[營建知訊轉載] 基地綠化量估算 BIM創造新機會

周敬淳  國立臺灣大學 土木工程學系BIM研究中心專案經理
謝尚賢  國立臺灣大學 土木工程學系系主任兼BIM研究中心主任
 

輔助綠建築設計  實例應用  
 
    為響應當今人類致力於發展永續工程,臺灣於1999年建立EEWH系統,朝更有效率的運用資源、保護人類健康,以及降低對環境之衝擊等目標努力。此系統透過生態、節能、減廢、健康四面向,評估一棟建築物的綠建築性能表現,共涵蓋九大指標。本專欄在2014年10月亦曾簡單地討論BIM如何協助建築師及工程師達成綠建築的設計與建造[1]。本文在此介紹兩個應用BIM輔助綠建築設計的研究案例,皆以綠化量指標作為研究對象,但從不同的面向切入輔助設計流程,分別以法則式規範檢核,以及性能式估算的方式評估綠化量。希望能藉此二案例,進一步展示BIM在綠建築的應用,不僅可以輔助現行設計模式,還可以開創出更貼近實務的新設計模式。
 
計算CO2定量  評估綠化量 
綠化量指標評估對象為建築基地綠化植栽對CO2流量的影響,主要目標為提高建築在其生命週期(約40年)中,周遭綠化植栽自幼苗開始成長對環境的貢獻量,並以此作為評估基地生態的「量」。估算概念採用某類型植栽(大小喬木、灌木等)的栽種面積,乘以該類型植栽單位面積的CO2固定量,以此獲得總CO2固定量。不同使用分區的用地,採用相應的固定量基準值,且對栽植原生或誘鳥誘蝶的品種者給予優惠。
 
公式變數多  計算耗時耗力
 
綠建築評估手冊[2]運用一系列計算公式,估算綠化量得分。為了降低設計者的工作負擔,手冊中儘量降低計算的複雜度,以在工作效率與量化精確性之間求取平衡。儘管如此,整體來看,計算綠化量指標仍需使用達16項變數,且公式中多為求和計算,設計者需依照平面設計圖,區分可綠化以及不可綠化的區域,計算綠化面積,並依照設計栽植類型挑選適當的參數,逐一代入公式進行估算與加總,過程耗費許多工時;若遇到設計方案變更,則重新計算更是耗費人力。
 

 
BIM輔助法則式評估
 

為了降低人工計算綠化面積以及查找植栽參數所花費的時間,陳以文在其碩士論文研究[3]中建立一個法則式規範檢核輔助系統(如圖一),該系統具備四項功能:自動化計算、法則式規範檢核、計算結果視覺化、以及輸出檢核報告。 由於綠建築規範多由文字描述以及表格組成,研究者透過以下幾個步驟建立法則式規範檢核系統:首先,分析規範的語意,建立相應的規則與邏輯結構,同時釐清需要輸入的資訊;接著,儲存這些規則與邏輯結構於規則資料庫中。如此一來,輔助系統便可依據這些規則,從BIM模型中擷取資訊,或要求設計者輸入數據。經過輔助系統自動計算與判斷後,最終呈現檢核結果於使用者介面,呈現方式包含模型元件亮顯,以及各項目得分,藉此幫助設計者了解是否符合規範。當使用者決定好設計方案後,亦可運用此系統輸出檢核報告。
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此方法節省了設計者從專案擷取綠化區域的屬性,以及查找規範中各類表格與套用公式的時間,並可快速比較不同的設計方案。當綠建築規範更新時,亦可透過規則管理員以更新資料庫。
 
BIM輔助性能式評估 

如前所述,綠建築評估手冊為降低估算的複雜度,讓設計者較易計算,僅依據植栽類型而非品種,給予不同的單位面積CO2固定量,且忽略環境對植栽生長的影響。因此,另一篇研究[4]則應用BIM技術的自動化以及分析模擬功能,將植栽品種分類以及栽植區域的日照量對CO2固定量的影響納入考量,以掌握更精確的估算結果。研究者採用具國際依據且以植栽品種作為分類的估算方法,此方法與EEWH的基本架構類似,同樣是栽植面積乘以單位面積CO2固定量。但相異之處在於,此方法中每一「品種」植栽的單位面積CO2固定量由5種參數決定,而EEWH的方法中每一「類型」植栽的單位面積CO2固定量僅需1種參數決定。整體來看,研究者所提出的方法比EEWH需要更多的參數。為了方便管理及取用這些參數,研究者提出,將可獲得的臺灣原生植栽參數儲存於資料庫,並透過集中式管理,達成資料的正確性與一致性。日照對植栽生長情況的影響則參考臺灣原生植物圖鑑,將各品種植栽合適的日照環境輸入資料庫。圖二說明研究者提出的CO2固定量估算流程,分為四個步驟:首先,設計者建立定義好綠化區域的BIM模型。接著輸入分析所需的相關資料(地理資訊、綠化類型等)。系統取得所需數據後,即分析綠化區域的日照量,並提供建議的綠化植栽以及植栽的相關資訊讓設計者挑選。最終,設計者可以隨時查看由系統所估算出目前配置的CO2固定量,若符合需求則可輸出報告。

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導入BIM技術後的CO2固定量估算方法,可以幫助設計者僅需專注於自身專業,大幅降低人工計算的負擔,並更細緻地考量植栽品種之間的差異以及其所受到生長環境的影響,有助於提高CO2固定量估算的準確性。
 
 
下一步  工作流程改造或重塑
 
    BIM技術能從不同的面向來輔助綠化量估算。如第一個案例,當BIM模型具備足夠的資訊後,便能藉由規則管理員,自動化檢核設計是否符合規範,並自動化產出所需之報告表單,減少設計者的工作負擔。而從另一個角度思考,過去難以達成的分析與模擬,透過BIM技術則有機會提供新的解決方案,這很可能會改變當初規範制定時的限制與假設,此時,應該進一步思考,是否可以重新塑造新的工作流程,以更貼近規範制定時的初衷來達成規範目標。亦如本專欄於2014年10月所提及,規範朝向性能式發展的趨勢已相當明顯,BIM技術在建築性能評估的重要性也將與日俱增。
 
 
參考文獻

  1. 謝尚賢(2014),"綠建築結合BIM 開創可能性",營建知訊,第381期,第63-66頁。
  2. 財團法人臺灣建築中心(2014),"綠建築評估手冊(2015年版) ",財團法人臺灣建築中心。
  3. 陳以文(2013),"應用BIM模型之法則式綠建築設計輔助系統之研發",碩士論文,國立臺灣大學土木工程學系。
  4. 周敬淳(2016),"基於BIM之綠化植栽CO2固定量估算方法",碩士論文,國立臺灣大學土木工程學系。
轉載自營建知訊413期頁55-59。