建設技術で創造性を発揮する：プロトタイプ作成ガイド

新しい建設技術に挑戦することは、危険ではありません。VDC のストラテジスト、Renzo di Furia は、ワシントン大学の学生の協力を得て、まずは小規模なプロジェクトでプロトタイピングを行い、新しいツールを採用し、そのプロセスを開発する方法を紹介しています。

Renzo はワシントン大学の学生と協力して、シドニー オペラ ハウスを現代の技術で建設する方法を研究し、そのワークフローの知見を新しいプロジェクトに応用しました。

建築家の夢は大きいことが知られています。建築家は社会変革や環境に優しい未来をもたらそうと設計しますが、そうした大きなアイデアを構築するのは施工業者の仕事です。コンセプトからコンクリート打設までどのように進めるかを理解すること自体が、創造的な課題なのです。建築家が設計面で限界に挑むなら、一緒に仕事をする施工業者も建設可能な限界に挑まなければならず、「そのデザインは構造的に問題ないか？多職種からなるチームをいかに効率的に調整するか？複雑で有機的な形状のコンクリート打設に最適な方法は？」と問うことになります。建設専門家は往々にして新しい技術ワークフローを試したいと考えますが、時間も予算もありません。また、実験にリソースを浪費したと施主に思われることを嫌がります。 

建設業界では、創造性を支える余裕がほとんどありませんが、それでも現実世界の期限と予算の制約の中で、探求と遊びのスペースを見つけることは可能です。RDF Consulting Services のオーナーであり、Turner Construction のコンサルタントでもある Renzo di Furia は、これまでとは異なる考え方を軸にビジネスモデルを構築してきました。同氏は、学生のリソースを利用したプロトタイピング、プロジェクトのフェーズをまたいだ 3D 作業、コミュニケーションのためのテクノロジー エコシステムの開発が、建設チームによる革新的な建設方法の発見に役立つことを発見しました。

プロトタイプを作り、何度も反復する。 

建設専門家は、時間を節約し、持続可能な建築をするために、常に新しい技術を学ばなければなりませんが、方向転換することは容易でないため、古いプロセスを使って立ち往生していることがよくあります。応用研究ソリューションは長期的な投資であり、現在のプロジェクトで利益が得られることもありますが、より重要なのは、将来のプロジェクトに使用したり、大小の規模の建設に合わせてスケーリングしたりできることです。Renzo di Furia はワシントン大学の学部課程や大学院課程と協力し、学生たちに実際の職業体験をさせながら、費用対効果の高い建設技術を試す方法を発見しました。同氏は、自分のチームが継続的にイノベーションを起こさなければ、他のチームがイノベーションを起こし、収益が悪化することを理解しています。 

「NASA が宇宙へ行くために生み出した進歩は、革新的な環境を作り出し、それが一世代の技術をもたらしました。建築業界にも同じような革命が必要です。ですが、それは単に最新の技術に投資するということではありません。技術を現実の問題に適用し、プロトタイプを作成して再現可能なプロセスを作り、より大きな規模で採用と学習を行うことなのです。」

Renzo di Furia

シドニー オペラ ハウスの研究プロジェクトのモデルを前にポーズをとる学生と建設関係者 

大学と専門家が団結。

なぜ学生か

学生たちは、新しい建設技術をテストするのに最適なグループです。というのも、ほとんどの学生は、スマホやパソコンにすぐ手が届く環境で育っており、新しい技術を手にするのは普通のことだからです。世界的な気候危機で最も大きな影響を受けるのは自分たちの世代であるため、廃棄物を減らし、より持続可能な未来を形成する技術的ソリューションを見つけることに意欲を燃やしています。学生たちは、時代遅れのプロセス、つまり多くの建設専門家が昔から続けてきて当たり前になっているやり方を学ぶ必要がないため、革新的なソリューションを受け入れやすいかもしれません。

「研究と実践がシームレスに統合され、建築環境が形成される未来を想像してみてください。」

ワシントン大学応用研究コンソーシアム（ARC） 
 

変革を起こす触媒

ワシントン大学の研究副学部長、Carrie Dossick 教授は、学生が持つ手つかずの可能性を理解しています。教授は、応用研究コンソーシアム（ARC）という教育プログラムを創設し、学生のキャリアと建設専門家の収益の両方にメリットをもたらしています。Renzo はこのプログラムを知り、業界のメンバーとして、また出資者としてすぐに参加しました。 

「ARC は、建築環境企業の学際的なグループと、ワシントン大学建築環境学部（CBE）の教授陣の専門家や大学院生の研究者を結びつけ、企業が今日直面する最も厄介な課題に取り組んでいます。次世代を担う実務家と研究者が、創造力と最新の実務知識を駆使し、進歩を加速させるとともに、将来、この分野の最先端で活躍するための準備を整えています。」

ワシントン大学応用研究コンソーシアム（ARC）
 

学生、Turner Construction、シドニー オペラ ハウス

学生と専門家を一緒にすればワークフローの革新に火がつくという理論は、2018 年に試されました。Turner Construction は新しい CNC マシンを購入したばかりで、大きなリスクを伴う仕事に使用する前に、さまざまな建築方法を試すチームを必要としていました。

当時、Turner の仮想設計・施工（VDC）部門で働いていたRenzo は、大学生と協力し、CNC マシンを使ったプレハブ型枠用の改良プロセスを開発しました。チームは、有名なシドニー オペラ ハウスを近代的な建設方法で再現することを決めます。

オーストラリアのシドニーに建設されたこのパフォーマンス アート センターは、1959 年に着工、1973 年にオープンし、象徴的な白いセラミック タイル張りの帆で世界的に知られています。プレキャストのリブや屋根パネルはすべて敷地内の工場で製造され、当時としては非常に先進的なコンクリート工法でした。あまり知られていませんが、建設は当初から問題が山積していました。 シェルを支える指揮台の構造は、構造設計が仕上がる何年も前に構築されたものだったため、支える柱のほとんどを岩盤まで補強する必要があり、工事が大幅に遅れました。

「CNC マシンで必要なものを作る方法を示したハウツー マニュアルはなく、試行錯誤の連続でした。複雑なことがたくさんあり、マシンをバラバラにしては復元することで学びました。」

Renzo di Furia

3D モデルから 1:4 スケールで完成したリブまでのシェル リブ部材。画像には、シェルとリブのセグメントのパース、鉄筋のモデリング、型枠、組み立て、ストリッピング フォーム、完成したリブが含まれています（矢印をクリックするとスクロールします）。

Renzo と学生たちは、建築プロセスを検討し、CNC マシンでそれを再現する方法を見つけることから研究を始めました。オペラ ハウスの 2D 建設図面を調べ、それを 3D モデルに変換します。そこから、チームは鉄筋と型枠をモデリングします。3D モデルができると、CNC マシンを使って型枠を組み、1/4 スケールのプレハブ リブ部材をいくつか流し込むことに成功しました。 

チームは研究プロジェクトから、モデルベースのデジタル プレハブのワークフローを開発します。この種の作業は複雑で、以前は見返りが少ない割に高い労働投資を必要としました。CNC マシンの使い方に他の工程改善と並行して取り組むことで、コンクリート打設がより効率的になり、管理可能な建設スケジュールに収まるようになりました。こうした進歩により、AGC の Build Washington Excellence in Innovation （2018 年）を含む、いくつかの業界賞を受賞しました。

勢いをつける

Renzo は Turner Construction 在職中、ARC と協力して「デジタル加工のための仮想モデリング」という継続教育コースを開発しました。デジタル加工のモデリングをさらに深く掘り下げた内容です。コースでは、リアリティ キャプチャー用のレーザー スキャン、歴史的資料の参照、高度なモデル構築、レーザー切断のためのファイル フォーマット、CNC ルーティング、3D プリントなど、デジタル加工ツールボックスの核となる要素に触れています。このカリキュラムの開発により、現在および将来の学生は、新しいプレハブ技術の登場に合わせて、実際の高度なモデル構築と問題解決を実践できます。 

受講生は、3D モデリングには SketchUp を、点群のインポートには Scan Essentials を使用して、歴史的建造物のモデリング方法を学べます。このコースは、設計施工管理についての学びを深めたい学生や、関連職務への転職に役立つ実践的なスキルを学びたい学生に最適です。SketchUp には、学生用にソフトウェアと使用説明ビデオが提供されています。このプログラムは、ワシントン大学との提携でもたらされたもうひとつの好成果であり、本格的な研究志向の環境づくりには習得と教育の両方が必要だという Renzo の主張を裏付けるものです。
水族館が海にせり出したシアトルのウォーターフロント スカイライン。 

画期的プロジェクトの応用研究

シドニー オペラハウスのリブの改築と 1/4 スケールの鋳造で得られた知見は、その後、シアトル水族館の大規模な改築や増築など、さまざまなプロジェクトに応用されています。1977 年に建設されたシアトル中心部のウォーターフロント水族館は、地元の人々や観光客によく知られた観光地となりました。水族館を拡張することで、現在および将来の需要に対応するために、より大きな海洋生息域を収容できるようになります。Turner Construction が一次請負業者として雇われ、2022 年 11 月、同社は新たな生息域を設けるための連続 23 時間以上のコンクリート打設を完了しました。 

シアトル水族館新館のモデル（矢印をクリックするとスクロールします）

「シドニー オペラハウスを調査する約 2 年の過程で学んだすべてを、シアトル水族館に応用しました。構造のモデル化、鉄筋のモデル化、型枠へのアプローチ方法などです。

Renzo di Furia

難題：複雑な幾何学的形状 

この生息域の建設が非常に困難だった理由のひとつは、海からインスピレーションを得た有機的な形状により、水生生物の印象的な眺めを来場者に提供することでした。予定されていた生息域が巨大だったため、チームは鉄筋の施工性に難があることを知っていました。このユニークな加工レベルのモデリング ワークフローは、Turner 社内で開発したものです。この構造には厚さ 2 フィートの湾曲したコンクリート壁があり、355 トンの鉄筋と 680 立方ヤードのコンクリートが使われています。Turner によれば、これは一般的なコアに使われる鉄筋の約 4 倍の量だそうです。コンクリート フォーム ライナーは、グラスファイバーでコーティングされた構造用発泡スチロールで出来ています。発泡スチロールは、大型の工業用 CNC マシンを使って 3D モデルから直接彫りました。窓の開口部、円形の階段、ドラマチックなエントランスの眼窓の型枠は、Turner のファブショップでデジタル加工法を用いて製作しました。 

複雑で有機的なコンクリート幾何学構造のパラメトリック モデリング、鉄筋の施工性、CNC マシンを使った型枠のデジタル製作など、学生と Turner がこれまでに行ってきた研究は、シアトル水族館のユニークな建築に取り組むチームの助けとなり、時間とコストの大幅削減に寄与しました。 
建設中の鉄筋を示す画像 

最初から最後まで 3D を採用 

建設における難題のひとつ、そして建設費が高くなる理由のひとつは、作業チームが大規模になりがちで、処理する情報が多いことです。建築家、施工業者、施主の間のサイロ化の問題をよく耳にするでしょう。あまり知られていないのは、建設チーム内のサイロ化です。現場には 50 の業者がいて、それぞれが特定の時間に資材や機材を必要とします。業者間の調整を効果的に行わないと、貴重な時間と資源が無駄になります。 

「設計と建設のプロセスを通じて使用できる健全な 3D モデルを構築するには、かなりの実践と努力が必要です。これは、楽器の演奏が上達するプロセスに少し似ています。」

Renzo di Furia

Renzo と Turner は、シアトル水族館のプロジェクトで 3D 環境のデータを活用し、チーム間のコラボレーションを改善しました。Turner が最初から最後まで 100％ モデルベースのコミュニケーションを使って行った最初のプロジェクトになります。Renzo と Turner のチームは、何百ものシーンを含む SketchUp のモデルをサイトプランに使用しました。建設プロセスの後半では、コンクリート、木材、鉄筋の 3D モデルを含む居住施設の 3D モデルの測定値から、すべての資材量を引き出しました。居住施設はまず、巨大な CNC マシンで彫った物理的な発泡モデルでモックアップされました。 これは、学生たちがシドニー オペラハウスを研究して開発したプロセスを、後に反復したものです。 

「シアトル水族館では、デザインが複雑だったため、現場管理者は完全な 3D ワークフローを採用しました。これにより、情報のサイロ化が解消され、遥かに統合されたチームがどんなパズルでも解決できるようになりました。大規模で異質なグループが効果的に問題を解決できる能力は稀であり、真の 3D プロセスに大きな価値があることを示しています。」

Renzo di Furia

プロセスの最初から建設に至るまで 3D モデルが更新されることにより、すべての関係者とのオープンなコミュニケーションが保たれました。Turner のチームは、週に一度、建築家や他の専門分野の関係者とミーティングを行い、3D モデルを確認し、あらゆる課題を解決しました。 

相互接続されたテクノロジー エコシステム

設計ソフトウェア間の相互運用性は、プロジェクトに携わる人間同士のコミュニケーションと同じくらい重要でした。チームは、クラウドベースの共通データ環境（CDE）およびコラボレーション プラットフォームである Trimble Connect を使用し、同期されたモデル バージョンを常に全員が見ることができるようにしました。チームは Trimble Connect に加えて、3D モデリングにSketchUp、2D ドキュメントの生成に LayOut、構造設計に Tekla、測量に Trimble Total Stations と Trimble Laser Scanning Solutions、詳細な建設ドキュメントに Revit、その他を使用しました。 

「私たちは数年前、MEP システム間の調整を図ることから VDC の旅を始めました。そして、その教訓を自動コンクリート作業に活かしましたが、その発見の過程で、どの建設プロジェクトの場合も真のクリティカル パスが情報管理であることに気づきました。それ以来、品質管理を劇的に向上させ、大小を問わずどんなプロジェクトにも適用できる、構造物中心のワークフロー システムの改良版を試作しています。」

Renzo di Furia

Turner は、適切なタイミングで適切なテクノロジーを使用することで、シアトル水族館のモデリングと連携をレベルアップさせ、品質管理プロセスを強化し、設計と建設プロセスを通じて共有されるすべての情報を管理することができました。

構造中心の連携により、契約文書、店舗図面、RFI、ビル管理、コンクリート シャーシ モデル、鉄骨と MEPF の下請け業者加工モデル、その他が組み合わせられます。ターナーが製作したモデル、リアリティ キャプチャー（レーザー スキャン、ドローン、360 度写真撮影）。 

進むべき道：構造中心のシステム 

建設業界はコラボレーションの新時代に突入しており、新技術や新たなプロセスが導入されることになります。Renzo は、構造中心のシステムに移行することで、連携が改善され、モデル情報がひとつにまとまると考えています。 

「私がこの仕事（VDC 管理）を始めて以来ずっと、私たちは MEP の連携から始めて、それを自動コンクリート作業に応用してきました。私は、もっと良い方法があると信じています。そこで、ひとつの集約された構造モデルに従って、データと分野をひとつにまとめるのに役立つ、構造中心のワークフロー システムを試作しました。」 

Renzo di Furia

Renzo が手掛けた別のプロジェクト、デクスター ヤードでは、構造中心をより徹底したモデリング ワークフローを採用しました。チームは 3D モデルを使用して、鉄骨、壁、スラブ要素などの建設設備やシステムを調整しました（矢印をクリックするとスクロールします）。

構造中心のモデリング ワークフローは、建築チームが分野横断的に採用できるよう、さらに具体化する必要があります。幸いにも、その手助けをしてくれる学生を知っています！ 

創造性と建設は不可分の関係。 

建設業界は、ワークフローの分断、新技術の適用方法の発見、チーム全体への導入指導など、依然として大きな課題を抱えています。これらは、より良い、より環境に優しい未来を築くために克服しなければならない課題です。 

建設関係者の皆様、建設時にどれだけ創造力を発揮できるかを示す時が来ました。地元の大学と連絡を取り、次の論文のテーマを探している学生とつながりましょう。まずは小規模なプロジェクトで革新的なソリューションを研究・再現し、学んだことを高度な 3D ワークフローや知能技術と組み合わせることで、プロジェクトをより迅速かつ効率的に構築します。こうすることで、社内に学習の文化が醸成され、無駄が省かれ、環境にも優しくなります。既成概念にとらわれないソリューションを考えることが、将来の設計者と同様、将来の建設業者にとっても極めて重要であることを、次世代のエンジニア、施工業者、コンサルタントに示しましょう。

共同作業が可能で使いやすい SketchUp のモデリング ソフトウェアで、3D ワークフローの構築を始めましょう。サブスクリプションを利用していない方は、無料トライアルをお試しください。

Renzo di Furia について

Renzo di Furia は、製作公差モデリングを専門とする仮想建設のプロフェッショナル。18 年以上にわたって 3D モデリング ツールを使い、簡素化された BIM と VDC の導入アプローチを開発しました。その手法は、スタッフの役割を補完し、オペレーショナル エクセレンスを促進し、品質、生産性、安全性を最大化します。また、ワシントン大学建築環境学部、Trimble Visiting Professionals Program、ラスベガスの Carpenters' International Training Center との提携を通じて、BIM および VDC トレーニング カリキュラムの開発も行っています。

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