清水建設株式会社 研究開発活動 (2021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148億円であり,うち当社の研究開発費は146億円であります。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ります。
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おります。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おります。
これら研究開発の成果として,今年度も建築学会賞をはじめ様々な学協会からの賞を受賞しました。また,i-Constructionが実用の段階へと進み,ロボット施工技術の展開も進行・深化しております。
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ります。

(1)感染症対策技術
①建物内の感染防止機能を評価する「感染リスクアセスメントツール」と感染対策リスト「ソリューションマトリクス」を開発
順天堂大学大学院医学研究科感染制御科学の堀 賢 教授と当社は,建築設計の知見と医学的な知見とを融合し,建物内の感染防止機能を評価する「感染リスクアセスメントツール(オフィス版Ver.1.0)」と感染対策リスト「ソリューションマトリクス」を共同で策定しました。当社は今後,オフィスを対象にした感染対策のコンサルティングを展開し,お客様が求める感染リスク低減グレードに適した建築計画と運用方法を提案することで,新築・改修工事の受注増を目指します。また,両者で病院や学校,宿泊施設,大型商業施設,ホール等,各用途に対応したツールを策定し,広く感染対策を提案していきます。堀教授とは日常生活や業務の場面に感染対策が予め織り込まれた建築「Pandemic Ready」の実現に向けた要素技術の共同開発や社会実装化に取り組んでいきます。

②遮音性能を備えた自然換気用給気スリット「しずかスリット」を開発
建物の感染症対策や省エネに有効な自然換気用の外気吸い込み口として,室内に外気を取り入れても騒音は入ってこない新たな給気スリット「しずかスリット」を開発・実用化しました。屋外の幹線道路や鉄道から給気スリットを介して室内に入ってくる騒音のうち中心となる500～2,000Hzの騒音について,5～9db低減できることを確認しております。オイレスECO㈱がユニットを製作し,当面,当社に独占的に供給した後,外販を予定しております。本給気スリットは,大規模オフィス2件の設計提案に採用されております。今後,様々な用途の建物に対して「しずかスリット」の採用を提案していくとともに,カーテンウォール一体型のユニットの開発を進めます。

(2)ロボット・AI
①ロボット施工・IoT分野に置ける技術連携に合意
当社と鹿島建設㈱,㈱竹中工務店の3社は,建設業界全体の生産性及び魅力の向上を促進することを目的に,ロボット施工・IoT分野での技術連携に関する基本合意書を締結し,技術連携を進めることとしました。3社は,本協業を通じ,新規ロボットの共同開発や既存ロボットの相互利用を促進することで,研究開発費やロボット生産コストの低減につなげ,施工ロボットの普及加速を目指していきます。このような最先端技術の利活用は,協力会社の生産性を大幅に向上させ,技能労働者のワークライフバランスの向上や処遇改善,ひいては若年層の入職促進にも寄与し,業界の魅力向上に貢献するものであります。3社は今後,技術連携を広く業界全体に働きかけ,建設業が抱える諸課題の解決に尽力していきます。

②自律型溶接ロボット「Robo-Welder」の実施工現場での適用開始
AIを搭載した自律型建設ロボットと人とがコラボしながら工事を進める次世代型生産システム「シミズスマートサイト」の第一陣として,自律型溶接ロボット「Robo-Welder」を当社施工現場に適用しました。「Robo-Welder」が溶接した地下階の鉄骨柱の板厚は100mmで,建設ロボットによる溶接実績として日本国内で最厚であります。熟練の溶接工でも柱1本当たり8人日かかる作業を5人日で対応できる省人化効果を確認しております。今後,当社施工現場において,ロボット施工を本格的に展開するとともに,施工管理のデジタル化を進め,次世代を見据えた現場運営を目指します。

③木造床版工事を省力化できる連装ビス打ち機「Robo Slab-Fastener」を開発
「シミズスマートサイト」の一環として,木造床版のビス接合を担う連装ビス打ち機「Robo Slab-Fastener」を開発しました。ビス接合の仕様に応じて工具の間隔を調整し,タッチパネル上で工具の取り付けピッチ,ビス打ちピッチ,移動距離を設定後,開始ボタンを押すだけで,ロボットが30本/分のペースでビス打ちしながら走行します。当社施工現場のCLT床版工事に当ロボットを実適用し,生産性向上効果を確認しております。今後,木造床版工事において「Robo Slab-Fastener」の実装を進めるとともに,協働ロボットの適用工種拡大に向け,新規ロボット開発に注力していきます。

④石膏ボードの切断作業をアシストする装置「シミズ・ボードスプリッター」を開発
「シミズスマートサイト」の一環として,作業員による石膏ボードの切断作業をアシストする装置「シミズ・ボードスプリッター」を開発しました。当社施工現場で,「シミズ・ボードスプリッター」を使用することで,手作業に比べ生産性を平均で12%,切り込み箇所が多くなると50%以上向上させることができることを確認しております。今後,石膏ボードの切断作業が多い鉄筋コンクリート造の集合住宅や病院の作業所に「シミズ・ボードスプリッター」の水平展開を図ります。

⑤3Dコンクリートプリント用の繊維補強モルタル材料「ラクツム」の開発・実用化
3Dコンクリートプリンティングによる構造体を兼ねた柱型枠「埋設型枠」の造形を目的に,高強度・高靭性の繊維補強モルタル「ラクツム(LACTM:Laminatable Cement-based Tough Material)」を開発・実用化しました。当社施工現場において,自由曲面形状を有するコンクリート柱4本の埋設型枠を3Dプリンティング施工した結果,高さ4.2mの柱部材を短期間で構築できました。今後,「ラクツム」で積層造形した埋設型枠の現場適用を推進していくとともに,施工現場で実大型枠を直接プリントするオンサイト3Dプリンティングを実現するための研究開発を進めます。

⑥建物運用のデジタル変革を支援する建物OS「DX-Core」を開発
建物内の建築設備やIoTデバイス,各種アプリケーションの相互連携を容易にする,建物運用デジタル化プラットフォーム機能を備えた,基本ソフトウェアである建物オペレーティングシステム「DX-Core」を開発し,自社施設への実装を進めております。建物運用にかかわる設備機器やアプリケーション間の連携を,メーカーの違いを問わずビジュアルツールで自在に図れるため,新築・既存を問わず実装できます。今後,外部企業との協業により「DX-Core」と接続するハードウェアやアプリケーションを順次拡充し,建物の用途や規模に適したサービスメニューを提案するとともに,建物デジタル化工事のEPC受注を目指します。

⑦建物エレベータとサービスロボットの統合制御技術を開発・実装
ロボットを活用した様々なサービスを建物内で提供できる「ロボット対応型」施設の実現に向け,エレベータ等の建物設備と複数種類のサービスロボットを,共通のインターフェースを介して統合制御する技術を開発し,技術研究所本館(東京都江東区)に実装しました。本技術を導入した建物では,サービス事業者がロボットと建物設備の連動システムを独自開発する必要がなくなるため,新たなロボット活用サービスを容易に展開でき,建物利用者の利便性と建物価値の向上につながることが期待できます。今後,本技術で統合制御を行う建物設備やサービスロボットの拡充を目指し,ロボットサービス事業者等に共同実証への参加を働きかけていきます。

⑧早期火災検知AIシステム「火災検知@Shimz.AI.evo」による木造建築の火災リスクの低減
物流施設向けに開発した早期火災検知AIシステム「火災検知@Shimz.AI.evo」が,木造建築の火災検知にも効果を発揮することを確認しました。木材の初期燃焼時に発生・拡散する一酸化炭素等を含む特有のガスを検知させることで,本システムは木造建築の火災を確実に検知できます。当社は「火災検知@Shimz.AI.evo」を,物流施設やイベント施設等の大空間建築や文化的価値が高い木造建築等に広く展開し,火災リスクの低減につなげていきます。

⑨人と重機との接触災害を回避する重機搭載型のAIカメラ監視システムの開発
山岳トンネル現場における人と重機との接触災害の根絶を目指し,単眼カメラユニットと画像解析AIで構成する,重機搭載型のAIカメラ監視システムを㈱Lightblue Technologyと共同で開発しました。画像解析AIを用いて,重機に取り付けた単眼カメラの画像から重機周辺の危険区域内にいるヒトを瞬時に検知し,警告音,ライト点灯,モニター表示等でアラートを発報します。実証試験では,9割を超える高い検知精度が確認できており,今後,施工中のトンネル工事に本システムを装備した重機を導入し,現場環境下での適用性を検証するとともに,検知精度や使い勝手のさらなる改良を図り,商品化・外販開始を目指します。

⑩ドローン画像から損傷情報も反映したインフラ構造物の高精度3Dモデルを形成
RC造のインフラ構造物の劣化予測技術の高度化を目的に,ドローン計測による画像情報から,RC構造物表面の微細なひび割れ等の損傷情報も反映した高精度3次元モデルを形成するシステムを米国のカーネギーメロン大学と共同開発しました。橋長200m程度の一般的なRC橋梁を対象にした場合,損傷状況の位置・形状の誤差を数mmレベルに抑えた精緻な3次元モデルの形成を,計測を含めて数日程度で完了できます。今後,この高精度3次元モデルをベースに,構造物の耐力や余寿命をシミュレーション解析する技術の開発を進め,データ計測から評価・診断まで一気通貫で対応できるインフラ劣化予測システムの確立を目指します。

(3)i-Construction
①コンクリート品質総合管理システム「Concrete Station」を開発
土木工事のコンクリート品質に関するあらゆるリスクを着工前に全工期にわたって抽出し,具体的な対策の立案から打設管理に至る一連の施工管理業務を支援するコンクリート品質総合管理システム「Concrete Station」を開発しました。リスクロードマップ作成,打設計画支援,チェックリスト作成等の機能を備えており,経験の浅い若手土木技術者でも,コンクリート打設の施工管理を計画的に実施できます。今後,「Concrete Station」の現場適用を進めるとともに,「Concrete Station」による検討・対策・施工結果の評価・分析結果をAIに学習させ,将来的にはAIシステムによる精度の高い施工管理を目指します。

②新たなコンクリート打継ぎ処理剤「シーカ®ルガゾール-919」を開発
コンクリートの打設後に形成される脆弱層の硬化を防止する新たな打継ぎ処理剤「シーカ®ルガゾール-919」を日本シーカ㈱と共同開発しました。「シーカ®ルガゾール-919」は,特定の噴霧器を使用すると泡立つため,泡を視認することで経験が浅い作業員でもムラなく散布できます。さらには,コンクリートの打設直後に散布できることから,材工(材料費・工事費込み)で約30%のコストを削減することが可能になります。今後,「シーカ®ルガゾール-919」を先に開発したコンクリート品質総合管理システム「Concrete Station」が提供するソリューション技術に加え,現場に広く展開していきます。

③掘削形状をリアルタイムに3次元で可視化できる「リアルタイム施工管理システム」を開発
地中連続壁の掘削作業の一層の効率化に向け,地中での掘削機の位置・姿勢と掘削形状をリアルタイムに3次元で可視化できる「リアルタイム施工管理システム」を開発しました。本システムを活用することで,掘削工程のサイクルタイムを従来比で20～25%,コストを10%以上削減することが可能になります。今後,本システムを地中連続壁の採用現場に水平展開し,掘削作業を効率化していきます。

④掘削状況の可視化技術「ケーソン版SP-MAPS」を開発
3次元スキャン技術とプロジェクションマッピング技術を活用した「SP-MAPS」を,ニューマチックケーソン工事に適用しました。掘削オペレーターは,掘削面の色光から掘削の過不足をリアルタイムで把握でき,無駄なく作業を進めることができます。本システムを当社JV施工現場に試験導入し,高気圧環境下でのシステム機能の実効性,装置の耐圧性能を確認しました。今後,計測・画像照射の所要時間の短縮,計測・照射装置のスリム化等のシステム改良を図り,実工事での適用を目指します。

⑤コスト削減に寄与するPCaボックスカルバート「角丸(かくまる)カルバート」を開発
トンネル工事のコスト削減に寄与する新形状のPCaボックスカルバート「角丸カルバート」を千葉窯業㈱と共同開発しました。このボックスカルバートは,隅角部の形状を直角から円弧状にすることで内部に局所的に作用していた負荷を30%低減できます。側壁と頂版・底版の厚さを任意に設定できるため,従来のPCa部材に比べ,製作費を約15%削減可能であります。「角丸カルバート」は,当社JVが施工中の新東名高速道路川西工事の開削トンネルへの適用を予定しております。

⑥施工中の設備配管や建物躯体の施工管理を支援する「Shimz AR Eye」を開発・実用化
AR技術を活用して携帯型タブレットの端末上で建物のBIMデータとリアルタイムのライブ映像を合成表示して見える化し,双方を容易に照合できるシステム「Shimz AR Eye」を開発・実用化しました。すでに,BIMで設計した建物の新築・改修工事の18現場に試験適用し,性能や使い勝手を確認しております。当社は引き続き,建築・土木工事を問わず,AR技術を活用した施工支援ツールの導入を進め,施工管理の一層の効率化を進めます。

⑦掘削作業の負担を軽減する「ワーキングアシストAS」を開発
工事現場でのスコップを使った掘削作業の負荷低減を図るため,アシストスーツ「ワーキングアシストAS」をダイヤ工業㈱と共同開発しました。「ワーキングアシストAS」は,ベスト型で,胸回りと腰回りのベルトを締めるだけで着用でき,重量は電動タイプの1/8の約500gと非常に軽量であります。アシスト効果の計測試験では,筋肉の負担を10%程度軽減できるという結果が得られております。このアシストスーツは掘削作業だけでなく,両腕で行う重量物の持ち運び作業の負荷も軽減できることから,農業や宅配,介護等の現場への展開も視野に入れて進めております。

(4)設計技術
①BIMデータを施工から製作,運用段階まで連携させるシステム「Shimz One BIM」の整備
一貫構造計算プログラムで作成した構造計算モデルと構造BIMモデルのデータ連携を拡充する機能及び構造BIMモデルのデータから柱や梁の部材断面表を自動作成する機能を構築することで,設計者が作成するBIMデータを施工から製作,運用段階まで連携させるシステム「Shimz One BIM」を効率化しました。すでに10案件に適用して両機能の有効性を確認しており,今後,全社の設計部門に水平展開し,業務を効率化します。

②医薬品クリーンルームの設計支援ツール「GMP Visualizer」を開発
医薬品製造施設の設計支援ツールとして,医薬品GMP(Good Manufacturing Practice:適正製造規範)に準拠したクリーンルームの配置計画を効率的に立案できる3Dモデリングツール「GMP Visualizer」を開発しました。このツールは,医薬品製造施設の建築・空調計画のベースとなるクリーンルームの配置計画を検討する際に不可欠な医薬品GMPとの適合チェックを自動化します。このツールを医薬品製造施設の新築計画の設計検討に利用するとともに,既存施設のGMP適合チェックツールとしても活用し,改修提案の最適化につなげていきます。

③100MNもの支持力を備えた場所打ちコンクリート拡底杭「花びら拡底杭」を開発
400mクラスの超高層ビルを杭基礎で経済的に建設することを目的に,高い支持力を備えた場所打ちコンクリート拡底杭「花びら拡底杭」を丸五基礎工業㈱の協力を得て開発しました。従来の拡底杭の2倍近い底面積を確保することで,1本あたり100MN(約10,000トン)という非常に高い支持力を発揮します。従来工法で支持力100MNの杭を構築した場合に比べて,排土量が20～33%,施工期間が10～20%低減できることを確認しております。本工法は(一財)日本建築センターより,その有効性を証する評定を取得しており,今後,超高層案件に対して積極的に提案し,案件受注に結びつけていきます。

④能登ヒバと鉄骨を一体化した耐火木鋼梁「シミズ ハイウッド ビーム」を開発
木質建築技術「シミズ ハイウッド」の一環として,集成材と鉄骨を一体化した耐火木鋼梁「シミズ ハイウッド ビーム」を開発しました。能登ヒバを集成材に用いた耐火木鋼梁について1時間の耐火性能を認定する国土交通大臣認定を取得しました。初適用となる当社北陸支店新社屋では,古都金沢の伝統的な建築様式である格天井を最新の技術である耐火木鋼梁によって再現し,スパン25m超の木質大空間を実現しました。当社は今後,カラマツの集成材を用いた耐火木鋼梁についても大臣認定を取得するとともに,引き続き木質建築技術の開発に広く取り組んでいきます。

(5)カーボンニュートラル
「電気化学プロセスを主体とする革新的CO2大量資源化システムの開発」がNEDOのムーンショット型研究開発事業に採択
国立大学法人東京大学,国立大学法人大阪大学,国立研究開発法人理化学研究所,宇部興産㈱,千代田化工建設㈱,古河電気工業㈱と共同で,NEDO(国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構)の「ムーンショット型研究開発事業/2050年までに,地球再生に向けた持続可能な資源循環を実現」に係る公募に対して「電気化学プロセスを主体とする革新的CO2大量資源化システムの開発」プロジェクトを提案し,採択されました。本事業は,大気中に放散された希薄なCO2及び放散される前のCO2を回収して,再生可能エネルギーを駆動力とし電気化学的に富化/還元することで有用化学原料を生成するプロセスの統合システムを開発します。最終的に,カーボンリサイクルの基盤を構築することを目指します。