日本の高速道路網は1960年代から拡張を続け、現在では総延長10,000kmを超えています。一方で、高速道路網の半分以上は供用開始から30年を超え、路面や橋、トンネルなどの構造物の老朽化が社会問題となっています。生産人口の減少に伴う高速道路の維持管理技術者の減少も大きな課題の一つです。

このような状況を踏まえ、全国の高速道路約4,000kmを運営するNEXCO東日本エンジニアリングは、MR技術やデジタルツイン技術を活用したETC機器やトンネル緊急設備の訓練アプリを開発し、群馬県高崎市にある同社の訓練センター「テクニカルトレーニングセンター（TTC）」に導入した。このアプリは、すべてのエンジニアが質の高いエンジニアを育成するために必要な知識とスキルを身につけるための効率的な教育およびトレーニング ツールとして機能します。

研修生の理解度向上と標準化に向けたMRツール開発に着​​手

NEXCO東日本グループでは、約10年前より高速道路の老朽化と維持管理人材不足を予測し、グループが培ってきた既存の高速道路維持管理技術とICT技術をマッチングさせるスマートメンテナンスハイウェイ（SMH）プロジェクトを推進してきました。このプロジェクトを通じて、デジタル能力を現場業務に積極的に適用することで、業務の DX が推進されました。紙ベースの図面作成をタブレットベースの業務に変換し、蓄積されたデータをMicrosoft PowerBIで分析・活用。プロジェクトを担当したNEXCO東日本エンジニアリング株式会社常務取締役総合企画部長の秀島哲夫氏は、プロジェクトの方針について次のように述べています。

「私たちNEXCO東日本エンジニアリングは、365日365日点検・トラブル対応を行うことで、ドライバーが安全に高速道路をご利用いただけるよう努めています。高速道路を継続的に維持管理していくためには、設備や構造の小さな変化を見逃さず、徹底した点検・診断を行うことが重要です。そのためには、ICTを活用した効率化・省力化が不可欠です。」

同社は2012年に高速道路検査技術者の能力向上を目的とした研修施設としてTTCを開設した。実践的な研修では、実物の受配電設備やETC（自動料金支払いシステム）設備、高速道路と全く同じ部品サンプルを備えた研修環境を提供しています。

TTCの役割について、並木正之所長は「TTCでは毎年1,000名を超える技術者が研修に参加しており、社内のスキルチェック制度に基づくスキルアップ研修を受講し、『ハイウェイドクター』と呼ばれる高速道路の点検・保守の専門家を目指しています」と語る。

一方で、技術の進歩に伴い高速道路の構造や設備は複雑化しており、こうした教材を使った体験学習にもかかわらず、仕組みや内部構造に対する理解度には受講者ごとにばらつきが生じていました。これにより、研修生の技術レベルの標準化が妨げられ、TTCの課題となっていました。

特にETC機器の教育において問題が顕著でした。 「ETC装置は複数の装置で構成されており、紙ベースの無線通信や制御信号のフローチャート、パワーポイントのスライド、講師のチョークトークなどの豊富な資料を用いてETC装置の動作を説明し、実際のETC装置でのテストを行いました。」とNEXCO東日本エンジニアリング 施設工事部 施設工事課 課長の中村義隆氏は語ります。

「しかし、教材間の関連性を理解するにはかなりの時間がかかります。また、無線通信や制御信号の流れは目に見えないため、受講者の想像力に頼るしかなく、理解にギャップが生じていました。」

そこで同社が着目したのがMR（複合現実）技術とデジタルツイン技術だった。そこで、ETC機器の3Dモデルや赤外線センサー、無線通信、データ通信などの経路（現実には目に見えない）とETC練習レーンを組み合わせて直感的に理解できるようにするという発想から、「ETC機器研修用MR」の開発プロジェクトが発足した。

モデルとして利用できる例がないため、すべての研修生にとって使いやすい研修教材の開発に努めます。

デジタルツインとXRの分野における豊富な実績と経験を評価され、ネクスコ東日本エンジニアリングと契約を結んだのはデータメッシュでした。データメッシュジャパン株式会社取締役マーケティング・営業部の鹿島田健章氏は、「当時、少なくとも日本では同様の試みはなかった。結果がどうなるかという正解がない中で、どのように研修生にとってわかりやすいMR教材を構築できるかがポイントだった」と振り返る。

そのために最初に取り組んだのが、最初から詳細な仕様に依存したウォーターフォール型開発ではなく、迅速なPDCAサイクルに基づくアジャイル開発アプローチの採用でした。 「プロジェクトを主導する部門や、実際にツールを使用するTTC講師らとヒアリングを重ね、慎重に開発を進めました」と鹿島田氏は語る。また、TTCが実際に研修生に提供しているのと同様の講習を受け、ETC装置の仕組みについての知識を習得し、システムに応用しました。

「口頭説明と 2D 資料による講義を受けることで、ETC の仕組みを理解することの難しさを目の当たりにしました。また、自分たちが作ろうとしているツールの潜在的な価値も理解することができ、非常に価値のあるプロセスだったと思います。」と鹿島田 氏は語ります。

こうして、約6か月の開発期間を経て、ETC機器の正確な3Dモデルを作成し、タブレット端末やマイクロソフトのMR機器「HoloLens 2」で視聴できるETC機器に重畳した3Dアニメーションを利用したETC機器のMR研修が完成しました。

「通常、MR重畳の測位におけるSLAM（Simultaneous Localization and Mapping）の精度はハードウェアの性能に依存します。しかし、今回のETC機器訓練用MRでは、DataMesh独自のデジタルツインプラットフォーム（FactVerse）のSLAM機能を活用することで、複数の機器のSLAM精度レベルを均一化しました」と鹿島田氏は説明する。必要な部分のデータのみを読み込む技術により、デバイスの性能に依存することなく大量の3Dデータの重畳を実現する工夫が施されています。

鹿島田氏は、これらの機能により、3D アニメーションの位置ずれやフリーズなどのストレスのかかる事態が発生することなく、研修生が MR の世界に没入できる体験を提供できると述べました。

並木氏は「目に見えないものを言葉で説明するのは本当に大変な作業でした。でも、データや電波が目に見えるようになり、理解度が飛躍的に高まりました」と語った。

HoloLens 2の操作感に慣れれば、複雑な手順を踏むことなく、ディスプレイ上のQRコードを読み取るだけで位置調整が可能です。データメッシュが提供する1日の講義だけで、インストラクターは基本的な操作方法を習得できたという。

現場オペレーターからも定評のあるETC機器研修のMRは、講師からのフィードバックをもとにさらに進化しました。現在、個々の作業ステップの繰り返し再生や、詳細な説明のためのアニメーションの速度調整などの追加機能が、このツールの効果をさらに高めています。

HoloLens 2の特性を活かしたトンネル緊急設備訓練用MR

ネクスコ東日本エンジニアリングは、ETC設備訓練用MRの成功に自信を持って、早速次の訓練用MR「トンネル緊急設備訓練用MR」の開発に着手しました。

「トンネル非常時用の自動散水システムは外からは内部構造が見えないため、内部の水の流れをCGでシミュレーションし、内部の様子や動作状況を可視化するための教材を開発しました」と中村氏は語る。

「これまでは、実機の配管サンプルやイラストを提示して構造や動作を指導していましたが、実際に水を流して仕組みを説明することはできませんでした。また、講師によって説明にばらつきがあり、ETC機器と同様に受講生間の理解度の差が課題として認識されていました」と並木氏は語る。

この課題の解決策として、DataMeshはETC機器訓練用MRの開発で得たノウハウをもとに、車両火災発生から放水までの機器動作を再現し、内部構造を可視化しました。さらに、パイプ内を流れる水の3Dアニメーションの透明度を調整する機能を追加し、パイプ内で水が流れたり止まったりする様子を自由に観察できるようになりました。火災のリアルな 3D 効果の実装により、理解が深まるリアルな体験も提供されます。

最後に、このトンネル緊急設備訓練用 MR の品質は、秀島氏を含む経験豊富な技術者にとっても驚くほど高く、正確です。 「水の流れやバルブの開く仕組み、配管の奥で何が起こっているのかが一目で理解できる。改めてMRのポーザーを感じた」と秀島氏は語る。

トンネル緊急設備訓練用MRは、故障時の確認事項や復旧方法を学習する「疑似再現機能」を備えており、将来の遠隔保守システムへの応用も可能です。

また、タブレット等の連携により遠隔研修も可能となり、より多くの研修生が参加できる環境が整いました。

中でも、トンネル緊急設備訓練用の MR は、ETC 設備訓練用の MR と比較して、HoloLens 2 の可能性を最大限に引き出しています。実際、屋外ETC機器を用いたETC機器訓練用MRを用いた訓練では、日射の強さによってHoloLens 2の視認性が低下する可能性があるため、主にタブレットを出力デバイスとして利用しています。一方、トンネル非常設備は屋内設備であり、太陽光の影響を受けません。ここで HoloLens 2 が登場します。

並木 氏は、「タブレットは両手で持つ必要がありますが、HoloLens 2 はヘッドマウント ディスプレイなので両手が自由になります。そのため、研修生はデバイスをタッチしながら MR 研修を受けることができます。また、個々の研修生が巻き戻し、一時停止、透明度の調整を行うことができるため、個人の理解度に合わせて研修セッションを調整できる利点があります。」と述べました。

プロフェッショナル連携でさらなるICT活用を目指す

ネクスコ東日本エンジニアリングでは、デジタルツインやMR技術を活用した質の高い研修ツールの実現に続き、今後さらに加速すると予想される設備の老朽化や人手不足の課題に対し、ICTの利活用をさらに推進していく計画だ。

中村氏は、さまざまなシーンでのICT活用の可能性を模索し、「TTCの体験研修にとどまらず、オンライン研修、OJT研修、現場の安全管理スキルを向上させるための体験型安全教育システムの構築、遠隔メンテナンスなどにICT活用を広げていきたいと考えています」と述べた。

ICTを効果的に活用する体制の確立に向けて、教育現場で奮闘する並木氏は「近年、設備や設備が高度化し、故障が少なくなってきている。良いことのように見えるが、裏を返せば、将来的にはほとんどのエンジニアが故障対応に不慣れになる可能性がある。いざというときに経験豊富なエンジニアに頼るのではなく、ICTの力でエンジニアをサポートできる体制を整えていきたい」と語った。

一方、秀島氏はプロフェッショナルなパートナーシップに期待を寄せる。同氏は、「当社は高速道路技術に関して優れた専門知識を持っているが、日々向上するICTシーズや技術革新に十分に追いつけていないことを認めている。その点で、DataMeshや日本マイクロソフトなどのICT専門家とのパートナーシップの継続に心から期待している」と語った。

NEXCO東日本エンジニアリングは、高速道路のプロフェッショナルとICTのプロフェッショナルが連携して課題解決に取り組み、相互に技術や知見を提供し合う理想的なパートナーシップのもと、これからも私たちの生活に欠かせない高速道路の安全の維持・向上に取り組んでまいります。

「水の流れやバルブの開閉の仕組み、配管の奥で何が起こっているのかが一目で分かります。改めてMRのポーザーを感じました」

— Mr. Tetsuo Hideshima, Managing Director and Chief of Planning Headquarters, Nexco-East Engineering

「タブレットは両手で持つ必要がありますが、HoloLens 2 はヘッドマウント ディスプレイなので両手が自由になります。そのため、研修生は MR トレーニングを受けながらデバイスに触れることができます。また、個々の研修生が巻き戻し、一時停止、透明度レベルを調整できるため、個人の理解レベルに合わせてトレーニング セッションを調整することができます。」

— Mr. Masayuki Namiki, General Manager, Technical Training Center Manager, Nexco-East Engineering

「私たちは、TTCの実地訓練にとどまらず、オンライン訓練、OJT訓練、現場の安全管理スキルを向上させるための体験型安全教育システムの確立、遠隔メンテナンスなどにICTの活用を拡大していきたいと考えています。」

— Mr. Yoshitaka Nakamura, Manager, Facilities Construction Work Division, Facilities, Construction Work Department, Nexco-East Engineering

「当時、少なくとも日本では同様の試みはありませんでした。結果がどうなるかという正解がない中で、どのように研修生にとってわかりやすいMR資料を構築できるかがポイントでした。」

— Mr. Kensho Kashimada, Director, Marketing and Sales, DataMesh Japan Co., Ltd.

この顧客事例は元々 Microsoft によってここで公開されたものです。