最新測位技術で実現する3Dスキャン：建設現場の施工管理を効率化

3Dスキャンとは？最新技術が可能にする現場の3次元計測

建設・土木の現場で、3Dスキャン（点群計測）による3次元の計測技術が施工管理の「新常識」になりつつあります。3Dスキャンとは、レーザー光や写真測量によって現場の地形や構造物を無数の点の集合（点群データ）として記録する技術です。各点にはX・Y・Zの座標値（位置）が含まれ、一部の方法では色や反射強度といった情報も持ちます。点の集まりを3次元空間上にプロットすることで、実際の地形や構造物を精密に再現したデジタルな3Dモデルが得られます。その精度は、点群データの密度が高いほど現実そっくりの形状となり、地物をミリ単位まで再現可能です。

このような高精度3Dスキャン技術は、国土交通省によるi-Construction推進などを背景に急速に現場へ普及し始めています。例えばインフラ点検や老朽化した構造物の診断など、様々な分野で活用が拡大中です。施工管理の分野でも、最新の測位技術と組み合わせた高精度な点群計測が注目されており、「誰でも簡単に」「精密な3Dデータを」「その場で即座に」活用できる時代が目前に来ています。最新の測位技術が3Dスキャンを可能にし、現場の生産性向上と品質管理の高度化に大きく貢献し始めているのです。

従来測量との違いと3Dスキャン導入によるメリット

従来の測量ではトータルステーション（TS）やレベルといった機器を用い、2人1組でプリズムなどのターゲットとなる点を一箇所ずつ測定するのが一般的でした。TSは非常に高い精度で特定の一点を測れますが、一度に取得できる情報は「点」の座標のみです。それに対し3Dスキャン（点群計測）は、一度の計測で数百万～数千万もの測点を得ることができ、面的・立体的な測量を高速に行えるのが特長です。いわば「点で測る従来測量」に対して「面で測る点群測量」とも言えます。レーザースキャナーであれば離れた場所から非接触で広範囲を短時間に計測でき、複雑な地形や大規模構造物も安全に記録可能です。人力では測りにくかった急斜面や崖地、高所構造物も、遠隔からレーザーを当てるだけで形状を捉えられるため、作業員が危険に晒されるリスクも低減します。広範囲を漏れなく計測できるため、従来見落としがちだった微細な凹凸や変化も把握できるようになります。

作業効率の飛躍的向上も3Dスキャン導入の大きなメリットです。ある事例では、数ヘクタール規模の造成地を従来のTS測量で測ると3日程度かかっていた作業が、地上型3Dレーザースキャナーを用いれば約2日、ドローンを使った写真測量では半日ほどで完了しました。また別の実験では、レーザースキャナー搭載ドローンによる測量は従来法の約1/6の時間で広範囲のデータ取得を終え、全体の作業日数も半分以下に短縮できた例が報告されています。このように点群を活用することで測量の生産性は格段に向上し、結果として工期短縮や人件費削減にも直結します。

高い精度の確保も見逃せません。最新のレーザースキャナーや写真解析技術を用いれば、得られる点群データの誤差は数センチ〜数ミリ程度に収まります。適切に基準点による補正を行えば、点群計測でも従来の細密測量に匹敵する精度を十分確保可能です。実際に行われた比較検証でも、3Dスキャンから算出した出来形数量（施工後の形状から求めた体積など）は、従来の人力測量による結果と比べて誤差が約1%以内に収まったという報告があります。つまり、3Dスキャンは劇的な効率化と十分な測定精度の両立を実現できる技術なのです。

こうした背景から国土交通省は直轄工事へのCIM（Construction Information Modeling）原則適用を進めるなど、建設業界のDX（デジタルトランスフォーメーション）は加速しています。慢性的な人手不足への対応や働き方改革の観点からも、デジタル技術による省力化と品質向上は喫緊の課題です。その鍵として、3Dスキャンで取得する点群データが施工管理の精度向上と省力化を同時に実現するツールとして期待されています。それでは次に、具体的な施工管理業務における3Dスキャン活用例を見ていきましょう。

測量業務への活用：短時間で詳細な現況把握

まずは現場の測量（現況調査）業務における3Dスキャン活用です。土木工事や建設計画の基礎となる着工前の現況地形把握は、施工計画や設計の精度を左右する重要なプロセスです。従来は測量スタッフが現地で基準点を設置し、トータルステーションやGPS測量機などで地形の要所となる点を一点一点測っていく方法が主流でした。しかしこの手法では広い範囲の詳細な地形を把握するのに多大な手間と日数がかかり、経験豊富な人員による作業が必要でした。

3Dスキャンを用いることで、測量の生産性は飛躍的に向上します。例えばドローンで現場上空から写真を撮影し、その画像群から点群モデルを生成すれば、山間部の大規模造成現場であっても短時間で詳細な地形モデルが得られます。場合によっては、人力では数日を要する測量作業が半日以下で完了することもあります。取得した高密度な点群データにより、地表のあらゆる起伏を漏れなく捉えることができるため、そこから作成する等高線図や縦横断図の精度も向上します。設計段階での土量計算や施工計画も、より正確な現況データに基づいて立案できるようになります。

さらに、一度取得した点群データからは必要に応じて任意の断面図を後から生成することが可能です。従来は「測り漏れ」があると追加の現地測量に出向かなければなりませんでしたが、点群データさえあれば後日デスク上で追加の断面を切ることができるため、現場の二度手間を減らせます。また複雑な地形であっても、人が立ち入れない急斜面や樹木が生い茂る地域の地形を遠隔から効率よく計測できます。ベテランの測量技術者でなくとも短期間で正確な地形把握が行え、得られた3Dモデルをすぐに設計者や発注者と共有してフィードバックを迅速に伝えることが可能になります。

なお、3Dスキャンを活用しても従来の測量機器が全く不要になるわけではありません。狭い範囲での高精度な基準点測量や、埋設物の正確な位置出しなど、点での厳密な測定には今でもトータルステーション（TS）が有効です。実際の現場では、TSで取得した既知点の座標をもとに点群に位置合わせ（ジオリファレンス）を行うハイブリッドな運用も一般的になっています。この組み合わせにより、衛星測位が使えないトンネル内などでも高精度な3D計測を実現できます。つまり、広範囲の高密度計測を点群スキャンが担い、特定点の精度確保をTSが補完するといった役割分担です。両者の長所を活かすことで、従来以上に効率的かつ高精度な現況測量が可能となるでしょう。

出来形管理への活用：品質検査の高度化と省力化

続いて、施工中および施工完了後の出来形管理における3Dスキャン活用です。出来形管理とは、完成した構造物の形状や寸法が設計図どおりに出来ているかを確認し品質を保証する工程を指します。コンクリート打設直後や埋戻し前など、施工のタイミングでしか測定できない箇所も多く、後で直せないミスを防ぐために各工程で出来形寸法を記録しておく重要な作業です。従来、この出来形計測は現場スタッフが巻尺やレーザー距離計で要所の寸法を手測りし、チェックシートや写真で記録するのが一般的でした。しかし人力による検測では手間と時間がかかる上、測定できる点数も限られるため構造物全体の形状を把握しきれない課題がありました。

そこで近年注目されているのが3Dスキャンによって取得した点群データの活用です。出来形管理に3Dスキャンを取り入れることで、次のようなメリットが得られます。

• 精密な検測: 3Dレーザースキャナーや写真測量で得た点群は非常に精細で、適切な手順で計測すればミリ単位の精度で出来形を把握できます。人力測量では測りきれない細部まで設計値との差異を検出でき、わずかな凹凸や寸法の過不足も見逃しません。厳密な品質検査が可能となり、手戻り工事や補修のリスク低減につながります。

• 作業効率の向上: 点群計測により、膨大な出来形データを一度のスキャンで取得できるため、検査作業が大幅に簡素化されます。広範囲を短時間で非接触計測できるので、これまで多数の人員と手間をかけていた測点の取得が一度の作業で完了します。取得後は専用ソフト上で自動的に設計モデルとの差分チェックや合否判定が可能になるため、手計算や図面と見比べる作業も減らせます。結果として出来形検査に要する時間が短縮され、検査担当者の負担軽減と生産性向上に直結します。

• 記録のデジタル化・利活用: 点群データはデジタル情報としてクラウド等に蓄積・共有できるため、将来にわたって価値ある記録資産となります。取得した3次元データはパソコンやタブレット上で自由に視点を変えて確認でき、必要に応じ後から追加の断面を切ったり寸法を再計測したりも自在です。紙の写真帳簿では平面的にしか残せなかった情報も、点群なら立体的な証拠資料として保存できます。例えば橋梁の完成時に点群データを保存しておけば、後年の定期点検で新たに取得した点群と比較して微小な変位や劣化を検出するといった維持管理への応用も可能です。また、取得した出来形点群を3D設計データと統合してCIMモデル化し、発注者との出来形検査協議に活用する動きも出てきています。このようにデジタル記録としての点群は、引き渡し後のアフターケアや関係者間の合意形成にも役立ちます。

• 安全性の向上: 3Dスキャンなら危険な箇所も遠隔から非接触で計測できるため、検査時の作業安全性が高まります。人が立ち入れない高所・狭所や、稼働中の重機周辺でも、離れた位置からレーザーを当てるだけで出来形を取得可能です。足場を組んだり高所作業車を出したりする従来の手法に比べ、作業員が危険に晒されるリスクを減らし、安全確保に寄与します。特に夜間工事の限られた時間内での検査や、交通規制下での高速道路工事の出来形検査でも、短時間で完了できる点群計測は周囲への安全面のメリットも大きいでしょう。

以上のように、点群データを用いた出来形管理は精度・効率・安全のあらゆる面で従来手法を上回る成果をもたらします。実際、「3次元の出来形測量を取り入れる動きが新常識になりつつある」という声もあり、今後ますますスタンダードな手法になっていくと考えられます。

土量計算への活用：迅速・正確な出来高数量算出

最後に、土工事における土量計算（出来高数量の算出）での3Dスキャン活用です。道路建設や宅地造成などの現場では、掘削や盛土による土砂の体積を正確に把握することが施工計画や出来高管理上極めて重要です。従来、土量を算出するには図面上の地形断面をもとに平均断面法で計算するのが一般的でした。丁張り（水準測量）やTSによって一定間隔ごとに地盤高を記録し、複数の断面図を作成して平均断面積から体積を求めるという手順です。しかしこの方法は現地での測量作業と図面化・計算に多大な手間と時間を要するうえ、測点間は直線で補間するため微細な起伏までは反映できないという課題がありました。

点群ならではの高精度土量算出がその課題を解決します。3Dスキャン技術を使えば、施工前と施工後の地表面をそれぞれ点群データとして取得し、その差分から掘削量や盛土量を自動で計算可能です。地表全体を隅々まで測定した詳細データ同士を比較するため、地形の微妙な凹凸まで反映した高精度な土量算出が実現します。一度点群を取得しておけば、異なる区画や高さ基準での体積を後から追加計算することも容易です。例えば大雨で一部地形が変化した場合でも、すでに取得済みの点群データから必要な範囲だけを切り出して再計算するといった柔軟な運用が可能です。追加の現地測量なしに様々な数量算出に対応できるのも、点群データ活用の利点と言えます。

このように現場測量と土量計算にかかる時間も大幅に短縮され、迅速な出来高把握ができる点も大きなメリットです。劇的な効率化の実例として、ある大手建設会社の造成現場では、従来4人×7日間（延べ28人日）かかっていた土量測定・算出作業をドローンによる写真測量（空撮画像から点群生成）に切り替えたところ、2人×1日（2人日）で完了したとの報告があります。人員と日数にして約1/14（7%程度）に削減できた計算です。それにもかかわらず算出された土量は従来手法と遜色なく、誤差は約1%程度に収まったと検証されています。まさに飛躍的な効率化と高精度化を同時に実現した好例と言えるでしょう。また別の現場では、出来形土量の検測に要する作業時間を1/6に短縮し、全体の工程（工期）を半分以下にできたケースも報告されています。このように3Dスキャンによる土量算出は、施工現場の生産性向上に直結する革新的な手法です。

さらに特筆すべきは、近年こうした点群計測がドローンや高価な専用機材だけでなくスマートフォンやタブレットでも可能になってきた点です。例えばLiDARセンサー搭載のiPhoneやiPad Proと専用アプリを使えば、盛土や残土の山を現場でスキャンして、その場で点群データと体積を数分以内に取得できます。スマホ片手に対象物の周囲を歩き回るだけという手軽さで、計測後すぐに盛土量を自動計算してくれる仕組みも登場しています。実際に、現場監督が自ら小規模な残土のボリュームをサッとスキャンして即座にダンプ台数を手配したり、その日の進捗土量をリアルタイムに把握して重機の稼働計画を調整したり、といった活用も始まっています。これまで専門の測量スタッフが来るのを待ったり事務所での解析を待ったりしていた作業が、現場で即完了するようになりつつあるのです。

取得した点群データはクラウド上に保存して一元管理できるため、時系列で地形の変化や土量増減を追跡することも容易です。施工中であれば定期的に3Dスキャンしたデータで工事の進捗を可視化できますし、施工後であれば竣工時点の点群を基準に経年変化をモニタリングするといった維持管理への応用も考えられます。また万一災害が発生した場合には、被災前後の地形点群を比較して流出土砂量を推定するような分析にも役立つでしょう。クラウド上でデータ共有が進めば、施工担当者から発注者・管理者まで全員が同じ最新状況を確認でき、報告・協議もスムーズになります。このように3Dスキャンで得た点群データは、単なる土量計算に留まらず施工履歴の高度な記録として、将来のデジタルツイン（現場の仮想空間再現）構築にまで役立つ可能性を秘めています。

最新測位技術が支える「誰でもできる」3Dスキャン

ここまで述べてきたような3Dスキャンの利活用を支えているのが、近年発展した最新の測位技術です。従来、精密な3次元測量には高価な機材と専門技術者が必要でした。しかし現在では、GNSS（全球測位衛星システム）を用いたリアルタイム補正技術（RTK測位）や、国産の準天頂衛星システム「みちびき」によるセンチメートル級測位サービス（CLAS）の普及により、誰でも手軽にセンチメートル単位の高精度位置情報を得られるようになっています。例えばスマートフォンと組み合わせて使える小型の高精度GNSS受信機の登場により、現場技術者自身がボタンひとつで基準点座標を測定したり、スマホで取得する点群に即座に正確な座標を与えたりできるようになりました。

LRTKはそうした最新技術を活用したソリューションの一つです。スマホに装着できるアンテナ型のデバイスと専用アプリからなり、誰でも簡単にcm級の測位が行えます。高価な3Dレーザースキャナーを使わなくても、手元のスマホが「高精度3Dスキャナー」へと早変わりするイメージです。LRTKのようなスマホ点群測量のメリットは明確です。地上型レーザースキャナー（TLS）のように据え置き型の精密機器は依然として高精度ですが、本体価格が高価で操作にも専門知識が要ります。またドローンによる写真測量は広範囲を効率良くカバーできますが、飛行に関する法律上の制約や天候の影響で使えない場合もあります。その点、手持ち式のスマホ＋LRTKによるスキャンは圧倒的に手軽で汎用性が高く、狭い室内空間や地下、夜間の作業など場所や時間を選ばず活用できるのが強みです。初期導入コストも低いため必要なときにすぐ使えるフットワークの軽さは他の方式にない利点でしょう。

さらにLRTKは日本の衛星測位サービスである「みちびき」のCLASにも対応しており、山間部や海上のように通信圏外の現場でも衛星から直接高精度な測位補強情報を受信できます。これにより、ネット接続が困難な環境下でも安定してcm級精度の3D計測を行うことが可能です。まさに「誰でも・どこでも・いつでも」高精度な3Dスキャンを実現するための技術革新と言えます。現場への適用範囲が飛躍的に広がったことで、点群データ活用の裾野も一気に拡大しています。実際、建設現場のDXを推進するうえでLRTKのような手軽なソリューションは、今や欠かせない存在になりつつあります。

おわりに：建設DXを加速する3DスキャンとLRTKの活用

3Dスキャン技術は、測量・出来形・土量計算といった施工管理の基本業務に文字通り革命をもたらしています。誰もが手軽にミリ精度の3Dデータを取得できるようになったことで、「現場全体を丸ごとデジタル化して管理する」ことが当たり前になる時代が目の前に迫っています。これからは、「出来形の数量は点群データから算出する」「現場では常時3Dスキャンしたデータをクラウド共有しAI解析で即フィードバックを得る」といったスマート施工も現実味を帯びてきています。

こうした業務フローのデジタル化が進めば、品質と生産性の飛躍的向上はもちろん、働き方改革や安全管理の面でも大きな効果が期待できます。3Dスキャンは単なる測量業務のハイテク化ではなく、建設現場DXの基盤となる技術です。今後、生き残りを図る建設企業にとっても、これら最新技術への対応はもはや避けて通れないでしょう。

幸い、LRTKをはじめとする手軽なソリューションの登場によって、点群活用のハードルは大きく下がりました。まだ導入していない企業や現場の方も、この機会にぜひ3Dスキャンによる施工管理の効率化を検討してみてはいかがでしょうか。「誰でも簡単に・高精度に・現場で即座に」データを扱える今までにない時代において、従来の常識にとらわれない一歩が現場の未来を切り拓くはずです。

※詳しく知りたい方はLRTKの公式サイトもぜひご覧ください。容易に始められる高精度3D計測ツールとして、導入事例や製品情報が公開されています。最先端の測位技術で実現する3Dスキャンを活用し、あなたの現場でも施工管理のDXを実現しましょう。