結合建築資訊模型之問題探討

我國在行政院主計處編印之「財物標準分類」中詳細載有不同構造種類之建築物 的法定使用年限，這些都是法律明文界定的建築物生命週期。雖然我國法規有明定建 築物的使用年限，但是實際上，不同用途的建築物，其實質的生命週期仍有差異，例 如有的建築物，有時會因業主換人，或需求改變，或都市更新，或道路拓寬而大興土 木，未到年限就拆除重建。有些紀念性的建築，則不斷的維修也不會拆除，像神木一 樣歷久彌堅。簡言之，建築物在一個既定的土地上，從規劃、設計、施工、營運使用、

最後報廢拆除。

BIM 的概念與技術是在提倡建築專案在設計、規劃階段時，可以利用 BIM 繪圖 工具來建立模型，而在這過程當中建築師以及營造業者可以加快且精確的分享彼此間 的專業資訊以及想法，可以來降低資訊傳遞中有錯誤產生，並能減少彼此不良溝通的 時間，建築師或者專業技師可以在建築物外觀設計、結構計算以及設施管線規劃時，

能與營造施工業者透過 3D 立體模型排定更精確的施工項目加以調整與規劃，藉此降 低施工錯誤的風險而提高工作效率。

Revit Architecture

匯入建築 2D平面圖

建立建築 模型

Revit MEP

匯入空調 2D平面圖

建立空調 系統模型

圖 3.3 Revit 建模流程

本研究在研究過程中，了解軟體本身功能的限制，所以是透過繪製建築物模型以 及機電系統兩種 3D 繪圖軟體來做研究，3D 繪圖軟體是使用 BIM 軟體工具是由

Autodesk 公司發表如圖 3.3，Revit 旗下包含的相關軟體有 Revit Architecture、Revit Structure 以及 Revit MEP；Revit Architecture 基本是應用在建築物本體建模的部分，

並無建築物設施系統的元件如圖 3.4 [24]，因此在研究過程中需要建置建築物設施系 統，所以使用 Revit MEP 繪圖工具來繪製模型如圖 3.5 [25]，研究中是使用新版 Revit Architecture 2011 以及 Revit MEP 2011 兩套軟體做結合如圖 3.6 ~ 圖 3.8，來繪製建築 物的模型以及建築物本身的設施，建築物設施建立模型是以空調系統為設施管理系統 驗證案例，整合於管理系統中，並以目前積極推廣開發的建築資訊模型作結合。

圖 3.4 Revit Architecture 系統介面

圖 3.5 Revit MEP 系統介面

圖 3.6 Revit 系統互相連結

圖 3.7 Revit 系統管理連結

圖 3.8 Revit 系統模型連結完成示意圖 欲與建築資訊模型系統結合必頇克服以下幾個問題：

一、參數

設計規劃階段資料的保存，對於往後營運維護上有直接的關係，倘若能夠保留施 工階段各種詳盡的資料，可避免施工人員心存僥倖且規避責任的行為，但施工階段的 資料相當多，若僅用 Autodesk Revit 可能無法滿足需求，所以本研究將與外部資料庫 結合。在 Autodesk Revit 裡面可依據使用者的需求，新增所需要的參數設計，在參數 類型功能表內，可選取適當的參數類型，選項的包含如下圖 3.9 所示，之後設置專案 的參數，在設定好了再輸入要編輯的資料，便可以查閱相關的資料，下圖 3.10 為範 例。

圖 3.9 Autodesk Revit 參數類型圖示

圖 3.10 Autodesk Revit 參數設計操作圖 二、3D 空間圖面的呈現

在過去維護設施系統，使用者經常是利用平面圖來檢測及修繕設施器具，常在施 工或者維修中無法及時找出設施的所在位置，為了讓維修人員可以清楚知道設施機器 或者管線位置，利用 3D 圖面的方式來表示建築物設施的相對位置，提高設施維修以 及檢測的效率。

本研究將 Autodesk Revit 繪圖軟體以及 Microsoft Visual Studio 視窗開發環境來撰 寫程式，透過建築物生命週期的概念，建築物本身在規劃、設計階段當中，運用

Autodesk Revit 繪製的 3D 圖面，將圖面資料延續於建築物生命週期中的營運維護階 段，使用 3D 空間概念來顯示設施的相對位置以及設施相關資訊。設施相關資訊於 Autodesk Revit 的參數設定先行輸入完成，將需要的圖面匯出 DWF 檔，如圖 3.11 所 示。

當 Autodesk Revit 的參數設定完成，DWF 檔可以查看整棟建築物的相關資訊，

也能將建築構件隱藏，例如牆面或者天花板隱藏能清楚看到室內的隔間，透過圖面來 點選建築物設施，資訊列就會顯示建築物設施相關資訊，如圖 3.12 所示，所以撰寫 系統程式將圖檔資訊連繫於「建築物設施管理系統」，在於日後系統維護上使用者將 能快速查詢到所需資料。

圖 3.11 Autodesk Revit 匯出 DWF 檔操作圖

圖 3.12 DWF 圖檔畫面

三、建築物設施－空調系統的認知

建築物設施管理知識領域相當廣泛，包含很多專業技能如管線的配置、實際的經 驗等等，所以本研究透過陳技士的專業知識做訪談，來作為本研究案例，故以 Revit MEP 工具軟體來建立空調系統，對空調設施的探討跟研究，以利日後建立模型以作 範例。

本研究中使用建築資訊模型的 Revit MEP 來建置中央空調系統，空調主機種類繁 多然而案例中是採用水冷式冰水主機的循環系統，而且建置過程當中必頇對中央空調 的循環系統有一定的瞭解才能繪製出圖面，中央空調系統可以說是一連串驅動流體流 動的動件(如泵、風扇及壓縮機)、各種型式的熱交換器(如冷卻除濕盤管、蒸發器、冷 凝器及散熱材)及連接各種裝置的通道(如風管、水管及冷媒管)所組成的，如圖 3.13。

圖 3.13 中央空調系統架構圖

圖 3.14 中央空調系統循環及熱負載關係圖

中央空調系統可分為下列五個循環：室內空氣循環、冰水循環、冷媒循環、冷卻 水循環、室外空氣循環，如圖 3.14。

（一）室內空氣循環

空調區域中因為人員、設備、外氣及太陽等所產生的熱負載以傳導、對流、或是 幅射等方式傳至空氣中，使室內空氣溫濕度上升(亦即增加空調負載)。由於風扇的驅 動室內空氣經由風管被載到冷卻盤管與冰水做熱交換(冷卻除濕過程)，變成乾而冷的 空氣(此處的「乾」是指絕對濕度的下降)後，再回到空調區域吸收人員、設備、外氣 及太陽等所產生濕與熱，而完成循環。本研究建置的室內送風機是採用懸吊式空調箱，

如圖 3.15。

圖 3.15 懸吊式空調箱元件

（二）冰水循環

空氣中之熱負載經過冷卻盤管時以傳導及對流等方式傳至冰水中，造成由蒸發器 出來的低溫冰水溫度上升。由於冰水泵的驅動冰水經由冰水管被載到蒸發器中與低壓 冷媒做熱交換(冷卻過程)，變成低溫冰水後，再回到冷卻盤管吸收空氣熱負載，而完 成循環。循環系統中來加壓循環的動力設備就是泵浦如圖 3.16。

圖 3.16 動力泵浦元件

（三）冷媒循環

冰水中之熱負載經過蒸發器時以傳導及對流等方式傳至冷媒中，造成由降壓裝置 (如膨脹閥、限流孔及毛細管等)出來的低壓低溫液態蒸發成為汽態(蒸發過程)。由於 壓縮機的驅動及壓縮，低壓低溫汽態冷媒變成高壓高溫汽態冷媒，再經由壓縮機吐出 管被載到冷凝器中與冷卻水做熱交換(冷凝過程)而成為高壓中溫汽態液媒，然後經由 降壓裝置變成低壓低溫液態，再回到蒸發器吸收冰水之熱負載，而完成循環。本研究 建置的主機類型是採用水冷式冰水主機，如圖 3.17。

圖 3.17 水冷式冰水主機元件

（四）冷卻水循環

冷媒中之熱負載經過冷凝器時以傳導及對流等方式傳至冷卻水中，造成由冷凝器 出來的冷卻水溫度上升。由於冷卻水泵的驅動冷卻水經由冷卻水管被載到冷卻水塔中 之散熱材中與流經散熱材之空氣做熱交換(冷卻過程)而降溫後，再回到冷凝器吸收冷 媒熱負載，而完成循環。

（五）室外空氣循環

冷卻水中之熱負載經過散熱材時以傳導及對流等方式傳至經由導風板進入散熱 材之室外空氣(此時冷卻水與室外空氣是直接熱交換，包括熱傳與質傳)，造成經由導 風板進入散熱材之室外空氣溫濕度上升。由於冷卻風扇的驅動，使高溫高濕之室外空 氣被載到冷卻水塔以外之空間與周圍之室外空氣混合，而將熱負載排至大氣(排熱過 程)，而完成循環。本研究的空調循環是採用水冷式冰水主機，所以散熱裝置是冷卻 水塔，如圖 3.18。

圖 3.18 冷卻水塔元件

這五個循環環環相扣所形成的，就如連環炮般一環連著一環，而只要缺少其中一 環就不是完善的中央空調系統。例如少冰水循環就是水冷式箱型機，如果再少冷卻水 側就變成氣冷式箱型機或是一般家庭常見的窗型機(亦即是空調機)。圖是將中央空調 系統各個裝置分開來解說，但在實際應用上卻是常將其中數個裝置合併成設備，如室 內風扇與冷卻盤管可合併成空調箱(AHU)或是冷風機(FCU)，而蒸發器與壓縮機、冷 凝器組合起來即成冰水主機，冷卻風扇加上散熱材即是冷卻水塔[26]。

有此可知冰水主機的空調循環降溫媒介就是靠低水溫的循環來降低空間溫度，所 以在模型建置階段時，Revit MEP 可以編輯配管循環系統如圖 3.19，系統編輯完成時 可以利用色塊來區分迴路性質、排風系統的管道以及機械設施的類型如圖 3.20，配管 系統迴路主要分成循環供水、循環回水以及衛生排水，讓空調系統的管路能清楚的表 達於模型上如圖 3.21。

圖 3.19 建築資訊模型循環系統瀏覽器

圖 3.20 色塊編輯器

圖 3.21 系統模型建置畫面