スパコン「富岳」による
飛沫・エアロゾル感染リスク評価のデジタルトランスフォーメーション
理化学研究所計算科学研究センター チームリーダー
神戸大学大学院システム情報学研究科 教授
坪倉 誠
富岳コロナ対策プロジェクト飛沫感染グループ
ゴードンベルCOVID-19特別賞
2021年11月19日

おねがい
本資料に含まれる図やアニメーションは，研究の主旨に沿った報道であれば自由に用いて頂いてかまいま
せん．ただし利用する際は，媒体名と企画内容について，予め理研計算科学研究センター広報申請フォー
ムにて申請願います．
https://krs2.riken.jp/m/fugaku-corona-dl
また，本研究に関する取材については，理研計算科学研究センター広報まで連絡をお願いします．
https://krs2.riken.jp/m/media-form
同一テレビ局内の別報道番組での動画等の再利用については，新たに許可を得る必要はありません．用いた場合の番組名と報道日時のみ，上記広報まで必ずご連絡ください
坪倉 誠 の所属表記は 下記の例のように理研と神戸大を併記するようお願いします。
（例）・理化学研究所計算科学研究センター チームリーダー／神戸大学大学院システム情報学研究科
・理化学研究所チームリーダー／神戸大学教授
・理研／神戸大教授

2

「富岳」による飛沫・エアロゾル感染シミュレーション
感染症に対する非科学的な恐れ，根拠のない過信と侮り

新型コロナに対する圧倒的な科学的データ不足

圧倒的な計算資源を活用した高精度シミュレーションによる科学的データの提示と飛沫の見える化による現象の理解（ロックダウンで研究室実験ができない中、この効果は多大）社会に対する飛沫感染の正しい理解とその予防の啓発

行政機関や各種業界との連携によるガイドラインの策定や改定

テレビ・ラジオ：350件，新聞：325件
ウェブ記事：1400件

スマートライフ実現のためのAI等を活用したシミュレーション調査研究（内閣官房）3

複雑現象統一的解法ソフトウェアCUBE

高速かつ大量にシミュレーションモデルを作成し，スパコン性能を最大限に活用できるソフトウェア
HPCを活用した自動車次世代CAEコンソーシアム

2012年より理化学研究所で産学連携で開発．
 スパコン「京」を活用して，自動車，燃焼システム，建築防災分野で多くの実績．
 2020年初頭，Society5.0時代のものづくりへ向けて富岳でチューニング中に，新型コロナパンデミックが発生．
「京」による自動車エンジンシミュレーションと燃料噴霧噴射の様子

燃焼システム用次世代CAEコンソーシアム「富岳」による飛沫飛散シミュレーション

都市・建築CFD コンソーシアム（東京工業大学）

4産学官連携による新型コロナ対策課題の推進
ステアリングメンバー

協力メンバー（協力者の一部を掲載）

行政機関

神戸市

5

感染症リスク評価のデジタルトランスフォーメーション


マスクシミュレーション（シミュレーションによる形状データ自体の作成＋実験による必要データの計測）

公共交通機関での感染リスク評価（CAD形状データの活用）

室内での感染リスク評価（実物計測）

6

30000「富岳」だからこそ対応できた高精度・高速・多ケース解析

25000

20000

15000

10000

5000

0
2020/1/16

2020/2/16 2020/3/16

2020/4/16

2020/5/16

2020/6/16

2020/7/16

2020/8/16

2020/9/16 2020/10/16 2020/11/16 2020/12/16

2021/1/16

2021/2/16 2021/3/16

2021/4/16

2021/5/16

2021/6/16

2021/7/16

2021/8/16

72021/9/16

「富岳」だからこそ対応できた高精度・高速・多ケース解析
富岳で消費した計算資源量と新規陽性者数の比較
日ごと積算量 日々変化する感染状況に応じて、適切なタイミングで社会が必要とする情報を発信 50以上の様々な感染シーンに対して、1,000以上の評価
 「富岳」1750万ノード時間を利用（東大のスパコンを1年間占有した程度に相当）

8飛沫飛散の様子
 英語でone～tenを9秒（途中で一度吸気）これを繰り返す
 1分間で，会話の場合1万個程度，大声の場合2万5千個程度の飛沫が発生
大声

提供：理研・神戸大，協力：豊橋技科大・京工繊大・東工大・九大

915分間しゃべっている感染者と対面した時の感染リスク
 吸引する飛沫質量（左）と感染確率（右）
大声

10100

Loud大声
speaking

1

Loud大声
Speaking

0.1
0.01

0.001

60
400.0001

200.00001

000.5

11.522.5

Soft 通常会話
speaking

80

Soft 通常会話
speaking
確率（%）

飛沫量（mg）

感染確率
No=900を基準に300～2000変化（縦誤差棒）

3

感染者からの距離（m）
ポイント：2mを境に急激にリスクが変化する

00.5

11.5

22.5

3

感染者からの距離（m）
提供：理研・神戸大，協力：豊橋技科大・京工繊大・東工大・九大

1015分間しゃべっている感染者と対面した時の感染リスク

100
90
80
70
60504030
20
100

大声
従来株
I=1.25
I=2.5

00.5

11.5

22.5

100
90
80
7060
504030
20
100

通常会話

従来株
I=1.25
I=2.5

感染確率 (%)

感染確率 (%)

 従来株と変異株の比較（距離の効果）
 従来株に対する変異株の感染力の強さをI（強度）で表現
 （参考）アルファ（英国）株（感染力1.32倍）(1)，デルタ（インド）株（感染力2倍程度？）

30

感染者からの距離 (m)

0.5

1
1.5
2
感染者からの距離 (m)2.5

3

ポイント：2mがリスク評価の指標になることは変わりないが，2m以内で大きくリスクが変化する(1)国立感染症研究所, 日本国内で報告された新規変異株症例の疫学的分析（第１報）, 2021年4月5日
提供：理研・神戸大，協力：豊橋技科大・京工繊大・東工大・九大

11飲食店における飛沫感染リスク評価と対策

16人程度が入る小型の店舗を想定

厨房排気ダクト• 室内に1名の感染者が滞在するとして在室者1名の感染確率を求める

1156 [m3/h]• 滞在時間は1時間で感染者は大声で話していることを想定
換気装置排気440 [m3/h]

ドア隙間排気100 [m3/h]

換気装置外気給気540 [m3/h]
20 [℃]

2.72m

エアコン（循環式）

60°下向吹出1,120 [m3/h],24.6 [℃]

6.5m

ドア隙間給気6.7m（厨房排気運転時のみ）
1,000 [m3/h]
20 [℃]

提供：理研・神戸大，協力：鹿島建設・ダイキン工業・数値フローデザイン・豊橋技科大12感染確率の評価方法

飲食店における飛沫感染リスク評価と対策• 感染者の座る場所の確率は均一であるとして、全ての在室者から飛沫を発生させる• 発生させた飛沫に対して座った座席に応じてインデックスを付ける• 全ての在籍者に対して、1時間在籍した場合の呼吸量からそれぞれの在籍者からの到達飛沫量を求める• 以下の式により、Nを推定して、ある感染者からある在籍者への感染確率を求める
𝑁𝑁(− 𝐼𝐼)P(𝑁𝑁) = 1 − e 𝑁𝑁0

N0: 感染に至るウイルス量，一般には300~2000
viral copies/h（5つのイベント：中国観光バス×2，韓国エアロビ，韓国コールセンター，米聖歌隊）

感染者の飛沫に含まれるウイルス数，107 copies/mL（患者により大きく異なる！）

提供：理研・神戸大，協力：鹿島建設・ダイキン工業・数値フローデザイン・豊橋技科大13

飲食店における感染リスクの可視化

感染者の座席に対する感染確率（%）

1

テーブルBのリスク

カウンターのリスク

テーブルAのリスク

感染リスク評価者の番号
1名の感染者の場所が特定できない場合にその場所に座った時に感染する確率

1名の感染者がその場所に座った時に店内の人に感染させる確率

感染者の番号



排気ダクト
2A
34

5691011B
716128131415

給気ダクト• 部屋全体の感染確率の平均は5.61%• この部屋から新規感染者が発生する期
待値は、0.84人• テーブル上の感染確率が高い• 1, 2, 6, 11, 12, 14が感染するリスクが高い（右下から左上への換気ダクト流れの風下側）• 2, 3, 4, 7, 8, 9, 11が感染させるリスクが高い（室内流れの風上側）• 誰が感染者かわからない状況では場所による極端なリスクの差異を作らないことが大切！

提供：理研・神戸大，協力：鹿島建設・ダイキン工業・数値フローデザイン・豊橋技科大14飲食店における感染リスクの可視化

エアコンとキッチンダクトの効果
換気装置のみ換気装置にエアコンとキッチンダクトを併用

提供：理研・神戸大，協力：鹿島建設・ダイキン工業・数値フローデザイン・豊橋技科大15

飲食店における感染リスクの可視化



排気ダクト

エアコンとキッチンダクトの感染リスク低減効果
 感染者発生の期待値は0.84人（5.61%）から0.38人（2.53%）まで減少
 リスクの分散、平滑化に大きく寄与

12

3

4

5

6

7

8

9
10
11テーブルのリスク

給気ダクト

1213テーブルのリスク

16

14

15

カウンターのリスク

カウンターのリスク

提供：理研・神戸大，協力：鹿島建設・ダイキン工業・数値フローデザイン・豊橋技科大1616

飲食店における感染リスクの可視化パーティションの効果

換気装置にエアコンとキッチンダクトを併用

左の状態からさらにパーティションを設置

提供：理研・神戸大，協力：鹿島建設・ダイキン工業・数値フローデザイン・豊橋技科大17

飲食店における感染リスクの可視化

排気ダクト

パーティションの感染リスク低減効果
 リスクを局在化する効果があるので、一部の関係ではリスクが高まるケースがある 感染者発生の期待値は0.38人（2.53%）から0.20人（1.30%）まで減少

1234567891011

給気ダクト

1213カウンターのリスク

161415カウンターのリスク

テーブルのリスクテーブルのリスク

提供：理研・神戸大，協力：鹿島建設・ダイキン工業・数値フローデザイン・豊橋技科大18

感染リスク低減効果のまとめ

 1名の感染者がいる店に1時間滞在した際の新規感染者の発生期待値
1.4

Expected new infected person in the Izakaya for the one infected person staying for one hour
(Delta Variant)
No=3001.2

No=900No=2000
10.8

0.6

0.4

0.2

0

Only Ventilation

Vent + Kitchen duct

Vent+AC

Vent + AC + Kitchen
Duct

Vent + AC + Kitchen
Duct+Partition

Vent + AC + Kitchen
Duct far seating

Vent + Partition far
seating19