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小石原川ダム本体工事とICT施工
~維持管理段階も見据えたCIMの導入~
松岡義幸
仲道貴士

キーワード:小石原川ダム建設事業、ICT 施工、CIM

1.はじめに
小石原川ダムは、独立行政法人水資源機構(以下(機構)という)が、筑後川水系小石原川に建設しているロックフィルダムです(図- 1)。平成4 年に実施計画調査を開始し、平成5 年に筑後川水系における水資源開発基本計画に位置づけられ、平成15 年より建設事業に着手しました。平成16 年の環境影響評価法に基づく環境影響評価の手続き完了、平成20 年の一般損失補償基準の妥結を経て、平成28 年4 月にダム本体建設工事に着手。平成31 年度事業完了に向けて、工事の進捗を図っているところです。
本稿は、小石原川ダム建設事業の進捗状況をお伝えするとともに、事業実施に際して実装した、設計CIM、施工CIM、管理CIM、MG 機械を使用した施工並びに3 次元計測データによる出来形管理といったICT の取組みについて報告するものです。

2.小石原川ダム建設事業の概要と進捗状況
小石原川ダム建設事業は、堤高139m(九州一)、堤体積約870万m3、総貯水容量約4,000万m3のロックフィルダムの築造と、筑後川水系佐田川から小石原川への導水路を建設することにより水資源開発を行う事業であり、次の目的を有しています。
①洪水調節
 小石原川ダム地点における計画高水流量190m3/s のうち140m3/s の洪水調節を行い下流の高水流量を低減させます。
②新規利水
 福岡県南広域水道企業団、うきは市の水道用水として0.65m3/s(56,160m3/ 日)の取水を可能とするよう補給します。
③流水の正常な機能の維持
 下流既得用水の補給等、流水の正常な機能の維持と増進を図ります。
④異常渇水時の緊急水の補給
 異常渇水で危機的な状況となった場合には、備蓄した水を緊急水として補給します。

本体建設工事では、平成29 年8 月よりロックゾーン、同年10 月よりコアゾーンの盛立を開始し、平成30 年5 月12 日に、小石原川ダムの定礎式を執り行って、国や県、地元自治体や利水者などの関係者、関係住民等総勢300 名の皆様とともに、今後の工事の安全と早期の完成を祈願致しました(写真- 1 参照)。

令和元年6 月末時点の小石原川ダムの盛立て量は約871万m3であり(進捗率99.7%)、洪水吐きコンクリートの打設量は約9万1千m3(進捗率87%)となっています(写真- 2 参照)

また、延長約5㎞の導水路工事は導水トンネル部分の掘削作業を平成31 年4 月2 日に終え、両押しで進めているシールド掘削の地中接合部の処理や取水工及び放流工等の工事を進めています(写真- 4 参照)。

付替国道のトンネルは完成していますが、江川ダム貯水池を横断する付替国道1 号橋、原石山付近の2 号橋は上部工工事を実施中です(写真- 5 参照)。

朝倉総合事業所のホームページでは、ダム工事の進捗状況を見ることができるライブ映像を配信していますので、活用下さい。
(http://koishidam-cam.arksystem.jp/client/multi)

3.小石原川ダム建設におけるCIM等
3.1 CIM及びICT施工の導入
機構では、近年の著しい情報通信技術の進展を背景として、調査・設計から維持管理までの一連の段階で生産性の向上を図るi-Construction & Management を推進しています。機構として、このi-Construction & Management に本格的に取り組んだ初めての事業が、小石原川ダム建設事業です。
小石原川ダムでは、建設段階における生産性の向上と品質の確保、管理段階における維持管理業務の省力化、効率化及び操作運用・状態監視の高度化等を目的として、3 次元モデルに属性情報を付与したシステムであるCIM(ConstructionInformation Modeling / Management) を平成27 年度の本体建設工事の発注手続と並行して構築し、構造物の配置設計や景観設計、受発注者や関係者間の合意形成の効率化などに用いました。
また、小石原川ダム本体建設工事においては、3D-MG(machine guidance)バックホウによる掘削法面造成、GNSS(Global Navigation SatelliteSystem) 搭載ブルドーザを活用した薄層ストックパイルの造成、コア材の均一化を目的としたストックパイルにおける切り崩し管理、GNSS 搭載ブルドーザによるまき出し厚の確実な管理やUAV(Unmanned Aerial Vehicle)による地山測量・出来形測量を実施しています。これらICT(Information and Communication Technology)施工等で得られる情報をCIM に取り込むことで、施工情報の一元管理を行っています。

設計段階から構造物を3 次元モデル化することによって、それぞれの構造物の位置関係や干渉の程度等を立体的に確認することができるようになり、構造物の細部設計や施工計画の立案を補助することが可能となりました。また、3 次元モデル化により全体を俯瞰することが可能になったため、ダム天端や管理棟操作室等からの各構造物や管理設備等の視認性の確認、全体レイアウトや調和等の景観設計にも活用しました。

この他、今後の維持管理段階における省力化・効率化等、管理高度化を図っていくこととしています。さらには、i-Management を実現するための維持管理CIM の構築を進めているところです。

3.2 小石原川ダムのCIM
小石原川ダムでは、ダムにおける設計・施工・維持管理の一貫したCIM の構築と活用方法の検討を平成27 年度から開始し、三次元モデルに各段階(設計、施工、維持管理)で得られる属性情報を付与できるCIM モデルを構築しました。このCIM 構築は、平成29 年3 月の「CIM 導入ガイドライン(案)」(国土交通省CIM 導入推進委員会)の公表に先行する形となります。
CIM は、地形・地質の基本情報、ダム本体、洪水吐き等の構造物情報、付替道路や建設発生土受入地等、多岐にわたる情報を対象としてモデル化しています。ダムサイト及び貯水池周辺の地形情報は、三次元モデル化によって、レイヤー機能及び任意の視点場表示機能を有しており、地質情報は、グリッド単位で作成済みの地質図、岩級区分図及びルジオンマップの縦横断図をもとにパネルダイヤグラムで三次元モデル化し、ボーリングや調査横坑の位置情報、柱状図、コア写真及び横坑展開図を属性情報として関連付けてあります(図- 4 参照)。

CIM の管理・更新にあたっては、情報入力作業を担当するコンサルタント会社と機構との間にクラウド環境を整備することで、本体建設工事の施工管理状況(例えば盛立、グラウト日報等)をコンサルタント会社へ情報提供し、速やかにCIM に取り込んで情報の更新が可能な体制を構築しました。
構築したCIM を用いて、地形図と構造物情報を三次元で表示することにより、受発注者間や関係者間の合意形成に用いている他、管理施設の配置設計(構造物間の干渉状況の確認等。図- 5参照)や景観設計にも利用することで、業務の効率化を図ることができました。

施工段階においては、前出のように施工管理、品質管理、出来形管理等の各種情報を属性情報としてCIM に取り込むことにより情報の一元化を図っています。図- 6 は、コアの品質管理として、施工位置と盛立材料の含水比の管理状況に関してCIM に取り込んだ状況です。取り込んだ情報には施工位置情報が付与されており、施工段階の品質管理として活用する他、ダムの管理段階において不測の事態が生じた場合のトレーサビリティに活用することも可能となります。また、管理段階に入ってからの補修や更新などの履歴を残しておくことで、管理開始後30 年までに着手することとされているダム総合点検に必要となる情報の一元管理にも使用することが可能となります。CIM に入力している属性情報の一例を表- 1 に示しますが、ダム型式や品質管理項目に応じて入力する属性情報項目を設定することは勿論、どのようなICT 機器を用いて施工を行うか、将来の総合点検においてどのような項目が必要になるかという点も念頭に置いて、適切な項目を設定する必要があります。

3.3 ICT施工と情報の活用
CIM に入力している属性情報の多くは、ICT 施工により得られるものです。小石原川ダムのICT施工の一例を以下に紹介します。

1)UAV等の利用
既に多くの現場で活用されているICT 施工技術であるUAV を利用した測量、MG 付建設機械を使用した掘削、敷均等の施工を行っています。
なお、UAV の利用に際しては、法に基づく環境影響評価の保全対象種であるクマタカ等の猛禽類がUAV を襲う事例があったことから、専門家の指導・助言を得て、撮影範囲や撮影時間帯を設定するとともに、飛行高度を撮影地表面+約150m 以下とし、可能な限り低空で飛行させることとしました。また、操縦者以外に希少猛禽類調査の調査員1 名以上を配置し、飛行位置から300m 以内でクマタカ等の猛禽類を確認した場合は、直ちにUAV を降下させることとしています。

2)コア品質管理のリアルタイム監視
コア転圧後の性能である乾燥密度と透水係数は、盛立材料の粒度、含水比及び締固めエネルギー(転圧回数)で規定されます。そこで小石原川ダムでは、従来の抜き取り検査(粒度、含水比)と施工仕様規定(締固めエネルギー)による品質管理について、ICT 施工により全量管理に近づける試みを行っています。管理項目と管理概要は表-2 に示すとおりですが、試行中の取組であるため、現場透水試験、現場密度試験、粒度試験等についても並行して実施しました。

また、これらの品質管理記録をリアルタイムで共有するシステムを構築し、工事区域内のWi-Fi環境を利用してアクセス権限を持つPC 及びタブレットPC から遠隔監視が可能です。

3.4 基礎処理工へのCIMの活用
CIM 導入ガイドライン(案)では、属性情報を外部参照とすることが基本となっていますが、小石原川ダムではモデル上の各孔に次数、ステージ、ルジオン値、セメント注入量、注入中断の有無等を記録し、検索システムを使って選択表示できるシステムとしています。
例えば、図- 8 はブランケットグラウチングの孔から、1 次孔、2 次孔、3 次孔のみをそれぞれ選択した場合を示したものですが、次数が上がるにしたがって、透水性の高い孔が減少していることが明らかであり、遮水性の改良が進んでいることが確認できます。なお、図では目標値に届かない孔が残っていますが、追加孔(4 次、5 次)の実施により完了基準を満足するものとしています。

次数のほか、ルジオン値等の条件を組み合わせて選択することで、必要な情報を状況に応じて取り出すことも可能です。また、各柱状図には属性情報としてグラウチング日報を関連付け、各孔の注入チャート、PQ 曲線等の詳細情報を引き出して確認できるものとしています。
このように、CIM 上で調査設計時点の想定と、施工時に得られた情報とを組み合わせ、考察することで、水理地質構造の適切な評価に資することができ、施工の信頼性向上につながると考えられます。

4.維持管理におけるCIM
ダム完成後の維持管理のために構築する維持管理CIM として、各種計測装置等との連携を視野に入れたWeb ベースのシステムを構築しました(図- 9 参照)。現時点では、ダム管理業務でのCIM 活用に向けて、施工段階までのCIM を引き継ぐためのフォルダ構成を再現する「台帳管理機能」、管理時の巡視・点検情報について時系列と空間的な情報が表示できる「履歴管理機能」、さらに、各種計測装置から取得したデータをCIMモデルと関連付けてグラフ化する「グラフ機能」を整備しています。

5.おわりに
小石原川ダムの工事は終盤を迎えていますが、堤体盛立て、洪水吐きコンクリート打設、導水施設等を同時に進捗させています。特に、法に基づく環境影響評価に伴って、改変区域である原石山やコア山跡地に国道を付け替えることとしたため、橋梁工事を含む付替国道工事も堤体の築造にあわせて同時進捗させています。機構職員一丸となって、安全かつ着実に事業の進捗を図るとともに、事業効果の早期発現を目指して、令和元年中の試験湛水開始にむけて尽力して参ります。
小石原川ダム建設事業が進捗しておりますのは、ダム関係移転者をはじめとする地権者の皆様、多大なご支援・ご協力をいただいている関係機関並びに関係流域の皆様のおかげです。あらためて、深く御礼申し上げます。

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