清水建設株式会社 研究開発活動 (2020年3月期)

当社グループの当連結会計年度における研究開発費は132億円であり,うち当社の研究開発費は129億円である。研究開発活動は当社の技術研究所と建築総本部,土木総本部等の技術開発部署で行われており,その内容は主に当社建設事業に係るものである。
当社は,建築・土木分野の生産性向上や品質確保のための新工法・新技術の研究開発はもとより,多様化する社会ニーズに対応するための新分野・先端技術分野や,さらに地球環境問題に寄与するための研究開発にも,幅広く積極的に取り組んでいる。技術研究所を中心とした研究開発活動は,基礎・応用研究から商品開発まで多岐にわたっており,異業種企業,公的研究機関,国内外の大学との技術交流,共同開発も積極的に推進している。
これら研究開発の成果として,今年度も学会賞をはじめさまざまな学協会からの賞を受賞した。また,i-Constructionが実用の段階へと進み,新領域技術の展開も進行・深化している。
当連結会計年度における研究開発活動の主な成果は次のとおりである。

(1)生産技術・i-Construction
①次世代型トンネル構築システム「シミズ・スマート・トンネル」要素技術の開発・実用化
山岳トンネル工事の生産性向上と品質管理の高度化を目的に,ICTの最新技術を活用した次世代型トンネル構築システム「シミズ・スマート・トンネル」の要素技術を開発・実用化した。実証実験の継続・実用化を進め,技術提案で一層効率的な施工提案を行うことで,案件受注に結びつけていく。開発した要素技術は以下である。
a.山岳トンネルの切羽前方の三次元的な地山状況を予測する前方探査システム「S-BEAT」を改良した新システムを開発
b.発破掘削の効率化に向けデータ活用を自動化した余掘り量低減システム「ブラストマスタ」をサンドビック㈱と共同開発・実用化
c.覆工コンクリートの自動打込み・締固めシステムを岐阜工業㈱と共同開発
d.二次覆工のPCa化推進に向け,(一社)日本建設機械施工協会施工技術総合研究所,㈱IHI建材工業と共同で「分割型PCa覆工システム」を開発・実証

②重機接触災害リスク低減システムが技術認証「Safety2.0」取得
山岳トンネル工事において展開している「重機接触災害リスク低減システム」について,(一社)セーフティグローバル推進機構(IGSAP:The Institute of Global Safety Promotion)が発行する,人と機械の協調作業によって安全を確保する技術的方策に与えられる技術認証「Safety2.0 適合基準レベルⅠ」を取得した。当社は,ロボット技術や建設機械・重機の自動運転技術,人(作業員)・モノ(建機・重機)・作業環境に関する情報を共有するICT技術の融合により,トンネル施工の生産性と安全性を飛躍的に向上させる「シミズ・スマート・トンネル」の構築を進めており,関連する技術開発にSafety2.0の概念を導入する。

③簗川ダム堤体コンクリート打設にダムコンクリート自動打設システムを初適用
簗川ダム建設工事において,ダムの堤体を構築するコンクリート打設工事に「ダムコンクリート自動打設システム」を初適用した。本システムは,バッチャープラント(コンクリート製造設備)への材料供給から軌索式ケーブルクレーンによるコンクリート運搬・打設までの一連の作業を完全自動化するものであり,当該工事において,打設作業サイクルタイムの約10%短縮を実現した。本システムは,土木学会技術開発賞,日本建設機械施工大賞最優秀賞を受賞した。

④人と環境に優しい紙素材の仮設利用技術「KAMIWAZA」を土木現場で適用
土木現場の仮設資材に軽量かつ加工性の高い紙素材を活用する取り組みを進めている。鋼材や木材に代わり,取り扱いが容易な紙素材を使用することで,作業員の負担が軽減され,仮設施工の生産性が向上する。これまでに,山岳トンネルの坑内に設置するトンネル風門,防音壁等の仮設防音設備,骨材貯蔵設備の温度上昇を抑制する遮熱シート等に適用している。


⑤施工性を向上する薄肉型巻付け耐火被覆材を共同開発
鉄骨大梁の耐火被覆工事の施工性を向上させる2時間耐火の薄肉型巻付け耐火被覆材をニチアス㈱と共同で開発し,ニチアス㈱より同社製品マキベエ®の「高密度仕様 25㎜品」として商品化した。従来製品と同等の耐火性能を維持しつつ,巻付け耐火被覆材のスリム化を図り,鉄骨大梁を対象に一重巻で耐火2時間,二重巻で耐火3時間の国土交通大臣認定を取得した。従来製品に比べ施工性が10%程度向上することを確認している。

⑥「3眼カメラ配筋検査システム」を開発,国土交通省のPRISMで性能を実証
現場で行う鉄筋配筋検査の一層の信頼性向上と省力化を目的に,三角測量の原理を応用した「3眼カメラ配筋検査システム」をシャープ㈱と共同開発し,国土交通省のPRISM(建設現場の生産性を飛躍的に向上させるための革新的技術の導入・活用に関するプロジェクト)を含む13現場に試験適用し,有効性を検証した。このシステムは3眼カメラで画像データの三次元情報を取得,画像から鉄筋を抽出・計測し,帳票を作成する。撮影から7秒で検査結果が自動表示され,配筋検査業務の効率化と現場の働き方改革に貢献する技術として,全国の土木現場に水平展開する。

⑦軽量で優れた施工性を備えたPCa合成床版「SLaT-FaB床版」を開発
高速道路の大規模更新に伴う床版取替え工事向けに,軽量で優れた施工性を備えたPCa合成床版「SLaT-FaB床版」を日本ファブテック㈱と共同開発した。既設床版と同等の厚さを確保し重量を抑えたため,既設桁の補強工事が不要となるうえ,配筋にはTヘッド工法鉄筋を採用したことから施工性にも優れる。今後,高速道路の更新や修繕工事の改善提案に積極展開し,適用拡大に結びつける。

(2)設計・管理技術
①コンピュテーショナルデザイン手法を展開するプラットフォーム「Shimz DDE」を構築
企画・基本設計段階における設計提案の一層の高付加価値化を目的に,高度なコンピュテーショナルデザイン手法を展開するためのプラットフォーム「Shimz DDE(Digital Design Enhancement platform)」を構築,本格的な組織的運用を開始した。設計者が3Dモデルをベースとした多様な設計検討を「直観的な操作」で行い,設計提案の高付加価値化に加え,発注者等との合意形成の期間の大幅な短縮などが可能となる。また,3Dデータは次工程の設計・施工BIMへの連動に加え,当社の設計ノウハウとして蓄積され,「組織の共有知」として次世代へ継承される。今後,AIをはじめとする最新技術を取り込みながら,プラットフォームとしての一層の機能充実を図る。

②業務を効率化するBIMツール「Shimz One BIM(設計施工連携BIM)」の開発
設計BIMデータを施工から製作(発注),運用に至る段階まで連携し,業務を効率化するシステム「Shimz One BIM」の構築を進めている。このうち,設計者が作成する鉄骨造のRevit 構造データを鉄骨の積算や製作(発注)に必要なデータに変換する「KAP for Revit(K4R)」を開発,運用を開始した。鉄骨積算体制の強化,業務の効率化ならびに鉄骨造のコストダウンを図るとともに,引き続き基盤整備を進め,鉄筋工事や型枠工事,設備工事等の効率化を進める。
このほか,将来のBIMモデルによる建築確認申請・自動審査を先取りした新たな建築確認システムを,指定確認検査機関の(一財)日本建築センターと協議・検討を重ね,開発・整備し,今後確認業務の効率化に向け展開する。

③未来のオフィス空間づくりに向けた実証実験オフィスの共創プロジェクトに参画
㈱point 0(ポイントゼロ)運営の会員型コワーキングスペース「point 0 marunouchi」における,未来のオフィス空間づくりに向けた実証実験プロジェクトに参画した。実際にオフィスで働く人の動きや生体情報,設置機器等の運転データを収集・分析し,オフィス内のコミュニケーションやワークスタイルの現状評価手法の検証を進める。また音制御システムなど音環境の改善技術の検証にも着手し,空間コンテンツの高度化や新しいサービスの創出に取り組む。
(3)環境・設備技術
①建物に伝播する環境振動の影響を評価する「環境振動評価システム」を開発
道路や鉄道,機械,設備機器等に起因する環境振動の影響を客観的に評価する「環境振動評価システム」を開発・実用化した。設計の初期段階において建物への環境振動の影響を容易に予測・評価でき,それに基づき適切な設計を行うことが可能となる。今後,全社設計部門で有効活用し,より優れた品質の建築設計を追求する。

②高性能・低価格な屋外遮音部材「しずかルーバー」を開発
建築物の屋上や地上部に設置された設備機器に起因する騒音問題の解決を目的に,高い遮音性能と通気性を備えた低価格のアルミ製ルーバー「しずかルーバー」を開発・製品化した。羽板部分に反射,吸音,共鳴の3つの音響要素を組み合わせた独自の遮音機構を付与し,高音域から低音域まで幅広い周波数帯に対して騒音低減効果を発揮する。製造はアルミ押し出し成形でほぼ完結するため,既存製品の50%～80%程度のコストで採用が可能となる。今後,製造委託先の㈱成和を通じた外販を予定している。

③省エネ型クリーン空調制御システム「クリーンEYE(アイ)」を開発
クリーンルーム内作業者の滞在情報や粒子濃度を検知し,要求清浄度に適した循環風量を維持する省エネ型の空調制御システム「クリーンEYE(アイ)」を開発・実用化した。対象とする清浄度は,主な電子デバイス製造装置の組立工場等で要求される水準で,複数の電子デバイス装置メーカーの生産ラインで本システムが採用され,高い評価を得ている。実証実験では,従来システムに比べ,循環風量を50%,ランニングコストを30%削減できることを確認している。設計提案に織り込み,積極的に展開し,案件受注に結び付ける。

④2方向気流の新型手術室空調システム「クリーンコンポ デュアルエアー」を商品化
手術室内の温熱環境と清浄度を向上させる新型手術室空調システム「クリーンコンポ デュアルエアー」を商品化した。建築系技術商品を扱う100%子会社の㈱テクネットを通じ医療機関向けに提供する。術野をカバーする下降流と周囲をカバーする水平旋回流の2方向の気流を組み合わせ,術野の執刀医と周囲の医療スタッフ,それぞれに適した快適・清浄な手術室環境を創出する。高度急性期医療に対応する医療機関の手術室の大型化に対応が可能で,今後技術提案に織り込み,医療施設の新築・大規模改修工事の受注に結び付ける。

(4)新領域技術
①AIを用いた早期火災検知システムなどを「S・LOGI(エス・ロジ)新座」に実装
天井が高く,かつ大空間となる物流施設での火災を早期発見し延焼防止する「早期火災検知システム」を開発した。ガスセンサ,炎センサ,レーザーセンサなどから得られる情報を学習し,AIによって初期火災を高い精度で検出できるシステムを構築,当社が開発した先進的物流施設「S・LOGI(エス・ロジ)新座」に実装した。その他にも,画像解析からトラックバースの空き状況や日々の混雑予想時間帯を情報提供する「車両管理・誘導システム」など,AIを活用したソリューションの開発を加速している。

②自動運転技術と歩行者ナビを連携した施設内移動サービスを構築
建物と自動運転車両やロボット間の連携基盤(自動運転プラットフォーム)を活用し,自動運転車両の配車リクエスト機能と歩行者ナビゲーションシステム(歩行者ナビ)の経路案内機能を組み合わせた新たな施設内移動サービスを構築した。当社が開発した自動運転プラットフォームのプロトタイプに,歩行者ナビと,㈱ティアフォーの自動運転技術を組み合わせたもので,引き続き,自動運転技術を活用した移動・搬送サービスの実証実験を通じて,車両・ロボットと施設の連携技術の高度化を図り,自動運転プラットフォームの2021年度内の実用化を目指す。

③AIを活用した次世代移動を支援する統合技術ソリューション「AIスーツケース」開発プロジェクトに参画
視覚障がい者のアクセシビリティと生活の質向上を目指し,アルプスアルパイン㈱,オムロン㈱,日本アイ・ビー・エム㈱,三菱自動車工業㈱,当社の5社は,「(一社)次世代移動支援技術開発コンソーシアム」を設立,視覚障がい者が自立して街を移動することを助ける統合ソリューション「AIスーツケース」の開発に取り組む。業種を超えた複数の企業が技術や知見を持ち寄り,「AIスーツケース」の開発とともに,実証実験を通じて社会実装に必要な要件を特定し,視覚障がい者の移動とコミュニケーションの課題を解決するソリューションの実現を目指す。

④建物付帯型水素エネルギー利用システム「Hydro Q-BiC」の実用化
国立研究開発法人産業技術総合研究所と共同開発した建物付帯型水素エネルギー利用システム「Hydro Q-BiC」を,郡山市総合地方卸売市場内の管理棟にて運用を開始した。郡山市総合地方卸売市場内の管理棟におけるCO2排出量は導入前と比較して約40%削減を見込んでいる。また当社北陸支店新社屋でも採用することとしており,水素エネルギー使用ビルとしては,国内最大級の水素蓄電設備(容量2,000kWh)を採用する。今後は,工場やホテル,病院に対して本システムを提案することで普及を推進し,建物の省エネルギー化やCO2排出量の削減に努める。

⑤中層マンションに木質耐火構造技術「スリム耐火ウッド」「シミズ ハイウッド」を適用
木質耐火構造の中層マンションに,木質耐火部材「スリム耐火ウッド」を初適用した。また,木質耐火部材の接合方法として木質構造架構技術「シミズ ハイウッド」を開発し,柱・梁の接合に耐震性,耐火性,施工性に優れた接合部材(PCa接合部材)を適用した。本計画は木造とRC造の最適な組み合わせを追求した取り組みが評価され,国土交通省から2018年度の「サステナブル建築物等先導事業(木造先導型)」に採択された。今後,構造体に木材を用いる建築物の増加が見込まれており,付加価値の高い建築物を提供する一つの手法として,中・大規模の耐火建築の発注者に対して木質構造の提案を進める。