土木施工管理では、構造物を設計された位置に施工するために測量を行います。
高さを測る際にはオートレベルを使用しますが、構造物の位置出しや基準点の確認などでは、トータルステーションと呼ばれる測量機器を使用します。
現場では「光波」と呼ばれることも多く、角度や距離を測ることで、構造物の位置や測点の座標を確認することができます。
この記事では、トータルステーションとはどのような測量機器なのか、実際の施工管理ではどのように使うのかを、新人向けに分かりやすく解説します。
施工管理で行う測量の種類や役割から知りたい方は、「土木施工管理で行う測量とは？役割と基本を新人向けに分かりやすく解説 」もあわせて参考にしてください。
トータルステーションとは
トータルステーションは、角度と距離を測定し、その測定結果から座標などを求めることができる測量機器です。
一方、現場で高さを確認する際にはオートレベルを使用することもあります。
オートレベルを使った高さの測り方については、「レベル測量とは？見方・読み方・計算方法を新人向けに分かりやすく解説 」で詳しく解説しています。
施工管理では、構造物の位置出しや基準点の確認、起工測量、出来形測定などさまざまな場面で使用します。
新人のうちは操作方法を覚えることに意識が向きがちですが、「何を基準として、どこの位置を求めているのか」を理解することが大切です。
1. 角度を測る
トータルステーションでは、水平方向の角度である「水平角」と、上下方向の角度である「鉛直角」を測定できます。
現場で位置を求めるためには、距離だけではなく「基準となる方向からどちらへ、どれだけ角度が変わっているか」を把握する必要があります。
そのため、あらかじめ位置が分かっている基準点などを利用して方向を決め、そこから目的の測点までの角度を測定します。
2. 距離を測る
トータルステーションからプリズムに向けて光を照射し、その反射を利用して距離を測定します。
巻尺や距離テープでも距離を測ることはできますが、トータルステーションでは角度と距離を同時に測定できるため、離れた測点の位置を座標として求めることができます。
3. 座標を求める
トータルステーションでは、測定した角度と距離をもとに測点の座標を求めることができます。
土木工事では基準点や構造物などの位置がX・Yなどの座標で管理されていることがあります。
既知点を基準として測量することで、「今プリズムを立てている場所がどの座標なのか」を確認できます。
4. 座標から現場に位置を出す
トータルステーションは、現在いる場所の座標を測るだけでなく、設計図面などで決められている座標を実際の現場に出すこともできます。
例えば構造物の中心や端部などの座標が分かっていれば、その座標に向かってプリズムを移動しながら位置を合わせ、現地に杭やマーキングなどで位置を示します。
施工管理では「測る」だけでなく、「図面上の位置を現場に移す」という使い方が非常に重要になります。
現場でいう「光波」とトータルステーションの違い
現場では「光波を持ってきて」「光波を据えて」といった言い方をすることがあります。
そのため、新人の頃は「光波とトータルステーションは違う機械なのか？」と迷うこともあると思います。
ここでは、それぞれの測量機器の違いを簡単に整理します。
1. セオドライト
セオドライトは、主に水平角や鉛直角を測定するための測量機器です。
角度を測ることを目的とした機器で、距離の測定を主な機能とするものではありません。
現在のトータルステーションにも、この角度を測る機能が組み込まれています。
2. 光波測距儀
光波測距儀は、光を利用して距離を測定するための機器です。
プリズムなどに光を照射し、反射して戻ってくる光を利用して距離を求めます。
現場では測量機器全体を慣習的に「光波」と呼ぶこともあります。
3. トータルステーション
トータルステーションは、角度を測る機能と距離を測る機能を組み合わせ、さらに座標計算などを行えるようにした測量機器です。
そのため、現在の施工管理では位置出しや座標測量など幅広い用途で使用されています。
トータルステーション測量で使う道具
トータルステーションによる測量では、本体だけでなく三脚やプリズムなど複数の道具を使用します。
それぞれの役割を理解しておくと、実際の測量作業も理解しやすくなります。
1. トータルステーション本体
角度や距離を測定する測量機器です。
測量する際には、器械点の座標や後視点など必要な情報を設定し、プリズムを視準して測定します。
機種によって操作方法や画面は異なりますが、「基準となる位置と方向を設定して測る」という基本的な考え方は共通しています。
2. 三脚
トータルステーションを設置するための三脚です。
ただ置けばよいわけではなく、測量中に動かないよう地面へしっかり固定し、測量する基準点の上に本体を正確に据え付けます。
地盤が柔らかい場所や傾斜地などでは、測量中に三脚が動かないよう注意する必要があります。
3. プリズム
トータルステーションから照射された光を反射させるために使用します。
測りたい位置にプリズムを設置し、トータルステーションから視準することで距離などを測定します。
プリズムにはさまざまな種類があり、測量する距離や用途によって使い分けます。
4. プリズムポール・ピンポール
測定したい位置にプリズムを正確に立てるために使用します。
位置出しでは、プリズムを持つ人がトータルステーションからの指示を受けながら前後左右に移動し、目的の座標へ合わせていきます。
ポールが傾いていると正確な位置を測れないため、気泡などを確認しながら垂直に立てることも重要です。
トータルステーションを使った測量の基本的な流れ
トータルステーションは、現場に設置してプリズムを測ればすぐに正しい位置が分かるわけではありません。
「自分がどこにいるのか」と「どちらの方向を向いているのか」を機械に認識させてから測量を行います。
ここでは、基本的な測量の流れを説明します。
1. 器械を据える位置を決める
まず、トータルステーションを設置する位置を決めます。
既知点の上に据える場合は、その点を器械点として使用します。
据え付ける場所を決める際には、測定したい場所や後視点が見えるか、重機や施工の邪魔にならないか、測量途中で器械を移動する必要がないかなども確認します。
単純に「空いている場所へ据える」のではなく、その後の測量作業まで考えて位置を決めることが大切です。
2. トータルステーションを据え付ける
据える位置を決めたら三脚を設置し、トータルステーションを基準点の真上に据え付けます。
このときに重要になるのが、「求心」と「整準」です。
求心を合わせる
求心とは、トータルステーションの中心を基準点の真上に合わせる作業です。
まず三脚を基準点のおおよそ真上に設置し、トータルステーションを取り付けます。
【写真①：トータルステーションを据えた全景】
実際に基準点上へトータルステーションを据え付けた状態です。三脚をしっかりと設置し、基準点の真上に器械がくるように調整していきます。
次に、求心望遠鏡をのぞいて基準点の位置を確認します。
【写真②：求心望遠鏡】
写真の求心望遠鏡をのぞき、トータルステーションの中心と基準点の位置を合わせます。
求心望遠鏡から基準点を確認した状態です。中心と基準点のピンがずれているため、この状態から位置を調整します。
三脚や器械の位置を調整し、求心望遠鏡の中心と基準点のピンを合わせます。
【写真③：求心位置がずれている状態】
【写真⑤：求心を合わせた状態】
求心では器械の中心を基準点の真上に合わせ、整準ではトータルステーション本体を水平にします。
整準する
求心を合わせたら、トータルステーションが水平になるように整準します。
今回使用している機器では、電子気泡管に表示されるX軸・Y軸の傾きを確認しながら整準ネジを操作し、±20″以内になるように調整しています。
【写真④：電子気泡管の画面】
求心と整準は片方だけ合わせればよいわけではありません。
整準したことで求心位置がずれていないかも再度確認し、基準点の真上にあり、本体も水平になっている状態に調整してから測量を始めます。
新人の頃は求心を合わせた後に整準すると求心がずれ、再び求心を合わせると水平がずれることがあり、据え付けだけでも時間がかかりました。
トータルステーションの据え付けで私が意識していることの一つが、正確に据えることを前提としたうえで、できるだけ時間をかけないことです。
据え付けに時間がかかると、その後の位置出しや測量を始めるまでにも時間がかかってしまいます。そのため、現場の状況によって変わりますが、私は一つの目安として3分以内に据え付けを完了することを意識しています。
ただし、早く据えることだけを優先しているわけではありません。
以前、三脚の爪の踏み込みが甘い状態で据え付けた際、近くを重機が通ったことで器械が傾き、チルトオーバーになったことがありました。
それ以降は、求心や整準だけでなく、三脚の爪が地面にしっかりと踏み込まれているかについても確認するようにしています。
また、トータルステーションを三脚に取り付けている土台部分の固定にも注意が必要です。
固定ネジが緩んだ状態で器械を移動すると、最悪の場合、トータルステーションが外れて落下する可能性もあります。そのため移動する際には、器械が三脚に確実に固定されているかを確認してから動かすことも意識しています。
トータルステーションは正確な測量を行うための機器だからこそ、求心・整準だけでなく、三脚の設置や器械の固定まで含めて「据え付け」だと考えることが大切です。
3. 器械点を設定する
据え付けが完了したら、トータルステーションを据えた位置の座標を器械点として設定します。
簡単に考えると、器械点は、
「トータルステーションが今どこにいるのか」
を機械に認識させるための基準です。
器械点の座標を間違えると、その後の測量結果にも影響するため、使用する基準点や座標を確認してから設定します。
4. 後視点を設定する
器械点を設定しただけでは、トータルステーションが「どこにいるのか」は分かっても、「どちらを向いているのか」までは決まりません。
そこで、位置の分かっている別の点を後視点として視準し、測量する方向を設定します。
新人のうちは、
器械点＝自分がいる場所
後視点＝自分が向いている方向
と考えると理解しやすいと思います。
5. プリズムを視準して測定する
構造物などの位置出しでは、図面などから求めた設計座標を使用します。
目的となる設計座標に対して、現在プリズムを立てている位置がどれだけずれているのかを確認しながら、手元者に前後左右の移動を指示します。
少しずつ位置を合わせ、目的の座標に合ったところで杭や釘、マーキングなどによって現場に施工位置を残します。
6. 設計座標から位置を出す
構造物などの位置出しでは、あらかじめ図面などから求めた設計座標を使用します。
目的の座標に対して現在のプリズム位置がどれだけずれているのかを確認しながら、プリズムを前後左右に移動させます。
目的の座標に合ったところで杭を打つ、釘を打つ、マーキングするなどして施工位置を現場に残します。
トータルステーションによる測量では、器械を据え付けるだけでなく、求心・整準を行い、器械点と後視点を設定してから測定を行います。
最初は操作手順を覚えるだけでも大変ですが、
「どこに器械を据え、どちらを基準として、どこの位置を求めているのか」
を意識すると、測量の流れを理解しやすくなります。
施工管理ではどんな場面でトータルステーションを使うのか
トータルステーションは位置出しだけでなく、工事の開始前から施工中、施工後までさまざまな場面で使用します。
1. 起工測量
工事着手前には、設計図書と実際の現場に相違がないか確認するために起工測量を行います。
既設の基準点を確認したり、必要な箇所を測量して現況と設計を比較したりする際にトータルステーションを使用します。
2. 丁張の位置出し
切土や盛土、構造物などの丁張を設置する際にもトータルステーションを使用します。
設計座標をもとに施工位置を求め、そこから施工に必要な逃げを取って杭を設置するなど、丁張を掛けるための基準として使用します。
実際の切土・盛土でどのように丁張を掛けるのかについては「丁張とは？切土・盛土の設置方法と考え方を図解で分かりやすく解説 」で、図解と実際の現場写真を使って詳しく紹介しています。
3. 構造物の位置出し
側溝や擁壁、函渠、基礎などを施工する際には、図面上の座標から現場に施工位置を出します。
中心線や構造物の端部など必要な点を現場に示し、そこを基準として施工を進めます。
構造物の位置出しを行う際に、私が意識しているのは基準となるセンターラインから順番に位置を出すことです。
構造物には基本となるセンターが設定されているため、まずは各測点のセンター位置をトータルステーションで出し、現場に墨出しを行います。
その後、センターを基準として構造物の外面や内面、曲がりなどの変化点を順番に位置出ししていきます。
位置を出した後は、センターから各点までの寸法が図面と合っているかをスケールなどで再確認するようにしています。
トータルステーションに表示された座標だけを見て終わるのではなく、基準となるセンターから寸法を確認することで、位置出しの間違いにも気付きやすくなります。
そのため私は、**「まず基準となる位置を出し、そこから必要な位置を展開して確認する」**という順番を意識して測量しています。
4. 出来形測定
施工後に、構造物などが設計された位置に施工されているか確認する際にも使用します。
測定した結果を設計値や管理基準と比較し、必要な精度を満たしているか確認します。
トータルステーションによる測量は、施工する位置を出すだけでなく、施工後の位置や寸法を確認する出来形管理にも使用します。
出来形管理で「何を測り、どのように管理するのか」については、「出来形管理とは？施工管理で行う計測・写真管理の基本を解説」で詳しく解説しています。
新人がトータルステーション測量でつまずきやすいポイント
トータルステーションは操作方法だけを覚えようとすると、測量している意味が分からなくなりやすい機器だと思います。
最初は一つひとつの作業が何のために必要なのかを理解することが大切です。
1. 器械点と後視点の意味が分からない
新人の頃は、「なぜ器械点を入力した後に、さらに後視点を見る必要があるのか」が分かりにくい部分です。
器械点で現在位置を決め、後視点で方向を決める。
まずはこの関係を理解すると、測量全体の流れが見えやすくなります。
2. X座標・Y座標が混乱する
図面上では位置が座標で表されていますが、最初はXとYが現場のどちらの方向なのか分からなくなることがあります。
数字だけを見るのではなく、図面と実際の現場を見比べて「この座標が現場のどこなのか」を意識することが重要です。
3. 据付に時間がかかる
トータルステーションを使う前には、求心と整準を行う必要があります。
新人のうちはここに時間がかかることがありますが、繰り返し据え付けることで少しずつ早くできるようになります。
ただし、速さよりも正確に据えることを優先することが大切です。
4. 数字だけを見て測量してしまう
トータルステーションの画面にはさまざまな数値が表示されます。
しかし、その数字だけを追っていると、「今どこの点を測っているのか」「何のためにこの位置を出しているのか」が分からなくなることがあります。
測量する前に図面を確認し、
どこに器械を据えるのか
どこを後視するのか
どこの位置を出すのか
その位置を施工でどう使うのか
まで考えてから測量することが重要です。
測量機器も進化している
現在では、通常のトータルステーションだけでなく、一人での測量や3次元データを活用できるさまざまな測量技術があります。
ただし、新しい測量機器を使用する場合でも、座標や基準点、高さといった測量の基本的な考え方は変わりません。
1. 自動追尾式トータルステーション
プリズムを自動で追尾することで、本体側に人がいなくても測量できる機種があります。
従来のように本体を操作する人とプリズムを持つ人の2人で行っていた測量を、一人で行える場面も増えています。
2. GNSS測量
人工衛星からの信号を利用して位置情報を求める測量方法です。
トータルステーションとは異なる方法で座標を取得でき、現場条件や測量目的に応じて使い分けられます。
3. ドローン測量・3次元設計データ
ドローンによる空撮や測量によって現場の地形を3次元データとして取得し、3次元設計データと組み合わせて施工に活用する方法もあります。
ICT施工などでは、従来の測量とは違った形でデータを施工や管理に利用できます。
まとめ
トータルステーションは、角度や距離を測定し、座標を使って構造物などの位置を現場に出すために使用する測量機器です。
施工管理では、起工測量や丁張、構造物の位置出し、出来形測定など、工事のさまざまな場面で使用します。
新人のうちは器械点や後視点、座標など分かりにくい言葉も多いですが、まずは、
「自分がどこにいて、どちらを向き、どこの位置を出そうとしているのか」
という関係を理解することが大切です。
測量機器は進化していますが、基本となる考え方を理解しておくことで、自動追尾式トータルステーションやGNSSなど新しい測量技術を使用する際にも役立ちます。
次回は、施工した構造物が設計値や管理基準に沿って出来上がっているかを確認する「出来形管理」について解説します。
それでは皆さんご安全に！👷♂️✨🫡
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