BIMスキル——プレキャスト合成床スラブにおけるパラメトリック技術の応用

以下の文章は「工程BIM学習」からの転載である。

【要旨】：

構造計算・解析が完了した後、施工図や加工図を作成する際、現状では主に人力によって合成スラブの分割や番号付けなどの作業が行われている。分割の過程では、番号の飛びが大きい、分割後のスラブが不均一になるといった問題が生じることがあり、同時に、こうした煩雑な作業が設計者の時間を多く占め、より重要な設計作業を行う時間がなくなってしまう。分割の効率と正確性を高めるため、パラメトリック技術を導入し、部分的な研究と応用を行った。

【キーワード】：プレハブ、合成スラブ、パラメトリック

0 はじめに

パラメトリック技術の応用はますます広がっているが、多くの人は、パラメトリックとは異形や奇抜な形状、カーテンウォール、建築デザイン（意匠）を作るためのものだと誤解している。実はこれらはその応用範囲の一部にすぎず、すべてではなく、その理念にも合致しない。プレハブ建築とうまく組み合わせてその効果を発揮させるため、今回はパラメトリックの手法で合成スラブの分割・番号付け・集計という応用を一通り実施し、従来の方式と比較しながら、プレハブ建築におけるその応用価値を掘り起こすこととした。今回パラメトリックで実現した部分は以下のとおりである：

①一方向スラブ・二方向スラブの判別

②スラブの均等分割

③分割辺の寸法記入

④スラブの区域別番号付け

⑤分割後のスラブの面積・重量の記入

⑥分割後のスラブ上の建築壁体荷重の集計

このうち、①②③はスラブ分割、④は番号付け、⑤⑥は集計に属する。

2 工事概要

花都区工業大道南三区画第一期プロジェクトは、広州市黄埔区の開源大道の北側、玉岩路の西側に位置する。居住建築の付帯工事であり、総用地面積は25204 m²、総建築面積は84738.6500m²、うち地上は61041.82m²、地下は23696.83 m²である。地上33階、地下2階。

3 合成スラブの分割・番号付けへのパラメトリック技術の応用

3.1 一方向スラブ・二方向スラブの判定

プレハブ建築において、一方向・二方向スラブの判定は非常に重要である^[1]。この判定は、その後のスラブ目地、配筋、取付けなどに影響するため、一方向・二方向スラブを正確に判定することは非常に重要な作業である。本稿では「コンクリート構造設計規範」第9.1.1条に基づいて一方向・二方向スラブの判定を行う。通常の四角形スラブであれば、二方向の寸法が分かれば容易に判定できる。方向ごとに寸法が異なるものについては、プログラムで外接矩形を算出して判定する。下図のように、緑色の部分がスラブ、青色の領域が外接矩形であり、外接矩形の寸法を用いて判定する。今回の適用では、判定ミスは発生しなかった。

         

スラブ方向の判定

3.2 スラブの均等分割

分割ロジックを完成させ、スラブの輪郭線を抽出した後、C1C2棟の1階の合成スラブ計36枚の分割を実施したところ、1分以内に分割が完了した。分割では、設定した誤差範囲内における各スラブのすべての均等分割案を表示し、分割後のスラブ輪郭線を描画する。同時に、分割案の文字を配置する新しいレイヤーを作成する。その後、分割方法を選択したら、そのレイヤーを削除するか、印刷対象外レイヤーに設定すれば、最終的な加工図には表示されない。効果は以下のとおりである：

分割の効果

3.3 分割辺の寸法記入

この作業は、一方向・二方向スラブの判定過程で同時に完了する。主な目的は一部の寸法記入を行うことであり、同時に分割後のスラブの検査も行える。この寸法記入も新しいレイヤーで管理され、一括操作がしやすくなっている。

分割辺の寸法記入

3.4 分割後のスラブの区域別番号付け

主として人が一般的に読む際の習慣に基づいて区域を分け、各区域の中での番号が連続し、飛び番号が生じないようにしている。各区域を窓選択または点選択するだけで、その区域の番号付けが完了する。次の区域の番号付けを行う際は、前の区域の最後のスラブ番号に続けて付番される。例えば、区域1に分割後のスラブが7枚あり、C1C2-PCB-7まで番号付けされた場合、選択した区域2は自動的にC1C2-PCB-8から番号付けが始まり、以後同様である。

分割辺の寸法記入

3.5 分割後のスラブの面積・重量の記入

「建築構造荷重規範」付録Aに基づき、コンクリートの単位体積重量を25KN/m³として重量の集計を行う。スラブ面積を集計することで、その後のプレハブ率（プレキャスト化率）の計算などの作業がしやすくなる。スラブの輪郭線とスラブ厚があれば、寸法記入を迅速に完了できる。ここでの面積・重量の記入も、新しいレイヤーで管理している^[2]。

スラブの面積・重量の記入

3.6 分割後のスラブ上の建築壁体荷重の集計

スラブの輪郭線と三次元の建築壁体を利用すれば、スラブ上の建築壁体の体積をすばやく抽出できる。単位体積重量は「建築構造荷重規範」付録Aまたは設計院の統一技術措置に基づいて定め、スラブ上の壁体の面荷重をすばやく換算できる。結果は以下のとおりである：

スラブ輪郭線の押出しソリッドと三次元建築壁体の共通部分を求める

共通部分をループ計算して得られたスラブ上の壁体面荷重

4 応用のまとめ

4.1 応用の利点

パラメトリック方式での分割は、作業効率を大幅に高めると同時に、分割後のスラブを非常に均等にする。一定の寸法範囲・一定の誤差内にあるすべての分割案を表示できるため、中には人間だけではなかなか思いつかない案もある。分割・番号付け・集計はいずれも煩雑な作業であり、パラメトリック化できる部分は、どれも効率が明らかに向上する。以下は2枚の比較曲線図であり、曲線はパラメトリック方式、直線は従来方式を表す。初めてパラメトリック分割を使用した際、図中のoa区間は、規則性を観察してロジックを形成し、調整する段階であり、この区間の産出は0である。ロジック形成後はコンピュータが処理するため、迅速に産出できる。テスト完了後、2回目に別のプロジェクトに適用する場合は、oa区間がなくなり、曲線をそのまま原点から開始でき、そのまま使用できるため、効率が非常に高い。

ロジック形成前の効率比較図

ロジック形成後の効率比較図

4.2 応用の欠点

実際の多くのケースではスラブ辺に支承があることを考慮し、スラブの輪郭線のみを抽出して、スラブの支承状況とは関連付けなかった。分割時には、すべてのスラブが四辺支承であるとデフォルトで見なすため、対辺支承や片持ち（張出し）のように明らかに一方向スラブに該当するものは、判定を誤る可能性がある。今後、どうしても判別が必要な場合は、梁などの支承図形を読み込み、スラブの各辺と周囲の支承図形との干渉（衝突）チェックを行うことで、判別のニーズを満たすことができる。

4.3 応用の考察

今回は、分割・番号付け・集計の3つのパートに分けて適用し、あえて一つにまとめて一括生成することはしなかった。構造設計は非常に厳密さが求められる作業であり、プログラムによる生成のたびに人が照査・確認を行い、問題が見つからなければ次の操作に進むことを望んだからである。従来方式では、人は図面作成と検査の両方を行わなければならないが、パラメトリック方式では、人は一部の操作と検査を行うだけでよい。節約できた時間を、より重要な設計業務に充てることができる。現段階では建設系ソフトウェアがますます成熟しており、設計や施工と積極的に組み合わせ、BIMまたはパラメトリックで実現する明らかな優位性のある部分を選んで応用し、正確性と効率を高めることで、設計水準を高めるための時間をより多く確保できる。

参考文献：[1]謝忠良、徐羿、張群力、方波、龔聰．BIMパラメトリック技術の杭州アジア大会ホッケー場屋根構造設計への応用[J/OL]．土木建築工程情報技術

[2]張計磊、戚恒昊．BIMパラメトリック技術の異形建築への応用[J]．江蘇建材，2019(S1)：52-54.

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