綠色的建築資訊模型green bim

綠色的建築資訊模型 Green BIM 陳上元副教授、邱秀婷碩士生 逢甲大學建築學系所 shangyuanc@gmail.com

摘要 BIM 建築資訊模型(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。Green BIM 綠色的建築資訊模型則 強調從設計之初便以建築資訊模型(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。本研究建議採用 Autodesk 公司的 VASARI 建築效能分析軟體， 透過（1）設定節能目標、（2）獲取氣象資料(Climate Data)、（3）執行節能計 算模組、（4）可視化效能分析、（5）評估與方案修正、（6）選擇最適化方案等操 作步驟，本研究針對嘉義港區旅館新建工程，在用電(耗能)密度，就節能百分比 的目標設定上，實證了 Green BIM 的構想。 關 鍵 字 ： 建 築 資 訊 模 型 (Building Information Modeling) 、 永 續 設 計 (sustainable building) 、 建 築 效 能 分 析 (Building Performance Analysis, BPA)、建築生命週期管理(Building Lifecycle Management)、VASARI 建築效能 分析軟體(Building Performance Analysis Software)

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一、背景及目的 BIM 建築資訊模型(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 資訊模型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。(BIM is a new approach to design, construction, and facility management in which a digital representation of the building process is used to facilitate the exchange and interoperability of information in digital format. Eastman,2008)。 Green BIM ，綠色的建築資 訊模型則強調從設計之初便以建築資訊模型 (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。Green BIM 的研究範疇包括：建築資訊模型、永續設計、建築效 能分析。（圖 1）

建築資訊模型

建築效能分析 Green BIM

永續設計

圖 1、Green BIM 研究範疇

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二、 文獻探討與案例分析 BIM 可 應 用 於 建 築 生 命 週 期 各 階 段 之 管 理 BLM(Building Lifecycle Management)，涵擴規劃設計、建照審查、營建施工、營運管理等階段，並達到對 於傳統建築設計方法之革新。與過去以平面為基礎的電腦輔助建築設計(Computer Aided Architectural Design, CAAD)相比較，其差異性包括(1)從 2D 線性思考、 3D 視覺化模擬到 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 2)，BIM 同時是方法與決策系統的變革。

圖 2、CAAD 與 BIM 的差異性 “建築設計”是一項必需根據“環境”與“使用者”以及其它與房屋設計相 關的情境資訊，作出決策的行動。“建築設計的過程”則是設計、評估的決策循 環。而決策“最適化”方案，乃是在特定的約束條件下，找出最趨近或者最符合 系統所預期的效能指標的方案。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 (Asimow 1962) 。 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)，是提出對某事物的理念(idea) 或者看法(opinion)。

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不約而同的，BIM 體系的軟體公司都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、以及 Graphisoft 公司的綠色能源 分析套件。 本研究所提議的 Green BIM 的應用範圍，界定從概念設計(PD)、初部設計(SD) 到細部設計(DD)階段，其涉及的評估與分析項目包括 : 太陽位置、日光分析、遮 陽設計、採光權、熱幅射、空調耗能、音效設計、風環境等等。圖 3、以 Autodesk 公司為例，彙整從 PD 到 CD 的階段建築生命週期與其對應的應用軟體，圖 4 則整 理出在建築生命週期各階段的評估與分析項目。

圖 3、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

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圖 4、在建築生命週期各階段的評估與分析項目 Green BIM，強調從設計之初便以 BIM 建築資訊模型作為基礎工具，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。表 1、說明 BIM 與 Green BIM 之間應用的衍生性與差異性，圖 5、則詳列 BIM 與 BPA 兩者在細目上的差異：

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表 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。

2008 年 Eddy Krygiel 與 Bradley Nies 的著作“綠色的 BIM：以建築 資 訊 模 型 達到 成 功的永 續 建 築 設 計 ” (Green BIM: Successful Sustainable Design with Building Information Modeling)，為首次提 出“Green BIM”概念的正式著作， 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 ， 透 過 與 永 續 解 決 方 案 (Sustainable Solution)達到 Green BIM 的發展目標。 2010 年 McGraw_HILL Construction 出版趨勢調查報告“綠色的建築資 訊模型,Green BIM”，探討設計產 業、營造廠商對於 BIM 在節能應用 的市場潛力調查，報告顯示 BIM 在 建築效能分析的運用已成為營建市 場趨勢並極具節能目標提升潛力。 特性 美國國家 BIM 標準(United States Eddy Krygiel 與 Bradley Nies 認為 National Building Information 在 Green BIM 操作時，應具備： Modeling Standard) 對 BIM 的含義 （1） 理解氣候環境之影響。 作出四個層面的解釋： （2） 使用基準評估與目標設定。 （1）以數位化方法表達一個設施的物 （3） 利用 BIM 架構進行效能分析。 理和功能特性。 （4） 透 過 方 案 校 正 達 到 效 能 最 佳 （2）一個共享的知識資源。 化。 （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。 定義 Eastman 認為 BIM 為“以數位呈現建 Green BIM ， 即 以 建 築 資 訊 模 型 構建築設計、施工構造和設施管理的 (Building Information Modeling, 新過程方法，以達到數位格式促進交 BIM)作為工具，因應在地化的氣候 流和交互操作的特性”。McGraw Hill 條件，強調從設計之初便透過“設 則在 2009 年的 BIM 市場調查報告中， 計”、 “評估”的決策循環，進行

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項目

BIM

GREEN

BIM

對 BIM 作了簡潔的定義“利用數位模 建 築 效 能 分 析 (Building 型對建築專案進行設計、施工和營運 Performance Analysis, BPA)，來 管理的過程”。 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。 方法 利用資料庫與模型的動態連結系統， 著重 BIM 技術在生態節能面向之操 進行從設計方案評估、衝突檢查、施 作，涵蓋氣候影響、可視化模擬、 工管理各層面之運用模式。 與建築調適能力以達到節能減碳的 設計目標。 趨勢 （1） 雲端整合趨勢: （1） 氣候數據預測與建築效能分析 研究 如歐特克公司（Autodesk, Inc.）發 如 VASARI 軟體結合各地氣象站資料 展之 BIM 360 Glue，整合 BIM 介面及 及氣候預測運算技術，可預設更貼 檔案格式，使所有專案成員皆能藉由 近基地氣象環境的背景數據，可望 桌機、行動裝置和網路存取專案資 進 一 步 藉 由預 測 年之氣 候 參 數 輸 訊，進行模型協調和衝突檢測，加速 入，研擬未來環境變遷下的建築調 設計到建造流程的橫向互動。 適發展。 （2） 在地化應用: （2） 建築生命週期的能源管理 材質屬性尺度之雲端資料庫發展，各 建築營運階段的使用行為、設備運 國建築技術規範參數之結合，以發展 作應視為一個動態延續的過程，未 符合各地特性之模型運用。 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。

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圖 5、BIM 與 BPA source：彙整編輯自 (http://sustainabilityworkshop.autodesk.com/buildings/building-performance-analysis-bpa)

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。」。Brundtland, （WCED,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。

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（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。 現階段 BIM 架構中的建築效能分析(Building Performance Analysis, BPA) 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，則尚待開發整合。目前台灣政府部門、民間營建產業 與學界先驅們，正積極研究將 BIM 技術結合於建築法規或評鑑指標，例如: 探討 以 BIM 架構進行建築效能分析，並應用在綠建築或生態社區指標評估之可行性， 包括：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,2013)；BIM 導入台灣綠建築設計案例實作研究(內政部建築研究所,2014) 。 另一方面，針對永續設計範疇上，建築效能分析普遍面臨的侷限性，將透過更成 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 韋良等,2012)，而使得應用 Green BIM 以達到永續設計目的之發展指日可待。 表 2、列舉方案，應用建築資訊模型 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。

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表 2、Green BIM 綠色性能評估之應用案例分析 案例

圖示

中興社研究大 樓新建工程 (source: Total BIM 應用 於節能設計之專案管 理，2013 年 11 期 企業 標竿)

天津院文體中 心 (source: http://arch.hxsd.com/indus trynews/201212/671088.ht ml)

概要

建築效能分析 軟體

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

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+

月亮石住宅 Moonstone Project (source:http://www.archda ily.com/128070/uk%E2% 80%99s-moonstone-projec t-achieves-zero-carbon-rat ing-with-archicad/)

紐約 Rhinebeck Omega Institute (source:Green BIM: Successful Sustainable Design with Building Information Modeling,2008)

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效益目標

LEED 黃 金 級認證， 24％節能， 75％省水

建築耗能每 年 50~70kWh/ ㎡、碳排放 每 年 42.7~60 kgco2/㎡

順應地形條件的設計，減 少外在天候對於建築 的 GRAPHISOFT 能源耗損，並透過精密的 能源計算設計達到自 給 ArchiCAD 自足的設計目標。

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。

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 (BIM Model) 專家，以 BIM 精準計算設 計，打造高效能建築 環 境。

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

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案例

圖示

捷 運 萬 大 線 LG05 站

概要

車站規劃採光通風井，

建築效能分析 軟體

Revit、

引進自然光線及外氣，並 藉由 BIM 輔助建築設計與 Ecotect、 模擬評估修正方案，達到 CFD 公共建設節能目標。

(source：捷運技術半年 刊 第 47 期,張清華/ 中興工程)

效益目標

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。

在“Green BIM”節能減碳的目標下，根據上述案例分析的操作的要點歸納 為: （1） 界定建築生命週期的討論範圍：建築效能分析運用在設計評估階段(尤 其是 PD、SD、DD 等階段)，使其在先期規劃設計時即能依據效能分析 結果決定較佳方案，減少施工營運階段的變更設計與設備負擔。 （2） 目標的設定：專案在初始評估階段即應設定設計目標，例如欲達到之 綠建築標章等級、省電或減碳比例，並且藉由方案的校正過程達到目 標數據，“從形隨機能、邁向形隨效能(Form follows Function to Form follows Performance)”，突顯建築產業的環境責任。 （3） 氣象資料的獲取：提供有效且詳實的在地化氣候數據，以增進效能分 析的可信度。 （4） 節能計算模組：如 Autodesk 公司的 Green Building Studio，可匯入 模型進行用電、碳排放量的計算，使建築生命週期的能源效益得到更 具體、更可信賴的推衍數據。 （5） 可視化效能分析：直覺操作的建築效能分析的可視化的模擬，有助於 設計方案評估決策過程，包含熱輻射、日照光環境、風場模擬等。 （6） 方案的修正：根據建築效能分析結果進行方案修正，直到最適化方案 出現，該方案分析的結果應接近或等於設定的目標值。

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三、理論與方法 本研究採用 Autodesk 公司的 VASARI 建築效能分析軟體，在建築生命週期的 適用範圍，包括從概念設計(PD)、初部設計(SD)到細部設計(DD)階段。 Autodesk 公司於 2012 年整合 BIM Revit 與 Ecotect analysis 架構，推出 VASARI 綠能分析軟體，目前 Beta3 版本仍於開放試驗階段。Vasari 具備容易操 作、較成熟的建模功能與能源、碳排放計算等特色，在設計方案分析完成後可直 接匯入 Revit 進行 BIM 資訊模型的細部建構。 本研究採用 Autodesk VASARI 的主要因素包括：(1)國內 BIM 軟體市場仍以 Autodesk 公司整合性較佳且使用普遍；(2)物理環境模擬功能成熟，包含光熱氣 可視化運算之圖像呈現效果佳；(3)成熟的雲端資訊整合架構如：綠色建築研究 室,Green Building Studio (雲端運算的建築效能分析 Building Performance Analysis-Raised to the Power of the Cloud)，在 VASARI 的模型運算結果會 同時上傳雲端作紀錄分析，並統一以 Autodesk Account 帳號登入作管理；(4)氣 候數據資料庫建置 Autodesk 氣象伺服器(Climate Server)，結合世界各地氣象 站資料並以網格計算作參數彌補；(5)完整的學習互動系統如 Autodesk 永續工作 站( Sustainability Workshop)。根據案例分析的操作的要點歸納以及 Autodesk VASARI 軟體的特性，本研究歸納與修正其應用的操作步驟為： （1） 設定節能目標： 在設計、評估的決策循環進行前，必需先設定決策終止的目標條件。本研究 案例的節能目標為假定建築生命週期 30 年，以減少用電(耗能)密度 EUI(Energy use intensity)的特定百分比，作為改善建築耗能整體性綜合指標，進行方案評 估分析。表 3、為各類建築單位面積用電(耗能)密度(EUI)統計表，EUI 的單位為 kWh/m2*yr

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表 3、各類建築單位面積用電密度(EUI)統計表

source：建築節能應用技術手冊,經濟部能源局,102 年

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（2） 獲取氣象資料(Climate Data)： 包括從實質的氣象站、與虛擬氣象站獲取的氣象資料(Climate Data)。氣象 資料內容包括：乾球溫度、濕球溫度、相對溼度、風速、風向、太陽輻射、日照 量等，進行建築效能分析的基本前提是需要取得具參考價值的氣象資料，以便作 為環境模擬與能源計算的基礎數據。Autodesk 公司的氣象數據資料庫，其資料來 源的格式為國際通用的 TMY 典型氣象年度(Typical Meteorological Year)，即 各氣象站以近 30 年的月平均值為依據，並從近 10 年數據中選取一年各月接近 30 年的平均值作為典型氣象年。以各氣象站之 TMY 數據為基礎，Autodesk 再進行氣 象模擬運算，以補足各實際測站間的數據落差，並使建置的氣象網格距離達到 14 公里以內，提升模擬準確性。目前 Autodesk 已建置 150 萬筆虛擬氣象站資料， 以滿足全球各地氣候分析的基礎資料。圖 6、為 Autodesk 氣象資料庫分析圖示：

圖 6、Autodesk 氣象資料庫分析圖示 source：(http://sustainabilityworkshop.autodesk.com/buildings/sources-climate-data)

（3） 執行節能計算模組： 能源設定基準以美國冷凍空調協會(ASHRAE)標準為參據原則，如未涵蓋則以 其他研究標準為基準，各能源數值假設來源如下：  建 築 外 殼 感 熱 特 性 、 照 明 用 電 密 度 、 空 調 效 率 (Envelope thermal characteristics, LPD, HVAC efficiency) (ASHRAE 90.1 2007 ， ASHRAE 90.2 2007)  設備耗能密度(Equipment power density & DHW loads)( California 2005 Title 24 Energy Code)  活動使用者密度、通風率(Occupancy density, ventilation)(ASHRAE 

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62.1-2007) 各建築型態的預設空調系統(HVAC system type default for building type/size & other miscellaneous building characteristics)(Commercial Buildings Energy Consumption Survey,2003) 智慧化居住空間專屬網站(http://www.ils.org.tw)版權所有，請勿任意轉 載、拷貝或移作他用

執行能源分析步驟：  模型量體建置  樓層設定  散熱區劃分(thermal zoning)：可選擇自動分區或自訂分區  能源分析模型(Create the energy model) ：(a)、基本能源設定包括建 築類型、樓板基準、座標位置、分區設定。(b)、建築效能設定如構造 形式、開窗比率、窗台高度等。  輸出計算結果 （4） 可視化效能分析： 分析項目如下，本研究採用電密度(EUI)作為建築能源表現的綜合評估指標。  建築效能綜合因素  用電密度(EUI)：可作為建築能源表現的綜合指標 

    

建築生命週期(30 年)耗能及成本計算 能源回收/節能潛力 平均碳排放 每月空調負荷 尖峰用電需求 其他氣象分析

（5） 評估與方案修正： 根據方案分析結果，檢討效能表現的控制變因，針對控制變因，調整修正的 方案。 （6） 選擇最適化方案： 根據數個接近目標設定的發展方案，選擇一個滿足多方決策者的最適化方 案。

四、實作驗證 根據上述章節，所建議採用的 Autodesk VASARI 軟體與操作步驟實證如下： （1） 設定節能目標： 本專案的設定為修正方案提升原設計方案耗電密度 EUI 7%以上的節能效益。 （2） 獲取氣象資料(Climate Data)： 專案設定與基地位置(Location Weather and Site)：以”嘉義港區旅館新 建工程”為例（圖 7） ，設定其位置資訊，可選擇鄰近氣象測站資料或預設的模擬 氣象數據（圖 8）。

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圖 7、實作案例基地模型

圖 8、基地氣象位置設定

（3）

執行節能計算模組： 首先是模型的建構(Create Mass/Place Mass)：可由檔案匯入選取 CAD、SKP

等檔案格式，或運用軟體繪圖工具建立模型。（圖 9~10）

圖 9、檔案格式匯入

圖 10、模型建構與單位設定

接著進行能源模擬分析(Energy Setting/Run Energy Simulation)前的設 定：使用預設的分區設定、按常規的開窗率設定為 30%，建築類型為旅館建築、 構造材質採用預設值。（圖 11~12）

圖 11、建築效能分析與構造材質設定

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圖 12、樓層及散熱區劃分

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（4）

可視化效能分析： 本研究的效能分析包括了能源使用的效能分析、以及建築物理環境的效能分 析，前者呈現了預估的能源使用狀態，後者的分析結果可以作為後續方案修正的 參考依據。 本方案設定的建築容納人數為 183 人，用電密度 221kWh／m2*yr 高於一般旅 館平均用電 195.6kWh／m2*yr，約 13%（圖 13）。依據用電量換算建築營運每年碳 排放 101 噸（圖 14），耗能設備以空調 73%最高、其次為照明 18%（圖 15）。

圖 14、碳排放分析

圖 13、建物效能分析與耗能計算結果

圖 15、設備耗能比率

每月能源負荷檢討：由能源負荷組成分析，窗戶及外牆導熱為空調負擔最大 來源，其次為照明設備及開窗導致的太陽輻射，後述二者又為互相影響因子，可 透過實驗修正過程探討較佳設計方案以到達節能效益（圖 16）。又由每月用電量 分佈來看，以夏季 7、8 月用電較高（圖 17~18），與氣溫及太陽輻射分佈的趨勢 吻合（圖 19），故推論若以電費費率評估全年耗電成本，應著重於夏季用電的改 善以減少營運負擔。

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圖 16、建築構造所佔空調耗能(冷卻)比率

圖 17、各月份耗電分佈

圖 18、各月份尖峰耗電量分佈

圖 19、各月份氣溫及太陽輻射分佈

基地物理環境分析：包括風頻圖(Wind Rose) (圖 20)、風場模擬(Wind Tunnel) (圖 21)、太陽輻射(Solar Radiatin) (圖 22)等可視化效能分析圖，根據其分析結 果，顯示基地常年風向以北風、北北東為主，L 形建築面南的熱輻射較劇。

圖 20、基地風頻分佈圖

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圖 21、建物風場動態模擬

圖 22、建物外牆太陽輻射分佈

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（5）

評估與方案修正： 根據上述可視化效能分析研判，因為基地處於熱帶海洋氣候環境，臨港區熱 輻射強烈又缺乏植栽遮蔭環境，為減少熱負荷之修正方案如下(圖 23、24)：  開窗率：從 30%減少到 25%  窗戶台度：從 0.76 提高為 0.85  遮簷：南向及西向增加 3M 之遮簷  外 牆 材 質 ： 從 Lightweight Construction – Typical Mild Climate Insulation(R-Value 隔熱係數 10)變更為 High Mass Construction-High Insulation(R-Value 隔熱係數 17)

圖 23、建築構造方案修正(開窗率.台度.材料)

圖 24、建築構造方案修正(增加遮簷)

（6）

選擇最適化方案 根據上述建議，修正方案的建築生命週期能源成本負擔較原方案減少 6.6%， [(1514846-1621709)/1621709=-6.6%]，而用電密度 EUI 則從 221Wh／m2*yr 變更 為 203Wh／m2*yr、約減少 8.1%≧7%[(203-221)/221=-8.1%≧7%]，減少的百分比 例大於設定的節能目標，故本修正方案可以被選擇為最適化方案之一。

圖 25、原方案建築效能分析

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圖 26、修正方案建築效能分析

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六、建議與討論 Green BIM 為透過建築資訊模型(building information modeling)之方法流 程，達到永續建築環境(Green)的目的，本研究採用在氣象資料取得上已有重大 突破的軟體 VASARI，針對”嘉義港區旅館新建工程”，在用電(耗能)密度，就節能 百分比的目標設定上，驗證了 Green BIM 的構想。 歸納 Green BIM 的特色包括： （1） 可視化效能分析：隨著 BIM 及建築數位評估軟體的成熟發展，在設計 初始階段即可進行光、音、熱、氣的物理環境模擬，達到基地設計的 最佳化；並透過物件變更→數值反映→視覺化模型的動態連結，提供 設計方案的直覺化評估模式。 （2） 協同設計與檢核功能：BIM 發展結合雲端服務，設計及施工團隊可透 過公有雲或私有雲進行物件檢視、編修、圖說產出與工序檢討，大幅 提升垂直(程序流程)與水平(團隊角色)的整合效率。另外設計物件與 數據資料庫的連動關係，以及方案即時評估與碰撞檢討，在設計階段 及早發現問題與解決策略，大幅降低營建損耗。 （3） 綠 建 築評 估指 標的 運用 結 合： 例如 Autodesk 公 司開 發之 Green Building Studio，結合 LEED 指標參數，進行建築能耗、用水和二氧 化碳排放之分析，直接反應建築設計的生態效能。 其後續研究建議包括： （1） 目標的設定：本研究根據 VASARI 軟體的特性後，在瞭解能耗與專案設 計的控制變因後，就”節能百分比”的目標上，取得了實證的成果。 然而，在建築生命週期的碳足跡的向度上，包括”碳足跡指標”與” 減碳百分比”的控制，其變因與行為還有待瞭解與進一步探索與驗證。 （2） 氣候參數校正：VASARI 結合各地氣象站資料的雲端伺服器 server 並 持續進行系統維護建構，已較 Ecotect 受制於有限的城市氣候數值提 升甚多，但針對個別基地微氣候影響因子如旁有大水塘、森林、或工 業廠區等，若能進行個案微調校正，將使模擬結果更具決策價值，並 有利於設計者評估生態補償措施之效益。 （3） 極端氣候的建築模型預測：全球暖化下的氣候劇變已造成全球嚴重災 害損失，台灣等亞洲國家亦無法倖免，從夏季屢創歷史高溫與暴雨衝

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擊可見一斑。綠能分析軟體若能結合氣候預測模型，將可運算模擬特 定環境下的建築型態，與適應未來地球氣候的可能提案。 （4） 在地化運用：針對國內具法定或政策效應之建築技術規則或綠建築、 智慧建築認證，BIM 架構應發展在地化的評估系統，結合並開發更廣泛 應用的指標參數或綠建材計算模組，在模型建置過程中動態連結以作 為綠建築目標達成的數據呈現，預期將大幅提升 BIM 綠能評鑑效益及 民間推廣誘因。

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