建築にもたらすLiDAR技術の力

はじめに：建築にもたらすLiDAR技術の力

近年、建築業界においてLiDAR技術が注目を集めています。LiDAR（Light Detection And Ranging）は、光を利用して物体の距離や形状を測定する技術であり、その高精度な測定能力が建築プロジェクトにおいて大きな利点をもたらしています。特に、土地の測量や地形の作成、建物の計画、品質管理、モニタリングなど、さまざまな用途で活用されており、3D地図や3Dモデルの作成においても重要な役割を果たしています。国土交通省もドローンを活用したLiDARスキャナの使用を推進しており、これにより建設現場での効率化と精度向上が期待されています。本記事では、LiDAR技術の基礎知識から具体的な活用事例までを詳しく解説し、建築分野におけるLiDARの可能性を探ります。

LiDAR技術の基礎

LiDARとは何か？

LiDARは、光を用いて物体の位置や形状を測定する技術です。光源から発せられたレーザー光が対象物に当たり、その反射光が戻ってくるまでの時間を計測することで、距離や方向を正確に測定します。この技術は、光検知測距とも呼ばれ、特に赤外線を用いたものが一般的です。LiDARは、対象物の三次元点群データを取得することができ、これにより立体的な情報を得ることが可能です。

LiDARの仕組みとは

LiDARの仕組みは、レーザー光をパルス状に照射し、その反射光を受信することで距離を測定するというものです。レーザー光は、赤外線や可視光、紫外線などが使用されますが、特に近赤外レーザーが多く用いられています。これにより、対象物の位置や形状を高精度で検知することが可能です。LiDARは、航空機やドローンに搭載されることが多く、広範囲の地形データを迅速に取得することができます。

LiDARで使用されるレーザー光の種類

LiDARで使用されるレーザー光には、赤外線、可視光、紫外線などがありますが、最も普及しているのは赤外線です。赤外線は、対象物の表面に対して高い反射率を持ち、精度の高い測定が可能です。また、近赤外レーザーは、パルス状に照射されることで、対象物の詳細な形状を捉えることができます。これにより、三次元点群データとして情報を取得し、立体的なモデルを作成することが可能です。

建築分野でのLiDARの活用

土地測量と地形作成

LiDAR技術は、土地の測量や地形の作成において非常に有効です。従来の測量方法に比べて、LiDARは広範囲のデータを迅速かつ高精度に取得することができます。これにより、地形の詳細な3D地図を作成し、都市計画や環境整備に活用することが可能です。特に、航空機やドローンにLiDARを搭載することで、山岳地帯や沿岸部の測量が容易になり、都市計画や環境保護に貢献しています。

3D地図やモデルの作成

LiDAR技術を用いることで、正確な3D地図やモデルを作成することができます。これにより、建物の計画段階でのシミュレーションが可能となり、設計の精度を向上させることができます。LiDARによる三次元点群データは、BIM（ビルディングインフォメーションモデリング）ソフトウェアに取り込まれ、詳細な3Dモデルを作成するための基礎データとして活用されます。

品質管理とモニタリング

建設プロジェクトにおける品質管理やモニタリングにもLiDAR技術は活用されています。LiDARは、建築コンポーネントの正確な測定値を提供し、設計仕様との比較を可能にします。これにより、建築材料のエラーや欠陥のリスクを低減し、プロジェクトの品質を向上させることができます。また、LiDARによるモニタリングは、建設現場の安全性向上にも寄与しています。

LiDAR技術の具体的な利点

精度の高い測量技術

LiDAR技術は、非常に高い精度で測量を行うことができます。従来の測量方法に比べて、LiDARは広範囲のデータを迅速に取得し、詳細な地形データを提供します。これにより、都市計画や建設プロジェクトにおいて、正確なデータに基づく計画が可能となり、プロジェクトの成功率を向上させることができます。

効率化された作業プロセス

LiDAR技術の導入により、測量や地形作成の作業プロセスが大幅に効率化されます。手動測定の必要性が減少し、迅速かつ正確なデータ取得が可能となります。これにより、プロジェクトの進行がスムーズになり、時間とコストの削減が実現します。

プロジェクトのリスク低減

LiDAR技術を活用することで、プロジェクトのリスクを低減することができます。高精度の測量と3Dモデリングにより、計画段階での誤差を最小限に抑え、建設中や完成後のリスクを低減します。これにより、プロジェクトの成功率が向上し、ステークホルダーからの信頼を獲得することができます。

国土交通省によるLiDAR技術の活用事例

3次元計測技術を用いた出来形管理

国土交通省は、「3次元計測技術を用いた出来形管理要領(案)」*1 を策定し、iPhoneやiPadのLiDAR機能を利用した測量を認めています。これにより、高価な機器を導入せずに小規模現場でも3次元測量が可能になりました。

法面測量の実証実験

国土交通省九州技術事務所では、iPhoneを使った法面測量の実証実験を行いました。測量開始からクラウドへのアップロード・共有まで、約10分程度で完了したと報告されています。これにより、迅速かつ効率的な測量が可能となり、プロジェクトの進行がスムーズになります。

土砂動態の把握

2004年の新潟県中越地震後、芋川流域の土砂動態把握にLiDARを用いた航空レーザー測量と地上レーザー測量が使用されました。広範囲の土砂移動や地形変化、詳細な地形変化や小規模な土砂移動を把握するのに活用されました。これにより、災害対策やインフラ管理において、LiDAR技術が重要な役割を果たしています。

道路付属物の閲覧と管理

道路下にあるBOXや法留構造物をLiDAR SLAM技術を活用して3次元計測し、作業効率や精度の検証が行われています。計測データは、将来的な異常変状の把握や経年変化の検出に活用される予定です。これにより、インフラ管理の効率化と精度向上が期待されています。

まとめ：LiDAR技術による建築分野の未来展望

LiDAR技術は、建築分野において多くの利点をもたらしています。高精度な測量技術、効率化された作業プロセス、プロジェクトのリスク低減など、さまざまな面でプロジェクトの成功率を向上させることができます。また、国土交通省による活用事例からもわかるように、LiDAR技術は測量、土木工事の管理、災害対策、インフラ管理など幅広い分野で活用されており、今後もその重要性は増していくことでしょう。建築業界におけるLiDAR技術の導入は、プロジェクトの効率化と精度向上を実現し、競争力を強化するための重要なステップとなるでしょう。

参考情報:

*1 国土交通省　関東地方整備局『3次元計測技術を用いた出来形管理の活用手引き（案）』
https://www.ktr.mlit.go.jp/gijyutu/gijyutu00000044.html

・BuildApp News『LiDARとは｜基礎知識や事例を解説』
https://news.build-app.jp/article/20822/

・国土交通省『建設現場の生産性を飛躍的に向上するための革新的技術の導入・活用に関するプロジェクト 試行内容（概要）の紹介』
https://www.mlit.go.jp/tec/content/001375248.pdf

・fabcross for エンジニア『LiDAR(ライダー)とは？自動運転で注目の光センサーの原理や用途について解説』
https://engineer.fabcross.jp/archeive/211109_lidar.html