スーパー台風も想定できる数値風洞「Kazamidori®」を開発~建物に与える影響を数値シミュレーションで予測し、風の強さや流れを可視化~

2020年9月4日
株式会社竹中工務店

竹中工務店(社長:佐々木正人)は、時々刻々と大きく変化する風が建物に与える影響を数値シミュレーションで高精度に予測する数値風洞「Kazamidori®」を開発しました。数値風洞「Kazamidori」は、風の強さや流れをコンピュータ上で予測、可視化し、風荷重(建物が風から受ける力)や風速を評価することで、建築と屋外の風に関する様々な問題を解決します。
昨今、日本に上陸する台風は勢力を増しており、今後も勢力の強いスーパー台風※1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、外装材の種類等に反映させる必要があります。これまで、精度良く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つくり、実際にその模型に風を当てて測定する風洞実験が広く行われてきました。しかし、風洞実験は、模型製作に費用と期間が必要なため、主に大規模なプロジェクトでの適用に限られていました。「Kazamidori」はコンピュータ上で市街地を再現することで、風洞実験に必要な模型製作に要する費用と期間が削減できるため、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になり、幅広いプロジェクトで活用することができます。
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したことで、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り、過去の台風の再現だけではなく、今後増加が懸念されるスーパー台風も想定できるため、台風被害リスクの評価に活用することが可能です。

2019年台風19号上陸時の風の流れの再現結果(2019年10月12日21時頃)
2019年台風19号上陸時の風の流れの再現結果(2019年10月12日21時頃)

当社では、数値風洞「Kazamidori」を設計初期段階から活用することで、強風に対する安心・安全と経済的合理性が両立した建物を提供するとともに、当社が開発しているAI技術※2も活用して強風災害の迅速な予測技術等の実現にも貢献していきます。

  • ※1スーパー台風:米国の合同台風警報センターが1分平均の最大地上風速で階級分けしている最大強度階級super-typhoon(130kts(≒66.9m/s)以上)の日本語訳(坪木和久; スーパー台風、天気、Vol.65、No.6、pp.73-75、2018年)
  • ※22019年度日本風工学会学会賞(論文賞)受賞:「Optimization Calculations and Machine Learning Aimed at Reduction of Wind Forces Acting on Tall Buildings and Mitigation of Wind Environment(風に対して最適な建物配置・形状の探索技術およびディープラーニングによる風速予測技術に関する論文)」

数値風洞「Kazamidori」の概要

これまでビル風の評価等の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ませんでした。「Kazamidori」では、時々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数値シミュ―ションで算出できるようになりました。

2019年台風19号上陸時(2019年10月12日21時頃)の風速の比較
2019年台風19号上陸時(2019年10月12日21時頃)の風速の比較

数値風洞「Kazamidori」の特長

  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」を評価できます。
  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、街区など広い範囲に作用する台風時の風の力が評価できます。
  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、観測地付近の風の流れの予測精度を高めることが可能です(筑波大学計算科学研究センター・日下博幸教授との共同研究)。
  4. 複雑な形状の建物でも評価できるツール
    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ます。
  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
    実際には見ることが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できます。

関連ソリューション

当社は、暴風時に建物に生じる微小な揺れで居住性が低下しないよう、さまざまな制振技術でお応えします。

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