ゼロからわかる点群活用｜施工管理・進捗・出来形の改善法

ICT初心者の現場監督や中小建設会社の技術者、自治体インフラ担当者でもわかるように、点群データ（ポイントクラウド）の基礎から活用方法までを解説します。点群技術は近年建設業界で注目を集めており、施工管理・進捗管理・出来形管理の各業務において生産性向上や品質改善に寄与しています。本記事では、点群データの定義や取得方法から、具体的な活用シーン、導入事例と効果、さらに初期導入時のポイントまでを平易な言葉で紹介します。

点群データとは何か？（定義と特徴）

点群データ（ポイントクラウド）とは、物体や地形の表面を多数の「点」の集まりとして表現した3次元データです。各点には空間上の位置を示すXYZ座標値が含まれ、写真測量を組み合わせればRGB（色）情報も持たせることができます。建物や地形を点群化すると、無数の測定点によって形状がコンピュータ上に再現され、まるで写真のような3Dモデルになります。このように現実空間をありのまま高密度な点でデジタル記録できるのが点群データの大きな特徴です。従来は測量士が限られた点を一つずつ計測して図面化していましたが、点群技術を使えば対象物全体を面的に一度で取得できます。例えばレーザースキャナーなら短時間で広範囲に数百万以上の測点を非接触で取得でき、複雑な地形や大規模構造物でも効率的に形状記録が可能です。得られた点群データは現実の3D写真ともいえる詳細記録となり、建設分野では現場のデジタルツイン（現実空間を仮想空間に再現する技術）を実現する基盤として注目されています。

点群データの取得方法（LiDAR・写真測量・ドローン・スマホ）

では、点群データはどのように取得するのでしょうか。主な手法として 3Dレーザースキャナー（LiDAR）、写真測量（フォトグラメトリ）、ドローン空撮、スマートフォンのLiDAR などが挙げられます。それぞれの概要と特徴は次の通りです。

• 3Dレーザースキャナー（LiDAR）: レーザー光を対象に照射し、反射して戻る時間や角度から距離を測定して点群を取得する手法です。地上据置型（三脚設置）、車載型（モバイルマッピングシステム）、航空機搭載型（航空レーザ測量）など種類があり、高速かつ高精度に膨大な点を収集できるのが利点です。最新のLiDAR機器では毎秒数十万点規模の測距が可能で、短時間で非常に高密度な3Dデータを取得できます。またレーザー計測は夜間や暗所でも使用でき、太陽光の影響を受けにくい安定した測定が可能です。反面、機器本体や運用コストが高価である点には注意が必要です。

• 写真測量（フォトグラメトリ）: 一般のデジタルカメラで対象物を様々な角度から多数撮影し、重複した写真画像の特徴点をコンピュータで照合して3次元形状を復元する方法です。特別な測量機器が不要で低コストに始められるのが利点で、取得した画像から各点に色情報（RGB）も付与できるため見た目にも直感的な点群データが得られます。建物外観の記録や設備の寸法計測など、カメラとPCソフトだけで手軽に3Dモデル化できる点で魅力的です。ただし精度の高い結果を得るには十分な枚数の写真撮影や綿密な撮影計画が必要で、撮影後のデータ処理にも時間を要する場合があります。

• ドローン空撮（写真測量による点群化）: ドローン（無人航空機）にカメラやLiDARを搭載し、上空から広範囲を計測する方法です。特にカメラで空撮した多数の写真をフォトグラメトリ処理して点群化する手法が普及しています。ドローン測量の最大のメリットは広大なエリアを短時間で取得できることです。人が1日かけて測量する面積をドローンなら数十分程度で網羅でき、上空から俯瞰することで複雑な地形や造成現場もムラなくデータ化できます。例えば土工事において、工事前後に現場を空撮して得た点群同士を比較すれば正確な盛土・切土量（出来高）を算出でき、従来より効率的な土量管理が可能です。国土地理院や自治体でも公共測量にドローンを取り入れ、地形図作成や出来形検査を迅速化しています。ただしドローン運用には天候条件や航空法に基づく飛行許可の取得など留意点もあります（強風・降雨時は飛行不可など）。近年は自動航行技術の進歩で運用ハードルも下がりつつあります。

• スマートフォン活用: 最近ではスマホ内蔵のLiDARセンサーを使って手軽に点群計測を行う方法も登場しています。例えば2020年発売のiPhone 12 Pro以降にはLiDARが標準搭載され、これにより点群計測のコストが大幅に低下しました。専用アプリを用いてスマホをかざせば、数メートル範囲の点群データをその場でリアルタイムに生成できます。取得した点群に高精度GPS情報を付与すれば位置精度も向上可能です。従来は高額な機器が必要だった3Dスキャンが身近なスマホで誰でも扱えるようになりつつあり、実際「スマホで測れるならやってみよう」と若手技術者を中心に急速に現場へ広がっています。スマホ＋簡易デバイスで開始できる手軽さから、中小建設会社でも点群技術を導入しやすくなっています。

施工管理における点群活用

施工中の現場管理に点群データを活用することで、従来の写真や図面では難しかったリアルタイムな現況把握や省力化が実現します。具体的な活用例をいくつか見てみましょう。

• 現況把握と品質チェック: 工事の各工程で定期的に現場を3Dスキャンしておけば、進捗状況の把握や品質チェックを効率的に行えます。例えばコンクリート構造物を打設直後に点群計測し、事前に用意した設計の3Dモデル（BIMデータ）と重ね合わせて比較することで、構造物の位置や形状が図面どおりか一目で確認でき、ズレがあれば早期に発見して修正可能です。このように点群を用いた即時検証によって手戻り防止と品質確保につながります。

• リモート施工管理（遠隔監督）: 現場で取得した点群データはクラウド上に共有することで、離れた場所からでも臨場感ある3Dの現場状況を確認できます。これにより担当者が毎回現地に赴かなくても進捗を把握でき、移動時間の大幅削減が可能です。実際、大規模工事で清水建設が行った「現場に行かない施工管理」では、本社からの往復4時間の現場巡回が30分のオンライン確認で済むようになり、移動のムダを削減して労働生産性を8倍に向上させました。点群データや360度写真、BIMモデルをクラウドで共有するこの取り組みは国土交通省の*i-Construction大賞*も受賞しています。

• 危険箇所の安全確認: 点群計測は危険な場所での作業安全確保にも役立ちます。急斜面や災害直後の危険な現場でも、人が近づかずにドローンや長距離LiDARで遠隔計測すれば、安全に現況を記録できます。例えば崩落の恐れがある斜面を上空から点群化して土砂の崩壊量を把握したり、交通量の多い道路では車載型LiDARで走行しながら路面を測量して人が車道に立ち入らずに済む、といった使い方が可能です。このように点群技術により人が立ち入れない危険箇所もデータ取得でき、二次災害防止や労働災害のリスク低減に繋がります。

進捗管理への応用

工事の進捗管理にも点群データは大きく貢献します。出来上がりつつある構造物の状態を3次元データで可視化することで、関係者全員が現在の進行状況を直感的に把握でき、工程の調整・管理がスムーズになります。

• 進捗状況の見える化と工程管理: 施工中に定期的に取得した点群をプロジェクトの3Dモデルに取り込み、出来高（施工済み部分）を色分け表示することで、どこまで作業が進んだか・あとどれくらい残っているかをひと目で把握できます。管理者にとって進行状況が明確になるため、工程の遅れや余裕を早期に検知して計画を調整しやすくなり、工程管理の精度向上につながります。実際、ある道路拡幅工事では日々のドローン計測による点群をCIMモデルに反映して進捗を可視化し、的確な工程管理を実現しています。

• CIMモデルとの連携: 点群データをCIM（Construction Information Modeling：土木分野のBIM）モデルと統合することで、設計から施工まで一貫した3D情報共有が可能になります。例えば着工前にドローン写真測量と地上LiDARで現況の地形点群を作成し、その上に設計3Dモデルを重ねれば、計画段階で掘削範囲や盛土高のシミュレーションができます。施工中も点群付きCIMモデル上で重機オペレーターに完成形を3D表示して直感的に施工範囲を示す、といった活用が現場で行われています。さらにタブレットのAR機能で実景に完成予想モデルを重ねて発注者や住民に説明するなど、点群＋CIMで合意形成や進捗共有が円滑化する事例もあります。このように点群データとCIMを組み合わせることで、進捗管理のみならず施工計画の事前検討や関係者への情報提供まで、幅広くコミュニケーションと管理の高度化に寄与します。

出来形管理への応用

出来形管理とは、工事完了後に出来上がった構造物や地形が設計どおりか検証し記録するプロセスです。点群技術の導入によって、この出来形管理も大きく効率化・高度化されています。

• 出来形検査の精度向上: 従来、完成構造物の出来形検査では一部の測定点について設計値との差をチェックする程度でしたが、点群を使えば構造物全体を対象に詳細な出来形検査が可能です。例えば道路工事では、仕上がった路面全体をドローン写真測量や地上レーザースキャンで点群化し、設計の3Dモデルと重ね合わせて路面厚さや高さの差を面的に解析できます。限られた検測点だけでなく面全体で品質を評価できるため管理精度が向上し、ミスの見逃し防止につながります。また取得した完成形の点群データは詳細なデジタル記録として保存でき、国土交通省の要領でも出来形管理で取得した点群の完成図書（電子納品）への活用が推奨されています。将来、古い構造物の図面が残っていない場合でも、完成時点の点群があれば正確な現況図や3Dモデルを後から作成可能で、維持管理資料としても役立ちます。

• 出来高算出・数量管理: 点群データは出来高（工事数量）の把握にも威力を発揮します。工事前後で取得した地形の点群を比較すれば、切土・盛土量や掘削土量といった出来高数量を正確に算出できます。例えばダムや造成工事で、着工前の地形点群と完成後の点群との差分から搬出入した土量を自動計算するといったことが可能です。従来の手作業による断面比較より迅速かつ高精度で出来高を算定できるため、出来高払いの精算や数量報告の業務負担を大きく軽減できます。また出来形検査と併せて数量データも同時に取得できる点群技術は、品質管理と出来高管理の一体化にも寄与します。

• 設計データとの比較検証: 完成した構造物の3D点群を設計データ（BIMモデルや図面データ）と直接重ね合わせて比較できるのも大きな利点です。トンネル工事の例では、掘削直後にトンネル内空断面をレーザースキャンし、設計のトンネル断面形状と突き合わせることで、どの位置が何センチ掘り過ぎ（オーバーブレイク）または不足（アンダーブレイク）か全面的に把握できます。従来は暗く粉じんの多いトンネル内で限られたポイントを人力計測していたため見落としのリスクがありましたが、点群比較により誤差なく隅々まで検証でき、補修や追加施工が必要な箇所を確実に洗い出せます。このように設計データとの比較検証を行うことで、出来形が設計どおりか客観的かつ詳細に証明でき、発注者検査の迅速化や品質報告の説得力向上にもつながります。

実際の導入事例と得られた効果

実務で点群技術を導入した現場では、精度向上・時間短縮・省力化・安全性向上など多方面の効果が報告されています。ここでは代表的な効果を紹介します。

• 精度向上: 点群計測により従来よりはるかに詳細・高精度な現場データが得られます。手作業測量に比べ誤差を最小限に抑えられるため、工事全体の品質向上にも直結します。例えば既述のように路面全体の高さを点群で検査すればごく小さな凹凸も検知できますし、トンネルの過掘り・不足もミリ単位で把握できます。これにより品質不良の見逃し防止や追加工事の削減が期待できます。

• 時間短縮: 広範囲の現場状況を短時間で取得できるため、大幅な工期短縮や業務時間削減が可能です。ドローン空撮なら一日仕事の測量が数十分で終わるケースもありますし、遠隔施工管理を導入すれば移動時間も削減できます。実際に清水建設の事例では、本社からの現場巡回にかかっていた往復4時間がオンラインで30分に短縮され、約8倍の効率化を達成しました。

• 省力化: 点群技術は人手不足の解消策にもなります。人海戦術で行っていた測量・検査を機械計測に置き換えることで、少人数でも広い現場を管理できます。例えば従来は測量班が何日もかけて取得していた地形データも、今や担当者1人がドローンを飛ばして半日で収集するといったことが可能です。さらに一度点群を取得しておけば、オフィスで追加の測定ができる（“現場をまるごと持ち帰る”発想）ため再調査の手間も削減できます。熟練測量技術者が不足していても、扱いやすい3D計測ツールを導入すれば将来的な担い手不足を補う手段ともなります。

• 安全性向上: 危険を伴う作業を置き換えることで労働災害リスクを低減できます。高所や傾斜地での測量を人力で行う必要が減り、離れた安全な場所からデータ取得が可能です。例えば崩壊の恐れがある斜面も人が接近せずにドローン点群で状況把握でき、交通量の多い道路上の測量も車両搭載LiDARで代替できます。災害直後の被害調査でも、二次災害の危険がある被災地に人を派遣する前に上空から点群計測する取り組みが広がっており、作業員の安全確保に大いに寄与しています。

初期導入時のポイント

点群技術を現場に導入する際には、闇雲に機器を買ってくるだけでは上手くいきません。導入機材の選定からデータ管理、ソフトや人材の準備まで、慎重に検討すべきポイントが多々あります。以下に、初めて導入する際に押さえておきたい主なポイントをまとめます。

• 適切な機材選定とスモールスタート: まず導入目的に合った機材を選ぶことが重要です。測量範囲や要求精度を明確にし、性能が過剰すぎる機材は避けましょう。高価な大型レーザースキャナーをいきなり購入するとコストに見合わない可能性もあるため、まずは手持ちのスマートフォンや市販ドローンなど身近で安価な機材から始めるのがおすすめです。最近はスマホ＋アプリで簡易点群を取得できるので、小規模な現場で試行し効果を確認してから本格導入する企業も増えています。機器購入が不安な場合は、レンタルや測量サービスへの外注で安価に点群データを取得してみる方法もあります。このように小さく始めてノウハウを蓄積し、必要に応じて本格的な機材導入へステップアップすると良いでしょう。

• データ容量とソフト環境の整備: 点群データは非常にファイルサイズが大きくなる場合があります。広い現場を高頻度でスキャンすれば、単一プロジェクトでも数GB～数十GBのデータを扱う可能性があります。そのため高性能PCや十分なストレージを用意しないとデータ処理が滞るおそれがあります。クラウドで点群データを共有する場合はネット回線の速度・安定性も重要です。また取得した点群を活用するためのソフトウェア選定も欠かせません。点群処理ソフトやBIM/CIM連携ソフトなど多種ありますが、事前に主要ソフト間でデータ互換性（インポート/エクスポート）を確認し、実際のワークフローを想定したテスト導入をしておくと安心です。フォーマット変換が上手くいかず「せっかく取った点群が活かせない」という事態を避けるためにも、ソフト環境とデータ管理方法をあらかじめ計画に入れておきましょう。

• スタッフ教育とサポート体制: 新しい計測技術を使いこなすには、現場スタッフの操作習熟やデータ活用のリテラシー向上が不可欠です。メーカーが提供する研修プログラムを受講したり、現場内で操作トレーニングを計画的に実施したりして、チーム全体で点群活用スキルを身につけましょう。特に社内に詳しい担当者（いわゆる“スーパーユーザー”）を育成できれば、プロジェクトごとのノウハウ蓄積や将来の技術継承にもつながります。加えて、導入機器の保守サポート体制も重要なチェックポイントです。高額な3Dスキャナが故障した際にサポートが手薄だと業務が止まってしまうため、購入時に保守契約の内容（修理・代替機対応やアップデート提供の頻度など）を確認し、信頼できるメーカーを選ぶことが望ましいです。万全の教育とサポート体制のもとで運用を開始すれば、点群活用の効果を最大限引き出すことができるでしょう。

以上、点群データの基礎から各種活用方法、導入時のポイントまでを解説しました。点群技術は測量・施工管理・出来形検査といった従来業務を大きく効率化し、品質と安全を向上させる建設DXの切り札です。最近ではスマホや手軽なデバイスで誰でも点群計測が行えるようになり、中小企業でも導入しやすくなっています。ぜひスモールスタートからでも現場への点群活用を検討してみてはいかがでしょうか。現場に3Dデータという「新しい視点」を取り入れることで、施工管理・進捗管理・出来形管理の改善に繋げていただければ幸いです。