ホーム > 技術とサービス > 土木技術 > ICT > 自動化

ICT

A4CSEL®(クワッドアクセル)

建設機械の自動化による次世代の建設生産システム

建設作業の多くは人の手に頼ってきましたが、ここ数年、熟練技能者不足と高齢化だけでなく建設作業者全体の大幅な減少傾向が続いています。また、年々減少しているものの労働災害件数の全産業における発生率は以前高い状態にあります。

これらの課題・問題の解決には生産性と安全性を飛躍的に向上させる施工システムが必要と考え、鹿島は、機械が得意な繰り返し作業を自動化し、一方で機械が不得意な作業計画は人間が行うことをコンセプトとした、次世代の建設生産システムを実現しました。

A4CSEL(Automated / Autonomous / Advanced / Accelerated Construction system for Safety , Efficiency , and Liability)は、従来のリモコン等による建設機械の遠隔操作とは異なり、人間がタブレット端末で複数の建設機械に作業計画を指示することにより、無人で自動運転を行うものです。

平成28年度土木学会賞 技術開発賞
特許出願中

図版:A4CSELのダム堤体での施工イメージ

A4CSELのダム堤体での施工イメージ

キーワード

自動化,振動ローラ,ブルドーザ、ダンプトラック、ダム工事,生産性、効率化
改ページ

A4CSELの概要

A4CSELは専用の自動機械を使うのではなく、汎用の建設機械にGPS、ジャイロ、レーザスキャナなどの計測機器及び制御用PCを搭載することによって自動機能を付加し、自動運転を実現していることが大きな特長です。また、施工条件の異なる数多くの作業での熟練オペレータの操作データを収集・分析し、自動運転の制御方法に取り入れているため、熟練オペレータと同等の品質が得られます。更に、リアルタイムでの自己位置・姿勢、周辺状況の計測結果から、人や障害物の他、走路の安全性などを認識し、自動停止、自動再開などの機能を備える等、安全性を確保した自律運転を実現しています。

A4CSELによって少人数で多数の建設機械を扱うことが可能となりました。また、機械に設置されたセンサ類から得られる出来形などの施工データを3次元設計・施工モデルへ反映させることで、CIM、i-Constructionの推進にも貢献します。

※i-Constructionは国土交通省国土技術政策総合研究所長の登録商標です。

図版:自動化装備した振動ローラ

自動化装備した振動ローラ

図版:自動ブルドーザのシステム構成

自動ブルドーザのシステム構成

このページの閲覧には
Flash Playerが必要です。

A4CSEL概要(動画:1分10秒)

改ページ

A4CSELによる自動運転

自律型自動振動ローラによる
転圧作業の自動化

汎用の振動ローラを自動運転可能に改造し、五ケ山ダムのRCDコンクリートの転圧作業に初めて実適用しました。1人のオペレータが2台の自動振動ローラの操作を行い、直線走行、切り返し走行とも、誤差が±10cm以下に収まっていることが確認され、熟練オペレータと同等の施工精度を確保しています。

図版:自動振動ローラ

自動振動ローラ

このページの閲覧には
Flash Playerが必要です。

自動振動ローラ(動画:41秒)

改ページ

自律型自動ブルドーザによる
まき出し作業の自動化

コマツ製のICTブルドーザに自動化機器・装置を搭載し、熟練オペレータの実施工における操作データを分析するとともに、走行経路やブレードの高さの違いによって、材料の広がり形状を予測するシミュレータを開発し、自動ブルドーザの制御方法に適用することにより、土砂はもとより、より条件の厳しいRCDコンクリートのまき出しにも適用できることが確認できました。

図版:自動ブルドーザによるRCDコンクリートまき出し状況

自動ブルドーザによるRCDコンクリートまき出し状況

このページの閲覧には
Flash Playerが必要です。

自動ブルドーザ(動画:50秒)

改ページ

自律型自動ダンプトラックによる
運搬と荷下ろし作業の自動化NEW

振動ローラとブルドーザの自動化に続き、ダンプトラックの自動化を行いました。55t積級の汎用ダンプトラックにGPS機器や制御PC、自動化機器等を搭載し、あらかじめ指示された位置までの自動運搬と、指定位置でのダンプアップ(荷下ろし作業)の自動化に成功しました。

中央コア型ロックフィルダムである大分川ダムにおいて、堤体のコア材盛立作業に自動ダンプトラックと自動ブルドーザの導入試験を行い、自動ダンプと自動ブルドーザを連動させ、コア材の運搬→荷下ろし→まき出し→整形の一連の自動化の流れを確認しました。

図版:自動ダンプトラックs

自動ダンプトラック

このページの閲覧には
Flash Playerが必要です。

大分川ダムにおける自動ダンプトラックと自動ブルドーザの連動作業(動画:1分44秒)

適用実績

図版:五ケ山ダム堤体建設工事

五ケ山ダム堤体建設工事

場所:福岡県筑紫郡那珂川町

工期:2012年6月~2018年3月

発注者:福岡県

規模:重力式コンクリートダム 
堤高102.5m、堤頂長556m、
堤体積93.5万m3

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

学会論文発表実績

  • 「振動ローラの自動転圧システムの開発 ― RCD ダム施工での試験適用」,土木学会,第70回年次学術講演会,2015年
  • 「ブルドーザの自動撒出しシステムの開発」,土木学会,第70回年次学術講演会,2015年
  • “Next Generation Construction Production System Focusing on Automation Technologies of Construction Machines”,The 7th Civil Engineering Conference in the Asian Region(第7回アジア土木技術国際会議) Proceedings,2016年
  • 「建設機械の走行制御と目標経路生成について」,第16回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会,2015年

人工筋肉ロボットの伐採重機への適用
「キッタロー君®

運転席搭載型ロボットによる伐採作業の無人化施工システム

中間貯蔵施設の建設工事では、山林の伐採作業が多く発生することが予想されますが、山林は住宅地、道路と違い未除染区域であることから、重機オペレータの被ばく量低減が重要な課題です。

鹿島では、運転席に搭載するだけで様々な重機を遠隔操作できる人工筋肉ロボット「アクティブロボットSAM※1」と、伐採用アタッチメントである「フェラーバンチャザウルスロボ※2」を組み合わせた伐採用無人化施工システム「キッタロー君」をコーワテックと共同開発しました。

※1 コーワテックの製品
※2 松本システムエンジニアリングの製品

図版:フェラーバンチャ仕様伐採重機

フェラーバンチャ仕様伐採重機

キーワード

遠隔操縦、リモコン重機、人工筋肉ロボット、人工筋肉、伐採、伐倒、抜根、フェラーバンチャ、A-SAM、キッタロー君、
無人化、ロボット、ラジコン、自動化、建設機械
改ページ

システムの概要

人工筋肉ロボット(A-SAM)は、搭載型の遠隔操縦ロボットで、重機の機種やメーカーに限定されることなく、運転席に搭載することで遠隔操縦を実現できます。人工筋肉とは、エアチューブに入れるエア圧力を制御し、エアチューブ膨張時の収縮を利用した機構です。

従来の伐採工事は、チェーンソーを使った手作業が主体でしたが、近年は機械化施工が進んでいます。伐採用アタッチメント(フェラーバンチャ)は、伐採工事で使う複数の作業を可能にするアタッチメントで、立木の伐倒、抜根、木材の移動、掘削、転圧の5つの機能を有しています。

図版:人工筋肉ロボット(A-SAM)

人工筋肉ロボット(A-SAM)

図版:フェラーバンチャの機能

フェラーバンチャの機能

システムの特長

人工筋肉ロボットによる
遠隔操作

人工筋肉ロボットは、重量52kg程度で、3分割が可能で、運転席への設置も2名で1時間程度で行うことができます。また、リモコンでの遠隔操作については、目視並びにカメラ映像による操作が可能で、10分程度の練習で行うことができます。

図版:リモコン及び運転操作状況(カメラ画像による運転)

リモコン及び運転操作状況(カメラ画像による運転)

このページの閲覧には
Flash Playerが必要です。

遠隔操作の様子(動画:30秒/音あり)

改ページ

伐採用アタッチメント(フェラーバンチャ)

フェラーバンチャはベースマシンとなる油圧ショベルのバケット部に装着するアタッチメントですが、伐採する木材をつかむ⇒切る⇒切ったまま把持⇒移動⇒集積まで、伐採工事で行う複数の作業を1台で行うことができ、作業の大幅な効率化が図れるとともに、オペレータの被ばく量を大幅に低減することができます。

図版:人工筋肉ロボット(A-SAM)搭載の伐採重機運転状況

人工筋肉ロボット(A-SAM)搭載の伐採重機運転状況

このページの閲覧には
Flash Playerが必要です。

伐倒の様子(動画:30秒/音あり)

4ブームフルオートコンピュータジャンボによる
施工の合理化

専任のオペレータ1名による削孔作業を実現

山岳トンネルの現場では発破孔の削孔位置合わせが自動で行えるドリルジャンボが導入されてきています。しかし、これまでのコンピュータジャンボは作業員がキャビン内の小型画面を見ながらブームを誘導しなければならず、作業員の熟練度に依存するとともに、1ブームあたり1名の作業員が必要でした。

そこで鹿島は、日本初となる4ブームフルオートコンピュータジャンボ(アトラス社製XE4C)を、新区界トンネル(岩手県)の本坑掘削に適用しました。
同機が持つフルオート削孔機能により、専任オペレータ1名による削孔作業を実現し、最新鋭ドリフタの機能向上により、削孔時間が2分の1以下に低減、また、余掘りも40%低減できることを確認しました。

図版:アトラス社製XE4C 4ブームフルオートコンピュータジャンボ

アトラス社製XE4C 4ブームフルオートコンピュータジャンボ

キーワード

急速施工、コンピュータジャンボ、フルオート削孔
改ページ

4ブームフルオートコンピュータジャンボの概要

従来のコンピュータジャンボは、作業員がキャビン内の画面を見ながらブームを削孔位置に誘導しなければなりませんでしたが、この4ブームフルオートジャンボのフルオート削孔機能は、あらかじめ入力した削孔位置に機械が自動で位置合わせを行うため、作業員の熟練度に頼らない削孔作業を実現するとともに、4ブームを1名のオペレータで操作することが可能となっています。また、同機は、これまでのジャンボに比べ、ドリフタの削孔性能が向上し、純削孔速度が最大で2倍となっているほか、地山の硬軟に応じて自動的に最適な打撃力に調整されるため、削孔中の孔閉塞が発生しません。

図版:4ブームを1名の専任オペレータで操作が可能

4ブームを1名の専任オペレータで操作が可能

さらに、搭載されている削孔データの自動収集機能により、切羽前方やトンネル周辺の地山評価が可能です。

このページの閲覧には
Flash Playerが必要です。

4ブームフルオートコンピュータジャンボ(動画:23秒/音あり)

改ページ

4ブームフルオートコンピュータジャンボ導入による効果

4つのブームを1名の専任オペレータで

従来は1ブームあたり1名の作業員が必要でしたが、フルオートジャンボは4つのブームを1名のオペレータで操作することができます。これまでは坑夫と呼ばれるトンネル作業員が削孔時にはブーム操作を行っていましたが、専任のオペレータ1名が4つのブーム操作を行うため、他の作業員は次の作業の段取りなど、別な仕事を行うことができ、省力化と効率化が図れます。

削孔に要する時間が従来の半分に

本機はこれまでのジャンボに比べ、ドリフタ(削孔装置)の性能が向上し、純削孔速度が最大で2倍となっていることと、削孔位置への自動誘導機能により、位置合わせ時間が大幅に短縮できるため、削孔時間が従来の半分以下になることを確認しました。

余掘りを40%低減

コンピュータの自動制御により、削孔パターン通りの角度や長さで正確な削孔を行うため、余堀りを40%低減できることを確認しました。

図版:従来機の場合(誘導機能なし)

従来機の場合(誘導機能なし)

図版:フルオートジャンボの場合

フルオートジャンボの場合

削孔データの自動収集で
地山を予測、CIMにも活用

本機に搭載されている削孔データの自動収集機能(Mesurements While Drilling:MWD)により、地山状況に応じて削孔パターンを修正するとともに、切羽前方やトンネル周辺地山の予測評価が可能となることにより適切な支保パターンの選定が行えます。また、これらのデータを蓄積することにより、CIMの地質モデルへの反映ができます。

図版:削孔速度より求めた切羽前方地山の硬軟度分布

削孔速度より求めた切羽前方地山の硬軟度分布

適用実績

図版:宮古盛岡横断道路 新区界トンネル工事(1期)

宮古盛岡横断道路 
新区界トンネル工事(1期)

場所:岩手県宮古市区界~
盛岡市簗川地内

工期:2014年2月~2017年3月

発注者:国土交通省東北地方整備局

規模:本坑L=3,688m(1期)
全体L=4,998m 内空断面積94.9m2
避難坑 L=5,045m 
内空断面積 15.5m2

セグメント自動搬送システム

地上から切羽までセグメントを自動で搬送

シールドトンネル工事では、近年更なる長距離化が進み、また、高速施工も進んでいます。そのため、鹿島では、セグメント自動搬送システムを開発、数多くの現場に導入しています。

これにより安定した搬送サイクルが確保できるだけでなく、安全性の向上、セグメント搬送の人員削減など大きな効果を上げています。

セグメントの自動組立システムと併せ、シールド工事の無人化・自動化に取り組んでいます。

特許登録済

図版:セグメント自動搬送システム

キーワード

自動搬送システム、バッテリロコ、タイヤ搬送、セグメントドーリー、セグメントセッタ、中央管理室
改ページ

特長・メリットココがポイント

立坑内への搬送から切羽まで全自動搬送

立坑部には大型資材リフトを設置し、全自動のセグメントドーリーにより地上セッタからセグメントリフトを経由し、坑口に設置されたセグメントセッタまでの搬送を自動化しています。タイヤ式自動搬送システムと併せて、立坑内へのセグメント投入から切羽までの全自動搬送が可能となっています。

図版:55tリフト(地上部)

55tリフト(地上部)

図版:セグメントドーリー

セグメントドーリー

図版:セグメントセッタ

セグメントセッタ

中央管理室で自動運行を集中管理

各台車の位置は、ステーションごとに設置されているIDタグを台車が読み取り、無線により中央管理室に転送され、中央管理室では、坑内のすべての台車の位置を把握、管理することができます。

図版:中央管理室

中央管理室

障害物センサなどで安全性を確保

台車の前後には障害物センサと障害物バンパを設置し、安全性を向上させています。また、坑口から1km付近に逸走防止装置を設置し、既定の速度を超えた場合に、搬送を停止できる安全機能を備えています。

タイヤ式とし、枕木設置を省略

中央環状品川線では、高速施工に対応するため、1リング分のセグメントを一括で高速運搬(時速10km)できるタイヤ式搬送台車を採用し、センター部のみに軌条を敷設するセンターレール方式にしました。これにより坑内への枕木設置を省略でき、工期、コストの短縮に寄与します。

図版:センターレール及びタイヤ式による搬送状況

センターレール及びタイヤ式による搬送状況

改ページ

適用実績

図版:東京電力 東西連携ガス導管新設工事(富津工区)うち土木工事

東京電力 東西連携ガス
導管新設工事(富津工区)
うち土木工事

場所:千葉県富津市~東京湾

工期:2003年4月~2008年3月

発注者:東京電力

規模:シールド機外径3.62m、
掘進延長9,030m

図版:中央環状線品川線シールドトンネル(北行)工事

中央環状線品川線
シールドトンネル(北行)工事

場所:東京都品川区~目黒区

工期:2007年2月~2013年2月

発注者:首都高速道路

規模:シールド機外径12.3m、
掘進延長8,010m

学会論文発表実績

  • 「大断面長距離シールドにおける月進400m高速施工への挑戦」,第7回日中シールド技術交流会,2013年9月
  • 「泥土圧式シールド機による大断面、長距離シールド掘進 中央環状品川線」,第38回世界トンネル会議2012(タイ国 バンコック市),2012年5月
  • 「中央環状品川線 約8kmの長距離・高速施工」,土木技術,2009年12月号,2009年12月
  • 「大断面長距離シールドトンネルにおける高速施工の実績」,土木学会,第67回年次学術講演会,2012年9月
  • 「長距離・大断面泥土圧式シールドの立坑部におけるトンネル大型資材搬入リフトの適用」,建設機械,2012年12月号,2012年12月

ケーブルクレーン自動化運転システム

ケーブルクレーンの運転を自動化して、
運搬効率と安全性を向上

ケーブルクレーン自動化運転システムは、オペレータに代わりコンクリートバケット(以下CB)を吊ったケーブルクレーンを自動運転するシステムです。オペレータが運搬先の目標位置を設定するだけで、CBがコンクリートを受取るバンカ線からコンクリートを放出する堤体ホッパまでの往復運転を全自動で行います。オペレータは運転状況の監視を行うのみです(右図版参照)。また、運行ルート上の障害物を回避するルート設定や、高精度の振れ止め・位置決め制御により、全ての打設エリアにおいて正確でスムーズな運搬が可能です。

図版:自動運転全体構成

自動運転全体構成

キーワード

コンクリートダム、コンクリート運搬設備、自動運転、振れ止め
改ページ

特長・メリットココがポイント

信頼性・安全性の向上

  • CB運搬ルート上の侵入禁止エリアを、容易に設定できるため、障害物(重機や構造物等)とCB との衝突を確実に防止できます。
  • CBゲートの誤開放防止装置を備えているため指定場所以外で誤開放しません。

安定したコンクリート打設サイクルの確保

  • オペレータの技能差による運搬能力のバラツキがなくなり、安定したコンクリート打設サイクルを確保することが可能で、工期短縮にもつながります。

図版:自動運転監視状況

自動運転監視状況

高精度な振れ止め・位置決め制御

  • ケーブルクレーンの加減速時に発生する振れを打ち消す制御を行いながら運転するため、目的位置への正確かつスムーズな運搬が可能です。さらに、横行トロリを牽引するワイヤのたるみ(横行索サグ)に起因する応答遅れを都度計算し、横行停止位置の補正を行います。そのため、全ての運搬エリアで高精度な振れ止め・位置決め制御が可能です。

図版:コンクリート放出状況

コンクリート放出状況

適用実績

図版:嘉瀬川ダム

嘉瀬川ダム

場所:佐賀県佐賀市

竣工年:2012年3月

発注者:国土交通省九州地方整備局

規模:堤高97m 堤頂長460m

堤体積122万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:堤高119m 堤頂長320m

堤体積約103万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:堤高97m 堤頂長218m

堤体積32万m3

ICT インデックス

ホーム > 技術とサービス > 土木技術 > ICT > 自動化

ページのトップへ戻る

ページの先頭へ