構造設計の「断面設計」をAIで自動化、最適な設計案を1日で計算：AI

大林組は、構造設計の「断面設計」を自動化するAIプログラムを開発した。熟練構造設計者の知見と最適なアルゴリズムを組み合わせ、従来1週間掛かっていた繰り返し計算が1日で完了する。AIによる設計過程も可視化されるため、構造計画全体の向上にもつながる。

[BUILT]

　大林組は、構造設計業務の一部の「断面設計」を効率化するため、構造設計者が長年にわたり蓄積してきたノウハウを数式化し、断面設計を自動で行う構造設計支援AIプログラムを開発したと2025年6月24日に公表した。

構造設計者の知見と最適化アルゴリズムで、1週間の断面設計が1日に

　構造設計者は、建築物の耐震性や経済性、施工性など多様な性能要件を満たすため、建築計画に合致した架構の形状や梁（はり）、柱などの部材の配置やサイズを決定する役割を担う。特に断面設計では、構造の安全性や機能性、美観などを考慮しながら、地震などによる荷重に耐える部材形状やサイズを決定するため、試行、構造解析、評価を何度も繰り返す必要がある。従来は、設計者の構造力学の知識と経験に依存するため、設計の深度化や設計変更のたびに多大な手間が掛かっていた。

　ギリアの協力を得て開発したプログラムは、こうした反復作業を自動化する。基本設計から詳細検討を行う実施設計にかけて支援し、構造設計者はより多くの時間を別案の検討や改良へ振り向けられる。

AIプログラムを利用した構造設計フロー　出典：大林組プレスリリース

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　プログラムで断面設計する際、構造部材の長さや地震などによって部材に生じる力といった多様なパラメーターに基づき、部材を教師なし学習の一種「クラスタリング」で自動的にグルーピングする。構造設計者はグループ数を自由に設定できるため、コストや施工性などプロジェクトごとの要件を反映した最適な配置計画の立案が可能になる。

　大林組の構造設計者が長年にわたり蓄積してきたノウハウを、人間が設定したルールをベースにAIが作業を行う「ルールベースAI」で数式化し、各構造部材に要求される性能を整理する。数理最適化手法（混合整数形計画法）を活用し、短時間で最適な構造部材の断面を提案する。個々の部材だけではなく、構造骨組全体のバランスを同時に考慮することで最適な断面形状を導き出す。

　プログラム自体は、ルールベースAIで数式化された熟練した構造設計者の知見と、数理最適化手法による最適なアルゴリズムを組み合わせており、迅速かつ合理的な断面設計が実現する。これまで数時間要していた計算を数分程度で処理する。

　また、AIが一貫構造計算ソフトの算定結果を基に、部材断面を再検討する過程（再検討理由や発生数）や部材重量の変化を可視化する機能も備える。構造設計者はAIが導き出した最終結果だけでなく、設計の過程を一目で把握できるため、想定と異なる結果が出た際にも迅速に原因を理解できる。過程の可視化は、構造設計者の視点を広げ、建物特性への理解が深まり、部材断面の最適化にとどまらず、構造計画全体の質向上にもつながる。

プログラムの構成イメージ　出典：大林組プレスリリース

　AIのアシストによるスムーズな設計検討によって、従来1週間を要していた断面設計を1日に短縮。構造設計者は手戻り作業から解放され、価値向上に向けた創造的な作業に専念できるようになる。

　大林組は今後、プログラム適用をを鉄筋コンクリート造や混合構造にも順次進める。また、設計プロセス全体を通じたAI活用を促進し、構造設計者のニーズに沿った新機能の開発や導入を図る。