[營建知訊轉載]BIM應用於建築能耗模擬(BEM)的現況與瓶頸 詹瀅潔 (2018.12)

詹瀅潔  國立臺灣大學 土木系助理教授、BIM研究中心副主任
 
 
BEM預估建築耗能 協助節能設計
    近年來，永續發展議題受到全球廣泛關注，其中建築物運作所伴隨的能源消耗，在各國皆占總體耗能很大一部分，因而透過模擬以了解、預估建築物耗能的多寡及樣態（pattern）也成了相當熱門的課題，而建築能耗模擬（BEM，Building Energy Modeling）是幫我們預估建物耗能的好工具。在設計階段，BEM可幫助建築師選擇較為節能的設計、材料、工法等。雖然一般印象認為節能設計可能會增加初期投資費用，但模擬的結果可幫助業主評估整個建築生命週期能源相關的花費及碳排放等，使評估更加全面性，且達到更高效益。此外，模擬結果可幫助空調工程師決定相關空調設備所應具備的效能和噸數，也可做為老舊建築改建時節能評估的參考。最後，在建築物的運轉階段，則可利用BEM預測結果對各項設備進行進階控制，並用以監控建築物使用時的能源缺口，及時處理可能遭遇的問題。


BEM與BIM結合須克服的困難
    一般建築能耗模擬的輸入參數有：氣候資料（氣溫、日照、濕度、風速等）、外殼參數、內部的熱源，以及使用人員的數量和行程。根據以上資訊可計算建築物的冷負荷和熱負荷（cooling load and heating load），若要知道更詳細的耗能狀況，譬如所用的電量或瓦斯，就必須再輸入預計使用的冷暖氣系統資訊，及其效能曲線等資訊。而在完整BIM模型中，恰好也蒐集包括多數BEM所需的資訊，因此BIM與BEM的結合在近年來備受關注，也有大量的研究以及應用產生。
    然而，其中仍有幾個明顯的問題，使得BEM的幾何定義與BIM有相當大的差異。BEM中的屋頂、牆、地板、隔間等，在幾何模型上多數是以2D平面來定義，厚度則包含在各物件的資訊中，而且所有內部空間皆必須完全密合，不能有任何間隙。當然也面臨到常用的能源模擬引擎都沒辦法處理凹面的情形。在轉換的過程中，原本一面牆常會因窗戶被切割成多個小塊，造成模擬時間增長，其他還有體積要用內表面還是外表面來計算等細節問題，都造成模型轉化間的困難與障礙。另外像空調系統等，有許多細節在BIM裡定義的方法與在BEM裡定義的方法不同，常需借助使用者的再調整或是中介第三方軟體，才能得到正確的BEM模型。

深入瞭解