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北海道大学大学院工学研究院渡部典大H30 連携型博士人材総合育成システムシンポジウム2018.10.04

北方型スマートシティ形成に向けた積雪シミュレーションによる都市デザイン手法研究

Climatic Responsive Urban Design Approaches withSnow Simulation for Smart City Planning in Snowy and Cold Cities

北海道大学大学院工学研究助教都市地域デザイン学研究室

渡部典大Norihiro WATANABE

H30 連携型博士研究人材総合育成システムシンポジウム


研究の目的

これまでの研究成果

今後の研究概要

研究活動の全体像

北方型スマートシティ形成に向けた積雪シミュレーションによる都市デザイン手法研究

北海道大学大学院工学研究院渡部典大H30 連携型博士人材総合育成システムシンポジウム2018.10.04 3

研究の目的

屋外除雪エネルギー屋内建築エネルギー

積雪シミュレーション

冬季の利用行動調査

BIMを用いたエネルギーシミュレーション

エネルギー消費実態調査

北方型スマートシティ構築

積雪シミュレーションによる都市デザイン手法


札幌

大きな負担となる除排雪

研究の目的

世界の積雪寒冷都市：除雪の課題世界でも積雪の多い北海道諸都市

Sapporo

北緯40度以北、人口150万人以上の都市の年間平均積雪深

冬の札幌駅前通りの様子

平成28年度の雪対策費：195億円除雪に要するエネルギーは建築消費エネルギーの約１割（図は８％）に相当

冬季建築消費エネルギー

522.2 GJ/日

除雪エネルギー

43.1GJ/日


研究の背景・動機＝都市デザイン × 環境計画

建築と屋外パブリックスペースの一体的な都市デザイン

屋外の微気候に影響されるオープンスペースの利用

秋季

冬季

特に特徴的な冬季の屋外環境への配慮が必要

屋外オープンスペースの微気候に影響する建築形態

研究の目的

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積雪寒冷都市のエネルギー消費の低減

札幌市都心のエネルギー需要の予測

将来の都市開発を想定すると、2050年にはエネルギー需要が現在の約1.5倍になる

札幌市平成25年度都心エネルギー基礎調査より

研究の目的

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研究の背景・動機＝都市デザイン × 環境計画



北海道立総合研究機構建築研究本部北方建築総合研究所

θ

※安息角

粉体風洞装置による積雪シミュレーション

風洞実験を用いた積雪シミュレーションを都市デザインに展開

風洞実験建築デザイン都市デザイン

風シミュレーション（多数） Bosselmann (1984)等

積雪シミュレーション苫米地ら (1994, 2012)三橋ら (2003) 等

渡部 (2012-2018) 瀬戸口（2004-2018）本研究（世界唯一）

本研究の独自性


除雪エネルギーの分析手法

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風雪シミュレーションによる積雪深

除雪量の算出積雪深－自然融雪量

車道上の除雪量歩道・OS上の除雪量

運搬排雪トラック台数融雪必要エネルギー

運搬排雪必要軽油量 RH稼働灯油量

運搬排雪必要

エネルギー／CO2

RH融雪必要

エネルギー／CO2

除雪方法と除雪エネルギーの条件設定

札幌市の積雪重量：393.9kg/㎥

雪の融解熱：333kJ/kg

過去5年間（2010-14）融雪量：3.79cm/日

10tトラックによる運搬排雪

10tトラックの燃費（軽油）：2.5km/L

運搬距離：堆雪所までの往復10km

軽油の発熱量：37.7MJ/L

軽油のCO2排出量：2.58kgCO2/L

灯油ＲＨによる融雪

灯油の発熱量：36.7MJ/L

RHの熱効率：20%

灯油のCO2排出量：2.49kgCO2/L

1. 基本設定

2. 自然融雪

3. 車道の除雪とCO2排出量

4. 歩道・OSの除雪とCO2排出量



a b c d e f g h i

札幌都心部における街区空間形態のクラスター分析

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e: 高容積高層街区 i: 高容積中層街区

街区容積率677.1%

平均建物高さ36.1m

街区容積率831.3%

最大建物高さ100.2m

平均建物高さ88.2m


クラスター分析

構成要素

① 街区容積率

② 空地率

③ 建築数

④ 平均建物高さ

⑤ 最大建物高さ

⑥ 建物高さのバラツキ

対象：札幌都心135街区

都心軸近辺に立地、近年の再開発街区都心軸近辺に立地



北方型スマート街区のデザインプロセス


北方型スマート街区のデザインガイドライン

高層部からの風の吹きおろしにより地上の雪を吹き払う

基壇部屋根面に積雪し、地上の積雪を低減


・高層部は１棟にまとめる・低層基壇部の屋根面を大きくとる

除雪エネルギー：43.1 GJ/日

高層街区：基壇部タワー街区モデル


本研究で明らかにした北方型スマート街区による都市デザイン手法の意義

街区内側低層部の屋根面に積雪し、地上の積雪を低減する

セットバック部の屋根面に積雪し、風下の吹きだまりを低減する

北方型スマート街区のデザインガイドライン


・街区内側の建物は低層に抑える・街区外周の建物は高層とする

除雪エネルギー：101.0 GJ/日

中層街区：囲み型街区モデル


北見市新市庁舎計画での応用

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敷地面積：8,200㎡

用途地域：商業地域

建蔽率：80% 容積率：600%

計画規模：地下1階、地上7階

延床面積：18,000㎡

北見市都市再生基本計画

2拠点1軸構想：複合交通・地域交流拠点：高度医療拠点

複合交通・地域交流拠点：３つのゾーンの一体化



北見市新市庁舎計画における風雪環境評価を組み込んだ都市デザインプロセス

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計画デザインと並行して風雪環境評価を行う都市デザインプロセスは、実際のプロジェクトにおいても有用である



北方型スマート街区の街区密度と用途機能の最適化による北方型コンパクトシティのガイドライン

北方型スマート街区の積雪寒冷諸都市での適用

北方型スマート街区の札幌市・旭川市等の北海道諸都市、および北方圏諸都市へ適用気候条件・都市機能の違いを北方型スマート街区のデザインに組み込む

北方型スマート街区

屋外除雪エネルギー＋

屋内建築エネルギー＋

都市デザイン

北方型スマートシティ

エネルギー平準化都市機能・街区密度

街区相互の影響街区相互のエネルギーバランス街区群の冬季屋外環境街区群の除雪エネルギー

オープンスペースネットワーク


街区

都市



北方型スマートシティ計画手法の構築

既往スマートシティ計画技術との連動

世界の積雪寒冷諸都市へ応用

街区相互の影響

エネルギー平準化

オープンスペースネットワーク

BIM

エネルギー解析

アルゴリズム

デザイン

道内諸都市

ロシア

カナダ

北欧

北方型スマート街区

コンピュータ積雪シミュレーション（雪研スノーイーターズ）

北方型スマートシティ形成に向けて、コンピュータによる積雪シミュレーションを用いた都市デザイン手法を開発

本研究の位置づけこれまでの研究からの発展

i. より多様な北方型スマート街区の空間形態検討

ii. 街区から地区・都市へスケールの発展



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人口減少社会のコンパクトシティ計画手法

漸近的プランニング


成熟社会の都市計画 ―近代都市・建築計画手法の革新―

民主的計画手法：合意形成／協働

人口減少社会：不明瞭な目標像

地域固有性地球環境問題

：省エネルギー

科学的計画アプローチ

積雪寒冷都市の課題

北方型スマートシティの都市デザイン手法

地域コミュニティと創る公共建築デザイン

日露交流夕張市東北某市恵庭市・公共施設建築計画

東北大共同？海外研修？

雪シミュレーション

分析⇔計画プロセスプランニングワークショップ

環境シミュレーション