國立高雄大學創意設計與建築學系
碩士論文
結合 BIM 與擴增實境技術於消防安全設備檢測之應用
Combining BIM and Augmented Reality Technologies for
Inspection of Fire Safety Equipment
研究生：賴永山撰
指導教授：陳怡兆
I
結合 BIM 與擴增實境技術於消防安全設備檢測之應用
指導教授：陳怡兆 博士 國立高雄大學創意設計與建築學系 學生：賴永山 國立高雄大學創意設計與建築學系 碩士班 摘要 消防安全設備檢測維護之目的在於使火警發生時，設備能正常啟動並發揮應有之功 能，達到減災之能力。現今消防維護檢測作業階段，須遵循法規所規範之檢測內容與方 式，因此在進行檢測維護作業前，須調閱相關文件圖檔，然而由於文件檔但仍多以紙本 形式，往往造成檢測維護作業資訊判讀不便，以及耗時費力的情形。 為改善上述問題，使檢測人員快速取得設施資訊，本研究試圖透過建築資訊模型 （Building information model, BIM）建置相關消防安全設備元件，並將元件生命週期所 需之檢測維護資訊，透過 COBie Toolkit 編撰於 Revit 3D 參數化模型中，進一步則將編 撰之資訊，透過歸納整理建立成設備檢測維護雲端資料庫，以便後續在檢測維護作業 時，能結合擴增實境技術的視覺模擬方式，於行動裝置上進行設備元件之檢修維護作 業，改善以往以圖紙文件為主之缺失與限制。為有效釐清設備檢測維護作業之資訊交付關係與責任歸屬，本研究在初期階段運用 美國工兵團所發展之 Constructin-Operations Building Information Exchange（COBie）形 成資訊交付規範，並透過 IDEF0 分析資訊關係與責任歸屬，接著經由專家訪談與文獻 回顧，實際了解目前消防設備檢測維護之實務需求，以建立檢測維護之資訊交付架構。 在系統發展與案例驗證上，本研究應用擴增實境技術呈現設備資訊之視覺模擬，經 由擴增實境應用工具 AURASMA(呈現檢測元件之基本資訊)與 AUGMENT(呈現檢測系 統管線 3D 模型)，協助檢測人員於作業時，能即時透過雲端資料庫獲取設備之型式、空 間位置、檢修記錄…等資訊，此外，應用行動裝置作為檢測記錄工具，即時將檢測內容 整理於雲端資料庫。經案例驗證顯示，BIM 模型提供消防設備資訊取用的完整性、行 動性與有效性，而擴增實境技術將資訊與現場實物結合，達到資訊呈現的立即性、可見 性與便利性，所建立系統模式將能符合消防設備檢測維修作業之需求。 關鍵字：BIM、擴增實境、消防安全設備檢測、COBie、資訊交付
II
Combining BIM and Augmented Reality Technologies for
Inspection of Fire Safety Equipment
Advisor: Dr. Yi-Jao Chen
Department of Creative Design and Architecture National University of Kaohsiung
Student: Yong-Shan Lai
Department of Creative Design and Architecture National University of Kaohsiung
ABSTRACT
The purpose of fire safety equipment maintenance is to ensure that in emergencies all the necessary equipment is in good working order so that damage can be kept to a minimum. Current inspection procedures follow the regulations outlined in relevant laws, which require access to the relevant documents and diagrams. However, most of these files are in paper format, which causes inconvenience during the inspection process, thereby wasting both time and labor.
To solve the above problems and to help inspectors obtain the information they need as efficiently as possible, this study uses the building information model (BIM) to build the components of fire safety equipment while simultaneously inputting data related to the components’ life cycle into the Revit 3D model using the COBie Toolkit. The data are further organized into a cloud database to enable augmented reality processes such as visual simulation and the use of mobile devices in future inspections. This eliminates the limitations of paper-based documents.
To effectively clarify the relationships and responsibilities of information exchange, this study utilized the Construction-Operations Building Information Exchange (COBie) developed by the United States Army Corps of Engineers (USACE) to regulate information exchange. IDEF0 was used to analyze information relationships and responsibility distributions. A literature review and interviews with experts were conducted to understand the practical requirements of maintenance inspections on fire safety equipment; this further served as the framework for the information exchange.
In terms of system development and case verification, this study used augmented reality technology to present visual simulation of the equipment. By using the augmented reality tool AURASMA (which provides basic information related to the components) and
III
AUGMENT (which provides a 3D model of the system pipeline), the inspectors can instantly access the cloud database to acquire information such as equipment type, location, or maintenance records. Furthermore, mobile devices are used for recording, which enables information to be uploaded to the cloud database immediately. The selected case studies demonstrate that BIM ensures the integrity, accessibility, and efficacy of data, while the augmented reality technology combines data with physical objects to provide information immediately in a visible and convenient manner. The developed model therefore is an effective tool that efficiently meets the requirements of fire safety equipment maintenance inspections.
Keywords: building information model (BIM), augmenter reality (AR), fire safety equipment
testing, construction-operations building information exchange (COBie), information exchange
IV
謝誌
攻讀碩士是我人生中最充實的一段旅程，也是我生命裡重要的轉捩點。在攻讀碩士 的這段期間，所幸能遇到一群優秀的師資(陳啟仁教授、 曾梓峰教授、 劉安平教授、 陳 逸杰教授、 廖硃岑教授，以及恩師 陳怡兆教授)帶領我走向研究之路，透過一連串豐 富且多元的課程規劃，使我培養出屬於自己的邏輯思維模式，讓我在寫作時能快速釐清 問題間的關聯性與差異性，才得以順利完成論文寫作，在此內心充滿無限感激；接著感 謝曾認真教導我的大學老師，感謝您們對我大學時期的諄諄教誨，沒有您們當初嚴格的 教導，永山今天也無法獲取碩士學位。 接著，僅向恩師 陳怡兆教授致上最誠摯的敬意與感謝，感謝您從大學時期對我的 提拔與照顧，回想此段過程雖然艱辛，卻是我求學期間最大的收穫。此外，特別感謝您 在生活處事上對我的包容與教誨，尤其是我無心於研究時，您的寬容與勉勵，是我堅持 到底完成論文的最大動力。 感謝 林國良教授、 王裕仁教授、 陳怡兆教授等口試委員，於百忙之中不辭辛勞 地審閱論文，並惠賜許多寶貴的意見與建議，使本論文內容得以更嚴謹、完善，在此致 上由衷的謝意。 感謝在論文期間所有幫助與協助我的諸位朋友與長輩們，因為你們的提攜與鼓勵， 使我在研究所之路獲得許多寶貴的回憶。此外，感謝高大創建系建築組的杏珍助理、妍 呈學姊、欣嘉同學、學弟妹們，謝謝您們這些年來的陪伴與協助。 最後，感謝我最親愛的家人，謝謝爸、媽及大哥對我的支持與勉勵，讓我得以無後 顧之憂地完成論文，並在研究所期間提供我出國學習與發表的機會，謝謝媽總是能說服 爸讓我獲取更好的資源。 賴永山 2017/01/20 於高雄大學V
目錄
摘要 ... I ABSTRACT ... II 謝誌 ... IV 目錄 ... V 圖目錄 ... VIII 表目錄 ... XI 第一章 緒論 ... 1 1.1 研究動機 ... 1 1.2 研究目的 ... 2 (一) 解析消防安全設施維護作業之資訊需求... 2 (二) 建置消防安全設備維護參數化模型... 3 (三) 建立結合 BIM 與擴增實境技術之消防安全設備檢測模式... 3 1.3 研究範圍與限制 ... 3 (一) 僅解析消防安全設備與設施系統... 3 (二) 解析消防安全設備維護作業... 4 (三) 現今擴增實境應用於 BIM 之可行性... 4 1.4 研究方法與流程 ... 4 第二章 文獻回顧 ... 6 2.1 國內消防安全設備維護 ... 6 2.2 BIM 於設施維護應用之發展 ... 8 2.2.1 BIM 於專案生命週期資訊資訊交換能力 ... 8 2.2.2 COBie 發展與應用 ... 9VI 2.3 擴增實境技術與應用 ... 11 2.3.1 擴增實境應用於 BIM 之案例探討 ... 12 2.3.2 擴增實境應用工具(APP) ... 13 2.3.3 擴增實境標識追蹤類型 ... 15 2.4 小結 ... 18 第三章 研究方法 ... 20 3.1 IDEF0 分析法 ... 20 3.2 COBIE架構資訊交付模式 ... 23 3.3 BIM 工具應用 ... 24 3.3.1 Autodesk Revit 2016 ... 24 3.3.2 COBie Toolkit ... 24 3.3.3 OBJ Exporter ... 26 3.4 小結 ... 27 第四章 建立 BIM 消防安全設備檢測之擴增實境交付模式 ... 28 4.1 解析消防安全設備檢測維護之資訊交付模式 ... 30 4.2 分析消防安全設備檢測維護需求 ... 34 4.2.1 建立消防安全設備系統分類 ... 34 4.2.2 分析消防安全設備檢測資訊內容 ... 36 4.2.3 建立檢測資訊應用架構 ... 38 4.2.4 組織 BIM 模型之 COBie 資料結構 ... 42 4.2.5 建構檢測資訊應用模式 ... 44 4.2.6 建立消防安全設備檢測資訊需求分析架構 ... 45 4.3 建立資訊交付規範 ... 46 4.3.1 定義消防安全設備資訊交付責任 ... 47 4.3.2 定義 BIM 模型建模規範 ... 48
VII 4.3.3 形成 COBie 交付手冊 ... 49 4.4 建立 BIM 標識追蹤與驗證模式 ... 50 4.5 小結 ... 53 第五章 實際案例驗證... 54 5.1 案例資料說明 ... 54 5.2 建構消防安全設備檢測所需之資訊交付架構 ... 55 5.2.1 定義消防安全設備系統之元件架構 ... 55 5.2.2 消防安全設備檢測之資訊需求 ... 56 5.2.3 分析消防安全設備資訊傳遞關係與交付責任 ... 60 5.2.4 建立 COBie 資訊交付規範 ... 63 5.3 模擬資訊交付 ... 67 5.3.1 建置 BIM 元件與規範物件之關係 ... 68
5.3.2 繪製 Revit BIM 模型並完成 COBie 內容 ... 70
5.3.3 建置擴增實境雲端檢測系統 ... 74 5.3.4 驗證擴增實境與雲端資料庫交付資訊 ... 79 5.4 小節 ... 85 第六章 結論與建議 ... 86 6.1 結論 ... 86 6.2 建議 ... 88 參考文獻 ... 89 附錄 A ... 92 A-1.訪談一 ... 92
VIII
圖目錄
圖 1-1 研究流程 ... 5 圖 2-1 維護管理分類 ... 6 圖 2-2 IFC 子架構系統結構 ... 9 圖 2-3 COBie 組織架構 ... 10 圖 2-4 圖像式擴增實境概念 ... 11 圖 2-5 3D 模型實驗室與 3D BIM 模型模擬測試 ... 12圖 2-6 AeroScout System Manger 軟體應用 Wi-Fi 三角定位 ... 13
圖 2-7 AURASMA 辨識與顯示資訊過程 ... 14 圖 2-8 AUGMENT 辨識與顯示資訊過程 ... 15 圖 2-9 Frame markers ... 16 圖 2-10 Split marker ... 16 圖 2-11 Dot markers ... 16 圖 2-12 DataMatrix markers ... 17 圖 2-13 ID markers ... 17 圖 2-14 Template markers ... 17 圖 2-15 AURASMA(IDOL 技術)辨識 AUGMENT 標識追蹤圖像測試 ... 18 圖 3-1 本研究與各方法之關係圖 ... 20 圖 3-2 IDEF0 系統功能模型 ... 22 圖 3-3 IDEF0 階層分解模式架構及編碼示意圖 ... 22 圖 3-4 COBie 資訊關係架構圖 ... 24
圖 3-5 Revit 2016 COBie Toolkit 使用介面 ... 25
圖 3-6 Revit 物件對應的 COBie Toolkit 資料欄位 ... 25
圖 3-7 Revit 2016 OBJ Exporter 使用介面 ... 26
IX 圖 4-1 BIM 標識追蹤交付模式建立流程 ... 29 圖 4-2 NIST 所提出的資訊交付流程 ... 30 圖 4-3 本研究之 IDEF0 分析架構作業圖 ... 31 圖 4-4 本研究之 IDEF0 A1-A5 資訊交付流程 ... 33 圖 4-5 消防安全設備檢修資訊需求分析流程 ... 34 圖 4-6 消防受信總機 ... 37 圖 4-7 可見型消防設備檢測維護架構 ... 37 圖 4-8 非可見型消防設備檢測維護架構 ... 38 圖 4-9 消防安全設備檢測分析流程 ... 41 圖 4-10 COBie 資訊架構與 Revit 之關係 ... 43 圖 4-11 COBie 組織資訊架構 ... 44 圖 4-12 建立資訊交付規範流程 ... 46 圖 4-13 BIM 元件建置與標識追蹤驗證之流程 ... 51 圖 4-14 元件與資訊需求分析示意圖 ... 52 圖 5-1 案例驗證流程 ... 55 圖 5-2 本案例 P 型受信總機 圖 5-3 P 型系統基本構成 ... 57 圖 5-4 以施工規範為例之資訊來源分析 ... 61 圖 5-5 滅火設備之 LOD 規範 ... 67 圖 5-6 確認元件繪製內容 ... 68 圖 5-7 分析 COBie 資訊建立模式 ... 69 圖 5-8 本研究案例模型 ... 70 圖 5-9 本案例 COBie 樓層(Floor)表單 ... 70 圖 5-10 本案例 COBie 空間(Space)表單 ... 71 圖 5-11 本案例 P 型系統一樓 BIM 模型 ... 71 圖 5-12 本案例 COBie 系統(System)表單 ... 72 圖 5-13 本案例 COBie 類型(Type)表單 ... 72
X 圖 5-14 本案例 COBie 元件(Component)表單 ... 73 圖 5-15 本案例 COBie 屬性(Attribute)表單 ... 73 圖 5-16 本案例 COBie 文件(Document)表單 ... 73 圖 5-17 本研究雲端檢測資料庫之架構 ... 74 圖 5-18 Augment 模型對應之 QR 碼 ... 75 圖 5-19 重複建置 Augment QR 碼 ... 75 圖 5-20 建置系統元件資訊入口 ... 76 圖 5-21 入口樣板構想 ... 76 圖 5-22 樣板實體與實際張貼圖 ... 77 圖 5-23 本研究之 NAS 設備 ... 77
圖 5-24 FTPManager Free 登入 NAS 雲端資料庫 ... 78
圖 5-25 JotForm 建置畫面與新增發送給多個 Emails 設定 ... 79 圖 5-26 實際驗證之 Augment 檢測畫面 ... 80 圖 5-27 實際驗證之 Aurasma 檢測畫面 ... 81 圖 5-28 火警綜合盤故障檢測操作 ... 82 圖 5-29 JotForm 網路檢測表單發送檢測步驟 ... 82 圖 5-30 維護單位確認檢測表單來源 ... 83 圖 5-31 開啟 Excel COBie 表單查閱元件型號 ... 83 圖 5-32 調閱產品型錄 ... 84
XI
表目錄
表 2-1 COBie 各階段工作表之內容定義 ... 9 表 3-1 IDEF 族群類型方法說明表 ... 21 表 4-1 各類消防安全設備之檢修項目 ... 35 表 4-2 OminClass Table 21 之消防系統分類架構 ... 36 表 4-3 消防安全設備法規檢測項目與歸類 ... 38 表 4-4 滅火器細部檢測內容 ... 40 表 4-5 各參與者於各作業間資訊需求分析 ... 42 表 4-6 消防安全設備檢測維護之資訊應用架構 ... 45 表 4-7 消防安全設備檢測資訊需求分析架構 ... 46 表 4-8 專案生命週期各階段資訊交換分析架構 ... 47 表 4-9 COBie 資訊交付規範 ... 50 表 5-1 OminClass Table 21 消防系統元件編碼架構 ... 56 表 5-2 OminClass Table 21 消防受信 P 型系統迴路元件編碼 ... 57 表 5-3 本研究 P 型系統迴路常見異常與故障內容 ... 58 表 5-4 P 型系統故障維護作業資訊需求分析 ... 58 表 5-5 以差動式探測器為例之資訊需求與原規範之對比 ... 59 表 5-6 資訊交換關係彙整-專案生命週期之資訊交換關係 ... 62 表 5-7 檢測維護階段作業之資訊交換關係 ... 63 表 5-8 設施(Facility)COBie 交付規範 ... 64 表 5-9 樓層(Floor) COBie 交付規範 ... 64 表 5-10 空間(Space) COBie 交付規範 ... 64 表 5-11 滅火系統(System) COBie 交付規範 ... 65 表 5-12 受信總機型式(Type) COBie 交付規範 ... 65 表 5-13 受信總機元件(Component) COBie 交付規範 ... 661
第一章 緒論
本章將說明本研究之動機、研究目的、研究範圍、研究方法與流程，大致描述本論 文之架構。1.1 研究動機
以建築火警的觀點而論，造成火警的原因大致可分為用火不當與電線走火等因素， 然而，釀成大火的主要原因，往往是於火警發生時沒有做即時處理，乃至於造成嚴重後 果。因此，為有效達到減災與防災之目的，平時除了定期做好法規檢測外，也應透過演 習與宣導活動來提升，當面臨突發狀況時，能以最迅速安全的方式疏離與解決突發狀 況。然而這些災害一旦發生要能在第一時間反應至各相關單位，才能有效降低災害，例 如最急迫的火災狀況，火警探測器應能有效感測判斷，並將信號傳送至火警受信總機， 相關單位可依訊號來源做後續即時相關處理，以降低人員傷亡確保生命安全。 綜合以上敘述，火災可能導致人員損傷，更可能對周遭住戶造成生命威脅。因此， 為預防火災所導致的災害，平時應透過舉行相關演練與定期配合消防安全設備檢測維護 作業，雙管齊下才能降低災害發生時所造成的傷亡，但要如何有效檢測錯綜複雜的消防 管(線)路與設備，並快速的對消防安全設備進行全面性的檢測維護管理將是一項值得深 入思考的課題。 在現今實務上，建築設施維護管理作業仍多以紙本圖文作為主要資訊傳遞工具，多 數圖檔在建置時並未考慮到後續維護階段所需要的維護資訊等需求等問題，以至於須耗 費更多的人力與時間成本，重新彙整建置相關作業圖檔。所幸近年來已有學者對於建築 資訊建模(Building Information Modeling 或簡稱 BIM)設施維護(Facility Maintenance)管 理等議題進行研究，使 BIM 模型建構平台獲得較完善的架構，讓設施維護管理作業獲 得更有效的應用。因此，本研究將試圖模擬建置建築參數化模型，以 BIM 設施維護管理之標準架構
2 安全設施維護資料建置，並透過 BIM 參數化建模的 3D 視覺模擬結合擴增實境技術， 取代早期圖紙所帶來的不便性，期望能以即時視覺化模式提供消防安全設備維護資訊管 理。
1.2 研究目的
如前述，建築一旦發生火災所產生的濃煙將對人員生命安全將造成威脅，為降低火 災發生所帶來的災害，平時應對於消防設備做定期的檢測維護，降低火災可能帶來的危 害。本研究將針對消防安全設備檢測維護進行研究，在建置模型前，須先了解該消防系 統等相關設備，接著透過歸納、分析、訪談等作法將消防安全設備相關維護資訊建置於 COBie 表單中，以提供後續維護管理與擴增實境技術整合之應用，達到消防設備快速檢 修維護之能力，以下為本研究之目的：(一) 解析消防安全設施維護作業之資訊需求
消防安全設備中擁有許多類型與規格，在維護(修)作業時須遵循消防法第 9 條規 定：「依第六條第一項應設置消防安全設備場所，其管理權人應委託第八條所規定之消 防設備師或消防設備士，定期檢修消防安全設備，其檢修結果應依限報請當地消防機關 備查；消防機關得視需要派員複查。但高層建築物或地下建築物消防安全設備之定期檢 修，其管理權人應委託中央主管機關審查合格之專業機構辦理。應設消防安全設備之集 合住宅，其消防安全設備定期之檢查，得由直轄市、縣（市）消防機關聘用或委託消防 專業人員辦理，經費由地方主管機關編列預算支付，中央主管機關補助；其補助辦法由 中央主管機關另定之。」1。 1 消防法(100/12/21 修正版)。3
(二) 建置消防安全設備維護參數化模型
由於消防管(線)通常部分管線會設置於建築結構內部，又或基於美觀考量常會透過 裝修工程將消防管線遮蔽或隱藏，導致在維護消防設備作業上需查閱大量的圖紙資料， 使維護作業上容易產生錯誤，為增加作業時的方便性與即時性，本研究透過 BIM 參數 化建模建構消防管線模型，以便後續提供消防管線維護視覺化之維護管理作業。 因此，在建置 COBie 表單前須了解消防設備師(士)與管理人員在維護作業上之需 求，以建置有效的消防設備維護表單。(三) 建立結合 BIM 與擴增實境技術之消防安全設備檢測模式
由於傳統的圖紙維護作業需查閱大量的建築圖紙，導致維護作業顯得複雜且並容易 產生錯誤，為解決上述常見問題，本研究將以 BIM 建模軟體所提供之 3D 可視化建築 資訊模型結合擴增實境技術，試圖解決圖紙所帶來之不便性，提升維護作業上之便利 性，同時減少維護時所需之人力與時間成本。1.3 研究範圍與限制
本研究以本校行政大樓為研究標的，透過 BIM 建築資訊模型將錯綜複雜的消防管 線建構於模型中，並以 COBie 為基礎建立一套 BIM 交付規範架構，後續整合擴增實境 技術應用，達到快速檢測(修)之維護整合能力。本研究將試圖尋找可行方案，希望經由 BIM 設施維護資訊結合擴增實境技術呈現於實體中。因此，本研究之限制與範圍說明 如下：(一) 僅解析消防安全設備與設施系統
在消防系統層面大致可以分為被動式防火設備與主動式防火設備，而被動式防火設4 備是以防火建材與劃定防火區劃為主；主動式防火設備則分為警報設備、滅火設備、避 難逃生設備及消防搶救等2。
(二) 解析消防安全設備維護作業
由於消防安全設備維護可分為自行檢測與消防設備師 (士)檢測兩種，並非所有項 目都須由消防設備師 (士)進行，在檢測作業前須先建立消防安全設備項目之維護權 限，其目的在於提供消防安全設備維護時，如需消防設備師(士)維護之項目則需由專業 人員進行維護作業。(三) 現今擴增實境應用於 BIM 之可行性
近年來網路世代的快速發展，平板電腦、3D 電視、隨選視訊(VOD)等技術應用逐 漸成為人類生活的一部分，同時也加速了擴增實境(Augmented Reality)技術的發展。然 而，近年來已有許多學者以 BIM 技術整合於擴增實境或虛擬實境應用進行研究，發展 出許多擴增實境技術結合 BIM 之應用，然而在建築設施維護管理層上，如能透過此技 術進行設施維護作業，將可減少錯誤的發生。因此，本研究將試圖以現有之擴增實境 APP 結合 BIM 技術整合互聯網應用，建立一套便利的消防安全設備維護作業模式。1.4 研究方法與流程
本節將說明本篇論文研究方法與流程架構，如圖 1-1 所示。起初透過：(1)國內消防 安全設備維護需求、(2)BIM 消防安全設備維護應用、(3)探討當前擴增實境技術應用於 BIM 之能力，從中界定本研究範圍，進而建立研究模式。 在建立研究架構中須整合維護作業之資訊內容，而本研究將以業界普遍使用之建模 2 參考「吳貫遠、簡賢文、邱鴻瑋、黃元定(2007)。地下捷運場站特殊空間搶救策略與特殊裝備之研 究。財團法人消防學術研究基金會。台北市 p.35~p.56」。5
軟體(Autodesk Revit)進行建築資訊建模，並透過 Revit 之外掛程式(COBie Toolkit、OBJ
Exporter)建置維護作業資訊內容，提供後續用於擴增實境可視化與互聯網資訊之應用， 達到即時消防設備檢測維護之能力。 研究動機與目的 國內消防安全設備維護 相關文獻與訪談 BIM設施維護應用之文獻 探討 BIM應用於擴增實境技術 之相關文獻探討 文獻回顧 界定研究範圍 建立研究架構 BIM建築資訊模型 消防維護模式 資訊交換標準 擴增實境之應用 資訊整合可行性 維護資訊能力 案例驗證 不可行 檢 驗 修 正 撰寫論文 結論建議 分析現場作業資訊需求 圖 1-1 研究流程
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第二章 文獻回顧
本章主要陳述 BIM 消防防安全設備維護需求及 BIM 技術整合於擴增實境的可能 性，透過 BIM 設施維護應用、國內消防安全設備維護與擴增實境技術等相關研究進行 文獻回顧，以了解相關研究領域之發展現況，並對所有回顧文獻作整合性解析。2.1 國內消防安全設備維護
建築設施檢測與維護管理是為了使建築設施功能能正常發揮功能的保養檢修作 業。然而，在保養管理上可將維護作業分為：預防維護(Preventive Maintenance:PM)與故 障維護(Breakdown Maintenance:BM 或 Corrective Maintenance:CM)【鍾明鴻譯，1997】， 如圖 2-1 所示。然而，預防維護與故障維護之差別在於：預防維護是「防範設備不能使 用於未然，維持在可以使用狀態所進行的計畫性保養。」；故障維護則是「發生故障後 所進行的回復處置。」因此，本研究將進一步探討消防安全設備維護需求。 維護 預防維護 故障維護 時間計劃維護 狀態監控維護 緊急維護 通常事後維護 定期維護 經常維護 監視維護 條件維護 預知維護 圖 2-1 維護管理分類【鍾明鴻譯，1997】7 在現今國內消防安全設備維護保養上，大致可分為三項：(一)預防檢修、故障檢修 (二)消防安全設備定期檢修申報(三)年度消防安全設備維護檢查【周銘德；楊明師， 2012】。 經由上述維護保養議題可進一步得知以下內容： (一) 預防檢修、故障檢修 依維修計畫之年度維修排程，委託消防廠商或自辦執行消防設施、設備預防維修保 養（包括日檢、月檢、季檢、半年檢、年檢）及故障檢修。 (二) 消防安全設備定期檢修申報 各消防防護場所均依消防法規，每月定期委託消防專業檢修機構檢修消防安全設 備，其檢修結果經該消防防護場所之防火管理人與管理權人核章，報請消防機關備查。 (三) 年度消防安全設備維護檢查 依消防法施行細則第六條訂定，管理權人依法應定期檢修消防安全設備之方式如下： 一、外觀檢查：經由外觀判別消防安全設備有無毀損，及其配置是否適當。 二、性能檢查：經由操作判別消防安全設備之性能是否正常。 三、綜合檢查：經由消防安全設備整體性之運作或使用，判別其機能。 前項各款之檢查，於各類場所消防安全設備設置標準規定之甲類場所，每半年實施一 次，甲類以外場所，每年實施一次。 第一項消防安全設備之檢修項目、檢修基準及檢修結果之申報期限，由中央消防機關 定之。3 3消防法施行細則(104/06/29 修正版)。
8 從上述回顧內容了解，現今國內消防安全設備在維護保養上之基本需求，本研究將 在建置消防安全設備維護資訊時，參考上述相關內容與訪談內容進行解析與歸納，進一 步透過 IDEF0 製作流程圖，希望在實際檢測作業能提供有效檢測維護資訊。
2.2 BIM 於設施維護應用之發展
近年來隨著 BIM 技術逐漸受到國內 A/E/C 產業重視，已有許多大型工程案開始使 用 BIM 技術，如近年來台灣興建的衛武營藝術文化中心新建工程案、高鐵苗栗與雲林 車站興建工程案等，讓國內 A/E/C 產業於 BIM 技術應用上奠定了初步的基礎。 然而，在面對後期營運管理階段，國內 BIM 技術還正處於摸索學習階段，故本研 究將回顧 BIM 於設施維護之生命週期營運維護資訊交換能力，試圖整合設施維護管理 作業所開發的 COBie 資訊交付標準於擴增實境可視化之應用。2.2.1 BIM 於專案生命週期資訊資訊交換能力
BIM 於設施維護管理檔案大致可分為：1.單一檔案整合與 2.分散式檔案整合兩種模 式類型。然而，單一檔案整合是將資訊整合於單一檔案格式中，僅須以單一軟體開啟進 行維護管理作業；而分散式檔案整合則是因單一軟體無法整合於專案資訊所形成的檔案 類型。分散式檔案整合能提供各種專案之整合需求，其整合大多透過 BIM 標準交換格 式進行 BIM 平台整合應用。 為有效支援分散式檔案整合之能力，美國國家建築資訊模型標準(National BuildingInformation Model Standard)，簡稱(NBIMS)，NBIMS 正努力建立建築資訊交換標準，並 發展一些核心元件。在這些發展中有項被稱作為工業基礎類別(Industry Foundation
Classes，簡稱 IFC)，用來促進智慧建築模型與建築管理資訊系統之間的轉換【Paul Teicholz.,2013】。
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圖 2-2 IFC 子架構系統結構【C. Eastman, P. Teicholz, R. Sacks, and K. Liston，2011】
IFC 資料標準格式包含建築、水電空調、營建管理及設施維護管理等領域，提供了 元件基本資訊如比例尺、面積等資訊【陳怡兆，2014】。因此，本研究將試圖透過 IFC 格式之交換能力整合擴增實境之應用。
2.2.2 COBie 發展與應用
COBie(Construction Operations Building Information Exchange)標準是由美國陸軍工 兵單位所開發【East，2012】，其目的在於對建築物建立一套營運維護階段的標準設施 管理交付模式。為建置有效率的交付模式，在建立 COBie 資訊過程是以建築物從設計、 施工到營運階段和營運管理過程中，經由更新與獲取所需資訊之資訊交換技術、標準與 流程【吳翌禎、謝尚賢，2015】。
表 2-1 COBie 各階段工作表之內容定義【吳翌禎、謝尚賢 譯，2015】
頁籤/Sheet 内容/Contents 階段/Phases
Contact 人員和同事 全階段 Facility 專案、位置和設備的資訊 初步設計階段 Floor 垂直的層次(和外部區域） 初步設計階段 Space 空間/房間 初步設計階段 Zone 一組空間的集合 初步設計階段 Type 設備類型、產品類型、材質類型 初步設計階段 Component 組成的元件的組件 細部設計階段
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頁籤/Sheet 内容/Contents 階段/Phases
System 一組元件所提供的某一種服務（例如給水系統） 細部設計階段 Assembly 類型成分、組件成分及其他成分 細部設計階段 Connection 構件之間有邏輯性的接連 細部設計階段 Impact 生命週期各階段對於經濟、環境和社會的影響 細部設計階段 Spare 可供現場更換的零件 營運維護階段 Resource 所需要的材質、工具和訓練 營運維護階段 Job 預防性維護管理、安全或其他工作計畫 營運維護階段 Document 所有可適用文件參考 全階段 Attribute 參考項目的屬性 全階段 Coordinate 框架、線或點格式的空間位置 全階段 Issue 其他需要遞交的問題 全階段 在傳統的交付模式下，設施在設計、建造、及操作相關的寶貴數據會隨著設施生命 週期不斷遺失【National Research Council，1983】，使得建築營運維護作業變得不易。 為解決此問題，COBie 在建置組織項目內容時大致可分為：設計(設計師建立)、施工(承 包商建立)與共同部分(設計師與承包商共同建立) 【East，2013】如圖 2-3 所示，以釐清 後續責任歸屬問題。
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為了有效管理設備資訊，COBie 在設計階段(圖 2-3 淡紫色區域)就已將資產分為： 空間資產與設備資產，而空間資產概念與實質的房間存在關聯性；設備資產或產品類型 則是反映了設計師對設備與產品明細表的組織【East，2013】。
2.3 擴增實境技術與應用
擴增實境(Augmented Reality，簡稱 AR)，是於 1990 年提出的新興技術。擴增實境 應用於日常生活中已相當廣泛，現今擴增實境應用層面包括：娛樂、教育、觀光、醫療、 產品型錄、新聞播報、導覽、會展活動、產品體驗行銷、工業、航太、製造與維護等應 用。為因應不同類型之需求，擴增實境技術也分別發展出許多不同的形式，如：動作捕 捉、跟蹤系統、類型(光學、慣性、磁性)、器件(Wired glove、Gametrak、HoloLens 、
PlayStation Move、Leap Motion、Kinect、Sixense TrueMotion)4，而在本研究探討之類型 為「標識追蹤」，其概念是由攝影機取得圖像標識追蹤，經電腦處理器整合原先建置的 虛擬物件(資訊)進行運算，再透過顯示器顯現出真實環境中的虛擬物件資訊內容，其概 念如下圖 2-4 所示。 真實環境 Reality 虛擬物件 Virtual Object 攝影機 Camera 處理器 CPU 顯示器 Monitor 標識追蹤 Marker-Based Tracking 資訊連結 圖 2-4 圖像式擴增實境概念 4 參考維基百科「擴增實境」。
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2.3.1 擴增實境應用於 BIM 之案例探討
隨著 BIM 交換格式的發展與影像截圖應用，開啟了 BIM 資訊模型應用於擴增實境 的可行性。Park 等人於 2013 年提出「A framework for proactive construction defect management using BIM, augmented reality and ontology-based data collection template」透 過 BIM 結合 AR 技術解決缺陷管理(defect management)，其該系統是建置 3D 模型與 3D BIM 模型進行測試(如圖 2-5)，之後可透過虛擬的 3D 物件資訊轉換成一個 AR Marker， 將 AR Marker 安裝於指定位置，方便現場監工或工人瞭解施工錯誤與尺寸誤差之檢查。
圖 2-5 3D 模型實驗室與 3D BIM 模型模擬測試【Chan-Sik Park, Do-Yeop Lee, Oh-Seong Kwon, Xiangyu Wang，2003】
在國內也有學者利用 Wi-Fi 定位技術與擴增實境結合 BIM 技術應用於現地檢視【林 宏道，2015】，其研究是透過 Wi-Fi 三角定位運算進行虛擬設施元件定位(如圖 2-6)。然 而，現今常被用於室內定位技術的方法有：Wi-Fi、紅外線、超音波、Bluetooth、無線 射 頻 辨 識 (Radio Frequency Identification ， RFID) 、 ZigBee 、 慣 性 導 航 系 統 (Inertial Navigation System，INS)…等。如本研究考慮定位技術之應用，須在建築內部架設感測 器，才能有效即時定位設施元件，而定位仍會隨著距離(波長)拉長而造成定位誤差，因 此，本研究基於可行性之考量，將不考慮定位之能力需求。
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圖 2-6 AeroScout System Manger 軟體應用 Wi-Fi 三角定位【林宏道，2015】
2.3.2 擴增實境應用工具(APP)
近年來隨著行動網路(3G、4G)與行動裝置(以下簡稱平板、智慧型手機)的快速發 展，手持電腦的處理器(CPU)與顯示核心(GPU)不斷進步，加速了擴增實境於運算 3D 模 型的能力，現今在網路上已有許多擴增實境 APP 相關之教學影片。本小節將透過網路 收集一般大眾集常用之擴增實境 APP 進行探討解析，並試圖結合 BIM 技術之應用。 以下為本研究評估可發展之 APP 類型： (1) AURASMA AURASMA 這套軟體是由 Autonomy 公司研發，其辨識技術是以自家開發的智 慧資料操作層 (IDOL，Intelligent Data Operating Layer) 樣式辨識技術，分析行動 裝置所拍攝到的圖片，並與後端(雲端儲存空間)的影像資料庫進行比對，將最符合 該圖像的圖片或影片傳送到前端(顯示器)播放5。 然而，AURASMA 現階段主要還是以圖片與影片內容呈現為主，因此本研究 將透過 AURASMA 建置二維消防檢測之相關維護資訊內容。圖 2-7 為本研究透過 平板測試 AURASMA 辨識與顯示資訊過程。 5 參考「Engadget」網站：「透過 Aurasma 擴增實境軟體往外看，整個世界就像一個大型廣告櫥窗」。14 圖 2-7 AURASMA 辨識與顯示資訊過程 (2) AUGMENT AUGMENT 創辦於 2011 年，其主要用戶是以商用領域為主。使用群體可透過 行動裝置取得真實影像，結合原先於 AUGMENT 雲端上建置的 3D 模型，可輕鬆 於 APP 中進行縮放、旋轉 3D 模型6。
AUGMENT 與上述所提到 AURASMA 不同之處在於，AUGMENT 主要是以 3D 模型顯示於真實影像中，這將有助於 BIM 三維模型之呈現應用。本研究透過 Autodesk Revit 建置本校 H3-102 空間模型，透過 Autodesk Rvit 匯出 3D(.obj 格式) 模型，上傳至 AUGMENT 雲端儲存空間，再經由 AUGMENT 提供之 DataMatrix
markers 碼進行掃描辨識。圖 2-8 為本研究測試結果。
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圖 2-8 AUGMENT 辨識與顯示資訊過程
本研究經由上述 APP 應用發現，AURASMA 與 AUGMENT 的標識追蹤類型分別是 以 IDOL 與 DataMatrix markers 進行辨識，這將使檢測維護作業變的複雜，因此本研究 將進一步解析識追蹤類型整合之可行性。
2.3.3 擴增實境標識追蹤類型
透過文獻回顧得知，目前於擴增實境之應用仍以「標示追蹤」(Marker-Based Tracking) 為大宗，而現今標示追蹤發展也開發出不同的樣式類型，以下將說明標示追蹤之類型。 舉列如下： 1. Frame markers Frame markers 是在框架內填入數位標識，使圖像標識看起來具有企業品牌形 象。如圖 2-9 所示。16
圖 2-9 Frame markers【Daniel Wagner, Tobias Langlotz, Dieter Schmalstieg, Dieter Schmalstieg, Daniel Wagner，2008】
2. Split markers
Split markers 與 Frame markers 的差異在於它取消了框架兩側的條形碼，這將 減少識別圖像所佔用的面積。如圖 2-10 所示。
圖 2-10 Split marker【Daniel Wagner, Tobias Langlotz, Dieter Schmalstieg, Dieter Schmalstieg, Daniel Wagner，2008】
3. Dot markers
Dot markers 則是以圖面既有之紋理上加入定位辨識點，此種混合方式可更簡 化追蹤標識面積。如圖 2-11 所示。
圖 2-11 Dot markers【Daniel Wagner, Tobias Langlotz, Dieter Schmalstieg, Dieter Schmalstieg, Daniel Wagner，2008】
4. DataMatrix markers
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類型中最小的，並可儲存大量的二進位文件，常被應用於商品資訊提供上，例如簡 單的 3D 模型或文本數據。如圖 2-12 所示。
圖 2-12 DataMatrix markers【Daniel Wagner, Tobias Langlotz, Dieter Schmalstieg, Dieter Schmalstieg, Daniel Wagner，2008】
5. ID markers (simple-id and BCH)
ID markers 的編碼方式是一種糾正錯誤的編碼方法。BCH 碼是用於校正多個 隨機錯誤模式的多級、循環、錯誤校正、變長數字編碼。如圖 2-13 所示。
圖 2-13 ID markers【Daniel Wagner, Tobias Langlotz, Dieter Schmalstieg, Dieter Schmalstieg, Daniel Wagner，2008】
6. Template markers (ARToolkit-style)
Template markers 是傳統標示追蹤類型。如圖 2-14 所示。
圖 2-14 Template markers【Daniel Wagner, Tobias Langlotz, Dieter Schmalstieg, Dieter Schmalstieg, Daniel Wagner，2008】
經由上述標示追蹤類型發現，AURASMA 的 IDOL(智慧資料操作層，Intelligent Data Operating Layer) 辨識技術與往常常見的標示追蹤類型並不相同，因此本研究試圖以
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IDOL 技術辨識兩組 AUGMENT 的標識追蹤圖像。經測試結果發現 IDOL 技術可成功辨 識兩組 AUGMENT 標識追蹤圖像，並可正確生成原先建置的虛擬資訊，測試結果如圖 2-15 所示。 圖 2-15 AURASMA(IDOL 技術)辨識 AUGMENT 標識追蹤圖像測試
2.4 小結
綜合以上文獻，本研究整理發現以下問題，歸納如下： (1) 建立消防檢測資訊交付之必要性：從文獻回顧發現，現今消防安全設備維護多 仰賴於圖紙工具，然而在面臨消防設備故障維護時，需翻閱圖紙才能進行檢測 維護作業，增加了檢測維護的時間與人力成本，故建構一套 BIM 擴增實境整 合互聯網技術應用於消防檢測維護作業是有必要性的。 (2) 設施維護於擴增實境之系統性分析模式：為降低維護作業之人力與時間成本， 並能即時有效檢測消防安全設備之能力，故建置 BIM 3D 消防設備資訊模型與 分析消防安全設備(設施)維護是極為重要的，未來可供擴增實境維護作業取代 圖紙維護的可能性，提升消防檢測維護作業的效率與準確性。19 (3) 消防安全設備檢測資訊交仍無完整架構：透過文獻回顧了解與專家訪談，可透 過建置 COBie 於營運維護階段提供巡檢安排、檢測內容規劃等效益。雖文獻 回顧中已初步探討消防安全設備檢測維護之需求，但並未有完整的資訊交付架 構，因此可利用 IDEF0 流程圖解析維護需求，再經由建置 COBie 資訊交付應 用，提供後續巡檢安排與檢測內容規劃之能力。 綜合上述，擴增實境與 COBie 應用於 BIM 技術已有良好的成效，而上述 相關文獻也證實 BIM 將可透過擴增實境技術於設施維護作業，故本研究將以 COBie 與擴增實境 APP 進行整合應用，提出一套消防安全設備維護模式。
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第三章 研究方法
本研究將先選定研究標的後，再以相關單位所提供之消防安全設備檢測維護需求與 訪談內容進行檢測維護需求分析，經由 IDEF0 流程圖建置各作業之需求內容，接著透 過消防安全設備圖說與建築結構圖建置 BIM 建築資訊模型，後續再以 BIM 建築資訊模 型結合擴增實境工具應用，最終再將 AURASMA 與 AUGMENT 標示追蹤圖示整合於單 一追蹤標示，方便後續維護作業應用；各工具與本研究之關係之具體說明如下圖 3-1。 圖 3-1 本研究與各方法之關係圖3.1 IDEF0 分析法
IDEF(ICAM Definition Languages)是二十世紀七零年代末期由美國空軍所發展的一 套系統分析與設計方法。當前該方法因不同需求大致可分類為 IDEF0~IDEF14 與
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IDEF1X 等十六種不同的類型，其相關方法說明如表 3-1。
表 3-1 IDEF 族群類型方法說明表7
項目 方法說明
IDEF0 功能建模(Function Modeling) IDEF1 信息建模(Information Modeling) IDEF1X 數據建模(Data Modeling)
IDEF2 模擬建模設計(Simulation Model Design) IDEF3 過程描述獲取(Process Description Capture) IDEF4 面向對象設計(Object-Oriented Design)
IDEF5 本體論描述獲取(Ontology Description Capture) IDEF6 設計原理獲取(Design Rationale Capture) IDEF7 信息系統審定(Information System Auditing) IDEF8 用戶介面建模(User Interface Modeling)
IDEF9 場景驅動信息系統設計(Scenario-Driven IS Design)
IDEF10 實施體繫結構建模(Implementation Architecture Modeling) IDEF11 信息製品建模(Information Artifact Modeling)
IDEF12 組織建模(Organization Modeling)
IDEF13 三模式映射設計(Three Schema Mapping Design) IDEF14 網路規劃(Network Design)
本研究初期將以 IDEF0 為研究分析，IDEF0 是以結構化分析和設計(Structured Analysis and Design Technique, SADT)為基礎所發展出來的一種系統工程表達工具，透過 圖形化及文字來建構各作業之間的關聯性，其方法是由方塊圖形(Box Graphics)透過層 級結構(Hierarchical Structure)以箭頭(Arrow)標示，並應用文字註解描述各作業之間所產 生的問題與原因。 以下將說明 IDEF0 系統模型於各階段作業之間的資訊傳遞與流程，如圖 3-2 所示： (1) 輸入(Inputs)：表示該作業能被使用之來源，如：原料、零件、採購單等。 (2) 控制(Controls)：表示完成該作業有關之限制條件，如：政策、作業規定、規 格等。 (3) 機制(Mechanisms)：表示作業投入之各項資源或設備，如：工具、參與者或支 援等。 7 整理至 MBAlib 智庫‧百科。IDEF。http://wiki.mbalib.com/zh-tw/IDEF
22 (4) 輸出(Outputs)：表示作業處理後所產出的結果，如：成品、報表、文件等。 Mechanisms Activity or Function Controls Inputs Outputs 圖 3-2 IDEF0 系統功能模型 IDEF0 是以階層化透過方格和箭頭來描述系統作業之整體架構，其架構分解之圖號 及編碼方式如圖 3-3 所示。在繪製 IDEF0 整體系統時，主要是以最上層的 A0 為主要核 心作業，再將該作業分解為數個子作業，如：A1、A2、A3…等(展開前的作業為父層， 展開後的作業為子層)，以此方法來記錄各作業之間的不同精細度資料。 圖 3-3 IDEF0 階層分解模式架構及編碼示意圖【施宇，2014】
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3.2 COBie 架構資訊交付模式
COBie (Construction Operations Building Information Exchange)是由美國陸軍工兵 單位所發展之資訊交付標準，而在當今 COBie 的做法能是將數據組織成兩種形式：(1) 一系列的結構化與相關連結的試算表，與(2) buildingSMART™聯盟(bSa)的模型視域定義 的標準 MVD(Model View Definition)，也就是 IFC 格式的 BIM 模型。
如前所述，表 2-1 說明了 COBie 於各階段工作表之內容定義，然而圖 3-4 將各階段 工作表定義為兩大區塊，分別為綠色區塊的各表單為儲存空間與設備基本資料；與黃色 區域的表單群則用於儲存主要結構的其他相關資訊。以下將分別說明兩者之間的差異： (1) 儲存空間與設備基本資料：如類型(Type)可記錄設備廠牌、製造商與保固內容 等設備形式相關資訊；元件(Component)可提供儲存各物件空間、安裝日期、 保固日期等物件相關資訊。 (2) 儲 存 主 要 結 構 的 其 他 相 關 資 訊 ： 例 如 透 過 屬 性 (Attribute) 可 以 儲 存 元 件 (Component)、空間(Spaces)等主表單之其他相關資訊，然而當主要表單內容無 法符合需求時，可透過屬性(Attributes)擴充或以文件(Documents)連結外部文 件，建置客製化資訊內容。 在上述兩類表單的連接方式可分為兩類，一類為綠色區塊的表單，可透過名稱為主 要連結於其他表單；另一類(黃色區塊)則可儲存各類表單之其他資訊，可經由表單名稱 與物件名稱為外部參考鍵連結於其中。
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圖 3-4 COBie 資訊關係架構圖
3.3 BIM 工具應用
3.3.1 Autodesk Revit 2016
本研究選用 BIM 工具是由 Autodesk 公司所開發的 Revit 2016 軟件，由於該軟件於 Revit 2014 版本開始將旗下之建築(Architecture)、結構(Structure)、電力及機電(MEP)系 統整合於一體，在後續僅需以單一模型就可進行整合作業，對於營運維護階段來說，將 更便於空間資訊與建築設備之整合應用；另一方面也有助於提供編撰 COBie 之增益集， 同時可透過資訊模型轉換成 IFC 格式，故本研究選用此軟件作為建模平台。
3.3.2 COBie Toolkit
近年來已有許多 BIM 軟體廠商都開始著手透過數據開發外掛應用程式來支援 COBie 架構，其中包括 Bentley、ArchiCAD、Vectorworks 及 Revit 等應用程式，因此以 COBie 為核心的 BIM 資訊交換模式已是當今與未來的趨勢。值得一提的是，Revit 可直 接透過 CADD Microsystems 公司所開發之 COBie Toolkit 進行擴增功能(圖 3-5)，可直接 於軟件平台上創建與編輯輸出相關之 COBie 資料，而此外掛又被稱為增益集工具 (Application Programming Interface,API)。25
圖 3-5 Revit 2016 COBie Toolkit 使用介面
在 COBie Toolkit 應用方面將可分為 Setup、Modify 與 Export 三方面，以下將細說 各功能用途：
(1) Setup 功能是透過 Setup 可編輯 COBie 專案之相關成員資訊設定內容，設定後 可於 Revit 物件性質內容建置 COBie 資訊(圖 3-6)。
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(2) Modify 功能為隨專案發展，對應之內容如需增加或變更 COBie 資訊時，可經 由 Modify 編輯所需匯出之元件空間管理。
(3) Export 功能則是在完成以上資訊建置後，可透過 Export 匯出 COBie 表單進行 應用，如使用者創建之屬性無法透過 API 匯出時，也可經由 Microsoft Excel 軟體將資訊建置完成。
3.3.3 OBJ Exporter
OBJ Exporter 是 Revit 外掛應用程式之一，該 API 是將專案所建置的參數化模型匯 出成 3D 模型文件格式(.OBJ 格式)的應用程式，如圖 3-7 所示。然而在現今 OBJ 文件格 式於 3D 模型的層面主要是以直線(Line)、多邊形(Polygon)、表面(Surface)和自由形態曲 線(Free-form Curve)為主，並不包含動畫、材料特性等資訊。
圖 3-7 Revit 2016 OBJ Exporter 使用介面
由於 Revit 2016 OBJ Exporter 匯出之 OBJ 格式並無法滿足本研究後續可視化之需 求，因此本研究將透過 OBJ Exporter 匯出之 OBJ 格式經由 Augment 公司所開發之 Augment Desktop 軟件進行透明度與光澤度等微調作業(圖 3-8)。
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3.4 小結
本章介紹本研究所應用之主要相關工具與理論，包含：(1)IDEF0 分析方法、(2)COBie 架構資訊交付模式、(3)BIM 工具應用等。 本研究為建立可整合多面向資訊之消防檢測維護資訊模型，將透過系統化解析程 序，分析消防安全設備維護檢測各階段之資訊處理流程及資訊需求後，以 BIM 技術結 合擴增實境技術，開發消防安全設備檢測維護作業系統。此外，為提升消防安全設備檢 測維護資料的正確性與有效性，本研究將透過法規探討與專家訪談進行歸納整理，運用IDEF0 分析與矩陣法(Design Structure Matrix,DSM)進一步歸納分析各作業內之資訊關 係，以形成整體消防安全設備維護檢測資訊交付內容。 而在擴增實境運用模式上，本研究將以現今大眾常用之擴增實境 APP 作為開發基 礎，其目的在於檢測維護人員能以現有平台獲取消防安全設備檢測維護資訊，使檢測維 護作業能以方便且即時的模式提供給檢測維護相關人員。 利用上述工具與理論，可符合本研究之需求與目的。其完整架構將於第四章中詳細 說明模式建構流程。
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第四章 建立 BIM 消防安全設備檢測之擴增實境交付模式
近年來國內 A/E/C 產業應用 BIM 技術於大型專案中(設計、規劃、施工)已有顯著 的成果，可有效管理專案之整體工期，然而面對後期營運維護階段，國內還尚屬於摸索 階段，因此，本研究將應用 BIM 模型結合 COBie Toolkit 建置設施維護資訊內容，經由 資料轉化過程完成關聯性資料鏈結，將有助於後續設施維護管理之應用；然而值得一提 的是，在現今 COBie 表單於設施維護應用上仍須核對表單查詢設施之相關內容資訊， 才能有效進行維護作業，為能有效即時處理設備之突發狀況，本研究將建立一套以擴增 實境結合 BIM 技術之標識追蹤交付模式，其模式如圖 4-1 所示。在建立本章交付模式初期 ，本 研 究係 參 考美國國家標準技術研究所 (National
Institute of Standards and Technology，NIST)所提出之資訊交付架構作為基礎，並進一步 透過 IDEF0 分析整體消防安全設備檢測資訊交付流程，以方便了解各流程作業間之資 訊關係，接著將 BIM 交付流程分為：建置檢測資訊需求架構、建立資訊交付規範與建 立 BIM 標識追蹤與驗證模式等三大作業，並以歸納、分析、訪談等方法建置各作業需 求內容，以下本研究將初步說明各作業間之作業流程： (1) 建置檢測資訊需求架構 在檢測維護需求架構中，本研究將以消防安全設備檢測內容與建立應用方 法作為需求架構，首先分析消防安全設備檢測資訊內容，在檢測資訊內容，本 研究係依據法規、維護計畫與消防受信總機對應之資訊內容建置檢測維護資 訊，並建立後期營運階段之應用方法與作業資訊應用，同時整合法規定義檢測 維護所需之資訊。 (2) 建立資訊交付規範 本研究資訊交付規範之建立是根據檢測維護資訊需求之架構進行交付 範，而在交付規範作業將分為：(1)解析元件資訊來源歸屬；(2)定義 BIM 建模
29 規範，透過 COBie 架構為基礎，規範建模單位與參與者提供相對應之資訊以 形成資訊交付規範。 (3) 建立 BIM 標識追蹤與驗證模式 在完成以上作業後，繪製 BIM 標準化模型，並透過格式轉換建置雲端資 料庫，並執行標識追蹤與驗證模式是否能有效應用。其目的是讓建模相關人員 依據交付規範建置 BIM 模型，並要求各相關參與單位以規範資訊為基礎，提 供相對應之交付資料以完成模型資訊標識追蹤建置。 後續本章節將以圖 4-1 為核心架構，說明各流程間對應之相關內容，透過整理、分 析、建置等作業完成 BIM 標識追蹤交付模式。 圖 4-1 BIM 標識追蹤交付模式建立流程
30
4.1 解析消防安全設備檢測維護之資訊交付模式
為提供符合消防安全設備檢測維護之交付規範，本研究透過 NIST(2006)所提出的 資訊交付架構作為本章節之基礎(圖 4-2)，並進一步透過 IDEF0 分析資訊交付的整體流 程，找出整體作業間資訊交付關係，再建置符合作業之流程需求內容。 圖 4-2 NIST 所提出的資訊交付流程【NIST，2006】 本研究透過 IDEF0 交付流程為基礎，建置出研究整體資訊交付作業流程(如圖 4-3 所示)。後續本研究將依序說明各資訊交付作業內容之關聯性，如圖 4-3 中 A0 為本研究 核心作業，該作業可分為輸入(Inputs)、控制(Controls)、機制(Mechanisms)與輸出(Outputs) 等傳遞關係，而各項目之傳遞關係如下： (1) 輸入(Inputs) 在輸入部分本研究將分為營運維護計畫、BIM 元件庫與專案資訊三類， 而在營運維護計畫方面主要是以消防法規所要求之設備檢測作為輸入來源，因 此須考量到後續設施維護之資訊內容，所以在專案初期設計階段就應要求設計31 單位與承包廠商提供相關設計圖與設備規格等相關資料；在 BIM 元件庫方 面，是經由建模人員以設計單位與承包廠商所提供之相關資料進行元件建置， 建置出符合規範之模型與交付資訊。 (2) 控制(Controls) 控制為核心作業之限制來源，本研究是以消防維護需求與相關法令規範、 受信總機資訊傳遞、COBie 架構及 BIM 元件架構等作為作業限制條件。 (3) 機制(Mechanisms) 機制是表示作業投入之各項資源或設備，在此本研究係以作業工具與參與 人員作為控制來源，如 IDEF0、BIM 工具(Revit、COBie)、AURASMA 與 AUGMENT 作為工具應用；參與人員則是以業主、建模人員、維護人員與資 訊提供者為主。 (4) 輸出(Outputs) 經由上述作業處理後，產出符合檢測作業之資訊需求內容。 圖 4-3 本研究之 IDEF0 分析架構作業圖
32 接著本研究以 A0 作業核心分析資訊交付流程，如圖 4-4 所示；在本流程交付大致 可分為兩大部分，其一為業主與維護人員依照維護作業計畫需求所建立資訊交付規範， 作業內容為 A1-A2；二為建模人員依照前項交付規範建立資訊交付內容，其作業內容為 A3-A5。 後續本研究將說明 A1-A5 子作業之間的傳遞關係，在 A1 作業是由業主與維護人員 依據相關法令規範與消防維護需求分析檢測時所需之資訊，接續再由 A2 建構專案資訊 規範，此作業是由業主定義專案生命週期於消防受信總機與消防安全設備資訊傳遞關係 之過程，透過組織化形成資訊交付規範手冊，確保後續資訊之應用。 在建立完交付手冊後，建模人員會依據前項交付規範建立資訊交付內容，此時建模 人員可進行 A3 作業建立符合規範之建模元件，並確認各元件能有效傳遞規範所需之資 訊，在完成專案需求元件後；接著建模人員會進入 A4 作業，此作業是以營運維護計畫 要求專案參與人員提供相對應之 COBie 資訊與相關資訊內容，建立 BIM 模型與交付資 訊；最終建模人員與業主會進入 A5 作業，該作業內容是將前面完成之資訊內容整合匯 入系統中，並同時檢核資訊內容的完整性與正確性，以確保營運維護階段能有效被執 行，再來將具體分析各項作業內容並建構流程關係，接著經由 BIM 交換技術，交換出 擴增實境應用之相關格式，以達到擴增實境可視化之能力，最終完成標識追蹤資訊交付 架構。
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圖 4-4 本研究之 IDEF0 A1-A5 資訊交付流程8
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4.2 分析消防安全設備檢測維護需求
經由現場探勘與文獻回顧整理得知，消防安全設備於營運檢測維護階段大致可歸類 為兩大層面，一是確認消防受信總機發出燈號時進行的檢測維護作業；二是受限於維護 計畫與消防法規之「各類場所消防安全設備檢修及申報作業基準」進行定期的檢修作 業。故本研究將建置一套符合檢測維護作業之需求分析架構，如圖 4-5 所示，並詳述說 明各作業之作法。 圖 4-5 消防安全設備檢修資訊需求分析流程4.2.1 建立消防安全設備系統分類
本研究經由「各類場所消防安全設備檢修及申報作業基準部分規定修正規定」得 知，台灣消防安全設備檢修分類項目內容(如表 4-1)，然而該檢修項目元件並沒有標準 的編碼，在後續資訊模型應用將難以透過系統化管理，因此本研究經探討後將以消 OminClass Table 21 作為元件編碼之標準，並找出項目之對應編碼作為分類基礎。35 表 4-1 各類消防安全設備之檢修項目 編號 檢修項目 編號 檢修項目 1 滅火器 14 避難器具 2 室內消防栓設備 15 緊急照明設備 3 室外消防栓設備 16 連結送水管 4 自動撒水設備 17 消防專用蓄水池 5 水霧滅火設備 18 排煙設備 6 泡沫滅火設備 19 無線電通信輔助設備 7 二氧化碳滅火設備 20 緊急電源插座 8 乾粉滅火設備 21 鹵化烴滅火設備 9 海龍滅火設備 22 惰性氣體滅火設備 10 火警自動警報設備 23 冷卻撒水設備 11 瓦斯漏氣火警自動警報設備 24 射水設備 12 緊急廣播設備 25 簡易自動滅火設備 13 標示設備 26 其他經中央主管機關認定之消防安全設備 在現今於建築分類編碼種類大致可分為：建築資訊總分類(OminClass)、元件分類 (Uniformat)和綱要分類(MasterFormat)三種分類編碼，而台灣公共工程常用的編碼型式 是以 MasterFormat 作為分類編碼標準。然而，本研究選定 OminClass 作為編碼系統是 基於 OminClass 能有效整合 BIM 元件分類，在現今國際上通用的工程資訊標準也正朝 向 OminClass 編碼體系靠攏。 本研究主要將探討消防受信設備系統，依據 OminClass 編碼查詢得知，消防是被編 列於 Table 21 的 21-04 00 00 服務(Services) 項目中，而在服務項目內容又可分類為運輸 (Conveying)、給排水(Plumbing)、空調(HVAC)、供電(Electrical)、通訊(Communications)、 消防(Fire Protection)與保全(Electronic Safety and Security)等七大服務系統，在每項系統 中又可再細分為子系統，直到最終分到元件層級；以本研究之 Table 21 消防系統舉例來 說，子系統部分可分為四層主要架構，分別是第一層的服務；第二層的消防系統；與第 三層的滅火(Fire Suppression)與特殊防火裝置(Fire Protection Specialties)項目；第四層則
36
是 依 照 元 件 功 能 區 分 為 水 基 型 滅 火 裝 置 (Water-Based Fire-Suppression) 、 滅 火 (Fire
Extinguishing)、滅火附加構件(Fire Suppression Supplementary Components)、防火櫥櫃 (Fire Protection Cabinets)、滅火器(Fire Extinguishers)、氣體補充系統(Breathing Air Replenishment Systems 與滅火器配件(Fire Extinguisher Accessories)等元件內容，如第四 層無法滿足需求，可再依實際管理需求建置第五層，以滿足檢測維護作業需求。 表 4-2 OminClass Table 21 之消防系統分類架構 Omni Class 編碼 第一層 第二層 第三層 第四層 21-04 00 00 服務 21-04 40 消防 21-04 40 10 滅火 21-04 40 10 10 水基型滅火裝置 21-04 40 10 50 滅火 21-04 40 10 90 滅火附加構件 21-04 40 30 特殊防火裝置 21-04 40 30 10 防火櫥櫃 21-04 40 30 30 滅火器 21-04 40 30 50 氣體補充系統 21-04 40 30 70 滅火器配件
4.2.2
分析消防安全設備檢測資訊內容
如圖 4-5 所示，消防安全設備於營運檢測維護需求大致可分類為：(1)確認受信總機 發出燈號時的檢測維護作業；與(2)維護計畫與消防法規之定期檢修作業。而考慮實際 營運階段，又可將消防設備元件分為：可見之消防設備(可用肉眼查看實體)與非可見之 建築構造或裝修內消防設備，因此本研究提出兩類檢測維護資訊呈現模式，其內容如下： (1) 可見型消防設備檢測維護資訊呈現 可見型消防設備檢測是指肉眼可見到之消防設備，透過法規檢測項目與維 護計畫可直接以肉眼進行檢測；或當消防受信總機發出異常信號時(如圖37 4-6)，查看人員可到信號來源之對應空間，以肉眼進行判斷檢測作業。 因此，在本研究經討論後，對於可見型資訊呈現提出了初步構想如圖 4-7 所示，其構想係以火警區劃平面圖進行區域劃分，並與消防設備檢測維護內容 進行整合，建置出檢測維護資訊內容，並透過圖 4-4 資訊交付階段建立雲端資 料庫，以提供未來受信總機出現異常燈號時，檢測人員能即時透過行動裝置 (如：智慧型手機、平板電腦)掃描標識追蹤碼，經由互聯網呈現消防設備異常 之維護相關內容資訊；而例行性維護計畫與法規之定期檢測也可透過此模式呈 現檢測資訊內容。 圖 4-6 消防受信總機 圖 4-7 可見型消防設備檢測維護架構 (2) 非可見型消防設備檢測維護資訊呈現 非可見型消防設備，是建築於專案規劃設計階段，被規劃於建築結構或室 內裝修之消防設備，因此在後期營運維護階段增加了維護上的困難度，然而在
38 傳統的維護作業模式中，是依據二維(2D)建築圖紙進行對照維護，因而大大增 加了維護上之不便性，因此本研究將經由 BIM 建築資訊模型，建置有效之消 防設備交付內容，並透過 BIM 檔案轉換成 3D 模型，再建立 3D 雲端消防設備 元件資料庫，日後可經由行動裝置掃描標識追蹤碼，獲得隱藏之消防設備資訊。 圖 4-8 非可見型消防設備檢測維護架構
4.2.3 建立檢測資訊應用架構
在定義消防安全設備檢測項目編碼與檢測維護內容模式後，本研究進一步探討法規 檢測維護之規範，其相關設備檢查內容可依據法規內容進行操作，經本研究歸納整理 後，法規消防安全設備檢測內容可歸類於表 4-3。為能有效整合檢測資訊應用，本小節 以滅火器項目為例，其整理如表 4-4 所示，在綜合檢查空白部分，係因法規對於滅火器 綜合檢修並無相關檢查規定。 表 4-3 消防安全設備法規檢測項目與歸類 歸類 設備項目 外觀檢查 性能檢查 綜合檢查 受信總機 滅火設備 滅火器 ● ● 室內消防栓設備 ● ● ● 室外消防栓設備 ● ● ● 自動撒水設備 ● ● ● 水霧滅火設備 ● ● ● 泡沫滅火設備 ● ● ● 二氧化碳滅火設備 ● ● ●39 歸類 設備項目 外觀檢查 性能檢查 綜合檢查 受信總機 乾粉滅火設備 ● ● ● 簡易自動滅火設備 ● ● ● 鹵化烴滅火設備 ● ● ● 惰性氣體滅火設備 ● ● ● 海龍滅火設備 ● ● ● 警報設備 火警自動警報設備 ● ● ● ● 瓦斯漏氣火警自動警報 設備 ● ● ● ● 手動報警設備 ● ● ● 緊急廣播設備 ● ● ● 避難逃生設備 標示設備 ● ● 避難器具 ● ● ● 緊急照明設備 ● ● 消防搶救之必要設 備 連結送水管 ● ● ● 消防專用蓄水池 ● ● ● 排煙設備 ● ● ● 無線電通信輔助設備 ● ● 緊急電源插座 ● ● 其他經中央主管機 關認定之消防安全 設備 其他經中央主管機關認 定之消防安全設備 無檢查資料 無檢查資料 無檢查資料 可燃性高壓氣體製 造場所、加氣站、 天然氣儲槽及可燃 性高壓氣體儲槽之 防護設備防護設備 冷卻撒水設備 ● ● ● 射水設備 ● ● ●
40 表 4-4 滅火器細部檢測內容 後續本研究透過 IDEF0 分析檢測作業流程，其流程如圖 4-9 所示，而圖中 B1 是當 消防安全設備檢測時所需執行之作業，其作業內容是依據例行性檢測與受信總機回報異 常指示進行現場探勘檢測，依此查看設備項目元件後進行 B2 診斷作業，該作業是依法 規規定之檢測進行診斷檢測，依照消防安全設備檢查表逐一檢測設備狀況，而經診斷後 如設備沒異常狀況，消防設備師(士)可直接在檢查表上勾選設備正常，但如發現設備異 常，消防設備師(士)將提出消防安全設備檢修報告書進行 B3 處置作業，該處置作業是 維護單位依照消防安全設備檢修報告書與設備操作手冊進行設備維護，如異常狀況能立 即解決，消防設備師(士)可在檢查表上勾選設備正常，但異常狀況無法立即排除將進行 B4 作業，此作業是由消防設備師(士)提出消防安全設備改善計畫，提供管理權人依據法 令要求與原先之竣工文件實施設備改善計畫，在完成計畫後最終進行 B5 執行檢修作 業，該作業是以設備設計圖說經施作廠商執行修繕，修繕完成後再經由消防設備師(士) 進行檢測完成檢修申報。
41 圖 4-9 消防安全設備檢測分析流程 為有效釐清各參與者於各作業間之資訊需求，本研究將透過矩陣法加以分析參與者 於各作業間之需求，其內容如表 4-5 所示。本需求分析是將參與者列於表的左側，上方 則是各檢測作業流程，因此可於表中清楚得知各交會點所需之需求內容，舉例來說，本 研究在現場勘查檢測部分，係以例行性檢修(法規、維護計畫)與消防受信總機所發出之 指示信號進行檢測作業，因此在現場勘查檢測作業須符合管理權人與消防設備師(士)之 檢測資訊需求，在管理權人之檢測來源在於受信總機所發出之指示信號，所以在資訊需 求層面會以消防受信總機所對應之空間(區域)資訊為主，在確認異常之設備後，才會以 設備相關資訊進行診斷作業；而消防設備師(士)則是執行法規之例行性檢測，因此在資 訊需求上則免去受信總機所發出之指示信號，在找出檢測設備項目後，接著將進行診斷 作業，其作業內容係依照法規所訂定之檢測方法與消防設備檢查表(消防設備師(士)檢測 紀錄使用)進行診斷，並須同時查看檢測申報紀錄與設備資訊(型錄或年限)是否符合標 準，以完成此診斷作業，故以此分析方法能有效得知各參與者於作業間之執行作業需求。
42 表 4-5 各參與者於各作業間資訊需求分析 流程\ 參與者 現場勘查檢測 診斷 處置 消防安全設備 改善計畫 執行修繕 管理權人 消防受信總機資訊 空間配置資訊 設備相關資訊 法規檢測方法 設備檢測申報紀錄 設備資訊(型錄) 操作維護手冊 原有竣工文件 成本資訊 設備廠商資訊 實際成本 施作廠商資訊 消 防 設備 師 (士) 空間配置資訊 設備相關資訊 消防設備檢查表 法規檢測方法 設備資訊(型錄) 消防設備檢查表 法規檢測方法 相關法令規定 查看修繕狀況 維護單位 設備資訊(型錄) 操作維護手冊 消防安全設備檢修報告書 設備廠商 設備提供 施作廠商 新設備資訊 修繕計畫資訊
4.2.4 組織 BIM 模型之 COBie 資料結構
接著本研究將建構 BIM 專案資訊規範，本規範係以 COBie 作為主要之資訊架構(如 圖 3-4)，在 COBie 設施(Facility)架構中可將資產分為：空間資產與設備資產兩種類型。 空間資產是以樓層(Floor)、空間(Space)與區域(Zone)為主體；設備資產則是以類型 (Type)、元件(Component)與系統(System)所組成，East(2013)對於上述各類名詞定義如下： (1) 設施(Facility)：指專案之建築物。 (2) 元件(Component)：存在於設施中的設備。 (3) 類型(Type)：元件設備之廠牌與型號。 (4) 系統(System)：是由一群有連結性之元件所構成。 (5) 樓層(Floor)：設施內之樓層。 (6) 空間(Space)：設施內之空間。 (7) 區域(Zone)：是由一群有連結性之空間所組成。後續本研究將進一步探討 Revit COBie Toolkit 與 COBie 架構主體關聯性，經由李佳 融【2015】整理之關聯性架構得知，在資料連結部分，設備類之系統、元件、類型都可 直接與 Revit 連結建立；而空間類目前僅支援樓層與空間連結，區域則沒辦法應用 Revit 建立相關元件(如圖 4-10 所示)。
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圖 4-10 COBie 資訊架構與 Revit 之關係【李佳融，2015】
為確保 COBie 資訊交付架構能有效應用與傳遞，應進一步瞭解 COBie 架構傳遞資 訊之能力，透過李佳融(2015)研究整理得出，現今 COBie 傳遞資訊內容可分為三類：
(1) BIM 模型本體中各項元件的三維幾何資訊：本類資訊是透過個元件的辨識碼
(Identifier)作為 COBie 之元件(Component)、類型(Type)、系統(System)等各主體
之外部參考鍵使模型能與 COBie 表單中之資訊鍵結。
(2) COBie 所直接傳遞的參數資訊：COBie 允許使用者自行擴建所需之參數資料，
其參數可透過 Attribute 取得，因為 Attribute 可透過 之名稱，如 Component
name、Type name 等作為參考鍵建立關係，故參數資訊是可以擴充的。 (3) 文件與圖說資訊：透過 COBie. Document 可以文件名稱作為外部參考鍵，以連 結文件與 COBie 各單元之關係。 透過上述文獻得知，COBie 資訊交付能以三種類型交付，後續本研究將說明各類型 所需提供之資訊內容。 本研究採用 COBie 作為交付架構，其用意是 COBie 能有效傳遞模型之參數內容(如 尺寸、標準值等參數)，透過上述內容得知，COBie 能經由主體(如元件、空間、系統) 名稱與其它文件類型資訊名稱連結，達到後續使用者可經由檔案名稱檢索到所需之文 件。值得一提的是，各元件可經由 BIM 元件作為參考鍵，透過 BIM 模型與 COBie 資訊
