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）。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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、「祐正好遇見」BIM團隊與觀摩決賽同學合照