【恭賀】土木系林祐正老師指導學生黃啟源、陳怡璇、林昀茹、溫雅婷 榮獲109年中國土木水利工程學會學生BIM軟體應用競賽冠軍
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【恭賀】土木系林祐正老師指導學生黃啟源、陳怡璇、林昀茹、溫雅婷 榮獲109年中國土木水利工程學會學生BIM軟體應用競賽冠軍

 

 

109年中國土木水利工程學會學生BIM軟體應用競賽冠軍得獎心得

 

土木系碩士研究生 黃啟源、陳怡璇、林昀茹、温雅婷    指導教授 林祐正

建築資訊模型(Building Information Modeling, BIM)是營建產業做為重點發展的方向之一。今年六月時我們在祐正老師的鼓勵下參加土水學會舉辦的BIM競賽,團隊取名為「祐正好遇見BIM」,由祐正老師帶領研究生黃啟源、陳怡璇、林昀茹及温雅婷參賽。我們希望藉由這次比賽實際模擬BIM專案的進行,團隊間採取協同作業,清楚分工讓每個人了解自身責任。得知初賽題目後,我們先針對專案性質及需求進行討論後建置模型,有了模型後根據專案合適性規劃應用,最後進行各項目的檢討分析。將初賽成果交付後我們依舊馬不停蹄地進行,將BIM應用發揮更加完善,並且練習用決賽形式去完成作業。我們總共有20個BIM應用,在設計階段透過可視化的模擬讓業主、建築師能夠在最接近現實的情況下,瞭解各種狀況後溝通討論;在施工階段則將複雜介面以3D呈現,並模擬4D進度,讓施工方能夠清楚了解;最後營運階段我們結合了IOT以及Cloud,讓業主在未來若出現問題、要改建時,可以找到相關資料及圖說。過程中我們使用Dynamo編寫自動化程式,減少重複性操作。決賽當日各隊利用4.5小時的時間進行模型建置及簡報製作,最後於比賽現場以簡報及影片展示團隊的成果,針對評審的提問後即時應答。在高手雲集及長時間較勁下,最後本團隊代表國立臺北科技大學榮獲109年學生BIM軟體應用競賽冠軍(如圖1所示)。

109年學生BIM軟體應用競賽得獎名單

圖1、109年學生BIM軟體應用競賽得獎名單

初賽
業主一家三代於苗栗有三合院祖厝,在一次機會下,業主決定將三合院打掉重建,自地自建兩棟共四戶的四層樓透天厝,讓一家三代有更好的生活品質;因業主想嘗試新科技新方法,要求建築師需導入BIM技術,因此有了祐正好遇見BIM團隊。
初賽題目為建築師提供設計圖,讓BIM團隊協助建置BIM模型。在虛擬中模擬施工與實際建物的樣貌,能事先發現問題,並提出相關的釋疑或錯誤報告,讓整個營建工程能順利進行。此外利用資訊的優勢,結合公共工程經費電腦估價系統(Public Construction Cost Estimate System, PCCES)的綱要編碼與細目編碼,將模型中所有的元件進行編碼並提取相關的數量,以協助業主或施工單位控制成本。

 

決賽
決賽是當天公布題目,並進行成果展示及接受評委答辯,題目主要分為設計變更以及施工營造兩階段,設計變更部分為:將A、B戶合併為一戶,重新規畫室內空間並建置無障礙電梯及空中走廊,施工營造部分為:4D工序模擬、大型設備搬運動線模擬。我們透過決賽評分項目及比重,著手進行賽前的準備,除了進行模型的深化外,也利用程式修正與輔助模型中的錯誤,以提高模型的正確性。在決賽題目與相關注意事項公布後,我們內心忐忑緊張又有些歡喜,歡喜的是題目是我們有預先設想過的,緊張的是時間4.5小時的壓力以及現場環境、網路是我們不熟悉的,但都不能阻止我們想要展現自己的渴望,我們在經過討論後安排好各自負責的項目,不慌不忙地進行,只為盡全力的展現我們的實力。
決賽不只考驗各團隊的專業能力,也考驗著團隊默契與臨場應變的能力,在現場因為網路收訊不佳,使協同作業模型同步速度緩慢,團隊臨時變更作業方式,由啟源修正主體模型;昀茹建置元件;雅婷剪輯影片;怡璇修正簡報。當模型修正完成後立刻匯出渲染圖片及影片素材,放置在預留的空間完成所有作業。在有限時間內團隊順利完成所有比賽的要求,並修正簡報及匯出影片。最後經歷四組共十五位評審的報告與答辯後(如圖2所示),得到評審的肯定榮獲大會評選第一名。

圖2、決賽口頭簡報

圖2、決賽口頭簡報

專案執行
在初賽題目公布後,取得設計圖說及相關資料後,團隊開始討論整個專案該如何進行,以符合競賽所需交付的項目要求。討論後開始進行下列作業:
1.    作業分工
此專案我們將模型規劃成兩個模型,能了解周圍地貌建物的地籍模型以及基地本身的主體模型,將主體模型細分成結構、建築、裝修階段,模型部份我們採取兩兩組合進行建置,地籍模型與元件設備由啟源與雅婷負責,結構、建築與裝修則由怡璇與昀茹負責;於BIM應用部分則是根據每位成員的專長進行分工,最後一樣以原先的兩兩合作的方式進行簡報及動畫製作,順利完成專案及成果展示。
2.    協同作業
因考量到團隊人員需要同時間操作模型,須以協同方式進行作業。我們建置區域網路共用資料夾,進行資料的共享,並將BIM模型之中央檔案放置其中,團隊成員即可在具有共同區域網路的遠端環境中,連接中央模型建立本地端進行作業,方便團隊成員間共同建置模型,降低重複建置模型的問題,減少建模所花時間。
3.    檔案架構
於共用資料夾中以三大類型做區分,個人暫存區、模型相關資料、BIM應用,又分別細分成數個子項目,方便人員存放、查找所有的資訊。在模型中所連結的圖說、族群都放置於相對應的位置。在檔案版次則以日期做為版次的更新依據,並留存舊檔以備不時之需。中央模型團隊會定期備份,防止檔案遺失及誤用。
4.    軟體選用
在軟體選用部分,主要以Revit2019作為建置模型的軟體;利用Dynamo做程式的編寫及自動化的輔助;利用Navisworks2019做衝突報告及4D工序模擬;利用AutoCAD將設計圖說匯入模型;使用Fusion Team做為整個專案關係人的協同管理進行資料共享;以上皆是使用Autodesk系列軟體,不會有相容性問題。此外我們也使用MS Project進行4D進度排程;使用Lumion模擬實際樣貌,以製作動畫及彩現圖;使用DIALux 模擬並分析各場域之照度。

 

專案BIM應用

在執行專案的過程中,根據專案性質及業主需求我們做了以下20個應用。

一、    設計階段
1.    圖說匯出- Automatic Generation of Shop Drawings
以BIM模型匯出圖說可協助設計者整合圖面,透過BIM模型的連動性使圖說一致,避免發生圖資不對稱,亦可直接於模型上切剖所需之剖面。
2.    數量計算- Quantity Take Off
運用BIM模型進行數量計算之明細管理,可直接計算出工程所需數量,透過PCCES綱要編碼及細目編碼之導入,使數量項目分類明確,讓設計者及業主能更有效掌控工程所需之材料數量。
3.    環景瀏覽- BIM-based Panorama
環景瀏覽提供直覺式的360度視角瀏覽模型,讓業主僅需透過手持裝置、電腦,連結網頁便可簡易瀏覽建築物各視角之樣貌(如圖3所示),能更快速的了解建築物室內外概況。

 

圖3、環景瀏覽頁面

圖3、環景瀏覽頁面

4.    夜間模擬- Lighting Analysis for Night
透過夜間模擬,可使觀覽者具體了解建築物夜晚室內外光線狀況(如圖4所示),利於設計者、業主進行溝通討論以針對光線需求做設計調整。

 

圖4、屋外停車區夜間模擬

圖4、屋外停車區夜間模擬

5.    日光分析- Daylight Analysis
根據基地經緯度及建物坐立方向的設定,模擬區域日光照射情形(如圖5所示),本次建物坐東朝西,通過模擬分析發現日後使用上會有日曬問題,將結果提供給業主及建築師,提前了解建物採光狀況,並討論採取相對應措施。

 

圖5、根據資訊設定後日光分析畫面

圖5、根據資訊設定後日光分析畫面

6.    照度分析- Lighting Analysis
透過DIALux evo軟體模擬室內照度狀況(如圖6所示),需符合國家標準,並透過此模擬找出照明過亮之區域,妥善調整可減少電力浪費,針對業主需求將照度分析搭配日光分析,進行光線設計調整。

 

圖6、模擬室內照度結果

圖6、模擬室內照度結果

7.    BIM+3D列印-3D Printing Integrated BIM
利用3D列印實體化模型,將人及設備等比例放置,本次列印區域有一樓以及浴廁,實體呈現一樓空間感,利於與業主討論室內擺設(如圖7所示);浴廁則是讓業主能直接於模型中擺放設備,進而選擇每戶每一間浴廁所需。

 

圖7、一樓空間格局的3D列印模型

圖7、一樓空間格局的3D列印模型

8.    設計變更-Design Change
本次將利用BIM模型直接展示設計成果同時與業主進行需求討論,並按照業主需求以及法規訂定,進行設計上的更改變動,如電梯(如圖8所示)、坡道等無障礙設施設置,以及增建空中走廊連接兩棟樓。

 

圖8、根據業主需求打除樓梯改為增設電梯

圖8、根據業主需求打除樓梯改為增設電梯

二、    設計階段延伸至施工階段
1.    衝突分析- Conflict Detection
透過Navisworks進行衝突分析,可以選擇碰撞程度進而產出衝突分析報告,無論是建模誤差亦或是圖資錯誤,都能以圖片以及表格完整呈現,透過匯出的衝突資訊,可以更效率地分析衝突進而提疑義、進行模型修改。
2.    釋疑報告-RFI Report
根據衝突分析及BIM軟體多視角轉換,找到圖資不對稱、交代不清楚的地方,製作成釋疑報告(如圖9所示),回報給設計單位等候釋疑回覆,2D圖說搭配3D BIM模型,能夠更完整呈現問題所在,更利於雙方溝通了解狀況。

 

圖9、專案所列出的20個釋疑報告

圖9、專案所列出的20個釋疑報告

3.    4D進度模擬-4D Schedule Simulations
於MS Project輸入各個作業項目資訊,讓軟體自動排程產出甘特圖,提供給施工方參考、讓業主了解工程未來進展;透過Navisworks進行4D工序模擬,將作業資訊匯入,對應至模型,產出動畫以呈現工程預定的進行情況。
4.    方案選擇- Selections for Plans and Methods
將各方案選項透過BIM模型,以視覺化建置模擬於模型中,供業主針對各個方案能夠更好的進行選擇,本次針對各戶一樓的大門、外牆材質色號、外牆磁磚貼覆方式,在模型中進行各方案選項展示給業主。
5.    客戶變更- Customers Change
根據專案性質及業主需求,建物為住宅、住戶為一家三代,因此針對銀髮族需求進行設計考量,於沒有電梯規劃的設計電梯椅、於廁所設計扶手(如圖10所示),以模型搭配動畫呈現給業主,進而進行溝通達到更好的理想設計。

 

圖10、樓梯椅(左)廁所扶手(右)之示意圖

圖10、樓梯椅(左)、廁所扶手(右)之示意圖

三、    施工階段
1.    介面協調- Interface Coordination
將圖說內細節介面刻畫於模型中,相較2D圖說更加清楚,本次針對一樓外圍牆、露臺細節,以及屋頂層溝縫、落水頭、洩水坡度進行介面協調,提供給施工單位,讓其更了解設計進而進行施工協調,減少溝通及想像誤差。
2.    接頭檢討-Detailed Discussion
根據圖說建置細緻度高的模型,將各接頭放大展示,標示其細節、材質、施作等資訊,提供給施工單位,利於溝通、確認各負責內容,本次針對浴廁收接頭進行檢討,包含:淋浴間門檻、落水頭收接頭、浴廁門檻、浴廁防水層。
3.    動線模擬-Simulation
因業主本身擁有大型休旅車,有休旅車空間需求,透過模型進行空間動線模擬,以確保日後交通出入順暢,其中包含:休旅車停置住家停車位空間檢討(如圖11所示)、巷道迴轉空間檢討。

 

圖11、停放停車位空間檢討

圖11、停放停車位空間檢討

4.    假設工程-Temporary Work
在地籍模型中,沿著地界線設置圍籬,依照空間規劃,安置工務所、工地大門、警衛亭以及堆放材料、停放公務車的區域,模擬最一開始的工地情況,將此模擬提供給營造廠做為參考。
5.    工地規劃-Site Layouts
因工程基地及附近道路狹小,須顧及施工期間基地周遭交通秩序,因此模擬交通管控、模擬工程車進料及出場過程(如圖12所示)。

 

圖12、工程車進出場模擬示意圖

圖12、工程車進出場模擬示意圖

四、    維運階段
1.    BIM+Cloud+FM
於維護管理部分,運用BIM+Cloud+FM將建築相關資訊,包含圖說、BIM模型、設備資料等儲存於雲端平台上,於日後使用上若需要重新改建、設備出狀況,於頁面中搭配簡單易瞭的視覺化BIM模型,使業主可簡易查閱設備位置以及相關圖資。
2.    BIM+IOT
於日後設備管理部分,本次提出BIM+IOT系統之想法,於建築物中裝設感應器及監視器在各區域,若有任何異常狀況此系統便會直接透過行動裝置通知使用者,使用者也可透過電腦、行動裝置直接查看各區域即時狀況。

自動化程式開發
因初賽要求需將模型中所有元件都輸入PCCES編碼,經討論後決定採用自動化程式輔助。因建模軟體為Revit,能輔助的程式有Dynamo,故選擇Dynamo做為程式開發工具。後續因應需求共開發出4項自動化程式,包含:PCCES資料匯入、自動產生裝修面、自動接合以及碰撞自動標示。PCCES資料匯入是先將所有編碼資訊在Excel整理,再一次性匯入到模型中對應的資訊位置。自動產生裝修面是根據粉刷表,於天、地、壁自動產生裝修材(如圖13所示)。針對衝突碰撞分別開發自動接合及碰撞自動標示,利用Navisworks匯出的元件ID將結構物的碰撞自動接合,其他衝突則利用座標,於模型中產生衝突點,以利模型修改。

 

圖13、自動產生裝修面

圖13、自動產生裝修面

影片製作
整個專案的成果除了以簡報的方式呈現,我們也將成果剪輯成影片。影片素材多是各應用從簡報中擷取及濃縮,以及利用Lumion錄製動畫(如圖14所示),利用軟體擬真的特性,讓業主預先了解建物實際完工的樣貌。團隊也錄製自動化程式的操作過程,以表達程式在使用上如何加快效率,最後搭配上音樂賦予影片視覺與聽的饗宴。

 

圖14、本專案於Lumion中樣貌

圖14、本專案於Lumion中樣貌

結語
藉由這次的比賽,我們將其模擬當作一場專案的進行,對於讀圖、建模以及BIM相關應用軟體的操作更加熟悉,更理解了所有的應用都應該是源自於需求,方才使BIM所有應用達到更高的效益!於作業過程中,透過自動化輔助減少許多重複性操作,除了對於BIM更加瞭解,在團隊合作上訂定良好的協同原則,有效管理專案進行,達到高效率的團隊作業,更從合作中發現隊友的優點專長,彼此學習、交流,更是從與老師及隊友間的溝通、工作分配等等當中受益許多。在決賽當天面對題目及不同環境,讓我們有機會磨練危機處理的能力。感謝主辦單位舉辦這項競賽,讓我們能夠善用過去學習到的知識及自身能力,結合BIM的專業,在這次競賽中發揮,也很感謝評委們耐心用心觀覽我們的成果。最後由衷感謝祐正老師及研究室的學長姐給予我們鼓勵、支持和指導,讓我們能更順利取得第一名!

圖15、與觀摩決賽同學合照

圖15、「祐正好遇見」BIM團隊與觀摩決賽同學合照

 

得獎照片

 

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