維持管理に関する研究

JACIC 第14回研究助成事業成果報告会

BIMを用いた文化財建造物の 修繕・利活用計画策定と

維持管理に関する研究

東北学院大学工学部

平成28年11月15日

東北学院大学工学部

環境建設工学科

教授 櫻井 弥

教授 櫻井一弥

• 背景

3Dスキャナによる建造物の点群計測 背景

瞬時に高精度の計測が可能

遠隔計測が可能であるため仮設足場が不要 遠隔計測が可能であるため仮設足場が不要 接触による損傷リスクがないなど

近年3Dスキャナの小型化・軽量化が進んでおり、3Dスキャ ナを用いて既存建造物をより手軽かつ迅速に計測するとと ナを用いて既存建造物をより手軽か 迅速に計測するとと もに、そのデータを用いて比較的容易に建造物のBIM化を 図ることが可能となりつつある。

BIM・・・Building Information Modelingg g

歴史的建造物の現状把握

• 人手が必要

• 人手が必要

• スケッチを描くのに スキルが必要

天井付近など実測が

• 天井付近など実測が 困難な場所がある

• 平面図や立面図から 3Dに再統合する必要が ある

ある

• 研究の目的

1）歴史的建造物の現状把握において 研究の目的

1）歴史的建造物の現状把握において、

3Dハンディレーザースキャナを用いた点群計測や、

写真計測の可能性を探る

2）歴史的建造物全体をBIM化し 利活用計画策定段階 2）歴史的建造物全体をBIM化し、利活用計画策定段階

における合意形成で有用な基礎的データを作成

キ ナによる点群デ タ 取得から 統合化された

3Dスキャナによる点群データの取得から、統合化された3D

データを作成する一連の流れを構築できないか？ 作成 構築

• 研究対象 研究対象

重要文化財「デフォレスト 館」は、1887年に宣教師館 館」は、1887年に宣教師館 として創建された、明治期

ア タイ

のコロニアル・スタイルの 宣教師館。

新島襄が創設した 同志社 新島襄が創設した、同志社 分校と言われる「東華学校

重要文化財「デフォレスト館」

」理事であったJ・H・デフ ォレストのために建設され

（仙台市青葉区・東北学院大学所有）

た。 東北地方における最古級の木造擬洋風建築

• 歴史的建造物調査における3Dスキャナの活用に関する検 討と考察

・測定用ターゲットをなるべく使用しない

・測定用ターゲットをなるべく使用しない

・3Dハンディレーザースキャナを用い、内部空間をスキャン

・3つの手法の比較検討とその可能性を探る

3手法のフロー

a)従来手法

従来手法で取得した情報を基に作成した3Dデータを正とし、

従来手法で取得した情報を基に作成した デ タを とし、

3Dスキャナ、写真計測によるデータをこのデータと比較する

b)3Dスキャンによる3Dモデルの作成

フリーソフトウェア「Cloud Compare」で 点群データを編集 群 編集

3Dハンディレーザースキャナ OPT社 「DPI-8 Kit」

※左図はカタログ転載

点群データから3Dソリッドモデルを抽出するソフトウェア ClearEdge3D社 「EdgeWise5.0」

ClearEdge3D社 EdgeWise5.0」

うまくいかなかったため、アプリクラフト社「Rhinoceros

」とそのプラグインであるVeesus社「Arena4D」を組み合わ せ 断面形状をト し 化する方法を採 た

せ、断面形状をトレースして3D化する方法を採った。

c)写真計測ソフトを用いた3Dモデルの作成

Agisoft社 「PhotoScan Standard」を使用

各手法の結果と特徴についての考察

・写真計測によって室内をスキャンすると、大きさの概念 がな ため 各室 大きさが全く異な ま た

がないため、各室の大きさが全く異なってしまった。

・写真計測から自動生成された3Dモデルは、本来平滑と見 写真計測 ら自動 成された デ は、本来平滑と見

なしたい壁面も細かくポリゴン化されてしまう。

デ ナを使用す 課題と利点 ハンディスキャナを使用する課題と利点

課題：

部屋がゆがんでスキャンされることなどがあり 部屋がゆがんでスキャンされることなどがあり、

実は結構なスキルが必要（取り直しも何度もしている）

利点：

利点

•

入り組んだ部分などを漏れなく スキャンできる

•

モールディングや手摺り子など モ ルディングや手摺り子など

、複雑な立体を正確にスキャン

できる

各手法の比較について

労力の比較

精度の比較 - 「LOA」（Level Of Accuracy）

精度の比較 「LOA」（Level Of Accuracy）

米国建築文書化協会（USIBD）により新指標として提唱さ れているもの 3Dスキャナなどで取得した点群データや出 れているもの。3Dスキャナなどで取得した点群データや出 来形BIMモデルなどの正確さを表現する。

各レベルの誤差上限値（UpperRange）と下限値（

）に ％が入 て ることが条件

Level Upper Range（mm） Lower Range（mm）

LowerRange）に95％が入っていることが条件。

Level Upper Range（mm） Lower Range（mm）

LOA10 User defined 50

LOA20 50 15

LOA30 15 5

LOA40 5 1

LOA50 1 0

まとめ・考察 従来手法：

人手と時間が必要となるが 部屋の特性によるデ タの取りにく 人手と時間が必要となるが、部屋の特性によるデータの取りにく さなどの問題はない。

デ ザ

3Dハンディレーザースキャナ：

データ取得にかかる労力が少なくて済むが、対象の状態によって デ タ取得にかかる労力が少なくて済むが、対象の状態によって 精度にばらつきが出る。複雑な形状などのデータ取得には非常に有 効。

写真計測：

スケールの概念がないため建築内部の実測には向いていない。

• BIMを用いた歴史建造物の修繕・利活用計画策定の検討 と考察

・従来手法によって取得したデータをもとにBIM化

・歴史的建造物の修繕計画において、どのように有効を考察

使用したソフト

V t W k D i ith R d k 2015（A&A社）

・Vector Works Designer with Renderworks 2015（A&A社）

・AutoCAD Architecture（AutoDesk社）

・Solibri Model Viewer（Nemetschek社）

VectorWorks（A&A社）によるBIMデータの作成

床データの作成

開口部データの作成

BIMデータとIFCの互換性

VectorWorks AutoCAD V W s

換

現段階では、異なるソフト間のIFC互換は難しい

• 全体のまとめ 全体のまとめ

歴史的建造物の3Dモデルを作成するための情報を取得する方法 について 従来手法 3Dスキャン 写真計測の3つの手法を比較 について、従来手法、3Dスキャン、写真計測の3つの手法を比較 し、それぞれの特徴や適用可能性について考察した。

歴史的建造物の修繕や維持管理に活用できるBIMデータを作成す 的 物 修繕 維 管 活 作成す

ることができた。

ご静聴ありがとうございました