A⁴CSELのダム堤体での施工イメージ

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。

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。

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せん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。

せん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（せん孔装置）の性能が向上し、純せん孔速度が最大で2倍となっていることと、せん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、せん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、せん孔パターン通りの角度や長さで正確なせん孔を行うため、余堀りを40%低減できることを確認しました。

新桂沢ダムでは、4台のクローラクレーンにて複数ブロックを同時に昼夜打設し、コンクリートの運搬先が多岐にわたること等から、人為的ミスによるコンクリートの誤運搬が引き起こす打設遅延対策や打設間違いのリスク回避策が求められました。そこで、コンクリートの注文、製造、運搬、打設までの一連の管理をIoT、ICTを利用して「見える化」することによって、打設当番やコンクリート運搬車両の運転手、クレーンオペレータ、バッチャープラントオペレータ、JV職員が、いつでもどこでもコンクリートの注文、製造、運搬、打設状況を把握し確認できる「コンクリート注文・製造・管理の自動化システム」を開発、導入しました。その結果、今までにない管理形態と見える化によって誤運搬、打設間違いのリスクを回避でき、効率よく無駄のないコンクリート打設を行うことが可能となりました。

特許登録済

特長・メリットココがポイント

コンクリートの製造・運搬状況を正確に把握

複数の打設場に配置された打設当番がタブレット端末を用いて注文したコンクリート情報は、打設箇所に紐付けされた累計バッチ番号、配合、数量を表示したアイコンとなって計量→製造→積込→運搬→打設のそれぞれの状況においてデジタルデータ化されクラウドサーバーを利用して「見える化」し情報共有されます。

複数の打設場所からのコンクリートの注文や製造、運搬状況を一元管理し、リアルタイムで把握できるため、確認作業が大幅に減り生産性が飛躍的に向上します。

コンクリート打設業務の合理化・生産性の向上

従来、打設当番は無線や携帯電話によりコンクリートの注文を行ったり運搬状況を確認していましたが、本システムの導入により、コンクリートの注文・取消し・変更といった注文管理、製造有無や運搬状況、到着予定時刻等の確認に要していた時間が大幅に削減され、打設当番は打設作業により集中できます。さらに、注文したコンクリートの到着予定時刻を精度よく把握できるため、段取り替え、打設位置変更、配合変更などがより計画的に行えるようになりました。さらに打設記録もタブレット端末を用いて入力（プルダウンで定型コメント選択や自由コメント入力）できるようペーパーレス化機能を備えたことで、生産性が大きく向上しました。

クラウドサーバーを活用した打設進捗管理

打設当番がタブレット端末を用いて入力した打設開始日時、打設に使用するクレーン、打設ブロック番号、打設標高、打設計画数量、打設当番氏名や注文したコンクリートの配合、数量、製造時間、運搬開始時間、打設完了時間および品質試験室で実施した試験結果などは全てクラウドサーバーでデータを共有化しています。また、これらのデータを加工、自動計算、グラフ化した打設進捗等の結果や試験室の検査データも、いつでもどこでもJV職員や打設当番が確認することができます。

「自動スライド型枠」は、ダム等の大型構造物において、油圧ジャッキによるセルフクライミング装置と、電動モータを動力とした鋼製型枠の自動脱枠・水平移動機構を組み合わせ、一連の型枠スライド作業をクレーン作業なしで全自動化するものです。これまで、幅60ｍ（ダム堤体４BL分（1BL：幅15ｍ））の型枠を自動で一括スライドさせることに成功し、従来工法に比べて、作業時間を約半分に短縮することができ、作業人員も大幅に削減できました。

自動スライド型枠では、全ての電動モータ及び油圧ジャッキを同時に制御することにより、幅60ｍの鋼製型枠が一体となって作動し、型枠スライドに必要な一連の作業（脱枠、水平移動、スライド、セット）を全て自動で行うことができます。

特許登録済

幅60mの型枠を自動で一括スライド

自動打設システムの構成

自動打設システムは、以下の4つで構成されます。

❶トンネル覆工用中・高流動コンクリート

改良した増粘成分一液型の高性能AE減水剤を用いることで、比較的、少ない単位セメント量で、流動性の高いコンクリートを実現しています。

❷新打設配管システム

新しい打設配管システムは、各打設口を一筆書きで接続し、各打設口が打設を完了した際は回転して型枠表面と同じ位置で蓋が閉まると同時に、次の打設口への配管ルートを形成します。そのため打設中の残コンの回収や配管清掃が不要です。

❸高速配管切替装置　

配管の分岐点に設置した高速配管切替装置は、左右系統の切替えを3秒、打設口の切替えも含めて15秒で行うことができ、流動停止時間を短時間に抑え、連続打設を実現します。

❹打設制御システム

本システムは、型枠表面にコンクリートの打上げ高さを検知するセンサーを設置して打設状況を見える化するとともに、型枠バイブレータの稼働とポンプを連動させた配管切替えを自動で行い、左右の高低差を無くし均等に吹上打設を行います。

自動打設システム

回転式打設口

このシステムを可能とした回転式の吹上打設口は、打設時は吹上口が型枠表面からコンクリート内部へ突出していますが、打設を完了した際は回転して型枠表面と同じ位置で蓋が閉まると同時に、次の打設口への配管ルートを形成します。これにより、打設中の残コンの回収や配管清掃が不要となります。さらには、ポンプ車でポンプを逆転・正転させ、例えば右側の配管内の残コンを回収し左側の配管へ送るといった手法で残コンを減らすことも可能です。

打設制御システム

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。

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。

施工の合理化が求められる台形CSGダムの施工においては、汎用重機により大量高速施工する内部のCSG打設に対し、外部の上下流面保護コンクリート構築が高速化のネックとなっていました。このため成瀬ダムでは上下流面の保護コンクリートを置き型枠による階段形状とする設計が採用されました。

本システムは、上下流面の階段形状を横移動可能なリフターを用いて、置き型枠を下段から打設面へ自動で引き上げて設置する「置き型枠自動スライドリフタ」及び、同機構を用いて保護コンクリート打設時に型枠の滑動・転倒を防ぐ「おもり台車」、止水板を引き上げる「止水板台車」から構成されています。

本システムにより、堤体打設面上にクレーンを設置することなく、CSGダムの高速施工を実現するとともに、自動化により安全性も向上します。

令和3年度ダム工学会　技術開発賞
令和3年度建設施工と建設機械シンポジウム　優秀論文賞
令和4年度日本建設機械施工大賞　最優秀賞
特許登録済

置き型枠自動スライドシステム

本システムの概要

置き型枠をガイドレールとして使用

本システムは置き型枠として用いるH形鋼をガイドレールとして階段状の上下流面を横移動する機構を備えた台車を基本構造としています。台車は下段車輪を保護コンクリート水平面に載せ、上段車輪はH型鋼のフランジをガイドレールとし走行します。直線だけでなく曲線形状にも追従して走行が可能です。

置き型枠スライド作業を自動化

「置き型枠自動スライドリフタ」はCSGのリフト高さ0.75mに合わせてH形鋼（H400）を2段重ねた置き型枠（H=0.8m、L=5m）を、既打設の最下段から吊り上げて設置するものです。設置完了後、次の箇所に5m横移動し同様の作業を行います。これら一連の作業をリモコンからの指示により自動的に行うことができます。

置き型枠自動スライド手順

特長・メリットココがポイント

堤体打設面上のクレーンが不要

• 本システムを採用することにより、堤体打設面上に置き型枠揚重用のクレーンを配置することなく脱型～設置までの一連の作業を実施することができ、CSG打設作業との干渉を無くすことが可能となります。

堤体打設面上の作業状況比較

自動化による高速化・省人化及び安全性向上

• 置き型枠の脱型～設置、横移動までの一連の作業を自動で行うことで、クレーンを使用した従来工法では1ブロック（15m）当たり150分かかっていた作業を30分に縮減できます。
• リモコンから作業指示を本システムに与えるだけで一連の作業を行うことが可能となり、クレーンのオペレータを含め5名で行っていた作業を1名にまで削減できます。
• 作業員が最下段の置き型枠で行っていた玉掛け作業を、自動玉掛け機能により自動で行えるため、作業員が堤体外に出て行う高所作業が無くなります。

2011年の大雨による土砂災害復旧工事である赤谷3号砂防堰堤工事は、崩落斜面直下での作業となるため、6月～10月の出水期には人が立ち入れず、無人化施工が前提条件になります。従来の無人化施工はカメラモニタを見ながらの遠隔操作になるため、カメラの死角などによる作業効率の低下やオペレータの疲労による誤操作のリスクがありました。

そこで、自動化、ロボット化の効果が高い繰り返し作業であるプレキャストブロックの据付を自動化しました。汎用重機にカメラや人工筋肉ロボットを搭載し、ブロックの位置測量にはARマーカによるAR測量を適用しました。

本システムにより、遠隔操作による無人化施工と比較して20％以上の生産性向上を図り、オペレータの疲労を大幅に低減しました。また、GNSS受信圏外でも自動化施工を実施することができます。

システムの概要

本システムは高価な自動化専用の建設機械ではなく、汎用バックホウに各種センサ等を装備することにより、精度よく重機姿勢を算出します。

キャビン上部に搭載したカメラを用いてプレキャストブロックに貼り付けたARマーカを画像認識し、AR測量によって動作の目標座標とブロック面の角度を瞬時に算出します。これらの情報を元に独自開発した自動運転システムにより、ブロック面の角度を含めた自動運転指示データを作成します。この自動運転指示データに従って汎用バックホウの運転席に設置した人工筋肉ロボットを自動制御します。

これらの技術によって誤差10mm以下の高い精度で、プレキャストブロック据付の自動化を実現しました。

自動運転フロー

最適発破設計の現場運用フロー

ロックボルト工の一連作業を自動化!!

本機は、古河ロックドリル社製の従来の2ブームロックボルト施工機に、センサやプログラム、インターフェース（情報や信号のやり取りによる制御）を追加して改良を行い、さらに「穿孔位置の自動位置合わせシステム」と「自動ロックボルト打設装置」を新規搭載したものです。これにより、これまで手動で切り替え操作を行っていた、①穿孔位置への誘導、②穿孔、③モルタル注入、④ボルト挿入までの一連作業をボタン1つで自動施工することができます。

自動ロックボルト打設装置の仕組み