BIM による応急仮設住宅の配置検討支援プログラムの開発
Development of a Program to Support an Arrangement of Emergency
Temporary Housing Using BIM○田口 正法*1，大西 康伸*2
Masanori TAGUCHI＊1 and Yasunobu ONISHI＊2*1 熊本大学大学院自然科学教育部 大学院生
Graduate Student, GSST, Kumamoto University*2熊本大学大学院先端科学研究部 准教授 博士（学術）
Associate Professor, Faculty of Advanced Science and Technology, Kumamoto University, Ph. D.
キーワード：応急仮設住宅団地; プレハブ; 配置計画; 自動配置; GA ; ビジュアルプログラミング
Keywords: Emergency Temporary Housing; prefabrication; layout planning ; automatic placement; GA; visual programming.

1. 研究の背景と目的果が一目で理解できるような機能を実装する。

災害発生後に供給される応急仮設住宅（以下、仮設住宅）
は、自宅に住めなくなった人に一日でも早く仮住まいを提2. 配置検討支援プログラムの開発方針供することが目的である。仮設住宅の供給には最短約 4 週

2.1. 手動操作の簡略化と統一間もの期間を要し、そのうち約１週間は配置案の作成と住戸の設計に費やされている。

旧プログラムでは、配置エリアの境界線を手動で作図する「面の描画」に多くの手間と時間を要していた。そこで福岡らの研究 1)では、配置案作成の期間の短縮を目的と本研究では、「面の描画」をなくし「点または線の配置」にし、BIM ツール上で稼働する自動配置プログラムを開発しよる配置エリアの自動作図機能を実装する。具体的には、た。煩雑な作業に対するコンピュータによる自動実行と一幹線道路や任意の境界線を設定する BIM パーツ（以下、境意には決まらない作業の人による手動操作の組み合わせ

界線 BIM パーツ）で囲まれた領域（以下、エリア配置可能による対話的手法を提案し、仮設住宅の配置計画を効率化

領域）内に住戸や駐車場、空地のエリアを指定する BIM パした。原らの研究 2)では、遺伝的アルゴリズム（以下、GA）ーツ（以下、エリア指定 BIM パーツ）を配置しプログラムを用い、手動で設定した住戸（または駐車場）を配置するを実行することで、配置エリアの自動作図を行う（図 1）。

エリア（以下、配置エリア）内での住戸（または駐車場）

また旧プログラムでは、集会場その他施設の配置検討をの位置と角度の最適化を自動配置プログラムに取り入れ、支援する機能がないため、配置角度の調整や干渉する住戸配置数の増加を目指した。

や駐車場の削除を手動で行う必要があり多くの時間を要

しかし、福岡らの研究 1）、原らの研究 2)で開発したプロしていた。そこで本研究では、提示された集会場その他施グラム（以下、旧プログラム）は 3 つに分かれているため、設を敷地内に移動させる「点の配置」を行いプログラムを設計者が各プログラムの挙動を理解し、目的に応じて使い実行することで、配置角度を自動調整する機能や干渉する分ける必要があった。また、プログラム毎に必要とする手住戸や駐車場を自動削除する機能を新たに実装する（図 2）。

動操作の方法が異なっていた。加えて、敷地内のどのあた以上の配置検討に関する手動操作を「点の配置」としてりに住戸や駐車場を配置するかというゾーニング検討を統一することで、角度調整を必要とせず、BIM パーツをス支援する機能や、集会場、受水槽、浄化槽、ごみ置き場（以タンプのように使用するといった単純な操作のみで配置下、集会場その他施設）の配置検討を支援する機能がない検討を可能とする。

ため、配置エリアや集会場その他施設のレイアウトが設計者の思い通りにならないことや、思い通りにできても手動

旧プログラム

配置検討支援プログラム操作が煩わしいという問題があった。
そこで本研究では、3 つの旧プログラムを統合するとともに、住戸および駐車場の配置エリアのゾーニング検討支
援と集会場その他施設に関する配置検討支援を可能とする配置検討支援プログラムを開発する。考える行為に集中するために、単なる操作時間を可能な限り削減し、実行結
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， 287-290 ， 2021 年 12 月，京都
Proceedings of the 44th Symposium on Computer Technology of Information ，Systems and Applications ， AIJ ， 287-290 ， Dec. ， 2021 ， Kyoto

クリックが必要な点クリックが必要な点エリアの端点を順にクリックして境界を作図する「面の描画」

エリア指定 BIM パーツをワンクリックで配置する「点の配置」

図 1 配置エリア作成の手動操作の比較－ 287 －

プログラム実行前の手動操作

プログラム実行後の自動結果と同じく、解の探索を行うアルゴリズムとして GA を用いる。また、エリア配置可能領域内に配置されているエリア指定 BIM パーツの個数に応じて、目的の異なる 2 つの最適化処理が 1 回の実行で同時に行われる仕様とした。住戸と駐車場のエリア指定 BIM パーツを 1 つずつ配置した場合は、設計者が設定した駐住比率とプログラムが提示する配置案の駐住比率との差を最小化するエリア境界線の位提示された集会場その他施設をドラッグで配置する「点の配置」

配置角度の自動調整、干渉する住戸・駐車場の自動削除

図 2 集会場その他施設の角度の自動調整機能

置を算出し、住戸と駐車場を自動配置する（図 4）。住戸ま
たは駐車場のエリア指定 BIM パーツを 1 つ配置した場合は、当該エリア内において配置数が最大化される位置に住2.2. 自動実行結果の表示の統一
旧プログラムでは、駐車場や集会場その他施設など要素戸または駐車場を自動配置する。

ごとにプログラムの実行結果の表示方法が異なり、一目で住戸エリア指定 BIM パーツ配置ルールを満たしているかどうか分かりにくいという駐車場エリア指定 BIM パーツ
空地エリア指定 BIM パーツ問題があった。そこで本研究では、「不足分の提示」、「注意住戸の配置最適化が実行されるエリアを促す表示」を統一した（図 3）。
「不足分の提示」では、駐車場の配置最適化が実行されるエリア

駐車場数、集会場その他施設の配置数と自動配置される住境界線の最適化が実行されるエリア

戸数を比較し、不足している場合は敷地外にその数の分だ空地エリア

け提示する。また注意を促す表示として、敷地内に余剰に配置されている駐車場または集会場その他施設、幹線道路と接続していない車路やアクセス通路を赤くハイライト

エリア境界線

図 4 境界線最適化と配置最適化の手動操作
3. 配置検討支援プログラムの開発する仕様とした。
これにより、設計者が自動実行結果に対し、どの要素を手動で変更すべきかを直感的に理解することが可能とな

3.1. 開発環境
配置検討支援プログラムの開発環境には、BIM ツールとしてオートデスク社の Revit2021、ビジュアルプログラった。

ミングツールとして Dynamo2.6.1、複雑な図形処理と最適幹線道路に未接続の車路余剰に配置されたその他施設
幹線道路に未接続のアクセス通路

余剰に配置された駐車場化を行うためのプログラミング言語として Python を使用した。また、データの入出力を目的として、マイクロソ
フト社の Excel2019 を使用した。
3.2. 配置検討支援プログラムの開発

図 3 自動実行結果の表示の統一
2.3. プログラムの統合

配置検討支援プログラムでは、複数の旧プログラムに共通していた分岐処理を統合し、各 BIM パーツの配置の有無や配置数、配置位置に応じて、プログラムの処理のステ

旧プログラムでは、配置可能な概数を把握するための配ップ毎に処理実行の有無を判定する仕様とした。そのため、置案（以下、初期案）を作成する旧プログラム 1、幹線道

事前に想定したいくつかの手動操作に対応する全ての処路の変更に伴う再配置案を作成する旧プログラム 2、配置理を包含するプログラムとした。プログラムの処理の流れエリア内の最適化を行う旧プログラム 3 の 3 つのプログラを図 5 に示す。

ムを用いて、配置案を作成していく。本研究では、3 つのStep11「GA による住戸、駐車場の位置の配置最適化」で旧プログラムを統合することで、初期案の作成から集会場は、住戸エリアと駐車場エリアで異なる配置方法で最適化

その他施設の配置調整支援までを 1 つのプログラムで行うを行う。住戸エリアでは、住棟に対して垂直方向の距離をことを可能とする。

設計変数とし探索を行う。駐車場エリアでは、グリッド状

プログラムの統合に伴い、住戸数と駐車場数の比率（以下、駐住比率）を満たす住戸エリアと駐車場エリアの境界に配置を行うため、水平距離と垂直距離の 2 つの設計変数の組み合わせの探索を行う。

線の位置の最適化（以下、境界線最適化）と配置エリア内

Step13「GA による境界線最適化」では、配置した住戸との住戸数または駐車場数を最大化する配置位置の最適化

駐車場のエリア指定 BIM パーツを結ぶ線に対して垂直に（以下、配置最適化）の目的の異なる 2 つの最適化を 1 つ

エリア境界線が配置され、駐住比率評価が最小となるエリのプログラムで行う仕様とした。最適化には原らの研究 2)

ア境界線の配置座標の探索を行う。この際、住戸と駐車場

報告 H03－ 288 －

の配置位置の最適化を行えないため、住戸と駐車場の各エ短縮された理由として、配置検討支援プログラムにおけるリアのバウンディングボックスの中点を基準として住棟操作の簡略化と統一、自動実行結果の表示の統一が、計画配置線または駐車場配置線を配置し、住戸と駐車場の配置者の意図を配置案に反映させる手間の削減に寄与したと位置を決定する。

考えられる。一方、配置検討支援プログラムでは最適化のまた、配置検討支援手法の計画手順を図 6 に示す。

処理が繰り返し行われており、このことが自動実行の時間の増加の原因になっていると考えられる。

4. 配置検討支援プログラムの評価

実在案、旧プログラム、配置検討支援プログラムの配置

4.1. 比較検証の概要

案における住戸と駐車場の配置数を表 2 に示す。被験者 A

2 名の被験者を対象に、旧プログラム 1～3 と配置検討支は 15 検証敷地中 8 敷地、被験者 B は 15 検証敷地中 10 敷援プログラムを用いて実際に施工された仮設団地の敷地地で配置検討支援プログラムの住戸および駐車場の配置（以下、検証敷地）の配置案（以下、実在案）の再現を行う。

数が旧プログラムを上回る結果となった。住戸および駐車配置案作成時間と配置数の比較検証を行い、配置検討支援場エリアの境界線の位置の最適化や、住戸と駐車場の配置プログラムの有効性を考察する。
検証の概要を表 1 に示す。

段階で集会場その他施設の配置の同時検討が容易になったことによって、敷地面積の有効活用が可能となり配置数4.2. 評価結果が増加したと考えられる。一方、配置検討支援プログラム

全 15 検証敷地の配置案作成平均時間の被験者２名の平の配置案が実在案の配置数を上回ることが少ない結果と均値を図 7 に示す。配置検討支援プログラムは配置案の作なった。これは実在案において部分的に配置ルールが満た成時間全体で 31％減少した。内訳として手動操作は 55％されてないことに起因しており、実務で利用するためには、減少し、逆に自動実行は 64％増加した。操作時間が大幅に柔軟な配置ルールの設定を可能にする必要がある。

Step3：出入口位置の決定

Step1
Excel パラメータ、敷地境界線
エリア指定 BIM パーツ、集会場その他施設
幹線道路の情報取得

Step12

実行前の手動操作

出入口位置

出入口指定パーツ

住戸、駐車場の削除

出入口指定パーツと敷地境界線の交点を出入口とする

Step14
住戸、駐車場エリアの作成

出入口位置の取得

Step7 で住戸の配置角度が０°、駐車場の配置角度が９０°となり、東西配置注 1）の初期案が作成される。

出入口道路と敷地境界線の接線の中点を出入口とする

Step8：住戸、駐車場の配置角度の決定【住戸および駐車場の配置最適化エリアの場合】【境界線最適化エリアの場合】
実行前の手動操作

実行前の手動操作

実行後の自動結果

空地エリアの作成

集会場その他施設と干渉する
住戸、駐車場の配置座標の削除

角度の基準となる境界線上の幹線道路

境界線最適化エリア

駐車場の配置最適化エリア
各エリアと接する幹線道路の中で接線が最も長い幹線道路に対し垂直な角度を取得する

住戸エリアと駐車場エリアの境界線上に配置される幹線道路に対し、駐車場は垂直に、住戸は垂直または平行な角度を取得

Step17

Step6
全自動案の作成の判定

Step7
配置最適化エリアの取得【集会場その他施設が敷地内に配置されている場合】
実行前の手動操作
集会場
その他施設

住戸、駐車場の配置角度の決定

垂直距離ｙ

接続不可なアクセス通路、車路のハイライト

住棟配置線
設計変数：0≦ｙ＜住棟間隔+住棟の奥行

集会場その他施設の配置位置から最も近接する境界線の線分に対し垂直に角度が自動調整される

Step19
集会場その他施設の必要数計算

住戸分割幹線道路の配置

Step20

Step11
GA による住戸、駐車場の位置の配置最適化

駐車場配置線
設計変数：
0≦ｘ＜駐車場の横幅
0≦ｙ＜駐車場の奥行×2+車路幅

𝒑𝒑 =𝑘𝑘𝑘𝑘max+(1−𝑘𝑘)𝒑𝒑max (0≦𝑘𝑘≦1)

探索軸

Step21
エリア指定 BIM パーツの配置

駐住比率を満たすエリア境界線の位置を探索軸に対して垂直に探索する

駐住比率評価 =Step19：集会場その他施設の必要数計算

×| 1800 ㎜モジュール

注 3）

数 -

駐車場数
駐住比率

2 × 6 型住戸比率 + 3 × 9 型住戸比率 + 4 × 12 型住比率
6 型住戸比率 + 9 型住戸比率 + 12 型住比率|

実在案の配置図記載の算定式、または入手した応急仮設住宅建設関連資料注 4）を基に以下の式で必要数を計算する

Step22配置図シートの情報の更新【集会場】20≦住戸数＜50 で談話室 1 つ、50≦住戸数で集 【浄化槽】 6 型住戸数×1.5+9 型住戸数ｂ津 2.5+12 型住戸数 ×3.5
35 人槽または 50 人槽の組み合わせ
会場 1 つ以降、住戸数が 50 戸増加する毎に集会場 1 つ【ゴミ置き場】

図5

報告 H03水平距離ｘ

評価関数：以下の式を駐住比率評価とし、最小化を目指す。

Step10
駐車場、集会場その他施設の余剰分のハイライト

垂直距離ｙ

最適化エリアの各頂点を探索軸に投影した点の中で、探索軸方向に対して最大の点を Pmax（𝒑𝒑max）、最小の点を Pmin(𝒑𝒑min)、設計変数をｋ（0≦ｋ≦1）とし、エリア境界線の位置となる探索軸上の点 P（𝒑𝒑）は以下の式に基づき決定される。

駐車場、集会場その他施設の不足分を敷地外に提示
集会場その他施設の配置調整【駐車場の配置最適化】

設計変数：

Step13：GA による境界線最適化

Step9
注 2）

【住戸の配置最適化】

実行後の自動結果

Step18

Step8

駐車場基準
幹線道路
L3≦L4

Step11：GA による住戸、駐車場の配置最適化

Step10：集会場その他施設の配置調整

住戸、アクセス通路、駐車場、幹線道路の配置

L2

Step16

住戸基準
幹線道路
L1≧L2

L4

住戸、駐車場の配置座標の計算

エリア配置可能領域の取得

Step5

実行後の自動結果

住戸の配置最適化エリア

Step15
Step4

実行後の自動結果

境界線最適化エリアの取得

GA による境界線最適化

Step3【エリア指定 BIM パーツが配置されていない場合】

出入口道路

Step13
Step2

Step6：全自動案の判定【出入口指定がある場合】 【出入口指定がない場合】

全住戸数 ×0.2

小�6 ㎡� または大�10 ㎡� の組み合わせ【受水槽】

配置検討支援プログラムの処理の流れ

�6 型住戸数 ×1.5+9 型住戸数ｂ津 2.5+12 型住戸数 ×3.5�×200×0.5×0.8
16 ㎡、32 ㎡または 56 ㎡の組み合わせ－ 289 －

〈手順 1〉出入口の決定と配置エリアの大まかなゾーニングを伴う初期案の作成＜実行結果＞＜手動操作＞

601 秒
146 秒 合計 746 秒
２ 旧プログラム者
手動操作 55％減少 自動実行 64％増 合計 31％減少
平 配置検討支均 援プログラム
273 秒
239 秒
合計 512 秒

プログラム
実行

0100

200

300

400

500

手動操作時間の平均値

600

700

800

900

1000

自動実行時間の平均値（秒）

フィードバック

図 7 全 15 検証敷地の配置案の作成時間の合計の平均値

出入口道路の選定による全自動配置案作成または、設計者の意図する出入口位置および配置エリアのゾーニングを考慮しつつ、駐住比率を満たした配置案が提示される

敷地境界線、敷地外道路の描画、配置パラメータの設定をし、必要であれば、出入口指定パーツおよびエリア指定 BIM パーツの配置する

7. 研究の成果と課題
本研究の成果として、目的ごとに分離していた 3 つの自動配置プログラムを 1 つのプログラムへ統合し、手動操作〈手順 2〉幹線道路の位置変更と配置エリア指定を伴う配置計画＜手動操作＞の簡略化および統一、自動実行結果の表示の統一によって、＜実行結果＞

住戸および駐車場エリアのゾーニング支援とその他施設プログラム実行の配置検討支援が可能となった。設計の思考プロセスをシームレスに支援し、対話的プロセスをより円滑に進めることを可能とする、配置検討支援プログラムを開発したと言フィードバック
アクセスを考慮した幹線道路の削除
各エリア配置可能領域のエリア指定
および配置と各エリア配置可能領域
BIM パーツの数に応じて最適化されたにエリア指定 BIM パーツを配置する配置案が提示されるえる。課題として、1）配置エリア形状やアクセス条件を考慮した多様な駐車場の配置、2）配置図作成のための寸法や注釈の自動作図機能の拡充、の 2 つがあげられる。

〈手順 3〉配置エリアの確定・集会場その他施設の配置＜手動操作＞

なお、本研究は科学研究費補助金（基盤研究（C）、課題＜実行結果＞

番号 21K04415）の一環として実施した。

プログラム
実行謝辞
大和ハウス工業株式会社、大和リース株式会社の関係者の方々には、研究を進めるにあたり貴重なデータをご提供いただくとともに、多大なご助言を賜りました。この場をお借りして御礼を申し上げます。

フィードバック
敷地外に提示されている集会場その他施設を適宜エリア内に重ねて配置し、必要であれば角度を調整し角度ロ
ック注 5）にチェックをいれる

角度調整された集会場その他施設を避けて位置が最適化された住戸および駐車場の配置、余剰分のハイライト、不足分の提示が行われる

注釈

図 6 配置検討支援手法の配置計画手順

注1） 仮設住宅の住棟が東西軸に平行となる配置。
注2） 配置ルールにより、仮設住宅の住戸は幹線道路から玄関までの距離を 50ｍ以内にする必要があるため、住戸エリアが50ｍを超えない最低本数の幹線道路を設ける。
注3） 住戸タイプは 6 型（間口 3600 ㎜）、9 型（間口 5400 ㎜）、12型（間口 7200 ㎜）の 3 つによって計画される。1800 ㎜モジ
ュールはこれら住戸タイプの間口寸法の最大公約数である。
注4） 一般社団法人プレハブ建築協会発行の仮設住宅団地の建設
方針や配置ルールをまとめた資料。
注5） 集会場その他施設の角度を設計者が指定する場合に用いる。

表 1 比較検証の概要
旧プログラムと配置検討支援プログラムを用いて様々な敷地規模や敷地形状の実在案を再現する。要した時間や配置数を比較することで、配置検討支援プログラムが、配置案作成時間を短縮しつつ配置数を確保できるか示す。
検証敷地 入手した実在敷地から敷地形状の特徴と敷地規模に偏りなく選定した 15 敷地
被験者 A：建築計画を専攻する修士 2 年、BIM 使用歴 4 年
被験者 被験者 B：建築計画を専攻する修士 1 年、BIM 使用歴 3 年
旧 1) 旧プログラム 1 の実行（初期案の作成）
2) 幹線道路の配置
プ 3) 旧プログラム 2 の実行（幹線道路の変更に伴う再配置案の作成）
ロ 4) 配置エリアの描画グ 5) 旧プログラム 3 の 1 回目実行（エリア内配置を行う配置案の作成）
ラ 6) 配置方向指定 BIM パーツの配置
検 ム 7) 旧プログラム 3 の２回目実行（配置方向に即した配置案の作成）
8) その他施設の配置、一部駐車場削除
証1) 配置検討支援プログラムの 1 回目実行（全自動案の作成）
手2) 住戸エリア指定 BIM パーツと駐車場指定 BIM パーツの配置
配順 置 プ 3) 配置検討支援プログラムの 2 回目実行（エリア位置指定した配置案の作成）
4) 配置検討内容に伴い適宜、以下の 3 つの操作を行う
検ロ
グ ・幹線道路 BIM パーツ、境界線 BIM パーツの配置（配置エリア分割）
討 ラ ・配置方向指定 BIM パーツの配置（住戸と駐車場の配置方向の指定）
支 ム ・集会場・その他施設の配置
援5) 配置検討支援プログラムの 3 回目実行（手動操作に即した配置案の作成）
6）実在案を再現するまで 4）と 5）を適宜、繰り返す
システムモデルHP Z2 SFF G4 Workstation
プログ
OS
Windows10 Pro
ラム
CPUIntel(R)Xeon(R)E-2104G @ 3.20GHz
メモリ
16GB
実行のグラフィックボード
NVIDIA Quadro P620
PC 環境モニター
HP Z23n G2（23 インチ、1,920×1,080FullHD）

検証目的

参考文献
1）

福岡怜大、大西康伸、「対話的計画機能を実装した BIM による仮設住宅配置案の作成手法に関する研究」、日本建築学会
第 42 回情報・システム・利用・技術シンポジウム論文集（DVD）、pp.48-53、2019.12
原好佑、大西康伸、「BIM および遺伝的アルゴリズムを用いた応急仮設住宅の配置最適化に関する研究」、日本建築学会
第 43 回情報・システム・利用・技術シンポジウム論文集（DVD）、pp.376-379、2020.12

2）

表 2 実在案と旧プログラムと配置検討支援プログラムの配置案の住戸と駐車場の配置数の結果一覧
検証敷地実在案
旧プログラム
配置検討支援プログラム

AB
A
B

HS住 駐OM 南 OM 北住 駐 住 駐SPTK住 駐 住 駐132100
135114114

181514171718121216208967617472-

4240404444-

1823162017

A：被験者 A、B：被験者 B、住：住戸数、駐：駐車場数、-：存在しない、

報告 H03TSTT
住 駐 住 駐148 131 96
111 122 91
122 108 88
132 117 100
130 93 92

96646896
974629364141-

YT
住 駐SA
住 駐SS
住 駐TB1
住 駐TB2
住 駐UK
住 駐US住 駐8967747979233 233
214 183
215 119
231 204234 177

816478636277636257586659445971

211713181812541313262711241945163331
2977
64
52
71
6767
9205757

300
33KS
住 駐

10 90 90
9 84 80
8 100 79
9 116 112
8 109 110

：旧プログラムより多く配置された配置検討支援プログラムの値－ 290 －