第三章 研究方法與過程
第三節 預計可能遭遇之困難及解決途徑
以下就本計畫預期可能遭遇到的困難及解決途徑方法分述如下：
1. 專案施工及維運本體知識架構建構，專案資訊流程彙整與解析不易 營建專案資訊整合系統必需滿足企業體系與工程專案之作業需求，
但由於專案生命週期中涵蓋不同階段與專業領域，且目前尚無標準之資訊 屬性架構及資訊處理程序，以致建立完整的資訊流程解析並不容易。因此，
本計畫預計透過訪談與資料蒐集的方式，了解企業體系與專案各面向對資 訊之需求，進一步則採用程序描述擷取方法，以了解 VDC 於營建施工應用 各面向之資訊屬性及流向需求，本計畫首先將著重在專案管理資訊之標準 屬性架構及處理程序模式之建立，再進一步發展專案施工及維運本體知識 架構，使專案管理知識經驗建構成結構化資料模型，讓專案管理知識可被 電腦理解、分享並交換。
2. BIM object 元件之屬性定義與建模規則之建立
本計畫提出以 BIM object 元件作為敘述專案資訊之基本元件，然 而，專案中所包含之建物元件相當眾多繁雜，且建物元件之形成並非如製 造業元件組合的方式，而是需要透過多重的工作項目才得以完成。因此，
本計畫將採用系統化的解析程序將建物元件予以分類，以充分描述建物元 件所需之工作項目，連結如資源項目、施工規範等工程資訊而形成智慧型 建物元件。此外，為提高專案模型的建構效率與彈性，本計畫將建立 BIM object 元件之標準件資料庫，以供使用者擴充專屬元件資料庫之參考。此
外，在 BIM 模型建構規則之發展上，將以系統化的方式，依據 LOD 規範，
檢視各類工程 BIM 元件可否提供專案管理所需資訊，並依照資訊需求之特 性分類，檢視其與 LOD 規範間之關聯，發展 BIM 模型建構之規則，以符合 擴增實境(AR)、混合實境(MR) 之應用需求。
3. IfcXML 為主要知識擷取格式如何最佳化其效能與輸出
在 IfcXML 為主要格式下使用 Dynamo 從 BIM objects 擷取資料可能 會導致資料的存取量與交換量放大數多倍，此項研究需思考如何克服這項 問題。預計採用資料壓縮及分割方法，使需要進行資訊交換的 IfcXML 資 訊，可以在 BIM Object 以及知識本體模型間傳遞而不會造成硬體設備有 過大的承載量與減低讀取效率等問題。期望能滿足規劃設計、施工及維運 單位在建築物施工及維運階段進行應用。
第四節 重要儀器之配合使用情形
本研究將採用 Microsoft 所開發之 HoloLens 混合實境裝置，並應用 Mixed Reality Toolkit 及 Vuforia 作為系統開發工具套件。Microsoft HoloLens 為本計畫重要儀器，預計由本團隊於開發初期提供相關設備進行 實作及測試，並運用相關計畫預算租用設備，以滿足計畫成果說明會展示 需求。
第五節 研究步驟
本研究「擴增實境(AR)結合虛擬施工及設計(VDC)於營建施工應用 研究」係期望應用擴增實境(AR)、混合實境(MR) 所具備現實與虛擬結合 的特性，瞭解這些技術結合 BIM 導入於虛擬設計施工(VDC)之成效，提供 規劃設計、施工及維運單位在建築物施工及維運階段進行應用，研究流 程及步驟如圖 3-34 所示：
首先，本研究將蒐集國際間 BIM 導入擴增實境(AR)、混合實境(MR)、
虛擬設計施工(VDC) 之相關研究並進行調查與分析。並透過 IDEF0 解析施 工作業各階段的資訊需求，再透過訪談與文獻回顧瞭解特不同工項上的知 識，使後續的應用程式功能開發能夠更符合實境的施作情形所用。此外，
將整理國內現有 BIM 結合擴增實境(AR)、混合實境(MR) 於虛擬設計施工 (VDC)等相關研究與案例，建立適用於國內未來發展之策略。
接著發展 BIM_based 擴增實境(AR)、混合實境(MR)應用於營建施工 之資訊傳遞架構，在開發應用程式之前，先進行功能及需求的解析，包含 BIM 建築資訊模型的資訊需求、施工及維運作業的功能需求，以及整體系 統資訊傳遞模式的資訊需求等，定義出符合施工查核需求之功能架構。接 續依據功能架構所訂定之建築資訊模型資訊需求，建立符合營建施工應用 所需之模型，透過元件的定義後，建構出整體空間模型，再由模型中提取
查核所需之資訊。最後，搭配建築資訊模型開發擴增實境(AR)、混合實境 (MR)功能模組以及整體施工應用操作介面，並將相關功能整合到實境裝置 中。最終則示範結合 BIM、擴增實境(AR)及混合實境(MR)於工程施工及維 運應用之雛型系統，藉由相關單位之參與及交流，收集回饋意見，期能提 升推廣價值及應用成效。
圖 3-34 研究流程圖
第四章 國外 VDC 發展策略及應用
第一節 美國 VDC 發展策略及應用
1. 美國 VDC 發展策略美國史丹佛大學(Stanford University\)於 1988 年 1 月 1 日成立 的 CIFE (Center for Integrated Facility Engineering)已經成為世界 上建築行業的首要學術中心，利用數據與數位整合來改善建築行業上的 結構問題，提出 MacLeamy 曲線來證明設計階段若能結合 VDC 概念來做資 訊的整合及應用可以大幅降低竣工之錯誤及成本。
並為世界上第一個機構提出 BIM (Building information model 建 築資訊模型)的原型及資訊模型，以及使用 4D BIM 將時間做為設計上參 考資訊來模擬複雜項目之先驅。
在 2001 年 CIFE 主任提出 VDC 之概念且有系統地推廣以及研究 VDC 相關技術，並提出使用 AI 優化施工進度來解決建築工地上空間規畫的不 足以及工程工作進度緩慢或是誤工的情況，並開發基於 BIM 的強大 AI 系 統，藉由管理整合 BIM 之資訊達成資訊管理的能力，為 VDC 的核心概 念。
圖 4-1 CIFE 為分析風險及規劃資源而發展之結合 BIM 資訊的強大 AI 引擎
未來將著重發展利用激光掃描與攝影等非侵入技術以及機器學習來 發展建築領域的數據模型來達到將模型點雲資訊自動匯入語義 BIM 資 產。
為了減少工程上所花費之時間以及人為因素即使建築產業能夠使資 訊更有效的利用，未來美國 VDC 產業將著重發展 AR(增強現實)、3D 列印 工程元件、工程預鑄化以及機器人自動化於工程上的技術實現。
圖 4-2 A:AR; B:3D 列印工程元件;C:工程預鑄化;D:機器人自動化
2. 美國 VDC 應用
➢ Mortenson 銀十字醫院
承包商整合會議使用電子觸控屏幕連結 BIM 模型資訊建立數位 POD(每日計畫)來降低參與工程人員的資訊傳遞時發生錯誤的機會，
並利用 BIM 模型來分析建築項目的成本及時間資訊，來減少完成項目 的構建時的成本，並將 VDC 知識結合可再生能源的概念為專案帶來更 高的價值。
圖 4-3 Mortenson 銀十字醫院
➢ 美國 Trimble 公司
美國 Trimble 公司原為一從事測繪技術開發和應用的高科技公司，
主要生產 GPS 相關產品定位系統，但自 2011 收購 Tekla，2012 收購 Sketchup 後便積極進入 XR 領域，深知虛擬模型需與實境結合方能達真正 工程施作之目的及效益，因此與微軟公司合作推出以 Hololens 2 為基礎 之營建工程專用 MR 設備 XR-10，並結合雲端協同工作平台 Trimble Connect，此平台支援包括等多種虛擬實境軟體格式，並可以在 Trimble Connect 應用程式中於實境進行各項作業，例如：標記、留言、量測、3D 預覽，並即時的 BIM 模型進行互動，例如：在設計階段，可以直觀的進行 團隊協作、修改與 3D 量測，使用剖面框功能查看以往 2D 圖紙無法察覺的 細節；在施工階段，現場人員可以比較設計成果在實際施工的情況，控制 和優化施工進度，或者直接進行項目查核，省去過往要攜帶並統整許多文 件的時間；在維運階段，可以賦予 BIM 模型相關竣工資訊，以利後續的設 施維護，即使管線被天花板遮蔽，工作人員也可以透過 XR 技術來直接查 看管線位置以利維修。
圖 4-4 Trimble connect 及距離量測功能 (美國 Trimble 公司)
圖 4-5 新建階段展示 3D 模型確認管線位置及資訊 (美國 Trimble 公司)
第二節 新加坡 VDC 發展策略及應用
1. 新加坡 BIM 策略新加坡政府中負責土地使用、規劃與基礎建設發展政策研擬與執行 的國家發展部(Ministry of National Development，以下簡稱 MND)，
在 1995 年即興起了透過資訊科技(Information Technology, IT)技術 來進行新加坡營建業改革的念頭，此一改革動機為新加坡政府後續推動 BIM 的開端。
⚫ 政策:
新加坡政府對 BIM 的推廣、發展與應用主要政策有二：執行營建 與不動產網路計畫(Construction and Real Estate Network Program，
以下簡稱 CORENET)與提出 BIM 發展路徑圖(BIM Roadmap)。
(1) 營建與不動產網路計畫(CORENET)
在 2000 年時，MND 提出了 CORENET，此一策略性倡議(strategic initiative)旨在透過政府業務流程的重新設計與資訊科技技術的使用來 驅動營建產業的變革，並提供必要的基礎設施以促進建築專案中各參與 成員之間無縫且高效率的資訊交換。CORENET 主要由三大模組組成：
(a) e-Submission(電子送審平台)：
此平台係用來供 AEC 產業之專業從業人員繳交與專案相關之計畫 與文件，及供主管機關審核之用。e-Submission 於 2001 年 11 月首次 發布；第一版的 BIM e-Submission 使用者手冊在 2008 制訂；在 2010 年初，BCA 正式發表建築領域 e-Submission 指引。
(b) e-Plan Check(建照電子審查系統)：
此系統主要目的則在於鼓勵新加坡營建業從傳統的 2D 設計進入到 使用 BIM 技術，使資訊能在建築的全生命週期都得以被利用。註冊建築 師與專業技師可以利用此系統檢核他們 BIM 的設計成果是否符合法令規 定之要求，政府主管機關人員也可使用此系統對繳交的文件進行稽核；
該系統會產生一檢查報告明確列出不合規定之處。此系統於 2008 年開 始進行測試，2012 年開始推廣與鼓勵使用 BIM 送審，並於 2015 年 7 月 1 日起要求 5 千平方公尺以上工程案需繳交 BIM 圖檔。
(c) e-Infomation(建築和房地產資訊整合平台)：
此系統則做為所有新加坡建築法令規定、及不同建築與工程主管機 關公告與通知存放的主要平台，並可定期性地將公告與事件推播給系統 訂閱者。
(2) BIM 發展路徑圖(BIM Roadmap)
BCA 負責建立 BIM 的發展路徑圖，該路徑圖可被視為新加坡政府 BIM 推廣與應用的重要發展藍圖，且透過該路徑圖可以使業界對採用
BIM 有更進一步的瞭解，進而提升 BIM 的應用。自新加坡政府推動 BIM
BIM 有更進一步的瞭解，進而提升 BIM 的應用。自新加坡政府推動 BIM