断面設計を自動で行う構造設計支援AIプログラムを開発
株式会社大林組
AIによるアシストで解析業務の効率化と、最適な設計提案に貢献
株式会社大林組（本社：東京都港区、社長：佐藤俊美）は、構造設計業務の一部である「断面設計」を効率化するため、構造設計者が長年にわたり蓄積してきたノウハウを数式化し、断面設計を自動で行う構造設計支援AIプログラムを開発しました。
1．開発の背景
構造設計者は、建築物の耐震性や経済性、施工性など多様な性能要件を満たすため、建築計画に合致した架構の形状や、梁や柱などの部材の配置やサイズを決定する役割を担います。特に「断面設計」と呼ばれるプロセスでは、構造の安全性や機能性、美観などを考慮しながら、地震などによる荷重に耐える部材形状やサイズを決定するため、試行、構造解析、評価を何度も繰り返す必要があります。従来の設計では、設計者の構造力学の知識と経験に基づいて行われ、設計の深度化や設計変更のたびに多大な手間がかかっていました。
ギリア株式会社（本社：東京都台東区、社長：齋藤真）の協力を得て開発した本プログラムは、こうした反復作業を自動化し、基本設計から詳細検討を行う実施設計にかけて支援することで、構造設計者はより多くの時間を別案の検討や改良へ振り向けることが可能になります。
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AIプログラムを利用した構造設計フロー
2．本プログラムの構成、特長
（1）クラスタリング活用で構造部材のグルーピングを効率化し、速やかなプラン検討を支援
構造設計者は、断面設計時、構造部材の長さや地震などにより部材に生じる力などの多様なパラメータによって、部材のグルーピングを行います。本プログラムは、教師なし学習の一つであるクラスタリング（※1）によって、自動的にグルーピングを行います。構造設計者は、グループ数を自由に設定できるため、コストや施工性などプロジェクトごとの要件を反映した最適な配置計画を立案できます。この機能により、複雑な構造設計においても迅速かつ柔軟な設計が可能です。
（2）長年のノウハウを数式化したルールベースAIにより、高速かつ合理的な断面設計を実現
本プログラムは、大林組の構造設計者が長年にわたり蓄積してきたノウハウをルールベースAI（※2）によって数式化し、各構造部材に要求される性能を整理します。また、数理最適化手法（混合整数形計画法）（※3）を活用し、短時間で最適な構造部材の断面を提案します。さらに、個々の部材だけではなく、構造骨組全体のバランスを同時に考慮することで最適な断面形状を導き出します。
ルールベースAIで数式化された熟練した構造設計者の知見と、数理最適化手法による最適なアルゴリズムを組み合わせた本プログラムは、迅速かつ合理的な断面設計を実現し、従来は数時間要していた計算を数分程度で処理します。
（3）AIによる設計プロセスの可視化で広がる、構造設計者の視点と建物特性の理解
ルールベースAIで数式化された熟練した構造設計者の知見と、数理最適化手法による最適なアルゴリズムを組み合わせた本プログラムは、迅速かつ合理的な断面設計を実現し、従来は数時間要していた計算を数分程度で処理します。
AIのアシストによるスムーズな設計検討によって、従来1週間を要していた断面設計を1日に短縮できるようになります。この結果、構造設計者は手戻り作業から解放され、価値向上に向けた創造的な作業に専念できるようになります。
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プログラムの構成イメージ
3．今後の展望
本プログラムは、現時点では鉄骨造建物を対象としていますが、今後は鉄筋コンクリート造や混合構造への適用を順次進めます。また、設計プロセス全体を通じたAI活用を促進し、構造設計者のニーズに沿った新機能の開発・導入を図ります。
大林組はAI技術を活用し、発注者や社会の多様なニーズに応える提案を続け、安全・安心な建築物の提供に貢献します。
※1 クラスタリング
機械学習における教師なし学習の一種。データの類似度に基づいてグループ分けを行う手法
※2 ルールベースAI
人間が設定したルールをベースにAIが作業を行う人工知能技術
※3 数理最適化手法（混合整数形計画法）
設定した問題に対し、数学モデルを利用して制約条件のもとで最適な解を導き出す手法
プレスリリース提供：PR TIMES
記事提供：PRTimes
