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ダム技術

ドローンによるレーザ測量

基準点を設置することなく、短時間に高精度な測量データを取得

土木工事現場での測量は、従来、光波測量器やGNSS測量器によるものが一般的でしたが、近年では、高精度に測量が可能で3次元図面を出力できる3D地上レーザ測量が普及しています。また、ドローンによる写真測量の実績も増え、精度も向上しています。しかし、写真測量では、高低差のある複雑な地形や、樹木がある場合などに精度の高い測量データを得ることが難しく、課題となっていました。

鹿島では、日本で初めてドローンに3Dレーザスキャナを搭載して大分川ダム堤体で計測を実施。高密度・高精度のデータを得ることに成功しました。

なお、本システムは、ニコン・トリンブル、ルーチェサーチとの共同開発です。

特許登録済

図版:大分川ダム堤体を計測中のレーザスキャナを搭載したドローン

大分川ダム堤体を計測中のレーザスキャナを搭載したドローン

図版:レーザスキャナを搭載したドローン

レーザスキャナを搭載したドローン

キーワード

ドローン、3Dレーザ測量
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特長・メリットココがポイント

写真測量の際に必要な基準点の設置不要

ドローンによる写真測量では、あらかじめ基準点(ターゲット)を地表面に複数箇所設置する必要がありますが、ドローンによるレーザ測量では、機体に内蔵されたGNSSとジャイロセンサにより、機体位置・傾き情報を正確に得たうえで、地表面に向けてレーザを照射することで得られる距離により計測を行うため、基準点設置の必要がありません。

図版:堤体部点群データ

堤体部点群データ

樹木があっても計測可能

レーザ照射は樹木の隙間を通り、地表面まで到達するため、樹木の伐採前、除根前でも地山を計測することが可能です。測量した結果は高精度な点群データで出力されることから高低差が取れ、複雑な地形でも精度の高いデータが得られます。

図版:伐採前レーザ測量樹木処理前データと樹木データ処理後 出力例

伐採前レーザ測量 樹木処理前データ

樹木データ処理後 出力例

短時間の飛行で高精度なデータを取得

測量では、事前にPC上にて設定したルートに従い、自律飛行が可能です。20haの広さをわずか13分間の飛行で測量することができます。高精度と言われる地上レーザ測量の結果と比較して、90%の測量点が±4.5cmの範囲に収まっていることを確認しました。従来のセスナ機等による航空レーザ測量と比較して安価で、かつ、現場内での離着陸が可能なため、現場の必要に応じて都度測量することができます。

適用実績

図版:大分川ダム建設(一期・二期)工事

大分川ダム建設
(一期・二期)工事

場所:大分県大分市

工期:2013年9月~2019年3月

発注者:国土交通省九州地方整備局

規模:中央コア型ロックフィルダム
堤高91.6m、堤頂長496.2m、
堤体積378.1万m3

バイバックによる締固め管理システム

ダムコンクリートの締固め状態をリアルタイムに管理、記録

コンクリートダムの施工においては、バイバック(油圧ショベルのアタッチメントに締固めバイブレータを装備した機械)と呼ばれるダム用コンクリート締固め専用機が用いられますが、締固めはオペレータの経験に基づく技量に依存しており、オペレータの目視により締固めの完了を判断しているのが現状です。

そこで鹿島では、バイブレータの挿入位置と締固め完了条件を管理することにより、オペレータの技量に依存せず均一な締固めを実施でき、締固め状況のリアルタイムな管理と施工トレーサビリティの記録ができるダムコンクリート締固め管理システムを開発しました。これにより、これまで以上にダムコンクリートの品質向上が図れます。

※バイバックはエクセンの登録商標です。

特許登録済及び特許出願中

図版:バイバックによる締固め管理システム実証実験の様子

バイバックによる締固め管理システム実証実験の様子

キーワード

コンクリートダム、締固め管理、コンクリート打設、有スランプコンクリート、バイバック、
バイブレータ、GNSS、センサ
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特長・メリットココがポイント

バイブレータの3次元位置計測と秒数管理で
締固め完了を判定

本システムはバイブレータ挿入位置の3次元座標を正確に計測し、一定の締固め完了条件を満たすと、バイブレータの影響範囲を考慮して一辺50cmの管理ブロックごとに締固め完了を判断し表示します。位置計測にはバイバックに搭載した2つのGNSS機器と2つの傾斜計を用いて行います。締固め完了の判定には、バイブレータのON・OFF信号を取り込み、別試験にて定めた締固め完了とする秒数を管理し、締固めが完了した箇所をモニターに表示します。オペレータは運転席のモニタ画面で締固めが完了した箇所がリアルタイムで把握できるため、締固め不足を防ぐことができます。

図版:機器配置図

機器配置図

実施工に即して複数層の締固め管理が可能

本システムにより、オペレータの技量に依存しない均一な締固めが行えるとともに、施工のトレーサビリティも管理することができるようになります。また、有スランプコンクリートは同一リフトで複数層打設する場合が多くありますが、本システムでは、同一リフトで複数の層に分けての締固め判定を行うことが可能です。

図版:締固め管理システム画面表示例

締固め管理システム画面表示例

適用実績

図版:第二浜田ダム

第二浜田ダム

場所:島根県浜田市

工期: 2009年3月~2016年7月

発注者:島根県

規模:重力式コンクリートダム 
堤高97.8m 堤頂長218.0m 
堤体積約33万m3

学会論文発表実績

  • 「ダムコンクリート締固め管理システム」,土木学会第70回年次学術講演会,2015年9月

3D-DAM-CADシステム

ダムの設計変更・施工計画・施工管理を支援する3次元システム

3次元CADをベースに3D-DAM-CADシステムを開発し、あらゆる段階で“見える化”することにより、品質向上・安全確保・コストダウンにつながる施工の合理化を目指しました。

ダム建設は、原石山・堤体・工事用道路等、様々な工種の施工が広範囲にわたって同時に進められ、また地質などの自然条件も着工時には完全に把握することができません。このような施工条件下で検討作業を迅速かつ正確に行う支援システムです。

さらに施工後の維持管理にも施工時のデータを引き継げる機能を追加することで、構造物の設計・施工・維持管理に至るまでの一貫した支援システムとすることも可能です。

ダム工学会 最優秀賞

図版:完成予想CG

完成予想CG

キーワード

ダム、3CAD、ダムCAD、3次元CAD
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特長・メリットココがポイント

対策工等の設計や施工計画、
維持管理計画の立案が可能に

ダム建設にかかわる図面等の2次元の情報を3次元化することにより、合理的に必要な対策工等の設計や施工計画、維持管理計画の立案ができます。

  • 設計・施工・維持管理まで一貫したシステム化が可能
  • プロジェクト全体のコストダウン及び品質の向上が図れる

図版:地質構造の三次元可視化

地質構造の三次元可視化

合理的な施工計画の立案が可能に

施工時のデータをリアルタイムにシミュレーションすることで、道路等の仮設備の計画や関連工事との干渉の検証等、合理的な施工計画を立案できます。

  • プロジェクトに携わる人がシステムを介して共通のイメージ・認識を持つことが可能
  • 完成イメージを掴むことでスピーディな比較検討

図版:全体施工シミュレーション

全体施工シミュレーション

現地に則した設計数量・出来形数量の
正確な算出が可能に

  • 設計数量を重機計画に迅速に反映
  • 施工段階に従った測量結果を順次更新することができ、数量の修正が迅速に可能

図版:スライス図

スライス図

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適用実績

図版:湯西川ダム

湯西川ダム

場所:栃木県日光市

竣工年:2011年9月

発注者:国土交通省関東地方整備局

規模:堤高119m 堤頂長320m
堤体積102万m3
有効貯水量7,200万m3

図版:殿ダム

殿ダム

場所:鳥取県鳥取市

竣工年:2012年1月

発注者:国土交通省中国地方整備局

規模:堤高75m 堤頂長294m
堤体積211万m3
有効貯水量1,120万m3

学会論文発表実績

  • 「ダム堤体情報化設計施工CADシステムの開発」,電力土木,No.241,1992年9月 
  • 「3次元CADシステムによるダム工事の情報化施工」,土木学会誌,Vol.79,1994年10月
  • 「建設会社における情報化施工の最前線」,コンクリート工学,Vol.50 No.9,2012年9月 

3D-NAViシステム

全地球衛星測位システム(GNSS)を利用した
位置誘導・測量システム

本システムはRTK-GNSS測位法を利用した位置誘導・測量システムです。

2D或いは3D-CADで作成した設計データをノートパソコンやタブレット端末に展開し、GNSSから得られる現在位置を表示することにより、目標位置への誘導が容易に行え、現在位置での測量作業を短時間で行うことができます。

また、ワンマンで測量作業を行うことが可能で、測量作業の大幅な効率化が図れます。

RTK-GNSS:測りたい移動局(未知点)の他に位置が分かっている固定局(既知点)を必要とする相対測位方式で、位置情報と誤差情報をリアルタイムに算定し移動局の測位を行う。

図版:システムイメージ図

システムイメージ図

キーワード

GNSS測量、RTK-GNSS、ポイント誘導、法杭誘導、方向杭誘導、標高差測定、座標差測定、座標記録、施工の効率化
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本システムの特長と主要構成機器

  • 測量作業の大幅な効率化が図れます。
  • リアルタイムに現在位置が表示されるので、ワンマンで測量作業ができます。
  • 夜間や濃霧の中でも測量作業ができます。
  • 短時間で現在位置、標高差を測定できます。

図版:システム主要構成機器

システム主要構成機器

本システムの機能

誘導システム

  • ポイント誘導:指定した点への誘導
  • 法杭誘導:法面切出し位置、盛出し位置への誘導
  • 方向杭誘導:方向杭の設置位置への誘導

図版:位置誘導画面

位置誘導画面

測量システム

  • 座標測定・記録:現在位置の測定・記録
  • 標高差測定:現在標高と設計データとの標高差の測定
  • 座標差測定:登録された既知点座標と測定座標との差の測定

図版:座標記録画面・測量状況

座標記録画面・測量状況

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適用実績

図版:徳之島ダム

徳之島ダム

場所:鹿児島県大島郡

竣工年:2012年1月

発注者:九州農政局

規模:堤体積88.9万m3

図版:第二浜田ダム

第二浜田ダム

場所:島根県浜田市

発注者:島根県

規模:堤体積32.8万m3

図版:鶴田ダム施設改造工事

鶴田ダム施設改造工事

場所:鹿児島県薩摩郡

発注者:国土交通省九州地方整備局

規模:基礎掘削18万m3
減勢工コンクリート7.2万m3

図版:京極発電所

京極発電所

場所:北海道虻田郡

発注者:北海道電力

規模:堤体積125.1万m3

図版:胆沢ダム堤体盛立

胆沢ダム堤体盛立

場所:岩手県奥州市

竣工年:2014年3月

発注者:国土交通省東北地方整備局

規模:堤体積1,350万m3

振動ローラによる締固め管理システム

全地球衛星測位システム(GNSS)を利用した
振動ローラ締固め管理システム

本システムは、RTK-GNSS測位法を利用した締固め機械の転圧回数管理システムです。

振動ローラの位置と各部の実転圧回数を段階的に色分けして、キャビン内のパソコンにリアルタイムで表示することで、締固め回数の過不足とその位置をオペレータが現場で把握することができます。また複数台の振動ローラを使用し施工している場合、お互いに他機が実施した転圧情報を共有することが可能で、複数の振動ローラで大量の施工を行う場合でも過不足のない転圧回数を維持継続することができます。

RTK-GNSS:測りたい移動局(未知点)の他に位置が分かっている固定局(既知点)を必要とする相対測位方式で、位置情報と誤差情報をリアルタイムに算定し移動局の測位を行う。

図版:システムイメージ図

システムイメージ図

キーワード

GNSS測量、RTK-GNSS、振動ローラ、締固め管理システム、転圧回数、品質向上

本システムの特長と主要構成機器

転圧管理

  • 常時、現場で転圧回数の過不足を確認できます。
  • 転圧データの共有化を図れます。
  • 複数台の振動ローラ複数による同時施工においても、過不足のない転圧回数を維持継続できます。
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図版:システム構成図

システム構成図

図版:システム主要構成機器

システム主要構成機器

本システムの機能

転圧回数管理

締固め回数を色で区別し、リアルタイムにモニタ表示することができます。

図版:転圧回数管理画面/3D-CADによる転圧管理帳票

転圧回数管理画面/3D-CADによる転圧管理帳票

転圧データの共有化

複数台の振動ローラを使用する場合、他機の実施した転圧情報をリアルタイムに共有することが可能で、全施工エリアに対して過不足のない転圧回数を維持継続することができます。

図版:システム構成図

システム構成図

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適用実績

図版:胆沢ダム

胆沢ダム

場所:岩手県奥州市

発注者:国土交通省東北地方整備局

規模:堤体積1,350万m3

図版:湯西川ダム

湯西川ダム

場所:栃木県日光市

竣工年:2012年9月

発注者:国土交通省関東地方整備局

規模:堤体積103.2万m3

図版:殿ダム

殿ダム

場所:鳥取県鳥取市

竣工年:2012年1月

発注者:国土交通省中国地方整備局

規模:堤体積211万m3

図版:新東名高速道路牧平

新東名高速道路牧平

場所:愛知県岡崎市

発注者:中日本高速道路

規模:掘削153万m3 盛土80万m3

ブルドーザ3D施工支援システム

全地球衛星測位システム(GNSS)を利用した
ブルドーザ施工支援システム

本システムは、RTK-GNSS測位法を利用したブルドーザの施工補助システム(MG)と施工自動制御システム(MC)です。GNSSから得られるブルドーザの3D位置データと3D設計データから現地盤と設計地盤との差をリアルタイムに算出し、キャビン内のモニタに設計地盤との差を表示するMG(Machine Guidance)システムと排土板を設計地盤の高さと勾配に合わせて自動制御するMC(Machine Control)システムがあります。いずれのシステムでも作業の大幅な効率化や品質の向上・均一化が図れます。

RTK-GNSS:測りたい移動局(未知点)の他に位置が分かっている固定局(既知点)を必要とする相対測位方式で、位置情報と誤差情報をリアルタイムに算定し移動局の測位を行う。

図版:システムイメージ図

システムイメージ図

キーワード

GNSS測量、RTK-GNSS、ブルドーザ、施工支援、施工の効率化、品質向上

本システムの特長と主要構成機器

  • 撒出し時の丁張り及びトンボなどの測量作業は不要です。
  • 重機位置がリアルタイムに表示されるので、施工エリアへの誘導が容易に行えます。
  • 作業速度の効率化と仕上がり精度の向上が図れます。
  • 斜面、曲線部などの複雑な施工にも対応可能です。
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図版:システム主要機器

システム主要機器

特長・メリットココがポイント

MGシステム(Machine Guidance)

縦断、横断、勾配、曲線などを含めた設計地盤と現在の排土板位置との差をモニタにリアルタイムに表示できます。

図版:MGシステム専用表示機

MGシステム専用表示機

MCシステム(Machine Control)

設計地盤や設定した高さに合わせて、排土板位置を自動制御することができます。

図版:MCシステム コントロールボックス/表示画面

MCシステム コントロールボックス/表示画面

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適用実績

図版:京極発電所

京極発電所

場所:北海道虻田郡

発注者:北海道電力

規模:堤体積125.1万m3

図版:胆沢ダム

胆沢ダム

場所:岩手県奥州市

発注者:国土交通省東北地方整備局

規模:堤体積1,350万m3

図版:湯西川ダム

湯西川ダム

場所:栃木県日光市

竣工年:2012年9月

発注者:国土交通省関東地方整備局

規模:堤体積103.2万m3

図版:殿ダム

殿ダム

場所:鳥取県鳥取市

竣工年:2012年1月

発注者:国土交通省中国地方整備局

規模:堤体積211万m3

図版:徳之島ダム

徳之島ダム

場所:鹿児島県大島郡

竣工年:2012年1月

発注者:九州農政局

規模:堤体積88.9万m3

バックホウ3D施工支援システム

全地球衛星測位システム(GNSS)を利用した
バックホウ施工支援システム

本システムは、RTK-GNSS測位法を利用したバックホウの施工支援システムです。

GNSSから得られるバックホウの3D位置データとブーム、アーム、バケットに取付けた角度センサのデータからバケット刃先位置をリアルタイムに算出し、設計データと共に刃先位置をキャビン内のモニタに表示します。オペレータはモニタの画面より設計データとバケット刃先の現在位置の差を常時確認できるので、丁張がなくても法面の施工を容易に行えます。

RTK-GNSS:測りたい移動局(未知点)の他に位置が分かっている固定局(既知点)を必要とする相対測位方式で、位置情報と誤差情報をリアルタイムに算定し移動局の測位を行う。

図版:システムイメージ図

システムイメージ図

キーワード

GNSS測量、RTK-GNSS、バックホウ、施工支援、施工の効率化、品質向上

本システムの特長と主要構成機器

  • 設計データとバケット刃先の現在位置を常時確認できるので、丁張がなくても法面の施工を容易に行えます。
  • 重機位置がリアルタイムに表示されるので、施工エリアへの誘導が容易に行えます。
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図版:システム主要構成機器

システム主要構成機器

特長・メリットココがポイント

3Dによる高度な施工支援機能

  • 走行・出来高記録機能:当該重機の走行履歴や施工エリアでの出来高の記録
  • 面合せ設定:掘削する面とバケット軸の合せ設定
  • 掘削断面表示:掘削する面の画面上での断面表示

図版:3D仕様の表示画面

3D仕様の表示画面

2D仕様でも可能な施工支援機能

  • 勾配設定:指定した勾配での掘削作業
  • 深さ設定:指定した深さの掘削作業
  • 距離測定:斜距離や水平距離のバケット移動距離測定

図版:2D仕様の表示画面

2D仕様の表示画面

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適用実績

図版:胆沢ダム

胆沢ダム

場所:岩手県奥州市

発注者:国土交通省東北地方整備局

規模:堤体積1,350万m3

図版:京極発電所

京極発電所

場所:北海道虻田郡

発注者:北海道電力

規模:堤体積125.1万m3

図版:当別ダム

当別ダム

場所:北海道石狩郡

竣工年:2012年12月

発注者:北海道空知総合振興局

規模:堤体積81.3万m3

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