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ガラスの修理請求される

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●メッセージ性のある建築、環境に調和した建築を目指した設計
2011年6月のTop500で1位を獲得した「京」スーパーコンピュータ(スパコン)が富士通製であることは良く知られているが、神戸のポートアイランドにある京スパコンを入れる計算科学研究機構の建物(以下、京センター)を誰がどのように設計したかは、殆ど知られていない。

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この神戸のスパコンセンターの設計を担当したのは日建設計という会社で、この建物の設計を担当した設計部門副代表の五十君興氏と構造設計を担当した朝川剛氏が、10月21日のサイエンティフィック・システム研究会(SS研)で講演を行ったので、その様子をレポートする。なお、同研究会は会員限定の催しであるが、会員以外でも、発表資料はSS研のWebサイトからダウンロードすることができる。

日建設計は、一般にはなじみの薄い会社であるが、SPring-8の隣に作られたX線自由電子レーザSACLAの実験研究棟やスパコン関係では地球シミュレータセンターの設計を行った会社である。そして、東京ドームや埼玉スーパーアリーナ、東京タワーや東京スカイツリーの設計も日建設計というように、日本を代表する建築土木設計会社の1社である。

スパコンセンターは、当然、スパコンが主役であるが、京センターには世界中から研究者や見学者が訪れることになるので、単なる機能重視の建物ではなく、メッセージ性のある建築、環境に調和した建築にしたかったという。そして、スパコンを守るという建築本来の役目もしっかり果たす建物であることは当然の要件である。

スパコンを見せる・魅せる建築として、研究棟は2重外壁で外側の壁をガラスとする建築を考案した。インタビュー育毛の７つの特徴この2重の壁は単なる装飾ではなく、2枚の壁の間が煙突のようになって空気が通り、外気による冷却効率を高めているという。

また、計算機棟の窓はゲノムなどの塩基配列をイメージした縦長の細い窓を不規則に配置している。

そして、建物は道路と平行に建てられるのが一般的であるが、次の図のように、17度右に振った配置にして、麻耶山を正面に望むようになっている。

なお、この地図ではポートライナーの駅名はポートアイランド南駅となっているが、2011年7月1日に京コンピュータ前駅に変更されている。

しかし、研究会の出席者からは、年数が経って京コンピュータがTop500の20位、30位になっても、この駅名は残るのかという懸念の声も上がっていた。

京センターの東西の断面は次の図のようになっており、西側に事務室や研究室が配置され、東側に計算機室と空調機械室が配置されている。

この図に見られるように、計算機室と空調機械室は事務室などの2階分の高さがあり、京コンピュータの計算ノードが設置されている計算機室2は、普通の建物でいうと5階にあることになり、見学ホールは6階に設けられている。

なお、当初の計画では事務研究棟と計算機棟は別の建物となっていたが、最上階まで吹き抜けのアトリウムを挟んで計算機室と研究室を隣接させ、研究者同士がアトリウムのくつろいだ環境でコミュニケーションができるという構造を提案し、現在の形に落ち着いたという。

●巨大スパコン最大の問題である消費電力対策と地震対策
巨大スパコンの最大の問題は消費電力と冷却であり、京センターでは、環境配慮の点から各種の省エネ技術を取り入れている。

京コンピュータのCPUとインタコネクト用のICCという2大LSIは水冷であるが、メモリDIMMや電源、そしてストレージシステムは空冷である。このため、計算ノードを設置する計算機室2には下の階にある空調機械室2から冷気と冷却水を供給している。カウンセリング次の図に示すように、この空気はコールドアイル側の床から吹き上げ、計算ノード筐体を冷却して反対側のホットアイルに抜ける。そして暖まった空気は天井から計算機室の両側に設けられたリターンチェンバを通って空調機械室に戻り、空調機で冷却されて循環する。これはグローバルファイルシステムを設置する計算機室1でも同じであるが、こちらは空冷だけである。

そして、高断熱化ガラスの使用や屋上や壁面の緑化で外部からの熱の侵入を減らし、最小限換気で冷気を捨てないなどの方法で空調電力を減らしている。

結果として、(マシンの電力と空調、照明などを含めた計算機室全体の電力)/(マシンの電力)で計算されるPUE(Power Usage Effectiveness)を1.3〜1.5に抑えているという。なにしろ、マシンの電力が10MWを超えるので、PUEの0.1の差は1MW以上であり、年間の電気代で1億円の差が出る。

普通の計算センターではPUEは2.0前後と言われ、それに比べると良い値であるが、東京工業大学(東工大)のTSUBAME 2.0は1.28、寒冷地にデータセンターを建設し外気を使って冷却するGoogleやFacebookの巨大データセンターでは1.2を切ると言われているのに比べると、京センターのPUEはもうすこし頑張って欲しいところである。

ポートアイランドは埋め立てで作られた人工の島であるので、地震発生時の地盤の液状化や揺れの増幅が心配である。また、建物は無事でも地盤が不均一に沈下して床が傾いてしまうと使い物にならなくなってしまう。

そのため、液状化の起こる層にサンドコンパクションパイルを打ち込み1平方メートルあたり20トンの荷重に耐えるように地盤の改良を行っている。そして、張り出しをもった沈下抑制杭を海面下34mまで打ち込み、不同沈下を抑えている。プチ整形

FEMでの計算によれば、これらの対策で最大傾斜は1/1000以下という仕様を満足できるとのことである。

計算機室は柱の無い空間となっており、鉄骨構造で強度を確保している。そして重い計算ノードを載せる床を支えるため、その下の空調機械室は斜めのトラスを入れて強度を高めた構造となっている。

地震の揺れに対する対策としては、積層ゴムによるアイソレータで建物に揺れが伝わるのを抑え、鉛ダンパーと鋼製ダンパーで揺れのエネルギーを吸収するという構造を取っている。これにより、大地震の場合でも計算機室の床の水平応答加速度は200Gal程度に抑えられるとのことである。

このように地震の場合に地盤が液状化しない、揺れから建物を守るという点については配慮がなされているが、先の東日本大震災では津波が大きな被害を引き起こしたので、津波が起こった場合はどうなるのかを質問してみた。

構造概念図に見られるように、ポートアイランドの地面は海抜6〜7m程度の高さがあり、これより低い津波の場合は問題ない。これを超えると地下にある空調機械室1に浸水するという回答であった。

神戸市の想定では、東南海、南海地震による津波の高さは満潮時でも2.5mである。東日本大震災を踏まえ、神戸市は暫定的に2倍の高さの津波に耐える防災対策を進めるとしているが、5mの津波としても、京センターの海抜は十分な高さがあるということになる。

また、京センターは隣が海という環境であり、事務研究棟側は窓を開けると潮風が入るが、計算機棟の空気は除塩フィルターを通して塩分を除去しているので塩害の心配はないとのことであった。インプラント

(Hisa Ando)

[マイコミジャーナル]


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