[營建知訊轉載] 綠建築規範自動化計算 BIM技術應用 許舜翔 陳以文 謝尚賢(2017.9)

許舜翔  國立臺灣大學土木工程學系碩士生
陳以文  國立臺灣大學土木工程學系工程資訊模擬與管理研究中心顧問
謝尚賢 國立臺灣大學土木工程學系教授兼系主任
 
推廣綠建築　計算需求日增

隨著環保永續意識的抬頭，營建產業也不得不與時俱進，大力推廣綠化、循環利用等概念，以達節能減碳之目的，即所謂的綠建築。綠建築在台灣已行之有年，除了符合各國營造產業在綠建築之推行潮流以外，近年更推出了以綠建築標章換容積獎勵的條款，因此增加了許多綠建築計算的需求。然而，在有限的時間與預算之下，建築師較難兼顧到設計與綠建築。
 
BIM導入綠建築　輔助設計作業
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隨著科技的進步，資訊工程成為現今最熱門的產業之一，許多其他產業也開始結合電腦資訊的技術，來提升自身的效率或是產能。順此潮流，營造業亦導入了BIM（Building Information Modeling）的概念與技術，利用資訊模型的優勢，來輔助設計溝通及優化協同作業，甚至是進行規範檢核這類繁瑣的工作。以人工作業來說，依規範及自身設計來整理所需的資訊，其中或許會有額外作圖計算的部分（例如產出外周區域標示圖），待完成之後，再將整理好的數據套入相關的公式內，便能得到結果。那些「所需的資訊」，若早已包含於模型中，則可以讓電腦來擷取這些資訊進行運算，亦可以協助作圖。如此一來，便能夠於設計時，及時地反應設計結果以供修正，因而省去反覆計算造成的麻煩。

有鑒於此，臺大BIM研究中心便開始研究不同元件屬性及元件設計在綠建築計算中所能夠提供的資料，並成功地試做出簡算法的樣板檔。也因此發現BIM樣板的應用潛力，並規劃與著手進一步的開發，以利綠建築設計。
 
資訊模型結合API設計　及時運算
接著，臺大BIM研究中心為了實作出這樣的規範自動化計算，除了樣板檔的設計外，還結合相關的參數化窗族群，再透過API的撰寫，將原先複雜的工作流程簡化，便可以快速計算出所需之數值，並根據結果進行檢核，及時修正原設計，大幅提升工作效率。
圖一為簡易的綠建築樣板檔使用流程圖。

圖一 綠建築樣板檔使用流程

使用此樣板檔進行規範計算可以分為三個階段：建模前、建模階段時、建模完成。以下簡述此三個階段的工作內容。

• 建模前

           a.確認欲使用之材料，若無適合的則依設計自行建立。
           b.為了查表找值，須使用含「深度比」參數的參數化窗族群。
           c.確認座標系統，之後建築物依實際座落方向進行建置。

• 建模時
  為了計算出結果，需依設計所需填入相關數值於新增的參數中。
  a.牆元件：含「外殼」及「材料」兩參數，前者視是否為外殼進行勾選（如圖二）；後者則依設計所需創建新的類型
  b.窗元件：「日射透過率ηi」及「 熱傳透率 Ui」兩參數應依設計使用之玻璃種類所對應的數據來填入
  C.房間：「空調區」參數應依空調範圍來作勾選。
• 建模完
  a.利用「計算方位」API來輔助填入方位數值。
  ​b.選擇適合的建物類型來進行參數的擷取計算(如圖三)。

圖二 牆元件之參數設定

圖三 外殼耗能計算的建物類型選項

​而關於API的設計，可以分成兩大功能：
一、進行參數的擷取運算。但各類別有不同的規範，故需選用適合的建物類別，電腦便會根據規範的步驟，一步步進行歸納計算，並呈現視覺化表格（如圖四）。最後成果如圖五。

​圖四 計算結果以表格整理呈現

圖五 外殼節能計算

二、輔助填入參數值，例如「計算方位」。規範中將方位細分為十六方位，以便進行後續的查表計算，此若以人工判讀輸入會有一定的困難度，故此API係利用Revit中匯出能源模型時而產生的xml檔，進行角度的讀取及判斷，並進而協助自動填入方位值，如此便可避免人為判斷的出錯，亦可於反覆修改設計時，輔助參數的選用。
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​ 三、自動標示外周區域（圖六），供文件送審。

​圖六 外周區域自動標示作圖

善用自動檢核軟體　提升設計效率
​以上所述的綠建築規範自動化計算，旨在讓電腦去處理繁瑣的計算及歸納，而讓建築師能夠更方便、更快速的嘗試不同設計方案，進一步提升設計的效率與品質。未來將可預見會出現更多自動檢核規範的相關軟體，來輔助我們於工程生命週期中各階段之工作，甚至是發展成電子檢核系統，將過去紙本送審的模式電子化，達到完全以模型來溝通交流的目標。只要有相關的軟體，便能從模型中進行資訊的判斷，以及文件的產出等等，應可減少許多因溝通不良而造成的額外成本。

轉載自營建知訊第416期頁51-55