(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-05
(45)【発行日】2024-06-13
(54)【発明の名称】設計支援装置
(51)【国際特許分類】
G06F 30/10 20200101AFI20240606BHJP
E04B 1/00 20060101ALI20240606BHJP
G06F 30/13 20200101ALI20240606BHJP
G06Q 50/08 20120101ALI20240606BHJP
【ＦＩ】
G06F30/10
E04B1/00 ESW
G06F30/13
G06Q50/08
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020114234
(22)【出願日】2020-07-01
(65)【公開番号】P2022012417
(43)【公開日】2022-01-17
【審査請求日】2023-06-28
(73)【特許権者】
【識別番号】000003621
【氏名又は名称】株式会社竹中工務店
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】前田 周作
(72)【発明者】
【氏名】石田 高義
(72)【発明者】
【氏名】亀森 淳也
(72)【発明者】
【氏名】金子 侑樹
(72)【発明者】
【氏名】川上 沢馬
(72)【発明者】
【氏名】中村 亮太
(72)【発明者】
【氏名】内山 元希
(72)【発明者】
【氏名】和多田 遼
(72)【発明者】
【氏名】木下 拓也
(72)【発明者】
【氏名】松岡 康友
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 琢也
(72)【発明者】
【氏名】九嶋 壮一郎
(72)【発明者】
【氏名】池田 周英
(72)【発明者】
【氏名】鹿島 孝
【審査官】合田 幸裕
(56)【参考文献】
【文献】特開平１１－２３２３２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１５１５３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－０６０２１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１１／０１６１８８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０９６８４７１４（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０６Ｆ ３０／００ － ３０／３９８
Ｅ０４Ｂ １／００
Ｇ０６Ｑ ５０／０８
ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ
ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の初期条件毎に、入力された設計対象の建物のボリューム又は平面形状における区画の境界線上に、前記初期条件に沿って、節点を付与する節点付与部と、前記複数の初期条件毎に、前記初期条件に沿って付与された節点のうち、予め定められた第１目的関数を用いて選択された節点ペア間で前記ボリューム又は平面形状を分割し、分割結果に基づいて、構造部材の組み合わせ候補を生成する構造部材候補生成部と、
前記複数の初期条件毎に、前記構造部材候補生成部により生成された前記構造部材の組み合わせ候補について、予め定められた第２目的関数を用いて、スコアを算出するスコア算出部と、
を含む設計支援装置。
【請求項2】
前記第１目的関数は、選択する節点ペア数と、前記選択する節点ペアでの分割後の前記ボリューム又は平面形状が凸形状になる度合いとを含む目的関数である請求項１記載の設計支援装置。
【請求項3】
前記節点付与部は、入力された設計対象の建物のボリューム又は平面形状における区画の境界線上に、前記初期条件に沿って、ランダムに節点を付与する請求項１又は２記載の設計支援装置。
【請求項4】
前記第２目的関数は、前記分割されたボリューム又は平面形状のバランス、階高、構造部材の密集度合い、分散度合い、又は構造部材のスパンを含む目的関数である請求項１～請求項３の何れか１項記載の設計支援装置。
【請求項5】
前記スコアに応じて選択される前記構造部材の組み合わせ候補を、前記ボリューム又は平面形状に重畳させて表示する表示部を更に含む請求項１～請求項４の何れか１項記載の設計支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、設計支援装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、鉄骨構造物の基本事項データを入力する工程と、前記基本事項データと予め設定された所定の部材配置ルールとに基づいて鉄骨構造物の構造部材データを生成する工程とを備えたことを特徴とする鉄骨構造物の設計支援システムが知られている（例えば、特許文献１）。
【0003】
また、意匠設計用ＣＡＤ情報を入力し、意匠設計用ＣＡＤ情報に含まれる複数の柱又は複数の壁の形状、寸法、及び位置を示す情報に基づいて建物の通り芯を示す情報を生成する構造解析用情報生成装置が知られている（例えば、特許文献２）。
【0004】
また、建物に含まれる全ての平面モジュールで使用される各製品部材の本数、当該各製品部材を切断することによって当該各製品部材より取得される構造部材の本数および当該各構造部材の大きさと配置される位置を示す情報を求める建物用ＣＡＤシステムが知られている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開2004-245040号公報
【文献】特開2008-158793号公報
【文献】特開2017-10413号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記特許文献１に記載の技術では、入力画面における基本事項データの入力完了後に、鉄骨構造物の構造部材データを生成して生成結果を表示する。しかしながら、上記特許文献１には、構造部材の組み合わせ候補を複数生成して、最適な組み合わせを求めることについては記載されていない。
【0007】
上記特許文献２に記載の技術では、建物のボリュームを含む意匠設計のＣＡＤデータから構造解析用のデータを一連の流れで作成する。しかしながら、上記特許文献２には、構造部材の組み合わせ候補を複数生成して、最適な組み合わせを求めることについては記載されていない。
【0008】
また、上記特許文献３には、構造部材の組み合わせ候補を複数生成して、最適な組み合わせを求めることについては記載されていない。
【0009】
本発明は上記事実を考慮して、最適な構造部材の組み合わせを用いた建物の構造設計を支援することができることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明に係る設計支援装置は、複数の初期条件毎に、入力された設計対象の建物のボリューム又は平面形状における区画の境界線上に、前記初期条件に沿って、節点を付与する節点付与部と、前記複数の初期条件毎に、前記初期条件に沿って付与された節点のうち、予め定められた第１目的関数を用いて選択された節点ペア間で前記ボリューム又は平面を分割し、分割結果に基づいて、構造部材の組み合わせ候補を生成する構造部材候補生成部と、前記複数の初期条件毎に、前記構造部材候補生成部により生成された前記構造部材の組み合わせ候補について、予め定められた第２目的関数を用いて、スコアを算出するスコア算出部と、を含んで構成されている。
【0011】
本発明に係る設計支援装置によれば、節点付与部によって、複数の初期条件毎に、入力された設計対象の建物のボリューム又は平面形状における区画の境界線上に、前記初期条件に沿って、節点を付与する。構造部材候補生成部によって、前記複数の初期条件毎に、前記初期条件に沿って付与された節点のうち、予め定められた第１目的関数を用いて選択された節点ペア間で前記ボリューム又は平面形状を分割し、分割結果に基づいて、構造部材の組み合わせ候補を生成する。そして、スコア算出部によって、前記複数の初期条件毎に、前記構造部材候補生成部により生成された前記構造部材の組み合わせ候補について、予め定められた第２目的関数を用いて、スコアを算出する。
【0012】
このように、複数の初期条件毎に、前記初期条件に沿って付与された節点のうち、第１目的関数を用いて選択された節点ペア間で前記ボリューム又は平面形状を分割し、分割結果に基づいて、構造部材の組み合わせ候補を生成し、生成された前記構造部材の組み合わせ候補について、第２目的関数を用いて、スコアを算出することにより、最適な構造部材の組み合わせを用いた建物の構造設計を支援することができる。
【0013】
本発明に係る設計支援装置において、前記第１目的関数は、選択する節点ペア数と、前記選択する節点ペアでの分割後の前記ボリューム又は平面形状が凸形状になる度合いとを含む目的関数である。これにより、選択する節点ペア数と、分割後の前記ボリューム又は平面形状が凸形状になる度合いとを考慮して、建物のボリューム又は平面形状を分割することができる。
【0014】
本発明に係る設計支援装置において、前記節点付与部は、入力された設計対象の建物のボリューム又は平面形状における区画の境界線上に、前記初期条件に沿って、ランダムに節点を付与することができる。これにより、多様な構造部材の組み合わせを生成することができる。
【0015】
本発明に係る設計支援装置において、前記第２目的関数は、前記分割されたボリューム又は平面形状のバランス、階高、構造部材の密集度合い、分散度合い、又は構造部材のスパンを含む目的関数である。これにより、構造部材の密集度合い、構造部材の分散度合い、又は構造部材のスパンを考慮して、最適な構造部材の組み合わせを用いた建物の構造設計を支援することができる。
【0016】
本発明に係る設計支援装置は、前記スコアに応じて選択される前記構造部材の組み合わせ候補を、前記ボリューム又は平面形状に重畳させて表示する表示部を更に含むことができる。これにより、より効果的に、建物の構造設計を支援することができる。
【発明の効果】
【0017】
以上説明したように、本発明の設計支援装置によれば、複数の初期条件毎に、前記初期条件に沿って付与された節点のうち、第１目的関数を用いて選択された節点ペア間で前記ボリューム又は平面形状を分割し、分割結果に基づいて、構造部材の組み合わせ候補を生成し、生成された前記構造部材の組み合わせ候補について、第２目的関数を用いて、スコアを算出することにより、最適な構造部材の組み合わせを用いた建物の構造設計を支援することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の実施の形態に係る設計支援装置を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る設計支援装置を示す機能ブロック図である。
【図3】建物のボリュームを表す画像の例を示す図である。
【図4】建物の平面形状に対して節点を付与した例を示す図である。
【図5】建物の平面形状に対して付与した節点ペアを選択して分割する様子を示す図である。
【図6】建物のボリュームに柱の組み合わせを重畳して表示する画面の例を示す図である。
【図7】本発明の実施の形態に係る設計支援装置の設計支援処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図8】部屋の用途に応じて色分けした、建物の平面形状の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0020】
＜本発明の形態の設計支援装置の構成＞
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る設計支援装置１００は、ＣＰＵ１２、グラフィックカード１３、ＧＰＵ１４、ＲＡＭ１６、ＨＤＤ１８、通信インタフェース２１、及びこれらを相互に接続するためのバス２３を備えている。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る設計支援装置１００は、ＣＰＵ１２、グラフィックカード１３、ＧＰＵ１４、ＲＡＭ１６、ＨＤＤ１８、通信インタフェース２１、及びこれらを相互に接続するためのバス２３を備えている。
【0021】
ＣＰＵ１２、ＧＰＵ１４は、各種プログラムを実行する。ＲＡＭ１６は、ＣＰＵ１２による各種プログラムの実行時におけるワークエリア等として用いられる。記録媒体としてのＨＤＤ１８には、後述する設計支援処理ルーチンを実行するためのプログラムを含む各種プログラムや各種データが記憶されている。
【0022】
本実施の形態における設計支援装置１００を、設計支援処理ルーチンを実行するためのプログラムに沿って、機能ブロックで表すと、図２に示すようになる。設計支援装置１００は、入力部１０、演算部２０、及び出力部５０を備えている。
【0023】
入力部１０は、設計対象の建物の平面形状を入力として受け付ける。例えば、図３に示すような設計対象の建物のボリュームの３次元空間を、２次元平面に投影した平面形状を入力として受け付ける。また、入力部１０は、節点の付与に関する複数の初期条件を入力として受け付ける。例えば、節点の付与間隔、付与数、付与位置に関する制約条件を、初期条件として複数受け付ける。
【0024】
演算部２０は、初期設定部２２、節点付与部２４、構造部材候補生成部２６、スコア算出部２８、及び表示部３０を備えている。
【0025】
初期設定部２２は、受け付けた複数の初期条件のうち、何れか一つを、節点の付与に関する初期条件として設定する。
【0026】
節点付与部２４は、入力された建物の平面形状における区画の境界線上に、設定された初期条件に沿って、ランダムに複数の節点を与える（図４）。図４では、平面形状Ａにおける区画の境界線上にランダムに複数の節点を与えた例を示している。
【0027】
構造部材候補生成部２６は、予め定められた第１目的関数を用いて、節点付与部２４により与えられた複数の節点から節点のペアを選択し、選択された節点ペア間で平面形状を分割することを繰り返す（図５）。例えば、節点のペア毎に、当該ペアで平面形状を分割した場合の、選択する節点ペア数と、選択する節点ペアでの分割後の平面形状が凸形状になる度合いと、分割された平面形状のバランスとを含む第１目的関数を用いて、目的関数値を計算し、目的関数値が最適となる節点のペアを選択し、平面形状を分割する。これを、予め定めた反復終了条件を満たすまで繰り返す。反復終了条件としては、反復回数が上限値に到達すること、全ての分割平面の形状が所定条件を満たすことや、目的関数値が収束すること、などを用いればよい。図５（Ａ）では、平面形状Ａが、選択された１つの節点ペア間で分割され、平面形状Ｂ、Ｃが得られた例を示している。図５（Ｂ）では、平面形状Ｂが、更に選択された１つの節点ペア間で分割され、平面形状Ｄ、Ｅが得られた例を示している。図５（Ｃ）では、平面形状Ｄが、更に選択された１つの節点ペア間で分割され、平面形状Ｆ、Ｇが得られた例を示している。
【0028】
構造部材候補生成部２６は、建物の平面形状の分割結果に基づいて、構造部材の種類（柱、梁、壁）毎に、建物に配置する構造部材の組み合わせ候補を生成する。
【0029】
例えば、構造部材の種類（柱、梁、壁等）毎に定められた、分割された平面形状に対する構造部材の生成ルールに基づいて、分割された平面形状における区画の境界線上に構造部材を生成し、構造部材の組み合わせ候補を生成する。
【0030】
上記の初期設定部２２、節点付与部２４、及び構造部材候補生成部２６の処理を、初期条件を変えながら繰り返す。これにより、構造部材の種類（柱、梁、壁等）毎に生成された構造部材の組み合わせ候補が複数セット得られる。
【0031】
スコア算出部２８は、複数の初期条件毎に、当該初期条件に対応して構造部材候補生成部２６により構造部材の種類毎に生成された構造部材の組み合わせ候補について、予め定められた第２目的関数を用いて、スコアを算出する。
【0032】
例えば、構造部材の種類毎に生成された構造部材の組み合わせ候補について、分割された空間のバランス、階高、構造部材の密集度合い／分散度合い、及び構造部材のスパンを用いて表される第２目的関数を用いて、スコアを算出する。具体的には、分割された空間のバランスが良いほど、スコアが高く、階高が、標準値に近いほど、スコアが高く、構造部材の密集度合い／分散度合いが、標準値に近いほど、スコアが高く、構造部材のスパンが、標準値に近いほどスコアが高くなるように定められた第２目的関数を用いて、スコアを算出する。
【0033】
スコア算出部２８は、算出したスコアに応じて、構造部材の組み合わせ候補を決定する。例えば、スコアが最大となる、構造部材の種類毎の構造部材の組み合わせ候補のセットを決定する。
【0034】
表示部３０は、スコア算出部２８によって決定された、構造部材の種類毎の構造部材の組み合わせ候補を、ボリューム又は平面形状に重畳させて、出力部５０により表示する（図６）。図６では、設計対象の建物のボリュームに、生成された柱の組み合わせを重畳させて表示する例を示している。
【0035】
＜設計支援装置の動作＞
次に、本発明の実施の形態に係る設計支援装置１００の動作について説明する。
次に、本発明の実施の形態に係る設計支援装置１００の動作について説明する。
【0036】
まず、入力部１０によって、設計対象の建物の平面形状を入力として受け付けると共に、複数の初期条件を受け付けると、設計支援装置１００によって、図７に示す設計支援処理ルーチンが実行される。
【0037】
ステップＳ１００において、初期設定部２２は、入力された建物の平面形状、及び複数の初期条件を取得する。
【0038】
ステップＳ１０１では、初期設定部２２は、受け付けた複数の初期条件のうちの何れか一つを設定する。
【0039】
ステップＳ１０２では、節点付与部２４は、入力された建物の平面形状における区画の境界線上に、上記ステップＳ１０１で設定された初期条件に沿って、ランダムに複数の節点を与える
【0040】
ステップＳ１０４では、構造部材候補生成部２６は、第１目的関数を用いて、初期設定部２２により与えられた複数の節点から節点のペアを選択し、選択された節点ペア間で平面を分割することを繰り返す。
【0041】
ステップＳ１０６では、構造部材候補生成部２６は、建物の平面形状の分割結果に基づいて、構造部材の種類（柱、梁、壁）毎に、建物に配置する構造部材の組み合わせ候補を生成する。
【0042】
ステップＳ１０８では、全ての初期条件に対して上記ステップＳ１０１～Ｓ１０６の処理を繰り返したか否かを判定する。上記ステップＳ１０１～Ｓ１０６の処理を行っていない初期条件が存在する場合には、上記ステップＳ１０１へ戻り、当該初期条件を設定する。一方、全ての初期条件に対して上記ステップＳ１０１～Ｓ１０６の処理を繰り返した場合には、ステップＳ１１０へ進む。
【0043】
ステップＳ１１０では、スコア算出部２８は、複数の初期条件毎に、当該初期条件に対応して構造部材候補生成部２６により構造部材の種類毎に生成された構造部材の組み合わせ候補について、予め定められた第２目的関数を用いて、スコアを算出する。
【0044】
ステップＳ１１２では、スコア算出部２８は、算出したスコアに応じて、構造部材の組み合わせ候補を決定する。
【0045】
ステップＳ１１４では、表示部３０は、上記ステップＳ１１２で決定された、構造部材の種類毎の構造部材の組み合わせ候補を、ボリューム又は平面形状に重畳させて、出力部５０により表示し、設計支援処理ルーチンを終了する。
【0046】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る設計支援装置によれば、複数の初期条件毎に、前記初期条件に沿って付与された節点のうち、第１目的関数を用いて選択された節点ペア間でボリューム又は平面形状を分割し、分割結果に基づいて、構造部材の組み合わせ候補を生成し、生成された前記構造部材の組み合わせ候補について、第２目的関数を用いて、スコアを算出する。これにより、最適な構造部材の組み合わせを用いた建物の構造設計を支援することができる。
【0047】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【0048】
例えば、上述した実施形態において、建物のボリュームにおける区画の境界線上に、節点を付与し、第１目的関数を用いて、複数の節点から節点のペアを選択し、選択された節点ペア間で区間を分割することを繰り返すようにしてもよい。この場合には、建物のボリュームの分割結果に基づいて、構造部材の種類（柱、梁、壁）毎に、建物に配置する構造部材の組み合わせ候補を生成するようにすればよい。
【0049】
また、入力された建物のボリュームを分割したボリューム又は平面形状毎の用途を受け付け、分割したボリューム又は平面形状毎に、構造部材の種類毎に生成された構造部材の組み合わせ候補について、当該用途に対して定めた第２目的関数を用いて、スコアを算出してもよい。例えば、図８に示す上面図のように、建物を表し、かつ、部屋の用途毎に色分けした平面形状を入力とし、部屋毎に、構造部材の種類毎に生成された構造部材の組み合わせ候補について、当該部屋の用途に対して定めた第２目的関数を用いて、スコアを算出してもよい。
【0050】
また、本発明のプログラムは、記憶媒体に格納して提供するようにしてもよい。
【符号の説明】
【0051】
１０ 入力部
２０ 演算部
２２ 初期設定部
２４ 節点付与部
２６ 構造部材候補生成部
２８ スコア算出部
３０ 表示部
５０ 出力部
１００ 設計支援装置
２０ 演算部
２２ 初期設定部
２４ 節点付与部
２６ 構造部材候補生成部
２８ スコア算出部
３０ 表示部
５０ 出力部
１００ 設計支援装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
