ホーム テーマ DX推進 ソフト・サービス 建設用3Dプリンタを用いた公共土木工事でのオンサイトプリンティング、国内初成功|現場の工期短縮

建設用3Dプリンタを用いた公共土木工事でのオンサイトプリンティング、国内初成功|現場の工期短縮

掲載日:2022年09月27日

国道24号河原町十条交差点電線共同溝工事(発注者:国土交通省近畿地方整備局)にて、建設用3Dプリンタを開発する株式会社Polyuse (本社 : 東京都港区、代表取締役 : 岩本 卓也 / 大岡 航 以下Polyuse)は、吉村建設工業株式会社(本社 : 京都市中京区、代表取締役 : 吉村良一 以下吉村建設工業)と共に、公共工事における土木構造物を3Dプリンタを用いて国道を占用する作業帯の中で現場に直接構造物を印刷することに国内で初めて成功し、現場の工期短縮を実現致しました。

3Dプリンタによる公共工事の概要

国道24号河原町十条交差点電線共同溝工事において交差点部に位置する曲線の歩車道境界ブロック(縁石部材)を床掘りした空間内にPolyuseの開発する建設用3Dプリンタを設置し、施工箇所に直接造形しました。今回の歩車道境界ブロックは長く曲線が続くこともあり、現場に合わせた最適な部材を製造する必要性がありました。なお、本件は国土交通省近畿地方整備局管内における建設用3Dプリンタを用いた初の公共工事になります。

吉村建設工業の管理施工のもと、近隣環境や道路交通に配慮を行った上で安全な3Dプリンタ施工を実施

現地に3Dプリンタを据え付けて、直接造形物を印刷​

円弧状の縁石を施工する箇所で建設用3Dプリンタを活用して造形を実施

またオンサイトプリティング(現場施工)だけでなく、プレキャスト施工(弊社製造拠点で事前に印刷造形)も合わせた計3箇所で施工を実施しました

造形した構造物は印刷しながら左官を実施し、外見上で見える箇所のみ表面を均して仕上げました左官作業は印刷と並行して実施することでより効率化に成功しました

施工箇所への直接印刷にあたっては以下の要素が要求されましたが、Polyuseが開発する建設用3Dプリンタ、材料、周辺システムが活用できることが証明出来ました。

  • 床掘り範囲への3Dプリンタサイズの調整
  • 傾斜3%の造形環境での造形可能性
  • 造形箇所の座標設定及び3Dプリンタの移動
  • 夏の外気温下での安定した造形

床掘り範囲への3Dプリンタサイズの調整

造形場所に直接印刷するにあたって最小限のスペースで印刷造形を行う必要がありました。3Dプリンタを掘り下げ範囲の中に設置かつ必要縁石サイズを印刷していくために移動を都度行う必要もありました。
Polyuseのマシンは必要に応じてサイズを変更することができます。その仕様を活かして従来の約3300mmのX軸長を約1300mmのフレームサイズに組み替え、掘り下げ範囲内に収まる仕様に変更しました。

Polyuse製3Dプリンタによる、本施工に合わせた3Dプリンタサイズの最適化を実施

傾斜3%の造形環境での造形

3Dプリンタを据え付けて造形する本施工環境はおよそ3%の傾斜が存在し、材料を積み上げていく際に崩れてしまうリスクがあるため、模擬環境を用意し造形検証を実施しました。

本施工当日は滞りなく施工終了、今後もPolyuse製建設用3Dプリンタにおける施工有効性を実証を重ねる

造形箇所の座標設定及び3Dプリンタの移動

現地に直接造形を行うにはどの地点を印刷の開始点とするのかなど細かな確認が必要であり、調整をする必要があったため事前にPolyuseと吉村建設工業で実施方法の検討などを詳細に検討し、計測が必要な箇所などをあらかじめ決定し実施に向けて調整しました。測量はトータルステーションを使用して実施しました。

夏の外気温下での安定的造形

当日の施工に至るまで、国土交通省、吉村建設工業との連携は必要不可欠であり、入念な協議/協力を重ねました。
また今回、直射日光や雨・風といったものを遮る屋根や壁は設けず、現地での3Dプリンタ施工を行いました。外的影響を受けやすい3Dプリンタ施工ですが、Polyuseではこれまで夏や冬、雨季、屋外等々での施工や実証実験を重ねており、今回の7月の京都府での高温環境下でも十分に造形可能な調整方法の確立とその制御を行う機能の準備を行い、実施しました。

本施工による効果

本施工方法を取り入れることで2つの効果があることが判明しました。
第一に施工にかかる期間の大幅な短縮です。既製品のプレキャスト製品を運搬して設置する際と比較して、現場に直接3Dプリンタを設置して造形する方法は一区間の作業を終えるまでの期間が6割短縮されました。道路交通に影響のある工事では交通規制など往来する車、歩行者に対する影響は少なからず発生しますので、工事期間が短縮され、封鎖される日数が低減されるメリットは大きいと考えています。
工期短縮を実現した要因は基礎コンクリートと従来既製品だった縁石部材を一体成形することで、現場に直接打設し養生の期間を短縮できたことが主要因になります。

工期短縮に成功

第二の効果として任意の半径のサイズに合わせた施工が可能で、現場に準じたサイズに可変的に対応できることがわかりました。道路によって交差点の円弧の半径、弧の長さは異なるため、現場に合わせた調整が必要です。従来の現場では直線部材などを並べて設置し、隙間を埋める工法で実施していましたが、3Dプリンタではこの長さを三次元CADデータを変更することで任意の弧の半径、弧の長さに合わせて施工することが可能です。

一方で、設置する座標への合わせ込みや水平以外等の地面環境下でのマシンの移動など今後の改良点も見られ、Polyuse製建設用3Dプリンタの今後の開発の改良点なども十分に把握できました。Polyuseでは今後もより現場の施工に貢献できるように研究開発と実施工での検証を行っていきたいと考えています。

実施工を活用した効果検証の重要性

Polyuseでは、これまでもパートナー企業との対話を重視し、パートナー企業が実際行われている施工現場や持っている課題感を共有頂きながら、3Dプリンタの実利用及び効果検証を共に進めてきました。

公共工事はもちろん建設業界における3Dプリンタ施工の効果や可能性については、現状において不透明な要素も多いのは事実でありますが、今回の実施事例のようにPolyuseのパートナー企業らと共に、実際の施工を実施することにより効果や運用における最適化及び検証を進めております。

また、今後もPolyuseと吉村建設工業は引き続き国内における建設用3Dプリンタの活用事例を増やし、国土交通省をはじめとする各種発注者への事例の蓄積を実施し、新たな技術である建設用3Dプリンタを普及させ、国内外をリードする立場として邁進してまいります。

パートナー企業と歩むステップ

吉村建設工業 吉村成一 取締役

今回、3Dプリンタを用いて現場に直接、基礎コンクリートと歩車道境界ブロックを印刷することによって、従来の基礎コンクリート打設+プレキャストでの施工に比べ、2日ほど工程の短縮が実現できました。その結果、歩道の占有期間を短くでき、近隣の方への影響を低減することができました。今後も3Dプリンタが本質的に向く箇所を選定しながら、施工の自動化に向けて、Polyuseさんとタッグを組んで実証を積み重ねていきたいです。

吉村建設工業 野口聡 専務取締役

歩車道境界ブロックのような人力で持ち上げるには重いプレキャスト製品をトラックで運搬して、移動式クレーンにて設置場所近傍に降ろして、人力にて設置する作業に建設現場では多くの労力を割いています。また、この一連の作業は、指詰め足詰めなどの危険度が非常に高い作業です。一方で、曲線部の歩車道境界ブロックは既製品がなく、現場での左官にて曲線を形作らざるを得ませんでした。このような問題点を3Dプリンタが解決できるのではないかと期待をして、今回の検証のテーマを提案しました。3Dプリンタの移動方法、世界座標系と連動した3Dプリンタの位置情報の取得、材料のコストなど課題はあるものの、これまでの現場で抱えていた問題を解決できる可能性を3Dプリンタに感じております。3Dプリンタに適した構造物の形状や規模、施工場所を選定すれば、建設現場での3Dプリンタの有用性は高いと考えています。

吉村建設工業・Polyuseの集合写真(撮影時のみマスクを外しております)

建設業界の現状及び3Dプリンタ開発の背景

現在の建設業界は大きく変わろうとしています。
その背景には、2025年日本国際博覧会や社会インフラの老朽化を中心とした建設投資が拡大している状況とは裏腹に深刻な人手不足が存在しています。
建設業界の人手不足は日本経済やインフラ整備に大きく関与する問題であり、もしもの際の災害時の復旧作業や雇用創出の観点においても非常に重要な役割を担っている存在であります。

しかし、国土交通省発表資料によりますと、技能労働者約340万人のうち、今後10年間で約110万人が高齢化等により離職の可能性が高まり、若年者の入職が少ない傾向が算出されています(29歳以下は全体の約1割)

国土交通省「建設産業の現状と課題」より

更には、日本国民の生活を支える社会インフラの老朽化が急速に進んでいます。
一般的にはインフラの耐用年数は約50年と言われており、1964年の東京オリンピックの頃に整備された首都高速1号線をはじめ、高度成長期以降に整備したインフラが急速に老朽化し、今後20年間で、建設後50年以上経過する施設の割合が加速度的に高くなる見込みと国土交通省より発表されております。
社会インフラの老朽化による事故は近年大きく社会問題視されており、2012年12月の中央自動車道笹子トンネル天井板落下事故を代表に負傷者、最悪の場合は死亡者を出してしまう恐れがあります。
このように適切な補修・修繕が実施されない等により損傷程度が悪化し危険性が増し、供用することができなくなったインフラが各市区町村では深刻化しており、通行止め・通行規制が日常的に発生している例も少なくない状況が報告されています。

そのような状況等を打破する為に、2016年、国土交通省によって建設業界の生産性向上のために、ICTを取り入れた新しいプロジェクト「アイ・コンストラクション(i-Construction)」が本格始動致しました。
それにより建設会社を中心とした技術開発が行われ、建設業界における様々な工程を効率化する取り組み及び検証が現在進行形で進んでいます。

Polyuseでも、建設の実際現場におけるDX化が業界の生産性向上においては特に重要と考え、ICT建機である建設用3Dプリンタの開発を進めています。
今後も建設現場における人にしかできない生産性や重要度の高い業務へ集中する現場環境を創出し、「きつい・危険・きたない」を代表する3K領域を建設用3Dプリンタやロボット/重機での施工により、人とテクノロジーの共存施工を目指し、国や自治体、建設業界と共に実装を進めて参ります。

行政/建設業界との連携強化に伴い、仲間募集中!

Polyuseは、2021年にすごいベンチャー100(出典:週刊東洋経済)、2022年に建築をアップデートするベンチャー100(出典:日経アーキテクチュア)で選出頂いています、モノづくり系のベンチャー企業になります。

▶️3Dプリンタ建築のパイオニア!“日本初”に大使まで見学!
https://youtu.be/WXPXyBADrVw
▶️日本製3Dプリンターでつくった倉庫やサウナ、公衆トイレなど続々!
https://suumo.jp/journal/2022/08/23/189372/


Polyuseでは現在、エンジニアチームを中心に絶賛仲間を募集しています。
チームは、修士・博士出身者が多く、それぞれが自身の専門領域や責任感、建設業界をより良くする為のモノづくりを重要視する目線を持ち、常に課題を楽しむ最高のチームであることを大切にしています。
Polyuseの開発現場では、多くのパートナー企業様・大学研究機関様等と共同での事業展開を進めつつ、最先端の研究開発分野を社会実装していくことが可能です。
是非、建設業界の課題解決への強い関心と興味、そして各領域での実力・実績を兼ね備えた方と、より業界をアップデート出来るチームを作っていきたいと考えております。テクノロジーによる技術開発を通して、建設業界を変革する。というチャレンジにワクワクした方がいらっしゃれば、下記コーポレートサイトよりお問い合わせ頂ければ幸いです。
https://polyuse.xyz/recruit/

株式会社Polyuseについて

会社名     : 株式会社Polyuse(ポリウス)

所在地     : 東京都港区2-2-15 2F(開発拠点は神奈川県鎌倉市)
代表取締役  : 岩本卓也 / 大岡航
事業内容    : 建設用3Dプリンタを中心とした建設業界特化型のハードウェア、ソフトウェア、サービスの企画設計、製造、販売
設立       : 2019年6月
URL        :  https://polyuse.xyz/ 
公式Twitter  : https://twitter.com/polyuse

本件に関するお問合せ先

株式会社Polyuse 広報部
URL   :  https://polyuse.xyz/
メール  : info@polyuse.xyz

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