- Profile
- 河野亮平于1998年毕业于早稻田大学理工学部建筑学系。他于2003年获得东京大学工学研究生院硕士学位,并于2006年获得该校博士学位。在担任东京大学产业科学研究所特聘研究员和特聘助理教授之后,他于2011年成为大阪工業大学工业大学工学部建筑学系讲师,并自2015年起担任现职。他是大阪市都市开发局ESCO项目提案评估委员会成员。他的主要著作是《生态住宅与生态建筑的概念与实施》(合著,Ohmsha出版社,2012年,学术专著)。他拥有工学博士学位。他来自埼玉县。

运用CFD和反向分析等模拟
由于新冠灾害,对建筑物内的换气和通风的关心一下子提高了。大阪工业大学建筑系的河野良坪副教授不仅对这样的空气流动,还对热、光等变化用最新的方法进行模拟和分析,正在进行研究,以实现提高环境性能的建筑物和街区的设计、城市防灾对策。為了實現國家推動的零能耗住宅 (ZEH),建築設計與環境之間的平衡越來越受到重視。每年,我们都与各种研究人员,建筑师和公司进行联合研究,并向Kono副教授询问,他试图引入一种新的观点,即建筑环境工程,将各种模拟应用于实际设计和城市规划。
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我对建筑环境工学产生兴趣是从进入东京大学研究生院,在东京大学生产技术研究所开始使用风洞实验装置进行研究开始的。导致当前研究的风模拟是我参与风环境评估的机会,该评估调查了同一实验室研究员时代的高层建筑的风害。以前,风环境评估是在风洞实验中进行的,但由于它是大规模的,例如手动制作模型,因此需要成本和时间。实验和实际测量是最可靠的,使用计算机的模拟具有可以在低预算和短时间内完成的优点,尽管可靠性略低于实验和实际测量。因此,我还将重点从风洞实验转移到使用CFD (数值流体动力学) 等分析和模拟方法的研究。现在很多的风环境评价都是通过模拟进行的,这是实情。

CFD分析是一种通过使用计算机求解流体运动方程来模拟和观察气体和液体状态的方法。抵达大阪理工学院后,与一家名为“FlowDesigner”的公司 (高级知识研究所) 合作,该公司开发了易于使用的CFD分析,主要在建筑领域,并将研究中获得的知识转化为软件我们与反馈意见合作以改进。这使得可以轻松地捕获和模拟使用CAD (计算机辅助设计工具) 设计的建筑物的3D数据。是10年前左右的事情,现在很多大型建设公司也在使用。该图是从悉尼歌剧院的CAD捕获3D数据并通过无数粒子运动可视化风流的示例。

最近研究的重点是将该CFD与称为“通过伴随变量法进行反向分析*”的方法相结合,并将其应用于建筑环境设计。这种反向分析是一种用于机械领域飞机机翼设计等的方法。在典型的CFD分析中,我们将按顺序计算各种情况,并全面寻找可以实现高性能的答案。反向分析是一种非常方便的方法,可以消除这种重复的麻烦,并通过数学方法获得比当前情况更好的答案。例如,在通常的CFD分析中,“在房屋墙壁上打开窗户以产生最理想的风流”的问题模拟了在各个位置打开的每个窗户的风。相反,使用反向分析,您可以从单个CFD分析结果中获得有关打开窗口 (设计变量) 的位置的数据,以最大化目标风的变化 (灵敏度) 。
*注= “在确定设计参数为已知的基础上推断未知结果”称为正向分析,相反“从已知结果推断未知设计因素”称为反向分析。

我们正在努力将这些模拟和分析技术传播到实际的建筑设计和城市规划中,但为此目的,我们必须将其改为更易于使用和世界所需的方法,以及各个领域的专家我们还需要与他们一起思考。在我的实验室中,我们尝试与建筑师合作将模拟技术应用于实际设计,与其他大学的教师和公司人员讨论,并通过与城市规划实验室的合作研究环境我们强调广泛的合作,例如检查保证性能的街区设计的方式。
木密市街区的防灾模拟
以下是一些合作研究项目的例子。
我们与大阪工业大学建筑系岡山敏哉教授实验室的联合研究项目名为“京都市密集木质城区防灾模拟”。
日本拥有许多人口稠密的木质城区,因此极易遭受灾害。本文以京都历史街区发生火灾为情景,开展了灾害预防模拟。我们展示了不同防火措施下火势蔓延的特征,利用计算流体动力学(CFD)分析了火灾期间的烟气流动,并运用多智能体模拟(一种模拟多个具有各自行为规则的个体或生物体同时进行交互和移动的模拟方法)预测了疏散行为。
在这项研究中,我们了解了利用京都城镇住宅的特征后院作为阻燃带和疏散路线的有效性。此外,在关于烟雾流动的CFD分析中,我们在四种情况下进行了验证,例如屋顶的不可燃和是否存在防止蔓延的区域,当屋顶不可燃并且后院被用作防止蔓延的区域时,疏散路线是最安全的我明白了。在烟雾流动的影响下,疏散模拟基于风速的组合,屋顶是否不可燃,前路是否拓宽,是否用作后院的疏散路线,连接前路和后院的通道的存在与否设置并验证六个案例。显示了有效利用后院作为避难路的有效性。
考虑通风的住宅设计
在宝冢市斜坡上实际建造的住宅设计中,我们使用CFD逆向分析提出了窗户和隔墙的位置,以实现有效的通风。
首先利用AMeDAS的气象数据分析土地周边的风速、风向。为了再现沿着山脉吹来的特定风,我们使用GIS (地理信息系统) 等在计算机上再现地形和建筑物,并进行CFD反向分析。因此,我们确定了最佳的外墙开口位置和隔墙位置。图中的红色表示有效 (敏感) 位置。


在模拟决定建筑的时代
传统上,建筑的形状主要是从设计和结构方面决定的,但随着仿真技术的发展,包括设计过程中的物理方面在内的研究变得相对容易,并且从环境工程的角度来看,可以确定和判断的范围将来会扩大。反向分析还有进一步的可能性,体现所谓的“模拟驱动”的设计过程,由基于环境工程基础的模拟驱动,关于设计的初步审查计划和改进计划可能会出现。虽然现阶段有许多试验阶段,但我们希望在不久的将来开发和传播反向分析。



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