【大阪工業大学】鋼材に吸着させたドローンから切羽形状データを取得

～汎用ドローンに吸着機構を実装、測定作業を無人化～

　大阪工業大学（学長：井上晋）はこのほど、清水建設、演算工房、シュルード設計と共同で、山岳トンネル工事の切羽形状測定作業を無人化する鋼材吸着ドローン測定システム「Perch-RIM（Perch-Realtime Inspection & Monitoring）」を開発・実用化しました。このシステムは、切羽近くの鋼製支保工に吸着させるドローンから、切羽形状の高精度な絶対座標付きの点群データをリアルタイムで取得するものです。これにより、工事関係者が切羽付近へ立ち入ることなく測定作業ができるため安全性が格段に向上します。

　山岳トンネルの切羽付近は、肌落ちと呼ばれる掘削面からの岩石剥落により、重篤災害が発生することがあります。近年、その発生件数が下げ止まりの状況にあるなか、切羽形状の測定作業は従前と変わらず切羽前に三脚を設置して行うことが少なからず見受けられます。このため、測定作業の完全無人化が求められていました。

　Perch-RIMは、永電磁石、LiDAR (レーザーセンサ)を搭載したドローン、ドローンの絶対座標を計測するトータルステーションから構成されます。測定にあたっては、初めに切羽から十分に離れた場所からドローンを飛ばし切羽付近の鋼製支保工の天端に磁力で吸着させます。続いて切羽後方に設置しているトータルステーションからドローンの3次元座標を取得。最後にLiDARによるセンシングにより切羽面の3次元点群データを取得し、両方の座標値から精緻な切羽形状の絶対座標を算出します。

　この測定方法がもたらす最大のメリットは、余掘りやあたりなどの掘削精度を絶対座標で定量的に評価できることに加え、工事関係者が切羽付近へ立ち入ることなく測定作業ができるため肌落ち災害のリスクを排除できることです。また、作業時間が大幅に短縮されるため、人員配置の最適化、工期短縮、ひいてはコスト削減にも寄与します。なお、ドローンに標準搭載されているカメラを用いることで、遠隔からの坑内巡回や切羽監視、粉塵や有害ガス他の環境モニタリングなどの各種業務にもPerch-RIMを展開可能です。

　すでに、中央自動車道 新小仏トンネル工事や米子自動車道 三平山トンネル工事、北海道新幹線 渡島トンネル（上二股）の現場をフィールドとして実証試験を行い、有効性を確認・検証しています。建設の現場では、本システムの現場実証を継続するとともに、切羽付近の作業の無人化に向けて作業の自動化・遠隔化を推進する考えです。

　なお、開発にあたっては、清水建設が全体システムの構想化・評価、演算工房が3次元点群データの計測ソフトの開発、シュルード設計がドローンシステム設計、本学ロボット工学科の東 善之准教授がシステムの監修を担当しました。

　　　　　　　　　　　　≪参考≫

●切羽近くの鋼製支保工に吸着したドローン　　

●取得した切羽形状の3次元データ

▮共同開発先の概要

清水建設株式会社

本社：東京都中央区京橋2-16-1

代表者：取締役社長　新村 達也

資本金：743.65億円

創業：1804年

事業概要：建設事業を柱に不動産開発・エンジニアリング・クリーンエネルギー開発・建物ライフサイ

　　　　　クル・フロンティア事業を展開

株式会社演算工房

本社：京都市上京区山里町237-3

代表者：代表取締役 林 稔

資本金：8千万円

創業：2001年

事業概要：建設工事現場向けソフトウェア開発・計測通信制御システムの販売

株式会社シュルード設計

本社：京都市伏見区西大手町313-8 大手筋ビルウエスト１ 3F

代表者：代表取締役 安達 基朗

資本金：1千万円

創業：2014年

事業概要：機械設計、機械制御ソフト開発、3D測定、3Dデータ活用ソフト開発

▮試行現場の概要

中央自動車道 新小仏トンネル工事

工事場所：東京都八王子市裏高尾町〜神奈川県相模原市緑区千木良

発注者：中日本高速道路株式会社

施工者：清水建設・東亜建設工業特定建設工事共同企業体

工期：2020年9月～2026年7月

掘削距離：工事延長4,077m トンネル掘削工2,298m

米子自動車道 三平山トンネル工事

工事場所：鳥取県日野郡江府町大字助澤～岡山県真庭市蒜山上徳山

発注者：西日本高速道路株式会社

施工者：清水建設・竹中土木特定建設工事共同企業体

工期：2023年1月～2026年5月

掘削距離：工事延長4,460 m トンネル延長2,309m

北海道新幹線 渡島トンネル（上二股）

工事場所：北海道檜山郡厚沢部町～二海郡八雲町

発注者：独立行政法人 鉄道・運輸機構 北海道新幹線建設局

施工者：清水・岩倉・新谷・高橋 特定建設工事共同企業体

工期：2017年7月～2027年5月

掘削距離：渡島トンネル（L=32,715m)のうちL=4,540mを構築するものである