こんにちは。今回は3次元レーザースキャナーを用いたかぶり厚の計測技術開発についての話題。3次元(3D)スキャナーに関してはこちらのブログでも何度かご紹介していますが、測量機のように三脚に立てて使う計測器です。


出典:FARO

離れた場所からでも高精度な3次元(X,Y,Z軸)の点の座標情報(点群データ)を短時間で取得でき、そのデータを使って再現度の高い3次元モデルを作成したり、距離等の計測をすることができる優れた装置となっています。

点群データは、CADソフトなどと連携し取り込めるようになっているので、3Dモデルの作成が大幅に省力化できます。

トンネル覆工における計測作業の効率化と安全化

本日ご紹介する技術は、戸田建設さんとIT関連機器の販売会社である、株式会社岩崎さんとの共同開発によるもので、3Dスキャナーを使用して、トンネルの覆工作業時の鉄筋のかぶり厚を計測し、3Dで管理、見える化できるようにした技術です。

ちなみに「トンネルの覆工作業」とは、トンネルを作る際の最終段階の作業のことで、「セントル」と呼ばれる半円筒の型枠を使ってコンクリートでトンネルの壁を作る作業のことを言います。

従来の計測方法の場合だと、どうしても高所での作業という形になるので、多大な労力と時間がかかっていたそうです。しかし今回の3Dスキャナーの活用によって高所作業は不要となり、計測作業の方も大幅な効率化に繋がったそうです。

システム開発の背景

コンクリートのかぶり厚は、コンクリートの耐久性に多大な影響を及ぼすので、適切なかぶり厚を確保しなければなりません。コンクリート構造物を長期活用する上で重要な事項です。


出典:戸田建設 セントルの全景と、従来のかぶり厚の計測方法

従来のトンネル構造物のかぶり厚の計測は、セントルの設置後にセントルに付いている検査窓などから、検測ロッドを用いて人力での計測をおこなっています。天井面などになると高所作業となるので、当然ながら安全性を考慮する必要もありました。

3Dレーザースキャナー計測概要

短時間で安全なかぶり厚の計測・評価が可能となる3Dレーザースキャナーの計測手順は以下。

1.セントル設置前に高精度の3Dレーザースキャナーを用いて、トンネル内部を計測。
2.鉄筋の設計位置と実測位置の離れ距離を算出し、トンネル覆工の計画線との距離をかぶり厚さとして算出。
3.かぶり厚さの設計値との差の割合をヒートマップカラーにより、3次元データと色で見える化します。


出典:戸田建設 かぶり厚の設計値との差の割合を見える化

3Dレーザースキャナー計測特徴

1.生産性の向上
計測器での自動計測が可能になり、従来の手動計測に比べて広い区間を1人で計測することが可能。計測作業における労力と時間を削減できます。

2.安全性の向上
地上から計測ができるので、高所作業による計測が不要となり安全性も向上。

3.品質の向上
セントル設置前にかぶり厚を面的に評価し、計測値を3次元データで見える化できるので、かぶり厚が不足している箇所を視覚的に把握することが可能。トンネル構造物のさらなる品質向上に寄与します。

まとめ

この技術は既に施工中のトンネルにての実証実験で有効性が確認されており、今後もトンネル覆工はもちろん、それ以外のコンクリート構造物にも展開していく計画のようです。


出典:戸田建設 かぶり厚さ評価の概要図と3Dレーザースキャナーによる計測状況

鉄筋探査機のような既に打設したコンクリートを電磁波で計測するのではなく、打設前の鉄筋の設計位置と実測値、そこから計画線との距離でかぶり厚を割り出すというやり方です。

3Dレーザースキャナーを使うことで広い区間を一目で可視化できるのは、人力で各ポイントを実測をするやり方と比べるまでもなく圧倒的な効率化、省人化になるのは誰が見ても明らかですね。

今や3次元モデルは当たり前の時代。短時間で3次元データを作成できる3Dレーザースキャナーは、今後業界でも益々広がってきそうですね。