点群で始める現場DX｜3D測量とi-Construction完全ガイド

点群データの概要（定義・特徴・取得方法）

点群データ（ポイントクラウド）とは、3次元空間上の無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。各点には位置を示すX・Y・Zの座標値に加え、場合によっては色（RGB）などの情報も含まれます。例えば建物や地形をレーザースキャナーで計測すると、その表面を構成する大量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（点群）として表示されます。取得時点の現実空間をまるごと高精度にデジタル保存できる点が大きな特徴で、まさに現実世界をコピーした3Dデータと言えます。

点群データの主な取得方法: 現在、点群を取得する方法には様々なものがあります。

• 地上型3Dレーザースキャナーによる計測: 三脚に据え付けた回転式のレーザースキャナー機器で周囲360°をスキャンし、建造物や地形の点群データを取得します。非接触で高速に周囲の形状データを記録でき、高精度な3D測量が可能です。

• 航空レーザー測量（UAV搭載LiDAR）: ドローンや小型無人機にLiDARレーザースキャナーを搭載し、空から地表をレーザー計測して点群を取得します。広範囲の地形測量や森林計測など、人が立ち入れない場所のデータ取得に有効です。

• 写真測量（フォトグラメトリ）: ドローンや一眼カメラで対象物を様々な角度から撮影し、得られた複数の写真画像を解析して点群化する方法です。専用ソフトで画像から特徴点をマッチングさせて3D形状を再現します。カラー写真から生成するため、点群に色情報を付加できる利点もあります。

• 移動型計測（MMS: モバイルマッピングシステム): 車両にレーザースキャナーやGPSを搭載し走行しながら周囲の点群を取得する方法です。道路網や市街地の広範囲な3D測量に活用されています。

• その他の手法: ハンディ型の3Dスキャナーで近距離から計測したり、水中ドローン・水中スキャナーで水中地形の点群を取得することも可能です。近年はスマートフォン内蔵のLiDARセンサーでも簡易的な点群計測が行えるようになっています（詳細は後述）。

3D測量とは何か（従来測量との違い・手法・機器例）

3D測量とは、上記のようなレーザースキャナーや写真測量技術を用いて空間の形状を3次元的に計測する測量手法です。従来の測量がトランシットやGPS測量機で地物の点を一つずつ測り、2次元の図面や断面図を作成していたのに対し、3D測量では一度の計測で空間全体の膨大な点群データを取得し、立体的なモデルとして現場を記録できる点が大きな違いです。例えば、地上型レーザースキャナーを使えば、短時間で数百万点にも及ぶ測点を取得でき、地形や構造物の細部まで網羅したデジタルデータが得られます。これにより、後から任意の断面を切ったり、必要な寸法を計測したりといった分析が自由自在に行えるようになります。

3D測量に用いられる代表的な機器には、据え置き型の3Dレーザースキャナー（例: トプコンやライカ社製のTLS）、ドローン搭載型のレーザースキャナー、高解像度カメラによるフォトグラメトリ用ドローンなどがあります。最近では、一部の高性能スマートフォンに搭載されたLiDARで簡易3D測量を行う例や、車載型・ロボット搭載型のスキャナーも登場しています。こうした3D測量のメリットとしては、非接触で計測可能なため危険な高所や立ち入り困難な場所のデータ取得が安全に行えること、そして取得した形状データをデジタル記録して繰り返し解析・利用できることが挙げられます。一方で、点群データは見通しの良い範囲しか取得できないため、死角となる部分は機器の位置を変えて複数回スキャンしデータを合成する必要があります。

i-Constructionとは何か、その背景と目的

i-Construction（アイ・コンストラクション）とは、2016年（平成28年）から国土交通省が推進している建設業界の生産性革命プロジェクトの一つで、調査・測量から設計、施工、検査、維持管理に至るまで建設プロセス全体にICT（情報通信技術）を導入して生産性向上を図る取り組みです。背景には深刻な人手不足と高齢化による建設現場の労働力減少、いわゆる「3K（きつい・汚い・危険）」な職場環境で若年層の入職が伸び悩む現状があります。さらに2024年4月から建設業にも時間外労働の上限規制（2024年問題）が適用され、長時間残業に頼った工期対応ができなくなるため、デジタル技術による生産性改革は待ったなしの状況です。

国土交通省はこうした課題への対応策としてi-Constructionを推進し、2025年度までに建設現場の生産性を2割向上させる目標を掲げています。さらに将来を見据え、2040年までに建設現場の省人化を3割（生産性1.5倍）向上させることを目指す「i-Construction 2.0」方針も打ち出されています。i-Constructionの下では、3次元データの利活用や建機オートメーションなどが重要テーマとなっており、中でも点群データの活用は柱の一つです。実際、国交省は測量・設計から施工、検査、維持管理に至るあらゆる工程で点群データの活用を推奨しており、出来形管理図書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。例えば道路工事では、完成した道路の形状を丸ごと点群データで記録しておけば、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「今」を高精度に残せる点群技術は、現実空間の仮想コピーであるデジタルツイン実現の基盤技術としても期待されており、国の後押しもあって建設業DXの中心的存在となりつつあります。

点群×3D測量の現場活用方法

3D測量で取得した点群データは、建設・土木の現場でさまざまな用途に活用されています。以下に主な活用シーンを挙げ、その具体例を紹介します。

• 測量（地形計測・土量管理）: 工事前後の地形をドローン写真測量やレーザースキャンで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から生成した施工前後の点群同士を重ねれば、地形の差分から自動で土量を計算でき、従来より迅速かつ効率的な数量管理が可能です。起工測量や出来高管理にも点群を用いることで、人力による断面測量の手間を減らしつつ精度の高い測定が行えます。

• 出来形管理（施工後の品質検査）: 施工完了後の構造物や地盤の形状を点群計測しておけば、路面の平坦性や構造物の仕上がり状態を面的に検証でき、品質管理の精度が向上します。従来は限られた測点データから推測していた出来形確認も、点群上で厚み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を防止できます。近年では点群データから出来形検査結果を自動で帳票化するシステムも登場しており、検査報告書作成にかかる時間も短縮されています。

• 施工検査・維持管理: 橋梁やトンネル等のインフラ点検にも点群技術が活躍しています。定期点検時に構造物全体をスキャンしてデータを残しておけば、次回点検時に過去の点群と比較して変位量の差分を定量評価でき、健全度評価の精度向上につながります。コンクリート構造物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。さらに最近ではAIを活用して点群から劣化兆候を自動抽出する研究も進んでおり、将来的な維持管理業務の省力化・高度化が期待されています。施工中の検査業務でも、現場の点群を設計BIMデータと照合して鉄筋位置やコンクリート打設厚の過不足をリアルタイム検知するといった活用が可能となりつつあります。実際、点群とBIM設計データを即時に比較して出来形が設計基準に合致しているか確認したり、進捗状況の即時チェックや配筋・打設検査で異常を検知するといった試みも行われており、品質・工程管理の効率化と安全性向上に寄与しています。

• 遠隔管理（情報共有・リモート監督）: 点群データはデジタルデータなのでインターネットやクラウドで共有しやすく、距離を超えた現場管理を可能にします。例えば現場で取得した点群や360度写真をクラウド上にアップすれば、離れた事務所や発注者とも即座に3Dデータを共有でき、遠隔地からでも現場状況を詳細に確認できます。実際に、点群データやVR技術を活用して、本社オフィス側で仮想的に現場を巡回しながら施工管理を行う事例も登場しており、担当者の移動時間を大幅に削減できたと報告されています。このように点群を用いれば現場に行かずとも「見る」ことができ、複数拠点間での情報共有や意思決定がスピーディーになります。加えて、災害発生直後に被災現場をドローンで点群計測し、そのデータを即座に関係機関と共有することで、被害範囲の把握や初動対応の協議を遠隔で迅速に行うといった活用も可能です。

導入による効果（省力化・精度向上・見える化・遠隔施工・記録性）

点群技術の導入により、建設現場の業務には次のような効果が期待できます。

• 省力化（人手の削減）: 従来は多数の人員や時間を要していた測量・検査業務が点群活用で効率化され、作業時間の短縮と人件費の削減につながります。例えば、図面と手作業で行っていた土量計算も点群比較で自動化され現地ですぐ完了するようになれば、測量担当者の負担が大幅に減ります。また、危険箇所の計測を遠隔機器で行えば作業員の安全確保にもなり、加えて点群データ共有によるリモート会議で現地出張の回数を減らすことで移動時間・コストの節約効果も得られます。

• 精度向上: 点群は現場の形状を隅々まで高密度に記録できるため、従来の点測量では得られなかった詳細な情報まで把握できます。これにより出来形管理や数量算出の精度が飛躍的に向上し、手戻りや見落としのリスクが低減します。また、点群データを3次元設計データと突合することで、わずかな施工誤差も早期に発見でき、品質不良の是正を的確に行えます。精密なデータに基づく判断によって現場施工の品質保証レベルが底上げされる効果は計り知れません。

• 見える化（ビジュアル化）: 文字や図面だけでは伝わりにくかった現場の状況も、点群の3Dモデルを用いることで直感的に「見える化」できます。完成形の点群モデル上で施工の出来を色分布（ヒートマップ）表示すれば、一目で高低差や厚みの偏差を把握できるようになります。点群をVRやARで活用すれば、現場にいなくても仮想空間で実寸大の構造物を確認したり、設計図と完成形を重ね合わせて課題箇所を視覚的に検討したりすることも可能です。これは発注者や地域住民への説明にも有効で、3Dビジュアルによって合意形成や理解促進が円滑になります。

• 遠隔施工（リモートオペレーション）: 点群などの3Dデータは、建機の自動制御や遠隔操作にも活用されています。ICT建機（マシンコントロール搭載ブルドーザ等）は設計データをもとに自律的に整地作業を行いますが、施工中にドローンやLiDARで取得した点群データをリアルタイムで現場外に送信すれば、離れた場所から専門技術者が進捗を監視しつつ施工機械を遠隔支援・制御するといったことも可能になります。将来的には、作業現場に配置したロボットやドローンが自動で現況をスキャンし続け、施工管理者がオフィスからそのデータを見ながら建機を操作・指示するといった完全遠隔施工も視野に入っています。遠隔施工が実現すれば、危険な現場に人が立ち入る必要が減り、安全性が飛躍的に向上するとともに、ベテラン技術者が都市部から地方の現場を支援できるようになるなど、人材活用の幅も広がります。

• 記録性（デジタルアーカイブ）: 点群データは時点ごとの現場状況を丸ごとデジタル記録する手段として非常に優れています。完成時の点群データを保存しておけば、たとえ紙の図面や写真が手元になくとも精密な現況3Dモデルを再現でき、将来の増改築やメンテナンス計画に役立てることができます。施工中の出来事も点群で逐次記録しておけば施工履歴として残り、トラブル発生時の原因究明や工程管理の検証資料ともなります。また、災害直後の被災現場を点群計測して保存しておけば、災害アーカイブとして復旧工法の検討や防災計画の教材など二次利用することも可能です。このように点群データの記録性を活かすことで、「記録して終わり」ではなく将来の様々な場面で貴重な情報資源として活躍します。

以上のように、点群データを導入すれば従来より「速く・安く・安全に・高品質な」業務遂行が期待できます。データ容量の大きさや専門ソフトの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メリットが得られるでしょう。

導入の課題と克服策（コスト・データ量・スキル）

新しい技術を現場に導入する際には様々な不安や課題がつきまといます。点群技術の場合も、「本当にうまく使いこなせるか」「初期費用が高額ではないか」「データが重すぎて扱えないのでは」などの声がよく聞かれます。ここではコスト面、データ量・機材面、技術スキル面の主な課題と、その克服策のヒントを整理します。

• コストの課題: 高性能な3Dレーザースキャナーや測量用ドローンは導入に数百万円規模の投資が必要で、「費用が高くハードルが高いのでは」と心配されがちです。しかし近年は、写真測量用ソフトウェアやスマートフォンのLiDAR機能など低コストで始められる手法も登場しています。例えばドローン写真測量に必要な市販ドローンと解析ソフトは比較的安価で、スマホの3Dスキャンアプリなら追加機材なしで点群計測を体験できます。また必要に応じて計測機材をレンタルしたり、専門業者に計測作業だけスポット依頼するといった段階的導入も可能です。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回収は十分見込めますし、実際従来は高価だった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。さらに最近ではクラウド型の点群処理サービスも登場しており、例えばオンライン点群処理ソフト「ScanX」は月額3万円から利用可能で初期投資を大幅に抑えられるため、中小企業やICT初心者でも導入のハードルを下げられると注目されています。高価な専用機材やソフトを買い揃えなくても済むため、長期的なランニングコストも軽減できます。

• データ量・処理の課題: 点群データは非常に膨大な情報量を含むため、ファイルサイズが大きくPC負荷も高いという問題があります。国土地理院が公開する航空レーザー点群データでも、1ファイルが数百MB～数GBに達するほどで、高密度な点群ほど保存・処理に大容量ストレージや高性能コンピュータが必要になります。また、点群処理ソフトの操作や大量データの管理に不慣れだと「扱いきれないのではないか」という不安も生じます。しかしこの点も、近年は技術進歩で解決が進みつつあります。データ処理については前述のクラウドサービスを利用することで、ローカルPCに高いスペックを求めずに大量点群の解析が可能です。また、KDDI総合研究所が開発した点群圧縮技術（国際標準規格G-PCC）では、点群データをリアルタイム伝送できるほど高圧縮することに成功しており、今後は現場⇔クラウド間で大容量データをやり取りするハードルも下がっていくでしょう。さらに点群処理ソフト自体も年々改良が進み、PCのメモリ不足を防ぐために不要点の間引きやスワップ処理を自動で行う機能など、大規模点群を効率よく扱う工夫が盛り込まれてきています。適切なデータ圧縮・分割やクラウド活用を取り入れることで、「データが重い」という課題はかなり緩和できるはずです。

• 操作スキル・人材の課題: 「高度な専門知識がないと点群は扱えないのでは？」という懸念もよく聞かれます。確かに一昔前の3D計測機器やソフトウェアは専門技術者向けで操作が難しいものもありました。しかし現在の測量機やソフトはユーザーインターフェースが洗練されており、直感的に扱え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ボタン操作中心の設計で、難しい設定を意識せずとも誰でも短時間で基本機能を習得できるよう工夫されています。メーカーや販売代理店による講習会・マニュアル・サポート窓口も充実しており、導入初期の立ち上げを手厚くフォローしてもらえます。社内体制としては、若手とベテランがペアになって現場で試行しながら覚える、勉強会で情報共有するといった地道な取り組みが効果的です。デジタル世代である若手社員は3Dデータ操作への抵抗が少ない場合も多いため、彼らを中心にノウハウ展開するのも一案でしょう。経営層には国交省の方針や他社の成功事例を示し、生産性向上に不可欠な投資であると理解してもらうことも重要です。最初は試行錯誤かもしれませんが、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。また将来的には点群活用スキルが当たり前になると予想されるため、早めに経験を積んでおくこと自体が人材育成のプラスになります。「まずは小規模な現場で試してみる」ことから始め、徐々に社内標準として根付かせていきましょう。

国内事例紹介（ゼネコン・中小企業・自治体）

点群や3D測量技術は、日本国内で大小様々な組織によって導入が進んでいます。ここでは大手ゼネコン（総合建設業）、地方の中小建設企業、自治体（行政機関）の3つの視点で事例を紹介します。

• 大手ゼネコンの事例: 大手建設会社ではi-Constructionの流れも受けて積極的にICT施工や点群技術を実践しています。例えば清水建設株式会社では、北海道のトンネル工事現場において四足歩行ロボットやドローンにLiDARスキャナーを搭載し、坑内の3D点群データを人工衛星経由の通信で東京都内の遠隔拠点へリアルタイム伝送する実証実験を行いました。小型軽量のエッジコンピュータ上で点群データを約1/20に圧縮することで、従来は遠隔確認まで数時間かかっていたデータ伝送が10秒以内に短縮されています。将来的にはこのようなロボット・ドローンを遠隔操作または自動運転させることで、人が現場に行かずとも施工管理や監視・検査を行えるようにする狙いです。実際、本実証では現場から即時に送られる点群データを設計BIMデータと照合して出来形管理を行うことや、進捗確認・鉄筋検査での異常検知などを試みており、品質・進捗管理の効率化と安全性向上に大きな手応えを得ています。このように最先端の技術を駆使することで、デジタルとリアルを融合させた新たな施工管理手法が現実のものとなりつつあります。

• 中小企業の事例: 地域密着型の中小建設会社や測量会社でも、DX推進の一環で点群技術の導入が進んでいます。例えば長野県千曲市の市川総業有限会社では、創業から約40年の土木工事会社ながらICT技術の活用にいち早く着手し、導入後わずか1年あまりで全現場の8割以上にICT施工を適用、約20%の省力化効果を実現しました。ドローン測量や3D設計データの活用によって重機オペレーターの作業負担が減り、出来形管理も効率化されているとのことです。また、大阪市の測量会社株式会社フェイスフルではドローンや3Dレーザースキャナーを導入し、新人の若手技術者が中心となって3D測量サービスを事業の新たな柱に育てています（同社は境界測量や不動産登記を扱う土地家屋調査士事務所でもあり、3D活用で業務範囲を拡大）。このように、中小企業でも若い力とアイデアで点群データを武器に事業効率化やサービス拡充に成功している例が増えてきました。

• 自治体の事例: 国や自治体もインフラ維持管理や防災分野で点群データを活用し始めています。例えば埼玉県県土整備部では、職員自らが点群処理を習得して業務に活かすべく、2022年に本庁舎で3D点群処理システム「TREND-POINT」の操作研修会を開催しました。これは県内土木事務所へのソフト配備に伴う研修で、職員自らドローンやレーザースキャナで取得した点群を使いこなせるようにする取り組みです。埼玉県以外にも、多くの自治体が道路橋梁の点検で3Dレーザースキャンを試行導入したり、災害時の被害状況記録にドローン点群を活用したりし始めています。国土地理院では全国のレーザ測量点群を公開データとして提供しており、防災計画や都市計画への利活用も促進されています。こうした行政側の取り組みは、点群技術の標準化・普及を後押しし、地域全体のDX推進に寄与しています。

今後の展望（制度動向・スマホ活用・AI・ロボット連携など）

点群技術を取り巻く環境は日々進化しており、今後さらに活用の幅が広がることが予想されます。最後に、制度面の動向、スマートフォン活用の進展、そしてAI・ロボットとの連携という観点で今後の展望をまとめます。

• 制度面: 国土交通省は今後もi-Constructionの深化と普及を図り、BIM/CIM（3次元モデル活用設計・施工）の全面的導入を進めていく方針です。2023年度以降、原則として大規模な公共工事ではBIM/CIMの活用が求められ、出来形管理要領や電子納品要領も3次元データ前提に改訂が進んでいます。つまり数年後には、点群データや3Dモデルで成果品を提出するのが当たり前という時代がやってくるでしょう。さらに、デジタル庁や経産省なども交えた官民連携プロジェクトにより、建設分野のデジタルツイン基盤整備や標準データ形式の策定などが進行中です。制度・基準が整えば、異なる現場・企業間でも点群等のデジタル情報をシームレスに活用できるようになり、業界全体のDXが加速すると期待されます。

• スマホ測量の本格化: スマートフォンの活用は現場DXの大きな追い風です。近年の高性能スマホにはLiDARセンサーが搭載されており、専用アプリを使うだけで手のひらの中で手軽に点群スキャンが可能になりました。LiDAR非搭載機種でも、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3D点群化できます。精度や計測範囲では専用機材に及ばない面もありますが、「手持ちのスマホですぐ始められる」手軽さは大きな魅力で、点群技術の入門や小規模計測には十分実用的です。さらにスマホ活用の最先端として、スマホに装着する小型高精度GNSS受信機とクラウドサービスを組み合わせた「LRTK」というソリューションも登場しました。スマホ内蔵のLiDARでスキャンしながら、この受信機で取得した位置情報をリアルタイムに付与することで、センチメートル級精度の3D点群をその場で取得・即時活用できる画期的な仕組みです。例えば基準点さえ設定しておけば、スマホをかざして構造物の周囲をぐるりと歩くだけで緯度経度や標高付きの点群モデルが即座に生成されます。取得中にスマホ画面上で点群がリアルタイム表示されるため、取り漏れがないか現場で確認でき、取得後すぐスマホ上で距離や面積測定・体積計算といった解析も行えます。さらに計測データは自動でクラウド同期されるため、事務所PCで詳細分析を行ったり関係者と共有するのも容易です。準天頂衛星（QZSS）の提供するセンチメータ級補強サービス（CLAS）にも対応しており、山間部など通信圏外でも数cmの測位精度を維持できます。ポケットに収まるスマホ＋小型デバイスだけで従来の据置型GNSS測量機に匹敵する精度が得られる時代が目前に迫っており、誰でも高精度3Dスキャンを行える環境が整いつつあります。このような手軽で安価な技術の普及によって、点群導入のハードルはますます下がり、現場DXへの第一歩を踏み出す企業・団体が今後飛躍的に増えていくでしょう。

• AI・ロボットとの連携: 点群データとAI（人工知能）・ロボット技術の融合も、今後の注目ポイントです。AIの分野では、先述のとおり画像認識による劣化検知や点群の自動分類などの研究開発が活発で、将来的には膨大な点群データの解析作業をAIが代行し、人は結果を判断するだけというスタイルが主流になるかもしれません。例えば、トンネル点検時に取得した点群＋画像データからAIがひび割れや変状箇所を瞬時にマーキングし、点検報告書を自動生成するといったことも技術的に視野に入っています。ロボットとの連携では、建設現場への自律飛行ドローンや四足歩行ロボットの導入が現実味を帯びてきました。これらのロボットにLiDARを搭載し現場を巡回させれば、人が夜間や危険箇所に赴かなくても定期的な点群計測が可能です。取得されたデータは即座にクラウド送信され、遠隔地の監督者が確認・指示を出せます。現時点でも、特定のエリアを自動航行して進捗状況をスキャンする施工管理用ドローンや、トンネル内を歩いて点群計測を行うロボットの試験導入事例があります。通信衛星や5Gと組み合わせればリアルタイムで大量の3Dデータをやり取りできるため、将来はリアルタイムな現場のデジタルツインを遠隔地で見ながらAIと人間が協調して施工を進める、といった未来像も描かれています。国土交通省も「i-Construction 2.0」で2040年までの建設現場オートメーション化を掲げており、AI・ロボットと点群データの融合によるスマート施工は今後ますます加速していくでしょう。

おわりに: 点群データと3D測量は、建設・土木分野における現場DX（デジタルトランスフォーメーション）の切り札とも言える技術です。初めての方でも、まずはできる範囲で実際に点群計測・活用を体験してみることをおすすめします。その利便性を肌で感じれば、作業効率の劇的向上や新たな施工管理手法の可能性がきっと見えてくるはずです。点群を現場DXへの第一歩として積極的に活かし、デジタル技術を「味方」にすることで、これからの建設現場はよりスマートで創造的なステージへと進化していくでしょう。（以上）