高層ビル群が引き起こす風環境問題をスーパーコンピュータで解析

高層ビル群と風

最近、東京の中心部で建築物が建て替えられ、街が高層ビルで高密度に埋まってきています。空高くそびえ立つ高層ビルは、風の影響を大きく受けると同時に、風の向きや強さを変えるので、周辺環境も大きく変えます。高層ビルに風が当たると、角から流れが大きく剥がれ、後方に渦を作ります。渦は強い力を発生させ、壁面・窓に作用し、台風時に建物を揺らすなど厄介なものとなります。また、建物が複数存在すると、干渉しあって、局所的に突風を発生させます。
都市で、湾岸沿いに超高層ビルがまとまって建つと、海からの涼しい風を止め、ヒートアイランド現象を助長することがあります。高層ビル群の配置が変化すると、都市の風が影響を受けることから、将来の変容を考えた設計が求められます。

風洞実験から、シミュレーションへ

超高層ビルに起因する風の影響を検証するのに、以前は風洞（トンネル型の実験装置）に建築模型を入れて観察する方法が主流でした。しかしこれだと800m程度の範囲までしか検証できませんし、気温など風以外の条件を取り入れた観察には向かないという難点があります。そのため、現在ではスーパーコンピュータによるシミュレーションが行われています。シミュレーションでは、建物の形状をデジタル値で表現し、そこに流体力学に基づいて数式化した風を組み合わせます。例えば都市域25kmの範囲を、1mの格子で立体的に区切り、その格子での風の状態をひとつずつ代数式で表すと、数百億程度の連立方程式となります。これを時間発展させて解きます。膨大な計算量ですが、これにより建物間の複雑な風を画像で表すことができ、熱・物質の輸送を視覚的に把握できるようになります。

防災や街づくりに貢献

このシミュレーションは、都市の各建物の形や大きさがデータで公開されるようになったことと、スーパーコンピュータの計算能力の向上によって可能になりました。計算結果は、防災や、超高層ビルの効率性と周辺環境とのバランスが取れた、よりよい街づくりのために役立ちます。

※夢ナビ講義は各講師の見解にもとづく講義内容としてご理解ください。

※夢ナビ講義の内容に関するお問い合わせには対応しておりません。

先生情報 / 大学情報

東京科学大学理工学系（旧・東京工業大学）環境・社会理工学院建築学系都市・環境学コース教授田村哲郎先生

興味が湧いてきたら、この学問がオススメ！

都市環境学

メッセージ

大学に入ったら、なるべくいろいろ幅広く勉強してみるのがいいと思います。何かひとつに固まることなくいろいろな視点で勉強すると、経験や知識の幅が広がり、将来専門化していくときにも、必ず役に立つでしょう。
私自身、専門の建築環境・防災の数値シミュレーションを考えていくにあたり、他学科の科目など、異分野を勉強したことで、立場の違いを感じてフレキシビリティ（柔軟性）を増すこと、また同時に共通項を見出すことができ、自分のやりたいことへの確信になりました。高校のときより、少し自由な大学の生活を楽しんでください。

先生への質問

先生の学問へのきっかけは？
先輩たちはどんな仕事に携わっているの？

東京科学大学理工学系（旧・東京工業大学）に関心を持ったあなたは

東京科学大学（Science Tokyo）は、東京医科歯科大学と東京工業大学が統合して2024年10月に誕生した国立大学です。「『科学の進歩』と『人々の幸せ』とを探求し、社会とともに新たな価値を創造する」をMission に掲げ、両大学のこれまでの伝統と先進性を生かしながら、どの大学もなしえなかった新しい大学の在り方を創出していきます。
理工学系には、6学院（理学院、工学院、物質理工学院、情報理工学院、生命理工学院、環境・社会理工学院）があります。