JP7423287B2 - コンクリート自動打設システム - Google Patents

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特許法第３０条第２項適用 〔１〕 ウェブサイトの掲載日 平成３１年１月７日 ウェブサイトのアドレス ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｓｈｉｍｚ．ｃｏ．ｊｐ／ｃｏｍｐａｎｙ／ａｂｏｕｔ／ｎｅｗｓ－ｒｅｌｅａｓｅ／２０１９／２０１８０４３．ｈｔｍｌ ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｓｈｉｍｚ．ｃｏ．ｊｐ／ｓｏｌｕｔｉｏｎ／ｔｅｃｈ３６１／ ＜資 料＞ 清水建設株式会社 ウェブサイトプリントアウト 〔２〕 発行日 平成３１年１月８日 刊行物 日刊建設工業新聞 〔電子版：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｄｅｃｎ．ｃｏ．ｊｐ／？ｐ＝１０４８６８〕 ＜資 料＞ 日刊建設工業新聞 平成３１年１月８日付 紙面記事 ＜資 料＞ 日刊建設工業新聞 平成３１年１月８日付 電子版記事 〔３〕 発行日 平成３１年１月８日 刊行物 日刊建設産業新聞 ＜資 料＞ 日刊建設産業新聞 平成３１年１月８日付 紙面記事 〔４〕 発行日 平成３１年１月８日 刊行物 建設通信新聞 ＜資 料＞ 建設通信新聞 平成３１年１月８日付 紙面記事 〔５〕 発行日 平成３１年１月１１日 刊行物 日刊工業新聞 〔電子版：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｎｉｋｋａｎ．ｃｏ．ｊｐ／ａｒｔｉｃｌｅｓ／ｖｉｅｗ／００５０２０６６〕 ＜資 料＞ 日刊工業新聞 平成３１年１月１１日付 紙面記事 ＜資 料＞ 日刊工業新聞 平成３１年１月１１日付 電子版記事 〔６〕 公開日 発表日 令和１年６月１０日（表彰式 令和１年６月１１日） 公開名 ２０１９年度 日本建設機械施工大賞 大賞部門 最優秀賞 ウェブサイトアドレス ｈｔｔｐｓ：／／ｊｃｍａｎｅｔ．ｏｒ．ｊｐ／ｋｙｏｋａｉ－ｋａｔｓｕｄｏ／ｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ／ｓｅｋｏ－ｔａｉｓｈｏ／ ＜資 料＞ 日本建設機械施工大賞 受賞発表 ウェブサイトプリントアウト ＜資 料＞ 日本建設機械施工大賞 受賞技術論文概要 〔７〕 発行日 令和１年６月１４日 刊行物 日刊建設工業新聞 〔電子版：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｄｅｃｎ．ｃｏ．ｊｐ／？ｐ＝１０７８９４〕 ＜資 料＞ 日刊建設工業新聞 令和１年６月１４日付 紙面記事 ＜資 料＞ 日刊建設工業新聞 令和１年６月１４日付 電子版記事 〔８〕 発行日 令和１年６月１４日 刊行物 日刊建設産業新聞 ＜資 料＞ 日刊建設産業新聞 令和１年６月１４日付 紙面記事

特許法第３０条第２項適用 〔９〕 ウェブサイトの掲載日 令和１年６月１４日 ウェブサイトのアドレス ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｎｉｋｋｅｉ．ｃｏｍ／ａｒｔｉｃｌｅ／ＤＧＸＬＲＳＰ５１２１１４＿Ｕ９Ａ６１０Ｃ１００００００／ ＜資 料＞ プレスリリース ウェブサイトプリントアウト ＜資 料＞ プレスリリース 資料 〔１０〕 発行日 令和１年６月２０日 刊行物 日刊工業新聞 〔電子版：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｎｉｋｋａｎ．ｃｏ．ｊｐ／ａｒｔｉｃｌｅｓ／ｖｉｅｗ／００５２０９２３〕 ＜資 料＞ 日刊工業新聞 令和１年６月２０日付 紙面記事 ＜資 料＞ 日刊工業新聞 令和１年６月２０日付 電子版記事 〔１１〕 発行日 令和１年６月２４日 刊行物 日経コンストラクション （２０１９ ６．２４） ＜資 料＞ 日経コンストラクション （２０１９ ６．２４）抜粋 〔１２〕 ウェブサイトの掲載日 令和１年６月２４日 刊行物 日経コンストラクション （２０１９ ６．２４）電子版 〔電子版：ｈｔｔｐｓ：／／ｔｅｃｈ．ｎｉｋｋｅｉｂｐ．ｃｏ．ｊｐ／ａｔｃｌ／ｎｘｔ／ｍａｇ／ｎｃｒ／１８／０００３１／０６１７０００１４／〕 ＜資 料＞ 日経コンストラクション （２０１９ ６．２４）電子版 プリントアウト 〔１３〕 発行日 令和１年６月２５日 刊行物 電気新聞〔電子版：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｄｅｎｋｉｓｈｉｍｂｕｎ．ｃｏｍ／ｓｐ／４２４０２〕 ＜資 料＞ 電気新聞 令和１年６月２５日付 電子版記事 〔１４〕 ウェブサイトの掲載日 令和１年６月２９日 ウェブサイトのアドレス ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｋｅｎｓｅｔｓｕｎｅｗｓ．ｃｏｍ／ｗｅｂ－ｋａｎ／３３５６８３ ＜資 料＞ 建設通信新聞ＤＥＧＩＴＡＬ公式ブログ記事 プリントアウト 〔１５〕 発行日 令和１年８月１日 刊行物 令和元年度 土木学会全国大会 第７４回年次学術講演会 講演概要集 ＜資 料＞ 講演概要集抜粋 〔１６〕 ウェブサイトの掲載日 令和１年８月１９日 ウェブサイトのアドレス ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｓｈｉｍｚｔｅｃｈｎｏｎｅｗｓ．ｃｏｍ／ｈｏｔＴｏｐｉｃｓ／ｎｅｗｓ／２０１９／２０１９－０２．ｈｔｍｌ ＜資 料＞ウェブサイト テクノアイ清水建設の技術 発表記事 プリントアウト

特許法第３０条第２項適用 〔１７〕 ウェブサイトの掲載日 令和１年８月２６日 ウェブサイトのアドレス ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｓｈｉｍｚｔｅｃｈｎｏｎｅｗｓ．ｃｏｍ／ｔｏｐｉｃｓ／ｅｎｇｉｎｅｅｒ／２０１９／２０１９－０２．ｈｔｍｌ ＜資 料＞ウェブサイト テクノアイ清水建設の技術 インタビュー記事 プリントアウト 〔１８〕 開催日（公開日） 令和１年９月５日 集会名 令和元年度 土木学会全国大会 第７４回年次学術講演会 ＜資 料＞ 学術講演会プログラム抜粋 〔１９〕 発行日 令和１年９月１０日 刊行物 月刊ダム日本（２０１９ ９） Ｎｏ．８９９ Ｐ６０～Ｐ６８ ＜資 料＞ 月刊ダム日本（２０１９ ９） Ｎｏ．８９９ Ｐ６０～Ｐ６８抜粋

本発明は、ダム等の建設現場におけるコンクリートの打設を自動化するコンクリート自動打設システムに関する。

コンクリートダムなどのコンクリート構造物を施工する場合、大量のコンクリートを打設する。特にコンクリート重力式ダムの施工においては、コンクリート打設工事は、コンクリートの製造、運搬、打設の繰り返し工程を数年に渡り実施するもので、工期の約５割を占める場合がある。コンクリート打設に係わる一連の作業は各設備に人員を配置し管理する必要があることから、多くの設備管理技能者が必要とされていた。特に、コンクリートの運搬及び打設に軌索式ケーブルクレーンを採用した際、クレーン操作には熟練の技術が必要となる。しかしながら、近年熟練した技術者の人手不足が深刻化している。

これに関連して出願人は既にコンクリートの打設に関する施工を管理するシステムを提案している（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載された技術によれば、コンクリートの打設位置にコンクリートを打設する管理をすることができる。

特開２００９－８３３５３号公報

特許文献１は、コンクリートの打設に関する工程を管理することを提案しているが、コンクリートの製造や打設の工程を実際に制御することについてはまだ提案していなかった。発明者らは、コンクリートの打設の自動化について鋭意研究を重ねてきた。ダム施工におけるコンクリート打設の一連の作業を自動化し、繰返し作業を効率化することは今後の熟練技能者の減少に対する課題を解消するものとして期待される。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、コンクリートの生成とコンクリート打設を自動化するコンクリート自動打設システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、本発明は、設計された配合によりコンクリート構成材料を混錬してコンクリートを製造及び供給するコンクリートプラントと、前記コンクリートプラントにより供給されたコンクリートを収容するコンクリートバケットと、前記コンクリートの打設対象の上方に張られたワイヤロープに沿って前記コンクリートバケットを移動させるケーブルクレーンと、前記コンクリートの打設位置と前記打設位置に応じたコンクリートの配合とを管理する管理情報に基づいて、前記コンクリートプラントを稼働させてコンクリートを生成すると共に、前記ケーブルクレーンを制御して前記コンクリートが収容された前記コンクリートバケットを前記打設位置に移動させる管理装置と、を備え、前記ケーブルクレーンは、前記打設対象の上方に張られた主ケーブルと、前記主ケーブルに沿って移動する第１駆動装置と、前記主ケーブルに交差する方向に張られた走行ケーブルと、前記主ケーブルの両端のうち一つの端部を前記走行ケーブルに沿って移動させる第２駆動装置と、前記コンクリートバケットを吊下るワイヤの繰り出し量を調整するウインチと、を備え、前記管理装置は、前記管理情報に基づいて前記第１駆動装置及び前記第２駆動装置を制御して前記コンクリートバケットを前記打設位置に移動させ、前記管理装置は、前記ケーブルクレーンを制御して、前記コンクリートバケットの帰還動作中に前記主ケーブルが次回の打設位置の上方となるように前記第２駆動装置の位置を調整する、コンクリート自動打設システムである。

本発明によれば、管理装置によりコンクリートプラントによりコンクリートを自動的に生成すると共に、生成されたコンクリートをケーブルクレーンで打設位置に自動的に運搬することで工期を大幅に短縮することができる。
また、交差する２本のワイヤケーブルを備えるケーブルクレーンによりコンクリートバケットを自動的に移動するため、構成及び制御を簡略化できる。
また、第１駆動装置及び第２駆動装置の２つの装置の制御をすることでコンクリートバケットを打設位置に移動させるため、制御を簡略化できる。
さらに、コンクリートバケットが打設位置から帰還する間に主ケーブルが次の打設位置の上方となるように移動させることにより、次回のコンクリートバケットの移動は、主ケーブルに沿って移動するだけとなるため、コンクリートの打設に関する作業時間を短縮できる。

また、本発明は、前記コンクリートプラントは、コンクリート構成材料を混錬してコンクリートを製造するバッチャープラントと、前記バッチャープラントにより配合されたコンクリートを積載して移動し、前記コンクリートバケットに前記コンクリートを荷下ろしするトランスファーカと、を備えるように構成されていてもよい。

本発明によれば、管理装置によりバッチャープラントを自動的に制御することができる。

また、本発明は、前記管理装置は、前記トランスファーカが前記コンクリートバケットに前記コンクリートを投下して前記バッチャープラントに帰還させる際、前記トランスファーカが前記コンクリートバケットから所定距離以上離間した後に前記コンクリートバケットの移動を開始させるように構成されていてもよい。

本発明によれば、熟練した作業者が行っていたコンクリートバケットの移動の開始のタイミングの判断を管理装置による制御によって自動化することで、操作を簡便化できる。

また、本発明は、前記管理装置は、前記主ケーブルと前記走行ケーブルとの張力に基づいて、前記第１駆動装置及び前記第２駆動装置の加速及び減速を制御し、前記主ケーブル及び前記走行ケーブルに生じる揺動を抑制するように構成されていてもよい。

本発明によれば、熟練したオペレータによらずケーブルクレーンに生じる揺動を自動的に抑制できる。

また、本発明は、前記管理装置は、前記主ケーブル、走行ケーブル、及び前記ワイヤの張力に基づいて、前記第１駆動装置、前記第２駆動装置、及び前記ウインチを制御して、前記コンクリートバケットが前記コンクリートを放出した際の反動による前記コンクリートバケットの位置の変化を抑制するように構成されていてもよい。

本発明によれば、熟練したオペレータによらずコンクリートバケットの位置の変化を自動的に抑制できる。

本発明によれば、コンクリートの生成とコンクリート打設を自動化することができる。

本発明の実施形態に係るコンクリート自動打設システムの構成を示す図である。 コンクリートプラントの構成を示す図である。 ケーブルクレーンの構成を示す図である。 コンクリート自動打設システムの構成を示すブロック図である。 コンクリートの打設位置と配合との関係を示す図である。 管理情報の内容を示す図である。 ケーブルクレーンの使用方法を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係るコンクリート自動打設システムの実施形態について説明する。コンクリート自動打設システムは、ダム等のコンクリート構造物の建設現場においてコンクリートの施工を管理すると共に、自動的にコンクリートの製造及び打設を行うシステムである。コンクリート自動打設システムにより施工及び管理される対象のダムは、例えば、コンクリート重力式のダムである。

図１示されるように、コンクリート自動打設システム１は、コンクリートを製造するコンクリートプラント１０と、コンクリートを収容するコンクリートバケット４０と、コンクリートバケット４０を運搬する運搬装置８０と、システムを統合的に制御する管理装置１００とを備える。

コンクリートプラント１０は、コンクリートＣを製造及び供給するプラントである。コンクリートプラント１０は、ダムＤの建設現場における左右岸のうち右岸又は左岸のいずれか一方の岸側に設けられる。

図２に示されるように、コンクリートプラント１０は、コンクリート構成材料を貯蔵する貯蔵部３０と、貯蔵部３０からコンクリート構成材料を供給する供給装置５０と、コンクリート構成材料を混錬してコンクリートを生成するバッチャープラント１１と、生成されたコンクリートを移動して荷下ろしするトランスファーカ２０と、を備える。

バッチャープラント１１は、上部に設けられたターンヘッド１２と、ターンヘッド１２の下方に設けられた複数のトップビン１３と、トップビン１３の下方に設けられた各コンクリート構成材料を計量する計量槽１４と、計量槽１４の下方に設けられた計量されたコンクリート構成材料を混錬するコンクリートミキサ１５と、コンクリートミキサ１５の下方に設けられた混錬されたコンクリートの供給口となるホッパ１６とを備える。バッチャープラント１１は、貯蔵部３０から供給されたそれぞれのコンクリート構成材料を所定の配合となるように混錬し、コンクリートＣを製造、供給する。

貯蔵部３０は、例えば各コンクリート構成材料の種類に応じて設けられた複数の貯蔵容器を備える。各コンクリート構成材料は、例えば、細骨材、粗骨材、セメント、水、混和剤等が含まれる。貯蔵容器は、セメントを貯蔵するセメントサイロ３１、骨材の種類に応じて設けられた骨材貯蔵ビン３２、水を貯蔵する水タンク３３、混和剤を貯蔵する混和剤タンク３４等により構成される。骨材貯蔵ビン３２は、例えば細骨材貯蔵ビン３２Ａと粗骨材貯蔵ビン３２Ｂとを備える。貯蔵部３０に貯蔵されたそれぞれのコンクリート構成材料は、供給装置５０によりバッチャープラント１１に供給される。

供給装置５０は、貯蔵部３０とバッチャープラント１１との間に設けられたエアポンプ５１、ベルトコンベア５２、ポンプ５３等の装置を含む。エアポンプ５１は、セメントサイロ３１からセメントをトップビン１３にエア圧送する。ベルトコンベア５２は、骨材貯蔵ビン３２から投下される骨材をターンヘッド１２に供給する。ポンプ５３は、水用のポンプ５４と、混和剤用のポンプ５５とを備える。水用のポンプ５４は、水タンク３３から水用のトップビン１３に水を供給する。混和剤用のポンプ５５は、混和剤タンク３４から混和剤用のトップビン１３に混和剤を供給する。

ターンヘッド１２は、回転式の振り分け装置である。ターンヘッド１２は、セメントや各骨材のコンクリート構成材料を複数のトップビン１３に種類に応じて供給する。ターンヘッド１２は、ベルトコンベア５２で貯蔵容器から各骨材が運搬されると、供給口が骨材の種類に応じたトップビン１３に合わせるように回転し、トップビン１３に応じた骨材を供給する。ターンヘッド１２は、例えば細骨材がベルトコンベア５２で運搬されると、供給口を細骨材用のトップビン１３に合わせるように回転し、細骨材を投入する。

トップビン１３は、バッチャープラント１１の装置の上方に設けられた収容容器である。トップビン１３は、コンクリート構成材料の種類に応じて設けられている。複数のトップビン１３には、上方からそれぞれのコンクリート構成材料が供給される。骨材用のトップビン１３は、例えば、ターンヘッド１２から骨材が供給されるように円形に配置されている。トップビン１３には、貯蔵容器の引出し部に設けられたセンサとターンヘッド１２を駆動させるための可動信号を連動させることで各骨材の振り分けが行われる。

複数のトップビン１３は、下方からそれぞれのコンクリート構成材料を計量槽１４に落下させる。複数のトップビン１３は、コンクリート構成材料の収容量を検出するセンサを備える。コンクリート構成材料の収容量は、センサにより管理されている。複数のトップビン１３のコンクリート構成材料の収容量は、センサによる検出結果に基づいて自動的に調整される。

コンクリートＣの打設の進捗に伴い、トップビン１３内の各材料が消費され一定数量を下回ると、トップビン１３内に設けられたセンサから供給信号が発信される。供給信号に基づいて、貯蔵部３０から各材料が供給装置５０により供給され、ターンヘッド１２を介してトップビン１３に自動供給される。複数のトップビン１３から下方の複数の計量槽１４にコンクリート構成材料がそれぞれ自動的に供給される。

計量槽１４は、上方からコンクリート構成材料が投入され、下方からコンクリート構成材料をコンクリートミキサ１５に投下するように形成されている。計量槽１４には、コンクリート練混ぜに際し、自動的にトップビン１３からコンクリート構成材料が投入される。コンクリート構成材料は、打設位置に応じた配合種別毎に定められた配合設計に基づいて計量が行われる。計量槽１４により計量されたコンクリート構成材料は、コンクリートミキサ１５に投下される。

細骨材を計量する計量槽１４には、更に、細骨材の表面に付着した水の表面水率を自動測定する非接触式の水分計が設けられている。水分計により測定された細骨材の表面水率のデータは、コンクリートミキサ１５に供給される水の供給量の調整にフィードバックされ、水用のトップビン１３から供給されるコンクリートの練混ぜ水量が自動調整される。

計量槽１４で計量されたコンクリート構成材料は、コンクリートミキサ１５に投下される。コンクリートミキサ１５は、計量槽１４から投下されたコンクリート構成材料を配合設計に基づいた配合により混錬し、コンクリートＣを生成する。コンクリートＣの配合は、ダムＤの打設位置に応じて設定されている。コンクリートＣの打設位置と配合との関係については後述する。

コンクリートミキサ１５は、所定の配合でコンクリート構成材料を混錬し、コンクリートＣを生成する。コンクリートミキサ１５により生成されたコンクリートＣは、ホッパ１６に投下される。ホッパ１６は、下方の開口が上方の開口より狭くなるように形成されている。ホッパ１６は、上方から投下されたコンクリートＣを下方に設置されたトランスファーカ２０に投下する。

トランスファーカ２０は、ホッパ１６から投下されたコンクリートＣを積載してコンクリートバケット４０に自動的に運搬し、移送するための移動体である。トランスファーカ２０は、レール上を走行する台車２１と、コンクリートを収容する容器２２とを備える。トランスファーカ２０は、コンクリートＣを収容した後、レール上を移動してコンクリートバケット４０の近傍まで移動する。その後、トランスファーカ２０は、容器２２が傾いて容器２２内のコンクリートＣをコンクリートバケット４０内に落下させる。

コンクリートバケット４０は、トランスファーカ２０から荷下ろしされたコンクリートを収容すると共に、コンクリートＣを所定の打設位置に打設するための容器である。コンクリートバケット４０は、上方に開口を有し、コンクリートＣを収容する。コンクリートバケット４０は、運搬装置８０により所定の打設位置に移動し、打設位置において底部が開放され、コンクリートＣを打設する。

コンクリートＣを打設した後、コンクリートバケット４０は、コンクリートＣを荷受けする位置に設置されたバケット受台４１（ローリングストーン）の位置まで戻される。バケット受台４１は、上方に向かうほど開口が広がるように逆円錐台状に形成されている。バケット受台４１は、トランスファーカ２０からコンクリートＣを荷受けする位置に切欠き（不図示）が形成されている。バケット受台４１は、コンクリートバケット４０の着床姿勢を常に一定にする。

図３に示されるように、運搬装置８０は、ワイヤロープの繰り出し量を調整してコンクリートバケット４０を三次元的に移動させるケーブルクレーン装置である。運搬装置８０は、ダムＤの両岸に渡す方向（川の左右岸方向）に張られた主ケーブル８１と、主ケーブル８１と交差する方向（川の上下流方向）に張られた走行ケーブル８２と、コンクリートバケット４０を吊下げるワイヤ８３（図２参照）とを備える。運搬装置８０は、走行ケーブル８２に沿って移動する第１駆動装置８４と、走行ケーブル８２に沿って移動する第２駆動装置８５と、ワイヤ８３の繰り出し量を調整するウインチ８６（図２参照）とを備える。

主ケーブル８１と走行ケーブル８２とは、丁字状に配置されている。主ケーブル８１は、コンクリートＣの打設対象となるダムＤの上方に張られている。主ケーブル８１は、一端８１ＡがダムＤの右岸、左岸のいずれか一方の岸側に設けられた支柱に支持されている。主ケーブル８１は、他端８１Ｂが他方の岸側に設けられた走行ケーブル８２に第２駆動装置８５を介して支持されている。主ケーブル８１の一端が支持されている一方の岸側には、コンクリートプラント１０が設けられている。

走行ケーブル８２は、ダムＤの他方の岸に主ケーブル８１と交差する方向に両端が支柱によって支持されている。走行ケーブル８２には、第２駆動装置８５が走行自在に設けられている。第２駆動装置８５は、主ケーブル８１の他端８１Ｂ（両端のうちの一つの端部）を走行ケーブル８２に沿って移動させることができる。

主ケーブル８１には、第１駆動装置８４が走行自在に設けられている。第１駆動装置８４には、ウインチ８６及びコンクリートバケット４０が設けられている。第１駆動装置８４は、コンクリートバケット４０を主ケーブル８１に沿って移動させる。これにより、コンクリートバケット４０は、主ケーブル８１に沿って移動自在に構成される共に、主ケーブル８１の他端８１Ｂを移動させることにより、主ケーブル８１と交差する方向にも移動自在に構成される。

ワイヤ８３は、ウインチ８６より繰り出し、巻き取りされることにより長さが調整される。これによりコンクリートバケット４０の上下方向の位置が調整される。コンクリートバケット４０の水平方向の位置は、コンクリートバケット４０を主ケーブル８１に沿った移動量と、主ケーブル８１の他端の移動量により調整される。

上記構成によりコンクリートバケット４０は、平面視して主ケーブル８１が移動する三角形の領域Ｒ内を自在に移動すると共に、この領域Ｒ内において上下方向に移動することで任意の打設位置に三次元的に移動できる。

上述したコンクリートプラント１０の稼働、運搬装置８０によるコンクリートバケット４０の移動は、管理装置１００により自動的に行われる。

図４に示されるように、管理装置１００は、データを取得する取得部１０２と、ダムＤの施工を管理する管理部１０４と、コンクリートプラント１０を制御するコンクリート生成部１０６と、コンクリートバケット４０及び運搬装置８０を制御する運搬制御部１０８と、ダムＤの施工に関する情報を記憶する記憶部１１０と、ダムＤの施工状況を表示する表示部１１２とを備える。

管理装置１００は、パーソナルコンピュータ、タブレット型端末、スマートフォン等の端末装置により実現される。管理装置１００は、ダムＤの建設現場において有線又は無線によりコンクリート自動打設システム１を管理及び制御する。管理装置１００は、ネットワークを通じてダムＤの建設現場から遠隔地においてコンクリート自動打設システム１を管理及び制御するものであってもよい。

取得部１０２は、コンクリートプラント１０、コンクリートバケット４０及び運搬装置８０に設けられた各センサから出力された各種データを取得する。取得部１０２は、例えば、貯蔵部３０、供給装置５０の動作、ターンヘッド１２、トップビン１３、計量槽１４、コンクリートミキサ１５、ホッパ１６、トランスファーカ２０、コンクリートバケット４０、第１駆動装置８４、第２駆動装置８５、ウインチ８６に設けられた各センサにより検出された各コンクリート構成材料の量、装置のオンオフ状態、移動量、張力等の計量や動作に関するデータを取得する。

管理部１０４は、記憶部１１０に記憶された管理情報Ｋに基づいて、コンクリートＣの生成、コンクリートＣの打設等のダムＤの施工をリアルタイムに管理する。管理部１０４は、管理情報Ｋに基づいて、コンクリートＣの打設位置とコンクリートＣの配合とを対応付けて管理する。管理部１０４は、管理情報Ｋに基づいて、コンクリート生成部１０６に打設位置に応じた配合の情報を出力する。管理部１０４は、管理情報Ｋに基づいて、運搬制御部１０８に打設位置の情報を出力する。管理情報Ｋの内容については後述する。

コンクリート生成部１０６は、管理部１０４から取得した配合に関する情報に基づいて、コンクリートプラント１０を制御して、コンクリートＣを生成させる。

運搬制御部１０８は、管理部１０４から取得した打設位置の情報に基づいて、運搬装置８０を制御してコンクリートバケット４０を打設位置まで移動させる。

管理部１０４、コンクリート生成部１０６、運搬制御部１０８の構成要素のうち少なくとも一つは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することで実現される。これらの各機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。

プログラムは、予めＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの記憶装置に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることで記憶装置にインストールされてもよい。

記憶部１１０は、管理情報Ｋが記憶された記憶媒体である。記憶部１１０は、フラッシュメモリやＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶媒体により構成された記憶装置である。

表示部１１２は、ダムＤの施工状況を画像によりリアルタイムに表示する。表示部１１２は、管理部１０４により生成された情報に基づいてダムＤの施工状況に関する画像を表示する。表示部１１２は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）ディスプレイ等の表示装置である。表示部１１２は、必ずしも管理装置１００に設けられていなくてもよく、管理装置１００と無線又は有線で接続されるパーソナルコンピュータ、タブレット型端末、スマートフォン等の他の端末装置により実現されてもよい。

次に、管理情報Ｋについて説明する。

図５に示されるように、打設位置の３次元座標は、予め設計された建設現場のＣＡＤ図に基づいて決定される。打設位置は、コンクリートＣの打設領域の高さ毎にメッシュ状に区切られて番号が付与されると共に、各メッシュの中心位置の３次元座標により設定される。打設位置に応じてコンクリートＣの配合が設定される。

配合は、例えば、６種類程度に分類される。例えば、ダムＤの外気に触れる部分は、セメント量、骨材の量が多く強度が高いＡ配合が設定される。ダムＤの内部には、セメント量がＡ配合よりも少なく、強度が低いＢ配合が設定される。ダムＤの内部の水路には、鉄筋コンクリート用にセメント量が多く、骨材の量がＡ配合よりも少ないＣ配合が設定される。

図６に示されるように、管理情報Ｋは、コンクリートＣの打設位置の３次元座標と配合と打設量とを対応付けて設定される。図においてＮｏ.１の打設位置のＭ配合とは、例えば、地表との継ぎ目に使用されるモルタルの配合である。管理情報Ｋは、現場の状況に応じて適宜修正されてもよい。例えば、管理情報ＫのコンクリートＣの打設量は、打設位置の３次元計測結果に基づいて、適宜修正されてもよい。

次にコンクリート自動打設システム１の動作について説明する。コンクリート生成部１０６は、管理情報Ｋに基づいて所定量のコンクリート構成材料を貯蔵部３０から供給装置５０によりバッチャープラント１１に供給させる。

コンクリート生成部１０６は、管理情報Ｋに基づいてバッチャープラント１１においてコンクリート構成材料を計量し、配合設計に合わせて所定量のコンクリート構成材料をコンクリートミキサ１５に投入し混錬しコンクリートＣを生成させる。コンクリート生成部１０６は、生成したコンクリートＣをホッパ１６に投下させる。コンクリート生成部１０６は、トランスファーカ２０の位置を判定する。コンクリート生成部１０６は、トランスファーカ２０がホッパ１６の下方に位置している場合、ホッパ１６からコンクリートＣをトランスファーカ２０に投下させる。

次に、コンクリート生成部１０６は、トランスファーカ２０をバケット受台４１に隣接する位置まで走行させる。コンクリート生成部１０６は、容器２２を傾けてコンクリートＣをコンクリートバケット４０に投下する。コンクリート生成部１０６は、トランスファーカ２０をバケット受台４１からホッパ１６の下方に帰還させる。

運搬制御部１０８は、トランスファーカ２０からコンクリートバケット４０にコンクリートＣが投下された後、ウインチ８６を制御してコンクリートバケット４０を上方に移動させる。この時、運搬制御部１０８は、トランスファーカ２０とコンクリートバケット４０とが接触しないようにウインチ８６を制御する。運搬制御部１０８は、トランスファーカ２０に設置した距離センサによりトランスファーカ２０とバケット受台４１との間の距離を判定する。距離センサは、レーザ距離計、台車２１の駆動部のエンコーダ等が用いられる。

運搬制御部１０８は、トランスファーカ２０とコンクリートバケット４０との間が所定距離離間したと判定した場合、ウインチ８６を制御してコンクリートバケット４０の上方への移動を開始させる。所定距離は、例えば、コンクリートバケット４０の幅の２つ分に相当する距離に設定される。運搬制御部１０８は、管理部１０４から取得した打設位置の情報に基づいて、運搬装置８０を制御してコンクリートバケット４０の位置を３次元的に調整し、打設位置まで移動させる。

このような制御をすることにより、コンクリートバケット４０発進のタイミングがオペレータの経験に依存しないことから、サイクルタイムにロスが生じるのを抑制できる。また、未熟練オペレータでも熟練オペレータと同様のコンクリート運搬が可能となる。そして、コンクリート運搬が合理化されることによりサイクルタイムが向上する。

運搬制御部１０８は、管理部１０４から打設位置の情報を取得し、打設位置の３次元座標を第１駆動装置８４の移動量、第２駆動装置８５の移動量、ウインチ８６の繰り出し量を含む制御情報に変換する。運搬制御部１０８は、制御情報に基づいて、コンクリートバケット４０を打設位置まで移動させる。運搬制御部１０８は、第１駆動装置８４及び第２駆動装置８５の移動量を調整し、平面視してコンクリートバケット４０を打設位置まで移動させる。

運搬制御部１０８は、打設位置においてウインチ８６を制御してコンクリートバケット４０をコンクリートＣの打設面の上方の所定の位置（例えば、２［ｍ］）まで降下させる。運搬制御部１０８は、コンクリートバケット４０を制御して打設位置にコンクリートＣを打設する。

このように、コンクリートバケットを巻上げながら左右岸方向に移動させ、さらに上下流方向にも調整を行う複雑な３次元的な操作を自動的に制御することで、コンクリートＣの運搬効率を最適化できる。コンクリート自動打設システム１によれば、未熟練オペレータでも確実にコンクリートバケット４０の自動位置を制御してコンクリートＣを打設位置まで確実に移動できる。

コンクリートバケット４０からコンクリートＣを打設する工程については、手動で行うようにしてもよい。また、その他の工程においても適宜、自動と手動を切り替えるようにしてもよい。手動又は自動の制御の切替えは、表示部１１２に入力される操作や操作レバー（不図示）により行われる。これにより、緊急時には自動から手動へと瞬時に切り替えられるため、安全性を向上できる。

運搬制御部１０８は、取得部１０２から取得される情報に基づいて、運搬装置８０をフィードバック制御する。運搬制御部１０８は、第１駆動装置８４及び第２駆動装置８５の加速、減速に伴う主ケーブル８１、走行ケーブル８２の揺動を抑制するため、主ケーブル８１、走行ケーブル８２の張力に基づいて、第１駆動装置８４及び第２駆動装置８５の加速、減速を制御し、主ケーブル８１及び走行ケーブル８２の揺動を最小化するように抑制する。

運搬制御部１０８は、例えば、主ケーブル８１及び走行ケーブル８２の揺動により主ケーブル８１及び走行ケーブル８２に生じる張力の変化を打ち消す方向の張力が生じるように第１駆動装置８４及び第２駆動装置８５を制御する。

運搬制御部１０８は、コンクリートＣを放出した際の反動によるコンクリートバケット４０の持ち上がりを抑制するために、主ケーブル８１、走行ケーブル８２、ワイヤ８３の張力に基づいて、第１駆動装置８４、第２駆動装置８５、ウインチ８６を制御する。運搬制御部１０８は、例えば、コンクリートバケット４０の持ち上がりによりワイヤ８３に生じる張力の変化を打ち消す方向の張力が生じるように第１駆動装置８４、第２駆動装置８５、ウインチ８６を制御する。

運搬制御部１０８は、コンクリートＣを打設した後、運搬装置８０を制御してコンクリートバケット４０をバケット受台４１に帰還させる。このように運搬装置８０の自動化によりコンクリートＣの打設に係るクレーンオペレーターの配員は２名を要していたが、１名に削減できる。

図７に示されるように、運搬制御部１０８は、第２駆動装置８５を制御して、コンクリートバケット４０の帰還動作中に主ケーブル８１が打設終了した打設位置Ｇ１から次回の打設位置Ｇ２の上方となるように第２駆動装置８５の位置を調整する。これにより、次回の打設においてコンクリートバケット４０の位置調整にかかる時間を短縮できる。

上述したようにコンクリート自動打設システム１によれば、コンクリートＣの生成、運搬、打設を自動化することができ、ダム建設の工期を１０％程度短縮できる。コンクリート自動打設システム１によれば、熟練技術を必要としていたコンクリートバケットの発進および帰還の３次元的な移動に関する操作を自動化し、施工を容易とすると共に工期を短縮することができる。コンクリート自動打設システム１によれば、各設備を自動化することにより配員を２／３に削減できる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、コンクリート自動打設システムは、重力式ダムに適用される実施形態を例示したが、これに限らず他のコンクリートダムや他のコンクリート建設物の施工に適用してもよい。

１…コンクリート自動打設システム、１０…コンクリートプラント、１１…バッチャープラント、１２…ターンヘッド、１３…トップビン、１４…計量槽、１５…コンクリートミキサ、１６…ホッパ、２０…トランスファーカ、２１…台車、２２…容器、３０…貯蔵部、３１…セメントサイロ、３２…骨材貯蔵ビン、３２Ａ…細骨材貯蔵ビン、３２Ｂ…粗骨材貯蔵ビン、３３…水タンク、３４…混和剤タンク、４０…コンクリートバケット、４１…バケット受台、５０…供給装置、５１…エアポンプ、５２…ベルトコンベア、５３、５４、５５…ポンプ、８０…運搬装置（ケーブルクレーン）、８１…主ケーブル、８２…走行ケーブル、８３…ワイヤ、８４…第１駆動装置、８５…第２駆動装置、８６…ウインチ、１００…管理装置、１０２…取得部、１０４…管理部、１０６…コンクリート生成部、１０８…運搬制御部、１１０…記憶部、１１２…表示部

Claims (5)

1. 設計された配合によりコンクリート構成材料を混錬してコンクリートを製造及び供給するコンクリートプラントと、
   前記コンクリートプラントにより供給されたコンクリートを収容するコンクリートバケットと、
   前記コンクリートの打設対象の上方に張られたワイヤロープに沿って前記コンクリートバケットを移動させるケーブルクレーンと、
   前記コンクリートの打設位置と前記打設位置に応じたコンクリートの配合とを管理する管理情報に基づいて、前記コンクリートプラントを稼働させてコンクリートを生成すると共に、前記ケーブルクレーンを制御して前記コンクリートが収容された前記コンクリートバケットを前記打設位置に移動させる管理装置と、を備え、
   前記ケーブルクレーンは、
   前記打設対象の上方に張られた主ケーブルと、
   前記主ケーブルに沿って移動する第１駆動装置と、
   前記主ケーブルに交差する方向に張られた走行ケーブルと、
   前記主ケーブルの両端のうち一つの端部を前記走行ケーブルに沿って移動させる第２駆動装置と、
   前記コンクリートバケットを吊下るワイヤの繰り出し量を調整するウインチと、を備え、
   前記管理装置は、前記管理情報に基づいて前記第１駆動装置及び前記第２駆動装置を制御して前記コンクリートバケットを前記打設位置に移動させ、
   前記管理装置は、前記ケーブルクレーンを制御して、前記コンクリートバケットの帰還動作中に前記主ケーブルが次回の打設位置の上方となるように前記第２駆動装置の位置を調整する、
   コンクリート自動打設システム。
2. 前記コンクリートプラントは、
   コンクリート構成材料を混錬してコンクリートを製造するバッチャープラントと、
   前記バッチャープラントにより配合されたコンクリートを積載して移動し、前記コンクリートバケットに前記コンクリートを荷下ろしするトランスファーカと、を備えることを特徴とする、
   請求項１に記載のコンクリート自動打設システム。
3. 前記管理装置は、前記トランスファーカが前記コンクリートバケットに前記コンクリートを投下して前記バッチャープラントに帰還させる際、前記トランスファーカが前記コンクリートバケットから所定距離以上離間した後に前記コンクリートバケットの移動を開始させる、
   請求項２に記載のコンクリート自動打設システム。
4. 前記管理装置は、前記主ケーブルと前記走行ケーブルとの張力に基づいて、前記第１駆動装置及び前記第２駆動装置の加速及び減速を制御し、前記主ケーブル及び前記走行ケーブルに生じる揺動を抑制する、
   請求項１から３のうちいずれか１項に記載のコンクリート自動打設システム。
5. 前記管理装置は、前記主ケーブル、走行ケーブル、及び前記ワイヤの張力に基づいて、前記第１駆動装置、前記第２駆動装置、及び前記ウインチを制御して、前記コンクリートバケットが前記コンクリートを放出した際の反動による前記コンクリートバケットの位置の変化を抑制する、
   請求項１から４のうちいずれか１項に記載のコンクリート自動打設システム。

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