学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成 23 年度共同研究 最終報告書 2012 年 5 月

11-N23

市街地における建築・都市環境の総合数値予測
坂本雄三（東京大学）
概要	  本研究の目的は、オープンソースソフトウエアを活用した都市街区レベルの建築・都市環境予測コードの開発、および当該コードを使用した実市街地解析技術の開発、解析結果の整備である。現在までの達成状況は以下である:	 (1)音環境解析コードの MPI並列化および ParaView によるオンメモリ並列可視化処理が可能となり、解析周波数上限の向上が可能となった。	 (2)新たな市街地形状生成手法を開発した。(3)東京大学 HA8000における OpenFOAM-2.0 の並列化効率を調べた。	 (4)	 実市街地における住宅の通風解析において、山岳地帯を含めた大領域から段階的に計算を行うことで，地形形状の影響を考慮した風況計算が可能となった。(5)OpenFOAM の非圧縮性ソルバーicoFOAM における圧力方程式の離散化行列の入力形式に対し、疎行列データ形式と SpMV の実装方式を切り替えることで、ソルバーの時間を劇的に高速化できる可能性があることがわかった。

1. 研究の目的と意義	 開発の結果、数値流体解析(CFD)を用いた風・温熱解	  	 ヒートアイランド対策、都市道路交通騒音問題など、析、放射熱解析および数値音響解析といった個々の環現在の我が国市街地においては解決すべき建築・都市境要素予測手法がいずれも完成の域に達しつつある。

環境工学的課題が山積している。それら課題の解決にこのことを背景に、概ね 2006 年頃から現在までの僅かは、現状把握としての環境要素マッピング技術、および数年で、以下の 2 点に代表される状況変化が急速に起将来の変化シナリオに対する予測技術が必要である。

こりつつある。

そのため、都市環境を構成する個々の環境要素に対し1. 総合的環境予測へ関心を拡大する研究者の発生。ては、従来から精力的に多くの研究が行われてきた。例

これらの研究者に共通する特徴は、各環境要素の予えば、ヒートアイランド対策という最も具体的かつ喫緊の測手法研究開発において先端的な研究能力及び実都市スケール問題解決に迫られてきた温熱環境分野で績を有しながら、総合的な環境予測手法への研究開は、通風性能指標の全国マップ作成など、本問題に係発の進展を、それら研究実績からの然るべき延長線る研究実績が豊富であり、我が国の研究レベルは欧米として捉えている事である。すなわち、出自たる研究の 10 年先を行くと言われる。また音響分野においては、分野にかかわらず、目指すべき、と考える方向性が都市における主要騒音源たる道路交通騒音源からの音驚く程一致している。

響伝搬モデルが実街区へ汎用的に適用可能との立場

2. 数値予測技術を実装したオープンソースソフトウェア

から、日本音響学会による ASJ RTN-Model 2003 といっ(以下 OSS) の急速な発達。とりわけ、欧州を中心にた、モデル式による街区レベルの道路交通騒音予測手

急速に開発が進む最新の OSS に共通する特徴とし法の実用化、大規模数値予測手法の活用による道路際て、最先端の研究レベル実装が論文発表と同時に遮音壁の遮音効果予測高精度化などが模索されている。

そのままオープンソース化されており、商用コードをしかしながら、総合的な環境評価には不可欠と考えられもしのぐ非常に高度な数理および物理モデルを実装る、それら個々の環境要素を統合した統一的なマッピンしていること、CFD、音響、熱放射など多種の物理現グ、予測、データベース化にかかわる手法の研究開発

象を統合的に連成可能なマルチフィジックス機能をは行われていない。それには、現在に至るまでそれらの実装していることが挙げられる。

研究開発が個々の環境要素ごとに行われており、各環以上のごく近年における状況変化を踏まえ、本研究課

境要素の予測研究に従事する研究者間の交流がほとん

題では、OSS を活用した都市街区レベルでの風・温熱・ど行われてこなかった事が挙げられる。

放射・音環境の総合環境予測を行う。

一方で、国内外における精力的な数値解析技術研究	  本研究の特色は、複数の環境要素予測を統合化され1

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たオープンプラットフォームの下、横断的に実施する事

境予測には、日本音響学会によって提案された ASJにある。前述のとおり、これは従前存在しなかった独創

Model (日本音響学会道路交通騒音調査研究委員会的アプローチであり、本研究の新規性の根幹をなすと考2009) と呼ばれるマクロ予測モデルが広範に適用さえる。これによって、各研究項目における研究分野間のれている。しかしながら当該モデルは典型的な音響相互協力によるシナジー効果的な研究進展を狙う。また伝搬ケースにおける伝搬予測を経験的モデル式に基本アプローチから期待される結果および波及的な意義づいて行うものであり、そのようなケースに当てはは以下である。

まらない場合には予測が困難である。また 5 年ごと

1. 学問的貢献: 都市環境問題の解決を図る上で基礎に繰り返される改訂によってモデルは巧緻を極めつとなるデータの集積、閲覧が可能となる。

つあり、予測点を定めた点滴予測に関しては現実的

2. 文化的貢献: 本データベースは専門家のみならずな予測モデル適用も、面的に部分布する多数点にお一般に幅広く公開される事から、膨大なデータからける予測においては、各点ごとの適用モデル判断がのデータマイニングなど、斬新なアイデアに基づく新複雑となってきている。

たな事業、研究開発創出の可能性を有する。	  一方で、近年、計算機の急速な高速・大容量化と、ワールドワイドな OSS	 エンジニアリングへの貢献:

干渉、回折といったマクロモデルが本質的に苦手と本研究では OSS をベースとした開発を行う性質上、そのする複雑な波動音響現象を考慮可能な波動音響数値成果物も必然的に OSS である。研究分担者は既に OSS

解析技術の発展によって、従来は考えられなかった海外発信の実績を有していることから、本成果も海外発市街地スケールでの波動音響解析が現実的となりつ信の予定である。技術立国日本を支える我が国産業界つある。の研究開発現場で使用されるエンジニアリングコードが、	  そのような市街地スケールでの波動音響解析に特商用・OSS を問わず、悲惨なまでに海外独占である現状にフォーカスした手法として、筆者の一人は線形化を改善する一助となることが期待される。	 

Euler 方程式法(Blumrich 2002)による解析コードを、2. 当拠点公募型共同研究として実施した意義	 

「学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点」に(1)	 共同研究を実施した大学名と研究体制:	 東京大おける平成 22 年度までの共同研究で行って来た。本学	 

手法は、前述の波動音響現象に加え、自然風の風速(2)	 共同研究分野:	 超大規数値計算系応用分野	 

プロファイルや、遮音壁・周辺建物等によって生じ(3)	 当公募型共同研究ならではという事項など：	 

る気流の乱れによる音響伝搬の変化、いわゆる気象異分野の研究者が共同研究を通して協働することで、 効果を考慮可能であることが大きな特徴であり、解あらたな問題解決手法を開拓できる。また、OSS を用析解の存在する基本的な解析ケースにおける解の妥いていることからコードや計算ケースを随時公開し当性確認、および実スケール市街地における概念実ているため、研究の透明性が高く、さらに追試や類証的粗メッシュ解析を達成したところである。	 

似研究への応用などのリサイクルが著しく容易であ	  以上の背景をふまえ平成 23 年度は、以下の課題にることなどが挙げられる。	 

取組み、成果を挙げた。	 

3.

3.1.2	 MPI 並列化の導入による解析周波数上限

研究成果の詳細と当初計画の達成状況	 

3.1	 風環境評価のための CFD 結果を再活用したの向上	 

実市街地の音環境解析	 	  平成 22 年度の実スケール市街地における解析では3.1.1 概要

人間の可聴域下限に近い 30	 Hz 程度までの解析周波	  近年の住環境に対する意識の高まり、都市の高密数に留まったため、解析周波数の向上は最優先の課度化といった社会的状況変化の中で、市街地スケー

題である。線形化 Euler 法解析において、解析周波ルでの精確な音環境予測の重要性がかつてなく高ま数上限は格子幅と反比例の関係に有るため、解析周っている。現在、このような市街地スケールの音環波数の向上は必然的に細メッシュ化、すなわち解析2

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規模の大規模化を意味する。例えば解析周波数 1 オ

Marques,	 2011)と ssh を組合わせたポート・フォワ

クターブの向上には、格子幅を長さスケールで半分、ーディングにより可能であることを確認した。	 

すなわち格子数を倍にする必要が有り、3 次元解析で3.1.4 CoProcessing ライブラリによるシミュレーショ

3は 3 軸方向を考慮して 2 	 =	 8 倍のセル数となる。	 

ン・コード内でのオンメモリ可 視 化 処 理	  そのため、線形化 Euler 法解析コードおよび、市	  本研究における線形化 Euler 法解析は、方程式系

街地形状から格子を生成するプリプロセッシングコ

およびそれに基づいた解析手法は非常に単純であるードに、新たに MPI による分散メモリ並列化を導入

代わり、格子点数が膨大となる(〜数百億)ことが特した。本並列化においては通信レイテンシの隠蔽の徴である。そのため前節で実証した ParaView によるような高度な MPI プログラミングは行っていないが、遠隔並列可視化によっても、データの保存容量およ128 プロセッサにおいて 1 ステップ約 26 秒に対しび I/O 負荷が過大となることが見込まれる。一方で1024 プロセッサ解析では約 2.8 秒と、概ねプロセッ

ParaView は、前節で述べたとおり、シミュレーショサ数に見合った並列化効率の向上を達成した。	 

ン・コードからライブラリとして呼び出すことで、

3.1.3	 オープンソース可視化ソフトウエアを用シミュレーション・コード内のデータをメモリ上でいた並列リモートレンダリング	 受取って、ディスク I/O を介することなく可視化処	  解析の大規模化に伴って、莫大に増加する解析結理を行うことが可能である。これを ParaView では、果データの、可視化などの後処理が問題となる。こ

シミュレーションの前後に付帯処理を行う

こで、オープンソース可視化ソフトウエアのPre/Post-Processing に対し、シミュレーション中にParaView	 (Kitware	 Inc.,	 2011)は、クライアント・行うとの意味で CoProcessing と呼んでいる。	 

サーバモデルによる大規模データの並列遠隔インタ	  線形化 Euler 法シミュレーション・コードにおいラクティブ可視化が可能である	 (図 1)。既に T2K シてこの CoProcessing	 API への対応を行い、シミュレステムに導入されている同様な可視化システムとしーション・コード内でのオンメモリ可視化が可能でては AVS/Express	 PCE が存在するが、ParaView はあることを確認した(図 4)。	 

AVS/Express と比較してさらに、ソフトウエア OpenGL

3.1.5	 市街地形状生成手法の改善	 

レンダラの OSMesa	 (off-screen	 Mesa)	 (Paul,	 2011)	  平成 22 年度までに使用して来た市街地形状生成手との組合せによる一般用計算ノードにおけるレンダ法においては、建物を除いた地面形状が平坦地に限

リングハードウエアレス可視化、シミュレーション定される制約、および建物形状の階段近似による形

コ ー ド か ら ParaView の 機 能 を 呼 び 出 す状再現精度の制約を有していたが、これらの制約のCoProcessing 機能(図 2)、クロスプラットフォーム無い形状生成手法を新規に開発した(図 5)。詳細はなどの特長が挙げられる。そこで、OSMesa および(大嶋、2012)を参照されたい。	 

ParaView を T2K オープンスパコンシステム上でビルドし、遠隔並列リモートレンダリングを試みた。	 	  その結果、ビルドにおいては、T2K クラスタにおいて 正 式 サ ポ ー ト さ れ る MPI バ ー ジ ョ ン 1 対 応(Moreland,	 2011)、および OSMesa 環境におけるコンパイルエラー対応(Oshima,	 2011)のためのソースコ

PartitioneddataPartitioneddataPartitioneddataData source*Data source*Data source*

VTK pipeline(Filters)


VTK pipeline(Filters)


VTK pipeline(Filters)

Parallel renderer
Parallel renderer
Server process 0Server process 1
Composited imageード修正を要した。なお、これらのソースコード修正は、ParaView	 3.12.0 に取り込まれている。遠隔可Parallel renderer
Server process NControlcommands

視化の実行時に問題となる遠隔サーバへの接続確立

GUI Clientについては、図 3 のように T2K クラスタのインタラク テ ィ ブ ・ ノ ー ド を 経 由 し た portfwd	 (da	 Silva	 

図 1	 	 ParaView の並列リモート実行モデル	 3

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Simulation codeSimulation codeSimulation code

参考文献	 

Simulation data

Simulation data

Simulation data日本音響学会道路交通騒音調査研究委員会、道路交通騒音

Data source

Data source

Data source
の予測モデル	 “ASJ	 RTN-Model	 2008”、日本音響学会誌、VTK pipeline(Filters)


VTK pipeline(Filters)


VTK pipeline(Filters)

Parallel renderer

Parallel renderer

Parallel renderer

CoProcessing
library
Simulation process 0CoProcessing
library
Simulation process 1CoProcessing
library
Simulation process NVol.	 65、No.	 4、pp.	 179-232、2009	 
Reinhard	 Blumrich,	 and	 Dietrich	 Heimann,	 A	 linearized	 Eulerian	 sound	 propagation	 model	 for	 studies	 of	 complex	 
meteorological	  effects,	  J.	  Acoustical	  Society	  of	 	 

図	 2	 	 CoProcessing の実行モデル	 

America,	 Vol.	 112,	 No.	 2,	 pp.	 446-455,	 2002	 	 

Kitware	  Inc.,	  ParaView	  –	  Open	  Source	  Scientific	 
T2K batch nodesServer process 0

Server process 1

Visualization,	 http://paraview.org/,	 Retrieved	 on	 Dec.	 
Server process N

3,	 2011	 

Port forwarding (portfwd)

Brian	  Paul	  et	  al.,	  The	  Mesa	  3D	  Graphics	  Library,	 

T2K Interactive node

http://www.mesa3d.org/,	 Retrieved	 on	 Dec.	 3,	 2011	 Port forwarding (ssh)
Connection to localhostKen	  Moreland,	  Work	  around	  when	  MPI_IN_PLACE	  not	 
available,	  http://paraview.org/Bug/view.php?id=12682,	 

Local desktop

図 3	  ParaView サーバへのリモート接続	 

Retrieved	 on	 Dec.	 4,	 2011	 	 

Takuya	 Oshima,	 could	 not	 open	 source	 file	 "GL/gl.h"	 
compiling	 

vtkIceTSynchronizedRenderers.cxx,	 

http://paraview.org/Bug/view.php?id=12711,	  Retrieved	 on	 Dec.	 4,	 2011	 
Everton	 da	 Silva	 Marques,	 Portfwd,	 http://portfwd.sf.net/,	 
Retrieved	 on	 Dec.	 4,	 2011	 
大嶋拓也、平栗靖浩、今野雅、線形化 Euler 法による屋外
音響伝搬解析のための数値地形情報を用いた形状生成および格子生成、日本音響学会騒音振動研究会資料、
N-2012-10、2012	 

3.2	  OpenFOAM—2.0 の並列化効率と実市街地の風環	 
図 4	  CoProcessing による出力画像	 

境解析	 
3.2.1	 OpenFOAM-2.0 の並列化効率	 	  本研究では風・温熱・放射環境の解析に、OSS のOpenFOAM を用いているが、2011 年 6 月に OpenFOAM のVersion	 2.0 がリリースされ、本研究に必要な形態係数放射解析ライブラリが追加された。そこで本年度では最初に、昨年度迄用いていた Version	 1.7 に加え、Version	 2.0 を東京大学の HA8000 クラスタシス
テムにインストールし、その並列化効率を詳細調べた。図 6 に OpenFOAM 付随の Tutorial ケースである channel395 の一様乱流チャンネル流を、格子が512×256×256=約 3,400 万、圧力ソルバーが PCG

図 5	  新形状生成手法による市街地形状	 で解析した場合の 高速化率と並列化効率を示すが、	 

4学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成 23 年度共同研究 最終報告書 2012 年 5 月

64 ノード(1024 コア)計算でも並列化効率が 85%以上出ている。なお、並列化効率は 4 ノードの計算時間をベースに算出している。なお、より少ない格子数や圧力ソルバーとして AMG を用いた場合の検討も行なっている。計算条件を含めた詳細は(今野、2012)を参照して頂きたい。	 	 
図 7	 実市街地の風環境解析用格子	 3.3	  CFD による実市街地における住宅の通風解析	 
近年，町屋等の伝統的建築物はその歴史的価値が認められ，保全・再生される傾向にあるが，一般に室内温熱環境水準が低く，冷暖房に過大なエネルギー消費を必要とする。そこで，歴史的価値を出来る限り損なわずに，室内温熱環境水準を向上させることを目標とし，通風による自然換気が利用可能であるか否かについて検証する。	 
対象は，山に囲まれた低層市街地(図 8)内に位置する町屋であり，CFD を用いて通風量，通風経路等を評価する。本研究で対象とする市街地は四方を山に囲まれており，その地形によって撹乱された複雑な気流が流入していると考えられる。したがって，べき乗則などを用いて作成された一様方向に流入する境界条件では，現実の風況と大きく異なる可能性がある。以上の理由より，本研究ではまず，山岳地帯を含めた大規模領域における CFD を行い，対象とする
図 6	 OpenFOAM-2.0 の高速化率と並列化効率	 市街地へのアプローチフローを作成する。そのアプ

3.2.2	 実市街地の風環境解析用格子生成	 

ローチフローを用いて，市街地を十分な解像度で分	  3.1.5 節で生成した図 5 の市街地形状を元に風環割した格子によって対象建物の風圧係数を算出する。	 

境 解 析 を 行 な っ た 。 格 子 は OpenFOAM 附 属 のsnappyHexMesh を 用 い て 生 成 し た 。 格 子 数 は 約1,340 万であった。解析領域は水平方向 1km 四方、高さ 512m である。上空の最大格子幅は 16m であり、地上まで段階的に格子幅を細かくし、地表面近傍と建物・地表面周辺の格子幅は 1m をした。平成 22年度までは生成した建物形状が階段状近似であった
ため、生成格子も建物周辺が 1m 間隔の階段状であったが、平成 23 年度は建物や地表面の境界形状に適合した格子を生成した。一方、後述するが風環境解析	 
図 8	  対象とした低層市街地(Google	 Map)	 が不安定になり、計算安定化が今後の課題となった。	 	 

5学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成 23 年度共同研究 最終報告書 2012 年 5 月

3.3.1	  計算領域の概要	 

3.3.2	  格子生成の概要	 

図 9 に示すように、建物形状は 3 領域に分割して格子生成には OpenFOAM(ver.	 2.1.x)に付属する負荷作成した。	 

分散型並列格子生成ユーティリティである

1)小領域	  対象家屋を中心に，3～4 軒の隣家を含む

snappyHexMesh を用い，HA8000 の 8 ノード 128 コア約 50m 四方の領域。建物形状は現地視察を元に，屋を用いて生成した。大領域では地表面に平均厚さ根勾配まで再現している。	 

0.35～1.7m のレイヤーを 3 層挿入し，地表面から離2)中領域	  小領域をほぼ中心に置く約 350m 四方の領れるにつれて段階的に拡大させ，最大格子幅は 25m域。形状は航空機からのレーザーによる計測データとした。中・小領域(図 10)では，対象家屋付近で約より作成。2m 角のブロック状に近似している。	 

0.08m，その他は段階的に拡大し，最大 5m である。

3)大領域	  中領域を中心に，東西方向に 4.5km，南北総格子数は，大領域で 70,149,414、中・小領域で方向に 5.5km の領域。国土地理院が発行する数値標6,327,905 となった。	 

高データ(5m 間隔)を使用して作成した。地表面の起	 伏のみ再現し，建物等の障害物は含まれていない。

小領域

領域の四周は流入境界条件設定の簡便化と計算安定化のため，加工してある。	 
まず大領域のみにて計算を行い，その結果から中領域の境界面における速度・乱流エネルギー・散逸率を抽出する。それを境界条件として中領域・小領域の計算を行う。中領域と小領域は単一のメッシュ中に含まれ，同時に解かれる。	 	 
対象家屋

対象家屋周辺
小領域

小領域

中領域

図 10	  中・小領域の計算格子	 	 3.3.3	  計算結果	 
まず大領域にて，対数則によって作成した流入風大領域(風向：南・北・西)を与えて計算した。大領域の計

中領域

算結果から，中領域境界面において速度分布を抽出し，対象家屋周辺の風況を計算した。	 
図 11 に対象家屋付近の風況，対象家屋壁面の風圧係数分布を示す。家屋正面の非常に狭い路地が再現されたことで，隙間風が発生し対象家屋付近の風況

図 9	  計算領域	 	 に影響を及ぼしている。また，屋根勾配を再現した	 ことで，風圧係数分布にも影響が見られる。	 

6

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果を活用する。	 
流入風向：
北3.4.2	 対象となる問題	 
OpenFOAM の機能として提供されている icoFoam を用いる。icoFoam は PISO アルゴリズムを用いた非定常非圧縮掃流解析コードである。PISO は流速の予測子から圧力を陰的に求め、得られた圧力を元に流速の修正を行う予測子修正子法的アルゴリズムである。
計算時間の大部分は圧力を陰的に求める部分での線形代数ソルバー（疎行列反復解法）で占められている。ソルバー内で最も時間がかかる部分は、行列ベ

流入風向：
南

クトル積(SpMV)と予想されるので、OpenFOAM で用いられている SpMV のコードの調査、および性能の予備評価を行った。	 
3.4.3	 OpenFOAM の疎行列データ形式	 
OpenFOAM では、疎行列を表現する疎行列データ構
造は、疎行列を、上三角、下三角、対角の 3 つに分解し個別に格納している。それぞれの形式は、

図 11	  対象家屋付近の風況・風圧係数	 	 

COO(Coordinate)形式と呼ばれる疎行列データ形式

3.4	 O penFOAM の最適化と自動チューニング機構を採用している。この COO 形式は、直観的な表現方の開発	 法でありわかりやすい。その反面、データアクセス

3.4.1	 概要	 に間接参照が 2 回入るために、非連続アクセスにな	  近年のスパコンはマルチコア CPU、多階層メモリ、る。これが COO 形式の高速化の障害となる。そこで、

GPGPU に代表される演算アクセラレータを用いた複間接参照の回数の低減と、データ連続アクセスを実雑な構成になっている。このように複雑化された計現する疎行列データ構造、および、コーディング手算機環境では、計算機環境に特化したデータ構造や法の確立が必要となる。	 

コーディング手法を採用しないと高速実行が困難で3.4.4	 試験問題と性能評価結果	 ある。一般に高性能化のために、アプリケーション試験問題として、チュートリアルの一つであるチューニングが必要となるが、このチューニングはcavity モデルに対し、格子点数を変化させて利用しハードウェア毎に手動で実行する。したがって、開た。東京大学情報基盤センターの T2K オープンスパ発工数の増大につながる。また、職人芸的な技術をコン（1 コア、逐次実行のみ）を用いた。計測データ必要とし、科学的観点とは別のノウハウが必要となは格子点数が 10,000、40,000、90,000、160,000、る。計算科学を行うアプリケーション開発者がこれ250,000 の 5 ケースを用いた。	 

を実施することはますます困難である。	 

疎行列データ構造、および SpMV コーディング変種	  以上の背景から、性能チューニングの自動化を目として、(1)COO(オリジナルのもの)、(2)COO に対す的とした自動チューニング（AT）技術が研究されてる 2 段～8 段のアンローリング、(3)LDU に分解したいる。本プロジェクトでは、OpenFOAM へ AT 技術を適状態で CRS 形式に変更したもの(CRS)、(4)LDU を一体用するためのチューニングの方法論を確立させるこ化し CRS 形式に変更したもの(CRS2)、(5)5 重対角をとを今年度の目的にした。また AT 適用の際のコスト

5 本の配列に格納したもの(FDS)、を実装し、性能評を削減するため、ppOpen-HPC プロジェクトで開発し価を行った。	 ている自動チューニング基盤 ppOpen-AT における成結果は以下のとおりである。	 

7

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CRS（LDU 分離型）は、ほぼすべてのケースにおい析が行う必要があり、今後の課題としたい。また、て性能劣化が見られた。これは、cavity データではOpenFOAM-2.0 から加わった形態係数放射解析ラ

1 行当たりの非ゼロ成分数が 1 あるいは 2 しかなく＜イブラリの性能評価を行い、市街地における風・温演算量＞が少ないため、CRS による間接参照数の低下

熱・放射環境予測を実施する予定である。	 

（間接参照 1 回）の効果が、COO に対して得られない4.3	  CFD による実市街地における住宅の通風解析	 からである。	 

山岳地帯を含めた大領域から段階的に計算を行う

CRS2 についても、COO に対し性能的に大きな違いことで，地形形状の影響を考慮した風況計算が可能は見られなかった。	 

であることを示したが，検討した流入風向は 3 風向

一方、FDS がすべてのデータサイズにおいて顕著なにとどまった。今後は，流入風向を 16 風向まで増や速度向上（COO に対し約 10 倍の速度向上）を達成しし，対象家屋周辺の風況データベースを整備する。

た。この理由は、試験問題が構造格子状態であるの

また，この風況データベースを用いて対象家屋内部で、5 重対角に分解することによって行列データとベの通風 CFD 計算を，改修手法毎にケース分けして行クトルデータの両方が 1 次元的に連続アクセスできうことで，改修手法の評価を行う。	 

るようになるからである。	 

4.4	  OpenFOAM における AT 機構の実現	 

ただし FDS 形式は、非構造計算格子には適用でき	  本稿で示した予備評価結果により、OpenFOAM におない。したがって、OpenFOAM が受け付けるすべてのける入力行列によっては、疎行列データ形式と SpMV入力データに対して適用することはできない。AT 技の実装方式を切り替えることで、ソルバーの時間を術を導入し、入力行列の特性に応じ自動的に疎行列劇的に高速化できる可能性がある。そこで、入力デデータ構造の変換と、SpMV のコーディング手法を切ータに合わせたデータ構造の自動切り替え機能を含り替える必要がある。	 

む AT 機構を実現する。そのために、OpenFOAM で採用4.

されている snappyHexMesh の特性を考慮し、構造格今後の展望	 

4.1	 波動音響解析手法による市街地スケールの音環子と非構造格子との疎行列データ形式を切り分け、境解析	 

本稿で示した FDS 形式と CRS 形式とを同時に使う方	  現在の進捗状況としては、3.1 節に記したように解法で高速化する AT 機構について、その設計とプロト

析コードの MPI 並列化および ParaView によるオンメタイピングを進める。	 

モリ並列可視化処理が可能となり、新たな形状生成

5.

手法が開発された段階である。以上により、解析周(1)	 学術論文（投稿中のものは「投稿中」と明記）	 

波数上限の向上、すなわち解析の大規模化に向けた• Takuya	 Oshima,	 Masashi	 Imano,	 Yasuhiro	 

研究成果リスト	 

個々の要素技術が揃ったところと言える。	 

Hiraguri,	 Yoshikazu	 Kamoshida,	 	  平成 24 年度課題では引き続き、これらの道具立て

Linearized	 Euler	 simulations	 of	 sound	 を活用して、大規模解析による市街地スケール音環

propagation	 with	 wind	 effects	 

境解析の有用性を実証していく。	 

over	 a	 reconstructed	 urban	 terrain	 using	 

4.2	 	 実市街地の風・温熱・放射環境解析	 

digital	 geographic	 	  平成 23 年度に新たに開発した新形状生成手法で生information,	 Applied	 Acoustics,	 投稿中	 成した詳細な市街地形状で風環境解析を行った。し(2)	 国際会議プロシーディングス	 

かし、現状では解析領域の境界付近に尖った建物• Takuya	 Oshima	 and	 Masashi	 Imano,	 Unified	 

がある場合、風向によっては境界付近で気流計算

automatic	 mesh	 generation	 of	 urban	 terrain	 for	 が非常に不安定になり発散する。このため 3.3 節

linearized	 Euler	 simulations	 using	 digital	 

で行なったように地表面のみを再現した大領域とgeographic	 information,	 Proc.	 Inter-Noise	 

市街地形状を滑らかに接続し、安定した風環境解2011	 (Osaka),	 No.	 429662,	 2011	 

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学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成 23 年度共同研究 最終報告書 2012 年 5 月(3)	 国際会議発表	 
• Takuya	 Oshima	 and	 Masashi	 Imano,	 Unified	 
automatic	 mesh	 generation	 of	 urban	 terrain	 for	 linearized	 Euler	 simulations	 using	 digital	 geographic	 information,	 Proc.	 Inter-Noise	 
2011	 (Osaka),	 No.	 429662,	 2011	 
• Satoshi	 Ito,	 Satoshi	 Ohshima,	 Takahiro	 
Katagiri:	 Implementation	 of	 ppOpen-AT	 into	 
OpenFOAM,	 Proceedings	 of	 VECPAR2012,	 2012	 
(Accepted)	 (A	 Poster)	 
(4)	 国内会議発表	 
• 大嶋拓也、今野雅、屋外音場数値解析のための数
値地形情報を用いた市街地形状生成および格子生成、日本音響学会講演論文集(秋季)、No.	 1-2-3、2011	 • 大嶋拓也、平栗靖浩、今野雅、線形化 Euler 法による屋外音響伝搬解析のための数値地形情報を用いた形状生成および格子生成、日本音響学会騒
音振動研究会資料、N-2012-10、2012	 
• 小野、酒井、野口、内山、隅田：特色ある地方都市の街並・建築群の保全・再生への環境工学的アプローチ(その 4)周辺地形の影響を考慮した CFD、
日本建築学会学術講演論文集、2012.9(発表予定)	 
• 伊東聰、大島聡史、片桐孝洋：ppOpen-AT における OpenFOAM 高速化の取り組み、第１７回計算工学講演会	  予稿集、（発表予定）、2012 年	 	 (5)	 その他（特許，プレス発表，著書等）	 
• 今 野 雅 ： HA8000 ク ラ ス タ シ ス テ ム で のOpenFOAM-2.0 の並列化効率、スーパーコンピュー
ティングニュース、Vol.14、No.1、2012 年	 	 
謝辞：OpenFOAM の最適化と自動チューニング機構の適用に関し、科学技術振興機構、研究領域「ポストペタスケール
高性能計算に資するシステムソフトウェア技術の創出」領域の採択課題「自動チューニング機構を有するアプリケーション開発・実行環境」（代表者：中島研吾教授）の成果を利用して行われた。特に本稿の成果は、伊東聰特任助教の研究によるものである。	 

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