JP2005256345A - 構造計画支援システムおよびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】見積り作成の手間を軽減し、且つ見積りの精度を向上させることができる構造計画支援システムおよびプログラムを提供する。
【解決手段】少なくとも建物の壁および柱の線画情報を含む平面図のＣＡＤデータを記憶する記憶手段と、ＣＡＤデータに含まれる線画情報から、建物の構造要素として少なくとも壁、柱および床を識別し、それら構造要素の幾何学的情報をそれぞれ記憶する構造要素識別手段と、上記線画情報より識別した構造要素の幾何学的情報から、それら構造要素以外に構造力学上必要とされる構造要素を導き出し、その形態と幾何学的情報をそれぞれ記憶する構造要素導出手段と、各構造要素の断面を、構造力学上の条件を満足するように各々の幾何学的情報に基づいて設定することにより構造躯体モデルを構築する構造躯体モデル構築手段と、構造躯体モデルを構成する各構造要素の幾何学的情報および断面情報から躯体材料の数量を導き出す数量算出手段とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、躯体工事費用の概算見積りや構造計画等に用いて好適な構造計画支援システムおよびプログラムに関するものである。

従来より、躯体工事費用の概算見積りを作成するにあたって、先ず、建築設計者が企画計画図書から建築計画図面を作成し、これを元に構造設計者が構造計画図面を作成し、その後、積算担当者が構造計画図面を見て躯体数量を拾い出し、これに材料単価を掛けることで概算見積りを作成する方法が一般に知られている。
また、これ以外の方法としては、設計作業を全く行わずに、規模や用途などが似た別の建物の実績を元に、坪単価から概算見積りを計算する方法や、建物の一部分の数量を拾い出すことにより単位面積当たりの数量（歩掛り）を求めて、その単位面積当たりの数量から建物全体の数量を推定して概算見積りを行う方法などが知られている。

しかしながら、上記のように構造計画図面を作成して概算見積りを行う方法にあっては、構造計画図面の作成や躯体数量の拾い出し等に大変な手間と時間がかかり、しかも数量の見落とし等が発生し易いという問題点があった。
一方、坪単価や歩掛り等から見積り計算を行う方法においては、上記方法と比較して見積り作業が容易になるという利点が得られるものの、見積り結果に対する信頼性に欠け、坪単価や歩掛りの設定が不適切であると、見積り結果と実際の工事費用との間に大きな差異が生じる懸念があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、構造計画図面等を作成しなくても躯体工事費用の概算見積りに必要なほぼすべてのデータを自動的に得ることができ、これによって、見積り作成の手間を大幅に軽減することができる上に、数量の見落とし等を防止して精度の高い見積りを得ることができる構造計画支援システムおよびプログラムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明に係る構造計画支援システムは、少なくとも建物の壁および柱の線画情報を含む平面図のＣＡＤデータを記憶する記憶手段と、上記記憶手段から上記平面図のＣＡＤデータを読み込んで、当該ＣＡＤデータに含まれる上記線画情報から、建物の構造要素として、少なくとも壁、柱および床を識別し、それら構造要素の幾何学的情報をそれぞれ記憶する構造要素識別手段と、上記構造要素識別手段によって識別した構造要素の幾何学的情報から、それら構造要素以外に構造力学上必要とされる構造要素を導き出し、導き出した構造要素の形態と幾何学的情報をそれぞれ記憶する構造要素導出手段と、上記構造要素識別手段によって識別した構造要素および上記構造要素導出手段によって導き出した構造要素の各断面を、構造力学上の条件を満足するように、各々の幾何学的情報に基づいて設定することにより、構造躯体モデルを構築する構造躯体モデル構築手段と、上記構造躯体モデルを構成する各構造要素の幾何学的情報および断面情報から躯体材料の数量を導き出す数量算出手段とを備えることを特徴とするものである。

ここで、壁および柱の線画情報は、壁および柱の輪郭線を示す線画情報であっても、壁の中心線（壁芯）や柱の中心位置を示す線画情報であってもよい。
構造要素とは、建物を構成する要素のうち、主として構造力学上荷重を支持し外力に抵抗する目的で用いられるものを指し、その形態としては、例えば、壁、柱、大梁、床、小梁、基礎、杭、屋根などの他、手摺壁、パラペット、階段なども含まれる。
「構造力学上必要とされる構造要素」とは、平面図のＣＡＤデータには表れないが当該建物の構成に不可欠な構造要素であって、躯体工事費用の積算対象となる構造要素である。かような構造要素としては、例えば、大梁、小梁、基礎、杭などが挙げられる。
構造要素の幾何学的情報には、その構造要素の位置と形状を特定することが可能な情報（例えば、構造要素の頂点の座標データ、構造要素の境界線或いは境界面を表す関数式や座標データなど）が含まれる。
構造躯体モデルとは、構造要素を単位構成要素として、各構造要素の識別データに、その幾何学的情報と断面情報（材料仕様、断面形状、配筋仕様など）とを相互に関連付けることによって構成されるモデルである。
躯体材料には、各構造要素の材料となるものすべてが含まれ、その代表的なものとしては、例えば、鉄筋、コンクリート、型枠、鉄骨などが挙げられる。
「構造力学上の条件を満足する断面」とは、構造要素に加わる自重、積載荷重、地震、衝撃などの予め想定される各種外力に対して十分に抵抗でき、安全性を確保することができる適正断面（建築構造に関する法令や規準に適合する断面）のことを云い、その設定方法としては、例えば、構造要素の幾何学的情報と、構造要素が属する室の用途や要求される仕様から得られる荷重の情報をもとに構造計算（例えば、許容応力度設計法や終局強度設計法、限界状態設計法に基づく構造計算など）により求める方法や、構造要素の幾何学的情報と建物の基本情報（建物用途、建物高さ、耐震要素の多少）をもとに、予め安全性が確認された複数の架構モデルの断面データの中から当該構造要素と条件が合致するものを選択する方法などが挙げられる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構造計画支援システムにおいて、上記構造要素導出手段によって導き出される構造要素には、少なくとも大梁が含まれており、上記構造要素導出手段は、上記構造要素識別手段によって識別した柱の集合の中から、通り芯上において互いに隣接する柱の組合せをそれぞれ抽出し、それら柱間を結ぶ線分が、当階および上階の床に対応する平面領域内若しくはその境界線上に存在する場合に、その線分上に大梁を配置する設定として、その線分の位置情報を大梁の幾何学的情報として記憶することを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の構造計画支援システムにおいて、上記構造要素導出手段は、各大梁の幾何学的情報から大梁によって囲まれた閉領域を床組として抽出し、当該床組に対応する室の属性情報に基づいて、予め登録された複数の候補の中から床工法、小梁方向および小梁間隔の組合せを選択し、その選択に従って、当該床組に配置する小梁およびスラブを設定して、その位置情報を小梁およびスラブの幾何学的情報として記憶することを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の構造計画支援システムにおいて、上記構造要素導出手段は、互いに直交する通り芯の交点を求めて、その交点上に柱が存在するか否かを判定し、その結果、柱が存在すると判定される場合には、最下階の柱の直下に基礎・杭を配置する設定として、その位置情報を基礎・杭の幾何学的情報として記憶することを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の構造計画支援システムにおいて、上記構造躯体モデル構築手段は、構造要素の断面を設定するにあたって、当該構造要素の幾何学的情報、当該構造要素が存在する室の属性情報および建物の基本情報に関する条件の中で、予め設定された条件に該当する断面情報を標準断面リストから抽出し、その断面情報を当該構造要素に対応付けて記憶することを特徴とするものである。
ここで、建物の基本情報には、例えば、建物用途、建物高さ、耐震要素の多少および建物構造などが挙げられる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の構造計画支援システムにおいて、主架構を構成する各構造要素について、建物用途、建物高さ、耐震要素の多少をパラメータとして、予め妥当性が確認された複数の架構モデルの断面データを蓄積した基準断面データベースを備え、上記構造躯体モデル構築手段は、上記主架構を構成する構造要素の断面を設定するにあたって、建物用途、建物高さ、耐震要素の多少および建物構造に関して当該建物と同一の建物または類似の建物の断面データを基準断面として上記基準断面データベースから抽出した後、上記基準断面を初期値として、これを含む所定の範囲（例えば、初期値から一定の割合或いは数値の範囲、若しくは予め入力設定された範囲など）において、当該構造要素の断面決定に関与する所定のパラメータを変化させることにより、構造力学上の条件を満足しつつ躯体コストが最小となる断面を探索し、その断面情報を当該構造要素に対応付けて記憶することを特徴とするものである。

ここで、主架構を構成する構造要素には、例えば、柱、大梁、耐震壁などが含まれる。
構造要素の断面決定に関与する所定のパラメータとしては、例えば、柱の場合、柱寸法、コンクリート材料、鉄筋材料、鉄筋径、断面と材料の変化の上階分布などが挙げられ、大梁の場合、梁せい、梁幅、コンクリート材料、鉄筋材料、鉄筋径、断面と材料の変化の上階分布などが挙げられる。それらパラメータを変化させる方法としては、一定の刻み幅でパラメータを変化させる方法や、刻み幅を適宜変動させながらパラメータを変化させる方法（例えば、躯体コストの極小値近傍において刻み幅を相対的に小さくする方法）などが挙げられるが、何れの方法を採用するようにしてもよい。
なお、構造力学上の条件を満足しつつ躯体コストが最小となる断面を探索する際には、数値計算を行う専用のソフトウェアを利用することも可能であり、その場合には、上記ソフトウェア用の入力ファイルとして、上記所定のパラメータに関する制約条件や目的関数（躯体コストを示す関数）等の各種設定データを含む入力ファイルを作成し、これを上記ソフトウェアに読み込ませて数値計算の処理を実行させるようにすればよい。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の何れかに記載の構造計画支援システムにおいて、上記構造要素識別手段は、上記線画情報に含まれる境界要素によって仕切られた余白領域の形態的特性を評価し、その評価結果に基づいて、各構造要素を識別することを特徴とするものである。

ここで、境界要素とは、壁や柱の輪郭線（または室の境界線）或いは壁の中心線の一辺に相当する各線分（円弧等の曲線も含む。）や、それら線分から離れた位置に存在する点（例えば、独立柱の中心点など）のことを示している。例えば、点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを頂点とする矩形状の境界線の場合には、線分ＡＢ、ＢＣ、ＣＤ、ＤＡがそれぞれ境界要素となる。この境界要素に仕切られた余白領域には、境界要素に完全に囲まれて閉じた状態の閉領域だけでなく、一部が開放された領域や境界要素すべてを取り囲む外部領域も含まれる。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の構造計画支援システムにおいて、上記線画情報に含まれる境界要素の中で２以上の境界要素に接し且つ内部に境界要素を含まない円を接円として、それら接円のいくつかを境界要素との関係に基づいて配列することにより接円ネットワークモデルを作成する接円ネットワークモデル作成手段と、上記接円ネットワークモデルにおいて隣接関係にある接円間の幾何学的情報および接円の各々が有する幾何学的情報に基づいて、境界要素に仕切られた各余白領域の形態的特性を評価する形態的特性評価手段とを備えることを特徴とするものである。

ここで、上記接円ネットワークモデル作成手段は、接円ネットワークモデルを作成するにあたり、接円ネットワークモデルを構成する接円の中で、接触対象が２つ共通する接円のペアを抽出し、当該接円のペアの間に、上記接触対象の双方に接しつつ他の境界要素に接触せずに移動する円の連続した軌跡が存在する場合に、当該接円のペアを隣接関係にある接円として配列する。

一方、形態的特性評価手段は、余白領域の形態的特性を評価するにあたり、接円ネットワークモデルにおいて隣接関係にある接円の何れよりも径の大きい接円を選択して、当該接円と隣接関係にある接円との間に存在し得る接円の中で径が最大となる接円を極大円として抽出し、この極大円の径に基づいて、当該極大円に対応する余白領域の室的な広がりを評価する。また、形態的特性評価手段は、接円ネットワークモデルにおいて２つの上記極大円の間に存在し且つ径が最小となる接円を極小円として、この極小円の径に基づいて、上記極大円に対応する各余白領域を隔てる分節性の強さを評価する。さらに、形態的特性評価手段は、接円ネットワークモデルから接円の順列を抽出し、この接円順列の中で隣接関係にある接円どうしの中心間の距離と径の変化に基づいて、当該接円順列に対応する余白領域の経路的な形態的特性の強さを評価する。そして、構造要素識別手段は、こうして得られた各余白領域の形態的特性の評価結果に基づいて、建物の壁、柱および壁開口を推定するとともに、各室の床に対応する平面領域を推定する。

請求項９に記載の発明は、コンピュータに実行させるプログラムであって、少なくとも建物の壁および柱の線画情報を含む平面図のＣＡＤデータを、上記コンピュータの記憶装置から読み込むステップと、上記平面図のＣＡＤデータに含まれる上記線画情報から、建物の構造要素として、少なくとも壁、柱および床を識別し、それら構造要素の幾何学的情報を上記記憶装置にそれぞれ記憶するステップと、上記線画情報より識別した構造要素の幾何学的情報から、それら構造要素以外に構造力学上必要とされる構造要素を予め設定された配置規則に従って導き出し、導き出した構造要素の形態と幾何学的情報を上記記憶装置にそれぞれ記憶するステップと、各構造要素の断面を各々の幾何学的情報に基づいて設定することにより、構造躯体モデルを構築するステップと、上記構造躯体モデルを構成する各構造要素の幾何学的情報および断面情報から躯体材料の数量を導き出すステップとを上記コンピュータに実行させることを特徴とするものである。

本発明によれば、平面図のＣＡＤデータから、建物の構造要素として、少なくとも壁、柱および床が識別されて、それら構造要素の幾何学的情報から、それら構造要素以外に構造力学上必要とされる構造要素が導き出されるとともに、各構造要素の断面が各々の幾何学的情報に基づき設定されることにより構造躯体モデルが構築されて、当該構造躯体モデルを構成する各構造要素の幾何学的情報および断面情報から躯体材料の数量が導き出されるので、従来のように構造計画図面等を作成しなくても躯体工事費用の概算見積りに必要なほぼすべてのデータを自動的に得ることができ、これによって、見積り作成の手間を大幅に軽減することができる上に、数量の見落とし等を防止して精度の高い見積りを得ることができる。

図１は、本発明に係る構造計画支援システムの一実施形態を示す概略構成図である。この構造計画支援システム１０は、図１に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、表示装置、入力装置、記憶装置および通信装置等を有する周知のコンピュータ若しくはかようなコンピュータ複数をネットワークを介して相互に接続してなるコンピュータシステムによって構成されている。

この構造計画支援システム１０は、ＣＡＤソフト等を利用して作成された平面図のＣＡＤデータを記憶装置（記憶手段）に記憶する機能と、記憶装置から平面図のＣＡＤデータを読み込み、当該ＣＡＤデータに含まれる線画情報から少なくとも壁、柱および床等の構造要素を識別し、それら構造要素の幾何学的情報を記憶装置にそれぞれ記憶する機能（構造要素識別手段）と、上記線画情報より識別した構造要素の幾何学的情報から、それ以外に構造力学上必要とされる構造要素を導き出して、その形態と幾何学的情報をそれぞれ記憶装置に記憶する機能（構造要素導出手段）と、各構造要素の断面を各々の幾何学的情報に基づいて設定することにより構造躯体モデルを構築する機能（構造躯体モデル構築手段）と、構造躯体モデルを構成する各構造要素の幾何学的情報および断面情報から躯体材料の数量を導き出す機能（数量算出手段）とを備えている。
これら機能は、構造計画支援システム１０のＣＰＵが記憶装置内に格納された各種アプリケーションプログラム（本発明に係る構造積算プログラムを含む。）を読み込んで実行することにより、付与されるものである。

この構造計画支援システム１０の記憶装置は、プログラムやデータ等が記憶される記憶媒体を有し、この記憶媒体は磁気的、光学的記録媒体若しくは半導体メモリで構成されている。この記憶媒体は記憶装置に固定的に設けたもの、若しくは着脱自在に装着するものであり、ＣＰＵにより実行される各種処理プログラム（本発明に係る構造積算プログラムや、後述する最適断面設定プログラムを含む。）や制御データ等を記憶する記憶領域を備える他、室属性データベース、基準断面データベース、建築プロセス情報データベース等を格納する記憶領域などを備えている。

室属性データベースは、各種形態および性質の室の属性情報を集積したもので、当該属性情報は、室名称（分類名）やその検索用文字（例えば、室名称が「便所」であれば、便所、トイレ、ＷＣなど）とともに、室分類コードに対応付けられた状態で記憶されている。室の属性情報には、室の性質や区分に関する情報（例えば、屋外／屋内の区分、居室／非居室の区分など）の他に、室環境（例えば、音や温度など）に関して室に要求される性能と室が発する負荷または資源に関する情報などが含まれている。

基準断面データベースは、主架構を構成する各構造要素（柱、大梁、耐震壁、杭など）について、実際の建物において過去に適用された断面データを蓄積したデータベースである。このデータベースは、図２に示すように、各構造要素のリストテーブルと断面テーブルとにより構成され、リストテーブルにおいては、架構モデル、グルーピング符号および階の組合せと、構造要素のリストＩＤとの対応関係が設定され、断面テーブルにおいては、構造要素のリストＩＤと、断面情報との対応関係が設定されている。すなわち、当該建物に対応する架構モデル、構造要素のグルーピング符号および設置階さえ分かれば、この基準断面データベースを参照することにより、当該建物の各主架構要素の断面情報を取得することができる。なお、架構モデルは、建物の基本情報（建物用途、建物高さ、耐震要素の多少および建物構造）に基づいて分類されたモデルであり、グルーピング符号は、構造要素の位置等に関する判定条件に基づいて各構造要素に付与される分類コードである。

なお、基準断面データベースに断面情報が格納されていない構造要素（例えば、耐震壁以外の面内壁、面外壁、手摺壁、パラペット、階段、庇など）に関しては、標準断面リストが予め用意され、基準断面データベースとともに記憶装置に格納されている。

建築プロセス情報データベースは、建物の各構造要素間の接合・分離のプロセスに関わる建築プロセス情報（実務的建築知識）を集積した知識データベースで、各建築プロセス情報は、構造要素の接合関係情報と対応付けた状態で当該データベースに格納されている。本実施形態で使用する建築プロセス情報には、例えば、構造要素間の接合のために必要な資源に関する情報（例えば、接合材の数量や労務の工数など）が含まれる。また、接合関係情報には、例えば、構造要素の仕様を識別する分類コード、接合の形態データ（面的接合、線的接合、点的接合）、接合量などの情報が含まれる。

次に、上記構成からなる構造計画支援システム１０のＣＰＵによって実行される構造積算処理について説明する。この構造積算処理は、図３のフローチャートに示すように、３次元空間関係モデル構築処理、構造躯体モデル構築処理、躯体数量算出処理からなり、各々の処理が、構造計画支援システム１０の記憶媒体に格納された構造積算プログラムに従って順次行われるようになっている。

［３次元空間関係モデル構築処理］
先ず、３次元空間関係モデル構築処理について説明する。この３次元空間関係モデル構築処理は、図４のフローチャートに示すように、ステップＳ１〜ステップＳ７の処理からなる。

先ず、ステップＳ１では、入力装置等からの指示入力に基づいて、建物各階の平面図のＣＡＤデータを記憶装置（記憶手段）から読み込む処理を実行する。ここで、平面図のＣＡＤデータは、図５に示すように、ダブルライン（輪郭線）で描かれた壁および柱の線画情報を含むレイヤ（第１レイヤ）と、室の名称を含むレイヤ（第２レイヤ）とを備えている。このＣＡＤデータは、ＣＡＤソフト等を利用して当該構造計画支援システム１０で作成して記憶装置に格納するようにしても、他のコンピュータで作成したものを、可搬型の記憶媒体や伝送媒体等を介して取得して当該構造計画支援システム１０の記憶装置に格納するようにしてもよい。

次いで、ステップＳ２では、上記第１レイヤの線画情報（図６）から境界要素（壁や柱の輪郭線の一辺に相当する各線分）を抽出して、当該境界要素の複数種類の組合せから、図７に示すように、複数の接円を生成し、それら接円を境界要素との関係に基づいて配列することにより接円ネットワークモデルを作成する（接円ネットワークモデル作成手段）。そして、接円ネットワークモデルにおいて隣接関係にある接円間の幾何学的情報（例えば、中心間の距離など）および接円の各々が有する幾何学的情報（例えば、直径や中心位置など）に基づいて、境界要素に仕切られた各余白領域の形態的特性を評価し（形態的特性評価手段）、その評価結果に基づいて、壁芯と柱位置を検出する処理を実行する。

ここで、接円とは、第１レイヤに描かれた複数の境界要素の中で２以上の境界要素に接し且つ内部に境界要素を含まない円のことを云い、この接円の集合には、境界要素の１辺またはその端点を１接触対象として、３以上の接触対象に接する接円が少なくとも含まれる。例えば、図８の場合には、境界要素として、線分ＡＢ、ＢＣ、ＤＥ、ＥＦ、ＦＧ、ＧＨが存在し、これら線分の端点として、点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈが存在する。この場合、３以上の接触対象に接する接円をすべて求めると、接円の集合Ｓ＝｛Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…、Ｃ２２｝が得られる。

ＣＰＵは、接円ネットワークモデルの作成にあたって、上記接円の集合の中で、接触対象が２つ共通する接円のペアを抽出し、当該接円のペアの間に、上記接触対象の双方に接しつつ他の境界要素に接触せずに移動する円の連続した軌跡が存在する場合に、当該接円のペアを隣接関係にある接円として配列する。例えば、図８において、接円Ｃ１とＣ２は、節点Ａ（線分ＡＢの端点）と辺ＨＧに接するという事で共通している。そして、接円Ｃ１とＣ２の間には、節点Ａ、辺ＨＧの双方に接し、境界要素の他の部分に接触せずに移動する円の連続した軌跡が存在する。したがって、接円Ｃ１とＣ２は「隣接関係にある」と判断することができる。同様に、接円Ｃ２とＣ３は、辺ＢＡ、ＨＧに接するという事で共通しており、その間には、辺ＢＡ、ＨＧに接する円の連続した軌跡が存在するので、接円Ｃ２とＣ３も隣接関係にあるといえる。このようにして、各接円どうしの隣接関係を求め、それら隣接関係に基づいて接円を配列すれば、接円Ｃ１−Ｃ２−Ｃ３−Ｃ４−Ｃ５−Ｃ６−Ｃ７−Ｃ８−Ｃ９−Ｃ１０−Ｃ１１−Ｃ１２という連続した経路を有する接円ネットワークモデルが得られる。

そして、ＣＰＵは、上記のように接円の集合を上記隣接関係に基づいて配列することにより接円ネットワークモデルを作成した後、接円ネットワークモデルにおいて隣接関係にある接円の何れよりも径の大きい接円を選択して、当該接円と隣接関係にある接円との間に存在し得る接円の中で径が最大となる接円を極大円（例えば、Ｃ５、Ｃ８）として抽出し、この極大円の径に基づいて、当該極大円に対応する余白領域の室的な広がりを評価する一方で、２つの上記極大円の間に存在し且つ径が最小となる接円を極小円（例えば、Ｃｍ）として、この極小円の径に基づいて、上記極大円に対応する各余白領域を隔てる分節性の強さを評価する。また、上記接円ネットワークモデルにおいて、隣接関係にある接円を３つもつ接円（分岐円）を介さずにつながる一列の接円の順列を抽出し、この接円順列の中で隣接関係にある接円どうしの中心間の距離と径の変化に基づいて、当該接円順列に対応する余白領域の経路的な形態的特性の強さを評価する。

ここで、例えば、壁芯と柱位置を検出する場合には、先ず、上述したように接円ネットワークモデルを作成した後、当該接円ネットワークモデルを構成する接円の中で、ある大きさ以上（例えば、直径１．５ｍ以上）の接円を空間側の接円とする。そして、ある程度以上細長い接円経路を壁区間として、当該壁区間内の接円を固体側（ソリッド側：壁および柱内）の接円とする。また、ある大きさ未満（例えば、５ｃｍ未満）の小さい接円は、補完すべき隙間の隙間円とする。このとき、隙間円、若しくは壁区間を通らないと空間側の接円に繋がらない接円は、固体側の接円と判断することができ、一方、空間側の接円からある半径以上に縮まらずに到達できる接円は、空間側の接円と判断することができる。また、固体側の接円の中で、顕著なふくらみを示す極大円の位置を柱位置として推定することができ、これに基づいて、壁芯の位置を確定させることができる。なお、両サイドが空間側の接円に接する境界線は単線壁と推定することができる。

ステップＳ３では、ステップＳ２で推定した壁芯を用いて、図９に示すような平面図（以下、壁芯平面図と称する。）を生成して、そのデータをＲＡＭ等に格納した後、壁芯平面図の修正入力または確認操作を利用者に対して促すダイアログを表示装置に表示する処理を行う。

ステップＳ４では、入力装置からの指示入力等に基づいて、ステップＳ３で生成した壁芯平面図の線画情報から境界要素（壁芯の一辺に相当する各線分）を抽出して、ステップＳ２と同様に、図１０に示すように、複数の接円を生成して接円ネットワークモデルを作成し、この接円ネットワークモデルを構成する接円の中から極大円および極小円を抽出し、抽出した極大円の径に基づいて当該極大円に対応する余白領域の室的な広がりを評価するとともに、極小円の径に基づいて上記極大円に対応する各余白領域を隔てる分節性の強さを評価し、その評価結果に基づいて、各室の床あるいは吹き抜けに対応する平面領域と壁開口を識別する処理を行う。ここで、壁開口は、２つの壁芯端と対応するデータとして構成されるので、両側の壁とそれに挟まれた開口区間を合わせた大きな壁芯線と、それに関連付けられた壁の部分開口としてデータを再構成する。すなわち、隣接する２つの室間に、開口を有する壁が存在すると捉えて、当該壁を平面図上の一線分として認識するとともに、その線分に開口の情報を関連付けて記憶する処理を行う。その結果、各室に対応する平面領域を、それぞれ閉領域として捉えることができる。
なお、ステップＳ２で作成した接円ネットワークモデルを評価することで、上記平面領域と壁開口の推定まで同時に行うことも可能であるが、本実施形態のように、壁芯を確定させて、それを単線に単純化した状態で上記平面領域と壁開口の推定を行うようにした場合には、それら推定に係る処理が簡潔になるという効果が得られる。

以上のステップＳ１〜Ｓ４の処理によって、建物の各室の床あるいは吹き抜けに対応するそれぞれの平面領域が識別され、それら平面領域の幾何学的情報に基づいて、建物の各層に対応する２次元領域・境界モデルが構築されることとなる。すなわち、２次元領域・境界モデルとは、建物の各室の床、あるいは吹き抜け、屋外に対応するそれぞれの平面領域と、それら平面領域を仕切る境界線をそれぞれ単位構成要素として、境界線に対応する識別データに幾何学的情報（関数式や座標データなど）と、それが仕切っている両側の平面領域および隣接する境界線との接合情報を関連付け、また、平面領域の識別データにはその領域を囲む境界線の集合を関連付けることで構成されるモデルである。

ステップＳ５では、第２レイヤに含まれる室名称とその位置情報とに基づいて、ステップＳ４で識別した平面領域と室名称との対応関係を設定する処理を行う。すなわち、図１１に示すように、表示位置が一致する室名称と平面領域（閉領域）との対応関係をそれぞれ設定する処理を行う。

ステップＳ６では、室名称（文字データ）を読み取り、当該室名称に該当する室の分類コードを、室属性データベースを参照して設定する処理を行う。すなわち、室属性データベースを参照して、室名称と完全一致または部分一致する検索用文字を探索し、該当する検索用文字の分類コードを、ステップＳ４で識別した平面領域と関連付ける処理を行う。これにより、ステップＳ４で識別した平面領域が、どのような種類の室で、どのような属性情報を有しているのかが特定されることとなる。
そして、室の分類コードと平面領域との関連付けが完了したら、その結果を表示装置に表示するとともに、その結果に対して修正入力或いは確認操作を利用者に促すダイアログを表示装置に表示する。

ステップＳ７では、前述した２次元領域・境界モデルにおいて、各平面領域に配置すべき構造要素（水平方向に延びる構造要素）の形態（床、屋根など）を設定するとともに、各平面領域の幾何学的情報と各平面領域に対応する室の種類とに基づいて、各平面領域の境界要素上に配置すべき構造要素（鉛直方向に延びる構造要素）の形態（壁、手摺壁、パラペット、柱など）を設定する。そして、図１２に示すように、建物の各層に対応する２次元領域・境界モデルと階高情報に基づいて建物全体の３次元空間関係モデルを構築して、これを記憶装置に格納する処理を実行する。すなわち、３次元空間関係モデルとは、各構造要素と、それら構造要素によって仕切られた空間とをそれぞれ単位構成要素として、構造要素の識別データにその幾何学的情報、形態に関する情報、その構造要素が仕切る両側の空間および隣接する構造要素との接合情報を関連付け、空間に対応する識別データには、それを取り囲む構造要素の集合を関連付けることによって構成されるモデルである。

［構造躯体モデル構築処理］
次に、構造躯体モデル構築処理について説明する。この構造躯体モデル構築処理は、３次元空間関係モデルから構造躯体モデルを構築する処理であって、図１３のフローチャートに示すように、ステップＳ１０とステップＳ２０の処理からなる。

先ず、ステップＳ１０では、上述した３次元空間関係モデルから各構造要素の幾何学的情報を抽出して、記憶装置の所定記憶領域に格納する処理を行う。そして、３次元空間関係モデルから抽出した構造要素の幾何学的情報から、それら構造要素以外に構造力学上必要とされる構造要素（躯体工事費用の概算見積りに必要な構造要素）を導き出し、その形態と幾何学的情報（関数式や座標データなど）を各々の識別データに対応付けてそれぞれ記憶装置の所定記憶領域に格納する処理を行う。

ここで、３次元空間関係モデルから幾何学的情報を抽出することができる構造要素としては、例えば、壁、手摺壁、パラペット、柱、床などが挙げられる。一方、３次元空間関係モデルから抽出した上記構造要素の幾何学的情報から新たに導き出される構造要素としては、大梁、小梁、基礎、杭などが挙げられる。

本実施形態では、柱（ステップＳ１１）→大梁（ステップＳ１２）→壁（ステップＳ１３）→床・小梁（ステップＳ１４）→基礎・杭（ステップＳ１５）→その他構造要素（ステップＳ１６）の順に、各構造要素の幾何学的情報を抽出若しくは生成して、記憶装置の所定記憶領域に記憶する処理を実行する。上記その他構造要素には、例えば、階段、手摺壁、パラペット、庇などが含まれる。

柱に関しては、３次元空間関係モデルから柱の幾何学的情報を抽出して、これを構造躯体モデルの基本情報として記憶装置の所定記憶領域に記憶する（ステップＳ１１）。なお、元になる平面図のＣＡＤデータに柱の線画情報が含まれていない場合には、３次元空間関係モデルから柱の幾何学的情報を抽出することはできないが、その場合には、壁芯から通り芯を導き出して、若しくは通り芯のデータを入力装置等から入力して、それら通り芯の集合の中から互いに直交する通り芯のペアをそれぞれ抽出して、通り芯の交点をすべて求めた後、各交点がそれぞれ当階および上階の床に対応する平面領域内に存在するか否かを判定する。その結果、当階および上階の床に対応する平面領域内に存在すると判定された交点については、柱を配置すべき交点として抽出し、それら交点の位置情報を柱の幾何学的情報として柱の識別データと対応付けて記憶装置に記憶する。

大梁に関しては、ステップＳ１１で幾何学的情報を求めた柱の集合の中から、通り芯上において互いに隣接する柱の組合せをそれぞれ抽出し、それら柱間を結ぶ線分が所定条件を満たす場合に、その線分上に大梁を配置する設定として、その線分の位置情報を大梁の幾何学的情報として記憶する（ステップＳ１２）。すなわち、図１４に示すように、柱間を結ぶ線分が、当階および上階の床に対応する平面領域内若しくはその境界線上に存在する場合に、その線分上に大梁を配置する設定とする。なお、上記境界線を跨ぐ線分については、上記平面領域内に含まれる部分の長さが、一般的な片持ちスラブの出の長さの限界値以上のときに、上記平面領域内に存在すると判定する。

壁に関しては、３次元空間関係モデルから壁の幾何学的情報（開口の情報を含む。）を抽出して、このうち構造躯体に該当する壁の幾何学的情報のみを構造躯体モデルの基本情報として記憶装置の所定記憶領域に記憶する（ステップＳ１３）。具体的には、壁の両側の室の属性情報（室の種類、或いはそれら室に求められる要求とそれら室が発する負荷）に基づいて壁の仕様（ＲＣ壁か否か）を設定し、ＲＣ壁であれば構造躯体とする。そして、構造躯体に該当する壁については、左右を柱、上下を大梁で囲まれた壁を面内壁、これ以外の壁を面外壁として分類し、さらに面内壁については、開口周比に基づいて耐震壁と一般壁とに分類し、各々の分類コードを壁の識別データに対応付けた状態で記憶装置の所定記憶領域に記憶する。

床・小梁に関しては、図１５（ａ）に示すように、ステップＳ１２で求めた各大梁の幾何学的情報から大梁によって囲まれた閉領域を床組として抽出し、当該床組に対応する室の属性情報等に基づいて、予め登録された複数の候補の中から床工法、小梁方向および小梁間隔の組合せを選択し、その選択に従って、図１５（ｂ）に示すように、当該床組に配置する小梁およびスラブを設定して、その位置情報を小梁およびスラブの幾何学的情報として記憶装置の所定記憶領域に記憶する（ステップＳ１４）。

基礎・杭に関しては、互いに直交する通り芯の交点を求めて、その交点上に柱が存在するか否かを判定し、その判定の結果、柱が存在する場合には、図１６に示すように、最下階の柱の直下に基礎・杭を配置する設定として、その位置情報を基礎・杭の幾何学的情報として記憶装置の所定記憶領域に記憶する（ステップＳ１５）。

その他構造要素（手摺壁、パラペット、階段、庇など）に関しては、３次元空間関係モデルから各々の幾何学的情報を抽出して、これを構造躯体モデルの基本情報として記憶装置の所定記憶領域に記憶する（ステップＳ１６）。なお、パラペットの幾何学的情報が３次元空間関係モデルに存在しない場合には、建物の最上階の最外周にパラペットを配置する設定として、その幾何学的情報を記憶装置の所定記憶領域に記憶する。また、階段の幾何学的情報が３次元空間関係モデルに存在しない場合には、予め登録された複数の候補の中から、建物用途と床面積を条件として、当該条件に合う階段形式、必要な階段の台数、階段の幅員を選択し、その選択した階段が平面計画上どこかに存在すると想定して、その幾何学的情報を記憶装置の所定記憶領域に記憶する。

そして、各構造要素の幾何学的情報の抽出および生成が完了したら、その結果を表示装置に表示するとともに、その結果に対して修正入力或いは確認操作を利用者に促すダイアログを表示装置に表示する。

ステップＳ２０では、ステップＳ１０で幾何学的情報を抽出或いは生成した各構造要素の断面を設定する処理を行う。
具体的には、図１３に示すように、上記その他構造要素（階段、手摺壁、パラペット、庇など）の断面設定（ステップＳ２１）→耐震壁を除く壁の断面設定（ステップＳ２２）→柱、大梁および耐震壁の基準断面設定（ステップＳ２３）→床・小梁の最適断面設定（ステップＳ２４）→柱、大梁および耐震壁の最適断面設定（ステップＳ２５）→基礎・杭の最適断面設定（ステップＳ２６）の順に、各構造要素の断面を設定する処理が行われる。

先ず、ステップＳ２１において、その他構造要素（階段、手摺壁、パラペット、庇など）の断面をそれぞれ設定する。
階段に関しては、幅員Ｌに基づいて片持ち階段または一方向階段の何れか一方を選択した後、片持ち階段を選択した場合には、幅員Ｌを条件にして、また一方向階段を選択した場合には、階段長さＬｏを条件にして、予め登録された標準断面リスト（図１７参照）から断面情報（断面形状、鉄筋等の納まりに関する情報）を取得し、これを階段の識別データに関連付けて記憶装置の所定記憶領域に記憶する。

手摺壁に関しては、手摺壁高さに応じて手摺壁厚さを決定した後、その条件に該当する断面情報を予め登録された標準断面リストから選択し、これを手摺壁の識別データに関連付けて記憶装置の所定記憶領域に記憶する。
パラペットに関しては、建物用途や屋上の仕様に応じてパラペットの高さを決定した後、その条件に該当する断面情報を予め登録された標準断面リストから選択し、これをパラペットの識別データに関連付けて記憶装置の所定記憶領域に記憶する。
庇に関しては、庇の出の長さに応じて厚さを決定した後、その条件に該当する断面情報を予め登録された標準断面リストから選択し、これを庇の識別データに関連付けて記憶装置の所定記憶領域に記憶する。

次いで、ステップＳ２２において、耐震壁を除く壁の断面をそれぞれ設定する。具体的には、耐震壁を除く各壁について、その位置情報から内壁か外壁かを識別して、壁仕様（最低壁厚）と壁の高さ（階高）から壁厚さを決定した後、それら条件に該当する断面情報を標準断面リストから選択し、選択した断面リストを壁の識別データに関連付けて記憶装置の所定記憶領域に記憶する。

ステップＳ２３では、柱、大梁および耐震壁の基準断面を設定する。具体的には、先ず、柱、大梁および耐震壁の各々について、予め設定された判定条件に基づいてそれぞれグルーピングを行い、次いで、建物用途、建物高さ、耐震要素の多少（壁量）および建物構造に関して当該建物と同一または類似の架構モデルを選択した後、柱、大梁および耐震壁の各々について、選択した架構モデルのＩＤ、グルーピング符号および設置階を条件に、該当する断面の情報を基準断面データベース（図２）からそれぞれ取得し、取得した断面の情報を各々の基準断面として識別データに関連付けて記憶装置の所定記憶領域に記憶する。

柱のグルーピング方法としては、応力状態を考慮し、柱が支える層数、方向別に中柱であるか側柱であるか等をグルーピングの判定条件とする。具体的には、図１８に示すように、柱が支える層数、Ｘ方向に取りつく大梁の本数、Ｙ方向に取りつく大梁の本数などを判定条件として、各柱をグルーピングする方法が挙げられる。柱のグルーピング符号は、例えば、Ｃ１，Ｃ２，…というように設定する。
また、大梁のグルーピング方法としては、応力状態を考慮し、大梁のスパン長、大梁の連続条件をグルーピングの判定条件とする。具体的には、図１９に示すように、スパン長、および大梁の両端部が隣の大梁に連続するか否かを判定条件として、各大梁をグルーピングする方法が挙げられる。大梁のグルーピング符号は、例えば、Ｘ方向に延びる大梁については、一般部分の大梁のときＧ１，Ｇ２，…、基礎大梁のときＦＧ１，ＦＧ２，…、Ｙ方向に延びる大梁については、一般部分の大梁のときＧ１１，Ｇ１２，…、基礎大梁のときＦＧ１１，ＦＧ１２，…というように設定する。なお、図１８および図１９におけるケース１〜４に対応するグルーピングの設定例を図２０に示す。
また、耐震壁のグルーピング方法としては、例えば、耐震壁が支える層数などを判定条件として、各耐震壁をグルーピングする方法が挙げられる。耐震壁のグルーピング符号は、例えば、ＥＷ１，ＥＷ２，ＥＷ３というように設定する。

架構モデルについては、例えば、建物用途を、事務所、共同住宅、学校、商業施設の４パターン、建物高さを、法的な高さを根拠として、２０ｍ、３１ｍ、４５ｍ、６０ｍの４パターン、耐震要素の多少を４段階と想定すると、４×４×４＝６４ケースとなり、このうち当該建物と同一の架構モデルまたは類似の架構モデルを選択する。
例えば、図２１に示すように、当該建物について、建物用途の分類コードが「１」、建物高さの分類コードが「１」、耐震要素の多少の分類コードが「１」、建物構造の分類コードが「１」に該当する場合には、架構モデルのケースＩＤとして「１」が選択される。そして、基準断面を設定する構造要素が、例えば、建物の１階にあるグルーピング符号Ｃ１の柱である場合、その柱のリストＩＤは、柱リストテーブルによれば「１」となり、その柱の断面情報は、柱断面テーブルのリストＩＤが「１」の欄に示す通りとなる。すなわち、主架構を構成する構造要素の基準断面を設定する際には、当該建物の用途、高さ、耐震要素の多少および建物構造から架構モデルのケースＩＤを求めた後、このケースＩＤ、設置階、グルーピング符号からリストテーブルを参照してリストＩＤを求め、このリストＩＤに該当する断面の情報を基準断面データベースから取得し、これを基準断面として構造要素の識別データに関連付けて記憶装置の所定記憶領域に記憶する。

ステップＳ２４では、床・小梁の最適断面を設定する。具体的には、基本情報として、床荷重、床組の形状、最小スラブ厚さを設定するとともに、最適設計用パラメータとして、床工法、コンクリート強度、小梁本数、デッキ仕様、スラブ厚さ、小梁せいおよび小梁幅の初期値を設定した後、上記最適設計用パラメータを変化させながら、上記基本情報を用いて日本建築学会のＲＣ規準に従いスラブと小梁の断面を算定し、その各々の施工コストを計算・比較することにより、施工コストが最小となる床工法、使用材料、スラブ厚さ、小梁せいおよび小梁幅の組合せを導き出し、これを最適断面として床・小梁の識別データに関連付けて記憶装置の所定記憶領域に記憶する。

ここで、上記床工法としては、一般スラブ、フラットデッキプレート床、デッキプレート合成床などが挙げられる。上記デッキ仕様には、デッキプレート合成床に用いる材料の形状、断面性能、材料強度などの仕様が含まれる。また、床工法、小梁間隔、コンクリート強度、最小スラブ厚さの取得方法としては、例えば、図２２に示すような床工法テーブルを記憶装置に予め格納しておき、この床工法テーブルから建物用途、構造種別および室の種類をキーとして抽出する方法や、入力装置等から入力する方法などが挙げられるが、何れを採用するようにしてもよい。床荷重については、荷重テーブルを参照して、積載荷重と仕上荷重を設定する。例えば、図２３に示す積載荷重テーブルから、室の種類をキーとして抽出する。床組の形状、小梁せいの最大値については、３次元空間関係モデル（各構造要素の幾何学的情報）から取得することができる。

ステップＳ２５では、柱、大梁および耐震壁の最適断面を設定する処理が行われる。ここでは、最適断面設定プログラムが用いられ、この最適断面設定プログラムによって、以下に詳述するような上階グループ設定ステップ、検討ケース生成ステップ、構造計算ステップ、コスト計算ステップおよび最適断面設定ステップの各処理が実行されるようになっている。

先ず、上階グループ設定ステップでは、グルーピング符号が同一で、且つステップＳ２３で設定した基準断面が同一な構造要素を抽出し、それら構造要素が属する１以上の階をそれぞれ上階グループとして設定する処理が行われる。すなわち、建物の最下階から最上階に至るまでの各階のうち、同一グルーピング符号の構造要素の基準断面が同一となるような１以上の階をそれぞれ上階グループとしてグルーピングする処理が行われる。例えば、図２４に示すように、グルーピング符号がＣ１の中柱とＣ２の隅柱の基準断面（断面寸法、材料強度）が建物の１〜２階、３〜４階、５〜７階においてそれぞれ同一となるような場合には、建物の１〜２階を第１上階グループ、建物の３〜４階を第２上階グループ、建物の５〜７階を第３上階グループとしてそれぞれ設定する。なお、グルーピング符号によって、基準断面が同一となる階の範囲が異なる場合には、グルーピング符号毎に異なる上階グループを設定するようにしても、或いはすべてのグルーピング符号の構造要素の基準断面が同一となるように上階グループを細分化して設定するようにしてもよい。また、上階グループのグルーピングに用いるパラメータが、断面寸法と材料強度のように複数存在する場合には、例えば、図２５（ａ）および図２５（ｂ）に示すように、パラメータ毎にそれぞれ上階グループを設定するようにしても、グループ内ですべてのパラメータの設定値が同一となるように上階グループを設定するようにしてもよい。

検討ケース生成ステップでは、ステップＳ２３で設定した基準断面をベースにして、構造要素の断面決定に関与する所定のパラメータの一部或いは全部を種々のパターンで変化させることにより、その変化の組合せパターンが互いに異なる複数の検討ケースを生成する処理が行われる。なお、この検討ケース生成ステップでは、特定の上階グループの構造要素を個別に検討して行くのではなく、すべての上階グループの構造要素を互いに関連付けて同時に検討するようになっている。よって、各検討ケースには、すべての上階グループの構造要素の断面情報が含まれる。

上記所定のパラメータとしては、例えば、最適断面を設定する構造要素が柱と大梁である場合、コンクリートの材料強度、鉄筋の材料強度、柱幅、梁幅および梁せいが用いられる。これらパラメータの設定パターンとしては、例えば、図２６（ａ）や図２６（ｃ）に示すように、上下に隣接する上階グループ間でパラメータを所定の刻み幅（変化量Ａ）で変化させるパターンと、図２６（ｂ）や図２６（ｄ）に示すように、上階グループ間でパラメータを変化させずに一定とするパターンがあり、これらパターンの中にもそれぞれ、特定の上階グループ（例えば、最下層の第１上階グループ）のパラメータを基準断面と一致させる場合（図２６（ａ）〜図２６（ｄ）の中央列のケース）と、基準断面から所定の刻み幅（変化量Ｂ）で変化させる場合（図２６（ａ）〜図２６（ｄ）の左列および右列のケース）とが存在する。なお、変化量Ａおよび変化量Ｂの設定方法としては、入力装置等から入力する方法と、予め設定されたデフォルト値を用いる方法とがあるが、何れを採用するようにしてもよい。

因みに、図２６（ａ）および図２６（ｂ）は柱幅の設定パターンの一例を示しており、図２６（ｃ）および図２６（ｄ）はコンクリートの材料強度の設定パターンの一例を示している。図２６（ａ）および図２６（ｂ）の設定パターンでは、変化量Ａおよび変化量Ｂが何れも「５０ｍｍ」、図２６（ｃ）および図２６（ｄ）の設定パターンでは、変化量Ａおよび変化量Ｂが何れも「３Ｎ／ｍｍ² 」に設定され、各パラメータの設定値が上階に向かうに連れて小さくなるように設定されている。また、図示は省略するが、鉄筋の材料強度、梁幅および梁せいについても同様に複数の設定パターンを設けることが可能である。そして、これらパラメータの設定パターンの組合せを変えることにより、複数の検討ケースを生成することができる。本実施形態では、図２７に示すように、上階グループ間で、材料強度および断面寸法が何れも変化しない場合（Ａ−１）と、材料強度が変化して断面寸法が変化しない場合（Ａ−２）と、断面寸法が変化して材料強度が変化しない場合（Ｂ−１）と、材料強度および断面寸法が共に変化する場合（Ｂ−２）とがあり、断面寸法が変化する場合の中には、図２８に示すように、柱幅と梁せいが変化して梁幅が変化しない場合（Ｂ−１−ａ、Ｂ−２−ａ）と、柱幅と梁幅が変化して梁せいが変化しない場合（Ｂ−１−ｂ、Ｂ−２−ｂ）と、柱幅と梁せいと梁幅の何れもが変化する場合（Ｂ−１−ｃ、Ｂ−２−ｃ）とがある。すなわち、本実施形態では、材料強度と断面寸法の上階方向への変化の組合せパターンが８通りあり、また特定の上階グループ（最下層の第１上階グループ）における各パラメータ（コンクリートの材料強度、鉄筋の材料強度、柱幅、梁幅、梁せい）の設定値が３通り（基準断面、基準断面＋変化量Ｂ、基準断面−変化量Ｂの３通り）ずつ存在するので、検討ケースは、８×３×３×３×３×３＝１９４４ケースとなる。

次いで、構造計算ステップでは、上記検討ケース生成ステップで生成した複数の検討ケースの各々に対して構造計算を行い、構造要素の断面に作用する断面力（曲げモーメントやせん断力など）が、材料強度を用いて算定した終局強度を下回るように設計可能なケース（すなわち、構造力学上の条件を満足するケース）を抽出する。この実施形態では、終局強度設計法により断面の設計を行い、その結果得られた鉄筋量が、上記検討ケース生成ステップで設定した断面寸法内で配筋することが可能であるか否かに基づいて、設計可能な検討ケースであるか否かを判定する。

例えば、梁の曲げ終局強度について検討する場合には、先ず、数１〜数４を用いて、終局時層せん断力、終局時必要層せん断力、梁の必要モーメントおよび梁の設計用モーメントを順次求めるとともに、数５を用いて、梁の曲げ終局強度を求める。

（数１）
〈終局時層せん断力〉
Ｑ_udi ＝ Ｚ・Ｒ_t・Ａ_i・Ｗ_i・Ｃ₀

数１において、Ｑ_udiは終局時層せん断力、Ｚは地域係数、Ｒ_tは振動特性係数、Ａ_iは層せん断力分布係数、Ｗ_iはｉ層が支える固定荷重と積載荷重の合計、Ｃ₀は標準せん断力係数をそれぞれ示している。地域係数Ｚは入力装置からの入力とし、振動特性係数Ｒ_tについては、地盤種別を入力装置より入力し、この地盤種別から計算により導き出す。層せん断力分布係数Ａ_iについては、昭５５建告第１７９３号に基づいて演算により求める。建物重量については、既に断面若しくは基準断面が設定された構造要素の重量を集計して求め、積載荷重については、３次元空間関係モデルから各室の用途が得られるので、これをもとに各室の積載荷重を設定し、各階毎に算定する。また、標準せん断力係数Ｃ₀は１．０として計算する。

（数２）
〈終局時必要層せん断力〉
Ｑ_uni ＝ Ｄ_s・Ｑ_udi

数２において、Ｑ_uniは終局時必要層せん断力、Ｄ_sは構造特性係数をそれぞれ示している。構造特性係数Ｄ_sについては、最小値を０．３、最大値を０．５５として、耐震要素の多少により設定する。

（数３）
〈梁の必要モーメントの算定〉
Ｍ_i ＝ Ｑ_uni・ｈ_i
ｍ_i ＝ λ_i・Ｍ_i＋（１−λ_i）・Ｍ_i-1
gＭ’＝ ｍ_i／_gｎ

ここで、Ｍ_iは層モーメント、ｍ_iはフロアモーメント、_gＭ’は梁の必要モーメントである。また、数３において、ｈ_iはｉ層の階高、λ_iは反曲点高さ比、 _gｎは梁の台数をそれぞれ示している。階高ｈ_iは３次元空間関係モデルから取得し、梁の台数はステップＳ１２で求めた梁の配置情報から得る。反曲点高さ比λ_iは、一般階０．５、最下階０．６、最上階０．４として計算する。

（数４）
〈梁の設計用モーメント〉
_gＭ_L ＝ ξ_g・_gＭ’・_gα／(１＋γ) ：左上端
_gＭ_R ＝ ξ_g・_gＭ’・_gα・γ／(１＋γ) ：右上端

ここで、_gＭ_L，_gＭ_Rは梁の設計用モーメント（左上端，右上端）である。また、数４において、ξ_gは設計応力割増係数（梁曲げ用）、γは複筋比、_gαは梁のフェイス率をそれぞれ示している。設計応力割増係数ξ_gは１．０として計算し、複筋比γは０．５として計算する。梁のフェイス率_gαについては、梁長さｌ、柱幅ｂから、_gα＝（ｌ−ｂ）／ｌとして求める。

（数５）
〈梁の曲げ終局強度〉
Ｍ_u ＝ ０．９・ａ_t・σ_y・ｄ

数５において、Ｍ_uは梁の曲げ終局強度、ａ_tは引張鉄筋断面積、σ_yは引張鉄筋の材料強度、ｄは圧縮縁から引張鉄筋重心までの距離（有効せい）をそれぞれ示している。材料強度σ_yは、検討ケースに設定された数値を用いることができ、有効せいｄは、梁面から主筋の重心までの距離を求めることで得ることができる。ここで、主筋位置には、入力値または省略値（Ｘ方向７ｃｍ、Ｙ方向１１ｃｍ）が用いられる。よって、未知数は引張鉄筋断面積ａ_tのみとなる。

ここで、梁の曲げ終局強度Ｍ_uが設計用モーメント_gＭ_L，_gＭ_Rを上回るように引張鉄筋断面積ａ_tを算定する。そして、引張鉄筋断面積ａ_tより配置する鉄筋の本数を算定し、梁幅（検討ケースの数値）内に２段配筋で配置できるか否かを判定する。その結果、２段配筋で配置できると判定される場合には、設計可能な検討ケースとしてその断面情報を記憶装置の所定記憶領域に記憶する。一方、２段配筋で配置できないと判定される場合には、設計不可能な検討ケースとなるので、以降の処理から除外する。

その後、設計可能と判定された各検討ケースに対して、せん断終局強度、付着終局強度、ひび割れ曲げ強度（長期）の観点からも同様に検討を行う。これらの検討についても、配筋が可能であるか、応力度が許容値を上回らないか等を基準に判定を行う。せん断補強筋については、ＳＤ２９５Ａ Ｄ１３、ＳＢＰＤ Ｕ１０．７、ＳＢＰＤ Ｕ１２．６の３段階について、配筋可能か否かの判定を行う。判定については、梁の断面はグルーピング符号毎、Ｘ・Ｙ方向別に行い、計算量を減らすために、上階グループ内で最大応力の構造要素についてのみ計算を行う。

このように梁に関する検討が完了したら、柱に関する検討を行う。例えば、柱の曲げ終局強度について検討する場合には、先ず、数６を用いて、柱の設計用モーメントを求めるとともに、数７を用いて、柱の曲げ終局強度を求める。

（数６）
〈柱の設計用モーメント〉
_cＭ_t ＝ ξ_c・_gＭ_u’・_cα・０．５
_cＭ_b ＝ ξ_c・_gＭ_u’・_cα・０．５・β／(１−β)

ここで、_cＭ_tは柱頭の設計用モーメント、_cＭ_bは柱脚の設計用モーメントである。また、数６において、ξ_cは設計応力割増係数（柱曲げ用）、_gＭ_u’は梁終局モーメント節点合計、βは柱頭から柱脚への伝達率、_cαは柱のフェイス率をそれぞれ示している。設計応力割増係数ξ_cは、例えば１．２として計算する。また、梁終局モーメント節点合計_gＭ_u’については、柱頭位置の節点において両側に接続する梁の節点モーメントを合計することにより得られる。柱頭から柱脚への伝達率βについては、一般階０．５、最上階０．４、最下階０．６として計算する。柱のフェイス率_cαについては、階高ｈ_iと梁せい_gＤから、_cα＝（ｈ_i−_gＤ）／ｈ_iとして求める。

（数７）
〈柱の曲げ終局強度〉

ここで、Ｍ_uは柱の曲げ終局強度、Ｎは柱の設計用軸力、Ｎ_maxは中心圧縮時終局強度の最大値、Ｎ_minは中心圧縮時終局強度の最小値である。柱の設計用軸力Ｎ＝Ｎ_l＋Ｎ_eであり、Ｎ_lは柱の長期軸力、Ｎ_eは中柱のとき０、側柱のときＮ_e＝_gＱ_l−_gＱ_rとする。_gＱ_l、_gＱ_rは、柱の両側の梁のせん断力である。そして、中心圧縮時終局強度Ｎ_max＝ｂ・Ｄ・Ｆ_c＋ａ_g・σ_y、Ｎ_min＝−ａ_g・σ_yである。また、それら数式において、ａ_tは引張鉄筋断面積、ａ_gは柱主筋全断面積、ｂは柱断面幅、Ｄは柱断面せい（水平面内において、幅方向に対して垂直な方向の寸法）、σ_yは引張鉄筋の材料強度、Ｆ_cはコンクリートの設計基準強度をそれぞれ示している。柱断面幅ｂ、引張鉄筋の材料強度σ_y、コンクリートの設計基準強度Ｆ_cは、検討ケースに設定された数値を用いることができる。柱主筋全断面積ａ_gは、柱断面積の０．８％と仮定して計算する。柱断面せいＤは、検討ケースの柱幅と同じ（柱断面が正方形である）と仮定して計算する。よって、未知数は引張鉄筋断面積ａ_tのみとなる。

ここで、柱の曲げ終局強度Ｍ_uが設計用モーメント_cＭ_t，_cＭ_bを上回るように引張鉄筋断面積ａ_tを算定する。そして、引張鉄筋断面積ａ_tより配置する鉄筋の本数を算定し、柱幅（検討ケースの数値）内に２段配筋で配置できるか否かを判定する。その結果、２段配筋で配置できると判定される場合には、設計可能な検討ケースとしてその断面情報を記憶装置の所定記憶領域に記憶する。一方、２段配筋で配置できないと判定される場合には、設計不可能な検討ケースとなるので、以降の処理から除外する。

その後、設計可能と判定された各検討ケースに対して、せん断終局強度、軸耐力、付着終局強度の観点からも同様に検討を行う。また、柱梁接合部のせん断終局強度、梁主筋定着に必要な柱幅の検討を行う。これらの検討についても、配筋が可能であるか、応力度が許容値を上回らないか等を基準に判定を行う。せん断補強筋については、ＳＤ２９５Ａ Ｄ１３、ＳＢＰＤ Ｕ１０．７、ＳＢＰＤ Ｕ１２．６の３段階について、配筋可能か否かの判定を行う。判定については、グルーピング符号別、Ｘ・Ｙ方向別、外柱・中柱別に行い、計算量を減らすために、上階グループ内で最大応力の構造要素についてのみ計算を行う。
なお、この実施形態では、各検討ケースが設計可能であるか否かの判定（構造力学上の条件を満足するか否かの判定）を終局強度設計法に基づいて行うようにしたが、例えば、許容応力度設計法に基づいて行うことも可能である。

次いで、コスト計算ステップでは、上記構造計算ステップで設計可能であることが確認された検討ケースの各々に対してコスト計算を行う。具体的には、先ず、設計可能であることが確認された検討ケースの各々について、材料別に数量を算出し、それら数量に予め設定された材料単価を乗じて材料別のコストを求め、それらコストを集計することにより躯体の総コストを導き出す。なお、材料別の数量を算出する際には、該当する構造要素の幾何学的情報（形状や寸法等）を３次元空間関係モデルより抽出して、この幾何学的情報と、検討ケースに設定された断面情報とから、該当する構造要素の材料別数量をそれぞれ算出し、これを建物全体で集計する。例えば、柱の場合には、材料別数量として、コンクリート量、型枠面積、主筋重量、肋筋重量、肋筋接合部重量を算出する。また、材料別のコストを求める際には、例えば、図２９に示すような材料単価テーブルを予め記憶装置に格納しておき、この材料単価テーブルから該当する材料の単価を抽出する。この材料単価には、材料費と工費が含まれている。また、材料単価テーブルは、適宜に更新することがことが望ましく、そうすることによって、市場材料単価を考慮した合理的な計画と断面設定を行うことができる。

次いで、最適断面設定ステップでは、上記コスト計算ステップで求めたコスト計算の結果を対比して、躯体の総コストが最小となるケースを選択し、このケースの断面を最適断面として、構造要素の識別データに関連付けて記憶装置の所定記憶領域に記憶する。
以上のように、このステップＳ２５では、最適断面設定プログラムを用いて、構造力学上の条件を満足しつつ躯体コストが最小となる断面を探索し、その断面を最適断面として設定する処理が行われる。

ステップＳ２６では、基礎・杭の最適断面を設定する処理が行われる。具体的には、柱軸力と地耐力から必要な基礎の面積を算定し、その面積と実際に配置可能な面積とを比較して、直接基礎と杭基礎の何れか一方を選択する。
直接基礎とする場合には、上記面積に応じて独立基礎、布基礎、べた基礎の何れかを選択した後、選択した基礎に対応する断面情報を予め登録された標準断面リストから選択し、これを基礎の識別データに関連付けて記憶装置の所定記憶領域に記憶する。

一方、杭基礎とする場合には、柱と同様に杭のグルーピングを行って、その符号と、当該建物の架構モデルのケースＩＤとから杭リストテーブルを参照して杭のリストＩＤを求め、このリストＩＤに該当する断面情報（杭径など）を基準断面データベースから取得する。そして、上部構造の柱軸力より各杭の軸力を求めるとともに、ボーリング情報より地盤ばねを算定し、それらデータと、上記断面情報、支持層深さ、支持層Ｎ値および地震時水平力等を入力データとして、当該入力データに基づいて、施工可能な拡底径と軸径の組合せを複数生成し（杭頭に関しては剛接と半剛接をそれぞれ検討）、その各々の施工コストを計算・比較することにより、施工コストが最小となる拡底径と軸径の組合せを導き出し、これに対応する断面情報を杭の識別データに関連付けて記憶装置の所定記憶領域に記憶する。
なお、基礎底深さおよび支持層深さについては、入力装置からの入力がある場合には、その入力データを用いるようにし、一方、入力がない場合には、当該建物の屋上階レベルから基礎底深さを推定し、支持層深さについては、デフォルト値を用いるようにする。また、基礎の寸法は、杭の軸径に縁明きの標準値を加えた値として設定する。地震時水平力については建物重量と必要Ｄｓ値より算出する。支持層Ｎ値については入力がある場合には入力データを用い、入力がない場合は省略値を用いる。

各構造要素の断面の設定が完了したら、その設定結果を適宜表示装置に表示するとともに、その設定結果に対して修正入力或いは確認操作を利用者に促すダイアログを表示装置に表示する。また、以上の処理過程では、例えば、図３０に示すような編集画面上において、入力装置からの指示入力に基づいて、構造要素の追加・削除を行うようにしたり、或いは、図３１に示すようなダイアログを上記編集画面上に表示し、そのダイアログに対する入力操作に基づいて断面情報の設定変更を行うことも可能である。

このように、３次元空間関係モデルから各構造要素の幾何学的情報を抽出および生成して（ステップＳ１０）、その各々の断面を設定することにより（ステップＳ２０）、構造躯体モデルを構築した後、次の躯体数量算出処理へと移行する。

［躯体数量算出処理］
この躯体数量算出処理では、構造躯体モデルを構成する各構造要素の幾何学的情報と断面情報とから、コンクリート、鉄筋、型枠、鉄骨等の躯体材料の数量を導き出す処理が行われる。また、この際には、３次元空間関係モデルを参照することにより接合関係にある構造要素の組合せを抽出して、その組合せの接合関係情報に対応する建築プロセス情報を建築プロセス情報データベースより取得し、当該建築プロセス情報に基づいて、構造要素の接合に伴い派生する各積算項目の拾い出しと数量算出を行う。
その後、例えば、図３２に示すような予め設定されたフォーマットの見積書（概算シート、総合構造比率表）の文書データを作成して記憶装置に格納した後、見積書を印刷装置等から出力する処理を実行する。

以上のように、本実施形態の構造計画支援システムによれば、平面図のＣＡＤデータから、建物の構造要素として、少なくとも壁、柱および床を識別して、それら構造要素の幾何学的情報から、それら構造要素以外に構造力学上必要とされる大梁や基礎等の構造要素を導き出すとともに、各構造要素の断面を各々の幾何学的情報に基づき設定することにより構造躯体モデルを構築して、当該構造躯体モデルを構成する各構造要素の幾何学的情報および断面情報から躯体材料の数量を導き出すようにしたので、従来のように構造計画図面等を作成しなくても躯体工事費用の概算見積りに必要なほぼすべてのデータを自動的に得ることができ、これによって、見積り作成の手間を大幅に軽減することができる上に、数量の見落とし等を防止して精度の高い見積りを得ることができる。

特に、本実施形態においては、接円ネットワークモデルを利用して、平面図のＣＡＤデータから、壁、柱および床等の構造要素を自動的に識別するとともに、それら以外に構造力学上必要とされる大梁や基礎などの構造要素を自動的に導き出すようにしたので、データ入力作業の大部分を省略することができ、作業効率の大幅な改善を図ることができる。

さらに、本実施形態では、３次元空間関係モデルから接合関係にある構造要素の組合せを抽出して、その組合せの接合関係情報に対応する建築プロセス情報を建築プロセス情報データベースより取得し、当該建築プロセス情報に基づいて、構造要素の接合に伴い派生する各積算項目の拾い出しと数量算出を併せて行うようにしたので、見積りの精度をより一層高めることができる。

本発明に係る構造計画支援システムの一実施形態を示すブロック図である。 基準断面データベースのデータ構成を説明するための図である。 構造積算処理の流れを示すフローチャートである。 図３の３次元空間関係モデル構築処理の流れを示すフローチャートである。 構造積算処理に用いる平面図の一例を示す図である。 図５の平面図の第１レイヤを示す図である。 図６の線画情報から接円を生成した状態を示す図である。 接円ネットワークモデルの作成方法を説明するための図である。 壁の中心線によって描かれた平面図の一例を示す図である。 図９の線画情報から接円を生成した状態を示す図である。 平面領域と室名称との対応関係を示す図である。 ３次元空間関係モデルの一例を示す模式図である。 図３の構造躯体モデル構築処理の流れを示すフローチャートである。 大梁の生成方法を説明するための図である。 小梁・スラブの生成方法を説明するための図である。 基礎・杭の生成方法を説明するための図である。 階段の標準断面リストの一例を示す図である。 柱のグルーピング符号の設定方法を説明するための図である。 大梁のグルーピング符号の設定方法を説明するための図である。 柱と大梁のグルーピング符号の設定例を示す図である。 基準断面のデータ取得方法を説明するための図である。 床工法テーブルの一例を示す図である。 積載荷重テーブルの一例を示す図である。 上階グループの設定方法を説明するための図である。 上階グループの設定例を示す図である。 パラメータの設定パターンの一例を示す図である。 各パラメータの上階方向への変化の組合せパターンを示す図である。 図２７の組合せパターンの一覧を示す図である。 材料単価テーブルの一例を示す図である。 構造躯体モデルの編集画面の一例を示す図である。 断面情報の設定変更を行うダイアログの表示例を示す図である。 見積り結果の出力例を示す図もので、（ａ）は概算シート、（ｂ）は総合構造比率表である。

符号の説明

１ 構造計画支援システム

Claims (9)

1. 少なくとも建物の壁および柱の線画情報を含む平面図のＣＡＤデータを記憶する記憶手段と、
   上記記憶手段から上記平面図のＣＡＤデータを読み込んで、当該ＣＡＤデータに含まれる上記線画情報から、建物の構造要素として、少なくとも壁、柱および床を識別し、それら構造要素の幾何学的情報をそれぞれ記憶する構造要素識別手段と、
   上記構造要素識別手段によって識別した構造要素の幾何学的情報から、それら構造要素以外に構造力学上必要とされる構造要素を導き出し、導き出した構造要素の形態と幾何学的情報をそれぞれ記憶する構造要素導出手段と、
   上記構造要素識別手段によって識別した構造要素および上記構造要素導出手段によって導き出した構造要素の各断面を、構造力学上の条件を満足するように、各々の幾何学的情報に基づいて設定することにより、構造躯体モデルを構築する構造躯体モデル構築手段と、
   上記構造躯体モデルを構成する各構造要素の幾何学的情報および断面情報から躯体材料の数量を導き出す数量算出手段とを備えることを特徴とする構造計画支援システム。
2. 上記構造要素導出手段によって導き出される構造要素には、少なくとも大梁が含まれており、
   上記構造要素導出手段は、上記構造要素識別手段によって識別した柱の集合の中から、通り芯上において互いに隣接する柱の組合せをそれぞれ抽出し、それら柱間を結ぶ線分が、当階および上階の床に対応する平面領域内若しくはその境界線上に存在する場合に、その線分上に大梁を配置する設定として、その線分の位置情報を大梁の幾何学的情報として記憶することを特徴とする請求項１に記載の構造計画支援システム。
3. 上記構造要素導出手段は、各大梁の幾何学的情報から大梁によって囲まれた閉領域を床組として抽出し、当該床組に対応する室の属性情報に基づいて、予め登録された複数の候補の中から床工法、小梁方向および小梁間隔の組合せを選択し、その選択に従って、当該床組に配置する小梁およびスラブを設定して、その位置情報を小梁およびスラブの幾何学的情報として記憶することを特徴とする請求項２に記載の構造計画支援システム。
4. 上記構造要素導出手段は、互いに直交する通り芯の交点を求めて、その交点上に柱が存在するか否かを判定し、その結果、柱が存在すると判定される場合には、最下階の柱の直下に基礎・杭を配置する設定として、その位置情報を基礎・杭の幾何学的情報として記憶することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の構造計画支援システム。
5. 上記構造躯体モデル構築手段は、構造要素の断面を設定するにあたって、当該構造要素の幾何学的情報、当該構造要素が存在する室の属性情報および建物の基本情報に関する条件の中で、予め設定された条件に該当する断面情報を標準断面リストから抽出し、その断面情報を当該構造要素に対応付けて記憶することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の構造計画支援システム。
6. 主架構を構成する各構造要素について、建物用途、建物高さ、耐震要素の多少をパラメータとして、予め妥当性が確認された複数の架構モデルの断面データを蓄積した基準断面データベースを備え、
   上記構造躯体モデル構築手段は、上記主架構を構成する構造要素の断面を設定するにあたって、建物用途、建物高さ、耐震要素の多少および建物構造に関して当該建物と同一の建物または類似の建物の断面データを基準断面として上記基準断面データベースから抽出した後、上記基準断面を初期値として、これを含む所定の範囲において、当該構造要素の断面決定に関与する所定のパラメータを変化させることにより、構造力学上の条件を満足しつつ躯体コストが最小となる断面を探索し、その断面情報を当該構造要素に対応付けて記憶することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の構造計画支援システム。
7. 上記構造要素識別手段は、上記線画情報に含まれる境界要素によって仕切られた余白領域の形態的特性を評価し、その評価結果に基づいて、各構造要素を識別することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の構造計画支援システム。
8. 上記線画情報に含まれる境界要素の中で２以上の境界要素に接し且つ内部に境界要素を含まない円を接円として、それら接円のいくつかを境界要素との関係に基づいて配列することにより接円ネットワークモデルを作成する接円ネットワークモデル作成手段と、
   上記接円ネットワークモデルにおいて隣接関係にある接円間の幾何学的情報および接円の各々が有する幾何学的情報に基づいて、境界要素に仕切られた各余白領域の形態的特性を評価する形態的特性評価手段とを備えることを特徴とする請求項７に記載の構造計画支援システム。
9. コンピュータに実行させるプログラムであって、
   少なくとも建物の壁および柱の線画情報を含む平面図のＣＡＤデータを、上記コンピュータの記憶装置から読み込むステップと、
   上記平面図のＣＡＤデータに含まれる上記線画情報から、建物の構造要素として、少なくとも壁、柱および床を識別し、それら構造要素の幾何学的情報を上記記憶装置にそれぞれ記憶するステップと、
   上記線画情報より識別した構造要素の幾何学的情報から、それら構造要素以外に構造力学上必要とされる構造要素を予め設定された配置規則に従って導き出し、導き出した構造要素の形態と幾何学的情報を上記記憶装置にそれぞれ記憶するステップと、
   各構造要素の断面を各々の幾何学的情報に基づいて設定することにより、構造躯体モデルを構築するステップと、
   上記構造躯体モデルを構成する各構造要素の幾何学的情報および断面情報から躯体材料の数量を導き出すステップとを上記コンピュータに実行させることを特徴とする構造積算プログラム。

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