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全長100メートルの風洞を忠実に再現 建設業界で初めて 最大100億格子の計算で風圧を予測

京算百景Vol.05

[ インタビュアー ] 建物が受ける風圧の研究に取り組むことになった背景 を教えてください。

[ フックさん ] 建物は台風や竜巻など強い風による局部風圧(集中的な風圧)を受けると外装材などが壊れ、その内部にまで破壊が生じる恐れがあります。屋根の軒先付近に高い局部風圧が発生することが知られており、そこに軽微な破損が起きると、そこから屋根裏へ風が吹き込み、その結果、屋根が飛散し最終的に建物そのものが破壊されます。そのため建物の耐風安全性においては、局部風圧の予測とその低減が重要になります。
 また近年の建物には、屋根や外壁に太陽光パネルや断熱性・遮熱性ガラスなどさまざまなものが設置されており、外装材に作用する風荷重評価は建物の設計において、ますます重要になっています。
 建物の外装材を設計する上では、建物に対するすべての方向からの風圧を調べる必要があります。私たちは現在、全長100メートルの風洞装置に実際の建物の数百分の1の模型を設置して実験を実施しています。風向を少しずつ変えながらセンサーを使って、建物が受ける風圧データを計測します。そうして得られた結果にもとづいて局部風圧を予測し、建物の性能評価などを行います。しかし、模型の製作や実験の手間と時間の節約が大きな課題になっています。特に、建物の形状とその周辺の複雑さに応じて、局部風圧の計測やそれに起因する流れ場を解明することは困難です。
 一方、実際の現象をコンピュータで再現する数値流体シミュレーションでは、建物の各部に作用する風圧を詳細に解析できるのです。
 建物の局部風圧を予測するには、膨大な計算が必要になります。従来のスパコンでは、計算規模は1億格子程度にとどまっており、超大規模計算について計算手法が確立されていません。その精度についても多くの課題が残されたままだったのです。

[ インタビュアー ] スーパーコンピュータ「京」を使って、どのようなシミュレーションを行ったのでしょうか?

[ フックさん ] 「京」を使って、私たちが保有している全長100メートルの風洞装置を忠実に再現し、数値流体シミュレーションによって最大100億格子の計算を実現できました。建設業界では初めての試みです。こうした計算により、建物にかかる風圧に適した計算モデルや手法、規模を探り、その計算精度が風洞実験に匹敵するかを調べています。計算から得られた流れ場を詳細に分析することにより、局部風圧の発生メカニズムの解明と、建物に与える風圧の影響を軽減できる新手法の開発に役立て、合理的な建物づくりをめざしています。

[ インタビュアー ] 「京」を使った研究によってどのようなことがわかったのでしょうか?

[ フックさん ] 建物が受ける風圧を予測するためには、その局部風圧を特定するだけではなく、それに起因する流れ場を明らかにする必要があります。
 「京」を用いることにより、今までにないほどの高解像度で超大規模な計算を実施できました。いくつかの風洞実験の結果との比較検討により、建物の局部風圧を飛躍的な高精度で予測できる可能性があるとわかりました。
 例えば、従来の計算では建物に作用する風圧力の平均値しか評価できませんでしたが フジツボ マフラー オーソライズK ジムニーシエラ MT車 ABA-JB43W H24/05~ 送料無料 代引無料、「京」によって、風圧ピーク値の予測も可能になりました。また、建物の高層部から吹き降りてくる馬蹄形渦がどのように形成され、建物に対してどのように挙動しているか、どのようなタイミングで大きな局部風圧を発生させたか、その流れ場と風圧変動を詳細に再現でき、そのメカニズムを明らかにすることができました。実験では見えない現象の詳細な挙動(流れ場の時刻歴)を観察できたのです。
 また、「京」の利用を通じて、自作コードやオープンソースコードの活用検討も行っていますが、今後のスパコンの活用検討や産業利用におけるオープンソースコードの重要性を再確認できました。
 自作コードは、自分たちでコードを理解できますが、修正の手間が非常にかかります。一方、オープンソースコード、特に私たちが利用しているものにはたくさんの機能とツールがあり、柔軟に修正できるのですがコードを深く理解することが必要だと実感しました。自作コードかそれともオープンソースコードか、ということよりも利用計算環境や計算コードの理解が大切です。
 また、経験を重ねることが重要だということも、改めてわかりました。

[ インタビュアー ] 「京」を利用して最も苦労されたことは何でしょうか?

[ フックさん ] 「京」に限らず、新しい計算環境を利用するときにはいつものことなのですが、利用したことのない大規模な計算機、コンパイラーといった計算環境、よく理解できていないオープンソースコード、経験したことのない計算規模で、いったいどうすれば課題を達成できるか悩んだ時期がありました。エラーやおかしな計算結果が出たときには、どこに原因があるかを判断するのはとても難しいからです。
 しかしながら、ヘルプデスクなどRISTからの支援を通じて「京」の計算環境やその特徴を理解することができました。また、利用しているオープンソースコードを真剣に調べて計算環境と合わせて修正した結果、無事に計算できるようになりました。10億格子規模という“壁”は「京」で計算しないとわかりませんでした。
 いま最も苦労しているのは、せっかく大規模な計算モデルをつくっても、計算ジョブがなかなか流れてこないことです。評価可能な計算結果をいつまでに得られるのか、先を読めないのが現状なのです。「京」の利用が混雑する時期や、「京」を使いこなしている利用者たちがどのような環境で利用しているのかを、もっと知ることができたらいいなと思っています。
 こうした課題に対してコードの高速化や計算手法の見直しなどを試みることによって、計算の効率化を図り、計算資源をより有効に活用したいと考えています。
 いろいろな苦労がありましたが、先進的なノウハウを学ぶことができ、貴重な機会でした。今後もこの経験を活かし、数値シミュレーションという手法を通じて建設業に貢献していきたいです。

[ インタビュアー ] 「京」をより使いやすくするために、われわれRISTに対して求めることがあるとすれば何でしょうか?

[ フックさん ] ヘルプデスクの迅速な対応や情報提供、利用者向け講習会、セミナーなどのサポートはたいへん助かりました。ワークショップや報告会では、利用者間の交流や情報交換ができました。私たちはそれらのすべてを活用できたわけではありませんが SHIFT SPORTS アクティトラック HA6/7 慶虎マフラー ノーマル用 片側2本出し、いろいろなことを学ぶことができ、たいへん参考になりました。ほかの産業界の利用者にとってもきっと必要不可欠ですので、ぜひ今後も継続していただくことをお願い申し上げます。

[ インタビュアー ] 今後、建設業界における「京」の利用はますます重要になると考えてよいのでしょうか?

[ フックさん ] はい。私たち建設業界では、一品ごとの受注生産で、建物一棟一棟をそれぞれの環境でつくります。ほとんどの場合 [ホイール1本(単品)] SSR / EXECUTOR EX01 (FLC) 20インチ×8.5J PCD:114.3 穴数:5 インセット:27、設計期間は数カ月と短く、物事をいかにして最適化するか、ということが課題です。

私たちは、研究開発レベルでも実設計のレベルでも、数値流体シミュレーションをめぐるさまざまな課題を検討しています。しかしながら、実際の設計においては、計算コスト(規模や時間)や計算精度などの関係で、限られた課題しか検討できていないのが現状です。
 例えば、風環境や温熱環境の評価などは数値流体シミュレーションが実務に積極的に活用されています。建物に対する風力の評価は適用外ですが、実用に向けて関連する学会で活発に進められています。
 建物に対する風圧を詳細に評価できれば、台風や竜巻など強風によるを軽減するために周辺や建物本体の構造を最適化したり、省電力化するなどさまざまな性能を向上させたりすることができます。また テイン 車高調キット フレックスZ FLEXZ フェアレディZ ロードスター HZ33 FR 2003/10-2008/11 送料無料 代引無料、私たちの研究開発のように建物に対する風圧予測の可能性を示すことは、今後、建物の外装材などの設計や性能向上に貢献し、建設業界の発展につながると考えています。
 こうした計算予測には、高解像度の計算モデルや大規模シミュレーション、そして「京」のような規模のスパコンが必要になってきます。「京」によって、建物外装材への局部風圧を詳細かつ明確に評価することが可能になり、短期間で構造の最適化と性能の向上を達成できる可能性が出てきました。
 また近い将来 TOYOTIRES トーヨー プロクセス R888R PROXES サマータイヤ 205/50R17 ブリヂストン BALMINUM KR10 平座仕様(トヨタ車専用) ホイールセット 4本 17 X 7 +50 5穴 100、10~20年後には、「京」と同等のマシンが設計現場でも使われるようになると考えています。

[ インタビュアー ] これから産業界でスパコン利用を考えている方に向けたアドバイスがありましたらお願いします。

[ フックさん ] スパコン利用には、高いハードルがあると思われるかもしれません。しかし、実際に試してみるといろいろなことを学べ、多くの分野の人と交流でき先進的なノウハウを習得できます。私は、

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、スパコンは強力なツールであると実感しています。建設業界におけるものづくりの新たな可能性を得られると考えています。
 また、「京」を利用して一番強く感じたことは、たいへん充実したサポートをRISTから得られたということでした。民間企業も近い将来、こうした計算機を導入することはできるかもしれませんが 、サポート体制の整備はきわめて難しいでしょう。ほかの産業界の方々も、RISTのサポートのもと HKS LEGAL マフラー 【品番:31013-AS003】 スズキ ワゴンRスティングレー 型式:MH22S エンジン型式:K6A(NA) 年式:07/02~08/09、ぜひ「京」を活用されてみたらいかがでしょうか。

お忙しい中、取材にご協力いただきありがとうございました。取材だけではなく、実験設備なども快く見学させていただき、

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、われわれRISTにとっても貴重な経験になりました。今後のフックさんのご活躍をお祈り申し上げます。

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