地面の平坦性と現代の建物の平坦性

ぐらぐらしながらダイニングテーブルに座り、グラスからワインをこぼし、部屋中にミニトマトを撒き散らした経験があれば、波打った床がいかに不便であるかが分かるでしょう。
しかし、高層倉庫、工場、工業施設では、床の平坦性と水平性（FF/FL）が成功か失敗かの分かれ目となり、建物本来の用途性能に影響を与える可能性があります。一般的な住宅や商業ビルにおいても、床の凹凸は性能に影響を与え、床材の不具合や危険な状況につながる可能性があります。
水平度（床面が指定された傾斜にどれだけ近いか）と平坦度（表面が二次元平面からどれだけずれているか）は、建設において重要な仕様となっています。幸いなことに、現代の測定方法は、人間の目よりも正確に水平度と平坦度の問題を検出できます。最新の方法により、例えばコンクリートがまだ使用可能な状態で、硬化前に補修できるなど、ほぼ即座に測定することが可能です。より平坦な床は、かつてないほど容易かつ迅速に実現できるようになりました。これは、コンクリートとコンピューターという、思いもよらぬ組み合わせによって実現されているのです。
そのダイニングテーブルは、脚にマッチ箱をクッションとして挟んで「修理」されているかもしれません。これは床の低い部分を効果的に埋める方法で、平面の問題です。ブレッドスティックがテーブルから勝手に転がり落ちる場合は、床面の高さの問題も考えられます。
しかし、平坦性と水平性の影響は利便性だけにとどまりません。高床式倉庫では、床面の凹凸により、高さ20フィート（約6メートル）のラックユニットに大量の荷物を載せても適切に支えることができません。ラックユニットを使用する人や、その近くを通る人にとって致命的な危険となる可能性があります。倉庫の最新技術である空気圧式パレットトラックは、さらに平坦で水平な床面を必要とします。これらの手動式装置は、最大750ポンド（約330キログラム）のパレットを持ち上げることができ、圧縮空気クッションで全重量を支えるため、一人でも手で押すことができます。この装置が適切に機能するには、非常に平坦で平らな床面が必要です。
石材やセラミックタイルなどの硬質床材で覆われるボードは、平坦性も重要です。ビニル複合床タイル（VCT）などの柔軟な床材でも、床面の凹凸が問題となります。床面が浮き上がったり、完全に剥がれたりすることがあり、つまずきの危険、床下のきしみ音、空洞化の原因となる可能性があります。また、床洗浄で発生した湿気が床面に溜まり、カビや細菌の繁殖を助長します。古くても新しくても、床面が平坦であればあるほど良いでしょう。
コンクリートスラブの波は、高所を削り取れば平らにすることができますが、波の痕跡が床に残ることがあります。倉庫などでよく見かける光景ですが、床自体は非常に平らなのに、高圧ナトリウムランプの下では波打って見えるのです。
コンクリート床を露出させることを意図している場合（例えば、着色や研磨を目的として設計されている場合）、同じコンクリート素材で連続した表面が不可欠です。低い部分をトッピングで埋めることは、仕上がりが合わなくなるため選択肢にありません。他に考えられるのは、高い部分を削り落とすことです。
しかし、板状に研磨すると、光の捉え方や反射の仕方が変わります。コンクリートの表面は、砂（細骨材）、岩（粗骨材）、セメントスラリーで構成されています。湿板を設置すると、こてこて作業によって粗骨材が表面のより深い場所へ押し込まれ、細骨材、セメントスラリー、レイタンスが表面に集中します。これは、表面が完全に平坦であるか、大きく湾曲しているかに関係なく発生します。
上から1/8インチ（約3.3cm）削り取ると、細粒分やレイタンス（粉末状の物質）が除去され、砂がグラウトマトリックスに露出し始めます。さらに削り取ると、岩石の断面と大きな骨材が露出します。高い部分だけを削り取ると、その部分に砂と岩石が現れ、露出した骨材の筋によって高い部分が固定され、低い部分にある研磨されていない滑らかなグラウト筋と交互に現れます。
元の表面の色は、1/8インチ以下の層とは色が異なり、光の反射も異なります。明るい色の縞模様は盛り上がった部分のように見え、その間の暗い色の縞模様は谷のように見えます。これは、グラインダーで削られた波紋の「ゴースト」です。地面のコンクリートは通常、元のこて面よりも多孔質であるため、縞模様は染料や染料に対して異なる反応を示す可能性があり、着色で問題を解決することは困難です。コンクリート仕上げ工程で波紋を平らにしないと、再び問題が発生する可能性があります。
数十年にわたり、FF/FLを確認する標準的な方法は10フィート定規法でした。定規を床に置き、その下に隙間があればその高さを測定します。一般的な許容誤差は1/8インチです。
この完全に手作業による測定システムは、同じ高さを2人が異なる方法で測定するため、時間がかかり、非常に不正確になる可能性があります。しかし、これは確立された方法であり、その結果は「十分良い」ものとして受け入れられなければなりません。1970年代には、もはや十分ではありませんでした。
例えば、高床式倉庫の出現により、FF/FLの精度がさらに重要になりました。1979年、アレン・フェイス社はこれらの床特性を評価するための数値的手法を開発しました。このシステムは一般に床平坦度、または正式には表面床プロファイル番号システムと呼ばれています。
フェイス社は、床の特性を測定する機器「フロアプロファイラー」も開発しており、その商標名は「ディップスティック」です。
デジタル システムと測定方法は、FF 床平坦度と FL 床平坦度数値の標準試験方法を定めるためにアメリカコンクリート協会 (ACI) と共同で開発された ASTM E1155 の基礎となっています。
プロファイラーは、オペレーターが床面を歩き、12インチごとにデータポイントを取得できる手動ツールです。理論上は、無限の床面を描画できます（FF/FLの数値を待つ時間が無限にある場合）。定規法よりも精度が高く、現代の平坦度測定の始まりを象徴しています。
しかし、プロファイラーには明らかな限界があります。まず、硬化したコンクリートにしか使用できません。つまり、仕様からの逸脱は、コールバックとして修正する必要があります。高い箇所は削り落とし、低い箇所はトッピングで埋め戻すことは可能ですが、これらはすべて補修作業であり、コンクリート施工業者の費用とプロジェクトの時間がかかります。さらに、測定自体にも時間がかかり、さらに時間がかかり、通常は第三者の専門家によって行われるため、コストもかさみます。
レーザースキャンは、床面の平坦性と水平性の追求に革命をもたらしました。レーザー自体は1960年代に遡りますが、建設現場でのスキャンへの応用は比較的最近のことです。
レーザースキャナーは、焦点を絞ったビームを用いて、床面だけでなく、機器の周囲と下方にあるほぼ360度のデータポイントドームを含む、周囲のあらゆる反射面の位置を測定します。各ポイントは3次元空間で特定されます。スキャナーの位置が絶対位置（GPSデータなど）に関連付けられている場合、これらのポイントは地球上の特定の位置として位置付けられます。
スキャナーデータはビルディング・インフォメーション・モデル（BIM）に統合できます。部屋の計測や、建物の現状のコンピュータモデルの作成など、様々な用途に活用できます。FF/FL規制への準拠において、レーザースキャンは機械計測に比べていくつかの利点があります。最大の利点の一つは、コンクリートがまだ生コンクリートで使用可能な状態で計測できることです。
スキャナーは毎秒30万～200万点のデータポイントを記録し、情報密度に応じて通常1～10分間動作します。動作速度は非常に速く、平坦性や水平性の問題はレベリング後すぐに特定でき、床が固まる前に修正できます。通常、レベリング、スキャン、必要に応じて再レベリング、再スキャン、必要に応じて再レベリングと、わずか数分で完了します。研磨や充填、そして現場への再訪問も不要です。これにより、コンクリート仕上げ機は初日から水平な地面を仕上げることができます。時間とコストの大幅な節約になります。
定規からプロファイラー、そしてレーザースキャナーへと進化を遂げ、床面の平坦度測定の科学は第三世代へと突入しました。私たちはこれを「平坦度3.0」と呼んでいます。10フィート定規と比較すると、プロファイラーの発明は床面データの精度と詳細度において飛躍的な進歩をもたらしました。レーザースキャナーは、精度と詳細度をさらに向上させるだけでなく、新たな飛躍をもたらしました。
プロファイラーとレーザースキャナーはどちらも、今日の床仕様で求められる精度を達成できます。しかし、プロファイラーと比較すると、レーザースキャナーは測定速度、情報の詳細、そして結果の迅速性と実用性において、より高い基準を備えています。プロファイラーは、水平面に対する角度を測定する装置である傾斜計を用いて標高を測定します。プロファイラーは、底部に2本の脚（正確に12インチ間隔）が付いた箱型で、作業者が立ったまま握れる長いハンドルが付いています。プロファイラーの速度は、ハンドツールの速度によって制限されます。
オペレーターはボード上を直線的に歩き、装置を1回につき12インチ（約30cm）移動させます。通常、移動距離は部屋の幅とほぼ同じです。ASTM規格の最低データ要件を満たす統計的に有意なサンプルを収集するには、両方向に複数回走行する必要があります。装置は各ステップで垂直角度を測定し、これらの角度を仰角の変化に変換します。プロファイラーには時間制限があり、コンクリートが硬化した後にのみ使用できます。
床の分析は通常、第三者機関によって行われます。彼らは床を実際に歩き、翌日か後日、報告書を提出します。報告書に基準外の標高の問題が示された場合は、修正する必要があります。もちろん、硬化コンクリートの場合、装飾的な打ち放しコンクリートでない限り、修正方法は上部を研磨するか充填するしかありません。これらの作業はどちらも数日間の遅延を引き起こす可能性があります。その後、床のプロファイルを再度作成し、適合性を文書化する必要があります。
レーザースキャナーはより高速に動作し、光速で測定します。レーザースキャナーはレーザーの反射を利用して、周囲の可視表面の位置を特定します。0.1～0.5インチの範囲のデータポイントが必要です（プロファイラーの限られた12インチのサンプルシリーズよりもはるかに高い情報密度です）。
スキャナーの各データポイントは3D空間における位置を表し、3Dモデルのようにコンピュータ上で表示できます。レーザースキャンは非常に多くのデータを収集するため、視覚化はまるで写真のように見えます。必要に応じて、このデータから床面の標高マップだけでなく、部屋全体の詳細な表現も作成できます。
写真とは異なり、回転させてあらゆる角度から空間を観察できます。空間の正確な計測や、実際の状況を図面や建築模型と比較するのに使用できます。膨大な情報密度にもかかわらず、スキャナーは非常に高速で、1秒あたり最大200万点を記録します。スキャン全体は通常数分で完了します。
時間はお金に勝ります。生コンクリートの打設と仕上げは、時間こそが全てです。スラブの永続的な品質に影響を与えます。床が完成し、通行可能になるまでの時間は、現場における他の多くの工程の所要時間に影響を与える可能性があります。
新しい床材を設置する際、レーザースキャン情報のほぼリアルタイム性は、平坦性を実現するプロセスに大きな影響を与えます。床材が硬化する前の、床工事における最適なタイミングでFF/FLを評価し、修正することができます。これにはいくつかの有益な効果があります。まず、床材の補修工事が完了するまで待つ必要がなくなるため、床材が残りの工事スペースを占めることがなくなります。
プロファイラーを用いて床面の状態を検証する場合は、まず床面が硬化するのを待ち、その後、プロファイルサービス業者を現場に派遣して測定を行い、ASTM E1155レポートを待つ必要があります。その後、平坦度の問題が解決するまで待ち、再度分析スケジュールを設定し、新しいレポートを待つ必要があります。
スラブ設置時にレーザースキャンを実施し、コンクリート仕上げ工程で問題を解決します。スラブが硬化後すぐにスキャンを実施して適合性を確認し、レポートは当日中に完成します。工事はそのまま継続できます。
レーザースキャンにより、最短時間で地面に到達できます。また、より均一で健全なコンクリート表面を形成できます。平坦で水平なプレートは、充填によって平坦化または水平化する必要があるプレートよりも、使用可能な状態の表面がより均一です。外観もより均一です。表面全体の多孔性もより均一になり、コーティング、接着剤、その他の表面処理への反応に影響を与える可能性があります。表面を着色および研磨のために研磨すると、床全体の骨材がより均一に露出し、着色および研磨作業に対する表面の反応がより均一かつ予測可能になります。
レーザースキャナーは数百万ものデータポイントを収集しますが、それはあくまでも三次元空間上の点群です。これらを使用するには、データを処理し、表示できるソフトウェアが必要です。スキャナーソフトウェアは、データを様々な有用な形式に統合し、現場のノートパソコンに表示できます。これにより、建設チームは床面を視覚化し、問題点を正確に特定し、床面の実際の位置と相関させ、高さをどの程度下げるか、または上げる必要があるかを判断することができます。ほぼリアルタイムです。
ClearEdge3DのRithm for Navisworksのようなソフトウェアパッケージは、床面データを表示する様々な方法を提供します。Rithm for Navisworksは、床面の高さを異なる色で表示する「ヒートマップ」を表示できます。測量士が作成する地形図に似た等高線図も表示でき、等高線図では一連の曲線が連続した標高を表します。また、ASTM E1155に準拠した文書を、数日ではなく数分で作成できます。
ソフトウェアのこれらの機能により、スキャナーは床面レベルだけでなく、様々な作業に活用できます。スキャナーは、施工後の状態を計測可能なモデルを提供し、他のアプリケーションにエクスポートできます。改修プロジェクトでは、施工後の図面を過去の設計図と比較することで、変更点の有無を確認できます。また、新しい設計図に重ね合わせることで、変更点を視覚的に確認できます。新築の場合は、設計意図との整合性を確認するために使用できます。
約40年前、多くの人々の家庭に新たな課題がもたらされました。それ以来、この課題は現代生活の象徴となっています。プログラム可能なビデオレコーダー（VCR）は、一般の人々にデジタルロジックシステムとのやり取りを強制的に学ばせるものです。プログラムされていない何百万台ものビデオレコーダーが「12:00、12:00、12:00」と点滅している様子は、このインターフェースを習得することの難しさを物語っています。
新しいソフトウェアパッケージには必ず学習曲線があります。自宅で学習する場合、必要に応じて頭を掻きむしり、悪態をつくことになり、新しいソフトウェアの習得に午後の空き時間を最大限に活用することになるでしょう。職場で新しいインターフェースを学習すると、他の多くのタスクに遅延が生じ、コストのかかるエラーにつながる可能性があります。新しいソフトウェアパッケージを導入する理想的な状況は、既に広く使用されているインターフェースを使用することです。
新しいコンピュータアプリケーションを習得するのに最も速いインターフェースは何でしょうか？それは、すでにご存知のインターフェースです。ビルディング・インフォメーション・モデリングが建築家やエンジニアの間で確固たる地位を築くまでには10年以上かかりましたが、ついにその地位を確立しました。さらに、建設文書の配布における標準フォーマットとなったことで、現場の請負業者にとって最優先事項となっています。
建設現場の既存のBIMプラットフォームは、新しいアプリケーション（スキャナソフトウェアなど）を導入するための既成のチャネルを提供しています。主要な関係者は既にプラットフォームに精通しているため、学習曲線は非常に平坦になっています。プラットフォームから抽出できる新機能を習得するだけで、スキャナデータなど、アプリケーションが提供する新しい情報をより早く使い始めることができます。ClearEdge3Dは、高く評価されているスキャナアプリケーションRithをNavisworksと互換性を持たせることで、より多くの建設現場で利用できるようにする機会を見出しました。Autodesk Navisworksは、最も広く使用されているプロジェクトコーディネーションパッケージの1つとして、事実上の業界標準となっています。全国の建設現場で導入されており、スキャナ情報の表示が可能になり、幅広い用途で使用されています。
スキャナーが数百万ものデータポイントを収集すると、それらはすべて3D空間上の点となります。Rithm for Navisworksのようなスキャナーソフトウェアは、これらのデータをユーザーが利用できる形式で表示します。Rithm for Navisworksは、部屋の位置だけでなく、反射の強度（明るさ）や表面の色もスキャンし、データポイントとして表示できるため、まるで写真のような眺めを楽しめます。
ただし、ビューを回転させて空間をあらゆる角度から眺めたり、3Dモデルのように空間内を歩き回ったり、計測したりすることも可能です。FF/FLの場合、最も人気があり便利な視覚化の一つはヒートマップです。これはフロアを平面図で表示します。高い地点と低い地点は異なる色（擬似カラー画像と呼ばれることもあります）で表示されます。例えば、赤は高い地点、青は低い地点を表します。
ヒートマップから正確な測定を行い、実際の床面上の対応する位置を正確に特定できます。スキャンで平坦性の問題が見つかった場合、ヒートマップは問題を迅速に特定して修正する方法であり、現場でのFF/FL分析に最適なビューです。
このソフトウェアは、測量士やハイカーが使用する地形図に似た、階高の異なる線で構成された等高線図も作成できます。等高線図は、図面データとの互換性が高いCADプログラムへのエクスポートに適しています。これは、既存空間の改修や改造に特に役立ちます。Rithm for Navisworksは、データを分析して結果を提示することもできます。例えば、「切盛り」機能では、既存の凹凸のある床の低い部分を盛り上げて水平にするために必要な材料（セメント表層など）の量を教えてくれます。適切なスキャナーソフトウェアを使用すれば、必要な形式で情報を表示できます。
建設プロジェクトで時間を無駄にするあらゆる方法の中で、おそらく最も苦痛なのは待ち時間でしょう。社内で床品質保証を導入することで、スケジュールの問題、外部コンサルタントによる床の分析を待つ時間、分析中の待ち時間、追加レポートの提出を待つ時間といった煩わしさから解放されます。そしてもちろん、床の完成を待つことで、他の多くの建設作業が滞ってしまう可能性もあります。
品質保証プロセスを自社で構築することで、こうした煩わしさから解放されます。必要な時に、数分で床面をスキャンできます。いつ検査が行われるか、そしていつASTM E1155レポートが届くか（約1分後）も把握できます。第三者のコンサルタントに頼るのではなく、このプロセスを自社で管理することで、時間を有効活用できます。
レーザーを使用して新しいコンクリートの平坦性と水平性をスキャンするのは、シンプルで簡単なワークフローです。
2. 新しく配置したスライスの近くにスキャナーを設置し、スキャンします。この手順は通常、1回の配置で済みます。一般的なスライスサイズの場合、スキャンには通常3～5分かかります。
4. 床データの「ヒートマップ」表示を読み込んで、仕様外であり、水平にする必要がある領域を特定します。