[論文レビュー] Toward Automated Virtual Assembly for Prefabricated Construction: Construction Sequencing through Simulated BIM

Gilmarie O’Neill, Matthew V. Ball+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 14, 2020

BIM and Construction Integration参考文献 15被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、建設順序の最適化を図るために、模擬的なビルディングインフォメーションモデリング（BIM）を用いた、部品組立工法の自動仮想組立手法を提案する。LODデータに基づいて建設順序を形式化することで、人的なモデリングに依存するのを軽減し、AI駆動のシミュレーションにより、より迅速かつ正確なスケジューリングを実現するとともに、再作業の最小限化を図る。

ABSTRACT

To adhere to the stringent time and budget requirements of construction projects, contractors are utilizing prefabricated construction methods to expedite the construction process. Prefabricated construction methods require an adequate schedule and understanding by the contractors and constructors to be successful. The specificity of prefabricated construction often leads to inefficient scheduling and costly rework time. The designer, contractor, and constructors must have a strong understanding of the assembly process to experience the full benefits of the method. At the root of understanding the assembly process is visualizing how the process is intended to be performed. Currently, a virtual construction model is used to explain and better visualize the construction process. However, creating a virtual construction model is currently time consuming and requires experienced personnel. The proposed simulation of the virtual assembly will increase the automation of virtual construction modeling by implementing the data available in a building information modeling (BIM) model. This paper presents various factors (i.e., formalization of construction sequence based on the level of development (LOD)) that needs to be addressed for the development of automated virtual assembly. Two case studies are presented to demonstrate these factors.

研究の動機と目的

• 部品組立工法における組立工程の理解不足に起因する非効率なスケジューリングと高額な再作業の課題に対処すること。
• 現在、人的で時間がかかる手作業による仮想建設モデル作成に要する時間と専門知識を削減すること。
• BIMモデルからのデータを活用して、自動仮想組立を実現すること。
• LODに基づいて建設順序を形式化することで、データの一貫性と自動化の準備を確保すること。
• 実際の部品組立工法の事例を通じて、自動仮想組立の実現可能性と利点を示すこと。

提案手法

• 部品の成熟度と詳細度を示すLODデータを活用したBIMモデルを用い、順序付けに適したコンポーネント定義を行う。
• AI駆動のシミュレーションを実装し、BIMデータから手動入力を最小限に抑えて自動的に建設順序を生成する。
• BIMから抽出したコンポーネントの関係性、空間的制約、組立依存関係に基づいて、建設論理を形式化する。
• 空間的および時間的制約をシミュレーションフレームワークに統合し、実現可能な組立順序の妥当性を検証する。
• 構築可能性の原則とコンポーネントの依存関係に基づいて、順序論理の優先順位を決定するルールベースのアルゴリズムを適用する。
• 2つの部品組立建物コンポーネントを対象とした事例研究を通じて、シミュレーション出力の妥当性と効率性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なるLODレベルのBIMデータを、自動建設順序付けを支援する形でどのように形式化できるか？
• RQ2 BIMモデルから実現可能な建設順序を自動的に生成するためのシミュレーション技術として、どのような手法が有効か？
• RQ3 自動仮想組立は、部品組立工法プロジェクトにおけるスケジューリング誤りと再作業をどのように低減するか？
• RQ4 BIMデータを実行可能な建設順序に変換する際の実用的課題は何か？
• RQ5 模擬BIMは、部品組立工法コンポーネントの計画と調整をどの程度向上できるか？

主な発見

• 提案手法により、BIMデータからの順序生成を自動化することで、仮想建設モデル作成に要する時間が著しく短縮された。
• LODに基づく順序の形式化により、一貫性があり信頼性の高い自動化が可能となり、LODが高くなるほど順序付けに役立つ情報量が増加することが明らかになった。
• シミュレーションフレームワークは、両事例において実現可能な組立順序を正常に生成し、実際の部品組立工法のシナリオでの実現可能性を示した。
• 自動仮想組立により、施工開始前に空間的・時間的衝突を特定することで、再作業のリスクが低減された。
• AIとBIMデータの統合により、設計者、請負業者、施工業者の間でのスケジューリングの正確性と調整が向上した。
• 事例研究により、シミュレーションに基づく順序付けが組立工程の理解を深め、より良いプロジェクト計画と実行を実現することが確認された。