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3D設計とは?メリット・デメリットや2D設計との違いを紹介

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建設業では、DXによって人材不足を解消し、生産性を向上する施策が促進されています。その施策の1つが、3D CADなど3次元モデルを活用した3D設計です。

この記事では、3D設計の導入により、どのようなメリット・デメリットがあるのか、注意点を交えて解説します。

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3D設計とは?2D設計との違い

3D設計とは、3次元モデルを活用した設計を指します。3次元モデルは、縦と横の軸に加えて、奥行きを持たせることによって対象を立体的に表現するタイプのことです。

縦と横の軸のみで製図を行う2D設計では難しい場合でも、3D設計ならわかりやすく作成できます。3D設計には3D CADを、2D設計には2D CADを使うため、両者の違いはCADに備わる機能の差だといえます。

軸・視点の違い

正面図・平面図・側面図の3つの視点で構成される2D CADに対して、3D CADは仮想空間に3つの軸を用いて立体を構成します。

2D設計で作成した図面は、立体を平面に表す方法の1つである三角法を理解していなければ形を認識しづらい一方、3D設計で作成した図面は、図面に不慣れな人でも視覚で認識しやすいという違いがあります。

オブジェクト機能の違い

2D CADとは異なり、3D CADは体積や表面積、質量、重心などの内部情報を算出できます。立体的なモデルデータの作成や施工現場のシミュレーションを行う際に有効な機能です。

また、2D CADでは視点ごとに図面を作成するため、多くのファイル管理が必要になりますが、3D CADは多くの図面を必要とせずファイル管理に手間を省けます。立体的なモデルを作成した後、必要な図面のみ2Dに起こすことによって、作業の工数や管理するファイル数が2D CADよりも少ないためです。

3D設計のメリット

視覚的にわかりやすい図面を作成できること以外にも、3D設計には次のようなメリットがあります。

  • 複雑なデザイン設計に対応できる
  • 内部構造を把握できる
  • 干渉チェックが行える

それぞれについて解説します。

複雑なデザイン設計に対応できる

3D設計は、建設業や建築業、製造業などにおけるさまざまな対象物の設計に対応できます。例えば、パラメーター(変数)を基準に寸法を決める形状作成方法であるパラメトリックデザインを活用することによって、パラメーターを変更することで豊富なデザインパターンを生み出せるでしょう。

パラメトリックデザインは、3Dモデル作成にかかる作り直しの手間を軽減する方法として、国土技術政策総合研究所によって推奨されています。

参考:データ交換を目的としたパラメトリックモデルの考え方(素案)|国土技術政策総合研究所

また、3D CADに搭載された機能の活用によって、複雑なデザイン設計をスムーズに行えます。建設業の配筋施工図においては、オペレーターが手作業でモデリングを行うため、作業が煩雑になることに加えて、労力を要することが課題とされていました。

しかし、パラメトリックデザインを活用すると、躯体のBIM/CIMモデルに鉄筋径やピッチ、形状などのパラメータデータを取り込むことにより、配筋施工図の3次元モデルを修正しながら検討できます。

内部情報を把握できる

3D CADの機能では、体積や表面積、質量、重心など、構造物の内部情報を把握できます。体積や表面積、質量、重心などの幾何情報は、材料費の算出や構造物の耐久性の測定、バランスの調整など、設計に欠かせません。建物の建設時は、目標のコストや定められた条件に従い、形状の試行錯誤を繰り返します。

2D設計では、図面をいくつかのパーツに分解して計算する必要があります。その都度計算すると、算出する際にミスが発生することもあり、手間や労力がかかっていました。

しかし3D設計では、設計の初期段階から必要になる幾何情報を容易に確認でき、なおかつボタンひとつで瞬時に計算できます。設計作業を効率化できるでしょう。

干渉チェックが行える

仮想空間上でシミュレーションを行い、製品がぶつかり合わないかなどの干渉チェックが行えます。干渉チェックは主に構造物の完成前に実施するのが一般的です。

例えば、プラントのパイプの改修時において、著しく劣化した箇所のみ取り替えする場合、新しく交換するパイプが隣接する部品にぶつからないか、または接続する既存のパイプと合うかどうかの確認に使用します。

2D設計では、部品が干渉したり、部材が上手く合わないなどのミスがありましたが、3D設計では低減できます。初期段階から高い質の設計を行うことによって、開発の終盤に発生しやすいミスを防止できるでしょう。

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3D設計のデメリット

3D設計のデメリットは2つある。1つは3D CADの導入コストがかかること、もう1つは導入直後のオペレーターの作業負担が増えることです。それぞれについて解説します。

3D CADの導入コストがかかる

3D設計を行うために必要な3D CADの導入コストがかかります。3D CADソフトにはさまざまな種類があるものの、2D CADソフトよりも料金設定が高い傾向があります。また、3D設計を行うには、パソコンやプリンターなどの周辺機器、場合によっては3Dレーザースキャナーなども必要です。

質の高い機能が使用できる分、コストが高くなる可能性もあるため、自社の使用頻度に応じて、部分的に使用する場合などは外注を検討すべきでしょう。

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3D設計の外注を検討する場合は、三興バルブ継手株式会社にお任せください。当社は、3Dレーザースキャナーによる現地調査から設計図面の作成、3Dモデリングなどを一括で代行するサービスを提供しています。

時間のかかる現地調査も、3Dレーザースキャナーの活用によって大幅に時間を短縮し、正確な点群データの取得によってデジタルデータの加工業務もワンストップで行います。繁忙期など忙しい時期の依頼にも対応しているので、ぜひ活用してみてください。

オペレーターの作業負担が増える

3D設計には、平面図の作成から立体図の作成、モデリングなど複数の工程が必要です。3D CADを活用するための知識やスキルがなければ、スムーズに操作できず余分に時間がかかることもあるでしょう。3D CADで扱う機能や情報量に応じてソフトで行う操作も増えます。

3D CADを導入して自社のオペレーターで図面設計する際は、マニュアルを用意したり、社内研修や講習を行うなど、できる限りの対策を実施するといいでしょう。

3D設計を導入してわかりやすい図面を作成しよう

3D設計を導入すれば、誰にでもわかりやすい図面を作成できる上、完成前の干渉チェックや幾何情報の取得が容易に行えます。シミュレーションを行うことによって、施工のミスや事故の防止にもつながり、業務を効率化できるでしょう。

ただし、3D CADや周辺機器を揃えるのにコストがかかることに加えて、3D CADをオペレーターが使いこなすまでに時間がかかる場合もあります。

コストを抑えて3D設計を行う場合は、三興バルブ継手株式会社に相談してみてください。

三興バルブ継手株式会社では、「3Dスキャナによる図面作成」サービスを展開しています。幅広い知識を持つ専任の担当者が対応するので、お気軽にお問い合せください。

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