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CIMと3Dモデリング―3D CADが土木の設計に与える変化

土木分野において、3Dモデルはどのように活用されているのでしょうか。また、国土交通省により提唱されたCIMとはどのようなものなのでしょうか。土木の設計を変えると言われる、3D CADによる3DモデリングとCIMについて解説します。

土木のCIMと建築のBIM

CIMとBIM、土木分野と建築分野で取り入れられているこの2つのプロセスは、どのような特徴と違いを持つのでしょうか。

CIMとは

CIMはConstruction Information Modeling（コンストラクション・インフォメーション・モデリング）の略で、直訳すると「建設情報モデリング」となります。モデリングは本来、模型を作るという意味ですが、3D技術の進化と普及により、現代ではコンピューターグラフィックスで3Dモデルを作るという意味でも使われます。

CIMは国土交通省によって提言されている新たな取り組みで、土木分野の調査・設計・施工という流れを、3Dモデルを中心とした情報をもとに組み立てる設計・管理手法です。CIMでは3Dモデルによる視覚的・直感的にわかりやすい情報を共有することで、施工作業効率化へとつなげます。また、施工作業中に得た情報をさらにその後の維持・管理まで活用していくという、建設に関する総合的なサイクルのマネジメント手法、それがCIMです。

CIMのサイクル

CIMでは、調査・測量によって得たデータを解析し、3Dモデルとして可視化します。この3Dモデルは、関係者間の合意形成や地域住民への説明に役立てることができます。

合意形成へと至った場合、次は設計のプロセスです。このとき、さらに精度を上げた3Dモデルにより施工のシミュレーション・干渉チェックを行います。また、そのほかにも3Dモデルを中心とした設計情報に、材料の数量や管理に関する事項も含め書き込み、包括的な設計情報へと育てあげます。

必要に応じて3Dモデルから2D図面を出図し、施工中も3Dモデルと照査しながら作業を進めていきます。このとき、施工中に得た情報を蓄積し、設計情報へと書き足していくことで、3Dモデルは完成後のさまざまなマネジメントへも活用できる情報へと育ちます。こうして多くの土地や建設物がCIMにより効率的に運用・維持・管理されることで、その情報をまた次の調査・測量・設計・施工に活用することもCIMの目的のひとつです。

こうして3Dモデルにより一連の流れを効率化し、社会全体の大きなライフサイクルとして、3Dモデルにしかできない新たな価値を生み出していくのがCIMによる考え方です。

CIMとBIMの違い

3Dモデルを活用し設計、製作するという流れは、製造分野においていち早く取り入れられました。続いて建築の分野で普及が進んでいるのがBIMです。BIMでは、3Dでモデリングした建物の設計情報に、あらゆるパーツの数量や価格などを書き込んでいきます。CIMは、このBIMの考え方をもとに生まれた、3Dモデリングによる土木分野の設計手法です。

BIMがビルディング（建築）についての情報を活用したモデリングであるのに対し、CIMはコンストラクション（建設）についての情報モデリングなのです。

CIMによるメリットとは

CIMを取り入れることにより、次のような具体的メリットが期待されます。

  • 合意形成の容易化と迅速化
    従来は図面から各人が想像していた完成形が、3Dモデルにより可視化されます。これにより施主や地域住民、施工関係者の間でイメージ共有することで、合意形成が容易となりスピードも上がります。
  • 資料作成作業の削減
    共有された3Dモデルを中心として作業を進めるため、説明のための資料作成作業を減らすことができます。
  • 設計段階での精度向上
    CIMでは草案の段階から3Dモデルを活用します。これによりその後の施工、さらに完成後の維持・管理までをシミュレートするため、図面との不整合や管理上のトラブルを予測し、防止します。
  • 手待ち時間の短縮
    精度の高い設計に加え、共有されている3Dモデルを軸として工程が進むため、意思決定の場が集約され手待ち時間の短縮につながります。
  • 作業分担による合理化
    ひとつの共通したイメージが共有されていることから、遠隔地での並行作業も可能になります。

土木への3Dモデル導入事例

実際の土木分野の現場において、3Dモデルが活用されている事例をご紹介します。

道路計画への活用

従来、道路計画の設計段階では、平面図または横断図から地形を把握し、起こりうる事象・計画の改良点などを想像する手法がとられていました。これには豊富な設計経験や、技術・技量が必要でしたが、3Dモデルを活用することで地形を立体的・直感的に捉えられるため、設計上の問題把握が容易となった事例が報告されています。

地中埋設管路の設計

地中に管路を埋設する場合、道路や既存の埋設管との距離が重要となります。従来の2Dによる状況把握では、平面図・縦断図・横断図から配管位置を把握する作業が必要不可欠でした。これは、説明・理解どちらも困難で、関係者間での合意についても多くの労力と時間が必要とされていました。しかし3Dモデルを活用することにより、既存・新設の管路が視覚化され、スムーズな合意形成が実現しています。

3D CADが土木の設計を変える

土木分野において、3Dモデルはどのように活用されているのか、CIMという考え方とともにご紹介しました。CIMを支えるツールとなる3D CADは、従来からの設計手法に大きな変化と革新をもたらします。今後一層人手不足が進むと予測される建設業界において、あらゆる面からの業務効率化が必要とされます。3Dモデルと3D CAD、そしてCIMによって土木の設計はどのように変わっていくのか、注目が集まります。

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参考：

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