KPFは、あらゆる地域で、あらゆる規模の建築物の設計に焦点をあてた大手建築事務所である。 ニューヨーク、ロンドン、サンフランシスコ、上海、香港、ソウル、アブダビ、ベルリン、シンガポールにオフィスを構え、34名のプリンシパルが率いる700名以上のスタッフで構成されています。 グローバルな業務として、KPFは、ライフサイクルにおける環境資源への影響を軽減し、サービスを提供する地域社会の福利を保護し、向上させる、永続的な建築ソリューションを設計しています。
深刻化する気候変動危機を踏まえ、KPFは、運用面および具体化された炭素排出を最小限に抑えるレジリエントな建築ソリューションに重点を置いています。 このためKPFは、米国建築家協会 (AIA)、英国王立建築家協会 (RIBA)、および多くの同業者とともに、2030年までにカーボンニュートラルな建築物を設計･提供する能力を開発するための研究を行っています。 この組織的な取り組みは、教育、知識交換、意識向上を通じて、KPFスタッフの環境に関する専門知識を向上させる風土を築きました。 ロンドンとニューヨークオフィスの環境性能設計チームは、SimScale社の強力なシミュレーションエンジンを使用して、風荷重や風環境のための初期段階モデリング用の革新的なツールを作成しました。
KPFにおける環境デザインと持続可能性
環境性能設計チームKPFepは、デジタル･プラクティス、ビジュアライゼーション、アーバン･インターフェイス、データ･サイエンス、応用研究とともに、より広範なテクノロジー･チームの中で活動する組織です。 ロンドンとニューヨークのオフィスの間で、KPFepは現在5人のフルタイムのプロフェッショナルを擁し、ネット･ゼロ目標を達成し、設計開発へのパフォーマンス・ベースのアプローチを構築するために、事務所全体の設計チームをサポートしています。
KPFepのリーダーとして、Eliasはネット･ゼロ･カーボン戦略や、業界標準を超える高性能ビル･デザインの実現に注力しています。KPFepは、プロセスのあらゆる段階で設計チームと協力し、プロジェクトの環境アジェンダを設定し、定性的・定量的性能データ、パラメトリック・モデリング、反復分析によってそれを検証する。 Eliasは、風荷重シミュレーションから設計初期のエネルギー評価、ライフサイクル評価に至るまで、新しいシミュレーションプラットフォームやツールの探求を含め、KPFep内のイノベーションと技術的取り組みをリードしてきた。 また、KPFのプロジェクトが環境に与える影響を最小限に抑えるための全社的なイニシアチブをコーディネートし、パッシブ・サステナブル・デザインの原則と、それを現代の建築手法にどのように応用できるかについて、設計者の意識を高め、教育しています。
SimScaleは、風荷重および風環境のためのクラウドシミュレーション技術を提供します。 使いやすいインターフェース、自動化されたワークフロー、統合された気候データ、可視化機能により、建築家や設計者にとって特に有用です。 SimScaleは、従来の数値流体力学(CFD)ツールに比べ、建物や都市の風シミュレーションを各段に高速に計算します。 SimScaleは完全な非定常シミュレーションであるため、都市環境における複雑な流れの挙動を理解するために必要な、現実的で時間依存性のある風況をシミュレーションし、アニメーション化することができます。 従来のCFDソフトウェアでは数日かかっていた都市規模のCADモデルのインポートやシミュレーションを、数分～数時間で行うことができます。 これにより、建築家は、迅速かつ正確で費用対効果の高いシミュレーションが必要とされる初期段階のコンペや入札に、風シミュレーションを導入することができるようになりました。 KPFでSimScaleは、ライブプロジェクトや、迅速な納期が要求されるコンペティションの調査に使用されています。
KPFの風シミュレーションは約70％がコンペティションに使用されました。CFDによる風と歩行者の感じる快適性の評価が提案の価値を押し上げ、コンペティションに強くなりました。 実際のプロジェクトでは、KPFが初期段階で実施した風シミュレーションは、自治体との計画認可のために風洞研究を行う必要がある風力専門コンサルタントに貴重な洞察を提供しています。 初期段階の風モデリングは、競合する複数の設計案の相対的な性能を比較することで、最終的な設計案の選択を大幅に早めます。また実施設計で必要とされる風洞実験でかかる時間とコストを大幅に削減するのに役立っています。
KPFの建築家は、プロジェクトの大半で主にRhino®とRevit®を使用しています。 どちらのツールもKPFの設計ワークフローに深く組み込まれており、設計段階によってメリットがあります。 典型的なワークフローは、コンセプト/マスキング段階ではRhinoを使用し、より詳細な段階や性能データを保持するBIM対応図面ではRevitに移行するというものです。 SimScaleは、両方のCADツールとシームレスに連携します。 ネイティブのRhinoファイルは、CADのクリーンアップを必要とせずに、SimScaleに素早くインポートされます。 同様に、RevitからSTLファイルをエクスポートすることは、シミュレーションのために複雑な形状を準備するための最良の方法です。 SimScaleに統合された格子ボルツマン法(LBM)ソルバーは、完全な非定常外部流れシミュレーションを提供します。 このアプローチの主な利点の1つは、複雑なCADモデルをインポートする際のロバスト性です。 従来の解法と異なり、ジオメトリは水密である必要はなくます。従来は、シミュレーション目的では不完全なジオメトリとし扱えなかったものも、SimScaleでは簡単に扱えるようになりました。 建築家は、他のツールと比較してSimScaleを使用する最大の利点として、この機能を挙げることがよくあります。
風の流れアプリ: 都市環境の風シミュレーション
KPFはさらに一歩進んで、SimScaleのAPIを使用して、SimScaleの風シミュレーションエンジンを使用する社内のRhinoアプリを開発しました。 APIは、あらゆるソフトウェアからSimScaleプラットフォームとシミュレーションエンジンにアクセスし、自動化されたワークフローを実現する方法です。 使い方は簡単で、C#とPythonのSDKが付属しています。 ユーザーは、数行のコードを使用して、デフォルトで設定された結果処理でシミュレーションをセットアップすることができます。 APIには、シンプルなシミュレーションワークフローやパラメトリックスタディのような一般的なユースケースのテンプレートが用意されています。 Python SDKにより、KPFの幅広いユーザーがアクセスできるようになり、専門家のサポートと直感的なドキュメントのおかげで、KPFは3ヶ月以内にアプリを設計・開発することができました。
Wind Flowアプリは現在ベータ版の開発中で、ロンドンとニューヨークの5つの建築家が、コンペや入札でこの新しいツールを積極的に使用しています。 KPFのチームには、コンピュテーショナルデザイナー、プログラマー、データサイエンティスト、環境デザイナーなど、多分野にまたがるスキルがあります。 つまり、初期段階の風シミュレーションアプリの開発は、組織全体に風力調査を展開するための直感的で論理的な次のステップでした。
ウインド・フロー」アプリの目的:
- Make wind and microclimate studies accessible to architects across KPF
- Accessible through Rhino so non-expert users can remain within a familiar software (Rhino)
- Perform faster early-stage design changes based on wind studies
- Increase competitive advantage in pre-tender stage
- Maximize comfortable spaces with respect to pedestrian wind comfort and integration with outdoor thermal comfort and UTCI calculations, critical to KPF’s projects, particularly in hot-humid climates.
アプリのワークフローの概略を下図に示します。 アクセシビリティとユーザーインターフェースはRhinoにあり、Pythonスクリプトを使用してデータ（CSV）を読み込み、様々なデータベースとSimScale API間のデータ交換を自動化します。 このデータには、設計フェーズ、コスト、シミュレーション実行時間、ユーザー詳細などを追跡するプロジェクトデータベースが含まれます。 このレベルのコントロールにより、より高度なユーザーや管理者は、アプリを使用するCFDの専門家ではないユーザーからなる分散した設計チームに対して、コントロールや品質チェックを行うことができます。
SimScaleから出力されるデータには、プローブポイント座標、結果平面、風速などの実際のシミュレーションデータが含まれます。 SimScaleによる風シミュレーションを含むワークフロー全体がクラウド上で実行されます。 APIは、使用するシミュレーションパラメータ、気候データ、メッシュ、境界条件をSimScaleに指示し、Rhinoで可視化するための関連データを抽出するために使用されます。
KPFアーバンインターフェイス（KPFui）とKPFデータサイエンス（KPFds）のJustyna SzychowskaとAleksandra Sojkaは、アプリのフロントエンドとバックエンドの開発とRhino環境への実装に携わりました。 彼らは現在、ユーザーからのフィードバックに基づく新機能の開発に取り組んでおり、年内に配備される予定です。
Elias Anka
Sustainable Design Lead at KPF (London)
Using SimScale, we have developed our own wind modeling app for early-stage analysis. Our plan is to deploy this to over 100 architects globally, giving them access to fast and accurate microclimate analysis as and when needed. The aim is to equip our designers with the right toolset and knowledge to tackle climate change and be proactive in designing carbon neutral buildings and cities that prioritize the comfort and wellbeing of its occupants.
SimScaleを使用して、初期段階の分析用に独自の風モデリングアプリを開発しました。 私たちの計画では、このアプリを世界中の100人以上の建築家に配備し、必要なときに迅速かつ正確な微気候解析を利用できるようにする予定です。 その目的は、気候変動に取り組むための正しいツールセットと知識を設計者に提供し、居住者の快適さとウェルビーイングを優先したカーボンニュートラルな建物や都市を積極的に設計することです。
ウインドフローアプリを使ってモデル化した最近のプロジェクトを以下に示します。 歩行者の風の快適性（PWC）と建物の空気力学の研究は、シミュレーションに数分しかかかりません。 ユーザーは、気候データ/場所を素早く選択し、風速の数を選択することができます。 建築家が風力調査を設定するための一連のダイアログボックスが順番に表示されます。 その後、シミュレーションはSimScaleに送られて実行され、結果はRhinoにインポートされて可視化されます。
ウインドフローでモデル化した新築プロジェクトの過渡的な風の快適性の結果。 高い風速は黄色/赤色で示されています。 結果はRhinoで直接見ることができます。
建築家のための環境デザイン
KPF Rhinoアプリは、アクティブな開発ロードマップを持っています。 将来的な計画には、屋外の熱的快適性、自然換気の研究、さらに屋内環境分析への移行など、さまざまなタイプの分析や設計者のための新しい強力なプラグインが含まれます。
左図：モーターとモータープレートのCADモデル、右図：モータープレートの構造解析で求めた応力の分布
以下の画像に示されているローラー切断機は、衛生的かつ効率的な性能を最適化するよう設計します。刃について構造解析を行うことで、その重量を減らし、衛生状態を改善し、強度を維持できる設計の思案や、さまざまな荷重および運転条件下での変形と応力を評価できます。
SimScaleはすでに、外的快適性を評価するユニバーサル熱気候指数（UTCI）や、日射、内部温度、CO2、空気質をシミュレーションする高度なソルバーなど、必要な機能を備えている。 当面のステップは、KPF全体の建築家へのアプリの着実な展開と、それをサポートするトレーニングプログラムを管理することだ。 シンプルで直感的なインターフェイスは、建築家やCFDの専門家でないユーザーにも利用しやすい。
本記事は、https://www.simscale.com/customers/kpf-develops-rhino-app-for-early-stage-design/の抄訳です。