BIM 相關技術與應用

壹、建築資訊模型(BIM)

營建工程產業發展迄今，均持續涵蓋繁複及大量的工程項目、人員組織、機具材 料及財務資金等資訊，其中亦包含了綿密的工程技術及施工介面之整合。隨著資訊科 技之突飛猛進，建營工程產業亦在上述的執行作業中，持續進行跨領域之資訊應用，

進而改善提昇營建產能及管理之效益。更亦從實務的執行及管理經驗中，集結各式的 研究及想法，於營建產業衍生了建築資訊模型（Building Information Modeling，以下 簡稱 BIM）的概念及技術，BIM 即涵蓋了整個營建生命週期從規劃、設計、施工及營 運等資訊。

建築資訊模型除具備數位化建築 3D 幾何模型的架構外，實已整合電腦資訊架構 的標準，透過標準化的資訊架構進行『虛擬建築』的構建，展現其強大的模擬與資訊 應用能力。利用參數化的建築構造資訊，提供快速且高品質的設計方案，可完整紀錄 設計歷程，專業設計者可運用於類似設計方案之參考。BIM 所能提供的各類資訊，足 以協助決策者做出準確判斷。相較於傳統 2D 繪圖方式，BIM 能大幅減少設計初期因 資訊不足或其他因素所造成的各類設計錯誤與衝突，減低後續因設計問題造成施工錯 誤的風險，進而更有效率的控管設計品質，設計與施工間的溝通也更加清晰 [4]。

貳、BIM 緣起

BIM 一詞，緣起於美國喬治亞理工學院之 Charles M. Eastman(1999)所出版之

“Building Product Models”一書，書中即說明提出建築物之元件化資訊模型組構原理，

從建築物語彙設計、電腦建模演化及資訊交換標準等，亦於中談到資訊建築的概念、

ISO-STEP 與 IFC 等標準格式之定義，完全以建築物為中心導向，敘述建物組構元件之 資料塑模理論，BIM 的概念及技術亦有雛形。而後，部分的建築師及 Autodesk 公司的 副總裁 Phil Bernstein(其本身具建築師背景及美國建築師協會 FAIA 會員)，開始使用 BIM 一詞來說明其公司相關 AEC 產品的理念及解決方案，營建產業分析師 Jerry Laiserin 故藉此展開行銷，提出標準化的資訊交換格式，促使現行主流三大繪圖相關設 計軟體大廠 Autodesk、Bentley 及 Graphisoft 加入，導入 BIM 的概念及技術於產品中，

改善營建產業數位展現之方式，以協助數位資訊交流及協同合作 [5]。

參、BIM 定義

早期建築師運用紙筆繪製 2D 設計圖，透過平面、立面、剖面及透視圖來呈現各 項設計施工圖，但此方法容易造成工程人員對設計與工程資訊理解產生錯誤及衝突，

隨著電腦資訊技術進步，電腦輔助繪圖更為普遍，從 2D 演變至 3D 到近年來建築資訊 模型概念的成熟。2005 年 Howell 和 Batcheler 在 LaiserinLetter 中所提出之建築資訊模 型（Building Information Modeling, BIM）概念[6]就是期望將建築工程中圖形與非圖形 資訊整合於資料模型中，而這些資訊不只是可以應用於設計施工階段，亦可以應用於 建築物的整個生命週期(Building Life Cycle)。BIM 展示的方式是以 3D 模型為基礎，結 合建築工程專案等各種相關資訊的工程資料模型，用以支援建築工程的整合管理，可 以顯著提高建築工程進行中的效率並大量降低風險。

BIM 之應用主要是透過 3D 視覺化方式，提前呈現設計方案的擬真模擬建築外形 與空間情境。施工之前即能多方審視並確認需求，減少設計單位、業主及相關工程施 作單位間在設計文件判讀與情境認知上的落差。同時 BIM 模型的內部參數資訊，能精 確傳達設計要求，如此就能大幅提升不同專業類別間有效溝通及介面整合管理的便利 性，同時也是不同專業類別模型達成實體整合的媒介，減少因專業用語不同所造成溝

通不良及圖面不同步的問題發生。BIM 在設計階段前期即能檢核出大部分施工可能發 生的介面衝突，建造品質因而獲得提升，亦能精確的計算施工材料所需數量，確保業 主的成本得以控制。BIM 作業利用電腦系統的強大的運算能力，不僅是模擬繪圖的一 種服務，更能進行模型構造元件定義與檢討，並呈現真實數量計算之設計模型 [4]。

設計

施工

營運

• 規劃

• 模型

• 排程

• 明細表

•設施維護

•資產管理

Building Information Modeling, BIM

圖 2建築物生命週期 (資料來源:本研究繪製)

肆、BIM 建模軟體

建築資訊模型(BIM)展現的方式是以 3D 模型為基礎，結合建築工程專案等各種相 關資訊的工程資料模型，用以支援建築工程的整合管理，如此一來，可以顯著提高建 築工程進行中的效率，並大量降低錯誤及變更的風險。本章節回顧目前已發展成商業 化的三個以建築資訊模型觀念為基礎，專門為實現 BIM 目標所設計的軟體工具，可應 用於輔助工程各環節，使用者可以考慮其適當性及工程性質，選擇最適合的工具，發 揮其最佳的效用，如以下說明：

1. Autodesk Revit Architecture：

Autodesk Revit Architecture 是專門為「建築資訊模型 (BIM)」建立的，能讓您研 究初期的設計概念與型式，進而透過設計、文件彙編與建構，更精確地維護您的設計

概念。使用此軟體所提供的重要 BIM 資料，支援永續設計、干涉檢查與施工計劃與 建造。進而與工程師、承包商以及業主單位共享模型，整合工作程序。藉由參數設變 技術的協助，專案過程中若有變更，便會自動更新資料，保持設計與文件間的一致性，

讓資料更可靠。

2. TEKLA Structures：

TEKLA Structures 是由 TEKLA 公司開發之 3D 模型專業軟體，其功能包含 3D 實 體結構模型與結構分析完全整合、3D 鋼結構細部設計、3D 鋼筋混凝土設計、專案管 理及自動 Shop Drawing、BOM 表自動產生等，主要用於建築結構設計分析，整合從概 念設計到製造及吊裝的結構建築資訊模型流程，成功的結合結構分析、鋼筋混凝土設 計繪圖與工程管理，允許使用者跨越企業和工程階段進行即時的協同設計作業，建立 流暢的設計資訊交流平台，有效控制建築結構設計流程。

3. Bentley AECOsim Building Designer：

Bentley AECOsim Building Designer 是 Bentley 公司針對建築及整廠設計需求所提 供的工程模組，其提供完整、穩定的 BIM 解決方案，融合了高效率的模型建構工具，

資料文件自動建立，以及無遠弗屆的網際網路之能力，並提供可靠的工具與介面， 建 立 2D 平、立、剖面圖及 3D 模型，進行視覺模擬、管理物件、產生預算報表、瀏覽 干涉檢查報告。

圖 3 Autodesk Revit Architecture 使用者介面(資料來源: Autodesk Revit 使用介面)

圖 4 TEKLA Structures 使用者介面(資料來源: TEKLA Structures 使用介面)

圖 5 Bentley AECOsim Building Designer 使用者介面(資料來源: Bentley AECOsim 使用介面) 上述 3 種以建築資訊模型為開發概念的軟體工具，各有不同的特色及功能。以功 能性來說，Autodesk Revit 主要用於建築外觀及裝潢，對於外觀呈現及彩現，具有良 好的視覺化效果；TEKLA Structures 主要用於結構細部的設計，對於結構分析及細部 設計都可以精準的計算；Bentley Architecture 主要用於建廠設計，資訊傳遞十分的快

速，對於不同平台的工作者都可達到良好的資訊傳遞功能。

伍、BIM 發展優勢

BIM 代表著新的概念和做法，它不但可大幅改變傳統工程進行模式和商務架構，

也會大大減少各種重複作業的浪費和建築行業的低效能。基於下面幾個有力的緣由，

許多工程界先進大概都會同意，BIM 技術的發展與應用，目前應是極佳的投入時機[7]：

1. 工程從業人員的資訊化作業素養提高：

八○年代個人電腦迅速普及全世界，當初新生孩童從學齡教育開始就以電腦為學習 新知的主要工具；如今，這些新一代的人已是社會的生產主力，資訊化作業素養已根 深柢固；在工程上任何階段（Phase）的從業人員，除了實體施作外，可謂完全以資訊 化作業為之。BIM 技術正好注入一套有系統的標準化資訊整合性作業，大家不但接受 度高，且凝聚共識自然容易。

2. 電腦資訊設備軟硬體演進快速：

電腦硬體一直依摩爾定律所預測（甚至可能更快）的速度在演進，軟體技術也以 物件導向理論為主軸，已能實現「物件」生命週期靜動態「形」與「意」資訊精細而 高效率的描述與掌控。更重要的是：廿世紀末的網際網路(Internet) 爆發性的流行開 來，突然使得人與人間的訊息傳輸與溝通的時空障礙大幅減小，也使得資訊管理對實 體動態擬真的同步化理想。

3. 專業軟體工具持續精進：

由於前述電腦軟硬體的快速進步，無論是系統開發環境或邏輯演繹之軟體設計理 論，都已漸趨齊備，許多國際上工程繪圖專業軟體廠商紛紛聚焦並營造出向 BIM 技 術的共同理想目標奮力邁進。

4. 建設全生命週期之永續發展：

營建產業效能不彰，舉世皆然；世界上原物料約佔有 40％都是消耗在建築工業上 [8]，在全球的經濟和政治上，建築行業一直是一個具影響力的角色。隨著建築設施造 成 40％的碳排放到大氣中，及產生 20％的廢物料堆置，這個產業在環境議題上扮演一

個關鍵的角色。要落實建築物以生命週期的規劃、興建、營運等全面性考量其永續性

NIBS(The National Institute of Building Sciences)的主席 David A. Harris 在其「美國國家 BIM 標準(NBIMS)」V1-P1 規範手冊中的序言指出：無論 BIM 是用來指一個『產品』

體之效能，解決資訊逆流之情況[15]。

李康勁透過與 MEP 業者訪談、參與協調會議、工地調查、研讀相關文獻以及規 範限制等方式，分析機電系統於生命週期各階段之資訊處理程序與需求，依此建立機 電圖形元件之標準屬性架構，並藉由 BIM 技術，於 Antodesk Revit MEP 建模平台上，

進一步延伸圖形元件之標準屬性內容，使其可充分描述機電系統之多面向屬性資料，

以滿足專案計劃與施工管控之資訊需求[16]。

張驄騰的研究提到以建築消防監控系統為消防感應器及監視器功能之整合平台並 導入建築資訊模型(BIM)，將建築中的感應器、監視器及空間相關資料，輸入建築資訊 模型(BIM)之中。當感應器觸發時管理人員透過系統判別警報之真偽，避免因為錯誤的

張驄騰的研究提到以建築消防監控系統為消防感應器及監視器功能之整合平台並 導入建築資訊模型(BIM)，將建築中的感應器、監視器及空間相關資料，輸入建築資訊 模型(BIM)之中。當感應器觸發時管理人員透過系統判別警報之真偽，避免因為錯誤的