衍生式建模-參數化量體設計工具

建築資訊建模（Building information modeling）之應用與研究的關鍵在利用電腦快速轉換與 分析建築專業資訊，自動產生協助專業溝通的邊際物件，並透過參數化的技術將專業知識封裝 於參數化設計（parametric design）中，以克服雙向溝通的障礙。

溝通理論奠基於 Claude Shannon 所建立的數學理論模型（Shannon 1949），以訊息所傳達的 不確定性做為資訊的量測基礎。本計畫結合 Shannon 的通訊數學模型與 Gerhard Fischer 關於設 計合作學習 meta-design 的理論(Fischer 2000)，提出建築設計過程中跨專業領域的知識整合溝通 模型作為研究基礎。設計流程是一個資訊累加與整合的過程，隨著資訊整合程度的提高，設計 方案的不確定性降低，從無數可能的設計方案中逐漸被確定下來。設計溝通的過程中，各參與 者所傳遞的資訊透過編碼(encode)，轉換成為圖面或模型等各種形式的設計物件（ design artifact），經由各種溝通管道傳遞給受訊者，經過受訊者解碼(decode)，解讀出設計物件所傳達

的適當的資訊技術則可能大幅降低，其正確性也可能會有很大的差異。因此一般可以 說資訊工具的使用會造成很大的影響。

(b) 訊息通道(information channel)：形式上可以是簡報會議或者傳送圖檔文件，其媒介則 為圖面、模型、文件等等。溝通過程中採用不同性質的訊息通道將改變參與者之間的

用將帶來參與設計各團隊資訊作業以及溝通之成本結構的改變。本計畫可以利用上述模型來分 析當建築資訊建模技術被結合到設計作業後，因應各專業團隊成本結構的改變，對於設計的整 合會有何影響。以結構顧問為例，建築資訊模型的應用將降低其格式轉換的成本，因為結構分 析的程式可以直接連結到建築資訊模型進行分析。建築師則有機會使用結構分析軟體，直接透 過參數化設計進行結構設計的最佳化。這樣的可能性將讓建築師與結構顧問之間的合作模式產 生變化，也可以讓結構與工程相關知識提早進入設計整合流程。就綠建築設計而言，參數化建 模技術可以連結物理環境評估程式，如 Ecotect。圖 4-11 顯示本團隊以 Grasshopper 搭配 Genco 介面與 Ecotect 連結，讓建築師可以在做量體造型設計的同時進行日照輻射的分析，還可以搭配 設計優化的技術尋求最低能源耗損的設計方案。

圖 4-11、參數化設計模型與物理環境評估的整合(圖片來源:本研究室繪製)

設計者的工具與環境模擬分析軟體之間的資訊交換是一個重要的關鍵，工作的流暢度會影 響專案的進行。因此本研究團隊以參數式建模的理論與方法，利用 Rhino 搭配 grasshopper 外掛 連接 excel 與 ecotect 等軟體，將設計階段考量的因子參數化，作為 LOD 100 階段的量體設計用 工具。它也可以視為是一種跨領域的橋樑，能即時的回饋修改結果，降低專業團隊的溝通成本，

其主要的目的(1)量體方案的可行性評估，(2)設計準則的運行，幫助設計決策的延續，檢討是否 違背前一個階段的決定。資訊交換的時間點與設計決策之間存在因果關係，如果節能分析的結 果來的太晚，設計者已經進入下一個設計階段，那麼節能分析的結果無法回饋給設計方案，就 沒辦法有效的發揮效益。

根據專家訪談與案例分析的研究，本研究團隊開發一個參數化量體設計工具，將節能設計 的概念與手法整合到量體設計與建築配置方案中，探討 LOD 100 應包含的資訊、節能分析的發 生點、分析結果對設計的回饋。提供流暢的資料交換與及時回饋模擬結果。量體設計工具原型 其操作架構與步驟如下(圖 4-12):

1. Rhino 建置量體的軟體。

2. Grasshopper : 用來設定參數及透過外掛連接 Ecotect 與 Excel。

3. Geco: Grasshopper 的外掛用於連接 Ecotect 4. Lunchbox: Grasshopper 的外掛用於連接 Excel

5. Ecotect: 根據現有量體方案產生物理環境模擬的結果 6. Excel: 根據現有量體方案產生相對應量化數值

圖 4-12、參數化的量體設計工具原型(圖片來源:本研究室繪製)

根據參數化的量體設計工具原型，本研究實際建置萬華段集合住宅與台電辦公大樓的量 體，驗證其理論的可行。設計者可以專注在設計方案的發展，複雜的樓地板面積、體積、外部 表面積等計算皆可以快速得知，並可以直接將建築模型匯入 Ecotect 直接進行環境模擬的工作(圖 4-13 與圖 4-14)。

圖 4-13、操作案例-萬華段集合住宅(圖片來源:本研究室繪製)

圖 4-14、操作案例-台電福和辦公大樓(圖片來源:本研究室繪製)

除此之外，Revit 也提供建築能源模擬的功能，操作簡單且分析結果豐富，使用者需建置建

• 量體外牆、內牆、地下

• 量體屋頂

• 量體樓板

• 量體遮陽板

• 量體開口

3. 能源設定

• 設定建築或空間類型

• 開窗率

• 營運計畫

• HVAC 系統

圖 4-15、revit 操作案例-萬華段集合住宅(圖片來源:本研究室繪製)