山岳トンネル工事において、現場先端の土砂をAI技術で重機が自動搬出

AI技術開発のアラヤ、ずり出し作業用バックホウのAIによるオートメーション化を実現

人工知能（AI）の技術開発・ソリューション提供を手掛ける株式会社アラヤ（東京都千代田区）は、西松建設株式会社、ジオマシンエンジニアリング株式会社と共同で、山岳トンネル施工における「ずり（掘削された土）」の搬出に用いるバックホウ（油圧ショベル、ショベルカーなど掘削作業用の建設機械）の自動化施工技術を開発。高度な操作技術が求められる1次ずり搬出作業での人的操作介入を最小限に抑えた自動化施工を可能にした。施工における大幅省力化・省人化による生産性向上が期待される今回の取り組みについて解説する。

INDEX

多様な建設機械の無人化・自動化を目指して

過酷な環境下で実施される山岳トンネルの施工では、切羽（きりは／掘削現場の先端）における岩盤崩落を防ぐ安全性向上、その技術開発が常に求められている。また、建設業界全体では若手入職者の減少による労働力不足に対する生産性向上も課題となっている。これらの打開策として、切羽への技術者や作業員の立ち入りを不要とする作業の無人化が切望されている。

このような背景から、西松建設では山岳トンネルの施工に用いる各種建設機械の遠隔化・自動化技術「Tunnel RemOS（トンネルリモス／Tunnel Remote and automated Operation System）」の構築を推進してきた。

山岳トンネル無人化・自動化施工システム「Tunnel RemOS」の構想図

資料提供：株式会社アラヤ

「Tunnel RemOS」は、ドリルジャンボ（掘削機）、ホイールローダ（掘削で発生する土砂を運搬機械に積み込む建設機械）、セントル（トンネル壁⾯部のコンクリート打設を行うための移動式型枠）など、多様な建設機械の無人化・自動化により構築される。

その中でアラヤはバックホウを対象としたシステム構築を担当。バックホウによるずり出しの動作の自動化施工技術を開発した。

複数センサーの搭載など技術革新で安全性を確保

今回、アラヤが開発したのは、バックボウの駐機場所と切羽間の往復走行、切羽でのずり集積作業の自動化だ。

走行の自動化は、機体に複数のセンサーを搭載させて実現。「SLAM（Simultaneous Localization and Mapping／地図と位置の同時推定）」などマッピング技術で壁面、障害物等を検知、トンネル側壁との距離を一定に保ちながら走行する。

切羽でのずり集積作業では、バックホウがずりの形状を認識し機体のブーム・アーム・バケットの各関節の角度を制御しずりをすくい取る。さらにすくったずりをホイールローダがすくいやすい位置まで旋回、ホイールローダがずりを集積する。

自動化されたバックホウ（左）とホイールローダ（右）による作業状況

画像提供：株式会社アラヤ

また、バックホウが作業中にホイールローダの接近を検知した際、旋回範囲を制限し衝突を防止。狭隘（きょうあい）な切羽での重機の同時作業において安全性を確保した自動化施工が可能になった。

自動化されたバックホウによるずり集積状況（左：センサデータの可視化／右：実際の映像）

今回の開発を機に、自動化されたバックホウと、西松建設とジオマシンエンジニアリングが自動化したホイールローダの連携による1次ずり搬出作業の省人化が実現。省人化によってオペレーターの操作技量に左右されない安定した施工が可能となった。

また、これらの自動化施工技術は作業状況に応じ自動化施工モードと遠隔施工モードの柔軟な切り替えも可能で、技術特性を最大限に活用した施工を行うことができる。

アラヤは今後、バックホウがより複雑な作業へ適用できるよう改良を続け、自動化施工技術のさらなる高度化を目指す。

山岳トンネル施工の自動化・完全無人化の実現を目指し、挑戦は続いていく。