切土・盛土の体積を正確に計算！最新3D測量技術が施工管理を変える

目次

• 切土・盛土とは？

• 従来の体積計算方法とその課題

• 最新3D測量技術による土量計算のメリット

• 3D測量技術で施工管理はどう変わる？

• ドローン・スマホで広がる最新測量技術

• LRTKによる簡易測量で誰でも高精度計測

• FAQ

建設現場で土を動かす工事では「切土」や「盛土」が日常的に行われています。切土・盛土とは、それぞれ地面を削って土を取り除く作業と、土を盛り上げて地面を造成する作業のことです。造成工事や道路建設、宅地開発などあらゆる土木工事で切土と盛土は欠かせません。そして切土量・盛土量（土をどれだけ掘削・盛り立てしたかの体積）を正確に計算することは、施工計画やコスト管理の上で非常に重要です。不正確な体積算出は、過不足の発生による材料コストの増減や工期遅延など重大な影響を及ぼします。

しかし、従来の測量手法で切土・盛土の体積を計算するには多大な労力と時間がかかり、しばしば誤差も生じていました。近年、こうした課題を解決する最新の3D測量技術が登場し、劇的な効率化と高精度化を実現しています。本記事では、切土・盛土の体積計算に焦点を当て、従来手法の課題と最新3D技術による解決策、そのメリットについて詳しく解説します。さらに、これら技術の活用によって施工管理がどう変わるのかを見ていきます。最後に、スマートフォンを用いた簡易測量を可能にする「LRTK」という新技術にも触れ、現場で誰でも手軽に高精度な土量測定が行える時代が来ていることを紹介します。

切土・盛土とは？

「切土（きりど）」とは、山地や丘陵地などの高い地盤を掘削して土を切り取ることを指します。一方「盛土（もりど）」とは、低い地盤に土を盛り上げてかさ上げすることです。簡単に言えば、切土は地面を削る作業、盛土は土を積み上げる作業です。例えば道路建設では、道路の線形に合わせて高い部分の土を削り（切土）低い部分に埋めて平らにする（盛土）ことで、所定の地盤高を確保します。土木工事ではこの切土と盛土を組み合わせて地形を整形し、造成や基礎工事を進めていきます。

切土や盛土を行う際には、それによってどれだけの土量（体積）が動かされるかを事前に見積もり、計画しておく必要があります。また実際の施工後に、図面上の設計数量と現場で実際に動かした土量（出来形数量）との比較・確認も重要です。土の過不足は工事費用や運搬計画に直結するため、切土量・盛土量を正しく把握することが工事全体の効率化と適正管理に欠かせません。

従来の体積計算方法とその課題

従来、切土・盛土の体積（土量）を算出するには、主に平面的な測量図や横断面図を用いた手法が採られてきました。代表的なのが「平均断面法」と呼ばれる方法です。これは一定間隔ごとに現地で測量して得た複数の断面図をもとに、それぞれの断面の切土面積・盛土面積を計算し、隣り合う断面積の平均値に断面間の距離を掛けることで区間ごとの体積を求めるものです。各区間の体積を合計すれば、全体の切土量・盛土量が算出できます。この方法はシンプルで手計算や表計算ソフトでも実施できるため、長年にわたり土量計算の標準手法として用いられてきました。

しかし平均断面法にはいくつかの課題があります。第一に、作業の手間と時間がかかることです。現地で人が一定間隔ごとに測点の高さを測り、図面化して断面積を算出し、区間ごとに計算を繰り返す必要があり、大規模な現場では膨大な労力となります。特に起伏の多い地形では測点数も増え、測量だけで数日～数週間を要することもあります。第二に、精度上の限界があることです。平均断面法では測点間の細かな地形の凹凸は考慮されません。例えば測点間隔が20mおきの場合、その間に深い窪地や盛り上がりがあっても断面図には表れないため、計算に反映されず誤差の要因となりえます。すなわち、点と点の間の地形変化を見落としがちなのが2次元図面ベースの手法の弱点です。

さらに、従来の測量では重機施工後に高さを確認する丁張りやスタッフを用いた出来形測量を行い、出来形図を起こして土量を算出しますが、これも現場作業の負担となっていました。施工後に測量スタッフが現場を隈なく歩き回って計測する必要があり、安全面のリスクや人手不足の課題も指摘されています。以上のように、従来法で切土・盛土の体積を正確に計算・確認するには多大な時間と労力を要し、一定の誤差も避けられないのが現状でした。

最新3D測量技術による土量計算のメリット

こうした課題を解決するために登場したのが、3次元測量技術を活用した新しい土量計算手法です。具体的には、ドローン（無人航空機）による写真測量や3Dレーザースキャナー、またはLiDAR搭載のスマートフォンなどで地表面の詳細な点群データを取得し、施工前後の地形モデルの差分から体積を求める方法です。施工前の地盤と施工後（切土・盛土後）の地盤をそれぞれ3Dモデル（デジタル地形モデル）として記録し、その体積差分を計算することで実際に掘削・盛土した土量を算出します。この一連のプロセスを専用ソフトウェア上で自動的に処理でき、複雑な計算もコンピュータが高速に実行します。

3D測量により取得される点群データ（無数の測定点の集合体）は、地形の細部まで高密度に表現できるため、体積計算の精度が飛躍的に向上します。従来の断面法では捉えきれなかった微細な凹凸も点群なら把握可能です。例えば10cm間隔程度の高密度点群で地表面を測定すれば、従来より格段に精度の高い土量算出が期待できます。実際、ある大規模造成現場では、従来4人がかりで7日間（延べ28人日）かけて行っていた土量測定・計算作業を、ドローン空撮による写真測量に切り替えたところ、2人で1日（2人日）で完了したという報告があります。しかも算出された出来形数量は従来手法で得た値と比べても誤差1%程度とほぼ遜色ない精度でした。このように、3D測量技術の導入により作業時間を約10分の1以下に短縮しつつ、精度も必要十分なレベルを確保できた事例が出てきています。

新しい手法では、取得した点群データからメッシュ法（グリッド法）などで土量を自動算出できるため、一度データを取ってしまえば後から追加の測量なしに再計算や他エリアの算出にも柔軟に対応できます。例えば施工途中で設計変更があった場合でも、追加測量せず既存の点群モデル上で新旧の地盤面を比較すれば、新たな切土・盛土量を即座に求めることが可能です。これは従来法にはない大きなメリットです。また、3D測量によって得られたデータはデジタルに蓄積・共有しやすく、後述するように施工管理の様々な場面で活用できます。精度と効率の両面で優れる最新技術として、土量計算の現場に急速に普及しつつあります。

3D測量技術で施工管理はどう変わる？

3D測量技術による高精度な土量算出は、単に計算業務を効率化するだけでなく、現場の施工管理（出来形管理）にも大きな変化をもたらします。従来は工事後に測量結果をまとめて報告するのが一般的でしたが、3D点群データを用いれば施工の直後にその場で出来形数量を把握することが可能です。例えば掘削工事であれば、設計上の予定土量と実際に搬出した土量を即座に比較し、過不足なく施工できたかを確認できます。盛土工事でも同様に、盛り立てた量が計画値と合っているかその日のうちに検証可能です。もし不足があれば速やかに追加の土を手配し、余剰が出れば処分や再利用の段取りを早急に立てられます。このように、今までは数日～数週間遅れで行っていた出来形数量の確認作業をリアルタイムに近い形で実施できるため、工事の進捗管理と意思決定のスピードが飛躍的に向上します。

さらに、点群から生成した3Dモデルは発注者や施工管理技術者間で共有しやすいデジタル資料となります。従来は紙の図面や数値表で土量報告をしていたところを、3Dデータとして可視化・保存することでエビデンスとしての説得力が増します。例えば出来形検査の際に「このように掘削しました／盛土しました」という証拠を3次元モデルで示せれば、発注者との数量確認もスムーズです。また完成後も点群データをアーカイブしておけば、将来のメンテナンス計画や地形変化のモニタリングにも役立てることができます。施工現場のデジタル変革（DX）の一環として、こうしたデータ主導の管理手法が注目されています。

現場スタッフの負担軽減という点も見逃せません。3D測量を活用すれば、これまで熟練の測量技術者に頼っていた出来形測定作業を、現場の担当者自身が簡便な手順で実施できるようになります。重い測量機材を持ち歩いたり、危険な急斜面に立ち入ってポールを持ったりする回数も減らせます。例えばドローンによる空撮であれば人が立ち入れない場所の計測も可能ですし、後述するスマホ測量であれば手軽に誰でも計測ができます。安全性の向上や人手不足の緩和にも3D測量技術は貢献すると期待されています。

ドローン・スマホで広がる最新測量技術

一昔前まで、高精度な3次元測量を行うには数百万円クラスのレーザースキャナー機器や、専門のオペレーターによるドローン空撮が必要でした。ところが近年、そうしたハードルが大きく下がりつつあります。特に注目されるのがドローン写真測量とスマートフォンのLiDARスキャンです。

ドローン写真測量は、ドローンに搭載したカメラで空中から多数の写真を撮影し、それらを解析して高密度点群やオルソ画像を生成する技術です。広範囲の地形を短時間で測量でき、人が入れない危険箇所でも上空から安全にデータ取得できる利点があります。近年は国土交通省の主導する「i-Construction」施策の一環としてもドローンによる出来形計測が推進され、多くの現場で実証されています。

一方、スマートフォンやタブレットによるLiDARスキャンは、身近なデバイスで手軽に3D測量を行える点で革命的です。例えばiPhone 12以降のProシリーズやiPad ProにはLiDARセンサーが搭載されており、専用の測量アプリを使えば周囲の地形や構造物を数千万点の点群データとして記録できます。スマホを手に持って対象物の周囲を歩くだけで、わずか数十秒〜数分程度でスキャン完了という手軽さです。まさに「ポケットの中のデバイスでプロ並みの点群計測ができる」時代が到来したと言えるでしょう。実際、最近では建設現場の監督員が自らスマホを使って日常的に土量測定を行うケースも出始めています。従来はドローン操作や高価な機材の設置が必要だった詳細測量が、スマホ一つで可能になった意義は大きく、「いつでも・誰でも・すぐに」計測できる環境が整いつつあります。

ただし、スマホ単体で取得できる点群は手軽な反面、データの位置精度（測位精度）には注意が必要です。通常のスマホGPSでは誤差が数メートル生じることもあり、取得した点群データに正確な座標を与えるには工夫が求められます。そこで登場したのが次に紹介するLRTKというソリューションです。

LRTKによる簡易測量で誰でも高精度計測

LRTKは、スマートフォンを高精度な測量機器に変える新しいソリューションとして注目されています。LRTK（※レフィクシア社が提供する高精度測位システム）はスマホ一体型のRTK測位デバイスで、専用の小型アンテナをiPhoneなどに取り付けることで、ネットワーク型RTKによりセンチメートル級の測位精度を実現します。RTK（Real Time Kinematic）とはGPSなどの衛星測位で誤差補正を行う技術で、通常は数メートルの誤差があるスマホGPSを一気に数cmまで向上させることができます。LRTKを用いればスマホ内蔵のLiDARやカメラで取得する点群データに、リアルタイムで高精度な位置座標を紐付けることが可能です。そのため、従来はドローン＋GNSS基準局や高額なレーザースキャナが必要だった高精度3D測量をスマホ1台で実現できてしまいます。

LRTKを活用した場合、現場での点群スキャンから土量算出までをほぼリアルタイムで完結できます。例えばLRTK対応のスマホアプリ上で盛土や切土した地形をスキャンすると、取得された3D点群から即座に体積が自動計算され、スマホ画面上にその結果が表示されます。点群データには初めから高精度な位置情報が付与されているため、基準面（設計面）との差分もその場で正確に算出可能です。従来は点群取得後にパソコンで解析・土量計算をしていた工程を大幅に短縮し、現場でスキャンした直後に出来形数量を把握できることが大きな利点です。「今日中に残土処理が必要か判断する」「即座に埋め戻し土量を確認して追加発注する」といった対応をその日のうちに取ることが可能となり、施工管理の機動力が飛躍的に高まります。

LRTKはクラウド連携機能も備えており、現場で取得したデータを即座に共有・蓄積できます。スマホのLRTKアプリで取得した点群データや高精度写真（位置情報付きの写真）は、自動的にクラウドにアップロードされるため、事務所のPCで詳細を確認したり、他のチームメンバーとデータを共有したりといったことも容易です。時系列で複数回の点群を保存しておけば、工事の進捗を3Dモデルの変化として把握することもできます。これまでは専門部署や測量会社に依頼していた測量業務を、現場の担当者自らが日常的に行えるようになることで、施工管理の精度とスピードは格段に向上するでしょう。LRTKのような手軽な高精度測量デバイスが普及すれば、文字通り「一人一台測量」の時代が訪れるかもしれません。現場で発生するあらゆる出来形数量データを即座にデジタル記録し、その場で次の意思決定に活かす——そんな新しい施工管理の形が現実のものとなりつつあります。ぜひ皆さんの現場でも、スマホを使った点群スキャンやLRTKによる土量計測を試してみてはいかがでしょうか。

FAQ

Q: 切土と盛土とは何ですか？ A: 切土は高い地盤を掘削して土を取り除く作業、盛土は低い地盤に土を盛り上げる作業のことです。山を削って平らにしたり、谷を埋めて土地をかさ上げしたりする工事で使われる用語です。道路工事や造成工事で、余分な土を削って足りない部分に埋め戻す一連の工程を「切盛土工」とも呼びます。

Q: 切土・盛土の体積はどのように計算しますか？ A: 従来は平均断面法と呼ばれる手法で計算するのが一般的です。一定間隔で測量した断面図を作成し、隣り合う断面の平均面積に距離を掛けて区間ごとの体積を求め、全体の土量を算出します。一方、最新の方法ではドローンや3Dスキャナー等で取得した3次元の地形データから、施工前後の地表面モデルの体積差を計算して切土量・盛土量を求めます。この3D測量による方法は、従来より精度良く効率的に体積を算出できるのが特徴です。

Q: 3D測量とは何ですか？ A: 3D測量とは、従来のように点や線で地形を測るのではなく、空間中の多数の点をデジタルに取得して三次元モデル化する測量手法です。例えばレーザースキャナーで地形をスキャンしたり、ドローン空撮写真を解析して点群データを得たりすることで、地表面の起伏を高密度な点の集合（点群）として記録します。これにより、地形や構造物を3Dモデルとして再現し、体積や距離を高精度に計測できます。

Q: ドローンを使うとどんなメリットがありますか？ A: ドローンを使った写真測量では、人が立ち入れない危険な場所も含め、広範囲を短時間で測量できるメリットがあります。上空からの撮影で効率良く地形データを取得できるため、大規模な切土・盛土工事でも作業時間を大幅に短縮できます。また、地上で多数の測点を取る従来法に比べて、3Dモデル上で詳細な体積計算ができるため精度も向上します。ただし、飛行許可や天候の影響など、ドローン特有の制約もあります。

Q: スマホで本当に測量できるのですか？ A: はい、最近のスマートフォン（例：iPhoneの上位モデル）にはLiDARスキャナーが内蔵されており、専用アプリを使って周囲の3D点群を計測できます。従来は高価な機材が必要でしたが、スマホ単体でも小規模な盛土の体積測定程度であれば十分な精度で行えるようになっています。ただしスマホのGPS精度には限界があるため、厳密な測位が必要な場合はRTK測位に対応したデバイス（LRTKのような製品）を併用することで精度を補正できます。

Q: LRTKとは何ですか？ A: LRTKはスマートフォンに取り付けて使う高精度測位デバイスの名称です。Real Time Kinematic（リアルタイムキネマティック）という衛星測位の補正技術を活用しており、スマホのGPSをセンチメートルレベルの精度に高めることができます。これによりスマホで取得した点群データや写真に正確な位置情報を付与でき、プロの測量機器に匹敵する精度で土量計測や出来形管理を行えるようになります。専門的な機器や高度なスキルがなくても、LRTKを使えば誰でも手軽に高精度の3D測量を実現できる点が画期的です。

Q: 3D測量技術の導入にはコストがかかりますか？ A: 技術にもよりますが、以前に比べて格段に導入ハードルが下がっています。ドローンやレーザースキャナーは購入や外部委託に一定の費用がかかりますが、小規模な現場であればスマートフォンと安価なRTKデバイスを組み合わせることで低コストに3D測量を始められます。また、ソフトウェアもクラウドサービスとして利用できるものが増えており、必要なときに必要なだけ使う形で運用コストを抑えることも可能です。まずは試験的に一部分で導入して効果を見ながら、本格導入を検討する企業も増えています。