建築資訊模型(BIM)

對於國內工程界而言，建築資訊模型是一個有點陌生但是最近又常聽到的名 詞。事實上，在美國、歐洲與亞洲一些地區，建築資訊模型已經發展多年，雖然 還未到普遍採用的階段，但 BIM 相關軟體工具已經逐漸齊備，一些國外政府招 標中，BIM 也成為合約的交付項目標準，同時在學術文獻上也發現不少 BIM 成 功的案例[21]。

2.3.1 建築資訊模型(BIM)之介紹

建築資訊模型以三維數值技術為基礎，統整了建築工程專案各種相關資訊的 工程數據模型，意即營建專案相關資訊之詳盡數值化之表達。建築資訊模型同時 也是一種應用於設計、建造、管理的數值化方法，應用於建築工程的集中化管理 環境，使建築工程在整個專案流程提高效率和減少風險的發生[22]。

由於建築資訊模型需要應用於建築工程生命週期管理之集中化管理環境，因 此建築資訊模型的結構為一具備數值模型和行為模型之複合結構，兩相結合後，

透過關聯賦予數據意義，因此可用於模擬真實世界的行為。如模擬建築物的結構 應力分布、構材傳熱狀況，其行為的模擬結果當然與資訊的品質息息相關[22]。

簡單而言，可以將建築資訊模型視為數位化的建築 3D 幾何模型。此資訊具 有許多表達形式，諸如建築的平面圖、立面、剖面、詳圖、三維立體視圖、透視 圖、材料表或是計算每個房間的照明效果、所需空調通風量、材料造價、採購訊 息等。因此，實際上 BIM 等於是透過數位化技術，在電腦中建立一個虛擬建物，

該建物資訊模型就是提供了一個單一的、完整一致的、邏輯的建築資訊庫[23]。

由文獻回顧中得知，建築資訊模型已經是新世代建築設計、管理、維護之先 驅，我們漸漸地將建築生命週期走向數位化，資訊模型內包含之訊息非常詳細。

3D 模型建置的精細度能夠與業主進行溝通，以達成與未來展望之契合；或與客 戶進行視覺化的溝通、協調，為客戶量身打造他們期望的建築。建築資訊模型在 台灣目前處於剛起步，因此 BIM 的推廣在這個新舊交替之時期則顯得格外重要，

許多營造廠、工程顧問公司也已經採用 BIM 的系統，相信未來會有更多營建業 也會引進這樣的優良資源。

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2.3.2 建築資訊模型(BIM)之應用

BIM 雖然成為工程顧問公司、建築師事務所考量挑選之工具，但目前國內大 多仍以 2D 工程圖說做為工程依據的工作流程，要以 BIM 取代現今的作業模式，

對許多公司或業主而言，仍存有疑慮。而建築資訊模型大約可分為六大應用範疇，

其中包含建築設計、結構分析、協同作業、空間環境模擬、資訊再利用及維護管 理等六大項[24]。下列為業界實際使用 BIM 之技術概況。

隨著 3D 視覺軟體工具與工程應用技術快速發展，為了改良營建工程的效能 與品質達成永續節能的產業理念，台灣世曦(台灣世曦工程顧問股份有限公司)體 認到 BIM 軟體工具在 3D 功能上已相當成熟，因此推薦台肥(台灣肥料股份有限 公司)在花蓮海洋度假園區先期景觀工程開始應用 BIM 技術，包括景觀檢討、數 量檢算與改裝設計檢核。該工程於 2008 年級開始 BIM 模型的建置與技術導入，

將 2D 成果予以 3D 視覺化，檢測 2D 設計所呈現的空間樣貌[25]。

BIM 工具除了在設計及繪圖的層面上，減少了許多錯誤外，更可提升建築生 命週期資料流通及應用的效率。以公路總局新建埔里工務段辦公大樓做為導入的 實證案例，使用 Autodesk Revit 系列的 BIM 軟體，由於導入 BIM 的時間點在該 工程發包以後，故方法上乃反向應用 BIM 工，依照專案的二維圖說， 用 RevitArchitecture、RevitStructure 及 RevitMEP，分別建置三維數值 BIM 模型，嘗 試以工程實例驗證導入 BIM 流程的效益。綜合此研究的成果與經驗，足以提出 以下結論[26]。

一、 採用三維物件可有效避免傳統二維圖說所產生的圖面不一致、遺漏、衝突 或錯誤的問題，也可有效的提升設計方與施工方的資訊流通效益。

二、 Revit 系列的專業軟體所建模型的套疊整合已相當成熟，可任意改變角度的 視圖、顯示各部位的搭配狀況；在結構物件的材料輸出明細部分，可依框 選部分輸出數量明細的改善空間。

三、 將三維模型搭配施工排程，用 NavisWorks 製作的四維施工模擬，可做為施 工程序檢討的溝通工具，可用來掌握施工資源提升效率，也可搭配軟體的 碰撞檢查功能，達到預先發現工程序所產生之問題。

四、 於規劃設計階段即導入 BIM，可發揮三維視覺化溝通效益，可使業主需求 與建築設計理念契合外，更可追求工程數量估算之精確度，也可由模擬分

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析各種不同替代方案。

五、 在傳統 DBB 契約中，因契約方利益先於專案整體利益，加上有以仲裁訴訟 解決爭議的條款，無法發揮 BIM 工具的「分工建模、協作設計、整合分析」

功效。美國建築師協會提倡的 IPD，應是工具改變後的制度流程改造方向。

六、 在現行 AEC 產業環境制度下較難用公部門專案來客觀探討 BIM 流程產生 的量化效益，未來的類似研究案例，建議選擇私部門的專案進行。

2.3.3 Ecotect 之介紹

Ecotect 是 Square One 公司研發的輔助生態設計軟體，此軟體之構想最初出 現於其主要研發者安德魯•馬歇爾博士在西澳大利亞大學建築與藝術學院的一篇 博士論文中。他認為建築的各種性能應該是建築師在概念構思階段應考慮到的首 要因素，而不應是整個設計過程最後可能考慮的裝飾品，假設從開始就關注到這 個因素，那麼建築師將會節省大量的時間、精神，並創造出更宜人、舒適的建築 [27]。

Ecotect 採用了靈活而直觀的 3D 訊息化模型，簡化了複雜幾何體的構思過程，

並徹底拋棄了傳統 CAD 之複雜定位建模方式。Ecotect 中包含了熱環境、光環境、

聲環境、日照、經濟性及環境影響、可視度六類分析功能，另外還附帶了一個可 視化氣象數據分析模組，上述六類分析基本上涵蓋到了建築設計中的主要影響因 素。圖 2.1 中將這六類分析對應到建築創作構思的各種影響因素中，我們可以發 現這些分析對於造型、空間規劃、立面和環境關係等關鍵影響因素都具有相當的 決定性[28]。

由研究文獻中了解到，Ecotect 這一套建築環境分析軟體涵蓋了六大類分析功 能，他能精確的模擬一棟建築在任何地方，一年四季與周圍環境的對應關係，也 包含了建築內部的環境分析，而且無須匯入複雜的建築模型。而這套軟體則幫助 我們在設計建築物時能花最少的時間，做最詳細的模擬及實驗，讓未來居住的人 能夠擁有舒適的居住空間；在節能的部分，分析了日照量、熱環境等等與空調和 照明設備有關的資訊，讓建築能夠減少能源之虛耗，進而達到節能之目的。

22 可視度分析

熱環境分析 日照分析

光環境分析

經濟和環境分析

聲環境分析 造型量體

空間劃分

構造及材料

立面設計

環境關係

廳堂形狀 方案設計

中的分析

Ecotect中

的分析 方案設計

中的分析

圖 2.1 Ecotect 在設計中的應用

2.3.4 Ecotect 之應用

以台大綠房子為例，運用了 Ecotect 生態建築輔助設計軟體建置了數值模型，

並進行了不同設計方案下多次的數值模擬計算，其目的是為了確知同一棟建築物 是否設置熱緩衝空間的情況下，對於空調負荷及日間照明耗電量究竟有何具體之 影響。建築是耗能大戶在這個什麼都強調「綠」的時代，建築師在設計時面對比 以往更龐雜的資訊與考量，在建築物建成前，須採用快速、精簡人力物力、可信 度高的方法或輔助工具，也就是在這樣的趨勢下，催生出許多建築耗能模擬分析 之輔助設計工具，包括 EnergyPlus、Dest、DesignBuilder、Radiance、Airpak、IES VE 等，Ecotect 相較之下有許多特點如下[28]。

一、使用介面簡單，操作方式與 AutoCAD 環境相似。

二、無須複雜模型就能執行模擬分析，模型也可自其他軟件做導入。

三、Ecotect 在計算方法的選擇上權衡了分析速度與相對精確度，因為在很多情 況下，計算結果的絕對精確度在設計早期階段通常並不那麼重要，只要進行 相互比較計算的前提是一致，並可保持相對精確度即可。

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四、Ecotect 提供熱環境、光環境、聲環境、日照陰影、經濟性及環境影響等分 析模塊，功能廣泛且全面性高。

五、Ecotect 本身內嵌數值模型交換端口，可以直接將數值模型模擬及其中包含 空間、材質、計算參數等資訊轉出到更為專門的模擬分析軟體中，進行全年 逐時動態耗能、室內晝光照度、氣流分部或空調系統建構及耗能預測。

六、可依分析內容產生相當豐富的圖表及可由使用者自行揣摩的表現法，適合做 為與業主的溝通工具。

以北海市一高層辦公大樓方案設計過程為例，運用英國 Square One 公司開發 之生態建築設計軟體 Ecotect 為研究工具。此研究之分析成果共分為氣候及設計 策略分析、場地設計分析、遮陽措施分析、外窗措施分析、外牆與通風措施分析 五大項，以下針對這五大項進行重點整理[29]。

一、 氣候及設計策略分析：北海地處廣西南端，屬亞熱帶海洋性季風氣候，夏 季較熱且時期長，熱、濕指數高，因此在進行建築設計時，需要注意夏季 溫度和濕度都較高的炎熱期設計。

二、 場地設計分析：透過場地累計日平均輻射分析，可以確定場地太陽輻射之 分布情況。

三、 遮陽措施分析：Ecotect 的優化遮陽設計模塊能根據指定的日期自動生成遮 陽形式，為遮陽設計提供很好的參考。分析得出，綜合遮陽採光係數和照 度雖然低於水平遮陽，但都能很好地滿足辦公大樓的採光要求，因此辦公 大樓東西朝向立面採用綜合遮陽策略是十分合理可行的。

四、 外窗措施分析：玻璃外窗傳熱細數及其太陽輻射透過率，是影響室內舒適 度和空調能耗的主要因素。研究中以鋁合金框單層玻璃與鋁合金框低輻射 中空玻璃相比較前後能耗情形，得知前者採光係數是 9.32%，平均照度是 412.92lux，後者採光係數是 10.45%，平均照度是 560.55lux。因此選用鋁合 金框低輻射中空玻璃窗更有利於節能與採光。

五、 外牆與通風措施分析：該方案外牆在建築表面積裡所佔的比例較大，外牆 的導熱性能對建築節能具有重要意義。