(57)【要約】【課題】樹木の有するプラス効果とマイナス効果の双方を勘案した評価指標にて体感温度にとって最適な街路樹の配置計画（樹木の形状や寸法、配置本数など）を決定することのできる街路樹の最適配置設計手法を提供する。【解決手段】予め解析された、もしくは計測された少なくとも風速と樹木下の日射量に基づく体感温度を求め、樹木による日射遮蔽効果と風速低下効果に関する各因子を掛け合わせた値と該体感温度との関係を平面座標上にプロットし、式１を使用して該式中の変数：ｘを変化させながら、該プロットに近似する近似式を決定し、該近似式がピーク値の場合の各構成要素の値を決定する手法であり、式１：Ｓｒ×Ｖｒ１−ｘである。Ｓｒ＝Ａｔ×ｎ／ＡＥ、Ｖｒ１＝Ａ×ｎ／ＶＥ、Ｓｒ：日射遮蔽効果因子、Ｖｒ１：風速低下効果因子、ｘ：因子効果調整係数、Ａ：樹木１本あたりの葉面積、Ａｔ：樹木１本あたりの樹冠投影面積、ＡＥ：歩道面積、ｎ：樹木本数。【選択図】図６
2009015577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め解析にて算定された、もしくは予め計測された少なくとも風速と日射量に基づいて街区モデルにおける体感温度を求め、樹木による日射遮蔽効果と風速低下効果に関する各因子を掛け合わせた値と該体感温度との関係を平面座標上にプロットし、以下の式１，２のいずれか一方を使用して該式中の変数：ｘを変化させながら、前記プロットに近似する近似式を決定し、次いで、該近似式がピーク値となる場合の、もしくはピーク値を含む所定範囲となる場合の前記式を構成する各構成要素の値を決定することを特徴とする、街路樹の最適配置設計手法。
[式１]  Ｓｒ×Ｖｒ１−ｘ
[式２]  Ｓｒ×Ｖｒ２−ｘ
ここで、Ｓｒ＝Ａｔ×ｎ／ＡＥ、Ｖｒ１＝Ａ×ｎ／ＶＥ、Ｖｒ２＝Ａ×ｎ／ＡＥ  であり、
Ｓｒ：日射遮蔽効果因子、Ｖｒ１、Ｖｒ２：風速低下効果因子、ｘ：因子効果調整係数、Ａ：樹木１本あたりの葉面積（ｍ２／本）、Ａｔ：樹木１本あたりの樹冠投影面積（ｍ２／本）、ＡＥ：歩道面積（ｍ２）、ＶＥ：歩道体積であって歩道面積（ｍ２）×評価空間の高さ（ｍ）、ｎ：樹木本数（本）
【請求項２】
決定される前記各構成要素の値に関し、前記歩道面積または前記歩道体積が予め設定されている場合に、前記葉面積と前記樹冠面積と前記樹木本数の各値が決定される、請求項１に記載の街路樹の最適配置設計手法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、街路樹の最適配置設計手法に係り、特に、街区において樹木の植栽を計画する際に、植栽樹木の有するプラス効果を最大限に引き出すとともにそれが有するマイナス効果を最小限に抑えることのできる、街路樹の最適配置設計手法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒートアイランド現象が深刻化している昨今、その緩和対策が様々提案されている。その中で、植物の蒸散作用に着目するものもあり、これは、植物の蒸散によって周囲の空気温度の上昇が緩和され、特に夏季の屋外温度環境の緩和に有効であると考えられていることによるものである。既存の街区や計画中もしくは今後計画されるであろう街区には、この植物の蒸散作用に期待すべく、街路樹を適切に配置することが重要な要素になっている。
【０００３】
ところで、樹木には、日射を遮蔽し、照返しを減少させ、蒸散によって温度上昇を緩和するといったプラス効果がある一方で、この蒸散作用によって湿度が上昇し、樹冠部分によって風速を低下させるといったマイナス効果もある。これらの要素はすべて人間の体感温度や快適性や不快性に通じるものである。したがって、街区に街路樹の植栽を計画するに際し、上記するプラス効果を最大限に引き出しながら、上記するマイナス効果を最小限に抑えること、すなわち街路樹を最適に配置することが大きな課題である。
【０００４】
上記する樹木配置に着目し、街区における樹木配置を計画するに際し、熱環境を予測するための方法やそのプログラムに関する技術が特許文献１に開示されている。
【０００５】
この技術では、上記する植物の日射遮蔽効果といったプラス効果は算定されるものの、風速低下といったマイナス効果は算定できず、したがって、街路樹の配置計画において、そのプラス面とマイナス面の双方が勘案された上での最適な配置計画を実現することはできない。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−９９６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、街区における街路樹の配置計画をおこなうに際し、街路樹の有する日射遮蔽効果等のプラス効果を最大限に引き出しながら、その風速低下効果といったマイナス効果を最小限に抑制することにより、最適な街路樹の配置を実現することのできる、街路樹の最適配置設計手法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成すべく、本発明による街路樹の最適配置設計手法は、予め解析にて算定された、もしくは予め計測された少なくとも風速と日射量に基づいて街区モデルにおける体感温度を求め、樹木による日射遮蔽効果と風速低下効果に関する各因子を掛け合わせた値と該体感温度との関係を平面座標上にプロットし、以下の式１，２のいずれか一方を使用して該式中の変数：ｘを変化させながら、前記プロットに近似する近似式を決定し、次いで、該近似式がピーク値となる場合の、もしくはピーク値を含む所定範囲となる場合の前記式を構成する各構成要素の値を決定することを特徴とするものである。
【０００９】
[式１]  Ｓｒ×Ｖｒ１−ｘ
[式２]  Ｓｒ×Ｖｒ２−ｘ
ここで、Ｓｒ＝Ａｔ×ｎ／ＡＥ、Ｖｒ１＝Ａ×ｎ／ＶＥ、Ｖｒ２＝Ａ×ｎ／ＡＥ  であり、Ｓｒ：日射遮蔽効果因子、Ｖｒ１、Ｖｒ２：風速低下効果因子、ｘ：因子効果調整係数、Ａ：樹木１本あたりの葉面積（ｍ２／本）、Ａｔ：樹木１本あたりの樹冠投影面積（ｍ２／本）、ＡＥ：歩道面積（ｍ２）、ＶＥ：歩道体積であって歩道面積（ｍ２）×評価空間の高さ（ｍ）、ｎ：樹木本数（本）である。また、上記Ｓｒ、Ｖｒ１−ｘ、Ｖｒ２−ｘを構成する要素が上式の構成要素である。
【００１０】
本発明では、街路樹の最適配置に際し、対象地域の街区モデルを作成し、日射遮蔽効果因子と風速低下効果因子を乗じた関係式を形成し、さらにこれを別途の方法で求められている標準有効温度（ＳＥＴ＊；Standard element temperature star/エスイーティースター）に近似するように近似式を作成し、この近似式が最小ピーク値となる場合、もしくはこのピーク値を含む所定範囲の場合における、上式の構成要素、すなわち、街路樹の各種条件を設定するものである。なお、このＳＥＴ＊は広義の体感温度（℃）と同義である。
【００１１】
ここで、風速低下因子に関与する因子効果調整係数はおよそ０〜１程度の範囲となるものであり、仮にこれが１を超える場合には、日射遮蔽効果因子に比して風速低下効果因子の影響が大きいことを意味する。
【００１２】
なお、本発明によるＳＥＴ＊以外にも、体感温度等を示す指標として、ＷＢＧＴ（湿球黒球温度であって、人体の熱収支に影響の大きな湿度、輻射熱、気温の３要素を取り入れた指標）や、ＰＭＶ（空気温度、平均放射温度、湿度、風速、着衣量、活動量をもとに、任意条件下での個人の温熱感を評価する指標）などがある。その中で、本発明では、街路樹のプラス効果因子、マイナス効果因子を最も効果的に評価でき、もってその最適値を算定するのに好ましいＳＥＴ＊を用いて街路樹の最適配置を計画することとした。
【００１３】
街路樹の配置計画をおこなうに際し、まず、街区モデルの作成をおこなう。これは既存の、もしくは計画される対象地域を構成する道路（大通りや路地など）や、該道路に沿う建物の配置や建物規模、街路樹の配置態様や街路樹の形状や規模などをモデル化するものである。次に、体感温度に関するデータを収集する。この際、気象条件、街路の幅やその側方に位置する建物の高さ、さらには歩道の幅（の比率など）は、実際に街路樹を計画したい街路に可及的に近似した状況のものを収集する。このデータ収集方法は、樹木モデルを含む数値解析（たとえばＣＦＤ解析）プログラムによる方法、風速やグローブ温度（仮想黒球を用いて計測される温度であって、周囲からの輻射熱による影響を観測するために用いられる温度）等を実測する方法のいずれの方法であってもよい。いずれの方法によるにせよ、歩道の平均的な体感温度を算出する。
【００１４】
上式中のＡＥやＶＥに設定された値を代入し、因子効果調整係数（ｘ）を多様に変化させることにより、予め解析にて算定された、もしくは予め計測されたたとえば風速と日射量に基づく街区モデルの体感温度と、樹木による日射遮蔽効果と風速低下効果に関する各因子を掛け合わせた値とに関する平面座標上の複数のプロットに近似する近似グラフを模擬する。この近似グラフの作成は、コンピュータにおける繰り返し自動計算による方法、解析者による繰り返し計算による方法のいずれであってもよい。また、当該近似式の算定アルゴリズムとしては公知の最小二乗法等を適用すればよい。
【００１５】
最終的に算定された近似グラフは、上式を用いて以下のように設定することができる。
[式３]
ＳＥＴ＊＝ａ（Ｓｒ×Ｖｒ１−ｘ）＋ｂ
ここで、ａ、ｂは設定条件によって変化する任意定数であり、たとえば、風速や風向、基準温度を適宜の値に設定することにより、式３のグラフも変化する。
【００１６】
算定された上式３は、一般に、たとえば下に凸の２次曲線等になるものであり、平面座標の縦軸に体感温度（℃）を、横軸にＳｒ×Ｖｒ１−ｘ（ここで、ｘは設定されている）をとり、該式３の値が最小値を与える（ピーク値）場合の上式１または上式２の各パラメータ（の組合せ）、もしくは、式３の最小値を含む所定範囲内の値の場合の式１，２における各パラメータ（の組合せ）を決定する。これにより、街路樹の有するプラス効果を示す日射遮蔽効果因子とマイナス効果を示す風速低下効果因子の双方を加味した最適なパラメータ（の組合せ）を特定することが可能となる。
【００１７】
たとえば、上式３の値の最小値を与える式１または式２のパラメータにおいて、樹木の本数が所定の本数に決定された場合には、使用される樹木の１本当たりの葉面積や樹冠投影面積等の樹木モデルの形状、寸法が決定できる。逆に、樹木モデルの形状や寸法が決定された場合には、次いで樹木の本数が決定されることになる。
【発明の効果】
【００１８】
以上の説明から理解できるように、本発明の街路樹の最適配置設計手法によれば、樹木の有するプラス効果とマイナス効果の双方を勘案した評価指標にて体感温度にとって最適な街路樹の配置計画（樹木の形状や寸法、配置本数など）を決定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の街路樹の最適配置設計手法を適用する街区モデルの一実施の形態の平面図であり、図２は図１のII−II矢視図であり、図３は図１のIII−III矢視図である。図４ａ〜図４ｆはそれぞれ、植栽配置パターンを示した概要図であり、図５ａ〜図５ｃはそれぞれ、樹木モデル形状および寸法を示した概要図である。図６は計測結果に基づいて求められた体感温度に関する近似曲線である。なお、対象モデルの諸条件を変更することにより、近似曲線や体感温度の値、最適配置パラメータが多様に変化することは勿論のことであり、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００２０】
本発明者等がおこなった各種解析と、体感温度に関する近似曲線から最適範囲を求め、街路樹の最適配置をおこなうまでの一連の流れを以下、順に説明する。
【００２１】
まず、計画対象として横浜市中区付近を取り上げ、そのモデル化を実施した。具体的には、図１に平面図で示すように、大通りＡ１の左右にそれぞれ複数塔の建物が配設されて街区モデルＭを形成しており、対象範囲の大きさは横がＬ１＝２４．４ｍ、縦がＬ２＝９８９ｍの規模に設定した。
【００２２】
この大通りＡ１の通りに沿って風が流れると仮定している（Ｘ方向）。
この街区モデルＭの中で、実際に街路樹を植栽するエリアは、図１中の点線で包囲された領域Ｑの範囲であり、２×３街区の大通りに面する領域に植栽を実施することとした。また、図１のII−II矢視図であって図１の大通り方向に見た側面図を図２に、それに直交する方向に見た側面図を図３にそれぞれ示している。
【００２３】
街区モデルは商業地域・防火地域を想定し、各街区は、歩道Ｐの内側に敷地Ｓがあり、その内側に建物Ｂが配置されており、大通りＡ１の幅は２０ｍ、建物Ｂの一辺は９６ｍで高さは２８ｍ（８〜９階建てを想定）、歩道幅、敷地幅はそれぞれ、大通りＡ１に面する側が５ｍ、２ｍであり、路地Ａ２に面する側が３ｍ、２ｍに設定している。
【００２４】
次に、植栽配置パターンであるが、たとえば、図４ａ〜ｆで示すような多様な植栽パターンが想定できる。具体的には、図４ａは各建物Ｂの大通り側に植栽帯Ｇを設けた両側配置パターンであり、図４ｂは大通り方向で千鳥状に配置されたパターンであり、図４ｃは大通りの一方のみに植栽帯Ｇを設けた片側配置パターンであり、図４ｄは建物の全幅ではなくその一部に植栽帯を密集させた対称密集配置パターンであり、図４ｅは密集配置を大通り方向に千鳥状に配置したパターンであり、図４ｆは植栽帯Ｂを分散させ、かつ千鳥状に配置したパターンである。
【００２５】
発明者等の解析によれば、上記いずれの配置パターンでも植栽なしの場合に比して大通りＡ１を流れる風速は大きく低下することが分かっており、たとえば、植栽なしの場合に３．１ｍ／ｓの風速が、上記各種パターンでは、１．６〜１．９ｍ／ｓ程度に低下する。
【００２６】
本実施例では、図４ａに示す両側配置パターンにて植栽モデルを形成した。
次に、放射・熱収支解析およびＣＦＤ（数値流体力学）解析を実施した。以下、表１，２，３に各解析および上記街区モデルにおける設定条件を列挙する。
【００２７】
【表１】
2009015577.tif 000003
【００２８】
【表２】
2009015577.tif 000004
注１：モルタル１０ｍｍ・コンクリート１５０ｍｍ・岩綿２４ｍｍ・軟質繊維板６ｍｍで計算。
注２：「建築設計資料集成  １  環境」より抜粋。
注３：ＧＬ−１５０ｍｍまではアスファルト、−１５０〜−５００ｍｍまでは土として計算。
注４：「最新  建築環境工学  田中俊六ほか  井上書院」より抜粋。
注５：佐々木澄、持田灯他：仙台市中心部の街路樹がストリートキャニオン内の熱環境に及ぼす影響の解析  日本建築学会梗概集、２００４年  Ｄ−２  分冊  ｐ２４３
【００２９】
【表３】
2009015577.tif 000005
【００３０】
各解析に際し、気象条件は屋外温熱環境が最悪となる夏季日中を再現できるような条件とした。また、熱環境解析プログラムは大黒らのプログラムを使用した（大黒雅之他：街区及び敷地レベルを対象としたヒートアイランド解析評価システムの開発  大成建設技術センター報  第３８号（２００５））。
【００３１】
また、図５には、樹木モデル形状および寸法を示した概要図を示している。たとえば、図５ａは、樹冠形状：Ｌａ×Ｌａ＝７ｍ×７ｍ、全体高さ：Ｌｃ＝１０ｍ、Ｌｃ＝６．５ｍ、Ｌｄ＝３ｍのモデル、図５ｂは、樹冠形状：Ｌａ×Ｌａ＝５ｍ×５ｍ、全体高さ：Ｌｃ＝８ｍ、Ｌｃ＝５．５ｍ、Ｌｄ＝３ｍのモデル、図５ｃは、樹冠形状：Ｌａ×Ｌａ＝９ｍ×９ｍ、全体高さ：Ｌｃ＝１２ｍ、Ｌｃ＝７．５ｍ、Ｌｄ＝３ｍのモデルを示している。本発明者等の検証によれば、図５ｂのモデルの場合が、葉の占有密度が下がって抵抗が小さくなったことで平均風速は最も大きくなり、図５ｃのモデルの場合が、日陰面積が大きくなったことで平均輻射温度（ＭＲＴ）は最も低くなることが分かった。また、ＳＥＴ＊（体感温度）に関しては図５ａのモデルが最も小さくなり、このモデル中では最適な樹木モデルとなった。
【００３２】
上記解析の結果と、以下の風速低下因子および日射遮蔽因子を表す各定義式との相間を検証した結果、それぞれ良好な相間が得られた。
（１）風速低下因子：Ｖｄ＝Ａ×ｎ／ＶＥ
（２）日射遮蔽因子：Ｓｃ＝Ａｔ×ｎ／ＡＥ
ここで、Ａ：樹木１本あたりの葉面積（ｍ２／本）、Ａｔ：樹木１本あたりの樹冠投影面積（ｍ２／本）、ＡＥ：歩道面積（ｍ２）、ＶＥ：歩道体積であって歩道面積（ｍ２）×評価空間の高さ（ｍ）、ｎ：樹木本数（本）である。
【００３３】
ここで、本発明者等は、上記する風速低下因子と日射遮蔽因子の変化量を掛け合わせた値（樹木温熱効果決定因子）をパラメータとし、ＳＥＴ＊（体感温度）を表す近似曲線を求めた。この近似曲線を図６に示している。
【００３４】
ここで、図６に示す近似曲線は、以下の式で表すことができる。なお、図６中の複数のドットは上記解析によって予め求められている体感温度値であり、この解析値に近似させるように下式中の因子効果調整係数を繰り返し調整しながら近似式が作成されている。
[式３]
ＳＥＴ＊＝ａ（Ｓｒ×Ｖｒ１−ｘ）＋ｂ
ここで、Ｓｒ：日射遮蔽効果因子、Ｖｒ１：風速低下効果因子、ｘ：因子効果調整係数であって、たとえば０〜１の範囲の変数である。
【００３５】
なお、図６で示す近似曲線の場合には、ｘ＝０．２７である。
この近似曲線を使用して、たとえばＳｒ×Ｖｒ１−０．２７の範囲を１．２〜１．５の範囲に設定することにより（最小値は１．４７）、今回対象とした街路における、街路樹の最適配置、すなわち、１本あたりの葉面積、１本あたりの樹冠投影面積、樹木本数を決定することで、街路樹による日射遮蔽効果因子（プラス効果）と風速低下効果因子（マイナス効果）の双方が勘案された最適な街路樹配置計画を実行することが可能となる。
【００３６】
たとえば、図６中でＳＥＴ＊の最小値：１．４７を与える最適配置案を求めると、たとえば以下の表４で示す３パターンを抽出することができる。
【００３７】
【表４】
2009015577.tif 000006
【００３８】
表４において抽出された３つのパターンの中から、美観や樹種、経済性等の他の要件が加味されて最終的なパターン決定がおこなわれる。なお、ＳＥＴ＊の値を１．２〜１．５の範囲（最適な範囲）に広げることにより、より多様なパターンの抽出をおこなうこともできる。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の街路樹の最適配置設計手法を適用する街区モデルの一実施の形態の平面図である。
【図２】図１のII−II矢視図である。
【図３】図１のIII−III矢視図である。
【図４】（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ、植栽配置パターンを示した概要図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、樹木モデル形状および寸法を示した概要図である。
【図６】計測結果に基づいて求められた体感温度に関する近似曲線である。
【符号の説明】
【００４１】
Ｍ…街区モデル、Ｂ…建物、Ｓ…敷地、Ｐ…歩道、Ｇ…植栽帯、Ａ１…大通り、Ａ２…路地
【図１】
2009015577.tif 000007
【図２】
2009015577.tif 000008
【図３】
2009015577.tif 000009
【図４】
2009015577.tif 000010
【図５】
2009015577.tif 000011
【図６】
2009015577.tif 000012