ダンプトラックから堤体上に荷下ろしされるCSGを待ち構える自動ブルドーザ

photo: takuya omura

秋田と岩手，宮城の3県にまたがる栗駒山の北側に位置する秋田県雄勝郡東成瀬村。ここに，当社が世界に先駆けて開発した建設機械の自動運転を核とした次世代建設生産システム「A⁴CSEL」により堤体打設を行う成瀬ダムの現場がある。何台もの重機が人手を介さず，自動運転でダム堤体を積み上げていく。いわば，ダムをつくる3Dプリンターだ。

当社は，振動ローラを皮切りにブルドーザ，ダンプトラックを自動化して2015年から3つのダム工事に適用してきた。4つめの現場となる成瀬ダム堤体打設工事では20数台の自動化重機が連携して，ダム堤体工事の主要作業である「材料運搬」，「まき出し」，「締固め」を昼夜にわたり数十時間連続で自動施工している。まさに，A⁴CSELの集大成の姿がここにある。

成瀬ダムは，堤高114.5m，堤頂長755.0m，堤体積は485万m³の台形CSGダム。現地発生材（石や砂礫）にセメント・水を混合してつくるCSGを堤体の材料とする台形型のダムである。台形形状は安定したその形状から必要強度を小さくでき，かつ現地発生材を使用するため，環境負荷低減やコスト縮減が期待できる。日本屈指の豪雪地帯で冬季は堤体施工を休止せざるを得ない地域で日本最大級のCSGダムを建設するため，1ヵ月当たり25万～ 30万m³というこれまでの同種工事の2倍以上の大容量高速施工が要求されている。

完成予想パース

台形CSGダムの断面イメージ

しかも，A⁴CSELは燃料補給のときを除き，連続して施工することが可能だ。オペレータで同じことをしようとすると，途中で交代したとしても，その激務に耐えられないだろう。

奈須野所長は，「自動化は『人減らし』と受け取られがちですが，労働人口の減少や熟練技術者の高齢化など担い手不足となっている現実を，我々建設会社が一番深刻に受け止めています。30年前，宮ケ瀬ダムの建設に携わっていた時は想像もしませんでしたが，自動化を進めていかないと，これからの社会に対応できなくなるときが必ず来ます」と，将来への危機感とA⁴CSELの必要性を力説する。

現場では，ブルドーザと振動ローラが自動で稼働している。現段階では他の工事車両と共有の工事用道路を走行するため，ダンプトラックはオペレータが運転しているものの，すべての作業が堤体上で行える体制になる2023年度には，清掃車などを含む5種類合計23台の自動化重機が堤体上で稼働する計画だ。

CSGを敷き均す自動ブルドーザ

photo: takuya omura

A⁴CSELが活躍する
堤体上の施工エリア

photo: takuya omura

敷き均されたCSGを
自動振動ローラが転圧する

photo: takuya omura

目標達成に向かって繰り返す進化と深化

成瀬ダムが位置する秋田県東成瀬村は国内有数の豪雪地帯である。このため，堤体の工事は11月中旬までで，それ以降，雪が解ける4月上旬まで休工となる。

総勢15名のA⁴CSEL担当メンバーとともに現場に常駐する当社JVの出石陽一副所長は次のように説明する。「4月～11月は，日々の自動化施工で生じる問題や生産性をより向上させるための課題を施工を進めながら解決していって，システムの信頼度や成熟度を上げる『深化』を繰り返しています。外見は同じように見えますが，中身は日々変化しているのです」。

A⁴CSELは，これまでの勘や経験，職人技に依存してきた「定性的」な生産体制を，生産工学を基にした「定量的」なシステムに変える「現場の工場化」を目指している。この根幹をなすのが，品質と作業時間のバラツキがない上手な作業と，それを効率よく動かす最適な計画である。どのように運転すれば良いのか? ハンドルのさばき方やブレードを動かすタイミング，アクセルの踏み込み方に至るまで実際の熟練オペレータの操作データを取得する。一連の作業を分解することによって動作単位で標準化し，AI手法などを駆使して作業条件毎に標準動作を組み合わせることで一連の作業が定量化できる。作業のやり方から考えることで，ものづくりの基本に立ち返り，生産性の向上が図れるのだ。

成瀬ダムの右岸側サイトに設置されている管制室からA⁴CSELを運用しているのは「ITパイロット」。彼らの多くは土木工事の施工経験を積んできたA⁴CSELの開発メンバーだ。ITパイロットたちは昼夜にわたり自動化機械を管制しつつ，施工計画の立案や施工結果の分析，プログラムの改良・開発といった業務をこなす。

自動化機械の制御，施工計画の最適化，深層強化学習など，先進的かつ高度な部分は先端IT技術者によることになるが，「施工をよく理解しているITパイロットの技術をさらに向上させれば，日々刻々と変化する現場に応じたシステム改良に迅速に対応できるようになり，生産性を向上させることができる」と出石副所長は強調する。

現場での問題を迅速に解決するにはその場でプログラムを修正することが必要となる。このスキルアップのために，社外のエンジニア（先端ITベンチャーCEO）を講師として招き，「寺子屋」と呼ぶ勉強会を2019年から継続している。「自分でつくり変更したプログラムが日々の生産性を変える。その醍醐味を実感したメンバーの目の輝きに確かな手ごたえを感じています」（出石副所長）。

A⁴CSELの管制室。ITパイロットが4名1組でA⁴CSELを管制する

photo: takuya omura

総合力を活かしA⁴CSELをアシスト

A⁴CSELは，汎用の建設機械を自動仕様に改造する技術，AIで分析した熟練者の操作データを取り入れることで，状況に応じて安定した品質で作業させる自動運転技術，そして，多数の自動化機械を連携させ，最も生産性の高い施工計画に基づいて稼働させる最適化技術で構成されている。この構成技術をブラッシュアップし続けた先にA⁴CSELの深化と進化がある。稼働開始してから間もなく2年が経とうとしている成瀬ダムのA⁴CSELも毎日のように変化している。例えば，自動ブルドーザでのまき出し作業は基本的には標準動作の組合せで成り立っている。しかし，成瀬ダムは台形であり，まき出しエリアの大きさや形は毎日変化する。また，堤体上や内部に構築する設備の影響で，複雑な形状に対応しなければならない。すなわち，実現場へ適切に対応するためには標準動作自体の見直し，組合せの変更が常に必要となる。デジタル技術を背景とした先進の施工システムであっても「経験値」を積むことで技術は深化していく。

それとともに，A⁴CSELの深化のためには構成技術の向上だけではなく，現場の工夫が必要だ。これまでの施工方法や作業方法をすべてそのまま自動化することは難しい。A⁴CSELを適用しやすい施工方法を見出すことが重要であり，作業条件を安定させることが現場の工場化を実現する鍵の一つである。ここに当社がこれまでに培ってきた総合力が余すことなく活かされている。例えば，自動ブルドーザのまき出し作業においてダンプトラックから荷下ろしされるCSGの体積と荷下ろし形状が常に一定であれば，自動ブルドーザの作業が事前に計画できる。現場の工場化の基本となる供給材料の安定化である。

プラントを出発するダンプトラック

改良されたダンプトラック

photo: takuya omura

A⁴CSELに合わせ施工方法も最適化へ

A⁴CSEL の高速大容量施工を実現するためには，施工速度に合わせたCSG材料の製造システムを代表とする付随作業の高速化が不可欠。その一つに「置き型枠自動スライドシステム」がある。

堤体上では，CSGの打設と並行して，堤体の上下流面を覆う厚さ1.6mの保護コンクリートを打設する。成瀬ダムでは，H鋼を「置き型枠」として利用することから，堤体の上流面と下流面はともに1段75cmの階段状になる。置き型枠は，1本5m，高さ80cm，幅40cm。堤体を高さ75cm打設するごとに，3段下から置き型枠を引き上げて，次に打設する場所に移動する作業が繰り返される。

工事発注時の計画では，置き型枠の移動は堤体上に配置する25tクレーンの使用を想定していた。しかし，この方法では，足場の設置やクレーンの移動などに，置き型枠1本当たり50分ほどかかる。これでは，大量の作業班を投入しないと，A⁴CSELによる打設サイクルに間に合わない。ただでさえ，作業には，1ヵ所につき5名の人員を必要とした。また，施工する堤体が高くなるほど，施工エリアは狭くなる。クレーンを配置するスペース的な余裕がなくなるのは，目に見えていた。

当社JVが開発した置き型枠自動スライドシステムは，こうした課題を階段状になった堤体の表面に台車を配置することで一挙に解決。台車は3種類あり，このうち，「置き型枠自動スライドリフタ」が台車に取り付けた天井クレーンと，自動玉掛け装置によって，全自動で置き型枠を吊り上げる。仮設足場も堤体上のクレーンも人手も削減でき，作業時間は置き型枠1本当たり10分ほどで済む。

このほかに，打設時に型枠を押さえる「おもり台車」や，保護コンクリートに15mおきに目地を設置する際，ロール状に巻かれた塩化ビニル製の止水板を吊り上げる「止水板台車」を開発。ともに堤体上にクレーンを配置する必要がなくなり，作業時間・作業人員とも大幅に削減した。

置き型枠自動スライドリフタ

photo: takuya omura

型枠の移動作業と並行して，堤体ではA⁴CSELが稼働する

photo: takuya omura

「A⁴CSEL の施工エリアから有人作業を完全に排除できれば，今以上に高速施工や省力化，コスト縮減が可能なので，課題として取り組んでいきたいと思っています。また，A⁴CSELを活かすためには，自動化機械に合った施工手順や方法をつくりこむことが重要なので，施工要領，作業標準，設計の見直しも必要です。これは官民を挙げて検討していく必要があります。『従来のやり方を一から見直す』という視点が重要だと思います」。成瀬ダムで深化し続けるA⁴CSELの今後の展開を見据え，奈須野所長はそう遠くはない未来の建設工事のあり方をこのように思い描いている。