見えない空気の大きな力～都市の風をとらえる技術～

株式会社環境GIS研究所
代表取締役 荒屋 亮

世界の劇的な変化
地理情報システム（GIS)が解決のキー・インフラに顕在化する環境変化

技術で加速するイノベーション

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強風災害

2016年 発達した低気圧
Sankei.com より引用

2018年 台風21号の被害Twitterより引用

2019年 台風19号
Asahi.com より引用

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見えない風からの影響

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風洞実験の代替ツールとしての風況シミュレーション
風洞実験（従来手法）

風況シミュレーションの発展
CFD（Computational Fluid Dynamics）
計算流体力学◆風洞実験を補完する数値シミュレーション
50年の歴史

◆数値シミュレーションによる実験（数値実験）
CFD技術（ソフト）コンピュータ（ハード）

急速な進展

計画者のための風況解析３条件① 簡単に使えるシミュレーションソフト
風洞実験の様子・模型製作と実験が極めて高額・膨大な作業時間

流体解析の非専門家でも安心して使えるツール② すぐ使える市街地データ
手間なく使える３D都市データの普及③ 計画立案のワークフローの変革（DX化）
目的に応じた分析や評価の方法（ノウハウ）
情報のわかりやすさと共有のしやすさ

51.

使いやすい風況シミュレーションツール

Airflow Analystの紹介

計画支援風況シミュレーションとは？

■地理情報システム（ArcGIS Pro）上で動作するアドイン
・GIS世界トップシェアであるESRI社 ArcGIS Pro上で動作・64bit環境による大規模計算が可能
・充実した３D表現・可視化機能
・豊富な３D都市データコンテンツを活用可能
・BIM（Building Information Modeling）連携機能の強化

ArcGIS Proでの計算格子の設定

直観的視覚的効率的

地図上で共有

地図上で意思決定

ArcGIS Proでの結果の可視化◼ 風をシミュレーションするCFD技術 :◼ 九州大学開発 非定常・非線形モデル（LES）採用！

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Airflow Analyst動作デモ

2. 風況解析に使える主な３Dデータコンテンツ
解析に必要なデータが簡単に入手できることがポイント① PLATEAU （国土交通省）• 全国55都市の詳細都市データが無料• ダウロードしてすぐ利用可能※国土基盤地図情報の標高データも有用② ドローン計測 （計測サービス）• ドローン空撮により３Dデータ作成• 建物や樹木のリアルなデータ取得③ BIM・設計CADデータ （設計事務所）• 将来の計画案を再現• 設計データの再構築が不要④ AW3D （RESTEC）• 世界中の都市を再現可能• 建物・緑地・橋梁の３D化• GISデータ形式

① PLATEAU （国土交通省）• 日本全国55都市の建物モデル＋橋梁等の３Dデータ• 無償提供 （CC by 4.0）
• ArcGISで直接読める形式でダウンロード可能（ESRIジャパン提供）

② ドローン空撮による3Dマッピング
1. ドローンの自動飛行により対象物を作成
2. 撮影写真をソフトウェアで解析
3. ３Dデータの作成

風況シミュレーション
用途例✓ 小型風車の立地診断✓ 造成工事による気流変化（風車）✓ 防風林・強風被害の予測

特徴

ESRI社 Drone2Map※ESRIジャパン HPより引用•••

詳細（数㎝単位）
リアルタイム（現況のまま）
短時間・安価（半日程度）

③ BIM ・設計3D-CADデータの統合
設計CADデータからのシミュレーション利用がより容易になりました。
環境シミュレーション

BIM（Building Information Modeling）•調査
設計

建物情報を設計から施工、管理までのすべてのプロ

３Dモデル

セスに3Dモデルを活用•

土木・建築分野での導入が進む•

環境シミュレーションにも活用しやすい

施工

管理

BIM対応CAD（Revit）

BIMデータ

複雑なデータから計算格子が生成可能

ArcGIS

④ 高精度デジタル3D 地図（AW3D）••

複数の高解像度衛星画像から死角なしの画像AIを駆使した処理で自動的に3D地図生成（メリット）• 日本国内のみならず海外の3D都市データも取得可能• 変換不要ですぐに利用可能

3. 応用事例の紹介
1. 都市の換気（新国立競技場）
2. ロケット発射場の乱流
3. 市街地全体の風の道の解析
4. 雪の吹き溜まり解消
5. 山岳施設の風荷重解析

Case1 新国立競技場周りの流れ解析
世界最高精度のデジタル３D地図
AW3D®

非定常風況シミュレーション技術「Airflow Analyst®」

新国立競技場の3Dモデル

風公式発表図面から独自に3D化

北風の風速の鉛直断面

風特徴•

AW3Dから詳細な建物と樹木データを取得（変換無しでデータ利用可能）• 計画建物３Dモデルを地図中に配置• 任意の風向や条件のシミュレーションが可能

建物周辺の風速分布

15新国立競技場 内部の風の流れ
地形起伏、建物、樹木を考慮した場合の風速分布※新国立競技場コンペ提案書より引用

地形起伏、建物、樹木を考慮しない場合の風速分布

建物と周囲の都市環境を一度に解析することで見える現象がある。

※新国立競技場の屋根は一部非表示としています。

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建物表面の風圧荷重

17コロナ対策としてスタジアム内の自然換気性能の評価
そよ風程度（北風）で、およそ20分で一回の換気が期待できる2021年6月10日 九州大学・環境GIS研究所プレスリリースより引用

2021年6月19日 NHKニュース「おはよう日本」より引用

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Case2 ロケット打ち上げのための乱流予測
建物や地形の影響による発射場上空の乱流分布を評価

2014/01/30 九州大学・JAXA プレスリリースより引用

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Case3 市街地における風の道予測
海からの涼しい風の市街地への流入経路を探る

広域市街地を対象にシミュレーション
風の道を探索2012/04/24 九州大学 プレスリリースより引用

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Case4 南極昭和基地 スノードリフト発生予測
雪の吹き溜まりが発生しにくい建物形状の検討

2014/04/24 九州大学・国立極地研究所 プレスリリースより引用

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多様な風況解析ニーズ
建築、建設系
構造物の風荷重評価、建物周辺の強風予測（ビル風）
都市計画系
ヒートアイランド、風の道、大気汚染と換気、緑化計画

防災・防衛系
強風災害被害予測、火災・煙・有害物質の拡散、災害保険

エネルギー系
風力発電適地、送電線や太陽光パネル施設の風荷重

農業・森林系
農薬散布予測、風倒木の予測と管理

航空・宇宙・船舶
ドローン飛行ルート評価、乱流発生の予測（航空機・ロケット）、ヨットレース

Airflow Analystの利用者層も多様
地域：日本、中国、韓国、香港、シンガポール、ドイツ、スウェーデン、カザフスタン、オーストラリア
組織：大学・研究機関（都市計画系）、政府・自治体（都市計画系、環境系、防衛系）、民間企業（エネルギー、防災系）

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まとめ

スマートシティ ～Society 5.0～
➢ エネルギー最適化➢ 移動の効率化➢ 防災／農業／小売／物流／医療の高度化➢ 快適な生活空間（住民中心の社会）➢ 地域固有の解決策

計測・可視化
ビッグデータ/センサーデータ/リモートセンシング

Smart City
意思決定
合意形成と実施
自動制御

プラットフォーム
（サイバー空間：地理空間情報・高速通信）

分析AI
コンピュータシミュレーション技術

計画・デザイン
個別最適 → 全体最適
官-民（企業・個人）の連携

日照景観
風況
騒音
電波伝搬（５G)
災害予測（火災・氾濫・土砂崩れ・拡散）
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ArcGIS Urban (米国ESRI社）
オンラインの地図上で、地域の課題、計画案、計画の効果などを共有・合意形成するプラットホーム←行政トップ
開発業者
市民・NGOなど
ArcGIS Urban←計画専門家

←GIS専門家環境の変化を視覚的かつ定量的に計測・予測・共有↓
様々な選択肢を試行↓
環境と調和した社会へ
デジタル・ツイン※ESRI社資料より引用
http://proceedings.esri.com/library/userconf/proc18/tech-workshops/tw_2006-93.pdf

まとめ - Airflow Analystの役割 意思決定を支援する解析ツール
課題解決３つの要素◆◆ 信頼性があり使いやすい解析ツール◆ ３D建物データ資源の活用しやすさ◆ 計画立案のワークフロー変革（DX化）

デザイン・計画の最適化（試行錯誤）◆

新しい洞察を得る◆

合意形成（可視化・共有）

すぐ使える３D

ArcGIS Urbanなど

スマートシティの実現に貢献
リモートセンシング・トランスフォーメーションに繋がる26

ご静聴ありがとうございました。

発表内容・風況解析のお問い合わせ
荒屋 亮 araya@engisinc.com
URL: www.airflowanalyst.com
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