為建立「建築物自然通風資料庫建構」及最佳化通風分析，研究擬選 定一目標建築進行自然通風分析。本建築位於台灣南部，為樓高 8 層且附 近為空曠區域，室內空間寬敞無複雜隔間，適合於夏季進行自然通風。擬 採用 2 部分進行，分別為風洞實驗以及 CFD 模擬。由於實驗設備以及縮尺 模型考量，直接風洞實驗中進行建築室內外自然通風試驗的難度相當高，
故本研究採用一個變通且有效的方式，即於風洞實驗中獲取開窗部之建築 表面平均風壓，再將對應之風壓係數導入 CFD 室內通風模型中進行不同開 窗配置之通風分析。
在開發「BIM 建築物室內通風管理系統」方面，本研究採用 Unity3D 作為 BIM 模型之加值應用開發工具，並利用自行發展之「視覺化多維度資 訊整合架構」進行系統整合機制。分述如下：
1. 相關文獻與當地氣象資料收集 2. 風洞試驗
於風洞中設置目標建築之縮尺模型，量測在不同水平風向角下模型各 開窗位置之風壓數據，其結果係作為建築壓力模擬驗證比對之依據，以及 室內模擬區域開窗部之壓力邊界條件。
風洞試驗內容包括：
(1) 來流風況：C 地況，0 ~ 337.5，每 22.5轉風向角一次，共 16 個水 平風向角。
(2) 目標建築模型 1 座，包含半徑 100 公尺範圍內建築。
(3) 針對目標建築物模型開口區域進行風壓量測，獲得表面風壓(時均值 與均方根值)之空間分佈結果。
3. CFD 模擬
針對目標建築代表性樓層之室內空間進行模擬，
(1) 來流風況：根據風洞實驗量測之風壓結果，將 16 個水平風向角之風 壓數據輸入分析。
(2) 模擬代表樓層所有可控制開關之窗戶情形，改變不同開窗條件，扣 除完全不開以及僅開 1 扇窗的無法產生貫流通風狀況，求得各種開 窗情況之室內空氣流動數據。
4. Unity 3D
Unity3D 遊戲引擎為現今廣被使用的遊戲引擎之一，主要可支持多平 台系統之開發，例如 Windows、macOS、Linux 作業系統之線上與單機遊 戲以及 Android、iOS 行動裝置應用程式(Application, APP)等。在開發上主 要以物件導向的程式設計邏輯為基礎，並搭配 C#、JavaScript 程式語言，
讓使用者以較為不受限的方式依照個人的需求進行程式的互動設計與開發。
在開發的過程中，Unity 3D 遊戲引擎提供使用者一個 3D 可視化的場景進 行開發，並結合 2D 使用者介面(User Interface, UI)的開發環境，讓使用者 方便進行 3D 介面為基礎之遊戲開發，其中 Unity 也提供了多種 3D 模型格 式的支持，其中包括 *.3ds、*.dxf、*.dae、*.obj、*.fbx 等，使得在本研究 得已整合不同之 BIM 模型檔案，讓系統的製作上更為多元。除此之外 Unity3D 遊戲引擎還具有大量的第三方插件支援，協助使用者功能需求上 的開發更為便捷。有鑒於此，本研究將利用 Unity3D 遊戲引擎高度的跨平 台性、互動性、客制化、開發自由度及 3D 畫面呈現的能力為基礎，作為 系統主要之開發環境，藉此開發出一個有利於 BIM 3D 模型加值應用及營 建資訊整合的視覺化建物自然通風管理系統。
5. 視覺化多維度資訊整合架構
為有效拓展 BIM 於營建產業全生命週期之應用，根據既有 BIM 3D 模 型與營建資訊管理系統整合之需求，本研究將利用自行設計之「視覺化多
維 度 資 訊 整 合 架 構 (Visualized Multi-dimensional Information Integration Framework, VMDIIF)」，以 Unity3D 遊戲引擎及網頁為主要開發環境，並 結合虛擬實境(Virtual Reality, VR)之技術，提供一個以 BIM 3D 模型為基礎 之圖形化操作介面，其中包含了三個主要之項目：「混合式資料庫(Hybrid Database) 」、「系統維護管理模組」及「視覺化多維度資訊應用程式」，
作為往後整合開發之參考(圖 1-1)。分述如下：
圖 1-1 視覺化多維度資訊整合架構(VMDIIF)圖 資料來源：本研究繪製
混合式資料庫
為了使系統之資訊能有效地進行整合，透過建立「混合式資料庫」，
並利用其核心資料庫來作為整合既有 BIM 3D 模型資料庫與營建管理系統 資料庫兩者之間的橋樑，串聯關鍵之資訊，同時可供後續功能擴充開發使 用(圖 1-2)。
圖 1-2 混合式資料庫架構圖 資料來源：本研究繪製
其中「核心資料庫」主要負責「建築物室內外風場資料庫」與「BIM 3D 模型資料庫」之串連。其主要記載了 BIM 3D 模型中各空間與通風口構件 之編碼與建築物室內外風場資料庫中各通風配置之關聯，以及後續「視覺 化多維度資訊系統」功能中所需之資料及相關操作記錄。
系統維護管理模組
為了使開發之「視覺化多維度資訊系統」能更有效地與外部資料進行 整合，透過「系統維護管理模組」以網頁的形式，經由網頁瀏覽器(Web Browser)針對「混合式資料庫」進行資料管理，將該項目作為架構核心，
能以後續應用程式開發之功能需求進行「系統維護管理模組」功能之設計，
進而擴充開發。
視覺化多維度資訊應用程式
以所建立之「混合式資料庫」為基礎，針對不同角度之營建管理需求 及虛擬實境與擴增實境應用程式之使用行為進行功能分析與設計進而擴充 開發，並根據不同之應用程式進行 UI 及核心功能設計。「視覺化多維度
資訊應用程式」主要以 BIM 為基礎作為圖形化操作介面，為了實現整合既 有 BIM 3D 模型與營建管理系統，本架構將選擇有利於 3D 介面系統開發、
整合性強、開發自由度高的 Unity3D 遊戲引擎作為「視覺化多維度資訊應 用程式」之開發環境，透過 Unity3D 遊戲引擎之場景(scene)提供 3D 環境 加上 2D UI 的開發方式作為主要介面，使其以較趨近於遊戲之操作方式，
讓使用者在使用者體驗(user experience)上能更為直覺且有效率。因此本架 構之「視覺化多維度資訊應用程式」主要將以三層式架構來實現(圖 1-3)。
圖 1-3 視覺化多維度資訊應用程式三層式架構圖 資料來源：本研究繪製
本計畫之研究步驟分為如後三部分說明(參見圖 1-4)：
1. 建物自然通風數值模型之建立：
(1) 當地氣象資料蒐集分析。
(2) 目標建築量體模擬區域格網建置。
(3) 建築表面風壓模擬與驗證。
(4) 建築室內區域格網建置。
(5) 不同風向與開窗情況下之室內通風模擬。
(6) 資料彙整與通風最佳化分析。
2. 風洞實驗：
(1) 目標建築縮尺模型與附近地形地貌製作。
(3) 試驗儀器整備。
(4) 16 組風向之風洞試驗量測。
(5) 開窗部風壓係數分析。
3. BIM 建築物室內通風管理系統之開發：
(1) 案例建築物 BIM 模型建立
選擇具有自然通風需求與條件之合適案例，利用 BIM 建模軟體建立其 BIM 模型。不僅作為自然通風模型設計及風洞試驗模型製作之依據，更可 作為 BIM 建築物室內通風管理系統之 3D 操作環境。
(2) 建築物自然通風資料庫設計與實作
此資料庫為 BIM 建築物室內通風管理系統之資料核心，將針對通過 測試之自然通風數值模型之參數架構進行設計與實作，用來儲存數值模型 之所有相關參數及分析結果。在完成此資料庫實作後，將進一步以前述「混 合式資料庫」之架構，建立核心資料庫，藉以串連 BIM 模型之空間及通風 相關構件及數值模型分析結果。
(3) 建築物室內外實場量測物聯網系統研究與實作
以風速計為風場量測裝置，結合 arduino wifi 基板及 arduino IDE 平台 開發風場實場數據自動收集裝置，藉以收集建築物環境風速，並自動上傳 至「建築物自然通風資料庫」。
(4) BIM 建築物室內通風管理系統開發實作
利用系統分析與設計(system analysis and design)之方法，針對建築物室 內通風管控及相關設施維護管理功能之需求進行收集與分析，並利用前述
「視覺化多維度資訊整合架構」為基礎，設計「BIM 建築物室內通風管理
系統」之程式架構。並以 Unity3D 為開發環境，彙整案例 BIM 模型及所建 立之混合式資料庫，逐一針對前步驟所設計之功能進行系統開發實作。
(5) BIM 建築物室內通風管理系統測試與修正。
(6) 整體結果評估。
(7) 專家意見整合與報告撰寫。
圖 1-4 計畫執行流程圖 資料來源：本研究繪製
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