architect-calculator

建築計算ツール

迅速な建築設計計算に使用できる、7 種類のコマンドライン Python 計算ツール集です。各計算ツールはコマンドライン引数でパラメーターを受け取り、入力値を検証したうえで、人が読みやすい形式または JSON 構造化形式で出力します。

すべてのスクリプトは scripts/ ディレクトリにあり、次のコマンドで実行できます。

python scripts/<calculator_name>.py [arguments]

構造化された JSON 出力を得るには、任意のコマンドに --json を追加します。他のツールへのパイプや自動化ワークフローで利用できます。

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1. 面積計算ツール（area_calculator.py）

敷地面積と容積率（FAR）から、延べ床面積、有効面積、住戸数、推定人口、必要駐車台数などの開発密度指標を計算します。

パラメーター

パラメーター	フラグ	デフォルト	単位	説明
敷地面積	--site-area	必須	m2	敷地／区画の総面積
容積率	--far	必須	比率	許容容積率／敷地比率
有効面積率	--ntg-ratio	0.80	比率	GFA に対する NGA の割合（0.0-1.0）
平均住戸面積	--avg-unit-size	85	m2	平均住戸面積
1 住戸あたりの人数	--persons-per-unit	2.5	人	平均世帯人数
駐車比率	--parking-ratio	1.0	台	住戸 1 戸あたりの駐車台数

例

python scripts/area_calculator.py --site-area 5000 --far 2.5 --ntg-ratio 0.82

出力例

=== Area & Density Calculator ===
Site Area:            5,000.00 m2
Floor Area Ratio:     2.50
---------------------------------------
Gross Floor Area:     12,500.00 m2
Net-to-Gross Ratio:   0.82
Net Gross Area:       10,250.00 m2
---------------------------------------
Average Unit Size:    85.00 m2
Estimated Units:      120
Persons per Unit:     2.50
Estimated Population: 300
---------------------------------------
Parking Ratio:        1.00 spaces/unit
Parking Spaces:       120

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2. U 値計算ツール（uvalue_calculator.py）

各層の熱抵抗と表面熱抵抗を合計して、複数層からなる壁、屋根、または床構造の熱貫流率（U 値）を計算します。

パラメーター

パラメーター	フラグ	デフォルト	単位	説明
層	--layers	必須	JSON 文字列	層オブジェクトの配列
内表面熱抵抗	--rsi-internal	0.13	m2K/W	内表面熱抵抗
外表面熱抵抗	--rsi-external	0.04	m2K/W	外表面熱抵抗

各層オブジェクト：{"name": "...", "thickness_mm": N, "conductivity": N}

例

python scripts/uvalue_calculator.py --layers '[
  {"name": "Brick", "thickness_mm": 102, "conductivity": 0.77},
  {"name": "Cavity air gap", "thickness_mm": 50, "conductivity": 0.18},
  {"name": "Mineral wool", "thickness_mm": 100, "conductivity": 0.035},
  {"name": "Concrete block", "thickness_mm": 140, "conductivity": 1.13},
  {"name": "Plaster", "thickness_mm": 13, "conductivity": 0.16}
]'

出力例

=== U-Value Calculator ===
Layer                Thickness(mm)  Conductivity(W/mK)  R-value(m2K/W)
---------------------------------------------------------------------------
Rsi (internal)       --             --                   0.1300
Brick                102            0.770                0.1325
Cavity air gap       50             0.180                0.2778
Mineral wool         100            0.035                2.8571
Concrete block       140            1.130                0.1239
Plaster              13             0.160                0.0813
Rse (external)       --             --                   0.0400
---------------------------------------------------------------------------
Total R-value:       3.6425 m2K/W
U-value:             0.2745 W/m2K

Passive House target (wall):   0.15 W/m2K  -- DOES NOT MEET
Typical code target (wall):    0.30 W/m2K  -- MEETS TARGET

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3. 昼光計算ツール（daylight_calculator.py）

BRE の簡易式を使用して、側窓採光の室内の平均昼光率を推定します。

パラメーター

パラメーター	フラグ	デフォルト	単位
室幅	--room-width	必須	m
室奥行	--room-depth	必須	m
室高	--room-height	必須	m
窓幅	--window-width	必須	m
窓高	--window-height	必須	m
窓台の高さ	--window-sill-height	必須	m
ガラス透過率	--glazing-transmittance	0.65	比率
平均反射率	--average-reflectance	0.50	比率

例

python scripts/daylight_calculator.py \
  --room-width 4.0 --room-depth 6.0 --room-height 3.0 \
  --window-width 2.5 --window-height 1.8 --window-sill-height 0.9

出力例

=== Daylight Factor Calculator ===
Room:     4.00m W x 6.00m D x 3.00m H
Window:   2.50m W x 1.80m H (sill at 0.90m)
---------------------------------------
Window Area:             4.50 m2
Total Room Surface Area: 96.00 m2
Window-to-Floor Ratio:   18.75%
Glazing Transmittance:   0.65
Average Reflectance:     0.50
Visible Sky Angle:       60.1 deg
---------------------------------------
Average Daylight Factor: 2.34%

Assessment: ADEQUATE (target >= 2.0% for habitable rooms)

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4. 避難計算ツール（egress_calculator.py）

IBC に基づき、在館者数、必要な出口の数、出口の最小幅、および歩行距離の適合性を計算します。

パラメーター

パラメーター	フラグ	デフォルト	説明
床面積	--floor-area	必須	m2単位の正味床面積
用途区分	--occupancy-type	必須	IBCの用途区分（A-1からU）
スプリンクラー設置	--sprinklered	False	フラグ：建物にスプリンクラーが設置されている
階数	--num-stories	1	階数

例

python scripts/egress_calculator.py --floor-area 800 --occupancy-type B --sprinklered --num-stories 4

出力例

=== Egress Calculator ===
Floor Area:        800.00 m2
Occupancy Type:    B (Business)
Sprinklered:       Yes
Number of Stories: 4
---------------------------------------
Occupant Load Factor:   9.3 m2/person
Occupant Load:          86 persons
---------------------------------------
Required Exits:         2
Min Exit Width (total): 1,376 mm
Width per Exit:         688 mm
Min Door Width:         813 mm (32 inches)
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Max Travel Distance:    91.0 m (300 ft) [sprinklered]
Max Common Path:        23.0 m (75 ft)
Max Dead End:           15.0 m (50 ft)

COMPLIANCE: Review travel distances on plans.

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5. 構造荷重計算ツール（structural_load_calculator.py）

初期構造設計のため、負担面積に基づく重力荷重を計算します。

パラメーター

パラメーター	フラグ	デフォルト	単位	説明
負担面積	--tributary-area	必須	m2	柱の負担面積
階数	--num-floors	必須	integer	支持する階数
固定荷重	--dead-load	4.5	kN/m2	1階あたりの固定荷重
積載荷重	--live-load	auto	kN/m2	積載荷重（用途に応じて自動設定）
用途区分	--occupancy-type	office	string	積載荷重の自動選択に使用

例

python scripts/structural_load_calculator.py --tributary-area 36 --num-floors 8 --occupancy-type office

出力例

=== Structural Load Calculator ===
Tributary Area:    36.00 m2
Number of Floors:  8
---------------------------------------
Dead Load:         4.50 kN/m2 per floor
Live Load:         2.50 kN/m2 per floor (office)
Total per Floor:   7.00 kN/m2
---------------------------------------
Load per Floor:    252.00 kN
Total Column Load: 2,016.00 kN (8 floors)
Factored Load:     2,822.40 kN (1.2D + 1.6L)
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Preliminary Column: ~400x400 mm RC (fc'=35 MPa)

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6. エネルギー計算ツール（energy_calculator.py）

度日法を使用して、年間の暖房および冷房のエネルギー需要を推定します。

パラメーター

パラメーター	フラグ	デフォルト	単位	説明
床面積	--floor-area	必須	m2	空調対象床面積
外皮面積	--envelope-area	必須	m2	外皮の合計面積
平均U値	--average-u-value	必須	W/m2K	面積加重平均U値
暖房度日数	--heating-degree-days	必須	Kd	年間HDD（基準温度18C）
冷房度日数	--cooling-degree-days	必須	Kd	年間CDD（基準温度24C）
換気量	--ventilation-rate	0.5	ACH	1時間あたりの換気回数
内部発熱	--internal-gains	5.0	W/m2	内部発熱量

例

python scripts/energy_calculator.py \
  --floor-area 500 --envelope-area 800 --average-u-value 0.35 \
  --heating-degree-days 3000 --cooling-degree-days 500

出力例

=== Energy Calculator ===
Floor Area:           500.00 m2
Envelope Area:        800.00 m2
Average U-value:      0.35 W/m2K
---------------------------------------
Heating Degree Days:  3,000 Kd
Cooling Degree Days:  500 Kd
Ventilation Rate:     0.50 ACH
Internal Gains:       5.00 W/m2
---------------------------------------
Transmission Loss:    6,720.00 kWh/yr
Ventilation Loss:     4,050.00 kWh/yr
Internal Gains:       -2,190.00 kWh/yr
Heating Demand:       8,580.00 kWh/yr
---------------------------------------
Cooling Demand:       2,356.00 kWh/yr
---------------------------------------
Total Demand:         10,936.00 kWh/yr
EUI:                  21.87 kWh/m2/yr

Passive House target: 15 kWh/m2/yr -- DOES NOT MEET

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7. コスト計算ツール（cost_calculator.py）

建物の種類、品質レベル、地域に基づいて建設コストを推定します。

パラメーター

パラメーター	フラグ	デフォルト	説明
GFA	--gfa	必須	m2単位の延床面積
建物種別	--building-type	必須	residential/office/retail/hospital/school/hotel
品質	--quality	standard	basic/standard/premium
地域	--region	north-america	north-america/europe/middle-east/asia/australia
外構工事を含める	--include-external	False	フラグ：敷地工事を含める

例

python scripts/cost_calculator.py --gfa 5000 --building-type office --quality premium --region europe

出力例

=== Construction Cost Calculator ===
Gross Floor Area:   5,000.00 m2
Building Type:      Office
Quality Level:      Premium
Region:             Europe
---------------------------------------
Base Cost Rate:     2,800.00 USD/m2
Construction Cost:  14,000,000 USD
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Professional Fees (12%):  1,680,000 USD
Contingency (7.5%):       1,050,000 USD
External Works:           --
---------------------------------------
Total Development Cost:   16,730,000 USD
Cost per m2 (total):      3,346.00 USD/m2

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手法の参考資料

各計算ツールの詳細な数式と手法は、references/calculator-reference.mdに記載されています。

エラー処理

すべての計算ツールは入力を検証し、明確なエラーメッセージを表示します。

• 必須パラメーターが不足している場合は、使い方のヘルプを表示します
• 範囲外の値は、説明メッセージとともに拒否されます
• 無効な用途区分の場合は、受け付け可能な値を一覧表示します
• 不正な形式のJSON入力の場合は、想定される形式を表示します

統合

JSON 出力（--json フラグ）を使用すると、次のものと統合できます。

• パイプライン内の他のスクリプト
• スプレッドシートツール（JSON を解析）
• Web ダッシュボード
• 自動レポートシステム
• BIM パラメーターの注入