大林組がシールド機の進む方向をAIで自動制御するシステムを開発：山岳トンネル工事

大林組は、開発を進めるシールド自動化システム「大林インテリジェントシールド（Obayashi Intelligent Shield、OGEN）」の要素技術として、シールドAI自動方向制御システムを開発した。シールドAI自動方向制御システムは、シールド自動測量システム「OGENTS/SURVEY」や「シールド三次元線形管理システム」と連携することで、測量結果をもとにした修正計画の立案、指示、シールド機の運転操作といった一連の作業を自動化したシールド自動運転「OGENTS/DRIVE」として運用することができる。今後、シールド工事に関わるその他の自動化システムを実現および統合し、OGENの早期完成を目指す。

[BUILT]

　大林組は、AIが掘進実績を学習することで、シールド機の進む方向を制御するシールドAI自動方向制御システムを開発したことを2021年3月22日に発表した。

全てのシールド機に搭載可能

　シールド工法では、シールド機が機内の後方部で組み立てたセグメントリングを反力にして、シールドジャッキを伸ばして進む。そして、リング状に複数配置したシールドジャッキのどれを伸ばすかを選択し、シールド機に作用する力点を変えることで方向を制御する。

シールド機による地山の掘削イメージ　出典：大林組

　しかし、周辺地盤の硬さなどさまざまな要因が進む方向に影響を与えるため、状況に応じて適宜力点を調整する必要がある。また、方向を誤ることでシールド機とセグメントリングとの間にある隙間（クリアランス）の広さが不足すると、セグメントリングに無理な力がかかり、ひび割れが発生してしまう。解決策として、力点の調整作業では、オペレーターがシールド機の向きや位置、機械負荷など、多くのデータを総合的に評価しつつ方向修正に必要な力点を判定している。

　こういった課題を解消するために、大林組はシールドAI自動方向制御システムを開発した。AI自動方向制御システムは、オペレーターが評価に用いる多種多様なデータをAIが学習することで、シールド機の方向修正に必要な力点を自動で判定し、伸ばすべきシールドジャッキを選択する。シールド機の方向修正を行う上で重要な力点を的確に判定するめ、オペレーターの技能に左右されることなく、計画線に沿ったトンネルを構築できる。加えて、セグメントリングに無理な力をかけることなく施工するため、品質の確保が図れる。

AI自動方向制御システムによる方向修正におけるシールドジャッキの操作例　出典：大林組

　また、クリアランスの大きさも考慮して力点を判定するため、クリアランス不足によりシールド機とセグメントリングが接触し、無理な力が生じる方向制御を防ぐ。これにより、セグメントリングのひび割れや漏水が発生するリスクを低減し、トンネルの質を確保する。さらに、シールド機の形式や大きさ、形状、シールドジャッキの本数、製作メーカーにかかわらず、全てのシールド機に搭載可能な他、あらゆる掘削延長や土質にも対応しているため、さまざまなシールド工事への適用に応じている。これまで5台のシールド機に適用し、オペレーターと同様の判断をすることを確認した。

AI自動方向制御システムの適用状況　出典：大林組