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【プラント設計の業務範囲は広く、全体像がつかみにくいと感じていませんか？】

化学・水処理・発電・廃棄物・原子力など、対象分野は多岐にわたり、関わる専門分野も8つ以上。中でも配管設計は全体工程の30〜50%を占める最大のボトルネックですが、見落とされやすい領域です。

本記事では、Smart 3D向け専用アドオン「shinsei-3d」を開発する辰星技研株式会社の現場視点と、厚労省Job Tagの公的データから、プラント設計の業務フロー・関わる8分野・必要な資格と年収・配管設計フェーズが時間を占める理由を整理します。

プラント設計とは｜定義と対象分野

プラント設計とは、生産設備や大型機械の設計業務全般を指します。化学プラント・水処理プラント・ごみ焼却プラント・製鉄プラント・発電プラント・原子力プラントなど、対象分野は多岐にわたり、いずれも大規模な設計業務であることが共通しています。

プラントの種類（化学・水処理・発電・廃棄物・原子力等）

プラントは扱う対象や処理プロセスによって分類されます。代表的なものは次の6カテゴリです。

プラント設計が担う役割

プラント設計者は、発注者の要望（生産能力・品質・運転条件）を満たす最適な設備構成を組み上げる役割を担います。設計の品質が、稼働後の生産効率・運転コスト・安全性すべてに直結するため、上流の判断ミスが下流工程で大きな損失につながる責任の重い仕事です。

設計対象は機器単体ではなく、配管・電気・計装・土木建築まで含めたプラント全体のシステム設計になる点が、一般的な機械設計と大きく異なります。

プラント設計の業務フロー｜基本設計→詳細設計→施工→試運転

プラント設計の業務は、大きく4つのフェーズに整理できます。

※中規模プラントの一般的な目安。プロジェクト規模・プラント種別・発注形態により大きく変動します。大型LNGプラント・原子力プラント等では各フェーズが上限を超えるケースが一般的です。

フェーズ1: 基本構想・基本設計（PFD作成）

基本設計フェーズでは、発注者の要件をもとにプラント全体の構成を決定します。プロセスフロー図（PFD：Process Flow Diagram）を作成し、必要な機器・処理能力・物質バランスを整理する段階です。

このフェーズで決まる内容が後続すべてに影響するため、広い視野とコミュニケーション能力が求められます。プロセスエンジニアが中心となり、機械・電気・土木建築の各分野と連携しながら、プラントの大枠を固めていきます。

フェーズ2: 詳細設計（P&ID・3Dモデル・図面）

詳細設計フェーズでは、基本設計で決めた構成を実際の建設に向けて具体化します。P&ID（配管系統図：Piping and Instrumentation Diagram）を作成し、各配管・バルブ・計装機器の仕様と接続関係を確定します。

その後はCADなどを使用してプラント全体のモデルを構築し、機器配置・配管レイアウト・干渉チェックを行いながら、配管図・機器仕様書・施工図面などを作成していきます（基本設計と詳細設計の違い・PFDとP&IDの違い）。

フェーズ3: 機器調達・建設工事

詳細設計が固まったら、機器の調達と建設工事に入ります。設計時に作成した機器仕様書・配管リスト・図面が、調達担当・建設担当・現場施工者に渡され、設備が物理的に組み上がっていきます。

設計者はこのフェーズでも、図面修正・現場質問対応・調達品の検査などで関与し続けるのが一般的です。

フェーズ4: 試運転・引き渡し

設備の据付が完了すると、試運転フェーズに入ります。設計通りに機器が動作するか、プラント全体として設計性能を発揮できるかを確認し、最終的に発注者への引き渡しを行います。

試運転で発覚した不具合は、設計起因か施工起因かを切り分け、設計者が改修案を提示するケースも多くあります。

配管設計フェーズが全体の30〜50%を占める理由

ここからが本記事の核心です。プラント設計の中でも、配管設計フェーズは全体工程のおおむね30〜50%を占める最大のボトルネックです。条件次第（大型・高圧・法規制が厳しいプラントなど）では、さらに割合が増えることもあります。

辰星技研が複数のプラント設計プロジェクトを支援してきた現場知見から、その理由を3つに整理します。

配管点数の多さと相互依存性

プラント1基あたりの配管点数は、中規模で数百〜数千点、大規模になると数万点に達します。各配管はサイズ・材質・スペック・経路・サポート位置など多くのパラメータを持ち、機器・構造・電気計装と相互依存しています。

機器の位置を1つ動かすと、それに接続する配管経路・サポート設計・図面すべてに波及するため、設計修正の連鎖が起きやすい領域です。配管点数の多さと相互依存性が、工数の絶対値を膨らませる主要因です。

大型・高圧・法規制が厳しいプラントではさらに増加

オイル＆ガス・石油化学・原子力プラントのように、大型・高圧・法規制が厳しいプラントでは、配管設計の比重がさらに増します。安全基準・耐圧計算・サポート強度計算・地震対策などの追加検討が必要になり、1配管あたりの設計工数が拡大するためです。

法令に基づく検査・認証プロセスへの対応も、配管設計で発生する作業として無視できない比重を占めます。

配管設計の効率化が経営インパクトに直結する

配管設計が全体の30〜50%を占めるということは、この領域の効率化がプラント設計プロジェクト全体の納期・コストに直接効くということを意味します。

例えば、配管設計の作業時間を相対的に2割削減できれば、プロジェクト全体で約6〜10%の工数圧縮につながります。1プロジェクトあたりの設計工数が数万人時規模になる大型案件では、この差は大きな経営インパクトになります。

※プロジェクト規模・配管点数・条件により変動します。

経営インパクト計算式｜削減率×配管設計比率の波及効果

配管設計の効率化がプロジェクト全体に与える影響は、次のシンプルな計算式で見積もることができます。

shinsei-3d公式サイトでは、17アプリ全体の累積で最大68%の作業時間削減を公表しています（shinsei-3d公式サイト）。配管設計の比率が大きいプラントほど、削減のレバレッジ効果は大きくなります。

※実際の削減率はプロジェクト規模・運用体制・対象工程により変動します。本計算は配管設計フェーズに削減率を適用した場合の理論値です。

プラント設計に関わる8つの専門分野

プラント設計は単一の専門分野ではカバーできず、複数の専門分野が協働して進めます。代表的な8分野を整理します。

※企業によって組織区分は異なります。機械設計に機器・構造を統合する例、計装を電気から独立させる例など、分類は多様です。各分野は独立しているわけではなく、PFD/P&IDや3Dモデルを共有しながら相互調整を進めます。

プロセス設計

プロセス設計は、プラントの根幹となる化学反応・物質バランス・運転条件を決定する分野です。発注者の要件と化学プロセスの知識を照らし合わせ、必要な機器の種類・数量・処理能力を組み立てます。

配管設計／機器設計／構造設計

配管設計・機器設計・構造設計は、詳細設計フェーズの主役です。配管設計は配管経路と接続を、機器設計は反応器・熱交換器・タンクなどの機器個別仕様を、構造設計は鉄骨・基礎・耐震性を担当し、3DCAD上で互いの干渉を解消しながら進めます。

電気・計装設計／土木・建築設計

電気・計装設計は、受配電設備・制御システム・計装機器を扱う分野で、近年DCS（分散制御システム）の高度化に伴い重要性が増しています。土木・建築設計は、敷地造成・建屋・地盤改良など、プラントを支える基盤を設計します。

プラント設計で使われる3DCADソフト｜価格帯別の選び方

プラント設計で使われる3DCADは、価格帯と機能の組み合わせで選ばれます。代表的なソフトを整理します。

※ENN-net エンジニアリングITアンケート2023（n=57社、複数回答可）に基づく。プロジェクト規模・要件により最適なソフトは異なります。

高価格帯：PDMS／AVEVA E3D Design・Smart 3D

PDMSは2024年4月にサポートが終了し、後継のAVEVA E3D Designへの移行、またはHexagonのIntergraph Smart 3Dへの乗り換えが進んでいます。大規模プラント・複数分野統合に強みがあり、世界の大手EPC企業で広く採用されてきました。

中価格帯：EYECAD

EYECADは国産の3DCADで、操作の素直さと低コストを両立しています。中堅プラント設計会社・改修案件で高いシェアを持ち、ENN-net 2023調査でも安定したシェアを維持しています。

低価格帯：AutoCAD Plant 3D

AutoCAD Plant 3Dは低価格帯ながら近年シェアを伸ばしているソフトで、中小企業のプラント設計でも採用が進んでいます。基本設計フェーズで使い、詳細設計でPDMSに乗り換える二段構えの運用も観測されています。

プラント設計エンジニアになるには｜キャリア・資格・年収

プラント設計エンジニアを目指す場合、必要な学歴・資格・想定年収を整理します。以下は厚労省 Job Tag「プラント設計技術者」に基づく公的データです。

※就業者数は厚労省Job Tag掲載値で、国勢調査の関連職業分類（機械開発技術者等を含む広域分類）に基づく数値。プラント設計技術者単体の人数ではない点に留意してください。

必要な学歴・専攻

プラント設計エンジニアは、大学理工学部卒業が一般的で、修士課程修了者の比率も高い職業です。専攻は応用化学・機械工学・土木工学・電気工学など、プラント設計の専門分野に対応した分野が中心になります。

関連資格

プラント設計に直接結びつく資格は次のとおりです。

• 技術士（機械・建設・化学・電気電子・衛生工学等の各部門）
• 高圧ガス製造保安責任者（化学・機械区分）
• エネルギー管理士
• 電気主任技術者（第一種〜第三種）
• 一級建築士（土木・建築設計分野で活きる。プラント本体設計には必須ではない）
• 危険物取扱者（甲種）・1級施工管理技士（補助的に評価される）

これらは必須ではありませんが、業務範囲の拡大・キャリアアップ・転職市場での評価向上に直結する資格群です。

平均年収659万円・有効求人倍率3.21倍

厚労省Job Tagによれば、プラント設計技術者の全国平均年収は約659万円、有効求人倍率は3.21倍と高水準です。理工系専門職の中でも安定した需要があり、プラント業界の脱炭素対応・老朽更新などの追い風が続いています。

※厚労省Job Tagの数値は調査年度・地域により変動します。

プラント設計の効率化｜配管設計フェーズの自動化が鍵

配管設計が全体の30〜50%を占める以上、プラント設計の効率化は配管設計フェーズの自動化から着手するのが合理的です。

3DCADの活用で図面作成・干渉チェックを自動化

3DCADを使うと、配管経路を変更した際に関連する図面・属性が自動で反映され、手作業による修正漏れの構造的なリスクが大きく下がります。干渉チェック機能で、現場での梁・鉄骨との衝突を事前に発見できる点も、2DCAD・手書きにはない優位性です。

専用アドオン（shinsei-3d）で配管設計の更なる時間削減

辰星技研のshinsei-3dは、Smart 3D向けの専用アドオン群（17アプリ構成）で、配管設計の細かい工程を自動化します。代表的なアプリには、サポート図面のラベル・表・タイトルを自動整理するAlignLabel、レイアウトに適した図面尺度を自動設定するDwgSupportScale、配管モデルをSmart 3Dへ変換するGalaxy2S3D（PDMS／E3Dモデルからの変換は辰星技研の提供情報による）などがあります。

Smart 3D標準機能では手作業が残る工程を集中的に自動化することで、配管設計フェーズの時間を相対的に大幅に圧縮できます。

shinsei-3dのモデル入力機能は配管設計に特化しているため、機器設計・構造設計・電気計装などの他フェーズへの直接的な活用は難しい設計です。一方、図面関連のマクロは設定をカスタマイズすることで、他フェーズの図面作成にも応用できる余地があります。

「全フェーズ一気に自動化」ではなく、「配管設計フェーズに集中して時間を圧縮する」のが、現実的な投資判断です。

プラント設計の全体像を理解して、効率化の起点を見つける

プラント設計は、化学・機械・電気・土木建築・安全環境を統合した大規模なシステム設計です。本記事の要点を3つに整理します。

• 業務フローは基本設計→詳細設計→施工→試運転の4フェーズ：それぞれで成果物と関係者が変わる
• 配管設計が全体の30〜50%を占める最大のボトルネック：効率化のレバーが最も大きい領域
• 3DCAD＋専用アドオンで配管設計の時間を圧縮できる：shinsei-3dのようなSmart 3Dアドオンが現実的な選択肢

プラント設計エンジニアとしてキャリアを築くにせよ、プラント設計会社の経営判断を行うにせよ、配管設計フェーズが工数の中心であることを理解しておくと、投資判断・育成計画・効率化施策の優先順位を間違えにくくなります。

辰星技研では、Smart 3D配管設計の各工程に何時間かかっているのかをデータで整理したホワイトペーパー「プラント配管設計の時間泥棒TOP10｜削減可能時間一覧」を公開しています。配管設計の効率化を検討中の方は、あわせてご活用ください。

参考文献

• プラント設計技術者｜厚生労働省 Job Tag
• エンジニアリングITアンケート2023（業界調査発表元）｜ENN-net
• Intergraph Smart 3D 公式ページ｜Hexagon
• AVEVA E3D Design 公式ページ｜AVEVA（Schneider Electric）
• shinsei-3d公式サイト｜辰星技研株式会社
• 辰星技研株式会社 公式サイト（コーポレート）

よくある質問（FAQ）

Q1. プラント設計とプラントエンジニアリングの違いは？

プラント設計は設計フェーズに特化した業務、プラントエンジニアリングは設計から調達・建設・試運転までのプロジェクト全体を扱う業務です。プラント設計はプラントエンジニアリングの中の1機能と位置付けられ、設計事務所と総合エンジニアリング会社（EPC：Engineering, Procurement, Construction）でサービス範囲が異なります。

Q2. プラント設計に資格は必須ですか？

必須ではありませんが、技術士・高圧ガス製造保安責任者・一級建築士・エネルギー管理士・電気主任技術者などは、業務範囲の拡大・キャリアアップ・転職市場での評価向上に直結します。特に技術士（機械・化学・建設等の部門）は、プラント設計のシニアポジションで高く評価される傾向があります。

Q3. プラント設計の平均年収はどのくらいですか？

厚労省Job Tagによれば、プラント設計技術者の全国平均年収は約659万円、月額求人賃金は約29.6万円です。経験年数・所属企業規模・専門分野により幅があり、大手EPC企業のシニア層では1,000万円超のケースも存在します。

Q4. プラント設計の中で配管設計はなぜ時間がかかるのですか？

配管点数の多さ（数千〜数万点）、機器・構造・電気計装との相互依存性、修正の連鎖が起きやすい構造が主な理由です。さらに、大型・高圧・法規制が厳しいプラントでは、安全基準・耐圧計算・サポート強度計算などの追加検討が必要になり、1配管あたりの工数が拡大します。

Q5. プラント設計の3DCADはどう選べばいいですか？

プロジェクト規模・既存資産・予算で判断します。大規模・複数分野統合ならPDMS／AVEVA E3D DesignまたはIntergraph Smart 3D、中規模ならEYECAD、中小規模・基本設計フェーズ中心ならAutoCAD Plant 3Dが選ばれる傾向があります。詳細はPDMS／Smart 3D比較記事も参照してください。

Q6. shinsei-3dは他のフェーズ（機器設計・構造設計等）でも使えますか？

shinsei-3dのモデル入力機能は配管設計に特化しているため、他フェーズへの直接活用は難しい設計です。ただし、図面関連のマクロは設定をカスタマイズすることで、他フェーズの図面作成にも応用できる余地があります。「全フェーズ一気に自動化」ではなく、「配管設計フェーズに集中して時間を圧縮する」のが現実的な投資判断です。

Q7. 配管カタログの作成・管理が複雑です。どのくらい工数がかかりますか？

辰星技研の現場知見では、Smart 3D標準機能だけで配管カタログを構築する場合、プロジェクト初期に大きな工数が発生します（部品数・スペック数によって変動）。カタログ作成は基本的にプロジェクト開始時に9割ほど構築するため、月次の維持管理工数は限定的です。

shinsei-3dの配管カタログ・スペック管理アプリを導入すると、複数のExcelファイルを1つのインターフェースで統合管理でき、不整合の自動検知でレビュー工数を構造的に圧縮できます。

Q8. S3D標準では手動で組み合わせるサポート部品（配管部品）を、まとめて入力できますか？

可能です。shinsei-3dのサポート入力アプリ・ポジショナー入力アプリは、形状や条件を設定したプログラムファイルを読み込み、1モデルとして一括入力できる仕組みになっています。条件によって組み合わせる部品が変わる場合にも対応しており、配管設計フェーズの中で工数比重が大きい「サポート部品の組み合わせ作業」を自動化できます。