風の強さや流れを可視化。建物に与える影響を予測するシステム

こんにちは。昨日より九州地方では台風１０号の影響が甚大ですが、報道ではスーパー台風などとも呼ばれることもあります。このスーパー台風は所謂、台風の強度の階級となっており、その最大強度にあたる表現となります。

気象庁が最も強いとされる階級の「猛烈な台風」のさらに上となる、最大風速５９m以上に当たるそうです。日本では毎年台風が上陸していますが、近年の状況をみる限りその強さは温暖化の影響で年々増してきていると言えます。

そんな状況の中「竹中工務店」では風が建物に与える影響を数値シミュレーションによって高精度に予測できるという数値風洞の「Kazamidori®」を開発したとのこと。

数値風洞とは人工的に空気の流れをつくるための装置のことで、建物や橋梁など気流で受ける影響の実験等で用いられるものです。

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風の強さと流れを可視化。建物への影響を数値シミュレーションで予測

「Kazamidori」は、風の強さや流れをコンピュータ上で予測、可視化し、建物が風から受ける力である風荷重や、風速を評価することで、建築と屋外の風に関する問題を解決します。

昨今、日本に上陸する台風は年々その勢力を増しており、今後もスーパー台風の増加が懸念されています。台風に強い建物をつくるためには風荷重を評価し、建物の形状や窓ガラスの面積・厚さ、外装材の種類等へ反映させる必要があります。

これまでは高い精度で建物の風荷重を評価するためには、評価する建物とその周辺市街地の模型を作成し、実際に模型に風を当てて測定するという風洞実験が広く行われてきています。

しかし、風洞実験では模型の製作に期間と費用が必要になるため、主に大規模なプロジェクトに限り適用されてきました。そこで、「Kazamidori」ではコンピュータ上で市街地を再現。

風洞実験に必要な模型製作に要する費用や期間を削減することを可能とすることで、中小プロジェクトや設計初期段階で適用することが容易となり、幅広いプロジェクトで風洞実験を行うことが可能となります。

更に気圧配置等の気象条件を活用した気象解析の結果と連携できることで、特定の台風が上陸した際の市街地内の気象条件を再現できるようになっているとのこと。

過去の台風の再現が可能になっただけでなく、今後増加が懸念されているスーパー台風の想定もできるようになることで、台風被害のリスク評価に活用が可能となっています。

同社では、数値風洞「Kazamidori」を設計の初期段階から活用することで、強風に対する安心・安全と経済合理性が両立した建物を提供し、また開発しているＡＩ技術も活用することで強風災害の迅速な予測技術等の実現にも貢献していくとのこと。

これまでにビル風の評価等、実務に用いられてきた数値シミュレーションは、平均的な風の流れを短時間で計算する手法であるため、建物の風荷重評価に必要な最も強い風の力を計算することはできなかったそうです。

しかし「Kazamidori」では、刻々と変化する風の流れを計算できる手法を活用することで、大きく変化する風の力を算出できるようになったとのこと。

１．建物と風に関する諸問題に対応できるツール
風荷重の評価の他「風揺れによる居住性能」「風による不安定振動の有無」「建物周りの最大風速」を評価可能。

２．気象解析の結果と連携可能なツール
過去の特定の台風や将来のスーパー台風が上陸した際の街区の風の流れを再現・想定することで、建物だけでなく街区などの広い範囲に作用する台風時の風の力を評価可能。

３．観測データと連携可能なツール
対象地域の観測データとデータ同化することで、シミュレーション結果を観測結果に近づけ、観測値付近の風の流れの予測精度を高めることが可能。

４．複雑な形状の建物でも評価可能なツール
風洞実験が苦手な複雑な形状の建物や細かな部材に作用する風の力でも詳細な計算結果が得られる。

５．アニメーションで風の流れや風の力の変化を視覚的に把握可能なツール
実際に見ることのできない風の流れや建物表面の風圧をコンター図やベクトル図、流線図などのアニメーションで可視化可能。

模型の作成に時間とコストがかかることから、大きなプロジェクトでのみ行われてきたという風洞実験ですが、システム上で可視化できるようにしたことでプロジェクトの大きさに関わらず簡単に建物への風の影響等をシミュレーションで確認できるようになるこのKazamidori。

今後発生する台風が上陸する恐れがある際、上陸した際の影響を事前に検証できるというのはリスク回避に非常に有用なシステムになるでしょう。

近年の建設現場では台風等の風の影響で足場が倒壊したりといった事故が後を経ちませんが、このようなシステムが広くサービスとして誰にでも手軽に使えるようになると良いですね。