3D曲牆施工技術之探討-案例研析

國 立 交 通 大 學

工學院工程技術與管理學程

碩 士 論 文

3D 曲牆施工技術之探討-案例研析

3D Exploration of curved wall construction technology

- Case study analysis

研 究 生: 江榮發

指導教授: 曾仁杰 博士

3D 曲牆施工技術之探討-案例研析

3D Exploration of curved wall construction technology

- Case study analysis

研

究

生：江榮發

Student：jung-Fa Chiang

指 導 教 授：曾仁杰

Advisor：Ren-Jye Dzeng

國 立 交 通 大 學

工學院工程技術與管理學程

碩 士 論 文

A Thesis

Submitted to Degreeprogram of Engineering Technology and Management College of Engineering

National Chiao Tung University in Partial Fulfillment of the Requirements

for the Degree of Master of Science in

Engineering Technology and Management June 2010

Hsinchu, Taiwan, Republic of China

3D 曲牆施工技術之探討-案例研析

3D Exploration of curved wall construction technology

- Case study analysis

研

究

生：江 榮 發 指 導 教 授：曾仁杰

摘 要

國內目前有關結構3D曲牆施工技術，文獻幾無案例可考，一般常見為2D曲牆結構之 施工法，結構設計較為單純，曲線變化規則性或統一性，在軟、硬體需求和技術層次 一般的平台即能作業，辦公室的軟、硬體皆能滿足施工圖之需求。而3D技術必須採較 高階的硬體設備才能符合需求，其差別在於增加暫存記憶體容量、加大硬碟空間與採 用具有高速圖形運算能力的影像加速卡，且需要的軟體也較為專業。作業工程師必須 具備熟練的3D電腦技能及專業知識方能勝任。 本研究主要探討3D曲牆施工技術及施工可行性評估，並將規劃、設計至施工階段須 考量之要點加以彙整，及提供國內針對3D曲牆施工計畫之訂定與風險評估。另提供施 工計畫建議，就施工前與施工中應考量事項。研究剖析3D曲牆之關鍵技術，提供國內 業界針對3D曲牆施工規劃參考。若能將該技術應用在複雜和更普遍的工程領域，發展 更完整的技術及應用將指日可待。 3D曲牆施工技術為國內首度案例，施工難度非常高，為探討曲牆施工技術障礙點 對成本、工期及工程風險的影響，本研究進行製作與實際建築物代表性之曲牆模型施 工實驗，主要目的為確認其施工技術障礙作綜合性之驗證，而這些驗證結果將可做為 未來興建施工相關參數之參考依據，藉此為未來3D結構曲牆施工提供最佳化的貢獻度。 關鍵詞：3D技術、施工技術、曲牆施工計畫、案例研究。

3D Exploration of curved wall construction technology

–Case study analysis

Student：jung-Fa Chiang Advisor：Ren-Jye Dzeng

ABSTRACT

At present in internal the structure of 3D curved wall construction technology, literature almost no case may test, general common structure for the 2D curved wall construction methods, structural design relatively simple curve regularity or uniformity in hardware and software requirements and technical level general platform that is able to work, the office software and hardware Jieneng to meet the demand of construction drawings. The 3D technology must adopt a higher order of hardware to meet the demand, the difference is that the temporary increase in memory capacity, increase the use of hard disk space and computing power with high-speed video graphics accelerator card and software also need to be more professional. Operating engineer must have a skilled 3D computer skills and expertise before being qualified.

This study focused on 3D curved wall construction techniques and construction feasibility, and planning and design to construction stage of the main points to be considered to be pooled, and the provision of internal plans for 3D curved wall in the formulation and risk assessment. Another provision of the construction plan to write proposals, on the pre-construction and construction issues to be considered. Analysis of 3D curved wall of the key technologies to provide domestic industry planning for 3D curved wall for reference. If the technology used in complex and more general engineering, technology and the development of more complete applications will be just around the corner.

3D curved wall construction technology as the first domestic case of the construction is very high, curved wall of technical barriers to point to the cost, time and project risks, and actual production of this research building model representative of the construction of curved wall experiment primarily to confirm the construction of technical obstacles to a

comprehensive verification, which verify the results will be an important reference for the construction of the construction parameters, so as to 3D structure for the future construction of curved walls offer the best of the contribution.

Keywords： 3D technology，Construction technology，Curved wall Construction Plan，case studies.

誌 謝

睽違二十八年的學校生涯，如今能夠踏入校園重拾書本再圓求學之夢，恍如夢境 一般，百感交集。本論文得以順利完成，首先要感謝恩師曾仁杰博士的悉心指導斧正， 舉凡題目之訂定、觀念之建立、研究之主軸，乃至於許多疑難之釋疑，老師均不厭其 煩地反覆指正，老師治學嚴謹的態度與求事細膩度，深深烙印在腦海，對於論文之撰 寫具有深遠的影響。尤其在邏輯分析上的啟發，使我獲益良多，永銘於心，謹在此致 上無限敬意與感激。 內審期間，承蒙交通大學王維志教授及中華大學 楊智斌教授於百忙之中能撥冗蒞 臨指教，針對本研究疏漏處不吝指正，並提出許多寶貴的建議，使得論文內容益臻完 備與充實，在學期間，感謝 曾仁杰教授、吳永照教授、陳春盛教授、黃玉霖教授、郭 一羽教授、溫琇玲教授及王伯儉教授等授業解惑，使學生在營建專業學術領域上更為 精進。 對於本研究充實的內容，感謝互助友達工地研討小組提供寶貴的建議，更感謝 互 助友達工地上級長官的支持，在施工技術研討上提供寶貴之建議，本研究得以益臻成 熟而充實。其次，特別感謝精洲公司負責人 陳有來、康經理添悟，不吝提供相關施工 技術之建議與施工可行方案意見，在此，謹獻上最真摰的敬意與謝意。 由衷感謝我親愛的家人，在研修期間，全力的支持與鼓勵，始能無後顧之憂的完成 學業。最後，謹將本論文獻給所有關心我的家人與朋友，願您們與我共同分享這份成 果與喜悅。

研究生 江榮發 謹誌 于國立交通大學工學院工程技術與管理學程 中華民國九十九年六月

目 錄

摘 要... i

ABSTRACT... ii

誌 謝...iii

目 錄... iv

圖目錄...vii

表目錄... ix

第一章 緒論... 1

1.1 研究背景與動機... 1

1.2 研究目的... 2

1.3 研究範圍與限制... 2

1.4 研究方法與流程... 3

1.5 論文架構... 3

1.5.1 陳述研究動機與目的... 6

1.5.2 擬定研究範圍與對象... 6

1.5.3 國內文獻蒐集整理與回顧... 6

1.5.4 專家訪談... 7

1.5.5 本研究案例評估分析... 7

第二章 文獻回顧 ... 9

2.1 3 D 技術在工程管理應用案例回顧 ... 9

2.2 3 D 技術資訊操作的基本條件分析 ... 10

2.3

3 D 技術套圖建模的應用與分析... 11

2.4

應用 3D 技術套圖建模在圖管與界面的效益... 13

2.5 探討 2D 曲牆應用 3D 建模技術之回顧... 13

2.5.1 3D 建模技術在曲牆施工的效益... 15

2.5.2 曲牆施工圖拆解及單元分割要領 ... 15

2.5.3 從實體模型(Mock UP)試作探討施工注意事項 ... 16

2.5.4 馬鞍曲牆結構分段施工流程... 17

2.5.5 小 結... 21

2.6 3D 曲牆工程設計回顧-以台中歌劇院案例 ... 21

2.6.1 3D 曲牆結構特性對施工精密度的控制... 22

2.6.2 3D 曲牆施工規劃前置作業界面整合... 23

2.6.3 曲墻施工要徑進度規劃步驟... 23

2.6.4 施工技術困難度的評估... 24

2.6.5 透過曲牆實體試作研析改善施工方法 ... 25

2.6.6 桁架鋼筋施工障礙模擬對策分析 ... 26

2.6.7 本案例曲牆施工支撐架技術探討 ... 27

2.6.8 曲牆結構施工步驟... 28

2.6.9 應用 3D 技術建模放樣... 30

2.6.10 3D 曲牆建模步驟概述... 30

2.6.11 曲牆結構施工垂直升層計畫... 34

2.6.12 小結... 44

第三章不同曲牆結構 Mock up 試作比較分析... 46

3.1 特殊曲牆結構 Mock up 試作案例(一) ... 46

3.2 標準單元曲牆 Mock up 試作案例(二) ... 47

3.3 標準單元曲牆 Mock up 案例(二) 施工流程 ... 49

3.3.1 桁架鋼筋製作流程... 49

3.3.2 單元桁架曲牆構造製作流程... 50

3.3.3 曲牆結構現場施工流程... 54

3.4 曲牆混凝土配比選用比較與澆置流程 ... 54

3.4.1 混凝土配比選用比較... 54

3.4.2 混凝土澆置流程注意事項... 55

3.5 單元桁架曲牆組裝工率分析 ... 57

3.6 單元桁架曲牆組裝單價分析 ... 58

3.7 小結... 59

第四章 單元曲牆替代工法之成本與工期比較分析 ... 61

4.1 單元曲牆工法比較... 61

4.1.1 單元 3M*8M 曲牆結構組成之比較 ... 61

4.1.2 單元曲牆吊裝工法之比較... 63

4.2 不同工法單元曲牆施工流程與工期比較分析 ... 63

4.2.1 原設計鋼筋桁架曲牆單元施工流程與工期 ... 63

4.2.2 替代工法複合式曲牆單元施工流程與工期 ... 65

4.2.3 替代工法施工流程與工期排程的優勢比較 ... 66

4.3 替代工法單元曲牆結構成本比較分析 ... 67

4.3.1 單元曲牆不同鋼材內骨架成本比較 ... 67

4.3.2 曲牆主體鋼材結構差異性分析比較 ... 69

4.4 曲牆結構座標控制點設置方法 ... 70

4.5 小結... 73

第五章 決策風險評估與分析 ... 75

5.1 工程風險與施工障礙分析 ... 75

5.1.1 假設工程的風險... 75

5.1.2 影響工期不定因素... 75

5.2 施工障礙風險分析... 76

5.3 合約管理風險對承攬決策的影響 ... 77

5.3.1 小結... 79

第六章 結論與建議 ... 80

6.1 結 論... 80

6.2 研究建議... 80

中文文獻... 84

圖目錄

圖 1.1 研究流程圖 ... 5

圖 2.1 馬鞍曲牆 ... 15

圖 2.2 馬鞍曲檣 ... 15

圖 2.3 曲牆模型拆解分割圖 ... 16

圖 2.4 曲牆結構分段圖 ... 18

圖 2.5 曲牆施工流程圖 ... 19

圖 2.6 曲牆施工流程圖 ... 20

圖 2.7 主結構組合圖 ... 22

圖 2.8 幾何鋼筋單元 ... 23

圖 2.9 試作鋼筋桁架 ... 25

圖 2.10 關節楔形調整塊 ... 28

圖 2.11 免拆模鋼網剖面圖 ... 29

圖 2.12 曲牆混凝土分層澆置 ... 29

圖 2.13 初步模型示意圖 ... 31

圖 2.14 3D-鋼筋間隔及垂直面排列示意圖 ... 32

圖 2.15 拆解分割圖 ... 32

圖 2.16 單元鋼筋桁架曲線座標圖 ... 33

圖 2.17 粉刷完成面的控制點位 ... 33

圖 2.18 混凝土澆置升層圗 ... 35

圖 2.19 B1FL 版混凝土澆置 ... 35

圖 2.20 1FL 標準層混凝土澆置 ... 36

圖 2.21 第一層曲牆鋼構支撐組裝 ... 36

圖 2.22 第一層曲牆 Truss wall 鋼筋吊裝 ... 37

圖 2.23 第一層曲牆混凝土澆置、鋼構支撐組裝 ... 37

圖 2.24 2FL 版混凝土澆置 ... 38

圖 2.25 第二層曲牆鋼構支撐組裝 ... 38

圖 2.26 第二層曲牆 Truss wall 鋼筋吊裝 ... 39

圖 2.27 第二層下部曲牆混凝土澆置、鋼構支撐組裝及 3FL 版混凝土澆置

... 39

圖 2.28 第二層中段曲牆混凝土澆置、鋼構支撐組裝及 4FL 版混凝土澆置

... 40

圖 2.29 第二層上部曲牆混凝土澆置、鋼構支撐組裝及 5FL 版混凝土澆置

... 40

圖 2.30 第三層曲牆鋼構支撐組裝 ... 41

圖 2.31 第三層曲牆 Truss wall 鋼筋吊裝 ... 41

圖 2.32 第三層曲牆鋼筋及速省模綁紮混凝土澆置 ... 42

圖 2.33 6FL 版混凝土澆置 ... 42

圖 2.34 第四層曲牆鋼構支撐組裝 ... 43

圖 2.35 第四層曲牆 Truss wall 鋼筋吊裝 ... 43

圖 2.36 第四層曲牆鋼筋及速省模綁紮，混凝土澆置 ... 44

圖 3.1 3D 曲牆圖 ... 46

圖 3.2 試作案例一實體曲牆之ㄧ ... 47

圖 3.3 試作案例一實體曲牆之二 ... 47

圖 3.4 曲牆分割單元 ... 48

圖 3.5 試作案例二實體曲牆之ㄧ ... 48

圖 3.6 試作案例二實體曲牆之二 ... 48

圖 3.7 試作案例二實體曲牆之ㄧ ... 48

圖 3.8 試作案例二實體曲牆之二 ... 48

圖 3.9 桁架鋼筋製作流程 ... 49

圖 3.10 桁架鋼筋現場製作 ... 50

圖 3.11 桁架曲牆製作流程圖 ... 51

圖 3.12 桁架曲牆托架製作 資料來源：互助營造 (2008) ... 51

圖 3.13 桁架曲牆鋼筋組立 ... 52

圖 3.14 托架正面圖 ... 52

圖 3.15 托架側面圖 ... 52

圖 3.16 托架頂視圖 資料來源：本研究資料整理 ... 53

圖 3.17 桁架鋼筋組裝托架設計圖 資料來源：本研究資料整理 ... 53

圖 3.18 單元曲牆組裝完成圖 資料來源：互助營造(2008) ... 53

圖 3.19 現場施工流程圖 ... 54

圖 3.20 現場流程圖 ... 55

圖 3.21 單元曲牆混凝土澆置工序 ... 57

圖 4.1 鋼筋桁架結構 ... 61

圖 4.2 Compound Wall 複合式結構 ... 61

圖 4.3 曲牆鋼筋組合步驟 ... 62

圖 4.4 桁架鋼筋結構曲牆 ... 62

圖 4.5 複合式鋼架結構曲牆 ... 62

圖 4.6 桁架鋼筋曲牆施工流程圖 ... 64

圖 4.7 桁架鋼筋單元曲牆工期 ... 64

圖 4.8 複合式結構曲牆施工流程圖 ... 65

圖 4.9 複合式結構單元曲牆工期 ... 66

圖 4.10 座標作業流程 ... 71

圖 4.11 測量座標圖 ... 72

圖 4.12 測量定位圖 ... 72

圖 4.13 測量定位圖 ... 73

表目錄

表 2.1 電腦硬體與相關設備 ... 10

表 2.2 電腦軟體設備 ... 11

表 2.3 專業知識具備一覽表 ... 11

表 3.1 混凝土配比試驗比較表 ... 55

表 3.2 單元曲牆組裝作業工率分析 ... 58

表 3.3 單價分析表(不含鋼筋材料) ... 59

表 4.1 內骨架成本比較表 ... 69

表 4.2 主體結構鋼材分析比較表 ... 70

第一章 緒論

一般工程設計圖說係經層層審查程序核可，內容應正確無誤，但從 Vaysburd(2004) 引述法國和瑞士的調查報告指出，約有 37%的工程缺失或瑕疵是來自設計不良，衍生施 工困難與風險，而 3D 曲牆結構即為施工技術困難，風險極高之設計，國內從高鐵於 2000 年引進 3D 技術應用迄今，已將近十年的時間，就 3D 技術的發展雖已趨純熟，應用也 越來越廣泛，無論是在建築物外觀選擇、檢討測量精度、GIS 資料庫建立或是媒體宣傳 等，都有相當的成效。 然而就 3D 曲牆施工技術與規劃方面卻缺乏可參考案例，從施工設計規劃、施工作 業流程與技術之運用上，無法完全掌控管理。為驗證特殊結構系統之施工可行性與風 險評估，本研究將針對實際相關案例，就 3D 繪圖建模程序，座標放樣等施工作業流程， 並透過案例實體模型施作過程，找出施工技術障礙，提出解決建議方案與施工可行性， 針對曲牆結構施工方法、流程、工期、成本、風險等作比較分析，提供未來 3D 曲牆施 工技術的參考依據。

1.1 研究背景與動機

在工程進行施工規劃時，通常會把專案規劃者(Planner)的專業概念或經驗，量化成 為書面資訊，匯集成施工計畫書，內容包含專案目標、施工方法與流程、工期、進度、 人力、機具、材料、臨時設備、品控計畫等。作業文件皆以 2D 書面呈現，尤其在施工 方法、施工流程與施工進度陳述，皆以文字敘述輔助圖形來呈現；由於 2D 書面的文字 陳述或是圖形表現法相對於 3D 空間其說明度與檢核度不高，須要憑藉想像與解讀，故 2D 書面資訊會比較容易導致專案管理者花費許多時間在解讀文字圖形、溝通、變更、 解決衝突等問題。設計者對圖面的表現無法以 3D 的概念詮釋空間對應關係，將形成現 場施工衝突，產生極大的施工障礙與困難。 為確保 3D 曲牆之施工可行性，及探討施工技術障礙點，本研究進行透過由 2D 的 套圖，應用 3D 建模形成立體空間實體模型之試驗分析,分別就曲牆混凝土的配比、桁 架鋼筋的彎折、曲牆的結構支撐、座標放樣要領等作審慎的評估與實作的驗證，以彙 集曲牆施工之參考作為施工可行性評估依據。根據相關之評估與試驗所得成果，提出 可行的施工方案供作施工規劃參考，配合未來施工之需求，針對曲牆施工實驗所掌握

的工程技術與研析結果，從施工規劃、施工方法、工期、成本、風險等比較分析，提 供曲牆施工技術更具體之經驗成果，為本研究之動機所在。

1.2 研究目的

回溯國內過去特殊 3D 結構曲牆，營建工程專案相關文獻資料調查得知，針對結構 區牆工程技術相關文獻之資料幾無可查，尤其在實際施工案例之分析探討與資訊蒐集 更加貧乏，而其文獻對曲牆結構之探討也僅侷限於一般營建工程之描述，因此希冀經 由本研究之實作試驗分析過程，能對 3D 結構曲牆工程施工技術作有系統之分析與彙 整，藉此所進行之分析彙整以提供 3D 結構曲牆工程施工技術較完整之資訊，俾使爾後 業主、工程顧問、建築師、專業施工廠商等，有所依據參考。 為建立改善施工技術的可行性研究目的，本研究進行實作試驗工率分析與工法研 討，例如實際施作等比例 3D 曲面牆研討可行施工法、分析其 3D 放樣及結構支撐等。 而主要著重在曲牆結構施作工法、工期、成本之研究，透過這樣的實驗可供做日後業 界的施工案例參考，對於曲牆施工技術的提升有莫大的幫助。對本案例施工圖說、曲 面結構體放樣、施工及支撐計畫、分區施工、工期計算、成本等進行研析，將可促進 國際施工技術、人才及經驗交流，更能提昇國內特殊工法技術營建競爭力。

1.3 研究範圍與限制

營建工程施工技術，如何將研究資訊作有效整合，是本研究的重點，也藉著特殊 3D 曲牆案例加以說明。該案例設計的複雜性，施工技術的高難度，造成施工規劃與步 驟有別於一般施工程序，尤其在不規則三維曲面施作部分，造成施工技術執行困難。 以 3D 視覺化建模，模擬實體模型進行施工可行性分析，探討施工流程中的障礙、成本、 工期、比較等。本案例研究針對 3D 建模空間元件模型，再透過拆圖單元分割計畫，建 立施工流程，匯集施工障礙分析提出對策，確立可行性施工方案。 本研究針對 3D 曲牆施工技術案例之研究，其研究重點著重在主結構為不規則三維 連續曲牆之鋼筋混凝土構造。並將針對實體曲牆模型之鋼筋工程、牆體支撐架、混凝 土澆置及施工障礙等，衍生工程風險、影響決策因素、施工計畫等作為研究範籌。

1.4 研究方法與流程

3D 套圖建模及曲面拆解分割技術攸關曲牆結構施工的成敗，也是施工最關鍵之 技術。有關曲牆結構施工技術，如 2D 馬鞍型曲牆，藉由 3D 的實體模型建模技術， 從模型的空間概念推展模型製作工序，進而導出施工流程步驟，例如藉由 3D 技術模 擬立體空間，從空間概念的相互衝突找出工程界面影響因子，進而找出問題事前防 範對策。有關曲牆施工實際案例，雖然就 3D 軟體多媒體技術的運用國內已有不少案 例經驗，但相較於應用於工程施工技術上顯得缺乏。 本文將針對案例所做實體模型的試作，研擬出來的施工流程與步驟，彙整施作過 程中的實務經驗，提出工法的分析比較，以供後續工程評估相關參考。 步驟一、文獻探討：藉由探討過去有關曲牆結構工程及一般工程施工技術案例相關 文獻，並就其有關施工技術之論文、期刊，進行研析與彙整作業，提出本研究之特 殊性及過去相關研究之差異性。 步驟二、專家訪談：本研究之探討，主要針對參與實際有關 3D 曲牆研討之專業主管、 工程師及模型施作的專業廠商負責人等，進行訪談。工程師訪談內容主要針對實體 模型製作過程之困難點，衍生問題之所在與問題解決對策建議，而專業主管乃針對 施工計畫、工期、成本、施工障礙與工程風險建議方案，專業廠商負責人則針對施 工性及工率之探討，在彙整訪談意見與建議事項後，彙整實驗結果做研究分析及提 出解決建議方案。 步驟三、案例研究：本研究雖經過實際模型實驗及實際參與模型施作之專家的訪談， 得知 3D 曲牆施工技術的複雜度，並彙整實驗結果之數據與研析解決對策，但對於整 體施工規劃與技術障礙之排除仍無實際之經驗與舊法依循，因此，希望透過本研究 之研討小組實際針對本案例作施工技術評估探討，對於整體施工的執行困難，衍生 工期、品質、成本的問題，做深入廣泛的研析，進而綜合佐證由前項實驗成果所下 之結論。

1.5 論文架構

本文架構共分六章。第一章緒論，對研究背景動機、目的、範圍、方法與流程做 一整體性介紹。第二章文獻回顧，敘述曲牆設計與施工特性、分別作案立的介紹。第

三章針對不同曲牆模型試作的比較分析，從試作的流程、施作的工法與支撐的探討、 單元試作的工率分析、單元花費的成本作分析。第四章提出替代工法可行性分析建議， 以及替代性工法的施作成本、工期、總體曲墻結構的差異性比較。替代工法施工 考量，再以施工照片簡介施工流程，再提出可行性施工建議，以及施工應注意事項供 參考。第五章從案例的探討分析中，提出工程風險與施工障礙風險的評估建議，第六 為結論與研究心得建議。 本研究將從相關文獻彙整研究了解，輔以實際案例之實作試驗，並透過技術研討 評估，經過有系統的彙整、工率分析、實作推導，提出有關實作工率的可靠性，並進 一步探討 3D 曲牆施工技術與工期及成本管控關鍵因素。本研究首先從實際工程案例中 先了解 3D 曲牆的複雜性，然後作分析，經過實作試驗過程，萃取關鍵素，並透過研究 進一步分析 3D 曲牆放樣及支撐問題以了解施工技術難題與工程風險，其關聯性的流程 如圖示 1.1 所述。 1.陳述研究動機與目的→2.擬定研究範圍與對象→3.排定研究步驟與流程→4.文 獻蒐集與回顧→5.專家訪談→6.工程案例評估研析→7.整理分析資料→8.3D 曲牆工程 案例探討影響工程決策因素→9.歸納資料研析比較→10.結論與建議→11.將研究流程 的過程串聯後並撰寫研究成果論文。

圖 1.1 研究流程圖 (資料來源：本研究整理) 研究動機與 目的 研究範圍與對象 專 家 訪 談 文獻蒐集與回顧 研究問題及貢獻度之 確立 工程案例評估 研析 整理分析資料 以 3D 曲牆工程案例 探討影響工程決策因素 歸納資料比較分 析 結論與建議 論文撰寫

1.5.1 陳述研究動機與目的

為確保曲牆之施工可行性，及探討施工技術障礙點，本研究進行實體模型之試驗, 分別就混凝土的配比、鋼筋的彎折、曲牆幾何形狀的定義與曲牆支撐、放樣方式等作 審慎的評估與試驗的驗證以萃取曲牆施工之數據作為施工可行性之參考依據。根據相 關之評估與試驗結果，提出曲牆施工之建議方案,並提出可行的施工方案評估，供作施 工規劃之參考，為配合未來施工之需求，針對曲牆施工實驗所掌握的工程技術與研析 結果，據以擬定整體工程施工計劃，俾作為實際施作之參考依據。並彙整有關 3D 曲牆 施工技術障礙與建議方案，俾提供營建施工技術更具體之貢獻。 回溯國內過去特殊 3D 結構曲牆，營建工程專案相關文獻資料調查得知，針對結構 區牆工程技術相關文獻之資料幾無可查，尤其在實際施工案例之分析探討與資訊蒐集 更加貧乏，而其文獻對曲牆結構之探討也僅侷限於一般營建工程之描述，因此希冀經 由本研究之實作試驗分析過程，能對 3D 結構曲牆工程施工技術作有系統之分析與彙 整，藉此所進行之分析彙整以提供 3D 結構曲牆工程施工技術較完整之資訊，俾使爾後 業主、工程顧問、建築師、專業施工廠商等，有所依據參考。

1.5.2 擬定研究範圍與對象

本研究的重點，藉由特殊 3D 曲牆案例加以說明，陳述案例設計的複雜性，施工技 術的困難度，其造成施工規劃與步驟不同於一般施工程序，尤其在不規則三維曲面施 作部分，所造成施工技術執行的困難。以 3D 視覺化建模，模擬實體模型進行施工可行 性分析，探討施工流程中的障礙、成本、工期、比較等。 本研究針對 3D 曲牆為案例施工技術之研究，其研究範圍結構含連續曲牆 RC 結構、 並將針對實體曲牆模型之鋼筋工程、牆體支撐架、混凝土澆置及施工障礙，衍生工程 風險、決策因素、施工計畫等為研究範籌。

1.5.3 國內文獻蒐集整理與回顧

透過文獻探討過去有關 2D 曲牆案例施工要領或 3D 技術的應用、曲牆施工技術 及一般工程施工技術案例的差異性，針對相關論文、期刊，特殊曲牆設計案例，進行 研究分析與彙整比較，提出本研究之特殊性及過去案例相關施工技術之差異性，作有

系統的分析比較。 由於相關文獻對於特殊施工技術，如三維曲牆施工實際案例的記載相形見拙， 國內無實際案例可供探討，故僅就其有關 3D 技術應用於工程管理，或工程施工技術有 關聯性之文獻，特殊曲牆設計試作模型經驗，彙整收集並加以分析探討，從其相關施 工技術的案例中，推導施工流程作為本研究所需的的基本參考。

1.5.4 專家訪談

有關 3D 曲牆施工技術的實務經驗或可參考施工技術的文獻缺乏，因此，除收集相 關施工技術文獻、專業期刊、施工技術等研究報告，作為本研究參考依據外，特就相 關施工技術專業廠商負責人、結構工程師、施工作業主管等進行訪談，將其訪談之施 工經驗與建議，作為研究分析的資料收集與參考依據。 本研究之探討，主要針對參與實際有關 2D 或 3D 曲牆研討之專業主管、工程師及 模型施作的專業廠商負責人等，進行訪談。工程師訪談內容主要針對實體模型製作過 程之困難點，衍生問題之所在與問題解決對策建議，而專業主管乃針對施工計畫、施 工流程、工期、成本、施工障礙與工程風險建議方案，專業廠商負責人則針對施工性 及工率之探討，在彙整訪談意見與建議事項後，彙整實驗結果做研究分析及提出施工 可行性建議方案。

1.5.5 本研究案例評估分析

本研究透過實際模型實驗及實際參與模型施作之專家的訪談，得知 3D 模型可用於 施工可行性的初步評估，減少界面問題，有助視覺接收，減少重複作業，改善精度， 增強溝通。3D 模型的建立，便於設計者的細部評估、執行與監控。進而依此規劃流程 方案，以及透過建模過程，評估不同設計方案。 3D 曲牆設計的複雜度，以及施工技術的高難度，工程界面的繁複，從實驗結果之 數據加以研析比較，並提出解決對策。但對於整體施工規劃與技術障礙之排除仍無實 際之經驗與舊法依循，因此，希望透過本研究之研討實際針對案例作施工技術評估探 討，對於整體施工的執行困難，施工障礙所衍生工期、品質、成本、風險的問題，做 深入廣泛的研析，進而提出可行性施工方案及建立施工流程，供施工決策之參考。

1.整理分析資料 藉由訪談的過程與建議，綜合試作實驗結果的研究分析，輔以研討小組評估出來 的意見，彙整及分類做完整的研析施工建議資料。 2. 工程案例-探討影響工程決策因素 從工程案例中探討其施工困難度與可行性分析，從規劃設計的合理性分析，招標 合約的公平性與潛在風險的評估，並藉由 3D 曲線套圖建模的實體試作，確認施工流程 與施工瓶頸之所在，據以作為工程決策依據。 3. 歸納資料研析 將試作模型的相關數據與研討小組評估與建議作綜合整理與分類，提供後續研究 參考依據。 4. 結論與建議 彙整研究分析資料提出理論架構及案例研究成果，並建議未來之研究發展方向， 撰寫本研究之完整報告。

第二章 文獻回顧

針對國內有關 3D 技術應用在曲牆結構之施工技術探討之文獻、案例、相關技術經 驗研討等缺乏，尤其應用在曲牆施工技術方面更顯匱乏，應用 3D 技術曲牆獨特的設計 構想，獨創結構無柱樑系統設計及特殊工法等，造型特殊且施工困難度相當高，本章節 就幾項重要的主題進行文獻回顧，希望透過國內 3D 技術及特殊曲牆施工技術施工案 例，從 3D 套圖、結構放樣、模型實體試做、施工計畫、工期評估等，彙整分析比較， 對其施工可行性及待改善事項，作歸納建議，而這些分析結果將可做為未來實際施工相 關決策之參考依據，藉此提供未來 3D 技術與曲牆施工具體可行之施工方案。陳述如下： 1. 3D 技術在工程管理的應用。 2. 資訊技術在工程上扮演的角色，由 2D 到 3D 的演進優勢及在資訊科技為背景的 3D 建模應用，對工程技術上的貢獻。 3. 施工可行性的探討，針對設計、規劃、施工階段影響因子，作施工技術、工期、 成本的分析比較。 4. 決策影響，針對施工的評估分析比較，對於影響決策因素做探討。

2.1 3 D 技術在工程管理應用案例回顧

3 D 技術應用在營建工程的施工及工程界面之管理，以高鐵(S250 標)新建車站中， 大量採用 3D 技術及虛擬施工，預先在電腦中模擬設計模型，可以協助解決設計盲點及檢 討施工問題，找出施工界面關鍵點。高鐵六個新建車站中，唯一大量採用 3D 技術，虛擬 施工的工地，利用事前在電腦中模擬設計成品，能有效地解決設計盲點、檢討施工問題， 並找出介面關鍵點，使得施工及協調更為順暢。截至目前為止，運用 3D 技術可解決檢討 內容包括：結構系統配置問題、測量及排水系統整合、空間設計合理性與否、設計與施 工套圖界面整合及圖說不清檢核等問題，並能克服 SRC 構造鋼筋穿孔的套圖問題，因此， 藉由 3D 技術的應用在施工技術上解決了複雜的施工界面問題。(黃隆茂、楊定良 2002)。 將該技術應用在更複雜的 3 D 曲牆結構施工技術上，透過 3D 套圖建模技術，模擬出 實體模型並轉換為施工圖，藉由建立空間概念進行施工流程拆解，將能推展出更成熟的 曲牆施工技術方法。由於能夠在施工前便模擬出設計上的盲點與衝突，大大降低工程延

宕及施工錯誤的機會，在提高設計之品質有明顯的助益。3D 技術所展現在工程上的貢獻 與實力，已受到營建業界的重視，若能將該技術應用在更複雜和更普遍的工程領域，發 展更完整的技術及應用將指日可待。

2.2 3 D 技術資訊操作的基本條件分析

3 D 技術的操作必須在軟、硬體需求和技術層次較高的平台始能作業，一般的軟、 硬體是無法滿足作業需求的，因此必須配備較高階的硬體設備才能符合需求，主要的差 別在於增加暫存記憶體容量、加大硬碟空間與採用具有高速圖形運算能力的影像加速 卡，其所需的軟體為專業使用。其次操作工程師必須具備較高的電腦技能及專業知識始 能勝任，另需具備營建工程專業知識並熟悉相關軟體及現場實際施工的歷練。茲就 3 D 技術操作平台所需軟硬體設備配置分析陳述如下： 1. 電腦硬體與相關資訊設備的配置。詳表 2.1。 2. 軟體設備及主要作業需求。詳表 2.2。 3. 操作工程師應具備之專業知識，詳表 2.3。 表 2.1 電腦硬體與相關設備 名 稱 型 號 或 規 格 備 註 中央處理器 Intel Pentium 1.60G Hz 暫存記憶體 1 G Byte 硬碟空間 120 G Byte 影像加速卡 Matrox parhelia 音效卡 Advance AC97 Audio 內建 光碟機 52 倍速讀取

燒錄機 Benq 40x12x48 40 write /12 rewritable/8 read 數位相機 Fuji-F401 2M pixels

掃描器 Mustek Bear Paw 1200CU 彩色印表機 HP designjet 10ps

表 2.2 電腦軟體設備 軟 體 名 稱 主 要 用 途 備 註 AutoCAD 2002 2D 圖檔編輯和 3D 模型建立 2D 套圖 Microstation Triforma V8 2D 圖檔編輯和 3D 模型建立 3D 套圖與設計整合 Photoshop 7.0 影像處理及材質編輯 3D Studio Max 5.0 3D 模型貼圖、打燈光及動畫製作 Acrobat 4.0 向量式圖檔與點陣圖之轉換 Premiere 5.0 影像、動畫剪接與編輯 資料來源：黃隆茂、楊定良(2002) 表 2.3 專業知識具備一覽表 專業訓練 必備 建議具備 專業訓練 必備 建議具備 工程圖學 平面測量 影像處理 建築基本概念 結構 RC 建築法規 資料來源：黃隆茂、楊定良(2002)

2.3 3 D 技術套圖建模的應用與分析

運 用 3D 模 擬 軟 體 來 建 立 產 品 的 3D 模 型 ， 是 專 業 設 計 師 不 可 或 缺 的 技 能 之 一。建 模 軟 體 有 很 多 種，如 3Ds Max 較 適 合 建 築、室 內 設 計 或 動 畫 領 域，專 業設 計 師 較 常 用 到 的 軟 體 有：Catia、ProE、SolidWorks、Alias、Rhino 等，建 模 的 基 本 概 念 都 是 相 通 的，只 要 能 夠 精 通 一 到 二 套，大 概 也 就 足 夠 應 付 工 作 上 需 求 了。 建 模 (Modeling)一般分為實體建模(Solid Modeling)和曲面建模(Surface Modeling)， 實 體 建 模 指 的 是 建 出 來 的 模 型 以 實 體 成 型 為 主 ， 而 曲 面 建 模 則 是 建 立 零 厚 度 的 面，最 後 將 所 有 的 缝 織 結 起 來，再 轉 換 為 實 體。這 種 方 式 往 往 用 在 建 立 表 面 較 複 雜 的 模 型，如 不 規 則 曲 面。在 建 模 時 通 常 會 同 時 運 用 這 兩 種 方 式，不 須 特 別 規 定 於 某 種 方 式 。 其作業要領陳述如下：

1. 設計圖面及相關檔案蒐集： 由於 3D 的模型是藉由 2D 圖面資料而獲得，取得足夠的圖面資 料，以營建工程為例 應蒐集的設計圖包含：平面圖、剖面圖、各向立面圖、樓梯平面圖、樓梯剖面圖、門窗 詳圖、結構平面圖、大樣圖等。 2. 轉換檔案格式要領： 國內所使用的 CAD 格式，大多採用 AutoCAD 平台的 DWG 檔，由於 3D 模型主要在 Microstation 平台下建立、解析與判讀，故必須將副檔名為 DWG 的檔案轉換格式為 Microstation 平台所使用的 DGN 檔，（目前 Microstation V8 版以後已可支援 DWG 檔， 因此可以省去轉檔作業），轉檔之後必須檢查轉檔前後差異，才能確保檔案之可靠度。(黃 隆茂 2001)。 3. 引用 2 D 圖檔資訊建構 3 D 套圖： 因施工需求，將既有的設計圖面，依正確座標位置與比例重疊。一般以 2D 套圖來 檢查設計圖面問題已相當普遍，但 2D 套圖只能發現局部問題，欲建立 3D 模型，必須依 據 2D 圖面的資訊，因此對於 2D 圖面的深入瞭解，將有助於 3D 模型的建立。 4. 清圖： 清圖則是由具備建築法規、設計知識或施工經驗者，來檢查該設計圖是否缺圖、設 計適當否、合乎法規與否或是設計上的錯誤，對於具備工程經驗的 3D 工程師而言，建構 3D 模型的同時，即是在做清圖工作了。 5. 影像輸出與製作報告： 為了幫助設計者瞭解 3D 工程師清圖後之問題所在，且能迅速解決問題，並將問題 輸出成影像，便於 e-mail 傳送，或作為報告的附件，使設計者容易理解問題重點。以 高鐵 S250 標案例，將發現的設計問題製作成 RFI（資料查詢表 Request for Information） 的報告方式，要求設計者澄清或更正設計圖不明或衝突之處，以利追蹤過程與結果。(黃 隆茂 2001)。

2.4 應用 3D 技術套圖建模在圖管與界面的效益

運用 3D 技術套圖建立模型，在高鐵 S250 標工程發掘問題出來時，讓設計者有充足 的時間提供正確的圖面給施工者。而經統計高鐵 S250 標所發出的 RFI（資料查詢表 Request for Information）中有 85%在該作業是在施工 6 個月前，便將問題解決。而在 3~6 個月前解決問題的也有 8%作業，只有 7%在 1~2 個月前才解決問題的，因此，也縮短了 承包商清圖的前置作業時程，改善設計圖的品質，且降低了承包商因損失向業主求償的 機會。(黃隆茂、楊定良 2002)。 由前案例使用 3D 技術應用在設計規畫前段清圖及施工階段界面套圖，藉由套圖建立 3D 模型檢討相關設計界面，例如 機電設備、消防管線、空調管線、給排水管等，利用 三度空間的虛擬呈現不同層次界面的衝突點，進而預作防範提供正確設計圗面供施工 者。因此，應用 3D 技術之套圖建模，不但幫助設計者能預作防範提供正確圗面，而施工 者也透過 3D 套圖三度空間的建模，達到了工地施工界面管理的諸多效益。

2.5 探討 2D 曲牆應用 3D 建模技術之回顧

為瞭解運用 3D 技術所達到的實質成效，在技術應用應注意事項分類成七大議題：結 構系統問題、測量、空間合理性與否、設計與施工界面整合、結構曲面的校正、建築法 規需求、圖面資訊不足等七大類，提出較詳盡的說明。陳述如下： 1. 結構系統問題 本節所探討的結構曲面問題，主要是探討結構曲面計算的邏輯、構件型式、外觀不 合理或與建築設計不符處，足以影響結構或改變配筋型式者。而 3D 模型建構的程序，依 次是以柱、樑、版、的順序建立，在建立模型的過程中，同時也檢討結構系統的問題。 2. 測量系統座標問題 系統上即使是一個小小疏忽，所造成的影響都相當深遠，因此對於系統問題必須加 以檢討， 3. 空間合理性與否 本節所提的空間合理性問題，主要是 3D 曲牆結構的設計，假如因內部協調與整合之 不當，所造成空間曲面的連接明顯不合或衝突，卽必須檢討重新設計。

4. 設計與施工界面整合 所謂設計與施工界面整合係指曲牆結構施工進行中，相關平行包如機電、空調、消 防設備等，因屬不同合約，所產生的設計問題衝突、界面無法銜接等問題。 5. 結構位置或牆位校正 建築設計者因空間的需求，所配置的柱牆放樣圖，並不一定符合結構的需求，如果 承包商依建築設計者的柱牆位放樣圖去放樣施工，後來才發覺不符合結構設計的需求 時，那麼問題就嚴重了，因此結構體的位置或柱牆位放樣圖的精確度必須加以檢討，預 先注意到此問題，先行規劃檢討精確性，則可避免重大的錯誤產生。 6. 建築法規需求 一般建築設計案雖經建管單位事先審查通過，取得建造執照後方可施工，抽樣性的 審查，其遺漏在所難免，3D 建構是一種全面性的檢討，因此容易發現遺漏之處。 7. 圖面資訊不足 圖面資訊不足，在清圖中是最容易辨識的狀況，而 3D 模型的建構，必須完全依照 2D 的設計圖，若圖面遺漏時，將無法建構 3D 模型，因此除非特殊狀況允許，如自行假 設的 3D 模型是不能夠被允許的。 曲牆施工國內較具代表性者如：高雄世運主場館清水牆 RC 構造馬鞍型曲牆。馬鞍結 構在國內施工屬於創舉，其外觀為清水牆設計，其造型屬 2D 曲線，相當獨特。而如何突 破舊有傳統鋼筋混凝土施工及精準放樣連接鋼構件，為極高難度施工技術之挑戰。該馬 鞍型曲牆構造為曲面 2D 曲線構造，如圖 2.1、圖 2.2 所示，整體曲牆由二維曲線構造形 成，配合建築設計區分不同曲牆單元構造，其關鍵技術重點在於每一單元曲牆必須透過 2D 解圖之分割，放樣、系統分割接合計畫及實體模型試作(Mock UP)，作為曲牆施工推 進之工序及施工困難點因應對策資訊收集。

圖 2.1 馬鞍曲牆 圖 2.2 馬鞍曲檣 資料來源： 互助營造(2008 )

2.5.1 3D 建模技術在曲牆施工的效益

Cory (2001)指出一般而言書面形式具有方便、成本低廉，並有舊有之習慣優 勢，加上各種表現法，如文字敘述、符號、數字、圖形等，來進行資訊傳遞的工作， 改善了資訊傳遞中的解讀與想像的模糊資訊，並藉由預測與不斷更新來更新不確定資 訊；將原本難以量化的資訊轉換成書面形式(Paper-based)，其一可以溝通專案概念 (Communication)，並可以進行對策研擬(Measure Planning)，提供專案資料交換(Data exchange)，作為決策與管理上的依據，以期將人為因素降低，確保專案執行順利流暢。 但是所傳遞的資訊屬於二維度(2-D)資訊，對於第三維度空間需求，必須仰賴設計規劃者 的想像與承包施工廠商的理解能力或經驗來彌補。而本文所探討的曲牆重點其施工對 策、空間需求，以 2D 形式表現會顯得複雜與繁瑣。 由於電腦輔助的進步，三維度的空間已被運用在設計階段，3D 比 2D 在空間中多了 一個維度，可以讓人更易瞭解、資訊更連續的優點，建築中 3D 數位模型即藉由電腦輔 助工具，將所需之空間感納入 3D 模型中。2D 曲牆結構之曲線繪圖空間座標解圖、單元 分割、藉由 3D 建模實體模型，可確立其施工流程、施工技術困難點之因應與解決、從建 模過程資訊收集、歸納分析、彙整施工流程中碰上的瓶頸，提出施工可行性與待改善事 項建議，據此提升了曲牆施工技術的效益。

2.5.2 曲牆施工圖拆解及單元分割要領

3D 建造元件模型，主要呈現展現在 3D 空間圖像上的型態，實際要建造元件，屬於

實體部分，3D 程序模型主要呈現一個元件之間或元件與其他相關元件模型之間的關係。 3D 模組必須涵蓋資料庫系統，用以儲存、提供、分析、統計相關資料，如尺寸、體積、 型態等，並產出圖像，提供施工者決策的資訊。要建立一個正確的曲牆 3D 模型，必須花 費相當多時間去比對和瞭解設計圖，因此 3D 工程師也比現場工程師更瞭解圖面，這使得 3D 工程師在審查承包商的施工圖時，比現場工程師更有效率及正確性。 馬鞍曲牆為 2D 曲線構成之二維弧形曲面，無法以傳統施工圖面據以施作，必須透 過 3D 建模技術將平面圖轉換立體空間為虛擬模型實體，再依此製造圖說進行拆圗及單元 分割，如圖 2.3 所示，將牆體拆解為下部及上部兩個單元。 圖 2.3 曲牆模型拆解分割圖 資料來源:互助營造(2008) 1. 從單元分割圖之拆解程序可以得知，從 2D 平面圖由 3D 建模技術轉換成立體空間之實 體模型，可更清晰了解曲牆構造及施工程序的建立步驟，從拆解圖面的步驟可研擬出曲 牆施作的工序，據以建立施工流程的依據。 2. 由施作工序建立的施工流程，進一步探討施工技術規劃及施工方法的確立，進行施工 困難點因應對策，提出施工可行性及施工計畫之訂定參考。

2.5.3 從實體模型(Mock UP)試作探討施工注意事項

馬鞍曲牆結構為特殊造型曲面牆體構造，在正式進行現場施工前，為確立施工過程 中工法的確立與困難點的解決，必須試作一實體模型來確認主要施工注意要項： 1. 曲牆鋼模組裝、拆除、推進過程檢討：

從實體模型試作中，檢討出曲牆鋼模的分割組裝順序及拆除的工序，在第一單元完 成後，第二單元如何快速推進，並考量牆體精準定位與前進，這些都是在實體模型試作 過程中需要檢討的。 2. 牆筋配筋續接綁紮方式的檢討： 單元曲牆的分割，必須考慮到每單元曲牆配筋續接之可行性，從實體模型中，檢討 每單元鋼筋續接技術問題，並對於標準單元以外之不規則曲面之牆筋，如何續接密合達 成連續性之完整曲面牆體。 3. 混凝土配比、坍度及澆置方式的訂定： 二維曲面牆體的混凝土澆置，要確保混凝土表面品質，困難度相當高，故在其配 比的選擇及水灰比的控制，澆置方式的選擇，這些問題必須透過曲牆實體的試作，始 能一一發現並提出解決方案。 4. 相關構件預埋件安裝配合方式檢討： 透過清圖及3D建模方式，能套繪出構件安裝預埋的位置解決介面問題。 5. 水電配管介面預埋方式檢討： 藉由3D建模的套圖檢討，可精確套繪水電相關配管衝突點，解決問題。 6. 藉由前述實體模型的試作過程中，研擬出曲牆施工作業流程，據此發展曲牆施工 計畫及可行性施工方案。

2.5.4 馬鞍曲牆結構分段施工流程

馬鞍曲牆結構施工透過 3D 建模拆圖，將單元結構依施工作業程序拆分為下部單元及 上部單元牆體結構，如圖 2.4 所示，由拆解圖過程模擬建立施工作業流程，藉由施工流 程作業過程中找出施工困難點，提出可行性的因應對策。施工流程陳述如下： 1. 曲牆下部單元結構 1F~2F 分段施工流程。 如圖 2.5 所示。 由拆圖分割過程建立曲牆下部的施工流程，由施工流程得知：工序(1)必須根據圗面 標註的牆體放樣點，定出下部牆體的基礎位置，進行牆體基腳的內模定位組立，接著進 行牆基配筋作業，檢核鋼筋配置定位及保護層後，組立牆基礎外模後進行混凝土澆置。

工序(2)先行組立牆體的模架，再進行配筋使用之模架搭設，進行牆體的配筋後移入牆體 端部外部的鋼模並調整定位，端部鋼模定位後即可進行外側封模收邊，外側鋼模的預埋 螺栓安裝定位，工序(3)進行 2FL 樓板的組立及鋼筋綁紮，最後進行樓板混凝土澆置，完 成下部單元牆體結構。 2. 曲牆上部單元結構 2F~R F 分段施工流程 。如圖 2.6 所示。 完成下部曲牆結構體後，進行工序(1)2F 續接牆體放樣定位，端部牆體續接鋼筋綁 紮，並預埋螺栓構件及預留管線作業，進行端部牆體內外模封模及定位，再進行混凝 土澆置作業完成續接端部結構體，工序(2)為 RF 版支撐及模組立作業，後進行 RF 牆 體鋼筋綁紮，RF 版筋綁紮及預埋螺栓構件安裝定位，工序(3)調整檢測定位後進行頂 模及側模封邊收尾，最後混凝土澆置完成上部單元曲牆結構體施工。 圖 2.4 曲牆結構分段圖 資料來源:互助營造(2008) 上部單元 下部單元

圖 2.5 曲牆施工流程圖 資料來源: 互助營造 (2008) 2D 繪圖單元分割 放 樣 單元 2F 板模組立 2F 版牆內模定位組立 端部外部鋼模移位定位 外部鋼模預埋件安裝 下部單元 1F-2F 牆體 R C 澆置 構件預埋螺栓安裝 2F 樑版配筋 端部外鋼模側模組立 牆體基座配筋 基座底膜組立 基座 R C 澆置 牆體模架組立 牆體配筋 配筋模架移入

圖 2.6 曲牆施工流程圖 資料來源:互助營造 (2008) 2F 版放樣 2F 外部牆體 R C 2F 端部配筋配管 外部鋼構件預埋件 樣架安裝 外部鋼構件預埋螺栓 2F-RF 上部單元 R C RF 鋼頂模及側模安裝 端部鋼構預埋件安裝 2F 端部內外模組立 2F 端部 R C 澆置 RF 版支撐及內模定位 2F-RF 版配筋 2F-RF 牆體鋼筋續接 曲牆結構體完成

2.5.5 小 結

由前述第 2.5.4 小節曲牆上部及下部施工流程中得知，曲牆施工計畫是否順暢，端 賴前置作業 2D 套圖利用 3D 建模出實體模型，進行模型拆解分割，研擬施工作業方法， 據而建立曲牆分段後施工作業工序的規劃，藉由工序的確立擬定整體施工流程，如圖 2.5、圖 2.6 所述。施工流程的確立有助於現場施工計畫的參考依據，對於施工作業的效 益與工期的掌控，皆能呈現相當的助益。 2D 曲牆施工技術的關鍵在於運用 2D 平面透過 3D 套圖建立三度空間轉換成立體模 型，更清晰的掌握了曲牆曲面轉折關係,藉此作為單元分割的重要參考依據。曲牆施工技 術另一關鍵在透過建模製作實體模型，從模型的試作過程中找出施工技術困難點與解決 方案，並逐一研擬出曲牆施工流程，發展出可行性之施工方案，據此擬定曲牆施工計畫。

2.6 3D 曲牆工程設計回顧-以台中歌劇院案例

3D 曲牆設計為不規則且無柱、樑結構曲面構成之複雜結構，主結構組合包含連續曲 牆、垂直核心、實心外牆、鑲嵌式牆面及鑲嵌式樓版。除了鑲嵌式樓板結合鋼構 DECK 為 複合結構外，其他所有主結構均為鋼筋混凝土構造，如圖 2.7 所示，曲牆視其位置可為 牆或樓版結構。幕塔及舞台則為主結構開孔中之插入鋼結構系統。座位結構及實驗劇場 的箱型結構也是鋼骨構造。 此一空間連續複合體實際是架構於少數簡單之幾何規則。其結構及空間模型為將一 薄膜介於兩層格狀表面板片上，將連接點相互交錯固定後，上下拉開板片即形成兩個由 薄膜所區隔之連續空間。將此一過程重複進行，即可構成分別隱藏於其間之垂直、水平 連續之 A、B 空間。保持其結構體之連續之整體性不受破壞，再將原有之幾何方格自由轉 換變形，以便於配合空間機能之需求。原單純同質之方格，經由轉換漸次消融，形成具 特異性之空間。大钜聯合建築師事務所(2008)。

圖 2.7 主結構組合圖 資料來源：大鉅聯合建築師事務所(2008)第 58 次會議簡報

2.6.1 3D 曲牆結構特性對施工精密度的控制

曲牆無法以系統模板或系統鋼模做 RC 澆置之施工規劃，其施工技術關鍵在於 3D 曲 牆曲線座標之放樣及不同單元牆體之分割，其次曲牆三度空間結構體之支撐構件涉及結 構載重及施工動線規劃與工期，此為施工是否順暢成功之關鍵所在。本研究將透過案例 實體模型之試作及針對施工技術、施工計畫之研析，評估其施工可行性，並找出施工技 術的困難點與問題關鍵，提出施工計畫建議，作為未來 3D 曲牆施工計畫之重要參考依據。 單元曲牆的分割，針對幾何鋼筋單元的編號及座標大約可規劃 10~20 個幾何鋼筋被 預先組合用來形成一個曲牆單元。在施工簡便、好控制及現場效率的可行性評估將決定 了最後幾何鋼筋單元的的最佳尺寸。為了最佳化物料管理及施工工作流程，每一個單元 都有一個特定的編號及至少四個有正確的相對於建物原點之 x,y,z 座標，如圖 2.8 所示， 以這樣的方式，所有具有高度精密度的預先組合的單元才能在現場繼續施工，現場的最 大精準度可藉由雷射(或相等品)等儀器做檢測控制。大鉅聯合建築師事務所(2008)第 58 次會議簡報。

圖 2.8 幾何鋼筋單元 資料來源：大鉅聯合建築師事務所(2008)第 58 次會議簡報

2.6.2 3D 曲牆施工規劃前置作業界面整合

由於本案例施工性之複雜，施工規劃前應建立專業施工界面顧問團隊，在施工規劃， 前工程總顧問及結構工程顧問合約簽訂後，再進行工程結構圖面分區界面之拆解，並擬 訂管理合約條件，訂立相關 3D 技術專業顧問的作業分區範圍，權責關係與作業內容。 依 3D 技術顧問所提供拆解 3D 套圖成果，提供有關施工危評及建物結構設施、空調機電 等專業顧問群遴選前準備作業，並彙整建立相關機電空調設備施工界面之檢討文件，以 利前置施工規劃作業。 從整合界面作業中，擬定可行性施工計劃提供危評及申報相關建管作業參考，而工 程總顧問即利用彙整之界面結果，以及 3D 技術專業顧問所提供套繪成果圖，進行遴選建 物結構設施、機電空調設備等專業顧問群。由工程總顧問、結構顧問、設施顧問、機電 顧問，彙整之整體工程界面整合結論，交由 3D 顧問進行整體工程套繪建模，建立曲牆最 終曲面結構圖形，完成曲牆的施工前置規劃作業及界面整合。

2.6.3 曲墻施工要徑進度規劃步驟

曲牆施工的要徑進度規劃，對於整體的曲牆施工進度規劃，已往並無前例可供參 考，因此本案例針對曲牆施工要徑就其主要工項做進度規劃探討，並整理出規劃步驟， 整體工程前置作業規劃，從合約的制定與檢討、開工前的準備工作、以及主管機關相關 作業申請等。由於曲牆工程的設計複雜與施工困難度高，故對於 2D 設計圖面利用 3D 套

圖建模計畫與安排，準備作業相當繁複冗長，如專業廠商的選定、工程顧問團隊的組成、 圖面界面的整合等，必須有一段時間做規劃準備。 曲牆工程的施工技術不同於一般工程，故在施工計畫的擬定後始能針對工程發包 作業方式作確認，因施工技術的不同涉及發包形式或相關特殊施工規範的制定，此將影 響整體工程成本的控制，採購發包的時程將須特別考慮。故針對曲牆工程的整體施工進 度規劃彙整出以下步驟說明： 整體工程進度依施工規劃排程分為四個作業步驟： 步驟一.合約作業及開工準備工作與申請，前置作業期約 7 個月。 步驟二.前期 3D 套圖拆解建模規劃作業，作業時間約 3 個月~ 8 個月。 步驟三.工程採購發包，約 8 個月~ 10 個月。 步驟四.施工階段( 含結構體/裝修工程及景觀外構 )：約 44 個月。

2.6.4 施工技術困難度的評估

本案例為地下二層、地上六層之建築，地上平面範圍為 66m x 123m，樓高為 32m 高 (不含屋突)，而由於其造型特殊，因此在施工上極具挑戰性，分析其施工困難性如下： 1. 曲牆三度空間的控制點與測量方式訂定。 2. 曲牆的分割單元尺寸與 3D 圖面的拆解。 3. 因曲牆為 3D 曲面構成，曲牆交界面產生不規則缺口發散之曲面，此缺口發散曲 4. 面施工方式的技術問題。 5. 支撐構件與曲牆鋼樑之組裝拆卸工序。 6. 3D 圖面、廳院音響照明、機電專業顧問之聘用。 而由於本工程之特殊性與困難度高，其中包括大量的建築空間概念及空間概念的 拆解、跨領域的整合、生產線模式(曲牆鋼筋)的導入等，因此其評估的重點有別於傳統 工程的思維，評估要項如下陳述： 1. 施工可行性評估。 2. 施工安全性的規劃。 3. 施工工期的掌控。 4. 施工成本的控制。

2.6.5 透過曲牆實體試作研析改善施工方法

1. 施工方法的陳述 曲牆上部結構體主要由牆版系統配合大跨度的鋼樑系統共同承擔結構體之水平地 震力與垂直力，上部牆體區分為直牆(或核心牆)以及曲面牆，地下室牆體則為直牆或趨 近直牆，因此在地下室部份可以採用傳統的支撐架以及傳統木模施作，工期較易掌握。 然而，一樓以上大部份的承重牆多為雙曲率之曲牆，無法用傳統模板施作，如採用鋼模 施作，理論上雖為可行，但因曲牆曲率的複雜及多變性使得鋼模無法轉用，必需製造大 量的鋼模，在成本上以及效率上均不切實際。日本竹中工務店曲牆試作案例，如圖2.9 所示，先依曲牆曲率製做鋼筋桁架(Truss wall)，再將鋼筋桁架以20cm的間距組立成曲 牆的內核心樣架，然後再組立曲牆的垂直水平鋼筋(內核心樣架並無結構作用)。(大田勝 人2007)。 圖 2.9 試作鋼筋桁架 資料來源:大田勝人(2007) 桁架曲線落樣 桁架樣架落樣 桁架樣架單元組立 桁架鋼筋單元組配 桁架鋼筋支撐架 桁架鋼筋單元完成

2. 桁架鋼筋單元組合步驟說明： (1). 使用厚紙樣板依 3D 套圖之曲線切割成曲牆弧形放樣於地坪。 (2). 再以主筋依放樣弧形彎折並電焊組接水平撐材，形成桁架內支撐。 (3). 外圍牆體配以#5 鋼筋綁紥成桁架鋼筋曲牆。 (4). 復以鋼網點焊成免拆模板阻擋灌漿溢流。 3. 桁架鋼筋試作空間的受限與支撐問題 由於每一單元的曲牆樣架需考量曲率的轉換、運輸的容量以及吊裝可能的變形，因 此每一單元的曲牆樣架尺寸有其限制，同時，每一曲牆樣架由於本身沒有支撐能力，因 此須有施工架支撐，因此，如採用大量的施工架在此複雜結構體內勢必嚴重影響施工動 線，而由於施工架本身勁度有其限制，要支撐曲牆荷重，施工風險較大，且鋼筋桁架的 變形較難控制，恐嚴重影響曲牆精度，同時，重型支撐架亦無法有效抵抗曲牆於施工中 所產生之水平推力，這些施工障礙都必須一一克服。

2.6.6 桁架鋼筋施工障礙模擬對策分析

為避免前述障礙，經研討於每一個封閉曲牆內部或外部，設置臨時鋼支柱，(數量視 封閉曲牆內所佔面積而定，其完成面高程則低於各層樓板 1m)，而由於該支撐係與四周 先完成之建築物外牆或核心牆相連，而得以形成穩固結構，提供工程施作期間精度控制 所需之剛性，並且可做為曲牆型鋼連接成水平環樑之支撐座用。 當水平支撐完成後，即可於該支撐開口上沿曲牆的位置，以短節型鋼連接組成水平 環樑，當環樑完成，即可安裝曲牆鋼製吊架，該吊架係由一組間距達 3m 的折線型 H 型鋼， 沿建築物曲牆內/外緣排列，並依照每處曲牆之曲率以最接近的折線形式，去組合而成。 吊架的上下端係分別固定於水平環樑與樓版上，而各曲牆吊架間則再以 C 型鋼串聯，形 成閉合狀的曲牆骨架，在施工時，每一單元的桁架鋼筋曲牆即依附並定位在曲牆骨架上， 形成穩定且安全的結構體，提高後續配製曲牆主筋、免拆模板以及混凝土灌漿時的安全、 效率與施工品質，可解決「兩曲牆交界面(發散曲面/收斂曲面)的施工方式」等困難。

2.6.7 本案例曲牆施工支撐架技術探討

針對案例 3D 曲牆結構施工技術的規劃，如 3D 套圖建模、單元曲牆試作、整體曲牆 結構施工的升層計畫、施工過程的作業工序，施工技術的關鍵，彙整分析規劃過程，期 能對其曲牆整體施工規劃，歸納分析，提出可行性施工及可待改善方案，對未來 3D 曲牆 施工技術的計畫擬定有所幫助。茲就其曲牆上部施工技術的規劃陳述如下： 1. 外牆及核心牆施工 案例一樓以上面積投影面積為 123m(N/S)*66m(E/W)，而如前所述，其主要為由具雙 曲率的 RC 承重牆所構成，為有效控制施工時的精確度並提供水平支撑之固定，因此需 先施作外牆及核心牆的部份，並採用滑昇模施工，考慮滑昇模之工作平台對結構內部施 工空間的影響，滑昇模進度須超前樓板至少 2 樓層高度。 2. 水平支撑架組立 施作完成之外牆及核心牆，當材齡符合設計值後，即開始架設水平支撐架，其步驟如下： (1). 於地面先行將上樓層之開口位置及形狀進行放樣。 (2). 依適當模距設置臨時鋼支柱。 (3). 施作開口位置的水平支撑架，並以環樑連接。 (4). 水平支撑平台須待樓板完成後才可拆除。 4. 吊架安裝 各樓層自成一體的 3D 曲牆，由於其外表曲面為三度曲率，各曲面除有垂直載重外， 尚有水平力， 如採用設計單位原規劃之重型支撐架，對水平力之抵抗將無法滿足需求。 因此，本案將規劃使用吊架，但因全案曲面的型式過多，幾無重複，如針對每一種曲面 均設計相對應之吊架，則吊架之數量與成本頗為鉅大，因此採用標準模具長度(1M 與 2M) 的型鋼進行組合，再以不同角度之關節楔形塊調整角度，去配合曲牆的曲率，而由於本 吊架係以標準單元組合而成，當該樓層施工完成，該批吊架可拆除後重新組合並轉用於 其他樓層。吊架之上下端分別固定於水平支撐系統之環樑及樓地板，吊架間再以 C channel 連結，提升整體的強度，並增加與後續吊裝的鋼筋桁架的連接點，詳圖 2.10 關節 楔形調整。 (互助營造 2008)。

圖 2.10 關節楔形調整塊 資料來源：互助營造(2008)

2.6.8 曲牆結構施工步驟

曲牆結構施工首先應由一樓或新增桁架樓層之各獨立腔腸環狀曲牆構造，建立每片 單元桁架鋼筋編號，並針對標準曲牆單元及不規則曲牆單元分區編號，在各個單元曲牆 分割出的施工圖上，依配筋、力量傳遞、施工限制、法規限制及已建立的空間座標，定 義出各實際施作之桁架鋼筋的空間座標，由於曲牆結構之特殊性，及不規則曲線弧型， 各相鄰連續之桁架鋼筋續接不建議採用鋼筋續接器而採用搭接方式，為避免鋼筋搭接不 確實及鬆動變形，桁架鋼筋搭接處須點焊 1 至 2 點，以加強結構性。 步驟一、曲牆單元分割： 首先將曲牆分割為各個單元，再以 3D 圖檔將該單元間隔 20cm 的剖面座標求 出，並依該剖面座標於鋼筋加工廠施作鋼筋桁架。 步驟二、曲線座標定位： 將鋼筋桁架依剖面空間座標，以螺桿固定於吊架的 C 型鋼上，去編織成一完整單元 的曲牆樣架。 步驟三、鋼筋綁紥作業：

完成一樓層之曲牆鋼筋桁架定位後，以高空自走車配合活動式工作架載運人員進行 水平與垂直主筋綁紮。 步驟四、免拆鋼網包覆固定： 將免拆模之金屬網以高空自走車搭載人員施工之方式，固定並貼附於已綁紮完成之 鋼筋外側。如圖示 2.11 所示。 圖 2.11 免拆模鋼網剖面圖 資料來源：大田勝人 (2007) 步驟五、曲牆噴漿搗實： 再於免拆模外側以玻璃纖維混凝土進行噴漿，厚度約 1~2cm 厚，以封閉免拆模外表 之孔洞，去避免灌漿時滲漿，並有利混凝土澆置時震動搗實。 圖 2.12 曲牆混凝土分層澆置 資料來源：園部敏行(2007) 鋼筋桁 架免拆 鋼絲網 剖面圖 鋼筋桁 架免拆 鋼絲網 剖面圖

步驟六、分層澆置高流動性混凝土 每次澆置高度約 1.0~1.5M，並於曲牆單元內進行環狀澆置，以免側向力過大發生危 險，澆置時，若位於混凝土泵送車之舉臂範圍則以泵送車澆置，如圖 2.12 所示，若超出 該範圍，則以塔吊搭配吊桶的方式進行澆置。 1. 以高空自走車進行外牆泥作粉刷。 2. 每一樓層重覆循環施作。 3. 考量施工期間可能承受水平地震力，為安全計每層樓均由核心牆先施作，再由四個角 偶及四邊向內部推進。

2.6.9 應用 3D 技術建模放樣

在營建工程上應用數位 3D 建模技術，形成潮流，如高雄世運主場館工程即因採用數 位 3D 建模技術去對設計圖面進行建構及拆解，始能在短時間內取得達到所需，然而，採 用數位 3D 建模技術進行設計的工程，因皆為不規則面，所以在每個工程中，其不同位置， 不同需求形狀均亦不相同，而台中歌劇院案例，較主場館案更為複雜的不規則曲面，更 需採用 3D 技術，方能在短時間內，取得施工時所必須之ㄧ切座標數據，來控制曲面的空 間座標等。 完整的數位 3D model 是解圖建模的必要條件，桁架鋼筋的製造及現場桁架組立座標 設定值、鋼筋分割面、3D 實體圖作為支橕架、樣架的施工依據，鋼構 3D 圖檔及其於 3D 空間的座標必須同時規劃設置，而 RC 完成面座標及基準控制點若機電配管必須埋設於 3D RC 牆內，則必須有 3D 彎管線路圖與機電空調設備位置座標。

2.6.10 3D 曲牆建模步驟概述

如欲探究本案例之關鍵性，則對建築主體進行電腦 3D 建模的工作勢必無法避免，然 而，由於本案例目前尚無法取得完整圖面及 3D Model，因此，現階段並無法對其進行全 面電腦 3D 建模，但為深入了解數位 3D 建模技術在歌劇院一案中關鍵之角色，因此，特 由現有資料中選擇一曲牆單元，而以試作( MOCK-UP )的實驗，去對其進行電腦 3D 建模， 利用 3D Rhino 4.0(McNeel 2004)軟體建立初步模型，如圖 13 所示，3D Rhino 4.0(McNeel

2004)軟體所提供的曲面工具，可以精確製作所有用來做為提案、彩現、動畫、工程圖、 分析評估，以及生產用的模型，可以製作、編輯、分析曲面以及視窗軟體間轉換 NURBS 曲線、曲面以及實體，完全沒有複雜度、階數以及尺寸大小的限制。

NURBS 即是(Non-uniform Rational B-splines)的縮寫，利用此數學函數的演算，能 夠以非常精確的 2D 直線、正圓、圓弧或是立體曲線，來演算 3D 自由造型曲面，以及複 雜的實體幾何資訊，是目前唯一能夠描述所有自然界物體形狀的方法。其步驟如下陳述： 步驟一：曲牆單元建模 藉由現有圖面資料中的 6 點座標，利用 3D Rhino 4.0 軟體(McNeel 2004)建立模型。 圖 2.13 初步模型示意圖 資料來源：Florian Bush (2007) 步驟二：Truss wall建模 利用 3D 世界座標，將曲牆單元依設計之鋼筋桁架水平間隔進行分割，其中曲率轉 折地方會產生扇形弧形曲面(即所謂發散曲面與收斂曲面)，如圖 2.14 所示。

圖 2.14 3D-鋼筋間隔及垂直面排列示意圖 資料來源：Florian Bush (2007) 步驟三：Truss wall 拆圖 由 3D 數位模型中，擷取每座鋼筋桁架，如圖 2.15 所示，於工廠加工放樣及現場測 量座標的控制點，並依分割單元曲牆定出鋼筋桁架曲線各點座標，如圖 2.16 所示。 圖 2.15 拆解分割圖 資料來源：Florian Bush (2007)

圖 2.16 單元鋼筋桁架曲線座標圖 資料來源：Florian Bush (2007) 步驟四：曲牆RC完成面拆圖 為了確保曲牆 RC 完成面的精準度，亦須透過 3D 模型技術，於電腦中擷取 RC 曲牆 完成面之控制基準點。如圖 2.17 所示，依構成曲牆單元所需之鋼筋桁架數量，重複步驟 3 與步驟 4，即可取得曲牆單元在工廠製作與現場施工時，所需之一切控制點位。 圖 2.17 粉刷完成面的控制點位 資料來源：Florian Bush (2007)

2.6.11 曲牆結構施工垂直升層計畫

案例曲牆結構施工升層圗模擬規劃，如圖 2.18 所示，由 B1F 基礎版完成後，首先施 工結構為地下室核心結構牆，如圖 2.19 所示，該核心牆為一般垂直結構牆，也是作為上 部曲牆結構的續接牆體基礎，整體曲牆結構施工共分為六層樓版作升層施工規劃，如圖 2.18 所示升層圗標示。模擬曲牆施工升層規劃步驟，陳述如下： 步驟一、B1FL 版結構施工混凝土澆置，如圖 2.19。 步驟二、地下室核心牆結構施工，需考慮銜接上部曲牆鋼筋預留銜接方式，如圖 2.20。 步驟三、1FL 結構樓版完成，開始搭設第一升層曲牆外側支撐鋼架，如圖 2.21 所示，並 吊裝第一升層曲牆桁架鋼筋，再搭設曲牆內側支撐鋼架，完成第一升層曲牆結構 2FL 樓版，如圖示 2.22、圖示 2.23、圖示 2.24。 步驟四、第一升層曲牆結構澆置混凝土後，銜接施作 FL 樓版，並完成第一升層曲牆結 構樓版，如圖示 2.25。 步驟五、第二升層曲牆共分割為三個樓層作混凝土澆置計畫，卽為 3FL、4FL、5FL，如 圖示 2.25、圖示 2.26、圖示 2.27、圖示 2.28、圖示 2.29 所示施工升層圗。其施工 順序反覆步驟三、步驟四之流程，在曲牆鋼架支撐規劃上，必須考慮到分三次升層曲 牆施工，相關材料堆置及施工動線，都必須詳加規劃考慮，曲牆分割銜接部位，更須 透過 3D 套圖轉換為施工詳圖，詳細繪出桁架鋼筋銜接位置的加工與施作方式。 步驟六、曲牆第三升層為 6FL 樓版結構施工，如圖示 2.30、圖示 2.31、圖式 2.32、圖 示 2.33。 步驟七、曲牆最後升層在結構屋突層，如圖示 2.34、圖示 2.35、圖示 2.36。

圖 2.18 混凝土澆置升層圗 資料來源：互助營造(2008) 圖 2.19 B1FL 版混凝土澆置 資料來源：互助營造(2008)

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圖 2.20 1FL 標準層混凝土澆置 資料來源：互助營造(2008) 圖 2.21 第一層曲牆鋼構支撐組裝 資料來源：互助營造(2008)

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圖 2.22 第一層曲牆 Truss wall 鋼筋吊裝 資料來源：互助營造(2008) 圖 2.23 第一層曲牆混凝土澆置、鋼構支撐組裝 資料來源：互助營造(2008)

圖 2.24 2FL 版混凝土澆置 資料來源：互助營造(2008) 圖 2.25 第二層曲牆鋼構支撐組裝 資料來源：互助營造(2008)

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圖 2.26 第二層曲牆 Truss wall 鋼筋吊裝 資料來源：互助營造(2008) 圖 2.27 第二層下部曲牆混凝土澆置、鋼構支撐組裝及 3FL 版混凝土澆置 資料來源：互助營造(2008)

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