2000キロにわたる高速道路の建設、維持管理を効率化
NEXCO中日本のCIM導入戦略(オートデスク)

2017年12月14日

中日本高速道路(以下、NEXCO中日本)は、2017年にCIM(コンストラクション・インフォメーション・モデリング)導入に着手し、既に中央自動車道小仏トンネルの渋滞対策事業や新東名高速道路の土工工事などに導入している。今後、ICT土工を本格的に採用するほか、プレキャスト部材による橋梁工事の効率化や2000kmにもわたる高速道路網のIoT(モノのインターネット)的な維持管理など、CIMによる高速道路の建設、維持管理の生産性を大きく変えていきそうだ。

 

高速道路のCIMモデルを扱うNEXCO中日本東京支社の石井麻貴氏

高速道路のCIMモデルを扱うNEXCO中日本東京支社の石井麻貴氏

 

   二つのトンネル工事で既に導入

「土石流などの影響を防ぐため、トンネルの坑口はなるべく谷を避けた方が安全ですCIMモデルで検討を行うとトンネルの坑口と周囲の尾根や谷などの地形との位置関係がよくわかります」と、大型モニターを指さして説明するのは、NEXCO中日本東京支社 環境・技術管理部 環境・技術チームでサブリーダーを務める石田篤徳氏だ。

東京都と神奈川県にまたがる中央自動車道の小仏トンネルでは、上り線の渋滞対策のため、小仏トンネルを1車線分増設する事業が行われている。2016年に国土交通省がi-Construction施策をスタートさせたのと軌を一にして、NEXCO中日本でもCIMを本格的に導入した。その適用現場第1号になったのが小仏トンネル渋滞対策事業だった。

小仏トンネルのCIMモデルを大型モニターに映して説明する石田篤徳サブリーダー

小仏トンネルのCIMモデルを大型モニターに映して説明する石田篤徳サブリーダー

中央自動車道の渋滞対策事業。小仏トンネルを1車線増設する

中央自動車道の渋滞対策事業。小仏トンネルを1車線増設する

InfraWorksで作成した小仏トンネル坑口付近のCIMモデル。尾根や谷との位置関係が一目瞭然だ

InfraWorksで作成した小仏トンネル坑口付近のCIMモデル。尾根や谷との位置関係が一目瞭然だ

同社はこのほか、東京外かく環状道路でもCIMモデルを導入した。構造物や施工計画の位置関係を可視化するとともに、将来の維持管理業務での活用を視野に入れたものだ。

「東京外かく環状道路は、国交省や東日本高速道路と当社の事業が複雑に入り組んでおり、事業主体間の入念な調整が求められます。CIMモデルでシミュレーションを行うと、橋からトンネルに接続する部分の取り合いなどの詳細がはっきりし、いままで2Dの図面で表現できなかった『モヤモヤ感』がなくなります」と石田氏は言う。

AutoCAD Civil 3Dで作成した東京外かく環状道路のシールドトンネルのCIMモデル

AutoCAD Civil 3Dで作成した東京外かく環状道路のシールドトンネルのCIMモデル

複数の事業主体が入り交じる東京外かく環状道路のトンネルCIMモデル

複数の事業主体が入り交じる東京外かく環状道路のトンネルCIMモデル

NEXCO中日本はCIMの本格導入に当たり、オートデスクのCIM用3次元CAD「AutoCAD Civil3D」や「AutoCAD Map 3D」、複数のCIMモデルを統合して見られる「Navisworks」などを含むCIMソフトパッケージの「Infrastructure Design Suite」を導入した。このほか、数十kmにも及ぶ土木インフラを3Dモデル化できる「InfraWorks」を含む「AECコレクション」を導入している。

「InfraWorksにはウオークスルー機能も付いており、完成後のトンネルを走行するドライバーの視点で、トンネル内の視環境や標識などの視認性を事前に確認することができます。これまでの2次元図面では、こうしたシミュレーションは困難でした」(石田氏)。

NEXCO中日本社内で行われたCIM研修会

NEXCO中日本社内で行われたCIM研修会

   NEXCO中日本ならではのCIM導入メリット

トンネル現場でのCIM導入に続き、NEXCO中日本が目指すのはCIMモデルとICT建機によって施工するICT土工の本格導入だ。複数年契約の工事が多い同社では、測量から設計、施工までを3Dで行う「フルICT土工」を4件、一部にICT土工の技術を用いる工事を10件スタートしている。

「山間部を通る道路が多い当社の工事では、山の斜面を切り土、盛り土で通す区間が多くあります。そのため、ドローン測量では斜面を含めた3Dモデルを高精度で作る必要があり、平らな現場とは違った難しさがあります」と石田氏は説明する。

国土交通省のi-Construction施策では、(1)ICT土工、(2)コンクリート工の規格の標準化など、(3)施工時期の平準化という三つの「トップランナー施策」が挙げられており、ICT土工が先行している。

これに対し、NEXCO中日本では、プレキャストPC部材を活用した「Uコンポ桁」や「PC床版」の活用によるコンクリート橋建設の効率化が進んでいる。Uコンポ桁は7件、PC床版は2件の工事で適用している。

これらの工法は、使用するPC部材を規格化しやすく、各部材をCIMパーツ化しておくことで、詳細設計の効率化が期待できる。

PC桁の製作ヤード(左)とPC桁の架設状況(右)

PC桁の製作ヤード(左)とPC桁の架設状況(右)

PC床版の架設イメージ(左)と現場の様子(右)

PC床版の架設イメージ(左)と現場の様子(右)

地上で製作されたPC床版

地上で製作されたPC床版

「3次元モデルを使って設計するCIMなら、誰でも完成後の様子が詳細にわかります。維持管理の担当者にも、橋の設計段階で参加してもらうことで、より維持管理がしやすい橋にする『フロントローディング』も実現しそうです」と石田氏は言う。

このほか、NEXCO東日本、NEXCO西日本と共通する2次元の標準図集もある。例えば、標識の支柱やガードレールなどだ。これらを施工図レベルのCIMパーツ化しておくことで、NEXCO関連の設計業務を効率化するのに役立ちそうだ。

また、高所での型枠工事やコンクリート打設工事がほとんどなくなるため、現場での生産性や作業の安全性が高まる。

NEXCO中日本では、複数年契約の工事が主流のため、施工時期の平準化については単年度契約の工事に比べて、かなり改善が図られている。あとは、ICT土工を本格化すれば、国交省がi-Constructionで目指す三つのトップランナー施策とほぼ同じ目標を実現できそうだ。

   2000キロに及ぶ高速道路網の維持管理にも

NEXCO中日本にとって、高速道路の建設はもちろん、その後、長く続く完成後の運用・維持管理はさらに重要な仕事だ。管理する高速道路網の延長は、約2000kmにも及ぶ。現在はGISを使ってタブレット端末などで参照できる「点検・補修業務支援システム」などが使われている。

今後は既に供用中の道路を含めて高速道路網全線をどのように3Dモデル化し、既存のシステムを統合しながら、維持管理の効率化を実現していくかが課題だ。

NEXCO中日本が建設、維持管理する高速道路網。その延長距離は約2000kmにも及ぶ

NEXCO中日本が建設、維持管理する高速道路網。その延長距離は約2000kmにも及ぶ

タブレット端末などで参照できる「点検・補修業務支援システム」

タブレット端末などで参照できる「点検・補修業務支援システム」

InfraWorksで作成した既設高速道路のCIMモデル。今後は運用や維持管理での活用が課題だ

InfraWorksで作成した既設高速道路のCIMモデル。今後は運用や維持管理での活用が課題だ

既設の高速道路をCIMモデル化するのに、活用を検討しているのが3Dレーザースキャナーを車両に搭載し、路上を走行しながら路面や道路標識、周囲の構造物などを丸ごと3次元の点群データとして計測できる「MMS(モービルマッピングシステム)」だ。

従来の縦断測量に比べて面的に道路の状況を把握できるうえ、交通規制が不要というメリットがある。継続的に計測していくと、長期的な路面の沈下傾向も計測できる。

「路面の凹凸を3次元の点群データで可視化すると、一定間隔の断面でなく、路面を連続の面として高度に管理できます。そのため路面の異常も、見落とす心配がありません」と石田氏は言う。

道路の路面や周辺の構造物を走行しながら高精度に3D計測するMMS車両。屋根に3Dレーザースキャナーやカメラを搭載している

道路の路面や周辺の構造物を走行しながら高精度に3D計測するMMS車両。屋根に3Dレーザースキャナーやカメラを搭載している

MMSによって計測した道路の点群データ

MMSによって計測した道路の点群データ

路面の凹凸を色分け表示したヒートマップ。異常部分を見逃す心配がない

路面の凹凸を色分け表示したヒートマップ。異常部分を見逃す心配がない

また、NEXCO中日本では、道路脇ののり面に植樹して樹林化にも取り組んでいる。現在は木の苗を植えた位置を平面図で表し、成長が進むと間伐などを行っているが、問題は植生の遷移につれて図面との照合が難しくなることだ。

そこで樹林を3Dレーザースキャナーで計測し、位置把握の効率化や倒木などの危険の把握に活用している。

20171214-NEXCO-C-18

3Dレーザースキャナーで計測した樹林(赤い円内)を維持管理用の図面に描き込んだ例

3Dレーザースキャナーで計測した樹林(赤い円内)を維持管理用の図面に描き込んだ例

今後、現在の交通量や気温、監視カメラの映像、構造物に設置した加速度センサーの計測データなど、リアルタイムな情報をCIMモデルにリンクさせて高速道路網を「IoT(モノのインターネット)化」し、AI(人工知能)やロボットと連携させて、維持管理の自動化を図ることも夢ではない。NEXCO中日本の事業は、CIMの強みと相まって、幅広く発展する可能性を秘めていると言えそうだ。

左からNEXCO中日本東京支社 環境・技術管理部 環境・技術チームの石井麻貴氏とサブリーダーの石田篤徳氏

左からNEXCO中日本東京支社 環境・技術管理部 環境・技術チームの石井麻貴氏とサブリーダーの石田篤徳氏

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