JP4351081B2 - 施工管理システム及び施工管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、建築施工中の建築物の精度管理を行う施工管理システム及び施工管理方法に関する。

建築施工中の建築物の精度を把握するために、従来から、建築施工におけるさまざまなプロセスにおいて、予め選定した特定ポイントにおいてその都度実際の寸法を測定し、躯体図との照合を行っている。この方法によれば、測定ポイントを増やすことによって精度を向上することが図れるものの、それらの照合に手間がかかるという問題が生じる。一方で、測定ポイントを減らすことによって照合の手間を少なくすることができるが、精度・品質が低下するという問題が生じる。また、トランシットやレベル等の測量器械を用いた測量では、測量する者の測量技術によって、実際に測量された寸法に大きな誤差を生じる場合もあり、測量の精度にも限度がある。

これに対し、鉄骨建て方時にトータルステーションを用いて測定した測定ポイントの３次元座標を計算し、３次元ＣＡＤデータとの照合を行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。当該特許文献１に記載の発明は、鉄骨工事を対象として、トータルステーションと受光機を利用して、ある限られた数の測量点に対して鉛直角、水平角及び距離から当該測量点の３次元座標を計算し、ＣＡＤデータとの照合を行うものである。
特開平８−２１８６３３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の発明によれば、特定の測量点のみ３次元座標を算出するだけであって、測定ポイント数を増加して建物空間の全体に渡って３次元座標を測定することは、作業手間がその分だけ増えることから現実的ではない。また、上記特許文献１に記載の発明は、予め３次元ＣＡＤデータが存在する鉄骨の建て方時における精度管理しか行うことができず、予め３次元ＣＡＤデータが存在しないような建物のリニューアル作業（改装作業）に対しては対応することができない。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、３次元レーザスキャナを用いて高速・高精度で計測した建物空間の３次元データに基づいて、建築施工中の建築物の精度管理を好適に実施することができる施工管理システム及び施工管理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、建築施工中の建築物の精度管理を行う施工管理システムであって、
前記建築物の３次元ＣＡＤデータを記憶する記憶手段と、
３次元レーザスキャナを用いて、建築施工中の前記建築物の３次元形状を示す３次元データを計測する計測手段と、
前記記憶手段に記憶された前記３次元ＣＡＤデータと前記計測手段で計測された前記３次元データとを照合する照合手段と、
前記照合手段による照合結果から、前記建築物の建築施工において発生した誤差を算出する算出手段と、
前記誤差が許容範囲内か否かを判定する判定手段と、
３次元レーザスキャナを用いて、改装施工前の建築物の３次元形状を示す３次元データを計測する第２の計測手段と、
前記３次元データを前記建築物の３次元ＣＡＤデータに変換する変換手段と、
を備え、
前記記憶手段が、前記変換手段で変換された前記建築物の３次元ＣＡＤデータを初期値として記憶し、
前記記憶手段に記憶された前記３次元ＣＡＤデータに基づいて改装施工後の建築物の３次元ＣＡＤデータをシミュレートするシミュレート手段をさらに備えることを特徴とする。

また、上記施工管理システムは、前記判定手段によって判定された誤差が許容範囲を超えている場合、施工管理者に警告する警告手段をさらに備えることを特徴とする。

さらにまた、本発明は、建築施工中の建築物の精度管理を行う施工管理方法であって、
３次元レーザスキャナを用いて、配筋が施された前記建築物の３次元形状を示す３次元データを計測する第１の計測工程と、
前記３次元データから、前記配筋のピッチ及び該配筋の直径を含む該配筋の状態を算出する第１の算出工程と、
３次元レーザスキャナを用いて、前記配筋が施され、さらに型枠が取り付けられた前記建築物の３次元形状を示す３次元データを計測する第２の計測工程と、
前記３次元データから前記型枠の厚みを取り除いた３次元データと、算出された前記配筋の状態とから、該鉄筋を覆うコンクリート部材の被り厚さを算出する第２の算出工程と
を有することを特徴とする。

さらにまた、上記施工管理方法は、前記第２の算出工程によって算出された前記被り厚さについて最小被り厚さに達していない部分があるか否かを判定する判定工程と、
前記判定工程によって、前記被り厚さが前記最小被り厚さに達していない部分がある場合、施工管理者に警告する警告工程をさらに有することを特徴とする。

本発明によれば、３次元レーザスキャナを用いて高速・高精度で計測した建物空間の３次元データに基づいて、建築施工中の建築物の精度管理を好適に実施することができる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る建築施工前後の建物の精度管理を好適に実施することができる施工管理システム及び施工管理方法の詳細について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る建物の精度管理を行う施工管理システムの構成を示す概要図である。

図１においては、建築施工現場１０において、３次元レーザスキャナ１２を用いて建物空間の３次元データを測定し、事務所（又は、会社等）２０のコンピュータ２１を用いて当該建物の設計図面に相当する３次元ＣＡＤデータとの照合を行い、異常等があれば建築施工現場１０等に位置する施工管理者等に報知する施工管理システムが示されている。

図１では、一例として、実際に建物の建築施工現場１０におけるコンピュータ１１と、事務所（或いは、会社等）２０におけるコンピュータ２１とがＬＡＮや電話回線等のネットワーク３０を介して接続されている様子が示されている。

建築施工現場１０のコンピュータ１１には、建物空間の全体に渡って３次元座標を測定することができる３次元レーザスキャナ１２と、その測定された３次元座標データを記憶する記憶装置１３とが接続されている。尚、測定された３次元座標データは、記憶装置１３ではなくコンピュータ１１に内蔵のハードディスクに格納するようにしてもよい。ここで、本実施形態で使用する３次元レーザスキャナ１３の詳細について説明する。

３次元レーザスキャナ１３は、レーザ光を測定対象物に照射し、対象物の正確な３次元位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ)、輝度及びカラーを計測することができる。例えば、本実施形態では、Ｚ＋Ｆ社のＩＭＡＧＥＲ５００３を用いて建物空間の３次元座標を計測する。この機器によれば、水平３６０度、垂直３１０度で最大６２５，０００点／秒のスキャンレートで建物内を計測することができる。また、約５０メートルの距離から数ミリメートルの誤差といった高精度で測定点の３次元座標を測定することができるので、従来用いられていたトータルスキャン等よりもより迅速に、かつ精度よく、建築物内の各種測量点の３次元座標を取得することができる。

一方、事務所（又は、会社等）２０のコンピュータ２１には、建築施工現場１０で建築施工される建築物の３次元ＣＡＤデータを記憶する記憶装置２２が接続されている。尚、記憶装置２２が記憶する３次元ＣＡＤデータは、コンピュータ２１で作成されたデータであってもよいが、その他の３次元ＣＡＤを用いて作成したデータを当該記憶装置２２に記憶させたものであってもよい。また、後述するように、改装時等であって、３次元ＣＡＤデータが見当たらないような場合においては、建築施工現場１０で施工前の状態にある建物空間に３次元レーザスキャナ１２を用いて３次元データを測定し、それから再構成された３次元ＣＡＤデータを記憶させたものであってもよい。尚、建築物の３次元ＣＡＤデータは、記憶装置２２ではなくコンピュータ２１に内蔵のハードディスクに格納するようにしてもよい。また、コンピュータ２１は３次元ＣＡＤ装置であってもよい。

図２は、本発明の一実施形態に係る施工管理システムを用いた建築物の施工管理手続を説明するためのフローチャートである。ここで、建築施工の対象となる建築物が新設される場合、通常設計図や施工図等の図面は３次元ＣＡＤデータとして予め作成される。そして、前述したように、これらのデータは記憶装置２２内に格納される。

これに対し、既設の建築物のリニューアル（改装）施工のような場合において当該建築物の３次元ＣＡＤデータが存在する場合は、新設の場合と同様にして施工管理を行うことが可能であるが、一般的には図面がないような場合が多い。また、存在してもその内容が現実とは大きく異なっているような場合も多い。このような場合には、施工前の状態において、３次元レーザスキャナ１２を用いて建物空間をスキャニングし（ステップＳ１１）、コンピュータ１１又は他のＣＡＤシステム等を用いてスキャンされたデータを初期データとして記憶する。そして、コンピュータ１１やコンピュータ２１等にインストールされている、３次元データから３次元ＣＡＤデータ（３次元モデル）を構築するためのソフトウェア等を用いて、記憶された初期値の３次元ＣＡＤデータから改装終了後の「出来上がり」の状態の３次元ＣＡＤデータをシミュレートする（ステップＳ１２）。そして、シミュレートされた３次元ＣＡＤデータを（改装）設計や施工のための図面データとして記憶装置２２内に記憶する。このように改装終了後の状態をシミュレートすることで、施工計画等の予備調査を好適に行うことができる。

そして、これらの３次元ＣＡＤデータに基づいて建築における設計や施工が行われる（ステップＳ２０）。ある程度建築施工（或いは、改装等）が進むと、施工管理者が定めるタイミングでステップＳ２１以降の建築施工中の建築物の精度管理を行う施工管理手続を行う。施工管理者は、通常、任意のタイミングや各プロセスの終了時に精度管理を行うための施工管理手続を行う。

前述したように、当該施工管理手続を行う前提として、記憶装置２２には、施工管理の対象となる建築物の３次元ＣＡＤデータが記憶されている。そして、３次元レーザスキャナ１２を用いて、建築施工中の建築物の３次元データを計測する（ステップＳ２１）。３次元レーザスキャナ１２で計測された３次元データは記憶装置１３に記憶され、コンピュータ２１又はコンピュータ１１において、記憶装置２２に記憶されている３次元ＣＡＤデータとの照合が行われる（ステップＳ２２）。尚、３次元レーザスキャナ１２を使用するに当たり、当該建築物の３次元ＣＡＤデータの座標と、３次元レーザスキャナ１２のスキャン時の座標を同一座標系にしておくか、データ取得後コンピュータ１１又は１２内で同一座標系に変換するようにする。

そして、その照合結果から、建築物の建築施工において発生した誤差を算出し（ステップＳ２３）、その誤差が許容範囲内か否かを予め設定されたしきい値と比較することによって判定する（ステップＳ２４）。そして、判定された誤差が許容範囲を超えている場合、施工管理者に対して誤差が許容範囲外である旨を警告する（ステップＳ２５）。本実施形態における警告要領の一例として、建築現場１０のコンピュータ１１に警告メッセージを送信したり、施工管理者が所持する携帯電話に音声や文字（メール）を用いた警告メッセージを通信したりすることができる。また、施工管理者以外の各種関係者等にも同様にして警告したり、或いはホームページ等に当該判定の結果等をアップロードし、各種関係者が社内イントラネットを用いてそれらの判定結果や３次元データの照合結果等を閲覧できるようにしてもよい。

また、単に警告するだけではなく、或いは当該警告に代えて、例えば、どの程度修正することによって許容範囲になるといった内容の改善要求メッセージ等を送信するようにしてもよい。もちろん、判定された誤差が許容範囲内であっても、同様にして、許容範囲内である旨を示すメッセージ等を送信するようにしてもよい。

そして、ステップＳ２４における誤差の判定の結果、許容範囲内であれば本施工管理手続はそのまま終了し、許容範囲外であれば上述したようにステップＳ２５で警告を行った後、当該施工管理手続を終了する。そして、以降の施工管理手続は、上記警告の結果から問題点を改善するための建築施工（ステップＳ２０）或いは他の施工箇所の建築施工（ステップＳ２０）が終了した段階であって、施工管理者が示したタイミングにおいてステップＳ２１から同様にして行われる。

また、遠隔から当該施工管理の様子をモニタリングするような場合には、例えば、ある一定期間「待ち状態」に設定しておき、設定期間経過後に自動的に上記手続を行うようにしてもよい。

上記施工管理が行われる場面の一つとして鉄筋の配筋段階がある。すなわち、鉄筋を組み立てた後（ステップＳ２０）、３次元レーザスキャナ１２を用いて配筋された鉄筋をスキャニングする（ステップＳ２１）。これにより、配筋された鉄筋のピッチや鉄筋径といった配筋された鉄筋の位置等の現在の状態を高精度かつ高速で把握することが可能となる。

その後、前述したように、予め図面として記憶していた３次元ＣＡＤデータと計測された３次元データとを照合し（ステップＳ２２）、誤差を算出して（ステプＳ２３）、その誤差が許容範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ２４）。尚、本実施形態に係る施工管理によれば、従来のような数点のみの計測ではなく、より多数の測量点を用いて誤差の判定を行うことが可能であるため、より精度のよい施工管理を行うことが可能となる。

また、本実施形態に係る施工管理システムでは、従来の方法では達成することができなかった鉄筋のコンクリート被り厚さを好適に計測することも可能である。図３は、配筋された鉄筋上に型枠を取り付けする前後の状態を説明するための概要図である。図３において、（ａ）は鉄筋３１が配筋された状態を示す図である。また、（ｂ）は配筋された鉄筋３１上にコンクリートを流し込むための型枠３２を取り付けた状態を示す図である。

まず、３次元レーザスキャナ１２を用いて、図３（ａ）に示すように鉄筋３１の配筋が施された建築物の３次元データを計測する。そして、計測された３次元データから、配筋のピッチ及び鉄筋径を含む配筋の状態を算出する。次いで、図３（ｂ）に示すように、配筋が施された上からコンクリートを流し込むための型枠３２を取り付ける。そして、３次元レーザスキャナ１２を用いて型枠が取り付けられた建築物の３次元データを計測する。

そして、型枠３２を取り付けた後に計測された３次元データから型枠３２の厚みｄを取り除いた３次元データと、鉄筋３１が配筋された状態での３次元データとの差分から、鉄筋３１を覆うコンクリート部材の被り厚さを算出する。これによって、従来は計測することができなかったコンクリートを被り厚さをコンクリートを流し込む前に知ることができるので、コンクリート躯体の品質状態の調査をより十分に行うことが可能となる。

また、単にコンクリートの被り厚さを算出するだけでなく、算出された被り厚さに最小被り厚さに達していない部分があるか否かを判定するようにし、被り厚さが最小被り厚さに達していない部分がある場合、施工管理者にその旨を警告するようにしてもよい。さらに、単に警告するだけではなく、或いは当該警告に代えて、例えば、どの程度修正することによって許容範囲になるといった内容の改善要求メッセージ等を送信するようにしてもよい。

同様にして、鉄筋だけでなく配管の段階での施工管理状態を調査するために上記施工管理システムを用いてもよい。その他、本実施形態に係る施工管理システムは、スラブの不陸管理や各種機器の据付精度の管理にも適用することが可能である。

尚、本発明は、前述した実施形態の機能をコンピュータで実現するためのプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体（記憶媒体）に記録して、当該記録媒体に記録されたプログラムを上記システム内のコンピュータ等が読み出して実行するようにしてもよい。また、コンピュータ読み取り可能な記録媒体には、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ及びＤＶＤ−Ｒ等の可搬記録媒体、システム又はコンピュータに内蔵されているハードディスク、揮発性メモリ（ＲＡＭ）等の記憶装置（記録装置）を含む。また、上記プログラムは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介して上記システムやコンピュータ等にダウンロードするようにしてもよい。

そして、上記システムやコンピュータにおいて、読み出されたプログラムを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されることとなる。この場合、上記記録媒体等は、前述したフローチャートに対応するプログラムを格納している。

本発明の一実施形態に係る建物の精度管理を行う施工管理システムの構成を示す概要図である。 本発明の一実施形態に係る施工管理システムを用いた建築物の施工管理手続を説明するためのフローチャートである。 配筋された鉄筋上に型枠を取り付けする前後の状態を説明するための概要図である。

符号の説明

１０ 建築施工現場
１１、２１ コンピュータ
１２ ３次元レーザスキャナ
１３、２２ 記憶装置
２０ 事務所（又は、会社等）
３０ ネットワーク

Claims (4)

1. 建築施工中の建築物の精度管理を行う施工管理システムであって、
   前記建築物の３次元ＣＡＤデータを記憶する記憶手段と、
   ３次元レーザスキャナを用いて、建築施工中の前記建築物の３次元形状を示す３次元データを計測する計測手段と、
   前記記憶手段に記憶された前記３次元ＣＡＤデータと前記計測手段で計測された前記３次元データとを照合する照合手段と、
   前記照合手段による照合結果から、前記建築物の建築施工において発生した誤差を算出する算出手段と、
   前記誤差が許容範囲内か否かを判定する判定手段と、
   ３次元レーザスキャナを用いて、改装施工前の建築物の３次元形状を示す３次元データを計測する第２の計測手段と、
   前記３次元データを前記建築物の３次元ＣＡＤデータに変換する変換手段と、
   を備え、
   前記記憶手段が、前記変換手段で変換された前記建築物の３次元ＣＡＤデータを初期値として記憶し、
   前記記憶手段に記憶された前記３次元ＣＡＤデータに基づいて改装施工後の建築物の３次元ＣＡＤデータをシミュレートするシミュレート手段をさらに備えることを特徴とする施工管理システム。
2. 前記判定手段によって判定された誤差が許容範囲を超えている場合、施工管理者に警告する警告手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の施工管理システム。
3. 建築施工中の建築物の精度管理を行う施工管理方法であって、
   ３次元レーザスキャナを用いて、配筋が施された前記建築物の３次元形状を示す３次元データを計測する第１の計測工程と、
   前記３次元データから、前記配筋のピッチ及び該配筋の直径を含む該配筋の状態を算出する第１の算出工程と、
   ３次元レーザスキャナを用いて、前記配筋が施され、さらに型枠が取り付けられた前記建築物の３次元形状を示す３次元データを計測する第２の計測工程と、
   前記３次元データから前記型枠の厚みを取り除いた３次元データと、算出された前記配筋の状態とから、該鉄筋を覆うコンクリート部材の被り厚さを算出する第２の算出工程と
   を有することを特徴とする施工管理方法。
4. 前記第２の算出工程によって算出された前記被り厚さについて最小被り厚さに達していない部分があるか否かを判定する判定工程と、
   前記判定工程によって、前記被り厚さが前記最小被り厚さに達していない部分がある場合、施工管理者に警告する警告工程をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の施工管理方法。

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