ARで施工シミュレーション：現場に3Dモデルを正確投影するLRTK活用

近年、建設・土木の現場で AR（拡張現実） 技術の活用が急速に進んでいます。ARとはスマートフォンやタブレットを通じて現実空間にデジタル情報を重ね合わせる技術で、現場に立ちながら設計データなどを視覚的に確認できるものです。従来は図面やパソコン上の3Dモデルでしか見られなかった完成イメージを、実際の景色に重ねて直感的に把握できるため、施工ミスの予防や合意形成の円滑化、作業の効率化などへの効果が期待されています。特に、BIM/CIMに代表される3D設計モデルを現場にそのまま投影できれば、施工前のシミュレーションから出来形（完成物）の検証まで幅広く活用できることから、大手ゼネコンから中小施工業者、発注者や自治体まで注目を集めています。

こうしたAR活用を実務レベルで実現する鍵となるのが、高精度位置測位技術（RTK-GNSS） との組み合わせです。通常のスマホGPSでは数メートルの誤差が生じるため、ARで大規模構造物の位置合わせをするには不十分です。しかし、リアルタイムキネマティック（RTK）方式によるGNSS測位を用いれば、誤差を数センチ程度にまで抑えることができます。これにより、現場での3Dモデルの投影位置を設計図通りに正確に合わせ込むことが可能となります。実際、国土交通省主導のi-Constructionや施工DX（デジタルトランスフォーメーション）の流れも追い風となり、AR＋RTKを活用した「高精度AR測量」は建設現場の新常識になりつつあります。本記事では、現場に3Dモデルを正確にAR投影する技術構成と要求精度を解説し、施工前シミュレーション、合意形成、重機オペレーション支援、出来形検証といった具体的活用事例をご紹介します。さらに、現時点での課題と今後の展望にも触れ、最後にそうしたAR活用を手軽に実現するソリューション「LRTK」についてもご紹介します。

高精度AR投影を支える技術（iPhone・LiDAR・GNSS・ARKit）

3Dモデルを現実の現場に正確に重ねるには、センチメートル単位の測位精度と安定したAR表示が欠かせません。その実現には以下の技術要素が組み合わさっています。

• スマートフォン（iPhone/iPad）とARアプリ – 現場で手軽に使えるプラットフォームです。特に近年のiPhoneやiPadは性能が高く、AR表示に適したディスプレイと処理能力を備えています。専用アプリ（ARKitベース）を使えば、3Dモデルの読み込みや描画、位置合わせの計算などを端末上で実行できます。

• LiDARスキャナ – iPhoneの上位モデルに搭載されたLiDAR（光検出と測距）センサーは、周囲の環境を高速にスキャンして3次元の点群データを取得します。これにより、ARアプリは現場の地形や構造物まで正確に把握し、仮想オブジェクトを現実の地面や構造物上に自然に配置できます。LiDARの活用で、AR上に表示したモデルが実際の地形に沈み込んだり浮いて見えたりしないよう、高さ方向の調整や既存物とのオクルージョン（被遮蔽）効果も可能です。またLiDARスキャンデータは出来形計測にも利用でき、施工前後の地形変化や構造物形状を点群モデルとして記録・比較することができます。

• ARKit（またはARCore） – AppleのAR開発プラットフォームであるARKitは、デバイスのカメラ映像とジャイロセンサーなどの情報を組み合わせて、端末の位置と向きを空間内で追跡するVIO（Visual-Inertial Odometry）技術を提供します。これによりユーザーが歩き回っても仮想オブジェクトをその場に固定して表示し続けることができます。ただし通常のARKitベースのARは相対座標での追跡のため、長距離を移動するとわずかな誤差が蓄積してモデル位置がずれてしまう課題があります。また、初期配置も手動で実景と合わせ込む必要があり、広い現場で正確に3Dモデルを置くには限界がありました。

• 高精度GNSS（RTK） – そこでARKitによる見た目の安定性に加え、絶対座標での位置合わせに活躍するのがRTK-GNSSです。GNSS（人工衛星測位）は通常数mの誤差がありますが、RTK方式では基地局からの補正情報や日本の準天頂衛星「みちびき」(QZSS)のセンチメータ級補強サービス（CLAS）を利用することで、1～2cm程度の測位精度を実現します。スマホに外付けする小型GNSS受信機やインターネット経由の補正サービスを用いてRTK測位を行えば、端末の位置を世界座標系で厳密に特定できます。これにより、あらかじめ緯度経度や平面座標系上の正確な位置合わせ情報を持つBIM/CIMモデルであれば、現場でマーカーを設置したり手動で調整したりしなくても、設計通りの位置に3Dモデルを投影可能になります。例えば計画位置にユーザーが近づくと、何もない地面に柱や壁の3Dモデルがぴたりと立ち上がる、といった具合です。RTK-GNSSによる絶対位置の担保によって、ユーザーが現場内を歩き回ってもモデルと現実の位置関係が崩れず、広範囲で高精度なAR表示を維持できます。

以上の技術を組み合わせることで、スマートフォンひとつで「正確な位置に3D設計モデルを重ねて表示する」ことが可能になります。従来、建設分野でARを使う際はQRコードマーカーを設置して基準位置を読み取ったり、現地の既知点に合わせてモデルを手動調整したりする手間がありました。しかし、高精度GNSSを活用した手法ではこうした煩雑な初期合わせが不要となり、現場に端末を持ち込んですぐにARシミュレーションを開始できます。また水平・垂直方向とも誤差数センチの精度で合致するため、ミリ単位の厳密さが要求される場面以外は実用上問題ないレベルで設計と現況の比較が行えます。特に公共インフラ工事では高さ方向の精度も重要ですが、GNSSによる高精度測位と端末内蔵の傾斜センサー補正により、地盤面からの高さ（標高）についても数cm以内の誤差でAR表示が可能です。

なお、GNSSが苦手とする場所（高架下やトンネル内、密集市街地など）では、事前に既知点で校正したり、スマホのカメラ映像に写るランドマークを基準にするVisual SLAM技術を併用したりするケースもあります。しかしこうした場合でも、一度高精度に位置合わせした地点から局所的にARKitが追跡する形であれば、短時間・短距離の利用で高い精度を維持できます。いずれにせよ、iPhone＋LiDAR＋ARKit＋RTK-GNSSという構成により、位置・姿勢の両面で高い信頼性を持ったARシステムが完成しつつあります。

施工前シミュレーションへのAR活用

施工開始前の計画段階で、ARによるシミュレーションは強力なツールになります。 BIM/CIMなどの設計3Dモデルを着工前の現場に投影し、完成後の姿を実寸大で確認できる ため、図面上では気付きにくい問題点を事前に洗い出すことができます。例えば次のようなメリットがあります。

• 設計と現地条件のギャップ把握: 図面では平坦に見えていた敷地でも、現地にモデルを重ねてみると微妙な傾斜や周辺構造物との取り合いに無理があることが判明する場合があります。ARなら設計案が実際の地形や隣接物とどのように調和するか一目で分かり、必要に応じて計画修正が可能です。事前に問題点を潰しておくことで、着工後の手戻りを防げます。

• 施工手順や仮設計画の検討: 完成モデルだけでなく、施工ステップごとのモデルや重機配置図をAR表示すれば、現場レイアウトのシミュレーションにも役立ちます。工事ヤード内でクレーンが資材を振り回せる空間が十分にあるか、重機同士の動線が干渉しないか、といった施工計画上のチェックを事前に行えます。また仮囲いや足場の配置をARで確認し、安全対策上問題ないかを検証することもできます。

• ステークホルダーへの説明: 施工前の住民説明会や発注者との打ち合わせで、ARシミュレーションは合意形成の助けとなります。完成予想図やCGパースよりも現地で直接AR表示したほうが説得力が高く、例えば「新しい建物を建てたら日陰はどの範囲にできるのか」「橋を架け替えたら景観はどう変わるか」といった住民の不安にも、その場でAR映像を見せて具体的に回答できます。発注者に対しても、出来上がり像を共有しながら施工計画を説明できるため、プロジェクトの方向性について共通認識を持ちやすくなります。

実際に、ある現場ではCIMモデルをAR投影し、その画面を写真撮影して資料としたところ、追加の図面作成や説明の手間が大幅に削減できた例も報告されています。ARによる施工前シミュレーションは、計画段階のコミュニケーションロスを減らし、関係者全員が同じ完成イメージを抱いた状態で工事に臨めるという大きな利点をもたらします。

関係者間の合意形成におけるARの効果

建設プロジェクトでは、施工者だけでなく発注者・設計者・近隣住民など多くのステークホルダーが関わります。全員が計画を正しく理解し納得するには時間がかかりがちですが、ARはその合意形成プロセスを加速させます。

まず現地での説明では、タブレットやスマホの画面越しに 「未来の完成物をその場に出現させて」 見せることで、専門知識がない人でも直感的に計画を理解できます。例えば道路拡幅工事であれば、完成後の車道や歩道の幅をAR表示して現場で示せば、文字通り「完成形を見て」合意を得ることができます。従来はパネル展示や図面で想像してもらうしかなかったものが、ARなら一瞬で伝わるため、説明にかかる時間も大幅に短縮されます。

また遠隔地の関係者との情報共有にもARは有効です。クラウドを介してARの映像や位置情報を共有すれば、遠く離れた事務所からでも現場の状況を立体的に把握できます。実際に、ある工事現場では現場のスタッフがタブレットでAR表示した映像をライブ中継し、ウェブ会議上で施工ステップを説明する試みが行われました。結果、出張せずとも発注者や設計者が施工イメージを正しく掴み、スムーズに協議をまとめることに成功しています。このようにリモートで同じAR体験を共有できれば、移動時間の削減や迅速な意思決定にもつながります。

さらには、完成後の検査や維持管理の段階でも、ARは関係者間の認識合わせに活躍します。補修工事の現場で劣化部位をAR表示したり、地下埋設物の位置を可視化したりすれば、現場担当者と管理者が 「何をどこまで直すのか」 を同じ絵を見ながら議論できます。誤解が減り、是正工事の範囲や内容も合意を得やすくなるでしょう。

以上のように、ARはコミュニケーションギャップを埋める橋渡し役となります。文章や平面図では伝わりづらい空間的情報を共有できるため、合意形成にかかる日数を減らし、プロジェクト全体の円滑化に寄与します。

重機オペレーション支援へのAR応用

土木・建設の現場ではショベルカーやブルドーザ、クレーンといった重機の活躍が欠かせません。これら重機のオペレーション支援にもAR技術が応用されています。ARによって現場の作業者やオペレーターに視覚的なナビゲーションや注意喚起を行うことで、安全性と作業効率の向上が期待できます。

1. 掘削・盛土作業のガイド: 従来、重機オペレーターは設計図や測量杭を頼りに「どこまで掘るか」「どこまで盛るか」を判断していました。ARを活用すれば、タブレットをかざすだけで地面上に設計の完成地盤面や構造物の基礎形状を発光する輪郭線や色付きの平面として表示できます。オペレーターや誘導員はそれを見ながら作業することで、掘り過ぎや盛り過ぎを防止できます。例えば、所定の掘削深さまで達するとAR上に色分けされたヒートマップで「設計高さとの差」が表示される機能が実現されており、狙い通りの地盤高を一目で把握できます。これにより、熟練の勘に頼らずとも精度の高い掘削・整地が可能になります。

2. 重機と周囲環境の干渉チェック: 大型クレーンやバックホーを操作する際には、周囲の構造物や仮設物との干渉に注意が必要です。ARであらかじめ重機モデルと作業エリアを重ね合わせておけば、ブームの旋回範囲やアームの可動域が仮想的に描画されるため、どこまで動かすと危険か事前に確認できます。ある高架橋の補修工事では、高所作業車のアームが橋桁下面と干渉する恐れが判明し、AR上で重機モデルと橋梁モデルを重ねた画像資料を作成して関係者に示したところ、一目で問題点を共有でき迅速に施工計画を修正できた例があります。このように、重機と構造物のクリアランス確認にARは有効で、空間的な干渉リスクを事前に排除できます。

3. 地下埋設物の可視化による安全確保: 重機掘削の現場で怖いのは、地中のガス管や電線管を誤って損傷してしまう事故です。事前に埋設物の位置を把握するため図面を確認したり試掘したりする手間がありますが、ARを使えば地面の下にある配管類を 透視図のように可視化 できます。GNSSで位置合わせされた埋設管の3Dデータを持っていれば、スマホやタブレットの画面に映る実際の地面上に、地下の管路が色付きのパイプモデルとして表示されます。作業員はAR画面を見るだけで「この真下に何の管がどの深さで埋まっているか」が把握でき、誤って近くを掘りすぎないよう注意できます。これは埋設物損傷事故の防止に直結するほか、事前確認の時間短縮にもなります。

4. 施工ナビゲーションと自動化への布石: 将来的な応用も含めて、ARは重機オペレーションのさらなる効率化につながります。例えばARグラスを装着した作業員が誘導線や作業指示を視界に表示させながら重機を誘導する、といった使い方も考えられています。また現在一部のICT建機（マシンコントロール土工機）ではGNSSによる半自動制御が行われていますが、AR表示によってオペレーター自身も完成イメージやブレードのカットラインを視認できれば、人と機械の協調作業がより直感的に行えるでしょう。ARは将来的に重機の自律施工の監視や遠隔操作支援にも応用できる可能性があり、施工の安全と精度を人間の目線から支える重要技術となっていきます。

出来形検証・品質管理でのAR活用

工事完了後の出来形検証や品質チェックの場面でも、ARは威力を発揮します。出来形管理とは、設計通りに構造物が出来上がっているかを計測・検査する工程ですが、ARを使うことで現地で直ちに「出来映え」を見える化できます。

例えばコンクリート打設後に構造物の形状を確認する場合、従来は巻尺やレベルで寸法を測り、設計図と照合して誤差を評価していました。ARを使えば、設計3Dモデルを完成した構造物に重ねて表示し、ずれや傾きがないかを直感的にチェックできます。柱や梁が設計位置からずれていれば、AR上でモデルと現物が食い違って見えるため一目瞭然です。また配筋検査でも、鉄筋モデルをAR表示して現物と見比べれば、本数や間隔のミスをその場で指摘できます。ヒューマンエラーによる施工ミスがあった場合、後日図面と写真をにらめっこして探すより早く、その場で是正措置を講じられるのです。

また、道路工事や造成工事など地形を伴う出来形では、ARとLiDARスキャンの組み合わせが有用です。iPhoneのLiDARで取得した出来形の点群データと設計モデルをAR上で重ね合わせ、高さや形状の差を色分けしたヒートマップとして表示できます。これにより、盛土が設計より不足している場所や、舗装厚が過剰な箇所を即座にあぶり出すことができます。従来は出来形図を作成して数値で検証していたものが、ARなら現地でスマホ画面を見るだけで確認できるため、検査工程に要する時間が飛躍的に短縮されます。実際に、ある現場では半日がかりだった出来形の調査・報告作業が、ARを用いることで実働わずか数分で完了したとの報告もあります。

さらに、ARで確認した結果はそのまま記録として残せます。AR表示の写真や動画を撮影すれば、出来形報告書に説得力のあるエビデンス資料を添付できます。クラウド連携したシステムであれば、計測点やモデルの位置情報付き写真が自動保存されるため、あとからオフィスで詳細分析したり関係者と共有したりも容易です。近年、国土交通省は3次元データを用いた出来形管理要領を整備しつつありますが、AR＋点群計測のソリューションであればその基準に沿った成果品（3Dモデルや点群データ）をスムーズに作成できます。つまり、AR技術はその場で出来形を検証し即時にフィードバックする実用ツールであると同時に、デジタルな検査記録を自動生成する仕組みとしても機能し、品質管理の信頼性と効率を大きく向上させるのです。

実用上の課題と今後の展望

多くのメリットをもたらすAR施工シミュレーションですが、現場への本格導入にあたって解決すべき課題もいくつか存在します。

• GNSS測位の制約: RTK-GNSSは晴天下の開けた場所では高精度を発揮しますが、高架下やビル街、樹木の下などでは衛星信号が遮られ精度低下や測位不能となる場合があります。こうした環境下でAR精度を保つには、既知点との統合や補助的な測位手段（全 stationやローカルビーコン等）の併用が課題です。また、衛星測位にはマルチパス（電波の反射）誤差もつきものなので、金属製の構造物が多い場所では注意が必要です。

• デバイスの表示品質と操作性: スマートフォンやタブレットの画面は屋外の直射日光下では見づらく、夏場の炎天下では端末が過熱して動作が不安定になることもあります。防水・防塵性能は年々向上していますが、業務用機器ほどの堅牢性はないため、現場で扱う際は落下防止ケースや予備バッテリーの用意など配慮が必要です。また、長時間端末を手で持ち続けるのは負担となるため、一脚やヘルメット取付けホルダーの活用、将来的にはARグラスの導入検討など操作環境の工夫も求められます。

• データ準備と互換性: ARで使用する3Dモデルデータは、設計CADやBIMソフトからエクスポートして適切なフォーマットに変換する必要があります。モデルが巨大すぎるとモバイル端末では扱いにくいため、軽量化やLOD（詳細度）調整も必要でしょう。また、日本の測量座標系（平面直角座標系や日本測地系）とARアプリ内の座標系の対応付けなど、システムごとの互換性を意識したセットアップが求められます。これらの初期準備をいかに簡素化するかが、現場への普及に向けたポイントです。

• 人間側の習熟と運用: ツール自体は「研修不要」と謳われるほど簡単になりつつありますが、現場スタッフがARの恩恵を最大限引き出すにはある程度の習熟も必要です。最初は抵抗感を持つベテラン技術者もいるかもしれません。また、ARで表示された情報をどこまで信頼して良いか（最終確認はやはり従来計測も併用すべきか）といった運用ルールも、現場ごとに整理する必要があります。技術的には可能でも「現場慣習」とのギャップを埋めるには時間がかかるかもしれません。

こうした課題はありますが、技術の進歩と共に解決へ向かっています。特にデバイス面では、Appleや各社からARグラスやMRデバイス（例: Microsoft HoloLens、Meta Quest、Apple Vision Proなど）の開発が進んでおり、将来は手持ちの端末ではなくヘッドセットをかぶって両手フリーでAR作業ができるようになるでしょう。またGNSSも衛星数の増加や補強技術の高度化で、以前より測位環境が安定してきています。今後は5G通信とクラウド処理を組み合わせ、現場で端末同士がリアルタイムに位置・映像を共有してマルチユーザーで同じAR体験を同期できるようなプラットフォームも登場すると考えられます。

国土交通省の推進するi-ConstructionではICT施工や3次元データ利活用が標準化されつつあり、その延長線上にARの常態化があります。将来的には、施工管理者がタブレットやグラスを持って現場を歩き、設計データや埋設物情報をARで確認しながら指示を出す、という光景が当たり前になるでしょう。実際、若手技術者ほどデジタルツールへの抵抗は少なく、ゲームやスマホアプリで培ったARリテラシーを仕事に活かす時代が来ています。現場のDX（デジタルトランスフォーメーション）は確実に進行中であり、AR施工シミュレーションはその中心的なピースとなるはずです。

LRTKで実現する誰でもできる高精度AR測量

最後に、上述のような高精度ARを現場で手軽に実践できるソリューションとして 「LRTK」 を紹介します。LRTKはレフィクシア株式会社が開発した次世代の測位システムで、スマートフォン（iPhone/iPad）に装着する小型のRTK-GNSS受信機「LRTK Phone」と専用アプリ・クラウドサービスから構成されます。これを使うことで、通常のスマホがセンチメートル級精度の測量機器に早変わりし、位置計測から写真記録、点群スキャン、そしてARによる3Dモデル投影まで1台でこなせるようになります。

LRTK最大の特長は、現場で煩雑な座標あわせ（キャリブレーション）をしなくても、スイッチを入れてすぐに高精度ARを利用できる点です。高性能GNSSアンテナとバッテリーを内蔵した重さ125g・厚さ13mmほどの受信機をスマホにワンタッチで装着するだけで、RTKによる自己位置特定が即座に始まり、前述したような絶対座標ARが誰にでも実現できます。従来のシステムのようにマーカー設置や複雑な初期調整は一切不要です。また、測位データや撮影写真・点群モデルはクラウド上に自動でアップロード・共有されるため、現場で測った情報をそのままオフィスに持ち帰って活用することも容易です。専門的な知識がない方でも直感的に操作できるシンプルなインターフェースとなっており、1人1台のスマホで測量・墨出し・検測・記録・ARシミュレーションまで完結できるため、現場の生産性が飛躍的に向上します。

例えばLRTKを使えば、事前にアップロードしたBIM/CIMモデルを現地に正確に重ねて表示し、マーカーなしで寸分違わぬ位置に施工予定構造物をAR表示できます。作業員が移動してもモデルがずれることなく付いてくるので、複数箇所の位置出しを次々と行ったり、広範囲の出来形を歩き回りながらチェックしたりといったこともストレスなく行えます。さらに、点群スキャン機能により地形や出来形の3Dデータ取得もワンタップで可能で、そのデータと設計モデルを自動照合して差分を色表示するといった高度な解析もスマホ上で完了します。これらの機能は国土交通省の定める3D出来形管理要領に準拠した成果作成にも対応しており、DX時代の施工管理を力強く後押しします。

LRTKによる高精度AR測量は、既に土木施工やインフラ点検の現場で導入が進んでいます。能登半島地震の被災地では被害状況の迅速な3D記録に活用され、別の施工現場では出来形管理業務を大幅に効率化したとの事例も報告されています。国土交通省の提唱するi-Constructionにも適合したソリューションであり、今後ますます普及が見込まれます。

現場の将来像として、「誰もがスマホ片手にARで設計図を確認しながら施工する」時代がすぐそこまで来ています。その実現を身近にするツールがLRTKです。煩雑な手順なしに簡単・高精度・オールインワンを実現するLRTKを活用し、ぜひ貴社の現場業務を次のステージへ進化させてください。詳しい情報はLRTK公式サイト等で公開されていますので、興味のある方はぜひチェックしてみてください。現場のDXを加速する心強いパートナーとして、LRTKが皆様の施工現場に貢献できれば幸いです。