BIMに時間軸を追加して工程見える化！4D BIMの仕組みとNavisworks活用法

1. はじめに

建設プロジェクトでは、工程表を用いて施工計画や進捗を管理するのが一般的です。しかし、紙や表計算ソフトによる工程表だけでは、作業の順序や空間的な関係を直感的に把握しにくく、施工手順の認識違いや関係者間の調整不足が生じることがあります。

そこで注目されているのが、3Dモデルに時間軸の情報を加える「4D BIM」です。BIMモデルと工程情報を関連付けて施工の流れを可視化することで、施工上の問題点を3D空間で確認しやすくなり、関係者間で施工計画の認識を共有しやすくなります。

国土交通省は、3次元モデルを基軸とした建設生産・管理システムの実現に向けてBIM/CIMを推進しており、受発注者双方の業務効率化や高度化を目指しています（参照*5）。4D BIMによる事前シミュレーションは、施工管理や工程変更への対応に加え、施工手順の安全性やリスクを検討する際にも活用できます。 

本記事では、BIMに時間軸を追加して工程を見える化する方法として、4D BIMの仕組みやNavisworks TimeLinerを使った工程シミュレーションの流れを解説します。建設プロジェクトマネージャーをはじめとする実務者が、4D BIMの導入メリットや注意点を理解し、施工計画の品質向上や円滑な合意形成につなげられるよう、具体的な手順と根拠を紹介します。

2. 4D BIMとは何か？

国土交通省は、4次元モデルを「3次元モデルに時間情報を付与したもの」と説明しています（参照*1）。BIMモデルに工程表の開始日や終了日などを関連付けることで、施工手順を時間軸に沿って可視化できる点が4D BIMの特徴です。

工程情報を追加すると、静的な3次元データだけでなく、工程表に設定した計画日や実績日に基づき、特定の時点でどの部分が施工済み、施工中、未施工であるかを仮想空間上で表現できます。これにより、施工計画を視覚的に確認し、問題点の早期発見や関係者間の合意形成、施工手順の検討に役立てられます。

国土交通省の「設計－施工間の情報連携を目的とした4次元モデル活用の手引き（案）」では、設計段階で検討した施工計画や留意点を施工段階へ伝達するため、4次元モデルの利用場面や作成方法の例を示しています（参照*1）。4次元モデルを活用すれば、設計時に想定した施工手順を施工関係者へ伝えやすくなり、工程や施工上の留意点を視覚的に確認できます。

なお、同手引きは主に土木分野のBIM/CIMを対象としていますが、3次元モデルと工程表を関連付ける基本的な考え方は、建築分野の4D BIMにも共通します。以下では、4D BIMの基本概念と、工程の見える化が重要な理由を説明します。

2.1. 4D BIMの基本概念

4D BIMは、3DのBIMモデルに、工程表の開始日や終了日、作業順序などの時間情報を関連付ける手法です。特定の日付を指定すると、その時点で施工済み、施工中、未施工となる部分をモデル上で表示でき、施工計画の進み方を視覚的に確認できます。

3D BIMと4D BIMの違いを整理すると、以下のとおりです。

項目	3D BIM	4D BIM
主な情報	形状、材質、数量など	3D BIMの情報に工程情報を追加
時間情報	工程との関連付けを主目的としない	開始日・終了日などを関連付ける
確認できること	建物や構造物の形状・属性	施工順序や時点ごとの施工状況
主な用途	設計検討、数量確認、情報共有	施工計画、工程シミュレーション

たとえば、躯体工事がいつ完了するか、設備工事がどの時点で始まるかなど、工程の流れを3Dモデルと連動させて把握できます。建物の形状や材質、数量などを管理するBIMに時間情報を加えることで、施工に必要な期間や手順を分かりやすく表現できる点が4D BIMの特徴です。

2.2. 工程の見える化の重要性

ガントチャートなどの工程表は作業時期の確認に適していますが、2次元の表だけでは、施工場所や作業順序の関係を直感的に把握しにくい場合があります。特に関係者が多いプロジェクトでは、施工イメージの認識にずれが生じることもあります。

4D BIMを使えば、「壁を施工する前に配管を設置する必要がある」「足場を使用する時期が重複している」といった状況を3D空間上で確認できます。問題箇所を早い段階で共有できるため、関係者との合意形成や施工手順、安全上のリスク、工程変更による影響の検討に役立ちます。

3. BIMで工程を見える化する仕組み

ここからは、4D BIMで工程を見える化する具体的な流れを解説します。4D BIMを導入するには、BIMモデルを適切に準備し、工程表と関連付けたうえで、シミュレーションを実行する一連のプロセスが重要です。

4D BIMによる工程の見える化は、主に次の流れで進めます。

1. BIMモデルを準備する
2. 工程表を作成・整理する
3. モデル要素と工程タスクを関連付ける
4. シミュレーションを実行・更新する

この一連の流れでは、BIMモデルと工程表の粒度を揃え、適切にバージョン管理することも重要です。 

これらの流れを理解しておくことで、Navisworks TimeLinerなどのBIMソフトウェアを活用した施工管理を進めやすくなり、建設プロジェクト全体の情報共有や管理の精度向上につながります。

3.1. BIMモデルの準備

まずはBIMモデルを準備します。AutodeskのRevitをはじめ、CIM対応を含むさまざまなBIMソフトウェアを利用できます。モデルを準備する際は、主に次の点を確認します。

• 躯体・仕上げ・設備などの工事区分が整理されているか
  
• 部材ごとに名称やIDが設定されているか
  
• 工程タスクに対応できる単位でモデルが分割されているか
  
• 工程との関連付けに必要な属性情報が設定されているか
  

国土交通省の手引きでは、施工ステップを細かくするほど詳細なシミュレーションを作成できる一方、モデルの作成数が増え、コストも増加すると説明しています。そのため、モデルの詳細度や施工ステップの粒度は、4D BIMの活用目的に応じて設定することが重要です（参照*1）。

必要以上に細かくすると、モデル作成や工程との関連付けに工数がかかるため、施工計画の確認に必要な範囲へ絞って整備します。維持管理など別の用途にも利用する場合は、それぞれの用途に必要な情報要件を整理したうえで、適切な属性や詳細度を設定します。

このように、施工計画で確認したい内容を明確にし、必要な部材や工事区分が工程表と対応するようモデルを整備することが、最初のステップとなります。

3.2. 工程表の作成と管理

次に、施工計画をスケジュール化した工程表を作成します。一般的にはガントチャート形式が用いられますが、各工事項目（タスク）の開始日と終了日を正確に設定することが重要です。日数や時間を適切に設定し、タスク名にも工事項目を明確に記載することで、後からBIMモデルと対応付けしやすくなります。

工程表を作成する際は、施工ステップを細かく分割しすぎると現場での管理が煩雑になります。一方で、大まかすぎると4D BIMで可視化した際に十分な効果が得られない場合があります。プロジェクトの規模やチームの運用に合わせて、工事区分や期間の粒度を検討しましょう。

工程表は適宜更新し、バージョン管理を行いながら、モデリングやシミュレーションで使用するデータを明確に管理することが大切です。これにより、施工計画の変更が発生した場合でも、作業の重複や手戻りを防ぎやすくなります。

また、プロジェクトマネージャーや技術担当者だけでなく、協力会社や設計者とも工程表を共有し、必要に応じて意見を反映することで、より実態に合った施工計画を作成できます。

3.3. Navisworks TimeLinerでモデルと工程表を関連付ける

NavisworksのTimeLinerは、モデルに工程タスクを関連付けてスケジュールをシミュレーションするための機能です （参照*2）。まず、Revitなどで作成したBIMモデルをNavisworksで開き、外部の工程データをTimeLinerへ取り込むか、TimeLiner上でタスクを作成します。工程情報を取り込んだら、タスク名、計画開始日、計画終了日などが正しく反映されているか確認し、必要に応じてタスクタイプを設定します （参照*3）。

続いて、各タスクに対応するモデル要素を関連付けます。TimeLinerでは、選択したモデル要素のほか、検索結果や選択セットをタスクへ関連付けることができます。また、条件を整備している場合は、ルールを使った自動関連付けも可能です（参照*3）。工程タスクとモデル要素の対応例は、次のとおりです。

工程表のタスク	関連付けるモデル要素
躯体コンクリート打設	対象階・工区の柱、梁、床
設備配管工事	対象範囲の配管モデル
外装工事	対象面・工区の外壁モデル
足場設置	対象範囲の仮設モデル

工程表のタスク名やタスクIDと、BIMモデルの部材名称や施工区分が対応していると、関連付けを進めやすくなります。名称やIDが一致していない場合は、事前に表記を揃えたり、対応関係を整理したりする必要があります。

選択セットや検索セット、関連付けルールを整備しておけば作業を効率化できますが、モデルと工程表を読み込むだけで自動的に正しく関連付けられるわけではありません。関連付けの内容を確認し、各タスクの期間に応じて適切なモデル要素が表示されるように設定します。

3.4. シミュレーションの実行と更新

モデルと工程表の関連付けが完了したら、TimeLinerでスケジュールをシミュレーションします。設定した日付の進行に応じて、タスクに関連付けたモデル要素の表示を変化させ、施工ステップを視覚的に確認できます（参照*2、参照*3）。

シミュレーションでは、タスクの重複や施工手順に無理がないかを確認します。例えば、設備の取り付けが終わっていない段階で壁の仕上げ工事を先行するなど、現場で問題となる可能性のある工程を見つけ、工程表やBIMモデルを修正します。

TimeLinerでは、シミュレーションの開始日と終了日、再生する間隔、再生時間などを設定できます。また、計画工程と実績工程を使い、予定より早いタスクや遅れているタスクを異なる表示で確認することも可能です（参照*4）。

現場の進行に伴って工程表が変更された場合は、外部の工程データを更新し、TimeLiner側のタスクをリフレッシュします。そのうえで、追加・削除されたタスクやモデルとの関連付けを確認し、再度シミュレーションを実行します（参照*3）。

シミュレーション結果は、プロジェクトチームでの確認や合意形成に利用できるほか、画像や動画として出力し、発注者や関係者への説明資料として活用できます（参照*3）。

4. 4D BIMの導入メリット

4D BIMで施工手順や工程を可視化すると、関係者間の認識共有や施工計画上の問題の把握に役立ちます。代表的なメリットは、以下の4つです。  

メリット	主な効果
施工手順の共有と合意形成	関係者が共通の施工イメージを持ちやすくなる
工程の問題点の事前確認	施工順序や作業領域の問題を早期に検討できる
工程変更時の対応	変更後の影響範囲を視覚的に確認できる
安全性とリスク管理	重機や作業エリアの関係を検討しやすくなる

4.1. 施工手順の共有と合意形成

4D BIMを活用すると、3Dモデルと関連付けた工程の進み方が可視化されるため、協力会社、設計者、発注者など、立場の異なる関係者が共通のイメージを持ちやすくなります。口頭や文書だけでは伝わりにくい施工順序や作業内容も、動画やアニメーションとして示すことができます。

合意形成が必要な場面でも、シミュレーション画像を使って説明することで、関係者が具体的なイメージを共有しやすくなります。その結果、「想定していた内容と違う」といった認識のずれを減らし、意思決定を進めやすくなります。

また、施工手順を事前に詳しく検討できるため、現場での段取り変更や手戻りの発生を抑えやすくなります。複数の工種が同じ期間に重なる場合でも、作業時期や作業領域の重複、施工上のリスクを確認して調整できるため、プロジェクトをより円滑に進められます。 

4.2. 工程の問題点の事前確認

4D BIMでは、モデルと工程表を組み合わせたシミュレーションにより、施工開始前の段階で問題点を見つけやすくなります。例えば、設備配管の取り付け時期と壁を閉じるタイミングが合わないケースや、クレーンや建設機械の設置スペースを確保できない状況など、実際の作業で起こり得る課題を可視化できます。

施工開始後に発覚すると、大きなコストや手戻りにつながる問題でも、4D BIMを使うことで早い段階から注意を向けやすくなります。その結果、工期遅延や予算超過のリスクを抑えることにもつながります。

事前確認は、作業の調整だけでなく、安全性の確保や品質の維持にも役立ちます。工事が停滞するリスクを下げることができれば、発注者や投資家への報告でも、より適切な説明がしやすくなります。

4.3. 工程変更時の迅速な対応

建設プロジェクトでは、天候、資材の納期、施主からの要望変更などによって、工程の見直しが発生することがあります。4D BIMを活用していれば、変更箇所を工程表に反映し、Navisworks TimeLinerなどで再度シミュレーションすることで、新しい工程計画が全体へ与える影響を視覚的に確認できます。

このように工程を更新できる仕組みは、急なトラブルが発生した場合の対応にも役立ちます。後続作業への影響範囲をモデル上で確認しながら再調整できるため、プロジェクトマネージャーは遅延リスクを抑えるための対応を検討しやすくなります。

さらに、関係者への説明や承認も、シミュレーション動画や画像を使って分かりやすく行えるため、意思決定を迅速に進めやすくなります。

4.4. 安全性の向上とリスク管理

工程を可視化することで、安全面の検討も進めやすくなります。足場や重機などの仮設物をモデル化し、工程情報と関連付けることで、施工時期に応じた配置や作業エリアの関係を視覚的に確認できます。作業員の動線についても、必要な情報をモデルや施工計画に反映すれば、重機との接近や作業領域の重複などを事前に検討できます。

また、施工計画の段階で、現場の狭さ、高所作業、重機と作業エリアの関係などを確認できるため、安全上のリスクや施工上の注意点を関係者間で共有しやすくなります。国土交通省の手引きでも、工程表に対応する時間情報を3次元モデルへ付与することで、施工手順、工程の実現可能性、安全を考慮した施工が可能かを確認できると説明されています（参照*1）。

ただし、4D BIMを導入するだけで事故を防げるわけではありません。現場の安全管理手順やリスクアセスメントと組み合わせ、施工計画の検討を支援する手段として活用することが重要です。

5. 導入時の注意点

4D BIMを効果的に運用するには、BIMモデルや工程表の粒度に加え、ソフトウェアを運用する体制やルールを事前に整理する必要があります。ここでは、導入初期に注意したい3つのポイントを解説します。 

5.1. モデルと工程の粒度調整

まず、BIMモデルと工程表のそれぞれに、どの程度の細かさを持たせるかを慎重に検討します。例えば、ボルトやネジを1本ずつ3D化すると、モデルのデータ量が膨大になり、工程管理が難しくなる場合があります。また、工程表を細かく分けすぎると、現場での運用やソフトウェア上の管理が煩雑になります。

一方で、粒度が大まかすぎると、4D BIMの効果を十分に得られません。例えば、「外装工事」とひとまとめにすると、どの期間にどの部材を施工するのかが分かりにくくなり、合意形成や問題点の発見に支障が出る可能性があります。

国土交通省の資料でも、活用目的に応じて施工ステップの粒度を設定する考え方が示されています。導入時は、プロジェクトの目的や予算、スケジュールを踏まえ、施工計画の確認に必要な粒度を決めることが重要です。 

5.2. 工程表の更新ルールの設定

4D BIMは、工程管理に使用するデータをBIMモデルへ反映し、シミュレーションに活用する仕組みです。そのため、工程表は現場の運用方針に応じて定期的に更新し、必要に応じて実績情報を反映する必要があります。

誰が更新を担当するのか、どの程度の頻度で更新するのか、修正履歴やバージョンをどのように管理するのかを、あらかじめチーム内で決めておきましょう。ルールが不明確なままだと、古いデータを使って誤ったシミュレーションを行い、意思決定を誤るリスクがあります。

プロジェクトが長期化するほど、工程変更が発生する可能性も高まります。4D BIMを有効に活用するには、工程表を継続的に管理する体制を整え、最新のデータでシミュレーションを行える状態を保つことが重要です。

5.3. 4D BIMだけで工程管理を完結させない

4D BIMは、工程情報を3Dモデル上で可視化し、施工手順の確認や関係者間の調整を支援する仕組みです。計画工程と実績工程の比較など、工程管理を支援する用途にも活用できますが、工程表の作成や承認、日々の進捗記録、契約上の日程管理まで、単独ですべてを代替するものではありません。

そのため、4D BIMを導入した場合でも、現場に合った工程管理のルールや責任分担は引き続き必要です。誰が工程表を更新するのか、どのデータを正式な最新版とするのか、モデルとの関連付けを誰が確認するのかを、あらかじめ決めておきます。

4D BIMは、既存の工程表や施工管理の仕組みと組み合わせ、関係者の認識をそろえながら、施工上のリスクや計画上の問題を検討するための支援手段として活用することが重要です。

6. まとめ

4D BIMは、3DのBIMモデルに時間情報を追加し、施工計画を視覚的に確認するための手法です。3Dモデルと工程表を関連付けてシミュレーションすることで、施工順序や作業期間、施工対象となる場所の関係を把握しやすくなります。なお、部材同士の物理的な干渉を確認する場合は、干渉チェック機能を併用します。

Navisworks TimeLinerを活用した工程シミュレーションは、施工手順の共有や工程変更時の影響確認、安全上のリスクや施工上の留意点の検討に役立ちます。一方で、十分な効果を得るには、モデルと工程の粒度を適切に調整し、工程表やモデルの更新ルールをあらかじめ整備しておくことが重要です。

4D BIMは、既存の工程管理や施工管理と組み合わせて活用することで、施工計画の精度向上や関係者間の認識共有、手戻りや調整工数の削減につながる可能性があります。導入する際は、目的や活用範囲を明確にしたうえで、段階的に運用を進めることが大切です。

本記事を参考に、4D BIMの仕組みや活用方法を理解し、自社のプロジェクトに適した工程の見える化に取り組んでみてはいかがでしょうか。

＜参考文献＞

（*1）設計－施工間の情報連携を目的とした4次元モデル活用の手引き（案）｜国土交通省
https://www.mlit.go.jp/tec/content/001395714.pdf

（*2）Navisworks ヘルプ | TimeLiner ツールの概要 | Autodesk
https://help.autodesk.com/view/NAV/2027/JPN/?guid=GUID-D0D36E3D-F1D0-43B6-AB4E-2E7799B340A3

（*3）Navisworks ヘルプ | [TimeLiner]のワークフロー | Autodesk
https://help.autodesk.com/view/NAV/2027/JPN/?guid=GUID-96D92B8A-CD9D-4E25-A549-0EB2BF15B5CE

（*4）Navisworks ヘルプ | [シミュレーションの設定]ダイアログ ボックス | Autodesk
https://help.autodesk.com/view/NAV/2027/JPN/?guid=GUID-E296880A-1607-4755-9A99-D92ECD43463E

（*5）技術調査：BIM/CIM関連 - 国土交通省
https://www.mlit.go.jp/tec/tec_tk_000037.html