BIM 在自然通風之應用相關議題

(2) 考量附近建築以及來風特性後獲得建築表面風壓資訊(透過風洞實驗 會 CFD)，做為室內空間通風模擬之邊界條件，模擬工具採 CFD 或簡 易之通風模式如 TAIVENT[9]。而 CFD 可以建構較符合實際的室內 空間配置，並在目前計算機可負荷之運算量下，獲得完整且可信之室 內風場資訊，對於建置完整通風資料庫並做為後續決策之參考具有其 優勢。

(3) 採用自然通風潛力進行自然通風評估，透過開窗位置、戶外風速及室 內幾何配置狀況，初步推估通風效益。優點是快速，對於綠建築指標 評估有其必要性，但無法獲得合理之風速及風場分布狀況。

第二節 BIM 在自然通風之應用相關議題

BIM 在 2003 年起由學者 Jerry Laiserin 及產業界之推廣至今，已成為 世界各國營建產業主要之發展方向。英國積極聚焦於 BIM 實施標準、編碼 規 範 及 導 入 機 制 之 制 定 ； 美 國 則 以 實 現 擬 建 築 環 境 (virtual building environment, VBE)及虛擬設計與施工(virtual design and construction, VDC) 為目標，積極透過 BIM 之技術建立一協同設計環境，將個專業設計團隊成 員及早帶入 BIM 環境中，提升設計能量。中國大陸則將 BIM 定為國家關 鍵科研主軸，自 2011 年起積極結合產業及學界之力量，發展適合自身之 BIM 設計及應用軟硬體。除此之外，日本、南韓、香港、新加坡、馬來西

亞、澳洲、紐西蘭等國家也都相繼投入 BIM 之發展行列，期待將營造產業 帶入下一個 3D 世代之中。在各國快速發展的過程中，隨著應用案例與成 果的逐漸累積，學術界也開始深入檢討 BIM 的發展問題與未來方向，其一 便是對 BIM 於建物使用維護階段以及該階段對綠建築的支持應用不彰之 批判。

針對 BIM 在建築工程生命週期各階段之應用方面，許多國際研究指出 目前 BIM 對施工(construction)及營運維護(operation-maintanence)階段的應 用支持能力十分有限[42]。圖 2-1 為針對 BIM 在建物永續性能分析上所能 提供的七大分析功能，自然通風(natural ventilation)為其中的一個重要項目。

然文獻也指出 BIM 在綠建築或自然通風之應用主要用以協助建築師及工 程師進行有關建築永續發展重要決策之分析[38, 29]，而此發展嚴重偏向於 建築設計階段[42]。此外，目前的研究已經認識到基於 BIM 的分析預測方 法在實現建築物永續性方面的缺點。例如，大多數綠色建築證書，如 LEED，

都是基於預測而非實際績效[41]。 然而，在對 LEED 建築物能源性能的調 查中顯示 28-35％的 LEED 建築物每層建築面積比“傳統建築物”使用的 能量更多[35]，這對 LEED 證書的有效性和合法性提出了挑戰。因此，最 近的趨勢是要求追蹤所有 LEED 專案之實際能源績效以確定其能效標準 [43]探究此趨勢的背後原因，儘管設計階段分析預測模型確實可能產生偏 差，然而缺乏可行的機制將設計階段產生的靜態分析及預測模式，帶入建 築物使用維護階段進行動態管理，也是造成上述問題之關鍵。

圖 2-1 BIM 在建築物永續性分析的七大主要功能 資料來源：摘錄自[42]

再加上目前綠建築的於此同時，目前雖然 BIM 主要被認為是綠色建築 設計階段的重要工具，但其在建築，設施和運營管理階段的潛在價值已日 益得到認可[50]。BIM 可以促進數據交換和整合，提供可視化的建築性能 分析，並在綠色建築的生命週期中加強各利益相關方的溝通和協作。其次，

越來越多的 BIM 供應商也開始認識到 BIM 對 FM 的好處，因此逐漸將其 重點從設計階段轉移到運營和維護階段[41]。在這種趨勢下，目前需要更 多的研究來開發支持 BIM 的綠色設施管理。

目前 BIM 在臺灣仍屬逐步推廣階段，如何將 BIM 導入建築設計及工 程設計流程仍有技術及規範上之瓶頸。內政部建築研究所為國內公部門最 為積極投入 BIM 相關研究的政府機關，並推動一系列建築資訊整合分享與 應用研發推廣計畫，以提升國內建築環境品質及營建產業能量與競爭力，

主要主軸包含「普及推廣應用」、「延伸深化應用階段」、「開發本土應 用」、「整合研究力量及成果」等四大主軸，進行相關推廣與研究工作。

其「BIM 導入台灣綠建築設計案例實作研究(2014)」研究計畫中，從 BIM 綠建築設計專案需求、BIM 綠建築建模需求、BIM 綠建築設計作業流程、

BIM 綠建築實際案例實作、及 BIM 綠建築設計檢核等五個層級示範 BIM

如何導入台灣綠建築設計；「應用 BIM 輔助建築設施管理之國內案例探討 (2014)」則透過專家及業界訪談，探討 COBie 標準本土化之編碼、軟體工 具及建物屬性等相關議題；「臺灣 Green BIM 綠建築資訊模型應用架構研 究(2015)」分別就 Green BIM 施工營造、綠建築設計、審照自動化、產業 聚落等向度進行可行性應用的探討；「英國在設施管理(FM)應用建築資訊 建模(BIM)的發展趨勢(2016)」收集英國目前對於設施管理(FM)的發展政策 及目前運用 BIM 進行設施管理(FM)的案例進行分析，推估未來發展的趨勢 及推動體系，配合取得資料及我國政府體制，提出未來推動建議；「國內 公有集合住宅應用 BIM 改進維護管理作業之研究(2017)」針對國內公有集 合住宅之設施維護管理功能擬定業主之 BIM 應用需求說明書。

在大量研究中，都顯示 BIM 確可為建築物生命週期各階段帶來巨大效 益。但是，在運營階段使用 BIM 進行設施管理（FM）乃至支持綠建築營 運上仍然十分有限。其主要有三個原因：（1）缺乏對綠色 BIM 運營管理 效益的認識; （2）對運營管理的資料交換缺乏明確的定義; （3）缺乏明 確界定的使用案例(use cases)符合實踐者遵循的行業標準/指南[42]。綜觀此 三原因，似有雞生蛋蛋生雞之困境，因而使得 BIM 在設施維護管理階段的 應用發展更趨保守緩慢。儘管產業界及學術界不斷探討資料交換機制與標 準，各國也持續推出新一代的標準/指南，然若無明確且可參考的應用案例，

建築物相關利益關係人(stockholders)依舊難以評估 BIM 在建物設施維護管 理階段之應用效益，造成 BIM 在維護管理階段之發展障礙。因應此現象，

本研究希望藉由簡易且相對快速的開發工具與機制，針對建物自然通風之 監管需求，實作一可應用的 BIM 自然通風監控管理系統，藉以提供一相對 明確的使用案例給相關使用者做為參考與評估。

BIM 目前在建築物自然通風之相關研究與應用多被歸屬於綠建築 (green building)之範疇中並衍生為 green BIM 之專業領域。表 1 收集歸納 目前 12 大普遍之 BIM-based 綠建築分析軟體。從表中可發現多數主流分

析軟體皆支援自然通風分析。然其中除了 Autodesk 的 Green Building Studio 及 eQuest 支援營運維護管理階段使用之外，其餘則僅能用於設計階 段。因此，如何將分析結果實際落實於建築物的營運維護階段，藉以發揮 設計之功效仍需要有進一步的資訊系統進行整合。

表 2-1 12 個主要基於 BIM 之綠建築相關分析軟體及其功能與使用對象

資料來源：[50]

此外，Kamel 及 Memari [54]將 BIM 在綠建築/能源模擬及管理之主要 貢獻區分(1)自動建模、(2) 促進能源及環境管理系統中的輸出呈現、(3)增 強既有建材屬性的相關資料庫、(4)建築使用狀態相關的建築資訊存儲與管 理。其中建模自動化是 BIM 在建築物模擬中應用的主要好處之一[47,43]，

與傳統的模擬建模過程相比，它可以節省時間，降低成本並減少人為錯誤。

其中包括開發 BEM 工具中的數學模型，使用與幾何，材料屬性，設備和 時間表相關的數據。而 BIM 在綠建築及模擬中的第二個主要應用是促進能 源及環境管理系統中的輸出呈現[41]，特別是在沒有 GUI 的電腦計算工具 中。 例如，Tu 和 Vernatha[49]研究了基於 BIM 的能源管理支持系統

（BIM-EMSS）的概念框架，該系統使用 Revit 開發的 BIM 模型，通過採 用傳感器和 eQuest 進行實時能源模擬。此外，智能電錶可以使用 BIM 模

型中可用的幾何數據來顯示輸出，這使得用戶得以監控建築物中不同區域 的實時(real time)狀態[41]。應用 BIM 的第三個主要方向是建築使用狀態相 關的建築資訊存儲與管理。例如，實時能量監測系統產生關於家庭能量消 耗，溫度和使用狀態的即時資訊。 Alahmad 等人[38]討論了在實時能量監 測系統中採用 BIM 模型的一個例子，並提出實時電力監控（RTPM）系統 及其硬體組件和一個名為實時電氣 BIM 模型（RE-BIM 模型）的軟體系統 組合。此外，將 BIM 整合到建築能源模型中以可以有助於實時監控災難變 化、設施升級和執行能源管理策略[34]。最後，BIM 還可以增強既有建材 屬性的相關資料庫，這些資料庫用於綠建築模擬建模。例如，現有的資料 庫可以提供熱性質(如材料的導熱性)，但是某些項目可能需要進一步的建 築物生命週期評估（LCA）調查方能求得。此時可以將 BIM 用作 CAD 工 具和模擬工具之間的中介程式(middleware)，用以新增 LCA 所需的額外屬 性[36]。而 Porter 等[53]以 ANSYS Workbench 之 CFD 分析環境為基礎，建 立將 BIM 模型導入此 CFD 分析軟體之機制，藉以實現對現實世界環境和 物體模型進行流體動態模擬的挑戰。

根據上述所整理之內容可以發現在資訊整合傳遞的過程中，資訊的可 視化已成為目前技術發展之重點。亦即現今的設施維護管理系統、綠建築 管理及相關模擬程式已漸漸朝向以 3D 視覺化圖形操作介面作為基礎，有 別於以往傳統 2D 文字之系統，讓使用者更直觀地操作及快速查詢到相關 資訊，進而讓相關工作人員能提高工作效率。