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1 2009 年度芝浦工業大学大学院 修士論文 題目 :BIM(Built-environment Information Modeling) の実践を経た上での有効性の証明 芝浦工業大学大宮校舎における検証 専攻工学研究科 ( 修士課程 ) 建設工学専攻 学籍番号 ふりがな よしだたくや 氏名吉田琢哉 指導教員 衣袋洋一

2 1. はじめに 研究背景 - 悪化の一途をたどる環境 研究経緯 -6 年間の歩み 研究目的 研究方法 本論の構成 環境意識の変遷 GreenからSustainabilityへ Sustainability 小結 技術の発展 コンピュータ技術の発展とBIMの誕生 BIMとは BIMを用いる際に必要となる考え方 BIMを支える技術 BIMの持っている可能性 進化していくBIMの事例 衣袋研究室におけるBIMの試み 小結 SustainabilityとBIMの先にあるもの SustainabilityとBIM Built-environment Information Modelingとは Built-environment Information Modelingを支える考え方 Built-environment Information Modelingの先駆的事例 小結 検証 検証目的 対象敷地 検証方法 プロセス 結果 考察 まとめ 参考文献 謝辞 98 付録 99

3 はじめに 1. はじめに 1. はじめに 1.1. 研究背景 - 悪化の一途をたどる環境 研究経緯 -6 年間の歩み 研究目的 研究方法 本論の構成 8 pg. 3

4 はじめに 1.1. 研究背景 - 悪化の一途をたどる環境 - かつて, グリーンランドやカナダ北東部に住んでいたイヌイットはイグル ( 図 1-1) に, アメリカのインディアンはティピーを建て生活をしていた. 彼らは食糧を求め狩りをしながら移住生活を送っていた. 移住先で見つけたその地の素材を用い, 過酷な環境から身を守るために建物を建てていた. そして自分たちに生きていく上での様々な恵みを与えてくれる大地に敬意を 図 1-1 イグル 払い生活をしていた. 次第に定住生活が始まると, 古代プエブロ人 ( アナサジ族 ) のように地形を利用して, 崖や洞窟に住空間 ( 図 1-2) を設けた. 建物を建てる際には, その地の岩などを用いた. 彼らは太陽や素材の特性を熟知しており, 自然の光, 熱をうまく利用した建築を建てていた. 時代は流れ, 建物は違った意味を持つようになった. 定住生活によって人が集まることで都市が形成され, 統括する政治や宗教が栄えるようになる. 建築はそれに応じて, 人々が集うコミュニケーションの場, 政治, 宗教の場としての建築をつくりはじめた. バチカンにあるピーター聖堂 ( 図 1-3) や, モスクワにあるバジル大聖堂, そしてスペインのグラナダにあるアランブラ宮殿がその例である. エレガントな装飾がなされ, 柱や, 壁, 床, 図 1-2 Cliff Palace at Mesa Verde Natural Park 屋根といった建築の構成要素が明確にされ, 一つ一つが繊細につくられている. これらは, 古い建物でありながらも今日に存在している. 18 世紀に入ると, 産業革命によって, 過去の優れた技術よりも大量生産によって素早く, そして安く提供する事が求められるようになる. イグルーなどの時代とは違い建物が一つの商品と化してきた. こうした動きからプレハブ工法が生まれる. この頃から人々は天然資源を惜しげもなく, あたかも限りないもののように扱い始めた. 20 世紀初頭には, 人工照明やエレベータ, 換気, 空調 (HVAC) といった機械システムの技術が進んだ. こうして建設業界は天候や文化, そして場所によってデザインする事から離れていった. 生活は技術水準に依存してしまっている. その結果, 人工照明やエレベータ, 換気システムなどが備わっている 図 1-3 Peter s Basilica Vatican City pg. 4

5 はじめに 図 1-4 Silent Spring 事が, 商品保証となった. そして 20 世紀半ばより今日に至るまで, 人々は大地に敬意を払うことなく, 多くの建物を建ててきた 年代に入り, 人々は我々の大地に敬意を払わず, 好き勝手に多量な資源を用い, 大量生産 大量消費する事が, 自然環境に多大な悪影響を与えているのだと気付かされることとなる. そのきっかけが,1962 年にレイチェル カーソンが発表した, Silent Spring( 沈黙の春 ) ( 図 1-4) であった. そこには, 人々が撒いた農薬により小鳥たちの鳴き声が失われてしまったと記されている. しかし, それでもなかなか建設業界では, 今までの取り組みを見直す動きがなかった.1970 年代に入り, オイルショックを受け再度環境を考えさせられるが, リサイクル製品を使うなどといった動き程度. その後も, 工場のオイルが海に流出する出来事や, 原子力の爆破, オゾン層破壊といった, 環境を再認識させられる出来事が続いた. その結果 1990 年代に入り建設業界は環境への配慮へと動き始めた. pg. 5

6 はじめに 1.2. 研究経緯 -6 年間の歩み 年度, 芝浦工業大学システム工学部 ( 現 システム理工学部 ) 環境システム学科 ( 以下環境システム学科 ) に入学し, 自分を取り巻く全てのもの = 環境 について, 様々な目線から学んできた. 環境工学, 都市計画, 建築. その中でも建築を専攻し学んできた. そこで得た大切な考え方がある. それは, 小さな蝶の羽ばたきが地球の裏側で台風を起こす 風が吹けば桶屋が儲かる といった言葉があるように, この世に存在するもの全ては何らかの繋がりを持っている ( 図 1-5). というも 図 1-5 図 1-6 network 水滴と波紋 のである. 建築を設計する時にも同じことが言える. 水面に一滴の水滴を垂らすと, たちまち波紋が広がるように ( 図 1-6), ある土地に建築を建てる行為は, 周辺に多大な影響を与える可能性があるのだ. しかし, ある建築家はまるでアートをつくっているかのように見た目を第一に, またある建築家は決まったかたちの建築を場所関係なく, 至る所に建てている. そんな行為に疑問を感じていた. そのような時に, 当時環境システム学科では唯一の建築設計の研究室であり, 製図板のいらない設計教育 のもと, 模型, 手描き図面ではなく,3 次元オブジェクト CAD(*) を使用した最先端の研究室, 環境システム学科衣袋研究室 ( 以下衣袋研究室 ) に出会う. そこは 平面思考ではなく,3 次元思考 オブジェクト思考 (**) をコンセプトにしていた. 研究内容は次の通りである. 文化, 歴史, 経済, 人間関係等目に見えない 環境, 建築, 道路, 川, 線路, 樹木等目に見える 環境, 及び光, 風, 気温等自然環境. これらの環境からは様々な 情報 が発信されている. これらの 情報 を受信し, 成果物として 建築 まち 都市 が形づくられる. 以上を踏まえ実際の地域を対象に設計を行っていく. この取り組みに魅力を感じ, 衣袋洋一教授のもとで学部の 1 年間を学ぶ 年度には, この取り組みに対するより一層の理解のため, もう 2 年間大学院として衣袋研究室にて学んだ. 大学院では,2005 年度から取り組んでいる BIM(***) の概念のもと, pg. 6

7 はじめに 様々な情報の 3 次元モデルへの統合によっての新たな設計手法に取り組んできた. 様々な情報の 3 次元モデルへの統合は, まさに情報の連携, モノとモノとの繋がりを意味している. こうした本学での 6 年間の経緯と成果をまとめるという意味を込め, この論文を書くに至った. (*)3 次元オブジェクト CAD, (***)BIM については第 3 章にて (**) オブジェクト思考については第 4 章にて詳しく説明する. pg. 7

8 はじめに 1.3. 研究目的本研究は 3 次元オブジェクト CAD やそれに連携したソフトウェアを駆使し, 環境を学んできた者の目線から多次元思考 (*) のもと生まれた, 衣袋研究室独自の BIM 概念である Built-environment Information Modeling が環境に対して再注目されている今日において, とても重要な概念であり, 有効的であることを証明する. (*) 多次元思考に関しては第 4 章にて詳しく説明する 研究方法近年の社会背景から建設業界に求められるものを挙げる. 次に, 国内外における BIM 活用の現状を調査, 衣袋研究室における BIM の取り組みをまとめ, 比較する. そこから近年の社会的背景から求められる BIM の在り方がまさに, 衣袋研究室での BIM の概念である Building-environment Information Modeling であることを示す. そしてこの概念を実際にケーススタディとして用い有効性を証明する 本論の構成 1. はじめに 2. 環境意識の変遷 3. 技術の発展 4. Sustainability と BIM の先にあるもの 5. ケーススタディ 6. まとめ pg. 8

9 環境意識の変遷 2. 環境意識の変遷 2. 環境意識の変遷 2.1. Green から Sustainability へ Sustainability 小結 20 pg. 9

10 環境意識の変遷 2.1. Green から Sustainability へ Green とは 緑 ではなく 環境保護 を指す単語である. この単語が使われ始めたのは, Silent Spring が発表された 1960 年代の事である. この当時 Green と称しリサイクルやリユースといった動きがあったが, 建設業界にはさほど大きな変化をもたらさなかった. なぜなら環境保護を掲げるがあまり, 人類の生活水準に大きな影響を与えてしまったからである. この頃は Green を叶えるために人類の生活水準を下げる必要があった. このため, この考えは長続きせず,10 年も経たぬ内に環境意識は衰退し, 次に起こる環境問題まで, 環境に対する配慮が忘れ去られるという状況をつくってしまっていたのである, 近年の様々な欲求, 贅沢を知ってしまった人類に Green という考えを浸透させることは難しい. そこで生まれた考え方が Sustainability である.Sustainability は人類の生活水準をある程度保ちつつ, 環境と共存していくことで永久的に環境への配慮に取り組んでいく. というものである. pg. 10

11 環境意識の変遷 2.2. Sustainability 近年建設業界では, 環境を考えるにあたって,Green から Sustainability といった言葉によって表現するようになった. この言葉は自然環境に対する負担をより広い範囲で考慮しているため,Green より定義付けることが困難であるが, 我々の建物に対する考え方に大きな変化をもたらした 年代初頭の Green という概念の基, リサイクル素材を使用した建物を建設していたのに対して, 現在の Sustainability を用いたデザイン,Sustainable design は, 設計者, 施工者, 施主, 材料の入手, 製造拠点, 耐久性, 再利用の可能性等の全ての過程を考慮した上でデザインしている. Sustainable design の定義としては, World Commission on the Environment and Development( 環境と開発に関する世界委員会 ), 別名ブルントラント委員会が国連へ向けた 1987 年の報告書の定義がもっとも適切であると考える. Sustainable development meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs. < 以下和約 > Sustainable 開発 ( 発展 ) とは未来の世代の希望又は欲望を損なうことなく, 現在の人々の希望を満たすことである. Sustainability を考えるにあたり, の3つの重要な構成要素がある. 人 地球 繁栄 ( 普及 ) である. 人によっては, 構成要素の 1 つを他の 2 つより重要視する場合があるが,3 つの構成要素のバランスが取れていればいるほど,Sustainable のデザインは, より良いものとなる. これら 3 つの構成要素に関しては, Green BIM( 図 2-1) に詳しく書かれているので, 以下引用する. 図 2-1 Green BIM pg. 11

12 環境意識の変遷 People As designers, we have a code of ethics that includes our responsibility to protect life. Traditionally, this responsibility has been viewed as the lives of occupants within our buildings. In reality, the choices that we make also affect human life beyond a particular building or site. The impact of our choices ranges from those who manufactured the materials and products the building is composed of to the inhabitants in places up and downstream from the building. There have been some commonly used materials in buildings that are suspected or known to have harmful toxins, carcinogens, endocrine disruptors, or other harmful chemicals. People can be exposed to these substances either during manufacture, an emergency event such as a fire, or in some cases just by occupancy. Also there are naturally occurring substances in materials that off-gas and accumulate in greater quantities when enclosed within the building envelope. As the industry learned from asbestos treated materials and chromated copper arsenate (CCA) treated wood, the temporary benefits of these materials are not worth the long-term potential to harm building users. We must eliminate the use of such materials when there is an appropriate alternative. The industry must also strive to develop alternatives when a material has become suspect. Other factors, and of no less importance, that influence the health and wellbeing of building occupants include noise, temperature, humidity, access to fresh air, daylight, and views and the ability to control them. Most owners should have the wellbeing of their employees in mind because oftentimes the cost of employees, not to mention attracting and keeping the best ones, outweighs the first cost and operational cost of the building. Sometimes people are the company s most expensive investment. The USGBC has compiled many of the studies that pg. 12

13 環境意識の変遷 have been done on the relationship between green buildings and people. They make them all freely available on the Green Building Research page of their website, Studies have found that green buildings have human health and productivity benefits, such as better test performance in schools, earlier discharges from hospitals, increased sales in retail environments, increased production in factories, and increased productivity in the office environment. < 以下和約 > 人我々 ( デザイナー, 建築家 ) は, 人々の命を守るといった倫理義務がある. 従来, 人々の命を守るといった義務は建物の使用者を意味していた. しかし実際は, 我々建築家の選択が, 建物だけではなく, 建物に使われる材料を製造する者から使用者, 及び近隣住民等その場所を取り囲む様々な人々に影響を及している. 建物の建設に頻繁に使われる素材の中には, 人的影響が考えられる毒素や環境ホルモン, 有害化学物質等を含むことが疑われる又は知られているものが存在している. 人々は, これらの物質に建設中, 火事等の緊急災害時又は, 居住している間にさらされている. また, 素材によっては, 建物といった密閉された空間に存在すると, 物質を生成し, 自然気化ガスを作り出すものもある. 建築業界は, アスベストを使用した素材や,CCA 系木材保存剤を利用した木材 (CCA =クロム化ヒ酸銅 ) 等一時的に質の向上する素材にも, 建物使用者に対する長期的な人的影響を与える素材があることを学んだ. 我々は, 適切な素材がある場合, それらの危険な素材の使用を排除しなければならない. また, 人々の健康を脅かすことが疑われる素材が見つかった場合, 代替する素材を発見する努力を怠ってはいけない. 建物の居住者 ( 利用者 ) の幸福を追求する上で, 音, 温度, 湿度, 空気, 日光, 景色等の様々な要因を調節できることも重要である. 全ての経営者は, 優れた人材維持につながる従業員の満足こそがもっとも重要なことであることを念頭に置いておかなければならない. また, 人材の維持は, 建設費用や建物維持費に勝るものである. 時には, 人こそがもっとも企業にとって高価な投資である. USGBC は green building と人々の関係についての数々の研究結果をまとめている. また, その研究結果については, 全て自由に回覧できるよう,Green Building Research のホームページに掲載している. 研究によって,Green Buildings は人々の健康や生産能力 効 pg. 13

14 環境意識の変遷 率性の向上に貢献している. 例えば, 学校のテスト点数, 病院の入院期間, お店の売上, 工 場の生産率, オフィスでの効率性等の向上である. pg. 14

15 環境意識の変遷 Planet With her book Silent Spring, Rachel Carson started making us aware of our impact on the planet. Since then many metrics have been developed to compare past, present, and future patterns against. The built environment has played a major part over the years. According to the USGBC and the U.S. Census Bureau, buildings in the United States consume 30% of the world s total energy and 60% of the world s electricity annually for only 4.5% of the world s population. The energy consumption by buildings results in pollution, ozone depletion, and global warming, which in turn causes health problems for every living species. The natural resources used to make buildings are either nonrenewable, such as plastic or steel, or harvested more quickly than they can be replenished, like wood from the old-growth forests. According to the USGBC, buildings also consume 5 billion gallons of potable water per day to flush toilets, more than enough clean water wasted to provide every person in the world with clean drinking water. The USGBC LEED Reference Guide warns that the typical North American commercial construction project generates 2.5 pounds of solid waste per square foot of floor space. In 2005, Capital E, a clean energy strategic consulting firm led by Greg Kats, studied all the buildings that had achieved LEED certification to that point. Capital E has calculated that green buildings have an average energy savings of 30%, a 35% reduction of carbon on average, a 30 50% savings in potable water use, and a 50 97% reduction in landfilled wastes. A current metric that has garnered a lot of attention lately is carbon. The term carbon is actually used as a catchall for greenhouse gas emissions because it accounts for about 80% of all greenhouse gases. The built environment has many pathways for generating greenhouse gas emissions. First we pg. 15

16 環境意識の変遷 think of the energy a building uses to operate. In the United States, that energy is primarily from a coal-fired power plant, one of our dirtiest sources of energy. Next are the emissions from constructing the building, which includes the harvesting, manufacturing, and transportation of the materials to the site. Finally there is the location of our building; if the building is located such that the majority of users must drive to it, we by default create an additional carbon load. According to Architecture 2030 ( a nonprofit, nonpartisan, and independent organization), data from the U.S. Energy Information Association (EIA; accounting for the embodied energy of materials and the operations of buildings) shows that buildings in the United States account for 48% of all greenhouse gas emissions. < 以下和約 > 地球 Rachel Carsonの 沈黙の春 は, 我々が地球に与える影響について気付かせてくれた. 沈黙の春 以来, 過去 現在 未来の傾向を比較するためのさまざまな測定方法が作り出された. これらの動きには, 既に建設された建物の存在が大きく影響した.USGBCとU.S. Census( 備考 :10 年に一度アメリカの政府が行う統計調査の研究機関 ) によると, アメリカの人口が, 世界の4.5% であるのに対してアメリカの建物では, 年間世界の30% のエネルギーと60% もの電気を消費している. 建物によるエネルギー消費は, 環境汚染, オゾン層の破壊, 地球温暖化の原因となり, 結果的に人々の健康に影響を及ぼす. 建物に使われる天然素材が原料のプラスチックや鉄鋼については, 一度加工すると再生が不可能となり, 森林から伐採された木材については, 使用する割合に, 生産がおいついていない.USGBCによるとアメリカでは,50 億ガロンの水が毎日トイレに使用されていて, 全世界の全ての人々に安全な飲み水を提供する以上の量である.USGBC LEED Reference Guideは, 欧米の建築方法では, 一平米に対して,2.5ポンドの廃棄不能なゴミを作り出している 年にGreg Kats 率いるクリーンエネルギー戦略コンサルティングのCapital E 社は, それまでにLEED 認定を取得したすべての建物の研究をおこなった.Capital Eの研究よると,green building は通常の建物と比較して, エネルギー消費量約 30%, 二酸化炭素排出量約 35%, 水使用量 30~50%,( 埋め立て処理が必要な ) 廃棄物排出量 50~97% を減少することができ pg. 16

17 環境意識の変遷 る. また, 現在の測定方法は, 炭素 に多くの注目を集めた. 炭素 が注目される理由には, 温室効果ガスの約 80% を 炭素 が構成しているからである. 現在の建物環境の様々な要因が温室効果ガスの排出に繋がっている. まずは最初に, 建物を維持運営するためのエネルギー ( 電力 ) について考えてみよう. アメリカでは, 石炭を元にした火力発電所の電気が主なエネルギー源として利用されている. しかし, 石炭を原料とした火力発電は, もっとも環境へ負担がかかる方法である. 次に, 建設に必要な材料の採取, 加工 製造, 移動の間に排出される温室効果ガスの量である. 最後に, 建物の立地である. もし, 多くのものが運転で通勤しなければいけない場所に建物が存在する場合は, 炭素排出量増加の要因となる.Architecture 2030 は,U.S. Energy Information Associationのデータを元に温室効果ガスの排出の48% の原因がアメリカの建物であることを指摘している. pg. 17

18 環境意識の変遷 Prosperity The continued importance for role of the prosperity leg, which has traditionally driven most corporate decisions, often surprises some of the newest triple-bottom-line thinkers. Green design as we know it today has cost benefits, and the cost benefits of a sustainable design are rapidly developing shorter return on investment times. Of primary interest to many building owners is the first cost premium traditionally associated with green buildings. As mentioned before, the 2002 Building for Sustainability document showed a rising cost premium with each level of green, culminating in a 29% first cost difference between a Living Building and a Market Building. While third parties verified all of that data, the building was never built. In 2003 Capital E looked at 33 LEED-certified buildings in California and found that the average first cost premium across all levels of LEED certification was less than 2%. Davis Langdon, an international construction cost management consulting firm, reviewed both LEED and non-leed projects nationally and found that the level of green doesn t necessarily determine the first cost. Davis Langdon first reported this in their 2004 report Costing Green and then again in The Cost of Green Revisited (2007). Many of the strategies used to create healthier spaces for people have utility operational cost savings, but those savings are normally a drop in the bucket compared to the productivity gains mentioned earlier in this section. A 1% improvement in workforce productivity likely outweighs the utility cost savings because people are the most expensive investment a company has by the time you factor in the salaries and benefits. Whichever leg of the stool you want to most align yourself with, make sure you honor the other two for balance and the most holistic return on your effort. pg. 18

19 環境意識の変遷 < 以下和約 > 繁栄 普及 Sustainability の重要な構成要素の1つである 繁栄 は, 多くの企業の決断を左右してきた. また, 企業活動を経済面のみならず社会面及び環境面からも評価しようとする考えトリプルボトムラインの重要性を考える人々も驚かせてきた.Green design には費用対考課があり,Sustainable design への投資から便益までの期間が急速に短縮化されている. 多くの建物所有者の主たる興味は,green building による便益である.2002 Building for Sustainability の資料が示したように green building のレベルに応じて費用は増加する. 例えば, 環境維持を意識した建物と通常の建物を比較した場合,29% も初期投資費用の差が存在する. しかし, この数値は, 第三の独立した機関によるによって証明された数値だが, 算定の根拠となる sustainable design を取り入れた建物は建設されていない.2003 年には,Capital E はカリフォルニアで LEED 認定を取得した 33 もの建物を調査した結果, 全ての LEED 認定基準における平均初期投資費用の増加分は約 2% 弱であった. 国際建築費用マネージメントコンサルティング会社の.Davis Longdon は,LEED 認定プロジェクトと LEED ではないプロジェクトの建築費用を比較した結果, 環境維持 (Green) の程度が費用の増加を意味しないことを発見した. Davis Langdon は, 最初にこの事実を 2004 report Costing Green 報告し, 再び The Cost of Green Revisited (2007) で発表した.Green design では, 光熱費の削減に繋がる空間づくりのために多くの手法が考えられてきたが, 以前に記載した生産性の向上と比較したら,sustainable design から得られる光熱費削減による影響は微々たるものである. 給与や福利厚生費等を加味すると, 企業にとって人々が最も高価な投資であるため, 従業員の生産性が 1% 向上するだけで, 光熱費の削減をはるかに上回る.Sustainable design の 3 つの構成要素の一つを重要しするのではなく, その他 2 つとのバランスを考えた上で, 総合的な効果が初めて得られるのである. pg. 19

20 環境意識の変遷 2.3. 小結 図 2-2 資源の消費量 人類は技術の発展と共に繫栄を遂げ, 建物に対する価値観が変わってきた. 移住生活を送っていた頃であれば, 過酷な環境から身を守る為に建物を必要とし, 近年においては, 建物は財産であり, 商品と化している. 建物を商品として見ていなかった頃の,People( 人 ) と Planet( 地球 ) との関係は近年と比べ良好であった. 人々は生きるために必要なものを与えてくれる大地を崇め, 生きるために必要最低限ものを頂いていた. この頃は価値観を変えてしまうほどの技術がまだなく, Prosperity( 繫栄 普及 ) の影響力はさほど大きくなかった. そのため,People( 人 ) と Planet( 地球 ) との間で Sustainability が成立していた. 人は必要最低限のものを地球から頂き, 大切に使う. これにより, 地球の自己再生時間と, 人が使うものの寿命と量とのバランスがうまく取れていた. しかし, 技術の発展と共に産業革命以降, 建物の商品としての見方が強まっていく. すると地球に対する考え方が変わり,Planet( 地球 ) よりも Prosperity( 繫栄 普及 ) を重要視するようになる. 地球上にある天然資源を無限かのように大量消費する. 人々は自分の繫栄の為だけに生産し, 消費を繰り返した. その結果多くの環境問題を引き起こし, Sustainability を崩すことになった ( 図 2-2). 次に人々は, 再び地球環境を大切にしよう. という動きに出た.Green を掲げ, 様々な事に取り組んできた. しかし, これらの取り組みは環境の事を考えすぎるあまり, 人々の生活水準を落としてしまうこととなる. この結果 Sustainability は成立せず, 直ぐに環境への意識 pg. 20

21 環境意識の変遷 は薄れていった. 環境問題が起きる度に環境に対する考え方の見直しが試みられたが, 継続出来ずにいる. 今日に生きる我々人間は, 多くの贅沢とそれを求める欲求が身に付いてしまった. このような我々から Prosperity( 繫栄 普及 ) を無くすことは, もはや出来ない. これからの時代は, People( 人 ) と Planet( 地球 ),Prosperity( 繫栄 普及 ) の 3 つのバランスを取る事で, Sustainability が可能となる ( 図 2-3). 今までは視野が狭く, 環境問題が起きれば環境 ( 特に自然環境 ) を重視し, 経済が潤うと, 繫栄にのみ目が言ってしまっていた. そのため, 環境意識は長続きせず, 今に至ったのだ. これからは, もっと広い目でモノを捉える必要がある. 建設業界においても同じことである. 建築単体を考えるのではなく, もっと広域に目を向けるべきである. すると建設業界においても Sustainability は重要なキーワードとなってくれるに違いない. 図 2-3 Sustainability pg. 21

22 技術の発展 3. 技術の発展 3. 技術の発展 3.1. コンピュータ技術の発展と BIM の誕生 BIM とは BIM を用いる際に必要となる思考 BIM を支える技術 BIM の持っている可能性 進化していく BIM の事例 衣袋研究室における BIM の試み 衣袋研究室の考える BIM とは 衣袋研究室の BIM を支える考え方 衣袋研究室での BIM 事例 小結 70 pg. 22

23 技術の発展 3.1. コンピュータ技術の発展と BIM の誕生建設業界において, 自動車業界は常に数歩先を行くコンピュータ技術 ( 特に CAD)( 図 3-1) の御手本を示してきた. 建設業界におけるコンピュータ技術の今後を占う上でも, 貴重な先行実証実験の場として学ぶことが多い. 建設業界における BIM の誕生までの歴史を語ることは自動車業界でのコンピュータ技術の歴史を辿るに等しい. 18 世紀に入ると産業革命により大量生産 大量消費型社会へとなる. 自動車の様な同じ型を大量生産する業界では, コンピュータ技術が急成長していった 年代には自動車業界に 2 次元 CAD の導入が始まった.2 次元 CAD の使用動機は, それまで行われていた設計図の作成期間短縮であった. デジタルデータ故の修正の容易さや, 手描きに比べて精度が高い事が, 図面製作期間の短縮化に繋がると考えたからだ. 図 3-1 CAD モデル 建設業界における 2 次元 CAD の導入は自動車業界に遅れること約 20 年であるが, 導入の動機は自動車業界とほぼ同じである. 自動車と違い建築は同じものを大量生産というわけにはいかない. このことが約 20 年の遅れを生んだ理由である. 70 年代に入ると, 自動車業界では 3 次元 CAD の導入が始まった. 最初は自動車産業特有の金属の設計に使われていたが,70 年代後半からは自動車の車体の設計自体が,3 次元 CAD によって行われるようになった.3 次元化の主たる目的は, 迅速なモデルチェンジを可能にすることだった. 迅速なモデルチェンジこそが, 業界の覇者となりえる最大の手がかりであったためだ.3 次元 CAD が導入された背景は次の 3 点に集約される. 納期 : 自動車のライフサイクル自体が短くなったため, それを補うサイクルでのモデルチェンジの必要性品質 : 設計期間を短くしても, 他社に負けない高い精度や強度の確保コスト : これまでの業界のやり方の枠を超えた革命的なコストダウンの必要性また設計の過程で, 設計情報をすべての工程に関わるエン pg. 23

24 技術の発展 ジニアが共有して, 開発期間の大幅な短縮や効率化を目指す コンカレント エンジニアリング (CE) という概念の導入も図られた. 自動車業界の設計から製造過程で特徴的なものとしてモックアップ作成がある. これは莫大なコストと時間を要するものであった.3 次元 CAD の浸透により デジタル モックアップ (DMU) が可能となりコストと時間の問題を解消する事が出来た. また設計必要な各種シミュレーションがコンピュータ上で一貫して出来るようになり, 設計から製品開発までのサイクルの一層の短縮化と品質の向上が図れるようになった. 現在では, 自動車の設計過程は, ほぼ 100%CAD 使用となりそこでのデジタルデータは, 生産過程に直結して使われている. その結果, モデルチェンジに要する期間は半分になった. この CAD システムは, アメリカから世界へと広まり, 世界の自動車業界の覇権の構図の中心はアメリカのビックスリー独占から, 日本, 欧州の自動車業界が握る状況へと様相が変わってきた. IT 化のメリットを生かした生産性の向上は, 一企業に閉じたものではなく, 企業全体のコラボレーションへと繋がることで, より効果的な実践が可能になる. 日本の自動車業界は, 他の産業に先駆け,3 次元設計のメリットをより強化するためのデータの標準化や流通に向けて, 業界を挙げて盤石な体制を築きつつあるようだ. 日本自動車工業会 (JAMA) や日本自動車部品工業会 (JAPIA) が中心となって, 世界基準とも連携を取っている. 業界が一丸となって 3 次元設計と 3 次元データの標準化を推進しているのだ. この動きが, 世界の中でも突出して強い日本の自動車業界の形成に寄与していることは間違いないだろう. もし今後も, 自動車業界が建設業界の進むべき方向の道しるべとなるとすれば, 自動車業界のこれまでの道程の観察と分析は, 建設業界の明日を占う上で不可欠の作業と言えるだろう. 3 次元設計が生産プロセスを大きく変えた身近な例として pg. 24

25 技術の発展 自動車業界を挙げたが,IT 化による設計生産プロセスの改革はいずれの製造業にも発生し, それは業界内の勢力図にも影響を与えている. 今, 製造業界の中で始まりつつある変革の特徴は,1 つの製品開発というプロジェクトにおいて, 共通した利害を持つ関係者が, 企業という枠を超えて集まり,IT をプラットフォームとして情報を共有化し, 効率的な製品開発を行ない, 高品質な製品を市場に送り届け, それによってお互いにビジネスを成功させる, という図式である. これらの先行する動きが手本となり, 建設業界における 3 次元化,IT 化である BIM が遅ればせながら始まろうとしているのだ. pg. 25

26 技術の発展 3.2. BIM とは こうして生まれた BIM は Building Information Modeling の略として世間に広まり, 自動車産業の名残もあり, 建設業界において施工段階からの導入がなされた. まだまだ進化中の概念である. そのためひとつの定まった定義がない. ここでははっきりとした定義をせず, どの概念にも共通する事項を以下のようにまとめておくこととする. BIM としての最低限の定義 3 次元の形状情報建築の形状を定義する,3 次元の形状情報を持っている. 建築情報 1 つ 1 つの形状をオブジェクトとして用い, 形状だけでなく属性という様々な建築情報も兼ね備えている. 情報の統合 共有化全ての情報をデジタル化することによって, コンピュータでの情報管理が可能となる. コンピュータ上でそれらの情報を一括管理し, 様々なデジタル処理に対応できる可能性を備える.( 図 2-1) 図 3-2 BIM の一般的なイメージ (*2.1) *2.1 資料 :IAI pg. 26

27 技術の発展 3.3. BIM を用いる際に必要となる考え方 BIM の特徴であり最も重要なところである, 情報の共有化を図る際に, いくつかの考え方 を知っておく必要がある.BIM には IT 技術, コンピュータ技術が必要不可欠であり, 必要と なる考え方はそこから来ている. オブジェクトオブジェクトとはコンピュータで扱うひとまとまりのデータやプログラムを示す概念. 使用される状況が広範に及び, 人によって解釈が異なることもあるため, 誤解も生じやすい. コンピュータ用語として使われたのはプログラミングの オブジェクト指向 が最初と思われるが, これはオブジェクトと呼ばれる独立したモジュールの集合体としてプログラミングを行う手法をいう.CAD 分野でもオブジェクトは, 様々な意味合いに使われている.CAD で操作する対象をオブジェクトと表現することがあり, この場合には1 本, 円 1つを指すこともあれば, グループ化された図形や図面に張り込んだ Excel の表などもオブジェクトという. またプログラミングの オブジェクト指向 により近い概念として, ひとまとまりの複数の図形に, 柱や窓などの意味を持たせ, 資材や金額などの属性を持たせたものをオブジェクトと呼ぶこともある. 最近の3 次元 CAD は オブジェクト指向 CAD [*1] と称し, 建築的な意味を持ったオブジェクトを組み合わせることで建築をモデル化しようというアプローチを彩っている. [*1] 本論ではこれを 3 次元オブジェクト CAD と称す オブジェクト指向プログラミング手法の一. データをそれぞれの性質に応じた動作をも含むオブジェクトとして定義し, プログラムの設計と実現とを行う. 従来の手続きを中心としたプログラミングに比べ, 大規模なプログラムの開発が容易になるといわれる. pg. 27

28 技術の発展 3.4. BIM を支える技術 実際に BIM としての最低限の定義を満たすために用いられるツールとして 3 次元オブジェクト CAD が挙げられる. また,BIM としての可能性を広げるにあたって, 近年では様々な 3 次元オブジェクト CAD の連携ソフトウェアが発表されている. 周辺環境, 内部環境における熱 音 風 光などを検証出来る環境シミュレーションソフトウェア, ある規則性に則った複雑形状を生成出来るスクリプティングソフトウェア, 構造解析を行える構造シミュレーションソフトウェア, 情報の共有化をサポートしてくれるコミュニケーションツールなどがある. ここでは各ジャンルから代表的なツールを列挙し, 衣袋研究室で実際に用いた事のあるツールについては, 詳細な説明をしておく. 3 次元オブジェクトCAD Revit Architecture Bentley Architecture ArchiCAD etc スクリプティングソフトウェア Rhinoceros 3D(Grasshopper) GenerativeComponents 環境シミュレーションソフトウェア Ecotect サーモレンダ DesignBuilder etc 構造シミュレーションソフトウェア STAAD. Pro etc コミュニケーションツール Google Earth Web Learning Studio Onuma Planning System etc pg. 28

29 技術の発展 3 次元オブジェクト CAD 現在, 建設分野で一般的に使われている CAD は 2 次元 CAD である.2 次元 CAD は建築物を紙の上に表現してきた技術の延長上にある. 線をデジタル化する事により情報の再利用が行われ, 飛躍的に図面を描く速度が上がった. しかし, あくまで紙の延長上であり, それまでのプロセスが大きく変わることはなかった.3 次元 CAD は建築物をコンピュータ内の仮想空間上に立体的に表現する事が可能である. 図面では読み解くのに専門知識が必要となってくるが, 立体として表現する事によって専門的な知識を持たないものでも直接的に理解することが可能となった. また, 情報が 2 次元図面の平面図や断面図のように断片化せずに 1 つの場所に集約されることによって様々な技術が生まれることが期待され, 建築物の品質, 工程, 安全等において期待されている. 3 次元 CAD は, 一般的に 3 次元形状が作成可能で厳密に数値を設定する事が可能なものを指すことが多い. また, 近年 3 次元オブジェクト CAD という名称が普及しつつある.3 次元オブジェクト CAD とは, 個々の部材をオブジェクトとし, 形状データに加えて属性情報を持たせることが出来る CAD である. これによって 3 次元 CAD の特徴である 設計時の整合性 視覚的効果 に加えて コストコントロール 3 次元情報の利用 などが期待できる. ここでいう属性情報とは各オブジェクトにおける部材としての振る舞いを決定する情報のことで, 単価や製造情報が用いられる. 3 次元オブジェクト CAD が注目されている背景として BIM が挙げられる. これまで主体が変わることによって CAD などのソフトウェアの互換性から様々な情報が欠落し, 情報の再入力が必要になっていたが,3 次元オブジェクト CAD では情報の共有がこれまでより重要視されている.2 次元 CAD では中間形式として DXF 形式が事実上デファクトスタンダードとして用いられているが,3 次元 CAD では様々な企業による協力を得て IAI(International Alliance for Interoperability) によって IFC(Industry Foundation Classes) 形式の構築が進められている. pg. 29

30 技術の発展 スクリプティングソフトウェア 1) Rhinoceros 3D(Grasshopper) 名称 :Rhinoceros 3D(Grasshopper) 製作会社 :Robert McNeel & Associates 機能説明サーフェスモデラーとして, 自由曲面形状作成に特化した 3 次元モデリングツール.Rhinoceros のプラグインである Grasshopper は, 生成アルゴリズムを用いて新しい形状を生み出すための, グラフィカルアルゴリズムエディタプラグインである. 様々な条件や変数を作り出すボックスをプラグでつなぎ, 最終的な形態のためのプログラムを構築していく. 他のスクリプトィングソフトウェアとは異なり, インターフェースが分かり易いため, プログラミングやスクリプトの知識がなくてもユニークな形状の生成ができる. pg. 30

31 技術の発展 2) GenerativeComponents 名称 :GenerativeComponents 製作会社 : 株式会社ベントレー システムズ 機能説明ベントレー システムズらしいとても自由度の高いソフトウェア.3 次元オブジェクト CAD では作成することが難しい, 複雑な曲面, 多面体形状等をパラメトリックな要素を用いることで, 容易に作成出来るソフトウェアである. モデルを構成していく部材 (Component) が互いに拘束条件を持っている. そこで与えられる拘束条件はモデル作成過程でも自由に変更が出来, 複雑形状の修正が瞬時に行われる. こういったソフトウェアはスクリプトを独自で組んで作成していくため, プログラム未経験者には扱うことが困難なように思われるが,feature type と呼ばれる形状作成の補助ツールが備わっている, これを用いることで, 従来の CAD のように点や線, 面, ヴォリュームといった単純なものは容易に作成可能となっている. pg. 31

32 技術の発展 環境シミュレーションソフトウェア 名称 :Ecotect 製作会社 :Autodesk( 製作は Square One によるもの.2008 年 Autodesk に統合 ) 機能説明コンピュータという仮想空間内に地球を再現. その地球上のある特定の場所に 3 次元モデルを作成, 配置した上で, 日照, 熱, 風といった環境情報をパラメータとし, 数値入力する事によって,3 次元モデル上でビジュアルにエネルギー解析結果を確認する事が出来る. このように視覚的な表現に優れているため, 環境工学などの専門知識がないものでもある程度は理解できる. また,3 次元表現に加え, 日影シミュレーションなどで時間経過を含めた 4 次元表現を, アニメーションというかたちでエクスポート出来き, プレゼンテーション能力に優れたソフトウェアであると言える. 従来の 3 次元オブジェクト CAD でもレンダリングをかけることによって, 日影や照度等簡単なシミュレーションは出来た. しかしそのシミュレーション結果は全て画像である上に, 正確な数値情報を得ることが出来なかった. このソフトウェアの欠点として日本の環境情報が入力されていない事が挙げられる. 主な解析機能については, 下記に記す. 日影シミュレーション 日影の時間的推移を描く時間ごとの重ね合わせ画像としてや, アニメーショ ンとして書き出すことが可能. pg. 32

33 技術の発展 日照による放熱シミュレーション 建物表面や周辺に対し, 色によって放熱温度を表現出来る. 予めグリッド のサイズを規定し, そのグリッドを配置した上でシミュレーションを行っているの で, グリッドごとの温度が, 位置座標と温度が数値情報として得られる. 室内照度のシミュレーション 日照による放熱シミュレーションと同様, 色によって照度を表現出来, グリッ ド配置によって, 位置座標と照度が数値情報として得られる. 流体分布のシミュレーション CFD 解析プログラムである WinAir をプラグインすることによって行えるシミュレーション. これも上記 2つのシミュレーション同様, 色を用いて風力, 風による温度変化を表現出来, 位置座標と風力, 温度等が数値情報として得られる. pg. 33

34 技術の発展 構造シミュレーションソフトウェア 名称 :STAAD. Pro 製作会社 : 伊藤忠テクノソリューションズ 機能説明 STAAD. Pro は構造設計のための骨組構造解析 設計支援の為のソフトウェアである. STAAD. Pro は引張 圧縮 せん断などの一般的な静解析から, 地震 時刻歴応答などの動解析までサポートし, 各国の設計コード ( 米国 ASD/LRFD,BS5950, 日本等 ) に対応している. グラフィック画面で構造モデルの作成し, 使用する部材や荷重条件の編集, 部材の最適化計算, 確認までを行う. 計算結果は 3Dレンダリング (=CG) でグラフィカルに確認することが可能. 計算結果のレポート作成, 構造部材のモーメント図やたわみの結果をアニメーションによって確認 出力することが可能である. pg. 34

35 技術の発展 コミュニケーションツール 1) Google Earth 名称 :Google Earth 製作会社 :Google 機能説明 : Google Earth は 3D バーチャル地球儀ソフトウェアである. Google Earth はインターネットを通じて同社のサーバに接続し, 指定した場所の衛星 航空写真や地図, 地理情報, 建物の 3 次元モデルなどを受信, 合成して一体的に表示することができる. 緯度 経度 高度をマウス操作などで連続的に滑らかに変化させて閲覧することができ, あらゆる情報の詰まった巨大な地球儀をコンピュータ上に再現しているように使うことができる. この地球儀には自分がつくった建造物を 3 次元モデルとして地球儀上に配置し, そのデータを他者と共有する事が出来る. pg. 35

36 技術の発展 2) Web Learning Studio 名称 :Web Learning Studio 製作会社 : 衣袋研究室 機能説明 : 教える教育 から 学ぶ教育 への転換を図るべく, 衣袋研究室において開発された VDS の基本原則である, いつでも だれでも どこからでも, セキュリティ確保, 実際の運営の検討 を守り, システム全体が汎用化しているコミュニケーションツール ネットワークコラボレーションツールである. インターネット環境さえ整っていれば, 誰もが, いつでも, どこでもアクセスし, 情報をアップロード, ダウンロード出来る. アップされた情報は時系列的に保管され, プロジェクトの経緯が確認できる. また, ここにはチャット機能が搭載されており, プロジェクトメンバーと離れた所からでもチャットによって打ち合わせが出来る. 詳しくは, 2008 年度に発表された芝浦工業大学大学院修士論文 Web Learning Studio の再構築による建築設計教育支援 Building Information Modeling 概念の導入 を参照されたし. pg. 36

37 技術の発展 3.5. BIM の持っている可能性 以上までの思考と技術により,BIM には様々な可能性が生まれる. その多くは, 時間 経費の削減を手助けするものである. それらについては, これまでにも多くの場で発表されているので, 本論では触れない. ただ1つここでは, 衣袋研究室の考える BIM(3.7 にて触れる ) においても期待を抱いている IP について触れておく. Integrated Practice 近年, 諸外国において IP(Integrated Practice) の概念が注目されている.IP とは 建築プロジェクトにおける企画から設計 監理 建設 維持管理までのあらゆる段階に必要な一貫性ある情報の, 公開 共有を図ると同時に総合化を進めることにより, コスト 工程 品質等の面でも有効で, しかも業務管理の効率化を図るシステム と JIA( 日本建築学会 ) は述べている. 建設プロジェクトにおける様々な課題に対して早い段階で施主に提案し, 手戻りのないクライアントと設計者の共有の価値観を作り上げることを目指している.IP では共同作業, 並行性, 継続性を重要視している. 共同作業, 並行性, 継続性について下記に記す. 共同作業 IP を実践したプロジェクトでは設計者と施工者は個別に存在するのではなく, ひとまとまりとして存在する. 関係者全体でチームを構成する事によって様々なメリットが得られる. 並行性 IP ではプロジェクトの様々なプロセスは並行性を持つ. 従来はそれぞれのプロセスが独立していて, 多少重なる部分があってもひとつのプロセスが終わったら次に移行するといったものだった.IP ではプロセスは並行的に行われる. 並行的に行われることによってプロジェクト全体の期間を低減できる. 持続性 IP において情報は持続性を持つ. 企画 設計段 階から解体まで建物に関する情報は活用され続け pg. 37

38 技術の発展 る. それぞれのフェーズで情報が断片化されること なく再利用されることによって, 価値を高め続ける事 が出来ると考えられる. AIA において IP の手順をまとめたものとして IPD (Integrated Project Delivery) が提案されている. プロジェクトチームの在り方の原則がまとめられている. pg. 38

39 技術の発展 3.6. 進化していく BIM の事例 アメリカ, ヨーロッパ, 日本の次々と進化していく BIM の事例を各国 3 つ挙げ, 各国の特徴 を述べる. 事例として挙げるのは以下のものである. アメリカ BURST*008 Fashion Institute of Technology Applebee s Support Center ヨーロッパ Aurora2 Tian Yi Town Master plan Build Live London 日本 城南学園第二学舎 横浜カメリアホスピタル 木材会館 pg. 39

40 技術の発展 アメリカ pg. 40

41 技術の発展 自動車産業から発展した生産性重視の BIM 3D モデリングを用い, 多種多様な部材を瞬時 に切り分けることで, 各々の図面を描く作業が軽 減される. 作品名 :BURST*008 設計者 :Gauthier Architects 竣工年 :2008 年所在地 :Museum of Modern Art Home Delivery Exhibition 概要 アメリカの BIM は自動車産業からの流れを孕んでいる場合もある. こ の建築は複雑かつ多種多様な部材の積層物である. その各部材を 3 D モデリングから切り出し, 瞬時に図面にすることで, 一部材ごとに一か ら描かなければならないという作業工程を短縮し, 生産性を向上させ 多種多様な部材の集合により完成している. BIM により生産工程をスマートにした. ている. Gauthier Architects pg. 41

42 技術の発展 設計, 施工, 管理, すべての工程に活用された BIM 3D モデリングを用い, 多種多様な部材を瞬時 に切り分けることで, 各々の図面を描く作業が軽 減される. 作品名 :Fashion Institute of Technology 設計者 :SHoP Architects 竣工年 : 年所在地 :NewYork(America) 概要 ニューヨークを本拠地とする SHoP Architects はデジタル技術 の活用とサスティナブル建築に力を入れている設計集団であ る. このプロジェクトでは熱環境分析, 応力解析からコスト計 算まで BIM ツールで行うことで多数の設計関係者と情報を共有 多種多様な部材の集合により完成している. BIM により生産工程をスマートにした. している. 設計の早い段階から BIM を用いることでサスティナ ブルな建築を可能にした. 第 13 回 セミナー報告 BIM で実現するサステナブル デザイン pg. 42

43 技術の発展 日照という自然環境を設計プロセスに組み込んだ BIM 太陽光が建物に及ぼす影響を考え設計し, 検証した例である. 左図はECOTECTを用いた検証と, それを設計プロセス内に取り込んだ例である. 作品名 :Applebee s Support Center 設計者 :BNIM 竣工年 :2007 年所在地 :Lenexa,Kansas(USA) 概要 BNIM はアメリカを中心に BIM を積極的に用いている設計集団であ る. 日照の角度, 入り方を BIM を用い検証し, この敷地環境にあった 竣工後の外観写真である. 検証を重ねた結果 が設計に反映されていることがわかる. 最適解を導いている. 設計の早い段階から BIM を取り入れ, 日照をプ ロセスに組み込んだ事例である. BNIM : Berkebile Nelson Immenschuh McDowell Architects pg. 43

44 技術の発展 アメリカは BIM の発祥の地であり, 先進国でもある. 産業革命以降急成長を遂げた製造業において, 時間とコストの削減は大きな課題であった. このことは建設業界においても例外ではない.BIM を用いて時間とコストの削減を狙う動きが生まれた. こういった目線からの BIM の事例はアメリカ国内で多数みられる. こうした動きは BIM を支える技術においても当然のことながら反映される.BIM において情報の統合する基準となるオブジェクトを, 柱や壁といった建築構成要素としている. このオブジェクトに単価や寿命等の部材情報を入れ管理を行っている. この管理システムは IFC と言うファイルフォーマットとして今日では国を超えた共通基準となりつつある. 産業面以外でも,BIM を用いた動きは起きている. それは, 近年再び注目を浴びている環境に対するものである. 環境負荷の削減, サスティナブルな素材の利用など, 環境に配慮した動きがみられる. しかし, こうした環境面に対する取り組みは未完である. 生産性を求める BIM をベースとしているため,BIM の良さを最大限に引き出せていない. 大抵の事例が, 形態生成におけるアセスメントに過ぎないのが現状である. pg. 44

45 技術の発展 ヨーロッパ pg. 45

46 技術の発展 空間を一単位として考えた BIM ヨーロッパ型の BIM の特徴である. 空間を BIM で とらえている事例である. 空間の配置を BIM で 行っている. 作品名 :Aurora2 設計者 :Senate Properties 竣工年 :2005 年所在地 :Joensuu, Finland 概要 Senate Properties 社は主に北欧で BIM に取り組んでいる. 部材, 建 具などの部分的に建築の要素を BIM で活用するアメリカ型に対し, 空 間そのものを BIM でつくろうとするヨーロッパ型との典型なプロジェクトで 空間全体を BIM として捉えることで完成した建 物の事例である. ある. この作品はすべてにおいて BIM で考えている. どのフェーズにも, どのタイミングでも BIM を用いていることが特徴である. Senaatti-kiinteistöt pg. 46

47 技術の発展 棟を空間と捉えたヨーロッパ型の BIM 建物を空間と見立て熱環境をシミュレーションし ている事例である. 敷地全体としての熱環境を 考えている. 作品名 :Tian Yi Town Master plan 設計者 :schmidt hammer lassen architects 竣工年 : 年所在地 :China 概要 ヨーロッパを本拠地として活動している schmidt hammer lassen architects は積極的に BIM を取り入れている. このプロジェクトでは敷地環境の特徴を洗い出し, 建築, まちづくりとしての持続性を向上させる環境分析とその設計プロセスでもたら BIM によるデータ管理を行ったうえで各棟の配 置を決定したマスタープランが実施において活 かされている. される効果のシミュレーションを行っている.Autodesk 社の ECOTECT というツールを使用し, 熱環境を調査し, 設計に活か している. schmidt hammer lassen architects pg. 47

48 技術の発展 web-studio を活かした BIM Storm BIM Storm LONDON で賞を獲得した事例であ る.3D による情報管理により様々な人が管理で きるようなモデルとなった事例である. 作品名 :NO NAME 設計者 :BIM Vikings 竣工年 :-2008 年所在地 :Web 概要 BIM が持つ情報を共有できるという特徴を最大限に利用したイベント である. 国内では Build Live Tokyo として開催されているが, ヨーロッパ でも Build Live London として開催された.Onuma Planning System といういわゆる e-learning を利用し,BIMStorm というかたちで様々な人が情報の共有という BIM の特性を最大限に活かしたプロジェクトに参加している. 3D モデリングにより周辺環境と建築の関係性を 考慮している. なかなか見れない視点から建物 を検証できるのも BIM の特徴の一つである. BUILD LIVE LONDON pg. 48

49 技術の発展 BIM 特有の 3 次元モデルへの情報統合化によって実現が可能となった,3 次元モデルによるプレゼンテーション能力を生かし, クライアントの立場からの BIM 導入を積極的に行っている. ヨーロッパはアメリカと異なり空間を捉える BIM の取り組みがなされている. この空間を捉えるという発想には, ヨーロッパの社会背景が関わっている. ヨーロッパには古くからの街並みが今日においても残されている. ヨーロッパの人々は新築を建てるよりも, 古くからの建物をコンバージョン, リノベーションする事によって再利用し街並みを守ってきた. そのため柱や壁と言った建築構成要素よりも, それによって築かれる空間を捉え設計する傾向が強い国である. そのことが,BIM のシステムにも大きく影響している. 建築構成要素以外に空間をおオブジェクトと見なし, 情報を持たせる思考がみられる. pg. 49

50 技術の発展 日本 pg. 50

51 技術の発展 現実の施工工程に限りなく近くする BIM Revit Architecture を用いた設計であり,3D モ デリングにより情報を共有するという点で BIM を 用いた事例である. 作品名 : 城南学園第二学舎設計者 : 株式会社安井建築設計事務所竣工年 :2008 年所在地 : 大阪府 概要 Autodesk 社の Revit Architecture を積極的に会社に導入している安井建築設計事務所は BIM により情報を共有させ, 現場で活用できる技術を BIM を導入することにより, 設計段階からより現実的なことを 写真は実際に就航を迎えた際の写真である. BIM ツールを用いた 3D モデリングの質の高さが 証明されている. 考えられるようになるということである. 一方で竣工後のメンテナンスを BIM を用いることでバージョンアップしながら行えるということは, 利益を 生むための手段であると安井建築設計事務所は考えている. Autodesk BIM design pg. 51

52 技術の発展 プレゼンテーション力を高め, 効率化を図った BIM 細かな詳細設計をBIMを用いて行うことで. 施主とのプレゼンテーションに生かしてきた例である. ヴィジュアル的にも見やすく,BIMを用いることで伝わりやすいプレゼンテーションとなった. 作品名 : 横浜カメリアホスピタル 設計者 : 大成建設 t 竣工年 :2008 年 所在地 : 神奈川県横浜市 概要 大成建設が手がけた医療施設 横浜カメリアホスピタル は,BIM を 活用した設計の ビジュアライゼーション を徹底, コミュニケーションを 活性化し, 顧客満足度向上を実現したプロジェクトである.Autodesk Revit Architecture を使用し, プロジェクトの初期段階から詳細な設計 建物全体が BIM により管理, 設計された例であ る. を行い,BIM モデルを活用することで施工主とのコミュニケーションを繰 り返した. 施工主の細かい要望を吸い上げつつ, 打ち合わせのその場 で設計の変更を行い, 合意形成を促進. 見事に課題を解決している. pg. 52

53 技術の発展 伝統技術を高精度にレベルアップさせた BIM 左図は日本の伝統工法である継ぎ手を BIM を 使って管理し, 高度な精度による施工を成功に 導いた. 作品名 : 木材会館設計者 : 山梨知彦 / 日建設計 + 勝矢武之 /NSD 竣工年 :2009 年所在地 : 新木場 ( 東京 ) 概要 日本の伝統的な技術である継ぎ手を最新技術で復活させたプロジ ェクトである. 伝統工法と最新技術を結ぶ重要な役割を果たしたのが BIM である.Graphisoft 社の ArchiCAD が複雑な継ぎ手の工作精度を 向上させ, 材を相互に組み立てられる高度な加工精度の実現に一役 日本の伝統工法を BIM により高度な技術で復 活させたことが可能にしたファサード. を買った. これは極めて限定的な実践的な BIM の事例である. 吉田信之 (2009). 建築と都市 a+u 2009 年 8 月臨時増刊エー アンド ユー pg. 53

54 技術の発展 日本は, アメリカ, ヨーロッパに一足遅れて BIM を導入した. 導入当初はアメリカの BIM のような時間とコストを削減するための BIM, 施工 管理における BIM として取り入れる企業が多かった. 近年では, 導入企業が独自で開発を進め, 自社の特徴を生み出そうと環境シミュレーションや, 日本古来の伝統技術の精度向上などのために用い始めている. pg. 54

55 技術の発展 3.7. 衣袋研究室における BIM の試み これまでの流れは世間的に述べられている BIM に関する記述であり, これから述べる BIM とは大きく異なる. その違いは, 衣袋研究室の研究経緯にある. 本研究室は, 環境システム学科というシステム思考をベースに環境について学ぶ学科に属している. 研究室設立当初から 製図板のない設計教育 をキャッチフレーズに研究を取り組んできた. そのため, BIM が世間に広まる以前から BIM に近い考えを持っており,2004 年には BIM の土台となる 3 次元オブジェクト CAD を導入していた. 本研究室では, 設計以外に教育環境の構築にも取り組んでおり,Web Learning Studio の開発などを行いシステムについても学んできた. そういったこともあり, 建築設計においてプログラミングにおける情報のとらえ方をヒントに, 衣袋研究室独自のオブジェクト思考を築き学んでいる. そんな研究背景から, 世間的な BIM とは一味違う, 意匠における BIM の概念が生まれることとなる. pg. 55

56 技術の発展 衣袋研究室の考える BIM とは 本研究室では, 世間に BIM という言葉が知られるようになる前,1990 年代から CAAD(Computer Aided Architectural Design) 設計方法論というかたちで, すでに 3 次元思考のもと,3 次元 CAD によるモデル検証, オブジェクト思考のもと属性の意識, 情報の統合 共有化が建築設計教育の中で試みられてきた. これは, 今日における BIM の最低限の定義の 3 項目に正しく当てはまっているのだ. BIM が世間的に普及した近年において本研究室は,2005 年度から, 独自の思考のもと構築してきた設計方法論の整理と, 時間とコストを考えた BIM ではなく, 情報の 3 次元モデルへの統合 管理よって生まれる新たな設計手法の構築を目指し,Building Information Modeling の頭文字 BIM に肖り 2009 年度現在,4 段階に定義付けを行っている.4 段階の定義については以下に記す. pg. 56

57 技術の発展 Building Information Management 情報の管理 3 次元モデルを生成する際に用いる,3 次元オブジェクト CAD が持っている形状情報や属性情報を集計 管理する. Ex.) 積算 Building Imagination Modeling 情報処理によるモデルの創造( 想像 ) 3 次元オブジェクト CAD, 環境シミュレーションソフト, スクリプティングソフトなどを用いて, 様々な情報をパラメータとして形態に反映させる. 一種のアルゴリズミック デザインである. Ex.) 音を人の気配として形態に反映させる pg. 57

58 技術の発展 Building Imagination Management 情報処理によるモデルの創造( 想像 ) から管理 Building Imagination Modeling 同様,3 次元オブジェクト CAD, 環境シミュレーションソフト, スクリプティングソフトなどを用いて, 様々な情報をパラメータとして形態に反映させる. Building Imagination Modeling との違いとして, 設計段階のみならず, 維持管理の事も考えられたもの. Ex.) リノベーションにおけるゾーニングシステム Built-environment Information Modeling 都市環境情報処理によるモデルの創造( 想像 ) 環境シミュレーションとモデル生成の関係性の強化を図る. シミュレーション結果をモデリングデータにフィードバックさせることによって, 都市環境情報を取り込んだ形態を生成する. そのため, スクリプティングソフトウェアを駆使しアルゴリズムを生成する事が必要不可欠となる. Ex.) 日照を用いたファサードデザイン pg. 58

59 技術の発展 衣袋研究室の BIM を支える考え方 本研究室では設計を行うに当たり,CAAD(Computer Aided Architectural Design) を長年用いており, それによる設計手法の構築を行ってきた.BIM はその延長上の成果物であり, これまでの CAAD 設計方法論で用いられた思考なくして語ることが出来ない. そんな BIM の概念を支える考え方について,BIM も含め CAD 設計においてどういった考えの基進めていくか説明したのち, そこで出てきた重要な思考を次に詳しく説明する. CAD 設計を行うにあたり, 目的設定 データ収集 / 分析 シミュレーション プレゼンテーション といった連続的, 継起的行為として総括するためのシステム思考 (*1) が重要である. 特にシミュレーション段階においては, モデルの作成 評価 最適化 という行為の反復であり, これをデジタル情報として実行 管理するにあたって, アルゴリズム (*2) が必要となってくる. こうした作業環境として近年では, コンピュータ内で仮想空間における 3 次元モデル作成環境構築の 3 次元オブジェクトCADがある. これは人間が生まれつき持ち合わせている3 次元思考 (*3) と, プログラミングのオブジェクト指向からヒントを得たオブジェクト思考 (*4) によって, 従来の線を引く, 面を描く, ヴォリュームを置くと言った感覚とは異なり, 材料を加工するというような考えをする. オブジェクト ( 形状と柱などの属性を持ったもの ) とオブジェクトの関係性として捉えるのである. こうした作業環境下で, 行為の反復 ( フィードバック ) を行いいながら, 最適解を求め形態を生成していく行為をアルゴリズミック デザイン (*5) と言う. 一見アルゴリズミック デザインと聞くと, 複雑形状の造形的な作品をイメージされがちである. しかし, ここでいうアルゴリズミック デザインとは違う. ここでは, オブジェクトとオブジェクトとの間で共通するある系 (*6) において, 設計のキーワードとなる情報を見つけ出し, その情報を数値情報として管理する. そして, その数値情報をパラメータ (*7) として形態に反映させるものである. *1) システム思考社会が抱える物事や状況を, 目の前にある個別の要素ではなく, それぞれの要素とその つながり が持つシステム. 3.1 引用文 : 枝廣淳子内藤耕 (2007). はじめに入門! システム思考講談社 pp.3. pg. 59

60 技術の発展 *2) アルゴリズム計算や問題を解決するための手順 方式. 特にコンピュータのプログラムに適用可能な手続きをいうことが多い. *3)3 次元思考人間が持っている空間情報認識のことであり, 平面思考と対比的に使われる. 扱うものが 3 次元であるのだから, ものづくりに携わる者は常に発想の基盤を 3 次元にしておく必要がある. *4) オブジェクト思考オブジェクト指向プログラミングにヒントを得て, 常に柱, 壁, 床といった建築属性を意識しながら思考すること. 建築の構成要素は常に建築属性を持っているため, 図面を扱う際でも建築属性に注視する事が必要である. *5) アルゴリズミック デザインアルゴリズミック デザインとはとても幅広く定義されており, 細かいところで人それぞれ認識の違いはあるが, 共通して以下のようなことが言える. 形態を生み出していく手続き( アルゴリズム ) に基づいてプログラムを組み, それを実行することによって形態を創生する. こういったことは何も近年生まれたものではない. 昔から人間はものを生み出す際に, 脳という優れたコンピュータの様なものを用いて, 生み出す反復, スタディの手続きをしていたのである. こうしたことから生まれるものも, アルゴリズミック デザインと言えよう. 近年では技術発展に伴いコンピュータを用い, より高度なプログラム ( 多事象なプログラム ) を組み創生できるようになった. pg. 60

61 技術の発展 *6) 系 図 3-3 同系上に存在する 2 球の関係 我々が住まう地球上には多くのものが散在している. それらは多様な情報を持ち, 互いに影響し合っている. A と B というものが存在しているとする.A と B は様々な共通した情報のもと, 互いは影響し合っているのである. 例えば互いに質量という情報を持っていれば, 重力場という系の上で互いを引き付け合う引力を生み出す.( 図 3-3) このように一定の相互作用または相互連関を持つ物体の集合体の事を指す. どのような情報がどのような影響を与えるかは, 系をはっきりさせることによって見えてくる. よって大量の情報を処理する際には, どの系での話なのかを明確にすることが重要となって くる.( 図 3-4) 図 3-4 Layers of Design *7) パラメータ我々が存在している世界には位置情報を始めとする, 様々な数値情報がある. この数値情報の中にも形態を創生する上で種類があり, 施主等から得られる目的関数と立地条件から得られる制約条件とがある. pg. 61

62 技術の発展 衣袋研究室での BIM 事例 衣袋研究室で,3 次元オブジェクト CAD を用い BIM という言葉を使い始めた,2005 年 度から 2009 年度までの研究成果をここでまとめておく. 年度ごとに取り組みを整理すると下記の通りである 年 Autodesk デザインコンテスト 2005 にて, 設計プロセスモデルを提 案. これを衣袋研究室での BIM の初の研究成果物とする 年江崎岳史氏が修士論文 建築設計教育における 3 次元オブジェクト CAD の可能性の検証 の中で BIM について記述. 世間的な施工より の BIM についての紹介 年長谷川徹氏が修士論文 建築設計教育における 3 次元オブジェクト CAD の可能性の検証 の中で BIM について記述. 世間的な施工より の BIM についての紹介 年 榎本佳史氏が修士論文 3 次元オブジェクト CAD と連携する次世代ソフトウェアの有効性の検証 ~ 建築設計プロセスを用いての検証 ~ の中で BIM を用いた設計プロセスを提案. 衣袋教授が開講している本学大学院工学研究科修士課程建設工学専攻を対象とした授業 ( 前期 ) 建築設計情報特論 にて BIM に取り組む. 研究テーマに BIM が加わる 年 昨年同様, 建築設計情報特論 にて BIM に取り組む. 修士論文で 3 名が BIM を絡めたテーマとして研究を行っている. 各年度の詳細は以下に記す. pg. 62

63 技術の発展 2005 年度での取り組み 衣袋研究室に所属していた, 当時大学院 1 年生の江崎岳史氏と, 同研究室所属の当時学部 4 年生の高木雄介氏が,Autodesk デザインコンテスト 2005 に出品した作品 Autodesk Revit の特性を活かした建築設計プロセスモデル が1 位となる. この作品が本研究室において最初の BIM を用いた作品である. この作品は 3 次元オブジェクト CAD を駆使し, 敷地調査 分析 ( 図 3-5), ヴォリュームスタディ ( 図 3-6), モデリング ( 図 3-7), ウォークスルーを用いた開口部のシミュレーション ( 図 3-8), アニメーションによるプレゼンテーションに至るまで, 一連の設計プロセスを Autodesk Revit Architecture を用い行ったものである. この取り組みは衣袋研究室で言うところの Building Imagination Modeling の最も単純なものに当たる. 図 3-6 敷地分析 図 3-5 ヴォリュームスタディ 図 3-8 モデリング 図 3-7 ウォークスルー pg. 63

64 技術の発展 2008 年度での取り組み 衣袋研究室では 2005 年度から BIM に取り組んできたが, 授業として本格的に BIM に取り組んだのは, この年が最初である. 本研究室は設計の研究室であるため, 積算などの施工段階より, 意匠設計段階に用いるような (3.7.1 で述べた )BIM を求めた. そこで今まで目に見えなかった環境情報を, 形態に反映させる事を試みた. こういったことは過去にもよく行われていたものの, 信憑性に欠けていた. そこで, スクリプティングソフト (GC: GenerativeComponents)( 図 3-9), エネルギー解析ソフト (Ecotect)( 図 3-10) を研究室に導入し, 目に見えない環境情報をエネルギー解析によって, 目に見える数値情報に変換し, スプリクトを組み事によって, 形態に反映させる事を考えた. しかし, 使い方を覚えるところから始めたため, ソフトウェアを使いこなせるようになるまでに膨大な時間を費やすこととなり,BIM に至らなかった. 図 3-9 GenerativeComponents の window 図 3-10 Ecotect の window pg. 64

65 技術の発展 2009 年での取り組み 昨年度 BIM 研究の主体であった当時大学院 1 年生がアシスタントに付き, 建設工学専攻大学院 1 年生を対象とした前期の設計授業 建築設計情報論 にて BIM 授業を開講. 受講者は衣袋研究室, 菊池研究室合わせて 18 名で行われた. 後期では, 衣袋研究室大学院生の研究室研究である 建築設計情報研究 の中で, 継続的に BIM 研究を行った. この年は, 昨年の経験もあり,3.7.1 で述べた 4 つの BIM に取り組む事が出来た. ここでは, 取り組んできた順に作品を紹介し説明する. 1) Building Information Management まずはウォーミングアップとして, 世間では BIM をどのように用いているのか理解することから始めた. そこで BIM をどのように意匠設計に生かすのかではなく, オブジェクトの持っている情報をどのように管理するのかを知るために積算を行った. 対象のモデルとしては, 受講生が学部時代に受講した衣袋教授が担当している本学科の設計授業 居住環境デザイン演習 にて, つくった住宅課題を使っている. 住宅課題を作成した当初から 3 次元オブジェクト CAD を用いていたため, 属性割り当ての修正と, 単価入力を行う程度で完成した. この取り組みは, 情報の管理システムの理解に繋がった. pg. 65

66 技術の発展 2) Building Imagination Modeling 次に昨年度から導入したソフトウェア,GenerativeComponents,Ecotect を用い意匠設計段階において, 目に見えない環境情報を形態に反映させるという試みに再度挑んだ. この年は昨年からの蓄積もあり, 様々な情報を形態に反映させる試みがなされた. 目に見えない情報を相手にするということで苦戦を強いられた. この取り組みによって, ものの捉え方を再度学ぶことが出来た. こうした試みの中からいくつか作品を紹介する. I. 光をパラメータとした作品 屋根がつくる領域と, 影がつくる領域についての考察作品 時間が経つことに移り変わる屋根がつくる影の領域を建築にした作品. pg. 66

67 技術の発展 II. 音をパラメータとした作品 音を人の気配と捉え建築空間を生成した作品 モスキートーン の様に大人になると聞こえなくなる音があるという話から, 周波数の違いか ら年齢別の空間の最適解を求めようと試みた. pg. 67

68 技術の発展 3) Building Imagination Management Building Imagination Modeling の取り組みの中で情報の整理, 管理システムがある程度築かれ, 設計以降にも機能する BIM システムが数作品発表された. これらは Building Imagination Modeling の発展系として設計のみならず, 維持管理までを考えた Building Imagination Management と称することとした. これについてもいくつか紹介する. I. 天空率からのモデル生成 天空率からヴォリュームを作成した後, 容積率などの要求される情報を入力し形 態作成を行った作品. pg. 68

69 技術の発展 II. 3 次元領域とスペース管理 けんぺい率, 容積率, 様々な条件から 3 次元空間を管理するモデル作品 III. 3 次元メッシュを用いた採光最適化モデル 空間にレンタブル比や照度情報を持たせ管理 オフィスビルのリノベーション時に用いるモデルとして作成した作品 pg. 69

70 技術の発展 3.8. 小結 建築の構築には, 様々な立場の人が携わり, 多くの情報が飛び交う. 従来では, 各工程における専門家が独自の言語により情報を整理し, 建築の構築を進めてきた. そのため, 各工程の度に情報の書き換えが必要となり, 時間と手間が掛る上に, 書き換えによって生じる誤った伝達により大きな損失を生む事が度々あった. 技術の発展と共に誕生した BIM. そんな建設業界において BIM の誕生は革命的であった.IT 技術によるコミュニケーション向上, コンピュータ技術の発展による情報の統合化がなされた. これにより, 各工程に携わる者が同じモデルを共有することで, 時間と手間を大きく削り, 誤った情報の伝達も避けることが出来るようになった. これらを支える技術というのは近年すごいスピードで進化を遂げており, 時間と手間, 情報の誤った伝達を避ける以外に,BIM には様々な可能性が潜んでいる. BIM を一言で言ってしまえば情報の統合につきる. その情報統合システムをどういった目的で, どういった段階, 範囲で用いるか BIM の新たな可能性を引き出せているかは国や企業によって異なる. BIM の発祥と言われているアメリカであれば, 生産性を目的に, 施工 管理の段階に用いている. その際には, 情報として 3 次元形状 ( オブジェクト ) に単価や年数を入力している. 要するに積算のシステムに近いものが多い. 徐々に自然環境情報を取り入れ, 都市型環境問題対策として環境シミュレーションを行っているが, 多くの場合, 施主の要望, 利益の面から建物形状が決まってからの環境アセスメントに過ぎない. そうなると環境を考えたものだとアピールして商品価値を上げているのと同じこと. 環境に対しては後付けのようになってしまう. 一方ヨーロッパにおいて言えば, ヨーロッパの街並みを見ても分かるように, リノベーション, コンバージョンが多い. 街並みを壊さないように, 内装がメインとなる場合が多々ある. もちろん新築も多くあるが, こういった社会背景によって, アメリカの様な建築構成要素をオブジェクトとし, 情報を持たせるのではなく, 建築構成要素によって出来た空間をオブジェクトと捉え情報を持たせている. この場合空間の質を考えており, 企画 設計段階に用いられることが多い. アメリカ, ヨーロッパから数年遅れて BIM を実用化させた日本は, 今の日本における建設業界で取り入れやすい, アメリカ型の BIM が主流となっている. 企業によっては BIM を用いて独自の色を出そうとして, 開発を進めているところもある. しかしまだまだ実験段階である. これらの BIM を導入するにあたってある程度の初期投資をもってすれば, 企業側に経済的なメリットがあるかもしれない. しかし, 時間, コストを重視する BIM を基盤に, 環境を考える BIM を確立するという試みは難しいだろう. コスト= 人々 ( 施主 ) の求めるもの と, 環境情報 = 環境を守る 改善するために必要なもの とのバランスを保つ. これは前章で述べた Sustainability の考えなくして実現は不可能だ. しかし, 今日における企業の掲げる BIM pg. 70

71 技術の発展 では, どうしても利益を求めるため People と Planet の関係が Prosperity をもってしてもニュートラルになりにくい. 一方衣袋研究室の BIM は教育で用いられているものであるが, 利益を求める立場でもなく, Planet を極端に重要視する立場でもない. そのため,Sustainability を捉えやすい. そうした立場にある本研究室の BIM は,BIM という概念の誕生経緯 理由が世間で普及している一般的なものとは異なる.BIM という言葉が誕生する以前,20 年程前から BIM の誕生に欠かせない根底にある技術,IT, コンピュータといったこれらの技術を, 建築の設計に応用できないか.BIM の原型に当たる研究をしてきた. そんな本研究室において, 今日行われている積算や環境シミュレーションと言うのは過去のものであり, これからはシミュレーション等で得られた情報をどう読み取り, 設計に反映させるかが重要となってくる. 与えられた情報を多面的に捉え, 自分が携わる範囲においてのみならず, もう少し広範囲 ( 環境 ) に対しどうその情報が振舞っているのか, 影響を与えているのか, 情報の本質を知る必要がある. なにもない大自然に人が立ち入っただけで, その場の環境は今までのリズムを壊してしまう. この世に存在する全てのモノは何らかの関係性を持っており, 互いに影響を及ぼしているものである. 今まで我々は目の前モノだけを見て物事を判断してきた. しかし, モノの本質は目の前に現れているものなどではなく, 目には見えないところにあるもの. それを見極める必要がある. そのトレーニングとして Building Imagination Modeling の様な, 目に見えない情報というものを相手にどう捉え扱うかという事が必要となってくる. また Building Imagination Modeling を支えている思考を知る必要がある. 本研究室ではこうした考えの基, 環境 を 自分を取り巻く全てのもの を指す単語として扱っている.Sustainability という単語は自然環境を守る言葉として誕生したが, 前章で述べた考え方をすると, Sustainability という単語も 環境 (= 自分を取り巻く全てのもの ) を守る 維持する となる. よって本研究室で研究を進めている BIM こそ今日抱えている社会問題を解決出来る可能性を秘めていると言える. 経済性が先立つ今日の BIM を一度解体し, 情報の振る舞い方を再度考える必要がある. それには, 衣袋研究室の取り組みは有効的ではないだろうか. pg. 71

72 Sustainability と BIM の先にあるもの 4. Sustainability と BIM の先にあるもの 4. Sustainability と BIM の先にあるもの 4.1. Sustainability と BIM Built-environment Information Modeling とは Built-environment Information Modeling を支える考え方 Built-environment Information Modeling の先駆的事例 小結 84 pg. 72

73 Sustainability と BIM の先にあるもの 4.1. Sustainability と BIM 今日建設業界で注目されている環境と BIM に関する歴史を下記にまとめる. 年環境意識の変遷 BIM 誕生の変遷 Itailab 日本国内 世界 18 世紀 足尾鉱毒(1883) 産業革命 1930 年 フロン開発( アメリカ ) ハーバード大学と IBM が世界初の電子計算機を製作 1943 年 コンピュータ( 汎用大型電子計算機 ) の誕生 1949 年 プログラム内蔵式コンピュータ EDSAC 完成 1952 年 ロンドンスモッグ事件 4000 名死亡 1954 年 IBM 社, プログラム言語 FORTRAN 開発開始 1956 年 水俣病社会問題化 構造計画研究所が日本で初めてコンピュータを輸入 1958 年 ハワイ マウナロア山観測所で CO2 の観測開始 テキサス インスツルメンツ社, ギルビー氏 集積回路 IC 発明 1961 年 四日市ぜんそく患者多発 ソ連, ガガーリンの有人宇宙飛行 1962 年 レイチェル カーソン 沈黙の春 スケッチパッドの誕生 ダートマス大学, プログラム言語 BASIC 開発 1967 年 米軍, ベトナムで枯葉剤を使用 マサチューセッツ工科大学, プログラム言語 LOGO 開発 IBM 社, フロッピーディスク 開発 1969 年 ベル研究所,OS UNIX 開発 アポロ 11 号, 月面着陸 アメリカ国防総省高等研究計画局, インターネットの原型 ARPANET 開始 1970 年 光化学スモッグ 超高層ビル風害多発, 日照問題 第一回アースデイ ラムサール条約を採択 企業によるコンピュータの自社開発自社利用が進む 1972 年 国連人間環境会議 国連環境計画 (UNEP) 設立 コンピュータ通信国際会議で初の チャット が行われる ベル研究所, プログラム言語 C 開発 1973 年 第 1 次オイルショック オイルショック パソコン, ワークステーションの誕生 pg. 73

74 Sustainability と BIM の先にあるもの ファイル転送プロトコル FTP 発表 1973 年 ゲイリー キルドール氏,OS CP/M 開発 1975 年 ビル ゲイツ氏, マイクロソフト社設立 1976 年 スティーブン ジョブス氏, アップル社設立 1979 年 第 2 次オイルショック スリーマイル島原子力発電所事故 省エネ法 1980 年 CATIA が発売 1982 年 ARPANET での通信プロトコルとして TCP/IP 使用決定 アメリカ Autodesk 社設立 ArchiCAD 開発開始 1983 年 任天堂 ファミリーコンピュータ 発売 1984 年 アップル社,Macintosh 発表 インターネットへ DNS 導入 1985 年 オゾン層保護条約採択 日本建築学会の情報システム技術委員会内に CAAD 教育小 委員会が設けられる マイクロソフト社,Windows1.0 発売 2 次元 CAD の普及 サーフェス系 3 次元 CAD の普及 日本 Autodesk 社設立 1986 年 チェルノブイリ コンパック社,32ビット パソコンを発表 1987 年 ブルントラント委員会 IBM 社,OS OS/2 発表 1988 年 オゾン層保護法を制定 気候変動に関する政府間パネル IPCC 初会合 Pro/ENGINEER(3 次元ソリッド CAD) の発売 コンピュータ (CAD) 利用による建築作品の分析 Green 1989 年 特定フロン全廃にむけてヘルシンキ宣言 インターネットへの接続ホスト数が 10 万台へ ル コルビュジェの思考のプロセスと CAD(2 次元 CAD 的思 考,3 次元 CAD 的思考,3 次元的な思考 ) 1990 年 地球温暖化防止行動計画 モントリオール議定書 マイクロソフト社,Windows3.0 発表 CERN( 欧州素粒子物理学研究所 ) WWW サーバ WWW ブラウザ 試作 設計業務において 3 次元ソリッド系の CAD が急速に普及 1991 年 経団連 地球環境憲章 ドーバルズ氏 OS Linux 発表 建築における 知識 と CAAD( 意味ナットワーク, サブシステム ) 1992 年 国連環境開発会議 in リオデジャネイロ アジェンダ21 採択 pg. 74

75 Sustainability と BIM の先にあるもの 1993 年 環境基本法 改正省エネ法 インテル社, Pentium 開発 建築における 知識モデル と CAAD(CAD システム利用 法,CAD 設計手法 ) 1994 年 ArchiCAD 国内導入 建築における 知識モデル と CAAD(CAAD 設計方法論 ) 1995 年 高速増殖炉ナトリウム漏えい 阪神 淡路大震災 地下鉄サリン マイクロソフト社,Windows95 発売 Sun 社, プログラミング言語 Java 正式発表 yahoo 社設立 Rasmus Lerdorf 氏, PHP 開発 マイクロソフト社, Internet Explorer 発表 ル コルビュジェにおける 知識 の構造化 (CAAD 的思考 ) 1996 年 環境税導入 ( オランダ ) ル コルビュジェにおける 知識 の構造化 CAAD 設計方法論 1997 年 環境影響評価 ( アセスメント ) 法が成立 温暖化防止京都会議 RevitTechnology 設立 3 次元メッシュマップ法 1998 年 地球温暖化対策推進 製図板のない設計教育とイントラネット 省エネ法改正 1999 年 東海村臨界事故 NTTdocomo, i モード 開始 2000 年 循環型社会形成推進基本法 東京都ディーゼル車排ガス規制条例 コンピュータ 2000 年問題 Y2K 騒動 VDS(Virtual Design Studio) 2001 年 米 9.11 同時多発テロ WLS(Web Learning Studio) 2002 年 省エネ法改正 京都議定書締結 SARS の拡大 3 次元 CAD の普及 3 次元オブジェクト CAD の誕生 2003 年 北米大規模停電 フランス熱波 Sustainability RevitTechnology が Autodesk 社に合併 2004 年 中越大地震 スマトラ沖大地震 3 次元オブジェクト CAD の導入 2005 年 姉歯事件 京都議定書発効 BIM 起源 BIM の普及 (21 世紀 ) アメリカ, サブプライム問題 2008 年 洞爺湖サミット リーマン ショック 2009 年鳩山首相 温室効果ガス 25% 削減 発表 pg. 75

76 Sustainability と BIM の先にあるもの 環境意識の変遷から,Sustainability が社会的に求められている. 一方建設業界では BIM が誕生する.BIM の情報統合化による複雑な環境情報の処理が可能となり, 環境を配慮した建築を目指そうという動きが目立つ. しかし, 世間的には環境を自然環境と狭義してしまっている傾向があり, コストや環境配慮の度合い, 生活水準等のバランスがうまくいかず, 普及には至っていない. 環境配慮を考えた BIM を築くには, 衣袋研究室の様な広義の目での 環境 = 自分を取り巻く全てのもの を対象とし,Sustainability を成立させることが必要だ Built-environment Information Modeling とは 衣袋研究室での BIM の研究で現在行っているものが, Built-environment Information Modeling というものだ. これは, 以前までの 3 つの BIM(Building Information Management, Building Imagination Modeling, Building Imagination Modeling) の研究を基盤に生まれた概念で,3 つの BIM の思考を兼ね備えている. 今までの BIM と違うところは, 建築を生成することで, 建築が与える周辺への影響力を考えるところにある. いくら小さいものでも, 人の手が一度入ってしまえば, そこの環境を変えることになる. 手を加える行為はもともとあったリズムを狂わす行為であり, 放っておくと近年再び重要視されている環境を破壊する行為へと繋がっていく. モノをつくるということは, それほどの影響力があるということを理解しておく必要がある. このことを踏まえ実行に移す際, 手を加える人と加える対象である地球への考慮のバランスが重要となってくる. Built-environment Information Modeling というものはそういった事を考えの基, 設計概念としてまとめたものである. 定義は以下の通りである. < 定義 > 建築はそれ自身を取り巻く 環境 を基盤として成立している. 建築は, 立脚している土地や地域の文化, 歴史, 経済, 人間関係等目に見えない 環境, 建築, 道路, 川, 線路, 樹木等目に見える 環境, 及び光, 風, 気温等自然環境と深く関係している. 様々な 環境 から, 様々な 情報 が発信される. その情報にアフォードされるように建築を生成し周辺と持続可能な関係性を築く. pg. 76

77 Sustainability と BIM の先にあるもの 4.3. Built-environment Information Modeling を支える考え方 で述べた考え方と Sustainability 以外にも Built-environment Information Modeling を考えるにあたって必要となる考え方がある.2 つの手法論と 1 つの思考を以下 で説明する. Passive design 建築の設計手法の1つ. 特別な機械装置を使わずに, 建物の構造や材料などの工夫によって熱や空気の流れを制御し, 快適な室内環境をつくりだす手法指す. 周辺への影響力を考える Built-environment Information Modeling においては, 人工的な力によって環境を操作し, 既存のリズムを大きく変えてしまうことは避けたい. そこで, 手を加える設計者の方が, 極力この環境に順応する方がいいと考える. この思考は, ヴァナキュラー建築によくみられる. いくつか事例を紹介する. 我々はこれらの作品から学ぶべきことがたくさんあるはずである. 事例イグルーイグル はグリーンランドやカナダ北東部に住んでいたイヌイットの冬の住居である. イヌイットはイグル を冬季におけるツンドラ気候 ( および氷雪気候 ) に適応した狩猟用の仮設居として生活を営んできた. イグル の構成は同居する人数や使用目的によって様々であるが典型的なものとして図 4-1が挙げられる. 雪氷の塊をドーム状に積み上げて構築し, 半地下または組石造の外壁で 図 4-1 図 4-2 イグル 平面図 熱シミュレーション 作られ, 屋根には板や革を張り, その上に土 芝土 苔などで覆い, 防寒対策として入り口寄りの部分は多機能空間 ( ナティーク ) となっている. 氷の外見から想像されるよりはるかに保温性に優れており, 寒冷ツンドラ地帯という極めて過酷な環境の中で, 優れた環境性能を発揮している. イグル の主な建築的特徴として, 断熱性の高い雪質のブロックでドーム状につくられていること, イグル 内の 2 つの段 pg. 77

78 Sustainability と BIM の先にあるもの 図 4-3 イグル 断面図 差によりイヌイットが相対的に暖かい空間に滞在出来ること, ( 図 4-2) 主室天井にアザラシの毛皮を内張りすることで毛皮と空気層による断熱性の向上, 主室上部にある換気溝による換気等 ( 図 4-3) を挙げることができる. 以上の特徴から, イグルーは極めて低い外部気温にもかかわらず人体からの発熱と石ランプのみで充分に生活可能な温熱環境を構築している. 図 4-4 カッパドキア断面 カッパドキア洞窟型住居と地下都市トルコのカッパドキア地方をはじめとした地域にみられる, 岩山や地面を掘ってつくられた住居を洞窟型住居という. 洞窟型住居は寒暖の差が激しく技術や建築材料に乏しい地域において自然の脅威から身を守るための建築として, 乾燥地帯に多くみられる. カッパドキアの典型的な住居は洞窟型住居と地下都市の 2 種類に分類される. 岩山や地下を掘り生活を営むカッパドキアの住居形態においては換気量が減少し, 採光が困難であるという問題が懸念される. しかし一方で, 住居内の気温は土壌の恒温性により外気温の変動の影響を受けることは少なく, 室内気温の差が小さく夏にも冬にも安定した温熱環境を形成できるといった利点がある. また, 一部の住居においては岩盤をくり抜いた洞窟部分に人工素材を用いて増築した現代住宅もみられる. ( 図 4-4) 土壌の恒温性の利用という洞窟型住居の優れた環境調整機能を生かしながら, 伝統的な洞窟型住居では困難だった採光や換気の機能を増築した現代住宅部分において向上させている. 洞窟型住居の長所と現代住居の機能を上手く融合させ, 洞窟型住居の特性を生かしながら, そこだけでは足りない点を, 現代技術をもちいることで補完し, 快適な建築環境を構築している. pg. 78

79 Sustainability と BIM の先にあるもの 図 4-5 図 4-6 採風口のパターン 採風塔断面図 採風塔を持つ住居イランなどの中近東に位置する高温乾燥地域では, 夏の酷暑を緩和するために採風塔を用いて風を効率的に屋内に取り込む工夫を施している. その中でもイラン中央に位置するヤズド州は, 現在でも多くの住居において採風塔を取り入れた生活が営まれている. イランの住居はプライバシー保護等のために高い塀に囲まれており, 外周に窓はほとんど見受けられず, 存在しても高い位置に設けられているので, 住居域に対する充分な通風を期待することは困難である. このためこの地域の建築は堀のさらに上に位置する屋上スペースに採風塔を設けることで住居内に風を誘引している. 採風塔には卓越風向を住居内に取り入れる 単一風向型の採風塔 とあらゆる方向からの風を住居内に取り入れる 多風向型の採風塔 の 2 種類に分類される. ( 図 4-5) 多風向型の採風塔では風の取り入れに加え, 同時に排気を行う排気塔としての役割も備えている. 採風塔は中庭に向かって開かれた半屋外空間上部に設けられているものが一般的である. この半屋外空間はイワーンと呼ばれ, 夏の主要な住居空間として利用され採風塔から取り入れた涼風により, 体感温度を低下させる役割を持つ. ( 図 4-6) 以上のようにイランにおける伝統住居は厚い壁体と開放的な中庭を備え, かつ風を効率的に屋内に取り込む採風塔を設置することで, 高温乾燥地域においても快適な環境を構築している. ( 図 4-7) 図 4-7 採風塔の CFD 結果 村上周三 (2008). ヴァナキュラー建築の居住環境性能 CASBEE 評価によりサステナブル建 築の原点を探る 慶応義塾大学出版社 pg. 79

80 Sustainability と BIM の先にあるもの Heuristics 必ず正しい答えが導けるわけではないが, ある程度のレベルで正解に近い解を得ることが出来る方法. 建築設計において, 正解というものは存在しない. いくら高性能の環境シミュレーションや構造シミュレーション, 交通シミュレーションをしようが, 感情を持った人間を対象とした設計の場合, 予期せぬ変動というのはのがれることのできない事実である. そういった中でも最善を尽くすことが必要である. その際に用いられる方法がこの Heuristics である. 環境という大きなモノを相手にする際には, 特に必要な方法となる. ある程度以上のレベルでの最適解を導き出す為に, シミュレーションの中でモデル生成と評価を反復 ( フィードバック ) する必要があるのだ. 多次元思考世間的な BIM は,3 次元空間に加え,4 次元目に時間,5 次元目にコストを位置付けている. しかし衣袋研究室では, より広い範囲から様々な種類の情報に対応できるように,5 次元目以降は, 事前に位置付けをせず, 各々が考える必要となる系の情報を追加していく. pg. 80

81 Sustainability と BIM の先にあるもの 4.4. Built-environment Information Modeling の先駆的事例 以上のことを考えつくられた作品が,2009 年度の建設工学専攻大学院 1 年生を対象とし た前期の設計授業 建築設計情報論 内で発表されている. 全ての作品が自然環境からの 情報を取り込んだもので, 偏りはあるが計 4 作品を紹介する. I. 風の道 現状の熱解析を行い, ヒートアイランドとクールアイランドの場所を特定. その二か所の温度差を利用して, 風の道をつくろうとした作品 pg. 81

82 Sustainability と BIM の先にあるもの II. 日照によってデザインされたアーケード アーケードの表面において, 日の当たりが強い部分については, ソーラーパネルを 設置. 弱い部分は, 視線を通す仕掛けを施した作品. 実際にソーラーパネルの表 面積を算出し, 発熱量を計算. デザインと熱量のバランスを図っている. III. 寒暖の差におるファサードデザイン ファサードに凹凸を付け, 日照の当たる面, 当たらない面をつくり, 温度差をつくるこ とで, 室内外に風の道を生み出す作品 pg. 82

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