2023 Fiscal Year Research-status Report
Development of Automatic Generation System for 3D BIM Building Models of a Smart City
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21K04405
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
杉原 健一 金沢大学, 地球社会基盤学系, 研究協力員 (80259267)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
沈 振江 金沢大学, 地球社会基盤学系, 教授 (70294543)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 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 / 太陽光シミュレーション / スマートシティ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現実都市のデジタルレプリカである「スマートシティ/Digital Twin」では、人や車の流れだけでなく、ビルのパイプラインの水や電気等の流れをリアルタイムで把握できるとされる。「Digital Twin」を実現するためには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」が必要不可欠である。「3D・BIMモデル」は、柱や梁、鉄骨、配管、空調ダクト等の建物を構成する部材を忠実に再現する３Ｄモデルを持ち、「図面の不整合」や「コア抜き」などの不具合を防止することができる。そのためBIMは、現在、急速に進化・発展し、長い間、建築設計の元になっていた「図面」にとって代わりつつある。しかし、現在のところBIMの活用は、多大な労力と時間をかけ、「詳細な３Ｄモデル」を構築できるゼネコンなどの大規模建築物に限られている。この労力を省き、3D・BIMモデルを効率よく生成することが重要で、杉原らのこれまでの研究成果である「電子地図上の建物境界線に基づいて建物の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」を目的とする。
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た。 (1)スマートビルの有力な候補として、広大なバルコニーを有し、そこに屋上緑化や太陽光パネル設置が可能な階段状建物の自動生成。 (2) 自動生成する３次元建物モデルの内部での太陽光シミュレーション。 (3) 地震や津波のシミュレーションが可能な、建物を静的・動的剛体モデルで構成する「動的3次元建物モデル」の自動生成。
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| 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、「おおむね順調に進んでいる」と考える。その理由として、以下に示す「研究目標」に対して、３年目として、「現在までの進捗状況」に示すような研究成果をあげているからである。
【研究目標】「Digital Twin」を実現するためには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「3D・BIMモデル」が必要不可欠である。「3D・BIMモデル」は、柱や梁などの「部材」の３Ｄモデルを持ち、力学や太陽光などのエンジニアリング・シミュレーションが可能である。しかし、現状では、これらの３Ｄモデルを作成するには、多大の労力が必要である。この多大な労力を省き、3D・BIMモデルの利活用を促進、普及させるために3Dモデルを効率よく生成することが重要で、杉原らのこれまでの研究成果である「電子地図上の建物境界線に基づいて建物の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」を目的とする。
【現在までの進捗状況】本研究で自動生成される建物の３Ｄモデルは、リモセンや手続き型モデリングで生成される建物の３Ｄモデル(表面モデル)と異なり、その「部材」が中身の詰まった「ソリッドモデル」であり、即ち，部屋に入って，建物形状に応じて，冬に太陽光がどのように導かれ，夏はどのように遮蔽されるのか等のエンジニアリング・シミュレーションが可能で、「スマートハウスとしての両片流れ屋根の建物の自動生成と建物内部での太陽光シミュレーション」というテーマで、それから、「階数の異なる四角形の集まりに分割するポリゴン分割手法による階段状建物モデルの自動生成」というテーマで、日本建築学会 情報シンポジウム、土木学会 土木情報学シンポジウム、ＧＩＳ学会と国際学会(SPSD Symposium 2024、EETP2024)にて発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
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「階数の異なる四角形の集まりに分割するポリゴン分割手法による階段状建物モデルの自動生成」の手法を発展させ、階数に応じてどの壁のどの部分に窓やドア、あるいは「セットバックした全面掃き出し窓」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か、あるいは、ある壁のどの部分にどういった窓を付けるとデザイン性が向上す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」、「階段は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、Digital Twinとなる細部まで再現する「詳細な建物の３Ｄモデル」である「3D・BIMモデル」を自動生成する。
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| Causes of Carryover |
(理由)当初、国際学会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、提出論文の内容と国際学会の研究分野の不一致があり、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、主に、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。
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