i-Constructionで注目の点群とは？図面・写真との違いと活用法を整理

はじめに：なぜ今「点群」が注目されているのか

近年、建設業界ではデジタル技術による業務改革、いわゆる現場DX（デジタルトランスフォーメーション）が強力に推進されています。国土交通省が提唱する*i-Construction*（アイ・コンストラクション）はその代表例で、ICT（土木IT技術）を活用して生産性向上や省人化を図る施策です。特に現場での3次元データ活用が重要視されており、中でも「点群」技術が注目を集めています。実際、国や自治体は点群データの活用を後押ししており、例えば国土交通省は公共工事の出来形管理において3次元計測（ICT活用）を行うと入札で評価点を加算するなどの普及策を取っています。こうした背景から、現場でも点群の有用性が認識されはじめ、導入事例が急速に増えている状況です。

とはいえ、まだ点群を使ったことがない施工管理者の方にとっては「図面や写真と何が違うの？」「現場で使うと何が良いの？」と疑問も多いでしょう。そこで本記事では、点群データの基本と図面・写真との違い、さらに出来形管理（できがたかんり）や土量計算、遠隔臨場（えんかくりんじょう：現場に行かず遠隔から状況確認すること）、維持管理など*i-Construction*における具体的な活用例をわかりやすく整理します。最後に、最近話題のスマホ測量やLRTKといった初心者でも始めやすい点群導入手法も紹介し、点群活用への第一歩を後押しします。

点群とは何か？その定義と取得方法

点群データ（ポイントクラウド）とは、その名の通り空間中の多数の「点」の集まりで物体や地形の形状を表現した3次元デジタルデータです。各点には位置を示すXYZの三次元座標値が記録され、場合によっては色（RGB値）や反射強度といった情報も含まれます。無数の点の集合によって構造物や地形の表面が再現されるため、点の密度が高く精度が良いほど、まるで写真のように見えるリアルな立体モデルになるのが特徴です。つまり点群は、現実空間そのものを丸ごとスキャンして保存したデータと言えます。例えば建物や地盤を点群化すると、取得時点の現場の形状が高精度にデジタル保存され、コンピューター上で写真さながらの立体モデルとして表示できます。

では点群データはどのように取得するのでしょうか。近年は3D測量技術が飛躍的に進歩し、様々な手法で点群を取得できるようになりました。一般的な方法としては、据え置き型やモバイル型の3Dレーザースキャナー（LiDAR）で地上から対象物を測定する方法があります。レーザー光を照射して反射時間から距離を計測するため精度が高く、車両に搭載した移動計測（MMS）やドローンに搭載した空中LiDARなども活用されます。またドローンによる写真測量（フォトグラメトリ）も普及しており、複数方向から撮影した画像を解析して高密度な点群を生成することも可能です。地形や構造物が複雑でも、様々な角度から面的に測ることで表面を余すところなく3次元データ化できるのが強みです。取得された点群データは数百万～数億点に及ぶ膨大な座標情報の集合体で、そのままでは巨大な生データになります。そのため通常は専用の点群処理ソフトでノイズ除去や複数測定データの位置合わせ（座標合わせ）を行い、必要に応じてメッシュ（ポリゴン）化やCAD図面への変換を経て活用します。このように手間はかかるものの、適切に処理することで計測対象を丸ごと再現した精密な3Dモデルを得ることができるのです。

図面・写真との違い：点群なら「測れる・残せる・比較できる」

では、点群は従来の写真や図面と何が違うのでしょうか。最大の違いは、その情報量の多さと客観性にあります。写真が平面的な映像で一度に写せる範囲や角度に限りがあり、そこから正確な寸法を読み取るのが難しいのに対し、点群データには実測に基づく空間座標が含まれているため直接寸法を測ることができます。また図面（平面図や断面図）は人が現場の一部の点や寸法を測って起こした概略図であり、複雑な形状すべてを表現することはできません。現場で生じた細かな変更も完全には反映しきれず、完成後に「図面と出来形が食い違う」ケースも起こり得ます。これに対して点群は、現実の形状そのものを無数の点で隅々まで記録するため、一度のスキャンで広範囲の詳細データを取得できます。取得した点群は後からあらゆる方向から眺めたり、任意の断面を切り出して寸法を測ったりと自由に追加計測が可能です。いわば点群データは現場のフルスケールな3Dコピーであり、点群さえあれば写真や図面が手元になくても必要な情報を再現できます。この網羅性と正確さこそ点群最大の特長で、写真帳や紙図面に頼っていた従来と比べて桁違いに豊富な客観データを提供してくれます。まとめると、点群は以下の点で写真・図面と大きく異なります：

• 測れる: 点群はそれ自体が測量データなので各点に実際の座標があります。後から距離や面積、体積をデータ上で正確に測定できるのが強みです。一方、写真は見た目はリアルでも位置や寸法情報を持たず、図面もごく一部の寸法しか示しません。

• 残せる: 点群は現場全体の形状をデジタル保存するため、形状の記録漏れがありません。必要な箇所だけでなく周囲も含めて丸ごとデータ化するので、あとで「写真を撮り忘れた」「あの部分の測定データがない」といった心配がありません。将来的に再スキャンしなくても、保存した点群から追加情報を引き出せます。

• 比較できる: 点群は現実を精密にコピーした3Dモデルであるため、後日設計データや別の点群と重ねて比較することが容易です。例えば施工前後の点群を比較すれば正確な盛土・掘削量の差が算出できますし、設計3Dモデルと出来形点群を重ねれば完成物が設計と合致しているか一目で判断できます。このようにデータ同士を定量的に突き合わせられる点でも、点群は従来の記録手法にない価値を発揮します。

i-Constructionにおける点群活用例

続いて、実際の土木現場で点群がどのように活用されているか、*i-Construction*の文脈で代表的な例を見てみましょう。出来形管理から遠隔臨場まで、点群データは施工の様々な場面で威力を発揮しています。

出来形管理への活用

出来形管理とは、施工後に出来上がった構造物や造成地形が設計どおりの形状・寸法になっているか検証・記録する工程です。従来、この出来形チェックは規定の箇所を抜き取りで測って図面寸法と照合したり、監督員が目視で確認したりするのが一般的でした。しかし人力による抜き取り検査では、どうしても拾いきれない誤差や見落としが発生しがちです。そこで点群データを活用すれば、出来形管理の精度と効率を飛躍的に向上させることができます。点群は施工物の表面を隅々まで含む高密度データなので、わずかな歪みや寸法誤差も見逃しません。例えばコンクリート構造物を打設後にスキャンし、取得した点群と設計時の3Dモデルを重ね合わせれば、設計値からの僅かなずれまで色分けで可視化できます。これにより「どの部分が設計どおりで、どこに過不足があるか」を直感的に把握でき、是正すべき箇所を早期に発見して手直しにつなげられます。さらに点群データは詳細な3D記録として残るため、完成後に実施する検査でも証拠性の高いデジタル記録として活用でき、検査時の見落とし防止や発注者への説明資料にも役立ちます。点群導入により、出来形管理では測定作業の効率化（広範囲を一度に計測）、品質の見える化（誤差の詳細検知）、記録の高度化（詳細3Dデータの保存）といった恩恵が得られており、施工品質の平準化・向上に資する新たなツールとなりつつあります。

土量計算への活用

土工事において盛土や掘削の土量計算（出来高数量の算出）は非常に重要な業務です。従来は施工前後の地盤高を一定間隔で測って横断図を作成し、平均断面法で体積を計算するのが一般的でした。また現場ではダンプトラックの台数からおおまかに搬出土量を推計することも行われてきました。しかし人力による測量ではカバーできる範囲と精度に限界があり、手計算による体積算出も手間がかかります。そこで点群データを活用すれば、この土量計算を飛躍的に迅速かつ正確に行うことが可能です。やり方はシンプルで、工事前後（あるいは盛土前後・掘削前後）の地形をそれぞれ点群測量し、二つの点群データ間の体積差を計算するだけです。点群は地表面の微細な起伏まで捉えた詳細データのため、平均断面法では見落としがちな窪みや盛り上がりまで考慮した高精度な体積算出が可能になります。一度取得した点群があれば計算範囲を自由に変更して再計算することも容易で、追加の現地測量なしに「別のエリアだけ土量を算出し直す」といった要望にも即座に応えられます。その結果、土量管理業務の効率化と精度向上につながり、例えば「この盛土を撤去するのにダンプ何台分か？」といった問いにもデータに基づき迅速に答えられるようになります。

3D設計データとの連携

*i-Construction*では土木分野でも設計段階から3次元モデル（CIMモデル）の活用が進みつつあります。こうしたデジタル設計データと点群を組み合わせることで、新たな施工管理の可能性が広がっています。鍵となるのは、現場の現況（点群データ）と設計情報（3Dモデル）を重ね合わせて活用することです。例えば施工中の構造物を定期的に点群測量し、その都度得た点群データと設計時のCIMモデルを重ねてみましょう。すると出来形をリアルタイムにチェックでき、どこか設計モデルからずれて施工されている部分があれば一目で分かります。従来は工事完了後に測量士が要所を計測して図面と照合するといった事後検査が主でしたが、点群×3D設計データの活用により施工途中から全面的な出来形検査をデジタルで実施できるようになります。これは手戻りの防止や品質確保に大きく寄与するでしょう。また完成した構造物についても、竣工時の点群データ付きモデルを維持管理に引き継ぐことで、後年の点検時に新たな点群との比較で劣化や変形を把握するといった活用が可能になります（この点は維持管理の項で後述します）。このように、設計から施工、維持管理までライフサイクルを通じて点群と3Dモデルを統合活用する未来志向のマネジメントが実現しつつあります。

遠隔臨場・情報共有への活用

点群データは現場の状況を客観的かつ包括的にデジタル化したものなので、うまく共有すれば遠隔地からでも施工状況を詳細に把握することができます。例えば現場で取得した点群データをクラウド上にアップロードし、関係者全員で共有しておけば、発注者や設計者がオフィスにいながら現地の出来形を確認するといったことも可能です。実際、ある大手建設会社の現場ではスマホのLiDARで取得した点群や360度写真をクラウドに集約し、本社オフィスからVR空間上で現場を巡回する試みが行われました。その結果、担当者は毎回現地に出向かなくても施工状況を把握でき、移動時間の大幅削減につながったと報告されています。このように点群データは遠隔から現場を「見る」ための情報基盤にもなり得ます。いわばデジタルな現場モデルを共有することで、“現場に行かない施工管理”を支える先進技術になりつつあるのです。

また点群の遠隔活用は、安全管理の面でも有効です。例えば急斜面や立入危険箇所の計測でも、遠隔操作のレーザースキャナーやドローン写真測量によって人が近づかずに安全にデータ収集ができます。従来は足場を掛けたり高所作業車を使ったりして人手で測っていたケースでも、点群測量なら短時間で完了し作業員の危険リスクを減らせます。さらに取得データはクラウド経由で本社の技術者と共有できるため、その場にいない専門家から助言をもらうといったリモート支援も円滑になります。写真や動画だけでは伝わりにくい現場状況も、点群という立体情報があればイメージ共有が格段に容易になるでしょう。

維持管理への活用

出来上がったインフラ構造物の維持管理（メンテナンス）分野でも、点群データ活用のメリットが注目されています。例えば老朽化した橋梁やトンネルの定期点検において、過去に作成した竣工時のCIMモデル（または点群記録）に対して新たに取得した点群を重ねることで、経年変化や変状を把握することができます。毎年トンネル内の壁面を3Dスキャンしておけば、ひび割れやたわみの進行を時系列で定量比較でき、補修の優先度判断にも役立ちます。また一度点群データ化しておけば事務所で詳細解析できるため、高所・狭所での現場作業時間を短縮し点検の安全性と効率を高める効果もあります。さらに取得した点群をクラウド共有すれば、離れた場所にいる専門家がデータを見て劣化状態を評価することも可能です。実際に現場へ行かずともデジタル上で点検・診断が行えるため、熟練者不足への対応策としても期待されています。将来的には、ドローンによる自動飛行スキャンとAI解析を組み合わせて点群から劣化を自動検知するといったスマートメンテナンスの実現も見据えられており、老朽化が深刻な社会インフラ領域で今後ますます需要が高まるでしょう。

図面・写真と点群の併用による精度・効率の向上

従来の2次元情報（図面・写真）と3次元点群データは、それぞれ長所が異なります。したがって現場では両者を併用することで、施工管理の精度と効率を一段と高めることが可能です。例えば、点群化した現況データと設計の3Dモデルをタブレット上で重ねてAR表示すれば、出来形が設計と合っているかを現地で直感的に確認できます。点群×ARによって「現物」と「設計」のズレを即座に発見・是正でき、検測作業がよりスマートになるのです。また点群データはカラー画像を貼り付けて写真と同じ見た目にすること（写真測量によるカラー点群）もできます。これにより3Dモデルに不慣れな人でも視覚的に状況を把握しやすくなり、関係者間のコミュニケーション円滑化につながります。さらに図面や写真など従来資料の上にも点群から作成した断面図・平面図を重ねることで、設計値と出来形の差分を紙上で説明するといった使い方も可能です。点群、図面、写真という三種の記録を組み合わせて活用すれば、現場の記録精度と情報共有レベルが飛躍的に向上するでしょう。

点群の始め方：スマホ測量・LRTK・クラウド活用

「点群の有用性は分かったけれど、高価な3Dレーザースキャナーをいきなり導入するのはハードルが高い…」と感じる方もご安心ください。近年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おり、専門知識がなくても現場の3D測量が行える時代になりつつあります。例えば最新のiPhoneやiPadには小型のLiDARセンサーが搭載されており、それを活用した3Dスキャン用アプリが次々と開発されています。専用レーザースキャナーほどの精度は出ないものの、身近なスマホで簡易的に点群データを取得し試してみることができます。まずはスマホアプリで身の回りの構造物をスキャンしてみて、点群データとはどういうものかを体感してみると良いでしょう。

さらに本格的に現場の測量へ応用したい場合には、LRTK（高精度スマホ測量システム）と呼ばれるソリューションが注目されています。LRTKはLefixea社が提供するスマートフォン用の点群計測システムで、小型高精度GNSS受信機「LRTK Phone」をスマホ背面に装着し、専用アプリ・クラウドサービスと連携して使用します。このデバイスで衛星によるRTK（リアルタイムキネマティック）測位が可能となり、スマホでもセンチメートル級の測位精度を実現できます。最大の特長は、スマホ内蔵LiDARでスキャンした点群に対して即座に世界座標（緯度経度・標高）を付与できる点です。従来、スマホ単体のLiDARスキャンはローカル座標系（現場内だけの座標）でしか取得できず、既存の図面座標系と合わせるには後処理で位置合わせする必要がありました。しかしLRTKを使えば取得した点群がそのまま公共座標系や図面上の既知点に合致するため、煩雑な後処理を大幅に省略できます。例えばあらかじめ基準点さえ設置しておけば、地形や構造物をぐるりとスマホでスキャンするだけで、測量図と整合した3D点群が即座に得られるイメージです。操作もワンタップ中心のシンプル設計で、特別な測量の知識がなくても扱えるよう工夫されています。こうしたLRTKの活用により、従来は専門機器が必要だった点群計測が飛躍的に手軽になりつつあります。

加えて、取得した点群データのクラウド活用も初心者には心強い手段です。スマホでスキャンした点群データをその場でクラウドにアップロードすれば、重いデータをPCに移す手間なく自動で処理・保存できます。クラウド上で関係者と共有すれば、先述のように遠隔からVR的に現場を確認したり、ベテラン技術者に助言をもらったりといった活用もスムーズです。最近ではスマホやタブレットで小規模の土量を即座に計測できるアプリも登場しています。例えば山積みになった残土の堆積をスマホでぐるりとスキャンすれば、その体積を現地で即座に算出・表示してくれる仕組みです。高価な機材がなくても手元の端末でここまでできるのは驚きであり、まさに技術革新によって測量業務が誰にでも開かれつつあると言えるでしょう。まずは身近なスマホ測量から小さく始めてみて、慣れてきたらLRTKやドローン測量など本格的な手法にステップアップするのがおすすめです。

まとめ：点群をi-Construction時代の“現場標準”に

ここまで、点群技術の基礎から図面・写真との違い、そして*i-Construction*における具体的な活用例と導入方法まで幅広く紹介してきました。点群データは現場を丸ごと記録・解析できる強力な武器であり、上手に活用すれば「より早く・安く・安全に・高品質な」施工管理を実現し得ます。大容量データの取扱いや専用ソフト習熟といった課題もありますが、それらを補って余りあるメリットが得られるでしょう。国土交通省の後押しもあり、今や出来形管理への点群導入は「新常識」になりつつあります。ぜひ読者の皆さんも、まずは手軽なスマホ測量から点群活用を始めてみてください。点群技術を使いこなすことが、これからの*i-Construction*時代における新たな現場標準となるはずです。現場のDXを推進し、品質と生産性を両立するためにも、点群の第一歩を踏み出してみましょう。