Autodesk CFDについて：設計の勘から脱却し、シミュレーションで最適な設計を実現

2025.03.19

建設/製造業界, 設備設計

投稿者: キャパ編集部

1. はじめに

画像引用：Autodesk CFD ソフトウェア『CFD の価格と購入（公式ストア）』

https://www.autodesk.com/jp/products/cfd/overview

近年、建築設計においてはエネルギー効率や安全性、そして居住環境の快適性を高いレベルで満たすことが強く求められるようになっています。

しかし、大規模プロジェクトや複雑な構造を扱う際、従来の設計の勘に頼った方法のみでは、思わぬ問題や施工後のクレームにつながるリスクが高まってきました。そこで注目されるのが、建築設計におけるシミュレーション技術です。

中でもAutodesk CFDは、気流解析や熱環境解析、さらには外部環境での風解析までカバーし、見えないものを見える化することで、データに基づいた設計をサポートします。完成後の手直しでコストを膨らませるよりも、早期の設計段階で課題を可視化し、空調システムや換気システムの配置を最適化するほうが、最終的なプロジェクトのコスト効率や品質向上に大きく貢献します。

本記事では、経験豊富なエンジニアリングマネージャーや設計者に向けて、なぜ従来の直感的設計だけでは不十分なのか、そしてAutodesk CFDを活用したCFD解析によってどのようなメリットが得られるのか、その根拠や導入プロセスを含めて具体的にご紹介します。施工後のクレームを最小限に抑え、エネルギー効率に優れた空調・換気システムを実現するためのポイントを、実践的な視点から掘り下げていきます。

2. 設計の勘だけではなぜ不十分なのか？

経験に基づく勘やノウハウは、建築設計の基本であり、大きな財産です。しかし、現代の建築物はますます複雑化し、効率的なエネルギー消費と同時に、快適性や安全性、さらに環境への配慮が当然のように求められる時代へと移行しました。

例えば、大規模なオフィスビルを設計する場合、すべてを実物ベースで試作・検証していてはコストも膨大になり、スケジュールも大幅に遅れてしまいます。さらに施工完了後に「風害予測が甘かった」「熱のこもり方を正しく見積もれなかった」という問題が浮上すれば、建築物全体の評価が下がりかねません。

こうしたトラブルを回避するためには、設計の勘だけではなく、実際の風解析や熱環境解析など、定量的なシミュレーション技術による裏付けが必須です。CFD解析を活用することで、風の流れや室内の気流、日射熱影響などを建築設計の段階で数値的に把握し、将来的な問題点を先取りして対策を打つことができます。

このように、勘と経験から生まれる直感的設計の強みをより一層生かすためにも、具体的なデータを活用した検証が必要です。特に施工後にクレームが発生すると、修正コストだけでなく、プロジェクト全体の信用も失う恐れがあります。だからこそ、空調システムの効率化や換気システムの設計においても、早期の段階からシミュレーション技術を導入し、最適な設計を追求することが重要といえます。

3. Autodesk CFDの基本機能とその利点

ここからは、具体的にAutodesk CFDが持つ基本機能と、その利点について見ていきます。CADデータと連携しながら様々な気流や熱のパターンを分析できるのが大きな利点であり、建築設計においては室内外を問わず幅広く活用されているのが特徴です。

特に建築物の特徴や目的に合わせて、気流解析や風解析、熱環境解析を組み合わせて検証することが可能な点が魅力です。例えば、レイアウトに合わせてエアコン配置最適化を図る場合にも、風の向きや風量計算を直感ではなく客観的に評価し、住環境の快適性や設備の安全性を高めることができます。

また、屋外空間のシミュレーションを行う際は、ビル周辺の風の強さや方向を可視化して、将来的な風害予測や熱負荷を検証できます。さらに、窓や壁の断熱効果を評価する熱環境解析によって、夏の高温や冬の底冷えをどの程度抑えられるかを設計段階で試算し、エネルギー効率の高い建築物を実現できます。

こうしたメリットを最大限に活用するためには、Autodesk CFDを用いて見えないものを見える化することがポイントです。これにより、設計者やエンジニアだけでなく、プロジェクトに関わるすべてのメンバーが、同じビジュアルを共有しながら意思決定を進められるようになります。

以下では、Autodesk CFDで代表的に行われる3つの解析について、もう少し詳しく解説していきます。

3.1. 室内の気流解析

室内の気流解析では、エアコンの吹き出し口や換気システムの配置によって、空気がどのように循環し、各エリアの温度がどう変化するかを数値的に把握できます。例えば、オフィスのように多くの人が長時間過ごす空間では、風の偏りや停滞が起こりやすく、快適性や健康面でも大きな差が生まれます。

Autodesk CFDを使うことで、空気の流れが弱くなる死角を特定し、そこに必要な空調システムや換気システムを追加・調整することが可能です。これによって、従来は設計の勘に頼っていたエアコン排気口の配置が、より論理的かつ効率的なレイアウトへと生まれ変わります。

特に室内の大きな温度差を放置すると、エネルギー効率が大幅に落ち、冷暖房費の増加につながります。気流解析の結果を踏まえてエアコン配置最適化を図ることで、設計段階から必要な風量を見積もり、快適性とコスト削減の両立を実現することができます。

また、在席人数が多いスペースや機器が密集するエリアに対しても、CFD解析を行うことで負荷を視覚化し、さらなる効率化案を検討しやすくなります。このように、Autodesk CFDが提供する室内の気流解析は、建築設計に欠かせないデータに基づいた設計を後押しする大きな武器となるのです。

3.2. 外部環境の風解析

建築物の外部環境における風の流れを適切に把握することは、安全性や快適性の面から非常に重要です。特に高層建築では、ビル風と呼ばれる強風が周辺に与える影響が大きく、歩行者や自動車の通行を危険にさらしてしまう場合もあります。

そこでAutodesk CFDを活用して外部の風解析を行うと、建築物の形状や周辺の地形データを考慮に入れて、さまざまな風向・風速条件下でどのように風が流れるかを可視化できます。これにより、建築物の風速評価を事前に行い、強風が発生しやすい場所や気流が滞留する場所を把握しやすくなります。

例えば、エントランス付近で風が強すぎると扉の開閉に支障が出たり、周辺の歩行者の安全を脅かしたりする可能性があります。こうしたリスクを設計段階で抽出できれば、風除室や植栽帯などの物理的要素を配置し、風害予測による対策を講じることが可能です。

また、周辺ビルとの位置関係や地形特性から生じる複雑な乱流も、Autodesk CFDのシミュレーション技術によって定量的に評価できます。これらの結果を踏まえて設計を修正することで、最終的に安全性の高い快適な建築空間を実現できます。

3.3. 熱環境解析

建築物の断熱効果や日射熱影響を数値化し、空調負荷を最小限に抑える設計を検討できるのが、Autodesk CFDを用いた熱環境解析です。夏場の室温上昇が激しい地域では、ガラス選定や外装材の選び方次第で室内の温度は大きく変化し、その結果として空調コストが大きく上下します。

例えば、窓ガラスの透過率を複数パターンで検証し、室温が何度ぐらいの差になるのかを比較することで、見た目だけではなく機能的にも優れた資材を選択できるようになります。これは設計者が従来感覚的に行ってきた断熱性の推定を、データに基づいて裏付けられるという大きなメリットです。

また、冬場の保温効果を向上させるためにどの程度の断熱材が適切か、外壁面と内壁面の温度差をどう抑えるか、といった観点もCFD解析の熱環境シミュレーションを活用すれば、施工後の無駄な改修を最小限に抑えることができます。

このように、Autodesk CFDの熱環境解析機能は、エネルギー効率の高い建築物を計画するうえで欠かせない存在となっています。実際に導入することで、設計段階から合理的な空調システムを構築し、長期的にはビルのランニングコスト削減にもつながります。

4. CFD解析を活用した設計の具体的なメリット

ここからは、Autodesk CFDによる解析を活用することで生まれる具体的なメリットに目を向けていきます。シミュレーション技術を採り入れることで、数値的な裏付けをもとに建築設計の幅が大きく広がり、結果として安全性や快適性、エネルギー効率などの向上に直結します。

さらに、施工後のトラブルやクレームを大幅に低減させ、プロジェクト全体のコスト効率が上がるという点は、エンジニアリングマネージャーにとって見逃せないポイントです。例えば、ビル周辺の風が予想以上に強くて歩行者の安全が脅かされる事態になれば、追加の工事費やクレーム対応が避けられません。あらかじめ風や熱環境を把握し、設計の最適化を促すことで、こうした予期せぬ問題を事前に回避できます。

また、現場での調整が最小限に抑えられるため、エンジニアや設計者の負担が軽減され、スムーズにプロジェクトを進行させることができます。加えて、CFD解析を活用することでチーム全体がデータを共有できるため、コミュニケーションや意思決定の質も向上し、最終的には顧客満足度の高い建築物を手掛けることが可能となります。

以下では、実際の設計においてCFD解析がどのようなインパクトを持つのか、代表的な応用例を3つに分けて解説していきます。

4.1. エアコン配置の最適化

エアコンなどの空調システムを設計する際には、どの位置に吹き出し口や吸気口を設置するかが大きな課題となります。これまでは、「人の多い場所に多めに配置する」「窓際は冷暖房効率が落ちやすいから注意する」など、おおまかな指針はあったものの、厳密な設計は難しいケースが多かったのではないでしょうか。

しかし、Autodesk CFDの気流解析機能を活用すれば、建築物の内部構造に応じて風の流れや温度変化を定量的に評価しながら、エアコン配置最適化を実行できます。例えば、オフィスフロアの人数分布やデスク配置が変われば、どの方向にどの程度の風量が必要なのかをシミュレーションで予測できるため、冷暖房のムラを大幅に削減できます。

結果として、快適性が向上するだけでなく、エネルギー消費の無駄も最小限に抑えられます。例えば、人の少ないエリアに過剰な空調を施すことはなくなり、人の多い場所で熱がこもるリスクも減ります。これらの効果によって、最終的には空調コストの削減と入居者満足度のアップの両立が期待できます。

また、温度差によるカビの発生や結露のリスクを抑える意味でも、エアコン配置の検証作業は重要です。現場に入ってから「設計と違った」と慌てることを防ぐためにも、CFD解析を通じて建築段階から最適案を検討することが重要になります。

4.2. ビル周辺の風速予測

ビル周辺の風速や風向を事前に把握しておくことは、安全対策や快適性向上に直結します。特に高層ビルが建ち並ぶ都市部では、建物の配置によって局地的に強風が発生する「ビル風」が問題になることが少なくありません。

CFD解析によって建築物の外形と周辺環境を考慮した風解析を行えば、どのエリアで風が強まるのか、あるいは渦が発生して滞留しやすいのかなどを可視化できます。例えば、出入り口付近に強風が集中すると、人の往来が妨げられるだけでなく、扉の破損や不必要なエネルギーロスを招く可能性もあります。

こうしたリスクを事前に把握すれば、ビルの形状を微調整したり、植栽帯や風除室を配置したりといった設計段階での対策が可能です。これにより、施工後に発生し得るクレーム対応や追加工事を大幅に削減できます。さらに、商業施設の場合は歩行者の快適性が高まり、施設の利用者満足度向上にも寄与します。

データに基づいた設計は、エンジニアリングマネージャーがチーム内で判断や調整を行う際、それぞれが共有しやすい明確な根拠となります。プロジェクトの品質向上やリスク削減のためにも、ビル周辺の風速評価は重要なステップと言えるでしょう。

4.3. ガラス選定と室内温度制御

室内の熱環境は、ガラスの種類や断熱材の厚さによって大きく変化します。特に近年は、ガラス張りの外観をもつ建築物が増えているため、日射熱影響をどの程度コントロールできるかが設計の成否を左右すると言っても過言ではありません。

Autodesk CFDの熱環境解析機能を用いれば、複数のガラス選定プランを比較し、それぞれの室内温度や空調負荷を指数化することが容易になります。例えば、日射の強い夏場では断熱効果が低いガラスを採用すると、室内温度が5℃以上も上昇してしまうケースがあり、膨大な空調コストを招きかねません。

逆に、断熱性能の高いガラスを導入すれば、室内の温度を安定化させ、空調設備にかかる負荷を抑えられます。ただし、その分だけコストが上がるなどのトレードオフも発生しますので、CFD解析の客観的なデータを踏まえて検討すれば、最適なバランスを見極めやすくなります。

結果的に、日射熱や窓の配置を考慮したデザインが早期に固まるため、施工後の追加改修が最小限で済みます。こうした取り組みは、施工後クレームの防止だけでなく、居住者の快適性や建築物の評価向上にも大きく貢献します。

5. Autodesk CFDを活用すべき対象者

では、具体的にどのような方がAutodesk CFDを活用することで大きな恩恵を受けられるのでしょうか。建築設計全体を統括するエンジニアリングマネージャーだけでなく、空調設計を担当するエンジニアや、ビル管理に関与するプロジェクトマネージャーなど、幅広い職種が該当します。

また、建築物自体の耐久性や安全性を重視する設計者にとっても、CFD解析による数値的根拠は欠かせません。一度設計した後に問題が発覚すると、修正には多大な手間とコストがかかりますが、CFDを導入すれば設計段階でリスクを最小化できます。

さらに、空調システムだけでなく、換気システムや排煙計画などもデータに基づいて最適化できるため、人が集まる大規模施設や特殊環境を扱う現場にも最適です。以下では、想定される3つのターゲットに分けて、それぞれどのような課題が解決できるのかを見ていきましょう。

5.1. 設計後の不安を解消したいエンジニア

設計の段階では問題が見えづらくても、いざ施工が完了すると、部屋の片隅に空気の停滞ゾーンができていたり、想定以上に室温が上昇していたりといった現象が起こりがちです。しかしCFD解析を用いれば、風解析や気流解析、熱環境解析といった多角的な視点から検証を進められるため、こうした不安を解消できます。

特に空調システムや換気システムの流れをビジュアル化することで、設計における弱点を早期に客観視できる点が強みです。単に経験や直感に依存するのではなく、データに基づいた設計ができるので、エンジニアとしての信頼性を高めることにもつながります。

さらに、シミュレーション技術を繰り返し使っていくうちに、設計自体が磨かれていく利点もあります。その結果、中長期的には施工後クレームの削減だけでなく、新しい建築案件にも十分に通用する設計ノウハウを蓄積できるでしょう。

5.2. 空調や換気の効果を最大化したい設計者

居住者や利用者の快適性を追求するうえで、空調や換気の効果を確実に発揮できる空間設計を行うことは不可欠です。従来、感覚的に「このあたりが暑くなりそう」「換気が不十分かもしれない」といった想定はできても、その問題の度合いを数値で捉えることは難しい部分がありました。

しかし、Autodesk CFDを使うことで、室内の気流解析や熱環境解析の結果を可視化し、具体的にどのエリアがどの程度の温度や風量になるかを把握できます。これに基づき、空調設備の配置や換気経路の設置を検討すれば、エネルギー効率の高い、しかも利用者にとって過ごしやすい空間を実現可能です。

また、季節や室内の用途に合わせて複数の設計パターンを検証できるため、複雑な要件を合わせ持つプロジェクトでも、最適解を導きやすくなります。こうした取り組みを通じて、設計者としての説得力も増し、顧客や他のステークホルダーからの信頼を得ることにつながるでしょう。

5.3. 施工後のクレームを減らしたいプロジェクトマネージャー

プロジェクトマネージャーにとって何よりも避けたいのが、施工後のクレームや手直しです。納期が延びてしまうだけでなく、追加で発生するコストや人件費がプロジェクト全体の収益を圧迫してしまいます。

Autodesk CFDを導入しておけば、事前に風害予測や建築物の風速評価はもちろん、断熱効果や熱環境解析などを実施し、潜在的な問題を洗い出すことができます。その結果、施工後に「想定外の気流が発生」「室温が異常に高い」などの不具合が起きにくくなり、業務工数の削減やスムーズなプロジェクト管理が実現するでしょう。

さらに、トラブルが少なくなることで顧客との関係性も良好に保たれ、プロジェクト完了後の評価向上にも直結します。信頼性の高い設計や施工の実績は、今後の受注にも有利に働くため、長期的なビジネス競争力を高めるという効果も期待できます。

6. Autodesk CFDの導入プロセス

では、実際にAutodesk CFDをプロジェクトに導入する場合、どのようなステップを踏めばよいのでしょうか。シミュレーション技術を初めて取り入れるチームや企業にとっては、必要となる人員や学習リソース、そしてスモールスタートのやり方が気になるところです。

結論から言えば、大規模に一気に導入するのではなく、小規模プロジェクトから試してノウハウを蓄積するアプローチが有効です。さらにAutodesk社が提供している無料トライアルを活用しながら学習を進めることで、ソフトウェアの操作や解析手順をスムーズに習得できます。

また、技術的な基礎知識があるエンジニアだけでなく、プロジェクトマネージャーや設計者も、シミュレーション結果の意味を理解して効果的に活用するための社内体制づくりが重要になります。以下では、具体的な導入手順を2つのステージに分けてご説明します。

6.1. 無料トライアルと学習リソースの活用

まずは、公式サイトなどで提供されているAutodesk CFDの無料トライアルを活用して、実際にソフトウェアの操作感や解析プロセスを体験するところから始めましょう。たとえば、サンプルデータを使って気流解析を試し、風解析がどのように可視化されるか、どの程度の精度を得られるかを感覚的に理解することが大切です。

ここで重要なのは、導入を丸投げにせず、エンジニアや設計者が積極的に学習リソースやオンラインチュートリアルを活用することです。Autodesk社やコミュニティによって提供されるドキュメントやフォーラムなどでは、具体的な解析方法やトラブルシューティングに関する情報が豊富に公開されています。

また、学習中に得た知見や疑問点は、チーム内で積極的に共有するとよいでしょう。プロジェクトマネージャーや上長に対して試験運用の結果をレポートし、シミュレーション技術の有用性を数値と実例を伴って示すことで、社内での理解とサポートを得やすくなります。

この段階で小規模プロジェクトを対象に実験的に導入してみると、風害予測やエアコン配置最適化の効果を具体的に体感でき、チーム全体のモチベーションも高まるはずです。

6.2. 小規模プロジェクトからのスタート

実際のプロジェクトにAutodesk CFDを導入する際は、まずは比較的リスクの低い小規模プロジェクトでの適用をおすすめします。例えば、内部改装や小さな建築物の気流解析など、プロジェクト規模が大きすぎないものを選ぶことで、解析結果の検証もしやすくなります。

これにより、シミュレーション技術が生み出すメリット—たとえばエネルギー効率の向上や施工後クレームの削減—を早い段階で実感することが可能です。得られた成功体験やノウハウを蓄積することで、次に取り組む大規模プロジェクトへとスムーズに応用できます。

さらに、小規模な段階でCFD導入を試すことで、ソフトウェアの操作だけでなく、チーム内のコミュニケーション体制やデータ共有の方法など、プロセス面の課題も洗い出せます。こうしたトライアルを経て、また学習リソースを活用しながら課題を改善していけば、最終的には建築設計全体の質を底上げし、プロジェクトマネジメントの精度も飛躍的に高められるでしょう。

共有した解析結果が、エンジニアや設計者の意識改革にもつながり、直感的設計からデータに基づいた設計へとシフトする重要な一歩になるはずです。

7. まとめ

ここまで、Autodesk CFDを活用して建築設計におけるさまざまな問題を予防し、エネルギー効率や快適性、安全性を高める具体的な方法について解説してきました。設計の勘に頼る方法だけでは見落としがちな部分をシミュレーション技術によって見える化し、データに基づいた設計を行うことで、施工後のクレームや手直しを最小限に抑えられるのが大きな利点です。

特に、高層ビルの風害予測や室内の気流解析、熱環境解析といった分野では、CFD解析の有用性が顕著に現れるため、プロジェクトマネージャーとしては導入を検討する価値が十分にあります。ビル周辺の風速評価を具体的に把握し、空調システムや換気システムを最適化できれば、長期的なコスト削減と利用者の満足度向上に結びつきます。また、ガラス選定や断熱効果の検証によって、夏場・冬場を通じて快適な室内環境を保ちながら省エネルギー化を実現することも可能です。

導入ステップとしては、小規模なプロジェクトでまずは無料トライアルを活用しながら、社内で最適なワークフローを確立するのが近道です。ポテンシャルを感じたらより大規模な案件へ展開し、チーム全体のスキルアップを図ると同時に、プロジェクトの品質やスケジュール管理、コスト制御にも好影響を与えられるでしょう。

最後に、これからの建築設計で重要なのは、単なるアイデアや設計図にとどまらず、シミュレーション技術を取り入れて科学的な根拠を伴う提案を行うことです。Autodesk CFDをはじめとするCFD導入が、設計者やエンジニアのひらめきを裏付ける強力なツールとなり、リーダーとしての判断をより信頼性の高いものへと引き上げる力になるでしょう。