建築生産に制約を与える環境下の構法の分析及び要素技術開発
構法計画研究室 新美敦也
1.

序論

1-1.

2.

研究の背景

極限環境下建築
極限環境下建築にはどのような特徴があるのか, どの建築物は, 様々な環境において生産される。南極や宇ような要素が生産に制約を与える環境をつくりだすのか

宙のように, 材料が乏しく, 設計者や施工者等の生産組を明らかにする。

織が貧弱な環境においても人類は居住空間を欲し, 極地

2-1.

考える・作る・使う基地や宇宙船等の構築物を実現させた(図 1)。居住空間を

図 2 に建築生産における考える・作る・使うという 3内包する構築物を広義の建築物と捉えた場合, これらにつの行為の分担のされ方と具体的な例を示す。生産に制おいては環境的な制約に対して構法的な工夫を施すこと約を与える環境にあり, 使う主体(利用者)が作る主体(施で生産が可能になったと考えられる。

工者)を兼ねる極限環境下建築は②に該当する。本研究の本研究では, 材料や生産組織など建築生産に必要な要狙いは, ここに現状実現されていない「使う主体(利用者)素を欠いた環境においてつくられる建築物を「極限環境が考える(設計する)」機会を与え, ①の状態を可能にする下建築」と定義し, 研究の対象とする。

ことである。

極限環境下建築は, その生産上の制約によって利用者2-2.

生産に制約を与える環境による施工を余儀なくされる場合がある。一方で設計は

建築生産上の制約は環境によるところが大きいが, そ別の主体が異なる場所で行い, 利用者は定められたもののような環境をつくりだす要素として, 「自然に関するに従って施工することが多い。そのため, 建設地で生じ要素」と「人と物に関する要素」が考えられる。ここでは,る, 長期間滞在に伴う空間拡張など利用者の意思や要求

この 2 つについての詳細を記す。

を居住空間の設計に反映させることが困難である。建築

1)自然に関する要素

生産に制約を与える環境においても, 利用者が主体的に自然に関する要素は, 人間の生存や居住快適性を左右設計し, 施工することが可能な構法の実現が課題である。 する要素で, 温度・気圧・重力・放射線などが考えられる。
1-2.

既往研究

佐藤ら

1)

建設地におけるこれらの度合により, 人間の作業効率低は南極昭和基地の構法の歴史的変遷について明らかにし, 菊地ら

2)は仮設建築における要求に対する下や空間に求められる性能上昇等の制約が生じる。
2)人と物に関する要素構法的対処を明らかにしている。このように極地建築・人と物に関する要素は, 建築の生産性を左右する要素

仮設建築など個々の建築に対する研究や開発記録は存在

で, 建築の生産に必要な要素として「設計者」「施工技術するが, 「生産に制約を与える環境下の建築」を横断的にの保有者」「材料」「施工に必要な情報」「工具」の 5 つが俯瞰する研究は行われていない。また, このような環境考えられる。これらが建設地に存在しない場合, 建築のにおいては利用者による設計は想定されていないため ,生産を阻害するような制約が生じることとなる。

関係する研究も見受けられない。
1-3.

研究の目的

本研究では以上の背景から, 1. 施工技術や技能を有していない利用者の施工を可能とする構法的工夫の横断的分析, 2. 生産に制約を与える環境においても利用者による設計を可能にするための構法に用いる要素技術の開発,以上の 2 点を目的とする。
1-4.

研究の対象と方法

分析対象は, 生産に制約を与える環境において利用者

図 1 生産に制約を与える環境下の建築物の例(左: 南極の昭和基地 ※ 1 , 右: 国際宇宙ステーション ※2)

が施工を行った建築物とする。施工技術を有していない利用者が施工を行うことに対し, どのような構法的な工夫が行われたのかを文献や製品の調査を通して分析する。
この結果を踏まえて開発を行う。開発するものは, 生産に制約を与える環境において利用者が施工可能であり,利用者による設計として空間形態や使用材料の自由な選択を可能にする構法のための部品である。

図 2 考える・作る・使う主体の分担とその例

表 1 人と物に関する要素および必要な要素が無い場合の対処法

一般的に, 建築生産に必要な要素が無い場合の対処法

表 2 極限環境下建築および自然に関する要素は以下のように整理することができる。
1.外部から同一のものを調達する
2.他のもので代替する
3.使用せずに済むように工夫する
これをもとに, 建築の生産に必要な要素が無い場合に有効であると考えられる対処法をまとめた(表 1)。
「材料」
が建設地に存在しない場合には, プレファブリケートして輸送すること以外は成立しないため, 対処法の 2 および 3 は除外した。対処法の数字が大きくなるほど利用者に求められる行為が増え, その実現のために施さなければならない工夫も高度になる。
3.

表 3 極限環境下建築および人と物に関する要素の対処法

分析

3-1.

全体の分析

極限環境下建築の実例として, 仮設・極地・宇宙の建築物からそれぞれ代表的なものを 2 つずつ選択した。ここから, 利用者が施工を行うことに関してどのような工夫が施されたかを分析する。
1. 登山用テント, 2. ゲル, 3. 昭和基地(旧娯楽棟)注 1, 4. 昭和基地(基本観測棟)注 2, 5. ISS, 6. BEAM 注 3
表 4 極限環境下建築および空間構築の特徴

表 2 に, それぞれの実例が想定しなければならない自然に関する要素の一部を示す。ただし, 登山用テントに関しては地上の広範囲で用いることが可能であるため ,特定の環境は想定していないと判断した。表 3 に, 実例と, 人と物に関する要素が無い場合の対処法を示す。ゲルや基本観測棟のように, 特定の要素が無い場合に複数の対処法を併用している場合があることが判明した。表4 に, 実例と空間構築の特徴を示す。空間構築の特徴として, 材料のプレファブリケーションの程度, およびその材料を用いての施工方法を整理した。ここでは, 折り畳

対して登山用テントは, 地上での使用を想定しており,んでいたものなどを本来の寸法まで広げることを展開と自然に関する要素の影響が比較的少ない。場所と利用者称している。の技量を問わずに居住空間の生産を可能にするため, 線以上の 3 つの表から, 各要素と空間構築の特徴を結び材と面材による構成で居住空間としての展開と解体を容付け, 利用者が施工を行うことに対する構法的な工夫を易にし, 面材を線材に引っ掛けることで工具を使用しな明らかにする。例えば ISS は, 宇宙空間という人間の生い施工を可能としている。

命活動にとって非常に不利な環境に存在する。このよう

3-2.

個別の具体的構法な環境において施工の技術者ではない宇宙飛行士に施工

前項では, 利用者による施工を可能にするための構法を任せることは非常にリスクが高い。そのため, 機械設的工夫の概略を明らかにした。本項ではより具体的に,備も含む空間全てをプレファブリケートして, 機械を用それを可能にするためにどのような製法や機構が用いらいたドッキングによる拡張を行うことで, 利用者によるれているのかを調査して明らかにした。詳細は本論を参施工でも安全な居住空間の生産を可能にしている。

照されたい。

図 3 部品開発のタイムライン
4.

開発
生産に制約を与える環境下で, 利用者による施工と設計が可能な構法の要素技術開発を行う。本研究では, 利用者の施工を容易にするため, テントやゲルでの分析でみられたように線材と面材による空間の構築を想定し,線材での構造体の構築を開発の対象とする。また, 利用者による設計として, 空間形態や使用素材を自由に設定できるようにし, 径や素材による制限なしに様々な線材の接続が可能となる部品を開発する。開発にあたっての達成目標を以下に示す。
①施工に関する技術者を必要としない, ②施工に携わ

図 4 試作品 pinvise の構成

図 5 試作品 crack の構成る人数が少なくても施工が可能, ③図面や組立説明書などが不要, ④工具を使用して材料を加工したり機械を用いて施工したりしない, ⑤施工者が自由に空間形態を決定できる (用途に応じた空間拡張や変更が可能), ⑥保持できる材料の制限を設けない, ⑦分解して持ち運ぶことが可能, ⑧反復使用が可能, ⑨部品自体の素材の変更が可能①②⑦⑧には登山用テントやゲルでの構法を参考に,線材と面材で空間を構築する方法を採用することで対処する。③には施工方法を単純化して空間を簡易なつくりにすることで対処する。④⑥には材を保持するための機構を参照して対処する。⑤には構造体としての線材を連

図 6 試作品 screw

結させることにより対処する。⑨には 3D プリンターを(左：構成, 右：線材の径を変更したときの様子)出力に用いることで対処する。
材料を保持する保持機構およびそれを連結させるジョよる保持力は弱く簡単に引き抜けてしまうこと, 対応可能径の幅が小さいことが課題であると判明した。

イントの 2 つに部品を分割し, 製作と試用を行った。

・crack

4-1.

crack (図 5)は, 接着剤を使用せず, 強い摩擦力を得るこ

試作品

試作品は 8 種, 総計 53 個に及んだ。図 3 に開発全体のとが可能で, 対応可能な径の幅を広げることを目標に製タイムラインと試作の中止に至った主な原因を示す。こ

作したものである。ゴムの弾性により材料を保持し, ベ

こでは 3 つの保持機構 pinvise, crack, screw について記す。

ースとカバーで押さえつけて摩擦力を増すことで引張力・pinviseに抵抗する。対応可能な線材の径はφ5~φ25 であった。

pinvise (図 4)は, 小型手動ドリルであるピンバイスのド試用の結果, ゴムによる摩擦力を得ることに成功した

リル保持機構を参照して製作したものである。チャックが, 材料の化学的特徴による保持は使用環境を限定する

はゴム栓を加工して製作し接着剤で台座に固定する。ネことが課題として考えられた(例:温度によるゴムの物性

ジを回すとカバーにチャックが押されて先端が変形し,変化)。さらに, 対応可能径上限に近い材ではゴムの反発中央の穴の径が変化する。対応可能な径はφ4~φ10 であ力が強くなり, カバーの装着が困難であることも判明しった。

た。

試用の結果, ある程度カバーを回すと, 接着剤が耐えきれずにチャックが台座から剥離すること, チャックに・screw
screw (図 6)は, 使用環境を限定しないために, 全てを3D プリンターで出力することを目標にスクロールチャックの機構を参照して製作したものである。渦巻きレー
ルのついたプレートを回転させることによりレールに沿って爪が中心方向に移動し, レール側面の摩擦力により材料を保持する。線材を保持する際は保持機構の軸と一致させて挟み, 面材を保持する際は爪の側面に方向を一致させることで挟む。対応可能な線材の径はφ6~φ30 で,面材の厚さは 3 mm~11 mm であった。
試用の結果, 接着剤や別素材を使わずに, 対応可能径も比較的幅広く確実な保持が可能な部品が完成した。
5.

図 7 crack.mk.12 の実験

図 8 screw.mk.11 の実験

表 5 開発目標の達成状況

実用可能性の検討開発した保持機構とジョイントを用いて, 空間構築が可能か否か実験した結果を記す。保持機構は crack.mk.12,screw.mk.10, および screw.mk.11 を用いた。
・crack.mk.12
1 軸回転ジョイントを共に用いて正四面体を組み上げた(図 7)。保持された線材はジョイントを介して一枚のプレート上に集まり, これを頂点とする多面体を構築する。
実験の結果, 製作したジョイントは角度が自由回転するため, 構造としてピン接合となり, 構築可能な空間はトラス構造に限定されることが判明した。
・screw.mk.10
以上を踏まえ, ジョイントは摩擦によりある程度の角度の固定を可能にしたものを製作した。空間構築には,単管パイプとクランプを用いた骨組みのように, クランプ(本研究では screw とジョイントからなるユニット)を材の途中に付加して構築する方法を採用した。

ることが明らかになった。
2 異なる環境下の建築物であっても, 構法的工夫に共通するものがあることも明らかになった。
3 開発した保持機構は, 様々な寸法の線材や面材を保持することが可能である。
4 開発した保持機構では, 材料の保持に関して特別な工具や技術を要さない。
5 部品の出力するサイズを変更することにより, さらに実験の結果, ある程度の角度固定を可能にしていても,大きな径の材料にも対応することが可能である。

ピン接合に変わりはなく, 不安定な構造となるため, 空6 角度を固定したジョイントと固定していないジョイン間の構築は困難であるという結論に至った。
・screw.mk.11
角度を 90°に固定し, 構造として剛接合となるジョイントを製作した。このユニットを直交クランプとして用トを併用して, 自由な空間形態の構築が可能である。
今後の展望および課題としては, 実例の分析をさらに進めること, 部品に関して衝撃や摩耗による耐久性の改善などが考えられる。

い, 前項のユニットを自在クランプとして用いることで空間構築を行う。ここでは, 素材や断面形状の異なる 6 本の線材を使用した。
実験の結果, これまでは不可能であった四角形の骨組みも構築可能となった(図 8)。また, ジョイントによる構造の不安定さも解消された。
表 5 にそれぞれの保持機構とジョイントに対して, 開発目標がどの程度達成されたかを比較するものを示す。
6.

結論
生産に制約を与える環境下において, 利用者による施

参考文献
1) 佐藤稔雄・平山善吉：南極昭和基地建物のプレファブリケーションシステ
ムの変遷について, 南極資料, No.84, pp.96-106, 1985 年
2) 菊地孝司・真鍋恒博：仮設建築の構法の特性に関する各種観点からの分析,
日本建築学会大会学術講演梗概集, pp.683-684, 1999 年 9 月
3) 村上裕資・池田靖史：建築モジュール論から見た国際宇宙ステーション計画, 日本建築学会大会学術講演梗概集, pp.651-652, 2004 年 8 月
注釈
注 1) 1957 年に建設された建築物である.
注 2) 2018 年に建設された建築物である.
注 3) ISS の空間モジュールの一種である。地上で折紙のようにたたんで小さく収納し, 宇宙にて空気を注入して膨脹させる。

工と設計が可能な構法を実現させるために, 実例の分析

画像出典と試験的な部品開発を行った。その成果を以下に示す。

※1 https://www.jepsa.jp/use/building_material.html JEPSA 発泡スチロール協会※2 https://www.nasa.gov/feature/iss20th-high-flying-construction NASA, ISS20th:

1 分析の結果, 各建築物が特有の構法的工夫を施していhigh flying construction