シミュレーションを設計プロセスの早期に行い試行錯誤する

AS+GGの統合設計へのアプローチは、自然環境や周辺環境との関係を重視し、建物の方位、風力発電、太陽方位などの要素を考慮しています。 AS+GGが手がけるプロジェクトのなかには、高層ビルの高性能設計があり、建物の形状がプロジェクト全体の持続可能性を大きく左右します。 AS+GGは、最適な性能を実現するために、設計プロセスのできるだけ早い段階で設計をテストする能力を必要としています。コンペティションの段階であっても、早い段階で検証を行うことで、テストを通じて発見された新しい設計の方向性を何度も反復し、探求することができます。

コンペティションの段階では、提案の設計と最適化を行うためのスケジュールはタイトで、1ヶ月という短期間であることが多いです。 このタイムラインでは、納期に数週間を要することが多い外部のシミュレーションコンサルタントを利用することは難しく、設計の試行錯誤を行う余裕がありませんでした。 また、シミュレーションツールを直接使用する場合、習得に時間がかかったり、計算結果に疑問が残ったりすることもありました。 AS+GGは、スピード、精度、使いやすさを兼ね備える必要がありました。

SimScaleに統合された格子ボルツマン法 (LBM)ソルバーは、このための理想的なソリューションでした。 Numeric Systems GmbHが開発したPacefish®は、GPUの超並列アーキテクチャに合わせたLBMの画期的な実装です。 複数のGPU上で並列に実行できるため、従来の方法よりも20～30倍も短い計算時間を実現します。

風荷重を35%低減

チームの事前の分析によると、この特定の敷地では、建物の上部の質量を減らして風荷重を軽減する方が、先細りにするよりも効果的であることがわかりました。 ベースラインとなる長方形の押し出し材を使用した場合、様々なテーパー加工を施した場合では、総荷重のおよそ5％の低減が見られたのに対し、段差を付けたバージョンでは、総荷重の26％の低減が見られた。実施設計の詳細な形状では、渦の逃がしによって発生する力を緩和するウインドリリーフスロット (風抜き穴)を利用することで、さらなる低減を実現しました。

この解析は、全体的な風荷重を低減するためのこれらのスロットの相対的な利点を定量化しました。また、この提案中の風力発電の発電量を最大化するために、垂直軸風力タービンをスロット内に配置するのに役立ちました。 このような形状の最適化と詳細要素の組み合わせにより、建物は特徴的でアイコニックなフォルムとなり、相対的な風荷重はベースラインから約35％減少しました。

本記事は、https://www.simscale.com/customers/adrian-smith-gordon-gill-architecture/ の抄訳です。