工期150年短縮! サグラダ・ファミリアで3DやCNCが活躍

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スペイン・バルセロナで建設中の巨大教会「サグラダ・ファミリア」は、以前、完成までに300年くらいはかかると言われていた。ところが今では2026年の完成が見込まれており、1882年の着工から150年弱で完成することになる。この大幅な“工期半減”の裏には、3DプリンターやCNC(コンピューター数値制御)の石材加工機の活用があった。

8月16日、スペイン・バルセロナで建設中の「サグラダ・ファミリア」に立ち寄ってきた。実は約30年前の学生時代にも、バックパッカーとしてここに立ち寄ったことがある。

当時は1882年の着工から既に100年が経過しており、完成まであと200年くらいはかかると言われていた。いずれにしても、自分が生きている間には、完成はしないものとあきらめていたのを覚えている。

ところが現在、サグラダ・ファミリアの完成予定は、12年後の2026年と大幅に前倒しされている。私も生きている間に完成した姿を見られそうな感じになってきたのだ。

つまり、サグラダ・ファミリアは約144年の工期で完成することになる。1980年代に私が訪れたころに見込まれていた300年という建設期間は、この30年間で半減したということだ。図面では表現しきれなかったこの建物の設計・施工に、3DソフトやCNC加工機が使えるようになったことも、150年以上の大幅な工期短縮の大きな力になっているようだ。

逆さ吊り実験で構造解析

1882年に建設が始まったサグラダ・ファミリアは、直線、直角、水平がほとんどない外観に数多くの彫刻が網羅され、建物と一体化されている。

BIM(ビルディング・インフォメーション・モデリング)も、CNC(コンピューター数値制御)の工作機械もなかった19世紀から、よくぞこのような複雑な建物をつくってきたものだと、巨匠・アントニ・ガウディをはじめ、建設プロジェクト関係者には敬意を払いたい気持ちになる。

30年前に訪問したときには、数本の塔があるだけだったが、最近、急ピッチで建設が進み、2010年には大空間を持つ礼拝所が公開された。そこには途中から枝分かれして天井に伸びる複雑な柱が林立していた。

柱は途中から球面の接合部材を介して、上方向に広がっている。しかも柱の断面は連続的に変わっている。

石材に引っ張り応力が作用することは避けなければいけない。コンピューターもない19世紀の時代には、FEM(有限要素法)などで数値解析する代わりに、「逆さ吊り実験」を行って柱の形状などを求めていたのだ。ワイヤを構造体に見立てて上下に180°ひっくり返した模型をつくり、柱の先にはその上からかかる荷重に相当する重りをぶら下げる。

するとワイヤの建物には引っ張り力だけがかかる形で安定する。この形を元に戻すと、柱などには曲げモーメントが発生せず、部材には圧縮力だけが作用するように設計できるという仕組みだ。

地下の工房に3Dプリンターを発見

サグラダ・ファミリアの地下には併設の博物館ある。そこには大小様々な模型が数多く展示されており、まさに“模型の殿堂”という感じだ。

模型づくりは現在も行われている。そして、地下にある工房では、3Dプリンターが設置されていた。

現地を訪問したのは土曜日で、しかも8月のバカンスシーズンだったため、工房内での作業は行われていなかった。

かつては手づくりの模型や、逆さ吊り実験によって構造計算していたのが、最近は3DCADによる設計やコンピューターによる構造解析に置き換わった。これが設計や模型の製作をスピーディーアップさせ、工期の短縮にも貢献しているのだ。

3Dプリンターでつくったと思われる模型は、「受難のファサード」側にガラスケースに入れて展示されていた。既に完成している部分は茶色で、これからつくる部分は白色で色を分けて造形されており、工事の進ちょくや完成後のイメージがよく分かるようになっている。

これを見ると、現在、完成している塔だけで相当高いが、今後、つくられる中央の塔はさらに巨大なものになることが分かる。

石柱の製作にCNC加工機を導入

礼拝所の内部空間に立ち並ぶ柱の接合部分は、優美な曲線を帯びた石材が表面に施されている。

いったい、この部材をどうやってつくったのかと思っていたら、地下博物館のモニター画面に上映されていたビデオでその秘密が分かった。柱の3Dモデルから、CNC加工機によって石材を切削していたのだった。

まず、3Dデザインソフトで部材の原型をつくる。そして回転体と思われる立体を、原型部材に少し食い込むように配置し、ブーリアン演算の「引き算」により、重なった部分をカットする。

そのデータをCNC(コンピューター数値制御)の石材加工機用のドライバーソフトに読み込んで、石材を切削するカッターの動きをプログラミングし、実際に石材をCNCの石材加工機で切削する、という手順が使われていた。

技術の進化で“工期半減”

設計・施工にコンピューターが導入されただけではなく、正面入り口が設けられる南側の「栄光のファサード」などには、従来の石造りに代わって鉄筋コンクリートで造られている部分も目立っている。

3Dプリンターや3D設計ソフト、CNC加工機の導入とともに、構造部材に鉄筋コンクリートが多用されている現実は、時代の流れとは言え、やや残念な気もした。

その一方で、着工から現在まで、約130年が経過した工事現場として見ると、時の流れの重みを感じたりもする。

そこでは、当初の石積み構造からCNC加工による石材、鉄筋コンクリートなど、様々な工法や材料が混然一体となっている。早期に完成した部分は、既にエージングもかなり進み、施工中の部分との色彩にかなりの差が感じられる。

また、サグラダ・ファミリアは、世界で一番人気のある工事現場であると言っても過言ではない。かつては建設資金不足のために建設作業が大幅に滞ったこともあったが、今は世界各国から数多くの観光客が、連日、長蛇の列をつくり、二千数百円の入場料を払って見学している。これらの観光収入は建設費に充てられる。潤沢な資金源が工事の進ちょくを早めている一因だ。

数多くの観光客を受け入れながら、安全に着々と工事を進めていくプロジェクト関係者には頭が下がる思いです。

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