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講義No.07685

高層ビル群が引き起こす風環境問題をスーパーコンピュータで解析

高層ビル群と風

 最近、東京の中心部で建築物が建て替えられ、街が高層ビルで高密度に埋まってきています。空高くそびえ立つ高層ビルは、風の影響を大きく受けると同時に、風の向きや強さを変えるので、周辺環境も大きく変えます。高層ビルに風が当たると、角から流れが大きく剥がれ、後方に渦を作ります。渦は強い力を発生させ、壁面・窓に作用し、台風時に建物を揺らすなど厄介なものとなります。また、建物が複数存在すると、干渉しあって、局所的に突風を発生させます。
 都市で、湾岸沿いに超高層ビルがまとまって建つと、海からの涼しい風を止め、ヒートアイランド現象を助長することがあります。高層ビル群の配置が変化すると、都市の風が影響を受けることから、将来の変容を考えた設計が求められます。

風洞実験から、シミュレーションへ

 超高層ビルに起因する風の影響を検証するのに、以前は風洞(トンネル型の実験装置)に建築模型を入れて観察する方法が主流でした。しかしこれだと800m程度の範囲までしか検証できませんし、気温など風以外の条件を取り入れた観察には向かないという難点があります。そのため、現在ではスーパーコンピュータによるシミュレーションが行われています。シミュレーションでは、建物の形状をデジタル値で表現し、そこに流体力学に基づいて数式化した風を組み合わせます。例えば都市域25kmの範囲を、1mの格子で立体的に区切り、その格子での風の状態をひとつずつ代数式で表すと、数百億程度の連立方程式となります。これを時間発展させて解きます。膨大な計算量ですが、これにより建物間の複雑な風を画像で表すことができ、熱・物質の輸送を視覚的に把握できるようになります。

防災や街づくりに貢献

 このシミュレーションは、都市の各建物の形や大きさがデータで公開されるようになったことと、スーパーコンピュータの計算能力の向上によって可能になりました。計算結果は、防災や、超高層ビルの効率性と周辺環境とのバランスが取れた、よりよい街づくりのために役立ちます。


この学問が向いているかも 都市環境学

東京工業大学
環境・社会理工学院 建築学系都市・環境学コース 教授
田村 哲郎 先生

メッセージ

 大学に入ったら、なるべくいろいろ幅広く勉強してみるのがいいと思います。何かひとつに固まることなくいろいろな視点で勉強すると、経験や知識の幅が広がり、将来専門化していくときにも、必ず役に立つでしょう。
 私自身、専門の建築環境・防災の数値シミュレーションを考えていくにあたり、他学科の科目など、異分野を勉強したことで、立場の違いを感じてフレキシビリティ(柔軟性)を増すこと、また同時に共通項を見出すことができ、自分のやりたいことへの確信になりました。高校のときより、少し自由な大学の生活を楽しんでください。

先生の学問へのきっかけ

 建築学は工学の中でも人間が住むものを作るので、人間に関わる部分が大きい学問である一方、快適性・機能性・安全性を確保するために解析を駆使する分野と聞き、興味を引かれて建築の分野を志しました。日本は台風や地震など自然災害の多い国で、建築は大きな災害のたびに課題を見つけて進歩してきました。しかし、災害発生の前に推定し対策することが理想と考え、コンピュータシミュレーションの解析を研究しようと思いました。スーパーコンピュータを使い高速計算・流体力学などの知識も踏まえて都市・建築の風作用の研究をしています。

先輩たちはどんな仕事に携わっているの?

自動車メーカー開発/建設会社研究員/機械メーカー開発/機械系基盤技術研究員/総合エンジニアリング業設計開発/電気・電子機器メーカー設計開発/建築設計事務所設計/鉄道会社研究員

大学アイコン
田村 哲郎 先生がいらっしゃる
東京工業大学に関心を持ったら

 東京工業大学は、1881年の創立以来理工系総合大学として時代を切り拓いてきました。2016年には、大隅良典栄誉教授がノーベル生理学・医学賞を受賞するなど世界トップレベルの研究を行う大学として高い評価を受けています。現在、本学は日本初となる学部と大学院を統合した「学院」を設置するなど、大きな改革に取り組んでいます。学生が自らの興味に基づいて体系的に学べるカリキュラムを用意するとともに、全ての人がベストパフォーマンスを発揮できる教育・研究環境を実現して、よりよい未来の創造に貢献する人材を育てます。

※夢ナビ講義はそれぞれの先生の見解にもとづく講義内容としてご理解ください。

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