JP7477086B2 - 設計支援装置 - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 平成３１年４月２０日 第６５回構造工学シンポジウムにて公開

特許法第３０条第２項適用 令和１年７月１日 ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＮＯ．１５１ ２０１９．７にて公開

特許法第３０条第２項適用 令和１年７月１日 日経アーキテクチュア ＮＯ．１１４６ ２０１９ ６－２７にて公開

特許法第３０条第２項適用 令和１年１０月１０日 日経ＸＴＥＣＨ ＥＸＰＯ ２０１９にて公開

特許法第３０条第２項適用 令和１年１２月１３日 日本建築学会 第４２回 情報・システム・利用・技術シンポジウムにて公開

特許法第３０条第２項適用 令和２年１月１７日 ＪＳＣＡ３０周年記念シンポジウムにて公開

特許法第３０条第２項適用 令和２年１月２２日 ＪＳＣＡ広島新春技術発表会にて公開

本発明は、設計支援装置に関する。

従来、鉄骨構造物の基本事項データを入力する工程と、前記基本事項データと予め設定された所定の部材配置ルールとに基づいて鉄骨構造物の構造部材データを生成する工程とを備えたことを特徴とする鉄骨構造物の設計支援システムが知られている（例えば、特許文献１）。

特開2004-245040号公報

上記特許文献１に記載の技術では、入力画面における基本事項データの入力完了後に、鉄骨構造物の構造部材データを生成して生成結果を表示する。しかし、上記特許文献１には、入力値を連続的に変化させながらリアルタイムで結果を表示することについては記載されていない。

本発明は上記事実を考慮して、利便性の高いインタフェースで、効率的な建物の構造設計を支援することができることを目的とする。

本発明に係る設計支援装置は、入力された設計対象の建物のボリュームまたは平面形状に対して複数の構造部材を取得する構造部材取得部と、設計条件に関する値を、連続的に変更させる変更指示を受け付け可能な状態で表示する設計条件表示部と、前記変更指示を受け付けると、前記取得された複数の構造部材の各々について、前記受け付けた変更指示が表す前記設計条件に関する値と、前記構造部材の位置情報とに基づいて、前記構造部材の断面構造を計算する断面構造計算部と、前記断面構造計算部による計算結果を表示する断面構造表示部と、を含んで構成されている。

本発明に係る設計支援装置によれば、構造部材取得部によって、入力された設計対象の建物のボリュームまたは平面形状に対して複数の構造部材を取得する。設計条件表示部によって、設計条件に関する値を、連続的に変更させる変更指示を受け付け可能な状態で表示する。断面構造計算部によって、前記変更指示を受け付けると、前記取得された複数の構造部材の各々について、前記受け付けた変更指示が表す前記設計条件に関する値と、前記構造部材の位置情報とに基づいて、前記構造部材の断面構造を計算する。断面構造表示部によって、前記断面構造計算部による計算結果を表示する。

このように、設計条件に関する値を、連続的に変更させる変更指示を受け付けると、前記取得された複数の構造部材の各々について、前記受け付けた変更指示が表す前記設計条件に関する値と、前記構造部材の位置情報とに基づいて、前記構造部材の断面構造を計算し、計算結果を表示することにより、利便性の高いインタフェースで、効率的な建物の構造設計を支援することができる。

本発明に係る設計支援装置は、前記断面構造計算部は、前記取得された複数の構造部材の各々について、前記受け付けた変更指示が表す前記設計条件に関する値と、前記構造部材の位置情報とに基づいて、前記設計条件に関する値と、前記構造部材の位置情報とを入力とし、前記構造部材の断面構造を計算する予め学習された学習済みモデルを用いて、前記構造部材の断面構造を計算することができる。これにより、学習済みモデルを用いて、前記構造部材の断面構造を精度よく計算することができる。

本発明に係る設計支援装置は、前記構造部材取得部は、前記複数の構造部材からなる構造部材生成案を複数取得し、前記断面構造計算部は、前記構造部材生成案毎に、前記構造部材生成案の複数の構造部材の各々について前記断面構造を計算し、前記断面構造表示部は、前記構造部材生成案毎の計算結果を、比較可能に表示すると共に、前記構造部材生成案の何れを選択するかを受け付けることができる。これにより、より効率的な建物の構造設計を支援することができる。

本発明に係る設計支援装置は、前記取得された複数の構造部材を、前記建物のボリュームまたは平面形状に重畳させて表示する構造部材表示部を更に含み、前記構造部材取得部は、入力された設計対象の建物のボリュームまたは平面形状に対して、前記受け付けた変更指示が表す前記設計条件に関する値に基づいて、複数の構造部材を生成することができる。これにより、複数の構造部材を自動的に生成できるため、より効率的な建物の構造設計を支援することができる。

本発明に係る設計支援装置は、前記取得された複数の構造部材を、前記建物のボリュームに重畳させて表示すると共に、前記取得された複数の構造部材を、前記構造部材の追加、削除、又は移動する構造部材変更指示を受け付け可能な状態で表示する構造部材表示部を更に含み、前記断面構造表示部は、前記構造部材変更指示を受け付けると、前記構造部材変更指示に応じた変更後の複数の構造部材の各々について、前記受け付けた変更指示が表す前記設計条件に関する値と、前記構造部材の位置情報とに基づいて、前記構造部材の断面構造を計算することができる。これにより、構造部材を変更できるため、より効率的な建物の構造設計を支援することができる。

以上説明したように、本発明の設計支援装置によれば、設計条件に関する値を、連続的に変更させる変更指示を受け付けると、前記取得された複数の構造部材の各々について、前記受け付けた変更指示が表す前記設計条件に関する値と、前記構造部材の位置情報とに基づいて、前記構造部材の断面構造を計算し、計算結果を表示することにより、利便性の高いインタフェースで、効率的な建物の構造設計を支援することができる、という効果が得られる。

本発明の実施の形態に係る学習装置及び設計支援装置を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る学習装置を示す機能ブロック図である。 フレームの部材情報及び断面情報を説明するための図である。 学習済みモデルの例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る設計支援装置を示す機能ブロック図である。 設計条件に関する値の変更指示を受け付ける画面の例を示す図である。 フレーム構成案を比較可能に表示する画面の例を示す図である。 フレーム構成案における断面構造の計算結果を表示する画面の例を示す図である。 フレームの追加、削除、及び移動の指示を受け付ける画面の例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る設計支援装置の設計支援処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

［本発明の実施の形態］
＜本発明の形態の学習装置の構成＞
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る学習装置１００は、ＣＰＵ１２、グラフィックカード１３、ＧＰＵ１４、ＲＡＭ１６、ＨＤＤ１８、通信インタフェース２１、及びこれらを相互に接続するためのバス２３を備えている。

ＣＰＵ１２、ＧＰＵ１４は、各種プログラムを実行する。ＲＡＭ１６は、ＣＰＵ１２による各種プログラムの実行時におけるワークエリア等として用いられる。記録媒体としてのＨＤＤ１８には、後述する学習処理ルーチンを実行するためのプログラムを含む各種プログラムや各種データが記憶されている。

本実施の形態における学習装置１００を、学習処理ルーチンを実行するためのプログラムに沿って、機能ブロックで表すと、図２に示すようになる。学習装置１００は、入力部１０、演算部２０、及び出力部５０を備えている。

入力部１０は、建物の実績情報からフレームの各々について得られる、設計条件に関する値と、フレームの位置情報と、フレームの断面構造との組み合わせを含む学習用データを入力として受け付ける。

具体的には、建物の実績情報から、フレーム毎に、部材情報（図３の長さＬ、角度θ、建物内の位置（高さ方向の位置、平面上の位置）、階高、部材密度（スパン）、負担面積、荷重条件、所属するフレームのせん断力負担率、等）と、断面構造を表す断面情報（図３の部材幅Ｄ、部材成Ｂ、部材厚ｔ、材料強度、部材重量、部材性能、等）とを求め、フレーム毎に、部材情報と断面情報との組み合わせを含む学習用データを受け付ける。

演算部２０は、学習部２２を備えている。

学習部２２は、入力部１０により受け付けた複数の学習用データに基づいて、学習済みモデルを得る。

具体的には、学習済みモデルは、部材情報（長さ、角度、建物内の位置（高さ方向の位置、平面上の位置）、階高、部材密度（スパン）、負担面積、荷重条件、所属するフレームのせん断力負担率、等）を入力データとし、断面情報（部材幅、部材成、部材厚、材料強度、部材重量、部材性能、等）を出力データとする（図４参照）。例えば、図４に示されるように、モデルの一例としてニューラルネットワークを用いることができ、学習アルゴリズムの一例としてディープラーニングを用いることができ、学習用データの部材情報を入力したときに、当該学習データの断面情報が出力されるように、学習済みモデルが学習される。

＜本発明の形態の設計支援装置の構成＞
上記図１に示すように、本発明の実施の形態に係る設計支援装置２００は、学習装置１００と同様に、ＣＰＵ１２、グラフィックカード１３、ＧＰＵ１４、ＲＡＭ１６、ＨＤＤ１８、通信インタフェース２１、及びこれらを相互に接続するためのバス２３を備えている。

ＣＰＵ１２、ＧＰＵ１４は、各種プログラムを実行する。ＲＡＭ１６は、ＣＰＵ１２による各種プログラムの実行時におけるワークエリア等として用いられる。記録媒体としてのＨＤＤ１８には、後述する設計支援処理ルーチンを実行するためのプログラムを含む各種プログラムや各種データが記憶されている。

本実施の形態における設計支援装置２００を、設計支援処理ルーチンを実行するためのプログラムに沿って、機能ブロックで表すと、図５に示すようになる。設計支援装置２００は、入力部１１０、演算部１２０、及び出力部１５０を備えている。

入力部１１０は、設計対象の建物のボリュームまたは平面形状を入力として受け付ける。また、入力部１１０は、設計条件に関する値を入力として受け付ける。例えば、設計条件に関する値として、階数、部材密度（スパン）、負担面積、荷重条件、フレームのせん断力負担率、等を受け付ける。

演算部１２０は、構造部材生成部１２２、構造部材表示部１２４、設計条件表示部１２６、断面構造計算部１２８、モデル記憶部１３０、及び断面構造表示部１３２を備えている。

設計条件表示部１２６は、設計条件に関する値の、連続的な変更指示を受け付け可能な状態で出力部１５０により表示する。例えば、図６に示すような画面において、Ｘ方向の代表スパン、Ｙ方向の代表スパン、階数、荷重レベル、耐震要素数、耐震要素のせん断力負担率、等を、スライドバーで表示する。

構造部材生成部１２２は、入力された設計対象の建物のボリュームまたは平面形状に対して、設計条件表示部１２６で受け付けた設計条件に関する値に基づいて、複数のフレームを生成し、構造部材表示部１２４により、上記図６に示すように、生成したフレームを、建物のボリュームに重畳させて表示する。例えば、建物のボリュームまたは平面形状に対して、設計条件に関する値に基づいて複数のフレームを生成するための予め学習されたモデルを用いて、複数のフレームを生成する。なお、設計対象の建物の構造種別（例えば、ＳＲＣ）、フレーム生成案数（例えば、１２）、使用するモデル（例えば、ジェネレータＡ）、モデルパラメータ（例えば、１２３）が、予め設定されているものとする。

本実施の形態では、複数のフレーム生成案を生成するため、図７に示すような画面において、フレーム生成案毎に、生成したフレームを、建物のボリュームに重畳させて表示する。

断面構造計算部１２８は、フレーム生成案毎に、当該フレーム生成案に含まれるフレームの各々について、受け付けた設計条件に関する値と、フレームの位置情報とに基づいて、モデル記憶部１３０に記憶されている学習済みモデルを用いて、フレームの断面構造を計算し、断面構造表示部１３２により、計算結果を表示する。

例えば、フレーム毎に、設計条件に関する値及びフレームの位置情報を含む部材情報（長さ、角度、建物内の位置（高さ方向の位置、平面上の位置）、階高、部材密度（スパン）、負担面積、荷重条件、所属するフレームのせん断力負担率、等）を学習済みモデルに入力して、断面情報（部材幅、部材成、部材厚、材料強度、部材重量、部材性能、等）を求める。

そして、図８に示すような画面において、計算結果として、計算された断面構造を反映したフレームを、建物のボリュームに重畳させて視覚的に表示したり、断面情報ごとに色分けして表示したり、計算されたフレームの断面構造を用いた、数量、重さ、コストの計算結果を表示したりする。また、上記図７に示すように、複数のフレーム生成案を、比較可能に表示し、何れのフレーム生成案を選択するかを受け付ける。

また、断面構造計算部１２８は、設計条件表示部１２６で設計条件に関する値の変更指示を受け付けると、変更後の値を取得し、変更後の設計条件に関する値と、フレームの位置情報とに基づいて、フレームの断面構造を再計算し、断面構造表示部１３２により、リアルタイムで計算結果を表示する。

例えば、上記図６に示すように、Ｘ方向の代表スパン、Ｙ方向の代表スパン、階数、荷重レベル、耐震要素数、又は耐震要素のせん断力負担率の変更指示を、スライドバーで受け付けると、変更後の値を用いた部材情報を学習済みモデルに入力して、断面情報を求め、計算された断面構造を反映したフレームを、建物のボリュームに重畳させて視覚的に表示したり、計算されたフレームの断面構造を用いた、数量、重さ、コストの計算結果を表示したりする。

更に、構造部材表示部１２４が、図９に示すような入力画面上で、フレームを追加・削除・移動する変更指示も受け付け可能に構成されてもよい。この場合、当該変更指示を受け付けると、断面構造計算部１２８は、変更後のフレームの位置情報を取得し、設計条件に関する値と、変更後のフレームの位置情報とに基づいて、フレームの断面構造を再計算し、断面構造表示部１３２により、リアルタイムで計算結果を表示する。

モデル記憶部１３０には、学習装置１００によって構造部材の種類毎に学習された学習済みモデルが記憶されている。

＜学習装置の動作＞
次に、本発明の実施の形態に係る学習装置１００の動作について説明する。

入力部１０によって、建物の実績情報からフレームの各々について得られる、設計条件に関する値と、フレームの位置情報と、フレームの断面構造との組み合わせを含む学習用データを入力として受け付ける。そして、学習部２２は、入力部１０により受け付けた複数の学習用データに基づいて、学習済みモデルを得る。

＜設計支援装置の動作＞
次に、本発明の実施の形態に係る設計支援装置２００の動作について説明する。

まず、学習装置１００によって学習された学習済みモデルに関するデータが、モデル記憶部１３０に格納される。

そして、入力部１１０によって、設計対象の建物のボリュームまたは平面形状を入力として受け付けると共に、設計条件に関する値を受け付けると、設計支援装置２００によって、図１０に示す設計支援処理ルーチンが実行される。

まず、ステップＳ１００において、構造部材生成部１２２は、入力された設計対象の建物のボリュームまたは平面形状を取得する。ステップＳ１０２において、構造部材生成部１２２は、設計対象の建物のボリュームまたは平面形状に対して、受け付けた設計条件に関する値に基づいて、複数のフレームを生成する。このとき、複数のフレーム生成案を生成する。

ステップＳ１０４では、構造部材表示部１２４により、上記図７に示すように、フレーム生成案毎に、生成したフレームを、建物のボリュームに重畳させて表示する。このとき、何れか一つのフレーム生成案の選択を受け付ける。

ステップＳ１０６では、設計条件表示部１２６は、設計条件に関する値の、連続的な変更指示を受け付け可能な状態で出力部１５０により表示し、設計条件に関する値の変更指示を受け付けたか否かを判定する。変更条件を受け付けると、ステップＳ１０８へ進む。

ステップＳ１０８では、断面構造計算部１２８は、選択中のフレーム生成案に含まれるフレームの各々について、設計条件に関する変更後の値を取得し、変更後の設計条件に関する値と、フレームの位置情報とに基づいて、学習装置１０により学習した学習済みモデルを用いて、フレームの断面構造を計算する。なお、フレーム生成案毎に、当該フレーム生成案に含まれるフレームの各々について、設計条件に関する変更後の値を取得し、変更後の設計条件に関する値と、フレームの位置情報とに基づいて、学習装置１０により学習した学習済みモデルを用いて、フレームの断面構造を計算するようにしてもよい。

ステップＳ１１０では、構造部材表示部１２４により、選択中のフレーム生成案について、計算結果を反映したフレームを、建物のボリュームまたは平面形状に重畳させて表示すると共に、断面構造表示部１３２により、計算結果を表示する。

ステップＳ１１２では、断面構造を再計算するか否かを判定する。例えば、入力部１１０により、断面構造を再計算する指示を受け付けると、上記ステップＳ１０６へ戻る。一方、入力部１１０により、断面構造の計算を終了する指示を受け付けると、ステップＳ１１４へ進む。

ステップＳ１１４では、構造部材表示部１２４により、フレーム生成案毎に、断面構造の計算結果を反映したフレームを、建物のボリュームまたは平面形状に重畳させて表示し、何れか一つのフレーム生成案の選択を受け付けたか否かを判定する。何れか一つのフレーム生成案の選択を受け付けると、ステップＳ１１６へ進む。

ステップＳ１１６では、構造部材表示部１２４により、最終的に選択されたフレーム生成案について、計算結果を反映したフレームを、建物のボリュームまたは平面形状に重畳させて表示すると共に、断面構造表示部１３２により、計算結果を表示し、設計支援処理ルーチンを終了する。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る設計支援装置によれば、設計条件に関する値を、連続的に変更させる変更指示を受け付けると、設計対象の建物のボリュームまたは平面形状に対して生成された複数のフレームの各々について、受け付けた変更指示が表す設計条件に関する値と、フレームの位置情報とに基づいて、フレームの断面構造を計算し、計算結果を表示することにより、利便性の高いインタフェースで、効率的な建物の構造設計を支援することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

例えば、上述した実施形態では、構造部材としての柱や梁であるフレームの断面構造を計算する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、フレーム以外の構造部材の断面構造を計算する場合に本発明を適用してもよい。例えば、壁の断面構造を計算するようにしてもよい。

また、学習装置と設計支援装置とが別々の装置として構成されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、学習装置と設計支援装置とを一つの装置として構成してもよい。

また、本発明のプログラムは、記憶媒体に格納して提供するようにしてもよい。

１０、１１０ 入力部
２０、１２０ 演算部
２２ 学習部
５０、１５０ 出力部
１００ 学習装置
１２２ 構造部材生成部
１２４ 構造部材表示部
１２６ 設計条件表示部
１２８ 断面構造計算部
１３０ モデル記憶部
１３２ 断面構造表示部
２００ 設計支援装置

Claims (5)

1. 入力された設計対象の建物のボリュームまたは平面形状に対して複数の構造部材を取得する構造部材取得部と、
   設計条件に関する値を、連続的に変更させる変更指示を受け付け可能な状態で表示する設計条件表示部と、
   前記変更指示を受け付けると、前記取得された複数の構造部材の各々について、前記受け付けた変更指示が表す前記設計条件に関する値と、前記構造部材の位置情報とに基づいて、前記構造部材の断面構造を計算する断面構造計算部と、
   前記断面構造計算部による計算結果を表示する断面構造表示部と、
   を含む設計支援装置。
2. 前記断面構造計算部は、前記取得された複数の構造部材の各々について、前記受け付けた変更指示が表す前記設計条件に関する値と、前記構造部材の位置情報とに基づいて、前記設計条件に関する値と、前記構造部材の位置情報とを入力とし、前記構造部材の断面構造を計算する予め学習された学習済みモデルを用いて、前記構造部材の断面構造を計算する請求項１記載の設計支援装置。
3. 前記構造部材取得部は、前記複数の構造部材からなる構造部材生成案を複数取得し、
   前記断面構造計算部は、前記構造部材生成案毎に、前記構造部材生成案の複数の構造部材の各々について前記断面構造を計算し、
   前記断面構造表示部は、前記構造部材生成案毎の計算結果を、比較可能に表示すると共に、前記構造部材生成案の何れを選択するかを受け付ける請求項１又は２記載の設計支援装置。
4. 前記取得された複数の構造部材を、前記建物のボリュームまたは平面形状に重畳させて表示する構造部材表示部を更に含み、
   前記構造部材取得部は、入力された設計対象の建物のボリュームまたは平面形状に対して、前記受け付けた変更指示が表す前記設計条件に関する値に基づいて、複数の構造部材を生成する請求項１～請求項３の何れか１項記載の設計支援装置。
5. 前記取得された複数の構造部材を、前記建物のボリュームまたは平面形状に重畳させて表示すると共に、前記取得された複数の構造部材を、前記構造部材の追加、削除、又は移動する構造部材変更指示を受け付け可能な状態で表示する構造部材表示部を更に含み、
   前記断面構造計算部は、前記構造部材変更指示を受け付けると、前記構造部材変更指示に応じた変更後の複数の構造部材の各々について、前記受け付けた変更指示が表す前記設計条件に関する値と、前記構造部材の位置情報とに基づいて、前記構造部材の断面構造を計算する請求項１～請求項４の何れか１項記載の設計支援装置。