建築の設計初期段階における思考過程の支援システムに関する研究 by hitoshi watanabe

博士論文建築の設計初期段階における思考過程の支援システムに関する研究

1998年 10月早稲田大学大学院建設工学専攻・建築計画研究

曹

波

目

次

一一

― 一一

1章

第

一

―

一

―

一

―

一

―

一

―

-1

―

論

序

…

1.1

究

研

背

一

景

一

―

一

―

一

―

一

…

―

‐ ¨

1.2研

目

究

―

的

一

―

一

―

一

―

一

―

一

―

一

―

一

-4 ―

1.3

研

概

究

―

要

一

-6

―

設

支

計

ム

ス

シ

2章第

一

の

テ

援

方

一

―

一

―

一

論

法

-6

2.1

計

事

例

ム

ス

シ

援

支

設

と

の

テ

― ベ

2.2

ー

ス

論

推

方

一

―

一

の

そ

状

現

一

―

一

―

一

―

法

一

法

方

一

―

一

-9

一

‐

二

ベ

2.2.1

ー

一

の

ス

概

論

推

例

事

一

―

一

―

-11

一ベ

2.2.2

事

例

事

例

ー

ベ

2.2.3

ス

ー

推

論

推

論

の

特

一枠

一

―

徴

の

ス

一

要

一

―

一

―

一

―

一

組

‐

ベ

2.2.4

ー

の

ス

応

論

推

例

事

一

用

一

…

―

づの

2.3

本

位

究

研

…

2.4

と

ま

一

―

一

―

一

け

置

…

一

…

―

一

…

一

―

…

一

―

…

一

―

一

―

一

―

…

―

…

・

め

-17 モ第

3章

設

思

計

―

3.1

問

題

領

域

の

3.2

設

計

思

考

過

一

―

一

―

一

―

一

―

一

―

― 一

一

義

定

1/一

′

デ

援

支

考

一

-17

一

… … の

程

分

一

析

…

ー

3.2.1

設

計

3.2,2

設

計

3.3.1

事

例

Ⅸ

Mに

ロ

プ

セ

ス

モ

構

造

思

考

デ

… 一

―

…

一

ル

―

一

―

…

一

―

一

… 一

一

―

一

‐

…

一

…

知

の

識

分

一

―

析

一

―

一

― 3.2.3 設計思考の想起過程 ―事例発想一一一一一一一一―一一 -23 ‐ 26 3.3 設計思考支援モデル (Ⅸ M)― 一一―一 …∵一一 ― 一 … に

よ

る

よ

る

モ

ル

デ

ー

一

―

一

―

一

-26

…

一

3.3.2

計

設

支

援

式

方

‐

よ

Mに

Ⅸ

3.3.3

設

支

計

援

過

ま

と

め

一

―

一

―

一

―

一

―

一

程

‐

3.4

一

る

―

一

―

一

―

一

…

一

―

-31

設計事例の定式化一一 ―一 ――… …

第 4章設

計

事

設

計

思

の

例

成

構

要

素

分

析

―

一

―

…

―

4.1

… … 一一―一一一―一一 …32

一

―

一

―

一

―

4。

の情

考

報

建

築

法

4.4

定

式

化

一

規

一

―

…

一

―

一

―

一

―

一

―

一

―

…

一 ―

一

-33

…

一

―

一

―

4.3

一

―

一

…

‐

…

一

―

-38 の

一

―

例

事

一

…

4。

4.1

4.4.2

定

式

事

例

化

の

例

定

式

と

ま

本

の

―

の

例

事

知

識

…

知

識

事

例

の

現

表

技

法

構

成

一

―

…

一

―

一

知

識

一

―

一

―

一

5。

2.1

設

計

事

例

5。

2.2

設

計

事

例

の

分

の

内

一

―

一

―

一

―

一

―

一

-40

一

‐

― ―

一

-38

一

-44

一

―

一

―

一

―

一

―

一

―

一

―

一

―

一

―

-45

―

一

―

一

―

一

-45

一

― 一

一

―

一

―

-48

析

―

ー

デ

一

―

一

―

一

の

一

―

― の

一

―

一

―

一

5。

一

一一

一

5。

一

…

一

…

現

表

一

―

一

…

5章

第

―

例

一

…

素

要

… ―

一

め

基

化

―

4.5

の

事

一

―

一

タ

知

部

構

成

識

分

一

―

一

…

一

―

一

―

一

―

… 一

一

―

一

―

…

一

-48

一

-48

一

類

-50

5。

の

例

事

5.3.1

5。 3。

の

例

事

一

避

記

一

の

述

記

一

―

状

現

―

一

―

一

―

一

―

一

―

一

―

一

―

一

―

一

―

-50

一

… …50 事例とクラスーーーーーーーーーーーーーーーーーー …… 51 ― 事例の記述形式と例―― 一一一 ―― 一――一一 ――一― ‐

5。

―

と

ま

め

―

一

―

一

―

一

―

一

―

一

―

一

―

一

―

…

一

―

― … 建築図面の記述と評価方法――一一一―一 ―一一一一 ――一一一 56

第 6章

‐ 一

6.1

面

図

建

築

事

例

の

述

記

連

関

一

研

一

―

一

―

一

―

一

―

一

―

一

究

―

6.2

の

空

間

一

―

成

構

一

―

一

―

一

―

一

―

一

―

-57

一

6.3 空間構成の記述方法……… … …一 ― 一 …… … … … 一一 ― 一一一一 -59 …… … 一 ―― ― 一一一 ― ―一-62 6。 4 図面の差異の評価方法 ― ―一 ―― ―… ‐

の

6.5

複

形

図

雑

一

述

記

一

―

一

―

一

…………―――一――――一――――一――一―一――…65 一―――一―‐ 6.6 まとめ‐ “

設計思考支援システムの枠組み― 一一一―一一一一一一一一

第 7章

…

―

7.1

設

計

7.2

事

例

ベ

ス

シ

援

支

ム

テ

の

枠

み

組

ス

推

―

要

一

―

論

一

―

ー

概

―

一

題

問

一

―

一

― 一

一

―

一

―

-68

一

… 一

析

解

一

― 一

一

―

7.2。

一

―

一

―

-69

―

7.2.2

事

例

検

事

例

修

事

例

推

一

―

一

―

一

―

一

―

一

―

一

―

一

―

一

―

索

-71

一

7.2.3

正

―

7.2.4

-66

の

論

―

れ

流

一

―

一

―

一

―

一

-72

一

‐

ル

7.3

ー

一

ル推

7.3.1

ル

ー

一

―

一

―

一

―

一

論

ル

推

論

の

必

要

性

―

一

―

一

―

一

―

一

―

一

-72

-73 ー

一

ル

7.3.2

論

推

機

一

…

7.3.3

例

事

ー

ル

と

論

推

一

構

論

推

…

-79

…

一

の

ル

一

―

調

協

-81

―

7.4

よ

に

図

一

る

一

―

一

―

一

―

一

―

一

論

推

…

一

の

7.4.1

推

図

必

論

…

性

要

‐

― 一

の

7.4。

図

論

推

構

成

論

過

一

…

7.4.3

よ

に

図

る

推

… 設

計

一

―

一

―

…

一

…

… 一

7.5

一

一程

一

-87

一

証

検

一

…

ベ

7.6

ベ

ー

ス

と

ス

一

ー

一

… ベ

7.6.2

知

ー

…

―

…

ー

ス

識

一

― 一

一

…

一

―

一

―

一

―

一

…

―

一

―

一

…

一

…

一

-91

…

―

¨ ― 設計思考支援システムの構築― ―一一一一一―一一一一一 -92

第 8章

―

ス

シ

8.1

設

思

計

ム

テ

援

支

考

の

一

ー

ス

例

事

一

論

推

…

ベ

1.2

ス

例

事

一

―

一

…

―

…

理

管

―

一

-92

成

構

… ベ

8.1.1

8。

一

め

と

ま

一

…

一

・

7.7

一

… 事例ベースーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー 89

7.6。

ー

識

知

例

事

一

-93

…

一

―

-97

一

知

一

ー

ス

一

… 一

―

一

―

102

―

理

管

識

―

一ベ

1。

8。

―… 1餌 … 8.2 設計思考支援システムのデータ構成 …… 一― 一一一一一― …

…

8.2。

宅

住

ー

ル

規

法

…

一

ル

一

…

104

一

集

採

…

8.2.2

…

一

の

例

事

の

…

一

… 一

理

整

一

…

― 一

一

110

一

‐ …

…

の

8.2.3

設

計

… 一

と

理

整

則

規

一

―

一

115

一

集

収

‐

8.3

設

思

計

ス

シ

援

支

考

ム

テ

の

一

―

行

実

一

―

一

―

一

118

一

…

8.4

設

計

づ

の

者

位

…

8.5

と

ま

め

一

―

一

…

―

一

け

置

…

一

―

一

…

―

一

―

一

―

9。

一

123

一

・

一

―

結

論

今

後

一

―

望

展

―

一

… の

―

一

9。

一

一一

一

-122

一

論

結

121

一

― ―

一一

―

一

―

一

― ―

9章

第

一

―

― 一

一

―

…

一

…

-123

― 一

-128

一

‐

考

一

―

一

―

一

… … ―

一

130

―

献

文

… 一一謝

…

―

― 一参

一

辞

付録履歴書研究業績英文概要博士論文審査報告書

一

…

… 一一

一

―

一

134

第 1章

論

章論

第序

1。

序

研究背景

人間の思考活動を支援することは創造的な問題解決に携わっている人間にとってコンピュータが誕生して以来の「究極の夢」である。近年、情報処理技術の急激な発展に支えられ、人工知能技術、知識工学、認知工学、メデイア技術、ネットワーク技術などを駆使して、従来では不可能と思われていたコンピュータが人間の創造な問題解決・思考活動を支援するという研究が着実に進んでいる。

CAD(COmputer Aided Design)は本来、設計者が持つ設計対象物のイメージをシステムになるべく自然な形で写し取り、それを最大限に活用しながら設計者が中心となって設計者が持つ設計対象物べき属性などの情報を決定し詳細化していくための「思考環境」を提供するものでなければならない。しかし、現在実現されているCADシステムは明らかに形状情報に重きがあり、設計における思考そのものの支援は行わないし、問題解決能力も不足している。また、対象領域固有の知識がないため、設計者の意図を理解しないことは事実である。上述の問題点を解決するために、近年、CAD システムの本来の目的である設計における思考過程の支援システムの研究一知的な

CADに関心が高まっている。知的なCADという概念は数年前に世界中の会議、雑誌上で議論されるようになっている。従来のCADが設計結果としての対象の幾何学的表現を支援するのに対して、知的なCADは設計者の思考過程をより直接的に支援することを目的とするということである。知的なCAD研究には異なる研究思想がある。システムの設計活動への関与に関して、自動設計

(Automated DeJgn)あるいは設計自動化

第 1章

序

論

(Design AutomaJon)を目指す立場と、設計者を支援するまさにCADの環境の実現を目指す立場がある。それらの立場の相違は実際のシステムの性格や研究方法論に顕著に反映されているが、それでも全体に共通することは以下の点がある。まず、従来のCADと異なり形状情報や技術情報だけでなく、設計知識を扱うという立場が極めて鮮明である。次に、製図や形状の定義だけでなく広い意味での設計行為全般

への関わ

り、より本質的な部分での設計支援を意識している。建築設計分野でもここ数年、コンピュータ利用が急速に発展し、製図作業を中心に考えるCADシステムが多く開発されるにつれて、建築設計部門において、CADシステムを導入して意匠設計過程において、一般図 (平、立、断 )、詳細図、透視図、日影図を中心とする図面をcAD化したというCADシステムの利用は急速に普及した。しかし、このように製図の道具、あるぃはプレゼンテーシヨンの道具としてのCADシステムの利用が普及定着したのに対して、建築計画。設計段階において設計を発想し、設計思考過程を支援するシステムがあまり考えていない。設計者が製図をするのが任務ではなく、建築を発想し展開するのが設計の主要任務と考えると、CADシステムを設計者の思考や作業に馴染むような道具に変えて行くことは期待される。しかしながら、現実に建築設計は豊富な知識や経験、複雑な判断、あるいは高度な専門知識が要求され、設計者の専門的、経験的知識に基づく意思決定能力に依存するために、それらをシステム化することは極めて難しいと指摘されている。その理由として、芸術的創造活動である建築設計は芸術、意味、意志などを含む抽象度が高い概念に強く依存しているだけではなく、その目標の設定、設計意図の具体化、設計作品の評価などの設計過程も抽象度が高く曖味であり、設計と経験知識の規則を明示的に持たない場合が多いことなど非常に課題を抱えている。一方、人工知能の分野において、エキスパートシステムに代表される知識システムの問題解決方法として、ルールベース推論 (Rule― Based Reasoning)やモデルベース推論側 ode卜 Based Reasoning)が広く採用されてきた。ルールベース推論は領域専門家の経験的知識に基づくことから、効率性において優れているが、知識獲得という難しい問題を抱えている。モデルベース推論は対象とするシステムの構造や構成要素の特性に関する原理。原則的な知識を利用することから、完成性の達成は容易であるが、効率性において問題があることが指摘されている。近年、ルールベース推論とモデルベース推論を補完する新しい問題解決方式として、

第 1章

序

論

ベース推論「新しく発生した問題の解を過去に発生した事例から求める」という事例いる。その方法の基本概念は、過去に経験し CaSe― Based Reasoning)が注目を集めてのた事例を事例ベースに保存しておき、新しい問題が発生した時に、保存された過去ベース推論は類似の事例を利用して新しい問題の解を導出する推論過程である。事例い領知識獲得の負荷軽減と推論に対する問題解決過程の縮約と規則が明示されな問題域に対し問題解決能力の向上などの点が期待される。

1。

研究目的

本研究の目的は建築設計の思考プロセスの支援のために、設計

の初期段階の構想設

できる設計支援計に着日し、過去の設計事夕1を利用して設計者の能力を最大限に発揮ロセスにおいて創造的な問題環境の構築である。これは建築設計の初期段階の設計プびにコミュ解決能力、すなわち、設計者に設計思考プロセスを支援することおよ知的ニケーションを行うことを目指す。具体的には次の目標としてまとめられる。

1)設計事例に基づく事例発想による設計思考支援モデルを提案する。提案したモデルは設計の解の自動生成ではなく、類似事例の推論およびその事例の学習を結合しなみるがら設計者の想像力を誘発する支援方式を導入して設計思考支援環境の構築を試ことである。

2)建築設計における思考過程に適用している事例ベース推論という方法を導入することを中心として、従来のルールベース推論および近年発展中の図による推論を考慮した推論機構を統合する設計思考支援システムの基礎的枠組みを示すことである。

3)提案している設計思考支援モデルとシステム基礎的枠組みに基づいて、建築の設計初期段階における思考過程の設計支援システムを具体的に構築し、価することである。

この有効性を評

第 1章

序

論

1.3 研究概要本論文の構成は次の通りである。システムの研究の発展と現状を概観「第 1章序論」では、研究背景として設計支援の支援、あるいは設計思考過程の支援する上で、建築設計の分野における知的な設計びに研究概要として各章で議論されてに関連する研究から、本論文の研究目的、ならいる内容を述べている。システムの方法論というテー「第 2章設計支援システムの方法論」では、設計支援の検討を行う。特に、のマを中心として、従来の設計支援システムの現状とそ研究方法ーいて、これまでにおこなわれてきたコンピユ日本の国内における建築設計分野におをするうえで、本論文の研究方法タ技術を用いた設計支援に関する代表的な研究議論る起源、原理、枠組みおよびその応用において核心技術である事夕1ベース推論に関す文の研究の特徴を示しながら本研などを示す。さらに、それらの述説とともに、本論究を位置づけている。「第 3章設計思考支援モデル」では、本研究て問題解決を解説し、建築設計の思考プ

で支援対象とする設計初期段階におい

ロセスにおいて事例発想という設計方法がよ

がないことおよび設計の知識がルール形る。それらの一連の分析のことに基づ式で記述できない場合が多いという点を論述すし、事例発想を中心として規則いて、建築設計に適用している事例ベース推論を導入モル (DCM)を提案している。また、DCMによ発想と設計検証を統合する設計思考デできる支援過程を解説している。る設計支援過程において設計者の創造的な思考を発揮ベースシステムの基盤となる事例データの「第 4章設計事夕1の定式化」では、事例において設計思考に影響を与える情報か構成要素に関する検討を主な内容とし、事例のとなる設計者の設計理念や思想、ら構成要素を定式化する。また、設計の創造活動柱る報、および設計の思考活動に影響す設計の思考活動を記述する設計意図に関連す情例から設計の思考情報として整る制約要因としての法規を主要な内容として、設計事く使われること、設計の案に対する評価基準

理している。る重要な研究課題である知識「第 5章事例の知識表現」では、まず人工知能におけてその特徴を簡単に述べる。そして本シス表現の技法について、代表的な 5つを上げを分析し、事例における知識の類型テムで対象とする設計事例データとその構成形式

第 1章

序

論

いて設計事例をを分類して整理した上に、本研究がオブジエクト指向モデルのC持を用己述している。言「第 6章建築図面の記述と評価方法」では、問題解決過程に図面の役割

の視点の分

の記述べい類から、推論役割の図面の記述方法を中心的述てる。設計事夕1の空間構成の類づの方法および空間の評価方法を提案し、その提案した方法に基く建築空間形態似性の判別方法を示している。「第 7章設計思考支援システムの枠組み」では、事例

ベース推論という方法を中心

として、従来のルールベース推論および近年注目されている図による推論を付加したいる。そして、推論機構を統合する設計思考支援システムの基礎的枠組みを提案してベース推論、図によシステムの枠組みの基本的な構成である事例ベース推論、ルールる推論、設計検証及び事例ベースと知識ベースについておのおのの機能を詳しく解説している。「第 8章設計思考支援システムの構築」では、提案したシステムの枠組に基

づいて、

ステムの構成戸建て住宅を対象として設計初期段階における設計思考支援に関するシベースおよび領域知識ベーと機能を解説している。システムは事例ベース推論、事例スを軸としてその三つの機能モジュールを展開し、ルールベースと図による推論を事ついて例を通して解説し例ベース推論のモジュールと組み合わせてシステムの構築にている。そして、データとなる設計事例、法規規則、設計規則について、その採集方法を解説し、採集した実データのリストを示している。「第 9章結論」では、本論文の研究成果を概括し、本論文で提案した設計思考支援モデルと研究方法の有効性を考察している。最後、実用システムの開発のために問題点と今後の課題も示している。

第 2章

早立

第2

設計支援システムの方法論

2。

設計支援システムの現状とその方法

に、 MITの研究グルー CAD(COmputer Aided Design)というコンセプトは1960年頃プが提唱して登場したものである。MI「の研究グ

ループがコンピユータを設計支援に用

いて揚げられた日標は、 (1) いることを着想してCADの研究は始まった。この計画におーの形を媒介にしたコンピユー人間とコンピユータの対話によるコンピユタ利用、 (21図ュレーシヨンの三つに要約されCAD概タとの対話、 (3)コンピユータ支援によるシミ念は明確にされた。

1963年にSutherlandが実現した最初の図形処理シ

ステムSketchpadは現在のCADの原型

となった。それは単なる図形処理システムではなく、対話性、どCADにおける重要な概念を含んでいた。同時に発表され

データ構造、拘束処理な

たRothの論文においても、設

を提唱されている。しかしその後の計過程の記述という今日から見ても重要な概念となつた。設計と CAD研究の発展過程では、幾何情報の取扱いとその応用が中心課題いう観点からの議論は非常に少なかつた。の頃から比較的よく研究さは人工知能と知識工学の応用分野として、診断問題初期いる分野である。 1980年代に入つれてきた。これに対して、設計問題は研究が遅れて

システムが開発された。そてからはエキスパートシステムブームにのってさまざまなるの中で注目された研究として、次のようなものがあげられ。ムは最初の機械系CADに人工知能 1976年にStanford大学にLato面 beらの■ЮPICシステび的な研究としてはPreissがフ技術による応用するシステムである。Latombeに並先駆

第 2章

設計支援システムの方法論

フレーム理論をデータ構造として採用することを提案した。システムとし 1985年にCarnegic Me■ on大学の Rchak,Srirarnらは統合化高層建築設計ツトアーキテクチヤやデーてのKADBADEを開発したが、このシステムはブラツクボのシステムである。タベースとの結合など統合化CADの観点を明確に打ち出した最初 J.Gero(1985,1987),富山(1987),吉川 (1989)らが知的なCAD(htelligent Computer CADの研究が盛んになっ Aided Design)という概念を提唱すしたことによつて知的なていた。は1991年より1996年いその他、J.Geroが主催している「AIin Design」とう国際会議が発表されていた。まで4回に開催された。その中に建築設計に関連の研究論文多数

日本の国内における建築設計分野において、 1970年代か

ら、コンピユータ技術を用

いて設計支援を行う先駆的な研究として、大阪大学の笹田剛史教授、早稲辺仁史教授、東京大学の山田学助教授、東京工業大学開された。 1975年日本建築学会でも研究と実践

田大学の渡

の青木義次教授などの研究は展

の場でのコンピユータ利用委員回が発

シンポジウムが開催されたから、足し、 1979年同委員会主催で、第 1回電子計算機利用ついて、代表的な主要な研究は次のよ今年が 20回にも開催された。それらの研究にうに上げられる。ムの開発に関する基礎的研究」大阪大学教授の笹田剛史 (1976)は「建築設計システコンピュータの内部表現、内部表現からにおいて、設計者とコンピユータの関係からし、計算機援用建築設計システム外部表現への変換方法とデザインの評価方法を整理の概念モデルを提示した。コンピュータ技術を用いて設計評価を中心に早稲田大学教授の渡辺仁史 (1977)はにおける行動シミュた「人間の行動シミュレーシヨンという形で展開してき。建築計画ーヨンによる設計評価の方法論レーシヨンに関する研究」において、行動シミュレシミュレーシヨンや居住者の行を確立した。近年、設計案評価項目の一つである避難シや三次元モデルリングシステムの動シミュレーシヨンを事例に、空間モデル構成要素ーヨンのための空間記述言語の図形要素に付加すべき記述内容など、行動シミュレシの枠組みを提案した。計の初期段階における図形処京都工芸繊維大学教授の山口重之 (1986)は「建築設ン生成時の利用に関して、スツケ理システムの開発に関する研究」において、デザイ

第 2章

設計支援システムの方法論

。の重要性、視覚化の速性簡素性 ) チの役割から建築的思考 (図形的、視覚的な思考の手法と方法を「建築的思考支援シスを整理し、コンピユータにおける図形情報交換テム」として提示した。建築設計過程で設計者が自分の意図した建東京工業大学教授の青木義次 (1987)はベーを検討し、相関類推法を用いた建築知識の築空間をコンピユータに伝える際問題さらに、 (1996)生命の自然的な進スの生成と類推に関するアプローチを提案した。という遺伝アルゴリズム方法を用いて設計の室配化過程を模倣して最適化問題を解くローついて生命の進化と建築プランの改良との間のアナジ置問題に関する一連の研究にを考え、進化プロセスを模倣したプラ

ンの改良方法を提案した。

の科学的視点から建築を捉え、心的過程中筑波大学助教授の渡辺俊 (1993)は認知モデルについて言及し、設計の科学で用いにおけるシンボル体系としての建築のメタロセスのモデルに対応づけ、オブジエクト指向環境られる分析 ― 合成 ―評価というプるとともに、オブジエクト指向言語で統合化される建築の知識表現モデルを提案すステム Smalltalkを用いて具体的な知的CAADシ

(00AMS)の開発を行った。

企画設計過程で作成された多数のス熊本大学教授の両角光男、位寄久和 (1996)はモデルの遷移過程を分析し、そこに共通して見ヶッチや模型写真、図面など視覚表現を整理した。さらに企画設計段階ぃだされる空間モデルの構成要素の分類とその遷移モデリングシステムが備えるべき建における発想や思考を支援する道具として三次元た的CADのための空間記述言語を開発し。築モデルの空間記述モデル作を提案し、知

第 2章

設計支援システムの方法論

2.2 事例ベース推論方法人間が問題解決を行う場合、いつも原理、原則や規則に基づく推論によるのではなく、失倍を含めて過去の経験、特に類似した事例から問題の解を類推する問題解決を行うことは多いである。「新しく発生した問題の解を過去に発生した事例から求める」という事例ベース推論 case_Based Reasoning)がは1980年代初めごろから、主に認知科学の分野で研究進めらる。以後これに関する研究が広い分野で活発に行われる。さらに、1988年には、事例ベース推論に関するワークシヨツプが開催されるなど、静かに関心が広がりつつある。近年、事例ベース推論に関する研究が盛んになって、広い分野で実用のシステムもいくつか開発された。設計分野でも、設計方法論のひとつ新方法として、事例ベース推論が注目を集めている。一方、人工知能の分野において、エキスパートシステムに代表される知識システムの問題解決方法として、ルールベース推論cule_Based Reasoning)やモデルベース推論 CMOdel― Based Reasoning)が広

く採用されてきた。ルールベース推論は領域専門家の経

験的知識に基づくことから、効率性において優れているが、知識獲得という難しい問題を抱えている。モデルベース推論は対象とするシステムの構造や構成要素の特性に関する原理。原則的な知識を利用することから、完成性の達成は容易であるが、効率ベース推論性において問題があることが指摘されている。ルールベース推論とモデルを補完する新しい問題解決方式として、事例ベース推論は知識獲得の負荷軽減と推論に対する問題解決過程の縮約と規則が明示されない問題領域に対し問題解決能力の向上などの点が期待される。

2.2.1事例ベース推論の概要事例ベース推論の起源としては、 1980年代初めごろから、主に認知科学の分野で研究が進められた。エール大学のSchankらのグループによる記憶と想起に関する認知科学的モデルに求めることができる。Schankはその著書「Dymamic Memory」

において、"

人間が理解し、学習するということ」を想起という現象を通し議論し、さらに融通性のある記憶構造をいかに構造するかについて述べていた。Kolodnerは Schankの長期記ついて憶の認知モデルの研究に基づいて、問題解決における事例ベース推論モデルに議論していた。事例ベース推論という用語はKolodnerが最初に使っており、 1980年代

設計支援システムの方法論

第 2章

つている。後半よリー般的に使われるようになつて今日に至事例ベース推論のほかの源流は類推に求められ存に基づく類推、構造写像理論に基

る。類推研究としては因果関係の保

づく類推、部分同一性に基づく類推などがあり、

事例ベース推論に影響を与えてきたのはCarbonellが提案

した誘導類推である。誘導類

のをすることを基本として推は事例における解の誘導過程を変換して、問題解再誘導いるといえる。いることから、計画や設計などの合成問題のモデルにてきしてベース推論のワークシヨツプ 1988年には、米国フロリダでDARPAの後援による事例

IJCAI-89におけるKobdner が開催され、内外の関心を大きく集まるに至つた。また、した。日本では、とRLsb∝ kのチユートリアル講演は事例ベース推論の啓に大きく貢献 1990年には小林重信らのKSノ Ⅵ CAR

SWGが事例ベース推論の研究動向に関する調査研

は盛んなつていた。究を行うにつれて、事例ベース推論の研究と開発せるという個々の人間に想起とは一群の知識を構造し、それを適当な時期に取り出し、以前処理したこの生じる現象である。専門家は新しい入力を受け取ると、そ評価とに照らして理解する。すなわち、新経験が発生する時に、そ経験と照合し時に、想起が発生して、新経験は古

れともっとも関連深い

い経験を用いて問題解決をする。想

起は記憶構造の自動的修正の原動力である。理解とは過去

の経験の中で入力にもつと

から、以前の経験をも似ているものを探し出し、新入力と古い記憶との相違示す検索に照合してコード化することである。エキスパートシステムの原点は専門家の問題解決の思考過程を真似るわけ専門家が持つ問題解決の知識を集め、それを

である。

コンピュータ化することにより問題解決

しょうとするのはエキスパートシステムの普通の開発手法

である。

のに、過去に似た問題をどのよ専門家の作業をよく観察すると、新しい問題を解くいいままでのエキスパートシうに解決したかという事例を参照にしていることが多。めて推論してステムの方法には、専門家の問題解決の知識だけに注目し、それらを集とは専門いるが、過去の問題解決事例を参考にすることはなかつた。知的な問題解決家の知識を利用するだけでなく、専門家の問題解決

の思考過程を学ぶことで問題解決

いアプローチはーを行う。このような専門家の思考パターンをコンピュタ化するとう事例ベース推論の原点である。

第 2章

設計支援システムの方法論

2.2.2事例ベース推論の特徴次世代知識システムの基盤技術として、事例

ベース推論が期待された理由として以

下のようにある。

1)知識獲得の容易で難しく、それはエキ現実では、専門家の知識を明確化していく作業はかなり大変エスパートシステムがスパートシステムを開発する過程の最も困難なことである。キつている。事例はエピソート成功するかどうかはこの作業が旨くいくかどうかにかかが不在の問題として記憶されているので、獲得はより容易と見られる。また、専門家ていないことから、過去の探索事領域では、検索をガイドする理論や方法が確立され例を有効に利用する枠組への期待は大きいものがある。

2)問題解決の効率化していることから最適計画や設計などの合成型問題は、一般に、組合せ問題を内包ベース推論では、問題解決の全過程で解の探索に膨大な計算量がかかるために、事例にすることにより、推論最適解の探索ではなく、過去に解いた類似の事例を有効利用や探索の問題解決過程を縮約できる。

3)問題解決限界の拡大ればならないような現実には、曖味な不完全な情報から、ある程度の推測をしなけは問題に対してかな不良設定問題rill defmed problemJも存在している。専門家不良設定いた知識システムでは、規則り上手に問題解決を行なつている。従来の推論方式を用つている。事例ベース推が明示されない不良設定問題に対してかなり苦手の状態とないるので、規貝1はその適用条論は知識を規則ではなく事例として持つことを強調してとの兼合いの中で暗黙のうちに件を独立に明示しているのに対し、事例はほかの事例に対して問題い適用条件が決まる。事例ベース推論は規則が明示されな不良設定問題解決に有効な推論ができる。

2.2.3事例ベース推論の枠組事例ベース推論の原理は過去に行った推論結果をなんらか

の基準に基づいてメモリ

の強い適とのに格納しておき、新たな問題が発生した場合、メモリからそ問題関連性よとるものである。切な事例を取り出して、必要なら修正を加えて問題の解を得うす

第 2章

設計支援システムの方法論

について、構成要素及び推論流れを図2.1に一事夕1ベース推論システムの般的な枠組参照して解説する。

事例検索器

み図2.1 事例ベース推論の一般的枠組

・事例ベースであり、成功事例だけでなく、失敗事例も含特徴づけられた問題解決事例の集まりまれる。。問題解析特徴づけルールによつて問題の特徴

づけを行なうとともに、予想される問題点を列

挙する。・事例検索事例を格納した事例

ベースから与えられた問題の特徴と比べて、最もよく照合す

る

事例を検索する。。事例修正

の違いを考慮しながら、領域知識を使っい検索された事例を問題の間で照合しな部分れた問題の解とする。て、事例の解に対して修正を行なつて与えら・事例修復検索された事夕1の問題

への適用に失敗した場合、領域知識または別の事例を使

い、

るように、対応する特徴ルールを変更する。剣敗の原因を解析して、同じ過ちを回避すたすることができれば、これを与えられさらに、修復ルールによつて失敗事例を修復問題の解として出力する。

第 2章

設計支援システムの方法論

。事例格納器づ事例ベース推論による問題解決は、それ自身を新しい事例の獲得とみなし、特徴けを行なったうえで、成功事例として事例ベースに格納される。同様に、失敗事例も事例ベースに格納される。

2.2.4 事例ベース推論の応用事例ベース推論システムの研究開発は、アメリカでは 1980年代後半より始まり、最っ初は大学を中心に数多くの試作システムが構築され、産業界から注目されるまでになた。ここでいくつかのシステムを挙げる。 1)Battle Plan Advisor(1988)戦闘計画の提案と評価を事夕1ベースで行うもので、戦闘

の情

および作戦の情報を入力として、類似の戦闘事例及びその結果と解析を出力す

る。

2)JUDGE 有罪犯の判決を事例に基づいて推論すつもので、犯罪の記述および違反事実を入力すると、判決が出力される。50の事例を持つ。

3)Protos 難聴の診断を対象として、患者の兆候の記述を入力すると、診断が出力される。 120 の事夕1が格納されている。既存のエキスパートシステムの比較において Protosの有用性が確認されている。

4)CYCLOPS いて、景観設計領域において、新しい場所の代替的な配置の生成を行うタスクにお日標を入力すると、可能なレイアウトが出力される。

一方、日本国内でも、数年前より、事例ベース推論システムの研究開発が始まり、近年、事例ベース推論を利用する知的システムの構築法に関する研究が盛んに行なわれている。

1)機械調整支援システムベースたばこ製造機械を対象として、ユーザとシステムの協調に基づく対話型事例推論システムを開発している。

2)プラント診断システム

第 2章

設計支援システムの方法論

プロセス診断を対象として、動的メモリ上での事例ベース診断の方式を提案して

い

る。事例に基づく診断のために事例の操作に関して色々な方法を提案している。

3)事例を用いた法的推論システム事例を用いた法的推論の計算モデルの構築を目的として、解釈

の分析と事例ルール

による事例の表現方法、論理の構築方法を考察し、 HELIC― Ⅱという推論

エンジンを開

発している。

4)事例に基づく設計支援への展開おの受注生産型の標準機械製品を対象として、仕様書作成、特別使用機能よび機能の部品への展開をCBRにより支援する対話型設計支援システムSUPPORTを開発している。

2.3本研究の位置づけいて設計支援シ本章の前に従来の設計支援システムの研究、特に建築設計分野におステムの研究の現状とその研究方法を述べた。建築の意匠設計をデザイン生成とデザーイン生産という三階段に分類すれば、つまり、デザイン生成とは建築イメジの発想を中心として創造的な思考のプロセスであり、デザイン生産とはデザイン生成による発想されたイメージを実体としての建築に実現するプロセスであると理解すれば、図 2.2に示すように、次に研究目的、研究方法及び研究対象の視点から本論文

の研究の特

徴を示しながらその研究の位置づけをしたい。

設計支援システム

建築設計

デザイン生成

講帥藩轟暑棄議義≧

デザイン生産

設計製図支援システム

:茅:蒸

図2.2 本研究の位置づけ 14

第 2章

設計支援システムの方法論

1)研究目的笹田氏のコンピュータによる建築設計システムの基礎概念モデルの構築を目的とする研究があり、青木、両角氏らの一連の建築空間モデルの記述方式と記述言語に関する研究があり、渡辺氏の建築デザインのための知的CADシステムの基礎的枠組みに関する研究があり、山口氏の建築設計の図形処理に関する研究などがあるが、それらの研究に対して、本論文では設計事例発想による設計初期段階における設計思考プロセスの支援を研究目的とする。

2)研究方法世界中の会議、雑誌に事例ベース推論による建築設計に関する研究論文が多本発表されたが、しかし、日本国内には、従来の設計支援システムの研究は建築知識モデルの構築と知識の利用による問題解決などの視点を考えて設計を支援している研究は多いが、既存の設計事例を利用する設計思考支援の内容にはほとんど言及していない。本論文では、建築構想設計の思考過程に適している事例ベース推論という方法を導入することを中心として、従来のルールベース推論および近年発展中の図による推論を考慮した推論機構を統合する設計思考支援システムを構築することである。

3)研究対象設計初期段階における計画と設計に対して、それは設計者にとつて主要な任務は設計条件の分析と建築の基本イメージの形成をする発想する段階である。従来の研究では設計過程の図形情報を主要な処理対象とする研究が多かったが、設計思考に役割を与える様々な発想情報

(夕 1え

ば、設計意図など)を対象とする研究は少ない。また、

この段階において、設計条件を解明するため、建築の様々な関連法規を理解することは重要なことである。従来の研究でも、建築の関連法規を支援する研究はほとんどない。本論文では、設計者の意思決定に強く依存する設計初期段階における設計に役に立つ様々な発想情報の分析と整理およびその関連法規の適法性の検証を問題解決の対象とすることである。

第 2章

設計支援システムの方法論

2.4まとめーマを中心として、設計支援システ本章では、設計支援システムの方法論というテべムの研究の流れ、従来の設計支援システムの現状とその研究方法を述た。特に、日コンピュータ技術を用いて設計支援を行う本の国内における建築設計分野において、システムの技術基研究について、代表的な主要な研究を上げた。そして、次世代知識において核心の盤として、設計システムにとつて新な方法論であり、本論文研究方法びその応用などを示した。技術である事例ベース推論に関する起源、原理、枠組みおよという方面から、さらに、それらの述説とともに、研究の目的、研究方法、研究対象本論文の研究の特徴を示しながらその研究の位置

づけをした。

第 3章

章援

３支第考

設計思

設計思考支援モデル

モデル

3.1問題領域の定義建築設計は本来、計画、意匠、構造、設備、施現代の複雑で大規模かつ高度な機能を要求非常に広範になつている。設計対象によ

エー体となつた総合技術であるが、

される建築のもとでは必要とされる知識が

つて、さらに、意匠設計、構造設計、設備設

の思考方式、設計の知識、設計情報にも異計などの段階によつて、設計の行為、設計べての過程を一体となるシステム化することはなる形態と内容をとるため、設計のすをシステム化するために、設計対象非常に困難であると想定できるだろう。設計支援として、設計支援システムの構築を進をある程度に確定と分析をするのは基本な前提める。して、設計の初期段階において構想設計を本研究では、建築計画、意匠設計に着目ることである。建築には複雑なはたらきが問題解決対象として設計思考過程を支援すに対しておのおのの段階の定義についてあり、多様な形態をもっているが、設計過程を創るための計画と設計は図 3。 1に示すよう様々な解釈することは多い。ここで、建築がら進行すると理解することによつに、設計過程を計画の後段と設計の前段に重なりな

て、本研究の問題解決対象を定義する。と設計前 3。 1の部分のような計画段階本研究で問題解決対象とする構想設計とは、図いて確定した設計条件から実施設計の展開段という段階であり、設計の初期段階におとる設計活動とする。この段階の設までの間に建築イメージを定着することを目的す計活動の主な内容として、次の二点がある。

第 3章

Ｅ

計画前段

内部的要求と外部条件の把握

計画

―

Ｅ

計画後段設計前段

設計思考支援モデル

構翻

形態の基本をつくり方式を決定

設計

設計後段

細部の決定と設計図面への表記

施工

図3.1 設計プロセス

1.建築条件の分析と設定

建築は自然環境、建築技術。設備及びもっと広い社会環境との繋がりの中で、考慮すべき情報がどんどん増えている。設計に有効な情報を手に入れるために、それらの複雑な条件要素が当面する設計にどんな位置づけとなるかを、設計者が建築主から提示される要求に対して最も適切に理解し、建築主と完全な意思疎通を十分にはかりながら様々な建築条件を分析し、総合して、設計目標を達成するための設計条件を設定する必要がある。それらの条件を与条件と客観条件、あるいは内部条件と外部条件に分類している。与条件は建築主や使用者の立場から建築に対する設計要求の必要条件であり、普通建築主よりの考え方で表現されるので、建築的には必ずしも十分ではない。これは設計のための条件として常に適当であるとは限らない。そのまま設計の条件としたために

第 3章

後で様々な問題は生じる場合は多いである。例え件、物理条件、心理条件などがある。設計者

設計思考支援モデル

ば、利用者の立場から求める社会条

が与条件を元にしてさらに自身の分析、

判断を加えることによつて直接的な設計の課題

を設定する必要である。

外部条件は敷地とそこに建つ建築物に必然的にかか

わつてくる制約事項などの諸条

件のことである。それは地域の歴史、文化、人口

などの社会環境、土地、気象などの

自然環境、道路、隣地施設などの人工環境の条件

およびそれらの条件を制約する法的

ることはかなり高度な判断力と発想とが諸規制を含む。これらの条件を理解と把握す要求されることになる。

2.建築の空間構成、機能、形態の決定。ユーム、建築外観の概略の形これは設計条件を建築空間に具体化し、設計案のボリに定着する。それは総合化態、室内の平面配置、部屋の機能と形状など具体的な構想階平面計画、断面計画、する建築設計の第一ステツプとして敷地計画、外部環境、各立面計画を行う過程である。この過程で一般に多く設計者は頭に浮かぶアイデイアやイ号、文字などで表現し、新たな発想を展開しさら

メージなどを図、絵、記

に描くことを繰り返していく。そこ

ると同時に、設計者の設計理に自在で適切な表現能力、技術といつたものが要求されといつたものが多大な影響力をもつ。念や建築思想、直観力、造形感覚、経験、知識い的に寸法は表この段階での設計の特徴として、実施設計の展開と違、あまり具体としてスケツチ、エスキー現しない建築アイデイアの発想段階である。設計な表現方法スなどのにより設計案のイメージを表現する。

3。

2設計思考過程の分析

ロセスの思考方式の三ここでは、設計プロセスモデル、設計知識の構造、設計プ

つ

方面から設計思考過程を解析する。

3.2.1設計プロセスモデルる国際会議から、設計に設計方法論に対して、 1962年英国ロンドンで設計方法関すから主要な代表的設計プロセの方法論に対する関心が急速に高まった。その多く議論

第 3章

設計思考支援モデル

スモデルは次にあげられる。

(1)創造的思考の概念的プロセスモデルので、分析、総合、評価のサイクそれはR.DoWattsの円筒モデルなどに代表されるもュレーシヨンモデルを概念的に説明リックな思考の展開をするものとして、思考シミする立場である。

(2)設計プロセスを作業の手順と考えるプロセスモデル、評価にの概念モそれはBruce Archerなどによつて提案されるもので、分析、総合モデルに発展させるものとすデルを基本にした経験的作業によつてさらに細かい作業る。設計の長い経験の集積として、企画段階、基本設計段階、実施

設計段階、建設段

のがる階などの生産社会で受け入れられている業務の分担を表現したもあ。 (3)設計対象の内容が操作される情報のフローとするプ

ロセスモデル

それはC.Alexanderの提案するHIDECS論理などに代表され的思考を情報の変換作業と捕えて、インプットされ

るもので、建築家の創造

る情報と創造的思考のスクリーン

とる。を通してアウトプツトされる情報の関係を明らかにしようすのモデル化一方、知識工学の方法を用いてCADシステムを構築するには、設計過程が最も基本的な課題となる。設計論の研究には、建築や機械

の分野で個別的に発展し

てきた。

MLchdが Computer Aided Archtectural Designと

いう論文に、提案者・検証者

(Generator― Filter)モデルを示した。

を基礎吉川 (1987)は機械学分野に定着し、公理的集合論

として設計過程一般の記

るいは設計過程モデル論と述を試み、一般設計学を展開した。吉川らの設計過程論あのようにどう設計をすればいいかでは呼べる設計学の流れは経験主義的な設計方法論なく、設計をどうモデル化するかが興味の対象である。吉川

らはCADシステムにおけ

る設計対象モデル統合化のための計算可能な設計過程のモデ

ルを構築し、それをより

CADシステムを提唱した。

整合的、合理的なものに洗練し、知的、統合的、対話的な建築分野において、 1987年にJ.Geroは設計過程を帰納、

演繹、直観、経験、創造など

ら成立すると仮定して帰に基づく行為の合わせとして捉えたり、帰納、演繹、導出かモデルを構築した。 1989年にJ.Geroはデザ納、演繹、導出という 3要素による設計理論インにおける創造性を入工物の創造性とプロセスの創造性

とに分けて論じる必要性を

第 3章

性を説いている。前者は端的に表現するなら歴史的文

設計思考支援モデル

脈における前後関係に依存する

う必要があることを主張している。問題であり、デザイン科学では主に後者を取り扱として、組み合わせ (COmbin のさらに、」.Gero(1992)は創造性を実現するため手法創発 (Emergence) ation)、突然変異 (MutaJOn)、類推 (Anttogy)、

諄

3.2.2 設計知識の構造分析設計支援システムの構築するために、設計領域知識

の整理と獲得はシステムの能力

を決定する最も困難かつ最も重要なことである。建築設計

における知識のより深い理

を分析することは設計思考過程の解、知識の効率的な取り扱いのため、知識性格

の支

援の重要な技術基盤である。専門家が持つ知識には経験的知識と理論的知識

とがある。経験的知識は特定の型の

な理解とは一応分離されているの問題解決に特化されたものであり、その領域原理的も「経験知識」と呼ばことから、浅い知識 (ShJ10W knOwledge)と呼ばれる。それるために必要な知識であるれる。一方、理論的な知識は問題領域を根本的に理解す

こ

とから、深い知識 (deep knOwledge)と呼ばれる。知識の深さは相対的なものである。深い知識

と浅い知識の間に絶対的な限界がない。

な知識である。深い知識の例とし深い知識は浅い知識の正当性を説明するために必要モルー的な規定と規則などて、構造設計の数学計算式、数学的シミユレシヨンデ、法ることができる「知識」でを挙げられる。それは各種規準、文献などを通してだれも得である。るときに用いている知識と考え深い知識は専門家が未経験な状況に出会って熟考すパートシステムの性能向上に大きく貢献ることができ、その利用技術の開発はエキスするものと期待される。した知識でで一方、浅い知識も「経験知識」と呼び、長年の設計を通して自分獲得に依存している。また、「経験あり、だれでも得ることができることではなく、個人に分類することができる。規則的知識」は大きく規則的明示知識と規則的不明示知識を言葉で説明できる知識であり、明示知識は「状況」と「知識」との間の因結果関係ることは難しいである。規則的不明示知識はその因結果関係を言葉で説明す

第 3章

設計思考支援モデル

ＥＥ

識識知知いい深浅

ＦＩＬ

識知計設

図3.2 設計知識の分類

このような知識の分類にヌ寸して、次の例として、具体的に説明する。

知識分類の例

知識の分類

風圧力の算定方法

W=q*k (q=120h)

原理

w:風圧力 (kg/m) q:速度圧eg/m) h:盤面からの高さ(m) k:風力係数

構造

外壁後退 :用途地域が第 1種住宅専用地域の場合に、建物外壁後退距離は lmとなる

規則明示な知識

規貝1不明示な知

高齢者を含む家族構成の場合に、高齢者の居室を一階の日当たり通風の所に配置する。

<多極 >や <重層 >よりもさらに意図性の強い <複合性 >を求めている。その両方の組み合わがもつと緊密になしとげられた時私は<複合性 >という言葉を使いたいと思う。それが私の建築観の基本でもあるのだ。 (建築家東孝光)

図3.3 知識分類の例

第 3章

規則不明示知識は不良設定問題

設計思考支援モデル

であり、単に与条件が不確定だけ

でなく、建築家に

そのもれぞれ問題のありようが異なり、設計行為のらかは定義の不明な問題を通して内容明のにも内在している命題である。設計思考より、対象により、環境により、そ

な問題へと変換する。

がい概念には芸術、意味、意志などを含む抽象度高設計る建築であ動 1造活的倉芸術計作品の評その目標の設定、設計意図の具体化、設強く依存しているだけではなく、に持たであり、設計と経験知識の規則を明示的く曖味が高も抽象度程どの設計過価ななり困難であとめたり他人へ伝達したりすることがかない場合が多いので、それをまる。

についての述の東孝光が自己の建築観と設計基本手法なことであり、その文章だけを読べる文に対して、規則の形式にまとめることは困難例えば、図のように、建築家

んでもよく理解するのは困難である。

それらの規貝1不明示な経験知識に対

とつてはそして、経験が不足している設計者に

ことが望れらの経験知識を簡単に獲得する

ましい。

3.2.3 設計思考の想起過程 ―事例発想

をのの研究成果としては、想起とは一群知識構人間の記憶と想起に関する認知科学門家でるせるという個々の人間に生じる現象あ。専造し、それを適当な時期に取り出る。すし、以前処理したことに照らして理解すは新しい入力を受け取ると、その評価に、れともつとも関連深い経験と照合した時なわち、新しい経験が発生する時に、そのを用いて問題解決をする。想起は記憶構造い想起が発生して、新しい経験は古経験のの経験の中で入力にもつとも似ているもとは過去る。理解であの原力動正自動的修してとの相違を示す検索から、以前の経験に照合を探し出し、新しい入力と古い記憶

第 3章

設計思考支援モデル

コード化することである。るいがる建築設計の創造行為の発想の根源の一つとして、「模倣」とう現象あ。あや「影響」建築家の作品と他の作品との間に類似性が見られる場合に、これを「模倣」の意味と見る。影響とは精神に作用してから後、作品に結果として表われることであり、模倣とは精神に共鳴することなしに直接外郭だけを写し取

つて直接作品に表現す

ることである。知識と技術を学ぶことは創造行為に不可欠なものである意味にお

いて、

のはのすべての創造は模倣から始まるといえる。人間の持つ本能的な意味創造性人間いを生み出し模倣性が根源となって、さらに、この模倣性が異なる文明から新し文化はたり、様式や手法の模倣からひとつの伝統を作り出す。この意味で、建築の歴史模という言葉は倣の歴史であるといつて過言ではない。「建築設計は模倣から始まる」建築設計の模倣という性格を表記している。い設計初期段階において、設計者が何を考えて設計を行うか、言換えば、設計過程の中に設計者はどんな情報を使つて設計を行うか。現実の建築設計の思考過程をよくをに入れた観察すると、設計の初期段階において構想設計のために、特に設計問題手ばかり時に、初心者だけではなく、ある程度熟練した設計者にとつても、とにかくまず何かを参考にしたいということは普通である。して、例えば、ある住宅設計が依頼される場合に、設計者が与えられる設計問題に対ることまず、自身が与えられる設計問題に類似している設計を経験した事例を想起すの一が非常に自然なことである。その経験した設計は今回の問題に役に立てるか、そ部分でも直接に利用できるか考えて設計を始める。もし、自身が

この類似の設計を経

験しなかつた場合に、他人の設計作品を想起することも自然な思考手順

である。

のに、自身が設特に、特殊機能を持つ設計問題に対して、例えば水族館の設計場合のをの計経験もないし、自分の記憶に残っている事例もない時に、既存設計事例資料が始まる。こ調べて設計要点や設計手法を参考しようという考えを持ってきて、設計のように事例発想の設計思考過程は図3.4に示す。

第 3章

設計問題

設計

事例発想一

一

ボルチモア水族館

大阪水族館

テネシー水族館図3.4 事例の発想過程

設計思考支援モデル

第 3章

設計プロセスにおいて、設計思考

設計思考支援モデル

の事例発想過程は非常に自然な想起過程であり、

に他人の設計事例、どこか資料に設計事その想起過程に、自身の経験した事例、記憶でに対して役に立てる事夕1を想起して設計を行う例の順によつて与えられる設計問題ある。現実では、一般に設計者はそれま

でに著名な建築作品やその時代の建築思想な

どを

のしている建築作品を参考にし、建築家設計思考背景として、特に既存の優秀な類似え方、経験、教養といつたものを発揮の方法を学習しながら、自分の建築に対する考がよく用いられる。専門家も過去の事して建築アイデイアを発想するという設計方法である。例を極積的に利用していることは事実の思考過程を真似るわけである。エキスパートシステムの原点は専門家の問題解決をコンピユータ化することにより問題解決専門家が持つ問題解決の知識を集め、それムの普通の開発手法である。しょうとするのはエキスパートシステモデルに基づいたきわめて自然な問題解以上の解説のように、人間の行う問題解決の領域に適していると考えられる。決方法である事例ベース推論は建築設計

3.3設計思考支援モデル (DCM)

3.3。

1事例による思考モデル

つるの意味の差として現実的な差異になが。建築の形態の差異は機能の差、意匠差、を分析することは主要な課題である。本論文それゆえ、建築の研究の中でも建築形態ら、類似の設計案によつて設計プロは、建築の形態の差異と類似性を理解する立場かの出発点とする。セスにおける思考過程を支援することを研究へのプロセスという論点から、人間の記憶と建築の創造行為は模倣ではじまり独創いづいて、設計プロセスにおいて設計思考に大き想起に関する認知科学的モデルに基ることは本論研究の原点である。本論文が認役割を与える事例発想の重要性を強調すてに適用している事例ベース推論を導入し、知科学と情報処理学の立場から建築設計モルを提案する。提案したモデルをDCM(Design 設計事例を中心とする設計思考デ DCMは前に議論した構想設計を問題解決対 case ninking MOdel)を呼ぶこととする。をする創造的な問題解決を目指す設計思考過稗支援象として設計事夕1を中心内容とすび例検証三つ部分から構成される。る。ⅨMは図3.5ように、事例発想、規則発想及事

第 3章

設計思考支援モデル

設計過程

支援システム

図3.5 設計思考支援モデル・事例発想既存の設計事例には設計の解だけではなく、設計者の設計思想や設計方法も含まれる。類似の問題に対して問題解決に大きい役割を発揮できる視点から、設計者が類似の事例から問題解決方法を模倣や学習することによつて、設計の創造力を刺激することは本モデルに議論した事例発想の基本思想である。

DCMにおいては、大量の設計事例が事例ベースに体系的に蓄積されており、設計問題が発生した時に、事夕1推論を通して問題に類似している事例の検索を行う。DCMは発見された事例に設計思考に役に立つ様々な情報を通じて、設計者にアドバイスを与えたり、設計ノウハウを学習させたり、設計思考の創造力を誘発する方式を用いて創造な問題解決の思考支援過程を支援する。

。規則発想設計過程において、設計基本的な手法、特に建築法規に関連する規則をよく把握することは設計に不可欠なことである。現実では、一般の設計者がこのような設計規則を把握し尽くすことは不可能であろう。設計者にとつてそれらの設計規則を便利的に

第 3章

設計思考支援モデル

活用する支援環境が必要となる。は全に照合することはほの一方、事例発想の場合に、事例と与えられる問題条件完する問題解決は不可欠でをとんどないので、問題の条件に対して、適合する規則利用の則も領域知識ベースに蓄積されある。そのため、規貝1発想とは、DCMが大量設計規いに対して、ルールベース推論を通ており、問題解決過程に事夕1の参照ができな部分を発見することによつて、設計者してルールベースから問題解決に適合する設計規則せて設計過程を支援することである。に設計問題に対する適用する設計規則を学習さ

・設計検証設計案に対する適合性の検証と評価は設計

プロセスの基本な内容である。それは日

案の中に選択することに係わるもの標と比較した時に解の適当性を判定したり、代替な評価の基準と評価ルールがなである。現実では、建築設計の評価に対して、共通的を行う。そのため、設計のいので、評価者の経験や教養などのことによつて設計評価者にとつて設計評価の機能を含める支援環境

が望ましい。

いて設計の適当性を想定することによつて、類設計検証とは、既存の設計事例におに対して検証と評価を行うことであの似の設計事例を用いて、作成した設計案適合性の二つ機能は構成される。まず、設る。DCMでは、設計検証には事例検証と規則検証を用いて、類似事例と照合できる部分に設計案に対して、事例推論を通じて類似事例による検証は不充分の場合に、ルール推論に計案の適合性に検証と評価を行う。事例ることで設計過程の評価を支よる設計規則を用いてその適合性に検証と評価を補完す援する。

3.3.2 DCMに

よる設計支援方式

設計支援方法論において、ふた

つ異なる観点が存在している。一つは図3.6に示すよ

るいは設計自動化 (Design AutomaJOn) うに、自動設計 (Automated Design)あロセスを支援するまさにCADの環境の実現を目指す問題解決方式と、設計者の設計プでは、従来のエキスパートシステムの方を目指す問題解決方式がある。人工知能分野のを導出する問題解決方式は普通である。て法は、条件を入力して、推論を通し問題解において、自動設計あるの一方、システムの設計活動への関与に関する機械設計分野ることは多い。ムいは設計自動化を目指す立場から設計支援システを構築す

第 3章

設計思考支援モデル

支援システム

図3.6 自動設計の支援方式

しかしながら、建築設計という問題解決過程に対して、建築設計の特徴により、入力条件から問題の解を導出する問題解決方式が適用できない理由を次の方面から説明したい。

1)建築設計は分析。設計・評価を繰り返す過程であり、最終設計案が作成されるまでに、この過程は何回も行うかもしれない。設計解も何回に生成されたり修正されたりする。最終設計案といえば相対の概念である。また、設計解は一つではない、設計条件やコンセプトは同一でも、発想を変えれば別の案が考えられる。設計者によつて重視する設計条件が異なるため、いくつか設計案が出来る。設計解の唯一性を確認できないので、設計問題の解を自動的に導出することは意味があまりないであろう。

2)社会の発展と技術の進歩につれて、人間の生活も多様化と分化の方向をたどりつつあり、これに伴って建築の種類や目的も増えてきている。生活の変化に対応して建築への要求内容も変わるため、その時代と環境の産物とする既存の設計事例は現在の設計問題に対して適用できない部分があるかも知れない。既存の設計事例の解を直接に利用することはその解の正当性が確保できない場合もある。

3)建築設計は美と精神的な造形の過程である。コルビュジエは「建築家が精神の純粋な創造によって秩序を実現し、形を通じて造形てきな感動を起さしめる。」といった。建築設計が建築を使っている人間に精神的な造形を与えることは重要なことである。建築家の目的は依頼主に設計要求を満足するだけではなく、芸術的な創造を行うことである。問題に対する設計解より設計者の創造的な思考を誘発するものが望まれる。

第 3章

設計思考支援モデル

1譴甜過程

支援システム

図3.7 設計プロセスの支援方式

べのを把建築設計活動では設計者が主導をとって設計を行うので設計者がすて情報で握するための環境を提供しなければならない意味から、図3.7に示すように、本論提案する設計システムの支援方法は設計問題に対する設計の解を自動的に導出す

る支援

方式ではなく、設計者を中心としてシステムと相互に対話しながら、設計者に設計過程に関する設計思考情報を提示する方式でより本質的な設計支援を意識す

る設計創造

ベース推論を通して類似事例性を刺激することである。具体的にいえば、DCMは事例から得られる設計解と設計方法及び設計思考プロセスを利用して設計者の想像力を誘発する支援方式で、建築設計に適用している創造的な問題解決方式を提唱する。

3.3.3 DCMに

よる設計支援過程

DCMに基づく設計支援システムの構成と構築について第 7章と第 8章に具体的解説るする。その設計支援過程についてもそれらの章に具体的例を挙げて詳しく解説す。ここでは、DCMによる設計支援過程は図3.5を参照しながら簡略的に解説する。まず、設計問題が発生する時に、設計者が与えられた問題の設計要求と条件に対して、設計支援システムの指定している方式に従って設計問題の特徴を定式化してシステムに入力する。同時に、設計支援システムはDCMにより設計者を誘導しながら、設ー計問題の要求、条件、機能を意識して自主的に最初の設計イメジを生み出す。

第 3章

設計思考支援モデル

設計支援システムが設定した問題の特徴に従って事例ベースから最適な類似事例を取り出す。設計者は類似事例の設計解と設計手法が問題解決に対して役立つかどうか判断し、類似事例の設計解や様々な図面及び設計手法などの設計思考要素を参照しながら最初の設計イメージを修正し、新しいイメージを発想する。与えられた問題の特徴と類似した事例に相違の特徴がある場合に、その相違に対して、設計支援システムがルール推論の手法を利用して、領域知識ベースから適応する設計手法と法規規則を取り出し、設計者に提示する。設計者は提示した設計手法を学習して設計イメージを発想する。作成した設計案に対して、設計結果の適合性の評価を行う。評価は成功事例検証と失敗事例検証を含む。評価過程では、事例ベースから適用した事例を取りたして、その事例の構成内容を参照しながら設計案の設計結果を評価する。事例による検証は不充分の場合に、ルール推論による設計規則を用いてその適合性に検証と評価を補完する。システムは設計者に評価と検証の結論及びその対応する解決方法を学習させて設計案を修正させる。

3.4まとめ本章では、設計初期段階において問題解決対象とする構想設計を定義、解説した上で、その問題対象の特徴を分析した。そして、設計プロセスモデルと設計知識の構造に関して解析し、建築の創造行為は模倣ではじまり独創へのプロセスである視点から、人間の記憶と想起に関する認知科学的モデルに基づいて、事例発想が建築設計の思考過程に重要な役割を与えることを主張した。それらの一連の分析に基づいて、建築設計に適用した事例ベース推論を導入し、事例発想を中心として規則発想と設計検証を統合する設計思考モデル

(DCMlを提案した。そして、提案した設計思考モデルの間

題解決方法の適合性を強調した上で、DCMによる設計支援過程において設計者の創造的な思考を発揮できる支援過程を解説した。

第 4章

設計事例の定式化

第 4章設計事例の定式化

設計事例とは建築実体とその様々な設計図面および情報資料

を含む総合体である。

設計において設計事例の再利用とそのシステム化のために、そ

の建築実体を情報化す

る必要である。ここで、現実の設計事例を記述する様々な設計図面、写真お過程の様々な情報構成の総合体を事例として考える。巨大化、複雑化

よび設計

、高度化する建

ではなく、膨大かつ過剰な築要求に対する建築設計において、問題は設計情報の不足。っと広い社会環境との繋がりの情報である。建築は自然環境、建築技術設備及びもに整理利用する中で、考慮すべき情報がどんどん増えている。それらの情報を有効的ことは設計システム化の重要な点である。設計事例の定式化の目的とは、図4。 1に示すように、実世界

の設計事例をコンピユー

タの内部に処理できる形式に整理することである。コンピュータ世界

実世界

定式化一

char BuildingNalne[20]; char Structure[30]; foalt SiteArea;

foalt BuildingHeight;

図4.1実世界の事例の定式化

第 4章

設計事例の定式化

既存の設計事例を再利用して設計初期段階の設計思考を支援するためには、以下の点を考慮する必要がある。 1)設計事例の必要な情報

それは設計事例の認識と表記のために、設計事例の基本的な特徴 (建物の用途、敷地条件および建物の名、地理位置など)を記述する情報である。 2)設計思考支援への有用情報それは設計思考を支援するために、設計過程において創造的思考に関連の発想情報 (設計理念、設計意図など)を記述するものである。

3)設計事例の整合性の保守それは事例構成の完全性と構成要素の間の無矛盾を考えている。事例構成の完全性は上述の二つの事例の必要な情報と思考情報を整理する場合に、事例を記述するために、相対的完全情報を考慮する。本章では、設計事例の構成要素を中心内容として、事例において設計思考の役割を与える情報を捉えて事例を定式化することを議論する。

4。

1設計事例の構成要素

1980年代から、情報処理の分野の発展したオブジェクト指向の方法論は実世界の概

念を中心に組織化されたモデルを利用した問題解決のための新しい思考方法である。その基本要素はオブジェクトであり、単一の実体の中にデータ構造とその操作の両方を持つ。最も重要なことは、オブジェクト指向方法がプログラムやデータベースの設計に関するコンピュータの概念だけでなく、実世界の概念を使って現実の問題分析およびそのシステム化の設計にも有効的な分析方法であることである。オブジェクト指向の方法論の基盤技術の考えによつて、建築の設計における設計事例は問題記述、解記述及び方法記述という側面から構成されると考えられる。ここでは、設計事例を目標、条件、結果 (設計案 )、方法という面から、その構成要素を分析、整理する。

1.目標

設計目標とは建築主から建築に対する設計要求と希望という与条件を設定するものである。与条件は建築主の希望と要求を表したものであり、これは設計のための条件

第 4章

設計事例の定式化

として常に適当であるとは限らない。設計者はその与条件から建築の設計について間題を作成していく必要がある。これら表に現われた問題や潜在的問題も考えなければならない。例えば、建築主が使用者でない場合に、使用者の職業や性格などの潜在的条件を考えなければ、あともどりもあるかも知れない。ここでは、設計目標は建築の主要用途、規模、構造、予算、性格などを含む建築の与条件から構成する要素である。 1に示す。それらの要素を押。

表4.1 事例の目標の構成要素建築用途

専用住宅、共同住宅など

規模

家族構成、所要部屋計画など

構造

木造、鉄骨造、鉄筋コンクリート造など

性格

和風、洋式建築、使用者の職業など

2.条件条件とは建築予定地にかかわる敷地、周辺及び区域という外部的で客観的な諸条件である。建築の設計ではその周辺環境について考慮することが重要である。設計の初期段階においては、計画敷地に関する周辺条件を分析することによつて設計をはじめる。建築物の存在が他の様々な施設に対して影響をもたらす時代になる。それは周辺の区域社会や都市システムに与える影響を考慮することになしに、その設計を進めることは不可能である。ここでは、それらの条件に対して敷地という中心視点から次の表4.2に敷地条件、周辺条件、区域環境に分類して整理する。隷 .2 事例の条件の構成要素敷地条件

敷地面積、形状、高低差、方位など

周辺条件

周辺施設、隣接建築、隣接道路など

区域環境

用途地域、公共施設、自然環境、都市システムなど

第 4章

3.結果

設計事例の定式化

(設計案 )

結果とは作成した設計案を記述しているものであり、それは様々な図面、模型、建物写真、設計報告書などを含む。図面は建築設計の主な記述方式で建築を具体化するものである、その機能は設計のための思考手段としての意味と他人への情報伝達手段という役割がある。建築生産過程において図面の役割から大きく分類すれば、構想のための図面、伝達のための図面及び建築のための図面が考えられる。本研究では、第一番目と第二番目の意匠設計に関する図面を主な内容とする。それらの図面は次の表4。 3に示す。表4.3 事例の図面の構成要素

構想図

機能図、意図の図、スケツチ

基本計画図

配置図、平面図、立面図、断面図、透視図、模型

4.方法方法とは設計過程において設計目標を達成するため、使用した様々な方法と手段および設計プロセスの思考情報などを考えている。それは主な内容として設計過程において設計者の設計理念、設計意図などの思考情報と問題の設計条件を制約する法規から構成される。それらの内容は次の表4.4に示す。具体的に内容は次節で説明する。

4 事例の方法の構成要素麹。設計思考情報

設計理念、設計意図など

法規規則

道路斜線、北側斜線、日影制限など

設計手法

高齢者の設計、騒音防止設計など

第 4章

設計事例の定式化

4.2 設計思考情報の分析設計事例による設計思考過程を支援するため、事例に存在する設計思考情報

を収集、

べでは整理することは重要である。しかし、設計過程において扱うき情報多量あり、質的にも極めて多様な情報が複雑に関連しあつている。設計知識

の複雑さ、膨大さが

ついて困難なことは事実である。知識を利用するための設計の思考情報の定義と整理にをの本論では、設計の創造活動の支柱とする設計者の設計理念や思想、設計思考活動記述する設計意図に関連する情報および設計条件の関連の法規、すなわち設計活動を影響する制約要因の法規を主要な内容として、設計事例から設計

の思考

の思考情報を

捉えて整理する。

・設計理念建築家の建築に対する理念は彼の設計創造の魂である。彼の作品と設計手法築理念が映し出されている。設計作品を理解するためには設計者

には建

の建築思想と理念を

理解することが重要である。設計事例を収集すると同時に、図面だけではなく、建築家の建築思想と理念及び設計思考過程、設計手法などの整理を行な

つていくことが必

要になる。ていることを述べ例えば、図4。 2に示す設計作品から建築家の次の設計理念を反応し・いる。腋合的なものへ」とは、私は複合的なもの、多極的な世界を求めて旅立とう。・・ <多極 >や <重層 >よりもさらに意図性の強い <複合性 >を求めている。その両方の組み合わがもっと緊密になしとげられた時私は<複合性 >と

いう言葉を使いたい

と思う。それが私の建築観の基本でもあるのだ。 (建築家東孝光 )

囲 .2 設計理念の図例

第 4章

設計事例の定式化

・設計意図建築家の設計意図の中にさらに深い想像や精神世界が図面

から直接よく理解できな

ひとつの重い場合もある。その時に、言葉は設計意図の伝達と設計思考の媒体のもう思考を記述したり、図面要な道具となるる。それは図面を補助的に説明したり、設計と結合にして設計思考の想像力を誘発する設計思考道具である。をむと、設計者の設計意図例えば、図4.3に示すような設計作品に対して次の文章読をよく理解できるだろう。へがつのり、大る「渦巻の中心部の高く延びた部分からは、さらに空と上昇す想像原義郎) 地と天空への無限性を、建築の形にもたせることができる。」健築家池

酢 .3 設計意図の図例

・スケツチ設計図面は設計思考の固定と他人

へ設計意図を伝えるため、内容が正確で、かつ技

術的整合性がとれていることが最も重要な道具であ

る。それは設計解を表現すること

だけではなく、設計思考の媒体として新しい想像力を生み出す源

となる。ここでは、

スケッチ、エスキースを含む構想設計などの様々な設計図面を整理す

ることを行つて

いる。

。設計手法主が提示する建築機は建築設計の初期段階における構想設計に対して、設計者建築辺環境などのすべての能、規模、性格などの要求及び設計問題に対して建築計画、周といつたものを発与条件を分析し把握する。自分の建築に対する考え方、経験、教養

第 4章

設計事例の定式化

揮したり、他人の作品と経験も利用したり、設計案を定着することを行う。建築家が長年の設計経験から独自の設計手法をよく使っているのは普通である。一般に、このような設計手法は原理、規則になれない、本に収集されてないので、一般の設計者はこの設計手法を獲得することが望ましい。

4.3 建築法規建築法規の体系は法律、施行令、施行規則、細則と法律によつて委任された地方公共団体の条例とからなっている。規制対象の範囲が広く、技術的要素が特に多く複雑な構成をしているのが建築法規は膨大な建築関係法令集である。設計プロセスにおける計画、設計のそれぞれの段階において各種の法規制をチェックし、その内容を把握しておくことは避けて通ることができない要件である。しかし、建築物の用途に係る法規制にいたつては複雑多様化に対応して多岐にわたるため、相当手慣れた設計者でも法との対応が完璧になされているかとの不安を抱くことも実情であろう。とくに、経験の不十分な設計者にとつて該当規制を探すことが困難で、そのためにたいへんな作業を行なう必要である。本論では、設計事例に使っている規制を抽出して設計思考の情報として事例というオブジェクトに整理する。設計プロセスにその事例は利用される時に、設計者がその事例からその規制を使って設計を行なう。与えられる問題の条件と事例の条件と照合できる場合に、事例からその対応する規制を使って設計を進める。ここでの法規の整理に当っては、都市計画法、建築規準法などの主要関連法規を検討し、その中から意匠設計に際して必要な立地、形態など、建築物理てきな条件に直接的に、また間接的に影響を及ばす規定を抽出して整理する。それらの内容を第 8章に表 2の法規リストにあげられる。

4.4 定式化の事例 4.4.1定式化事例の基本要素上述のように議論したものに基づいて、それらの基本的な構成要素をまとめて次の内容に従って設計事例の実体を整理する。

設計事例の定式化

第 4章

、、、、類類類類嗣種種種種＜＜＜＜

幅、高低差 ) 幅、高低差 ) 幅、高低差 ) 幅、高低差 )

結果報告

建物高配置巨

容積率建ぺい率平面図立面図

図面

断面図透視図配置図

第 4章

設計事例の定式化

用途地域高度地区防火地域容積率建ぺい率道路斜線外壁後退高度制限

思設計情報:3333 考 E≡

設計手法意図図面

欧

.4事例定式化の要素

4.4.2事例の定式化の例ここでは、以上の解説のように、新建築住宅特集から採集された実例を用いて事例の定式化を目標、条件、結論および方法という四つの面から具体的に解説する。それらの解説を次の図4.5から図4.10までに示す。

設計目標主要用途 :専用住宅家族構成 :夫婦、子供 3人室の配置

建物階層

:2階

構造構法 :木造建枠組壁工法建築面積 :100m

図4.5 事例の例の目標

第 4章

条件敷地‐ 敷地面積 :236,53m 敷地形状 :長方形敷地高低差 : なし周辺条件

:Q2m

西側施設 :道路 5。価

高低差

北側施設 :隣地

高低差 :0.2m

東側施設 :隣地

高低差 :0.2m

南側施設 :隣地

高低差

:0。

区域条件用途地域 :第二種住居専用地域

:50% :1∞ %

建蔽率容積率

図4,6 事例の例の条件

設計結果 (報告書 ) 建物高さ :7.Omm 建築面積 :108.31m 延床面積 :182.49m 建蔽率 :45。 79%(50%) 容積率 :77,11%(1007o)

25A 北側斜線 :5m+1.25A

道路斜線

:1。

延床面積 :182.電 h

l階 :1“ ." 2階 :7631 建蔽率

:48.6%

容積率 :99。 37% 室配置

1階配置 :寝室、和室、食堂、 2階配置 :主寝室、子供室二つ

図4.7 事例の例の結論 (報告書)

設計事例の定式化

第 4章

図4.8 事例の例の結論

設計事例の定式化

(図面)

設計手法 5

IF 第一種住居専用地域

西側に道路がある

TIIEN l.建物を北側に配置し、

前面道路がある

南面に庭にする。

道路斜線 :1.25A

2.西狽1の部屋の窓に西日が

当たりやすいことに注意。

図4.9 事例の例の方法

(法規・設計手法 )

第 4章

設計思考情報設計主題

触覚空間への試行ここでは「安心感/開放感」「空間の変動/ 連続」、または「家脚個人」「日向ぼっこ/

一

緑陰」など、日常的なことを触覚的な切り口で整理しデザインの基準としている。

設計意図西側道路から見ると、敷地は斜めに二つされ西南方向に開かれている。金属板のクレーの屋根に並んで、その隣の切妻壁フレームには時間の経過と共に蔦が絡まリグリーンの屋根を形成する予定である。その下にアウトドアリビングとしてのデッキ空間、玄関へのアプ

ローチ空間、車庫を兼ねた前庭がある。

図4.10 事例の例の方法 (設計理念・主題・意図)

設計事例の定式化

第 4章

設計事例の定式化

4.5 まとめ本章では、設計事例の構成要素を中心内容として、事例において設計思考に役割を与える情報を捉えて事例の定式化を行った。ここで、オブジェクト指向の方法論の基盤技術の考えによつて、日標、条件、結果、方法という面から、設計事例の構成要素を分析、整理した。また、設計の創造活動の支柱とする設計者の設計理念や思想、設計の思考活動を記述する設計意図に関連する情報および設計条件の関連の法規、すなわち設計の思考活動を影響する制約要因の法規を主要な内容として、設計事例から設計の思考情報を捉えて整理した。そして、事例の基本的な構成要素を全体的にまとめて示した。最後、採集された実例を用いて定式化された事例の構成を図面を示しながら解説した。

“

第 5章

事例の知識表現

第 5章事例の知識表現

5。

知識表現の技法

人間の知的行動をコンピュータで実現するために、人間の知的活動によつて獲得された知識をコンピュータにどう表現することは人工知能における重要な研究課題である。知識の表現としては、表現が分かりやすく便利なことを目的とした方法と、推論時の効率を目標とした方法がある。知識システムを構築する場合に、問題対象分野

が

もっている様々な特徴のうちで、問題解決に影響を及ぼす条件を直接的に記述できることが望ましい。人工知能領域において種々の知識表現法が提案されている。ここで、べる。代表的な知識表現の方法として、次に 5つを上げてその内容を簡単に述

1)述語論理

2)プロダクシヨン・システム 3)意味ネット 4)フ

レーム

5)オブジエクト指向

・述語論理る思考の表現法として最も強力な手法の一つとして述語論理 (Predicate Logiclがあ。とそのうちでも特に一階の述語論理は人工知能研究の初期から推論や問題表現の手段して利用されてきた。論理の強力な点は形式的に体系が整備されているため、具体的な対象を述語を用いて記述すれば、あとは論理的推論機構によつて事実を推論するこ

第 5章

事例の知識表現

とが可能となることである。一階の述語論理を用いた有名な推論法はRobinsollの導出原理 (Resoluion Principle)であり、その導出原理を用いることによつて事実の検証が可能となる。述語論理による知識表現は理論的基盤に基づいた推論システムを実現できることを最大の特徴とするが、人間の持つ柔軟な情報処理能力との整合性は低いし、実用的なシステムを構築することは困難である。

・プロダクシヨン。システムプロダクション・システム (Producdon System)はエキスパート・システム構築の手法として最もよく利用されるシステムである。プロダクシヨン

。システムはプロダ

クション・ルール、いわゆる推論規則の集合と、推論の各時点で求める事柄の集合と、それらを用いて新らな推論を行う推論機構で構成される。プロダクション・ルールは一般に

条件部

■EN

結論部

という形をとる。条件部には複数の記述を論理積 (AND)、論理和

(OR)で結合で

きる。プロダクション・システムは非常に単純な表現形式であるため、理解しやすい知識表現である。また、各ルールを独立に解釈でき、モジュール性が高いため、新たなル

ー

ルの獲得、既存のルールの修正、削除が容易に行えるが、ルール間の関連が不明確であるため、システムの推論の不矛盾や整合性を守ることは困難である。

・意味ネットワーク各事物やそれらの関係をグラフの形で示そうとしたのがQulllianの意味ネット

(Semantic Network)である。意味ネットでは、問題領域内に含まれる個体、概念、状態などをオブジェクトとする。オブジェクトをノードとし、オブジェクト間に関係を枝とするグラフ構造として知識を表現する。意味ネットワークは直観性に優れ、表現構造に単純性

。一様性があり、理解しやす

い表現形式である。また、知識の追加、修正も容易である。しかし、機能の異なる記述が同一ネットワーク内に混在するため、推論に複雑な処理が必要となる。

事例の知識表現

第 5章

。フレーム

フレーム (FraFne)理論は典型的な状況やオブジ

エクトを表現するためのデータ構造

である。意味ネットワとして、Minskyにより提案された知識表現の方式来から提案されたいくつかの知識表現法を集大成

ークなどの従

したものである。

一つのフレームが一つのオ一般的なフレームはスロツトの集合として構成される。レーム名を用いて識別される。スロツブジェクトに対応し、ユニークに付けられたフのである。属性はスロツト名で特トはオブジエクトの特徴を属性埴の組で表現したもロのにあり、値に関する制約など、値の種類定される。また、フアセツトはスツト中を決めるものである。フレームは構造化された記述の階層的表現が可能である。

また、各フレームにはス

ロット値に、手続きやデーモンを記述でき、極めて強力な表現能力

を持つ知識表現で

あるが、知識の独立性が低いという問題がある。

。ォブジェクト指向が中心的役割を果のフレーム型の知識表現では、知識の階層性と性質や手続き継承つて定義されるクラス用のオブたした。オブジエクト指向に同 ∝卜Oriented)言語によ変数の値をジェクトはオブジエクト自体に与えられた内部変数 (instance variable)と計算するための手続き

(メ

はクラソツド:Method)をもっている。具体的な対象の表現

スオブジェクトのインスタンスとして生成され、イ

ンスタンスのもつ変数値はクラス

が持つているメソツドを継承することによつて計算され従来のコンピユータ言語では、一般にプ

ログラムとデータは独立しており、プログ

ラムが主導してデータ処理を行う流れであつた。オブ手続きをパッケージ化したもので、オブジ業を進めるという、データ主導の

る。

ジエクト指向とはデータとその

エクトの間にメッセージを交換しながら作

パラダイムに立つた新しい考え方である。

カプセル化 (情報隠蔽)、継承ーォブジェクト指向技術の基礎として、デタ抽象、エクト指向は問題解決の柔軟性や信メカニズムなどの向上の特徴があるため、オブジむ知識の表現力と柔軟的な問題解決頼性などを飛躍的に向上させる考え方であり、富能力も向上できる有力な方法として期待を集

めている。

第 5章

事例の知識表現

5.2 事例の知識構成の分析 5。

2.1 設計事例のデータ構成

という4元組で前に述べたように、本研究では設計事例を目標、条件、結果、方法モルを定着するため、これらのお構成することによつて、コンピュータ内部に表現デのおのの構成要素に対して対応するデータ性格を分析する必要がある。ータの性質を記述日標部において、建物用途、規模、構造などの各要素に対してデするため、属性形式を用いて表現できる。して属性形式でデー条件部において、敷地の面積、標高、前面道路などの要素に対を記でのタの性質を表現できるが、敷地の形状などの要素に対して画像表現形式図面述する必要がある。結果部において、設計結論とする設計案に対して、様

々な図面と設計報告など形式

で記述する。条件部のように、画像の表現形式と属性形式を用

いて表現する必要があ

る。てルールの形式で記述方法部において、建築法規と設計規則に関する内容に対し、のめのスケツチやエスする必要がある。発想情報に関する内容に対して、設計発想たの理念及びキースなどの記述は画像の表現形式が必要であり、設計主題や設計者建築設計意図の解説などの内容に対して文字列形式で表現する必要

である。

など上に議論のように、設計事例のデータ構成は属性、文字列、図形、画像、規則のに対応すの多様なデータ性格からなる。それらのデータ性質を記述するために、そる柔軟な知識表現形式が必要である。

5。

2.2設計事例の内部知識分類

している異なる知識類本節では、知識工学の立場から、設計事例が設計活動に関連ーから分析し、事型から構成する。ここで、事例の各部分およびそのデタの構成形式例の知識の構成は以下のように分類して整理する。

1)属性型知識それが文字列の形で設計条件を記述する知識類型である。例えば、建物

の構造 :木

のや照合などの操作の造など。属性型知識は事例の基本的な特徴を表現し、事例検索ールの型で構造化される。場合に役割を果たす知識である。基本的表現法はテプ

第 5章

事例の知識表現

2)幾何型知識それが建物の形状、空間的配置を表わす知識で、幾何構造を明らかにする。幾何型知識は事例の一つ内容として主に設計の結論を表現し、利用者に展示しながら設計発想に役割を果たす知識である。基本的表現法は幾何構造の方法で表現される。

3)数式型知識それが建物の物理的作用、条件を表わす知識で、建築の数理的な設計を規定する。例えば、構造計算、開口面積率計算など。数式型知識は事例の方法部の内容として、設計の方法を解説して役割を果たす知識である。基本的表現は通常の式記述を計算の原則に従って関数の型で表現される。

4)規則型知識それが設計プロセスにおいて設計規則、手法、法的規制などを表わす知識で、設計の手順を扱う。例えば、建築の各種関連の法規など。規則型知識は事例の方法部の内容として、設計条件に対応する問題解決方法を記述し、利用者に設計方法を示し、設計能力の向上に役割を果たす知識である。基本的表現法は「IF..THEN..」型で表現される。

5)説明型知識それは設計の文章化可能な構造を表わす知識で、設計の考案、工夫、意図を記述するものである。説明型知識は事例の方法部の内容として、設計図面に対して設計者の設計意図や考案を文字型で補充的に記述して利用者の発想に役割を果たす知識である。基本的表現法は文字列の型で表現される。

6)概念型知識それは建築の関連分野の教養的知識で、専用用語などのものである。例えば、第

種住居専用地域、鉄筋コンクリート造など。概念型知識は事例の目標、条件部の属性を記述するために、対象の表現の一慣性や入力の効率性などに役割を果たす知識である。基本的表現法はテーブルの型で構造される。

7)画像型知識それは設計作品の実体や模型の写真と図面を表わす知識である。画像型知識は事例の結論部や方法部として、設計の結果や設計の思考情報を記述し、利用者に展示しながら設計発想に役割を果たす知識である。その点を考えると、画像型知識が幾何型知識と同じ役割を果たす。設計の初期段階における構想設計という問題領域に設計の具

第 5章

体的に寸法をあまり表現しないため、画像型知識

事例の知識表現

のほうが幾何型知識よりよく使われ

る。

5。

3.1 事例の記述の現状

事例の記述

述は事例の特徴記述であり、事例の表現は一般に問題記述と解記述からなる。問題記の結論、主張、行は属性 ―値のペアの集まりからなるのが一般的である。解記述事例をプロダクシヨンルールと動、決定、解法などの問題のタイプに応じて異なる。事例がルールの結論部に相比較すると、特徴記述部がルールの前提部に相当し、解記述部のに対して、事例はインスタンス記当する。ルールは変数を伴うパターン記述であるであるのに対して、事例は大き述であることが異なる。ルールは小さいな知識の断片ロシヨンルール形式で表な事実である。したがつて、事例を記述するために、プダク現するのは困難であると判断できる。の表現法はまだ確立一の事例の記述と事例ベースの構造法について、とくに定形式のによつて、のされているとはいえない。ある問題状況が与えられた場合、そ事例構成のために、複これに関連深い事例の検索が効率よく系統的に行われる必要がある。そつの基準からそれを区別し得る数の事例に共通する特徴を抽出して一般化し、か共通としては、意味ネットワー特徴により、索引付けを行う場合が多い。具体的な表現法るが、フレーム形式でク、木構造、フレーム、オブジェクト指向の表現など考えられ表現されるシステムが多い。

5。

3.2 事例とクラス

よび内容構成という立場から、設計事例というもはその組織構造、知識類型の構成おいと比較すると、次のことォブジェクト指向プログラミングにおけるクラスとう概念が明らかになる。

1)組織構造るクラスは、オブジエクンロ単純に考えれば、オブジエクト指向プグラミグにおけソッド :medlod) トの内部状態を記述するデータ及びそのデータ処理を行う操作 (メーの応する操作かの両方により構成されるものに対して、設計事例も内部デタとそ対

第 5章

事例の知識表現

らなるものと考えられる。事例の目標部と条件部は事夕1の内部状態を記述するもので、方法部は内部状態を操作するものであると考えるのは非常に自然である。

2)知識類型の構成オブジェクト指向のクラスでは、多様な性格のデータを共存して記述できることに対して、設計事例には、属性、文字列、数式、図形、画像、規則などの多様な知識類型とデータ性格の設計知識を含むため、オブジェクト指向のクラスの概念を用いて事例を記述することに適用すると考えられる。

3)内容構成その点は 1)と

2)に述べた内容に似ている。オブジェクト指向のクラスでは、オ

ブジェクトの多様な性格のデータを共に記述するだけでなく、データに関する操作も共存して記述できるため、オブジェクトの内部組織の構造化、複雑なプログラミングもできることに対して、設計事例では、日標、条件、結果、方法という構造から構成されて、多様な知識類型とデータ性格の設計知識を含む膨大的なオブジェクト実体であることで、オブジェクト指向の方法を用いて事例を記述することに適用すると考えられる。

5。

3.3 事例の記述形式と例

知識の表現法は知識システムにおいて中心的課題の一つであり、問題領域に適用する知識表現法の選択がシステムの能力を決定するといっても過言ではない。事例ベース推論による設計支援システムを構築するため、知識工学の立場から設計知識の表現について、次の点を考慮する必要である。

1)知識表現力の強さと柔軟性まず、設計事例の構成内容の立場から、設計に関する概念と設計の意図を直接に記述する必要となる意味で、設計知識を素直、自然に表現できなければならない。つぎ、設計事例の多様なデータ性格の立場から、事例が属性、文字列、画像、規則などを含む多様なデータ性格を記述できなければならない。このような視点によつて設計事例を記述するため、知識表現法についてその表現力の強さと柔軟性は設計の問題解決に重要なことである。

2)知識利用の便利性と効率性知識の利用に対して、知識を直接利用することと、知識を用いて新しい知識を導出

第 5章

事例の知識表現

てを進める意することが二つ面ある。前者では、設計事例の内容を直接に利用し設計いはどう推論するかという味で、設計の問題に役に立てる事例をどう検索するかあることである。後者では、事例の内部に一部の知識が適用しない時に、問題解決に適用のように記述さする知識を導出しなければならない。その両者の問題解決のため、そでれた知識に基づいて、問題解決の推論のために、その結果が設計者にとつて有意味つ々をあるためには、単純に推論ができるというだけでなく、設計のも様な側面反映したものでなければならない。この問題は実に様々な意味をもっている。る上に述べた分析に基づいて、オブジェクト指向モデルを用いて設計事例を表現すセーのは適用していると考えられる。また、オブジエクト指向方法は抽象デタ、カプル化 (情報隠蔽)、継承などの利点も持つため、強く知識の表現力と柔軟的な問題解決能力も向上できる有力な方法として期待できる。本論文では、オブジェクト指向言語のC++を用いて設計事例を記述して事例構築を行う。次に設計事例の記述を示す。

￨￨￨￨￨￨￨￨￨￨￨￨￨￨￨￨￨￨￨￨￨￨￨￨￨llllllllllllllllllllllllllllllllll

〃ChOuSeCase設計事例 class (〕 HOuseCase {

public:

CHouseCase(){}; ∼CHouseCase(){};

Objective Cstring m-strBuildingUse;

Cstring m-strFamilY; CString m-strRoomPlan; CString m-StnrcturalForm;

int m-strFloor; Float

m-fBuildingAreaPlan;

〃建物用途〃家族構成〃室の配置〃建築構造〃階層〃計画建築面積

//Condition float m-fSiteArea; Cstring m-sffSiteForm;

〃敷地面積〃敷地形状

CEntry strSouth; CEntry strNorth;

〃南側施設〃北側施設

ベースの

第 5章

CEntry strEast;

CEntry strWest;

CStHng m_strUseRegion; CString m_HightRegion; CStHng tttrFireZone; ΠOat m fFloorAreaRatioPlan;

Float m fBuildingCoveragePlan;

CDrawing aDrawing;

〃東側施設〃西側施設〃用途地域〃高度地区〃防火地域〃容積率〃建ぺい率〃図面

〃ConClusion

Float m fBuildingArea Float m fFloorAre鶴 Float m_fFloorAreal; Float m fFloorArea2; Floatin fFloorArea3; Float m BuildingHcight;

Float m iFloorAreaRatio; Πoat m fBuildingCoverage;

〃建築面積〃延床面積〃1階面積〃2階面積〃3階面積〃建物高〃容積率〃建ぺい率

〃酉己置

CStHng m_strLoyoutl; CSt五ng mヒstrLoyout2; CSt五 ng mヒ strLoyout3; CSt五 ng m_strLoyout4; CString m_strBaselnent;

〃配置 1階〃配置 2階〃配置 3階〃配置 4階〃配置地下

〃MethOd

CRule aCodeRule; CRule aDesi♂ Rule;

〃法規ルール〃設計ルール

void lnitialize();

void GetDrawing(CString strNarne,int type); void SetDrawing(CString strNallne,int type);

void GetRuleo; void GetRuleo;

B00LGetCase(int); B00LSetCasc(intゝ B00LFFind(CString strFind);

事例の知識表現

第 5章

protected:

int

RecodelD;

CString m-strCaseName; CString m-strAddress; CString m-strDesinger; CString m-strowre;

〃登録 Id 〃事例名〃住所〃設計者〃所有者

); Class CDrawing{ intRecodelD; CString FloorDrawing; CString TateDrawing; CString SectionDrawing; CString hespectiveDrawing; CString SiteplanDrawing; CString ItoDrawing;

〃平面図〃立面図〃断面図〃透視図〃配置図〃意図図面

GetDrawing0; SetDrawing0; DeleteO; )

)v- )v,

Class CRule{ intRuleID; CString RuleName; SetRuleO;

GetRule0; Delete0; )

Class CEntry{

int RecodelD; int tpye; CString strName;

Float width; Float height;

〃登録D 〃方位〃施設名〃幅員〃高低差

}

/////////

事例の知識表現

第 5章

事例の知識表現

5.4 まとめ本章では、まず、人工知能における重要な研究課題とする知識表現の技法について、代表的な知識表現の方法の 5つを上げてその特徴を簡単に述べた。そして、設計事例の構成内容およびそのデータの構成形式から分析し、事例において知識の類型の構成を分類して整理した。設計事例に属性、文字列、数式、図形、画像、規則などの多様な知識類型とデータ性格の設計知識を記述するために、オブジェクト指向モデルを用いて設計事例を表現するのが適用していることを述べた。最後、オブジェクト指向言語のC++を用いて設計事例を記述する例を示した。

第 6章

建築図面の記述と評価方法

第 6章建築図面の記述と評価方7

とすることはもっ建築の空間構成を中心とする意匠設計では、図を基本的な思考手法るには、製図ムとも基本的なものである。設計支援のための知的CADシステを構築すにおいて図を考える問題解作業において図による問題解決ではなく、設計の空間思考いて、設計事例の図面構成を分決は重要な不可欠なものである。第 4章と第 5章におると、本研究において、設計事析した。問題解決過程に図面の役割の視点から分析す例の図面は問題解決過程に次の二つ役割がある。

1)伝達役割のから事例の設それは利用者が設計過程において事例ベースに保存する設計案図面ることである。を計者の設計意図を理解し、その設計図面を参照しながら設計発想すが簡単である画像その目的のための図面の記述について、外部表現が直観、内部表現の形式で記述するのは有効である。

2)推論役割それは推論システムが与える設計問題に対して最適設計事例

を検出するため、推論

ことである。具体的言えば、推論過程において事例の図面の類似性を判別、推論するして、多数の設システムが与える設計問題に対して、事例ベースの事例の図面を比較の記述について、外部のの計案から最適設計事例を検出することである。そ目的図面できないため、図面の記述方法表現が直観、内部表現が簡単である画体の形式が適用を考えなければならない。本章には、伝達役割の図面の記述方法に

ついて、特に述べる必要がない。推論役割

の図面の記述方法を中心的述べる。

第 6章

6。

建築図面の記述と評価方法

1建築図面記述の関連研究

建築設計の分野では、人工知能の手法を用いた図の研究について幾つかがあげられる。服部は住宅プランのn―LDKのように記号化された建築の空間構成を記述する形式言語 (生成文法)を提案し、その図形記述言語の可能性を述べた。青木は建築空間分析のためのスキーマグラマーによる一連の研究において、建築設計における図式性の概念の重要性を議論して、文法規貝Jやその導出過程そのものが建築形態の特徴や意味を反映したものとなるようにするという視点でスキーマグラマーという概念とこれに基づく空間分析方法を提案した。さらに、SALという建築平面記述言語で平面構成を機械的に記号列で表記する方法を提案し、その文法を満足する平面かどうかを判定するパージング方法を述べ、与えられる平面を規定している文法を構成する方法を示した。それらの研究において、いろいろの問題点が残つている。青木氏が提案したSALという建築平面記述言語を用いる問題解決において、SAL表現と平面図との関係 1対 1の対応とならない場合がある。例えば、次の図6.1に対して、この平面を表現するSAL表現が 2つ存在している。図中に示した「+d+/tx/nZ」と「+d+/tn/1XZ」という 2種の表現が可能である。

d:土間

z座敷

t茶の間

正寝室

d X

x:次の間

図6.l SAL表現の例

6。

事例の空間構成

設計事例の構成について設計条件及び空間構成の関係を事例特徴の主要内容として事例をまとめた。その設計事例の項目構成について第 4章と第 5章に示した。本節では、設計事例の空間形態に着目し、それらの異なる事例の空間形態の差違を求めることによって設計事例の類似検索を行う。そのために、まず、問題対象とする設計事例

第 6章

建築図面の記述と評価方法

に対する空間形態についてつぎのような区域空間、敷地空間

および建物空間を分類し

て分析する。・区域空間とその周辺施設からなる空間である。区域空間とは図6.2に示すように建築物の敷地なる周辺施設にこれは建築物の敷地とその周辺施設に相互に影響関係をもたらす。異の北側に道路があよって異なる建築形態を設計することが可能になる。例えば、敷地は異なり、異なる建築る場合と敷地の北側に隣地がある場合に、北側斜線の計算方法形態を設計する可能である。

図6。 2

区域空間

。敷地空間敷地空間とは敷地の形、および敷地の内部要素

の構成からなるものである。敷地

の形は建物形態の設計に影響を与える。敷地空間にお

いて図6。 3に示すように検討すべ

きことは住宅に対して一般に建物、庭、車庫など主な要素

図6.3敷地空間

。建築空間

をどう配置することである。

建築図面の記述と評価方法

第 6章

建築空間とは常識的な意味で、建物の外部形態とその内部

の空間の単位、種類およ

びその相互関係からなるものである。建築の空間構成の理解の方法は規模、距離関係、の内部室の位置は隣接、用途、行動上の意味などが多いが、ここでの主な関心事建物隣接関係と通路連接関係ということである。つながるという空間の単純

1)隣接関係は図6.4の (めに示すように室と室の間に直接に

な位置関係である。 υ連結関係は図6.4の (b)に示すように室と室の間にドアな

どによる直接に移動の可能

性を持つ連接関係である。

A室

B室

一

(b)室の通路連接関係

(a)室の位置隣接関係

図6.4建物の室の隣接と連接関係

の上述の空間構成という問題領域に対して、本論の第 7章に区域空間では敷地周辺に対して、敷地施設を設定する方式を通してある程度に問題解決ができる。敷地空間いの形状の類似性を判別するため、形状を完全にマッチする処理方式は困難であるとう点を考慮すると、敷地の形状を基本的形状として

いくつかに分類して、与えられる

問題敷地の形状の類似性を判別する時に、基本の参照して分類す

ることによつてその

敷地の形の類似性を求めることを対応している。本章において、建築空間という問題を中心的議題としてそ

の空間形態の類似性を求

めるために、次に述べる空間構成の記述方法と評価方法を考える。

6。

空間構成の記述方法

を理解し把握するた本研究では、異なる建築に対して、それらの空間形態の差異性のめに、従来の形式文法による空間構成の記述方式と異なつて、前節で議論した建築のさの面をと内部室の隣接と連接関係という空間構成に対して記述の簡素さ実現容易

第 6章

建築図面の記述と評価方法

のさの面を内部室の隣接と連接関係という空間構成に対して記述の簡素さと実現容易を意識した記述方式を用いて空間構成の形式定義を考える。ここで、問題記述簡略化いして表現するために、次の条件を前提にして空間構成の記述方式を考えてる。 1)住宅プランを問題対象とする。

2)常識な意味の室を空間単位として、その形状は長方形として考える。 3)空間の具体的寸法を表現しない。住宅でも都市型と地方型に分けて、記述の簡略化のため、都市型住宅都市型住宅は広い敷地が得られにくいため、玄関ホが多い。L・

を対象とする。

ール式、居間中央式などのプラン

DoKを生活の中心においたものが見られる。

以上の議論する上で、次の示すような記述方式で空間構成を定義する。

S=(Σ 、 V、

A、

ただし、 Σ :建築空間で常識的な意味の室という具体的な空間単位の集合である。

V:室の類型の集合である。室の空間単位を次の類型に定義する。ある室空間が必ず一つの室の類型集に属する。

B:私室 L:居間 W:洗面、浴室、便所 DK:台所、食事所 H:玄関ホール A:空間の接続を記述する操作関数の集合である。ここで次の操作関数を定義しておく。 Above(X,y):X∈ Σ、 y∈ Σ 且つ室xが室yの上にあるという二つの室空間の位置隣接関係を定義する。 Left(x,y):X∈ Σ、 y∈ Σ IL・つ

室xが室yの左にあるという二つの室空間の位置隣接関係を定義する。

第 6章

建築図面の記述と評価方法

MOVe(X,y):X∈ Σ、 y∈ Σ 且つ室xと室yの間に直接に交通の可能性を持ち連結関係を定義する。ここで、この関数にふたつのパラメータの順番の関係がない。つまり、Move(x,y)=MOVe(y,x)

P:Aで定義した関数関係により、指定した条件をすべて満たす操作関数の集合である。ここで、図65を例示として上述の空間記述方法を説明する。図中に(外の符号を室の名をとする。()内の符号を室の類型とする。太い記号「 ―」は二つ室の間に通路があることを示す。その場合に空間記述 Sは次に示す。

《DK) ￨

b(B)

図65

S={Σ 、 V、 Σ :{a,

A、

C(II)

e(W)

d(L)

【B)

￨

空間構成例 1

b, C, d, e, f}

V:B={b, f〕

L={d} W={e} DK={a} H={C} P:{ Abov∝

a,b)Above(C,d)Abovec e,f)

k光 (a,C)1」 KC,e)L■ (b,d)L光 (d,f)

Move a,c)MoVet b,d)MOV∝ C,d) Move c,e)MoVe d,f) 〕

第 6章

6。

建築図面の記述と評価方法

図面の差異の評価方法

設計過程において、異なる建築に対するそれらの空間の差異を把握す

ることは建築

空間の理解のため重要のことである。しかし、異なる建築空間の差異に対して、そ評価尺度は極めて曖味で、体系化された方法がない状況である。本論文

の

では、それら

の建築空間の差異を判別するため、室空間の型とその連接関係に着日して次の評価尺度を考える。 1)室の類型の評価

であの室の類型の評価では、ふたつの建築の空間構成についての室の同じ類型評価る。評価方法として、任意の二つの建築の空間構成

S2=(Σ

2、

V2、

A2、

:Sl=(Σ

l、

Al、

Vl、

P2)に対して、室という単位空間の構成集

(Σ

Pl)と

Σ2)の間

l、

にすべての室について同じ類型の室かどうか照合する。照合した結果は例えば建築空める。間Slと S2の場合に、次の計算式を用いて二つ空間構成の室の類型の類似値を求

ｋ

︲５Σ 〓

ｋ

︲５Σ 〓

室の類型の類似度 =1-

I p(Si,u1) - /(siuk)] (式 6.1) 2 [ψ (■ ,Uk)+ψ (ち ,Uk刀

ただし、関数 ψ6ち Ukソよヽ空間構成 Siについての室の類型Ukに属する室の数である。ここで、 Siと助は異なる二つの空間構成であり、 Ukは前に定義した室類型要素である。この式により、同じ類型の室が多い場合には式の値予

{B,LW,DK,H}の

のつが 1に近くなり、同じ類型の室が少ない場合には 0に近くなる。まり、室の類型類似度は 0から 1までの値となる。

2)室の連接関係の評価室の連接関係の評価では、ふたつの建築の空間構成に対して、位置

の隣接関係と通

路の連結関係を含む室の連接関係の評価を行うことである。その評価方法意の二つの建築の空間構成

:Sl=(Σ

l、

Vl、 Al、

Pl)と S2=(Σ 2、

として、任 V2、 A2、

P21に対して、操作関数集の間に全ての構成関数の照合を行う。その照合過程では、照合されるふたつの関数におのおのの室パラメータを同じ類型かどうか比較す

る。

第 6章

建築図面の記述と評価方法

の空間構成 Slと S2の場合に、次に定義する。・隣接照合規貝J: もし、Slの関数Above(X,y)X,y∈ Σl且つ x⊂ vl,y⊂ v2 S2の関数 Above(a,b)a,b∈ Σ2且つ a⊂ v3,b⊂ v4 且つ

vl=v3,v2=v4, vl,v2∈ Vl v3,v4∈ 碗

則 :関数Above(X,y)と関数Above(a,b)は照合する。ここで、x⊂ vは x室力ヽ類型であることを示す。次の解説でも同じ意味である。もし、Slの関数Let(x,y)X,y∈ Σl且つ x⊂ vl,y⊂ v2 S2の関数Lftca,b)a,b∈ Σ2且つ a⊂ v3,b⊂ v4 且つ

vl=v3,v2=v4, vl,v2∈ Vl v3,v4∈ η

則 :関数Left(x,y)と関数Lftca,b)は照合する。

室の隣接の類似度を、これらの照合規則によつて、次の計算式を用室の隣接の類似度 =2]乳 (Sl,S2)/(N【 Sl)+N【 S2))

いて求める。

(式

6.2)

ただし、 N【 Sうは空間構成 Siの関数集合 PJこ含まれる隣接関係関数の数

のの Msl,S2)は Slの関数集合 Plと S2の関数集合 P2に含まれる隣接関係関数間照合数

・連結照合規則

もし、 Slの関数Move(X,y)X,y∈ Σl且つ x⊂ vl,y⊂ v2

S2の関数Move(a,b)a,b∈ Σ2且つ a⊂ v3,b⊂ v4 且つ

vl=v3,v2=v4, vl,v2∈ Vl v3,v4∈ 碗

則 :関数Move(X,y)と関数Move(〔わ)は照合する。

いて求める。室の連結の類似度を、これらの照合規則によつて、次の計算式を用室の連結の類似度 =NM(Sl,S2)/(NKSl)+NKS2))

(式

6.3)

ただし、

NxS)は空間構成 Sの関数集合 PJこ含まれる連結関係関数の数の間の照 Цβ l,S2ソまslの関数集合 Plと S2の関数集合 P2に含まれる連結関係関数

第 6章

建築図面の記述と評価方法

鴫β l,S2)は Slの関数集合 Plと S2の関数集合 P2に含まれる連結関係関数の間の照合数

6。

複雑図形の記述

本章では、簡単な建築空間の形態を問題対象として問題解決の過程を解説した。さらに複雑な形状を考慮する場合に、問題解決のためにほかの制約関数が必要とする。例えば、図6.6の空間形態という問題を記述するために、単位空間の室の境界線に対する操作関数を必要となる。ここで、空間の形式記述において境界線に対する操作関数を述べる。

図6.6 空間構成例2

S=(Σ 、 V、

A、

A:{Line above(x,y):室 xの上側境界線が室 yの上側境界線と同じ Line below(x,y):室 xの下側境界線が室 yの下側境界線と同じ Line below_above(X,y):室 xの下側境界線が室y の下側境界線より上にある }

そして、図66の場合、その空間記述 Sの生成関数集 Pを次に示して問題を記述で

きる。

第 6章

g= (>, v. A.

建築図面の記述と評価方法

I i {a, b, c, d} P I { above(a, b) above(c, left(a, c) left(c, d)

Line-above(a, c)

Line-below(b, d) Line-below-above(a, c ) )

6。

6ま

とめ

本章では、問題解決過程において図面の伝達と推論役割の視点の分類から、推論役割の図面の記述方法を中心的述べた。まず、問題対象とする設計事例に対する空間形態について区域空間、敷地空間および建物空間を分類して分析した。建築の空間形態の差異と類似性という特徴を理解し把握することによつて、設計事例の空間構成の記述方法および空間の評価方法を提案し、その提案した方法に基づく建築の空間形態の類似性の判別方法を示す。さらに、それらの議論した方法について具体的例を挙げてその内容を解説した。

第 7章

設計思考支援システムの枠組み

第 7章設計思考支援システムの枠組み

7.1

設計支援システムの枠組み概要

事例ベース推論方法は問題に適用する類似事例を検索する方式で効率的に問題解決に役割を発揮しているが、しかし、検索された類似事例が問題に照合できない内容にベース推論を補対して、ほかの推論方法 (例えば、ルールベース推論)を用いて事例いて、設計完する必要となる。一方、建築設計の思考過程の支援という問題解決におの空間思考において図を考える問題解決は重要な不可欠なものである。本章では、第 3章の設計思考支援モデル (DCM)と第 5章の事例の知識表現方法などを議論した方法に基づいて設計初期段階に思考過程の支援環境の構築を目指し、建築構想設計の思考過程に適している事例ベース推論という方法を導入することを中心として、従来のルールベース推論および近年発展中の図による推論を考慮した推論機構を統合する設計思考支援システムの基礎的枠組みを提案する。提案した

システム枠

組みは製図作業を中心に考えるCADシステムの機能を満足させるものではなく、推論と学習しながら設計思考過程を支援する可能とすること目的とする。提案した統合化する推論機構では、上述の 3種の推論方式は一つが失敗したら、ほかに切り換えるという弱い結合形態ではなく、互いに協調を取りながら相補的に実行することにより、全体として、信頼性が高く、かつ効率的な問題解決を目指す。

DCMに基づいて設計支援システム枠組みは推論ベース推論、ルール推論、図によるベースと知識描論、設計検証、ユーザインタフェース及び事例システムの構成は図7.1に示す。

ベースから構成される。

第 7章

ューザインターフエス

設計思考支援システムの枠組み

事例ベース推論

図●よ￨る 1推論

■ル推論￨■ ンジツ

剛 .1.システムの構成

第 7章

設計思考支援システムの枠組み

7.2 事例ベース推論事例ベース推論機能は問題の解析、事例の検索、事例の修正からなる一連の推論過程を実行する。事例ベース推論はルール推論エンジンを通して領域知識を参照しつつ、必要に応じてユーザに判断を求めながら推論を進める。ここでは、本論における事例ベース推論の中心課題である問題解析、事例検索、事例修正の各機能を述べる。

7.2.1問題解析問題解析は与えられた設計問題を分析する上に、問題の特徴づけを行うことである。問題の特徴づけの目的として、問題解決に適用する類似事例を効率的に検索するため、問題特徴づけは与えられた設計問題に対するすべての属性ではなく、問題解決に役割を果たす属性を特徴づけなければならない。そのために、前のように議論した設計事夕1の構成に目標と条件のように、計画される建築目的、機能、規模、敷地、周辺環境などの様々な建築条件及び建築主の要求を記述する特定のテンプレートを定義しており、ユーザがこのテンプレートに従ってインタフェースを通じて知識ベースの概念知識を参照しながら設計問題を定式化する。このテンプレートの主要な項目を図7.2に示す。問題テンプレート主要用途 :専用住宅

家族構成 :夫婦、子供 3人構造構法 :木造 2階建枠組壁工法建築階数 :2 敷地面積 :236,53m 建築面積 :108.31m 延床面積 :182.49m 建蔽率 :50% 容積率 :100% 用途地域 :第一種住居専用地域防火地域 :なし高低差 :0 東側施設 :隣地高低差 :0 南側施設 :隣地西側施設 :道路5.Clm 高低差 :0 高低差 :0 北側施設 :隣地

囲

.2 問題テンプレート

第 7章

設計思考支援システムの枠組み

7.2.2事例検索事例検索では、問題解決に最も役割に与えると見られる事例を検索するために、間題特徴づけで定式化された問題特徴に従って事例ベースに記憶する事例の中から、その特徴が照合または部分照合している事例を取り出す。設計問題がある事例と完全に照合できれば、その事例を問題の解として結果を出力する。その時に事例ベース推論も終了できる。しかし、事例ベースに記憶された事例が設計問題を部分にしか照合できない場合が多いので、事例の類似検索方法を考える必要である。類似事例の検索のために、問題と事例の間での属性名及び属性値の一致および不一致の程度を何らかの方法で尺度化することは必要である。属性名及び属性値はその相対的な重要度に応じて順序づけまたは重みづけられることが必要である。多くの事例ベース推論システムの開発について、事例の類似検索方法に関して通用的な定着した方法がない、おのおのの問題分野に適応している検索方法は考えられる。本論では次の検索方法によつて類似度が高い事例の検索を行う。

(1)キーワードによる検索キーワードによる検索では、まず、ユーザが問題の特徴の中にいくつかの重要と思われる属性を検索キーワードとして指定し、その問題属性と照合する類似事例の検索を行なう。次に、与えられる問題を参照しながら照合された類似事例集に最適的な事例を選ぶ。あるいは、他の方法を用いて検索された事例集からもっとも役立つ事例を選ぶ。キーワードによる検索は最も基本的な検索方法である。その方法には、多くの特徴を指定すれば、類似の候補事例の数は少なくなる。しかも、指定する特徴が多くなると、一致する候補事例が存在しない可能性がある。少数の特徴を指定すると、たくさんの候補事例が出る可能性があるので、事例の類似検索の意味がなくなる。問題の特徴をどう指定するか、それをしっかり把握することは困難なことである。特定の場合にこの検索方法は適用できることである。

(2)重みづけによる検索ユーザが与問題の特徴について、問題解決に役立つ程度を判断して問題の各特徴に重みづけをする。システムがそれらの重みを用いて、次式の類似度の計算方法で事例

第 7章

設計思考支援システムの枠組み

ベースに各事例の類似度を計算し、同時にしきい値というパラメータを導入して、このしきい値より大きい事例を類似事例集に移す。類似事例集から類似度が高い順に候補事例を選ぶ。もし選ばれた事例が適正でない場合には、類似度の順によつて次の類似事例を選ぶ。ユーザが与えられた問題の特徴に重みづけをして、システムがそれらの重みを用いて検索を行う。その手順は以下の通りである。 step l:ユ

ーザが与えられた問題の各特徴について問題解決に役立つ程度を判断して問

題の各特徴に重みを与える。 stp宏システムはこれらの重みに従って、次の式を用いて事例ベースに各事例の類似度を計算する。

類似度

(WF[i]*MD[i])/Σ WF[i]

i=1

ここで、

(式

7.1)

1=1

WF:重

み

MD:マッチ度 ■ 問題特徴の数マッチ度は問題の特徴が事例の特徴とマッチする場合には 1、マッチしない場合には 0と定義される。 step 3:類似度の順に事例をソートして、しきい値というパラメターを導入して、この

しきい値より大きい事例を類似事例集に移す。 step 4類似事例集から類似度が高い順に補助事例を選ぶ。もし選ばれた事例が適正で

ない場合には、類似度の順によつて次の類似事例を選ぶ。

(3)キーワード+重みによる検索まず、ユーザが問題特徴の重みを定義する上に、重みによる類似事例の検索を行う。次に照合した類似事例に検索キーワードを指定し、類似事例の検索を行なう。このような検索方法

(1)と (2)を併せて、ある程度に検索効率を改善できる。

(4)図による検索上に述べた方法では、与えられる問題の一般属性特徴に従って事例ベースに記憶す

第 7章

設計思考支援システムの枠組み

る事例の中から検索する。設計事例の空間幾何特徴に関する検索方法を言及していない。図を基本的な思考手法とする建築設計の空間思考において、図を考える問題解決は重要な不可欠なものである。図による類似事例の検索は本論のもう一つ重要な特徴である。その具体的な内容は7.4節で解説する。

7.2.3事例修正検索された候補事例を現在の問題状況に適合させるために、事例修正を行う。候補ベースを用いて事事例と設計問題の特徴の間で照合しない相違を考慮しながら、知識例の解に対し修正を行い、修正した事夕1を問題の解とする。しかし、建築設計にお

い

ては、設計事例の結論とする図面を修正すると、設計者の設計意図と設計案の整合性を守ることが非常に困難になる。また、修正しても修正案が最適解であるとは限らない。それらの問題点を考慮すると、本システムでは設計問題に設計解とする図面を直接修正するのではなく、問題に対応する設計規則を修正し、設計者に修正した設計規則を学習させて事例修正を行う。例えば、事例に敷地の用途地域が第一種専用住居地域であり、設計問題の用途地域が第二種専用住居地域である場合に、第二種専用住居地域に関する規則を事例の設計規則に替える。ついては、第事例修正の手順は以下のとおりである。その具体的な例とする解説に 7.3.3節の図7.Hを参照する。

1)設計問題の特徴に対して推論の関連の特徴を推論条件集合として作成する。また、設計問題の特徴と事例の特徴の相違点を取り出し、特徴の相違集合を作成する。

2)相違した特徴に対して修正問題対象を特定して、ルール推論エンジンを起動して修正問題に対応する設計規則集合を作成する。

3)ルール推論エンジンに適用されたルール集合を修正事例に登録する。

4)適用されたルールを解釈し、修正した事例の相違点と設計規則と手法を利用者に提示して学習させる。

第 7章

設計思考支援システムの枠組み

7.2.4事例推論の流れ

の上のように述べた事例ベース推論過程において、問題解析、事例検索、事例修正の各機能の動き過程には、それらの各段階におけるデータの流れを次図7.3に示す。

_…

■ト

一

データの流れ処理の流れ

3.事例推論の過程剛。

7.3 ルールベース推論 7.3.1 ルール推論の必要性事例ベース推論は新しい問題解決の方式として知識獲得の容易

と問題解決過程の短

縮などの利点があるが、その推論能力の限界がある。例えば、事例推論

の過程におい

て、事例の照合が充分できない場合に、対応する問題点を解決するため、様方式で推論過程に相補する必要となる。事例

々な推論

ベース推論過程において、検索された類

似事例に対して問題解決に役に立たない内容に関して領域知識を用

いて事例修正を行

まなけをう。領域知識を効率的に利用するため、問題解決に適用する推論方式絞り込ればならない。ールベースに格納し、ルー多くのエキスパートシステムでは、知識をルール形式でルムでルに基づいてルールベース推論を行うことより問題解決を行っている。本システは、事例に設計規則と法規規則のルール形式を用いて記述することより、効率的な推

第 7章

設計思考支援システムの枠組み

論のために、ルールベース推論を絞って事例ベース推論と相補しながら統合的な推論機構を考える。

7.3.2 ルール推論機構ルール推論機構はワーキングメモリ (Working Melnory)、ルールベース (Rule Bぉ e) および推論エンジン (hferenceEngine)から構成される。図7.4に示す。

ワーキングメモリ

(WOrking memory)

ー

ンージン￨￨ 1推論■― Cinfeenccll鈍 inc)

差異条件集合

適用ルール集合

ルールベース

(rule base)

剛 .4 ルール推論機構

。ルールベース

ルールベースはプロダクションルールの基本的な形式を用いて建築家の持つ設計ノウハウや設計規則や法規規則を記憶するルール集合である。そのルールの基本的な形式は

IF前提

TIIEN結論

(あるいは行動 )

であり、IF― TIIENルールとも呼ばれる。前提の部分を前提部や条件部、結論の部分も結論部や行動部という。IF― TⅢNルールによる法規規則の表現例を以下の図7.5に示す。

第 7章

設計思考支援システムの枠組み

用途地域が第 1種住居専用地域である

■ EN外壁後退が lmとなる

酌 .5 ルールの例

ルールの前提部には複数の記述を論理積

(AND)と論理和 (OR)で結合して与える

ことができる。例えば、次の図7.6に示すルールではその両者が組み合わせた形で用いられている。

用途地域が第 1種住居専用地域である

AND m

前面道路がある道路斜線 :1.25Aとなる

囲 .6 ルールの例

。ワーキングメモリワーキングメモリは推論過程中において短期作業空間であり、推論の各時点で求まっている事柄とルールの集合、問題及び推論の結果の問題解が一時的に格納される。ワーキングメモリの初期状態は観察によつて、あるいは利用者への質問によつて明らかにされた既存の事実の集合により構成される。推論エンジンによリルールのが実行されることによつて、ワーキングメモリの内容が更新される。そして、適用可能なルールがなくなつた時点で処理を終了し、その時点におけるワーキングメモリの内容が最終的な結果となる。ヮーキングメモリでは、問題解決に役割を与えることにより、事柄を基本条件集合と差異条件集合に分類する。ルールを適用ルール集合、解ルールに分類する。基本条

第 7章

設計思考支援システムの枠組み

件集合は問題の推論条件からなるものである。差異条件集合は問題と類似事例の特徴の相違条件から整理するものである。適用ルール集合は類似事例のルール集合からなるものである。ここでは、次の図7.7に示すように、設計事例を例として、上に述べたワーキングメモリおよび基本条件集合、差異条件集合、適用ルール集合、解ルールの概念を解釈する。

基本条件集合主要用途 :専用住宅

家族構成 :夫婦、子供 3人構造構法 :木造 2階建枠組壁工法建築階数 :2 35m 敷地面積 :2∞ 。建築面積 :120m 建蔽率 :60% 容積率 :10Cl% 用途地域 :第一種住居専用地域防火地域 :なし高低差 :0 東側施設 :隣地 :隣地高低差 :0 南側施設西側施設 :道路5.肺高低差 :1.2m 高低差 :0 北側施設 :隣地

囲

.70ワ

ーキングメモリの例 (基本条件集合 )

差異条件集合 1.家族構成 :夫婦、子供2人、老人 2.西側施設 :道路5.Om 高低差 :1.2m

7(b)ワーキングメモリの例 (差異条件集合) 剛。

第 7章

設計思考支援システムの枠組み

適用ルール集合

IF AND AND

第一種住居専用地域前面道路がある隣地と道路の高低差 >lm

TIIEN道路斜線

:(H-1)+1・ 25A

高齢者がいる

TIIEN l.玄関前の段差、スロープ 2.居室を一階の日当たり、

通風などの所に配置

囲 .7(c)ワーキングメモリの例 (適用ルール集合 )

。ルール推論エンジン本システムのルール推論エンジンの構成はワーキングメモリ初期化、ル

ール照合、

競合解消及びワーキングメモリ更新の四つの部分を考えている。

1)ワーキングメモリ初期化ヮーキングメモリ初期化では、事例修正或いは設計検証からの設計問題の推論条件集合を基本条件集合として、設計問題と類似事例の特徴の相違条件集合を差異条件集ー合として、類似事例のルール集合を適用ルール集合としてワーキングメモリの関連デタを作成する。図7.7に示した例を参照する。

2)ルール照合ルール照合

(―h)では、差異条件集合を主キーとして、基本条件集合を結合しな

がら、ルールベースにすべてのルールの条件部の照合を行う。条件を満たすすべての競合ルールを求める。

3)競合解消 76

第 7章

競合解消

(con■ にtresolution)で

設計思考支援システムの枠組み

は、ルール照合の結果に対して適用可能なルールが

複数個がある場合には、実際に適用するル

ールを決定するため、ルールの競合解消を

行う必要となる。ルールの競合解消の方法として、

ルール優先順位、フアースト・マッ

ランダム・セチ、最近実行ルール、条件部の複雑さ、条件指定、類似度による選択、ール優先順位づけレクシヨンなどの競合解消の方法をあげられるが、本システムがルの方法を用いて、ルールの優先度を定義しておき、競合ル

ールが発生したら、その中

の優先順位の最高のものを選択して推論の解を収束させる。てルールの優ルールの優先度の定義については、経験的にルールの有効度を判定し先度を決める。次の図7.8に示すように、定義した

ルールの優先度を例として上げる。

優先度

)v* )v& 規貝12

第一種住居専用地域道路斜線 :1.25A

卿 ¨ Ｆ

1F THEN

第一種住居専用地域北側斜線 :5m+1.25Ln

力慇員14

1F AND TIIEN

第一種住居専用地域道路との高低差>lm

道路斜線 :(H-1)+1。 25A

酌 .8 ルール優先度の例

4)ワーキングメモリ更新ルール集合の更ヮーキングメモリ更新はワーキングメモリに条件集合の更新と適用ールの手続き部に基づい新の二つの機能を含む。条件集合の更新では、選択されたルへルール集合の更新でて条件集合の内容を更新して推論終了の方向進行させる。適用べてのルールのーは、ルールベースから選択されたルールに対して適用ルル集合にすは次の図7.9に示すの類似照合を行う。AルールとBルールがある場合に、類似照合定義ように説明する。

第 7章

設計思考支援システムの枠組み

A(条件)⊆ B(条件)

AルールとBルールが類似する

9 ルールの類似照合の規則酢。ここで、類似照合規則を説明するために、図7.10に示すように、規則 2の条件が規則

4の条件に含まれるため、規則 2と規則 4が類似したことが検証できた。

類似照合

規則 2 第一種住居専用地域

TIIEN

道路斜線

:1.25A

1.第一種住居専用地域

▲可︱︱ ⊂ 一

力巳貝14

1F AND ■EN

第一種住居専用地域道路との高低差 >lm 道路斜線 :(H-1>1.25A

1.第一種住居専用地域

2.道路との高低差>lm

10 ルールの類似照合の例酌。

類似照合されたルールと選択されたルールの優先度を比較し、優先度が高いルールは低いものを代替して適用ルール集合の更新を行う。例えば、図7。 10の例の場合に、規則 4は規則 2を代替して適用ルール集合の更新を行う。

ルール推論エンジンが前向き推論方式で行う。その推論制御に関して、ワーキングメモリの差異条件集合にルールベースのルールと照合できない条件しか存在しない時に、或いは、空になる時に、推論を終了する。

第 7章

設計思考支援システムの枠組み

7.3.3事例推論とルール推論の協調本論では、効率的な推論のために、ルールベース推論と事例ベース推論は互い相補して統合的な推論方式を提案する。提案した方式では、一つ推論が失敗したら、もう一つ推論方式に切り換えるという弱い結合形態ではなく、互いに協調を取りながら相補的に実行することにより、全体として、信頼性が高く、かつ効率が向上などの統合的な問題解決の実現に向けることを考える。第7.2節と第7.3節において事例ベース推論とルールベース推論を別々に解説した。ここでは、図7.Hに示す例を参照しながら例を通して事夕1推論とルール推論エンジンの協調推論過程を説明する。次の手順は図7.11の数字順番に合わせている。 (1)事例推論はまず、設計問題に対して特徴づけを行う。図の左上部のように、特徴

づけた問題特徴に対して類似事例の検索を行う。 (2)事例推論の事例修正では、設計問題と類似事例に対する特徴差異集、設計問題に

対する法規の関連の特徴集及び事例のルール集を取り出してルール推論エンジンに伝送する。ルール推論エンジンを起動させる。 (3)ルール推論エンジンが上述の集合に対して基本条件集合、差異条件集合および適

用ルール集合を作成してワーキングメモリに初期化する。 (4)ルール推論エンジンがワーキングメモリの差異条件集合の 1敷地と道路の高低差

は1.2mlを主キーとして基本条件集合の

1第一専用住居地域、西側道路は加

￨と結合

し、ルールベースに照合する。また、競合ルールに対して競合解消を行う。競合解消の結果として[Rule8]を選択した。 (5)ワーキングメモリ更新では、 [Rluc8]が IRub2]と類似照合できた。優先度が高い [Rlue8]は IRlue2]を

代替してワーキングメモリの適用ルール集合の更新を行う。ルール

推論の結果の適用ルール集合を事例推論に転送する。 (6)事例推論は事例修正を続けて修正事例を作成する。

じ ¨饉蕉嶽興六︻くＲ．︼，日︼ ∧熙車担Ｃ黎壇掏増毬ヾ埒築嶽壇口根氣ョ殴”山Ｊ脚︱麒

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縫ヽ魚怒ぐ婆ミーミ

密中ヽヽヽキート

… ‖ 墨畢言言言ぅ

錮

ヽ

設計思考支援システムの枠組み第 7章

第 7章

7.4 7.4。

設計思考支援システムの枠組み

図による推論

図の推論の必要性

事例推論過程において、設計の条件を記述する属性特徴をマッチ対象と考えて、類似事例を探索することを行っていた。しかし、空間構成を中心とする建築設計に対して属性特徴だけ考える問題解決は不充分であり、空間形態の類似性を考慮した類似事例の探索は重要なことである。建築の空間構成を中心とする意匠設計では、図を基本的な思考手法とすることはもっとも基本的なものである。設計支援のための知的CAD システムを構築するには、製図作業において図による問題解決ではなく、設計の空間思考において図を考える問題解決は重要な不可欠なものである。人工知能の研究では、今まで知識表現の手段としては、主に言語的表現を用いていたが、しかし、対象が空間的状況である場合に、人間の思考過程を純粋に言語的表現だけを使った論理的な過程としてモデル化するのでは不充分であり、問題解決能力も限界があることが認識されてきた。近年、人工知能の分野で図を積極的に活用する図による推論 (Diagra― aticReasoning)への関心が高まっている。本節は、図の推論を考慮した第 6章では提案した空間構成の記述方法と空間形態の類似性の判別方法に基づいて、事例ベース推論による設計支援システムに導入しシステムの事例の類似性に関する検索機能を拡張することにおいて述べる。

7.4。

図の推論の構成

本章に提案したシステム枠組みにおいて、建築の図面を考慮した推論機能については図7.12に示すように、空間構成の記述方法、図の類似判別、図の類似検索から構成なる。第 6章において、設計事例の空間構成の記述方法および空間の評価方法について具体的に解説した。ここでは、問題解決の過程の視点から、空間記述過程、図の類似判別、図の類似検索を含む図の推論過程を述べる。

第 7章

設計思考支援システムの枠組み

図7.12 図による推論の構成

7.4。

図による推論過程

1.図面の記述過程図面の記述過程では、与えられた設計問題に対して、建築の図面配置について、ある程度的定着した場合に、図7.13に示す流れのように、まず、図面の配置を位置関係関数と移動関係関数に変換し、それから、図面関係図から図面を記述する関数集を作成する。設計事例

③

〆

ヽ

台所

図の関係〆

ヽ

Above(a,d)Above(b,d) Above(C,C)Above(e,0

寝室

Left(a,b)Left(b,C)

ヽ

〆

浴室寝ゝ

、エン去

〆

居間

関数記述

Left(d,C)Left(d,0 (位置関係 )

(位置関係 )

Move(a,d) Move(b,d) Move(b,c) Move(d,e) Move(d,0

(移動関係 )

図7.13 図面の記述過程

(移動関係 )

第 7章

設計思考支援システムの枠組み

ムの推論機構は設計者と対そのような図面から関数までの記述過程には、本システいて述べたように行う。一方、話しながら協調的に行う。図面の記述方法は第6。 2節においる。設計事例の図面記述が前に事例ベースに保存されて

2。

図の類似判別

のに記述関数を比較する図の類似判別は、設計問題の図面記述と事例の図面記述間のとのことである。図の類似判別方法では、第63に述べた室の類型の評価室連接関係に的に例を挙げて図の類似評価の二つ方法を中心として行う。ここで、次のよう具体判別過程を解説する。のを室の名をとする。() 図7.14と図7.15は二つ空間構成図面である。図中に()外符号つのに通路があることを示す。内の符号を室の類型とする。太い記号「一」は二室間 7.15の対応する形式記述である。四 .16は図7.14の対応する形式記述であり、図7.17は図

Xl(H)

yl(DK) y2(H) 1 1 日

x2(DK) x3(W) 日

ヽ

x6(B)

x5(L)

x4(B)

y4(B)

y3(VV)

y5(L)・・ y6(B)

図7.15 空間構成例2

図 7.14 空間構成例 1

５，ヽＸ

１６ｘ

Ｐ

Ａ４ｘ︲

， ¨ 切３ヽ︲︲︲ｘ︲ｌＶ，ｘ国５﹁︲ｘ３ｘ２︲ｉｘ

、ｌ１，〓〓〓Ｋ〓

ｘＢＬＷＤＨ ΣＩ

Ｓ

〓１１ｌΣＶ

〕

図7.16 空間の関数構成例

第 7章

尋 :::Li勢￨;♂ II尋計

設計思考支援システムの枠組み

'y5,yq

〕

図7.17 空間の関数構成例 2

1)室の類型の類似度計算

第 6章の式6.1によつて、空間構成 Slと S2に対する室の類型の類似度の計算の流れは次のである。

(動 ,Uk刀呂 [ψ Q'Uk)‐ ψ

室の類型の類似度 =1‐

γ = 1-一

二

[ψ (・ ,Uk)+ψ (ち

,Uk)f

γ=(ψ (Sl,B)― ψ(S2,B))2+(ψ (sl,L)― ψ(S2,L))2+(ψ (sl:DK)― ψ(S2,DK)ア +(ψ (Sl,VE卜 ψ(S2,D)2+(ψ (sl,H)‐ ψ(S2,H))2

=(2-2)2+(1_1)2+(1_1)2+(1_1)2+(1…

1)2

=0 ζ=(ψ (Sl,B)+ψ (S2,B))2+(ψ (sl,L)+ψ (S2,L))2+(ψ (sl,DK)+ψ (S2,DK))2

+(ψ (Sl,D+ψ (S2,W))2+(ψ (sl,H)+ψ (S2,H))2 =(2+2)2+(1+1)2+(1+1)2+(1+1)2+(1+1)2

=32 貝口

室の類型の類似度 =1-γ ノζ=1‐ 0/32=1

第 7章

設計思考支援システムの枠組み

2)室の隣接の類似度計算

前に定義した空間構成 Slと S2を例として説明する。図7.18には隣接照合過程を示す。その図に両側の関数リストが空間 Slと空間 S2を生成する操作関数集である。そのふたつの関数集の間に照合処理の結果として、矢線で繋いでいる関数は上から順番に照合することを示す。矢線で繋がっていない関数は照合できないことを示す。第 6章の式62によつて、照合の結果により室空間の隣接関係に対する隣接類似度は次の結果となる。ここで、町 Sl,S2)〓 3

N【 Sl)=7

NKS2)=7 則 :室の隣接の類似度 =2*3/(7+7)=3/7

Sl Abovc(Xl,X4) Above(X2,x5) Above(X3,x6)

Above(yl,y4) Above(y2,y5) Abovc(y3,y6)

Lcft(xl,X2)

Left(yl,y2)

Left(x2,x3)

LeftKy2,y3)

Lcft(x4,x5)

Leftcy4,y5)

Left(x5,x6)

Lft(y5,y6)

図7.18 隣接照合の例

3)室の連接の類似度計算

図7.19には連結照合の過程を示す。図7.18の隣接照合過程のように、矢線で繋いでいる関数は上から順番に照合することを示す。矢線で繋がっていない関数は照合できないことを示す。第 6章の式6。 3によつて、照合の結果により室空間の連接関係に対する連接類似度は次の結果となる。ここで、 D亀KSl,S2)=5

NMKSl)=6

NKS2)=6 則 :室の連結の類似度 =2*5バ 6+6)〓 5/6

第 7章

設計思考支援システムの枠組み

Move(xl,x2) Move(xl,x5)

Move(y1,y2) Move(y2,y5) Move(y3,y5) Move(y1,y5)

Move(x2,x3) Move(x2,x5) Move(x2,x6) Move(x4,x5)

Move(yl,y4) Move(y5,y6)

図7.19 連結照合の例

3.図による類似事例の検索本章7.2.2中に述べた事例の類似検索について、与えられる問題の一般属性特徴に従って事例ベースに記憶する事例の中から検索する。ユーザが与問題の特徴について、間題解決に役立つ程度を判断して問題の各特徴に重みづけをする。設計支援システムがそれらの重みを用いて、 (式 7.1)の類似度の計算方法で事例ベースに各事例の類似度を計算する。

ここでは、建築の空間形態という特徴に着日し、与えられる問題と既存の設計事例においてそれらの建築空間の差異を求めることによつて事例の類似検索を行う。事例の空間形態を考える類似事例の検索過程は図に示すように次の手順がある。

1)建築の空間形態の定義与えられた問題に対してその空間形態構成の形式記述を作成する。それは空間形態の類型、空間形態の隣接関係、空間形態の連接関係の定義を含む。

2)空間形態の類似度の計算それは前に述べた空間評価方法を用いて問題の空間形態と事例ベースに事例の空間形態の差異の評価尺度を求める。それは空間の類型類似度、隣接類似度、連接類似度の計算を含む。また、それぞれの属性について問題解決に役立つ程度を判断して問題の各特徴に重みづけをして、計算された類似度を合わせて、次式の類似度の計算方法を用いて設計問題と事例の空間形態の類似性を求める。

R=(Wl*Rl+W2*R2+W3*R3)/3 ただし、Rl:室の類型照合に関する評価尺度

(式

7.2)

第 7章

設計思考支援システムの枠組み

R2:隣接照合に関する評価尺度 R3:連結照合に関する評価尺度 Ⅷ :Riに対する特徴重み

3)事例の類似度の計算のの式7.2により得られた空間形態の類似度を用いて事例の一般特徴類似度計算方法 (式 7.1)を併せて次の式を用いて設計事例の類似事例

類似度 =[(Σ

の検索を行う。

Wi*Mi)+Wi+1*R]/(Σ Mi)+1

i=l

(式 7.3)

i=1

ただし、Ⅷ とMi、 Rは式7.1と式7.2を参照する。

7.5 設計検証設計検証とは、既存の設計事例において設計の適当性を想定することによつて、作こ成した設計案に対して類似の設計事例を用いて設計案の適合性に検証と評価を行うとである。設計検証の目標として、作成された設計の案に対して設計結果の適合性に評価を行い、現存の失敗事例の問題点を排除することを目指す。設計検証

は図7。 20の示

すように、事例検証と規則検証の二つ機能は構成される。まず、設計案に対して、事例推論を通じて類似事例を用いて、類似事例と照合できる部分に設計案の適合性証と評価を行う。事例による検証は不充分の場合に、ル

に検

ール推論による設計規貝1を用

いてその適合性に検証と評価を補完することで設計過程の評価を支援する。設計検証の手順は次のとおりである。 (1)設計案の問題記述に対して、事例

ベース推論を起動して、事例検索を通して類似

事例を取り出す。できる設計と ② 既存の類似事例の設計結果が適合性を想定するため、類似事例照合問題の特徴に対して、その対応する設計も適合であると判定する。 o)設計問題の特徴に対して推論の関連の特徴を推論条件集合

として作成する。また、

今回の設計と類似事例の相違に対して、特徴の相違集合を作成する。

第 7章

設計思考支援システムの枠組み

・く》〔〕言三 Ξ ≡ 至三二

][〔 IIIIIIIIIこ :―

図7.20 設計検証の枠組み

る適用ルール集合を作成 )ルール推論エンジンを用いて、特徴の相違集合に対応す

る。す“

6)設計案の条件、結論に対して推論された適用ルール集合を用

いて設計の法規との

適法性を評価する。評価できない点に対して、その対応する法規規則を設計者に提示しながら設計構想の修正を行う。

設計検証には成功設計事例と失敗設計事例がある。事例

ベースにおいて成功設計事

れる例だけ保存ではなく、失敗設計事例も保存している。設計検証の場合に、与えらでは、設計問題が失敗事例と類似照合できたら、失敗事例検証を行う。失敗事例検証ベースの事例と照合する。照合与問題の条件とその設計の結論をキーとして失敗事例せる。する事例があれば、その事例の失敗点の分析と対応解決方法を設計者に学習さ

第 7章

設計思考支援システムの枠組み

7.6 事例ベースと知識ベース 7.6。

1 事例ベース

事例ベースは設計事例を集めて格納するものである。それは成功事夕1と失敗事例を含む。事例を効率的に管理、利用するために、本システムでは事例の特徴を記述する目標と条件という属性部分を基本事例とし、事例の結論と方法部分を補助事例として分害lして管理する。事例の構成と記述は第 4章の「設計事例の定式化」と第 5章の「事例の知識表現」において述べたように対応している。

7.6.2 知識ベース知識ベースとは設計過程に必要な建築と設計知識からなる。それは事例ベース推論過程とルールベース推論過程において必要不可欠な役割を果たしている。事例ベース推論において、事例の検索の場合に意味的照合を最適化するためには、概念階層的知識の利用が不可欠である。類似によって事例の修正を行うために法規知識、設計知識などの領域知識の整備が必要である。ルールベース推論において、設計規則や法規規則などのルール知識も不可欠である。ここで、知識ベースは図7.21に示すように、概念知識、法規知識、設計知識および知識の知識などを分類整理して構成される。

図7.21 知識ベースの構成

。概念知識概念知識は建築の専門用語や概念などの知識である。建築概念と用語の間に矛盾を生じさせないために、システムで用いる専門用語を統一し、定義して管理する。例え

第 7章

設計思考支援システムの枠組み

ば、第一専用住居地域、近隣商業地域などである。問題特徴づけ及び推論の対話過程ー中に、利用者がそれらの概念知識を利用して簡単に入力できる。概念知識は関係デタベース形式で表現される。

・法規知識法規知識は法律、施行令、施行規貝1、細則と法律によつて委任された地方公共団体の条例とからなつている法的な規則である。ここで、建築基準法などの法規を知識対象とするが、それらの全部の内容ではなく、建築物及びその敷地が周辺施設に関連する関係の法規を中心内容として法規知識を考えている。事例と領域知識を共存する事例ベース推論システムに、両者知識の表現形式と推論過程の協調を考える必要がなる。本システムに、法規規則がルール形式で獲得しやすい、事例と知識ベースに共存するなどの点を考えて、それらの知識を活用するため、本システムはIF..THENルールの方式で事例と知識ベースの法規を統合的に記述する。法規知識の役割として、事例修正や設計検証に、事例ベース推論で行き詰まった場合に、法規知識を活用し、適用するルールを用いて事例修正をしたり、設計案の適法性を検証したりして推論を補完することである。・設計知識設計知識は建築設計に設計者などの長年の経験に基づいて得られる一般の設計手法に関連する設計ノウハウである。設計知識の記述方式として、法規規則のように、

F..THINルールの方式で事例と知識ベースの設計規則を統合的に記述する。設計知識の役割としても、事例修正や設計検証に、事例ベース推論で行き詰まった場合に、設計知識を活用し、適用するルールを用いて事例修正をしたり、設計案の適法性を検証したりして推論を補完することで、システムの統合的な推論過程に役割を果たす。。

・知識の知識知識の知識とはシステムの推論過程において必要的な規則という知識である。それをほか類型の知識と比較すると、直接に利用者に提示する知識ではなく、システムの自身の内部処理のために使う知識という面から知識の知識と呼ばれる。例えば、事例ベース推論の場合に事例の類似検索のための類似度を計算する規則 (第 7.12章の式7.1 を参考 )、ルールベース推論の場合にルールの照合の優先度を付ける規則 (第 7.3.2章

第 7章

設計思考支援システムの枠組み

の図7.8を参考)、図による推論の場合に空間を記述する規則 (第 6.3章の空間構成 Sのいでいら定義を参照 )などを挙げられる。それらの知識の記述方式は関数とう形式用れる。

7。

まとめ

な本章では、第 3章の設計思考支援モデル (DCMlと第 5章の事例の知識表現方法どを議論した方法に基づいて設計初期段階に思考過程の支援環境の構築を目指し、建ることを中心築構想設計の思考過程に適している事例ベース推論という方法を導入すとして、従来のルールベース推論および近年発展中の図による推論を考慮した推論機システム枠構を統合する設計思考支援システムの基礎的枠組みを提案した。そして、組みの基本的な構成とする推論ベース推論、ルール推論、図による推論、設計検証、に核及び事例ベースと知識ベースについておのおのの機能を詳しく解説した。本論文のを中心の位置つける事例ベース推論について、問題の解析、事例の検索、事例修正ついて重みつ心として述べた。特に、事例ベース推論の中心課題とする事例の検索にげや図の類似判別などの事例の類似検索方法を解説した。事例

ベース推論を補完する

ために、ルールベース推論を絞って事例ベース推論と相補しながら統合的な推論機構ーエを考えた上で、ルール推論の構成としてのワーキングメモリ、推論ンジンおよびルルベースについて詳しく解説した。図による推論について、事例の空間形態の類似性を求めるために、空間構成の記述方法を提案し、その提案した方法に基

づく建築の空

いて図によ間形態の類似性の判別方法を示した。さらに、それらの議論した方法を用る推論を考えた事例の類似検索方法を述べた。また、それらの三つの推論の協調過程いる領も解説した。最後、システムの推論過程において必要不可欠な役割を果たして域知識についてその構成、役割および記述方式なども述べた。

第 8章

設計思考支援システムの構築

第 8章設計思考支援システムの構築

8.1 設計思考支援システムの構成いて設計思考支援本論文は前に提案したシステムの枠組に基づく設計初期段階におシステムの開発を行っていた。初めの開発はSUN

SPARCワ

ークステーシヨン上に

Motifと C言語の環境で設計支援システムを開発していたが、近年の

パソコンの性能の

が低価向上に伴い急速に発展してきた。処理速度が速い、記憶装置が大容量化、価格｀ールも非常に豊々格化などことになつてきた。また、Windows95に関する様な応用ツパソコンの富であることによつて、システムの実用性と将来性を考慮した上に、

Windows95に Visual C++によつてシステムを移した。スムの構成と機能を述第 7章においてシステムの枠組設計の視点から設計支援シテべたが、本章では、具体的な設計支援システムを実際に作成する視点から本設計支援ベームシステムの構成、機能および運行を解説する。開発した設計支援システは事例ス推論、事例ベース管理および知識ベース管理などの三つの大きな機能モジュールから構成される。次では、それらの内容を解説する。

第 8章

設計思考支援システムの構築

8.1.1事例ベース推論ムの最も主流であり、問題定義、事例検索、事例ベース推論モジユールとは本システる。また、事夕1ベース推論過程を補助して事例修正という機能を中心として構成されーベース推論と図による推論はその事例ベース推論完全的な問題解決に協調するルルの機能モジュールに含まれる。それらの機能は図8.1に示す。

問題特徴入力

事例ベース推論図の特徴の検索

差異集の作成

図8.1 事例ベース推論の機能構成は 8.2から図 8.6まで参照しながら作成した事例ベース推論の機能について、本節に図の画面であり、図8.3に示しシステムを解説する。図8。 2に示したものが事例の問題入力つの方法を示す。検索したた画面がシステムの事例の類似検索についての重みげ検索した内容を示した。図8.3の画面にはシステ結果とする類似事夕1が図8.8から図8。 13に示にはシステムが与ムが与えられる問題の図面の定義をすることを示した。図8.4の画面る過程と結果を示した。図8.5の示えられる問題の図面と事例の図面の類似度を計算すを示した。した画面が事例修正についての条件差異集と対応規則集

第 8章

設計思考支援システムの構築

図8.2事例推論の問題入力

図8。 3事例推論の事例検索方法の設定

第 8章

設計思考支援システムの構築

図8.4事例推論の事例の図面定義

図8.5事例推論の事例図面の類似計算

第 8章

図

8。

6事例推論の事例修正

設計思考支援システムの構築

第 8章

8。

設計思考支援システムの構築

1.2事例ベース管理

事例ベース機能は事例の新規入力、検索、修正、削除、格納などを行う事例

ベース

管理機能である。それは図8.7に示す。

図8.7 事例ベース管理の機能構成図

事例ベース管理では、事例の入力、追加、事例の検索、事例の修正及び事例の削除の機能を提供し、事例ベース管理を行う。これらの操作は前に述べた同じ用語の内容と違う意味を持っている。こちらの操作は事例ベースを管理する意味である。前に述べた同じ用語の操作は事例ベース推論の意味である。事例ベース管理では、事夕Jの入力や追加は事例ベースに事例の入力を行う。事例ベース推論では、問題の定義とは新しい問題を解決するため、問題の特徴を定義して入力する。事例ベース管理では、事例の検索は利用者の要求による検索のキーワードを検索目標として事例

ベースに捜す。

検索の結果として一つ事例だけである。事例ベース推論では、事例の検索は与えられる問題の特徴を目標として事例ベースに類似事例を捜す。検索の結果は成功する場合に類似事例集である。事例ベース管理では、事例の修正は既存の事例を修正してから、元の事例を削除して修正した事例を保存する。事例ベース推論では、事例の修正は修正した事例を新しい事例として保存し、元の事例もそのまま残る。事例を効率的に管理、利用するために、本システムでは事例の特徴を記述する目標と条件という属性部分を基本事例とし、事例の結論と方法部分を補助事例として分割して管理する。

第 8章

設計思考支援システムの構築

としてシステムを事例ベースでは、図 8.8から図8.13まで参照しながらシステムの例のが解説する。図8.8に示した画面が事例の基本属性を示した。図 9に示した画面事例の立面図面を示設計結果の平面図面を示した。図 8.10に示した画面が事例の設計結果した。図8.Hに示した画面が事例の設計結果の透視図面を示した。図 12に示した画面 8。

8。

が事例の設計方法の設計意図の内容を示した。図8.13に示した画面が事例の法規規則を示した。

図8.8 事例の基本情報

の設計方法

第 8章

図8.9 事例の図面

図8.10 事夕1の図面

(平面 )

(立面 )

設計思考支援システムの構築

第 8章

図8.11 事例の建物の風景

図8.12 事例の設計意図

100

設計思考支援システムの構築

第 8章

図

8。

13 事例の法規規則

101

設計思考支援システムの構築

第 8章

8。

設計思考支援システムの構築

1.3知識ベース管理

領域知識ベースは概念知識、法規知識、設計手法及び知識の知識から構成される。これらの知識類型の定義と記述方法について、第章の7.6.飾に解説したが、ここでは、知識ベースの構築と管理の立場から解説する。知識ベース管理機能は新規入力、検索、修正、削除、格納などを行う機能から構成される。その構成は図8。 14に示す。

図8。 14 領域ベース管理の機能構成図

知識ベース管理では、図8.15から図8。 16までのシステムが提示した図面を参照しながらシステムの例としてシステムを解説する。図 15に示した画面が領域知識ベースの 8。

概念知識の入力、修正、削除、検索などの機能を示した。図8。 16に示した画面が領域知識ベースの法規知識の入力、修正、削除、検索などの機能を示した。

102

第 8章

設計思考支援システムの構築

図8.15 領域ベースの管理の概念知識管理機能

図8.16 領域ベースの管理の法規知識管理機能

103

第 8章

8。

設計思考支援システムの構築

設計思考支援システムのデータ構成

8.2.1 住宅事例の採集設計事例は事例ベース推論システムにおいて最も重要な内容である。現実中における建築の範囲が非常に膨大である。建築の用途、機能、規模などの要素だけ分類しても、それらの分類に関連する建築事例も膨大である。有用な設計事例を収集することは設計思考支援のため、システムの機能の向上の最も重要なことである。本節において、住宅設計事例の収集方法を述べて収集した事例リストを示す。

1.事例の収集方法本論文では次の視点を考えて相対小さい範囲に事例を収集する。・戸建て住宅住宅設計において戸建て住宅を対象として事例を収集する。・密集型大都市は土地が狭い、建物が密集である。敷地の環境条件は地方より厳しいので、設計に空間の有効的な利用に工夫が必要となる。大都市の設計事例を利用する事例ベースはその有用性の評価できると考えられるため、東京圏、大阪、京都などの都市地区の設計事例を中心として事例の採集を考えた。・発想型設計初期の発想段階において、図面の具体的な寸法をあまり表現しない構想設計を支援するため、設計のアイデイアと設計意図を表現することを中心とする「新建築の住宅特集」などに載せる設計事例が適合できると考えられる。

2.設計事例リスト以上の点に基づいて、設計個性、特別敷地条件、高齢者などの様々な面を考える上に、今までの段階において、近年の「新建築の住宅特集」や「住宅建築」を中心として、 100個の住宅設計事例を採集して実験事例として事例ベースに実装した。その中に、設計者による設計風格の事例が 51、高齢者に向けの事例が 6、小さい住宅が 11、複合世代に向けの住宅が 8例、併用住宅が 8例、木造の特徴の住宅が 4例、生活の再興に向け (神戸地震)の再建住宅が 5例、ほかが表8。 1に挙げられる。

1()4

18例などあった。それらの内容を

第 8章

設計思考支援システムの構築

表8。 1設計事例リスト (1) No

建物名

設計者

所在地

設計期間

設計主題

刀ヽ日向の家

東孝光

東京都文京区

1981

複合的なものヘ

栗辻邸

東孝光

東京都世田谷区

1981

複合的なものヘ

羽根本の家

東孝光

東京都世田谷区

1982

複合的なものヘ

成城の家

池原義郎

東京都世田谷区

1982

松ケ丘の家

池原義郎

埼玉県所沢市

1986

心との対話

温室のあるコンプ

林雅子

東京都世田谷区

1990

併用住宅(住宅十事務所)

併用住宅 (病院 +住宅)

レックス 7

角のない角の家

林雅子

東京都練馬区

1991

時と地の中に棲む

クロスプランの家

林雅子

千葉県

1991

ロス日常と非日常のタ

三四郎の家

出江寛

滋県長浜市

1991

尊厳の回復

新大久保の家

加藤義夫

東京都新宿区

1991

゛・サステイナフル社会に向かうがイア

HOUSEl

古見演良

東京都世田谷区

1991

建築の関係性―場との対話

富が丘の家

更田邦彦

横浜市

1991

小住宅

小路の家

竹原義二

大阪府生野区

1992

レタ開カ都市住宅

阿佐谷の家

東孝光

東京都杉並区

1992

複合的なものヘ

碧蓉居

川口通正

東京都中野区

1992

狭小都市型の和風住宅

目自の家

小林弘

東京都新宿区

1992

勢亀裂をもつ都市住宅

上目黒の家

袴田喜夫

東京都目黒区

1992

小さな一体空間

四つ木の家

難波和彦

東京都葛飾区

1992

併用住宅 (住宅+工場 )

南砂の家

難波和彦

東京都江東区

1992

併用住宅 (住宅+倉庫)

ドラキュラの家

石山修武

千葉市

1993

敗者復活

KA邸

入江正之

東京都武蔵野市

1993

内と外の空間

HA邸

入江正之

東京都武蔵野市

1993

内と外の空間

F―

105

設計思考支援システムの構築

第 8章

表 8。 1設計事例リスト (2) No

建物名

設計者

所在地

設計期間

設計主題

鴻巣の家

林雅子

埼玉県鴻巣市

1993

時と地の中に棲む

浜松の家

林雅子

静岡県浜松市

1993

時と地の中に棲む

千駄木の家

大江匡

東京都文京区

1993

核家族から各家族ヘ

中京の家

岸和凛F

京都市中京区

1993

ーフ゛に都市をラドスタ

天沼の家

伊坂重春

東京都杉並区

1993

素材への “まなざし"

゛゛゛クリーンシュウト

安山宣之

千葉市若葉区

1993

触覚空間へ

/Jヽ

井口浩

東京都小平市

1993

環境共生へ

゛二セーヒ゛ンク「うらこ

中塚ハウス

原広司

東京都中央区

1993

2重写しと様相

大塚邸

新家長浩

鎌倉市

1993

空間、空洞、空地

FUNES

前田紀真

千葉県船橋市

1993

小説、建築香水、

書架の家

前田光一

東京都調布市

1993

書架の家

漂う舎

谷川勲

大阪市

1993

さ象の字宙光が′

東ケ丘の家

本間至

東京都目黒区

1993

光が漂う心象の宇宙

瀬田の家

本間至

東京都世田谷区

1993

市街地に建つ住宅

上祖師谷の家

田中雅美

東京都世田谷区

1993

記憶と都市の狭間で

DANCING WEDGE

竹山聖

大阪府豊中市

1993

浮遊する断片

DEAIL

今村雅樹

東京都新宿区

1993

光と色彩の風景

HOUSE

板井宝一郎

埼玉県

1993

中高層ビルの狭間で

大穴の街角

黒沢隆

千葉県船橋市

1993

大穴の街角

西原の家

廣田豊

東京都渋谷区

1993

色

王子の住宅

富永譲

東京都北区

1993

身体―内なる自然―の容器

方舟抱邑

上田徹

東京都世田谷区

1993

Y―

T―

106

父 4世帯への共存(祖父母、弟) 子供、母、夫婦、

第 8章

設計思考支援システムの構築

表8.1設計事例リスト (3) 建物名

設計者

所在地

設計期間

設計主題

HOUSE

板井宝一郎

東京都府中市

1993

複合家族の住宅

大泉学園の家

大野正弘

東京都練馬区

1993

複合世帯住宅o世帯)

押木田の診療所

平倉直子

名古屋市

1993

併用住宅(住宅+診療所 )

柏木の家

黒川哲郎

東京都小金井市

1993

森の国の再生

余自の家

横河健

横浜市

1993

玄関のない住宅

官山の家

坂倉研究所

大阪府豊中市

1993

KES構法の展開

桜井の家

坂倉研究所

大阪府豊中市

1993

KES構法の展開

障子の家

田中兼次

東京都大田区

1993

障子様々

木の方舟

石山修武

東京都三鷹市

1994

究極の家

Mor邸

入江正之

東京都杉並区

1994

内と外の空間

代沢の家

大江匡

東京都世田谷区

1994

核家族から各家族ヘ

箱の家 1

難波和彦

東京都杉並区

1994

箱の家

箱の家2

難波和彦

埼玉県与野市

1994

箱の家

箱の家 3

難波和彦

東京都世田谷区

1994

箱の家

下鴨の家

岸和郎

京都市左京区

1994

建築の装置化

S邸

青木淳

東京都世田谷区

1994

窓としての動線体

0邸

青木淳

東京都世田谷区

1994

2世帯住宅

大亀谷の家

丸谷勝也

京都市

1994

開放された傾斜地

中野本町の家

大野正博

東京都中野区

1994

8.4に住まう

大船の住宅

富永譲

横浜市

1994

小さい住宅の構造の選択

東大泉の住宅

富永譲

東京都練馬区

1994

小さい住宅の構造の選択

上流生の家

岡田哲史

川崎市

1994

複合世帯の界面の膨らみ

No 45

I―

107

第 8章

設計思考支援システムの構築

表8。 1設計事例リスト (4) No

建物名

設計者

所在地

設計期間

設計主題

トラフ

玉置順

京都市右京区

1994

高齢化住宅

白鳥の家

藤森修

川崎市

1994

直営方式の可能

宝塚の家

岸和郎

兵庫県宝塚市

1995

浮遊する屋外空間

南河内の家

竹原義二

大阪富田林市

1995

風と光

狭山の家

袴田喜夫

埼玉県狭山市

1995

小さな3階建ての家

大和田の家

永田習民

東京都杉並区

1995

小さく作る

永福田の家

永田習民

東京都杉並区

1995

小さく作る

高山さんの家

佃彰六

東京都江戸川区

1995

小住宅

世田谷の家

深沢俊一

東京都世田谷区

1995

小住宅

藤仁坊

橋本之隆

東京都調布市

1995

複合家族の住宅

赤松公園の家

平倉直子

東京都世田谷区

1995

夢のある暮らし(高齢)

小金井の住まい

平倉直子

東京都小金井市

1995

夢のある暮らし(高齢)

石神井の住まい

平倉直子

東京都練馬区

1995

夢のある暮らし(高齢)

常磐台の住まい

平倉直子

東京都板橋区

1995

夢のある暮らし(高齢 )

大きい木箱

葛西潔

東京都青梅市

1995

併用住宅(住宅十倉庫)

ノコギリ屋根の家

高俊民

東京都世田谷区

1995

木造住宅

三鷹の家

佐藤文

東京都三鷹市

1995

木造住宅

佐藤の家

黒川哲郎

東京都小平市

1995

森の国の再生

繁柱の家

深尾精一

東京都杉並区

1995

木造住宅

木月

泉幸甫

川崎市

1995

土壁の活用ヘ

楓宅

泉幸甫

埼玉県浦和市

1995

土の可能性

田園調布の家

吉村順三

東京都世田谷区

1995

併用住宅(住宅十茶室)

108

第 8章

設計思考支援システムの構築

表8.1設計事例リスト (5) No

建物名

設計者

所在地

設計期間

設計主題

KA・ KO。 1

安山宣之

埼玉県川越市

1992

怠情胎内

川又邸

杉千春

東京都中野区

1996

複合的な家族へ共存

大山町の家

野口昌夫

東京都渋谷区

1996

3m幅の3層空間K/Jヽ住宅)

森南の家

伊藤真一

神戸市東灘区

1996

生活の再興に向け‐狭小住宅に光と風

H邸

花田佳明

神戸市東灘区

1996

生活の再興に向け‐ちさい家

山下邸

森崎滋

神戸市長田区

1996

浅山邸

森崎滋

神戸市長田区

1996

KUBE FOUR HOUSE

松本明

神戸市東灘区

1996

)\,7

安山宣之

東京都中野区

1996

非四角空間における非視覚性

生活の再興に向け―木造 3階の再建

生活の再興に向け―RC

IWINWALL工法の住宅生活の再興に向け-4住宅の協調再建

7 =,tt, 7

神奈川県

塚本由晴

1996

敷地をつくる

堤の家

仙台市

深瀬啓智

1996

建築家の自邸

1(XD

下井草の家

田中謙次

東京都杉並区

1996

ルリスヘの技術ナカラ

109

第 8章

8。

2.2

設計思考支援システムの構築

法規ルールの整理

建築法規は建築設計過程の一つ必要な不可欠条件である。本論文には、法規の用途から二つ概念がある。一つは設計事例中に設計条件に関して使われた法規規則であり、もう一つは事例ベース推論の過程に与えられる問題に対して知識ベースから取り出す問題解決に関連する法規規則である。前者は設計事例に関連して事例内部に格納されるものあり、後者は事例推論を補完するために知識ベースに格納されるものである。本節では、知識ベースの法規ルールについて整理を行う。

1)整理方法ここでの法規の整理に当っては、都市計画法、建築規準法などの主要関連法規をもととして、その中から意匠設計に際して必要な立地、形態など、建築物理てきな条件に直接的に、また間接的に影響を及ばす規定を抽出して整理する。

2)法規ルールリスト現段階には、敷地と建物を中心内容とする法規関連の規則を81個整理して知識ベースに実装した。それらの内容を表 8。 2に挙げられる。

110

第 8章

設計思考支援システムの構築

表 8.2法規リスト (1) No

規

則

名

区域分類

法

規

号

道路定義

共通

建基法 42.(1)

接道義務

共通

建基法 43.(1)

私道の定義

共通

建基令 144-4(1)

2項道路に接続する場合の隅切りの規定

共通

建基令 144¨ 4(2)

道路内の建築制限

共通

建基法 44.(1)

道路内の建築制限

共通

建基法 44.(1)

前面道路の幅員 12m以上の容積率制限

第 1種住居専用地域

建基法 52.(1)

前面道路の幅員 12m未満の容積率制限

第 1種住居専用地域

建基法 52.(1)

前面道路の幅員6m以上 12m未満でまた幅員 15以上の道路に接続する容積率制限

第 1種住居専用地域

建基法 52.(3)

敷地が計画道路に接する容積率制限

第 1種住居専用地域

建基法 52.(1)

前面道路に壁面線の指定ある容積率制限

第 1種住居専用地域

建基法 52.(1)

建べい率制限

第 1種住居専用地域

建基法 52.(1)

外壁の後退

第 1種住居専用地域

建基法 54

絶対高さ制限

第 1種住居専用地域

建基法 55。 (1)

道路斜線制限

第 1種住居専用地域

建基法 56.(1)

北側斜線制限

第 1種住居専用地域

建基法 56。 (1)

日影制限

第 1種住居専用地域

建基法 56.(2)

建物用途制限

第 1種住居専用地域

建基法 48

前面道路の幅員 12m以上の容積率制限

第 2種住居専用地域

建基法 52.(1)

前面道路の幅員 12m未満の容積率制限

第 2種住居専用地域

建基法 52.(1)

前面道路の幅員 6m以上 12m未満でまだ幅員 15以上の道路に接続する容積率制限

第 2種住居専用地域

建基法 52.(3)

敷地が計画道路に接する容積率制限

第 2種住居専用地域

建基法 52.(1)

第 8章

設計思考支援システムの構築

表 8.2法規リスト (2) 貝J 名

規

建べい率制限

第 2種住居専用地域

建基法 52.(1)

絶対高さ制限

第 2種住居専用地域

建基法 55,(1)

道路斜線制限

第 2種住居専用地域

建基法 56.(1)

北側斜線制限

第 2種住居専用地域

建基法 56.(1)

日影制限

第 2種住居専用地域

建基法 56.(2)

建物用途制限

第 2種住居専用地域

建基法 48

前面道路の幅員 12m以上の容積率制限

準住居地域

建基法 52.(1)

前面道路の幅員 12m未満の容積率制限

準住居地域

建基法 52.(1)

前面道路の幅員 6m以上 12m未満、また幅員 15以上の道路に接続する容積率制限

準住居地域

建基法 52.(3)

敷地が計画道路に接する容積率制限

準住居地域

建基法 52.(1)

建べい率制限

準住居地域

建基法 52.(1)

絶対高さ制限

準住居地域

建基法 55。 (1)

道路斜線制限

準住居地域

建基法 56.(1)

北側斜線制限

準住居地域

建基法 56。 (1)

日影制限

準住居地域

建基法 56.(2)

建物用途制限

準住居地域

建基法 48

前面道路の幅員 12m以上の容積率制限

近隣商業地域

建基法 52.(1)

前面道路の幅員 12m未満の容積率制限

近隣商業地域

建基法 52.(1)

前面道路の幅員6m以上 12m未満、また幅員 15以上の道路に接続する容積率制限

近隣商業地域

建基法 52.(5)

敷地が計画道路に接する容積率制限

近隣商業地域

建基法 52.(6)

近隣商業地域

建基法 52.(7)

近隣商業地域

建基法 53.(1)

43 44

区域分類

前面道路に壁面線の指定がある容積率制限建ぺい率制限

112

法

規

号

第 8章

設計思考支援システムの構築

表8.2法規リスト (3) 貝J 名

区域分類

法

規

号

規

道路斜線制限

近隣商業地域

建基法 56.(1)

隣地斜線制限

近隣商業地域

建基法 56.(1)

日影制限

近隣商業地域

建基法 56.(2)

建物用途制限

近隣商業地域

建基法 48

前面道路の幅員 12m以上の容積率制限

商業地域

建基法 52.(1)

前面道路の幅員 12m未満の容積率制限

商業地域

建基法 52.(1)

前面道路の幅員 6m以上 12m未満、また幅員 15以上の道路に接続する容積率制限

商業地域

建基法 52.(5)

敷地が計画道路に接する容積率制限

商業地域

建基法 52.(6)

前面道路に壁面線の指定がある容積率制限

商業地域

建基法 52.(7)

建ぺい率制限

商業地域

建基法 53.(1)

道路斜線制限

商業地域

建基法 56.(1)

隣地斜線制限

商業地域

建基法 56.(1)

日影制限

商業地域

建基法 56.(2)

建物用途制限

商業地域

建基法 48

前面道路の幅員 12m以上の容積率制限

準工業地域

建基法 52.(1)

前面道路の幅員 12m未満の容積率制限

準工業地域

建基法 52.(1)

前面道路の幅員 6m以上 12m未満、また幅員 15以上の道路に接続する容積率制限

準工業地域

建基法 52.(5)

敷地が計画道路に接する容積率制限

準工業地域

建基法 52.(6)

建べい率制限

準工業地域

建基法 53.(1)

道路斜線制限

準工業地域

建基法 56.(1)

隣地斜線制限

準工業地域

建基法 56.(1)

日影制限

準工業地域

建基法 56.(2)

113

第 8章

設計思考支援システムの構築

表8.2法規リスト (4) No

規

則

名

区域分類

法

規

号

建物用途制限

準工業地域

建基法 48

前面道路が2本場合の斜線制限

各用途地域に共通

建基法 56.(4)

前面道路が4本場合の斜線制限

各用途地域に共通

建基法 56.(4)

前面道路の反対側に公園場合の斜線制限

各用途地域に共通

建基法 56.(4)

前面道路が水面場合の斜線制限

各用途地域に共通

建基令 131

敷地と道路に高低差がある斜線制限

各用途地域に共通

建基法 56.(4)

敷地がに公園に接する場合の斜線制限

各用途地域に共通

建基令 135

敷地と高低差がある斜線制限

各用途地域に共通

建基法 56.(4)

建築物の耐火措置

防火地域

建基法61

隣地境界線に接する外壁の制限

防火地域

建基法 65

建築物の耐火措置

準防火地域

建基法 62

木造建築物の防火措置

準防火地域

建基法 62

屋根の防火措置

22条地域

建基法 62

外壁の防火措置

22条地域

建基法 62

木造建築物の防火措置

22条地域

建基法 62

114

第 8章

8。

2.3

設計思考支援システムの構築

設計規則の整理と収集

設計規貝Jとは建築設計において一般的な基本方法や建築家の長年経験した設計のノウハウである。法規のルールのように、本論文には、その用途から二つ概念がある。一つは設計事例中に設計条件に関して使われた設計規則であり、もう一つは事例ベース推論の過程に与えられる問題に対して知識ベースから取り出す問題解決に関連する設計規則である。前者は設計事例に関連して事例内部に格納されるものあり、後者は事例推論を補完するために知識ベースに格納されるものである。本節では、知識ベースの設計規則について整理を行う。

1)整理方法建築家の個人の設計ノウハウを収集するのは困難なことと予想したので、本論では、現段階に設計において一般的な基本手法を着目し、教科書や設計専門書などから、意匠設計に関連する基本的な設計規則を収集して整理する。

2)設計規則リスト現段階には、もっとも基本的な設計手法に着目して、知識ベースに実装した。それらの内容を表8.3に挙げられる。

115

第 8章

設計思考支援システムの構築

表8.3設計規則リスト (1) No

規

則

分

名

類

住宅構成の要因

住宅基本

住生活の関係分類

住宅基本

室配置の考慮要因

配置計画

玄関の位置配置要点

配置計画

玄関設計要点

基本設計

玄関照明と採光要点

基本設計

アプローチの設計要点

基本設計

アプローチの設計の身障者と高齢者の考慮要因

基本設計

廊下設計要点

基本設計

階段設計要点

基本設計

夫婦寝室位置配置要点

配置計画

夫婦寝室設計要点

基本設計

子供部屋位置配置要点

配置計画

子供部屋機能設計要点

基本設計

老人部屋位置配置要点

配置計画

老人部屋機能設計要点

基本設計

居間位置配置要点

配置計画

居間設計要点

基本設計

台所と食事所位置配置要点

配置計画

台所と食事所設計要点

基本設計

浴室洗面位置配置要点

配置計画

浴室洗面人動作と寸法

基本設計

116

第 8章

表

8。

規

則

設計思考支援システムの構築

3設計規則リスト (2) 名

分

類

浴室洗面トイレ設計の身障者と高齢者の考慮要因

基本設計

トイレ位置配置要点

配置計画

トイレ人動作

と寸法

基本設計

トイレ設計の身障者と高齢者の考慮要因

基本設計

吹抜けの形態と特性

基本設計

吹抜けの空間設計要点

基本設計

トップライトの効用要点

基本設計

テラスのタイプと機能特性

基本設計

屋上庭園の設計要点

屋上設計

屋上アプローチタイプと機能特性

屋上設計

敷地形状に関する配置要点

敷地配置

敷地条件 (傾斜と高低差 )に関する設計要占

敷地配置

地下室設計の考慮要因

地下室

地下室の通風と採光要点

地下室

地下室の防水と防湿要点

地下室

二世帯住宅空間分割パターン

二世帯住宅

二世帯住宅構造に関する設計要点

二世帯住宅

二世帯住宅空法的チェック要点

二世帯住宅

室内騒音許容値概要

騒音防止設計

戸建住宅の音響性能設計基準

騒音防止設計

騒音防止配置計画考慮要素

騒音防止設計

117

第 8章

8。

設計思考支援システムの構築

設計思考支援システムの実行

ここで、仮定の設計問題として収集した「新建築の住宅特集」の設計事例を例として作成したシステムの動作を通じて図8.17を参照しながら設計支援の過程を具体的に説明する。図8.18に開発された設計支援システムの運行の実例を示す。 1)設計が依頼される時に、設計者が問題の設計要求と条件に対して、本システムに

提供される問題特徴づけのテンプレートを用いて設計問題を定式化を行う。本システムは建築専門用語と図面の参照などさまざまな補助入力の対話機能を提供している。ユーザがその補助機能に従って必要な設計データのみを意識しながら簡単に入力できる。今回仮定問題の特徴設定の主な内容を図8.17の A部分に示す。助設計者が、問題に対して自身の経験によつてシステムが提供する事例検索方法を選択する。システムが選ばれた検索方法に従って事例ベースから最も類似した事例をシステム画面に取り出す。類似事例は図 17の B部分のように、「触覚空間への試行」と 8。

いう設計主題、図面から解釈文までの外部と内部空間の構成など設計意図、西側道路に関する設計手法、第一種住居専用地域に関する法規規則という設計思考情報を示し、利用者に学習させながら、設計想像力を誘発することを試みる。 3)高齢者を含む家族構成、西側道路の高低差という問題特徴の相違に対

して、システ

ムがルール推論エンジンを用いて、知識ベースからそれに対応する高齢者に関する設計手法と道路高低差がある法規規則を探索し、設計規則の修正を行う。設計者が修正した設計規貝Jを学習できて設計を行う。図8。 17の C部分に示す。

o設計者は自身の建築修養と経験を踏まえて、設計条件と類似事例及び提示される設計手法を利用して統合的に思考して設計創造を行なう。設計者が検索した類似事例の設計解と設計手法が問題解決に対して役立たないと判断した場合、この類似事例を捨ててほかの候補事例を利用して、2)-4)を繰り返してシステムを動作させる。 5)作成した設計案に対して、設計者がシステムの設計検証機能を選んで、システムが

ルール推論エンジンを用いて設計結果の評価を行う。システムは検証の結果と対応する解決方法を画面に示し、設計者に学習させて設計を行う。また、システムが作成した設計案に失敗事例ベースに事例の照合を行って、照合した事例の欠点の分析を設計者に学習させる。

118

第 8章

設計思考支援システムの構築

設計問題主要用途家族構成構造構法敷地面積建築面積建蔽率容積率用途地域北側施設西側施設東側施設施設

設計手法5

専用住宅母、夫婦、子供2人木造 2階建枠組壁工法 206,32m

60%

(A)

第一種住居専用地域北側隣地である

lCXl%

第一種住居専用地域高低差 :o 隣地道路6師高低差 :1 隣地高低差 :0 高低差 :0 隣地

IFI I■ 西側に道路があ￨る ●■

THEN■ 建物を ,こ配置ILヽ十ス‐■￨ ■￨■ 南薔酵 `側￨ヨ

)・

法規規則8

第一種住居専用地域前面道路がある隣地と道路の高低差 >lm THEN道路斜線 :(H-1)+125A

1■

高齢者がいる

THEN l玄関前の段差、スロープ 2.居室を一階の日当たり、

通風などの所に配置

検索

1法規規則 3 法規規則2

建築目標と条件

建築目標と条件主要用途 :専用住宅家族構成 :夫婦、子供 3人構造構法 :木造 2階建枠組壁工法敷地面積 :236.53m 建築面積 :10831m 建蔽率 :50% 容積率 :lCX% 用途地域 :第一種住居専用地域西側施設 :道路 5 flm 高低差 :o2m 北側施設 :隣地高低差 :0.2m 高低差 :0.2m 東側施設 :隣地南側施設 :隣地高低差 :0.2m

枷ｒ

1事認

THEN

設計手法5 西側に道路がある ●‐ ■￨ l「配置し、■ 1.建物を北側‐ 南面に庭にするよ￨￨‐ 2西側の部屋の窓に西■がやすいことに当￨たリー

第一種住居専用地域前面道路がある道路斜線 :125A

￨‐ ￨‐ ￨

設計思考情報設計意図西側道路から見ると、動Itは Nめ

I「

設計意図

設計結論設計結論

)

北側斜線 :5m+125A 延床面積 :1824〔h l「皆 : 10609 2F皆

覚空間への試行

レーのクリーンシェッドは二つの対をなす屋根かここでは「安心自開放感」「らなる。金属板のグレーの屋根とステンレ変動ノ連続」、またはスワイヤに蔦をはわせたグリーンの屋根である。グリーンの屋根はそのまま折れ下がつてグリーンのフェンスとなり、外部空間を囲い込んでいる。その下にアウトドア・リビングとしてのデッキ空間、玄関へのアローチ空間、車庫を兼ねた前庭がある

建物高さ :7604111m 建築面積 :108.31m 延床面積 :182.49m 建蔽率 :45.79%(50%) 容積率 :77.H%(lKXあ

設計主題

:7631

建蔽率 :486% 容積率 :9937% 1階配置 :寝室、和室、食堂、 ―、お風呂 2階配置 :主寝室、子供室二つ

図8.17システムの実行例

119

人」「日向ぼっこ慮など、日常的なことを触な切り口で整理しデザイ基準としている。

昼 Ⅸ Ｃｔ製く小くヽ曽 “図

ＩＩ曹▼ Ｈ墨尽椰

憔終軍椰

▲曇１１

尋器く卜１Кハ

120

設計思考支援システムの構築第 8章

第 8章

8。

設計思考支援システムの構築

設計者の位置づけ

ロセ建築設計は設計条件を満たす過程において設計者が自身の創造力を発揮するプスである。本システムは設計案の自動的生成ではなく、設計者の創造力を誘発するような設計支援環境の構築を目指している。本システムの推論の過程中において、設計者がシステムの動作に介入するだけではなく、自身の才能を使って最終設計案を作成する不可欠な重要な役割を果たしている。そのために、本システムが提案される設計支援の枠組における各機能部分の役割及び相互協調関係を図8。 19に示す。

設計過程

推論過程

条件設定

問題分析

事例検索

システムの動作

設計者役割

問題の設定と入力

事例ベース知識ベース概念知識専門用語

問題分析と入力

1.事例の検索

1.検索方法選択

2.類似事例出力

2.類似事例有効

類似事例

知識の知識

類似事例

法規規貝J 設計規則知識の知識

類似事例

法規規則設計規則知識の知識

性判定構想設計事例修正

1.問題と事例の

1.設計条件、類

特徴差異判別 2.設計規則取得

似事例、設計規則の利用 2.設計案作成

1.設計と事例の

設計案生成

設計検証

差異判別 2.設計規則取得 3.設計案検証

1.設計条件、類

似事例、設計規則の利用 2.設計案修正

図8。 19設計支援過程の協調関係

121

第 8章

設計思考支援システムの構築

8.5 まとめ本章では、提案したシステムの枠組に基づいて、住宅建築を対象として設計初期段階において設計思考支援システムの開発について、そのシステム構成とそれらの機能を解説した。本システムの開発はパソコンのWhdows95に VIsud

C‐「+と

いう環境で行っ

ていた。設計支援システムが事例ベース推論、事例ベースおよび領域知識ベースを軸としてその三つの機能モジュールを展開し、ルールベースと図による推論を事例ベース推論のモジュールに統合させてシステムを構築した。そして、システムデータである設計事例、法規規則、設計規則について、その採集方法を解説し、採集した実データのリストを示した。その中に、システムの中心データである設計事例の採集について、「住宅特集」に設計事例の有用性と凡例性を想定できるため、大都市は土地が狭い、建物が密集である。敷地の環境条件は地方より厳しいので、設計に空間の有効的な利用に工夫が必要となるという面を考慮して、「住宅特集」などから大都市を中心とする設計事例を 100例を採集してシステムに実装した。また、法規規則が 81例、設計手法力ヽ3例も採集してシステムに実装した。そして、実設計事例を結合しながら本システムの運行を通して、提案した方法による設計思考支援の過程も述べた。最後に、本システムの運行過程において、設計者の位置づけを示したことを通して、設計者が主導をとる設計活動に設計者の想像力を誘発する柔軟的な支援方式で、建築設計に適用している創造的な問題解決方式を構築することを示した。

122

第 9章

論

章論

第結

結

本論文では、建築設計の思考プロセスの支援のために、設計の初期段階の構想設計に着目して、過去の設計事例を利用して設計者の能力を最大限に発揮できる設計支援環境の構築を目指している。そのために、本論文では建築の初期段階の設計の思考過程に適用している事例ベース推論という方法を導入することを中心として、従来のルールベース推論および近年発展中の図による推論を考慮した推論機構を統合する設計思考支援システムの基礎的枠組みを提案したこと、提案した方法に基づく具体的な設計思考支援システムを構築することを論述した。本章では本論の知見と特徴および各章の結論をまとめる。

9。

結論

本論文で研究成果と得られた知見を踏まえて以下の結論をまとめる。

1)事例発想による設計思考支援モデルの提案人間は必要な規則が欠けている時に事例を利用して問題解決を行うことが事例ベース推論の考え方の源になっている。建築の創造行為は模倣ではじまり独創へのプロセスという論点に基づいて、設計プロセスにおいて設計思考に大きい役割を与える事例発想の重要性を強調することは本論研究の原点である。本論文が認知科学と情報処理学の立場から建築設計に適用している事例ベース推論を導入して、設計事例を中心とする事夕1発想による設計思考モデルを提案した。本論文では、建築設計に簡単には規

123

第 9章

結

論

則形式としてまとめられない設計ノウハウを蓄積する設計図面、設計意図、設計主題などの設計思考情報を事例概念に統合する上に、事例推論を通して設計者にアドバイスを与えたり、設計ノウハウを学習させたり、設計思考の創造力を誘発する方式で柔軟な問題解決の思考支援システムを試みた。具体的な設計支援システムの構築と開発を通して、提案した方法は設計初期段階において思考プロセスの支援に有効なことが実証されたことを明らかにしている。一方、事例発想が重要な設計手段とする建築設計領域において、その関連の研究はほとんどないため、本研究の創意性と有用性を明らかにした。さらに、本研究の成果は知的な設計支援システムがあまり進んでいない建築設計領域において知的な設計支援のための新しい方向性を示した。

2)統合的な設計支援システム枠組みの構築本研究では、建築構想設計の思考過程に適している事例ベース推論という方法を導入することを中心として、従来のルールベース推論および近年発展中の図による推論を考慮した推論機構を統合する設計思考支援システムの基礎的枠組みを提案している。提案したシステム枠組みは製図作業を中心に考えるCADシステムの機能を満足させるものではなく、推論と学習しながら設計思考過程を支援する可能とすることを考えている。本論文における提案した統合化する推論機構では、上述の 3種の推論方式は一つが失敗したら、ほかに切り換えるという弱い結合形態ではなく、互いに協調を取りながら相補的に実行することにより、全体として、信頼性が高く、かつ効率的な問題解決を目指すため、システムの推論効率が期待できる。さらに、提案したシステム枠組みを基づいて、具体的な設計支援システムの構築と開発によつて、建築設計の思考過程の支援システムを実用化する技術基盤を確立したことを明らかした。

3)問題解決能力の向上ー現実の建築設計の分野にはデータベースの問題解決方法を用いて、設計事例をデタベースに集めるシステム例があるが、それらの方法が本論文で用いる事例ベース推論方法と比較すると、いくつか不同点がある。その中に以下にような二つの重要な点を挙げて解説する。つ検索能力 :一般のデータベース方法では、正確な検索条件の入力が要請される。まり、ある検索条件をキーとして検索を行う場合に、検索条件と完全に照合できるデー

124

第 9章

結論

夕が検索される時に検索結果が出るが、完全に照合するデータがなければ、検索結果が出ない。本システムで用いた事例ベース推論方法では、検索条件と完全に照合するデータがなくても、部分的な照合が許されるので、検索条件に近い予想の類似の結果は出られるため、データベース方法よりもっと柔軟的検索能力を持つ。問題解決能力 :データベース方法では、データの保存、検索を中心機能とする問題解決過程であり、検索条件と完全に照合するデータが検索される時にも、検索結果が出ない時にも、問題解決過程は完成したことである。本システムでは、学習を融合した推論方式であり、検索条件と完全に照合するデータがなくても、類似の問題解を示すだけではなく、関連する問題解決方法も利用者に提示するという学習と推論を統合する問題解決過程である。以上から、本論文で用いた事例ベース推論方法はデータベース方法より柔軟的で知的問題解決能力を持つ。

以下に、本論の各章でえられた知見、成果を要約して本論文の結論とする。「第 1章序論」では、研究背景として設計支援システムの研究の発展と現状を概観した上で、建築設計の分野における従来の設計支援システムでは、知的な設計の支援、あるいは設計思考過程の支援が困難であること、また問題解決能力も不足であるという問題点を指摘した。そして、本論文の研究目的、ならびに研究概要として各章で議論されている内容を述べることともとに、本研究の必要性を明らかにした。「第 2章設計支援システムの方法論」では、設計支援システムの方法論というテーマを中心として、従来の設計支援システムの現状とその研究方法の検討を行つた。特に、日本の国内における建築設計分野において、これまでにおこなわれてきたコンピュータ技術を用いた設計支援に関する代表的な研究を上げたうえで、設計システムにおける次世代知識システムの技術基盤として、本論文の研究方法において核心技術である事例ベース推論に関する起源、原理、枠組みおよびその応用などを示した。さらに、それらの述説とともに、研究の目的、研究方法、研究対象という方面から、本論文の研究の特徴を示しながら本研究を位置づけた「第 3章設計思考支援モデル」では、今回のシステムで支援対象とする設計初期段階において問題解決を「構想設計」として定義、解説した。その特徴である設計プロセスモデルと設計知識の構造に関して「建築の創造行為は模倣ではじまり独創へのプロセス」という視点から、建築設計の思考プロセスにおいて事例発想という設計方法

125

第 9章

結

論

がよく使われること、設計の案に対する評価基準がないことおよび設計の知識がルール形式で記述できない場合が多いという点を論述した。以上から人間の記憶と想起に関する認知科学的モデルに基づいて、事例発想が建築設計の思考過程に重要な役割を与えることを明らかにした。それらの一連の分析のことに基づいて、建築設計に適用している事例ベース推論を導入し、事例発想を中心として規則発想と設計検証を統合する設計思考モデル

(DCM)を提案した。このモデルの問題解決方法の適合性を強調

した上で、DCMによる設計支援過程において設計者の創造的な思考を発揮できる支援過程を解説したことなどによつて、本論で提案した方法が建築設計思考を支援する適用性と有効性を明らかにした。「第 4章設計事例の定式化」では、事例ベースのシステムの基盤となる事例データの構成要素に関する検討を主な内容とし、事例において設計思考に影響を与える情報から構成要素を定式化した。ここではオブジェクト指向の方法論により、日標、条件、結果、方法という面から、設計事例の構成要素を分析、整理した。また、設計の創造活動の柱となる設計者の設計理念や思想、設計の思考活動を記述する設計意図に関連する情報、および設計の思考活動に影響する制約要因としての法規を主要な内容として、設計事夕1から設計の思考情報として整理した。これらを事例の基本的な構成要素として全体的にまとめて示した。最後に、採集された実例を用いて定式化された事例の構成を図面を示しながら解説した。このように整理したものによつて、設計思考過程支援に有効情報ができたことを明らかにした。「第 5章事例の知識表現」では、まず人工知能における重要な研究課題である知識表現の技法について、代表的な 5つを上げてその特徴を簡単に述べた。そして本システムで対象とする設計事例データとその構成形式を分析し、事例における知識の類型を分類して整理した。事例データが属性、文字列、数式、図形、画像、規則などの多様な知識類型と性格を持つことおよび事例構造の複合性を持つことから、これらの設計知識を記述するためには、オブジェクト指向モデルが適していることを明らかにした。また実際にオブジェクト指向言語のCI+を用いて設計事例を記述する例を示した。「第 6章建築図面の記述と評価方法」では、問題解決過程に建築設計の特徴を考えて図面の伝達と推論役割という視点から、推論役割の図面の記述方法を中心的述べた。まず、問題対象とする設計事例に対する空間形態について区域空間、敷地空間および建物空間を分類して分析した。建築の空間形態の差異と類似性という特徴を理解し把

126

第 9章

結論

握することによつて、設計事例の空間構成の記述方法および空間の評価方法を提案し、その提案した方法に基づく建築の空間形態の類似性の判別方法を示すことによつて、提案した建築図面の記述と評価方法の有効性を明らかにした。「第 7章設計思考支援システムの枠組み」では、事例ベース推論という方法を中心として、従来のルールベース推論および近年注目されている図による推論を付加した推論機構を統合する設計思考支援システムの基礎的枠組みを提案した。そして、システムの枠組みの基本的な構成である事例ベース推論、ルールベース推論、図による推論、設計検証、及び事例ベースと知識ベースについておのおのの機能を詳しく解説した。更に、本論文の核心である事例ベース推論について、問題の解析、事例の検索、ベース推事例の修正を中心として述べた。事例ベース推論を補完するために、ルール論を利用した統合的な推論機構を考えた上で、ルールベース推論の構成としてのワーキングメモリ、推論エンジンおよびルールベースについて詳しく解説した。図による推論では、事例の空間形態の類似性を求めるために、提案した空間構成の記述方法と空間形態の類似性の判別方法に基づいて、図による推論を用いた事例の空間形態の類似検索方法を述べた。さらに、それらの三つの推論の協調過程についても解説した。また、システムの推論過程において必要不可欠な役割を果たしている領域知識についてその構成および記述方式などについても述べた。それらの一連の議論のことによつて、提案したシステムの枠組みは設計思考支援システムの構築と開発の技術基盤を確立したことを明らかした。「第 8章設計思考支援システムの構築」では、提案した方法に基づいて、戸建て住宅を対象として設計初期段階における設計思考支援システムの構成と機能を解説した。設計支援システムは事例ベース推論、事例ベースおよび領域知識ベースを軸としてその三つの機能モジュールを展開し、ルールベースと図による推論を事例ベース推論のモジュールと組み合わせてシステムを構築した。そして、データとなる設計事例、法規規則、設計規則について、その採集方法を解説し、採集した実データのリストを示した。ここで用いたデータである設計事例の採集については事例の有用性と凡例性から、大都市の事例では土地が狭く、また建物が密集している場合では敷地の環境条件がより厳しいことが多く、設計に際して空間を有効に利用するための工夫がなされているという点を考慮して、住宅を特集した建築雑誌などから大都市での設計事例をを中心に 100例を選択してシステムに実装した。また、法規規則は81例、設計手法に

127

第 9章

結

論

いては43例を採集して実装した。具体的な設計思考支援システムの構築と運行を通して、本論文で提案した方法を設計初期段階での設計思考の支援に適用したことを明らかにした。「第 9章結論」では、本論文でえられた研究成果と知見をまとめるうえに、各章でえられた知見、成果を要約して本論文の結論とした。また、本論文の研究成果の創意性、有用性、将来性を強調した。最後、実用システムの開発のために問題点とする今後の課題も明らかにされることを示した。

9。

2今後の展望

本論文では、提案する方法に基づいて建築の設計初期段階における設計思考支援システムを構築することによって、提案した方法の有効を実証できるが、その一方、実用システムの開発にあたっては、いくつかの課題が出てきている。これは次の点を考慮する必要がある。まず、構築した設計思考支援システムをある程度と範囲で評価しが、システムの実用化のために、広い範囲においてシステムを評価する必要となる。そのために、初心者の学生から、ある程度経験した設計者までに、研究場所だけではなく、実際の設計部門でシステムを試行させる上に、システム方法や機能などに対して評価を行う。異なる利用者からシステムの性能に対して意見を収集し、システムの機能の改善を行う。事例検索での重みづけの検索方法には、事例類似性の判定のため、設計者が自身の経験を用いて事例の重みづけを行うが、それは経験不足の設計者にとっては困難なことである。その問題解決のため、設計要素の重みを自動的に設定する方法を研究する必要である。設計事例の空間形態に関する記述と評価方法については、現段階では、単純的な平面の空間形態を考えて事例の空間形態の類似性を分析し、事例の簡単な図面の類似検索を行っているが、空間構成を中心内容とする建築設計の支援のために、もっと複雑な空間形態を考えなければならない。その複雑な図面の記述方法及び類似検索の対応も必要である。設計事例を用いた設計思考への支援という枠組では、事例構成の整理及び対象となる事例の選択はシステムの設計支援能力を向上させる重要なことである。現段階では、

128

第 9章

結

論

事例の構成要素について、建築家の理念、スケッチなどの構想設計を含む設計図面、思考過程及び図面解説のコメントなどの設計思考情報をまとめているが、それらの内容を簡単に手に入れるため、建築家と経験がある設計者の協力が必要となる。事例対象の選択について、現段階でも、一つの設計事例の全体を単位事例として整理しているが、これから、屋根、階段、窓、玄関、ドームなどの建築の部品設計を事例対象とする必要がある。そのため、事例の複合と階層構造に関する研究が課題となる。事例ベース推論を補完して問題解決システムを完全なものにするためには、領域知識ベースは不可欠なものである。領域知識の獲得とそのシステムの構築の難しさを考慮して、現段階では、領域知識の中、獲得が容易な概念知識と法規知識から優先的に獲得を行った。事例修正のための設計知識の整理について、法規の規則を中心として設計手法をまとめているが、広い意味の設計手法を整理することが必要となる。今後の課題として、これらの問題を解決し、建築の設計初期段階における思考過程の支援ために、実用の設計思考支援システムの開発を考えている。

129

参考文献

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H4)伊藤真一 :地下室の作り方、彰国社 ,1996 H5)佐藤守男 :和風の居間、彰国社 ,1977 H6)赤沢義一郎 :玄関テラス、彰国社,1977 H7)赤沢義一郎 :子供部屋、彰国社,1977 H8)永森一夫 :浴室洗面トイレ設計マニュアル、1983

133

辞

謝

本論文を作成するにあたつて、数多くの方々にお世話になりました。早稲田大学教授渡辺仁史先生には研究のはじめから論文をまとめるまで、終始一貫して親切丁寧なご指導を賜りましたばかりでなく、常に大所高所からに示唆に富むご意見をいただき、建築における知的設計思考支援に関する理解を深める研究機会を与えていただきましたことを心から感謝いたします。早稲田大学教授古谷誠章先生、筑波大学助教授渡辺俊先生には、ご多忙の中、快く審査をお引き受けいただき、貴重なご助言とご指導をいただきましたことを感謝いたします。渡辺俊先生には、渡辺仁史研究室の助手であった時から、長きにわたり、励ましご助言いただきましたことを感謝いたします。日本工業大学教授伊藤庸一先生には、研究ばかりでなく、日本での生活にいたるまで大変お世話になりまして、ご指導とご激励をいただきましたことを感謝いたします。また、早稲田大学渡辺仁史研究室、現早稲田大学理工学総合研究センター訪問研究員林田和人、現名古屋市立大学助手佐野友紀、同研究室の博士課程の高明秀、木村謙、山久瀬健、長澤夏子、橘木卓の各氏には本論文作成のあたりご助言および日本語の校正をしていただいたことを感謝の意を表します。井上宇市フェローシップ、渥美国際奨学金財団などの奨学生として本論文を進める中、大きな経済的援助を感謝いたします。最後になりましたが、研究活動を行うにあたり、理解と最良の環境を与えてくれました両親、親友および数多の先輩、知人友人に、深く感謝します。そして、日々の研究と生活の中で励まし支えてくれた妻疱春に心から感謝します。

134

歴

履

書

波姓名 :曹生年月 :1957年 5月 31日本籍地 :中国武漢市華中理工大学西一区87号現住所 :日本神奈川県川崎市宮前区宮前平3-4-3,1-11

1976年 7月 1978年 3月 1982年 2月

1986年 9月 1990年 12月 1993年 4月 1998年

10月

1982年 3月 1990年 3月

歴学中国湖北省孝感市第 1高等学校卒業中国武漢大学計算機科学系入学上卒業同中国華中理工大学大学院修士課程入学上修了同早稲田大学大学院理工学研究科博士後期課程建設工学専攻建築計画研究入学上在学中同研究歴主としてデータベースの理論と応用に関する研究に従事、 1986年 8まで。主として、建築CADシステムに関する研究に従事、

1992年 4月まで。 1993年 4月 ∼主として、建築設計支援システムに関する研究に従事

職 1982年 1987年

3月 10月

中国華中理工大学助手中国華中理工大学専任講師

歴

研究業績

究

業

績

論文事例ベース推論による設計初期段階における思考過程の支援システムに関する研究、日本建築学会計画系論文集No.496、 1997.6、渡辺仁史 1。

2.An Expolt Systcm of SuppoFting Dcsign]hinking PЮ ccsses for hitial Stagc of AEhitcctural Dcsign、 Ъ c Sevcnth htemational ConfeFenCC On Computing in Civil and Buildng Engincenng,

Seoul,Korea, 1997,8、

IIitoshi Watanabe

3.A Stu"of an htelligent Architectural Ctt Systeln bascd on Casc Based Rcasoning、

htemational

ConfcrcnccCAD/CG195 By SPIE,China,1995,10,Hitoshi Watanabc

4.図による推論を考慮した事例の類似検索に関する考察、日本建築学会第20回情報ム・利用・技術シンポジウム論文集、1997.12、渡辺仁史など

。システ

5.事例ベース推論による設計空間の獲得支援システムに関する研究、日本建築学会第 18回情報システム利用技術シンポジウム論文集、 1995.12、渡辺仁史など事例ベース推論による建築法規支援システムに関する研究法規、日本建築学会第 17回情報システム利用技術シンポジウム論文集、1994.12、渡辺俊、渡辺仁史など 6。

講演設計思考過程の支援システムの開発、日本建築学会大会学術講演梗概集、 1997.9、渡辺仁史など 7。

8.設計初期段階における設計思考過程の支援に関する研究、日本建築学会大会学術講演梗概集、 1996.8、渡辺仁史など 9.設計空間の事例化およびインターフェースの作成、日本建築学会大会学術講演梗概集、 1995。 9、渡辺仁史など

研究業績

事例ベース推論による知的建築法規支援システムの考察、日本建築学会大会学術講演梗概集、 1994.9、渡辺俊、渡辺仁史など 10。

その他 (論文・講演 )

。視覚弱者の視野を考慮し得る建築設計支援システムの構築についての研究、第20回情報システム・利用・技術シンポジウム論文集、1997.12、橘木卓、渡辺仁史など H。

12.建築情報概念モデルの提案及びシステムモデルの作成、日本建築学会第 18回情報システム

利用技術シンポジウム論文集、 1995。

12、

高明秀、渡辺仁史など

13.情報ネットワークを利用した「学生相互啓発」建築学習支援システムに向けて、日本建築

学会大会学術講演梗概集、 1998.9、酒井隆満、渡辺仁史など 14.運動― 視覚系の空間認知の特性、日本建築学会大会学術講演梗概集、1998.9、山本陽一、

渡辺仁史など 15.情報伝達。空間移動の機能発達に基づく<人の集まり>の変化・多様性についての考察、

建築学会全国大会学術講演梗概集、1997、小西繭、渡辺仁史など 16。

3次元仮想空間を用いた実験方法に関する研究、建築学会全国大会学術講演梗概集、

1997.9、

遠藤寛子、渡辺仁史など

17.岬 1997.9、

による建築作品データベースの提案と運用、建築学会全国大会学術講演梗概集、酒井隆満、渡辺仁史など

18.建築情報の獲得手段について、日本建築学会大会学術講演梗概集、1996.8、高明秀、渡辺

仁史など 19.建築計画における情報の概念と管理手段に関する研究(その 1)、

日本建築学会大会学術講

演梗概集、1995。 9、高明秀、渡辺仁史など 20.協調設計におけるアプリケーシヨン間空間構成データモデル(その学術講演梗概集、 1995。 9、木村謙、渡辺仁史など

1)、

日本建築学会大会

21.協調設計におけるアプリケーシヨン問空間構成データモデル(その 2)、日本建築学会大会学術講演梗概集、 1995.9、橘木卓、渡辺仁史など

Study on Thinking Processing Support System for the Initial Stage of Architecture Design

CAO

of computer aided drafting systemn the construction of the ttrinking support system for design is become more and more concem. However, the architecture design needs a lot of knowledge, experience and complex justification, which are strongly depend on the special knowledge and experienceof designer. In

In the field of architecture design,

fact, it

is difficult to obtain the practical

as the great development

knowledge of architecture and to ftanslate it into rules

for constructing an expert system. The purpose of this study is to construct an expert design environment for designers to bring out their creativity by providing previous design cases. The main contents of this thesis can be summarizedas following: 1. Propose a model of support desrgn thinking which is based on design case creative to bring out the imaginationof the designer in their thinking process.

2. Describe a system framework which is based on the Case-Based Reasoning(CBR) as well as integrated the raditional Rule-Bascd Reasoning(RBR) and the developmental DiagrammaticReasoning(GR). Stage

and the situaion

3. Infoduce a supporting system which is used the proposed model for the Initial ArchitectureDesign This thesis is organizedas follows:

In Chapter 1, "Infroduce", the background and necessary of ttris study CAADare introduced.

In Chapter 2 , "methodology of support desrgn system", some conventional CAAD system

are analyzed, specially, we

will inroduce some computer application

system which are

of our proposed method which is based on the knowledge system. Moreover, the CBR,the main techniques of developed

in ttre field of architecture in Japan,

and express ttre original points

the study, its fundamental and applications are introduced.

In Chapter 3, "model of support thinking processing of design" . the active of architecture design is said as the processing begin from imitation then to creative, the processing of architecture design thinking is usually as a design case creative, there are usually not valuation standard for ttre design result, and ttre design knowledge usually can not be expressed by rule. Therefore, case creative can be considered as an important role in the processing of design

thinking. tn this reason the CBR, which is proved to be suitable to the architecture design is innoduced to our system, and a model of support design ttrinking which integrated case creative, rule creative and design check is proposed. Moreover, the integration of the problem

solving of the model will be estimated and we will show how to use the system to aid designer to bring out their creativethinking.

In Chapter 4, "definition of design case", we will special discussion the construction of casewhich is the base element of the case base system. In this study, design case is formulated by 4 elements iN objective, condition, result and method wittr the methodology of object-orientated. In the other hand, some information such as the design conception, thinking of the designer, expression of design objective in ttre thinking processing, and the architecture code which is used to conffol the facts of design ttrinking process are described as design thinking information of case in our system.

Chapter

"knowledge expression

of case", by

analysis real design case and

consffuction, the knowledge type of case will be classified in attribution, text, equation, figure, image, rule, and etc. In order to express various kinds of desrgn knowledge effectively, we

will

prove that in the 5 methods of the knowledge expression, object-orientated is the best method

for our system, and will show an example of design case described by the object-orientated languageC++.

In Chapter 6, "mchitecture plan expression and valuation method", the plan expression method from the view to show and refer the plan in the processing of solving problem will be introduced in the chapter. The space structure of a design case is defined into domain spirce, plan space and building space. The expression and valuation method is proposed by analysis the furthers of the distinctness and similarity of the building space structure.

In Chapter 7, "framework of the system", we will proposed a framework of ttrinking support system which is based on the CBR and also integraied the traditional RBR and the developmental GR. Moreover, about the CBR, we will innoduce the functions of problem analysis, case searching and case modify. The functions of RBR such as working memory, inference engine, and rule base will be infioduced in detail. In order to found out the similmity of the space stucture of case, we propose a expression method of space sfucture by GR. Heren the method of similmity searching by the use of the proposed method will be intoduced. Moreover, we

will

express

how to cooperate the 3 inference methods in

ttre system, and the

important conception of domain knowledge which is used in these inference processing, its construction and function will also be introduced.

In Chapter 8n "consffuction of system", we will inroduce a supporting design system based on our proposed methods. The system includes 3 modules: CBR, Case Base and Knowledge Base. In the other hand, we will also introduce how to collect the detail data about case, code, design rule in the system. We have selected 100 design cases in the big city from architecture magazine, and install them into our system. Moreover, 81 code rules, 43 design rules are also installed. By running of the system, we will show what can the designer do and how to aid the designer thinking by ftre use of the system, so that it can be proved that the

is a powerful aiding system which can bring out the designer's creativity in their design active, and it is a creative problem solving method which is most suitable to

proposed model

architecturedesign. The Chapter 9 is the summary of the conclusions of all the chapters.

早稲田大学大学院理工学研究科

博士論文審査報告書

論

目

文題

建築の設計初期段階における思考過程の支援システムに関する研究

申曹

請者波

建設工学専攻・建築計画研究

1998年 10月

建築設計分野ではここ数年、コンピュータ利用が急速に発展し、製図作業を中心に考えるCADシステムが多く開発されるとともに、 CADシステムの本来の目的である設計における思考過程の支援に関心が高まっている。しかし、現実の建築設計は豊富な知識や経験、複雑な判断、あるいは高度な専門知識が要求され、設計者の専門的、経験的知識に基づく意思決定能力に依存するために、それらをシステム化することは極めて難しい状況である。本論文は、建築設計の思考プロセスを支援するために、建築設計の初期段階に着目し、過去の設計事例を利用して設計者の能力を最大限に発揮できる設計支援環境を構築している。その要点は次にまとめられる。(1) 設計事例に基づく事例発想による設計思考支援モデルを提案することによって、設計者の創造力を誘発する支援方式を導入して設計思考支援環境の構築を試みる。(2) 事例ベース推論を基盤として従来のルールベース推論および近年発展中の図による推論を統合する設計思考支援システムの基礎的枠組みを示す。 (3)設計初期段階における思考過程設計支援システムを構築し、この有効性を評価する。現実には、建築設計分野において、人工知能技術を用いた設計思考の支援に関する研究は極めて少なく、著者の研究成果はこの分野における先駆的な役割を果たすものといえる。第 1章は「序論」であり、研究背景として設計支援CADシステムの研究の歴史と現状を概観した上で、建築設計の分野における従来の設計システムの問題を指摘し、これを解決するため、知的な設計の支援、あるいは設計思考過程を支援する研究が不可欠であるとしている。そして、本論文の研究目的、ならびに研究概要を述べるとともに本研究の位置づけを明らかにしている。第 2章は「設計支援システムの方法論」として、設計支援システムの方法論というテーマを中心として、従来の設計支援システムにおける研究方法の検討を行っている。特に、日本の国内における建築設計分野において、これまでに行われてきたコンピュータ技術を用いた設計支援に関する代表的な研究およびその研究方法をとりあげながら、本研究の核心技術である事例ベース推論の重要性とその適用可能性を明らかにしている。第 3章は「設計思考支援モデル」として、対象とする設計の初期段階における問題解決を「構想設計」として定義している。その特徴である設計プロセスモデルと設計知識の構造に関して「建築の創造行為は模倣で始まる独創へのプロセスである」という視点から、建築設計の思考プロセスにおいては、事例発想という設計方法が行われていること、設計の知識がルール形式で記述できない場合が多いという点を指摘している。このなかで人間の記憶と想起に関する認知科学的モデルに基づいて、事例発想が建築設計の思考過程に重要な役割を与えることを明らかにしている。これらの一連の分析をもとに、建築設計に適している事例ベース推論をシステムに導入し、事例発想、規則発想と設計検証を統合する設計思考支援モデルを提案している。このモデルの問題解決方法の適合性を確認した上で、これを利用して設計者が

創造的な思考を発揮できる設計支援過程を解説している。以上のことによって、本論で提案した方法が建築設計思考を支援するのに適していることおよびその有効性を明らかにしている。第 4章は「設計事例の定式化」として、事例ベースシステムの基盤となる事例データの構成要素に関する検討を主な内容とし、事例において設計思考に影響を与える情報から構成要素を定式化している。オブジェクト指向の方法論により、日標、条件、結果、方法という面から、設計事例の構成要素を分析、整理している。さらに、設計の創造活動の柱となる設計者の設計理念や設計思想、設計の思考活動を記述する設計意図に関連する情報、および設計の思考活動に影響する制約要因としての法規も事例の基本的な構成要素として定式化しているが、これによって設計思考過程における知識を操作可能な方法で記述できるようにした点は評価に値する。第 5章は「事例の知識表現」として、人工知能における重要な研究課題である知識表現の技法について、代表的な 5つを上げてその特徴を簡単に述べた上で、本システムが対象とする設計事例データとその構成形式を分析し、事例における知識の類型を分類して整理している。事例データが、属性、文字列、数式、図形、画像、規則などの多様な知識類型と性格を持つことから、これらの設計知識を実際に記述するために、オブジェクト指向言語のC++を用いているが、設計分野でこのような統合的な表現は初めの試みとして評価できる。第 6章は「建築図面の記述と評価方法」として、問題解決過程に建築設計の特質である図面の提示と推論という視点から、推論のための図面の記述方法を中心に述べている。設計事例に対する空間形態について建物空間を分析し、建築の空間形態の差異と類似性という特徴を理解し把握することによつて、設計事例の空間構成の記述方法および評価方法を提案している。その提案した方法に基づく建築の空間形態の類似性の判別方法を示すことによつて、提案した建築図面の記述と評価が可能であることを明らかにしている。第 7章は「システムの枠組み」として、これまで示してきた設計思考支援モデルと事例の知識表現方法に基づいて、事例ベース推論という方法を中心として、従来のルールベース推論および近年注目されている図による推論を統合する設計思考支援システムの基礎的枠組みを提案している。そして、システムの枠組みの基本的な構成である事例ベース推論、ルールベース推論、図による推論、設計検証、及び事例ベースと知識ベースについておのおのの機能を詳しく解説している。更に、本論文の核心である事例ベース推論について、問題の解析、事例の検索、事例の修正を中心として述べている。特に、事例ベース推論の中心課題である事例の検索について、重みづけや図の類似判別などの事例の類似検索方法を新たに提案し解説している。図による推論では、事例の空間形態の類似性を求めるために、空間構成の記述方法に基づく建築の空間形態の類似性の判別方法を用いて事例の図面に関する類似検索方法を述べている。さらに、システムの推論過程において必要不可欠な役割を果た

している領域知識についてその構成、役割および記述方式なども述べている。これらを統合して提案したシステムの枠組みは著者の独創的なものであり、設計思考支援システムの構築と開発の技術基盤が確立できたことを明らかしている。づいて、戸建て第 8章は「システムの構築」として、提案したシステムの枠組に基い住宅を対象として設計初期段階における設計思考支援システムを作成運用してる。システム構成は事例ベース推論、事例ベースおよび領域知識ベースを軸としてその三つの機能モジュールを展開し、ルールベースと図による推論を事例ベース推論のモジュールと組み合わせてシステムを構築している。そして、データとなる設計事ー例、法規規則、設計規則について、その採集方法を解説し、採集した実デタのリストを示している。ここで用いたデータである設計事例の採集については事例の有用性と凡例性から、大都市の事例をとりあげたが、ここでは土地が狭く、また建物が密集している場合に敷地の環境条件がより厳しいことが多く、設計に際して空間を有効に利用するための工夫がなされているという点を考慮して、住宅を特集した建築雑誌などから大都市での設計事例をを中心に 100例を選択してシステムに実装している。また、法規規則は81例、設計手法は43例を採集して実装している。このシステムの構築と運用を通して、提案したモデルが設計活動において設計者の創造力を誘発する柔軟的な支援方式であり、建築設計の初期段階を支援する実用的な問題解決方式であることを示している。第 9章は「結論」であり、各章において得られた結果を要約している。以上を要するに本論文は、建築の設計初期段階における思考プロセスの支援のために、過去の設計事例を利用して設計者の能力を最大限に発揮できるような設計支援環境を具体的に構築し、これを建築設計の思考過程に適用して、その有効性を確かめたものである。そのために、事夕Jベース推論という方法を導入することによつて、い従来のルールベース推論および図による推論を考慮した推論機構を統合する新し設計思考支援システムの基礎的枠組みを提示したが、これは知的な設計支援システムの研究があまり進んでいない建築設計分野において、新しい実用的な手法と方向性を示したものである。本論文は設計プロセスの情報化が進む中で、建築計画研究の発展に大きく貢献するものであり、博士 (工学)の学位として価値あるものと認められる。

1998年 10月 (主査

)

審査員早稲田大学教授早稲田大学教授

工学博士 (早稲田大学)

渡辺仁史

筑波大学助教授

工学博士 (早稲田大学)

古谷誠章渡辺俊