建設ITジャーナリストの家入龍太です。建設業界では、コンピューター上で建物や土木構造物の3D形状と、各部の仕様や材質などの属性情報を一体化したモデルを作り設計や施工、維持管理などに活用する手法が急速に普及しています。

2009年ごろから建築分野ではBIM （Building Information Modeling。ビム）として普及し始めたこの手法は、3年ほど遅れて土木分野にもCIM（Construction Information Modeling。シム）として急速に活用が広がっています。

従来、平面図、立面図、断面図のセットで3次元の構造物を表現していたものを、実物さながらの3Dモデルとして表現すると、設計の内容や完成時の様子が一般の人だけでなく、専門家でもわかりやすくなります。

また、3Dの形状や寸法と、属性情報をセットで扱えるBIMモデルやCIMモデルは、静的/動的な構造解析や風シミュレーション、津波シミュレーションなどの入力データとして使えます。そのため、建物や土木構造物を設計しながら、解析やシミュレーションで性能を確認し、さらに設計を改良していくといったフィードバックも行いやすくなり、設計の最適化にも役立っています。

国土交通省では2010年に官庁営繕事業において新宿労働総合庁舎の設計にBIMを試行導入したのに続き、2012年に土木事業を対象に「CIMの実用化に向けたロードアップ案」を策定し、国を挙げてCIMの本格導入に向けた取り組みを行っています。

フォーラムエイトではこれまで数十年にわたって主に土木向けに様々な設計ソフトや解析・シミュレーションソフトを開発してきました。従来は、それぞれのソフト用に入力データを作り、計算するという使い方が主流でした。

これらのソフトがCIM対応になると、一度、作った構造物の3D形状に属性情報を一体化したCIMモデルを入力データの一部として使えるようになり、計算の手間や時間が大幅に削減できるようになります。

実際、フォーラムエイトの土木向けソフトは、CIM対応がかなり進んできたと言えるでしょう。それは、各ソフト間で相互のデータ交換機能が非常に整備されてきたからです。

▲複雑な街並みや構造物をわかりやすく表現する
リアルタイム3Dバーチャルリアリティーシステム
「UC-win/Road」は、今やCIMモデルの統合ソフトと言える存在だ

中心となるのは、リアルタイム3Dバーチャルリアリティーシステム「UC-win/Road」と、建築土木3DCAD「Allplan」です。これらのソフトはCIMモデルの3D形状や属性情報を扱えるデータ交換標準「IFC」のほか、「DWG」や「DXF」も「3ds」といった建設業界でよく使われているデータ形式によって相互にデータ交換が行えます。

そして両ソフトを軸として、構造解析ソフト「Engineer's Suite」や土木設計・解析ソフトの「UC-1設計シリーズ」、避難解析の「EXODUS」、氾濫解析の「xpswmm」などとのデータ連携体制が整備されています。

さらに他社のCIMソフトや一般に広く使われているGIS（地理情報）データ、3Dレーザースキャナーで計測した点群データなど、外の世界に向かってもデータ連携が行えるようになっています。

建設フェーズ別にフォーラムエイトのソフトを並べてみると、計画・基本設計段階から詳細設計、維持管理まで、各フェーズ用のソフト間でデータを連携しながら使えるようになっていることに気づきます。

▲構造解析ソフト「Engineer's Studio®」。
土木構造物のCIMモデルをもとに、動的・静的な構造解析を精密に行える

まずは計画段階で使う「UC-win/Road」から、一般図の作成段階で使う「UC-1設計シリーズ」や「3DCAD Studio®」へとデータがわたり、設計がより進みます。

さらに、そのデータは詳細設計で使われる「3D配筋CAD」で配筋の干渉チェックやCIM用の3次元CADソフト「Allplan」で鉄筋の加工図を作ります。

そして、構造物の完成後、維持管理段階では、構造物の3Dモデルを非線形構造解析ソフト「Engineer's Studio®」に読み込んで、既存構造物の耐震性チェックなどを行う、といった具合です。

▲フォーラムエイトのソフトを建設フェーズ別に並べて見ると、
CIMの発想で3D形状と属性情報を連携させながら業務が進められるようになっていることに気づく

●体験セミナーの内容

8月20日、フォーラムエイト東京本社のセミナールームで「CIM入門セミナー」が開かれました。講師を務めたのはUC-1開発第1Group長の中村淳さんです。

この日のセミナーは、フォーラムエイトのソフトを操作しながら土木構造物の3D形状や属性情報をソフト間で連携させ、CIMによる設計ワークフローを体験するというものでした。

まず、CIMの概要と、フォーラムエイトのBIM/CIMに対応した建築土木設計ソリューションについての説明が20分ほどありました。

その後はいよいよソフトを使った操作体験が始まりました。1番目は、3次元有限要素法解析プログラム「Engineer's Studio®」です。このソフトのモデリング機能で、高架橋のCIMモデルを作り、実際に地震加速度波形をCIMモデルに入力して、動的解析を行うという本格的なものです。CIMの世界でも、ここまでの解析を行っている技術者はまだ少ないかもしれません。

操作体験では、既に入力された3本の橋脚上にかかる上部工を3Dでモデリングしていきました。橋桁の断面は、代表的な形がソフトに登録されています。これらを選んで橋桁の本体、端部の地覆、アスファルト舗装などを配置していきます。

その後、断面図に鉄筋間隔や本数などを入力して配筋していきます。その作業が終わると、橋桁を軸方向に分割します。

▲Engineer’s Studio®の操作に使われた橋梁のCIMモデル		▲CIMモデル内の配筋も正確に入力した

そして地震加速度波形を選択して動的解析を実行しました。あっという間に変位図や断面力などが求められ、中央の橋脚の下部に比較的、被害の少ない「レベル1」の損傷があったことが結果として出力されました。

▲動的解析の結果を3Dで表現した結果		▲変位図や断面力などを表示したところ		▲中央の橋脚下部の緑色部分に レベル1の損傷が発生することが 解析の結果わかった

ここまでは従来の構造解析ソフトと同じように進みました。Engineer's Studio®がCIMソフトらしく感じたのは、その次に行った操作です。解析に使った高架橋の3D形状と属性情報を、CIMモデルのデータ交換標準「IFC形式」に書き出したのでした。このデータは、他のベンダーのIFC対応ソフトで開くことができます。つまり、CIMモデルの連携機能を体験したわけです。

次は、土木設計用ソフト、UC-1シリーズの「橋脚の設計」で、高架橋のT形橋脚のCIMモデルを作るという操作体験です。

3DのCIMモデルを作るのは大変と思われがちですが、このソフトでは代表的な寸法や鉄筋の径やピッチ、かぶり、段数など数値やプルダウンメニューで選ぶだけで、複雑な鉄筋配置までを行ってくれます。そして図面作成までを自動的に行ってくれるのです。

▲自動作成されたT形橋脚の図面

ここまでは従来の橋脚設計ソフトとあまり変わりません。ところが次の操作は、CIMソフトとしての機能を強く感じさせるものでした。それは3D配筋モデルの自動作成です。

「UC-1 橋脚の設計」の画面上部にある「3D配筋生成」ボタンをクリックすると、鉄筋の1本1本が3D空間上に配置された非常に精細な3Dモデルができあがりました

さらにこのモデルは「RFVファイル」に書き出し、別のソフト「3D配筋CAD」で開くことにより、3D空間上での鉄筋の干渉チェックが行えるのです。干渉部分には黄色の丸印が表示され、多数の鉄筋がどこで干渉しているのかが一目瞭然（りょうぜん）でわかります。

▲「3D配筋生成」ボタンによって 作られた精密な3D配筋モデル		▲「3D配筋CAD」で干渉チェックを行ったところ。 黄色の丸印が干渉部分

さらにこの橋脚や3D鉄筋のCIMモデルは、「.a」という拡張子のデータに書き出して、CIM用の3次元CADソフト「Allplan」に読み込み、詳細な設計を進めていくことができます。

AllplanはCIMやBIMに対応した3次元CADで、断面図や鉄筋加工図など、さらに細かい設計が行えるようになっています。UC-1シリーズの「橋脚の設計」で作られたCIMモデルは、「3D配筋CAD」からAllplanへと引き継がれたことになります。この事実からもフォーラムエイトの土木設計ソフトが、CIMソフトになってきたことが実感されました。

▲橋脚や3D鉄筋のCIMモデルは 「Allplan」に引き継ぎ、詳細設計を進めていく		▲Allplanで作成した鉄筋の加工図

この後、講師はUC-1開発第1Groupの辰巳恵三さんにバトンタッチされ、リアルタイム3Dバーチャルリアリティーシステム「UC-win/Road」によるCIMモデルの活用についての操作体験が行われました。

3D地形の上に道路や街並みを作っていく過程で、先の実習で作成した橋脚のCIMモデルを読み込み、配置しました。3D配筋もそのままUC-win/Road上に引き継がれることが確認できました。

▲UC-win/Road上に読み込み
配置された先ほどの橋脚CIMモデル

UC-win/Roadは、数十キロメートル四方を街ごとCIMモデル化するためのシステムに進化してきました。そして自動運転のシミュレーションのほか、風環境や騒音、津波など、様々なシミュレーションを行うためのCIMモデルのプラットフォームとしても、重要な機能を持ち始めています。

▲様々なBIM、CIMモデルを統合して UC-win/Road上で行った風環境シミュレーションの例		▲UC-win/Road上で行った津波シミュレーションの例

●イエイリコメントと提案

フォーラムエイトの膨大な土木設計用ソフトや3次元CAD、バーチャルリアリティーソフトと、他社のCIMソフト間でデータ連携が行える機能が整備されてきたスピードには驚かされます。

実際の業務では、1カ所でも業務の中でデータ連携がスムーズにいかない部分があるとそれがボトルネックになって生産性が上がらないこともよくあります。

データ連携が進んできたフォーラムエイトのソフトも、最終仕上げの段階として、ユーザーの視点で設計ワークフローを再度確認してみてはどうでしょうか。業務でよく使われる他社ソフトも視野に入れてデータ連携によってシームレスな業務が行えるようにするのです。

その作業によってフォーラムエイトのソフトがCIMのワークフローの大きな部分を担う時代が目の前まで迫っているように思います。