2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of Automatic Generation System for 3D BIM Building Models of a Smart City
| Project/Area Number |
21K04405
|
|---|
| Research Institution | Gifu Kyoritsu University |
|---|
Principal Investigator |
杉原 健一 岐阜協立大学, 経営学部, 教授 (80259267)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
沈 振江 金沢大学, 地球社会基盤学系, 教授 (70294543)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | 自動生成 / ３次元建物モデル / BIM / 建物の３Ｄモデル / 建物ポリゴン分割 / 力学シミュレーション / 動的３次元建物モデル / スマートシティ |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
【研究の背景と目的】スマートシティのための建物は、ソーラーパネルを備え、季節に応じて太陽光を導き、空気の流れを制御して冷暖房コストを抑え、災害時にも「持続可能な建物」である必要がある。これを実現するには３Ｄモデルを設計から施工、維持管理に至るまで利活用する「BIM」が必要である。「BIMモデル」は建物の全部材を再現する３Ｄモデルを持ち、「図面の不整合」等の不具合を防止できる。しかし、３Ｄモデルを作成するには、多大の労力と時間が必要である。そこで、これまでの研究成果である「建物の３Ｄモデルを自動生成するシステム」を発展させ、「スマートシティのための建物の3D・BIMモデルを自動生成するシステムの開発」を目指す。
【研究の成果】本研究では、自動生成される３次元建物モデルは、リモートセンシングやProcedural modelingで得られる「サーフェス(表面)モデル」とは異なり、CSG(Constructive Solid Geometry)によって構築された、その部材が中身の詰まった「ソリッドモデル」であり、３次元建物モデルを各種シミュレーションに利用できる。例えば、ニュートン力学に基づく建物の物理シミュレーション、建物内部にどのように太陽光が差し込むかなどの日照シミュレーション、輻射を含む建物の冷暖房解析などの空調・温熱環境解析などである。
昨年度の研究成果として、詳細な建物の３Ｄモデルを自動生成するシステムの開発を行い、以下の研究成果をあげ、学会で発表した。(1)Ｌ字型ポリゴンの分割・整形によるＬ字型屋根を持つ３次元建物モデルの自動生成。(2)部材を静的・動的剛体モデルで構成することによる津波等の力学シミュレーションのための「動的３次元建物モデル」の自動生成。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究の進捗状況としては、「おおむね順調に進んでいる」と考える。これは、以下に記す「研究目標」に対して、初年度として「現在までの進捗状況」で示すような研究成果をあげているからである。
【研究目標】スマートシティのための建物は、ネットゼロを目指す「持続可能な建物」であり、そのためにソーラーパネルを備え、季節に応じて太陽光を導き、空気の流れを制御して冷暖房コストを抑える。本研究では、様々な形態が考えられる建物を、その「細部まで忠実に再現する３次元建物モデル」を自動生成し、持続可能なために最適な形態となるよう各種シミュレーション（伝導・対流・輻射の熱解析、建物の形態による昼光解析、ニュートン力学に基づく建物の物理数値実験など）を行い、建物の最適化設計を目指す。
【現在までの進捗状況】昨年度は、目的として掲げた「細部まで再現する３次元建物モデル」の設計ために、建物の細部となる屋根下構造物、即ち、「垂木」、「棟木」、「母屋」、「軒桁」などの形状を自動的にモデリングするアルゴリズムを開発し、部材を静的・動的剛体モデルで構成することによる津波等の力学シミュレーションのための「動的３次元建物モデル」の自動生成システムの開発を行い、「津波等の力学シミュレーションのための動的３次元建物モデルの自動生成」というテーマで査読付き論文の発表を行った。また、電子地図上の建物境界線(建物ポリゴン)に基づいて、建物の３Ｄモデルを自動生成するために、これまでの研究で「３次元建物モデルの自動生成のための建物境界線のポリゴン整形」、「四角形の方向性を考慮したポリゴン分割・整形による建物の自動生成」のプログラム開発を行い、これらを発展させ「Ｌ字型ポリゴンの分割・整形によるＬ字型屋根を持つ３次元建物モデルの自動生成」というテーマで、土木学会、日本建築学会、地理情報システム学会にて、査読付き論文も含めて論文を発表した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
【今後の研究の推進方策】 建築部材やパーツを備え現実の建物を忠実に再現する「詳細な建物の３Ｄモデル」を自動生成するためにこれまでの研究の「四角形の方向性を考慮したポリゴン分割・整形による建物の自動生成」の手法を発展させ、「ポリゴン分割・整形した四角形の組み合わせ」で、自動生成システムは、四角形が、周りのどの四角形のどの辺にどのように接しているかを調べ、どの壁に、また、その壁のどの部分に窓やドアが設置できるのか、さらに、建物境界線全体をみて、どの壁にドアや玄関やガレージを設置するのが「蓋然性」が高いのか、あるいは、ある壁のどの部分にどういった窓を付けるのが現実にありうるのかなどをコンピュータ幾何学に基づいて推定するような新規のアルゴリズムを開発し、３Ｄモデルに窓やドアを設置する。
次に、「ポリゴン分割・整形した四角形群」に対して、面積の大きな四角形の内部に、「居室には外部に開かれた開口部が必要である」、「１階と２階で階段は平面図上同じ位置に置く」、「廊下は階段や居室を連結する」、「収納部屋は窓が必要なく、外壁に面する壁を出来るだけ少なくする」、「トイレや浴室などの水回りの窓が出隅（角部）となる場合は筋交いに考慮し、出隅から３尺離す配置、形状とする」などの制約条件のもと自動的に部屋割りを行うアルゴリズムを開発し、「詳細な建物の３Ｄモデル」を自動生成する。
|
| Causes of Carryover |
（理由）当初、国際学会( ACMとIEEE Visualization )で研究成果を発表する予定で、その出張旅費と参加費を当科研費で執行予定であったが、提出した論文は不採択となり、国際学会参加をキャンセルした。その結果、当該助成金が生じた。
（使用計画）当該助成金は、本年度請求した助成金とあわせて、国際学会で研究成果の発表と意見交換、それから、最新の研究動向の情報収集等のために使用していく計画である。
|
