切土・盛土の体積計算を自動化！クラウド活用でラクラク土量管理

目次

• 切土・盛土の体積計算とは？土量変化率の基礎

• 従来の土量計算方法と課題

• ICT技術による体積計算自動化のメリット

• クラウド活用でラクラク土量管理

• 最新技術LRTKによる簡易測量の活用

• FAQ

切土・盛土の体積計算とは？土量変化率の基礎

土工事において、切土（きりど）と盛土（もりど）の体積、すなわち土砂の量を正確に計算することは非常に重要です。切土とは山や丘を掘削して土を切り取る作業のことで、一方の盛土は切り取った土や外部から持ち込んだ土を使って土地を盛り上げる作業を指します。この切土や盛土による土砂の体積（土量）を算出することが「土量計算」であり、道路建設や造成工事、ダム工事など土木工事全般で欠かせない工程です。

切土と盛土では、実は同じ土でも状態によって体積が変化します。掘削した直後の土は空気を含んでフワッとほぐれた状態になり、元の地盤（地山）にあったときよりも体積が増えます。逆に盛土では、敷きならした土をローラーで締め固める（転圧する）ため、土の密度が上がって体積が減少します。つまり地山 → ほぐした土 → 締め固めた土の順で密度が変化し、それに伴い土量も増減するのです。この土の状態変化による体積の変動率を土量変化率と呼びます。

一般に地山（自然な締まった状態）の土量変化率を1.0とし、ほぐした土の体積が地山の何倍になったかをほぐし率 (L)、締め固めた土の体積が地山の何倍かを締固め率 (C)で表します。例えば国土交通省の基準では砂質土の場合、L ≒ 1.20、C ≒ 0.90程度とされています。簡単に言えば、地山で1㎥だった土は掘り取ると約1.2㎥に増え、締め固めると約0.9㎥に減るということです。したがって切土から盛土に土を流用すると、同じ重さ・種類の土でも盛土の方が体積は小さくなります。

このように土量は状態で変わるため、工事の計画段階から切土量と盛土量のバランスを考慮しておく必要があります。理想的には、現場で発生する切土と必要な盛土がほぼ等しくなるよう計画すれば、土砂の不足や余剰が発生せず経済的です。正確な土量計算によって、ダンプの手配台数や土砂の搬出入量を適切に見積もることができ、工期やコストの最適化につながります。また施工後に出来形（完成形状）が設計通りの体積になっているか検測する際にも、事前に計算した土量データが基準となります。逆に計算が不正確だと、土砂が足りず工事が滞ったり、余分な残土処理コストが発生したりするおそれがあります。

例えば、切土・盛土の体積を正確に把握することは以下のような場面で重要になります。

• 掘削・盛土の計画と管理: 工事前に土量を算出しておけば、現場から搬出すべき土や搬入すべき盛土の量が把握でき、ダンプトラックの台数や工期を的確に見積もれます。

• 出来形管理と品質確認: 工事完了時に出来形（土量）が設計通りか検測します。不足や過剰が判明すれば、即座に手直しや追加搬入を判断できます。

• コスト算出・精算: 土工事で運んだ土量に応じて費用精算や請求を行う際、正確な土量データが根拠となります。発注者・受注者間で共通認識を持つためにも客観的な数値が欠かせません。

• 安全管理: 仮置き土や盛土の量を適切に管理することで、崩落のリスク評価や土砂災害対策に役立ちます。盛りすぎによる法面の不安定化などを防ぐためにも土量把握は重要です。

従来の土量計算方法と課題

従来、現場で土量を算出するにはいくつかの方法が取られてきました。典型的な手法とその課題は次の通りです。

• 手作業での測量と計算: 現場監督や技術者が巻尺やスタッフ棒（高さを測る標尺）を使って盛土・切土の高さや形状を測り、いくつかの断面を想定して平均断面法などで体積を手計算する方法です。またはダンプトラックの台数から「トラック○台分でおおよそ○㎥」といった経験則で見積もることもあります。しかし、これらは作業者の経験や勘に頼る部分が大きく、熟練者でなければ精度を出しにくい方法でした。計算も手間がかかり、人的ミスのリスクも伴います。

• 測量機器を使った方法: 測量士がトータルステーション（TS）やGPS測量機を使って地形の座標データを取得し、後で事務所でCADソフト等を用いて体積を計算する方法です。精度は高いものの、測量作業に複数人や長時間が必要で、大規模な造成現場では2〜3名のチームで数日かけて測量・計算することも珍しくありません。データ処理や図面化にも時間がかかるため、結果が出るまで現場で待たねばならずリアルタイムな判断ができないという課題がありました。

• 重機や運搬量からの概算: 現場では緻密な測量が難しい場合、パワーショベルのバケット容量やダンプの積載量から土量を概算することも行われます。例えば「10トンダンプ×○台で○㎥程度」といったように大まかな目安で把握します。しかしこの方法ではあくまで概算に留まり、正確な数量とは言えません。

以上のような従来手法には、手間と時間がかかるうえリアルタイム性に欠けるという共通の課題がありました。土量の計測結果が出るまで工事の進行を一時止めざるを得ず、効率的な意思決定を妨げていたのです。また、精度や信頼性が現場担当者のスキルに左右される点も問題でした。人手不足が進む中、毎回熟練の測量技術者を手配するのはコスト面でも負担です。さらに、起伏の激しい場所や崩れやすい土砂の上でメジャーを持って歩き回る測量作業は安全面のリスクも伴います。

ICT技術による体積計算自動化のメリット

近年、これら従来の課題を解決するために、ICTやデジタル技術を活用した新たな土量計測手法が普及しつつあります。代表的なものが、ドローンや3Dレーザースキャナー等を用いた3次元測量による体積算出です。高密度な3Dデータ（点群データ）を取得して土量を計算するこれらの方法により、土量計算の精度とスピードは飛躍的に向上しました。

これにより、従来は週に一度程度しか行えなかった土量測定を日々実施し、その日のうちに進捗を把握するといった運用も現実的になってきています。

• ドローン（写真測量）による土量計測: 小型無人機ドローンに搭載したカメラで現場を上空から撮影し、複数の写真画像をもとにソフトウェアで地形の3Dモデル（点群）を生成して体積を計算する手法です。広大な現場でも短時間で一括測量でき、人が立ち入れない急斜面の土量も安全に把握できます。得られた点群から体積を算出すれば、従来は数日かかっていた土量計算が数時間で完了することも可能です。実際に、ドローンと専用クラウドソフトを組み合わせて、4人×7日かけていた盛土量測定を1人のドローン飛行（数十分）で済ませた例も報告されています。ただしドローンは航空法の制約や天候の影響、操縦スキルが必要など、運用に一定のハードルがある点には注意が必要です。

• 3Dレーザースキャナーによる計測: 地上設置型のレーザースキャナー機器を用い、レーザー光で地形の高精度な点群データを取得する方法です。ミリ単位の精度で現場の形状を測定でき、点群から正確な土量を計算できます。しかしレーザースキャナー機材は非常に高価で操作にも熟練が必要なため、日常的に現場スタッフが使うにはハードルが高いのが実情です。

こうした最新技術によって土量管理は格段に効率化しましたが、同時に「もっと手軽に使える方法はないのか？」というニーズも生まれました。ドローンや大型スキャナーは効果的とはいえ、専門知識や許認可、コストの面で導入が難しい現場も多いからです。そこで近年登場したのが、スマートフォンを利用した新しい測量ソリューションです。スマホと専用デバイス・アプリを組み合わせることで、誰でも現場で簡便に3次元計測と土量算出ができるようになってきました。

クラウド活用でラクラク土量管理

デジタル技術による土量計算では、クラウドサービスの活用も大きな鍵となります。従来は測量データを紙図面やUSBで受け渡す必要がありましたが、クラウド連携することで現場とオフィス、関係者間でデータを即時に共有できます。クラウドを使った土量管理には次のようなメリットがあります。

• リアルタイムな情報共有で迅速な意思決定: 測量が終わると同時に、現場で取得した点群データや算出された体積結果をクラウド上にアップロードできます。離れたオフィスからでもインターネット経由ですぐに現地のデータを閲覧できるため、現場にいなくても状況を把握可能です。例えば現場担当者が即座に計測結果をクラウド共有すれば、本社の施工管理者や発注者もその場で数値や3Dモデルを確認し、必要な指示や承認をすぐ出せます。データ伝達のタイムラグがなくなり、工事に関する判断スピードが飛躍的に向上します。

• 測量データの蓄積と活用: クラウド上に計測データを蓄積しておくことで、履歴管理や進捗の見える化が容易になります。過去の土量データをあとから取り出して、工事前後の地形を比較検証することも可能です。設計時の計画体積と実際の出来形土量をオンライン上で重ね合わせて差分を分析すれば、盛土・切土の過不足を一目で把握できます。また複数回の計測データを時系列で保存しておけば、日々の施工進捗を遠隔からモニタリングし、計画通りに土工事が進んでいるか確認することもできます。

• チーム全員が最新データを共有: クラウドでデータを一元管理すれば、関係者全員が常に最新かつ同じ情報を参照できます。紙の図面や口頭伝達に頼っていた場合に比べ、認識のズレや伝達ミスが減少し、現場とオフィスの連携がスムーズになります。まさに「測って終わり」ではなく「測ったデータを皆で活かす」運用が可能となり、現場管理の精度と効率が一段と向上します。

このようにクラウド活用は土量管理をラクラクにするだけでなく、工事全体のPDCAサイクルを加速し品質向上にも寄与します。データに基づく合理的な施工管理を実現するためにも、土量計算ツールとクラウドの連携は今や不可欠な要素となりつつあります。

最新技術LRTKによる簡易測量の活用

上述したスマートフォンを用いた新たな手法の具体例として、LRTKというソリューションがあります。LRTKはスマホ一体型の高精度測量デバイスで、「誰でも簡易測量ができる」ことをコンセプトに開発されました。専用の小型アンテナをスマートフォンに装着し、対応アプリを使うだけで、そのスマホが瞬時にセンチメートル精度の測量機器へと早変わりします。

LRTKでは高精度GNSS（GPS）の測位データとスマホのカメラやLiDARスキャナーによる3D計測を組み合わせ、現場で取得した点群データから土量を自動算出できます。盛土や掘削箇所の体積をその場で計算し、結果は即座にスマホ画面に表示されます。もちろん計測データはリアルタイムにクラウドにも保存・同期されるため、事務所のPCで詳細を確認したりチームで共有したりすることも簡単です。

さらにLRTKは操作が直感的で、専門知識のない人でも短時間のトレーニングで使いこなせるよう設計されています。スマホアプリの画面指示に従うだけで測量が完了するため、ベテランでなくても高精度な点群データを取得可能です。また一人で機動的に測れる分、危険な場所に人力で入って測定する機会を減らせます。急斜面の土砂も遠くから安全にスキャンでき、猛暑下や足場の悪い現場での作業負担軽減にもつながります。誰でも扱える手軽さによって人手不足の解消にも寄与し、ベテランに依存しない現場運営を後押しします。

例えば高さ数メートルの残土の山でも、LRTKを装着したスマホ片手に周囲を歩いて数分スキャンするだけで正確な体積が算出できます。その結果を見れば、ダンプで運び出す土の量や設計との誤差も直ちに把握できるため、現場で次のアクションをすぐ決定可能です。これまでなら結果待ちで作業中断したり経験則に頼っていた判断も、LRTK導入によってデータに基づく効率的な施工管理へと一新されます。大掛かりな装置や特別な資格が不要なLRTKなら、土量計測と管理が格段に身近でスピーディーになるでしょう。

国土交通省も建設現場のICT活用による生産性向上（いわゆる「i-Construction」）を推進しており、スマホ測量デバイスとクラウドの組み合わせは今後の現場管理の新たなスタンダードになっていくでしょう。実際にこれらの最新ツールを導入すれば、土量計算にかかる労力を大幅に削減でき、現場のDX（デジタルトランスフォーメーション）を加速できます。ぜひこの機会に最新技術を活用した土量管理に踏み出し、正確かつ効率的な施工管理を実現してみてください。

FAQ

Q1. 切土・盛土とは何ですか？ A. 切土は山や丘を削って土を切り取る作業、盛土は土を盛り上げて土地を造成する作業のことです。道路や宅地造成などの工事で、不要な土を掘削して除去するのが切土、必要な土を持ち込んで埋め立てるのが盛土と覚えると分かりやすいでしょう。

Q2. 切土と盛土で体積が変わるのはなぜですか？ A. 土は掘削されるとほぐれて空気を含み体積が増え、締め固められると密度が上がり体積が減る性質があります。同じ土でも地山にある状態、掘り取られている状態、盛られて締め固めた状態でそれぞれ容積が異なるため、切土と盛土では同じ土量を扱っても体積は変化します。

Q3. 土量を計算する方法には何がありますか？ A. 従来は測量した地形から横断面図を作成し、平均断面法やメッシュ法（グリッド法）といった手法で体積を算出するのが一般的でした。最近ではドローン空撮写真の解析や3Dスキャナーの点群データから自動的に体積を求める手法も普及しています。いずれにせよ、基準面と変化した地形との高さの差をもとに体積を求める点は共通です。

Q4. クラウドで土量管理をするメリットは？ A. クラウドを活用すれば測量データや計算結果を関係者全員でリアルタイムに共有できます。現場に行かなくても最新の土量や3Dモデルを確認でき、意思決定がスピーディーになります。またデータを一元管理できるため履歴の比較分析も容易で、施工計画の見直しや出来形確認を効率的に行えます。なお、クラウド上にデータが蓄積されることで将来の工事計画や発注者への報告資料にも活用でき、客観的エビデンスとして残せる利点もあります。

Q5. 現場で手軽に土量を測定するにはどうすればいいですか？ A. 専門の測量機器や高度なスキルがなくても、近年はスマートフォンと組み合わせた測量デバイスを使って手軽に土量を測定できます。例えばスマホ一体型の高精度GNSS受信機「LRTK」を利用すれば、スマホで地形をスキャンするだけでその場で盛土・切土の体積を自動計算できます。従来のように人手で測量して計算する手間が省け、誰でも短時間で正確な土量を把握できるようになります。例えば従来半日がかりだった土量の測定・計算が、LRTKを使えば現地で数分程度で完了し、その結果もすぐ関係者と共有できます。特別な資格や許可も不要で導入しやすい点も魅力です。

Q6. ドローンを使った土量計測とスマホ測量の違いは？ A. ドローン測量は広範囲の地形を短時間で測れる利点がありますが、飛行許可や操縦スキル、天候の影響などの制約があります。一方、スマホとLRTKデバイスによる測量は特別な許可手続きが不要で、誰でもその場で計測できる手軽さが特徴です。小規模な現場や日常的な計測にはスマホ測量が適していますが、広大な現場を一度にカバーするにはドローンが効率的です。現場の規模や状況に応じて両者を使い分けるのが良いでしょう。

Q7. 土量変化率LやCはどう計算しますか？ A. 地山状態の土量を1.0（100%）としたとき、L（ほぐし率）はほぐした土量÷地山の土量、C（締固め率）は締固めた土量÷地山の土量で求めます。たとえば地山の土100㎥を掘削すると、L=1.2ならほぐした土量は120㎥になります。またその120㎥の土を締固めて盛土にすると、C=0.9なら盛土量は108㎥となります。このようにLとCの値を使えば、切土と盛土の体積を相互に換算できます。なお土質によってLやCの値は異なり、国の基準では砂質土でL=1.20・C=0.90、粘性土でL=1.25・C=0.90などの目安が示されています。