曲面建築の“熱負荷検討”が可能に、Grasshopperとシミュレーションプログラムを連携させるツールを開発

大林組は、複雑な曲面を持つ建築物の正確な熱負荷計算が可能となるシミュレーションツール「ParaLoad」を開発した。「Grasshopper」で作成した3Dモデルから熱負荷シミュレーションプログラムで必要なデータを自動作成し、正確な計算が難しい曲面形状を含め、あらゆる形状のエネルギー効率を最適化し、環境負荷を低減することが可能になる。

[石原忍，BUILT]

　大林組は、複雑な曲面を持つ建築物の正確な熱負荷計算を可能とするツール「ParaLoad」を開発した。これにより、従来正確な計算が困難だった曲面形状の建築物を含め、あらゆる形状の建築物のエネルギー効率を最適化し、環境負荷を低減することができる。

アルゴリズミックデザインの正確な熱負荷計算を実現

「アルゴリズミックデザイン」の曲面建築

　ここ最近、設計分野では、意匠性を重視した複雑な曲面を持った建築物を設計するため、「アルゴリズミックデザイン」に注目が集まっている。この設計手法は、建築物全体に関わる平面形状やねじれ角、窓やルーバーといった構成要素を一定の数式やルールなどでアルゴリズム化し、複雑な曲面形状を作り出す方法。

　設計条件となるアルゴリズムは、3次元モデリングツール「Rhinoceros（ライノセラス）」のプラグイン「Grasshopper（グラスホッパー）」で行うことで、プログラム言語を使うことなく、画面上のスライダー操作のみで自在に3次元形状が作成できる。

　しかし、アルゴリズミックデザインを用いて設計された複雑な曲面を持つ建築物は、曲面を平面と見なした多面体で、あらかじめ設備容量に余裕を持たせて熱負荷計算を行うため、確かな精度で計算できず、空調などの設備容量の設計が過大になるといった課題があった。

　大林組では、空気調和・衛生工学会で開発された熱負荷シミュレーションプログラム「NewHASP/ACLD」と、3次元モデリングツールのGrasshopperをつなぐ、ParaLoadを開発。3次元モデルから熱負荷シミュレーションを行える一連のシステムを構築した。

ParaLoad システムフロー

　作業フローは、まずGrasshopperで敷地の緯度・経度や方位などを設定し、3次元モデルを作成すると、ParaLoad上で熱負荷計算に必要となる入力データが自動作成される。それらをNewHASP/ACLD上に反映させることで即座に熱負荷の計算を行うことができる。これにより、建築物の形状とエネルギー効率とを併せて確認しながら、設計検討を進めることが可能になる。

　設計者は、設計した建築物のエネルギー効率を即時かつ容易に確認できるため、意匠と同時に環境負荷の低減効果を確認することもできる。また、形状などを固定して、ねじれ角などのパラメーターを変更することで、最もエネルギー効率の高い形状のデザイン検討をすることも実現する。

　大林組は、ZEB（ゼロ・エネルギー・ビル）の達成に欠かせない、省エネ手法の導入効果をBIMとNewHASP/ACLDを連携させることで、より早く正確に予測する「NewHASP入出力支援システム」、複数の高精度環境シミュレーションプログラムと連携して高度な設計を実現する「エコシミュレ」など、さまざまなシステムからなる「熱負荷シミュレーション総合プラットフォーム」を構築している。今後はこのプラットフォームにParaloadを追加して、建築物の省エネに活用していくという。

熱負荷シミュレーション総合プラットフォームの概念図