JP7184001B2

JP7184001B2 - シミュレーション装置

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Publication number: JP7184001B2
Application number: JP2019165746A
Authority: JP
Inventors: 佳雄笹岡
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2022-12-06
Anticipated expiration: 2039-09-11
Also published as: EP4006818A1; WO2021049112A1; CN114341857A; JP2021042045A; EP4006818A4; US20220404834A1

Description

本発明は、資材を運搬する建設機械を用いた作業のシミュレーション装置に関する。

シミュレーション装置に関して、特許文献１に示されるように、施工の工程において容易に位置情報を取得できる技術が提案されている。該技術における工事支援装置は受信機と、位置算出部と、工事支援処理部とを備えている。受信機は、位置情報を求めるために用いるビーコン信号を工事現場に配置される送信機から受信する。位置算出部は、送信機の設置場所を示す情報を含む構造物の設計情報を記憶する記憶装置から、受信機が受信したビーコン信号に対応付けられた送信機の設置場所を示す情報を読み出し、読み出した情報を用いて受信機の位置を求める。工事支援処理部は位置算出部が求めた受信機の位置に基づいて、工事を支援する処理を行う。

特許文献２は、コンピュータ上に３次元で構造物の形が表現でき、構成される空間や各部材機器等に、仕様性能、コスト等の属性情報を持たせた建物情報モデルＢＩＭ（Building Information Modeling）に基づく現場施設物自動化モデリングシステムを提案している。当該モデリングシステムは、オブジェクト部と入力部と制御部を具備している。オブジェクト部は、現場施設物として配置される部材及び装備中一つ以上を含むオブジェクトのサイズと種類及び機種を選択及び編集する。入力部は、オブジェクト部で編集されたオブジェクトの位置や区間をライン（Ｌｉｎｅ）描きで設定する。制御部は、オブジェクト部の編集データによるオブジェクトのモデルを前記入力部によって設定されたラインに沿って配置するように制御しディスプレイに出力するように制御する。なお、ＢＩＭは、施工物に関して、コンピュータ上に作成した３次元の形状情報に加え、構成される空間や各部材や機器等に、仕様、性能、コスト等の属性情報を持たせた建物情報モデルをいう。設計上の各種検討や設計図の作製を目的とした設計段階におけるモデルだけでなく、施工計画、納まりの検討、確認、専門工事業者の製作図との連携及び施工図の作製を目的とした施工段階におけるモデルも含んでいる。

特開２０１７－１６６９７９号公報特表２０１８－５２２２９７号公報

近年、クレーン等の建設機械による施工のためのシミュレーションソフトの開発が行われているが、作業時間を考慮しないシミュレーションでは作業全体の稼働率を上げることはできないという問題が一例として挙げられる。

特許文献１、２に開示のシステムにおいても、作業全体の作業時間が分からない場合があるという問題が一例として挙げられる。

本発明は、以上の従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、建設機械の待機時間を減らして、建設機械作業の工程計画を実行可能とし、非熟練のオペレータでも建設機械の作業効率が向上できるシミュレーション装置を提供することを目的とする。

本発明のシミュレーション装置は、
資材を運搬する建設機械を用いた作業のシミュレーション装置であって、
前記建設機械の特性に関する情報である建設機械特性情報を取得する建設機械特性情報取得部と、
前記建設機械により運搬される資材に関する情報である資材情報を取得する資材情報取得部と、
前記資材の運搬における運搬経路を含む運搬経路情報を取得する運搬経路情報取得部と、
前記建設機械特性情報取得部により取得された前記建設機械特性情報、前記資材情報取得部により取得された前記資材情報及び前記運搬経路情報取得部により取得された前記運搬経路情報に基づいて、前記資材及び障害物が接触しない前記資材の複数の前記運搬経路を算出し、複数の経路候補を生成する運搬経路決定部と、
前記運搬経路決定部により生成された前記複数の経路候補のそれぞれにしたがった前記資材の運搬時間を予測し、前記資材の運搬時間を生成する運搬時間算出部と、
前記複数の経路候補及び当該複数の経路候補のそれぞれの運搬時間が同時に表示されるシミュレーション表示部と、を備え、
前記シミュレーション表示部に表示された前記複数の経路候補の中から一の経路候補をオペレータに決定させることを特徴とする。

本発明によれば、建設機械特性情報取得部、資材情報取得部及び運搬経路情報取得部を備えて、建設機械特性情報、資材情報及び運搬経路情報に基づいて資材の運搬時間を生成する故に、建設機械の待機時間を減らして、建設機械作業の工程計画を実行可能とし、非熟練のオペレータでも建設機械の作業効率を向上が期待できる。ここで、「取得する」とは、当該構成要素が情報を受信すること、データベースやメモリから探索又は読み出すこと、受信又は検知等した基礎情報に対して指定の演算処理を実行することによって情報を算定、測定、推定、設定、決定、探索、予測等すること、受信等されたパケットをデコードして情報を顕在化させること、さらには算定等した情報をメモリに保存すること等、他の情報処理のために当該情報を準備するためのあらゆる情報処理を実行することを意味する。

第1の実施例のシミュレーション装置において３次元モデルとしてモデル化されたクローラ型のクレーン及び建築現場を模式的に示した仮想空間における俯瞰図である。第1の実施例のシミュレーション装置のハードウェアとして用いられるコンピュータの基本構成を示した構成図である。第1の実施例のシミュレーション装置の機能構成を示したブロック図である。第1の実施例のシミュレーション装置が実行する一例としてのクレーンによる運搬作業のシミュレーションの概略を示すフロー図である。第1の実施例のシミュレーション装置のクレーン情報のうちのクレーンの大きさの実データを説明するためのクレーンを示す側面図である。第1の実施例のシミュレーション装置の当該実データを説明するためのクレーンを示す上面図である。第1の実施例のシミュレーション装置の資材情報の実データを説明するために柱及び梁に用いられる資材の例を示す概略図である。第1の実施例のシミュレーション装置において３次元モデルとしてモデル化されたクレーン及び建築現場を模式的に示した仮想空間における上面図である。第1の実施例のシミュレーション装置において表示される３次元モデルとしてモデル化されたクレーン及び建築現場の施工建物を模式的に示した仮想空間における斜視図である。第1の実施例のシミュレーション装置が実行するクレーンによる運搬シミュレーションを示すフロー図である。第２の実施例のシミュレーション装置の機能構成を示したブロック図である。

以下、本発明の実施例のシミュレーション装置を、図面を参照しながら説明する。一例として、建設機械作業の工程計画を実行状況として、クレーン作業による建築工程を想定した本実施例のシミュレーション装置を説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。また、実施例において、実質的に同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、第１の実施例のシミュレーション装置において３次元モデルとしてモデル化されたクローラ型のクレーンＣＲＮ及び建築現場ＢＬＳを模式的に示した仮想空間における俯瞰図である。建築現場ＢＬＳには、フェンスＦに囲まれた敷地にある施工建物ＣＢＬの近くにクレーンＣＲＮ及びトラックＴＲＫ、現場事務所ＳＯＦがある。フェンスＦの周囲には既存の建物ＢＬ１、ＢＬ２及びＢＬ３がある。図１は、クレーンＣＲＮにより吊荷Ｗの資材がトラックＴＲＫから施工建物ＣＢＬ上に運搬される様子を示している。例として、クレーンＣＲＮによる運搬作業のシミュレーションを説明する。

［シミュレーション装置］
図２は、シミュレーション装置１０のハードウェアとして用いられるコンピュータの基本構成を示した構成図である。本実施例のシミュレーション装置１０は一般的なコンピュータがプログラムに従う処理を行うことにより実現される。ただし、シミュレーション装置１０が専用の装置として構成されてもよい。

該コンピュータのシミュレーション装置１０は、各種データ及びプログラムを記憶する不揮発性フラッシュメモリやハードディスク等のメモリ装置１１、メモリ装置１１に記憶されているプログラムに従い各種データの処理を行うＣＰＵ１２、外部通信装置（図示せず）との間でデータ通信を行うインターフェイスである通信装置１３、ユーザに対し画像を表示する液晶ディスプレイ等の表示装置１４、ユーザの操作を受付けるキーボード、マウス、タッチパネル等の操作装置１５、記録媒体を受付けるＵＳＢポート等の出入力装置１６を備える。

図３は、シミュレーション装置１０の機能構成を示したブロック図である。コンピュータのシミュレーション装置１０用のプログラムに従った処理を行うことにより、図３に示される機能構成を備えるシミュレーション装置１０が実現される。

図３に示すシミュレーション装置１０の機能部は、各種データを記憶するデータ部２１と、各種データを受付する入力受付部２２と、モデリング部２３と、運搬演算部２４と、シミュレーション表示部２５と、通信部２６を備える。ここで、データ部２１と入力受付部２２とモデリング部２３は、一括して、クレーン情報を取得するクレーン情報取得部と、クレーンにより運搬される資材に関する情報である資材情報を取得する資材情報取得部と、資材の運搬における複数の資材位置（ユーザ入力の始点、通過点、終点）を含む運搬経路情報を取得する運搬経路情報取得部と、して機能する。当該運搬経路情報取得部等の情報取得部は、ユーザによる入力に限定されることなく、操作装置１５の他に、通信装置１３や出入力装置１６を介して外部から情報が入力されるすべての手段を含む。

［シミュレーション装置１０によるクレーンの運搬作業の概略シミュレーション］
図４は、シミュレーション装置１０が実行する一例としてのクレーンによる運搬作業のシミュレーションの概略を示すフローを示す。

ステップＳ１：シミュレーション装置１０がクレーン情報（例えば、クレーン（図１のクレーンＣＲＮ）の種類、大きさ、重さ、配置位置、最大作業半径、吊り上げ能力、クレーン制御情報等の仕様データ）を取得してメモリ装置１１（図２）に保持する。クレーン制御情報には、クレーンの動作速度（例えば、クレーンの吊り上げ速度やクレーンの旋回速度）の基準となる制御情報が含まれる。クレーン情報は外部から取得しても、或いは配置位置以外のクレーン情報は本シミュレータに予め記憶されている情報から取得してもよい。

ステップＳ２：シミュレーション装置１０が資材情報（例えば、資材の資材重量、大きさ、形状等）を取得する。

ステップＳ３：シミュレーション装置１０が運搬情報（例えば、ユーザからの運搬経路情報として資材（吊荷）の始点、通過点及び終点の位置等）を取得する。また、シミュレーション装置１０は、当該運搬経路情報はユーザが指定する資材（吊荷）が運搬される時間帯を含むことができる。運搬経路情報に時間帯を含むことにより、当該以外の時間帯にクレーンのシミュレーションの実行が可能となる。

ステップＳ４：シミュレーション装置１０が上記クレーン情報、資材情報及び運搬情報に基づき運搬経路及び運搬時間を算出（シミュレーション）する。

ステップＳ５：シミュレーション装置１０の表示装置１４が算出した運搬経路を画像表示する。

ステップＳ６：シミュレーション装置１０が運搬経路を決定する。

以上の運搬作業のシミュレーションを実行する図３に示すシミュレーション装置１０は機能部を説明する。

［入力受付部２２］
入力受付部２２は、運搬演算にあたり例えばユーザにより入力取得される、例えば、吊荷Ｗである資材、クレーンＣＲＮ、及び施工建物ＣＢＬの情報や、吊荷Ｗの運搬の始点及び終点や、途中に経由すべき通過点の運搬経路情報（資材が運搬される時間帯を含む）を受付ける。該運搬経路情報は最初だけでなくユーザにより画面で随時受付けたり更新したりしてもよい。

また、入力受付部２２は、外部から運搬演算に必要な各種データ（クレーン情報、資材情報、障害物を含む環境情報等）を例えばユーザにより入力取得できる。なお、入力受付部２２は、操作装置１５や出入力装置１６を介したユーザによるデータ入力を受付けたり、通信装置１３を介したデータ入力を受付ける。また、入力受付部２２を介さずに、本シミュレータに予め記憶（メモリ装置１１（図２））されている運搬演算に必要な各種データを利用してもよい。

［モデリング部２３］
モデリング部２３は、各種データ（クレーン情報（クレーンＣＲＮを含む）、資材情報（吊荷Ｗを含む）、障害物を含む環境情報等）に対応する計算用モデルデータ、例えばポリゴンデータ／ボクセルデータ等を生成して、後述のデータ部２１に格納する処理を行う。なお、モデリング部２３は、外部から取得した実物のデータがそのまま計算用に使える場合、そのままデータ部２１に格納する。各モデルの境界部領域のマージン（距離）のとり方（大きさや形状等）は例えば入力受付部２２でユーザが設定可能である。

モデリング部２３は重心算定機能を有し、該重心算定機能は、データ部２１に記憶した資材情報に基づいて、資材の重心を算定し、資材に関連付けて重心情報をデータ部２１に格納する。また、本実施例をＢＩＭシミュレーションシステムに結合させた場合、該ＢＩＭシミュレーションシステム側に、資材の重心が算定されたデータがあればそれを取得する。

すなわち、資材をクレーンで運搬する際に、該資材の重心は重要な要因であり、その重心の位置によって吊り上げ位置が変位するため、かかるモデリング部２３の重心算定機能では、資材情報を補完するデータとして重心を算定する。なお、このモデリング部２３の重心算定機能が算定した重心情報は、運搬演算部２４の経路候補の作成に使用される。

［運搬演算部２４］
運搬演算部２４は、モデリング部２３により認識され後述のデータ部２１に格納された情報に基づき、吊荷Ｗ及び障害物が接触しない吊荷Ｗの運搬経路を算出して経路候補を生成する（運搬経路決定部２４ａ）。運搬演算部２４は、経路候補の各候補の運搬時間を予測して決定する（運搬時間算出部２４ｂ）。すなわち、運搬演算部２４は、クレーン情報と資材情報及び運搬情報（例えば、ユーザから入力された資材（吊荷）の始点、通過点及び終点の位置等）に基づいて、資材の運搬時間を生成する。

［シミュレーション表示部２５］
シミュレーション表示部２５は、モデリング部２３により、運搬演算部２４の演算結果の吊荷Ｗの運搬経路や、データ部２１における種々の情報の表示を表示装置１４に対し指示する。

［通信部２６］
通信部２６は、モデリング部２３により、入力受付部２２のデータ入力とシミュレーション表示部２５のデータ出力を通信装置１３に対し指示する。

［データ部２１］
図３に示すように、本実施例のシミュレーション装置１０のデータ部２１には、クレーン情報、資材情報（吊荷Ｗ（資材）の特徴を示す、重量、大きさ、形状、その他）、環境情報（クレーンＣＲＮの周囲の物体のデータ、その他）、運搬情報（クレーンＣＲＮと吊荷Ｗと環境情報に関わる吊荷Ｗの情報）が格納される。以下に、（１）クレーン情報、（２）資材情報、（３）環境情報及び（４）運搬情報を順に説明する。

（１）クレーン情報
クレーンＣＲＮの種類、大きさ、重さ、配置位置、最大作業半径、吊り上げ能力等の仕様データ、クレーン制御情報、その他の情報なども含むクレーン情報は、対象のクレーンをモデル化する上で、実際のクレーン仕様データとモデル化したモデル用データをクレーンごとに識別子に関連付けて格納される。クレーン情報のモデル用データはモデリング部２３で生成される。

図５は、クレーン情報のうちのクレーンの大きさの実データを説明するためのクレーンＣＲＮを示すクレーンＣＲＮの側面図である。クレーンＣＲＮにおいて、下部走行体３０上には旋回装置３１を介在して上部旋回体３２が旋回可能に搭載されている。上部旋回体３２の前部には運転室を構成するキャビンＣＡＢが設けられているとともに、その後部にはカウンタウエイトＣＷが設けられている。クレーンＣＲＮは、旋回装置３１上の上部旋回体３２の上部に設けられたタワーブーム３３と、タワーブーム３３の上部先端から外側に起伏可能に延伸するジブ３４と、を備えている。タワーブーム３３の基端（下端）がブームフットピンＢＦＰ回りに起伏可能に上部旋回体３２に支持されている。タワーブーム３３の上端部には、ジブ３４の基端がジブフットピンＪＦＰにより起伏可能に連結されている。タワーブーム３３の上部先端がガントリＧＴを介してタワーガイドラインＴＧＬにより起伏可能に支えられている。ジブ３４の先端がタワーブーム３３の上端部の背面側のフロントストラットＦＳ及びリヤストラットＲＳを介してジブガイドラインＪＧＬにより起伏可能に支えられている。クレーンＣＲＮは、さらにジブ３４の先端部から真下へと垂れ下がるワイヤロープ３５と、ワイヤロープ３５の先端に取り付けられたフック部３６を備える。クレーンＣＲＮのフック部３６に吊荷Ｗとしての資材が玉掛ロープ３７を介して取り付けられ、運搬される。クレーンＣＲＮは、さらにジブ３４の先端部に取り付けられそこから真下の吊荷Ｗを撮像するカメラ（図示せず）を備え、カメラから撮像画像をキャビンＣＡＢ等に設けられたモニタに送信する。

操作者はキャビンＣＡＢやモニタから建築現場ＢＬＳ内のジブ３４の先端部の真下付近の作業者、重機等の位置や形状、吊荷Ｗの位置を目視で確認しながら、旋回装置３１及びジブ３４等を操作して、ジブ３４の旋回、起伏及びワイヤロープ３５の繰り出し及び巻き上げの各種操作が行う。

クレーンＣＲＮのモデル化するためのクレーン情報における大きさのデータとして、Ｌｊ１（地面からジブフットピンＪＦＰまでの旋回中心（Ｚ軸）上の距離）、Ｌｊ２（旋回装置３１の旋回中心（Ｚ軸）からジブ３４の先端部の距離）、Ｌｊ３（ジブ３４の先端部からの吊荷Ｗまでの距離）がシミュレーション装置１０に入力される。更に、クレーンＣＲＮのモデル化するための大きさのデータとして、最大及び最小の作業半径、揚程、定格速度（巻上げ、旋回）もシミュレーション装置１０に入力される。

クレーンＣＲＮのモデル化のためモデリング部２３により、クレーン情報のうちのクレーン位置情報として、基準座標系が設定される。基準座標系（直交ＸＹＺ軸）のＺ軸（鉛直方向）に基づいて種々の位置（座標）等を示すデータがデータ部２１に格納される。

図５及び図６（図５の上面図）に、吊荷Ｗの運搬を規定する角度の表現の例について示す。図に示すように、基本として、Ｘ：第１方向（吊荷Ｗの前方向（初期方向））、Ｙ：第２方向（吊荷Ｗの横方向）、Ｚ：第３方向（吊荷Ｗの垂直方向）とする。クレーンＣＲＮにより吊荷Ｗを移動させる操作が可能な方向としては、θ：第１角度（旋回角度）、φ：第２角度（起伏角度：傾斜角）である。例えば、図６にて、第１回転姿勢角度（θ）によるＺ軸周りの所定角度（θ）の回転後の座標（Ｘｗ、Ｙｗ、Ｚｗ）の位置の吊荷Ｗは、第２回転姿勢角度（φ）によるＹ軸周りの所定角度（φ）の回転後の座標となる。

（２）資材情報
資材情報は、対象のクレーンをモデル化する上で、実際の資材のデータとこれを基にモデル化したデータを資材ごとに識別子に関連付けてデータ部２１に格納される。資材情報のモデル用データはモデリング部２３で生成される。また、本実施例をＢＩＭシミュレーションシステムに結合させた場合、該ＢＩＭシミュレーションシステム側に、資材情報としてＢＩＭパーツ情報があればそれを取得する。本実施例がＢＩＭシミュレーションシステムに結合されていない場合、出入力装置を介して資材情報を入力する。

図７は、資材情報（ＢＩＭパーツ情報）のデータを説明するために柱及び梁に用いられる鉄鋼資材や階段を示す概略図である。

図７（ａ）は、断面が「Ｈ」形の形鋼であるＨ形鋼であり、例えば、「Ｈ－２００（Ｈ寸法）×１００（Ｂ寸法）×５．５（ｔ１寸法）×８（ｔ２寸法）」（ｍｍ）のようにサイズ表記される。Ｈ形鋼の形状・寸法はＪＩＳＧ３１９２等で規定され、寸法（ｍｍ）、単位質量（ｋｇ／ｍ）等がそれぞれの鋼材の実データとして総重量と共に長さを含めてシミュレーション装置１０に入力する。Ｈ形鋼の他に、断面が「Ｉ」形のＩ形鋼や、断面が「Ｌ」形に近いＬ字鋼や、ボックスコラム柱の角形鋼管等がある。図７（ｂ）は、鋼材製のらせん階段の例であり、詳細ではないが、「高さ（Ｈ寸法）」、「半径（Ｄ寸法）」（ｍｍ）を含むように実データとして総重量と共にシミュレーション装置１０に入力する。これら資材情報は、資材の重心を算定するために必要な情報である。

これらクレーンＣＲＮのモデル化するための資材情報が実データとしてデータ部２１に格納される。モデリング部２３は、資材モデル化のため実データを基にして、大きさの計算用モデル用データとして、例えば、玉掛により水平にされたＨ形鋼等の吊荷Ｗに外接する円（重心からの半径）を底面とする吊荷高さと同じ高さ円柱の幅データが生成され、これもデータ部２１に格納される。かかる吊荷Ｗ（Ｈ形鋼）の円柱を、図６にＰＨで示す。かかる吊荷Ｗの円柱ＰＨの直径のデータに基づいた吊荷が達する領域の幅のデータは、吊荷Wである水平Ｈ形鋼が障害物に触れないような所定のマージンを加えたものであってもよい。さらに、例えば、クランプ装置等を用いてＨ形鋼の端部を垂直吊りする場合、Ｈ形鋼のＨ寸法とＢ寸法が内接する円柱を計算用モデル用データとして生成し、これもデータ部２１に格納することができる。

かかる吊荷Ｗの円柱ＰＨのモデルによれば、吊荷Ｗ（鋼材）の周りの障害物との接触のマージンを設定でき、かかる半径を可変とすることができる。さらに、吊荷Ｗ（鋼材）の円柱ＰＨの直径のデータに基づいた吊荷が達する領域の幅のデータを用いて、例えば、図８に示す吊荷Ｗ（鋼材）が運搬経路ＰＨ１を移動する際の吊荷Ｗの円柱ＰＨの通過領域ＰＨ２が画定される。吊荷Ｗの運搬経路ＰＨ１とこれを基にした通過領域ＰＨ２は、運搬情報の経路状況情報としてデータ部２１に格納される。図８は、本実施例のシミュレーション装置において３次元モデルとしてモデル化されたクレーンＣＲＮ及び建築現場ＢＬＳを模式的に示した仮想空間における上面図である。

なお、クレーンＣＲＮのモデル化のためモデリング部２３により、計算用モデルデータとしては、特に計算量を減らすために、実際の複雑な形状の資材、例えばＬ字型等の配管や階段では、その周りにマージン（距離空間）をとり、より簡略的な形状の要素（例えば長方体や八角形や円柱や球体等）の組み合わせやワイヤフレームによる３次元モデル（オブジェクト）のポリゴン／ボクセルデータを作成し、データ部２１に格納することもできる。

（３）環境情報
環境情報は、例えば図１や図８に示すモデルの実際のクレーンＣＲＮの周りの障害物（建築現場ＢＬＳの資材（図示せず）やフェンスＦ、施工中の施工建物ＣＢＬ自体、トラックＴＲＫ、現場事務所ＳＯＦ並びに既存の建物ＢＬ１、ＢＬ２及びＢＬ３、（複数クレーンがある場合の他のクレーン））を含む。障害物の環境情報の内の不動産等に関するデータは、例えば、国土地理院による基盤地図情報（地理空間情報）や、地方公共団体、民間事業者等の様々な関係者によって作成された地理空間情報から取得する。また、本実施例をＢＩＭシミュレーションシステムに結合させた場合、該ＢＩＭシミュレーションシステム側に、環境情報があればそれを取得する。本実施例がＢＩＭシミュレーションシステムに結合されていない場合、出入力装置を介して環境情報を入力する。対象の建築現場ＢＬＳをモデル化する上で、環境データとこれを基にモデル化したモデル用データを障害物ごとに識別子に関連付けてデータ部２１に格納される。環境情報のモデル用データはモデリング部２３で生成される。

（４）運搬情報
図９は、本実施例のシミュレーション装置の表示装置１４において画像表示される３次元モデルとしてモデル化されたクレーンＣＲＮ及び建築現場ＢＬＳの施工建物ＣＢＬを模式的に示した仮想空間における斜視図である。

格納される運搬情報は、例えば、ユーザから取得した運搬経路情報として資材（吊荷）の始点ＰＳ、通過点ＰＰ及び終点ＰＥの位置の情報を含む。更に、格納される運搬情報は、運搬演算部２４にて算出されるクリアランス範囲の情報や候補経路の情報（経路状況情報）を含む。更に、格納される運搬情報は、モデリング部２３にて算出される吊荷Ｗ（鋼材）の運搬経路の幅を規定する情報（図８のＰＨ１参照）を含む。

［クレーンのシミュレーション装置の動作］
図１０は本実施例のシミュレーション装置が実行するクレーンによる運搬シミュレーションを示すフロー図である。

モデル生成部２３は、データ部２１に格納されているクレーン情報、資材情報及び環境情報に基づき建築現場ＢＬＳの施工建物ＣＢＬの３次元モデルを生成して、シミュレーション表示部２５を介して３次元モデル表示を表示装置１４に対し指示する（ステップＳ１００）。図９に示すように施工建物ＣＢＬの３次元情報をユーザに表示することにより、ユーザに運搬すべき資材（吊荷）の始点、通過点及び終点の位置の指定を促す。ユーザが図９に示す表示装置１４の画像表示や操作装置１５を用いて、始点位置ＰＳに関する座標である位置情報、通過点ＰＰに関する座標である位置情報及び終点位置ＰＥに関する座標である位置情報（運搬経路情報）を入力する。

次に、運搬演算部２４において、クレーンＣＲＮの位置座標（旋回装置３１の回転中心）及びジブ３４の方角からなる位置情報を算出する（ステップＳ１０１）。具体的には、位置情報は、設置されているクレーンＣＲＮの位置座標に基づく方角を含む情報であり、データ部２１に格納されたクレーン情報又は環境情報データから算出される。

次に、運搬演算部２４において、ジブ３４の姿勢情報を算出する（ステップＳ１０２）。ジブ３４の姿勢情報（旋回位置及び起伏角度）は、データ部２１に格納されたクレーン情報のデータから算出される。

次に、指定された吊荷Ｗの資材情報（重量、重心及びサイズ）をデータ部２１に格納されたクレーン情報のデータから取得する（ステップＳ１０３）。

次に、運搬演算部２４において、クレーンＣＲＮの位置情報、クレーンＣＲＮの作業範囲（例えば、図８に示すＭＡ１）、吊荷Ｗの資材情報（重量、重心及びサイズ）、環境情報に基づいて、クリアランス範囲ＭＡを算出する（ステップＳ１０４）。クリアランス範囲ＭＡは、例えば、作業範囲ＭＡ１と取得されている障害物の情報とに基づいて定められる吊荷が移動可能な範囲である。例えば、図８に示すように、クレーンＣＲＮの作業範囲ＭＡ１が円筒状で形成される場合、図８の影付き部分で表される領域がクリアランス範囲ＭＡとなる。算出されるクリアランス範囲ＭＡは、データ部２１の運搬情報の一部（経路状況情報）として格納される。

次に、運搬演算部２４において、データ部２１から運搬経路情報（始点位置ＰＳ、通過点ＰＰ、終点位置ＰＥ）と共にジブ３４の姿勢情報からクレーンＣＲＮの３次元モデルを算出して、算出した情報とクリアランス範囲ＭＡの情報に基づいて、始点位置ＰＳから終点位置ＰＥまでの経路Ｒを算出する。例えば、クレーンＣＲＮの位置情報、クリアランス範囲ＭＡ並びに始点位置情報及び終点位置情報に基づいて運搬時間ごとに候補経路を算出する（ステップＳ１０５）。ここで、候補経路による吊荷Ｗの運搬時間を算出し（運搬時間算出部２４ｂ）、それら候補経路及び運搬時間をデータ部２１に格納する。候補経路は、吊荷Ｗ（鋼材）が候補の運搬経路を移動する際の吊荷Ｗの候補の通過領域である（例えば図８のＰＨ２参照）。候補経路は、自動生成されてもよく、中継地点を配置して自動生成されてもよい。

候補経路は、運搬時間の短い順に優先順位が決定される。なお、候補経路は、運搬時間が最小となる経路に限定するものではなく、例えば運搬距離ごとに候補経路を算出してもよい。

次に、候補経路のうちクリアランス範囲ＭＡの輪郭に接触する場合があるかを判断する（ステップＳ１０６）。候補経路がクリアランス範囲ＭＡの輪郭に接触する場合があると判断した場合（ステップＳ１０６：Ｙ）、シミュレーションを終了する。

候補経路すべてがクリアランス範囲ＭＡの輪郭に接触しないと判断した場合（ステップＳ１０６：Ｎ）、候補経路を決定する（ステップＳ１０７）。そして、運搬演算部２４はシミュレーション表示部２５を介してオペレータに候補経路を提示して、オペレータに候補経路からか運搬経路を決定するように促す。なお、運搬経路決定部２４ａが例えば、最短経路を運搬経路として決定するように構成してもよい。

［クレーンのシミュレーション装置の変形例］
シミュレーション装置のデータ部２１における環境情報に、算出されるクリアランス範囲内の気候情報（風速、風向）を含めることができる。そして運搬演算部２４において、風速、風向に応じて資材（吊荷Ｗ）の運搬速度を制御することができる。例えば、運搬演算部２４において、クリアランス範囲（通れる空間幅）が狭いところは運搬速度が遅くなるように算出し、風速が強いと予想されるクリアランス範囲にて運搬速度が遅くなるように算出する。資材（吊荷Ｗ）が板状等で風の影響が大きい場合には、運搬演算部２４において、クリアランス範囲での運搬速度が遅くなるように算出する。

上記実施例においてワイヤロープ３５の先端に取り付けられたフック部３６においてシーブに吊荷回転制御装置（例えば無線制御による）を設けてフックの回転を制御できるようにすることもできる。この場合、吊荷回転制御装置が資材（吊荷Ｗ）を回転自在にコントロールすることができ、吊荷回転制御装置からの回転姿勢データを運搬演算部２４において利用することにより、最短経路を得るためにはクリアランス範囲の空間で吊荷Ｗを意図的に回転させて回転姿勢にて適切な方向に向いた経路をシミュレーション上で算出できる。

第２の実施例は、上記の実施例のシミュレーション装置１０をＢＩＭシミュレーションシステムに結合させた以外、上記の実施例と同一である。よって、上記の実施例と第２の実施例の違いのみを説明する。

図１１は、第２の実施例であるシミュレーション装置組み込みＢＩＭシミュレーションシステムを示すブロックダイヤグラムである。ＢＩＭシミュレーションシステムは、データベースとしての資源情報部２１Ａ、環境情報部２１Ｂ及び工期日程情報部２１Ｃと、シミュレーション表示部２５Ａと、通信部２６Ａとを備える。資源情報部２１Ａ、環境情報部２１Ｂ及び工期日程情報部２１Ｃから通信部２６Ａを介して、資源情報、環境情報及び工期日程情報を取得して、シミュレーション装置１０を稼働させることができる。さらに、シミュレーション装置１０を実行するシミュレーションプログラムをＢＩＭシミュレーションシステムの管理サーバ等に組み込むこともできる。

ＢＩＭミュレーションシステムは、コンピュータ上に作成した３次元の形状情報に加え、構成される空間や各部材（資材）、機器等に、仕様及び性能、コスト等の属性情報を持たせた建物情報モデルである。ＢＩＭミュレーションシステムは、建築設計上の各種検討や設計図の作製を目的とした設計段階における種々のモデルだけでなく、施工計画や各部材（資材）納まりの検討、確認、専門工事業者の製作図との連携及び施工図の作製を目的とした施工段階におけるモデルも含んでいる。

従来のＢＩＭミュレーションシステムにはある程度の施工計画は含まれているが、作業者により作業時間は異なる故に具体的なクレーン作業の時間までは含まれていないけれども、第２の実施例によれば、この施工段階におけるＢＩＭミュレーションシステムに、運搬時間及び運搬経路をシミュレーションできることにより、クレーン作業の工程計画を策定することができる。その結果、建設全体の工程計画もより詳細になる効果が得られる。

［クレーンのシミュレーション装置の他の変形例］
いずれの実施例もクローラ型のクレーンを用いた場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、マストクライミング型のクレーンを用いてもシミュレーション装置は実現することができる。さらに、クローラ型クレーンに自身の位置情報を算出する有線又は無線の通信装置付きのＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System／全球測位衛星システム））装置を設けることが好ましい。

ＧＮＳＳ装置は、衛星測位システムとして設けられ、測位衛星が放送する測位信号を受信して、クローラ型クレーンの位置座標を計測する。ＧＮＳＳ装置は、例えばクローラ型クレーンのベース架台に設けられ得る。ＧＮＳＳ装置は、複数の衛星からの信号を受信することで、クローラ型クレーンの現在位置を緯度、経度及び高度から構成される座標データとしてシミュレーション装置１０へ通信出力するので、クローラ型クレーン自体の位置情報が取得できる。

以上、本発明によれば、建設現場に所在する構造部等に関する環境情報と、資材情報と、該資材を運搬する際に用いる建設機械情報（例えばクレーン情報）とをデータ部に格納しておき、該データ部に格納した建設機械情報と環境情報から算出したクリアランス範囲と資材情報と建設機械情報とに基づいて、該資材を運搬することができる複数の経路を算出し、算出した複数の経路のいずれかを用いて、資材を運搬するシミュレーションを行う構成したので、クレーン操作者の熟練度に左右されることなく、クリアランス範囲内に収まる経路を迅速に決定することが可能となる、得られたシミュレーションを利用した自動クレーン操作が可能となる、さらに、施工計画に要する時間を短縮することが可能となる等の効果が得られる。

１０シミュレーション装置
２１データ部
２２入力受付部
２３モデリング部
２４運搬演算部
２５シミュレーション表示部
２６通信部

Claims

資材を運搬する建設機械を用いた作業のシミュレーション装置であって、
前記建設機械の特性に関する情報である建設機械特性情報を取得する建設機械特性情報取得部と、
前記建設機械により運搬される資材に関する情報である資材情報を取得する資材情報取得部と、
前記資材の運搬における運搬経路を含む運搬経路情報を取得する運搬経路情報取得部と、
前記建設機械特性情報取得部により取得された前記建設機械特性情報、
前記資材情報取得部により取得された前記資材情報及び前記運搬経路情報取得部により取得された前記運搬経路情報に基づいて、前記資材及び障害物が接触しない前記資材の複数の前記運搬経路を算出し、複数の経路候補を生成する運搬経路決定部と、
前記運搬経路決定部により生成された前記複数の経路候補のそれぞれにしたがった前記資材の運搬時間を予測し、前記資材の運搬時間を生成する運搬時間算出部と、
前記複数の経路候補及び当該複数の経路候補のそれぞれの運搬時間が同時に表示されるシミュレーション表示部と、を備え、
前記シミュレーション表示部に表示された前記複数の経路候補の中から一の経路候補をオペレータに決定させることを特徴とするシミュレーション装置。
前記請求項１に記載のシミュレーション装置であって、
前記資材情報は、前記資材の外形及び重量を含む
ことを特徴とするシミュレーション装置。
前記請求項１または２に記載のシミュレーション装置であって、
前記運搬経路情報は、前記運搬経路及びその周囲の状況の情報である経路状況情報を含む
ことを特徴とするシミュレーション装置。
前記請求項３に記載のシミュレーション装置であって、
前記経路状況情報は、前記運搬経路の幅の情報を含む
ことを特徴とするシミュレーション装置。
前記請求項３乃至４のいずれか１つに記載のシミュレーション装置であって、
前記運搬経路情報は前記資材が運搬される時間帯を含み、前記経路状況情報は前記時間帯における運搬経路及びその周囲の状況の情報を含む
ことを特徴とするシミュレーション装置。
前記請求項１乃至５のいずれか１つに記載のシミュレーション装置であって、
前記建設機械特性情報と、前記資材情報及び前記運搬経路情報に基づいて、前記資材の運搬の可否を判断する資材運搬可否判断部を備える
ことを特徴とするシミュレーション装置。
前記請求項１乃至６のいずれか１つに記載のシミュレーション装置であって、
前記建設機械はクレーン装置である
ことを特徴とするシミュレーション装置。