臺灣
G
r
e
e
n
B
I
M 綠建築資訊建模應用架構研究內政部建築研究所（
1
0
4 年度）
臺灣 Green BIM 綠建築資訊建模應用架構
研究
臺灣 Green BIM 綠建築資訊建模應用架構
研究
研究主持人：陳建忠
協同主持人：陳上元
研究員：蘇瑛敏、李軒豪、劉青峰
研 究 助 理 ：沈揚庭、陳正晏
內 政 部 建 築 研 究 所 協 同 研 究 報 告
目次
表次 ... Ⅲ
圖次 ... Ⅴ
摘要 ... Ⅸ
第一章 緒論 ... 1
第一節 研究緣起與背景 ... 1
第二節 研究範圍與內容 ... 3
第三節 研究方法與流程 ... 6
第四節 預期困難 ... 7
第五節 研究流程 ... 9
第六節 用語定義 ... 10
第七節 小結 ... 12
第二章 文獻回顧與案例分析 ... 13
第一節 建築資訊建模、建築效能分析與建築生命週期管理的評估
項目 ... 14
第六節 小結 ... 43
第三章 理論與方法 ... 45
第一節 BIM 模型基礎的決策循環模型 ... 47
第二節 環境模擬分析應用 ... 51
第三節 建築效能分析程序 ... 53
第四節 小結 ... 63
第四章 實作驗證 ... 65
第一節 Green BIM 架構下的環境模擬分析介面 ... 66
第二節 案例操作 ... 72
第三節 小結 ... 85
第五章 結論與建議 ... 87
第一節 結論 ... 87
第二節 建議 ... 91
參考文獻 ... 99
附錄 1 2015 Green BIM 綠色營建應用研討會 ... 103
附錄 2 2015 TAIPEI TECH 健康永續建築研討會 BIM 技術應用 .. 109
附錄 3 SyncBIM - 同步化建築資訊建模管理平台應用於適性智慧建
築動態環境管理之研究 ... 115
表次
表 1-1 BIM 與 Green BIM 定義及型態之比較 ... 4
表 2-1 電腦輔助設計模式的發展比較 ... 16
表 2-2 各類建築外殼耗能指標 ... 22
表 2-3 效能分析軟體 ... 34
表 2-4 科技部學術補助獎勵查詢, 2015/06 ... 36
表 2-5 內政部建築研究所資料檢索系統,2015/06 ... 39
表 2-6 Green BIM 綠色性能評估之應用案例分析 ... 42
表 3-1 能源分析模型的設計架構 ... 50
表 3-2 各類建築單位面積用電密度(EUI)統計表 ... 56
表 3-3 Autodesk 預設空調系統(HVAC Systems) ... 60
表 4-1 Vasari 操作介面及功能說明(邱秀婷整理) ... 70
圖次
圖 1-1 從 CAD 到 BIM ... 2
圖 1-2 建築資訊傳遞的逆流與斷層 ... 2
圖 1-3 Green BIM 研究範疇 ... 3
圖 1-4 研究步驟 ... 9
圖 2-1 Green BIM 模型整合面向 ... 17
圖 2-2 以 Autodesk 公司為主的產品為例，建築生命週期與其對應的
應用軟體 ... 18
圖 2-3 傳統建築設計與 BIM 的生命週期成本曲線(Macleamy) ... 18
圖 2-4 在建築生命週期各階段的評估與分析項目(邱秀婷整理) .. 19
圖 2-5 永續建築設計措施案例 ... 21
圖 2-6 西雅圖的辦公建築案例模擬不同方位產生的耗能差異 .... 23
圖 2-7 開窗對建築能耗與室內環境之影響 ... 24
圖 2-8 外遮陽形式 ... 25
圖 2-9 各國建築物屋頂及外牆隔熱規範 ... 26
圖 2-10 建築碳排放分配情形 ... 27
圖 2-15 從 BIM 到 BPA 應用 ... 32
圖 2-16 BIM-Based 綠建築評估系統架構 ... 40
圖 3-1 Green BIM 模型架構組成 ... 45
圖 3-2 Green BIM 決策循環模型 ... 46
圖 3-3 設計決策系統架構 ... 47
圖 3-4 模型層級與生命周期階段之對應 ... 48
圖 3-5 Vasari 永續建築環境應用面向 ... 52
圖 3-6 BIM 架構下綠色建築模擬流程 ... 53
圖 3-7 程序階段 ... 54
圖 3-8 加利福尼亞州和內華達州的氣象數據分佈位置 ... 58
圖 3-9 Autodesk 氣象資料庫分析圖示 ... 58
圖 4-1 模型(Model)視窗 ... 66
圖 4-2 分析(Analyze)視窗 ... 66
圖 4-3 管理(Manage)視窗 ... 67
圖 4-4 加載(Add-Ins)視窗 ... 67
圖 4-5 編輯(Modify)視窗 ... 68
圖 4-6 模型建置流程 ... 69
圖 4-7 實作案例基地模型 ... 73
圖 4-8 基地位置設定與氣象站資訊 ... 73
圖 4-9 檔案格式匯入 ... 74
圖 4-10 模型建構與單位設定 ... 74
圖 4-11 建築效能分析與構造材質設定 ... 74
圖 4-12 樓層及散熱區劃分 ... 75
圖 4-13 旅館建築營運時段密度分佈 ... 76
圖 4-14 樓層及散熱區劃分 ... 77
圖 4-15 碳排放分析 ... 77
圖 4-16 模型建構與單位設定 ... 77
圖 4-17 樓層及散熱區劃分 ... 78
圖 4-18 各月份耗電分佈 ... 79
圖 4-19 各月份尖峰耗電量分佈 ... 79
圖 4-20 各月份氣溫及太陽輻射分佈 ... 80
圖 4-21 基地風頻分佈圖 ... 81
圖 4-22 建物風場動態模擬 ... 81
圖 4-23 建物外牆太陽輻射分佈 ... 81
圖 4-24 建築構造方案修正(開窗率.台度.材料) ... 82
圖 4-25 建築構造方案修正(增加遮簷) ... 83
圖 5-1 Green Building Studio 與 DOE2 引擎、BIM、BPA 軟體架構圖
... 90
圖 5-2 VASARI 於 2015/0531 不再提供服務 ... 95
圖 5-3 BIM 的成熟度進度表 ... 95
摘要
關鍵詞：建築資訊建模、建築效能分析、永續建築、綠建築評估指標、建築耗電強度 一、研究緣起 在氣候環境劇變與全球能源危機情勢下，如何有效應用 BIM 與其相關的技術進行 建築生命週期的資訊管理、與建築效能評估，以達到提升營建效率、提供降低建築能耗 的解決方案，成為當代營建相關產業指標性的議題。 二、研究方法及過程 本研究提議導入臺灣 Green BIM，作為建築環境模擬及綠建築設計之評估操作機制， 以達到環境永續發展之目的。以”建築物能耗評估分析”與”設計優化”為例，本研究深入 探討 Green BIM 的實作流程。Green BIM 的研究範疇包括：(1) 建築資訊建模 BIM、(2) 建築效能分析 BPA、(3) 永 續建築設計。
臺灣 Green BIM 強調從設計之初便以 BIM 建築資訊建模作為基礎工具，因應臺灣 在地化的氣候條件，進行 BPA 建築效能分析，透過”設計”、”評估”的決策循環，產生 符合環境效益的最適化的設計方案，最終達到追求環境永續發展的目的。
根據文獻回顧與案例分析，本研究選擇適當的 BIM 與 BPA 工具，針對專案進行實 作，並記錄設計與評估程序，印證理論與方法的可行性。
研究團隊並且舉辦 Green BIM 綠色營建應用研討會，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，並於期中報告後 舉行專家座談，以作為研究報告修正與未來應用的重要依據。
的目的。 (2) 設定節能減碳之設計目標，如初始階段的物理環境評估與省能對策、有利於綠 色的構造材質設計，以及綠建築指標計算模組、後續營運階段的智慧能源監控 等。 (3) 透過 BIM 技術模型化評估、資料庫運算分析與四維時間管理之能力，與綠建 築評估指標的運用結合，以達綠建築生命週期生態效益的”Green”目的。 四、主要建議事項 根據研究發現，提出下列具體建議：
(1) 採行 Taiwan GREEN BIM 基礎的”節能評估指標” (2) 在”日常節能指標”的認證上，Green BIM 與 EEWH 並行
(3) 結合綠色建築指標評估、邁向 BIM 基礎的整合性設計決策流程 (4) 建立助益於”多元決策”的綠色建築指標體系
ABSTRACT
Keywords: Building information modeling (BIM), Building Performance Analysis (BPA), Sustainable Architecture, Green Building Indicators, Energy Use Intensity
1. Origin
Facing the climate change upheaval and the global energy crisis situations, How to effectively apply BIM technology andits related technologies to process building lifecycle information management and building performance analysis, in order to enhance construction efficiency and reduce building energy consumption, become index of topics in contemporary construction and its related industries.
2. Method and Procedure
This study suggests applying“Taiwan Green BIM”, as a building environmental simulation and an assessment mechanism of Green building design, in order to achieve the purpose of building energy efficiency and reduce carbonemissions.
The research scopes of “Taiwan Green BIM” include：(1) Building information modeling (BIM), (2) Building Performance Analysis (BPA), and (3) Sustainable building design.
From the beginning of the design, Taiwan Green BIM emphasizesto apply BIM based BPA, to execute the decision making circle, including design, analysis, and assessment, in
Research team conducts the applications of Green BIM seminardiscussingfeasibilities ofGreen BIM. The issues of the seminarinclude Green BIM construction, the applications in Green building design, and automation in reviewing building permits, Industry settlementand Society. And the research team plans to holdthe expert symposium in order to accept experts’ opinions as important foundations of reports amended and the studies of future Applications.
3. Key Findings
Green BIM applications in sustainable building design become important contemporary research agenda. Green BIM applications can achieve the following benefits：
(1) Usingthe efficiency and precision characteristics of process of BIM operation, in order to achieve cost savings (shorter duration, fewer errors)
(2) Setting the design goals for carbon reduction, such as the physical environment assessment and the initial phase of energy-countermeasure, which are conducive to the development of green construction and materials, green building indicatorsand their computing module, subsequent operational phase,smart energy monitoring.
(3) Using BIM-based BPA, database analysis and computing capability of four-dimensional time management, to integrate Green building indicators, in order to achieveobjectiveof the green building eco-efficiency during whole building live cycle.
4. Recommendations
Base on this research, The specific recommendations include：
(1) Adopting Taiwan GREEN BIM-based energy saving performance assessment indicators
(2) On the certification of “energy saving performance assessment indicators”, Green BIM performed simultaneously with EEWH
(3) Combining with Green Building Indicator Assessment, towards integrated BIM-based design decision-making process
(4) Establishing multiple dimensions’ decision making Green Building Indicator Assessment system
(5) Applying Policy to encourage higher standards of other "energy performance targets"
第一章 緒論
第 一 節 研 究 緣 起 與 背 景
本研究提議導入 Green BIM，作為基地環境模擬及綠建築設計之評估操作機制，以 達到建築節能與降低碳排放之目的。臺灣 Green BIM 的研究範躊包括：(1) 建築資訊建 模,(Building Information Modeling,BIM)、(2) 建築效能分析(Building Performance Analysis,BPA)、(3) 永續建築設計。在氣候環境劇變與全球能源危機情勢下，如何有 效應用 BIM 與其相關的技術進行建築生命週期的資訊管理、與數位評估，以達到提升營 建效率、提供降低建築能耗的解決方案，成為當代營建相關產業指標性的議題。 BIM 有兩個意涵，一是資訊建模,Modeling、二是資訊管理，Management。有別於 過去 2D 為核心的電腦輔助設計(CAAD)，其差異性包括(1)從 2D 線性思考到 3D 視覺化模 擬 4D 時間管理、(2)從圖紙作業到數位資訊管理、(3)從靜態單一操作到動態連結(圖 1-1)。BIM 應用的優勢在於可提供建築生命週期各階段之 BLM(Building Lifecycle Management) 管理，涵括規劃設計、建照審查、營建施工、營運管理等階段，提供最佳 化的應用載體和資訊管理模式，並達到對於傳統建築設計方法之革新。 另一方面，隨著建築效能分析的軟體開發，例如 ecotect、CFD、Vasari 等，使得 BIM 得以延伸到設計初始的評估階段。因此，藉著更精準的氣候環境資訊與基地條件、 建築構造形式分析，BIM 助益於提出建築設計更佳的節能減碳方案。 簡言之，應用的 BIM 的 3D 資訊模型，垂直與水平整合建築生命週期的生產鏈結、 彌補從設計、製造、營運過程中資訊傳遞的落差(圖 1-2)，串聯各階段資訊孤島並協助 決策判斷；而交互操作與流動訊息傳遞的特性，亦使 BIM 達到降低成本、提高品質與縮 短作業期程。Green BIM，則強調從設計之初便以 BIM 建築資訊建模作為基礎工具，因
圖 1-2 圖 1-1 2 建築資訊 (來源 1 從 CAD 到 訊傳遞的逆流 源:Autodesk, In 到 BIM 流與斷層 nc)
第 二 節 研 究 範 圍 與 內 容
BIM 建築資訊建模(Building Information Modeling)主要是形容以三維圖形 為主、物件導向、建築學有關的電腦輔助設計。依據 Eastman 的定義，BIM 建築資 訊建模為以數位呈現建構建築設計、施工構造和設施管理的新過程方法，達到數位 格式促進交流和交互操作的特性。
Green BIM ， 綠 色 的 建 築 資 訊 建 模 則 強 調 從 設 計 之 初 便 以 建 築 資 訊 建 模 (Building Information Modeling, BIM)作為基礎工具，因應在地化的氣候條件， 進行建築效能分析(Building Performance Analysis, BPA)，透過“設計”、“評 估”的決策循環，產生符合環境效益的最適化的設計方案，最終達到追求環境永續 發展的目的。(陳，2014(1))
因此，Green BIM 的研究主要範疇包括：建築資訊建模、建築效能分析、永續 設計。（圖 1-3），表 1-1 說明 BIM 與 Green BIM 之間應用的衍生性與差異性：
圖 1-3 Green BIM 研究範疇 建築資訊模型 永續設計 建築效能分析
Green
BIM
表 1-1 BIM 與 Green BIM 定義及型態之比較
項目 BIM GREEN BIM
起源 1973 年全球石油危機影響，美國產業界開始思考提 升能源效益之方法，1975 年“BIM 之父”Charles Eastman 教 授 在 其 研 究 議 題 “ 建 築 描 述 系 統 , Building Description System”中提出“以電腦計 算 為 基 礎 的 建 築 資 訊 系 統 ” (a computer-based description of-a building)，實現建築設計的可 視化模擬與量化分析，以提升設計與施工效率。2002 年 Autodesk 公司開始使用 BIM 作為其建築、工程和 結構應用軟體的設計闡述。(CODEBIM, 2014/12)
2008 年 Eddy Krygiel 與 Bradley Nies 的著作 “綠色的 BIM：以建築資訊建模達到成功的永續 建築設計”，為首次提出“Green BIM”觀念， 文中探討 BIM 對於設計方法的變革以及對於建 築產業各使用參與者的影響，並透過與永續解 決 方 案 以 達 到 Green BIM 的 發 展 目 標 。 ( Krygiel , Bradley, 2008 ) 定義 Eastman 認為 BIM 為“以數位呈現建構建築設計、 施工構造和設施管理的新過程方法，具備以數位格 式 促 進 交 流 和 交 互 操 作 的 特 性 ” (Eastman ,2008 )。McGraw Hill 則在 2009 年的 BIM 市場調查報告中，對 BIM 作了簡潔的定義為“利用 數位化模型對建築專案進行設計、施工和營運管理 的過程”。(McGraw-Hill Construction , 2010 )
Green BIM ， 即 以 建 築 資 訊 建 模 (Building Information Modeling, BIM)作為工具，因應 在地化的氣候條件，強調從設計之初便透過 “設計”、 “評估”的決策循環，進行建築效 能 分 析 (Building Performance Analysis, BPA)，來產生符合環境效益的最佳設計方案， 最 終 達 到 追 求 環 境 永 續 發 展 的 目 的 。 ( 陳 , 2014 )
特性 美 國 國 家 BIM 標 準 (United States National Building Information Modeling Standard) 對 BIM 的含義作出四個層面的解釋： 1. 以數位化方法表達一個設施的物理和功能特 性。 2. 一個共享的知識資源。 3. 分享跟這個設施相關的資訊，在設施的整個生 命週期中為所有對策提供可靠依據的過程。 4. 在建設案件的不同階段中，各參與者經由在資 訊模型中嵌入、提取、更新和修改資訊，以支 援與反應各自職責的協同作業。(柏,2011 )
Eddy Krygiel 與 Bradley Nies 認為在 Green BIM 操作時，應具備： 1. 理解氣候環境之影響。 2. 使用基準評估與目標設定。 3. 利用 BIM 架構進行效能分析。 4. 透過方案校正達到效能最佳化。 ( Krygiel , Bradley, 2008 ) 方法 為利用資料庫與模型的動態連結的系統，以進行從 設計方案評估、衝突檢查、施工管理各層面之運用 模式。 著重 BIM 技術在生態節能面向之操作，涵蓋氣 候影響、可視化模擬、與建築調適能力以達到 永續設計的目標。 趨勢 研究 （1） 雲端整合趨勢:
如歐特克公司（Autodesk, Inc.）發展之 BIM 360 Glue，整合 BIM 介面及檔案格式，使所有專案成員 皆能藉由桌機、行動裝置和網路存取專案資訊，進 行模型協調和衝突檢測，加速設計到建造流程的橫 向互動。 （2） 在地化應用: 材質屬性尺度之雲端資料庫發展，各國建築技術規 範參數之結合，以發展符合各地特性之模型運用。 (BIM 360 GLUE, 2014/12) （1） 氣候數據預測與建築效能分析 雲端的虛擬氣象站技術發展，並可望進一步藉 由預測年之氣候參數輸入，研擬未來環境變遷 下的建築調適發展。(Malkin, 2008) （2） 建築生命週期的能源管理 建築營運階段的使用行為、設備運作應視為一 個動態延續的過程，未來可藉由與智慧建築、 智慧電網的結合，進行營運階段之建築能耗分 析與回饋修正之建議，以使 Green BIM 應用貫 徹建築全生命週期。
根據上表的比較分析，Green BIM 是以 BIM 基礎的資訊模型進行建築效能分析，持續的 校正設計直到滿足其設定的綠建築評估指標，以滿足環境永續發展與最佳化能源使用的效益 為設計目標。
第 三 節 研 究 方 法 與 流 程
根據研究範圍與內容的界定，本研究計劃之主要步驟為緒論、文獻回顧與案例分析、理 論與方法、實作驗證、結論與建議等五個部分，說明如下(圖 1-4)： 1. 緒論：釐清研究動機與目的，確定研究範圍與內容，發展研究方法與流程，建立研 究課題，整理用語定義。 2. 文獻回顧：本研究涉及建築資訊建模(BIM)、建築效能分析(BPA)、永續設計等面向， 並探討軟體發展特性與國內外以 BIM 方法達成綠能(Green)目標的案例分析，藉以 了解 Green BIM 操作環境與發展效應。 3. 理論與方法：根據研究動機與文獻分析，本研究提出以 Green BIM 的“設計”、 “評 估”決策循環方法，進行建築效能分析(Building Performance Analysis, BPA)， 來產生符合環境效益的最佳設計方案，並以 Autodesk Vasari 為例，分析其應用架 構。 4. 實作驗證：藉由模型建構、參數實驗與效能分析、回饋效正過程，探討 Green BIM 架構的應用面向，並檢討其影響因子與評估限制，以佐證建築節能應用之可行性。 5. 結論：針對實作結果探討本研究評估應用的可行性，就理論與實際成果的差異性進 行檢討，並提出 Green BIM 在建築生命週期的應用趨勢建議。第 四 節 預 期 困 難
有別於國內外相關研究，本研究的重要貢獻在於：基於設計決策的觀點，整合 BIM 與 BPA 的實務操作，提出 Green BIM-based 決策循環模型，助益於篩選出符合節能與減碳設計 的最適化方案。根據 Green BIM 的研究範圍，與主要步驟，預期解決的困難點如下： 1. 建立決策循環程序 傳統設計流程在草案設計後，即將資源集中在細部設計與施工圖的產出，往往造成 在施工階段因評估不慎或圖說盲點而屢致變更設計，這時營建成本損耗將隨著時程 演進而急遽增加。因此在 BIM 設計導向之過程，如何藉由合理的評估流程來避免程 序不經濟，並使得方案目標效益可以達到更精準的檢核計算，在程序方法上應建置 其可能的基礎評估架構。 2. 探索交換格式
如果透過一致的交換格式(exchange format)，使得模型與資訊能夠在 BIM (設計) 與 BPA (分析) 間有效的傳遞，則可以節省大量的重覆建模、重覆設置參數的時間。 BIM 包含了幾何、物理和拓撲資訊，BPA 包括了：建築日照、遮陽優化、熱幅射、 空調耗能、音效設計、通風環境、視覺影響、生命週期的能耗與碳排等建築效能可 視化與數值化的分析。據統計，目前世界上主要的效能分析軟體約有 350 多種，但 是因為缺乏統一的傳輸標準，幾乎使用每一種軟體，都需重新建模，耗費了大量工 作時間(Autodesk Inc., 柏慕中國，2012)。這個困擾也存在於 BIM 軟體與 BPA 軟
分展現，例如在台灣 ecotect 的 WEA 氣象數據僅預設台北、台中等 7 個主要城市， 為建立合乎其他基地環境的氣象數據則需自行蒐集轉換 TMY2(典型氣象年)的數據 集，以及對於建築材料構造、使用類別特性未能結合研究資料或法規並進一步反應 於效能分析結果，而使得軟體應用侷限於設計初始階段的能源表現，其準確性與供 方案檢討校正的精準性仍受存疑。
第 五 節 研 究 流 程
根據研究範圍、理論方法與主要步驟、預期困難，本”研究流程”歸納如下圖： 研究動機與目的 研究範圍與內容 研究方法與流程 研究課題 用與定義 小結 緒論 文獻回顧 BIM：建築資訊模型 BPA：建築效能分析 永續設計 建築生命週期管理 案例分析 小結 理論與方法 設定目標與氣象資料 執行效能計算模組 可視化效能分析 評估與方案修正 最適化方案 小結 實作驗證 小結 節能目標與基本資料 設定 方案參數修正 參數輸入 執行節能 計算模組 最適化方案 結論與建議 可視化 效能分析 NO YES 是否符合目標? 臺灣 Green BIM 綠建築資訊模型應用第 六 節 用 語 定 義
本研究 Green BIM，綠色的建築資訊建模定義為：強調從設計之初便以建築資訊建模 (Building Information Modeling, BIM)作為基礎工具，因應在地化的氣候條件，進行建築 效能分析(Building Performance Analysis, BPA)，透過“設計”、“評估”的決策循環， 產生符合環境效益的最適化的設計方案，最終達到追求環境永續發展的目的。針對本研究內 容，整理相關的用語定義，說明如下：
建築資訊建模(Building Information Modeling, BIM)
建築資訊建模是建築資訊”建模”與資訊”管理”的整合性工具，應用在建築生命週期的不 同階段，用數位的方式與統一的資訊格式呈現建構過程，促進交流和交互應用的操作性。它 可以增進建築設計的方案規劃與工程管理、改善過去以 2D 圖紙作為溝通思考的方式、運用 3D 模型與 4D 動畫進行專案設計、加強建築團隊間的溝通協調、提高工作效率、減少建築生 命周期中的風險、錯誤和成本。
建築效能分析(Building Performance Analysis, BPA)
運用建築資訊建模進行包括日照、輻射熱能、氣流、生命週期的能源計算，作為最適化方案 評估的依據，其分析架構包括目標設定(Goal)、度量原則(Metrics)、分析工具(Tools)、方 案評估(Analysis)等過程。
決策循環(Decision making circle)
決策主體在決策情境中進行決策行為的過程，依次包含以下步驟：(1)問題產生；(2)蒐集資 訊；(3)選擇方案；(4)執行決策；(5)決策評估，可構成決策行為的流程圖，進行決策乃是 由步驟(1)向步驟(5)推展，而經由決策評估的程序決定是否再進行修正迴圈，在回饋環路 (Feedback Loop)裡，決策行為周而復始循環直到”最適化”方案出現。
永續設計的範疇包括建材、建築物、都市區域的尺度大小，永續發展是一種符合經濟、社會 及生態學三個面向永續經營的完整概念，並且是一種改變資源利用態度、投資方向、科技發 展及制度變遷的過程。
建築生命週期管理(Building Lifecycle Management,BLM)
生命週期管理(Life Cycle Management,LCM)為供給(S)、投入(I)、製程(P)、產出(O)、顧 客(C)的流程管理(SIPOC)，運用 SIPOC 過程可以迅速釐清所處位置與影響，並可以界定、紀 錄與分析並了解問題，最後擬定解決方案與追蹤事項。運用在建築生命週期則為建築物從規 劃設計、營建生產、到顧客使用(營運)等階段的應用管理面向。
第 七 節 小 結
本研究建議導入 Green BIM，即以建築資訊建模(Building Information Modeling, BIM) 作為工具，因應在地化的氣候條件，強調從設計之初便透過“設計”、 “評估”的決策循 環，進行建築效能分析(Building Performance Analysis, BPA)，來產生符合環境效益的最 佳設計方案，最終達到追求環境永續發展的目的。臺灣 Green BIM 的研究主要範疇包括：建 築資訊建模、建築效能分析、永續設計。在研究的主要步驟上，預期解決的困難包括(1)建 立決策循環的程序、(2) 探索交換格式、(3)突破在地化氣象資料的限制，並進一步探討 Green BIM 在建築生命週期的應用範疇及後續可期的發展面向。
第二章 文獻回顧與案例分析
本研究主要探討 Green BIM 在建築節能的應用與評估的程序與模式，涉及的主要範疇包 括：(1)建築資訊建模(Building Information Modeling, BIM)、(2)建築效能分析(Building Performance Analysis, BPA)、(3)決策循環(Decision making circle)、(3)永續設計 (Sustainable design) 與 節 能 指 標 、 (4) 建 築 生 命 週 期 管 理 (Building Lifecycle Management,BLM)。本章節藉由文獻回顧與案例分析探討節能評估機制建構所涉略之工具方 法、邏輯步驟、節能策略與建築生命週期的應用範疇，並就各領域對研究目的之交互關係進 行彙整論述，最終以相關案例分析與歸納目前台灣及國際間 Green BIM 導向的設計發展策略 與節能實踐的特性。
第 一 節 建 築 資 訊 建 模 、 建 築 效 能 分 析 與 建 築 生 命 週 期 管 理 的 評
估 項 目
壹、建築資訊建模與建築效能分析軟體的發展
建築的電腦輔助設計的發展是從 2D 的電腦輔助繪圖邁向 3D 的建築資訊建模，以減少資 訊傳遞的落差，促進建築相關產業的協同合作。1990-2000 年網路逐漸興起，研究者開始思 考運用電腦輔助合作式設計，串連不同領域合作者，利用資料庫進行設計資訊管理。2000 年後進入建築資訊建模的時代，將建築物生命周期中所有的物件資訊數位化，增進建築設計 的方案規劃與工程管理。2008 年 Eastman 提出建築資訊建模更明確簡潔的解釋，他認為 BIM 是以數位呈現建構建築設計、施工構造和設施管理的新過程方法，達到以數位格式促進交流 和交互操作的特性。依據美國國家 BIM 標準 (United States National Building Information Modeling Standard)對 BIM 的定義做以下四個層面的解釋： 1. 以數位化方法表達一個設施的物理和功能特性。 2. 一個共享的知識資源。 3. 分享跟這個設施相關的資訊，在設施的整個生命週期中為所有的對策提供可靠依 據的過程。 4. 在建設案件的不同階段中，各參與者經由在資訊模型中嵌入、提取、更新和修改 資訊，以支援與反應各自職責的協同作業。 換言之，BIM 是建築資訊建模與資訊管理的整合應用工具，用來增進建築設計的方案規 劃與工程管理，改善過去以 2D 圖紙作為溝通思考的方式，運用 3D 模型與 4D 動畫進行專案 設計，加強建築團隊之間的溝通協調，提高工作效率，同時減少風險、錯誤和成本；藉由建 築資訊建模(BIM)工具的輔助可以加強建設方案的規劃和管理(Kymmell, 2008)。隨著電腦運 算技術日新月益的發展，電腦輔助設計的趨勢也在改變，從個人電腦 時代的 2D 平面圖走
向 3D 模型思考的階段，仍以人為設計主體(電腦為模型呈現的工具) ，演變至今的雲端運算 時代，重視協同合作與運算資訊作為設計方案之判斷，並省思永續性的建築生命週期管理。 (表 2-1)(張，2011)
表 2-1 電腦輔助設計模式的發展比較 時代 大型主機時代 工作站時代 個人電腦時代 網路時代 雲端運算時代 年份 1960-1970 1970-1980 1980-1990 1990-2000 2000-2010 照片 說明 撰寫應用程式解決 重複且繁雜的動作 使用電腦為工具， 進行建築設計的過 程，開發電腦輔助 設計(繪圖與製造) 系 個人電腦時代，藉 由電腦的運算功 能，建築外型開始 解放 網路的出現，開啟 建築合作式設計與 虛擬設計的研究， 並利用許多資訊媒 材提供輔助 建築設計協同作 業，針對合作成員 的問題，提供協助 與資訊，輔佐設計 團隊進行設計方 案 目的 設計自動化，取代 傳統紙筆繪圖與實 體模型思考設計。 以電腦工具代替傳 統尺規繪圖統。 簡單的直接操作， 應用在可見的圖 像，免去複雜的語 法。 解決遠距離團隊合 作的問題，促進設 計決策。 建築設計協同作 業，用於建築團隊 整合、資訊管理。 作業 系統 每一台機器搭配自 家的作業系統
MS-DOS Windows 3.0、MACWindows XP、MAC Windows 7
軟體 使用者自行撰寫 使用者自行撰寫 Autocad 3DMAX、FormZ、 Sketchup Revit、ArchiCAD Rhino Grasshopper 介面 文字介面 文字介面 圖形化操作介面 圖形化操作介面 物件導向操作介 面 用途 將電腦作為紀錄與 計算的工具 將電腦視為繪圖工 具與製造產品的機 器 以立體空間為設計 出發點，跳脫以往 平面思考堆疊空間 合作式介面、資料 庫探礦 強化永續的設計 分析、衝突偵測、 施工規畫以及材 料製造 趨勢 發展 設計自動化 電腦輔助設計系統 的開發 專家系統、資料 庫、人工智慧、圖 形化操作介面 案例式資料庫、合 作式設計、虛擬實 境 建築資訊建模 (BIM)、擴增實境 資料來源：張，2011
Green 析與方案校 要要素組成 日照或其他 物座向和構 估需求，使
貳、建
建築物 n BIM 以 3D 校正的計算 成，這些要 他因子如何 構造形式， 使用者可自建築生命
物的生命週 D 的 BIM 為 算分析，以達 要素相互牽動 何影響設計策 開窗條件可 自行建構模型 圖 來命週期評估
週期評估（B 為基礎工具 達到最佳化 動影響並整 策略( Kryg 可能影響機 型應用策略 圖 2-1 Gre 來源：重製自估項目
Building L ，利用資訊 化的節能目標 整合進 BIM 模 giel , Nie 機械設備效能 略。 en BIM 模型 自 Krygiel , Life Cycle 訊結合與圖像 標。圖 2-1 模型，促使 es, 2008 ) 能或替代能 型整合面向 Nies, 2008 e Assessme 像動態系統 呈現在 Gre 使瞭解諸如結 ；諸如日照 能源的評估； 向 ent），是由 統，進行建築 een BIM 架構 結構、機械 照分析可以提 ；因應設計目 由建材生產 築效能分 構下的重 械、能耗、 提示建築 目標或評 、營建、置(即 PD、SD、DD 階段)，藉由較具效益之評估方案，降低後續施工、營運階段的變更設計 或成本損耗(包括施工成本與營運耗能成本)，也呼應了建築設計初期決策評估過程的效益與 影響潛力。圖 2-4 整理出在建築生命週期各階段的評估與分析項目。 圖 2-2 以 Autodesk 公司為主的產品為例，建築生命週期與其對應的應用軟體 圖 2-3 傳統建築設計與 BIM 的生命週期成本曲線(Macleamy) 來源：編輯自 Macleamy，2004
第 二 節 永 續 設 計 與 BIM 架 構 下 的 建 築 效 能 分 析
壹、永續設計
2000 年永續建築國際會議(sustainable building)定義「永續設計」：「永續設計的範 疇包括建材、建築物、都市區域的尺度大小，永續發展是一種符合經濟、社會及生態學三個 面向永續經營的完整概念。」。1987 年 WCED 大會(Brundtland Commission , 1987)指出永 續發展不是一個固定的和諧狀況，而是一種改變資源利用態度、投資方向、科技發展及制度 變遷的過程。美國建築學會(The AIA Committee)認為永續設計(Sustainable design)的基 本措施如下：
(1) 設計革新(Design & Innovation)：追求最佳化設計的內在形式，專案應傳達永續 設計的方法和意圖，並具創新的機會優勢。
(2) 地域化或社區化設計(Regional/Community Design)：著重於獨特的地方文化和區 域自然特性
(3) 土地使用與基地生態(Land Use & Site Ecology)：在人類生存發展的同時，兼顧 維護、提升自然環境，包括生態系統、水域和野生動物棲息地。
(4) 氣候因子(Bioclimatic Design)：節省資源，並透過適應基地環境與區域氣候條件 的方式達到最大舒適度的設計。
(5) 光環境與空氣品質(Light & Air)：創造舒適的室內環境，滿足採光、景觀視野和 空氣流通。
(6) 水循環(Water Cycle)：達到節水要求，保護並改善用水品質。
(7) 熱環境和節能設計(Energy Flows & Energy Future)：達到節約能源和資源的目的， 藉由改善建築效能減少碳足跡，並預先因應未來的能源條件和環境需求。
(8) 材料及構造利用(Materials & Construction)：透過材料的選擇，減少產品生命週 期對環境的影響，提升設備效能並達到健康舒適的居住環境。
(9) 永續及合宜性(Long Life, Loose Fit)：追求生態、經濟、與社會價值的永續提升。 (10)知識共享和回饋循環(Collective Wisdom and Feedback Loops)：透過持續的紀錄
回饋和知識教育，是實踐永續設計的最佳策略。
圖 2-5 永續建築設計措施案例
來源：Desugn-Build Conference & EXPO ,2013
本研究以永續節能為前提，探討 BIM 架構在建築效能評估的應用，因此就建築永續之議 題進行概念綜理。歸納永續的範疇包括設計面(建築環境與造型設計、構造材料的應對)、程 序面(設計方法與知識系統)、社會面(土地使用或經濟環境)等層面，後續藉由操作過程探討 “Green”永續策略的 BIM 應用面向與限制，以及未來待突破的議題。
貳、節能指標
在亞洲地區，根據研究建築生命週期約 30~50 年，從建材生產運輸、建造施工、營運使 用、整修、拆除各階段，能源損耗龐大，其中以長期使用的空調及照明佔日常耗能最大比例。 綠建築評估系統 9 大指標中的「日常節能指標」，即是以建築外殼、空調、照明設計的能源 效率為評估對象；參考內政部營建署出版的「建築節能法規解說」(2003)，常以代表外殼遮 陽性能的「等價開窗率 Req」及代表外殼隔熱性能的「平均熱傳透率 Uai」作為建築節能設 計的指標。建築外殼的遮陽性能在於控制經由太陽輻射傳入的日射熱得（solar heat gain）， 阻擋日射量進入建築物的手法，包括「減少開窗率」、「採用外遮陽」、「使用低日射透過率的 玻璃」(黃瑞隆，2013)。 表 2-2 各類建築外殼耗能指標 建築類別 耗能評估指標 台灣綠建築規章 單位 辦公、百貨商 場、旅館、醫院 類 建築外殼耗能 量 ENVLOAD 建築外殼耗能指標與基準： 評估類別 北部 中部 南部 辦公廳類 80 90 115 百貨商場類 240 270 315 旅館類 100 120 135 醫院類 140 155 190 kWh/m2-year 學校、大型空間 類 窗面平均日射 取得率 AWSG 窗面平均日射取得量應分別低於表之基準值： 窗面平均 取得額日 射量 北部 中部 南部 10~20% 235 310 360 20~30% 200 255 295 30~45% 10 200 220 45~60% 125 155 175 kWh/m2-year 住宿類 等價開窗率 Req 住宿類建築物外殼等價開窗率之基準值： 評估類別 北部 中部 南部 住宿類 13% 15% 18% % 其他類 屋頂熱傳透率 Uar 受建築節約能源管制建築物之屋頂平均熱傳透率 應低於 0.8 W/m2-K W/m2-K 空調耗能部分，依據研究其熱負荷來源包括：「室內發散熱負荷」、「新鮮外氣熱負荷」， 及「建築外殼熱負荷」，後者是由建築牆體、屋頂、透光開口部位流入室內的熱量，必須同時考量保溫及遮陽性能。另外，建築方位也是建築外殼節能設計的重點之一，例如大窗面避 東西向，建築物的長邊採南北向為佳，已成經驗常談。以下針對永續節能指標進行彙整分析： 1. 建築配置 台灣氣候高溫濕熱，在建築設計上如能依據氣候條件合宜配置其形式，可以達到很高的 節能效益。例如台灣南部地區，面西的住宅比面北的住宅其單位樓地板面積的年平均耗電量 要高出 33%，因此建物方位配置實質上影響到建築的耗能特性，通常任何建築群的不同配置 方案，可影響到建築物總耗能量的一成以上(何志宏，2013)。 (1) 方位：以台灣地區而言，由日射量多寡排列的優先順序，房屋的朝向以南北向最 有利，而以東西向得熱量最多；因此在建築配置上，應儘量避免將建築量體的長 軸置於日射量較大的方位，且應減少此方位的開窗與開口面積，以力求降低日射 熱流。圖 2-6 某辦公建築案例模擬不同方位產生的耗能差異影響。
比以 1:2 或 1:3 之南北向建築為佳。小規模的一般住宅則以細長，表面積多的建 築物型態為佳，使得各規劃空間兼具通風、採光之效果。 2. 開窗率 開窗率係指某方向為面臨外氣之建築物外殼開口部面積與建築物外殼總面積的比例，在 炎熱潮濕的台灣，過大的開窗面積是造成空調耗能的主因，而大面積開窗主要目的是以採光 且具有較佳的景觀視覺為考量，開窗越大日照機會越高，日照進入室內後溫度自然上昇，為 講求舒適勢必啟動空調系統降溫，所以建築採光與開口節能之間必須尋求平衡點以求得節能 效果 (張昇，2010)。評估指標之「等價開窗率(Req)」，係指建築物各方位外殼透光部份之 開窗面積，經標準化之日射與遮陽、通風修正計算後的開窗面積。 圖 2-7 開窗對建築能耗與室內環境之影響 來源：黃瑞隆，2013 3. 外遮陽 外遮陽是亞熱帶地區最有效且營造舒適建築環境的重要策略，在熱帶地區更為顯著，例 如由新加坡向北至香港、台北、東京等地，其節能效果依序為 15.8%、15.0%、12.9%、5.6%， 外遮陽除可滿足節能的要求外，且具有防範眩光的效果(何志宏，2013)。 (1) 水平遮陽：水平遮陽構造可遮擋高傾斜角的日照熱輻射線，台灣因位於北半球， 因此建築物的南向立面適合使用水平遮陽。 (2) 垂直遮陽：垂直遮陽構造可遮檔斜射方位角的日照熱輻射線，台灣建築物北向立 面射入室內的輻射線角度較低，可應用垂直式遮陽方式提升遮陽效果；垂直遮陽 可能對自然通風產生引導或屏障等迥然不同的作用，故需謹慎評估設計。
4. 隔 直接影 熱量侵入為 發熱量高的 (1) 外 白 外 表 有 隔熱材料 影響建築室 為必要條件 的情形反而 外牆構造： 白色牆體具 外殼傳透熱 表示，其值 有良好隔熱 室內空調負荷 件；在使用隔 而會因散熱不 以使用明度 具有 90﹪的 熱流的關鍵在 值越小隔熱能 熱層的鋁金屬 圖 2 來源 荷的構造項 隔熱處理時 不佳而增加 度較高的表 的反射率，而 在於材料的 能力越好。 屬帷幕牆可 2-8 外遮陽 源：黃瑞隆， 項目為外牆及 時，必須視建 加空調負擔 表面材料增加 而一般紅磚 的熱傳透率 。以 12cm 厚 可在 0.71 以 陽形式 2013 及屋頂材料 建築物使用 。 加反射率較 磚混凝土建材 ，熱傳透率 厚的 RC 外牆 以下。 料，為達節能 用型態而定， 較佳，通常 材則在 10﹪ 率一般以 U 牆為例，其 能目標應以減 ，過度隔熱對 常以淺色材料 ~50﹪之間 值（W/ m2 其 U 值高達 3 減少外界 對於室內 料為佳， 間。建築 ‧k）來 3.78，而
圖 2-9 各國建築物屋頂及外牆隔熱規範 來源：姚志廷，2011
5. 碳排放
碳排放是目前計算產業生產鏈過程對地球環境與溫室氣體影響的全球趨勢，2003 年由 國際法人機構發起的碳揭露計畫(Carbon Disclosure Project，簡稱 CDP)，以企業社會責 任角度將碳排資訊整合，提供投資人瞭解企業的碳風險管理狀態，且規模逐年擴大。目前先 進國家對於碳排放(carbon emission)、碳價(carbon price)的評估交易機制快速發展，並 期望藉此控制全球暖化的速度；台灣亦逐步加入推廣行列，例如碳足跡標章(碳標籤， carbonlabel)的建立、機關綠色採購、低碳建築認證制度之研究擬定、開發計畫評估階段導 入節能減碳設計等政策，使碳排放評估成為近年環境顯學。 在建築環境應用方面，建築生命週期的碳排放評估(LCCO2)，藉由計算（1）建材生產運 輸、（2）營建施工、（3）日常使用、（4）更新修繕、（5）拆除廢棄處理、（6）建材回收利用 等六個生命周期階段的二氧化碳排放，整體反映營建生產、能源使用的綜合環境影響指標， 並直接說明對於氣候暖化的量化影響。從圖 2-10 針對台灣地區建築碳排之研究分析(張從怡， 2014)，在建築生命週期中，建築新建階段碳排放佔 22.8%(包含建材生產及施工過程碳排)、 修繕更新及拆除廢棄處理佔 20.8%、營運使用過程更高達 56.4%，其中又以照明、空調、電 器為主要耗能來源。
圖 2-10 建築碳排放分配情形 來源：張從怡，2014 在碳排放計算來源方面，包括直接排放源之能源、製程、運輸、逸散，以及間接排放源 的電力間接及其他間接，概述如下： (1) 能源：電力、熱、蒸氣或其他化石燃料衍生能源產生的溫室氣體排放。 (2) 製程：生物、物理或化學產生溫室氣體排放之製程。 (3) 運輸：擁有控制權下的原料、產品、廢棄物與員工交通等運輸。 (4) 逸散：生產處理過程的溫室氣體排放，如空調設備溢出的 HFC。 (5) 電力間接：因外購電力、蒸氣、熱，來自於別人所擁有的資產、設備所產生的溫 室氣體排放。 (6) 其他間接：其他來自於他人之資產、設備或商業活動所產生的排放。
工 (2) 日 現 排 如 達 建築碳 單位為 kg 級制度之訂 工程序單純 日常耗能： 現，住宅在 排放量的 2 如在溫帶或 達 70~90％ 碳足跡指標 gCO2e/(m2 訂定標準。 純故碳排放量 統計在台灣 在營建過程之 22.52％，而 或寒帶的住宅 ％，可見日常 標 CFI=TCF( yr)，目前 圖 2-11 建 量較低。 灣一棟 4F 的 之建材生產 而日常耗電量 宅，因為採 常節約能源 (總碳足跡) 前內政部與 建築碳足跡 來源： 的 RC 住宅之 產、運輸、營 量 40 年累算 採暖能源急遽 源在住宅 CO ) ÷ 總樓地 與相關研究單 跡等級認證 低碳建築聯盟 之建築軀體 營建之 CO2 算之 LCCO2則 遽變大之故 2減量對策中 地板面積 ÷ 單位正積極 證(預計 2017 盟，2014 體與建築設備 排放量，僅 則占 62.94 故，其日常耗 中占有絕對 LC(生命週 極評估其減碳 7 年推行) 備之 CO2排放 僅占生命週 ％(林憲德 耗能之 LCC 對主導的地位 週期標準，y 碳百分比( 放量可發 週期 CO2總 ，2010)。 CO2可能高 位。 yrs)，其 DCF)與分
第 三 節 決 策 循 環 模 型
Green BIM，綠色的建築資訊建模強調從設計之初便以建築資訊建模作為基礎工具，因 應在地化的氣候條件，進行建築效能分析(Building Performance Analysis, BPA)，透過“設 計”、“評估”的決策循環，產生符合環境效益的最適化的設計方案，最終達到追求環境永 續發展的目標。本研究提出 Green BIM 決策循環模型，整合 BIM、BPA 以達到永續設計的目 標。(圖 2-12)
圖 2-12 Green BIM 決策循環模型
藉由支配性的行為(包括：分析、綜合、評估、溝通等，概要為”評估”)，設計過程被 標示為一系列解決問題（problem solving）的步驟 (Rowe,1992)。例如：Asimow 的決策循 環模型（decision making circle）（Asimow 1962）、以及其它衍生的設計過程模型 (Archer, 1965)、 (Steinitz, 1995) 、(Gero, 1998)。在設計過程的初期所作的決策，對於建築的
與自我判斷（judgment）進行設計過程與概念的發想，輸入(Input)到產出(Output)的過程 與邏輯曖昧不明(圖 2-13)。在 1950 年代末期至 1960 年代初期，各個領域的研究者試圖 去理解設計者的思考模式並透過邏輯結構（logic structure）來解釋設計的黑盒子。 圖 2-13黑箱(Black Box)設計程序 (來源：Jones , 1992 ) Jones 認為設計過程可透過三個主要階段進行觀察： (1) 差異性分析（Divergence）：為設計議題的範圍擴展階段，以使有充分有效的空間 尋 求 解 決 方 案 ， 設 計 者 可 能 故 意 增 加 不 確 定 因 素 ， 以 避 免 先 入 為 主 的 解 答 （preconceived solutions）。 (2) 轉化階段（Transformation）：本階段依據差分析結果所聚焦範圍發展出實踐模式， 並將複雜問題轉化為簡潔且具創造性的設計解決方案。 (3) 整合階段（Convergence）：本階段中問題已經被定義且影響變因確立，透過由上向 下與由外向內(或反之)的整合程序，設計者的目標為盡可能減少不確定性，方案模 型應達到具體且細緻化目標。 1962 年，Asimow 認同 Jones 的三個設計階段外並進一步提出設計過程的循環結構模型， 包括行為連續階段(sequential phasing of activities)的垂直結構，以及各階段處於決策 循環(decision-making circle)的水平結構；Asimow 將水平連續表達成一個從分析開始經
過綜合(synthesis)、評估(analysis)到溝通(communication)的循環，階段與階段間的關係 隨著設計狀況的訊息而呈現流動(flow)，且有很多回饋迴圈(feedback loop)，並認為這個 循環是可以重複(repetitious)直到決策形成 (圖 2-14)。Asimow 將“設計決策” 視為一個 從 分 析 開 始 經 過 綜 合 、 評 估 到 溝 通 的 循 環 ， 根 據 Merrian Webster (http://www.merriam-webster.com/dictionary)定義，“評估(Assessment, Evaluation)” 是 對 於 某 事 物 作 出 判 斷 的 行 動 (act) ， 以 及 提 出 對 某 事 物 的 理 念 (idea) 或 者 看 法 (opinion)。 Asimow 的決策循環設計過程主要區分為三個層次： (1) 分析階段（Analysis）：著重於了解設計問題與界定設計目標。 (2) 綜合階段（Synthesis）：致力於替選方案的產生。 (3) 評估階段（Evaluation）：依據設計目標，衡量各替選方案的可能性並做決定。
（ Chen, (Performa 據建築需要 重點不再 (Design C 選擇和權衡 正滿足需求 設計標準( 理層面、( 2012 ）。 anced-Base 要的效能而 只是工程上 ertia)、創 衡都來自於 求。因此必 (Criteria) (6)社會層面 透 過 設 計 ed Buildin 而設計，而非 上的分析與 創造新的價值 於建築使用上 必須定義“需 )，如(1)建 面。 來源 計 、 評 估 的 ng Design) 非討論如何 與物理上的 值觀(Leach 上的效能需 需求”及 建築物理、( 圖 2-15 從 源：編輯自 Autod 的 決 策 循 )”並非嶄新 何製造建築 的技術進步 h,2009)。而 需求，並藉由 “合適的對應 (2)建築環境 從 BIM 到 B desk Sustainab 循 環 以 邁 向 新的概念， 。Neil Lea 步，更重要 而效能導向 由分析及模擬 應設計”， 境、(3)建築 BPA 應用 bility Workshop 向 ” 效 能 導 1982 年即由 ach 也表示 要的是定義新 向的設計方法 擬方法來驗 它包含了許 築功能、(4 p ,BPA 導 向 的 建 由 Gibson 提 示，當前建築 新的效能設 法裡，所有的 驗證確認設計 許多議題(T 4)建築預算 建 築 設 計 提出：依 築評論的 設計準則 的決定、 計是否真 Topic)及 算、(5)心
建築效能分析(Building Performance Analysis, BPA)可視為建築方案設計的“決策循 環”過程不可獲缺的環節。探討 BIM 架構中的建築效能分析(BPA)層面包括：預測整體建築 的能耗分析、以及建築物理環境的可視化模擬與生命週期分析。然而，其他如生態面向之生 物多樣性及綠化量、營運管理面向之廢棄物、水資源利用等效能評估工具，以及社會價值層 面的“效能”，則尚待研究界定與開發整合。圖 2-15 詳列 BIM 與 BPA 兩者在細目上的差異 與階段運用關係。 基於上述，BIM 體系的軟體公司亦已將建築效能分析工具納入其開發與整合範圍，以期 在 3D 作業環境下，更能夠協助設計者與從業人員精準的掌握建築的效能以邁向永續的未來。 例如 Autodesk 公司的 Ecotect Analysis 與更簡易使用的 Vasari、Bently 公司的 Hevacomp 系列和 Tas Ambiens、以及 Graphisoft 公司的綠色能源分析套件。(表 2-3)針對軟體程式、 支援的檔案格式、可視化項目、效能分析項目進行分析整理：
軟體程 Ecotect An Autodesk V Bently Hev TasAmbiens Graphisoft EcoDesigne 程式 nalysis Vasari vacomp s t er 照片圖式 表 2-3 式 支援 DXF/ RVT- SKP-DWG/ DGN/ DXF/ DWG/ SKP/ bXML CAD/ INP/ gbXM iSBE VIP-3 效能分析 援檔案格式 /3DS/ -gbXML/ -OBJ /DXF/ /SAT/SKP /DGN/ / IFC/ /3DS/CIS2/ L / gbXML/ /IDF ML/PHPP/ EM/ -Energy 析軟體 可視化 太陽輻射 影、日照 效率、建 分析 氣候分析 輻射、熱 能耗分析 分析 g 能源分析 遮陽三維 室內移動 照射區 日照、氣 析、熱區 氣候分析 分析、熱 分析 化項目 射、陰 照、散熱 建物能源 析、太陽 熱環境、 析、氣流 析、外部 維圖形、 動的陽光 氣流分 區模擬 析、能源 熱橋現象 建築效能 匯入 Green Studio 可進 量報告、用 本估算 能耗分析(組 分析)、碳排 分析 供暖和冷卻 算、管道及 尺寸計算、 算 碳排放、能 成本分析、 度 建築能耗分 優化設定、 方案 能分析 Building 進行碳排放 用水量及成 組成/逐月 排放、成本 卻負荷計 及風道截面 碳排放計 能耗分析、 室內舒適 分析、節能 再生能源
第 四 節 文 獻 回 顧
承上述章節，BIM 與 BPA 在永續設計上的整合性應用，不論在理論與軟硬體工具上皆已 逐漸齊備。根據(鄭，2014)，BIM 的權威 Chuck Eastman 教授，1999 年出版 Building Product Models (Eastman,1999)定義了建築產品模型的概念、技術與標準，是建築資訊建模的前身。 2008 出版 BIM Handbook 建築資訊建模手冊，定義 BIM 與相關技術，並給予各類參與者（業 主、專案經理、設計師、工程師、承包商等）BIM 技術應用與案例解說。歸納 BIM 的研究議 題與代表學者包括：BIM 參數化建模(Lee,2006)、BIM 資料交換標準格式(Eastman, 2009)、 BIM 空間資料庫應用(Lee,2012)、BIM 設計與分析流程架構(Sanguinetti, 2012)、資訊交付 手冊(Berard, 2012)、BIM 供應鏈平台(Aram, 2013)、BIM 設施管理(Teicholz, 2013)。
然而，相較於先進國家，國內的相關研究卻顯示起步較晚，根據指標性研究機構，科技 部學術補助獎勵查詢 (表 2-4)、以及內政部建築研究所資料檢索系統(表 2-5)，國內對於 BIM 的研究計畫首見於 2010 年(周，2010)。然而，隨著 2013 年，BIM Handbook 建築資訊建 模手冊(中譯版)(賴，2013)的出版，以及軟硬體設備與技術相對成熟普及，發展 BIM 漸為台 灣的建築、土木工程、營建管理、資訊管理等領域重視，而其中關注 Green BIM 應用的計有 整合綠建築評估指標的(蘇，2012~2015)、(陳，2014) ；強調節能設計、資訊交付手冊的(陳， 2013)；BIM 導入綠建築實務研究的(鄭，2014)。
表 2-4 科技部學術補助獎勵查詢, 2015/06 計畫名稱 主持人， 年份， 領域 摘要 關鍵字 以建築資訊建模技術輔助防 救災決策與應變過程 周建成， 2010， 土木工程 建築物應依不同類型災害、不同等級災害強 度，而有對應的受損結果，故需參考既有建築 物防救災研究成果，了解災害與建築物的關 係，並透過專門軟體分析預測災害結果。本研 究使用 Model Driven Architecture (MDA)完 成 BIM 模型轉換工作。 建 築 資 訊 建 模，電腦輔助設 計 CAD，建築物 防救災 整 合 建 築 資 訊 建 模 與 Stroboscope 營建電腦模擬 以利評估工程進度之研究 王維志， 2011， 營建管理 暫不公開 營建管理 建築資訊建模於捷運結構設 施維護管理之研究與應用 嚴崇一， 2011， 土木工程 本研究以生命週期維護管理之觀念為理論基 礎，研擬捷運設施維護管理步驟，然後探討捷 運 BIM 模型之建構方式與流程，最後規劃並發 展出實務上可應用之維護管理系統雛形。 建 築 資 訊 建 模、捷運、生命 週 期 維 護 管 理、設施維護管 理 應用雲端運算技術於建築資 訊建模展示與操控之研究 吳翌禎， 2011， 土木工程 本研究主要利用雲端運算服務模式－軟體即服 務(Software as a Service, SaaS)的概念來建 構 BIM 視覺化及操作平台，此平台不受時間及 空間距離限制，可提供即時線上工程資訊及 3D 立體模型的視覺化展示及操作，以利工程各單 位彼此間協調及溝通，以達協同管理及提昇工 程管理效能之目標。 建 築 資 訊 建 模、雲端運算、 多點觸控、資訊 視覺化、資訊操 作 BIM-based 工地施工問題與 經驗回饋管理模式與系統建 置之研究 林祐正， 2011， 土木工程 本研究提出 BIM-based 營建工地問題與經驗 回饋實務之知識管理系統。即於工程施工階段 應用網路技術經由工程師回饋現場施工問題及 經驗匯 入 BIM 建築資訊建模及知識管理 系 統，以利提昇營建工地施工知識管理之效率。 BIM-based 知 識管理，3D 知 識地圖，營建管 理 從 BIM 整合觀點探討亞熱帶 綠建築與生態社區設計與人 文美學之研究 蘇瑛敏， 2012~2015 ，建築 透過 BIM 系統平台整合建築相關領域資訊，運 用數位分析工具來建立整合人文社會美學觀點 及國內外綠建築評估指標之綠建築及生態社區 規劃設計規範，將目前綠建築九大評估指標與 臺灣在地實質環境的互動結合。 建 築 資 訊 建 模，綠建築，生 態社區，人文美 學 室內設計建築資訊建模建置 之前導性研究 藍儒鴻， 2012， 建築 本計畫探討室內設計產業在建築資訊建模標準 化的研究與應用，目的在提供跨領域需求的一 致性資訊服務，對於國內室內設計相關產業專 案資訊格式紛亂難以有效分享的設計資訊溝通 問題，提供有效的解決方案。 建 築 資 訊 建 模、室內設計、 裝修元件 語意網路與建築資訊建模應 用於智慧生活空間衝突分析 與研究 程鼎元， 2012， 資訊管理 本研究將利用語意網建構分析空間資訊的物件 位置與綱要資料。運用 IFC 交換格式分析建立 點、現、面三者的關聯性，並透過語意網與網 路服務取得之空間綱要資料進行推論，建構對 應之讀取和寫入，以建立全面的建築資訊建 模。對於更新之目標空間資訊，提出運用異質 資 訊 通 訊 科 技，建築資訊建 模 ， 語 意 感 測 網，雲端運算， 行動網路 應用程式介面
系統讀取分析，並據此提供不同 3D 建模軟體 所對應的 API。 建築物建築資訊模組之建立 楊錫麒， 2012， 營建管理 本計畫導入建築資訊建模於建設專案中，主要 用來幫助建築師及結構、水電、空調等設計師 在圖 面整合上能省去繁雜的套圖工作，減少了 人為核對圖面之疏忽。 建築資訊建模, 營建工程,生命 週期,變更設計 捷運車站實驗空間建置管理 與具經驗參數建築資訊建模 之發展與應用研究 謝尚賢， 2013， 土木工程 暫不公開 建築資訊建模, 經驗參數 一個基於服務導向動態資料 驅動為基礎的建築資訊建模 應用系統之研究 程鼎元， 2013， 資 訊 管 理 系 未達繳交期限 建築資訊建模, 動態資料驅動 整合知識本體、建築資訊建模 與營建模擬之工法選擇模式 王維志， 2013， 土木工程 未達繳交期限 建築資訊建模, 知識本體 捷運車站重要設施易損與關 連性分析：使用擴展後建築資 訊建模技術 周建成， 2013， 土木工程 暫不公開 建築資訊建模, 關連性分析 應用開放式建築延長既有集 合住宅壽命之案例模擬與評 估 杜功仁， 2014， 建築 本研究之目標在於應用 BIM 建築資訊建模建立 「開放式集合住宅整建延壽系統」，提供既國內 有老舊集合住宅進行整建延壽工程時可參酌採 用，以期能延長其建築壽命（構造體與設備）、 提高住宅內部空間之使用彈性、提升建築物整 體之永續性。 建 築 資 訊 建 模，既有住宅， 永 續 住 宅 整 建 ， 開 放 式 建 築，建築效能評 估 建築資訊建模與設施管理資 訊系統之技術整合與應用 杜功仁， 2014~2016 ，建築 未達繳交期限 建築資訊建模, 設施管理 以建築資訊建模與時空資料 分析技術建置近零耗能大樓 能源管理服務平台研究(1/3) 周建成， 2014， 土木工程 暫不公開 建築資訊建模, 能源管理 應用 BIM 技術於綠建築規範 自動化認證之先導技術開發 陳柏翰， 2014， 土木工程 未達繳交期限 建築資訊建模, 綠 建 築 規 範 自 動化認證
建構以 BIM 資訊模型為基礎 之設施維護管理應用模式之 研究 陳怡兆， 2014， 資訊傳播 未達繳交期限 建築資訊建模, 設施管理 BIM 輔助參數化聯動的互動 建築設計環境平台研究 鄭泰昇， 2014~2016 ，建築 未達繳交期限 建築資訊建模, 參數化聯動，互 動建築 生活實驗空間管理與人流監 測及具經驗參數之動態 BIM 模型發展與應用研究 謝尚賢， 2014， 土木工程 未達繳交期限 建築資訊建模, 經驗參數，動態 BIM 模型 建 置 捷 運 車 站 2D/3D BIM-assisted 視覺化維護管 理模式及平台之研究 林祐正， 2014~2017 ，土木工程 未達繳交期限 建築資訊建模, 知識管理 Mobile-based BIM 模型檢核 與管理模式及系統建置之研 究 林祐正， 2014， 土木工程 未達繳交期限 建築資訊建模, 知識管理 應用經驗參數 BIM 模型於捷 運場站空間規劃與服務品質 評估 吳翌禎， 2014~2017 ，土木工程 未達繳交期限 建築資訊建模, 經驗參數 以 BIM 為基礎之建築專案施 工性檢查模式研究 余文德， 2014， 營建管理 未達繳交期限 建築資訊建模, 施工檢查
表 2-5 內政部建築研究所資料檢索系統,2015/06 計畫名稱 主持人， 年份， 領域 摘要 關鍵字 建築資訊建模應用於建築物 防火管理決策輔助之研究-以 大型醫院為例 陳建忠， 2012， 建築 本文提出了醫院智慧型防火輔助決策系統設 計架構，針對人、環境與有害物質進行有效的 資源管理，藉由此完整的規劃與流程，整合緊 急應變管理計劃，回饋予醫院管理者。緊急應 變啟動時，本系統可快速提供有用資訊，幫助 醫院管理者藉由系統判斷應變之處置。 建築資訊建模、 醫院建築、防火 管理 建築資訊建模應用於建築管 理初探—施工管理階段 劉青峰， 2012a， 建築 本研究的目的在於探討建造執造核發後，緊接 著在建築物施工管理機制中如何實施應用 BIM 技術，銜接前面的成果，以縮短使用執照核發 時間、提高竣工資料精確度以提昇公務部門服 務品質，並且提供高可信度建築模型或資料庫 供後續使用管理繼續使用等目標的可行方向 及策略進行初步的研究。 建築資訊建模、 建築管理、施工 管理、建管資訊 系統 BIM 導入建築管理行政調查分 析 劉青峰， 2013b， 建築 以 BIM 為基礎之自動化建築法規檢測技術探討 為主，試圖理出和建築管理作業有關之國內外 研究之技術特色與趨勢，做為我國建築管理作 業改善作業效能之參考，以及為未來建築產業 邁入 BIM 技術世代的無縫接軌奠定基礎。 Automatic rule-based checking of building designs BIM 技術開發與推廣應用規劃 概況 劉青峰， 2013c， 建築 透過 BIM 技術，從建築規劃設計階段起，就儘 可能擬真地以數位化環境建置資訊模型，並將 模型應用在包括施作過程模擬、工料描述統 計、法規自動驗證、節能永續設計分析、竣工 後建物設備履歷資訊交付、建物維管資訊同步 管理、都市發展與建物資訊叢集之地理資訊管 理等範圍。 3D 物 件 導 向 模 型、建築資訊建 模、建築資訊管 理 BIM 應用於建築節能評估策略 與實務 陳建忠、 施宣光， 2013， 建築 本研究探討 BIM 應用於建築節能評估之策略與 實務，擬制定考量台灣現況的節能資訊交付手 冊 (IDM) 與 節 能 模 型 觀 點 定 義 (MVD) 標 準 協 定，探討工業基礎類別 (IFC)格式在不同軟體 間進行資訊的交換與傳遞、與參數化量體設計 工具。 節能設計、資訊 交付手冊 IDM、 模 型 觀 點 定 義 MVD、參數化、 BIM 導入台灣綠建築設計案例 實作研究 鄭泰昇， 2014， 建築 本研究從五個層級示範 BIM 導入台灣綠建築設 計，包括：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 建築資訊建模、 綠建築、建築設 計
熟的 BIM 整合套件之發展，例如：Autodesk Vasari/Green Building Studio、MicroStation Visual Basic for Applications (MVBA) 連結相關 API 開發模組(郭韋良,2012)。
圖 2-16 BIM-Based 綠建築評估系統架構 來源：郭，2012 另一方面，BPA 軟體需要具備代表性的氣象數據，以便作為環境模擬與能源計算的基礎 數據。過去 BPA 軟體，因為受限於區域性氣象資料的不足，其應用受到阻礙。然而，由於雲 端運算基礎的虛擬氣象站技術突破，Green BIM 得以不受限於區域的應用，因此”突破在地 化氣象資料的限制”亦成為本研究所要深入探討的重要子題。
第 五 節 案 例 分 析
在案例分析的部份，就國內外以 BIM 技術達成節能目標之指標案例，分析彙整其節能策 略、軟體應用，以釐清發展趨勢。表 2-6 列舉的方案，應用建築資訊建模 BIM 為基礎工具， 進行建築效能分析(Building Performance Analysis, BPA)，透過“設計”、“評估”的決 策循環，產生符合環境效益的最適化的設計方案，最終達到追求環境永續發展的目的。表列 方案的概要、採用的建築效能分析軟體與達到的效益目標。 目前台灣 BIM 應用案例多在大型工程如捷運系統、藝文場館等公共設施或大型商辦大樓 等，台北市、台中市等地方政府亦陸續制定相關 BIM 審查辦法及檔案格式規定，其應用發展 漸趨成熟。主要投入 BIM 的因素包括-- (1) 複雜的建築設計型態，已非傳統二維施工圖所能展現(如高雄衛武營音樂中心的自 由曲面造型)。 (2) 龐大的設施規模如捷運系統的土建及機電系統，需要 BIM 的資訊平台進行整合，並 有利於設計單位(包含不同路段分包商)進行整合，以及後續完工移交後業主的營運 管理。 (3) “Green”目的的達成，包括二個層面：(1)利用 BIM 操作過程的效率與精準特性， 達到節省成本(縮短時程、減少錯誤)的目的。(2)設定節能減碳之設計目標，如初 始階段的物理環境評估與省能對策、有利於綠能發展的構造材質設計與方案評估， 以及綠建築指標計算模組、後續營運階段的智慧能源監控等。 表 2-6、列舉案例應用建築資訊建模 BIM 為基礎工具，進行建築效能分析(Building
表 2-6Green BIM 綠色性能評估之應用案例分析 案例 圖示 概要 建築效能分析 軟體 效益目標 中興社研究大 樓新建工程 ( 中 興 工 程 ， 2013) 設 計 初 始 即 設 定 綠 建 築 標 章 達 成 目 標 層 級，並以都會區氣候特 性，利用環境能源分析 軟體，打造自然通風採 光之建築環境，達到降 低能源負荷目標。 Ecotect Analysis 、 Green Building Studio 建 築 性 能 評 估 、 E-QUEST 建築 能源模擬軟體 LEED 黃金級 認證， 24 ％ 節 能 ， 75％省水 天津院文體中 心 ( 天 津 市 建 築 設計院，2012) 在 北 方 大 陸 氣 候 條 件 下，以被動式建築設計 理 念 結 合 氣 候 模 擬 成 果，阻隔寒冷外氣並運 用 自 然 採 光 等 設 計 手 法 ， 達 到 節 能 減 碳 目 標。 Autodesk Simulation CFD、Autodesk Ecotect 、 IES 、 STAR CCM+ 建 築 耗 能 每 年 50~70kWh/ ㎡ 、 碳 排 放 每 年 42.7~60 kgco2/㎡ 月亮石住宅 Moonstone Project (Croft,2011) 順 應 地 形 條 件 的 設 計，減少外在天候對於 建築的能源耗損，並透 過 精 密 的 能 源 計 算 設 計 達 到 自 給 自 足 的 設 計目標。 GRAPHISOFT ArchiCAD 英 國 最 環 保 的 零 碳 住 宅 先 驅 ， 比 德 國 的 被 動 建 築 標 準 更 節 能達 65%，再 生 能 源 效 益 每 年 達 £3,500。 紐 約 RhinebeckOme ga Institute (BNIM Architects, 2009) 生態建築挑戰(Living Building Challenge) ， 包 含 20 項指標，且必須在用水 和 能 耗 上 實 現 自 給 自 足，計畫整合廢水、土 建、景觀、機電及結構 專家，以 BIM 精準計算 設計，打造高效能建築 環境。 (BIM Model) 同 時 達 到 生 態 建 築 (Living Building) 與 Leed 白金 級 認 證 ， 100% 能 源 自 足、零廢水 捷 運 萬 大 線 LG05 站 (鄧，2012) 車站規劃採光通風井， 引 進 自 然 光 線 及 外 氣，並藉由 BIM 輔助建 築 設 計 與 模 擬 評 估 修 正方案，達到公共建設 節能目標。 Revit、 Ecotect、 CFD 透 過 風 場 模 擬 改 善 月 台 通 風 ， 提 升 環 境 舒 適 度 並 降 低 空 調 負荷。
第 六 節 小 結
本章探討 Green BIM 發展趨勢與評估機制、案例操作與應用分析，以及在建築生命週期 過程中，以 BIM、BPA 協助建築設計達到“綠(Green)、永續設計”的目的，即透過設計、評 估的決策循環以邁向”效能導向的建築設計(Performanced-Based Building Design)”。
而歸納 BIM 在永續建築設計面向的“綠色貢獻”，主要原因包括： (1) 設計方案校正過程同步進行數量變更計算，準確達到設計目標，提升效率與減少不 必要的營建浪費。 (2) BIM 建置及使用的彈性，提升不同時空與不同操作者整合利用的可能性，改善程序 不經濟。 (3) 氣候參數結合物理環境評估模型，達到基地最佳設計方案與被動式建築自我調適的 功能。 (4) 能源評估與可視化模擬的成熟發展，有效進行節能計算與營運階段的碳排放評估， 並藉由回饋修正達到節能方案的最佳化設計。 (5) 設計決策的回饋循環與模型基礎架構，使方案設計過程合理化、效能化，提升生命 周期的能源效益。
第三章 理論與方法
依據第一章研究範疇與第二章文獻回顧與案例分析，探討在永續節能的目標下，以 BIM 資訊模型為基礎、利用建築效能分析工具，建立 Green BIM 決策循環的模型。
Green BIM 綠色的建築資訊建模，定義為因應在地化的氣候條件，進行建築效能分析 (Building Performance Analysis, BPA)，透過“設計”、“評估”的決策循環，以產生符 合環境效益的最適化設計方案。主要內容包括：建築資訊建模、建築效能分析、永續設計。 其次要的內容包括 BIM 模型基礎的決策循環模型、可視化效能分析、節能目標的設定。 圖 3-1 Green BIM 模型架構組成 建築資訊模型 (BIM) 永續設計 (Sustainable) 建築效能分析 (BPA) Green BIM BIM 模型基礎的決策循環模型 節能目標的設定 可視化效能分析
從概念設計(PD)、初部設計(SD)到細部設計(DD)階段。本章歸納 Green-BIM 的決策循環模型 為(圖 3-2)，它由下列要素組成： (1) 界定建築生命週期的討論範圍 (2) 設定節能目標 (3) 輸入外部氣象資料 (4) 內部設定 (5) 執行節能計算模組 (6) 可視化效能分析 (7) 評估與修正 (8) 選擇最適化方案 圖 3-2 Green BIM 決策循環模型 其推論過程詳下列章節：
