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都市環境負荷の長期予測シミュレータの改良
寺地 愛優
1. はじめに これまで我々は、都市・建築の持続化に向けた施策立案 を支援する方法論の構築を目指して、都市・建築を複雑な 社会動態が包含された非線形の強い都市システムと捉え、 システムダイナミクス手法によりその環境負荷を長期的 に予測することによって要素技術や社会制度の普及に応 じた環境負荷削減可能量を明らかにすることを目的とし て都市環境負荷の長期予測シミュレータの開発を行って きた。本論では、昨年度作成した人口セクタ、世帯セクタ、 従業者セクタ、民生部門セクタ、建設業セクタ、製造業セ クタに加えて商業用地セクタを新たに作成するとともに、 民生部門セクタのモデルを、アンケート調査や感度分析を 行うことによって改良した。また、民生・産業部門におけ る 2050 年までの CO2排出量の予測を行った。 2. シミュレータの開発方法 都市システムにおける変数間の因果関係の概念図を図 1 に示す。人口という一つの変数を考えたとき、転入数は 移住の魅力により変化する。医療水準が高いなど居住環 境が良ければ、移住の魅力は上がり人口は増加する。し かし、人口が増加すると、人口密度も増加して居住環境 が悪化し、移住の魅力は下がり人口は減少に転じる。こ のように、都市を多様な変数で構成される一つのシステ ムとしてモデル化することで、都市の複雑な社会動態を 再現できる。そこで、本研究ではシステムの動的変化や 変数間の因果関係を容易に扱うことができるシステムダ イナミクス手法によりモデル化を行う。システムダイナ ミクス手法とは、時間の経過とともに変動する動作シス テムの内部構造をモデル化する手法である。 システムダイナミクス手法を用いた都市システムモデ ルは、都市システムを表現する多様な変数及び変数間の因 果関係により構成される。変数間の因果関係は構造方程式 によって表されるが、この構造方程式を魅力乗数により推 定する。魅力乗数とは、都市の住環境や職の魅力を数値化 した指標であり、専門家の知見やアンケート調査に基づき、 ロジスティック関数などのグラフ関数に当てはめてその 大きさを定義する。例えば、図 2 は所得水準による転入率 への魅力乗数を示すが、これは、所得水準伸び率が 1.5 倍 になれば、転入率が約 1.75 倍になるという意味である。 元来、都市システムには膨大な変数が介在するが、環 境負荷に動的な変化をもたらす主な変数群を規定できれ ば良い。また、関係性の強い変数群をセクタという概念 でグループ化し、セクタのモデルを統合することにより シミュレータを開発する。 3. 個別セクタのモデル化 本論では、前回までにモデル化した 12 セクタに加え、 商業用地セクタのモデル化を行った。なお、個別セクタ のモデル化にあたっては、モデル化が完了していない他 のセクタからの変数に過去の実績値を与えた。 商業用地セクタは、土地開発や用途転用による用途面 積の増減を推計するため、開発・転用土地面積により変 化するモデルとした。開発・転用土地面積を商業用地面 積で除した商業用地開発・転用率への影響には、DID 面 積増加率、GDP 成長率による魅力乗数を設定した。 【シミュレーション結果の検討】 福岡市における 1975∼2005 年の実績値を用いてモデル 精度の検証を行った。商業用地面積に関しては、実績値 の推移を良く捉えている。開発・転用率に関しては、少 なく計算されている期間があるものの、その傾向は捉え ている。 4. モデルの改良 これまでに作成した民生家庭部門の戸建住宅セクタと 図 1 都市システムにおける 変数間の因果関係の概念図 基準年を1とする 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 0 0.5 1 1.5 2 所得水準伸び率[-] 魅力 乗数 値[ -] 基準年を1とする 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 0 0.5 1 1.5 2 所得水準伸び率[-] 魅力 乗数 値[ -] 図 2 所得水準による転入率 への魅力乗数 図 3 商業用地面積及び 開発・転用率の比較(福岡市)51-2
51-3 民生業務部門の各セクタのモデルに関して、魅力乗数の 検討を行った。 住宅セクタは戸建住宅着工率への住宅密度、戸建住宅 居住率、一人あたり市民所得、住宅地価による影響の検 討を行うため、福岡市の住宅 2000 戸を対象にアンケート 調査を行った。配布したアンケート用紙を図 4 に示す。 住宅密度の戸建住宅着工率への影響を検証するための設 問では、住宅密度が増加すれば購入できる住宅の床面積 は減少し、住宅密度が減少すれば床面積は増加するとし て、住民の新築住宅の購買意欲がどのように変化するか 確認した。戸建住宅居住率の戸建住宅着工率への影響を 検証するための設問では、戸建住宅居住率が増加すれば 中古住宅の減少により中古住宅の価格が上昇して戸建住 宅着工率が増加するとし、中古住宅価格が変化した場合、 住民の新築住宅の購買意欲がどのように変化するか確認 した。これまでの魅力乗数とこれらの設問を分析して決 定した魅力乗数の比較を図 5 に示す。戸建住宅居住率、 住宅地価、住宅密度に関しては増減の傾向を捉えていた が、一人あたり市民所得に関しては一定に達することな く増加し続ける結果となった。 民生業務部門の各セクタは、感度分析を行い影響が少 ないと考えられる影響因子を削除した。また、商業用地 セクタを追加したことに伴い魅力乗数の調整を行った。 変更前の主要変数への影響因子を表 1 に、変更後の主要 変数への影響因子を表 2 に示す。変更前は事務所セクタ、 卸小売業セクタ、飲食業セクタ、その他サービス業セク タのその他施設は同じ構造モデルとしていたが、それぞ れ異なるモデルとなった。 5. シミュレーション結果の検討 個別セクタのモデル を統合し、福岡市における 1975∼2005 年の実績値1)~9)を 用いてモデル精度の検証を行った。 住宅の総数、着工戸数、解体戸数の比較を図 6∼図 8 に示す。総数は、実績値の推移を捉えている。着工戸数 は、1990 年前後において実績値より少なく計算されてい るものの、増減の傾向は反映されている。解体戸数は、 時間的な遅れが生じているが、昨年度に比べ増減の傾向 は反映されている。 民生業務部門の延床面積、着工床面積、解体床面積の 比較を図 9∼11 に示す。延床面積は、概ね実績値の推移 を捉えている。着工床面積は、1980∼1985 年の乖離が大 きいものの、増減の傾向は反映されている。解体床面積 は、全体的に少なく算出されているが、1991 年のピーク は捉えている。 図 5 戸建住宅着工率への魅力乗数の比較 0 0.5 1 1.5 2 0.9 0.94 0.98 1.02 1.06 1.1 魅力 乗数 値[ -] 変更前 2010 戸建住宅居住率伸び率[-] 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 魅力 乗数 値[ -] 変更前 2010 住宅地価伸び率[-] 0.5 1 1.5 2 2.5 1 1.5 2 2.5 魅力 乗数 値 [-] 変更前 2010 一人あたり市民所得伸び率[-] 0 0.5 1 1.5 2 0.5 1 1.5 2 2.5 3 魅力 乗数 値[ -] 変更前 2010 住宅密度伸び率[-] 表 1 各セクタの主要変数への影響因子(変更前) 構成要素 影響因子 単位 相関 人口密度 [人/k㎡] [＋] 商業地価 [円/㎡] [＋] GDP成長率 [-] [＋] 民生事業所密度 [㎡/k㎡] [＋]、[−] 商業地価 [円/㎡] [＋] GDP成長率 [-] [＋] 宿泊客一人あたり宿泊業延床面積 [k㎡/人] [−] 商業地価 [円/㎡] [＋] GDP成長率 [-] [＋] 民生事業所密度 [㎡/k㎡] [＋]、[−] 宿泊客一人あたり宿泊業延床面積 [k㎡/人] [＋] 商業地価 [円/㎡] [＋] GDP成長率 [-] [＋] 人口増加率 [-] [＋] 商業地価 [円/㎡] [＋] GDP成長率 [-] [＋] 医療業密度 [㎡/k㎡] [−] 商業地価 [円/㎡] [＋] GDP成長率 [-] [＋] 3∼18歳一人あたり初等･中等教育施設延床面積 [㎡/人] [−] 商業地価 [円/㎡] [＋] 3∼18歳一人あたり初等･中等教育施設延床面積 [㎡/人] [＋] 商業地価 [円/㎡] [＋] 大学進学率 [-] [＋] GDP成長率 [-] [−] 商業地価 [円/㎡] [＋] 民生事業所密度 [㎡/k㎡] [−] 大学進学率 [-] [−] 商業地価 [円/㎡] [＋] 0∼6歳一人あたり保育園延床面積 [㎡/人] [−] 第3次産業従業者率 [-] [＋] 商業地価 [円/㎡] [＋] 0∼6歳一人あたり保育園延床面積 [㎡/人] [＋] 第3次産業従業者率 [-] [−] 商業地価 [円/㎡] [＋] セクタ分類 事務所・卸小売業・ 飲食業セクタ及び その他サービス業 セクタのその他施設 着工率 解体率 宿泊業 セクタ 着工率 解体率 医療業 セクタ 着工率 解体率 教育施設 セクタ 初等・中等 教育施設 着工率 解体率 高等教育施設 着工率 解体率 その他 サービス 業セクタ 保育園 着工率 解体率 表 2 各セクタの主要変数への影響因子(変更後) 構成要素 影響因子 単位 相関 人口密度 [人/k㎡] [＋] 商業地価 [円/㎡] [＋] GDP成長率 [-] [＋] 民生事業所密度 [㎡/k㎡] [＋]、[−] 商業地価 [円/㎡] [＋] GDP成長率 [-] [＋] 人口密度 [人/k㎡] [＋] GDP成長率 [-] [＋] 民生事業所密度 [㎡/k㎡] [＋]、[−] 商業地価 [円/㎡] [＋] GDP成長率 [-] [＋] 商業地価 [円/㎡] [＋] GDP成長率 [-] [＋] 商業地価 [円/㎡] [＋] GDP成長率 [-] [＋] 宿泊客一人あたり宿泊業延床面積 [k㎡/人] [−] 商業地価 [円/㎡] [＋] GDP成長率 [-] [＋] 民生事業所密度 [㎡/k㎡] [＋]、[−] 宿泊客一人あたり宿泊業延床面積 [k㎡/人] [＋] 商業地価 [円/㎡] [＋] GDP成長率 [-] [＋] 人口増加率 [-] [＋] 商業地価 [円/㎡] [＋] GDP成長率 [-] [＋] 医療業密度 [㎡/k㎡] [−] 商業地価 [円/㎡] [＋] GDP成長率 [-] [＋] 3∼18歳一人あたり初等･中等教育施設延床面積 [㎡/人] [−] 商業地価 [円/㎡] [＋] 3∼18歳一人あたり初等･中等教育施設延床面積 [㎡/人] [＋] 商業地価 [円/㎡] [＋] GDP成長率 [-] [＋] 商業地価 [円/㎡] [＋] 民生事業所密度 [㎡/k㎡] [−] 大学進学率 [-] [−] 商業地価 [円/㎡] [＋] 0∼6歳一人あたり保育園延床面積 [㎡/人] [−] 商業地価 [円/㎡] [＋] 0∼6歳一人あたり保育園延床面積 [㎡/人] [＋] 商業地価 [円/㎡] [＋] 人口密度 [人/k㎡] [＋] 商業地価 [円/㎡] [＋] GDP成長率 [-] [＋] 商業地価 [円/㎡] [＋] GDP成長率 [-] [＋] 事務所セクタ 着工率 解体率 セクタ分類 解体率 着工率 その他 その他 サービス 業セクタ 飲食業セクタ 解体率 着工率 保育園 着工率 解体率 解体率 着工率 宿泊業 セクタ 着工率 解体率 卸小売業セクタ 着工率 解体率 初等・中等 教育施設 着工率 解体率 解体率 着工率 高等教育施設 医療業 セクタ 教育施設 セクタ
51-4 6. 部門別 CO2排出量予測 統合したモデルを用いて、福岡市における 2050 年まで の民生・産業部門 CO2排出量予測を行なった。本研究に おける CO2排出量の算出対象と算出に用いる活動量を表 3 に示す。CO2排出量は各セクタで算出された活動量に CO2排出原単位 10), 2)を乗じて算出する。民生・産業部門 の CO2排出量予測結果を図 12 に示す。建築物の着工や解 体、製造品出荷額の減少により建設業部門と製造業部門 の CO2排出量は減少する。民生家庭部門の CO2排出量は 2030 年まで増加し、その後一定に推移する。産業部門の CO2排出量は微減する。しかし、民生業務部門の CO2排 出量の増加により民生・産業部門全体の CO2排出量は微 増し続ける。 7. おわりに 本報では、都市環境負荷の長期予測シミュレータの開 発方法を示し、シミュレータの構成要素である個別セク タのモデル化及び精度検証を行った。また、作成したモ デルを統合し、2050 年までの民生・産業部門 CO2排出量 予測を行った。民生・産業部門全体の CO2排出量は増加 傾向であるため、何らかの環境負荷削減対策を講じてい く必要がある。今後は、その他のセクタのモデル化を行 い、シミュレータの開発を進め、シミュレータを用いた 様々な環境負荷削減対策の有効性を検証することにつな げる。 【謝辞】 本研究は，平成 21 年度文部科学省科学研究費補助金基盤研究（B）「ハビタットシ ステムの未来シナリオと環境負荷削減可能量に関する研究」（課題番号：21360277， 研究代表者：赤司泰義（九州大学））により実施したものである．関係各位に謝意を 表します． 【参考文献】 1) 資源エネルギー庁：市町村別エネルギー消費統計作成のためのガイドライン， 2006. 6 2) 福岡市：昭和 50 年度版∼平成 17 年度版 福岡市統計書，1976. 2-2006. 3 3) (財)地方財務協会：昭和 51 年版∼平成 17 年版 公共施設状況調，1977. 1-2007. 7 4) 福岡市総務局総務部統計課：昭和 51 年∼平成 16 年 福岡市の商業 商業統計調 査，1977. 7-2006. 6 5) 総務省統計局：昭和 50 年∼平成 16 年 事業所企業統計調査報告，その 40，福岡 県，1976. 9-2006. 3 6) (財)省エネルギーセンター：2009 年版 エネルギー・経済統計要覧, 2009. 2 7) 文部省：昭和 50 年版∼平成 17 年版 文部統計要覧，1975. 9-2007. 3 8) 住環境計画研究所推計値 9) 林徹夫：マイコンによる住宅の多数室室温変動・熱負荷計算システムの開発，住 宅研究財団研究年報，No20，1992 10) 環境省，経済産業省：温室効果ガス排出量算定・報告マニュアル，2008. 6 11) 九州電力：九州電力環境アクションレポート，2008. 6 12) 今枝寿哉、柳美樹：民生部門のエネルギー消費実態調査について，第 20 回エネ ルギーシステム・経済・環境コンファレンス公演論文集，pp.223∼226，2007. 1 13) 松橋啓介、工藤祐揮：市区町村の運輸部門 CO2排出量の推計方法に関する比較研究， 国立環境研究所，環境システム研究論文集，第 32 号，pp.235-242，2004. 10 14) 福岡市総務局総務部統計課：昭和 50 年度∼平成 17 年度 福岡市の工業，工業統計 調査結果，1977. 1-2007. 3 15) 通商産業大臣官房調査統計部：昭和 55∼平成 11 年 石油等消費構造統計表，1983. 3-2000. 3 16) (財)省エネルギーセンター：2009 年版 エネルギー・経済統計要覧，2009. 2 17) (社)日本建築学会地球環境委員会 LCA 指針策定小委員会：建物の LCA 指針 LCA デ
ータベース 1995 年産業連関表分析データ版，Ver2.2，2006. 11 図 9 延床面積の比較（福岡市） 0 5 10 15 20 25 30 1975年 1990年 2005年 2020年 2035年 2050年 延床面 積[ 百万㎡ ] 延床面積(実績値) 延床面積(変更前) 延床面積(計算値) 図 10 着工床面積の比較（福岡市） 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 1975年 1990年 2005年 2020年 2035年 2050年 着 工 床面 積[ 十万 ㎡] 着工床面積(実績値) 着工床面積(変更前) 着工床面積(計算値) 図 11 解体床面積の比較（福岡市） 0 2 4 6 8 10 12 14 1975年 1990年 2005年 2020年 2035年 2050年 解体床 面積 [十 万 ㎡ ] 解体床面積(実績値) 解体床面積(変更前) 解体床面積(計算値) 図 6 総数の比較（福岡市） 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1975年 1990年 2005年 2020年 2035年 2050年 総 数 [千戸] 戸建住宅(実績値) 変更前 戸建住宅(計算値) 共同住宅(実績値) 変更前 共同住宅(計算値) 図 7 着工戸数の比較（福岡市） 0 5 10 15 20 25 1975年 1990年 2005年 2020年 2035年 2050年 着工 戸数[ 千戸 ] 戸建住宅(実績値) 変更前 戸建住宅(計算値) 共同住宅(実績値) 変更前 共同住宅(計算値) 図 8 解体戸数の比較（福岡市） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1975年 1990年 2005年 2020年 2035年 2050年 解体 戸数[ 千戸 ] 戸建住宅(実績値) 変更前 戸建住宅(計算値) 共同住宅(実績値) 変更前 共同住宅(計算値) 図 12 民生業務部門の CO2排出量予測結果（福岡市） 0 100 200 300 400 500 600 700 1975年 1990年 2005年 2020年 2035年 2050年 CO 2 排出量 [万 t-C O2 ] 民生家庭部門(計算値) その他サービス業(計算値) 製造業部門(計算値) 建設業部門(計算値) 民生家庭部門(実績値) その他サービス業(実績値) 製造業部門(実績値) 建設業部門(実績値) 算出対象 活動量 民生家庭部門 住宅の運用に伴うCO2排出量 建て方別世帯類型別世帯数 民生業務部門 民生業務建築の運用に伴うCO2排出量 用途別延床面積 製造業部門 工場の運用に伴うCO2排出量 製造品出荷額 建築物の着工に伴うCO2排出量 建て方別着工戸数、用途別着工床面積、製造業着工床面積 建築物の修繕に伴うCO2排出量 建て方別世帯数、用途別延床面積、製造業延床面積 建築物の解体に伴うCO2排出量 建て方別解体戸数、用途別解体床面積、製造業解体床面積 部門分類 民生 部門 産業 部門 建設業部門 表 3 CO2排出量の算出対象と算出に用いる活動量
