JP4031981B2

JP4031981B2 - 自然災害シミュレーション装置

Info

Publication number: JP4031981B2
Application number: JP2002357421A
Authority: JP
Inventors: 雅文金子; 寿郎上島
Original assignee: Sumitomo Forestry Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Forestry Co Ltd
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2022-12-10
Also published as: JP2004191522A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、様々な自然災害による建物への影響を、コンピュータシミュレーションと実物模型を使って紹介することができる自然災害シミュレーション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建物の設計にあたって、地震や風などの自然災害に対する構造強度の計算には、過去の自然災害による被害データや、実物モデルを用いた振動実験の結果が利用される（特許文献１参照）。さらに、コンピュータプログラムによって、建物の各部に発生する地震被害を推定する、シミュレーションの結果も利用される（特許文献２参照）。また、このシミュレーションの結果をＣＧ（コンピュータグラフィック）を用いて紹介するシステムも知られている。
【特許文献１】
特開平05-018851号
【特許文献２】
特開2000-075040号
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
住みよくて快適な住宅を設計するためには、あらゆる自然災害に対して、建物がどういう影響を受けるかを予め想定したシミュレーションが必要になる。この目的のために、各種の高度なシミュレーションプログラムが開発されている。また、そのシミュレーションの結果に基づく設計上の工夫が、住宅のあらゆる部分に施されるようになった。しかしながら、実際に住宅を購入する顧客に対して、こうした設計上の工夫による効果を分かり易く説明するのは容易でない。設計上の工夫はそのまま建物の価格に反映されるから、顧客に十分な理解を得なければ、より安全な高品質な住宅の販売の促進につながらない。
【０００４】
さらに、建物の所有者が、自然災害により建物がどのような影響を受けるかを知ることで、建物の維持管理に対する心構えが変わってくる。しかしながら、コンピュータシミュレーションの結果を、ＣＧ（コンピュータグラフィック）により、ディスプレイ上で表現しても実感がわかず、平面的でわかりにくいという問題がある。また、実物モデルを振動させたり、破壊させたりする実験設備を見学させるとよいが、これには大規模な見学施設が必要で、設置場所が制限されるため、例えば、住宅展示場を訪問する全ての顧客に手軽に見学をさせたり、体験をさせるのは難しいという難点があった。また、破壊実験をすると、実験費用が高額になり、住宅コストを引き上げてしまうという問題もある。
本発明は、以上の点に着目してなされたもので、実感がわくような、立体的な実物模型を使用し、コンピュータシミュレーションの結果から得られた建物への影響を表現することができる自然災害シミュレーション装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は次の構成により上記の課題を解決する。
〈構成１〉
自然災害の種類と規模を選択するための条件データを受け入れる手段と、建物を構成する各構造物に対する、上記条件データにより選択された自然災害の影響を演算処理するシミュレーション手段と、上記建物を構成する各構造物に対する自然災害の影響を、建物の縮小型実物模型上で表現するための出力データを生成する手段と、上記出力データを、上記建物の実物模型に組み込まれたアクチュエータを駆動するための駆動回路に転送するインタフェースとを備えたことを特徴とする自然災害シミュレーション装置。
【０００６】
自然災害の種類としては、風水害、地震、火事、積雪等の任意のものでよい。規模は、例えば、風速とか、震度とか、積雪量といったものである。自然災害の種類と規模を選択するための条件データにより、シミュレーションのパラメータが決まる。条件データの入力方法は任意である。特定の構造の建物に対してシミュレーションを実行するとよい。一般的な構造の建物に対する解析は、モデルハウスの設計時等に終了しているからである。顧客の現在住んでいる建物や、顧客のオーダーしたもの等の、特定の構造の建物について、シミュレーションをする。縮小型実物模型とは、いわゆるミニチュアモデルのことである。ミニチュアモデルであれば、住宅展示場でも工務店のショールームでも簡単に設置できる。また、顧客の家に持参して行くこともできる。ミニチュアモデルを目で眺めながら、地震等による影響を理解するので、非常に分かり易い。自然災害の影響は、建物の構造物に、曲げ応力、圧縮方向の応力、伸長方向の応力として及ぶ。その程度を数値化して、建物を構成する各構造物ごとに、アクチュエータを駆動するための信号を生成するとよい。アクチュエータの種類は任意である。例えば、機械振動子を使用すれば、実物模型を任意の方向に任意の振幅で振動させることができる。
【０００７】
〈構成２〉
構成１に記載の自然災害シミュレーション装置において、アクチュエータは、光素子からなることを特徴とする自然災害シミュレーション装置。
【０００８】
自然災害の現象を実物模型上で表現するのと、その影響を表現するのとでは、表現方法が異なる。地震現象の表現ならば、実物模型を所定の振動パターンで振動させれば足りる。しかながら、その地震の結果、柱が折れたり、壁に亀裂が入ったりしたとき、その影響を実物モデルにより直接表現をするのは難しい。破壊試験ではそのつど修復が必要だし、ミニチュアモデルで影響を再現するには複雑な機構が必要になる。光素子によれば、色や光量や点滅速度等で、自然災害の影響の程度を表すことができる。これにより、実物模型を破壊せずに自然災害の影響を表現できる。なお、光素子を駆動する方法は任意である。
【０００９】
〈構成３〉
構成１に記載の自然災害シミュレーション装置において、実物模型は可動支持機構により支持されており、上記実物模型の動きを検出するセンサの出力信号から、自然災害の種類と規模を選択するための条件データの一部を抽出する手段と、抽出したデータを、インタフェースを介してコンピュータに入力する手段を備えたことを特徴とする自然災害シミュレーション装置。
【００１０】
例えば、実物模型を所定方向に揺すると、その方向と揺れの振幅量を抽出する。そして、揺れ方向と揺れの振幅量とをパラメータに加えたコンピュータシミュレーションを実行する。これにより、実物模型に触れながらシミュレーションの条件を指定できるという効果がある。
【００１１】
〈構成４〉
構成１に記載の自然災害シミュレーション装置において、実物模型は可動支持機構により支持されており、上記実物模型を振動させる駆動装置の起動スイッチを操作したとき、自然災害の種類と規模を選択するための条件データの一部を生成する手段と、生成したデータを、インタフェースを介してコンピュータに入力する手段を備えたことを特徴とする自然災害シミュレーション装置。
【００１２】
実物模型を振動させる駆動装置の構成は任意である。自然災害の種類と規模に対応していなくても構わない。実物模型に、災害が発生しているという実感がでるという効果がある。起動スイッチを操作したときに、その操作と連動して、自然災害の種類と規模を選択するための条件データの一部を生成する。条件データ。起動スイッチの構成は任意である。
【００１３】
〈構成５〉
構成１に記載の自然災害シミュレーション装置において、過去の自然災害により発生した現象を、実物模型上で再現するためのデータを記憶する手段と、このデータを、上記建物の実物模型に組み込まれたアクチュエータを駆動するための駆動回路に転送するインタフェースとを備えたことを特徴とする自然災害シミュレーション装置。
【００１４】
過去の自然災害で発生した現象を、実物模型上で再現し、それと合わせて、建物を構成する各構造物に対する自然災害の影響を表現すれば、より、現実性が高まる。地震等により発生する現象を、ミニチュアモデルを使って見ると、実物大のモデルよりも客観的に見ることができ、ＣＧ画像よりもはるかに分かり易いという効果がある。
【００１５】
〈構成６〉
構成１に記載の自然災害シミュレーション装置において、実物模型は可動支持機構により支持されており、予め設定した振動モデルによる現象を、実物模型上で再現するためのデータを記憶する手段と、このデータを、上記建物の実物模型に組み込まれたアクチュエータを駆動するための駆動回路に転送するインタフェースとを備えたことを特徴とする自然災害シミュレーション装置。
【００１６】
地震の場合に、震度や、横揺れと縦揺れの組み合わせ等による現象を再現できる、標準的なモデルを設定しておけば、簡単にデモンストレーションができる。
【００１７】
〈構成７〉
構成１に記載の自然災害シミュレーション装置において、建物の実物模型に組み込まれた光素子群は、ＬＥＤ群から成り、上記駆動装置は、上記シミュレーションにより、一定レベル以上の影響を受けたとされた構造物を、他の構造物と区別するように、当該構造物の近傍のＬＥＤを駆動するスイッチ回路から成ることを特徴とする自然災害シミュレーション装置。
【００１８】
実物模型に組み込まれた光素子はＬＥＤが好ましい。シミュレーションにより、一定レベル以上の影響を受けたとされた構造物を他の構造物と区別するように、例えば、ＬＥＤを点滅駆動する。点灯していないものを連続点灯させても、点灯していたものを消灯しても、一定時間おきに点滅させてもよい。ＬＥＤの発光色で区別してもよい。ＬＥＤは実物模型の構造物に一体化してもよいし、実物模型の構造物を照らすような位置に離れて配置してもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を具体例を用いて説明する。
本発明では、所定の構造の建物に対する自然災害の影響を、コンピュータで解析する。建物への影響は、コンピュータのディスプレイに表示するだけでなく、建物の実物模型（ミニチュアモデル）上で表現する。自然災害の種類としては、雪や台風、地震や火事などがあげられる。シミュレーションの対象となる建物は、顧客の現在の住居やこれから顧客に販売しようとする住居が好ましい。自然災害の種類や程度は、通常、コンピュータにキーボードやマウスを用いて入力するが、下記の実施例では、建物の模型に実際に触れながら、その一部の条件を入力することができる。
【００２０】
図１は、自然災害シミュレーション装置の具体例を示すブロック図である。
図の建物の模型１は、シミュレーションの対象となるもので、所定の設計に基づいて組み立てられたミニチュアモデルである。サイズは、テーブルの上に乗せて見ることができる程度のものが好ましい。建物の模型１の基礎３の部分は、台５の上にスプリング６等の可動支持機を用いて支持している。従って、建物の模型１は基礎３とともに台５の上で、前後左右に自由に振動させることができる。なお、このスプリング６は、建物を支える地盤に相当するものなので、スプリングの長さや弾性係数をその土地に合わせて調整できるようにしてもよい。たとえばコイルスプリングと板ばねを組み合わせたものや、ダンパーなどを一体化したものにして、現実に近い弾性体地盤モデルを作成することもできる。地盤補強前のモデルと地盤補強後のモデルを用意して、交換可能にしておき、比較実験を見せることができれば、デモンストレーションの効果がある。
【００２１】
一方、建物を構成する各構造物に対する自然災害の影響を、コンピュータで演算処理するために、図示したような機能ブロックを用意する。これらの機能ブロックは、コンピュータの内部に収容されたもので、ＣＰＵ（中央演算処理）１１と条件データ受入手段１２とシミュレーション手段１３と駆動出力データ生成手段１４とディスプレイ２０等を備える。また、記憶装置１５には、自然災害再現データ１６と設計図面データ１７が記憶されている。自然災害再現データ１６は、定型化されたモデル化された自然災害や、過去に発生した実際の自然災害を具体的に建物の模型１上で再現するためのデータである。設計図面データ１７は、模型１の設計の基礎となったデータである。建物の構造物の機械強度等のデータを含むため、例えば、図示しないネットワークを介して、建物設計用のＣＡＤデータ等を利用してもよい。
【００２２】
模型１の側面と下面に配置したセンサ４１と４２は、建物の自然災害の種類や程度を入力するための手段、即ち、条件データを入力するための手段として利用される。センサ４１と４２は、建物の基礎３の三次元方向の動きを検出する、例えば、光学マウスと同様の構成のものを利用する。センサ４１は、基礎３の側面に対向するように配置されている。センサ４２は、基礎３の下面に対向するように配置されている。センサ４１、４２の直前に配置された基礎３が振動すると、その二次元方向の動きを光学マウスの原理で検出する。センサ４１と４２の出力信号は、位置センサインタフェース４４を通じて取得される。これが、条件データ受入手段１２により、受け入れられて、建物の揺れ方向や振幅などを選択する条件データとされる。
【００２３】
スイッチボード２７も、条件データを入力するための手段として利用される。スイッチボード２７には、多数のスイッチ２９が設けられている。図にはその一部のみを示した。表示２８は、そのスイッチ２９を押した時に入力される条件データの内容を示す。スイッチ２９を押すと、スイッチボード２７の内部で一定の条件データが生成される。あるいは、条件データと対応するコードデータが生成される。これが、条件選択ボタンインタフェース４８を通じてコンピュータの内部に受け入れられる。例えば、震度４と表示されたスイッチ２９を押すと、条件データ受入手段１２が、震度４の地震の影響を演算処理するようにシミュレーション手段に通知する。
【００２４】
加振機４３は、条件データにより選択された自然災害を再現したり、その影響を建物の模型１に反映させるためのアクチュエータである。加振機４３は、例えば、鉄心を電気信号によって振動させるソレノイドコイル等から構成される。この加振機４３は、例えば、加振機インタフェース４５を通じて、コンピュータにより駆動制御されることが好ましい。しかしながら、簡単なパターンの振動であれば、タイマやスイッチ回路のみで制御することもできる。コンピュータにより駆動制御する場合には、駆動信号は、駆動出力データ生成手段１４により生成される。
【００２５】
風力計６と風向計７も、加振機４３と同様の目的で設けたアクチュエータである。図の実施例の装置では、地震のような自然災害の他、台風や火事等の自然災害についてのシミュレーションも実行する。風についていえば、建物の模型１に風をあてても、その影響はわかりにくい。従って、風の強さと方向が感覚的に理解できるようにした。風力計６と風向計７とは、風力風向計インタフェース４６を通じてコンピュータにより駆動制御される。駆動信号は、加振機４３と同様に、駆動出力データ生成手段１４により生成される。
【００２６】
ＬＥＤ基板４９も、加振機４３と同様の目的で設けたアクチュエータである。地震や台風や火事のような自然災害により、建物が被害を受けた状況を建物の模型上で表現する手段として、光学的な手段を利用する。火事などの場合には、ＬＥＤの色や点滅方法により、近隣の建物等の情報と、模型の建物の、損傷の程度を表現できる。同時に、ディスプレイにより、模型の建物各部の表面温度や、室内の被害状況を表示することができる。模型１に実際に力を加えて折り曲げたり破壊したりすると、シミュレーションのつど模型を新たに作り直さなければならない。ＬＥＤ基板４９は、建物の模型１の構造物を発光させたり着色することにより、光学的にその損傷の程度を表現する。その構造は、後の実施例で詳細に説明する。ＬＥＤ基板４９は、ＬＥＤ基板インタフェース４７を通じてコンピュータにより駆動制御される。駆動信号は、加振機４３と同様に、駆動出力データ生成手段１４により生成される。なお、ディスプレイ２０は、この装置の操作用画面や、上記のアクチュエータを駆動する根拠となるシミュレーションの結果を表示するためのものである。
【００２７】
図２は、自然災害シミュレーション装置の具体的な外観を示す斜視図である。
図に示すように、この装置は、ディスプレイ２０とコンピュータ本体２１とマウス２２やキーボード２３を備える。これは、パーソナルコンピュータやワークステーションなどで実現するとよい。台５の上に乗せられた建物の模型１は、インタフェースケーブル２４や２５を通じてコンピュータ本体２１に接続されている。インタフェースケーブル２４や２５は、模型１からコンピュータ本体２１に向かって条件データを転送し、コンピュータ本体２１から模型１に向かって、アクチュエータ駆動制御信号を転送する機能を持つ。
【００２８】
スイッチボード２７は、建物の模型１の手前に配置されており、ボタンスイッチ２９を操作することにより任意の条件データを選択できるようになっている。顧客が手軽にシミュレーションを起動できるように、コンピュータのキーボード２３とは別に設けた。しかしながら、マウス２２やキーボード２３を用いて、全ての条件データを選択できるようにしても構わない。また、シミュレーションの結果、建物のどの部分にどのような影響があるか、どのような力が建物の各部に加わるか、といった結果を出力するために、後で説明するようなＬＥＤ基板が用いられる。このために、例えば、建物１の屋根３１を取り外すことができるようにしてある。もちろん、建物の外壁を全て透明にしても構わない。図のようにして、建物の模型１の部屋３２を上から眺めると、その壁３４、３６や柱３５、あるいは窓３３に、例えば、地震による大きなストレスが加わった時、これらが個別に発光したり、着色される。こうして、自然災害による影響が具体的に建物の模型１の上で認識できるように表現される。
【００２９】
図３は、位置センサやアクチュエータの具体例を示し、（ａ）は位置センサの主要部斜視図、（ｂ）は加振機の側面図、（ｃ）は加振機の斜視図、（ｄ）は風力計と風向計の主要部側面図である。
（ａ）において、建物の模型の基礎３の側面に、センサ４１の発する光ビーム５１が照射されている。センサ４１はこの反射光を検出して、基礎３がＺ−Ｙ平面上で前後左右に振動する時、その移動方向と移動量を検出する。建物の模型の基礎３の底面に、センサ４２の発する光ビーム５３が照射されている。センサ４２はこの反射光を検出して、基礎３がＸ−Ｙ平面上で前後左右に振動する時、その移動方向と移動量を検出する。例えば、図２に示した建物の模型１に手を触れて、任意の方向に揺すると、建物に対して地震や風の力がその方向に加わった場合の影響を、シミュレーション手段が計算する。即ち、センサ４１や４２を用いれば、例えば、地震の揺れの方向や台風による風の方向などを建物の模型１に触れながら指定して、その結果を条件データとしてコンピュータに入力することができる。また、揺れの程度によって、自身や風の強度を指定することも可能である。このことから、図２において、建物の模型１は、台５の上に、実際の建物の建設場所を考慮しながら固定されることが好ましい。
【００３０】
（ｂ）と（ｃ）に示した加振機４３は、上下に積み重ねられた２台のソレノイドコイル５２と５５からなる。このソレノイドコイル５２と５５とは、いずれも可動鉄心に支持された台５４と５６を備える。ソレノイドコイル５２に振動電流を供給すると、可動鉄心がコイルの軸方向に振動する。その出力を台５４に伝える。これにより、台５４が、例えば、Ｘ軸方向に振動する。また、台５４の上に固定されたソレノイドコイル５５は、同様にして台５６をＹ軸方向に振動させる。ソレノイドコイル５２によってＸ軸方向の振動の周期と振幅を決定する。また、ソレノイドコイル５５によってＹ軸方向の振動の周期と振幅とを決定する。こうして、台５の上に可動支持された基礎３を、Ｘ−Ｙ平面上で自由に振動させることができる。また、図示していないが、垂直軸（Ｚ軸）と平行なソレノイドコイルを持つ加振機を追加すれば、方向の（ｃ）に示したようにＺ軸方向の可振も可能である。
【００３１】
（ｄ）において、風力計６は、軸６５により回転する。この軸６５の下端には、プーリ６７が固定されている。このプーリ６７は、モータ６９とプーリ６８と伝達ベルト７０によって回転される。即ち、モータ６９に風速に相当する信号を加えれば、風速に応じて風力計６が回転する。風力計６が早く回転している時は、強い風が建物の模型に当たっているという状態を表現できる。また、風向計７は軸６６を介してステッピングモータ７１に接続されている。ステッピングモータ７１は、風向計７を任意の方向に向ける。従って、風がどの方向に吹いている、ということをこの風向計で表すことができる。モータ６９とステッピングモータ７１の駆動信号は、図１に示した風力風向計インタフェース４６から受け入れられる。
【００３２】
図４は、シミュレーションの方法を説明するための説明図である。
例えば、図２に示したディスプレイ２０に、図のような画面８０を表示する。ここで、特定の地震の再現を要求するものとする。まず、スイッチボード２７に設けられたスイッチ２９を選んで、地震の震度を選択する。なお、現実に過去に発生した地震を再現するデータを選択するようにしてもよい。具体的には、過去にその土地で起きた地震、その他の地域で起きた地震、これから起こりうるであろう地震を再現するデータをデータベースに登録しておく。そのいずれかを選択させるようにしてもよい。条件データ受け入れ手段１により、この結果が受け入れられてテキストボックス８１に表示される。また、方向検出ボタン８５をクリックしてフォーカスさせた状態で建物の模型１を手で揺することによって、その地震の揺れ方向を選択する。揺れ方向というのは、横波の方向であり、震源地の方角を指定することと同様である。図の例では、東西方向というようにテキストボックス８２に表示される。
【００３３】
このように条件データがコンピュータに受け入れられた後、スタートボタン８５がマウス２２を用いてクリックされると、その条件データをシミュレーション手段１３が取り込んで、建物の設計図面データ１７に基づいて、実際のシミュレーションを行う。なお、予め自然災害再現データ１６が用意されているから、その影響は予め計算をしておくことができる。従って、複雑な演算処理無しに、例えば、演算テーブル等によりその地震による建物の構造物への影響を求めることができる。建物の模型１は、設計図面データ通りに組み立てられたミニチュアモデルである。その設計図面データに基づき、建物の柱や壁などの構造物に対し、条件データ通りの地震が発生した時、どのようなレベルの曲げ応力やねじれ応力が加わるかを計算する。
【００３４】
設計図面データ中には、予め行った構造計算の結果に基づく、建物の各構造物の耐力を示すデータが含まれている。この耐力に対し、地震などによって加わった応力の割合を計算する。これによって危険率を求める。例えば、１００キログラムの応力に耐えることができる耐力を持つ柱に対し、８０キログラムの応力が加わった場合には、８０％という計算を行う。１００キログラムの耐力を持つ柱に３０キログラムの応力が加わった場合には、危険率が３０％とする。このパーセンテージが高いほど構造物が被害を受ける率が高まる。具体的には後で説明をするが、その危険率をＬＥＤの点滅によって表現するために、ＬＥＤの単位時間あたりの点滅回数を求める。さらに、指定された条件データで地震などの災害の状態を再現するために、加振機のＸ−Ｙ方向およびＺ−Ｙ方向の振動周期と振幅を求める。これによって、加振機４３を駆動する。従って、震度が指定され、揺れ方向が指定されて、シミュレーションが実行されると、実際に建物の模型がその方向に一定の震度で揺れるように動作する。そして、その間の時間を使って、各構造物への影響を計算する。こうして、ある柱や壁には、非常に高い応力が加わっているとか、ある壁は十分に強度が高く安全であるといったことが一目瞭然にわかるようにＬＥＤを点滅させる。
【００３５】
図５は、ＬＥＤを用いた自然災害の影響を表現する機構の説明図で、（ａ）は、ＬＥＤ基板とその上に配置された建物の模型の構造物の斜視図、（ｂ）はその駆動回路のブロック図である。
ＬＥＤ基板４９には、一定間隔で碁盤の目のように配列されたＬＥＤ９２が搭載されている。基板４９の上に配置される模型が例えば、実物の２０分の１のモデルであれば、各ＬＥＤ９２は、それぞれ約２０ミリ間隔で配列される。実際の建物の、柱等の構造物は、例えば９１０ミリメートルの間隔を基準にして配置設計されること多いからである。これにより、建物の設計が変わっても同一のＬＥＤ基板４９を使用することができる。即ち、シミュレーションの対象となる建物の模型が変わっても、駆動出力データ生成手段１４のパラメータの変更のみで対応することができる。これらのＬＥＤ９２は、（ｂ）に示すような駆動回路によって駆動される。この駆動回路のうち、レジスタ１０１とＰ／Ｓ変換回路１０２は、コンピュータの内部にある。シリアルインタフェース１０３は、ＲＳ２３２Ｃケーブルや、ＵＳＢケーブルである。レジスタ１０４とＬＥＤスイッチ１０５は基板４９上に搭載されている。
【００３６】
ＣＰＵ１１は、全てのＬＥＤを個々にオンするかオフするかというＬＥＤ点滅制御信号を生成する。その信号がレジスタ１０１に記憶される。このレジスタ１０１の内容は、ＣＰＵ１１により一定の周期で書き換えられる。レジスタ１０１中の信号は、Ｐ／Ｓ変換回路１０２によってシリアル信号に変換されて、シリアルインタフェース１０３を通じてＬＥＤ基板４９のレジスタ１０４に転送される。基板４９に設けられたコネクタ９３は、シリアルインタフェース１０３の一部を構成する。ＬＥＤスイッチ１０５は、レジスタ１０４に記憶できるデータのビット数と同数のスイッチ群を有する。レジスタ１０４に例えば、"００１１００００"というデータが記憶されているときには、ＬＥＤスイッチ１０５は、３番目と４番目のスイッチをオンし、他のスイッチをオフにする。各スイッチは、基板４９上の対応するＬＥＤをオンオフ制御する。レジスタ１０１中のデータが一定周期で書き換えられるたびに、各ＬＥＤの状態が変更される。
【００３７】
以上のようにして、ＬＥＤ点滅制御信号を周的に連続的に書き換えることによって、全てのＬＥＤ９２をそれぞれ任意のタイミングでオンさせたり、オフさせたりする制御を行うことが可能になる。このようなＬＥＤ基板４９の上に建物の模型を配置する。建物の模型の各構造物、例えば、この図に示す柱３７、３９や壁３８は、いずれもアクリルなどの透明樹脂により構成される。ちょうど柱３７の真下にあるＬＥＤが点灯すると、柱３７はそのＬＥＤによって発光する。壁３８の下側にある複数のＬＥＤのいずれかが点灯すると、壁３８が発光する。ＬＥＤが点滅したり、それぞれ別々の色で発光すれば、構造物の外観から、どの構造物に対し、どのような大きさの力が加わっているかといった影響を肉眼で立体的に認識できる。これは、ＣＧ画面を見るよりもはるかに分かり易い。
【００３８】
図６（ａ）は自然災害再現データの具体例、（ｂ）はＬＥＤの点滅制御信号の具体例、（ｃ）は構造物の温度上昇表現方法の具体例、（ｄ）は被害発生確率の表現方法の具体例説明図である。
まず、（ａ）に示す自然災害再現データの振動モデルは、数値データを図解したものであり、縦軸に振幅、横軸に時間を示すものである。この振動モデルは、一定時間一定のレベルで横揺れが発生し、その後横揺れを含む大きな縦揺れが発生し、しばらく間隔を置いて、余震に相当する縦揺れが発生する、といったパターンのデータである。このようなデータが自然災害再現データ１６として、図１に示した記憶装置１５に記憶されている。これは、理論的に生成された振動モデルであるが、例えば、シミュレーションの対象となる建物の建設地で、過去に発生した自然災害の状態を、可能な限り忠実に再現した振動モデルを多数記憶しておくことが好ましい。同様の地震や台風等が再び発生する確率が高いからである。
【００３９】
シミュレーション手段１３が、シミュレーションによる構造物への影響計算を行うには、精密な自然災害再現データが必要である。しかしながら、建物の模型を駆動する自然災害再現データは、建物を微妙に振動させてもそれの違いがわかりにくいから、実際の自然災害の特徴点のみを取り出した、より簡単な信号とするのが好ましい。条件データとしては、地震の場合は、震度と震源地の方向があげられる。また、キーボードなどを用いて震源地の深さなどを指定することもできる。台風の場合には、横風の方向と風力などを指定するとよい。火災の場合には、何メートル離れた場所で火災が発生した時、建物の各部がどのような影響を受けるかといったシミュレーションを行うとよい。また、建物の内部で出火した場合に、どのように火がまわるかといったシミュレーションも可能である。これにより、避難路の確認もできる。また、地震の場合には、地盤の構成を条件データとして入力できる。
【００４０】
上記の例では、柱と壁を建物の構造物の例として、自然災害の影響を計算したが、窓ガラスや瓦なども対象にするとよい。構造物に対しては、圧縮応力や曲げ応力やひっぱり力などによる影響を計算する。ガラスの場合には、ガラスが割れるまでの力が加わったかどうかが最も重要になる。壁の場合には、ひび割れが発生するかどうかという点が重要になる。瓦の場合には、屋根から落下するか破損するような衝撃が加わるかどうかが問題となる。また、家具について、どの向きに配置された家具が倒れるか、どのように移動するか、といった計算をすることも好ましい。上記のようなシミュレーションの結果を見ることによって、例えば、家具をどこにどのようにどの向きに配置するのが最適かということがわかる。しかも、一般論でなく、自宅の模型を使用してシミュレーションをすれば、具体的な対策を直接知ることができ、非常に効果的である。さらに、中古住宅を購入する顧客に対して、その住宅の強度や安全度を予め確認するための貴重なアドバイスができる。
【００４１】
また、地震が発生した時、建物の中のどの場所に隠れたらいちばんよいかなどがわかる。
即ち、建物の中で、地震や台風などの自然災害に対し、最も安全な場所はどこかが一目瞭然になる。例えば、何年か住み続けた現在の家をシミュレーションの対象として、その結果に基づいて、災害発生時の復旧費用の計算や、補強のためのリフォーム設計などを行うようにするとよい。そして、性能の高い建物と通常の建物との差を明確にし、建設費用の差や保険費用の差、あるいは災害発生時の復旧費用の差などを明確にすることによって、顧客に対し、高い品質の建物建設を勧めることが可能になる。
【００４２】
図６の（ｂ）は、自然災害の建物の各構造物に対する影響をＬＥＤの点滅で表現したとき、各ＬＥＤに供給するＬＥＤ点滅制御信号の一例を示す。各構造物に加わる応力を分子とし、構造物の耐力を分母とした時、例えば、９０％以上の場合、ＬＥＤを連続点灯させる。即ち、ＬＥＤが連続点灯している構造物は、極めて破損する棄権率が高いということがわかる。応力／耐力が７０から８９％の範囲では、ＬＥＤは、０．５秒間点灯し、０．５秒間消灯するという動作を、周期的に繰り返す。また、応力／耐力が５０％〜６９％の範囲では、ＬＥＤは、４分の１秒間点灯し、４分の１秒間消灯し、再び４分の１秒間点灯し、次いで４分の１秒間消灯する、といった動作を、周期的に繰り返す。応力／耐力が３０〜４９％の範囲では、ＬＥＤは、８分の１秒間点灯し、８分の３秒間消灯する、といった動作を、周期的に繰り返す。２９％以下の場合には、ＬＥＤは点灯しない。
【００４３】
このように、ＬＥＤ点滅制御信号のデューティ比を選択して、壊れやすい構造物と比較的安全な構造物とを区別することができる。（ｃ）では、火事などによる構造物の影響を、ＬＥＤの点灯色で区別する方法を示している。各構造物の温度上昇を分子とし、耐熱温度を分母として、その割合を計算している。温度上昇／耐熱温度が９０％以上の場合には、ＬＥＤが赤色に点灯し、温度上昇／耐熱温度が４０％から８９％の場合にはＬＥＤが黄色に点灯する。即ち、赤く光っている構造物は、ある距離で火事が発生した場合、高い温度になり、焼損する恐れがある。その他の部分は比較的安全であるといった結論がわかる。
【００４４】
雪による影響は、主に各構造物に対する雪の重量に基づく応力である。これは、図６（ｂ）に示した表現で影響を表すことができる。また、建物には、様々な原因によって、被害が発生する危険率が高い部分と低い部分とがある。シミュレーションの結果、例えば、屋根の継ぎ目とか窓の多い壁面などに被害が発生する確率が高いと判断された場合にはその結果を表現することが好ましい。図６（ｄ）では、被害発生確率というデータを生成し、例えば、発生確率が９０％以上の部分は赤、４０％から８９％の部分は黄色、３９％以下の部分は青、といった発光色で、各部を表現する。建物の中で、特に特定の圧力に弱い部分や、風や雨に弱い部分、熱に弱い部分等を区別して表現できれば、非常に分かり易いものになる。
【００４５】
なお、図６に示した表現方法の情報は、コンピュータのディスプレイ２０に表示するとよい。また、この例では、これらの表現を全てＬＥＤの点滅制御で行うため、分かり易く、しかも何度も同じ状態を再現でき、部品の破損もない、という効果がある。また、上記のような条件データは、例えば、建物の模型をデジタイザの上に乗せたり、あるいは建物の模型にジョイスティックを連結するようにして入力することも可能である。
【００４６】
上記の例では、ＬＥＤ基板４９の上に一定の間隔でＬＥＤ９２をマトリクス上に配置し、その上に透明な構造物を使用した建物の模型を置くようにしたので、ＬＥＤの点滅によってそのＬＥＤのすぐ上に配置された構造物が発光し、例えば、応力の高く加わった構造物とそれ以外の構造物を肉眼で区別できる。ＬＥＤの光照射方向が拡散しないようにするには、レンズの付いたＬＥＤを使用すればよい。また、建物の模型による立体的な表現のため、非常に分かり易いし、建物の模型の構造を自由に選択できる。２階建ての建物の場合は、光ファイバのような光ガイドを用いて、該当するＬＥＤから構造物まで、光を導けばよい。従って、建物の模型を、実際に建設することを予定されている任意の実物のミニチュアモデルにすることができる。ＬＥＤ基板４９の上に乗せる建物の模型の構造を変更してもその構造物の配置に応じて該当するＬＥＤのみを点滅させたり、発光色を変更する。これによって自由に自然災害による影響をそのまま表現できる。従って、点灯させるＬＥＤをプログラムのパラメータを変更する程度の処理で、どのような構造の建物も同様にシミュレーションをすることが可能になる。
【００４７】
また、建物を振動させる機構についても、基礎３の部分を共通の構造にして、その上に任意の構造の建物の模型を乗せるようにすれば、基礎３や加振機４３等の構成はそのままで、どのような建物についても任意の方向に振動を加えることができる。また、上記の例では、ＸＹ平面内で建物を振動させるようにしたが、ＹＺ平面内で建物を振動させるように、既に説明したものと同様の機構の加振機を取り付けるようにしてもよい。さらに、建物の模型を振動させる場合に、実際の自然災害の状態を忠実に再現しようとしても限界がある。従って、建物の模型を振動させる場合には、簡単な加振機とタイマなどを用いた機構にして、コンピュータ制御を行わず、構成を簡単にして、コストダウンを図ることもできる。なお、コンピュータと建物の模型との間の距離が十分に短ければ、条件データは、コンピュータのキーボード２３やマウス２２を用いて全て入力できるようにし、スイッチボード２７などを設けなくても構わない。
【００４８】
図７は、本発明の装置の具体的な動作フローチャートである。
最後に、このフローチャートを用いて、本発明の装置の具体的な操作方法と動作を説明する。まず、始めに、図２に示したコンピュータのディスプレイ２０に、条件データを入力するための画面８０（図４）を表示する（ステップＳ１）。条件データは、図２に示したボタン２９を操作したり、あるいは、模型１を手で動かして入力する（ステップＳ２）。また、キーボード２３やマウス２２を用いて入力してもよい。これにより、入力画面に、例えば、指定震度が表示される（ステップＳ３）。さらに、模型１を揺することによって検出された位置センサの信号がコンピュータに入力する（ステップＳ４）。これにより、その揺れ方向が条件データ入力画面に表示される（ステップＳ５）。
【００４９】
次に、条件データ入力画面８０中のスタートボタン８６をクリックすると、ステップＳ６からステップＳ７に進む。ステップＳ７では、シミュレーション手段１３が条件データに従ったシミュレーションを実行する。その結果は、ディスプレイ２０に表示される他、シミュレーション手段１３から駆動出力データ生成手段１４に転送される。そして、ステップＳ８でＬＥＤ駆動データが生成されて、基板４９に送信される。これにより、模型１の各構造物が所定のモードで発光し、自然災害の影響を表示できる。
【００５０】
ステップＳ９からステップＳ１２は、条件選択ボタンを押して、過去の自然災害を再現する動作を示す。まず、ステップＳ９で、条件選択ボタン２９により地震の震度や風向、風速などを入力する。また、例えば、ディスプレイ２０に表示された過去の自然災害の１つを選択してもよい。条件データ受入手段１２は、この選択信号を認識し、ステップＳ１０で、自然災害再現データ１６を検索して、該当する台風や地震などのデータを読み取る。駆動出力データ生成手段１４は、ステップＳ１１で、この自然災害を再現するための加振機駆動データを生成し、加振機インタフェース４５を通じて加振機４３に送信する。また、ステップＳ１２で、風力風向計駆動データを生成し、これを風力風向計インタフェース４６を介して送信する。これにより、模型１に振動が与えられて、風力計や風向計が動作し、実際にその自然災害の状況が再現できる。
【００５１】
本発明は以上の実施例に限定されない。自然災害の影響を光学的に表現するには、建物の各部にＬＥＤを埋め込むようにしても構わない。また、建物の模型を１軒ずつ個別に振動させる例を示したが、地盤模型上に建てられた近隣の複数の建物を、地盤ごと振動させるようにして、地域全体の被害状況を見せることもできる。また、例えば、高いビルに隣接しているときは、風の方向や強さがどうなるかも解析対象に含めることができる。さらに、隣接する建物の倒壊による被害予測もすることができる。火災の場合は、類焼の危険性も解析することができる。こうした結果を利用して、例えば、住宅メーカーは、顧客が注文した構造と、メーカー側で推薦する構造との比較をすることで、高品質住宅は、保険料が安くなり、万一の場合の修理代も安くなるという説明をすることができる。さらに、例えば、その建物の土地に合わせた春夏秋冬の一年間の自然現象を、気象データをもとに記録して、これを再現できるデータを作成すると、各顧客の建物が四季を通じてどのような自然の影響をうけるかを実感させられるシミュレーションが可能になる。顧客の住宅が海岸沿いだったり、積雪が多いところだったりすると、特にシミュレーションの効果が高い。このシミュレーションの結果に基づいて、顧客の建物の最適設計をし、顧客を満足させる高品質住宅が提供できる。
【００５２】
なお、上記の演算処理装置にインストールされたコンピュータプログラムは、それぞれ独立したプログラムモジュールを組み合わせて構成してもよいし、全体を一体化したプログラムにより構成してもよい。コンピュータプログラムにより制御される処理の全部または一部を同等の機能を備えるハードウエアで構成しても構わない。また、上記のコンピュータプログラムは、既存のアプリケーションプログラムに組み込んで使用してもよい。上記のような本発明を実現するためのコンピュータプログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭのようなコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して、任意の情報処理装置にインストールして利用することができる。また、ネットワークを通じて任意のコンピュータのメモリ中にダウンロードして利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】自然災害シミュレーション装置の具体例を示すブロック図である。
【図２】自然災害シミュレーション装置の具体的な外観を示す斜視図である。
【図３】位置センサやアクチュエータの具体例を示し、（ａ）は位置センサの主要部斜視図、（ｂ）は加振機の側面図、（ｃ）は加振機の斜視図、（ｄ）は風力計と風向計の主要部側面図である。
【図４】シミュレーションの方法を説明するための説明図である。
【図５】ＬＥＤを用いた自然災害の影響を表現する機構の説明図で、（ａ）は、ＬＥＤ基板とその上に配置された建物の模型の構造物の斜視図、（ｂ）はその駆動回路のブロック図である。
【図６】（ａ）は自然災害再現データの具体例、（ｂ）はＬＥＤの点滅制御信号の具体例、（ｃ）は構造物の温度上昇表現方法の具体例、（ｄ）は被害発生確率の表現方法の具体例説明図である。
【図７】本発明の装置の具体的な動作フローチャートである。
【符号の説明】
１建物の模型
３基礎
５台
６風力計
７風向計
１１ＣＰＵ
１２条件データ受入手段
１３シミュレーション手段
１４駆動出力データ生成手段
１５記憶装置
１６自然災害再現データ
１７設計図面データ
２０ディスプレイ
４４位置センサインタフェース
４５加振機インタフェース
４６風力風向計インタフェース
４７ＬＥＤ基板インタフェース
４８条件選択ボタンインタフェース

Claims

自然災害の種類と規模を選択するための条件データを受け入れる手段と、
前記条件データにより選択された自然災害による、建物に加わる振動と建物を構成する各構造物に加わる応力を演算処理するシミュレーション手段と、
前記シミュレーション手段の演算処理の結果を受け入れて、前記建物に加わる振動を表現する駆動信号と、前記建物を構成する各構造物に加わる応力を表現する駆動信号とを生成する駆動出力データ生成手段と、
前記建物の縮小型実物模型を支持するための基礎の部分に設けられ、一定の間隔で光素子をマトリクス状に配置した基板と、
前記基礎の部分を支持する可動支持機構と、
前記駆動出力データ生成手段の生成した前記建物に加わる振動を表現する駆動信号を受け入れて、前記基礎の部分と前記建物の縮小型実物模型とを振動させる加振機と、
前記駆動出力データ生成手段の生成した前記建物を構成する各構造物に加わる応力を表現する駆動信号を受け入れて、応力の加わった構造物とそれ以外の構造物を肉眼で区別できるように、前記各光素子を、個別に点滅させもしくは別々の色で発光させるスイッチとを備えたことを特徴とする自然災害シミュレーション装置。
請求項１に記載の自然災害シミュレーション装置において、
前記建物の縮小型実物模型は、透明な構造物を使用して構成されたことを特徴とする自然災害シミュレーション装置。
請求項２に記載の自然災害シミュレーション装置において、
前記スイッチは、透明樹脂からなる構造物の直下の光素子を駆動し当該構造物を発光させて、構造物に加わる応力を表現することを特徴とする自然災害シミュレーション装置。
請求項１または２に記載の自然災害シミュレーション装置において、
該当する光素子から構造物まで光素子の光を導く光ガイドを備えたことを特徴とする自然災害シミュレーション装置。
請求項１乃至４のいずれかに記載の自然災害シミュレーション装置において、
前記駆動出力データ生成手段は、前記建物の各構造物の耐力に対するその構造物に加わった応力の割合から危険率を求め、その危険率に対応するＬＥＤの単位時間あたりの点滅回数を求めて、前記建物を構成する各構造物に加わる応力をそれぞれ異なる点滅回数で表現する駆動信号を生成することを特徴とする自然災害シミュレーション装置。
請求項１乃至４のいずれかに記載の自然災害シミュレーション装置において、
前記駆動出力データ生成手段は、被害が発生する危険率が高い部分と低い部分とを、それぞれ異なる発光色で区別するように、前記建物を構成する各構造物に加わる応力を表現する駆動信号を生成することを特徴とする自然災害シミュレーション装置。
請求項１乃至６のいずれかに記載の自然災害シミュレーション装置において、
前記基板上に複数の建物の縮小型実物模型を配置したことを特徴とする自然災害シミュレーション装置。