づいて、第１ブラケット１１５の回転角と、第２ブラケット１２５の回転角と決定することで、反射プリズム１３０の開口１３２を所望とする方向に向けさせるように反射プリズム１３０の姿勢を変更させることが可能となる。

ただし、上記のような姿勢検知部１６０は、必須の構成要件ではない。例えば、計測対象物に対して必ず定まった姿勢で自動正対器１００が取り付けられるような用途であれば、姿勢検知部１６０は不要である。

さて、上記のような基台１０５からは第１回転駆動部１１０が延在するように設けられている。第１回転駆動部１１０内には、第１モーター１１２と、第１モーター１１２の回転軸（不図示）の回転角度を検出する第１エンコーダー１１３とが設けられている。本発明で用いる自動正対器１００においては、第１エンコーダー１１３によって検出される第１モーター１１２の回転角度によって、第１モーター１１２を高い精度で回転制御する。

第１モーター１１２に対する制御指令θ₁は、制御部１５０から出力されると共に、第１エンコーダー１１３によって検出される第１モーター１１２の回転角度データは、制御部１５０に入力されることで、第１モーター１１２の回転制御が実行される。

ここで、制御部１５０は、ＣＰＵとＣＰＵ上で動作するプログラムを保持するＲＯＭとＣＰＵのワークエリアであるＲＡＭなどからなる汎用の情報処理装置である。

第１モーター１１２の回転軸（不図示）には、第１ブラケット１１５が取り付けられており、第１モーター１１２の回転に伴い、θ₁＝０のホームポジションから任意の回転角で、第１軸１１１を中心として第１ブラケット１１５が回転するようになっている。

また、第１ブラケット１１の一端には、第２回転駆動部１２０が設けられている。第２回転駆動部１２０内には、第２モーター１２２と、第２モーター１２２の回転軸（不図示）の回転角度を検出す第２エンコーダー１２３とが設けられている。本発明で用いる自動正対器１００においては、第２エンコーダー１２３によって検出される第２モーター１２２の回転角度によって、第２モーター１２２を高い精度で回転制御する。

第２モーター１２２に対する制御指令θ₂は、制御部１５０から出力されると共に、第２エンコーダー１２３によって検出される第２モーター１２２の回転角度データは、制御部１５０に入力されることで、第２モーター１２２の回転制御が実行される。

第２モーター１２２の回転軸（不図示）には、第２ブラケット１２５が取り付けられており、第２モーター１２２の回転に伴い、θ₂＝０のホームポジションから任意の回転角で、第２軸１２１を中心として第２ブラケット１２５が回転するようになっている。

なお、反射プリズム１３０の反射点Ｃは、第１軸１１１と第２軸１２１の交点に配されるように設定されると、種々の演算が簡単となり好ましいが、このことは必須の要件ではない。

第２ブラケット１２５には、反射プリズム１３０が取り付けられており、本発明で用いる自動正対器１００においては、第１ブラケット１１５及び第２ブラケット１２５が回転することで、反射プリズム１３０の開口１３２を所望とする任意の方向に向けさせるように反射プリズム１３０の姿勢を変更させることが可能となる。

例えば、制御部１５０から、第１モーター１１２に対する第１の回転制御指令θ₁＝φが出力され、第２モーター１２２に対する第２の回転制御指令θ₂＝ψが出力されることで、自動正対器１００においては、反射プリズム１３０の姿勢を図１１に示すようなものとすることができる。

本発明で用いる自動正対器１００においては、書き換え可能な記憶部１８０が、制御部１５０とデータ通信可能に設けられている。このような記憶部１８０には、少なくとも、トータルステーション１０の測定の際の基準点となる座標である測定中心Ｔの座標を記憶させておく。

本発明で用いる自動正対器１００においては、外部の情報処理装置２００と通信を行う通信部１７０が設けられている。通信部１７０は、外部の情報処理装置２００から受信したデータを制御部１５０に転送すると共に、制御部１５０から転送されたデータを外部の情報処理装置２００に送信する。

なお、通信部１７０は有線によるもの無線によるもののいずれも用いることができるが、無線によるものの方がより利便性が高い。

次に、以上のように構成される自動正対器１００が、反射プリズム１３０の姿勢をどのように変更していくのかを、図１２を参照して説明する。図１２は本発明で用いる自動正対器１００による反射プリズム１３０の姿勢制御を説明する図である。自動正対器１００については、反射プリズム１３０を抜き出して、模式的に示している。

図１２において、トータルステーション１０の基準点の座標（ｘ_t，ｙ_t，ｚ_t）は既知点であり、当該座標情報については自動正対器１００の記憶部１８０に記憶されており、制御部１５０によって参照されるようになっている。

現実建築構造物ＲＭの移動に伴い、移動する反射プリズム１３０の反射点Ｃの座標（ｘ_c，ｙ_c，ｚ_c）は、時々刻々トータルステーション１０によって計測され、情報処理装置２００、通信部１７０を介して制御部１５０が取得する。

制御部１５０では、トータルステーション１０によって計測される反射プリズム１３０の反射点Ｃの座標（ｘ_c，ｙ_c，ｚ_c）と、トータルステーション１０の基準点Ｔの座標（ｘ_t，ｙ_t，ｚ_t）と、を結ぶ線分上に、開口中心Ｓの座標（ｘ_s，ｙ_s，ｚ_s）が配されるように、第１回転駆動部１１０に対して第１回転制御指令θ₁を出力し、第２回転駆動部１２０に対して第２回転制御指令θ₂を出力する。

自動正対器１００においては、制御部１５０が上記のような反射プリズム１３０の姿勢制御を行うことで、反射プリズム１３０の開口１３２を、トータルステーション１０のレーザー光出射口と正しく正対させることが可能となり、計測対象物の位置座標を正確に計測することが可能となる。

なお、本実施形態においては、自動正対器１００の制御部１５０で種々の演算を行うような構成としているが、このような演算の一部は、情報処理装置２００やトータルステーション１０側の演算手段（不図示）で行うようにしてもよい。

次に、以上のように構成される、本発明に係る施工状況確認システム１の運用形態の概略について説明する。図１３乃至時１５は本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１の運用例を説明する図である。これらの図面において、自動正対器１００などの現実ターゲットについては、□に×印を重ねた表記で略記する。また、以下の図面においては、建築物の所定の施行エリアで自動計測機能により、現実建築構造物ＲＭの位置座標を仮想空間に反映させることが最終目的となる。

図１３乃至時１５において、施行される建築物の平面図において一方の壁に沿った方向にｘ軸をとり、この壁と垂直の関係にある壁に沿った方向にｙ軸をとる。また、ｚ軸は、鉛直方向の上方に向かうと正の値となるように、鉛直方向に沿ってとられる。

図１３においては、設置したトータルステーション１０（現実測量機器）の自己位置（機械点）を設定する工程を実施する。このために、図１３では、まず墨出しされた線の直上であって、ｘｙ座標が既知である位置にトータルステーション１０（現実測量機器）を設置する。ここで、トータルステーション１０（現実測量機器）のｚ軸の値については未だ不明である。

そこで、例えば、トータルステーション１０（現実測量機器）からｘ軸方向に真っ直ぐ進んだ壁面に、ｚ軸の値が既知である自動正対器１００（現実ターゲット）を設置する。そして、トータルステーション１０（現実測量機器）から、壁面上の自動正対器１００（現実ターゲット）を視準することで、トータルステーション１０（現実測量機器）のｚ軸の値が分かり、ｘｙｚ座標が確定する。確定したｘｙｚ座標は、情報処理装置２００に入力される。

施行エリアにおいては、現場の作業内容に応じてトータルステーション１０（現実測量機器）の位置を、適宜変更する必要があることは述べた。このために、当該施行エリアで作業が実施される間に、適宜設置位置が変更されるトータルステーション１０（現実測量機器）の自己位置を割り出すための基準となる基準点の設定を行う。

図１４では、２つの自動正対器１００を基準点（１及び２）として壁面に取り付けて、施工状況確認システム１による基準点設定機能（図６参照）を実行する。ここで、壁面に取り付ける自動正対器１００（現実ターゲット）の数は２つ以上であれば任意であるが、複雑な施行を行う予定でトータルステーション１０（現実測量機器）の光路が、例えば足場などの障害物で邪魔されることが想定される場合は、３つより多くの基準点を設定することが好ましい。上記のように本発明に係る施工状況確認システム１による基準点設定機能を実施することで、基準点１及び基準点２それぞれのｘｙｚ座標が既知となる。

トータルステーション１０（現実測量機器）の設置位置は、現場の作業内容に応じて適宜変更される。図１５では、図１４と異なる場所にトータルステーション１０（現実測量機器）が設置された状態を示している。このようにトータルステーション１０（現実測量機器）の設置位置が変更されたとしても、基準点１及び基準点２それぞれのｘｙｚ座標が既知であるので、トータルステーション１０（現実測量機器）で、基準点１及び基準点２を視準することで、トータルステーション１０（現実測量機器）の自己位置を把握することができる。これには、施工状況確認システム１による機械点設定機能（図７参照）が実行される。

以上のような運用でトータルステーション１０（現実測量機器）の自己位置を求めると、続いて、本発明に係る施工状況確認システム１においては、現実建築構造物ＲＭの施行がモニターされる。

図１６は本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１の自動計測処理（自動計測機能）のフローチャートを示す図である。また、図１７は本発明の実施形態に係る施工状況確認システム１の自動計測処理（自動計測機能）による動作・処理イメージを示す図である。

図１７において、斜線で示すものが、３次元ＣＡＤデータにおける仮想建築構造物ＶＭの取り付け設計位置である。すなわち、現実空間では、現実建築構造物ＲＭの４隅が、それぞれＡ（ｘ₁₀，ｙ₁₀，ｚ₁₀）、Ｂ（ｘ₂₀，ｙ₂₀，ｚ₂₀）、Ｃ（ｘ₃₀，ｙ₃₀，ｚ₃₀）、Ｄ（ｘ₄₀，ｙ₄₀，ｚ₄₀）の位置にあるとき、現実建築構造物ＲＭが設計位置であり、規定の取り付け位置となる。

現実建築構造物ＲＭも、施行において最終的にこの位置に取り付けられることが求められる。現実建築構造物ＲＭは、当該設計位置となるように、リフトアップされる間、本発明に係る施工状況確認システム１によって、現実建築構造物ＲＭの４隅、Ａ'（ｘ₁₀'，ｙ₁₀'，ｚ₁₀'）、Ｂ'（ｘ₂₀'，ｙ₂₀'，ｚ₂₀'）、Ｃ'（ｘ₃₀'，ｙ₃₀'，ｚ₃₀'）、Ｄ'（ｘ₄₀'，ｙ₄₀'，ｚ₄₀'）の現在位置がモニターされると共に、モニターされた値が情報処理装置２００に入力され、仮想空間のデータとして反映されるようにする。

なお、現実建築構造物ＲＭには、３つの自動正対器１００（現実ターゲット）が取り付けられるが、これら３つの自動正対器１００のプリズムの基準位置となる反射点Ｃ（現実建築構造物ＲＭの４隅Ｃとは異なる）と、Ａ、Ｂ'、Ｃ'、Ｄ'との相対位置関係は予め把握されている。これを実現するために、現実建築構造物ＲＭに対して、３つの自動正対器１００（現実ターゲット）を取り付ける位置は、３次元ＣＡＤデータの仮想空間内で予め設定しておくことが好ましい。

本発明に係る施工状況確認システム１では、リフトアップによって現実建築構造物ＲＭの４隅の位置が、限りなくＡ'→Ａ、Ｂ'→Ｂ、Ｃ'→Ｃ、Ｄ'→Ｄとなることを確認し、さらに、仮想空間を構成する情報処理装置２００にフィードバックし、情報処理装置２００でその履歴を残しておくようにするものである。

このような本発明に係る施工状況確認システム１による現実建築構造物ＲＭの自動計測処理（自動計測機能）がどのような流れで実行されるのかを図１６のフローチャートに基づいて説明する。

ステップＳ４００において、ユーザーによって情報処理装置２００に対して自動計測処理（自動計測機能）開始されると、続いて、ステップＳ４０１に進み、自動正対器１００のプリズムを追尾、計測を実行するよう指令をトータルステーション１０に送信する。

トータルステーション１０は、ステップＳ５０１で、上記のような指令を受信すると、続くステップＳ５０２において、自動正対器１００のプリズムの追尾を実行し、ステップＳ５０３で、追尾した自動正対器１００のプリズム座標を複数回（例、１０回）計測し、それぞれの計測値を記憶する。

続いて、ステップＳ５０４では、トータルステーション１０が正位の場合は反位とする。（トータルステーション１０が反位の場合は、逆に正位とする。）本実施形態では、トータルステーション１０を正位の状態で複数回プリズム座標の計測を行うと共に、トータルステーション１０を反位の状態として複数回プリズム座標の計測を行い、複数の計測値の平均値によって最終的なプリズム座標を決定するようにしているので、非常に高い精度のプリズム座標を得ることが可能となる。

ステップＳ５０５では、正位（又は反位）とされたトータルステーション１０によって、さらに、自動正対器１００のプリズム座標を複数回（例、１０回）計測し、それぞれの計測値を記憶する。

ステップＳ５０６では、予め決められた板規定回数の計測が完了したか否かが判定される。ステップＳ５０６の判定結果がＮＯであればステップ５０４に戻る。一方、ステップＳ５０６の判定結果がＹＥＳであれば、ステップＳ５０７に進む。

ステップＳ５０７では、取得された計測値のうち特異な計測値（他の計測値から大幅にずれた計測値（すなわち、所定値以上の乖離がある計測値）であり、明らかに誤計測が明らかな計測値）を除去する。続いて、ステップＳ５０８においては、記憶された複数の計測値に基づき、プリズム座標の平均値を算出する。

なお、本実施形態では、プリズム座標の平均値を算出する処理をトータルステーション１０側で実行する例で説明したが、このような処理は情報処理装置２００側で実行させるようにしても構わない。

さて、ステップＳ５０９では、算出された自動正対器１００のプリズム座標平均値が情報処理装置２００側に送信される。

値が情報処理装置２００側がステップＳ４０２で、自動正対器１００のプリズム座標の平均値を受信すると、続いて、ステップＳ４０３で、現実建築構造物ＲＭの４隅Ａ、Ｂ'、Ｃ'、Ｄ'の位置座標データが算出される。

ステップＳ４０４では、仮想空間における３次元ＣＡＤデータに、現実建築構造物ＲＭの現在の位置座標データが反映され、ステップＳ４０５で処理が終了される。

以上のように、本発明に係る施工管理システム１は、現実測量機械で取得された現実ターゲットの座標を受信する工程と、受信した現実ターゲットの座標に基づいて、現実建築構造物の現実位置座標データを算出する工程と、算出された現実建築構造物の前記現実位置座標データを、前記３次元ＣＡＤデータ中の仮想空間における仮想建築構造物の位置座標データとして用いる工程と、が実行されるので、このような施工管理システム１によれば、前記３次元ＣＡＤデータ中の仮想空間に自動的にしかも高い精度で、現実建築構造物の現実位置座標データが反映されることとなり、施工管理に係る労力や手間を省くことができ、さらに高い精度の施工管理履歴を保存することが可能となる。

１・・・施工状況確認システム
１０・・・トータルステーション
９０・・・取り付け部材
１００・・・自動正対器
１０５・・・基台
１０８・・・プリズム姿勢変更機構部
１１０・・・第１回転駆動部
１１１・・・第１軸
１１２・・・第１モーター
１１３・・・第１エンコーダー
１１５・・・第１ブラケット
１２０・・・第２回転駆動部
１２１・・・第２軸
１２２・・・第２モーター
１２３・・・第２エンコーダー
１２５・・・第２ブラケット
１３０・・・反射プリズム
１３１・・・プリズム収容胴部
１３２・・・開口
１５０・・・制御部
１６０・・・姿勢検知部
１７０・・・通信部
１８０・・・記憶部
２００・・・情報処理装置
Ｃ・・・反射点
Ｓ・・・開口中心
Ｔ・・・測定中心（トータルステーション基準点）
ＲＭ・・・現実建築構造物
ＶＭ・・・仮想建築構造物

Claims

３次元ＣＡＤデータ中の仮想空間において仮想建築構造物の設計上の設計位置座標データが予め決められており、
現実空間における現実建築構造物の現実位置座標データを、設計位置座標データに近づけるように施行を行う際の施工管理を行う施工管理システムであって、
現実空間に配される現実測量機械と、
現実測量機械が追尾する現実ターゲットと、
前記３次元ＣＡＤデータを記憶すると共に、現実空間における現実測量機械に対して制御指令を発し、現実測量機械から測量データ（現実ターゲットの座標）を取得する情報処理装置と、を有し、
情報処理装置が、
現実測量機械に対して、現実空間における現実ターゲットを追尾し座標取得するように制御指令を発する工程と、
現実測量機械で取得された現実ターゲットの座標を受信する工程と、
受信した現実ターゲットの座標に基づいて、現実建築構造物の現実位置座標データを算出する工程と、
算出された現実建築構造物の前記現実位置座標データを、前記３次元ＣＡＤデータ中の仮想空間における仮想建築構造物の位置座標データとして用いる工程と、
を実行することを特徴とする施工管理システム。
前記３次元ＣＡＤデータには、仮想建築構造物のデータと共に、
仮想測量機械のデータと、
仮想測量機械がターゲットとする仮想ターゲットのデータと、が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の施工管理システム。
現実空間における現実測量機械が、予め設定されている仮想空間における仮想測量機械の設置位置に基づいて設置され、
現実空間における現実ターゲットの現実建築構造物への取り付けが、予め設定されている仮想空間における仮想ターゲットの仮想建築構造物への取り付け位置に基づいて取り付けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の施工管理システム。
現実測量機械が、前記情報処理装置から現実空間における現実ターゲットを追尾し座標取得するよう制御指令を受信すると、
当該現実測量機械は、複数回の測量に基づく座標を取得することが特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の施工管理システム。
当該現実測量機械による複数回の測量には正位による測量と反位による測量とが含まれることを特徴とする請求項４に記載の施工管理システム。
前記３次元ＣＡＤデータが、ＢＩＭデータであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の施工管理システム。