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西松建設がトンネル工事で引き出すCIMの可能性

国土交通省は、以前より土木工事におけるICTの活用を積極的に推進してきました。中でも大いに注力しているのが、建築に活躍するBIMの技術を、土木分野にも応用するというCIM(Construction Information Modeling)の実現です。

西松建設は、早期から大規模なCIM活用に取り組んできた企業の一つでもあります。今回は西松建設がトンネル工事においてCIMをどのように活用したのか、そしてどのような導入効果を得られたのかについて、ご紹介します。

目次:
①西松建設のトンネル工事におけるCIM運用
②西松建設のトンネル工事にCIMが導入された背景
③西松建設のCIM導入で得られた効果

西松建設のトンネル工事におけるCIM運用

2019年、西松建設は北海道新幹線の渡島トンネル(台場山)における工事において、CIM活用の開始を発表しました*1。西松建設はこれまでに山岳トンネルにおけるCIMの効率的な活用を目的とした、山岳トンネルCIM総合管理システムの開発を進めてきました。

これは従来のCIMデータに加え、独自の各種前方探査及び予測解析技術と、株式会社演算工房が有する汎用3次元ソフト「E-G Modeling」を統合したシステムです。任意の切羽位置で地質断面図を表示、あるいは予測できる機能や、探査結果などから統合した情報をもとに高精度な地質予測ができるなど、高い汎用性を備えています*2。

切羽観察などを経て獲得したAI計測データや、電磁探査によって得た情報を三次元モデルに反映します。トンネルをはじめとする構造物のデータを作成、あるいは地質縦断や平面図の作成などに役立てるという運用方法です*3。
トンネルの開発に活躍するのはもちろんのこと、施工情報をそのまま維持管理にも活用ができるということで、BIMデータの運用に近しい活用方法が期待されています。

トンネルを始め、日本の交通インフラは老朽化が進んでおり、その補修工事は十分に間に合っているとは言えません。というのも、日本全国に張り巡らされたインフラを全て十分に見て回るほどの予算や人材は確保できていないためです。

耐用年数をすぎてもそのまま放置されているケースは少なくなく、トンネルなどでは崩落事故のリスクも高まっています。高齢化や労働人口の減少により、現在の状況下ではさらにインフラの劣化が進むこととなるでしょう。

このような事態を回避する上で、CIMの導入は非常に重要です。CIMによって維持管理を効率化・自動化できれば、少ない人員でも今以上のパフォーマンスで実施できます。CIMの導入は、長期的に見ても日本においては必要不可欠の取り組みと言えるでしょう。

西松建設のトンネル工事にCIMが導入された背景

このような逼迫した状況にある土木建設ですが、西松建設がトンネル工事へのCIM導入を決めた背景としては、他にもいくつかの理由があります。

地質事前予測の精度向上

一つは、トンネル工事を進行する上で欠かせない、地質事前予測の精度向上です。掘削作業を進める上で、切羽・支保の段階における安定性確保や補助工法の検討を円滑に進めるためには、正確な地質事前予測が欠かせません。

これまでも地質事前予測において3Dモデルが使われるケースはありましたが、地層境界面のみを表現したモデルが一般的でした*4。3Dデータではディテールが不足していたため、正確な予測は難しかったのです。

専門家不在でも進行できる施工計画の実現

地質事前予測の精度を高める方法として一般的だったのが、地質縦断図と地質平面図をもとにした施工計画の策定です。確度の高い予測を実現する方法ではありましたが、断層や脆弱部の立体的な位置や地層構造の把握は専門家でないと理解が難しく、誰にでもできる業務とはいかなかったのが課題でした*5。

そのため、地質事前予測が必要な業務が発生する現場に専門家を必ず配置する必要があり、そのためのコスト負担やスケジュール設定の負担が重荷となってきたのです。

西松建設のCIM導入で得られた効果

そこで西松建設が導入したのが、CIMを活用した地質モデルとそれを統合管理するためのシステムです。前方探査や予測解析技術も一元管理できる独自のシステムによって、山岳トンネル工事は大きな変化を得られることとなりました。

正確な三次元モデルで事前協議などを容易に

地質断面図、ボーリング情報等から作成した詳細な3次元モデルを有効活用できるようになったことで、断層の出現位置や地質の変化点が確認可能となりました。円滑な事前準備や事前協議を実施し、スムーズな施工を実現しています*6。

改善されたCIM運用体制

今回のシステム実装にあたり、CIMデータ運用に伴うパフォーマンスが大きく改善されています。
例えば各種データは自動的に3Dモデルへとインポートされ、すぐに現場活用できるよう設計されています。モデリングの業務が発生しないので、生産性の向上とコストパフォーマンス改善に役立ちます。

また、前方探査・数値解析結果等を統合した詳細で高負荷な3Dモデルであっても、動作遅延のない挙動を実現し、業務効率化を実現しました。
データの可視性についても配慮し、項目ごとの切り替えを容易に行えることで、現場作業の負担軽減に努めています。

高精度な地質予測とフィードバック

事前調査だけではなく、掘削作業からもデータをインプットし、前方探査・予測解析データとして利活用できるシステムを導入したことで、さらなる地質予測を実現しました。別々のソースから得た情報をシステム内で一元管理することにより、地質分布や掘削変位の3次元的な予測・把握をより高精度で実施します。
また、既掘削区間のデータをもとにしたフィードバックの実施も可能にすることで、さらに高いレベルでの作業の遂行も実現しています。

施工のトレーサビリティ確保

施工時に取得、あるいは活用したデータは全てシステムによって一元管理が施されているため、施工全体の品質のトレーサビリティが確保されています。健全な施工が行われているかを第三者からも確認できるため、崩落事故のリスクの把握なども正確に確かめることが可能です。

また、テキストや数値によるデータの保存のみならず、施工時の画像も合わせてシステム内に保存ができます。ビジュアルなどを駆使したデータ保存を行うことで、山岳トンネルの維持管理業務にも応用ができます。

おわりに

交通インフラの施工及び保守運用が課題となっている日本において、CIM活用の推進は最重要とも言えるICT活用の一つです。トンネルの施工に活躍する西松建設のCIMシステムは、今後も大いに活躍の機会を増やし、機能改善によってさらなる進化を遂げるでしょう。

 


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参考:
*1 西松建設「高精度に地質・変位予測できる山岳トンネルCIM総合管理システムを開発 -各種前方探査・予測解析とCIMの統合による施工中の生産性向上-」
https://www.nishimatsu.co.jp/news/news.php?no=MzQx&icon=44GK55+l44KJ44Gb
*2 西松建設「生産性向上を目指した CIM の取組み」p.2
https://www.nishimatsu.co.jp/solution/report/pdf/vol40/g040_20.pdf
*3 上に同じ
*4 上に同じ
*5 上に同じ
*6 *1に同じ

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