掘削具合がひと目で分かる、トンネル工事にプロジェクションマッピング：情報化施工

清水建設は山岳トンネルのインバート施工の効率化に、画像や映像を投影する「プロジェクションマッピング」を活用するシステムを開発した。インバート底面の掘削の過不足を数値化し、その値を実際の底面上に色分けして照射することで、過不足の値を視認しながら無駄なく掘削作業を行えるという。

[長町基，BUILT]

　清水建設はこのほど、山岳トンネルのインバート（トンネル底盤コンクリート）施工の効率化と安全性の向上を目的に、3次元（3D）スキャナーとプロジェクターを一体化した、インバート底面の掘削具合を可視化するシステムを開発した。インバート底面にある掘削の過不足を数値化し、その値を実際の底面上に色分け照射（プロジェクションマッピング）することで、作業員はが過不足の値を視認しながら無駄なく掘削作業を行えるようにする狙いだ。

　山岳トンネルでは、地質の悪い地盤を掘削する際、トンネルの変形・崩落防止のために、トンネル上部にアーチ型の鋼製支保工を所定の間隔で建て込み、底部にはインバートと呼ぶコンクリート製の底盤を築き、支保工と一体化してトンネルを保護している。

　インバート施工では、最初にトンネル底部を掘削してコンクリートの打設スペースを設ける。ただ、掘削深が当初の設計より浅くなると所定の品質を確保できず、深くなると余分な掘削土砂（ズリ）の調整に手間が掛かり、コンクリート打設量も増加する。このため、作業員が掘削作業を中断し、掘削目標の形状をかたどった施工用の定規を利用した確認作業を10分〜15分かけて実施し、掘削深の不足箇所を繰り返し掘削する。しかし、従来の確認方法を繰り返すと掘削作業の妨げとなり、掘削作業を優先すると無駄が多くなるという課題があった。

　新開発のシステムでは、インバート底面の表面形状を3次元スキャナーで計測し、設計計画とのズレを捉える。解析ソフトでその差異を底面表面に色分け表示した画像データを作成し、これをプロジェクターで底面表面に照射する。インバート底面の3次元形状のデータ取得から、解析、照射までに要する時間は1分程度だという。

インバート底面に照射した画像データの様子　出典：清水建設

　システム使用時には、初めにスキャナーとプロジェクターで構成するシステム本体をインバートの施工箇所付近に設置し、スキャナーでインバート底面と周辺の3次元の形状データを取得し、解析ソフトにフィードバックする。解析ソフトは得られた形状データからプロジェクターの3次元位置情報を認識し、3次元形状データと設計計画面との差異を求め、プロジェクターからインバート底面に照射する画像データを作成する。一度に照射できる画像の面積は約30平方m（幅4ｍ×奥行7〜8ｍ）で、実際の底面と設計データとの差異を5cm単位で色分け表示が可能だ。

表面形状と設計計画面の比較（クリックで拡大）　出典：清水建設

　このシステムにより、作業員は掘削すべき場所と掘削量を容易に視認できるため、掘削効率が格段に向上するとともに、足元が不安定な場所での底面形状の確認作業がなくなるため、作業の安全性も向上するとしている。

　清水建設は今後、このシステムを山岳トンネルの現場に水平展開するとともに、トンネル上半の掘削作業への展開に向けた技術開発にも取り組む方針だ。