面向建築設計階段的性能模擬工具

面向建築設計階段的性能模擬工具

現在流行搞 BIM 的同時也搞搞建築性能模擬,這是對的,否則辛辛苦苦構建出三維建築資訊模型,蓋好房屋以後萬一發現其建築性能低下,又要花錢去改善,資料傳承也失去了實用意義,那豈不白搭?當然更多的可能是想要弄個什麼標章之類的掛起來,彰顯房屋的價值。雖然建築性能模擬並不是為了 BIM 興起而發明出來的,但是無論怎麼說,能為日後建築物的使用人造福,都是值得鼓勵的,這一集就以科普的方式談一談面向建築設計者使用的建築性能模擬工具——Ecotect。

一棟建築物的軀殼除了結構骨架以外,還有統稱為 “圍護結構” 的外牆、門窗、屋頂等等,圍護結構的原始作用,是為建築物的使用人提供遮風避雨的功能。同時也阻隔了建築物內部與外界的直接連通,使得建築物的內部自成一處可以封閉的氣候區域。室內空間並非溫濕度恆常的環境,維護結構在建築物理性能的表現上通常無法有效阻止熱能經由傳導、對流與輻射的途徑在室內外之間傳遞,同時陽光與空氣也經由門窗開口部分進入室內,尤其台灣習慣使用單層鋼筋混凝土外牆這種均質薄牆系統,以及喜歡開設大型的單層清玻璃窗,致使室內的光環境、熱環境和風環境受到室外環境相當大的影響。

建築設計的目的,當是透過主動式或被動式的設計手段,將建築物的室內空間打造成舒适合宜的生活和工作场所,讓建築物使用人的 “人體舒適度” 能保持在舒適的範圍。昔日,沒有適合的輔助工具,建築設計工作者僅能憑藉相關的建築物理性能知識、實務經驗、生活的體驗甚至常識,以 “自由心證” 的方式在設計中調整室內空間的物理性能。我們不能否認有許多建築設計工作者在其工作中對建築性能下了相當多功夫,也卓有成就,然而如果沒有一種客觀的評量準則,設計的成果即帶有相當的主觀成分,難以周全。

氣象數據是建築設計的必要條件,即使在往昔未能利用電腦做建築性能模擬的年代,建築師在開展建築策劃 (Architectural Planning) 的時候都得蒐集建築所在地點的氣象資料,包括長期的溫度、濕度、季節風向、季節風速、各月的風頻風向、各月降雨情況、日照情況…等等一系列資料,從概念設計開始即行做為設計過程中的重要參考。並且需要獲取的是長期的氣象觀測記錄,僅憑著一兩次田野調查目測耳聞的結果是遠遠不夠用的,也不能僅根據所謂風頻玫瑰圖 (Wind-rose diagram) 做為唯一的設計根據。如果沒能向主管氣象觀測事務的中央氣象局價購氣象記錄使用,設計者就得自行對氣候狀況做出推斷,甚至是一廂情願的猜想。以至於無從確定設計中所開設的那些窗口是否就一定能時時涼風習習,或者室內空間未來在夏季有多熱冬季有多冷,使用者未來能感受的人體舒適度就只是設計工作者腦海中的臆測。倘若一味利用空調設備這種大量耗用化石能源的主動式降溫手段去創造室內環境的舒適度,另一面又到處標榜所謂綠色、節能減碳和可持續性設計等等,實在是個莫大的諷刺。

當 2005 年 Andrew 博士推出 Ecotect 以後,建築設計工作者終於有了一個好用的工具軟體。往昔即使在設計中考量各種跟建築物理性能相關的因素,也多半是分項單獨應用,而今在建築設計過程中利用Ecotect 能對建築性能做全方位而且有系統的評量與操作。這原本是極好的事情,即使 Ecotect 自帶的建模器操作效率不大好,但是透過 SketchUp 在可視化極高的情況下構建模擬用的三維模型,卻是游刃有餘的。因而在大陸的設計界中很早就有不少設計單位引進 Ecotect,和其他專業模擬軟體一起用在跟建築性能相關的設計過程中,幾個跟建築性能相關的網站中參與討論的使用者也不在少數。

然而令我想不透的是,咱們這兒的建築業界似乎靜悄悄的沒什麼大動靜。以我淺薄的認知當前像逢甲大學這樣有計劃開課傳授 Ecotect 的,可能只有很少數學校,還有的就是重視建築性能模擬的少數先行者(設計單位和個別研究者) 專注於 Ecotect 的應用研究,但是僅有少數專業人員的卓越成就,跟在整個建築設計業界未能普及化應用相比,實在存在著極大的反差,甚至於曾經聽到過、知道這個軟體能做什麼的設計業者都不多。陶淵明在《桃花源記》裡寫了一段文字:“…乃不知有漢,無論魏晉。” 是否這是設計行業傳統的保守心態使然,只滿足於手邊用得順風順水的二維 CAD 工具,昧於放眼世界,不關心外界有哪些新的應用觀念和新的三維工具正不斷的醞釀與發展,我真的不願意這麼說。可是近幾年 “建築資訊模型化” (BIM) 在這裡落地的過程中,似乎又看到同樣的冷清狀況,印證了業界凡事被動的心態。也許有人不認同這樣的說法,但是環顧一下當今的社會百態,是不是經常看到拿著僅有兩三次實踐的經驗到處宣稱為普遍性的成就,或者拿著剛學入門的技術宣稱是自己的主力競爭能力。如果業界持續以膨風為常態,我們何來進步的空間和動力。

從另外一個角度來看,利用 Ecotect 所做的是建築性能 “模擬”,Ecotect 也不會給出具體的 “分析” 結果,操作者 (建築師和設計師) 本身必須先具備充足的建築物理以及流體力學等相關學識,以及足夠的生活閱歷體驗,方能有效進行判讀。假如對建築物理和流體力學這些基本功只略懂得些皮毛,那麼肯定無法經由單向授課而 “學會Ecotect”,無論透過軟體所附的 Help 幫助文檔或者市面上的教程書自學,抑或去上那種密集式補習班,能學會的只有對軟體的操作程序而已,實質的幫助並不如宣傳所言。學會怎麼操作軟體,跑出一堆模擬圖像並不困難,如果不會解讀,對建築設計並沒有實質的幫助;但如果解讀錯誤,那將使得設計的結果跟著受累。

對模擬結果解讀錯誤的另一個重要原因,是使用了不當的氣象數據。TMY2 氣象數據只是個被遴選出來的典型數據,其本身沒有是非對錯的問題,問題在於您載入 Ecotect 的氣象數據是哪一個區域的檔案,記錄的氣象情況能不能涵蓋到設計地點的實地氣候現況,這才是個關係到模擬結果跟實地是否相符的關鍵,這個部份我會在接下去的博文中討論應用氣象數據的迷思。

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