ダム工事に革新！大林組・日立がBIM/CIMと3次元流体解析でデジタルツインを構築
ダム再開発工事の新たな挑戦
近年、局地的な集中豪雨や台風の増加、異常な渇水など、気象状況が大きく変化しています。これに伴い、治水や利水に重要な役割を持つダムの再開発工事が全国で進められています。
ダムの再開発工事は、既存のダムの機能を保ちながら進めるため、放流が周辺施設や設備に与える影響を慎重に検討する必要があります。特に、工事中や完成後のダムの放流状況を詳しく把握することが重要です。
しかし、工事が進むにつれて現場の状況は刻々と変わるため、設計段階で工事中の放流状況を正確に予測するのは難しい課題でした。これまでは、縮小された模型を使った水理模型実験が一般的でしたが、実際の現場と模型の再現度に違いがあると、実験結果と現実の現象がずれてしまい、工事中に問題が起こることもありました。
このような課題に対し、株式会社大林組、株式会社日立パワーソリューションズ、株式会社日立製作所の3社は、BIM/CIMという3次元のモデルデータと、3次元流体解析という水の流れをコンピューターで予測する技術を組み合わせ、ダムの放流状況をコンピューターの中にそっくり再現する「デジタルツイン」を構築しました。
新丸山ダムでのデジタルツイン技術
この新しい技術は、国土交通省中部地方整備局が発注する新丸山ダム本体建設工事（岐阜県）で導入されました。新丸山ダムの工事は、既存の丸山ダムの洪水調節能力を高め、発電量を増やすことを目的としています。既存のダムの機能を活かしつつ、高さを20.2mかさ上げして新しいダムを作る、国内でも前例のない難しいプロジェクトです。
今回の取り組みでは、最新の現場状況を再現したBIM/CIMデータをもとに解析用のモデルを作り、3次元流体解析を行いました。これにより、既存ダムからの放流や、新しく作られるダムの仮排水トンネルからの放流状況が、高い精度でデジタルツインとして再現されました。
この技術の導入によって、従来1年程度かかっていた設計・施工方法の検討期間が、約3ヶ月にまで短縮されました。また、水深や水の速さなどを詳しく分析できるようになり、工事現場ごとの構造検討や工事計画に素早く対応できるようになったため、工事中の安全リスク評価がより正確に行えるようになりました。
3次元流体解析がもたらす詳細な情報
既存ダムの放流解析
丸山ダムの放流設備（ゲート）から下流の川の流れをモデル化し、放流時の水の量を想定して解析が行われました。その結果、ダムの下流にある工事現場付近で、水が最も高くなる水位を正確に予測できるようになりました。これにより、工事現場が水害を受けるリスクを事前に見積もることが可能になりました。また、BIM/CIMの活用により、川底の形も高精度に解析でき、放流時の水の流れが3次元的に詳しく分析できるようになりました。
例えば、上流から流れてきた水が岸壁にぶつかってできる渦のような流れや、同じ場所でも水面と川底とで水の速さが違う様子などを、断面図で確認できるようになりました。
新設ダムの仮排水トンネル解析
仮排水トンネルは、既存ダムからの放流による工事中の水害リスクを減らすために、一時的に水を迂回させるための設備です。ダム湖から下流へつながる仮排水トンネルをモデル化し、決められた水位を想定して解析が行われました。その結果、仮排水トンネルの出口で、水の勢いが弱まる様子や、水が跳ね返る流れを再現できました。これにより、仮排水トンネルの水の量や放流状況を正確に把握できるようになりました。
この仮排水トンネル解析の詳しい内容は、2025年11月20日に開催される令和7年度ダム工学会研究発表会で報告される予定です。
今後の展望と社会への貢献
大林組は、今回の新丸山ダム本体建設工事で得られた経験を活かし、まずは工事の方法や一時的な設備の検討にこの技術を適用し、デジタルツインによる現場管理をさらに進化させていきます。今後、増えることが予想されるダム再開発工事にこの技術を導入することで、安全で安心なインフラ整備に貢献していくでしょう。
日立パワーソリューションズと日立製作所は、今回のBIM/CIMデータを活用した3次元流体解析技術の実績とノウハウを、他のダムにも広げていくことを目指しています。さらに、この技術に先進的なAI（人工知能）を組み合わせ、日立のデジタルソリューション「Lumada 3.0」のHMAXとして展開していく計画です。
3社は、気候変動による豪雨や洪水などの災害リスクに対応し、防災・減災能力を高めることや、社会インフラの災害に強い力を向上させることを通じて、地域社会の安心・安全、そして持続可能な社会の基盤づくりに貢献していきます。
