第七章 國內綠建築指標的 BIM 應用
第四節 AWSG 法規輔助軟體之系統架構
本章節所開發之 AWSG 法規輔助系統之資料處理流程與系統架構如圖 7-3 所 示。
流程圖的最上方為資料輸入端，銜接”細部設計階段”的模型資訊。流程 圖的中間段之粗線區塊，包含 Revit 族群元件庫及 Revit API 程式區塊，為本 計畫主要開發的部分。流程圖的最下方為資料輸出端，產生”AWSG 法規備審文 件”為整個系統的最終輸出資料。
Revit 族群元件庫：本計畫依照 AWSG 法規文件中之示範圖例及其相關參 數，以 Revit 之族群設計樣板(Revit Family Template )，建立了三種基 本開窗形式。
Revit API 程式區塊：在系統架構圖中，擬採用的 API 功能程式模組包 含：篩選物件、檢索物件參數、視覺化、文件建立。本計畫在期中階段，
已調查既有技術資料，對 Revit 平台下之物件資料結構以及幾個關鍵程式 的運算結構進行了解，包含：
(1) Revit 平台之物件定義與分類方式，
(2) 篩選物件(Element Filtering)程式片段，
(3) 檢索物件參數(Retrieval Parameter)程式片段。
(4) 射線碰撞檢測(Reference Intersector)
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圖 7-8：本系統之工作流程與系統架構(圖片來源：本計畫繪製) 圖中的粗線區塊為族群元件庫及 API 程式區塊，為本計畫主要開發的部分。
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一、 國內綠建築日常節能指標
本計畫研究對象「成大游泳池」之適用法令，乃依照建築技術規則建築設 計施工編第三百十五條第二項之「學校類、大型空間類及其他類建築物節約能 源技術規範」，此類建築物之外殼節能設計必須以下列指標進行評估：
屋頂溫度差熱傳：以所有屋頂部位之平均熱傳透率 Uar（Average Thermal Transmittance）為評估指標。
屋頂透光天窗：以透光天窗部分之平均日射透過率 HWs （solarheat gain rate）為評估指標。
外殼玻璃：以所有外殼玻璃之可見光反射率 Gri （reflection rate ofvisible light）為評估指標。
立面開窗部位：以立面透光窗面之平均日射取得量 AWSG（Average Window solar Gain）為評估指標。
其中「窗面平均日射取得量」（AWSG, Average Window solar Gain）
[kWh/(㎡ .a)]，是指屋頂部位以外之建築物所有透光部位開窗表面之平均日射 取得量，其指標是依開窗率來規定遮陽性能之功能。AWSG 計算公式如下：
fvi：學校類建築物開窗部位之通風修正係數。
η
i：各部位玻璃日射透過率，無單位。
IHki：各窗面部位在ｋ方位外殼之冷房日射時 IHk（Wh/(m2.a)） 。 AWSGs：窗面日射取得量基準值（kWh/(m2.a)）。
Ai：各窗面部位之面積（m
2）。
ki：各部位玻璃之外遮陽係數，無單位，無外遮陽時為 1.0。
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「查表參數」為必須透過先決條件來查表而得到的數值，AWSG 的查表參數 包含:
fvi：學校類建築物開窗部位之通風修正係數。
ηi：各部位玻璃日射透過率。
IHki：外殼之冷房日射時 IHk（Wh/(m2.a)）。 AWSGs：窗面日射取得量基準值（kWh/(m2.a)）。
ki：各部位玻璃之外遮陽係數，無單位，無外遮陽時為 1.0。
「幾何參數」包含開口的長寬高等幾何性質。AWSG 公式中，與模型物件的 幾合屬性相關的有窗口面積(Ai)以及外遮陽係數(Ki)。目前設計單位大多以人 力來量測設計圖面上開窗物件的幾何屬性，尚缺乏一套能自動從模型中擷取屬 性的自動化程式，來簡化人力之消耗。
圖 7-11：AWSG 之幾何參數-開口面積，擬由 API 程式自動從模型中擷取 (圖片來源：本計畫繪製)
圖 7-12：AWSG 法規條文中之遮陽深度比與外遮陽係數(Ki 值)為關聯參數 (圖片來源：本計畫繪製)
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若欲以自動化程式及法規規範來檢核模型，Ai 值可以藉由萃取元件屬性的 方式從模型中萃取窗戶物件的面積屬性；但 Ki 值牽涉層面較為複雜，不能單純 以萃取單一元件幾合屬性的方式來處理。
三、以「元件庫」輔助外遮陽係數值(Ki)的計算
在 AWSG 公式中，某一個開口部位的外遮陽係數值(Ki)其計算過程包含查表 參數與幾何參數。Ki 的數值是依據開口部位的遮陽板深度比，來進行查表而取 得。遮陽板的深度比計算方式為遮陽板的"深度/高度"或"深度/寬度"的比值(圖 7-8)。在目前的備審作業中，必須以人力從設計圖面上對開窗部位的遮陽板尺 寸進行量測，再填入相關的計算表格中。
圖 7-13:AWSG 外遮陽深度比的計算(圖片來源：本計畫繪製)
當計算某開口部位的遮陽深度比時，如果僅考慮單一開窗物件本身的遮陽 板性質，就可以採用預先定義元件，再以擷取元件性質的方式來計算。藉由預 先定義好窗戶元件，定義元件內部的屬性資料包含遮陽板的高度、深度、長寬 尺寸等欄位，再以程式來統一擷取所有窗元件中的遮陽板數據，就可以計算整 個立面的遮陽深度比。
本計畫在期中階段建置了三種典型的遮陽族群─水平遮陽、垂直遮陽、格 子遮陽(圖 7-9)，而這些族群裡面已經事先置入 K 值查表資料，在改變開口長 度、寬度及遮陽深度的同時，能自動對應找出正確的 K 值，而擷取幾何參數的 方式則是透過建置好的 BIM 模型，直接從模型中導出幾何資訊，透過以上兩種 方式，我們建立的族群便能在設計調整的過程中提供 AWSG 計算需要的數值。
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圖 7-14：本計畫在期中階段所建置的三種 AWSG 的基本典型遮陽元件(圖片來源：本計畫繪製)
然而經過實作測試，以預先建立元件庫的方式來處理遮陽深度比，並不是 一個通用性的處理方式，因為使用既定元件庫，用一套預先定義的典型元件，
難以處理下狀況：
1. 非典型的窗口遮蔽狀況：
依照AWSG技術規範，某一開口的遮陽深度，不能僅考慮窗戶的遮陽板，也 必須考慮窗戶開口被周邊建築造型遮蔽後所影響的遮陽效果。例如: 窗開 口的位置位於內凹量體之後、窗開口前方有構造物遮蔽、開窗或遮陽板屬 於特殊造型。
2. 法規上列舉的特殊修正計算條件：AWSG技術規範列舉出多項與外遮陽相關 的特殊條件，需要進行修正計算，既有元件庫難以因應這些例外條件，例 如：多孔隙或格子窗戶的之孔隙比例計算、遮陽板對窗口之永久遮蔽區 域、遮陽板對窗口之部分遮蔽區域、曲面外殼之簡化處理方式。
3. 難以用既定元件庫來概括特殊造型：遮陽板及窗戶開口可能屬於特殊造 型，無法用少數典型的元件庫來預先定義。
4. 窗戶元件與遮陽板非單一元件：在建模的時候，窗戶與遮陽板不一定適合 以單一元件來建模。
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四、以「射線法」輔助外遮陽係數值(Ki)的計算 1. 程式功能需求
相對於以元件庫來輔助遮陽深度比的計算，本研究探討以 Revit API 幾何 處理功能，來輔助計算之可行性，與外遮陽深度比計算工作相關的程式功能需 求如下：
必須能偵測在開口元件周邊的相關形體
必須能定義窗戶開口的表面基準點
必須能偵測與碰撞物的距離
本研究欲以 Revit API 中的射線碰撞功能( ReferenceIntersector Class) 為主要程式技術。以下對射線碰撞偵測法之主要 API 物件進行基本介紹。
2. ReferenceIntersector Class 基本介紹
ReferenceIntersector Class 是 Revit Architecture 2013 版以後加入的 API 物件。這個程式類別運用在 Revit 的 3D 視圖上，可以協助應用外掛程式用 射線方式去偵測模型中的物件或幾何體。ReferenceIntersector 是藉由一條從 特定起點發射、朝向特定方向的射線，來偵測被射線碰到的物體。
ReferenceIntersector Class 共有四種建構方式，使偵測對象可以客製 化，能指定僅偵測特定物件、或指定所要偵測的物件類型(表 7-6)。以
ReferenceIntersector 在模型中進行碰撞偵測，所得到的輸出結果，可以再配 合物件類型篩選器，對輸出的偵測結果進行一步的類型篩選。
因此當我們使用射線法的時候，可選擇性的避開射線路徑上必須要被偵測 的物件類型，例如: 避開細小的次要五金構件、避開透明材質的物體、避免窗 口物件本身被偵測到，或是避免某一個遮陽板物件被重複偵測。
FindReferenceTarget 是ㄧ種列舉資料(enumeration)，可以使
ReferenceIntersector 選擇性的去篩選要進行碰撞偵測的特定幾何類型，
FindReferenceTarget 中所列舉的幾何類型可以是：整個元件物體、物體網 面、物體邊緣、曲線物件、物體表面、或不拘選任何幾何形式。
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表 7-8：ReferenceIntersector Class 共有四種建構方式(本研究製表) Constructors Description
1 ReferenceIntersector(View3D) Constructs a ReferenceIntersector which is set to return intersections from all elements and representing all reference target types.
2 ReferenceIntersector(ElementFilter, FindReferenceTarget, View3D)
Constructs a ReferenceIntersector which is set to return intersections from any element which passes the filter.
3 ReferenceIntersector(ElementId, FindReferenceTarget, View3D)
Constructs a ReferenceIntersector which is set to return intersections from a single target element only.
4 ReferenceIntersector(ICollection(Eleme ntId)), FindReferenceTarget, View3D)
Constructs a ReferenceIntersector which is set to return intersections from any of a set of target elements.
ReferenceIntersector Class 有二種主要的射線投射方法：
ReferenceIntersector.Find()及
ReferenceIntersector.FindNearest()。這二種函式都必須先定義"射線起點"
及"射線方向"，起點與方向分別用二個欄位，以"XYZ 座標資料格式"來進行欄 位輸入。這二種主要函式都會把射線偵測得到的結果，用
RefereceWithContext Class 這種物件類別回傳。
表 7-9：ReferenceIntersector Class 有二種主要的射線投射方法(本研究製表)
Methods Description
1 Find(XYZ origin, XYZ direction) Finds all references intersecting the origin-direction ray given the selection criteria set up in the ReferenceIntersector constructor
2 FindNearest (XYZ origin, XYZ direction)
Finds the reference closest to the origin in the origin-direction ray given the selection criteria set up in the ReferenceIntersector constructor
使用 ReferenceIntersector.Find()這個方法：所回傳的
RefereceWithContext 物件，是指在射線路徑上被碰撞到，而且類型符合 ReferenceIntersector 所設定的類型條件的物件。
使用 ReferenceIntersector.FindNearest()這個方法：僅會回傳距離起始 點最近的被碰物件，以這個函示所回傳的 RefereceWithContext 資料中，
包含了鄰近距離參數(proximity paremeter)。Proximity 參數是距離值，
代表了射線起始點與物件交會點之間的距離。這種偵測距離的功能可以輔 助 API 程式在進行幾何分析時，量測某些特定幾何體的距離，或是避免射
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線的偵測了太遠的範圍。
RefereceWithContext 的資料包含了起始點與被碰物體之間的距離，以及 起始點與被碰物體之間的相對座標。這些回傳的物件資料當中，所包含的碰撞 元件交會點的資料，可以是以物件為參照，或是以幾何為參照。物件參照及幾 何參照的差別在於，每個模型物件不一定具有幾何實體，例如:當某一條射線穿 越過一個牆上的開口，以物件為參照的設定就會同時保留牆物件及開口物件，
以幾何為參照的設定就能選擇性的保留確實有在路徑上產生幾何實體碰觸物體 資訊。
一個以射線偵測法為主要功能的 Revit API 應用範例，如圖 7-10 所示。由 於 ReferenceIntersector.Find()這個方法所回傳的參照資料中，包含了射線 與被碰物體的交會點。交觸面是指該交會點的所在表面，藉由偵測交會點所在 的表面、該交觸面的材質屬性，再配合射線方向的資料，就能就能分析建築表
一個以射線偵測法為主要功能的 Revit API 應用範例，如圖 7-10 所示。由 於 ReferenceIntersector.Find()這個方法所回傳的參照資料中，包含了射線 與被碰物體的交會點。交觸面是指該交會點的所在表面，藉由偵測交會點所在 的表面、該交觸面的材質屬性，再配合射線方向的資料，就能就能分析建築表