JP3892927B2 - 擬岩パネルによる擬岩地形の設計方法及び設計支援システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は擬岩パネルによる擬岩地形の設計方法に係り、特に自然石を模した複数種類の板状の擬岩パネルを組み合わせて自然地形に近い擬岩地形を構築するための擬岩パネルによる擬岩地形の設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種の構造物を設計するに当たり、周辺環境との調和を考慮したり、人とのかかわりを持たせた設計が多く行われるようになってきた。
たとえば、土木構造物を例に挙げると、無機的なコンクリート堤防が構築されていたような護岸を、人々が集えるような親水護岸等に作り替える提案などもなされている。このような提案では、無機的なコンクリート堤防を、あたかも自然岩が連なる磯浜のような景観に改修する工事も行われている。
また、市街地に構築される擁壁や、遊園地などのテーマパークのセットにも、自然岩を模した擬岩パネルを使用した景観設計等が実施されている。
【０００３】
図１２〜図１４は、これらのうちスロープ状の防波堤５０の表面に複数種類の形状からなる擬岩パネル６０を自然地形を模した擬岩地形を構築し、磯浜のように仕上げた修景技術の一例を示したものである。ここで用いられた擬岩パネル６０は、複数種類のパターンの工場生産したガラス短繊維補強されたプレキャストモルタル製等のコンクリート薄板（以下、ＧＲＣ板と記す。）製である。これらの擬岩パネル６０は、自然岩の岩肌をシリコーン樹脂等で型取りしたパネル用型枠を用いて製作されているため、自然岩に大変似た岩肌を表現できる。
【０００４】
擬岩パネル６０は、図１２に示したように既存の構造物（防波堤５０）上に組まれた下地鉄骨フレーム５１上に立設された複数本の支持柱５２により支持されている。擬岩地形の全体形状は岩場のような自然な立体形状となるように組み立てられる。このとき各擬岩パネル６０間には所定の間隔をあけて目地部７０が設けられている。この目地部７０で、各隣接した擬岩パネル６０が滑らかに連続するように手作業による目地造形が行われる。目地施工が完了し、外観形状が完成した段階で、図１３に示したように、内部に形成された空間に内部コンクリート７５を充填して新たな擬岩地形としての強度等を確保するようになっている。なお、載荷重が作用しないテーマパークのセットのような擬岩地形では、内部コンクリートを施工せずに、内部空間を空洞としたままの場合もある。
本出願人は上述の擬岩パネルの施工方法について目地造形を確実かつ容易に行えるようにした技術を開発し、出願もしている（特願平７−２４６５７６号明細書参照）。
【０００５】
この擬岩地形全体を構築するために複数種類のパターンからなる擬岩パネルが使用される。図１４はその擬岩パネルの配置例を示した概略説明図である。同図に示したように擬岩パネルにはあらかじめ複数種類の形状のものが用意されており、それらの中からデザインされた擬岩地形の形状に近い形状となるように擬岩パネルを選択して配置し、各パネル間を目地でつなぐ方法がとれている。例えば同図では斜面の部分に同形の擬岩パネル６０Ａを並べ、比較的丸みを帯びた部分に擬岩パネル６０Ｄと６０Ｃとを並べるように擬岩パネルを組み立てている。さらに各擬岩パネルの間にモルタル等による目地６４を設け、図１３に示したような擬岩地形が完成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、擬岩パネルを並べて擬岩地形全体を構築するには、従来、現状地形や既設のコンクリート構造物にマッチするようにデザインされた擬岩地形を表す平面図、正面図等の各種の設計図を作成し、この設計図面上に所定形状の擬岩パネルを割り当てる方法がとられていた。このため、擬岩パネルの割付け段階や施工中に擬岩地形の３次元的な完成形状をイメージすることができず、予想していた擬岩地形と構築された擬岩地形との間に大きくイメージの差が生まれてしまったり、実際の施工において必要な擬岩パネル枚数の数量や目地部の数量また擬岩パネルの背面に充填される内部コンクリートの数量等の把握が困難であるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、周辺景観を考慮した擬岩地形を適切な形状パターンの擬岩パネルによって効率よく構築するための設計が行えるようにした擬岩パネルによる擬岩地形の設計方法と設計支援システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の擬岩パネルによる擬岩地形の設計方法は、コンピュータ及び３次元モデル画像処理ソフトウエアを用いた、擬岩パネルによる擬岩地形の設計方法であって、現状地形あるいは躯体形状データと計画された擬岩地形形状データとを入力部から入力し、コンピュータが、前記入力部が入力したデータから描画モデルをコンピュータグラフィックスを用いてそれぞれ生成し、コンピュータが、前記現状地形あるいは躯体形状データの描画モデルと擬岩地形形状データの描画モデルとをデータ合成して合成形状データを生成し、コンピュータが、あらかじめ記憶部に格納されていた複数の擬岩パネルの要素形状データモデルから擬岩パネルの描画モデルを生成し、コンピュータが、生成された合成形状データと生成された擬岩パネル描画モデルとをコンピュータグラフィックス上で表示し、コンピュータが、オペレータの操作に応答して、表示されている合成形状データの表面に、擬岩パネルの描画モデルを、コンピュータグラフィックス上で配置し、前記計画された擬岩地形に対する擬岩パネルの割り付けを行い、コンピュータが、前記擬岩パネル描画モデルを割り付ける過程にある前記合成形状データを図形処理により異なった視点より表示するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
前記現状地形あるいは躯体形状データ、擬岩地形形状データ及び合成形状データは、その表面形状が三角形要素メッシュモデルとしてデータ生成することが好ましい。
【００１０】
このとき、前記三角形要素メッシュモデルの頂点座標データをもとに、コンピュータにより、前記擬岩地形形状データの表面積を求め、配置された各擬岩パネルの表面積の和から擬岩パネルの総面積を求め、擬岩地形データの表面積と配置された擬岩パネルの表面積の和の差から目地の面積を求めるようにすることが好ましい。
また、この発明の擬岩パネルによる擬岩地形の設計支援システムは、コンピュータ及び３次元モデル画像処理ソフトウエアにより、擬岩パネルによる擬岩地形の設計を支援する擬岩パネルによる擬岩地形の設計支援システムであって、現状地形あるいは躯体形状データと計画された擬岩地形形状データとを入力する入力部と、前記入力部が入力したデータから描画モデルをコンピュータグラフィックスを用いてそれぞれ生成するコンピュータグラフィックス手段と、前記現状地形あるいは躯体形状データの描画モデルと擬岩地形形状データの描画モデルとをデータ合成して合成形状データを生成する合成形状データ生成手段と、複数の擬岩パネルの要素形状データモデルをあらかじめ記憶する記憶手段と、前記記憶手段に格納されていた複数の擬岩パネルの要素形状データモデルから擬岩パネルの描画モデルを生成する擬岩パネル描画データ生成手段と、前記合成形状データ生成手段により生成された合成形状データと前記擬岩パネル描画データ生成手段により生成された擬岩パネル描画モデルとをコンピュータグラフィックス上で表示する表示手段と、オペレータの操作に応答して、表示されている合成形状データの表面の適正位置に、擬岩パネルの描画モデルを、コンピュータグラフィックス上で配置し、前記計画された擬岩地形に対する擬岩パネルの割り付けを行う割付手段と、前記割付手段で前記擬岩パネル描画モデルを割り付ける過程にある前記合成形状データを図形処理により異なった視点より表示する視点移動手段とから構成されることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の擬岩パネルによる擬岩地形の設計方法と設計支援システムの一実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は本発明の設計方法の作業フローを示したフローチャートである。以下、図３から図１１までモデルの例をもとに図１のフローチャートに示した本発明の設計方法について説明する。図３は既設の鉄筋コンクリート製河川堤防の一部をモデル化した概略モデル図１０である。この形状データモデル図１０は図１に示したように現況測量によって得られた現状地形データと、既設堤防の躯体形状データとをコンピュータ上に設定された空間座標中に座標データとして入力し、この各測点間を補完して所定の三角形要素の集合体として生成されたデータから構成されている（ステップ１００、１１０）。
【００１２】
本実施例では、既設の河川堤防と河床との間に擬岩地形としての水制構造物を構築する景観設計が行われている。この水制構造物としての擬岩地形は周辺の岩場を参考にして図４（ａ）に示したような形状に意匠設計されている。意匠設計に際しては、現況の測量データをもとに周辺景観とマッチするような各種のパースデザインを描いたりして擬岩地形を決定する。そして決定した擬岩地形の所定縮尺の縮小模型を製作する（ステップ１００、１２０）。この製作された擬岩地形の縮小模型を利用してこの擬岩地形形状の表面を網羅するように測点をとり、面形状の空間座標の読取りを行う（ステップ１３０）。この空間座標の読取り作業では公知のディジタイザーや光学位置測定機、電磁式位置測定機等を用いることができる。この擬岩地形モデルの座標を利用して擬岩地形モデルの形状データを、パーソナルコンピュータあるいはワークステーションクで動作可能な公知の３次元モデル図形処理ソフトウェアで処理可能なデータ形式で作成する（ステップ１４０）。この形状データ例を図４（ｂ）に示す。形状データは測点座標データを補完して求めた三角形要素の集合体からなるメッシュモデルで生成され、コンピュータグラフィックス（以下、ＣＧと略記する。）を取り扱える上記３次元モデル図形処理ソフトウェアによって描画モデルとしてディスプレイ表示することができる。
【００１３】
さらに、図３に示した現状地形躯体形状モデル１０のデータと、図４に示した擬岩地形モデル２５のデータとを３次元モデル図形処理ソフトウェアのＣＧ上で表示スケールを調整してＣＧイメージを合成する（ステップ１５０）。
【００１４】
図５はこのＣＧイメージの合成後の形状モデルを示したものである。現状地形モデル１０に擬岩地形モデル２５をはめ込んだ合成形状モデルがもとの擬岩地形形状のデザインを適切に表現しているか等を検討する（ステップ１６０）。このとき必要に応じて擬岩地形モデルの座標の変更を行い、好ましい合成形状への修正を行う。
【００１５】
合成形状モデルが決定したら、合成形状座標データをもとに図２に示したような各種の数量算出を行う（ステップ１７０）。すなわち、この合成形状座標データをもとに任意のレベル（水平面）での断面形状及び任意の鉛直面での断面形状をＣＧ上で表示することができる。さらに前述した各三角形要素の頂点座標を利用して各三角形要素の求積を行い、この計算結果をもとに擬岩形状全体の表面積及び所定レベルの水平面から上方の擬岩地形の体積の求積計算をほとんど自動計算により行うことができる（ステップ１７４）。
【００１６】
また、平断面、立断面形状の断面形状出力を利用して支持骨組構造の架構を決定する（ステップ１７１，１７２）。この支持骨組構造には通常鉄骨構造が採用される。この鉄骨構造の強度検討も合わせて行い、使用部材が決定したら、数量算出も一括して行える。次にあらかじめコンピュータ上の記憶部に蓄積されている擬岩パネルデータによるパネリング作業を行う（ステップ１８０）。
図７は３次元モデル図形処理ソフトウェアの記憶部に蓄積されている擬岩パネルモデル３１Ａ、３１Ｂをメッシュ表示したものである。この擬岩パネルデータは図６に示した擬岩パネル３０Ａ、３０Ｂをそれぞれをモデル化したものである。図７に示したパネルデータ３１Ａ、３１Ｂはあらかじめ各三角形要素の面積を総和して表面積が求められている。このような擬岩パネルモデルのデータをあらかじめ複数種類用意しておき、適切な形状の擬岩パネルモデルを図５に示したような合成形状データの表面に割り付けてパネリング作業が進められる。
【００１７】
以下、このパネリング作業について図８から図１１を参照して説明する。図８はパネリングに用いられる擬岩パネルデータの一例を示した説明図である。この例ではｔｙｐｅ１からｔｙｐｅ１０までの１０種類の擬岩パネル３５、３５…（一括した符号３５で表示する。）が使用されている。パネリング作業では、オペレータの選択と指示に従ってＣＧ上で所定の擬岩パネルモデルデータ３５を選択し、その選択モデルデータ３５を、対象の合成形状データ４０の表面に割り付けて行く。各種形状の選択モデルデータ３５を合成形状データにＣＧ上で繰り返し割り付け、合成形状データ全体を覆う。このとき合成形状データに割り付けられた状態をオペレータが確認するために３次元モデル図形処理ソフトウェアの機能を利用し、視点移動やモデルの座標軸の回転処理を行い、合成形状データ形状をたとえば図１０、図１１のように正面図、側面図として表示し、適正なパネリングが行われているかどうかをオペレータ自身で随時確認することが好ましい。
【００１８】
この割り付け作業は合成形状データ全面に擬岩パネルが割り付けられたら終了する。この段階で合成形状データに割り付けられた擬岩パネルのタイプごとのパネル枚数が即時に分かる（ステップ１７５）。このとき各擬岩パネルの表面積が分かっているので、擬岩地形の表面積と擬岩パネルの表面積総和との差から各擬岩パネル間に必要とされる目地部分の面積が容易に算出できる。また擬岩地形の体積から擬岩パネルの内部に充填されるコンクリート量も容易に算出することができる（ステップ１７５）。
【００１９】
次に擬岩パネルが全面に割り付けられた合成形状データ表面のレンダリングを行う（ステップ１９０）。このレンダリング表示を参考にして擬岩地形の岩肌の表面の粗さや色合いをＣＧ上で選択し、適切な表面仕上げ状態を決定する。これにより必要な仕上げ作業の数量を知ることもできる。最終的に擬岩地形の外観の確認をＣＧ上で行うことが好ましい（ステップ２００）。
一方、ＣＧ合成形状座標データから設計された支持骨組構造の鉄骨数量、必要な擬岩パネル枚数とから割り出された取付金物数量とを同時に算出することができる（ステップ１７３）。また平断面図、立断面図をもとにした各断面における支持骨組構造の施工図や擬岩パネルの割付施工図を出力することもできる。このようにして擬岩パネルを擬岩地形に割り付ける作業が容易に行われる。
【００２０】
以上に説明した設計手順では擬岩パネルを用いて自然地形を模した擬岩地形を構築するための設計手順について述べたが、美術造形的なモニュメントをパネルで構築するような場合にも適用できることは言うまでもない。
また、パネル材質はＧＲＣ板のみならず、ＦＲＰ板、合成樹脂板等、所定の曲面形状に加工可能な板材であれば種々のものを適用可能である。さらに、本発明において用いた３次元モデル図形処理ソフトウェアは公知のものを使用してもよいが、計画した擬岩地形の表面積、体積等の算出のために専用の計算ルーチンや、擬岩パネルを擬岩地形の全面に割り付けた際の数量計算を容易にするための計算ルーチンを組み込んだ専用ソフトウェアとして開発することも好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による擬岩パネルによる擬岩地形の設計方法の一実施の態様の設計手順を示した設計フローチャート。
【図２】図１の設計フローチャートのうちの数量算出部分の計算手順を示した設計フローチャート。
【図３】本実施の形態に示された既設河川堤防の形状データモデル図。
【図４】図３に示された既設河川堤防に沿って新たに構築される擬岩地形の形状データモデル図。
【図５】図３及び図４に示された形状データモデルをイメージ合成した状態を示した合成形状データモデル図。
【図６】擬岩パネルの一例を模式的に示した平面図。
【図７】図６に示した擬岩パネルの形状データモデル図。
【図８】擬岩地形のパネリングに用いられる擬岩パネルの一例を示した形状データモデル図。
【図９】擬岩地形に擬岩パネルのパネリングを行っている状態を図化したモデル図。
【図１０】図９に示した状態のモデル図を正面から見たモデル正面図。
【図１１】図９に示した状態のモデル図を側面から見たモデル側面図。
【図１２】従来の擬岩パネルによる擬岩地形の組み立て状態を示した説明図。
【図１３】図１２に示した擬岩地形の完成した状態を示した断面図。
【図１４】擬岩パネルの割り付け要領を示した概略斜視図。
【符号の説明】
１０ 形状データモデル（現状地形、躯体形状）
２５，４０ 形状データモデル（擬岩地形）
３０Ａ，３０Ｂ 擬岩パネル
３１Ａ，３１Ｂ，３５ 形状データモデル（擬岩パネル）

Claims (4)

1. コンピュータ及び３次元モデル画像処理ソフトウエアを用いた、擬岩パネルによる擬岩地形の設計方法であって、
   現状地形あるいは躯体形状データと計画された擬岩地形形状データとを入力部から入力し、
   コンピュータが、前記入力部が入力したデータから描画モデルをコンピュータグラフィックスを用いてそれぞれ生成し、
   コンピュータが、前記現状地形あるいは躯体形状データの描画モデルと擬岩地形形状データの描画モデルとをデータ合成して合成形状データを生成し、
   コンピュータが、あらかじめ記憶部に格納されていた複数の擬岩パネルの要素形状データモデルから擬岩パネルの描画モデルを生成し、
   コンピュータが、生成された合成形状データと生成された擬岩パネル描画モデルとをコンピュータグラフィックス上で表示し、
   コンピュータが、オペレータの操作に応答して、表示されている合成形状データの表面に、擬岩パネルの描画モデルを、コンピュータグラフィックス上で配置し、前記計画された擬岩地形に対する擬岩パネルの割り付けを行い、
   コンピュータが、前記擬岩パネル描画モデルを割り付ける過程にある前記合成形状データを図形処理により異なった視点より表示する、
   ようにしたことを特徴とする擬岩パネルによる擬岩地形の設計方法。
2. 前記現状地形あるいは躯体形状データ、擬岩地形形状データ及び合成形状データは、その表面形状が三角形要素メッシュモデルとしてデータ生成されたことを特徴とする請求項１記載の擬岩パネルによる擬岩地形の設計方法。
3. コンピュータが、前記三角形要素メッシュモデルの頂点座標データをもとに、前記擬岩地形形状データの表面積を求め、
   コンピュータが、配置された各擬岩パネルの表面積の和から擬岩パネルの総面積を求め、
   コンピュータが、擬岩地形データの表面積と配置された擬岩パネルの総面積の差から各擬岩パネル間に必要とされる目地部分の面積を求める、
   ことを特徴とする請求項２記載の擬岩パネルによる擬岩地形の設計方法。
4. コンピュータ及び３次元モデル画像処理ソフトウエアにより、擬岩パネルによる擬岩地形の設計を支援する擬岩パネルによる擬岩地形の設計支援システムであって、
   現状地形あるいは躯体形状データと計画された擬岩地形形状データとを入力する入力部と、
   前記入力部が入力したデータから描画モデルをコンピュータグラフィックスを用いてそれぞれ生成するコンピュータグラフィックス手段と、
   前記現状地形あるいは躯体形状データの描画モデルと擬岩地形形状データの描画モデルとをデータ合成して合成形状データを生成する合成形状データ生成手段と、
   複数の擬岩パネルの要素形状データモデルをあらかじめ記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に格納されていた複数の擬岩パネルの要素形状データモデルから擬岩パネルの描画モデルを生成する擬岩パネル描画データ生成手段と、
   前記合成形状データ生成手段により生成された合成形状データと前記擬岩パネル描画データ生成手段により生成された擬岩パネル描画モデルとをコンピュータグラフィックス上で表示する表示手段と、
   オペレータの操作に応答して、表示されている合成形状データの表面の適正位置に、擬岩パネルの描画モデルを、コンピュータグラフィックス上で配置し、前記計画された擬岩地形に対する擬岩パネルの割り付けを行う割付手段と、
   前記割付手段で前記擬岩パネル描画モデルを割り付ける過程にある前記合成形状データを図形処理により異なった視点より表示する視点移動手段と、
   から構成されることを特徴とする擬岩パネルによる擬岩地形の設計支援システム。

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