OCFセミナー2015_S3_これからの道路3次元設計データ交換の提案

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ありあたけはな
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1 これからの道路 3 次元設計データ交換の提案 ~LandXML を用いたデータ交換の実現に向けて ~ 2015/12 一般社団法人オープン CAD フォーマット評議会 (OCF) Open CIM Forum LandXML SWG 堀井裕信 1

2 内容データ交換標準の必要性 LandXMLの概要国内向けの交換標準対応状況 Open CIM Forumの対応目標道路の設計施工におけるLandXMLの活用イメージ 2

3 Open CIM Forum LandXML SWG CIM を推進するにあたりシステム間の連携は不可欠であり LandXML をベースとして国内の土木設計施工に用いるデータ交換標準の検討と実装を目的として Open CIM Forum に設立した SWG( サブワーキング ) 3

4 データ交換標準の必要性国内の土木事業においては各事業段階間で電子納品要領に従い CAD 図面計算書報告書等の電子データが発注者を介して引き継がれている図面成果の電子データ詳細設計計算書施工コンサルタント発注者建設 4

5 データ交換標準の必要性土木技術者であれば横断図を見て図形の要素属性は認識できるがソフトウェアでは図形に属性データが付与されていなければ認識できない車線幅員 3m 測点は NO.43 両側歩道ここが路床面 5

6 データ交換標準の必要性従って横断図の CAD 図面から情報化施工に用いる路床面等を取り出す場合データ作成ソフトウェアを用いて図形を選択しデータを作成する必要がある施工情報化施工データ作成ソフトウェア TS による出来形管理詳細設計情報化施工用データ電子納品成果から横断図を読み込む図形を選択し路床面のデータを作成 MC/MG 6

7 データ交換標準の必要性道路設計ソフトウェアは中心線形横断面等の入力データから横断図を計算できるため施工段階で必要な形状をデータとして受け渡せれば施工時の再入力作業を軽減できる図面はCADデータ交換標準にて交換可能であるが横断面形状データを受け渡せるデータ交換標準が必要である道路設計用ソフトウェア入力データ横断図道路中心線形横断面構成勾配法面勾配舗装路床構成横断図作成プログラム入力データから計算路床面などの施工段階で必要な形状データ交換標準が必要 7

8 LandXML の概要 LandXML とは土木測量業界におけるオープンなデータ交換フォーマットとして 2000 年 1 月に米国にて提起された XML データフォーマットで当初の開発運営組織は完全公開型のコンソーシアム LandXML.org であった (41 か国対応ソフトウェア 70 種 ) LandXML.org は活動停止したが OCG に引き継がれ現在は BuildingSMART における社会基盤のプロダクトモデルの標準化を行う OpenINFRA プロジェクトと協調し継続してサポートされている 8

9 LandXML の概要 LandXML は XML 形式のテキストファイルでありソフトウェアからは容易に取り込み可能なデータである Alignments= 線形 stastart= 開始測点 length= 長さ 9

10 LandXML の要素 No. 要素名内容 1 Units 単位 ( 長さ面積体積角度など ) 2 Coordinatesystem 座標系 3 Project プロジェクト名と説明 4 Application アプリケーション名 5 CgPoints 座標点 6 Alignments 中心線形および横断形状 7 GradeModel 勾配モデル 8 Roadways 道路構成要素の集合 9 Surfaces 地形モデルのサーフェス 10 Amendment 改訂履歴 11 Monuments 基準点情報 12 Parcels 区画データ 13 PlanFeatures 計画機能 14 PipeNetworks 配管網 15 Survey 測量データ 16 FeatureDictionary 拡張したフィーチャ辞書完成形配管網 3 次元道路形状線形区画現況地形測量データ 10

11 LandXML の要素直線緩和曲線 IP 座標測点平面線形円弧縦断線形縦断地盤線縦断線形縦断地盤線 11

12 LandXML の要素片勾配すりつけ計画横断面横断地盤線横断地盤線計画横断面 12

13 LandXML の要素 3 次元地形 ( サーフェス ) TIN 形式 3 次元地形 ( 元データ ) 13

14 国内向けの交換標準国総研より LandXML 1.2 に準じて国内の道路事業河川事業への適用を前提としてデータの表現方法が規定された LandXML 1.2 に準じた 3 次元設計データ交換標準 ( 案 ) ( 以下国総研案とする ) が公開されており現在も検討が進められている LandXML 1.2 から対象とする要素 No. 要素名内容 LandXML SWG からも項目等の提案を行っています 1 Units 単位 ( 長さ面積体積角度など ) 2 Coordinatesystem 座標系 3 Project プロジェクト名と説明 4 Application アプリケーション名 5 CgPoints 座標点 6 Alignments 中心線形および横断形状 7 GradeModel 勾配モデル 8 Roadways 道路構成要素の集合 9 Surfaces 地形モデルのサーフェス : : : 国内向けのデータ表現方法 LandXML 1.2 に準じた 3 次元設計データ交換標準 ( 案 ) 国総研案国土交通省国土技術政策総合研究所 14

15 国内向けの交換標準データ交換対象の事業段階は道路事業河川事業における予備設計から施工までとしている道路事業河川事業将来的な適用範囲当面の対象範囲 1 将来的な適用範囲将来的な適用範囲当面の対象範囲将来的な適用範囲事業段階概略 A 概略 B 予備 A 予備 B 詳細施工供用維持管理 ITS 事業段階地質調査測量調査予備詳細施工維持管理新設道路改築道路横断形状データ道路中心線形データ交換標準 ( 案 ) 2 地形データ横断形状データ平面線形縦断線形地形データ横断形状データ平面線形縦断線形地形データ横断形状データ平面線形縦断線形地形データ横断形状データ平面線形縦断線形地形データ横断形状データ平面線形縦断線形地形データ横断形状データ平面線形縦断線形新設堤防改築堤防堤防法線平面線形縦断線形横断形状表面形状堤防法線平面線形縦断線形横断形状表面形状堤防法線平面線形縦断線形横断形状表面形状堤防法線平面線形縦断線形横断形状表面形状堤防法線平面線形縦断線形横断形状表面形状 1 当面の対象範囲を予備 B~ 施工のみとしているしかしこれはその他事業段階での利用を妨げるものではない 2 当面概略予備 A は適用範囲としないため本標準に則ったデータは流通しないが設計情報は従来の形で流通する出典 :LandXML1.2 に準じた 3 次元設計データ交換標準 ( 案 ) 15

16 国内向けの表現方法国内向けに規定されているデータの表現方法は以下の要素であるプロジェクト (Project) 事業段階適用基準座標系 (Coordinatesystem) 測地原子鉛直原子水平 ( 平面 ) 座標系座標点 (CgPoints) 中間点座標基準点水準点目標座標点線形 (Alignments) 規格等級測点間隔線形計算手法クロソイドパラメータ横断面 16

17 国内向けの交換標準国総研案では LandXML の項目を用いたデータの表現方法に加え不足項目は Feature 要素を用いて追加している LandXML に存在する項目 LandXML に存在しない項目データの表現方法を規定 Feature 要素で項目を追加しデータの表現方法を規定 17

18 プロジェクト (Project) 国内向けの表現方法 LandXML を作成した事業段階及び国総研案のデータ表現を用いていることを判別可能としている <Project name=" 道路詳細設計 "> <Feature> <Property label="projectphase" value=" 詳細 "/> <Property label="applicationcriterion" value="mlitlandxmlver.1.0"/> </Feature> </Project> 事業段階概略予備 A 予備 B 詳細等適用基準 LandXML が国総研案であることを示す 18

19 座標系 (Coordinatesystem) 国内で用いられる測地系水平座標系標高基準点を判別可能としている <CoordinateSystem name="crs1" horizontaldatum="jgd2000" verticaldatum="o.p" 国内向けの表現方法測地原子鉛直原子 ( 標高基準点 ) horizontalcoordinatesystemname="9(x,y) desc=" 第 9 系 "/> <Feature> <Property label="differtp" value=" "/> </Feature> 水平座標系 T.P( 東京湾中等潮位 ) との標高差 19

20 座標系 (Coordinatesystem) 国内で用いられる測地系水平座標系標高基準点を判別可能としている国内向けの表現方法測地原子鉛直原子 ( 標高基準点 ) 水平座標系 T.P( 東京湾中等潮位 ) との標高差 20

21 国内向けの表現方法座標点 (CgPoints) LandXMLの座標点は座標リストを表す要素であり座標に特定の意味を持たせることができないため特定の名称を用いて中間点基準点水準点を判別可能としている中間点 <CgPoints name="intermediatepnts"> <CgPoint name="no " featureref="1"> 中間点座標 </CgPoint> <Feature name="intermediatepnts"> <Property label="alignmentrefs" value=" 線形 1"/> </Feature> <Feature name="1"> <Property label="sta" value="0.0000"/> <Property label="tangentdirectionangle" value=" "/> </Feature> 線形への関連付け測点と接線方向角 Feature 要素参照 21

22 国内向けの表現方法線形 (Alignments) 平面線形線形の規格等級測点間隔線形計算手法及びクロソイドパラメータ (A 値 ) を判別可能としている <Alignments name=" 路線 "> <Feature> <Property label="designgmtype" value=" 道路 "/> <Property label="classification" value=" 第 1 種第 2 級 "/> </Feature> </Alignments> 道路または河川等級 22

23 国内向けの表現方法線形 (Alignments) 平面線形線形の規格等級測点間隔線形計算手法及びクロソイドパラメータ (A 値 ) を判別可能としている <Alignment name=" 線形 1" length=" " stastart="0."> <Feature name="horizontal"> IP 法または要素法 <Property label="method" value="ip 法 "/> </Feature> <Feature name="interval"> <Property label="main" value="100."/> 測点間隔 <Property label="sub" value="20."/> </Feature> </Alignment> 23

24 国内向けの表現方法線形 (Alignments) 平面線形線形の規格等級測点間隔線形計算手法及びクロソイドパラメータ (A 値 ) を判別可能としている緩和曲線曲線長終点半径 <Spiral length="37.5" radiusend="150." radiusstart="inf rot="ccw" spitype="clothoid"> <Start name="ka1-1"> </start> <End name="ke1-1"> </end> クロソイド <Feature> <Property label= A" value= 75."/> </Feature> </Spiral> クロソイドパラメータ始点半径 (INF= ) 回転方向 (ccw= 反時計まわり ) 始終点座標 24

25 国内向けの表現方法線形 (Alignments) 横断面 CrossSectSurf DesignCrossSectSurf 要素を用いて現況横断線計画横断面を表現する計画横断面現況横断線のいずれも折れ線で表現する計画横断面 DesignCrossSectSurf 横断現況線 CrossSectSurf 25

26 線形 (Alignments) 横断面国内向けの表現方法国総研案では計画横断面の折れ線の名前を使用して要素種別を定義することで車道路肩法面などの横断面の要素が判別可能としている車道 Name= Carriageway 側溝 Name= Drainage 歩道 Name= SideWalk 路肩 Name= RoadShoulder 26

27 国内向けの表現方法線形 (Alignments) 横断面横断面の折れ点に付与するコード ( 点名 ) を使用して線形方向の接続方法も示されており 3 次元での道路形状河川形状を表現できる

28 LandXML1.2 に準じた 3 次元設計データ交換標準 ( 案 ) 本データ交換標準案は以下のホームページにて公開されている 28

29 LandXML 対応状況オリジナルの LandXML1.2 を前提とした場合 SWG 参加ベンダー 10 社の対応状況は以下の通りデータエクスポートインポート平面線形 8 社 9 社縦断線形 8 社 8 社片勾配すりつけ 2 社 2 社横断面 5 社 4 社縦断地盤線 6 社 5 社横断地盤線 5 社 6 社 3 次元地形 (TINサーフェス) 6 社 7 社現状でも中心線形のデータ交換は可能片勾配すりつけ横断面はまだ課題あり 3 次元地形縦横断地形も半数以上でデータ交換可能 29

30 Open CIM Forum の対応目標国総研案をベースとして Open CIM Forum 参加ベンダー間でのデータ交換が可能となるよう検討を進める対応済 2015 年度末 2016 年度中 2017 年度以降 LandXML 1.2 国総研案国総研案 LandXML 1.2 国総研案中心線形平面縦断中心線形平面縦断横断面計画路床路体床掘線地形完成形 3 次元サーフェスその他設計システム間のデータ交換交換実験を行い情報提供する設計と情報化施工のデータ連携 30

31 道路の設計施工おける LandXML の活用イメージ 31

32 設計者の作業フロー整備路線計画概略設計 A B 活用事例 1 路線決定航空測量予備設計 A B 活用事例 2 用地幅杭決定中心線決定路線測量活用事例 3 中心線測量縦断測量詳細設計活用事例 4 平面縦断細部検討横断設計 3D 点群の利活用活用事例 5 横断測量各種数量算出 VR の利用による発注者住民との合意形成活用事例 6 LandXML 32

33 LandXMLの活用事例1 概略設計編現況地形作成 LandXMLから作成した地形を元に線形入力縦断を検討平面線形縦断を2次元の図面化 3次元道路形状の検討および図面化線形検討縦断検討 3次元道路形状検討図面作成 LandXML 書き出し 33

1/333 R= L=110.504 1/333 1/667 1/667 L=80 A=200 IP = IP.1 IA = 22-55-48 CL = 280.103 580 1/596 1/596 LandXML 書き出し 0.1 0.3 0.1 427.750 DL=425.0 1/596 1/596 1500 A=180 L=81 R=400 L=84.835 1000 11.

000% 3000 3000 3000 3000 750 750 750 2000 0.1 0.1 37.4 2000 1.2 2000 1/333 1:1 1/333 1000 1:1 2.3.5 1/1417 1/1417 1:1 438.850 2.000% GH=439.49 FH=437.756 11500 2.000% 0.1 0.1 750 580 NO.2 437.

3 m2 m2 切土面積左側面切土面積左側切土面積左側 NO.58 切土 0.0 m 切土 10.0 m 盛土 0.0 m m2 m2 m 設計高路床路体盛土 0.0 m 切土 0.0 m 切土 6.8 m 盛土 5.0 m m2 m2 m 設計高路床路体盛土 0.0 m 切土 0.0 m 切土 0.0 m 盛土 16.

500 1258.500 1238.500 1218.500 1198.500 1192.847 1185.000 1178.500 1158.500 20.058 20.115 20.112 20.400 20.400 21.600 20.800 21.900 21.300 21.354 21.500 21.500 22.600 22.500 22.500 22.500 23.614 20.

116 3.041 3.917 4.794 4.557 3.456 4.125 1.256 36.000 23.500 20.100 i=2.439% L=139.39 5 +5.895 KA 3-2 NO.66 NO.65 NO.64 NO.63 3-2 NO.61 NO.62 NO.60 1138.500 1118.500 1098.500 1078.500 29.048 29.925 30.

500 1000.000 32.491 33.127 33.368 34.161 34.786 34.957 35.800 Y=0.027 Y=0.130 Y=0.173 Y=0.243 Y=0.184 Y=0.054 Y=0.001 Y=0.084 Y=0.337 Y=0.758 Y=0.337 Y=0.084 NO.50+ 0.000 NO.50+ 1.500ブレーキ1 + KE NO.

34 1/333 R= L= /333 1/667 1/667 L=80 A=200 IP = IP.1 IA = CL = /596 1/596 LandXML 書き出し DL= /596 1/ A=180 L=81 R=400 L= :11.5 1/456 1/ / : DL= / NO DL= % % % /333 1:1 1/ : /1417 1/1417 1: % GH= FH= % NO A=250 L= 地盤高法 NO 地盤高法 37.4 m2 2.5 m % 1.2 地盤高面法 0.0 m2 m2 面 m m2 m2 切土面積左側面切土面積左側切土面積左側 NO.58 切土 0.0 m 切土 10.0 m 盛土 0.0 m m2 m2 m 設計高路床路体盛土 0.0 m 切土 0.0 m 切土 6.8 m 盛土 5.0 m m2 m2 m 設計高路床路体盛土 0.0 m 切土 0.0 m 切土 0.0 m 盛土 16.7 m m2 m2 設計高路床路体盛土 7.6 m NO.59 IP = IP.3 IA = CL = R=500 L= /1417 1/ /333 縮尺 A=250 L= i=2.439% L= KA 3-2 NO.66 NO.65 NO.64 NO NO.61 NO.62 NO i=4.386% L= NO VCL=120 VCR= NO Y=0.027 Y=0.130 Y=0.173 Y=0.243 Y=0.184 Y=0.054 Y=0.001 Y=0.084 Y=0.337 Y=0.758 Y=0.337 Y=0.084 NO NO ブレーキ1 + KE NO.55 NO.53 NO.54 NO NO / NO NO.49 KE NO Y=0.022 Y=0.014 Y=0.125 Y=0.346 Y=0.125 Y=0.006 Y=0.014 NO NO R= L= i=0.667% 0 L= NO VCL=100 VCR=3610 NO NO NO NO.44 NO NO NO NO.40 NO.42 KA 3-1 NO Y=0.034 Y=0.187 Y=0.309 Y=0.381 Y=0.193 Y=0.095 Y=0.004 NO NO A=180 L= NO NO 橋梁 L= L= m NO NO NO IP = IP.2 IA = CL = NO 縦断図 NO.38 NO Y=0.089 Y=0.357 Y=0.558 NO.30 NO NO.33 KA 2-2 NO i=3.436% 0 L= NO VCL=100 VCR=3280 NO.30 NO NO.27 KE 2-2 NO.28 NO Y=0.357 Y=0.089 Y=0.018 Y= NO NO NO.24 KE NO Y=0.458 Y=0.300 Y=0.165 Y=0.018 NO NO L=80 A=200 NO :200 管渠 NO NO NO 配勾 i=0.387% 0 L= NO KA 盛土高 VCL=100 VCR= NO 切土高交差点 NO.21 NO.18 NO 計画高 + NO NO L= R= NO NO NO NO.14 KE NO NO 地盤高 i=4.077% L= NO NO.10 KE NO.9 NO.8 NO 累加距離 VCL=100 VCR= NO NO.5 NO.6 KA i=0.417% L= NO 単距離点 NO 測 NO.4 NO.3 走行シミュレータで線形検証 NO.2 NO.1 平面縦断線形検討 BP NO 率図面数量計算 LandXMLから現況地形の読み込み NO 曲線形検討 1:0. 5 片勾配すりつけ図 LandXML読み込み現況地形平面線形縦断線形 NO LandXMLの活用事例2 予備設計編線形計算書走行シミュレータで確認図面作成 V=1: 200 H=1: トンネル L= m NO NO NO :1000 DL= VCL=100 VCR=5140 R= L=6.548 作成年月日作成年月日工事名 1:100 会社名設計株式会社事業者名工事名図面名縮尺 V=1:200 H=1:1000 地方整備局事務所道路詳細設計業務平成年月図面番号縦断図会社名設計株式会社事業者名地方整備局事務所図面番号 1 1 巾杭計算書数量計算書 GH= FH= NO.2 工盛土面積右側 m2 0.0 m2 m2 m2 m NO.1 工盛土面積右側 m2 2.5 m2 m m2 m BP(NO.0) GH= FH= BP(NO.0) 工盛土面積右側 m2 8.0 m2 1: m2 m m 図面名道路詳細設計業務平成年月

35 LandXMLの活用事例3 路線測量編 LandXML読み込み平面線形中間点座標縦断線形 LandXML読み込み縦断測量中心線測量中心線測量縦断測量横断測量横断測量図面作成数量計算書出力 LandXML 書き出し 35

36 LandXMLの活用事例4 詳細設計編 LandXML読み込み現況縦横断平面線形縦断線形 LandXMLから路線測量で作成した現況縦横断を読み込み平面線形および縦断線形の細部検討平面線形縦断線形細部検討横断設計数量計算横断計画後に土工区分線の自動作図と詳細数量を自動算出し施工で利用する設計モデル LandXML や3Dモデルを作成図面作成数量計算書出力 LandXML 書き出し 36

37 LandXMLの活用事例5 3D点群利活用編① 点群データの取得ドローン 3Dレーザスキャナ設計LandXML 平面線形縦断線形横断線形 LandXMLの設計形状と現況の点群データを比較することで盛土量切土量の算出が可能になります土量算出設計形状を現況点群と比較積算 37

38 LandXMLの活用事例5 3D点群利活用編② 点群データの取得ドローン 3Dレーザスキャナ設計LandXML 三角網 TIN 作成設計３次元形状断面データ作成 LandXML出力現況3次元形状断面図作成の際の現況断面を横断測量データではなく点群の現況断面データを利用する 38

39 LandXML の活用事例 6 VR による合意形成編 LandXML 読み込み地形中心線形横断面地形中心線形横断面を読み込み航空写真モデル配置航空写真を地形に張り合わせ建物樹木などモデルを配置環境設定シミュレーション環境設定 : 時間天候照明表現 etc シミュレーション : 交通運転氾濫土石流津波 etc アニメーション作成クラウドサーバー公開時間軸に対して設定を定義してアニメーションを作成 PC 携帯端末から閲覧が可能掲示板での合意形成支援 39

40 施工者の作業フロー入札契約現地状況調査関係者間協議設計図書照査施工計画書作成地元説明会実施情報化施工データ作成工事測量施工完成検査供用開始基本設計データ XML (TS 出来形施工管理用 ) LandXML ( 設計 ) LandXML を利用することで施工の様々な場面で作業を効率化できます 40

41 LandXML の利活用施工編 1 設計図書照査発注図面と合わせて LandXML の三次元形状を確認することになれば平面図縦断図横断図では分かりにくかった形状を確認しやすくなり従来と比べ設計図書の照査効率と精度がアップ土工の擦りつけ箇所なども形状が明確になり作業の手戻りが大幅削減される発注図面 LandXML ( 設計 ) 41

42 LandXML の利活用施工編 2 施工計画計画書作成 LandXML が流通することにより現場の設計形状が再現され現場の三次元化が容易に現場をよりリアルに再現することで現場で発生する問題点などについて事前に現場全体で共有することができる施工計画施工計画書に三次元データを用いることにより表現力が大幅向上し評価アップにつながる LandXML ( 設計 ) 42

43 LandXML の利活用施工編 3 地元説明会実施三次元データによる直感的な表現は従来の紙図面を使用した工事説明と比較して分かりやすい LandXML の形状データを取り込み現場の状況を再現すればどのような現場で工事がどのように行われていくかなど図面が分からない人たちにも理解度がアップする LandXML ( 設計 ) 画像提供 : 三重県松本組様 43

44 LandXMLの利活用施工編④ 情報化施工データ作成発注図書および設計変更後の三次元形状を利用することでこれまで時間がかかった TS出来形の横断面の形状作成が必要なくなるため基本設計データ作成時間が大幅に短縮また情報化施工 MC/MG)においても利用可能となる LandXML 設計) 情報化施工用MC/MG データ設計データに観測箇所の指示追加 TS出来形基本設計データ 44

45 LandXML の利活用施工編 5 施工情報化施工では完成形の三次元が存在することで MC MG のためのデータ作成量が大幅に効率化できます LandXML ( 設計 ) 45

46 LandXMLの利活用施工編⑥ 施工設計の形状は土量土工管理にも利用ドローンや3Dレーザスキャナで取得した現況の形状と三次元設計データを比較することで切土量盛土量の算出が可能また成形後の土工形状を点群化することで設計データと比較し出来形の確認も可能となる LandXML 設計) 46

47 LandXML の利活用維持管理編維持管理属性付の三次元データがあればビューアを利用し供用後の維持管理業務に利用できます 47

48 Open CIM Forum LandXML SWG 48

49 ご清聴ありがとうございました 49

国土技術政策総合研究所　研究資料

国土技術政策総合研究所　研究資料 5 サンプルデータ本書の理解を得やすくすることを目的に作成したサンプルデータを以下に示す