AIが変えるトンネル工事の未来

はじめに

近年、建設業界においてAIの活用が進んでいます。その中で、ULSコンサルティングと前田建設が共同で開発した「切羽圧制御支援システム」が注目されています。このシステムは、熟練技術者に依存せず、安定したトンネルシールド工事を実現するための画期的な取り組みです。今回は、その技術と成果について詳しくご紹介します。

開発の背景

前田建設は長年、土木・建築プロジェクトを手掛けてきた総合建設会社であり、その中で生産性向上や業務の効率化を目指しています。特に、担い手不足や熟練技術の伝承が大きな課題となっている生産現場において、AIを活用した管理システムの必要性が高まっているのです。

シールド工事では、掘削中の地中壁面に適切な圧力（切羽圧）を維持することが求められます。この圧力管理には豊富な経験と知識が必要ですが、技術者の高齢化や不足により、その伝承が困難な状況にあります。そこで、AIによる支援システムを導入することとなりました。

システムの開発プロセス

ULSコンサルティングは、前田建設の技術的な要件に基づき、以下のようなプロセスでシステム開発を進めました。

1. 特徴量抽出とAIモデルの設計

約3000項目に及ぶセンサーデータから特徴量を抽出し、切羽圧の変動を予測するAIモデルの設計と検証が行われました。この段階で、モデルが適切に切羽圧を判断できるかどうか、実際のデータを用いて厳密に試験しました。

2. 専門家との共同作業

シールド工事技術者と共に、データ特性を理解し、学習データを整備しました。その際、データ間の相関関係を解析し、どのようにしてモデルの評価を行うかの戦略も策定しました。これにより、現場のニーズに応じたシステムの構築が実現しました。

3. プロトタイプ開発

切羽圧に異常が予測される際、オペレーターに直感的にアラートを発報するアプリケーションのプロトタイプを開発しました。この機能は画面の発光や音声で警告することで、誤作動を防ぎ、オペレーターが信頼して利用できるようデザインされています。

システムの実用性

実際の施工現場でのテストにより、この切羽圧制御支援システムは高い実用性が確認されました。例えば、約10秒先の切羽圧変動の予測精度は、熟練技術者の判断と約90%一致するとされています。これは、現場で安定した作業を実現するために大いに役立つ成果です。

展望と今後の取り組み

このシステムは、前田建設が持つ共通基盤であるMAIOSS-Ⅱを活用しているため、他の施工現場にも容易に導入可能です。今後、ULSコンサルティングは前田建設のAI活用と業務変革に貢献し続ける意向を示しています。

まとめ

トンネル工事における切羽圧制御支援システムは、AI技術を活用することで、業界の課題である担い手不足の解消や熟練技術の伝承を支援する重要な役割を果たしています。未来の建設業界のスタンダードになるこの技術に、私たちの注目が集まります。この記事を通じて、今後の建設とAIの融合の可能性を感じ取っていただければ幸いです。