面對全球暖化的威脅，減碳已成為世界共同倡議之方向。台灣在此潮流下，也積極朝建構永續宜居環境，提升智慧綠色科技應用之方向努力，希望在減低建築物能量消耗的同時，也能兼顧宜居空間的基本需求。而室內通風不僅影響空間的溫度，也關係建物使用者的健康。如何有效導入外部風場，利用自然通風機制減少建物空調能源之消耗或提供健康之居住環境是目前使用維護上之重要議題。本計畫以落實風工程技術及建築資訊模型(BIM)之創新多元整合應用與跨領域人才之培養為目標，結合CFD模擬、風洞實驗、物聯網(IoT)、建築資訊模型等技術，以建築內自然通風效率最佳化為導向，實現智慧化建築通風即時監控系統與機制，創造節能之居住環境，提升人民綠生活之居住品質，以達成「節能再生的低碳家園」、「潔淨健康的生活環境」與「國土建設永續發展」的整體政策目標。
本研究先後以風洞實驗及CFD數值模擬方式建立「建物自然通風數值模型」。也就是於風洞實驗中獲取建物開窗部位之建築表面風壓，再將對應之風壓係數導入CFD室內通風模型中進行不同開窗配置之通風分析，藉以求得該建物在不同外部風場環境下所對應不同開窗配置之室內自然通風資訊。為了使「建物自然通風數值模型」能落實在建物營運維護階段，本次透過建物BIM空間模型與通風數值模型的資料串連，開發「BIM建築物室內通風管理系統」。考量系統開發及使用成本之因素，採用Unity3D作為BIM模型之加值應用開發工具，並利用自行發展之「視覺化多維度資訊整合架構」進行系統整合機制。
為建立「建築物室內通風決策系統」，以「體感溫度」及「PMV熱感舒適度指標」等二種舒適度指標為決策因子，輔以「換氣率」之通風資訊，分別擬定以「目標體感溫度」及「最大舒適空間率」之決策模式。此決策模式皆以室外風場及預先分析所得之室內CFD風場資訊為判斷依據，提供使用者不同之決策方法。因此，未來依此決策模式所建置之建築物室內通風決策系統亦可在依憑室外風場及室內CFD場資訊之前提下，透過決策模式之修正或新增，提供更完善之室內自然通風決策建議。
本研究建立「實時外部風場資訊量測裝置」、「實時室內通風環境量測裝置」、「外部風場實時網頁」與「建物實場環境資料庫」，達成以「實場資訊量測系統」（如圖1）自動收集室內外通風環境資訊，並將資訊整理上傳至資料庫，為後續最佳化通風決策提供依據之目標。此外，「實場資訊量測系統」因採開放式架構進行開發，故後續仍可依照可能之室內通風環境決策之需求，在現有的實時量測裝置的基礎上擴充型傳感器數量與類型以保證此系統未來之延續性。透過風洞實驗得到建物表面風壓（如圖2）作為CFD室內自然通風模擬之邊界條件，利用CFD之模擬分析求得建築物之室內風場分布資料（如圖3）、平均風速及換氣率等數據，進而整合此CFD模擬數據與建築物BIM模型資料，完成「建物自然通風模型數值資料庫」之設計、建置及資料儲存，以作為「BIM建築物室內通風決策系統」的核心決策雲端資訊資料庫（如圖4）。
開發之「BIM建築物室內通風決策系統」，透過遊戲引擎平台之環境，成功整合上述「實場資訊量測系統」、「建物自然通風模型數值資料庫」及建築物BIM 3D模型，建置一個以建築模型為操作介面，可自由切換各樓層模型，並呈現各樓層室內外風場及環境即時資訊，更可依據室外風場狀況分別以體感溫度及PMV熱感指標提供最佳通風決策之系統（如圖5）。此決系統過智慧化管理可快速且有效的引入外部風場，使室內達到符合人體舒適性的自然通風模式，進而減少空調的使用，達到節能減碳目標。
圖1實場資訊量測系統架構圖
圖2 風洞試驗-外部風場量測
圖3 CFD模擬-室內通風模擬
圖4 建物自然通風資料庫架構圖
圖5自然通風決策系統「體感溫度決策模式」最佳開窗模式顯示畫面