東京電力福島第一原子力発電所の解体工事のがれき撤去・解体工事は、放射線環境下の作業となるため、監視カメラや無線システムを利用した遠隔操作による無人化システムが適用されてきました。

鹿島では、放射線環境下における作業員の被ばく量の抑制と、遠隔操作で問題となる作業効率の向上を目指して、高線量がれきの搬送作業を、従来の遠隔操作ではなく、人手を介さず自動で行う自律搬送システムを開発、実用化しました。汎用重機を改造して自動化し、厳しい環境下の施工現場での実稼働は日本初です。

特許出願中
平成24年度土木学会　技術開発賞
2014年日本ロボット学会　実用化技術賞
平成26年度建設施工と建設機械シンポジウム　優秀論文賞

クローラダンプ自律走行システム

汎用のクローラダンプに様々な計測機器とコンピュータを搭載し、事前に設定した走行路上の前方障害物の有無などをリアルタイムで計測、認識、判断、制御することによって目的地まで無人かつ全自動で走行させます。クローラダンプへの自動運転指示や、自動運転中の状況監視は前方を走行する先導車から行っています。

従来の搬送作業では、先導車からクローラダンプを直接見ながら遠隔操作によって運転するため、クローラダンプに10～30mの距離まで近づく必要がありましたが、本システムでは100m程度の距離から指示、監視するだけで良いので、被ばく量が1/10以下に低減できました。

フォークリフト自動走行システム

構内保管施設内では、地上の入口から保管場所まで傾斜7%のスロープや切り返し部を含む最少幅5mの走路を約800m走行します。屋内ではGPSによる位置計測ができないため、フォークリフトの前後左右に設置した４台のレーザスキャナによって車体周囲の空間形状を計測し、その形状を保管庫図面データと照合して機体の相対位置姿勢をコンピュータで推定します。この他、走行路状況を計測・認識して、障害物検知や保管施設との衝突回避を行いながら自動で走行します。

施工中のダム現場で環境モニタリングに適用、有用性を確認

本システムを適用したダム現場では、現場周辺の9か所のビオトープを整備し、工事中の動植物の回復に必要な基盤を再構築するため、現況把握と対策が適切に機能しているかを本システムで確認、有効性を確認しました。

将来はCIMとの連携や災害時対応なども視野に

写真データを簡単に地図にマッピングできることから、環境モニタリングだけでなく、例えば災害時の被災調査などにも威力を発揮します。また、今後はCIMとの連携を進めることで情報の蓄積や共有をさらに高度化・合理化していくことにしています。

システム動作フローと構成主要機器

①ICタグを身に着けた作業員が、重機に搭載した磁界発生装置から発せられる磁界内に侵入すると、ICタグから氏名、所属、IDナンバーなどの「タグ情報」と侵入した磁界に割り振られた「磁界番号」を発信します。

②タグ情報と磁界番号を、重機に搭載した受信アンテナが受けると警報を発します。

③警報表示は、重機に搭載したパトライトが回転し、オペレータ席モニターに誰が検知されたかを表示します。更にモニターには重機周囲全体の魚眼カメラにより重機周りの映像を表示します。

山岳トンネル工事では、作業員が切羽に近い位置で作業にあたるため、安全管理上、常に切羽の状況をモニタリングし、地山の目に見えない微妙な変位を監視することが非常に重要です。

高精度レーザ変位計を利用したリアルタイム切羽監視システムは、あらゆる地山に対して、安全かつ高精度に切羽の状況をモニタリングできるシステムです。崩落前の計測結果から切羽崩落の可能性や崩落時刻を予測できるソフトも入れており、事務所でのモニタリング、坑内の避難警告システムを組み合わせることにより、24時間リアルタイムで切羽の安全性を監視することができます。

リアルタイム切羽監視システムの概要

計測装置は「高精度レーザ距離計」と、それを水平方向に高精度で回転可能な「回転制御装置」からなります。そのため、レーザ距離計1台で任意の複数点における切羽押出し変位を高精度に計測することができます。さらに、東京大学大学院福井勝則准教授の提唱する「岩盤崩落予測時刻」を基に設定された管理基準値を用いることにより、切羽の崩壊の可能性や崩落予測時間をリアルタイムに予測することができます。この管理基準値は実際に鹿島の山岳トンネル現場における切羽押出し変位データを基に、その有効性を検証しています。これらの開発により、従来手法では予測が難しかった突発的な崩壊の可能性がある中硬岩地山や土砂地山も含め、あらゆる地山に対して、切羽の安全性をリアルタイムで評価することが可能となりました。また、レーザ距離計のターゲットの代わりに特殊スプレーを用いることで、計測作業の安全性・効率性を向上させることが可能となりました。