Spectrum社のデジタイザカードは超高層ビルの最適化に役立ちます
高層建築物を設計する一般的な方法は、縮尺モデルを作成し風洞テストを行います。これは50年以上にわたって認められているテストですが、ピーク負荷を過小評価することが知られているため、安全マージンを提供するために補正係数が適用されます。もう1つの欠点は、風は一度に1つの方向からしか吹かないのに対し、現実の世界では突風や大きな渦が一度に多くの異なる方向から変動する可能性があることです。 デンマークの企業Vind-Vind社は、自然条件における建物に対する風の影響を捉えるための新しい乱気流モデルを開発しています。このモデリングでは、10nsパルスを使用してLIDARシステムで収集された実世界のデータを使用して精度を高めます。空気中の粒子がレーザーを反射し、ドップラー効果による戻り光の変化は、Spectrum Instrumentation製の超高速「M5i.3321-x16」デジタイザカードを使用して分析されます。
Vind-Vind社のCEO Per Jørgensen氏は次のように説明しています。
「現時点で、風の動きを測定する方法は2つあり、数キロメートルの長距離で低解像度で測定するか、数百メートルの短距離で高解像度で測定する方法です。私たちは、高解像度で長距離を測定するための新しいLIDARベースの機器を作成しました。この機器のキーとなるのは、12bit分解能で1秒あたり3.2ギガサンプルという非常に高いサンプリングレートでデータをキャプチャするSpectrum製デジタイザカードです。これは実際には必要以上のスペックですが、「ノイズの多い」状況や弱い信号を許容する余裕が得られます。追加の帯域幅は、高周波ノイズを即座に特定して除去できることも意味し、後でデータを処理するときに低周波ノイズのみを除去できるようになります。」
想像されるように、風に乗って移動する膨大な数の塵粒子を追跡すると、膨大な量のデータが生成されます。Vind-Vind社は当初、FPGAプラットフォームを使用する予定でしたが、プログラムが複雑すぎることと毎秒作成される大量のデータを処理するのに十分な計算能力がないため、このアプローチを却下しました。データ処理の問題は、Spectrum製のSCAPPドライバ(Spectrum CUDA Access for Parallel Processing)を使用することで解決されました。このソリューションでは、16レーン PCIeインターフェイスを備えたM5iデジタイザが、収集したデータをCPUではなくCUDAベースのGPUカードに1秒あたり最大12.8ギガバイトで直接転送します。GPUカード(この場合は 6,144コアのGPUを搭載したNVIDIA Quadro A4000)は、6コアまたは8コアしか搭載していないPCのCPUよりもはるかに高速にデータを処理することができます。
Vind-Vind社のコンピュータモデリングの最初の目標は、乱気流が都市環境で測定された乱気流とどのように比較されるかを評価することです。その後、乱気流のモデリングは、さまざまな方向からの突風による大気の上層部の影響を含めるように改良される予定です。現実世界で収集された正確なデータを
使用して、3Dコンピューター シミュレーションの予測を検証できます。「実証済みの精度を備えた当社の3D風洞モデリングは、風洞の制約されたバージョンではなく、現実世界の複雑な性質を予測するため、より高いレベルの安全性と風の快適さを提供するために使用できます。」とJørgensen氏は付け加えました。「最終的には、風洞モデルの不正確さのために建築家が構築しなければならないかなりの過剰仕様を削減できることを意味します。これは、不要な材料の使用を削減することで持続可能性を向上させ、コストを節約することを意味します。」
Vind-Vind社は、大気の乱気流と都市環境、風力タービンのクラスター、橋、空港の複雑な風の相互作用など一般的な風洞では有用な結果が得られない多くの状況において、その3D風洞モデリングが非常に重要であることが判明すると想定しています。
Vind-Vind社は2つの姉妹会社で構成されています。PJ Science ApS社は革新的な LIDARシステムの製造と販売に注力しており、Vind-Vind ApS社は建設業界向けの風力解析を行うコンサルティング会社です。より詳しい情報はこちらをご確認ください：www.vindvind.com
原文ドキュメント：Spectrum社
Revolutionary 3D wind turbulence simulation
Revolutionary 3D wind turbulence simulation.pdf
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Spectrum Instrumentation社について
Spectrum社は、Spectrum Systementwicklung Microelectronic GmbHとして1989年に設立され、2017年にSpectrum Instrumentation GmbHに改名されました。最も一般的な業界標準（PCIe、LXI、PXIe）で500を超えるデジタイザおよびジェネレータ製品を作成するモジュール設計のパイオニアです。これら高性能のPCベースのテスト&メジャーメントデザインは、電子信号の取得・生成および解析に使用されます。同社はドイツのGrosshansdorfに本社を置き、幅広い販売ネットワークを通じて世界中に製品を販売し、設計エンジニアによる優れたサポートを提供しています。 Spectrum社の詳細については、www.spectrum-instrumentation.comを参照してください。