株式会社　熊谷組 研究開発活動 (2024年3月期)

当社グループの研究開発活動は、企業業績に対して即効性のある技術、商品の開発、各種技術提案に直結した技術の開発、中長期的市場の変化を先取りした将来技術の研究、開発技術の現業展開と技術部門の特性を生かした技術営業、総合的技術力向上のための各種施策からなっており、社会経済状況の変化に対し機動的に対応できる体制をとっている。
当連結会計年度は、研究開発費として3,148百万円投入した。
当連結会計年度における主な研究開発活動は次のとおりである。
(1) 土木事業
① コンクリート骨材AI入荷管理システムの開発
AI(Deep Learning)によって骨材の粒径や種別(岩種)を高精度に判別する「コンクリート骨材AI入荷管理システム」を開発した。このシステムでは従来のステレオカメラと3次元画像処理技術により骨材の粒径を判別する骨材粒径判別システムをさらに発展させ、AIによって骨材の粒径や種別(岩種)を高精度に判別するとともに入荷伝票を読み取り、これらを照合させてコンクリート骨材の入荷管理の判定を行い、誤投入・誤搬入などのヒューマンエラーを排除することができる。また、伝票の入荷量もOCRにより自動で読み取り、骨材毎の日々の入荷量の自動集計も行うことができるため、伝票処理の大幅な効率化が図られ、働き方改革にも寄与できる。さらに、事前の学習データに基づき骨材の粒度分布の推定も可能であり、骨材の品質変動もリアルタイムで把握できる。現場実証の結果、粗骨材のAIによる画像判定の正解率は、粗骨材で100%、伝票読取りOCR及びコンベア切替えについては全ての骨材で100%であった。このうち粗骨材G1(40-20mm)の搬入時では、伝票OCRにより宛先間違いの伝票を2枚、コンベアの切り待ちについてプラント操作側での確認不足を1回検出できた。このようにヒューマンエラーを荷卸し前に確認でき、誤投入・誤搬入を未然に防止することが可能となる。今後は、種々の現場条件や施工環境への対応など運用時のさらなる信頼性を図っていくとともに、他現場やプラントなどへの応用・展開などについても検討していく。
② 機体に依存しない吹付けコンクリートの遠隔操作システムの開発
山岳トンネル工事では、機械化による作業の省力化と安全性が図られているものの、依然として切羽付近における事故の発生の可能性は高く、重大災害につながることが多い。当社では2015年より山岳トンネルの切羽作業に関して、効率化・安全性の向上を目的とし、施工サイクル一連の遠隔化・自動化を目指して技術開発に取り組んでいる。これまでに当社が培ってきた「無人化施工技術」を取り入れ、爆薬の遠隔装填や遠隔吹付け技術など、現場での継続した運用が可能となるよう技術開発を継続している。当連結会計年度は作業員が切羽から離れた安全でクリーンな環境下で吹付けコンクリートを施工することを目的に開発した「吹付けコンクリートの遠隔操作システム」をリニューアルし、汎用機械にも容易に実装可能な「機体に依存しない吹付けコンクリートの遠隔操作システム」を開発した。これまでは事前に遠隔操作システム専用PLC制御盤や比例電磁弁等を吹付け機に搭載した専用機を使用するため、高額な費用を要し汎用性が低く機体には映像や動力、センサー等の配線や配管を要しメンテナンスが必要であった。また200ms程度の映像遅延が吹付けオペレーターにストレスを与え、実用性に向けた課題であった。さらにON-TRAC式の操作室は坑内での機動性に欠けており、これらの課題を解決し新たに開発した技術を取り入れた。無線通信やバッテリー駆動を主体としたシステム構成で、汎用機械に容易に搭載できることから、稼働現場に適用しやすく、普及率を高めるとともに、より効率的なシステム改良を継続し、安全・衛生環境に加え、生産性向上を目指す。
③ クレーン吊り荷直下の安全システムの開発
クレーン作業では、吊り荷の荷崩れ、ワイヤーロープや玉掛用具の不具合により人命に関わる重大災害につながる可能性が大きい。そこで、AIとGNSS(全球測位衛星システム)の技術を組み合わせてリアルタイムに吊り荷直下の周辺で作業を行う人に対し、リアルタイムに吊り荷直下の監視・吊り荷位置の可視化を同時に行えるシステムを開発した。
この安全システムでは、クレーンのブーム先端に取り付けたGNSSで吊り荷位置を世界座標に変換する。また、GNSSと座標系のアプリケーションを利用してカメラ画角内を世界座標に変換する。加えてカメラ画角内の人はAIを人物認証することで、平面座標上での人の移動を把握できるようにした。このことより、PC画面上でカーナビゲーションシステムのように人と吊り荷の位置関係をリアルタイムに鳥瞰図としてマッピングできる。
鳥瞰図内で吊り荷直下の危険領域に人が入った場合には、システムの警報装置が動作して注意喚起を行う。また、クレーンの吊り荷真下の床面をリアルタイムにLED投光器で自動追尾して照射することで危険領域を可視化した。実証実験では監視員を配置した場合と同等の監視効果を得ることができた。今後はクレーン吊り荷直下の安全システムを構成する要素である監視カメラの高性能化、AI画像判別のための学習量増加によるカメラ映像内の人検知の高精度化、さらには使用機器(電動雲台及び制御盤等)の小型化を行い、多くの工種の建設現場での採用を目指す。またAIによる認証を人だけでなく車両・重機等の物体でも認証出来る技術へと拡張すれば、人との接近・接触を監視するシステムに応用もできる。また、GNSSで座標管理をしているためクレーンの吊り荷の荷卸し場所もGNSSを利用して指定できる。クレーンのガイダンス運転や自動運転の可能性も検討しており、実証実験を継続し、作業の効率化と安全への取組みを加速する。
④ BIM/CIMを身近なものにする自社内クラウドを活用したシステム「CIM-CRAFT®」を開発
BIM/CIMは2023年度から国土交通省が発注する工事では原則適用され、その他の機関が発注する工事や民間工事でも適用が進められており、一連の建設生産・管理システムの効率化・高度化を図る取組みである。「CIM-CRAFT®」は自社内クラウドシステムに構築したWebアプリケーションを使用して、工事の完成モデルや進捗に合わせてモデル、属性情報、帳票類等の登録、参照ができる。現場職員が日々の施工管理に用いる帳票用データをExcel®等の表計算ソフトウェアに入力し、Web上の仮想空間内に構造物を構築することができるシステムであり、3次元モデルを作成する専門知識は必要とせずにデジタルツインを実現できる。また、モデリング、属性情報の入力操作が容易であり誰でも簡単に利用でき、視覚的に工事の進捗状況を伝えることができるため、施工時や検査時における業務の効率化が図れる。専用ソフトウェアが不要で円滑に導入が可能となり、導入費用・保守費用の軽減、インターネット環境があればいつでも接続でき、効率的な情報共有・連携を実現できる。今後、BIM/CIMの取組みの中核としていくことからトンネル工事やシールド工事等の様々な工事に適用することができるよう開発を進め、生産性の向上を図るためのアプリケーション改良、社内システムとの連携も進めていく。
⑤ 高精度水中測位システム「AquaMarionette(アクアマリオネット)」の開発
河川・海洋・港湾・ダムでの施工は、安全性確保・効率化のため、高水圧・視界不良の水中作業を避けた施工を実施するのが一般的であるが、近年では老朽化インフラの更新や災害による被災施設の復旧など、水中での精密な施工が必要なケースが増加している。水中での無人化施工は、視認性が確保できない水中において、施工機械の絶対位置・姿勢の計測が不可欠であり、常時動揺している水上浮体から水中の移動体の絶対座標・姿勢をリアルタイムに計測・解析するシステムを開発した。屋外水槽を用いた基礎試験により5cm以内の精度を実証し、水中無人化施工への適用が可能であることを確認した。また、水中移動体の絶対座標及び姿勢をリアルタイムに計測でき、絶対座標の精度も良好であることを確認できた。今後は、小型水中バックホウの遠隔操作に関するハードウェア・ソフトウェアを充実させ、水中測位システムを連動させることにより、目視が困難な水中での建設機械の操作が潜水士無しで施工できる、水中バックホウの無人化施工を目指して開発を進めていく。それにより、河川・海洋・港湾・ダムでの水象条件によらずに利用可能な高精度の遠隔操作・自動化水中施工システムの実現が可能となる。
⑥ MRを活用したコンクリート締固め管理システムを開発
コンクリートの品質は打込み時の締固め作業に大きく左右され、締固め不足や締固め忘れはジャンカや密度不足につながり、品質劣化の原因となる。ただし、締固め作業の管理は、現場監督者や現場作業者の経験によるところが大きく、コンクリートの品質に問題があった場合、客観的な締固め作業の記録を残していないため、原因を特定することができないのが現状である。このような背景により、MR技術を用いてコンクリート締固め作業を可視化し、締固め作業者に開始から終了までの判定を周知させ、データを保存する締固め管理システムを開発した。締固め作業者は、ヘッドマウントディスプレイ(ホロレンズ)を装着し作業を行う。ディスプレイの画面には、実際の打込み箇所に締固め作業用に区分けされたメッシュ(50cm×50cm程度)が反映され、ホロレンズのヘッドトラッキング機能により、締固め開始前から作業中、終了時と作業工程毎にメッシュ内の色が変わることにより、締固め作業の終了を自動的に周知する。また、工事関係者がモバイル端末やPC上でホロレンズと同じ画像をリアルタイムに確認でき、締固め作業の記録(位置や時間)をメッシュ毎に残すことにより、トレサビリティとして活用できる。締固め作業は同時に2人まで対応でき、下層との許容打重ね時間をあらかじめ設定しておくことにより、メッシュ外枠の色が変わり打込み時間を周知する機能も追加し、実際の工事において運用を開始している。

(2) 建築事業
① 新熊谷式柱RC梁S構法 ―建物の高層化に対応できる新たな設計法を構築―
柱が鉄筋コンクリート(RC)造、梁が鉄骨(S)造からなる建築構法である従来の「柱RC梁S構法」について、高層建物のより合理的な設計が可能となる手法を構築し、設計施工指針を改訂した。当社では2012年に「新熊谷式柱RC梁S構法:Super-High-Brid60」を開発し、日本ERI株式会社の構造性能評価の取得と設計施工指針の適用範囲拡大を行っている。今般、建物の高層化ニーズに応えるために、より合理的な設計手法を確立し、「新熊谷式柱RC梁S構法(2023改訂)」として、2023年3月に構造性能評価(日本ERI株式会社)を再取得した。大規模物流施設は、通常の建物と比較して積載荷重が大きく、大スパンで高い階高が必要となるため本構法の適用メリットは大きい。負担する軸力が大きく、長い柱には圧縮力に強いRC造を用い、梁には軽量で地震に対して粘り強い性質を発揮するS造を採用することにより、経済的で合理的な構造躯体骨組が実現された。今般、高層の宿泊施設等に本構法を適用し、いくつかの設計指針の改訂を行った。最新の学術的知見を反映させるとともに、建物の「塔状比(とうじょうひ)」(注)が大きくなる高層建物に特有の地震時の変動軸力に対しても、新しい指針を導入することで断面の合理的設計が可能となった。また、S梁の柱への埋込み長さ等についても見直し、構造的な安全性を保ちつつ施工性が大幅に改善された。今後もより合理的な設計、施工を目指し、物流施設、商業施設、オフィス、生産施設等の建物に加え、高層の宿泊施設、病院等様々な建物への適用を積極的に行っていく。
(注)建物の高さ方向と幅方向の長さの比率
② 木質耐火部材「環境配慮型λ-WOODⅡ®」 建築基準法改正に対応した梁の90分耐火大臣認定取得
当社が重点分野として取り組む中大規模木造建築において、木質耐火部材「環境配慮型λ-WOODⅡ®」梁の90分耐火大臣認定を取得した。「環境配慮型λ-WOODⅡ®」は、当社が独自に開発した木質耐火部材で、施工手間の軽減、工期短縮や環境配慮性などの特長があり、商標登録も行っている。2023年4月の建築基準法改正に伴い、建築物の耐火基準として新たに90分耐火構造が導入され、建築物の5階以上9階以下の主要構造部に要求される耐火性能が120分から90分に緩和された。従来の120分耐火構造と比較して、被覆材厚及び被覆枚数を減らすことが可能となるため、施工手間が軽減され、中大規模建築物の木造化推進が期待される。当社で開発済の断熱耐火部材「断熱耐火λ-WOOD®」は、柱・梁・床・壁の全ての主要構造部において1・2・3時間の耐火大臣認定を取得している。今回の「環境配慮型λ-WOODⅡ®」についても、2022度に認定を取得した柱・梁1・2時間に加えて、柱・梁の3時間、床・壁の1・2時間の耐火大臣認定取得を予定しており、これにより、全ての耐火建築物に木造が適用可能となる。今後も、中大規模木造建築の競争力強化を目指し、木造関連技術のさらなる技術開発を進めていく。
③ 自律走行機能を有した床面ひび割れ撮影装置を開発
床面のひび割れ検出の省人化、省力化の実現を目的とした「自律走行機能を有した床面ひび割れ撮影装置」を開発した。建造物の床では床面にひび割れが発生することがある。従来は目視等による検査を行ってきたが、検出・計測・記録の手作業による手間や中腰姿勢の目視検査などの肉体的負担がかかり、特に大規模な建造物での負担が大きい。そのため、現場で行う準備作業と検査手順の双方の簡略化が実現できる、ロボットやAI等を活用した床面検査装置の開発を行ってきた。本装置は、施工図から作成した環境地図情報と本装置のセンサーから得た情報を照合して自己位置の推定を行う。さらに柱壁等の配置情報を専用ソフトウェアに入力することで、デスクワークで環境地図が作成できる。また、ひび割れ検出は、本装置に搭載された1,230万画素のカメラ2台により広範囲が撮影され、加えて位置情報の補正も可能である。なお、本装置では、床面撮影とひび割れ検出はそれぞれ独立して行うため、任意の手段でひび割れ検出が処理できる。検査面積が1,500㎡の場合では、現場オペレーターを2名配置とし、本装置を複数台同時運用することで、半日程度で作業を完了することができる。今後は検査実績を積みながら検証と改良を行い、運用方法の確立と省人・省力化に寄与できる体制を整えていく。
④ 大量培養可能な独自微細藻類株を発見、数トン規模での屋外大量培養に成功
当社は、脱炭素社会の実現に向けて、資源循環・持続可能性の観点から、光合成により増殖しCO2を固定化することのできる微細藻類に着目し技術開発に取り組んできた。既に商業化している藻類株の応用研究ではなく、自然界から新たに独自株を採取(単離培養)する方針で研究を進めた結果、環境変化に強く、事業化に必要となる大規模生産も可能な新しい藻類株を発見した。この当社独自株は、既存の微細藻類を超える高いバイオマス生産性を有していることが数トン規模での屋外大量培養実験で実証された。一般に藻類の光合成による生成物は、医薬・健康、食、エネルギー・科学といった市場規模トップの産業分野において原料としての利用が可能なため、大規模市場に展開できるポテンシャルがあると考えられている。当社の独自株は機能性評価において、食に関するグリーンバイオ分野と、医薬・健康に関するレッドバイオ分野への展開が期待できる有用物質を含有することが明らかになった。現在実用化に向けた実証実験に鋭意取り組んでいる。当社は業界初の「エコ・ファースト企業」として、CO2削減による脱炭素社会への移行や、建設混合廃棄物削減による循環型社会の形成など、持続可能な社会の実現に向けた取組みを推進している。今後は、CO2を固定した藻類を活用した有用物質生産や資源循環型ビジネスへの展開を進め、地球温暖化、食糧問題解決や地方雇用創成の一助となるよう、社会実装に向けて邁進していく。
⑤ 「シリーズ 建築の音環境入門 15周年記念号」を刊行
当社は国立大学法人信州大学名誉教授山下恭弘監修のもと、泰成株式会社、フジモリ産業株式会社、野原産業株式会社、万協株式会社、有限会社音研と共同で、床衝撃音研究会として「シリーズ 建築の音環境入門 15周年記念号」を刊行した。同研究会では、2008年よりデベロッパーや設計事務所、建設会社等の技術者向けに建築の音環境に関する手引書である「シリーズ 建築の音環境入門」を刊行しており、2017年には100号記念号として「実務者のための建築音響設計法」を刊行した。この刊行から5年が経過し、読者から最新の知見を加えた改訂版を作成してほしいとの要望があり、このたび「シリーズ 建築の音環境入門 15周年記念号 実務者のための建築音響設計法(改訂)」として刊行した。本号は「第1章 建築音響の基礎」「第2章 室内静謐性能・空気音遮断性能」「第3章 床衝撃音遮断性能」「第4章 実務的な建築音響設計法」「第5章 騒音に係る環境基準」「第6章 航空機音(参考)」の6章で構成されており、第5章及び第6章は今回新たな章を設けて追加した。また第4章、第6章に対応したマイクロソフト®の表計算ソフトウェアExcel®による計算シートを用意し、同研究会を組織する各社のウェブサイトにて無償提供している。今後も共同住宅の音環境に関する重要なツールとして位置付け、デベロッパーや設計事務所などに対して積極的に提供していく予定である。さらに、読者からの質問や評価・意見を踏まえ、より読みやすく有用な手引書として製作していく方針である。

(3) 子会社
株式会社ガイアート
① フォームドアスファルトによる中温化再生合材の開発
脱炭素社会の実現に向け、フォームドアスファルトによりアスファルト混合温度を低減することで使用燃料を減らす中温化化合物の実用化に続き、再生合材における実用化に向け、フォームドアスファルトに添加剤を加えた再生密粒合材について、室内試験及び試験施工を実施し、20℃温度低減効果の確認を行い、2024年3月に再生アスファルト混合物の認定を取得した。今後、さらに再生改質アスファルトについて検証し実用化を目指していく。
② 全天候型常温合材(フォレストパッチ)の開発
常温アスファルト補修材は、常温施工が可能でポットホール等の補修材として使用される混合物であり、雨天時や水溜まりなど水が介在する現場において、その強度が発現するタイプ(水添加で固まる全天候型常温合材)が既に他社より多く発売されている。同社においても、ロジン誘導体、消石灰及び改質剤によるフォレストパッチが他社製品と同等以上の耐久性を得られたことにより、製品化を進め、2023年度までに累計250袋を販売した。なお、現在の製造拠点は岡山県のみであるが、関東圏への拡大に向けて準備をしている。
③ 木質系アスファルト舗装の開発
通常廃棄焼却される杉の間伐材をアスファルト舗装に再利用する技術について、住友林業と共同で検討を続けている。白糸ハイランドウェイ内での試験施工により冬季における耐久性は確認されており、さらなる安定的製造・施工に向け配合の再検討を行った。茨城県内及び栃木県内の工場構内での試験施工により、夏季における耐久性が確認されており、今後、施工方法等の検討を行い、製品実用化を目指していく。