中華民國內政部建築研究所中華民國內政部建築研究所

壹、計畫緣起

隨著科技的快速發展，智慧建築逐漸成為現代城市發展的重要趨勢。智慧建築運用了物聯網、人工智慧以及大數據等技術，提升建築物的管理效率、安全性及能源利用率。在這些智慧建築的核心技術中，數位雙生和建築資訊模型技術尤為重要。數位雙生技術是一種利用數據來創建實體建築物的虛擬模型，實現物理世界和數位世界的互動，以提升建築物的管理和運營效能。而BIM技術則是一種基於三維模型的數位化技術，能夠集成建築物全生命周期的各種信息，為設計、施工和運營提供支持。

電梯作為建築物中重要的垂直運輸工具，其安全性和運營效能直接影響到建築物的使用體驗和管理成本。然而，傳統的電梯管理方法存在監控範圍有限、故障預測不準確、能源利用效率低等問題，無法滿足現代智慧建築的需求。因此，將數位雙生技術和BIM技術應用於電梯管理，實現電梯設備全生命周期的監控與管理，成為提高電梯運營效能和安全性的關鍵。

本研究計畫旨在探討數位雙生技術及BIM技術在建築設備電梯安全監控及能源管理中的應用。通過建立數位雙生模型，搜集和分析電梯運行數據，實現對電梯設備的實時監控和預測性維護，提升電梯運營的安全性和能源效率。同時，利用BIM技術集成電梯設備的設計、施工和運營數據，優化電梯管理流程，降低運營成本。

在智慧建築領域，電梯作為高頻使用的關鍵設備，其運營效能和安全性對整個建築物的管理至關重要。傳統的電梯管理模式主要依賴於定期檢修和人工監控，這不僅耗費大量人力物力，還難以實現對設備的全面監控和故障預測。數位雙生技術的引入，能夠實現對電梯設備的全生命周期管理，從設備的設計、安裝到運營、維護，均能提供數據支持和優化方案。通過實時監控電梯的運行狀態，及時發現和處理潛在問題，避免設備故障和事故的發生。

此外，數位雙生技術還可以與AIoT（AI+IoT）技術結合，實現設備的智能化管理。通過對電梯運行數據的分析和建模，能夠預測設備的故障趨勢，制定預防性維護計劃，延長設備使用壽命，降低維護成本。BIM技術則能夠在設備的設計和施工階段提供精確的數據支持，確保設備的高效安裝和運行。在運營階段，BIM技術可以集成設備的所有數據，提供全生命周期的管理方案，提升設備的管理效率和運營效能。

本研究的開展，不僅有助於提升建築物內電梯的安全性和運營效能，還能為智慧建築的發展提供新的技術支持。通過數位雙生技術和BIM技術的應用，能夠實現對建築設備的全面監控和智能管理，推動建築行業向數字化、智能化方向發展。總之，本研究具有重要的理論價值和實踐意義，將為智慧建築和電梯管理領域提供有力的技術支持和解決方案。

貳、研究目的

本計畫的研究目的包含：

1.數位雙生技術在建築電梯設備全生命週期管理的應用研究：

(1)建立建築物數位元雙生模型，包括電梯設備配置和設備操作等訊息。

(2)開發數位雙生平台，搜集電梯相關之電流、人流、氣流(二氧化碳濃度)等資訊，實時監測和控制建築室內電梯設備，提高能源效率和運營效能。

(3)評估數位雙生在設備控制方面的效果，包括節能、成本節省和操作便利性等指標。

2.數位雙生技術及BIM技術於室內電梯之「設施管理」、「安全防災」及「節能管理」之應用研究：

應用數位雙生技術、BIM技術及AIoT技術於建築室內電梯之「設施管理」、「安全防災」及「節能管理」，設施管理部份包括設備故障偵測及AI故障預測；安全防災包括防災子系統結合影像辨識、AI演算法進行加值應用；節能管理包括運用電力調節系統(儲能系統)改善尖峰用電與斷電問題。

3.大數據資料分析在建築數位雙生中的應用研究：

(1)收集電梯設備和空氣品質相關的數據，建立數據庫。

(2)開發大數據分析方法，對數據進行統計分析和建模，提取有價值的訊息。

參、研究方法

一、研究設計

本研究採用多階段研究設計，以系統性地探索數位雙生技術及BIM技術在建築設備電梯安全監控及能源管理中的應用。研究設計包括以下幾個階段：

1.文獻回顧與需求分析

通過系統地回顧相關領域的文獻，確定目前技術應用的現狀、挑戰和研究空白。同時，與相關專家和業界人士進行訪談，收集實際需求和意見，明確研究方向。

2.模型建立與平台開發

基於數位雙生技術和BIM技術，建立電梯設備的數位雙生模型，並開發數位雙生平台，實現電梯運行數據的實時監控與分析。

3.數據收集與處理

通過實地測試和模擬實驗，收集電梯設備運行數據，包括電流、人流、氣流（CO2濃度）等。對收集的數據進行預處理，確保數據的準確性和完整性。

4.數據分析與建模

運用大數據分析技術，對電梯運行數據進行統計分析和建模，提取有價值的資訊，用於設備故障預測和能源管理優化。

5.應用實例與效果評估

選取典型應用場景進行實例測試，驗證數位雙生模型和BIM技術在電梯管理中的應用效果，並對結果進行分析與評估。

二、資料蒐集

資料蒐集是本研究的重要環節，確保資料的完整性和準確性對研究結果至關重要。資料蒐集方法包括以下幾種：

1.文獻蒐集

通過查閱學術期刊、專著、會議論文等，獲取有關數位雙生技術、BIM技術及電梯管理的最新研究成果和應用案例。

2.實地調查

深入建築現場，實地觀察和記錄電梯設備的運行情況，並與相關管理人員進行訪談，了解實際管理中的問題和需求。

3.實驗測試

在台中榮民總醫院實地條件下，通過布置傳感器和監測設備，實時收集電梯運行數據，包括電流、人流和氣流（CO2濃度）等參數。

三、數據分析

本段將介紹本研究使用的數據分析技術和方法。通過對數據的深入分析，提取有價值的信息，驗證研究假設。數據分析是本研究的核心環節，主要運用以下幾種方法：

1.描述性統計分析

對收集到的電梯運行數據進行描述性統計分析，了解數據的基本特徵和分佈情況。

2.時間序列分析

對電梯運行數據進行時間序列分析，識別數據中的趨勢和周期性變化，進行運行狀態的預測和異常檢測。

四、平台開發與應用

為了實現對電梯設備的實時監控和管理，本研究將開發一個數位雙生平台，主要功能包括：

1.數據採集與傳輸

通過傳感器和物聯網設備，實時採集電梯運行數據，並通過無線網絡傳輸至數位雙生平台。

2.數據存儲與管理

建立數據庫系統，對收集到的數據進行存儲、管理和維護，確保數據的安全性和完整性。

3.數據分析與可視化

集成數據分析算法，對電梯運行數據進行實時分析和處理，並通過可視化界面展示分析結果，提供直觀的決策支持。

4.預測性維護與能源管理

基於數據分析結果，實現對電梯設備的預測性維護和能源管理，優化維護計劃，降低能源消耗，提高設備運營效能。

五、實例分析與效果評估

本段將通過具體案例分析來驗證研究方法和技術的有效性，並評估其應用效果。這些實例將展示技術在實際應用中的具體成效，為研究結論提供有力證據。為了驗證數位雙生技術和BIM技術在電梯管理中的應用效果，本研究將選取合適應用場景進行實例分析，包括：

1.應用案例選擇

本研究選擇台中榮民總醫院的電梯作為研究對象，進行數位雙生技術和BIM技術的應用測試。

2.實例測試與數據收集

在選定的應用場景中，進行數位雙生模型和BIM技術的實際應用測試，收集相關數據。

3.效果評估

根據實例測試的數據和結果，評估數位雙生技術和BIM技術在電梯管理中的應用效果，包括設備運行效率、故障預測準確性、能源管理效果等指標。

4.改進與優化

根據效果評估結果，提出改進和優化建議，進一步提升數位雙生技術和BIM技術在電梯管理中的應用水準。

肆、研究結論

本研究針對智慧建築中電梯管理的不足之處，探討了數位雙生技術及建築資訊模型技術在電梯安全監控及能源管理中的應用。透過建立數位雙生模型，並結合 BIM 技術，研究結果顯示：

1.電梯全生命周期管理的提升：數位雙生技術可以在設計、施工、運營和維護等階段中實現對電梯的全生命周期管理，確保電梯在每個階段都能得到最佳的管理方案，從而提升運營效能及降低維護成本 。

2.運行效能與安全性的提升：透過實時監控與數據分析，數位雙生技術能夠有效進行設備狀態的預測性維護。即時數據監測能減少因突發性故障導致的服務中斷，從而提高設備運行的安全性與可靠性 。

3.能源管理的優化：利用數位雙生技術監控電梯運行的能源消耗情況，分析不同運行模式下的能源消耗特徵，並根據數據結果調整電梯的運行策略，從而實現節能減排，優化能源使用效率 。

4.智慧建築整體效能的提升：研究結果證明，數位雙生技術結合 BIM 技術的應用，不僅能優化單一設備（如電梯）的管理，還能整合多個建築設施形成一個全局性智慧管理系統，進一步提升建築物的整體效能和使用者體驗 。

伍、研究貢獻

1.理論貢獻：本研究建立了結合數位雙生技術與 BIM 技術的智慧建築設備管理新理論框架，為電梯管理領域引入了新的技術架構，填補了智慧建築設施管理的理論空白 。

2.技術貢獻：研究提出的數位雙生模型與 BIM 整合技術，能夠即時監控電梯運行狀態並提供有效的預測性維護方案。此技術不僅提升了建築內設備管理的智慧化水平，也為未來建築設備管理技術提供了新參考 。

3.實務貢獻：研究成果在台中榮民總醫院的實際電梯系統中成功驗證，展現了該技術在實際應用中的可行性與有效性，為其他智慧建築應用提供了實際案例與技術支持 。

4.政策與標準制定貢獻：研究提出的技術方案可用於制定電梯管理的標準操作程序，並為智慧建築設備管理提供政策依據，有助於推動技術標準化與規範化 。

陸、研究建議

本研究綜合上述研究過程，彙整專家意見及研究成果，提出下列具體建議事項：

1.持續辦理「數位雙生技術應用於電梯管理及智慧建築整合策略之研究與推廣計畫」（立即可行建議）

主辦單位：內政部建築研究所。

協辦單位：內政部國土管理署。

建議內容：

(1)在智慧建築發展的策略下，建議優先針對電梯作為重要設施進行數位雙生技術（Digital Twin）與BIM模型之整合研究，促進電梯之數位化與智慧化管理，以提升運營效能和安全性。

(2)研究建置「電梯數位雙生智慧管理平台」，整合BIM與AIoT技術，達成對電梯設備運行的全生命周期管理，包括設計、施工、運營、及維護各階段的數據集成與智慧化管理。

(3)接續研擬電梯數位雙生技術應用指引，針對重要建築物設置智慧電梯管理系統，確保建築物內部垂直交通的安全與高效運行。

2.智慧科技應用於既有建築之設備全生命週期管理可行性與效益評估（近期可行建議）

主辦單位：內政部建築研究所。

建議內容：

(1)推動AIoT技術與BIM模型相結合，進行數據整合與分析，提升設備故障預測及節能管理效能。解決老舊建築設施（如電梯、空調等）管理效率低下、數據分散及維護困難等問題。

(2)應用3D雷射掃描技術輔助老舊設備建模，實現無法量測之建築空間與設施的數位化，進一步整合物聯網數據進行動態監控。

3.研議政府政策支持與經費補助方案（近期可行建議）

主辦單位：內政部建築研究所。

協辦單位：內政部國土管理署、財政部。

建議內容： 

配合2050年建築近零碳推動政策目標，達成節能減碳策略。建議研議比照再生能源推廣模式，對電梯等重要設備進行數位雙生技術改造及應用，提供建置費用補助，減輕業主負擔，提升系統智慧化程度及管理效益，以有效降低營運碳排放量。