第二章、 文獻回顧
本研究文獻回顧內容包含蒐集各國之共同管道與資訊應用之發展，透過 國內外文獻瞭解目前國際上 BIM 與 GIS 間的整合程度為何，並借鏡國外經驗 針對建構城市共同管道 BIM 模型作為現行 GIS 維護管理平台的基礎資料，探 討 BIM-IFC 與 GIS-CityGML 交互性與操作技術架構。再透過文獻回顧 IFC 與 CityGML 之發展，將 BIM 模型之 IFC 格式與 GIS 之 CityGML 格式建立關連。以 期後續研究能提供官方作為訂定 BIM、GIS、兩者套疊之交換格式標準的參考，
供後續 GIS 領域管理及應用，研擬拓展審查適用範圍可行性。
第 一 節 城 市 共 同 管 道 之 發 展 與 資 訊 應 用
城市共同管道的規劃建設象徵著城市整體進步與現代化的重要指標，透 過妥善利用城市地下空間，提升城市之生活品質；而在城市不斷的開發下，
各種管線盤根錯節的蔓延於城市地下空間，2D 圖資以無法滿足使用需求進而 導入 3D-BIM，透過 BIM 技術將連續線性地下管線之資訊進行整合，並結合 GIS 在圖層上的呈現。
一、 城市共同管道之發展
共同管道起源於 19 世紀的歐洲，當時的共同管道是在圓形下水道裝設自 來水、電信等管線。
日本則是在 1923 年在東京開始建設共同管道，並於 1926 年開始接管使 用，為亞洲最早。在日本因經歷幾次燃氣管線爆炸後，開始積極規劃都市地 下管線，包括共同管道法、地下管線的防災系統以及管線圖資系統的建立。
其中共同管道法內容在將分散在地下的各種管線，共同集合安置於地下共同 管道，並安置維修預留道，以便日後維修。
在臺灣則是因鐵路地下化時挖斷多種民生管線、影響市民生活，而將日 本共同管道的概念引進臺灣開始嘗試收合各種管線。但臺灣的地下管線長久 以來的弊病即管路施工的頻繁、地下空間無完整規劃、無管路圖資的整合、
無災害預防系統。共同管線的規劃不足，以及管理上的缺陷，在 2014 年高雄 氣爆後更凸顯了。
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美國為工業大國，其地下管線數量繁多，約有 18 萬英里的危險物質管線 在運輸美國 75%的石油，30 萬英里的天然氣管線負責隨時輸送州際和州內各 地的天然氣。在「管道安全改進法」的規定下，建立統一電話通報系統以及 地下管線圖資整合，並開放民眾使用管線地理資訊系統，便於管線施工及其 他決策規劃等。
二、 台灣目前共同管道現況
共同管道是城市發展與進步的指標，是城市管道系統中的主幹。因共同 管道的設置需要較大規模的開發與計畫，為避免對於市民生活的干擾，全國 各地之共同管道的佈設幾乎都是配合都市更新、開發計劃或捷運系統興建等 大型都市建設，同時進行設計、施工佈設。
台灣的共同管道型態大致可分為兩種：一為箱涵式共同管道(如圖 2- 2)，
應用於深度較淺，且線路干擾性(如電磁感應)較小的區域。潛盾式共同管道(如 圖 2- 2)，則應用於深度較深，或可能具有電磁干擾的線路(如高壓電)，配合地 下捷運系統施工同時施作(如信義線共同管道)。
圖 2- 2 箱涵式共同管道 圖 2- 2 潛盾式共同管道
資料來源：本研究整理
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三、 共同管道的資訊建置
內政部營建署於 2010 年 10 月頒訂《公共設施管線資料庫系統建置案共 通規格》，為增進系統管理效率與資料交換與串連的方便性，推動國內各式 管線(包含電信、電力、自來水、瓦斯等八大管線)的資訊化與應用。並於規定 中規定 2D-GIS 資料使用 GML 格式，及規定應具有欄位(如表 2- 13 所示)，並 給定各類管線的識別編號(如表 2- 14 所示)。
表 2- 13 管線(道)屬性項目表
資料來源：公共設施管線資料庫系統建置案共通規格
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各地方政府已將以上管線資訊建置成 GIS 網站系統對民眾公開，方便各 界利用與查詢。如台北市有製作共同管道的 2D 圖台查詢系統，如圖 2- 3；桃 園市也已提供輸油、瓦斯、自來水、電信等管線等資料開放查詢與使用，如 圖 2- 4。
該檔案資料格式與內容規定中，基本上為二維空間資訊，在實務上可以 對該 GML 的屬性資料中加入高程欄位，搭配管徑資訊可以進行空間中的衝突 檢核，成為以二維空間呈現三維資訊的 2.5D-GIS。對一般單純管線而言，此種
圖 2- 4 桃園市管線查詢系統(http://epark1.tycg.gov.tw/rgis/DigPipe.aspx) 資料來源：桃園市管線查詢系統 圖 2- 3 台北市共同管道設施查詢系統(http://tpecommonduct.taipei/bimmap/)
資料來源：台北市共同管道設施查詢系統
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運作方式已足夠，但對於共同管道這般包含隔間與複合系統使用的管線卻略 顯不足。由於共同管道相較於一般管線，幾何上的形狀較複雜，可能分為多 個隔間，提供給數個管線單位使用；且共同管道具有管理上所需的緊急設備，
如通風設施、抽水設備、消防等。在共同管道設施上，同時具有範圍大、管 線較複雜、具有管理設備需求等特性，故在於 BIM 建置及 3D-GIS 發展上有較 高的需求。
第 二 節 建 築 資 訊 模 型 （ BIM）
建築資訊模型（Building Information Modeling，BIM）指的是在營建設施
（包括如建築物、橋梁、道路、隧道等）的過程中，透過電腦虛擬空間中模 擬真實工程的作為，以協助營建流程規劃、設計、施工、營運、維護工作中 之各項管理與工程作業之新技術、新方法與新概念。BIM 的技術特質對於公 共工程品質的提昇、減少錯誤變更的成本浪費、有效縮短工期、跨專業整合 與溝通介面管理等成效，國內外均已經有許多成功案例。BIM 術語，因不同 使用時機與目的，通常包含三種定義 (郭榮欽 & 謝尚賢, 2011)：
1. 指一個「產品」也就是描述一個建築物的數位化 3D 模型，亦是涵蓋其
「形」與「意」之結構化的資料集，故可稱：建築資訊模型。
2. 指一項「活動」也就是建置與管理一個建築資訊模型的行為，可稱為「建 築資訊建模」。
3. 指一套「系統」BIM 本身具有系統化集體運作過程的內涵，營建業若導 入 BIM，就彷彿自然地在執行一套新的商務系統模式，所以，可用「建 築資訊管理」稱呼它。
建築資訊模型（Building Information Modeling, BIM）細節之決定，主要取 決於工程生命週期各階段中，各專業分工在工程應用上對 BIM 模型之資訊需 求，而 BIM 模型在實務上不會（也不需要）是整合所有資訊需求之單一模型。
而美國建築師協會（American Institute of Architects, AIA）的 E202 號文件中，
以 LOD（Level of Development，在此譯為「發展程度」）來指稱 BIM 模型中
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Element Table）來針對美國營建規範協會（Construction Specifications Institute, CSI）的 UniFormat 中所定義的建築元件，定義相對應模型元件在工程生命週 期不同階段的 LOD 與負責作者（Model Element Author），但卻並未提出更明 確且實質的模型元件 LOD 定義。20
第 三 節 工 業 基 礎 類 別 （ IFC）
IFC 標準由國際協作聯盟(international alliance for interoperability, IAI)於 1997 年發佈，為針對建築工程領域的產品資訊模型標準，用來實現系統整合、
資料交換而定義的公共語言。目前在國際間各工程專業領域的設計知識亦多 以 IFC 的格式儲存，故 IFC 已廣泛成為 BIM 的資料交換格式及建構 BIM 的基礎。
IFC 為解決軟體之間資料交換問題，需有個所有軟體都可支援的資料標準 格式，而使資料在軟體之間做交換與整合，因此 IFC 為 BIM 資訊交換的標準，
IFC 為一種開放性資料格式，目的在使整個建築物所有資訊能夠整合在一個 BIM 之中，讓所有軟體能夠共享及資訊交換。目前能支援 IFC 格式的軟體如下 圖 2- 5 所列。
作為資訊的交換以及分享，在使用於營建管理上，該標準定義門、窗、
牆等實質物件，以物件資料庫的方式來處理資料內容，讓所有參與各界使用 不同軟體產生的資料，能夠相互流通、應用及整合。
圖 2- 5 支援 IFC 之商業軟體
資料來源：節錄自buildingSMART網站
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IFC 在資料描述方面，採用 ISO 10303 Part11 所定義之描述語言，即 Express 語言。目前 IFC 標準的最新版本為 IFC2x4 版，並持續修改中，其標準是由不 同的 Schema 所組成。Schema 可按照物件導向的觀念和原則，分為 Select、
Class、Type 以及 Property Set 等四類；並且透過物件的參照與繼承，組成一 個包含 4 個概念層級（Conceptual Layers）的架構包括：資源層（Resource Layer）、
核心層（Core Layer）、介面層（Interoperability Layer）以及領域/應用層
（Domain/Application Layer）。各層級相關說明如下：
資源層：資源層為 IFC 整理架構之最低層級，在 IFC Release 2.0 中所制 定的資源層，包含測量資料(measure)、輔助資料(utility)、幾何資料(geometry)、
物件性質(property)、以及物件性質類別(property type)。
核心層：核心層為 IFC 架構之第二層級，此層的實體定義許多共同的介 面，可透過資訊交換層或專業領域層的實體參照，提供了 IFC 物件模型的基本 結構並定義了大部分的抽象觀念。
核心層又可細分為內核層級產品延伸層，內核層定義在最基礎的實體，
並只能參考資源層的實體，而產品延伸層定義較高階的實體，並且繼承內核 層的實體，且提供營建/設施管理相關領域之使用所需。
共享交互層：定義了不同領域/應用層模型之間所共用的觀念或物件模組，
目 前 包 含 了 共 享 建 築 元 件 (IfcSharedBldgElements) 及 共 享 建 築 服 務 元 件 (IfcSharedBldgServiceElements)等類別，此層能夠在營建/設施管理領域內做資 訊交換的共同實體，如：柱、樑、板、牆、門、窗等資訊，並且由各個專業 領域將其資訊附加於此層的實體上。
領域層：為 IFC 架構最高層級，提供營建和設施管理領域所需的模型，
最新的 IFC 標準包含 9 項建築領域，分別為：建築領域、結構分析領域、結構 構件領域、電器領域、施工管理領域、物業管理領域、暖通空調系統領域、
建築控制領域、管道及消防領域。
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圖 2- 6 IFC 資訊交換架構
資料來源：節錄自buildingSMART網站
在一個 IFC 模型中，也可以從模型的資料樹狀架構中，了解各部件的階 層關係。如下圖 2- 7 所示，在一建築物模型中，最上階層為 Project，以下分 別為 Site(基地)、Building(建築)、BuildingStorey(樓層)、元件(包含柱、梁、牆、
版、門窗等等)、描述元件(材質、尺寸等)。
IFC 之資料模型在描述物件為實體參照，當屬性內容須參照下一實體時就 必須一直參照下去，直到最後有實質部分，如坐標、字串為止，如圖 2- 8 所
IFC 之資料模型在描述物件為實體參照，當屬性內容須參照下一實體時就 必須一直參照下去，直到最後有實質部分，如坐標、字串為止，如圖 2- 8 所