鋼材に吸着させたドローンから切羽形状データを取得

清水建設（株）＜社長 新村達也＞はこのほど、大阪工業大学、（株）演算工房、（株）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。当社は引き続き、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、当社が全体システムの構想化・評価、（株）演算工房が3次元点群データの計測ソフトの開発、（株）シュルード設計がドローンシステム設計、大阪工業大学の東 善之准教授がシステムの監修を担当しました。