文獻摘譯

附錄6: 文獻摘譯

應用人工智慧科技提升建築物維運管理效益之研究

「人工智慧+建築物維運管理效益」文獻：摘譯

與人工智慧(artificial intelligence, AI)應用相關的課題包括機器學習、深度學習各種演 算法的發展；建築資訊模型(Building Information Modeling, BIM) 與物聯網(Internet of Things)的整合；BIM 與雲端計算、邊緣計算的整合；建築資訊模型與設施管理

(Facility Management, FM)的整合；建築資訊模型與設施營運與維護(BIM-O&M)的整 合；機器學習、深度學習等人工智慧演算法在設施營運與維護的應用(Facility

Operation and Maintenance, Facility O&M)；以及這些相關技術在設施管理應用的成 本效益分析。

配合本研究題目，我們從Automation Construction 與 Advanced Engineering Informatics 二本 期刊，各挑選一篇「建築物維運管理效益與人工智慧應用」相關的文章，摘譯其文獻 回顧段落。

文獻來源：

1. Xinghua Gao and Pardis Pishdad-Bozorgi, BIM-enabled facilities operation and maintenance: A review. Advanced Engineering Informatics 39 (2019) 227–247.

Xinghua Gao and Pardis Pishdad-Bozorgi, 以建築資訊模型為基礎的設施運營和維護：一 個回顧。Advanced Engineering Informatics 39 (2019) 227–247。

2. Jack C.P. Cheng , Weiwei Chen , Keyu Chen , Qian Wang, Data-driven predictive maintenance planning framework for MEP components based on BIM and IoT using machine learning algorithms, Autom. Constr. 112 (2020) 1–21.

Jack C.P. Cheng , Weiwei Chen , Keyu Chen , Qian Wang，以建築資訊模型和物聯網為基 礎、用機器學習演算法做為數據驅動的MEP 構件預測性維護計劃架構，Autom.

Constr. 112 (2020) 1–21.

文獻1：

Xinghua Gao and Pardis Pishdad-Bozorgi, BIM-enabled facilities operation and maintenance: A review. Advanced Engineering Informatics 39 (2019) 227–247.

Xinghua Gao and Pardis Pishdad-Bozorgi, 以建築資訊模型為基礎的設施運營和維護：一個 回顧。Advanced Engineering Informatics 39 (2019) 227–247。

摘要

建築資訊模型（Building Information Modeling, BIM）為設施管理者提供一個數值化的 3D 環境中來存取、分析和處理建築的資訊平台，來推進和改造設施營運與維護

（Operation & Maintenance, O&M）。當前，由於建築資訊模型的快速發展，研究人員 和產業業的專家需要設施營運與維護中有關建築資訊模型實施和研究最新發展的回 顧。本文呈現這主題相關的最新文獻整理。本文從設施管理者的角度來評估和總結當 前的BIM-O&M 研究和應用開發、分析研究趨勢、確定研究差距和可期望的未來研究 方向。本研究的範圍包括「使用建築資訊模型來改善設施營運和維護活動」有關的學 術文章、行業報告、和指南，包括維護和維修（maintenance and repair）、應急管理

（emergency management）、能源管理（energy management）、變更/搬遷管理

（change/relocation management），和安全管理（security）。內容分析結果表明，用 於營運與維護的建築資訊模型（BIM for O&M, BIM-O&M）的研究仍處於初期階段，目 前的研究大多集中在能源管理上。我們發現， BIM-O&M 有關課題的脈絡中，可互操 作性（the interoperability in the BIM-O&M context）仍然是一個挑戰，採用美國國家 標準技術研究院（the National Institute of Standards and Technology, NIST）的 Cyber-Physical Systems（CPS）系統框架是解決此問題一個具有潛起點。但仍需要 進行更多的調查研究，以了解建築資訊模型實施的基本運維原則-數據要求，會產生效 率低下的領域範用，及所須程序改變（the process changes）。此外，還需要對其相關 新創系統的投資回報率進行更多研究，以判斷BIM-O&M 應用的改進價值，而一個

「生命週期成本分析方法（Life Cycle Cost Analysis method）的改進」對於此類判斷 至關重要。

關鍵字(Keywords)：

建築資訊模型(Building Information Modeling, BIM)、設施管理(Facilities Management, FM)、營運與維護(Operation & Maintenance, O&M)、應急管理 (Emergency management)、能源管理(Energy management)

附錄6: 文獻摘譯

1. 導論

建築資訊模型（Building Information Modeling, BIM）是「一種經改善後、用標準化機 器可讀的資訊模型，以應用於規劃設計、施工、營運、和維護的程序；包括新、舊的 設施，並含括為該建築物所創建或收集的、可提供給全生命週期使用的適切資訊格 式」 [1,2]。這裡所指涉的建築資訊模型，是指“任何被建造物件（built object）的、物 理和功能特徵的數位表達（The shared digital representation of physical and

functional characteristics of any built object）” [ 1, 3, 4 ]。近年來，建築資訊模型的推 展為設計端和施工端提供了實現以較低成本、更短專案工期、更高品質建築的新機會 [ 1，5 –7]。建築資訊模型具有從虛擬的數位模型中，提取資訊的強大功能的潛力，來 為業主和營運者提供價值[8]。然而，即使 2010 起，設施營運與維護在建築資訊模型 的需要已被確認[4, 9-12]，但設施營運者卻仍未能擁抱建築資訊模型的效益。2015 年，在荷蘭所進行的一項調查表明，即使已在設計和施工階段實施建築訊模型的公 上可以提高其效率和效果（efficiency and effectiveness）」，進而洞察「當前建築資訊 模型對設施營運與維護的支持」。其目標在評估和總結BIM-O&M 當前的發展、分析性 的研究和應用的趨勢，以確定當前研究上尚存在的缺漏及未來應有的研究方向。

本研究的範圍包括用建築資訊模型來改善設施營運與維護活動的有關學術文章、行業 報告和指南，包括維護和維修（Including maintenance and repair）、能源管理

（Energy management）、應急管理（Emergency management）、變更/搬遷管理

（Change/relocation management）、和安全性（Security）。本研究不包括與基礎設 施、既有老舊建築物的調查（existing buildings）、建築資訊模型的創建和評估、建築 更新、建築翻新、和建築拆除有關的文獻。並從設施經理的角度詳細討論和分析有關 技術上的成果、創新流程和研究上尚存在的缺漏，並為研究者和從業人員關於建築資 訊模型-設施管理（BIM-FM）感興趣的領域提供有關建築資訊模型的工具集和實務的 一個總回顧。

3. 設施營運與維護中有關建築資訊模型的現有文獻回顧

在過去十年中， BIM-O&M 的文獻呈增長趨勢。在本研究所識別的 177 篇期刊論文 中，除了27 篇建築資訊模型文獻綜述和 55 篇一般討論設施營運與維護的建築資訊模 型論文外，有95 篇論文具有明確的研究目標，並涉及利用建築資訊模型來提高一項或 多項營運與維護活動的效率和有效性。

根據所回顧的文獻內容分析，依營運與維護的活動類別可將這些文章分為六類，人們 可通過文章中討論的研究發展，來對未來進一步加以改進：（1）維護和維修，（2）能 源管理，（3）應急管理， （4）變更/搬遷管理，（5）安全性和（6）一般情況下的設 施運維。在本節中，本文將對這些文章進行比較分析。

圖4. 經審查期刊中，「使用建築資訊模型於設施營運與維護」的論文累積數量。

圖4 顯示了每種營運與維護活動類型中與建築資訊模型應用有關的期刊出版物的數 量。這表明了研究者對營運與維護活動（例如能源管理，應急管理和維護與維修）進 行了相對多的研究，因為他們發現這些活動將從建築資訊模型中受益更多。有關安全 性和變更/搬遷管理的建築資訊模型的學術出版物相對較少。本節將討論與這些營運與 維護活動中有關建築資訊模型應用的研究結果。

3.1 維護和修理

設施維護是指“維持某固定資產原初預期使用壽命所需的工作”，包括預防性的

（Preventive）和主動性的（Proactive），而設施維修（Repair）則是指“將損壞或磨損 的資產恢復到正常運行狀態所需的工作” ，這是治愈性（Curative）和被動性的

（Reactive）[18]。通過以三維（3D）可視化為基礎的資訊整合，建築資訊模型使設 施管理人員和技術人員能夠更有效地定位建築構件，並減少了資訊與理解所須的工作 量[53]。建築資訊模型在設施維護和維修中的主要研究發展的四個關鍵研究重點：當前

附錄6: 文獻摘譯

設施管理者最常見的問題是資訊的可訪問性問題[67]。在設施營運階段，他們通常無法 輕鬆快捷地訪問所需資訊以處理所需的日常工作清單。為了解決此問題，建築資訊模 型用於整合存放在不同建築管理系統中的零散設施管理資訊，並提供較為直觀的資訊 訪問界面（information access interface）。

以下詳細討論這領域的四個關鍵研究重點，包括：了解當前實務的作法和資訊來源、

數據交換和系統整合，數據可訪問性、以及故障檢測和診斷。

3.1.1 了解當前的實務作法和資訊來源

設施維護和修理所須要的資訊來源涉及檔案室中現有的設施管理檔案、設施管理人員 的經驗，和建築管理系統[55，65，68-70]。這些系統包括建築自動化系統（Building Automation System，BAS）[65,70,71]，計算機維護管理信息系統（Computerized Maintenance Management Information System，CMMS）[62, 65, 72, 73]，建築能源 管理系統（Building Energy Management Systems，BEMS）[65]，電氣儀表和控制

（Electrical Instrumentation and Control，EIC） 系統[68]和地理信息系統

（Geographic Information system，GIS）[56, 69, 74, 75]。在大多數審閱文獻中，都 討論了如何從建築建築能源管理系統中提取和營運與維護相關的資訊。但是，很少有 研究者在提出他們的營運與維護系統之前，對設施人員的現場活動進行觀察，以獲取 營運與維護相關數據和知識。作為少數幾個例子之一，Lee & Akin [55] 通過觀察營運 與維護現場工作人員的維護活動收集了618 個資訊例證，將它們分為 20 種資訊類型 以建立營運與維護的資訊模型。此模型用於以增強現實為基礎（Augmented Reality-based）的營運與維護來開發出支持所須的現場工作應用程序。儘管這些研究為運維人

（interoperability）問題，一些研究採用的行業基礎類（Industry foundation classes, IFC）作為建築資訊模型和計算機維護管理信息系統（CMMS） [62, 65 ]、電氣儀表 和控制（EIC）[68]、地理資訊系統（GIS）[69]、以及建築自動化系統（BAS）[71]

之間的資料交換模式。有些人則使用商業軟件應用程序來執行資料交換，例如 AutoCAD Civil 3D 作為建築資訊模型和地理資訊系統之間的數據交換 [56]；和用 Revit DB Link 來實現建築資訊模型和計算機維護管理信息系統（CMMS）之間的數據

交換 [72]。美國總務署（General Services Administration, GSA）提出的中央設施存 儲庫（Central Facility Repository, CFR）的概念描述了圍繞中央設施存儲庫（CFR）

構建的綜合信息系統，該數據庫用作設施管理相關軟件應用程序的數據基礎[76]。儘管 中央設施存儲庫（CFR）是一個有前途的發展方向，但是當前的 BIM-O&M 研究很少 顯示建立中央設施存儲庫（CFR）的努力。不去建立一個全面的中央設施存儲庫

（CFR），而採用鬆散耦合系統整合的解決方案（Integration solutions）是更常用的方

（CFR），而採用鬆散耦合系統整合的解決方案（Integration solutions）是更常用的方