工場の設備移設やラインの再配置では、古い図面と現況が一致せず、現地確認後に寸法のズレや既存配管・梁との干渉が判明するケースがあります。こうした手戻りは、工期の遅延や追加コスト、操業停止期間の長期化につながるため、事前に正確な現況データを把握することが重要です。

そこで有効な手法として注目されているのが、工場内を立体的に記録できる3Dスキャンです。今回は、3Dスキャンを活用した工場設備移動の進め方や、取得した点群データをCAD化するメリットを解説します。

なお、アジルジオデザインでは、高精度な3Dスキャンなどの機材を提供しております。

▼この記事のポイント

• 工場の3Dスキャンは、設備・配管・柱・梁などの現況を立体的な点群データとして取得する手法
• 古い図面と現況のズレを補い、設備移設やレイアウト変更時の干渉リスクを事前に把握できる
• 取得した点群データをCAD化することで、搬入経路のシミュレーションや干渉チェックに活用できる
• 3Dデータは、将来の設備増設・メンテナンス・スマートファクトリー化の基盤としても役立つ

工場の設備移動での課題と3Dスキャンが求められる背景

工場のレイアウト変更や設備移設では、図面と現況のズレ、搬入時の干渉、手計測によるミスなどが大きな課題になります。ここでは、従来の現場測定や図面管理だけでは対応が難しくなっている理由と、3Dスキャンが求められる背景について解説します。

図面と現況が異なるケースがある

工場の設備移設やライン変更を検討する際、計画の基準となるのは既存の2D図面や古いCADデータです。しかし、実際に現場を確認すると、図面上の寸法と現況が一致していないケースは少なくありません。

こうしたズレが生じる主な原因は、竣工時に作成された図面が、その後の設備追加や改修に合わせて適切に更新されていないことにあります。

工場では、稼働開始後も生産性向上や作業効率化のために、日常的なレイアウト変更や設備の微調整が行われます。たとえば、生産ラインの位置をわずかに変更したり、ユーティリティ配管を一部追加したり、作業台や周辺設備を現場判断で設置したりすることがあります。

これらの変更は、操業を止めずに迅速に行われることが多いため、すべてが正本のCADデータや紙図面に反映されるとは限りません。

また、大規模な改修工事が行われた場合でも、工事完了後の竣工図が十分に整備されていなかったり、作成された図面データの保存場所が部署ごとに分かれていたりすることがあります。その結果、複数の図面が残っているものの、どれが最新の現況を反映したものなのか判断できなくなる場合があります。

さらに、図面管理が特定の担当者に依存している場合、担当者の異動や退職によって管理体制が崩れるリスクもあります。長年工場を管理していた技術者や施設管理者がいなくなると、サーバー内に保存されている多数の図面データのうち、どれが現在の正本なのかを確認できなくなることがあります。選んだ図面が数年前の古いデータであり、その後に変更された配管ルートや設備位置が反映されていなかったという事態も起こりえます。

このように、現場で積み重なった小さな変更の未反映と、図面管理体制の属人化が、図面と現況の大きな乖離を生む原因になります。

設備移設時に干渉が生じることによりリスクと損失が発生する

正確な現況を把握しないまま設備移設や新規設備の導入を進めると、施工段階で物理的な干渉が発生するリスクがあります。干渉とは、新たに搬入する設備や装置が、既存の壁・柱・梁・ケーブルラック・空調ダクト・各種配管などに接触し、予定どおりに搬入・設置できなくなる状態を指します。

たとえば、高額な製造設備や工作機械をクレーンやフォークリフトで工場内に搬入し、指定位置に据え付けようとした際に、天井付近の配管や建物の梁に数センチメートルだけ干渉してしまうことがあります。わずかな接触であっても、設備が所定の位置に収まらなければ、その場で作業を中断せざるを得ません。

このような干渉が発生すると、現場で急遽、既存配管のルート変更や架台の加工、新設備の配置変更などを検討する必要があります。いずれも当初の計画には含まれていない作業であり、追加費用や再設計の原因になります。

さらに、現地合わせで対応する場合、設計者、施工業者、設備メーカー、現場担当者の間で再調整が必要となり、意思決定にも時間がかかります。

特に工場の設備移動は、土日や大型連休、定期修繕期間など、限られた操業停止期間に合わせて実施されることが一般的です。工事スケジュールは分刻みで組まれていることも多く、干渉トラブルによって1日でも作業が遅れれば、連休明けの生産再開に影響する可能性があります。生産ラインの停止期間が長引けば、出荷遅延や納期遅れにつながり、取引先からの信用低下や機会損失を招くおそれもあります。

つまり、設備移設時の干渉は、単なる施工上のトラブルではなく、工場全体の生産計画や事業コストに直結する重大なリスクだといえます。

従来の手計測では限界がある

設備移設時のトラブルを防ぐため、多くの工場では事前に担当者が現場を確認し、必要な寸法を測定してきました。しかし、コンベックスやレーザー距離計を用いた手計測には、精度・安全性・作業効率の面で限界があります。

まず、手作業である以上、計測ミスや確認漏れを完全に防ぐことはできません。広い工場内でメジャーを引っ張って寸法を測る場合、メジャーのたわみや傾き、測定位置の取り違えによって誤差が生じることがあります。

また、複雑に入り組んだ配管の外径、床のわずかな傾き、柱や梁の微妙な歪みなどを、手作業だけで正確に把握することは容易ではありません。

次に、安全面のリスクもあります。天井付近の梁やクレーンレール、ケーブルラック、点検通路などの位置を測るには、高所作業車や脚立を使用しなければならない場合があります。暗く狭い場所に入り、稼働中の設備や高温配管、高電圧ケーブルの近くで作業することになれば、墜落、感電、火傷などの労働災害につながるおそれもあります。

さらに、測定後の記録や転記にもミスが発生しやすい点が課題です。現場で手書きした寸法を事務所に戻ってCADに入力する際に、数字を読み違えたり、どの配管や柱の寸法を記録したものか分からなくなったりすることがあります。

確認が必要になるたびに現場へ戻って再測定することになれば、担当者の工数も増え、計画全体の進行が遅れます。

このように、従来の手計測は一定の確認手段として有効である一方、複雑な設備や配管が密集する工場空間を短時間で正確に把握する方法としては限界があります。設備移設やライン変更の精度を高めるには、現場全体を漏れなく立体的に記録できる手法が求められています。

3Dスキャン導入にはメリットが多い

こうした課題を解決する手段として、近年、多くの工場で注目されているのが3Dスキャンです。3Dスキャンを活用すれば、工場内の設備、配管、壁、柱、梁、通路などの位置関係を、点群データとして立体的に取得できます。

従来のように、必要な箇所だけを手作業で測るのではなく、現場空間全体をまとめてデジタル化できることが大きな特徴です。

以前は、3Dスキャンや測量と聞くと、高度な測量知識や専門的な操作が必要というイメージを持たれることもありました。特に、移動しながら周囲を計測するSLAM技術などは、生産技術や設備管理の担当者にとってなじみの薄い分野だったといえます。

しかし、近年の3Dスキャン機器は操作性が向上しており、専門的な理論を一から理解していなくても扱いやすい製品が増えています。ハンディ型の3Dスキャナであれば、機器を持って工場内を歩くだけで周囲の形状を取得できるものもあります。

三脚に据え付けるタイプであれば、所定の位置に設置して計測を行うことで、周辺の空間データを高精度に取得できます。また、スキャン中に取得状況を画面で確認できる機器であれば、測定漏れがないかをその場で把握しやすくなります。

壁や柱だけでなく、設備の外形、配管の位置、天井まわりの梁やダクトなども立体的に記録できるため、後からPC上で必要な寸法を確認することが可能です。

その結果、現場で何度も測り直す手間を減らし、設備移設前の現況確認を効率化できます。さらに、取得した点群データをCAD化すれば、搬入経路のシミュレーションや干渉チェックにも活用できます。

つまり、3Dスキャンは単に現場を測るための技術ではなく、工場の設備移動を安全かつ計画的に進めるための基盤となる手法だといえます。

3Dで得られる点群データの概要

3Dスキャンで取得できる点群データは、工場内の設備や配管、建物構造を立体的に把握するための基礎データです。ここでは、点群データの仕組みや取得できる情報、写真データと組み合わせたビジュアル管理のメリットについて解説します。

点群データの仕組み

点群データとは、無数の点によって対象物の形状や位置を表した3Dデータのことです。

3Dスキャナは、本体からレーザー光を周囲に照射し、そのレーザーが壁、柱、機械、配管などに当たって戻ってくるまでの時間を測定します。これにより、スキャナから対象物までの距離を算出します。

同時に、レーザーを照射した角度や方向も記録することで、対象物の表面にある一点一点の位置を、X・Y・Zの3次元座標として取得します。この座標情報を持った点が大量に集まることで、工場内の空間を立体的に再現した点群データが形成されます。

点群データは単なる写真や画像ではなく、一つひとつの点が位置情報を持っていることが大きな特徴です。そのため、専用ソフト上で任意の2点を指定すれば、設備同士の距離や通路幅、梁の高さ、配管の位置などを画面上で確認できます。

現場でメジャーを使って測り直さなくても、取得済みのデータを基に必要な寸法を確認できるため、設備移設やレイアウト変更の検討を効率化できます。

また、点群は高い密度で取得されるため、PC上で拡大すると、工場内の設備や配管、建物構造が立体的に表示されます。現場全体をデジタル空間に再現できるため、図面だけでは把握しにくい高さ方向の情報や、複雑な設備同士の位置関係も確認しやすくなります。

3Dスキャンで漏れなく取得できるデータ

3Dスキャンの強みは、目視できる範囲にある構造物や設備を、まとめて立体的に取得できる点にあります。工場内をスキャンすれば、設備移設やライン変更に必要な情報を、広範囲にわたって記録できます。

まず取得できるのは、工場内に設置されている主要設備の外形や配置情報です。大型の製造設備、工作機械、プレス機、コンベアライン、搬送装置、ロボットアームなどの位置や形状を、現況に近い形でデータ化できます。

これらの設備は凹凸や曲面を含むことも多く、2D図面だけでは実際の占有スペースを把握しにくい場合がありますが、3Dスキャンであれば立体形状として確認できます。

次に、工場内に張り巡らされたユーティリティ系統の情報も取得できます。ケーブルラック、空調ダクト、ガス管、蒸気配管、給排水配管などは、壁沿いや天井付近、設備の裏側などに複雑に配置されていることがあります。

手計測では見落としやすい箇所でも、スキャン範囲に入っていれば、位置や外径、周辺設備との関係をデータ上で確認できます。

さらに、建物の構造体や搬入経路に関する情報も重要です。柱、梁、壁、床、階段、キャットウォーク、シャッター、ドア、通路幅、開口部の高さなどを取得することで、新しい設備をどの経路で搬入できるか、設置場所に十分なスペースがあるかを検討しやすくなります。

また、工場では長年の使用や改修によって、図面上では分からない傾きや歪みが生じている場合もあります。たとえば、柱のわずかな傾きや梁のたわみ、床面の段差などは、手計測では把握しづらい要素です。

3Dスキャンを活用すれば、こうした現況の変化も含めて記録できるため、より実態に近いデータを基に設備移設を計画できます。

写真データとの融合によるビジュアル管理

近年の3Dスキャンでは、点群データに写真データを組み合わせることで、より現場に近い見え方で工場内を確認できるようになっています。

多くの3Dスキャナにはカメラが搭載されており、レーザーで形状を取得すると同時に、周囲の写真を撮影できます。その写真情報を点群に付与することで、色付きの点群データとして表示することが可能です。

カラー化された点群データは、単色の点群に比べて現場の状況を直感的に把握しやすくなります。

たとえば、配管の色、設備の外観、壁や床の状態、表示板や安全標識の位置なども視覚的に確認できます。工場内で配管が色分けされている場合は、冷却水、ガス、消火配管などの系統を画面上でも判別しやすくなり、設備移設時の確認作業に役立ちます。

このビジュアル管理は、関係者間の情報共有にも有効です。工場のレイアウト変更や設備移設では、生産技術部門、設備管理部門、製造現場、安全衛生担当者、施工会社、設備メーカー、経営層など、さまざまな立場の人が関わります。全員が2D図面を正確に読み取り、同じ立体イメージを共有できるとは限りません。

従来の図面だけでは、設備の高さ、配管との距離、作業スペースの狭さなどが伝わりにくく、認識のズレが生じることがあります。一方、写真情報を含んだ3Dデータであれば、現地に近い見え方で確認できるため、専門知識の有無にかかわらず状況を理解しやすくなります。

そのため、カラー点群データは、現場担当者との確認だけでなく、社内会議や投資判断のための説明資料としても活用できます。設備移設の必要性や干渉リスクを視覚的に示せれば、関係者の合意形成が進みやすくなり、プロジェクト全体の意思決定をスムーズに進めることができます。

点群データをCAD化するメリットと活用法

3Dスキャンで取得した点群データは、そのまま現況確認に活用できるだけでなく、CAD化することで設備移設や将来の保全計画にも役立てられます。ここでは、点群データをCAD化するメリットと、具体的な活用方法について解説します。

PC上のデジタル空間で行う搬入シミュレーション

新しい設備を工場内に導入する際、特に重要になるのが搬入・据付の計画です。

大型の製造設備や精密機械を、工場の入口から設置場所まで安全に運ぶには、通路幅、天井高、曲がり角、既存設備との距離などを事前に確認する必要があります。従来は、重量物据付業者や現場担当者の経験に頼りながら、搬入可否を判断する場面も少なくありませんでした。

しかし、点群データを基に工場内を3D CAD化し、新たに導入する設備の3Dモデルを用意すれば、PC上のデジタル空間で搬入ルートをシミュレーションできます。たとえば、設備を載せた台車が狭い通路を通れるか、曲がり角で旋回できるか、シャッターや梁の下を通過できるかといった点を、画面上で確認しながら検討できます。

また、搬入時に使用するクレーンやフォークリフトなどの重機についても、必要な作業スペースを事前に把握しやすくなります。重機の旋回範囲やアームを伸ばした際の軌跡を確認することで、天井の照明、配管、ダクト、ケーブルラックなどに接触しないかを立体的に検証できます。

現場に入ってから判断するのではなく、事前に危険箇所や制約条件を把握できる点が大きなメリットです。

さらに、シミュレーションは搬入時だけでなく、設備設置後の運用にも役立ちます。オペレーターが日常的に移動する動線が確保されているか、点検や修理の際に必要な作業スペースが残っているか、部品交換時に工具や部材を取り出せる余裕があるかなどを事前に確認できます。

これにより、設置後に「作業スペースが狭すぎる」「メンテナンスができない」といった問題を防ぎやすくなります。

自動干渉チェック機能による施工ミスの排除

点群データをCAD化する大きなメリットの一つが、3D CADソフトの干渉チェック機能を活用できる点です。

生の点群データでも目視による確認は可能ですが、工場内には設備、配管、梁、ダクト、ケーブルラックなど多くの要素が存在するため、人の目だけですべての干渉リスクを見つけるのは容易ではありません。特に、高さ方向のわずかなズレや、設備裏・天井付近の複雑な取り合いは見落としが発生しやすい部分です。

CAD化したデータであれば、新設備の3Dモデルと既存の建物・設備モデルを重ね合わせ、干渉箇所をソフト上で検出できます。たとえば、新設備の外形が既存配管や梁に重なっていないか、搬入経路上で設備と開口部が接触しないか、保守スペースに他の設備が入り込んでいないかなどを、事前に確認できます。

計画段階で干渉を把握できれば、現場工事が始まる前に対策を検討できます。

• 新設備の配置を数センチ移動する
• 搬入ルートを変更する
• 干渉する配管のルートをあらかじめ見直す

など、施工前に調整できるため、現場での手戻りを減らせます。

設備を搬入した後に「予定位置に入らない」「配管に当たる」と判明した場合、作業中断、再設計、追加工事、関係者間の再調整が必要になります。これらは工期遅延や追加コストの原因になります。

3D CAD上で干渉チェックを行うことで、こうした施工ミスや現地対応のリスクを抑え、設備移設をより計画的に進めることができます。

将来のメンテナンス効率化やスマートファクトリー化への基盤

3DスキャンとCAD化の価値は、設備移設やライン変更の一回限りのプロジェクトにとどまりません。一度整備した工場の3D CADデータは、将来の改修、増設、保全計画にも活用できるデジタル資産になります。

たとえば、将来的に設備を増設する場合や、経年劣化した配管を更新する場合、既存の3D CADデータを基に検討を始めることができます。毎回ゼロから現場を測り直す必要が少なくなるため、計画立案のスピードを高められます。

また、最新の現況データを管理しておけば、次回のレイアウト変更時にも、関係者が同じ情報を基に検討しやすくなります。

さらに、3D CADデータは、スマートファクトリー化やデジタルツイン構築の基盤としても活用できます。工場の建屋、設備、配管、通路などを3Dモデルとして管理することで、現場の状態をデジタル空間上で把握しやすくなります。

これは、建設・インフラ分野で活用されているBIM/CIMの考え方にも通じるものです。この3Dモデルに、設備台帳や長期修繕計画、点検履歴などの情報を紐づければ、どの設備や配管がいつ設置され、いつ点検・交換が必要なのかを一元的に管理しやすくなります。

紙の図面や個別の管理表だけでは分かりにくかった情報を、3D空間上で確認できるようになるため、保全業務の効率化にもつながります。将来的には、工場内の設備や配管に設置したIoTセンサーの稼働データを、3Dモデル上に表示することも可能です。

たとえば、温度、振動、稼働状況、異常アラートなどを3D空間上で確認できれば、どの設備に問題が発生しているのかを視覚的に把握しやすくなります。これにより、遠隔地のオフィスからでも工場の状態を確認し、必要なメンテナンス対応を迅速に検討できるようになります。

3D CAD化は、設備移設の精度向上だけでなく、将来の工場管理や保全体制を高度化するための土台にもなるのです。

まとめ

工場の設備移動やレイアウト変更を計画的に進めるには、現況を正確に把握することが重要です。

古い図面や手作業による計測だけに頼ると、実際の寸法や配管・梁の位置を正しく反映できず、施工時の干渉トラブルや手戻り、操業停止期間の長期化につながるおそれがあります。こうした問題は、追加費用や生産機会の損失を招き、工場運営全体に大きな影響を与えます。

3Dスキャンを活用すれば、専門的な測量知識を深く理解していなくても、工場内の設備、配管、柱、梁、通路などを立体的なデジタルデータとして取得できます。機器を持って歩く、または所定の位置に設置して計測することで、目視できる範囲の現況を効率的に記録できるため、従来の手計測では把握しづらかった高さ方向の情報や複雑な位置関係も確認しやすくなります。

さらに、取得した点群データをCAD化することで、搬入経路のシミュレーションや新設備と既存構造物の干渉チェックをPC上で行えます。これにより、現場で「設備が入らない」「配管に当たる」といった問題が発生する前に対策を検討でき、工期遅延や追加工事のリスクを抑えられます。

また、整備した3Dデータは、将来の設備増設やメンテナンス計画、スマートファクトリー化に向けた基盤としても活用できます。

アジルジオデザインでは、3Dレーザースキャン技術を活用した測量・建設・インフラ分野のデジタル機器提供を支援しています。「古い図面しかなく、レイアウト変更を進めにくい」「設備移設時の干渉や手戻りを防ぎたい」とお考えの方は、お気軽にご相談ください。