建築物煙流下洗現象之模擬設定

背景

• 污染源附近建築物造成煙流擴散行為的改變非常劇烈，煙流中心向下移動造成地面嚴重燻煙，稱之為Plume Downwash煙流下洗，其現象、原因及模擬、可以參考Reference、以及煙流下洗現象之介紹。
• 目的：計算煙囪附近建築物的長、寬、高等尺寸，以便ISCST3/AERMOD等模式可以引用。
  • 參數之定義為每座煙囪為中心、360度每10度方向所遇到的建築物高度、寬度及長度。可以由污染源廠區平面配置逐一量測而得。
  • 廠房建築物如果過於複雜，需要有前處理程式協助產生這些輸入參數
• 建築物下洗的啟動與必須性
  • 在SO路徑段落中提供建築物參數，煙流模式會自行視需要啟動下洗之計算
  • 當煙囪高度在所有建築物高的2.5倍以上時，模式就不會計算下洗，即使提供了建築物參數。
  • 保守起見，個案輸入建築物參數，讓程式自行決定，是比較完整的作法。
• BPIP全名為Building Profile Input Program。BPIPPRM則是專為ISC-PRIME模組及AERMOD之預備。
• USEPA官網之說明
  • BPIP是一個PC/Linux 上的應用程式，旨在納入煙囪設計之「良好工程實務(GEP)」精神內涵（詳技術支援文檔《確定良好工程實務準則之煙囪高度（PDF）》101 pp，1985年，建築物下沖計算指南以及其他相關參考）。
  • 經由此一程式，使用者可以正確計算簡單、多層或多組結構的建築物高度((BUILDHGT)和建築物橫向的寬度（BUILDWID）或煙流方向切建築物的長度（BUILDLEN）。
  • 該程序通常與ISC3模型一起使用。BPIP的最新版本4/21/2004已使用fortran可分配陣列進行了升級，提高了程式維度的自由，同時保持了原有程式的基本功能。
    • BPIPPRM與BPIP相同，但包括特別升級的算法（P），應用於產生PRIME算法計算煙流下沖之輸入條件，PRIME模組目前已經包含在AERMOD等模型中。
  • BPIPPRM的輸入結構與BPIP的輸入結構相同，後者則經常與ISC3模型一起使用。 有關更多信息，請參見《BPIP用戶手冊》。

設定步驟與內容

設定與執行步驟實例示範

1. 由Google地圖（衛星）中找到研究對象包括煙囪、及其「附近」建築物之平面配置圖。
   • 「附近」的定義為煙囪高度5倍水平距離範圍的最大聯集範圍。
2. 找到適合做為廠區配置之局部座標軸（廠區道路、管線）、原點（特殊位置點）。
   • 以原點為中心，從地圖真北開始、
   • 沿著順時針方向轉到局部座標正Y方向的夾角角度D。
   • 夾角D = 1～360度，為大於0的整數
3. 量測建築物頂點到X軸的距離（頂點座標的Y值）以及到Y軸的距離（頂點座標之Y值）
4. 重複上一動作，量測所有建築物頂點座標及煙囪基地座標值，(X,Y)單位為公尺
5. 開啟Google地圖的地形圖，量測建築物及煙囪基地高程E，單位為公尺
6. 建築物與煙囪頂端的離地高度H，單位為公尺，可以用陰影長度的比例關係粗略推估。一般工廠辦公室為2層樓建築高度為6公尺。
7. 按照範例之模板輸入D, (X,Y), E, H等數據，存檔、(上傳工作站或CaaS)。
8. 執行BPIP批次檔run_bpip.sh A1P.INP A1P.OUT A1P.SUM
9. 將OUT檔案中的SO路徑及參數，貼在ISCST或AERMOD的執行控制檔內
   • ISCST不接受BPIPPRM結果之BUILDLEN、XBADJ、YBADJ等參數
   • 必要時在結果檔中去除之，重新執行BPIPPRM但將設定P改為ST(short time)，或重新執行BPIP

從航照圖中定義實例廠區座標軸系統、量測夾角、與廠房頂點XY值

L形建築物(USEPA提供範例EG1)輸入檔內容說明

• A1P.INP為一L形建築物的範例，另有4座煙囪stk100~3(如下圖)
• 所有的字串輸入需有引號。其餘為自由格式
• 1~4行為整體設定
  1. 個案之文字說明，(原點座標應用在[iscParser]](https://sinotec2.github.io/Focus-on-Air-Quality/PlumeModels/SO_pathways/iscParser/)之繪圖過程)
  2. ‘P’：啟動PRIM機制，如為ISCST，則設定為’ST’
  3. ‘METERS’ 1.00：單位及(轉換為公尺之)比例
  4. ‘UTMN’, 210：地圖座標系統(沒有作用)與廠區系統局部座標軸之旋轉角度(地圖正北到正Y方向之順時針夾角)
• 第2段落是每個建築物頂點座標(廠區系統)
  1. 1：建築物個數
  2. ‘L-Shape’ 1 13.0： 建築物名稱、圈數及地表高程(m)。圈數>1為裙樓狀況。
  3. 6 26： 頂點個數及建築高(m)
  4. -10. -20. 建築物6個頂點相對廠區系統的座標值。不特定方向。不回到第1點閉合。
  5. -10. 80.
  6. 1. 80.
  7. 1. 30.
  8. 1. 30.
  9. 1. -20.
• 第4段落是有關煙囪的設定
  1. 4：煙囪個數
  2. ‘Stk100’ 11.00 25.00 -10.00 -20.00 :煙囪名稱、地表高程、煙囪高度及相對廠區系統的座標值(不是UTM或TWD絕對值)
  3. (每座煙囪逐一設定)

USEPA提供範例(EG1)L形建築物輸入檔

BPIP之執行

• BPIP(PRIME)的執行會需要3個檔，以連結方式執行如下列批次檔：
  • 第1個檔約定為fort.10，為前述準備好的輸入檔。
  • 第2個檔為輸出檔，約定為fort.12。SO路徑之建築物參數將會出現在此檔內。
  • 第3個檔為摘要檔，約定為fort.14。會將輸入檔之座標旋轉成真北系統，以供檢查。

kuang@114-32-164-198 /Users/cybee/bin
$ cat run_bpip.sh
ln -sf $1 fort.10
ln -sf $2 fort.12
ln -sf $3 fort.14
bpipprm

BPIP結果範例

• 每根煙囪都要輸入附近的建築物尺寸，包括360度每10度方向的建築物高度（BUILDHGT）和建築物橫向的寬度（BUILDWID）
• PRIME需要煙流方向切建築物的長度（BUILDLEN）、以及XBADJ、YBADJ參數。
• 排版時SO必須靠左、不留空格或內縮。

L形建築物之BPIP輸出結果

BPIPPRM之遠端計算服務

• 位置: http://sinotec24.com/BPIPPRIM.html
• 架構說明
• CGI-python詳細說明見bpipprim.py

  Reference and Resource

• 有關煙流下洗的現象、原因、以及如何避免，可以參考下列網址
  • BREEZE AERMOD 7: Gridded Plume Downwash
  • Plume characteristics for three different stack scenarios
  • FDS Simulation
  • www.cppwind.com：Building Downwash – Problems, Solutions and Next Generation
• BPIP/BPIPPRM美國環保署官方網址
• 原始碼

• 使用手冊

• 工作站（cybee@sinotec24.com PW=…）
  • 執行檔
    • /Users/1.PlumeModels/ISC/Building_Profile_Input_Program/src/ Bpip.exe
    • /Users/1.PlumeModels/ISC/BPIPPRM/bpipprm
  • 批次檔
    • /Users/cybee/bin/run_bpip.sh
  • 範例
    • /Users/1.PlumeModels/ISC/Building_Profile_Input_Program/eg1、eg2
    • /Users/1.PlumeModels/ISC/BPIPPRM/eg1、eg2