0

0
0

文字

分享

0
0
0

來迷路吧!放下 Google Map,尋找一場美麗的錯誤──《偶然的科學》

PanSci_96
・2018/07/10 ・6208字 ・閱讀時間約 12 分鐘 ・SR值 495 ・六年級

來迷路吧!尋找美麗的錯誤

在本書的尾聲中我們該向大家提出一個請求請不要把生活裡的所有不確定性都予以消除GPS到書籍推薦科技正在讓我們周遭的一切變得精確又可預測但這不見得是好事有時候我們的幸福有可能因偶然而生而這是凱薩琳德蘭格 (Catherine de Lange) 發現的道理

放下手上的 Google Map,迷路的過程或許會發現什麼新鮮事。圖/pixibay

當我沿著繁忙的高速公路,緊跟著我跟蹤的目標而行時,我確實不容易被發現。但是,當我的目標把車開往住宅區的街道時,我就開始擔心了。我稍微放慢速度,讓自己慢下來,和這個女人保持更安全的距離,並且繼續跟蹤她。

不久之後,她轉了一個彎,穿過一座又大又漂亮的公園。儘管這裡距離我家只有幾分鐘的路程,但我很驚訝地發現自己居然從沒到過這裡。當我重新來到街道的另一邊時,那個女人不見了,而我卻迷路了。我拿出我的智慧型手機,查看衛星定位的路線。「右轉到加斯科尼大道,」它說,「然後找一個看起來很孤單的人,上前要求和他們並肩而行一會兒。」我們再來一次吧。

跟蹤隨機的陌生人,看看我最後會抵達哪個終點,這樣的事不是我平常在週六下午會做的事。但是,人生也許就該如此。科技興起是為了簡化我們的生活,從衛星定位設備到推薦服務皆然,所以我們現在已經很少會需要偶然了。一個才剛成立的研究機構表示,就人類的幸福來說,人們嚴重低估偶然的重要性。有些應用程式叫做「偶然產生器」,鼓勵我們把一些古怪念頭帶回生活之中,藉此反抗超級效率的趨勢。這樣的應用程式,能幫助我們克服人類對不確定性固有的恐懼嗎?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

網路讓我們全都被優化了!

這些新應用程式之所以會出現,反映出人們更早之前對現代效率的暴政所提出的抗議。19世紀中葉,法國革命帶來的秩序,引發一種被稱為「漫遊」 (flânerie) 的文化現象。巴黎人不滿意現代城市如此緊迫和疏離,希望能在城市生活中鼓勵一些漫無目的的愉悅遊蕩。一個世紀之後,隨著都市計畫者使用制式框架打造城市,城市變得更加可以預測,地圖也變得無所不在。於是,藝術家和活動家再次抵制有序的實用主義。這一次,他們刻意用地圖隨意漫遊。例如一群被稱為激流派的藝術家,創作了「踩在城市每一個水坑」的有趣指引。

早期的網際網路,並不是不滿的漫遊者要反抗的目標。當網路在1990年代興起時,主要是為了讓人們和不認識的人分享他們喜歡的東西,那是我們用來和通常不會相遇的人交往的方式;換句話說,那是一個促成巧合的良好機會。

然後,事情開始有了改變。「從20世紀到21世紀,人們很強調優化。」一位設計偶然性應用程式的藝術家馬克.謝潑德 (Mark Shepard) 說。「我們現在認為,讓事情變得更有效率,是科技該為我們做的事。」這種想法把機器當作人類謙遜的僕人,讓我們的生活可以過得更輕鬆。

我們活在「優化」之中,失去了許多可能性。圖/pixibay

隨著推薦系統的興起,演算法利用你購買、喜歡和瀏覽的歷史,還有別人的紀錄,計算出你之後可能有興趣購買哪些產品。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

現在,每個智慧型手機都有衛星定位,引導你抵達任何一個目的地。從超市中選擇買什麼,到找到你的方向而不迷路⋯⋯,你口袋裡的設備可以保證你再也不用依賴偶然。我們的生活幾乎完全被優化了。

偶然生產器,用錯誤的路線帶給你驚喜!

這些偶然性應用程式來得正巧,正好回應了都市漫遊的精神,刻意讓你失去方向。許多人直接批評會對他們耍詐的推薦系統。「這些推薦系統都會給你更安全的選擇,結果卻犧牲了你到更有趣地方的機會。」英國林肯大學計算機科學家班.柯爾曼 (Ben Kirman) 說,他專門研究社會遊戲。

這就是為什麼柯爾曼創建了偶然生產器「迷路機器人」(Getlostbot)。這個應用程式,鼓勵使用者突破舊有做法,嘗試到不同的地方去。只要下載這個程式,它會默默監控你在四方廣場 (Foursquare) 的打卡紀錄。當你的行蹤太能被預測時—例如,你老是在週五晚上去同一間酒吧—那麼這個偶然產生器,就會發送一個你從未嘗試過的路線給你。

未知是一種驚喜,試著尋找偶然吧!圖/pixibay

過去兩年中,許多類似的應用程式和服務悄然激增。例如,像 Highlight 這個應用程式,會連接到你附近的陌生人;另一個叫做 Graze 的線上服務,會帶給你驚喜的食物。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

漫遊者和藝術家所實踐的偶然性,看起來可能非常異想天開,但最近一份研究幸福的結果顯示,他們的做法大幅降低了人性中的深刻衝突。推薦系統之所以如此吸引人,部分原因在於在大多數時候,消除不確定性是個很好的想法。維吉尼亞大學的心理學家提姆.威爾遜 (Tim Wilson) 說,「人類一直努力讓世界變得有意義。」如果你瞭解了一些事,而且如果它們是好東西的話,你就會想辦法讓它們再度發生;抑或是,如果它們是壞東西的話,你要能防止它們再度發生。

「不確定性」為人們帶來幸福感

所以,當你知道某個糟糕的結果—無論那是一齣很差勁的電影,還是徹底迷路—可能發生時,會讓你最不開心的就是不確定性。其實迷路或買到不喜歡的東西,並不會對我們的人生構成威脅,但我們也許可以在更嚴重的情境下,理解人們為什麼不願意面對不確定性。例如,有個研究曾針對做過亨廷頓舞蹈症基因檢測的人進行,而這群人正等待檢驗結果出來。無論檢驗結果是陽性還是陰性,所有得知檢測結果的人的幸福感都提升了;但是無法確定檢驗結果的人狀況就大相逕庭了。一年之後,這群人的沮喪程度,比起得知自己必須終生與這種性命攸關又讓人病懨懨疾病共處的人更甚。

不確定性會帶來幸福感。圖/pixibay

為什麼會這樣呢?許多研究證實,當意想不到的事件出現,人們的反應會更情緒化。這個機制也是一樣,無論它放大的只是一個讓人稍微不快的事件,或是一個非常嚴重的事件。無論事情大小,我們都會花更長時間去思考它,試圖找出其中的解釋。一旦我們提出了一個理由,我們就會接受它,把它融入日常世界中。

那麼,根除生活中的不確定性,似乎是一個很好的幸福策略。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

不幸的是,這種看法並非全貌。大多數針對不確定性的研究,往往只側重消極的一面。在過去十年中,心理學家已開始研究不確定性帶來的美好體驗,他們的發現正成為強而有力的案例:讓不確定性強化壞狀況的機制,可能也是帶來幸福的關鍵因素。

威爾遜有個理論說,當我們在面對愉快的事件時,保持不確定性會比較好。為了測試這想法,他設計了一系列的實驗。在一項研究中,參與者得知他們有機會參加某個比賽,並要從中選出他們最想贏得的兩個獎項。後來研究人員告訴所有人他們贏了,其中一群人馬上就會得到他們最喜歡的獎品,然而另一群人在研究結束之前,都不會知道將得到兩種獎品中的哪一種。威爾遜發現,那些被迫要花時間琢磨自己可能得到哪種獎品的人,比起那些馬上得到滿足的人,體驗到更長時間的美好心情。

當我們在面對愉快的事件時,保持不確定性會比較好。圖/pixibay

這群人也花了更長時間觀賞可能得到的獎品圖片。因此,這實驗支持了一個理論的說法,那就是當事情尚不明朗時,人們會花更多時間專注在可能的結果上。對於快樂的結果來說,這放大了人們可以從中得到的樂趣。

所以,面對一起曖昧不明的愉快事件,人們被迫把注意力放在它身上更久,從而延長了情緒熱度;這造就了心理學家所謂的「愉悅的悖論」現象:我們想要瞭解世界,但這種瞭解會剝奪我們從意外事件中得到的樂趣。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

來繞路吧!別顧著看GPS

這些研究只不過是整個研究的一小部分,卻顯示了透過不確定性的力量,我們可以得到多少樂趣,並且在我們生活中引入偶然因素的技術,可以提升我們日常生活的心情。這就是為什麼我會在某個下雨天的午後,在北倫敦北部跟蹤一個陌生人。我正在測試偶然產生器 (Serendipitor),這個衛星導航程式可以擴大你行進路徑的範圍。它會給你小小的建議,讓你稍微改變方向、繞路或是走其他路。

這種應用程式的設計師,試圖說服人們跨越一條線。他們甘冒犯眾怒危險,因為這程式可能會讓某些人覺得荒謬。「偶然產生器是種諷刺的說法:當我們生活在一個需要下載應用程式才能得到偶然性的社會裡,這代表什麼?」設計這個應用程式的設計師謝潑德說。然而,偶然性產生器和簡單的偶然性不同,這個應用程式讓你可以設定權重,確保出來的結果是好的。例如輕輕擦一下,就可以剔除你真的很討厭的食物;此外,就算你連到可靠的谷歌地圖,偶然性產生器也可以讓你迷路。

換條路走,前方或許會有不一樣的世界等著你。圖/pixibay

我計畫好午餐要吃什麼之後,便用這個應用程式查詢路線。走路到餐廳只要六分鐘,我的手機也顯示了通往主要幹道的可預測路線。一旦我出發,偶然性產生器就設定了我的第一個挑戰:挑一個人,跟蹤他走兩個街口(謝潑德說他從激流藝術家那裡,借來許多另類指引)。我在路上挑了一個拖著行李箱的女人,跟在她後面,不久後她橫越馬路,帶我來到我從不知道的公園。現在,這程式的優點漸漸變得清晰,我忍不住在想,如果我挑到其他人,我對這個地方就會一無所知了。

你願意使用偶然生產器嗎?

我不是唯一一個會被「這樣的事也許永遠不會發生」這想法所迷惑的人。2008年,哈佛大學心理學家丹尼爾.吉伯特 (Daniel Gilbert) 招募了一群至少已擁有五年幸福感情的人,他把這群人分組,要求其中一半的人寫下他們與伴侶相遇的故事,其他人則描述可能無法與伴侶相遇的故事。測試結束後,那些描述自己沒遇到伴侶的人,比起描述實際愛情故事的人,對這段感情的滿足感更大。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

在電影《風雲人物》 (It’s A Wonderful Life) 中,天使讓主角喬治.貝禮看到這個世界如果少了他會變成如何的面貌,威爾森把這現象稱為「喬治貝禮效應」 (George Bailey effect) 。天使說,如果喬治沒有出生,一切好事也許永遠不會發生。是喬治把活力注入已喪失新奇光芒的生活之中。

美國經典電影《風雲人物》海報。圖/wikipedia

在這次偶然的遭遇中,我除了到處亂走之外,做些隨機的事情也讓我興奮莫名。跟著女人走到公園後,我花了一段時間才鼓起勇氣,問某個路人我是否可以拍一張他的照片。不過,這卻給了我一種成就感,雖然這樣做真的很蠢。然而我不禁想到,要不是為了執行任務而去做這些事,我平日真有可能會使用這種應用程式嗎?

事實是,人們一直低估不確定性的正面影響。沒有人比柯爾曼更瞭解這一點。他發現,儘管人們認為偶然生產器的概念很好,但當螢幕上真的給出建議,要求人們嘗試新東西時,大家都不太願意這樣做;換句話說,人們喜歡這個應用程式,會下載它,但不會使用它。

如果拒絕不確定性還不足以構成問題,那麼另一個妨礙人們接納偶然性的障礙,則是商業化—因為讓人迷路的應用程式賺不了錢。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

打破同溫層吧!擁抱偶然性

但這並不表示我們不需要這樣的程式。根據麻州劍橋微軟研究部門的達娜.博依德 (Danah Boyd) 的說法,我們越來越依賴推薦系統,這表示人們最後會活在同質性極高的「同溫層」之中,讓我們的視野變得越發狹隘。她總結了目前線上偶然性生產器技術的方法,它混合了人們對未知的恐懼,以及待在安全同溫層的壓力。

因此博依德認為,這些技術永遠不會在主流中占據主導地位,但卻反映出一種有用的對抗思維。她說,「和那些與我們的世界觀迥異的人往來,是件非常重要的事,但我們已經無法理解這樣的事了。」

她發現,人們的態度大約在2005年出現轉變,媒體注意到網路上嗜血分子的出現,讓人們對「周遭的陌生人產生道德恐慌」。大約在同一時間,我們看到社群網路興起,人們用網路與熟人聯繫,而不是與不認識的人互通往來。

網路資訊讓人們對陌生人產生不信任感。圖/pixibay

受到限制的不僅僅是我們的網路生活。「最重要是讓你的孩子擁抱偶然性,」博伊德說,「以前,這說的是跳上你的單車,說走就走,而如今我們已經失去這種能力了。」這些推薦應用程式、衛星導航和其他安全技術彼此相互連結,是否會改變人們對風險的容忍度?在過去幾年中,華盛頓特區的皮尤研究中心發現,美國學開車的青少年越來越少了,腳踏車的銷售量也急劇下滑。就算其他州有比較好的工作,年輕人也不太願意搬到那些地方去。

所以,刻意製造的偶然性也許仍有發展的希望,某些大公司已開始在玩這個想法了。根據報導,蘋果公司在2008年申請了一個專利,這個專利是說:如果兩台機器突然靠得很近,它們就會自動連線。比方說,你會發現自己正和某個朋友在同一個區域,而朋友卻沒有意識到這點。谷歌的定位應用程式也正在做同樣的事。

我不期望哪一天谷歌地圖會從一開始,就指引我跟著某個陌生人走,但該公司是否可能運用這種技術,在目前地圖上「最快」和「最短」的選項之外,加入「最具冒險性」的選項?

畢竟,在我們每天使用的技術裡面多加入一些驚喜,我們就有可能再次注意到我們因不斷追求效率而錯過的事物。「這是目前最暢銷書籍的主要故事情節,」博伊德說,「故事中的人物會遇到一些隨機的事情,這些事情非常神奇,於是他們便出發前往未知之地。我們幻想著這些東西,但我們該如何讓幻想回到我們的現實中呢?」

 

 

本文選自泛科學2018年7月選書《偶然的科學:好運、隨機及機率背後的秘密》,八旗文化。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
PanSci_96
1259 篇文章 ・ 2384 位粉絲
PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。

0

1
0

文字

分享

0
1
0
從認證到實踐:以智慧綠建築三大標章邁向淨零
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/11/15 ・4487字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 建研所 委託,泛科學企劃執行。 


當你走進一棟建築,是否能感受到它對環境的友善?或許不是每個人都意識到,但現今建築不只提供我們居住和工作的空間,更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生,正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題,確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染,同時提升我們的生活品質。然而,要成為綠建築並非易事,每一棟建築都需要通過層層關卡,才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境,政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立,旨在透過標準化的建築評估系統,鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時,為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法,自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止,已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品,涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築,不僅提升建築物的整體性能,也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

說這麼多,你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程,要經歷哪些標準與挑戰?

綠建築標章智慧建築標章綠建材標章
來源:內政部建築研究所

第一招:依循 EEWH 標準,打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源,是綠建築(green building)的核心理念,但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單,而是涵蓋建築物的整個生命週期,也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內,都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準,讓我們先回到 1990 年,當時英國建築研究機構(BRE)首次發布有關「建築研究發展環境評估工具(Building Research Establishment Environmental Assessment Method,BREEAM®)」,是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後,於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」(Leadership in Energy and Environmental Design, LEED)這套評估系統,加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶,氣溫高,濕度也高,得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生,四個英文字母分別為 Ecology(生態)、Energy saving(節能)、Waste reduction(減廢)以及 Health(健康),分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級,設有九大評估指標。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

我們就以「台江國家公園」為例,看它如何躍過一道道指標,成為「鑽石級」綠建築的國家公園!

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園,也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時,還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築,其外觀採白色系列,從高空俯瞰,就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落;從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊,生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構,設計自然護岸,保留基地既有的雜木林和灌木草原,並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物,採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙,不僅強化了環境的保護力,也提供多樣的生物棲息環境,使這裡成為動植物共生的美好棲地。

台江國家公園是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築。圖/內政部建築研究所

第二招:想成綠建築,必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築,使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中,對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出,一路到今日,國際間對此一概念的共識主要包括再使用(reuse)、再循環(recycle)、廢棄物減量(reduce)和低污染(low emission materials)等特性,從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時,使用自然材料與低 VOC(Volatile Organic Compounds,揮發性有機化合物)建材,亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後,內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度,以建材生命週期為主軸,提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說,為確保室內環境品質,建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件;為了防溫室效應的影響,須使用本土材料以節省資源和能源;使用高性能與再生建材,不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性,也強調材料本身的再利用性。


在台江國家公園內,綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念,更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設,並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料,為鳥類和小生物營造棲息空間,讓「蚵殼磚」不再只是建材,而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆,整體綠建材使用率為 52.8%。

被建築實體圍塑出的中庭廣場,牆面設計有蚵殼格柵。圖/內政部建築研究所

在日常節能方面,台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如,引入樓板下的水面蒸散低溫外氣,屋頂下設置通風空氣層,高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出,廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地,創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企,如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流,不僅提升了隔熱效果,減少空調需求,讓建築如同「與海共舞」,在減廢與健康方面皆表現優異,展示出綠建築在地化的無限可能。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
島式建築群分割後所形成的巷道與水道。圖/內政部建築研究所

在綠建材的部分,另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程,其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材,比方提高高爐水泥(具高強度、耐久、緻密等特性,重點是發熱量低)的量,並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」,還用再生透水磚做人行道鋪面。

2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所
2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區,首先,他們捨棄金屬建材,讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是,他們也將施工開挖的土方做回填,將有高地差的荒地恢復成平坦綠地,本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪,無痛轉綠。

雲林豐泰文教基金會的綠園區。圖/內政部建築研究所

等等,這樣看來建築夠不夠綠的命運,似乎在建材選擇跟設計環節就決定了,是這樣嗎?當然不是,建築是活的,需要持續管理–有智慧的管理。

第三招:智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率,除了從建築設計與建材的使用等角度介入,也須適度融入「智慧建築」(intelligent buildings)的概念,即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性,使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器,用於蒐集環境資料和使用行為,並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

為了推動建築與資通訊產業的整合,內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度,為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂,目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例,為了掌握建築物生命週期中的能耗,需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標,評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面,則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境,以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中,充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術,來達成兼顧環保和永續發展的理念,也是利用建築資訊模型(BIM)技術打造的指標性建築,受到國際矚目。

樹林藝文綜合大樓。圖/內政部建築研究所「111年優良智慧建築專輯」(新北市政府提供)

在興建階段,為了保留基地內 4 棵原有老樹,團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描,並將大小等比例匯入 BIM 模型中,讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離,確保施工過程不影響樹木健康。此外,在大樓啟用後,BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」,透過 3D 建築資訊模型,提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護,包括保養計畫、異常修繕及耗材管理,讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用,從建造設計擴展至施工和日常管理,使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management,簡稱 FM ) 為例,該系統可在雲端進行遠端控制,根據會議室的使用時段靈活調節空調風門,會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣,而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率,保持低頻運作,實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現,從源頭減少碳足跡;綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小,並保障居民的健康;智慧建築標章運用科技應用,實現能源的高效管理和室內環境的精準調控,增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用,讓建築不僅是滿足基本居住需求,更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

建築物於魚塭之上,採高腳屋的構造形式,尊重自然地貌。圖/內政部建築研究所

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
211 篇文章 ・ 312 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

0

4
3

文字

分享

0
4
3
讓你一看就懂的無人機原理!——《世界第一簡單無人機》
世茂出版_96
・2022/03/23 ・2311字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼無人機飛得起來?

不管是載人的直升機,還是無人機,飛起來的原因都相同。轉子可帶動螺旋槳旋轉,使螺旋槳上下的氣壓產生差異。當螺旋槳上方的氣壓比下方的氣壓低,就會有一股拉力將螺旋槳往上拉(升力,將物體垂直向上拉升的力量),如此一來便能讓機體上升。

再來,同時使用多個螺旋槳,並分別調整各螺旋槳的轉速,就可以讓無人機自由上升 / 下降、前進 / 後退、左 / 右移動。事實上,仔細觀察飛行中的無人機螺旋槳,會發現相鄰的螺旋槳旋轉方向剛好相反。

想讓無人機前進時,會讓機體前方下傾。左右移動時也一樣,會讓前進方向的機體部份下傾。只要讓其中一側的螺旋槳轉速下降,就可以讓那一側的機體下傾,往那個方向移動。如果要讓四軸無人機旋轉,則需讓其中一條對角線上的螺旋槳轉速降低。

無人機的運動機制

無人機需靠轉子(馬達)轉動螺旋槳才能移動。大疆 Phantom 系列的多軸無人機所搭載的馬達,是所謂的無刷馬達(brushless motor)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
大疆「精靈4」民用無人機。圖/維基百科

無刷馬達顧名思義,就是沒有電刷的馬達。相對的,學校自然科課程中提到的電刷馬達則是需要讓電刷與整流子持續摩擦旋轉,使用時會逐漸磨損。無刷馬達則是透過特殊電路驅動其旋轉,可以減輕維護的負擔。而且,無刷馬達可以透過名為 Hall IC 的磁場感應器持續監測馬達狀態,故可穩定控制其速度,當發生馬達負荷過重、線路接觸不良、斷線等異常狀況,可以馬上停止馬達運作,並發出警告訊號,以提高無人機的安全性。其他還有速度可控範圍廣、均勻扭矩(flat torque)、高功率等優點。

另外,將訊號送至轉子的零件叫做 ESC(Electric Speed Controller)。也可以說,ESC 就是控制轉子旋轉速度的零件。原則上,無人機搭載的 ESC 數量會與轉子數量相同。

ESC 的輸出端有三條電線,電流可控制轉子的旋轉。隨著轉子位置的不同,ESC 會輸出不同方向、不同大小的電流,使轉子能夠持續旋轉。也就是說,無刷馬達中的 ESC,扮演著一般馬達中整流子及電刷的角色。

相對的,ESC 的輸入端也有三條電線,分別是連接到電源正負極的電源線,以及從 FC(Flight Controller)接收訊號的訊號線。其中,FC 會蒐集來自陀螺儀感應器、加速度感應器、氣壓感應器、超音波感應器、磁場方位感應器、GPS 等裝置的資訊,以控制機體的行動。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
A generic ESC module rated at 35 amperes with an integrated eliminator circuit。圖/維基百科

無人機的感應器

  • 陀螺儀感應器與加速度感應器

陀螺儀感應器可以計算機體傾斜的角度,是穩定機體時不可或缺的感應器。相對的,與陀螺儀感應器十分相似的加速度感應器,則用於檢測速度。陀螺儀感應器與加速度感應器的組合,可以同時計算「傾斜狀況」與「速度」兩者的變化量,並控制機體往傾斜方向的反方向拉回,保持機體平衡,懸停於空中。簡單來說,陀螺儀感應器與加速度感應器就是能夠保持無人機姿態平衡的重點感應器。

  • 氣壓感應器與超音波感應器

高度越高時,氣壓感應器會測到越低的氣壓,故無人機可參考氣壓數字,以維持在特定高度。不過畢竟這只能用來偵測氣壓,要是遇到陣風或其他原因造成的氣壓變化,就有可能會失去功能。

超音波感應器可以利用超音波的回聲來感應自身高度。在無人機起飛或降落時,如果位於地表附近的無人機沒辦法透過氣壓感應器蒐集到足夠的高度資訊,就會用到超音波感應器。在高空使用氣壓感應器,在地表附近使用超音波感應器,兩種感應器的組合搭配,便可讓無人機在每個高度區間都能維持一定高度。

  • 磁場方位感應器與 IMU

磁場方位感應器有時也直接稱做羅盤,可感應地球的磁場(地磁),藉此瞭解無人機目前朝向東西南北哪個方向。不過,地磁的北邊(磁北)與地圖的北邊有一定差異,即磁偏角。而且隨著時間與地點的不同,磁偏角也不大一樣。舉例來說,札幌的磁北比地圖北邊往西偏了 9°,那霸卻只偏了 5°(參考自日本國土地理院網站)。因此,若換一個地方飛無人機,就需進行「羅盤校正」,重新確認磁場感應器所指示的北方,與實際北方間的差異。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
  • IMU

GPS 是全球衛星導航系統(GNSS:Global Navigation Satellite System)的一種,是美國的衛星系統。就像汽車的導航系統與智慧型手機的位置資訊服務一樣,無人機可接收 GPS 的電波,藉此判斷自身所在位置,並設定好飛行路線的經緯度自動飛行,或是可以懸停在某個固定位置。這就是所謂的「衛星定位系統」,用於戶外飛行的無人機多會裝設相關的電波收訊器。不過,就像汽車在進入隧道後,導航系統會失效一樣,無人機使用 GPS 時也有可能會突然收不到訊號。因此,為了維持無人機的安全飛航,操控者需隨時注意 GPS 電波的接收狀況。

另外,包括 Phantom 在內的某些多軸無人機,不僅會接收 GPS 訊號,也會同時接收俄羅斯衛星系統 GLONASS 的訊號,偵測機體本身的位置。

這些控制機體姿態的感應器通稱為 IMU(慣性測量單元:Inertial Measurement Unit)。

當出現「IMU 錯誤訊息」「機體不穩定」「羅盤方向不對」「穩定器傾斜」等狀況,就需進行「IMU 校正」。請養成攝影前以及在他處飛行前,一定要進行 IMU 校正的習慣。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
——本文摘自《世界第一簡單無人機》,2021 年 9 月,世茂出版
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
世茂出版_96
1 篇文章 ・ 1 位粉絲
旗下有三家出版公司,分別是世茂出版有限公司、世潮出版有限公司及智富出版有限公司。出版品以養生保健、銷售管理、親子幼教、簡易圖解科學、芳香精油、寵物教養、心理勵志、NLP等類為主。

1

4
3

文字

分享

1
4
3
解析「福衛七號」的觀測原理——它發射升空後,如何讓天氣預報更準確?
科技大觀園_96
・2021/10/25 ・2915字 ・閱讀時間約 6 分鐘

2019 年 6 月 25 日,福爾摩沙衛星七號(簡稱福衛七號)在國人的引頸期盼下升空。一年多來(編按:以原文文章發佈時間計算),儘管衛星還沒有全部轉換到預定的軌道,但已經回傳許多資料,這些資料對於天氣預報的精進,帶來很大的助益。中央大學大氣系特聘教授黃清勇及團隊成員楊舒芝教授、陳舒雅博士最近的研究主題,就是福衛七號傳回的資料,對天氣預報能有哪些改善。

掩星觀測的原理

要介紹福衛七號帶來的貢獻,得先從它的上一代──福衛三號說起。福衛三號包含了 6 顆氣象衛星,軌道高度 700~800 公里,以 72 度的傾角繞著地球運轉(繞行軌道與赤道夾角為 72 度)。這些衛星提供氣象資訊的方式,是接收更高軌道(約 20,200 公里)的 GPS 衛星所放出的電波,這些電波在行進到氣象衛星的路程中,會從太空進入大氣,並產生偏折,再由氣象衛星接收。換句話說,氣象衛星接收到的電波並不是走直線傳遞來的,而是因為大氣的折射,產生了偏折,藉由偏折角可推得大氣資訊。

▲低軌道衛星(如福衛三號)持續接收 GPS 衛星訊號,直到接收不到為止,整個過程會轉換成一次掩星事件,讓科學家取得大氣溫濕度垂直分佈。圖/黃清勇教授提供

氣象衛星會一邊移動,一邊持續接收電波,直到接收不到為止,在這段過程中,電波穿過的大氣從最高層、較稀薄的大氣,逐漸變為最底層、最接近地面的大氣,科學家能將這段過程中每一層大氣所造成的偏折角,通過計算回推出折射率,而折射率又和大氣溫度、水氣、壓力有關  ,因此可再藉由每個高度的大氣折射率,得出溫濕度垂直分布,這種觀測方式稱為「掩星觀測」。掩星觀測所得到的資料,可以納入數值預報模式,進一步做各種預報分析。 

資料同化──觀測與模式的最佳結合

在將掩星觀測資料納入數值預報模式時,必須先經過「資料同化」的過程。數值預報模式內含動力方程式,可以模擬任何一個位置的氣塊的運動,但是因為大氣環境非常複雜,模擬時不可能納入全部的動力條件,因此模擬結果不一定正確。而另一方面,掩星觀測資料提供的是真實觀測資訊,楊舒芝形容:「觀測就像拿著照相機拍照,不管什麼動力方程式,拍到什麼就是什麼。」但是,觀測的分布是不均勻的—唯有觀測過的位置,我們才會有觀測資料。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

所以,我們一手擁有分布不均勻但很真實的觀測資料,另一手擁有很全面但可能不太正確的模式模擬。資料同化就是結合這兩者,找到一個最具代表性的大氣初始分析場,再以這個分析場為起點,去做後續的預報。資料同化正是楊舒芝和陳舒雅的重點工作之一。 

中央大學分別模擬 2010 年梅姬颱風和 2013 年海燕颱風的路徑,發現加入福三掩星觀測資料之後,可以降低颱風模擬路徑的誤差。圖/黃清勇教授提供

由於掩星觀測取得的資料與大氣的溫度、濕度、壓力有密切關係,因此在預報颱風、梅雨或豪大雨等與水氣量息息相關的天氣時,帶來重要的幫助。黃清勇的團隊針對福衛三號的掩星觀測資料對天氣預報的影響,做了許多模擬與研究,發現在預測颱風或氣旋生成、預報颱風路徑,以及豪大雨的降雨區域及雨量等,納入福衛三號的掩星觀測資料,都能有效提升預報的準確度。

黃清勇進一步說明,由於颱風都是在海面上生成的,而掩星觀測技術仰賴的是繞著地球運行的衛星來收集資料,相較於一般位於陸地上的觀測站,更能夠取得海上大氣資料,因此對於預測颱風的生成有很好的幫助。另一方面,這些資料也能幫助科學家掌握大氣環境,例如對於太平洋高壓的範圍抓得很準確,那麼對颱風路徑的預測自然也會更準。根據團隊的研究,加入福衛三號的掩星觀測資料,平均能將 72 小時颱風路徑預報的誤差減少約 12 公里,相當於改進了 5%。

豪大雨的預測則不只溫濕度等資訊,還需要風場資訊的協助,楊舒芝以 2008 年 6 月 16 日臺灣南部降下豪大雨的事件做為舉例,一般來說豪大雨都發生在山區,但這次的豪大雨卻集中在海岸邊,而且持續時間很久。為了找出合理的預測模式,楊舒芝探討了如何利用掩星觀測資料來修正風場。 

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
從 2008 年 6 月 16 日的個案發現,掩星資料有助於研究團隊掌握西南氣流的水氣分佈。上圖 CNTL 是未使用掩星資料的控制組,而 REF 和 BANGLE 皆有加入掩星資料(同化算子不一樣),有掩星資料可明顯改善模擬,更接近觀測值(Observation)。圖/黃清勇教授提供

福衛七號接棒觀測

隨著福衛三號的退休,福衛七號傳承了氣象觀測的重責大任。福衛七號也包含了 6 顆氣象衛星,不過它和福衛三號有些不同之處。

福衛三號是以高達 72 度的傾角繞著地球運轉,取得的資料點分布比較均勻,高緯度地區會比低緯度地區密集一些。相較之下,福衛七號的傾角只有 24 度,它所觀測的點集中在南北緯 50 度之間,對臺灣所在的副熱帶及熱帶地區來說,密集度更高;加上福衛七號收集的電波來源除了美國的 GPS 衛星,還增加了俄國的 GLONASS 衛星,這些因素使得在低緯度地區,福衛七號所提供的掩星觀測資料將比福衛三號多出約四倍,每天可達 4,000 筆。

福衛三號與福衛七號比較表。圖/fatcat 11 繪

另一方面,福衛七號的軟硬體比起福衛三號更加先進,可以獲得更低層的大氣資料,而因為水氣主要都集中在低層,所以福衛七號對水氣掌握會比福衛三號更具優勢。

從福衛三號到福衛七號,其實模式也在逐漸演進。早期的模式都是納入「折射率」進行同化,而折射率又是從掩星觀測資料測得的偏折角計算出來的。「偏折角」是衛星在做觀測時,最直接觀測到的數據,相較之下,折射率是計算出來的,就像加工過的產品,一定有誤差。因此,近來各國學者在做數值模擬時,愈來愈多都是直接納入偏折角,而不採用折射率。黃清勇解釋:「直接納入偏折角會增加模式計算的複雜度,也會增加運算所需的時間,而預報又是得追著時間跑的工作,因此早期才會以折射率為主。」不過現在由於電腦的運算能力與模式都已經有了進步,因此偏折角逐漸成為主流的選擇。 

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
由左至右依序為,楊舒芝教授、黃清勇特聘教授、陳舒雅助理研究員。圖/簡克志攝

福衛七號其實還沒有全部轉換到預定的軌道,不過這一年多來的掩星觀測資料,已經讓中央氣象局對熱帶地區的天氣預報,準確度提升了 4~10%;陳舒雅也以今年 8 月的哈格比颱風為案例,成功地利用福衛七號的掩星觀測資料,模擬出哈格比颱風的生成。

除了福衛七號,還有一顆稱為「獵風者」的實驗型衛星,預計 2022 年將會升空。獵風者的任務是接收從地表反射的 GPS 衛星電波,然後推估風速。可以想見,一旦有了獵風者的加入,我們對大氣環境的掌握度勢必更好,對於颱風等天氣現象的預報也能更加準確。就讓我們一起期待吧!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
所有討論 1
科技大觀園_96
82 篇文章 ・ 1126 位粉絲
為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。