点群で始める現場DX：導入の流れと活用メリットを徹底解説

近年、建設業界ではDX（デジタルトランスフォーメーション）の重要性が叫ばれています。特に現場DX、つまり施工現場のデジタル化において注目されている技術の一つが「点群」です。しかし、「点群とは何か」「何がそんなにすごいのか」と疑問に思っている土木施工管理者・技術者の方も多いでしょう。本記事では、点群の基本から、現場DXにつながる活用メリット、そして導入の具体的な流れまでを初心者にも分かりやすく解説します。費用や操作性、教育面での不安も取り上げながら、手軽に始められるスマホ測量やLRTKといった導入例も紹介し、皆さんが現場DXへの第一歩を踏み出す後押しをいたします。

点群とは何か？

点群データ（ポイントクラウド）とは、3次元空間上の多数の点の集まりで物体や地形の形状を表現したデータのことです。各点には位置を表すX・Y・Z座標値と、場合によっては色（RGB）などの情報が含まれています。例えば建物や地形を点群化すると、その表面上にある無数の測定点がコンピュータ上に再現され、写真のように立体的な点の集合体として表示されます。

点群データは主にレーザースキャナー計測や写真測量（フォトグラメトリ）によって取得できます。レーザー光で距離を測るLiDARや、カメラで撮影した複数写真の解析（写真測量）によって対象物を点の集合として記録するイメージです。取得された点群には計測時点の現実空間が高精度に切り取られており、まさに「現場を丸ごとデジタル保存」したデータと言えます。実際、都市の交差点をLiDARスキャナーで測量すれば、ビル・道路・樹木まで含めた街区全体が無数の点によって3次元で表現された点群データとして得られます。つまり点群とは、現実世界を丸ごと高精度にコピーした3Dデータなのです。

なぜ点群が現場DXで注目されるのか

建設業界では、深刻な人手不足や生産性低下といった課題を抱えており、現場DX（デジタル技術による業務改革）の推進が急務となっています。若年層の入職減と高齢化で就業者数は減少の一途をたどり、現場では慢性的な人員不足が続いています。さらに施工現場ごとに業務が属人化し、図面や報告書が紙中心で効率が悪いことも、生産性向上を阻む一因となっています。加えて2024年4月から建設業にも時間外労働の上限規制（いわゆる「2024年問題」）が適用され、長時間労働に頼れなくなるため、生産性革命は待ったなしの状況です。

こうした背景を受け、国土交通省はICT技術で建設生産性を高める「i-Construction」施策を2016年より推進してきました。i-Constructionでは2025年までに建設現場の生産性2割向上を目標に掲げ、さらに2040年までに現場の省人化を3割（生産性1.5倍）高める「i-Construction 2.0」方針も打ち出されています。この中で、3次元データの利活用や現場作業の自動化が重要テーマとなっており、点群データの活用はその柱の一つです。

実際、国土交通省は測量から設計、施工、維持管理に至る建設プロセス全般での点群データ活用を推奨しており、出来形図面の作成などにも点群を用いるよう各種要領で定めています。例えば道路工事の完成形を丸ごと点群で記録しておけば、竣工後でも正確な3Dモデルや断面図を作成でき、品質検査や将来の改修計画に役立てることができます。このように現場の実況を高精度に残せる点群は、現場DXの要となるデジタルツイン（現実空間の仮想コピー）実現の基盤技術として期待されています。国の後押しもあり、点群技術は今まさに建設業DXの中心的存在として注目を集めているのです。

点群活用の具体的メリット

点群技術を導入すると、施工管理や測量の様々な場面で大きなメリットが得られます。ここでは主な活用効果を紹介します。

• 出来形管理の精度向上: 施工後の出来形を点群で取得すれば、路面や構造物の仕上がりを全面的に検証でき、品質管理の精度が向上します。従来は限られた測点でしか形状確認できませんでしたが、点群上で厚さや高さの偏差を面的に解析することで、不良箇所の見落とし防止につながります。点群データから出来形検測結果を自動で帳票化するシステムも登場しており、検査報告書の作成時間も短縮されています。

• 土量算出の効率化: 工事前後や造成途中の地形を点群化して比較することで、盛土・切土量を正確に算出できます。例えばドローン空撮による写真から生成した点群データ同士を差分比較すれば、地形変化から土量を自動計算でき、従来より迅速かつ効率的な数量管理が可能です。

• 構造物点検・維持管理への活用: 橋梁やトンネル等の点検でも点群が威力を発揮します。定期点検時に構造物全体をスキャンしておけば、次回点検時との点群比較で変位量の変化を定量評価でき、健全度の把握精度が高まります。コンクリート表面のひび割れ調査でも、点群に高精細な写真テクスチャを重ねて解析すれば微小なクラックまで検出可能で、劣化の早期発見に寄与します。最近ではAIで点群から劣化兆候を自動抽出する技術も研究が進んでおり、維持管理の省力化と高度化が期待されています。

• 施工記録のデジタル保存: 点群データは工事記録のアーカイブとしても有用です。完成時の現況を丸ごと点群で残しておけば、将来的に図面が手元になくとも精密な現況モデルを再現でき、追加工事やリニューアルの計画に役立てられます。また災害直後に被災箇所をドローン等で迅速に点群計測すれば、崩落土量や被害範囲を短時間で把握でき、初動対応や復旧工法の検討にも威力を発揮します。

• 情報共有・遠隔監督: 計測した点群はデータとしてクラウド等で共有可能です。同僚や発注者と3Dデータを即座に共有すれば、離れた場所からでも現場状況を詳細に確認できます。実際に点群や360度写真をクラウドで共有し、本社からVR空間で現場を巡回するといった遠隔施工管理の事例も登場しており、移動時間を大幅に削減できたと報告されています。点群データを用いることで、現場に行かずとも「見る」ことができ、複数拠点での協働が円滑になります。

以上のように、点群データを活用すれば従来より「速く・安く・安全に・高品質な」業務遂行が期待できます。データ容量や専門ソフト習熟といった課題はあるものの、それらを補って余りあるだけのメリットが得られるでしょう。

点群導入の流れ

点群技術を現場に導入する際の大まかな流れは、(1)準備、(2)データ取得、(3)データ活用の3段階に分けられます。それぞれのステップでのポイントを見てみましょう。

• 準備フェーズ: まずは目的と計測対象を明確にし、適切な点群取得手法や機材を検討します。点群取得の代表的手法としては、据え置き型やモバイル型の3Dレーザースキャナー (LiDAR)、ドローンによる写真測量（空撮画像から点群生成）、そしてカメラで撮影した画像から3Dモデル化するフォトグラメトリなどが挙げられます。対象物の規模や精度要求、現場環境（屋内外・GPS受信状況など）に応じて最適な方法を選定しましょう。併せて、既知の基準点や座標系の確認、機材・ソフトの手配、そしてドローンを使う場合は飛行許可申請や安全対策の準備も必要です。可能であれば小規模な試験導入を行い、ワークフローを事前に確認しておくとスムーズです。

• 点群データの取得: 準備が整ったら実際に現地で点群データを取得します。レーザースキャナーの場合は計測箇所に機器を設置し、複数位置からスキャンして点群を取得します。ドローンやカメラの場合は計画した経路・アングルで空撮し、重複度の高い写真を撮影します。その際、必要な範囲を漏れなくカバーできるよう意識しましょう。撮影・計測後は、得られたデータの処理を行います。レーザースキャンでは各測定位置の点群をソフト上で合成（位置合わせ）し、全体の点群モデルを生成します。写真測量の場合は専用ソフトで多数の画像から点群を計算します。基準点を用いて得られた点群に測量座標（公共座標）を与えるジオリファレンス作業もここで行います。処理の結果、高精度な3D点群データが得られます。

• データ活用・展開: 完成した点群データは、さまざまな形で活用します。専用の点群処理ソフトやCADソフトに取り込み、まず必要な計測を行いましょう。長さ・面積・体積の算出や、設計データとの比較チェック、断面図の作成など、前述したような分析を実施します。得られた成果はレポートや図面として関係者に共有し、品質管理や工事出来高の証跡として残します。また点群データ自体もクラウドストレージなどに保存し、必要に応じて関係者が閲覧できるようにすると良いでしょう。初めは限られたプロジェクトでの試用から始め、徐々に社内でノウハウを蓄積していくことで、点群技術が日常業務に定着していきます。

導入時の主な不安と対策

新しい技術を導入する際には、「本当に使いこなせるか」「失敗したらどうしよう」といった不安がつきものです。点群導入に際して現場からよく聞かれる懸念と、その解決策のヒントを整理します。

• コストへの不安: 導入費用が高いのではないかという心配があります。確かに高性能な3Dレーザースキャナーや測量用ドローンは数百万円以上するものもあり、初期投資ハードルは低くありません。しかし近年は、写真測量用のソフトウェアやスマートフォンのLiDAR機能など、比較的低コストで始められる手法も登場しています。必要に応じて機材をレンタルしたり、専門業者に計測だけ依頼するといった段階的な導入も可能です。点群技術によって作業効率が上がり人件費削減や手戻り防止につながれば、投資に見合う十分なリターンが期待できます。実際、従来は高価な専用機材が必要だった3D計測も、スマホ活用などで手軽に実現できる時代が来つつあります。

• 操作や技術習得への不安: 「専門的な知識がないと扱えないのでは」と尻込みする声もあります。しかし現在の計測機器やソフトウェアはユーザーインターフェースが洗練されており、直感的に操作できるものが増えています。例えばスマートフォンを活用した点群計測ツールでは、難しい設定を意識せずボタン操作中心で扱えるよう設計されています。基本的な機能の習得にはそれほど時間がかからないでしょう。またメーカーやベンダーが提供する講習会やマニュアル、サポート窓口を活用すれば、導入初期の立ち上げもスムーズに進みます。最初はシンプルな使い方から始め、徐々に高度な機能に挑戦していけば問題ありません。

• 人材育成・社内への浸透: 新しい技術を現場に根付かせるには、社内教育や運用フローの整備も欠かせません。若手とベテランがペアになって現場で実践しながら覚える、勉強会を開いて情報共有するといった取り組みが有効です。幸い、デジタル機器に親しんだ若手社員にとって点群など3Dデータの操作は抵抗が少ない場合も多く、彼らを中心に社内展開を図るのも一案です。経営層に対しても、国土交通省の方針や他社事例を示しながら、生産性向上に不可欠な投資であることを理解してもらうことが重要です。導入当初は試行錯誤があるかもしれませんが、一度現場で効果を実感すれば社内の意識も前向きに変わります。将来的には点群技術の習得が当たり前のスキルになると予想されるため、早めに経験を積んでおくことは人材育成の面でもプラスと言えるでしょう。

スマホ測量やLRTKで手軽に始める

近年ではスマートフォンを使った手軽な点群測量技術も登場しています。高性能なスマホにはLiDARセンサーが搭載され、専用の3Dスキャンアプリを使えば身近な対象を点群化することが可能です。LiDAR非搭載のスマホでも、カメラで複数枚の写真を撮影してフォトグラメトリ処理することで点群生成ができます。これらは精度や範囲で専用機材に劣る面もありますが、点群技術の入門としては十分実用的で、何より手持ちのスマホで始められる手軽さが魅力です。

こうしたスマホ活用の極みとも言えるソリューションが LRTK です。LRTKはスマートフォンに装着する小型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ており、スマホ内蔵のLiDARと組み合わせることでセンチメートル精度の点群データを簡単に取得できます。従来、スマホ単体のLiDARスキャンでは取得した点群の位置情報がローカル座標系（任意の座標）となるため、後で基準点に合わせる必要がありましたが、LRTKを使えば取得と同時に世界測地系の座標を付与でき、煩雑な位置合わせ作業が不要になります。例えば基準点さえ用意しておけば、地形や構造物をスマホでぐるりとスキャンするだけで、緯度経度や標高付きの3D点群モデルがその場で得られます。アプリの操作もボタン中心で直感的に行えるため、特別な測量知識がなくても初心者が使いこなせるよう工夫されています。

LRTKの導入により、これまで専門機器が必要だった点群計測が飛躍的に手軽になります。スマホをかざして動かすだけでリアルタイムに点群が画面表示され、取得漏れがないかその場で確認可能です。取得後はすぐにスマホ上で距離や面積を測定したり体積を計算するといった解析も行え、例えば盛土をスキャンすればその場で体積が即座に算出されます。従来は図面を基に手作業で行っていた土量計算が、現地ですぐ完了するわけです。また撮影画像や点群データは自動的にクラウド同期されるため、オフィスのPCで詳細な解析を行ったり、関係者とデータ共有するといったことも容易です。さらに測位精度も数cm程度と高く、日本の準天頂衛星システムが提供する「センチメータ級測位補強サービス（CLAS）」に対応しているため、通信圏外の山間部でも高精度を維持できます。ポケットに収まるスマホと小型デバイスだけで従来の据置型GNSS測量機に匹敵する測位が可能となっており、まさに画期的です。このようにLRTKのようなソリューションを使えば、誰でも手軽に高精度の3Dスキャンを行える時代が目前に迫っています。点群導入のハードルが下がることで、現場DXへの第一歩を踏み出しやすくなるでしょう。

おわりに

点群技術は今まさに進化を続けており、その活用によって現場の業務は着実に変革されつつあります。初心者の方も、まずはできる範囲で実際に点群データを取得・活用してみて、その利便性を体感してみてください。きっと作業効率の向上や新たな施工管理の可能性が見えてくるはずです。点群を現場DXへの第一歩として活かし、デジタル技術を味方につけることで、これからの施工管理は「これまでできなかったことができる」新たなステージへと進化していくでしょう。