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研究生: 藍士棠
Lan, Shih-Tang
論文名稱: 應用參數化及多尺度工具之微氣候分析與可視化
Urban microclimate analysis and visualization based on parametric multi-scaled tools
指導教授: 林子平
Lin, Tzu-Ping
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 規劃與設計學院 - 建築學系
Department of Architecture
論文出版年: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 98
中文關鍵詞: 戶外熱環境Grasshopper金屬擴張網可視化體素化
外文關鍵詞: Outdoor thermal environment, Grasshopper, visualization, expanded metal, voxelization
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  • 為了調適日益嚴重的氣候變遷與都市高溫化現象,都市與建築部門開始將物理環境導入設計規劃當中。由於都市微氣候與物理環境模擬之工作程序與設計流程截然不同,以往相關工作須交付專業微氣候模擬團隊進行,模型檔案格式差異、工具與資料的整合不易以及資料可視化成效低落,造就設計與模擬工作難以進一步整合。
    本研究使用參數化工具Grasshopper為主要操作平台,利用開放原始碼之Ladybug tools、Rhino2ENVImet等插件,整合如ENVI-met、FlowDesigner、RADIANCE等專業微氣候模擬軟體,建立設計工作與微氣候分析整合工作流程,其成果可以應用於大至都市環境與數個街廓組成之區域尺度,執行廣域微氣候環境分析,小至建築材料之性能分析。
    大尺度分析可使用一般建築設計常見模型檔案以及應用航拍技術建立之三維實景模型,模型透過分類與體素化等方法,提高模型格式轉換的工作效率,完成複雜三維模型的簡化作業,提供數值計算與後續可視化應用。小尺度分析以金屬擴張網為例,透過單元數量與有無外框控制,可以有效提昇性能評估的計算效率。
    本研究驗證戶外熱舒適評估指標在ENVI-met與Ladybug平台計算上差異,並將數值計算數據匯入Grasshopper與地理資訊圖資疊合,呈現三維都市微氣候地圖,此外,將微氣候分析如日射量分析、CFD等,搭配地理空間資訊,製作易於閱讀之三維微氣候地圖,完成戶外熱環境模擬與設計工具的整合工作。
    材料尺度的部份,本研究以全年逐時透過率與日射折減量說明擴張網遮陽性能,設定經緯度與擴張網規格,統計該地使用擴張網之全年遮陽性能的變化並將成果以圖像呈現,以實際設計案例Shaded Cube 3×2說明,應用擴張網進行戶外遮陽設計,搭配微氣候分析執行設計優化,達到減少材料與遮陽之目的。

    This study uses the parametric tool Grasshopper as the main operating platform, using the plug-ins such as Ladybug tools to integrate professional microclimate simulation software such as ENVI-met, FlowDesigner, and RADIANCE. The microclimate analysis workflow developed in this study can be applied to large-scale analysis of large-scale urban and regional scales, as well as performance analysis of building materials. Large-scale analysis can use common architectural design common model files and 3D photo-realistic models. Through classification and voxelization, models can effectively convert format and complete the simplified operation of complex 3D models. The small-scale analysis takes the expanded metal as an example. The number of cells and the presence or absence of frame can effectively improve the computational efficiency of performance evaluation.
    This study verified the difference between the outdoor thermal comfort index, like UTCI and PET, on the ENVI-met and Ladybug platforms, and the numerical calculation data was imported to Grasshopper and overlayered with the geographic information map. Microclimate analysis such as radiation analysis, CFD, etc., combined with geospatial information, to create an easy-to-read 3D microclimate map.
    In this study, the shading performance of the expanded metal was evaluated by the annual hourly transmittance and the solar radiation reduction, the latitude and longitude and expanded metal specifications of the designated location were input, and the annual shading performance of the expansion network was counted. This study uses the actual case Shaded Cube 3×2 to show the application of microclimate analysis to design optimization to reduce material and shading.

    第一章、 緒論 1 第一節、 研究背景與動機 1 第二節、 研究目的 2 第三節、 研究流程 3 第二章、 文獻回顧 5 第一節、 戶外熱環境 5 第二節、 三維電腦圖形 7 第三節、 參數化設計與設計最佳化 9 第三章、 研究方法與材料 11 第一節、 研究範圍 11 第二節、 研究工具 15 第三節、 研究方法 19 第四章、 研究結果 31 第一節、 跨平台熱舒適計算與比較 32 第二節、 數值分析與多圖層視覺化應用 52 第三節、 金屬擴張網性能評估 61 第四節、 設計與最佳化案例 73 第五章、 結論與建議 77 第一節、 結論 77 第二節、 研究限制與後續研究建議 78 參考文獻 79 附錄 81 第一節、 應用Ladybug tools之氣候分析-以澳洲、台南、新加坡為例 81 第二節、 應用GISMO進行廣域地形分析 85 第三節、 基於ENVI-met的歸仁校區UTCI與建築日射量地圖 86

    西文文獻
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    中文文獻
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    下載圖示 校內:2023-06-30公開
    校外:2023-07-01公開
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