横浜みなとみらい地区の流体解析（CFD）
1980年台から高層ビルが建てられ、都市計画の整備が進められている横浜みなとみらいの風の流れを流体解析（CFD）により可視化します。みなとみらい地区には、高さ296mの横浜ランドマークタワーをはじめ、クイーンズスクエアなどの高層ビルが立ち並んでいます。
横浜ランドマークタワーは1993年に開業していますが、当時はスーパーコンピューターを使わなければ街全体の風の流れを調べることができず、模型を制作して行う風洞試験による環境影響評価が一般的でした。近年は、並列コンピューターの活用により、スーパーコンピューターを活用した解析と同じように各地点の風の流れの数値化も可能になり、自治体からの流体解析（CFD）による解析の依頼も増えつつあります。
今回の横浜みなとみらい地区における流体解析は、国土地理院地図およびGoogleマップの3Dを利用して作成しました。デモンストレーションのため、細かい形状は省略していますが、並列コンピューティング（16コア）によりメッシュ作成は5分程度、流体解析は15分程度の時間で完了しています。
コア数を増やすことにより、メッシュサイズをさらに細かくすることができますが、メッシュ化するための計算時間が長くなります。解析精度と計算時間のバランスを考えてメッシュサイズを決定する必要があります。今回はCFDを紹介するための解析であるため、粗いメッシュで解析を実施しています。
横浜みなとみらい地区の3DCADモデル
Fusion360を使って横浜みなとみらい地区の3Dモデルを作成しました。国土地理院の地理院地図とGoogleマップを使い、横浜みなとみらい地区にある建物を3D化します。高層ビルの高さはデータベースを参考に3DCAD化しているため正確ですが、ビルの形状については建築図面からではなく地図を基にしているため、実際の形状とは異なる可能性があります。
建築図面があれば、より正確な建築物の3D化が可能になりますが、今回は都市の風の流れを流体解析でデモンストレーションすることを目的としているため、地理院地図を基に3Dモデルを作成しました。
横浜港からのみなとみらい地区の眺望
解析ソフトに取り込みメッシュ作成
Fusion360で作成したCADデータをSTEPまたはIGES形式でエクスポートします。KDYエンジニアリングでは3DCADソフトとして主にFusion360を使っていますが、STEPまたはIGES形式で3DCADモデルがエクスポートできれば、どの３DCADソフトを使っても問題ありません。
解析ソフトに3DCADモデルをインポートし、メッシュを作成します。メッシュを細かく配置するほど解析結果は正確になりますが、メッシュ作成に必要なコンピューターの計算量が増えてしまいます。そのため、高層ビル周辺のメッシュは細かく、建物の存在しない空間はメッシュを粗くすることで、必要な計算量を削減しています。下図はデモ用に粗いメッシュサイズに設定していますが、並列コンピューター（16コア）の使用により5分程度でメッシュ化は完了しました。コア数を増やすことで、細かいメッシュを短時間で作成することが可能となります。
3DCADにより作成した高層ビル群のメッシュ化
横浜みなとみらい地区で最も高い横浜ランドマークタワーが建てられた1990年代であれば、高層ビル群の流体解析を行うためにスーパーコンピューターが必要であったため、街全体のビル風の影響等を高層ビル建設前に流体解析により検討するといったことは、あまり行われていませんでした。
2010年代頃からオープンソースの解析プログラム「OpenFORM」と大規模サーバーの時間単位の活用が容易となり、組み合わせることで大規模な解析が短時間で行えるようになりました。また、3DCADソフトの低価格化もあり、都市の流体解析が気軽に行えるようになりました。KDYエンジニアリングにおいては、高層ビル以外にも、大型商業施設や工場、石油製油所のタンク等の台風時の流体解析に関する依頼が増えつつある状況です。
