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書籍版「建設ITガイド」に掲載した特集記事のバックナンバーです。

官庁営繕事業におけるBIM試行 〜見えてきた成果と課題〜

2013年12月2日

 

国土交通省関東地方整備局 営繕部整備課

 

はじめに

官庁営繕事業におけるBIM導入プロジェクトについては、国土交通省が策定した「国土交通省CALS/ECアクションプログラム2008」における目標の一つである「③調査・計画・設計・施工・管理を通じて利用可能な電子データの利活用」のうち、具体的な実施項目として掲げられている「3次元データを活用したモデル設計・施工の実施」の一環として実施するものであり、BIM導入の効果・課題等を検証することを目的としています。
 
官庁営繕部では、設計・施工から維持管理に至る過程で一貫してBIMを活用することが、施設整備・保全に関わる行政コストの削減、官庁施設の品質確保、および官庁施設における顧客満足度の向上に資すると考えており、BIMによるメリットが営繕業務のもたらす可能性として、以下の①〜③に着目し、これら三つの観点から、BIM導入の効果・課題等について検証することとしました。
 
①設計内容の可視化による変化
 設計の透明性・説明性が高まり、関係者間における意思決定の迅速化。
②建物情報の入力・整合性確認による変化
 官庁施設に必要な性能水準と合致した設計の効率的・効果的な実施。
③建物情報の統合・一元化による変化
 設計・施工を通じて、施設管理者による施設の運営・管理や、官庁施設のファシリティマネジメントに活用可能な建物情報モデルの
 構築。
 

図-1想定されるメリット

図-1 想定されるメリット


 
 

設計段階におけるBIM導入の試行内容

国土交通省における初のBIM試行プロジェクト「新宿労働総合庁舎外設計業務」では、設計段階におけるBIM導入の試行を実施しました。
設計者は、公募型プロポーザル方式にて選定を行いました。
構造・規模は、RC-6/1で延べ面積が約3,500㎡の、労働基準監督署他が入居する標準的な規模の事務庁舎であり、主に建築および構造分野を対象として、以下の項目について試行を行いました。
 
●設計与条件の可視化
●設計図書の作成に必要な情報が入力されたBIMモデルの作成
●通常の設計とBIMによる設計との業務プロセスの違い等の検証
●BIMモデルを活用した配置・立面計画等の比較検討
●BIMモデルを活用した工事費概算の実施
 
これを基に実際にプロセスごとに行った設計者提案を含めた業務実施内容と、その考察について紹介します。
 
 

各プロセスにおける業務実施内容

与条件把握段階

【実施内容】
1.法規制等による建築可能範囲の可視化モデルを作成する
2.敷地および周辺環境の情報を含むモデルを作成する
3.周辺風環境解析により周辺から受ける影響を可視化し、建物のボリューム・配置検討等に反映させる
 
【考察】 
ここでは、BIMモデルを活用してスタディ段階の的確なボリュームや配置計画等の比較検討、日影や風等のシミュレーションを行うことにより基本的な錯誤が避けられ、後工程での検討で留意すべき事項を的確に把握することができました。
 
また、従来業務では2次元で法規制などの整理を行うため、建築可能範囲について立体的に捉えにくいというような問題が、モデルによる可視化情報を用いることで関係者間の意思決定が確実かつ迅速になりました。
 
当初、地上5階地下2階建ての計画でしたが、法規制の中ボリュームの比較検討において、地上6階建てを検討し、地下は1階に抑えてコスト縮減を図りました。一方、設計業務受注者からは敷地周辺を含めたデータ入力になるので高低差や道路状況など正確な情報が必要となり、またモデルの作成には時間がかかるといった課題もあったところです。 
 

図-2風環境シミュレーション
図-2 風環境シミュレーション
図-3法規制の可視化とボリューム検討
  図-3 法規制の可視化とボリューム検討

 

基本設計方針策定段階

【実施内容】

1.敷地形状、建物ボリュームをBIMモデルに入力する
2.ボリュームモデルによる空間ゾーニングを行う
3.冬至、夏至における日影シミュレーションを行い、配置検討に反映させる
4.BIMモデルより、数量算出機能を用いて算出した数量によりコスト概算を行う
5.BIMモデルを活用して配置計画・立面計画等の比較検討を行う。比較検討に当たっては、BIMモデルによる算出数量等を活用して、外壁・窓形状等の全体工事費への影響が大きい要素を考慮したコスト比較も併せて行う
6.建物ボリュームが周辺に与える風・温熱・景観の影響シミュレーションを行い検討する
 
【考察】
ここでは、入居官署との初期打ち合わせの中で、面積表と平面プラン等が連動する計画案を提示できるため関係者間の意思疎通も図られ、それが業務の効率化につながったと感じています。
また、基本計画の段階からコストコントロールができるので、早い段階での概算精度の向上に期待できます。これは以降の予算過不足による大幅な設計変更を避けることができ、コスト縮減案の提示についても迅速に数量の拾い出しが可能なため、併せて業務の効率化につながるとの結果が出ています。
 

図-4ゾーニング計画の可視化
図-4 ゾーニング計画の可視化
図-5自然換気シミュレーション
  図-5 自然換気シミュレーション

 

基本設計段階

図-6自然採光シミュレーション

図-6 自然採光シミュレーション


【実施内容】
1.各部材を入力した一般図(1/100)程度のBIMモデルを作成する
2.意匠モデル、構造モデルを重ね合わせて整合性を確認する
3.BIMモデルより、数量算出機能を用いて算出した数量によりコスト概算を行う
4.環境シミュレーション(採光・通風)を行い、開口の検討に反映させる
5.意匠、構造、設備モデル相互の干渉チェックを行う
 
【考察】
ここでは、設計の初期段階から各分野間で綿密な意思疎通や調整が可能となるなどフロントローディングのメリットがありました。
これは、容易にシミュレーションが可能なため計画にフィードバックさせやすく、採光や通風等の影響が可視化されることからさまざまなパターンが検討可能で、担当者間の共通認識が図られやすかったためです。
 
例えば、自然採光を執務室内へ取り込むためのライトシェルフ採用の可否については、シミュレーション結果により効果が少ないことを確認しこれを取りやめています。
自然換気に関しては、取り入れを南面窓のみとしてシミュレーションを行いましたが、これも効果がないために西面窓からも自然換気を取り入れています。
 
また、外部からの階段室の見え方とリフレッシュスペースの位置取り等、モデルを自由に動かしながら討論し、最適解を導き出したことも可視化がもたらしたメリットでした。
一方で干渉チェックに関しては、建築、構造、設備の干渉している部分が表示されるため、容易に把握ができ迅速な対応が可能となりましたが、設備モデルに関しては作成に手間がかかり負担が大きいことが分かりました。
 
また、構造モデルは一貫計算ソフトからモデルを生成可能ですが、構造計算上のモデルと実際の躯体形状との整合をとる必要があり、調整に時間がとられることもわかりました。
 
図-7干渉チェック

図-7 干渉チェック


 

実施設計段階

【実施内容】
1.基本設計で作成したBIMモデルに各種詳細情報(1/50程度)を入力する
2.可視化による仕様ディテールの確認を行う
3.意匠モデル、構造モデルを重ね合わせて整合性を確認する
4.BIMモデルより各種実施設計図(各種申請図共)を出力する。出力の調整はBIMモデル内で行う
5.BIMモデルより、数量算出機能を用いて算出した数量によりコスト概算を行う
6.輝度、照度、気流シミュレーションを行い、建具形状や照明計画、空調計画等にフィードバックする
7.BIMモデルを用いた場合の効率のよい共通原図フォーマットを提案する
 
【考察】
全建築図面の70〜80%をBIMで作成し、部分詳細図等はBIMモデルから切り出して2次元で作成しています。
ここでは、基本設計からのBIMモデルデータを実施設計においても連携させて使用することができるので、作図の作業時間が減少しています。
 
また、その一つのモデルから各図面を出力することが可能なため、図面間の不整合が起こりにくくチェック時間の短縮にもつながっています。
これは、修正があった場合でもモデルを修正することで、各図面も同時に修正されることになり手戻りも少ない結果になりました。一方、ディテール等の詳細情報をどの程度まで入力するかをあらかじめ当事者間で検討しておく必要があることがわかりました。
 

図-8実施設計モデルからのパース切り出し

図-8 実施設計モデルからのパース切り出し


 

積算段階

【実施内容】
1.BIMモデルより、数量算出機能を用いて算出した数量と通常積算業務による数量との比較および考察を行う
 
【考察】
建築数量積算基準での「拾い」数量とBIMモデルからの数量において比較でき、間違いがあった場合において追求しやすいものとなりました。
図面の修正に数量も連動して変更されるため、数量の間違いもありません。
しかし、今回使用したソフトでは各部位の数量拾い出しの仕方が基準とは異なるため、部位ごとの比較はできないなどの問題点もありました。
また、実際の比較においては大きな差異はなかったとの結果が出ています。
 

図-9モデルから数量切り出し

図-9 モデルから数量切り出し


 
 

試行結果まとめ

以上、試行を通じて見えてきたBIMのメリットについて、「可視化」「整合性」に関するポイントをまとめます。
 
①設計初期段階における効果や性能の確認
一般に、建物が完成後に期待した通りの性能や効果が発揮できるかどうかは、設計段階ではあくまで想定の域を出せん。
そこでこれらを検証するための手段として施工段階でのモックアップの作成や試験施工等を実施することがありますが、効果が期待通りでない場合には、設計変更等の手戻りが生じてしまいます。
一方、設計段階でシミュレーションを行えば、早い段階で効果を机上で確認できます。
新宿労働総合庁舎の設計においても、環境シミュレーション等を基本設計段階から活用し、効果を数値的に確認しながら進めました。
これは施設整備全体の手戻りのリスク低減につながる大きなメリットであると考えています。
 
②情報共有・コミュニケーション
新宿労働総合庁舎の設計では、設計者と設計業務の発注者である営繕技術者との打ち合わせは、作成されたBIMモデルをプロジェクタでスクリーンに映しながら行いました。
打ち合わせ中に出された提案は、その場でBIMモデルに反映され、改善案として具体的に示されます。
このため、多様な提案を素早く検討することができ、限られた時間の中でより良い設計を行うことが可能となります。
 
さらに、関係者一同がモデルを囲んで議論することで、新たな気付きやさまざまなアイデアが出てくることが期待できます。
また言葉での情報共有は人によって捉え方が異なる恐れがありますが、BIMでは具体的に目で確認できることから、確実な情報共有が可能となります。
これにより、設計関係者の間での情報共有はもちろん、入居予定官署の担当者等建築の専門家ではない関係者に対しても具体的で理解が容易なプレゼンテーションが可能になります。
このようにBIMはコミュニーションツールとしても有効であると考えられます。
 
③業務管理が容易になる
今回の業務では、建築分野の主要な図面については単一のBIMモデルから出力しているため、図面間の不整合が生じることがありません。
図面間の食い違い等の確認など、あまり生産的でない作業が軽減され、設計の本質的部分に労力を注ぐことができます。
また、作成途中のBIMモデルからでも2次元の図面を出力することができますので、これを利用して図面作成の進捗状況を実施設計の途中段階で確認することにより、発注者にとっても業務の管理がより容易になると考えられます。
 

図-10BIMを使った打ち合わせの様子
図-10 BIMを使った打ち合わせの様子
図-11アプローチ廻り外観
 図-11 アプローチ廻り外観

 
 

見えてきた課題

このようにBIMを活用することにより、発注者と受注者の双方にメリットがある一方で、設計段階での作業の進行が従来よりもスピーディになり、意志決定の段階が前倒しになることから、発注者側の設計与条件の整理が不十分だったり判断が遅くなったりすると作業が滞ってしまいます。
つまり、BIM導入のメリットであるフロントローディングを実現するためには、初期段階での適切な与条件整理や企画立案、提案に対する迅速な判断が重要なポイントであり、その意味ではBIMの活用は設計者のみならず、発注者の企画力・判断力も問われるものであると考えます。
 
また、BIMモデルはさまざまな建築部材、設備機器等の形状・属性情報から構成されていますが、これらのデータを「設計のどの段階で、どのような内容を、どのくらい詳細に入力するか」といったデータ入力に関する最低限の条件を関係者間であらかじめ決めておく必要があるということが分かりました。
これは、今回新宿の試行施行に関しては基本的に「発注図が欲しい」としか業務として要求していないため、以降の施工や維持管理段階につなげるための情報については、必要のない情報まで入力されていて、それがデータの一元化に対して問題となっており、これも今後の検討が必要となることが分かりました。
 
 

施工段階におけるBIM導入の試行

平成23年末から着工している新宿労働総合庁舎建築工事において、設計段階で作成されたBIMモデルを活用し、以下の項目について施工段階における試行を行い、設計段階での試行と同様にプロセスの違いやBIM導入の効果・課題を検証しています。
 
●設計段階で作成されたBIMモデルを活用した基準階施工図の作成
●基準階天井内、主要設備室および地下ピット内の建築・設備等の干渉チェックによる整合性確認
 
現在、地下における干渉チェックを終え有効性を確認しているところです。
 
 

おわりに

営繕部は設計・工事の発注者としてだけでなく、官庁施設の企画・計画、設計監理、施工監理・検査、保全指導等を通じ、建築物のライフサイクル全般に関わることができる立場にあります。
こうした立場を生かして、設計業務におけるBIM導入について引き続き試行等による検証を進めていくとともに、施工・維持管理・運営を含む建築生産プロセス全般においても、BIMがどのように活用できるのか今後、検討していきたいと考えています。
 
 
 
 
【出典】


建設ITガイド 2013
特集「建設イノベーション!3次元モデリングとBIM&CIM」
建設ITガイド2013
 
 



 

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