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選取地圖區域,自動擷取國土測繪中心NLSC LOD1資料或OpenStreetMap 建築高度轉換為 3D 網格,進行 Navier-Stokes 流體模擬。
請縮放地圖至目標區域 (紅框約為分析範圍)。目前支援的最大範圍為數百公尺。
* 分析時長為收斂物理時間,當數值區於平穩即代表達到極值穩態。
對應畫面下方 1.5m 截面之顏色視覺化基準:
本系統定位為建築前期設計階段 (Conceptual Design) 之快速評估輔助工具 (Rapid Assessment Utility)。透過 WebGL 2.0 着色器技術與即時體素化 (Voxelization) 演算法,將 OpenStreetMap 地理資訊或使用者輸入之 STL 網格幾何,動態映射至 512m × 256m 之二維截面網格域中,提供初期流場型態之觀測。
在都市微氣候探討中,工程技術人員常藉由觀測動態流線 (Streamlines) 分析局部風流機制,以識別潛在的風場風險區位。常見之觀測指標包含:
風洞試驗中工程慣例之行人觀測基準高度,落於地表 1.5m 至 2.0m 區間。雖然國內尚無強制一致的絕對風速門檻,本系統收錄三大國際主流風環境評估準則,供各戶初期方案交叉對照:
該原則始於英國,因直觀將風速對應至行人活動目的,於歐美 AEC 產業廣獲採納。指標分級自極度平緩的露天雅座 (< 4 m/s),遞進至容許快速通勤 (< 10 m/s)。當常態風速逾越 15 m/s 則觸發安全風險 (Safety Hazard),不宜劃分為無遮蔽公眾空間。
由東京大學學者村上周三教授針對東亞高密度盆地島嶼氣候制定,常做為台灣與日本都市設計審議之學理圭臬。判定矩陣依風速將環境分類為 Rank 1 (極微風,適宜長照及學童) 至 Rank 4 (> 4.5 m/s,常生不適強陣風區段)。
自蒲福氏風級衍生,強調以等效平均風速論證氣流容忍度。其指標設定高強度商業通勤區之上限不應高於 7.6 m/s;超越此數值之區域,判定其具有潛在步履干擾疑慮。
Map data © OpenStreetMap contributors. 3D Buildings provided by OpenStreetMap, Overture Maps, Google Open Buildings (CC BY 4.0), and 內政部國土測繪中心 (OGDL 1.0).
為推斷極端情況下陣風發生潛勢,本平台導入常態陣風係數 (Gust Factor) 換演邏輯:
針對厚度細於物理網格解析度 (2m或1m) 之極度薄壁結構 (如:柵欄、圍牆) 與天然多孔屏蔽物 (如:行道樹、公園樹叢),若強制轉化為實體邊界,將因「網格膨脹效應」產生不合理之嚴重尾流失真。為此,本平台搭載了次網格阻力分析機制:
本平台於量測點上方以 300ms 為採樣週期擷取瞬時風速,並維護最近 150 筆快照 (約 45 秒滾動平均) 做為統計基礎,提供以下指標:
重要免責:本統計以「模擬快照幀比例」替代 Lawson 標準所定義的「年均超速機率」(Annual Exceedance Probability, AEP),兩者在物理意義上有本質差異。正式 AEP 需結合完整風向風速聯合分佈(風玫瑰),對所有盛行風向分別模擬後加權積分方能取得。本工具之 Lawson 分級僅供初期定性方案篩比,不可用於正式環境影響評估或法定送審文件。
在現代都市開放空間與公園設計中,獨立頂棚 (Canopies) 與涼亭 (Shelters) 等設施不僅提供日照遮蔽,亦會對微氣候產生顯著之物理截斷作用。為還原此類開放式輕構造特徵,系統內建了專門的三維網格懸空解析邏輯:
本工具採用 Semi-Lagrangian 平流格式搭配三線性內插進行速度場時間積分。此方法雖具備無條件穩定之優勢,但內插過程會引入數值擴散 (Numerical Diffusion),等效數值運動黏滯度為 νnum = Δx² / (2·Δt) · α(1 − α)。以本系統預設網格 (Δx ≈ 2m, Δt ≈ 0.016s) 估算,νnum ≈ 1~6 m²/s,遠高於空氣之物理運動黏滯度 (νair = 1.5×10⁻⁵ m²/s)。對應之有效雷諾數 Re ≈ 1K ~ 4K,真實空氣在相同條件下 (V=5m/s, L=10m) 之 Re ≈ 3,330K。
然而,行人舒適度評估所關注的物理量,恰好對雷諾數不敏感。都市建築群幾乎皆為方形量體 (Bluff Body),其行人高度之風速放大比 (Vlocal / Vref) 主要由幾何形狀決定,學術文獻 (Blocken 2012, Franke et al. 2007 COST Action) 指出,方形建築群之行人高度風速放大比在 Re > ~1,000 後即趨於收斂,本系統之有效 Re (1K~4K) 已位於此收斂區間內。具體而言:
受 Re 差距影響但不影響行人舒適度判定的物理量包括:渦脫頻率(舒適度標準採時均風速而非頻率)、紊流強度(本工具已透過統計陣風係數 1.58 獨立補償)、以及曲面體分離點位置(都市建築以方形量體為主,銳角分離不受 Re 影響)。
💡 綜上,本工具雖然在一般空氣動力學分析上受限於低雷諾數,但在其核心設計目標 — 行人風環境舒適度初步篩檢方面,所依據的物理機制(質量守恆、幾何鎖定分離、停滯壓)對 Re 具備高度魯棒性。提高「解析度倍率」仍可進一步改善流場細節,但對 Lawson / Murakami / Davenport 舒適度分級之判定影響有限。