2023年9月〜2024年3月ShareX・Facebook・LINE3D都市モデルを活用した熱流体シミュレーションの実行と可視化をウェブで完結するシステムを開発。ヒートアイランド対策などの検討に必要なシミュレーションをノンエンジニアでも利用可能とすることで、データを活用したまちづくりを推進する。従来、都市を対象とした大規模な温熱環境のシミュレーションは大規模なコンピューティング能力と専門的なオンプレミス(※)ツールを用いて行うことが一般的であった。このため、主なユーザーである地方公共団体ではデータ作成からシミュレーションソフトウェアの利用、報告書の作成まで専門のITベンダーやコンサルティングファームに依頼する必要があった。他方、3D都市モデルが普及し、都市スケールのシミュレーションのデータ基盤が整いつつある昨今、より自由かつ簡易にシミュレーションを実施し、日常的な業務に役立てたいというニーズが高まっている。※オンプレミスとは、ハードウェアやソフトウェアを、使用者の管理する施設内に設置して運用する形態を指す。Dynamics)を開発する。ノンエンジニア属性のユーザーでも大規模なシミュレーションを容易に利用できる環境を提供することで、ヒートアイランド対策等の分野におけるデータを活用した政策立案の推進を図る。近年、ヒートアイランド現象による熱中症等の健康影響、エネルギー消費への影響、生態系への影響等に注目が集まっている。ヒートアイランド現象は、周辺の草地や森林に比べて都市部の気温が高くなる現象を指すが、都市部の地面のアスファルト等による被覆や、ビル等の高層建築物による風の遮蔽、空調設備等による人工排熱の増加が原因として挙げられる。グラウンドの芝生化、打ち水などの対策が取られているところであるが、対策効果の定量評価にあたっては、対策実施前後の気温や風向の実測値を示すことが従来一般的であり、対策効果を事前に検証することが困難という課題があった。)の現況調査を経たうえで、測量データの整備・シミュレーションモデル構築・熱流体解析の実行・結果可視化といった一連の業務を、コンサルタント会社等に外部委託する必要があった。Model)の購入や、都市計画図等をベースとした手作業による建物ポリゴンの作成などが必要となり、コスト高につながっていた。System)の成果を用いることも可能となってきたが、いずれにしても新規計測や新規モデル取得が必要であった。上記の課題に対して、昨今の3D都市モデルの普及に伴い、シミュレーション条件の作成に必要な3D形状データを解析者が無償で簡便に入手できる環境が実現しつつある。いった情報を取得しつつ、Web上で熱流体解析を実施可能な熱流体シミュレーションシステムを開発する。これにより、シミュレーション条件構築のための建築物や地形の測量データ整備やシミュレーション業務の外部委託が不要となる。WebアプリのGUI操作により、シミュレーション要件、現況調査に基づく解析条件を容易に設定でき、さらにシミュレーション結果が可視化されることから、様々な条件下におけるシミュレーション結果を比較検討が可能となる。シミュレーション結果をWeb上で一般公開できる閲覧機能を開発することで、行政担当者向けには計画/施策立案の合意形成ツールとして、一般住民向けには「暑い場所」「涼しい場所」「暑い時間帯」等の情報を確認可能な情報提供ツールとして、本システムが活用されることを期待できる。至るまで、一連の熱流体解析に係る業務フローの大部分を外部委託の必要なく、ノンエンジニア属性のユーザーである地方公共団体職員が自ら実施できる世界の実現を目指す。都市モデル(建築物モデルLOD1、地形モデルLOD1)を利用した熱流体シミュレーションシステムを開発した。本システムは、シミュレータ本体とノンエンジニア向けのWebアプリで構成される。本システムの稼働環境については、クライアントPCとサーバマシンの各ハードウェアより構成した。サーバマシンは複数の仮想化されたマシン(コンテナ)から構成され、うちWebコンテナがクライアントPC上のブラウザに対してWebアプリをホストし、他のコンテナはWebコンテナと結合して諸機能を提供する設計とした。熱流体シミュレーションの実現にあたっては、OSSのCFDソフトウェアである「OpenFOAM」を利用した。OpenFOAMには複数の熱流体解析ソルバが搭載されており、本システムにおいて標準的に利用するもの以外にOpenFOAM搭載ソルバを用いて本システムのサーバ上で解析を行うことも可能である。複数ソルバが公開されているOpenFOAMを熱流体シミュレーションのエンジンとして採用することにより、建物・地面からの放射熱、日変化による建物・地面の蓄熱、天候(雲など)、植物からの蒸散など、今回の実証実験で開発したシステムの標準ソルバでは考慮されていない諸要素の解析ニーズにも対応可能な設計とした。Desktopを利用して主題属性(建築物用途や土地利用用途など)に基づき分類したうえで、STL及びOBJ形式に変換する。その後、これをシステムにインポートし、物理的な環境条件として利用する。OpenFOAMの熱流体解析においては、STL及びOBJファイル(すなわち主題属性に基づく分類)ごとに熱伝導率(日射吸収率および排熱量初期値)を設定した。)の環境情報(CSV形式)を、アルゴリズムの信頼性検証のためインプットデータとして利用した。解析対象とする街区エリアについては、1km2程度の範囲を想定した。係る「4公開機能」を備えるよう設計した。「1認証機能」は、ユーザーを認証する「ログイン機能」と、特定ユーザーの登録した3D都市モデルやシミュレーションモデルについて、他ユーザーも設定値や3D都市モデルを閲覧可能とする「データ共有機能」から構成される。「ログイン機能」は、本システムのログイン画面で入力されたテキスト情報と、システム管理者によりデータベース(PostgreSQL)に登録されたユーザアカウントを照合し、入力値といずれかのユーザアカウントを照合できた場合には、アクセス元に対してCookieファイルを発行する。「データ共有機能」は、共有先ユーザーからログインユーザーにシステム外の手段で連絡された認証情報(共有先ユーザID)に対して、参照権限を与える。GeoJSON形式データとしてダウンロードする「熱流体解析結果GISデータダウンロード機能」から構成される。「3D都市モデル登録機能」は、熱流体解析の対象とする3D都市モデルを選択することができる機能である。同機能では、予め作成された3D都市モデルのSTL及びOBJファイルをアップロードし、解析対象とする領域として範囲を指定することができる。本システムでは、3D都市モデルの主題属性(構造種別等)に応じて熱伝導率が設定されているが、これを本機能のインターフェース上でユーザーが設定することもできる。熱流体解析が終了しているプロジェクトをユーザーが画面上で選択することでシミュレーション結果(各地点の風の向き、中空温度、暑さ指数)をWebアプリ内で3D描画する機能である。シミュレーション実行時にサーバのファイルストレージに格納された可視化ファイル(CZML形式)とPLATEAUストリーミングサービスで提供されている3DTilesを呼び出す仕組みとなっている。Serverを、Webコンテナで動作するバックエンドのWebフレームワークとしてLaravelを、バックエンドのインタプリタとしてPHPを利用している。GISデータダウンロード」機能は、サーバのファイルストレージに格納されるシミュレーション結果(GeoJSON)を、ユーザーの利用するPC内(ブラウザ所定のダウンロードファイル)に格納することができる機能として実装した。よりシミュレーションを実行する。シミュレーション実行にあたっては、前述のデータベース(PostgreSQL)、OpenFOAMに加え、シミュレーションの前処理/後処理/非同時処理にPython、pip、pyproj、NumPy、SQLAlchemy、psycopg2、paramikoのライブラリ群を利用した。「4公開機能」は、ログインアカウントを持たない利用者に対してシミュレーション結果を開示する機能をもつ。おいて特定ユーザーが登録した各種設定、及びそれらの設定をもとに実行されたシミュレーション結果に対して、住民等の他ユーザーに向けた公開用URLを発行することができる。これにより、公開用URLを地方公共団体のWebサイト等に掲示することで、ログインアカウントを持たないユーザーもシミュレーション結果を確認することができる。開発したシステムについては、精度検証として本シミュレーションシステムによる解析結果と実測値との比較を行った。有用性検証として行政担当者にヒアリング及びアンケートを実施した。今回の実証実験では、開発したシステムの精度検証として福岡市中央区天神を対象に本シミュレーションシステムによる解析結果と実測値との比較を行った。行政担当者にヒアリング及びアンケートを実施し評価頂いた。本システムの精度検証として、文献調査により福岡市中央区天神の地表面温度と気温の観測データを取得したうえで、福岡市内の天神中央公園及び福岡市役所ふれあい広場を含む300m×300mの範囲を対象に3D都市モデルを入力し、本システムによるシミュレーションを実施した。検証対象期間としては、参照した既往文献(※)をもとに2006年8月5日の任意の複数時刻を選定し、「晴天・北風2~3m/s程度・芝生への散水なし」を気象条件とした。シミュレーション結果と地表面温度・気温の観測値をもとに回帰分析を行い、2つのデータの関係性の強弱を計る指標である相関係数rを算出した。相関係数rは、値が1に近いほど2つのデータの関係性が強いことを示す指標である。今回の精度検証では、一般的に複数データの間で中程度の相関性が見込まれると言われる「r≧0.4」をクリアすべき基準として設定した。ともに同基準を達成することができたため、本システムによるシミュレーションの結果として算出される地表面温度及び気温について、一定の再現性を確認できたと言える。同様に本システムによる精度検証を実施した。クリアすべき基準としては、地表面温度と気温と同じく、相関係数r≧0.4を設定した。検証対象として測定胴断面1.8m~3.0mの風洞・建物(立方体)3×3配置・建物高及び建物間隔H=20cmの建築模型をCADソフトでモデル化し、風速の鉛直分布(H=20cm位置でvel=3.65m/s)、風向(建物に対して0度、45度の2ケース)を流入条件として設定したうえで、シミュレーションを実行した。シミュレーション結果を過去風洞実験の風速分布データと比較したところ、0度時風速・45度時風速ともに、設定した基準をクリアした。本システムによるシミュレーションの結果として算出される風速についても、一定の再現性を確認できたと言える。職員を対象として実際に本システムの操作機会を設定し、システム実証を行った。システム実証に際しては、本システムを用いた熱流体シミュレーションの説明・デモを行った上で、データ入力~解析実行~結果の表示まで、一連の操作体験の機会を提供した。検討されている横須賀中央駅前や、過去の気象観測情報を取得可能な横須賀市消防局を含む1km2の街区を選定した。その他に分割したファイルを利用した。その他に分類したデータを用いた。解析ソルバとしては、OpenFOAM搭載ソルバの一つである「buoyantSimpleFoam」を利用することとした。境界条件は、上述の東西南北1km2のエリアにおいて、底面は海抜-1m、上空は海抜300mとして設定した。Making)推進にとって本システムが有用かどうかを検証した。その結果、参加者の大半から、機能性・使用性について一定の評価を得ることができた。気温や風速のシミュレーション結果の表現方法については、都市再開発に伴う温熱環境の変化やビル風の影響を検討する必要のある担当者にとって、対策検討に有用との評価であった。都市計画実務への適用可能性に関する期待が寄せられ、本システムの今後の地方公共団体向けサービス展開に向けて好感触を得ることができたといえる。壁面緑化等の環境施策を設定したにもかかわらず、シミュレーション結果可視化画面上で設定箇所や設定した条件が分かりづらいという意見もあった。シミュレーション結果を共有する段階において、計算結果のどこに着目すればよいかを分かりやすく表示することは重要と考えられるため、今後の解決すべき課題としたい。可視化画面上でのシミュレーションを実施したエリアへの自動ズームなど、一部操作性に対する要望も挙がったため、より簡便かつ直感的な操作性を目指して、UI・UXの改修に取り組んでいきたい。参加ユーザーからのコメント・住民への情報共有ツールとしての活用が期待できる。・気温・風速が色分け・矢印によって可視化されており、現況を知る上では分かりやすい。・もう少し直感的に操作出来たらありがたい。選択した建物をシミュレーション画面に可視化表示してほしい。都市計画実務への適用可能性に関する期待が寄せられ、今後の地方公共団体向けサービス展開に向けて好感触を得ることができた。環境施策設定やシミュレーション結果を可視化する画面のUI/UX等については、対策実施内容及び範囲の明示や、シミュレーション結果を含む地域への自動ズーム等、システム実証で寄せられた意見をシステムのユーザビリティ向上に反映させつつ、実務への展開を加速したいと考えている。本システムの想定利用者は地方公共団体の都市計画担当者に限られず、健康増進課等の部局の熱中症対策担当者や、校庭の芝生化をはじめ、学校等の公共施設整備に関する実務を担う教育行政担当者による利用も考えられる。それぞれの行政分野の特性に合わせた機能拡充も進めつつ、利用を拡大することも今後の展望の1つである。将来的には、地方公共団体の職員や住民などが都市の温熱環境を共有し、新たな対策等を検討するためのツールとして、本システムが様々なステークホルダに活用されることを目指す。