デジタルファブリケーション製作での部材管理とデータ作成の簡略化
建築分野における情報システムの応用技術

A Study on Simplifying Material Management and Data Creation inFabrication Using Digital Fabrication
Application of information systems to architectural design and engineeri○奥川 航大*1，杉田 宗*1，中村 瑞貴*3
Kota OKUGAWA＊1, So SUGITA＊1 and Mizuki NAKAMURA＊2*1 広島工業大学大学院工学系研究科環境学専攻

博士課程前期

Graduate Student, Graduate School of Science and Technology, Hiroshima Institute of Technology.
*2 広島工業大学環境学部建築デザイン学科

准教授

Associate Professor, Dept. of Architectural Design, Hiroshima Institute of Technology, Dr.Eng.
*3 大和ハウス工業株式会社
DAIWA HOUSE INDUSTRY CO., LTD.
キーワード：コンピュテーショナルデザイン; デジタルファブリケーション; DIY
Keywords: Computational Design; digital fabrication; DIY.

1. はじめにこのようにデジタルファブリケーションを活用するこ

1.1. 研究背景とは、複雑な作品を実現可能にするが、大量の部材や加近年の建築分野では、情報処理技術を活用した様々な工ファイルを正確に管理することや、加工データを手作取り組みが見られる。設計段階では、BIM やコンピュテ業で作成する手間を低減させるために、設計段階から生ーショナルデザインなどコンピュータを積極的に活用し産段階まで一気通貫で考える必要があると考える。

た設計手法がその例に挙げられる。生産段階では、CAMと連動した数値制御加工機による部品加工や、３D プリ

1.2. 研究目的ンタなどのデジタルファブリケーション機器による,全本研究では、デジタルファブリケーションを活用し設く新しい建築生産の試みも見られる。デジタルファブリ

計・加工・製作の一連の作業を行う場合の、部材情報のケーションを活用した建築事例として、筆者らが産学連管理方法の確立と、多種多様なアウトプットに適応した携で行った山根木材福岡支店(図 1)などが挙げられる。こ

データ作成方法の簡略化を目的とする。ここで開発されのプロジェクトでは、膨大な材料の加工データを手作業たシステムを用いて、実践的な運用を試みるために、某で作成する必要があり、加工データ作成の簡略化や、デ支社の改装にて設置された木組階段とパーティションのザインのパターン化を行うなどして、データ作成の手間設計から製作までを行った。 (図 2)を省く工夫が必要であった。

図1

山根木材福岡支店 竣工写真

日本建築学会情報システム技術委員会
第 44 回情報･システム･利用･技術シンポジウム論文集， 579-582 ， 2021 年 12 月，京都
Proceedings of the 44th Symposium on Computer Technology of Information ，Systems and Applications ， AIJ ， 579-582 ， Dec. ， 2021 ， Kyoto

図2

竣工写真

－ 579 －2. 既往研究
2.1. 伝統木造建築の制作を通したマルチツールロボットシステムの開発

2.2. 3 軸 CNC ミリングマシンを用いた木材可搬式仮設建
築に関する実践型研究
慶應義塾大学大学院の茨木らは、東日本大震災などの千葉大学大学院の寺内らは、近年建築分野で行われて災害から、コミュニティ活動のための小さな仮設的な建いる、機械加工を用いた建築スケールでの木質部材の加築が注目され、デジタル建築に注目が集まっていること工が普及していることを受け、大規模な制作プロジェクから、デジタルファブリケーションを用いた仮設建設のトで長期間にわたり複数人が作業を分担し行う場合であ設計を行った。この研究はフレーム（F）型とドーム（D）っても、部材ごとの作業の進捗状況をこまめに把握し管型のアプローチで複数プロトタイプを設計・製作し、比理する必要があると考えた。この研究ではその１では複較を通してそれぞれの利点と欠点をまとめることでデジ数人による協働を想定した Web ベースのシステム概要

タル建築の構法、意匠について知見を深め、その手法をと進捗管理について、また、その２では制作に関する情提示することを目的としている。

報を部材単位で管理する手法について、その３ではマルF 型はくさびを用いたジョイントを繋げて設計・製作

チツールロボットを用いた加工についての説明を行ってを行い、フレームは任意で繋げることが可能で、また、いる。

容易に大きさを変えることが可能であるなど可変性が高

その２では、データベースを用いた管理システムにおい。一方で、重量による可搬性の悪さや、ジョイントのける加工データの紐付け管理と部材単位のバージョン管多様さにより煩雑さが増加していた。D 型は 6 枚から 9理について説明している。まず、各工程、各部材ごとに枚の 12mm 厚の 3×6 板を使い材製作可能で可搬性に優必要となるデータを正しく管理するために、各工程におれている。また構造は幾何学的な合理性を有している一ける入力データ・出力データを整理し、データのフォル方、可変性はほとんど付加できず、F 型に劣った。D 型

ダ分けや記録の仕方の工夫をしている。これにより人為は製作を行い、製作に 8 時間 30 分、組立てには 2 人で 2的なミスを減らしている。

時間半程度、解体は 1 人で 2 時間程度で行った。

データの整合性を高めるため、加工データの管理をシ

この研究では、容易に組み立て可能な木材可搬性仮設ステム側に任せ、データベースを用い、部材に加工用デ建築を 2 つのアプローチで設計・製作し、それらを比較ータを紐付けている。基本的に、ある工程から別の工程することで利点と欠点を明らかにしている。製作されたに移行する際、データベースを介しデータの受け渡しをF 型の建築のように、複雑な形態の建築になると、ジョ行うことで、どのデータから新たにデータがつくられたイントなどの部材数の多くなってしまい加工・製作が比のかといった紐づけ情報がデータベースに蓄積される。

較的難しくなる。プロジェクトの設計から加工・製作まデータベースを用いた部材管理のうち、部材とそれにでの一連での部材管理ができることが、このような複雑付随する加工用データの紐づけ管理、制作中の設計変更な形態の建築であっても、より現実的なものになるため、に対応するための部材単位でのバージョン管理について本研究の新規性がある。

述べられている。データベースの利用により修正箇所や加工時の注意点などの情報共有が可能となった。本研究においても、部材管理の工夫が行い、複雑なプロジェク
トの設計・加工・施工を可能としている。

図4

図3

報告 H117製作されたドーム型

親子構造の図式化－ 580 －

3. 部材情報の管理「00-09」というような範囲で番号をつける。次に、CNC

3.1. 部材の種類とグラデーション加工機の加工範囲以上の長さの部材を、加工するためにこの木組みパーティション(図 1)は、縦材と斜め材で構は、2 度に分けて加工を行う必要があることから、「first」成される。縦材は上部から見て、500mm×500mm のマスもしくは、「second」とつけ、最後に、4 面の加工が示すが横方向に展開されるグリッドの四隅の点と各グリッド「face01」「face02」「face03」「face04」のいずれかをつけの中心となる点に配置される。斜め材はグリッドの対角ることとした。となる 2 本の縦材とグリッドの中心の縦材の 3 点で接続
4. アウトプットに適応したデータ作成方法される。
縦材・斜め材の材料には、一般的に流通される 35mm×35mm の角材を使用し、接続部には、両方ともに 8mmの深さで仕口を加工する。

4.1. 縦材の線データに属性情報を付加する
まずは線データのみでグラデーションの操作をする(図 1)。ソリッドのモデルではなく、線データのみでグラ斜め材は、長さの異なる 4 種類で構成され、長さの短デーションのある木組みをイメージしながら検討するこいものから長いものへと順に配置することで、斜め材のとで、どこに粗密があるのが良いのかを試行錯誤しなが角度に違いにより、全体として粗密のグラデーションのらスピーディーに検討ができる。線データの作成・検討ある木組みパーティションを設計した。には、3D モデリングソフトの Rhinoceros を使用した。

図5

木組みパーティションの 3D モデル

3.2. 縦材のナンバリングシステム

図6

線データのみで作成した 3D モデル

デザインが決まると、次に、縦材の線データに対し縦材はそれぞれ異なる位置に斜め材が接続され、そのて、接続される斜め材の情報を属性情報として付加する。

接続は角材の 4 面でそれぞれ異なる。接続されるため、

属 性 情 報 の 付 加 は 、 Rhinoceros の プ ラ グ イ ン で あ る

すべて部材において、4 面の異なる加工データ必要であGrasshopper を使用し、線データから属性情報を抽出し、る。この複雑な条件で、加工・製作のミスを少なくする

Rhinoceros の機能である属性ユーザーテキストに記述すため、縦材のナンバリングシステムを考案した。

ることで行った。

まず、1 文字目には、パーティションの頭文字の「P」

まず、それぞれの縦材に接続する斜め材を探索し、そをつけ、2 文字目には、パーティションを正面から見て、の斜め材との接続点を抽出する。その接続点の底面から左側から１列ずつ順に数字をつける。3 文字目にはグリの距離が「高さ」となる。

ッドの奥側が「x」、手前側が「y」、グリッドの中心を「m」とした。

次に、接続する斜め材がどの方向から接続されているかを判定することで、4 面のどの面と接続するかが判定され、これが「面の方向」となる。これは 4 面「Face01」、3.3. 加工ファイルのネーミングシステム
加工を円滑に進め、加工のミスを減らすため、加工ファイルのネーミングシステムも考案した。

「Face02」、「Face03」、「Face04」のいずれかで記述する。
最後に、接続する斜め材の長さを調べることで、斜め材が接続される角度が判定できる。これが「角度の種類」

まずは、パーティションの「P」をつける。次に、縦となる。これを斜め材の長さのタイプ「Type A」、「Type B」、材のナンバリングを「00」から「43」に置き換えた数字「Type C」、「Type D」のどのタイプであるかで記述する。

を使用し、どの縦材の加工を行っているかわかるようにこれらの斜め材の情報を、接続される斜め材の本数分

報告 H117－ 581 －羅列し、それを属性情報として記述する。

4.4. AR を使用した加工の状況の確認
縦材への仕口加工の位置が間違いなくされているかどうかを確認するため、斜め材の情報をもとに作成した属性情報をもとに、AR 表示して確認できるようなプログ
ラ ム を 開 発 し た 。 Grasshopper の プ ラ グ イ ン で あ る
Fologram を使用し、仕口加工がされているべき位置にモデルを AR 表示し、加工がされているかどうかを確認した。

図7

線データに対する属性情報の付加

4.2. 加工用 CAM データの作成
縦材の加工には、当研究室に設置されている CNC 加
図8工機を使用する。CNC 加工機を動かすためには、CAM

AR で加工状況を確認データが必要である。CAM データには、「使用する工具」、「工具の動かし方」、「加工するスピード」などを記述する

4. まとめ必要があり、一般的には、CAM データ作成専用のソフ

本研究では、デジタルファブリケーションを活用し設トを使用し、CAD データをインポートして作成する必要計・加工・製作の一連の作業を行う場合の、部材情報のがある。本研究では、斜め材の情報をもとに記述した属管理方法の確立と、多種多様なアウトプットに適応した性情報を使い、Grasshopper 上で CAM データを作成する。

データ作成方法の簡略化を目的とした。

まずは、属性情報の「面の方向」から、縦材のそれぞ近年見られる情報処理技術を活用した、コンピュテーれの面にどの加工が必要であるかを分別する。そして、ショナルデザインは以前よりも複雑な形態を生み出し、属性情報の「高さ」によって加工が必要な位置を決定すデジタルファブリケーションを使うことで、実現が可能る。次に、属性情報の「角度の種類」によって、その位になってきている。一方で、大量の部材や加工ファイル置に斜め材の角度によって変わる 4 種類ある仕口のうち、の管理方法や、加工・組立を考えた設計方法や、データどの仕口が必要であるかが決定する。の効率的な作成・活用方法など、生産段階に目を向けたこれらの仕口の加工が必要な位置、予め用意しておい研究は多くない。設計段階から生産段階まで一気通貫でた 4 パターンの仕口加工の CAM データの座標情報、仕考え、データ管理方法や設計方法を見直すことで、もの口加工をつなぎ合わせるための座標情報によって、縦材つくりや建築業界において、より良いコンピュータの使加工用の CAM データが完成する。

われ方がされていくのではないかと考える。

4.3. ビジュアライゼーション用 3D モデルの作成
木組みのグラデーションの見え方や他の部材との関わり方の確認、パースの書き出しなどを行うため、デザインした線データをもとに、3D モデルの作成を行った。

［参考文献］
1） 寺内ひなの, 中村優介, 高橋洋祐, 大谷星輝, 林真那,加戸啓太,平沢岳人: 3 軸 CNC ミリングマシンを用いた木材可搬式仮設建築に関する実践型研究, 日本建築学会大会学術講演梗概集（北陸）2019 年 9 月
2） 茨木亮太, 小野祐介, アルマザン ホルヘ:3 軸 CNC ミリン
グマシンを用いた木材可搬式仮設建築に関する実践型研
究 日本建築学会大会学術講演梗概集 （関東）2020 年 9月

報告 H117－ 582 －