應用 · 建築系統

裝修，是一場
實體 Debug

管線 = 資料流，電路 = 邏輯閘，斷路器 = 例外處理。管理套房讓我深刻體會：用工程師的眼光看空間，所有問題都有結構性的解法。

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系統解構

室內空間的四大子系統

一間套房是由多個子系統耦合而成的複合系統。每個子系統都有自己的「語言」，但底層邏輯高度相似。

⚡

電力系統 → 有向圖（DAG）

·總開關 → 分路迴路 → 插座/燈具，是一棵「樹狀拓樸（Tree Topology）」
·每條迴路的電流是「資料流（Data Flow）」，電壓差是「驅動力」
·跳電 = 系統偵測到負載超出閾值的「過載保護機制（Circuit Breaker）」
·短路 = 低阻抗旁路造成的電流暴衝，類比程式中的「無限迴圈（Infinite Loop）」

💧

給排水系統 → 有壓管網

·自來水系統是「有壓管網（Pressurized Network）」，排水是利用「重力梯度（Gravity Gradient）」
·水壓 = 系統的工作電壓，流量 = 電流，管徑 = 導線截面積
·管路交叉點（T 型接頭）= 電路中的節點（Node），適用基爾霍夫電流定律
·洩壓閥、止回閥 → 對應電路中的齊納二極體（Zener Diode）與單向閥

🌡️

空調通風 → 熱傳導系統

·房間是一個「熱容器（Thermal Capacitor）」，牆壁是「熱阻（Thermal Resistance）」
·冷氣的 COP（效能係數）= 輸出冷量 / 輸入電能，類比電源的轉換效率
·溫控系統 = 一個「比例積分微分（PID）控制器」實作
·隔熱材料 = 降低熱阻，等同在電路中增加絕緣電阻

🔒

門禁與安全 → 狀態機（FSM）

·門鎖的開/關 = 兩狀態有限狀態機（2-State FSM）
·電子門禁卡 = RFID 讀取器配合「身份驗證（Authentication）」協定
·套房的多租戶管理 = 多使用者存取控制（RBAC：Role-Based Access Control）
·緊急解鎖後備機制 = 系統中的「容錯（Fault Tolerance）」設計

故障排查

維修即 Debug——方法論

工程師排查 bug 和水電工排查故障，步驟驚人地相似。好的維修師傅用的就是科學方法。

📋

01 問題描述

「浴室沒有熱水」→ 精確定義問題邊界。是「所有熱水孔」還是「只有shower」？縮小問題範圍（Problem Scoping）

🧪

02 假設生成

列出所有可能原因：瓦斯爐未點火？熱水器設定錯誤？管路堵塞？止回閥卡住？→ 這就是「假設空間（Hypothesis Space）」

🎛️

03 控制變因

每次只測試一個變因（Controlled Experiment）：先確認瓦斯有火→確認熱水器電源→確認出水口…→ 就是二分搜尋法（Binary Search）的實體版

📏

04 測量驗證

用溫度計確認水溫、用三用電表量電壓、用水壓計量水壓 → 量化資料（Quantitative Data）才能排除主觀判斷

✅

05 修復 & 記錄

修復後記錄故障原因、處理方式、零件型號 → 建立「故障資料庫（Fault Database）」，讓下次排查更快

類比學習

水 = 電：兩種液體，同一套數學

水力學

物理公式

電學

水壓（Pa）

P = ρgh

電壓（V）

流量（m³/s）

Q = A·v

電流（A）

管道阻力

R = 8ηL / πr⁴

電阻（Ω）

儲水槽

C = V / P

電容（F）

水泵

P = Q·ΔP

電源（W）

流量守恆（節點）

ΣQ_in = ΣQ_out

KCL：ΣI_in = ΣI_out

生活就是最好的實驗室

「自然科學與人工智慧」課程把這些類比帶進課堂，讓學生用熟悉的場景理解抽象的工程原理。

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室內空間的四大子系統

一間套房是由多個子系統耦合而成的複合系統。每個子系統都有自己的「語言」，但底層邏輯高度相似。

⚡

電力系統 → 有向圖（DAG）

·總開關 → 分路迴路 → 插座/燈具，是一棵「樹狀拓樸（Tree Topology）」
·每條迴路的電流是「資料流（Data Flow）」，電壓差是「驅動力」
·跳電 = 系統偵測到負載超出閾值的「過載保護機制（Circuit Breaker）」
·短路 = 低阻抗旁路造成的電流暴衝，類比程式中的「無限迴圈（Infinite Loop）」

💧

給排水系統 → 有壓管網

·自來水系統是「有壓管網（Pressurized Network）」，排水是利用「重力梯度（Gravity Gradient）」
·水壓 = 系統的工作電壓，流量 = 電流，管徑 = 導線截面積
·管路交叉點（T 型接頭）= 電路中的節點（Node），適用基爾霍夫電流定律
·洩壓閥、止回閥 → 對應電路中的齊納二極體（Zener Diode）與單向閥

🌡️

空調通風 → 熱傳導系統

·房間是一個「熱容器（Thermal Capacitor）」，牆壁是「熱阻（Thermal Resistance）」
·冷氣的 COP（效能係數）= 輸出冷量 / 輸入電能，類比電源的轉換效率
·溫控系統 = 一個「比例積分微分（PID）控制器」實作
·隔熱材料 = 降低熱阻，等同在電路中增加絕緣電阻

🔒

門禁與安全 → 狀態機（FSM）

·門鎖的開/關 = 兩狀態有限狀態機（2-State FSM）
·電子門禁卡 = RFID 讀取器配合「身份驗證（Authentication）」協定
·套房的多租戶管理 = 多使用者存取控制（RBAC：Role-Based Access Control）
·緊急解鎖後備機制 = 系統中的「容錯（Fault Tolerance）」設計

維修即 Debug——方法論

工程師排查 bug 和水電工排查故障，步驟驚人地相似。好的維修師傅用的就是科學方法。

📋

01 問題描述

「浴室沒有熱水」→ 精確定義問題邊界。是「所有熱水孔」還是「只有shower」？縮小問題範圍（Problem Scoping）

🧪

02 假設生成

列出所有可能原因：瓦斯爐未點火？熱水器設定錯誤？管路堵塞？止回閥卡住？→ 這就是「假設空間（Hypothesis Space）」

🎛️

03 控制變因

每次只測試一個變因（Controlled Experiment）：先確認瓦斯有火→確認熱水器電源→確認出水口…→ 就是二分搜尋法（Binary Search）的實體版

📏

04 測量驗證

用溫度計確認水溫、用三用電表量電壓、用水壓計量水壓 → 量化資料（Quantitative Data）才能排除主觀判斷

✅

05 修復 & 記錄

修復後記錄故障原因、處理方式、零件型號 → 建立「故障資料庫（Fault Database）」，讓下次排查更快

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室內空間的四大子系統

電力系統 → 有向圖（DAG）

給排水系統 → 有壓管網

空調通風 → 熱傳導系統

門禁與安全 → 狀態機（FSM）

維修即 Debug——方法論

水 = 電：兩種液體，同一套數學

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室內空間的四大子系統

電力系統 → 有向圖（DAG）

給排水系統 → 有壓管網

空調通風 → 熱傳導系統

門禁與安全 → 狀態機（FSM）

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水 = 電：兩種液體，同一套數學

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