熊谷組、汎用機に実装できる吹付けコンクリート遠隔操作システムを開発：スマートコンストラクション

熊谷組は、汎用機械に容易に実装できる吹付けコンクリートの遠隔操作システムを開発し、九州電力発注の黒川第一発電所工事で施工を行った。遠隔作業を行ったオペレータや協力会社からは「遠隔吹付け作業を日常的に運用しても問題ない」との評価を得た。

[BUILT]

　熊谷組は2024年3月8日、無線通信やバッテリー駆動を主体としたシステム構成により、汎用機械に容易に実装できる吹付けコンクリートの遠隔操作システムを開発したと発表した。九州電力発注の黒川第一発電所工事で実装施工を行い、切羽災害ゼロと吹付け作業時の作業員の曝露粉塵の低減を実現し、実際に遠隔作業を行ったオペレータや協力会社からは「遠隔吹付け作業を日常的に運用しても問題ない」との評価を得たとした。

　今後、稼働現場への普及を進めながら、より効率的なシステムを目指して改良を継続し、安全衛生環境の実現と、生産性向上を図る。

遠隔吹付け作業　出典：熊谷組プレスリリース

　熊谷組の従来の吹付けコンクリートの遠隔操作システムは、遠隔操作システム専用PLC制御盤や比例電磁弁などを、事前に吹付け機に搭載した専用機を使用し、費用や汎用性の面で課題があった。また、機体の配線や配管のメンテナンスを要すること、200ミリ秒程度の映像遅延があること、ON-TRACK式の操作室は坑内での機動性に欠けることなども懸念されていた。

　従来型の課題を解決するとともに、新たな技術を導入し、今回「機体に依存しない吹付けコンクリートの遠隔操作システム」を開発した。新システムは、吹付けロボットのコントロール信号を、吹付け機に搭載した遠隔操作用制御盤でLAN変換し、無線LANで操作室と通信。吹付けロボットを、操作室側のコントロールボックスとPLC制御器で遠隔操作する。遠隔操作用制御盤は工場や現場でも装着でき、吹付け機本体の大幅な改造を必要としないメリットがある。

吹付けロボット通信イメージ　出典：熊谷組プレスリリース

カメラユニット通信イメージ　出典：熊谷組プレスリリース

　映像ユニットは、筐体（きょうたい）に首振りやズームできるPTZ機能搭載カメラとモバイルバッテリー、PTZ操作用無線ボックス、映像用無線ボックス、エアシャワーリングを収納し、筐体背面と底部の強力マグネットで鋼製支保工や吹付け機エレクタブームなどに固定する。これによりカメラユニットの配置自由度が高まり、オペレータの希望に応じてカメラを配置できる。

写真ボックス　出典：熊谷組プレスリリース

　映像無線機（5GHz）はフルHD映像を操作室に遅延なく伝送する。エアシャワーリングには吹付け機本体に装備したエアホースリールを利用し、吹付け粉塵（ふんじん）の付着を防止する。

　操作室は坑内を移動しやすいよう、ワンボックスカーの後部座席を改造してディスプレイや通信機器などを配置した。ディスプレイや通信機器に電力を供給するため、車内に大容量バッテリーを搭載している。また、オペレータの手元操作の負担軽減を目的に、吹付けノズルの前後左右回転をPLC制御盤でタイマー制御する自動ノズルスウィング機能を追加した。

　さらに、吹付ガイダンスシステムにより、遠隔操作時の立体感を補完し、吹付け厚さを可視化した。吹付け機本体にミニコン内蔵カメラを複数台設置し、坑内に常設するレーザーマーキングシステムの照射点を検視してカメラ位置（3次元座標）を同定する。ノズル先端から吹付け面に照射する緑色レーザーポインタの動きを連続撮影しながら、照射点を3次元座標に変換し、ディスプレイ上に吹付け面とノズルとの距離やノズルの方向、吹付け厚さをリアルタイムに可視化表示する。

ガイダンスシステムのイメージ　出典：熊谷組プレスリリース

ガイダンスシステムの表示画面　出典：熊谷組プレスリリース

　掘削直後の切羽は、地山のゆるみにより岩塊の肌落ちや崩落の危険性が高い。同技術はオペレータが掘削直後の切羽に接近することなく、コンクリートの吹付けが可能で、切羽崩落災害リスク回避に貢献する。さらに、粉塵曝露環境を大幅に改善するため、快適な労働環境での作業を提供できる。ノズルワークシステムがコントロールボックスの煩雑な手元作業を軽減することから、オペレータの負担軽減にも効果的だという。また、通常吹付けとほぼ同等のサイクルを確保できる。