FDS Simulation

FDSシミュレーション

火災動力学シミュレータ(FDS)を使った解析の記録です。
モデル作成から計算環境の壁、そして富岳での並列処理までの流れをまとめています。

FDSとは 開発ストーリー

FDS(Fire Dynamics Simulator)とは

Overview

火災・煙の挙動を数値解析

FDSは米国NIST(国立標準技術研究所)が開発した火災動力学シミュレータです。 建物内の火災発生、煙の拡散、温度分布、避難に影響する視界の変化などを、 計算流体力学(CFD)で再現できます。

Our Use

防災メタバースへの活用

本校舎をモデル化し、火災シナリオごとの煙の動きを解析。 得られたデータはVR体験アプリや避難訓練のシミュレーション素材として利用しています。

開発ストーリー

モデル作成から富岳での大規模計算まで、試行錯誤の記録です。

STEP 1

Blender for FDSでモデルを作成 完了

まずはBlender for FDSを使い、校舎の3DモデルからFDS用の入力ファイルを作成しました。 壁・開口部・火源の配置など、シミュレーションに必要な設定までここまでは自力で進められました。

STEP 2

ローカルPCで計算したら…40時間以上! ボトルネック

いざ計算を回してみると、手元のローカルPCでは1ケースあたり40時間以上かかる見込みに。 高性能なマシンでも、FDSの大規模解析には限界がありました。

CPUAMD Ryzen 9 8940HX
メモリ32 GB DDR5
ストレージSSD 3 TB
GPUNVIDIA GeForce RTX 5070 Laptop
見込み計算時間1ケースあたり 40時間以上
STEP 3

地元・愛媛大学の高性能PCは? 工数的に厳しい

次に考えたのは、地元の愛媛大学にある高性能PCの活用です。 工学部の方々にも相談しましたが、使わせていただける時間や工数的な面から、 今回の規模・本数の計算を任せるのは難しい状況でした。

STEP 4

そうだ、「富岳」使おう! 転換点

ローカルでは時間がかかりすぎる。大学のマシンも工数的に厳しい——。 そこで思い切って、世界最速クラスのスーパーコンピュータ「富岳」の利用を検討することにしました。

「そうだ、富岳使おう!」

富岳の利用申請の手続きを進め、計算資源の正式な利用枠を申請しました。

STEP 5

高校生で初の正式採択! 歴史的達成

申請の結果、高校生として初めて富岳の正式採択を受けました。 これまで個人や学校単位では手の届きにくかった大規模計算に、 ようやく本格的にアクセスできる段階まで来ました。

STEP 6

10ノードクラスタで並列分散処理 高速化

採択後は10ノードを接続したクラスタ構成で並列分散処理を実行。 1台のPCで延々と回すのではなく、複数ノードに計算を分割することで、 待ち時間を大幅に短縮できました。

STEP 7

約5時間で10パターン完了! やったね!

結果、約5時間で計算が完了。10パターン分のシミュレーションを一気に終わらせることができました。 ローカルPCなら400時間以上かかっていた計算量が、富岳の並列処理で現実的な時間に収まりました。

やったね!

40時間超 × 10パターンの壁を、富岳の力で突破しました。

10 ノード並列
約5h 計算完了
10 パターン分
40h+ → 大幅短縮

シミュレーションデータ