JP5758333B2

JP5758333B2 - 風環境対策検討方法

Info

Publication number: JP5758333B2
Application number: JP2012051513A
Authority: JP
Inventors: 寺崎　浩; 浩寺崎
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2032-03-08
Also published as: JP2013186714A

Description

本発明は、風環境対策検討方法に関する。

従来より、ビル風対策として、建物周辺に防風植栽や防風庇などの遮蔽物を配置することが行われている。ここで、ビル風とは、建物の周囲の狭い範囲に発生する、吹き降ろし、谷間風、街路風などの強風を意味する。

防風植栽や防風庇の配置は、例えば、以下の手順で決定される。
第１の方法は、数値解析を行う手法である（特許文献１参照）。すなわち、経験に基づいて建物周辺に防風植栽や防風庇などを配置し、このビル風対策の配置パターンを解析モデル化する。そして、この解析モデルを数値解析して、風環境を評価する。

第２の方法は、建物近辺およびビル風対策の縮小模型を製作し、この縮小模型を用いて風洞実験を行う手法である。すなわち、経験に基づいて建物周辺に防風植栽や防風庇などを配置し、このビル風対策の配置パターンを縮小模型にモデル化する。そして、風洞実験結果に基づいて、風環境を評価する。

特開２００３−２０３１９４号公報

しかしながら、第１の方法では、ビル風対策の配置パターン毎に解析モデル化して数値解析を行うため、計算時間が膨大となる、という問題があった。
第２の方法では、縮小模型の製作や風環境の測定などに手間と費用がかかっていた。さらに、各ビル風対策の有効性を比較するため、多くの実験ケースが必要であった。
したがって、上述の手法では、より有効なビル風対策案を求めるために設計者の経験に頼る必要があり、有効なビル風対策案を迅速に決定することは難しく、多くの時間と多額の費用がかかっていた。

本発明は、有効なビル風対策を迅速に決定できる風環境対策検討方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の風環境対策検討方法（例えば、後述の風環境対策検討方法１）は、建物（例えば、後述の計画建物１１）の周囲の空間をモデル化して、当該建物の周囲に風環境の改善対象となる改善対象点（例えば、後述の改善対象点１３）を設けるとともに、前記建物の周囲に平面マップ（例えば、後述の平面マップ２０、２０Ａ〜２０Ｃ）を生成し、当該平面マップ上に複数の単位エリア（例えば、後述の単位エリア１６、２１）からなりかつ遮蔽物を配置可能な風対策検討エリアを設ける初期手順（例えば、後述のステップＳ１〜Ｓ６）と、前記建物に所定の風向から風が吹いた場合における前記改善対象点に至る風の経路を逆流線（例えば、後述の逆流線１４）として求めて、前記風対策検討エリアのうち前記逆流線が前記遮蔽物の高さを通過する範囲（例えば、後述の影響範囲１５）を抽出し、当該抽出した範囲の単位エリアのそれぞれについて、前記改善対象点における前記所定の風向の風の影響の大きさを示す指標である影響値を付与する影響値付与手順（例えば、後述のステップＳ９）と、当該影響値付与手順を全ての風向かつ全ての改善対象点について繰り返し実行し、前記風対策検討エリアの各単位エリアについて、前記付与した影響値を累積加算して影響累積値を求める繰り返し手順（例えば、後述のステップＳ７、Ｓ８、Ｓ１０）と、前記平面マップの前記風対策検討エリアの各単位エリアに前記影響累積値の大きさを表示する表示手順（例えば、後述のステップＳ１１〜Ｓ１３）と、を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の風環境対策検討方法は、前記遮蔽物は、樹木（例えば、後述の樹木１２）であり、前記遮蔽物の高さは、当該樹木の高さであることを特徴とする。

請求項３に記載の風環境対策検討方法は、前記遮蔽物は、庇（例えば、後述の庇１７）であり、前記遮蔽物の高さは、当該庇の高さであることを特徴とする。

この発明によれば、まず、改善対象点に至る逆流線を求める。そして、風対策検討エリアのうち逆流線が遮蔽物の高さを通過する範囲を抽出し、この抽出した範囲の単位エリアのそれぞれについて、改善対象点における影響値を付与して、影響累積値を求める。

風対策検討エリアにおいて、特定の単位エリア上の遮蔽物の高さを通過した風は、逆流線に沿って流れて改善対象点に到達する。よって、この特定の単位エリア上に遮蔽物を配置することにより、改善対象点における風環境を改善できることになる。そこで、改善対象点における影響値をこの特定の単位エリアに付与することで、各単位エリア上の遮蔽物の有効性を数値化する。ユーザは影響累積値の高い単位エリアを探し出し、この単位エリア上に遮蔽物を配置すればよいので、局所的に生じる強風を低減させるために有効なビル風対策を、短時間かつ低コストで決定できる。

請求項４に記載の風環境対策検討方法は、前記影響値は、前記改善対象点において風速が所定値となる割合である累積頻度であることを特徴とする。

この発明によれば、影響値として改善対象点における累積頻度を用いた。累積頻度は、風環境評価に用いる風速が所定値となる割合であり、風環境の悪さを示す指標であるから、累積頻度を用いることで、改善対象点での風の影響の大きさを適切に数値化できる。

本発明によれば、改善対象点における影響値が単位エリア毎に算定され、各単位エリア上の遮蔽物の有効性を数値化できるから、影響累積値の高い単位エリアに遮蔽物を配置すればよく、局所的に生じる強風を低減させるためのビル風対策を短時間かつ低コストで決定できる。

本発明の第１実施形態に係る風環境対策検討方法のフローチャートである。前記実施形態に係る風環境対策検討方法に用いられる評価用メッシュの模式的な平面図である。前記実施形態に係る風環境対策検討方法に用いられる樹木の一例を示す模式的な側面図である。前記実施形態に係る風環境対策検討方法に用いられる平面マップに影響累積値を表示した一例を示す模式的な平面図である。前記実施形態に係る風環境対策検討方法に用いられる総合マップを示す模式的な平面図である。前記実施形態に係る風環境対策検討方法の改善対象点抽出手順のフローチャートである。前記実施形態に係る風環境対策検討方法のある格子点の１６風向の累積頻度の一例を示す図である。前記実施形態に係る風環境対策検討方法に用いられる風環境評価指標の一例を示す図である。前記実施形態に係る風環境対策検討方法の影響値付与手順のフローチャートである。前記実施形態に係る風環境対策検討方法の逆流線の一例を示す模式的な平面図である。前記実施形態に係る風環境対策検討方法の逆流線の一例を示す模式的な側面図である。本発明の第２実施形態に係る風環境対策検討方法のフローチャートの一部である。前記実施形態に係る風環境対策検討方法に用いられる庇の一例を示す模式的な側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る風環境対策検討方法１のフローチャートである。
風環境対策検討方法１は、計画建物の風対策として樹木の配置を決定するためのものである。
ステップＳ１では、計画建物の周囲の風環境を、三次元流体解析（以下、ＣＦＤ解析：Computational
Fluid Dynamics）により求める。
具体的には、計画建物の周囲にＣＦＤメッシュを生成する。このＣＦＤメッシュは、六面体や立方体などの構造格子、四面体、三角柱などの非構造格子で形成されたメッシュである。このＣＦＤ解析により、このＣＦＤメッシュの各格子点の風速値を求める。

ステップＳ２では、計画建物の周囲の空間をモデル化して立体的な検討メッシュを生成する。
図２は、評価用メッシュ１０の模式的な平面図である。
この検討メッシュ１０は、計画建物１１の周囲に形成されている。この検討メッシュ１０は、上述のＣＦＤメッシュとは異なる格子状であり、地表面から所定高さ（例えば１．５ｍ）で平面状に拡がっている。

ステップＳ３では、ＣＦＤ解析で求めた風環境に基づいて、改善対象点抽出手順を実行し、検討メッシュの格子点の中から改善対象点のグループを抽出する。この改善対象点抽出手順については、後に詳述する。
本実施形態では、村上氏による風環境評価手法を用いて改善対象点を抽出するものとし、改善対象点のグループを３種類抽出する。
具体的には、検討メッシュの全格子点のうち、日最大瞬間風速１０ｍ／ｓを超える確率が所定値以上となる格子点のグループを、第１グループとする。
同様に、日最大瞬間風速１５ｍ／ｓ、２０ｍ／ｓを超える確率が所定値以上となる格子点のグループを、第２、第３グループとする。

ステップＳ４では、検討メッシュを平面視して、計画建物の周囲の空間をモデル化した平面マップを生成する。この平面マップの枚数は、格子点のグループ数と同一とする。よって、本実施形態では、平面マップを３枚生成する。

ステップＳ５では、ユーザにより、平面マップの中から樹木を配置可能なエリアである風対策検討エリアを選択する。この風対策検討エリアは、複数の矩形状の単位エリアで構成される。

ステップＳ６では、樹木の高さデータを入力する。具体的には、例えば図３に示すように、樹木１２の高さＴＨを入力する。これにより、樹木１２で遮蔽物となる部分は、高さＴＨ以下の部分となる。
よって、遮蔽物としての樹木により遮蔽可能な空間を遮蔽可能空間とすると、平面マップのうち樹木による遮蔽可能空間は、風対策検討エリア内でかつ高さＴＨ以下の部分となる。

ステップＳ７では、初期設定として、第１グループの改善対象点を設定する。
ステップＳ８では、初期設定として、設定されたグループの中から改善対象点を１つ設定するとともに、１６風向の中から風向を１つ設定する。
ステップＳ９では、設定された改善対象点および風向について、影響値付与手順を実行して影響値を算定し、風対策検討エリア内の各単位エリアに累積加算して、影響累積値を求める。この影響値付与手順については、後に詳述する。

ステップＳ１０では、設定されたグループに含まれる全ての改善対象点について、かつ、１６風向の全てについて、影響値の算定が完了したか否かを判定する。この判定がＮｏである場合、改善対象点あるいは風向を変更して、ステップＳ９に戻り、Ｙｅｓである場合、ステップＳ１１に移る。

ステップＳ１１では、設定されたグループに含まれる全ての改善対象点について影響累積値を算定したので、平面マップ２０上の風対策検討エリア上に影響累積値の大きさを色の濃さで表現する。
例えば、図４に示すように、平面マップ２０上の風対策検討エリアを構成する単位エリア２１に影響累積値の大きさを色の濃さで表現する。

ステップＳ１２では、全てのグループについて平面マップの生成が完了したか否かを判定する。この判定がＮｏである場合、グループを変更して、ステップＳ８に戻り、Ｙｅｓである場合、ステップＳ１３に移る。

ステップＳ１３では、３種類の平面のマップを生成したので、例えば図５に示すように、これらの３種類のマップ２０Ａ〜２０Ｃを合成して、総合マップ３０を生成する。

ステップＳ１４では、総合マップ３０を見ながら、風対策検討エリアの色の濃い単位エリアに樹木を配置する。

次に、ステップＳ３の改善対象点抽出手順について、図６のフローチャートを参照しながら詳述する。
ステップＳ３１では、ＣＦＤ解析により求めた風環境に基づいて、検討メッシュの格子点の超過確率を算定する。
具体的には、検討メッシュの各格子点について、ＣＦＤ解析の解析結果と風向頻度やワイブルパラメータなどの気象統計値を用いて、風環境評価に用いる風速が所定値以下の累積頻度を、建物の１６風向のそれぞれについて算定する。
具体的には、日最大瞬間風速が１０ｍ／ｓ、１５ｍ／ｓ、２０ｍ／ｓ以下となる累積頻度を用いる。例えば、日最大瞬間風速１０ｍ／ｓ以下の累積頻度とは、単位期間のうちで所定の風向の日最大瞬間風速が１０ｍ／ｓ以下となる日の割合を意味する。
図７は、ある格子点の１６風向の累積頻度を示す図である。

次に、検討メッシュの各格子点の３種類の日最大瞬間風速について、１６風向の累積頻度の総和を求める。累積頻度の総和が高いほど、風環境が良いといえる。この累積頻度の総和は、１つの格子点につき３つ求められることになる。

次に、この累積頻度の総和を１から減算して超過確率とする。例えば日最大瞬間風速が１０ｍ／ｓの超過確率とは、日最大瞬間風速が１０ｍ／ｓを超える割合であり、この超過確率が低いほど風環境が良いといえる。この超過確率も、１つの格子点につき３つ求められることになる。
図７では、累積頻度の総和は、０．６７７４７、０．９８５３６、０．９９９９３であり、超過確率は、０．３２２５３、０．０１４６４、０．００００７となっている。

ステップＳ３２では、検討メッシュの格子点の各超過確率に基づいて格子点の風環境をランク付けする。
まず、風環境評価指標を用意する。この風環境評価指標とは、各日最大瞬間風速毎に超過確率に基づいて風環境をランク付けしたものであり、超過確率が低いほど、ランクが低くなり、風環境が良いと評価される。

図８は、風環境評価指標の一例を示す図である。この風環境評価指標に従って、検討メッシュの各格子点の日最大瞬間風速毎にランク付けを行う。つまり、１つの格子点につき、３つのランクが付けられることになる。
なお、これに限らず、各格子点の３種類のランクのうち最も厳しく判定されたランクを、その格子点のランクとして用いてもよい。

ステップＳ３３では、風環境のランクに基づいて、検討メッシュの格子点の中から風環境の改善の対象となる改善対象点を抽出する。
例えば、ランク３以上の格子点を改善対象点として抽出する。
ここで、日最大瞬間風速１０ｍ／ｓ、１５ｍ／ｓ、２０ｍ／ｓのそれぞれのランクに基づいて抽出された格子点の一群を、第１〜第３のグループとする。

次に、ステップＳ９の影響値付与手順について、図９のフローチャートを参照しながら詳述する。
ステップＳ９１では、ＣＦＤ解析の結果に基づいて、設定した所定風向から風が吹いた場合における、設定した改善対象点の逆流線を算定する。逆流線とは、その改善対象点に至るまでの風の経路である。図１０および図１１は、改善対象点１３に至る逆流線１４の一例を示す模式的な平面図および側面図である。

ステップＳ９２では、設定した風対策検討エリアを構成する単位エリアのうち、逆流線が遮蔽物の高さ位置を通過するものを影響範囲として求める。
図１０および図１１は、樹木１２の高さを通過する逆流線１４を示す。この逆流線１４は、影響範囲１５の高さＴＨまでの部分を通過する。影響範囲１５は、図１０中斜線で示す部分であり、複数の単位エリア１６で構成されている。
影響範囲上の樹木の高さを通過した風は、逆流線に沿って流れて改善対象点に到達するので、影響範囲上に樹木を配置することにより、改善対象点における風環境を改善できる。

ステップＳ９３では、影響範囲を構成する単位エリアのそれぞれについて、改善対象点における影響値を付与する。影響値とは、改善対象点における所定の風向の風の影響の大きさを示す指標であり、累積頻度を用いる。
各単位エリアに既に影響値が付与されている場合には、今回付与された影響値を累積加算し、この影響値を累積加算した値を影響累積値とする。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）改善対象点１３に至る逆流線１４を求めて、風対策検討エリアのうち逆流線１４が遮蔽物の高さを通過する影響範囲１５を抽出し、この抽出した影響範囲１５の単位エリア１６のそれぞれについて、改善対象点１３における影響値を付与して、影響累積値を求める。
改善対象点１３における影響値を影響範囲１５の単位エリア１６に付与することで、影響範囲１５上の樹木１２の有効性を数値化する。ユーザは影響累積値の高い単位エリア１６を探し出し、この単位エリア１６上に遮蔽物である樹木１２を配置すればよいので、局所的に生じる強風を低減させるために有効なビル風対策を、短時間かつ低コストで決定できる。

（２）影響値として改善対象点１３における累積頻度を用いた。累積頻度は、風環境評価に用いる風速が所定値となる割合であり、風環境の悪さを示す指標であるから、累積頻度を用いることで、改善対象点１３での風の影響の大きさを適切に数値化できる。

〔第２実施形態〕
図１２は、本発明の第２実施形態に係る風環境対策検討方法１Ａのフローチャートの一部である。
風環境対策検討方法１Ａは、計画建物の風対策として庇の配置を決定するためのものである。
本実施形態では、ステップＳ５Ａ、Ｓ６Ａの構成が第１実施形態と異なり、他のステップＳ１〜Ｓ４、Ｓ７〜Ｓ１４は第１実施形態と同様である。

ステップＳ５Ａでは、ユーザにより、平面マップの中から庇を配置可能なエリアである風対策検討エリアを選択する。

ステップＳ６Ａでは、庇の高さデータを入力する。具体的には、図１３に示すように、庇１７の高さＺＨを入力する。また、この図１３に、改善対象点１３に至る逆流線１４を示す。これにより、平面マップのうち庇による遮蔽可能空間は、風対策検討エリア内でかつ高さＺＨの部分となる。

本実施形態によれば、上述の（１）、（２）と同様の効果がある。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本実施形態のステップＳ３、Ｓ４では、村上氏による風環境評価方法を採用したが、これに限らず、風工学研究所による風環境評価方法を採用してもよい。

具体的には、ステップＳ３では、各格子点について、累積頻度５５％の風速と累積頻度９５％の風速との２つを求める。ここで、例えば累積頻度９５％の風が４．６ｍ／ｓということは、４．６ｍ／ｓ以下の風が全体の９５％で、残りの５％が４．６ｍ／ｓを超える風であることを意味している。

次に、累積頻度５５％の風速および累積頻度９５％の風速に基づいて、格子点の風環境をランク付けし、累積頻度５５％の風速のランクに基づいて抽出した格子点の一群を第１グループとし、累積頻度９５％の風速のランクに基づいて抽出した格子点の一群を第２グループとする。
また、ステップＳ４では、格子点のグループ数に応じて、平面マップを２枚生成する。

１…風環境対策検討方法
１０…検討メッシュ
１１…計画建物
１２…樹木
１３…改善対象点
１４…逆流線
１５…影響範囲
１６、２１…単位エリア
１７…庇
２０…平面マップ
２０Ａ〜２０Ｃ…マップ
３０…総合マップ

Claims

建物の周囲の空間をモデル化して、当該建物の周囲に風環境の改善対象となる改善対象点を設けるとともに、前記建物の周囲に平面マップを生成し、当該平面マップ上に複数の単位エリアからなりかつ遮蔽物を配置可能な風対策検討エリアを設ける初期手順と、
前記建物に所定の風向から風が吹いた場合における前記改善対象点に至る風の経路を逆流線として求めて、前記風対策検討エリアのうち前記逆流線が前記遮蔽物の高さを通過する範囲を抽出し、当該抽出した範囲の単位エリアのそれぞれについて、前記改善対象点における前記所定の風向の風の影響の大きさを示す指標である影響値を付与する影響値付与手順と、
当該影響値付与手順を全ての風向かつ全ての改善対象点について繰り返し実行し、前記風対策検討エリアの各単位エリアについて、前記付与した影響値を累積加算して影響累積値を求める繰り返し手順と、
前記平面マップの前記風対策検討エリアの各単位エリアに前記影響累積値の大きさを表示する表示手順と、を備えることを特徴とする風環境対策検討方法。
前記遮蔽物は、樹木であり、
前記遮蔽物の高さは、当該樹木の高さであることを特徴とする請求項１に記載の風環境対策検討方法。
前記遮蔽物は、庇であり、
前記遮蔽物の高さは、当該庇の高さであることを特徴とする請求項１に記載の風環境対策検討方法。
前記影響値は、前記改善対象点において風速が所定値となる割合である累積頻度であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の風環境対策検討方法。