碩士論文 中 華 大 學

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中 華 大 學 碩士論文

建設公司在設計階段導入 BIM 的效益實證 A Case Study on Benefits of Implementing BIM for Designing Building in Construction Company

系 所 別:營建管理系碩士班 學號姓名:M09916010 蔣玉國 指導教授:邱 垂 德 博 士

中 華 民 國 101 年 8 月

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摘要

建築資訊模型(Building Information Modeling, BIM)為近年來發展成熟之資訊技 術,有效導入將可解決固有通病,提昇營建產業之效率;國外經驗顯示業主為使用 BIM 的最大受益者,由業主來推動 BIM 能產生較大的效益;由於公部門受到固有制 度及法規限制,因此現階段,由私部門業主,如建設公司進行 BIM 的推動較為可行,

但在國內建設公司較少使用,對於導入 BIM 所能產生的效益,尚未有足夠的論證。

本研究與建設公司合作,培訓該公司員工使用 BIM 工具,並嘗試應用該公司實 際新建的鋼筋混凝土大樓建案,進行導入 BIM 的試點突破。先在設計階段取得所有 圖資,應用 BIM 工具分別製作建築空間設計及鋼筋混凝土結構設計三維數值模型,

通過視覺化檢查及軟體的自動檢核,探討採用 BIM 可能提早檢出的設計議題,及可 能產生的效益,並與建設公司共同探討導入 BIM 能取代之傳統工作,最後提出 BIM 導入建設公司的策略。

本研究在二維圖面轉繪三維模型時,共發現 45 項議題,與業主及工地主任逐一 檢討後,發現 64%(共 29 處)的圖面議題,確認會對施工現場造成 11 項資訊需求 (Request for Information, RFI)及 1 項變更訂單(Change Order, CO),此中的 8 項 RFI 可 以在施工前發現,解決所需的時間換算為工資 11,500 元,其餘 3 項則要到施工時才 會查覺,將直接造成 2 天的工期延誤,換算成金錢損失為 32,638 元;至於 1 項 CO 將使訂製的 69 樘內門成為廢料,換算成金錢損失為 220,800 元;兩項合計可減少損 失約 26 萬元;另若將導入 BIM 可取代施工圖繪製及估算外包之費用,則約可再節省 17 萬元;總計在本案導入 BIM 可節省 43 萬元,約佔直接工程成本的 0.3%。本案導 入 BIM 的成本為 20 萬元,故可計算得本案導入 BIM 的投資報酬率約為 116%。建議 建設公司全面導入 BIM,並進而檢討公司的流程,除了可增加施工模擬所能展現的 效率外,還可將竣工模型轉交購買戶,做為設施管理的基礎。

關鍵字:建築資訊模型、建設公司、效益分析

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ABSTRACT

In recent years, the development of Building Information Modeling (BIM) greatly matured as it becomes an increasingly popular information technology. With proper application, BIM allows us to effectively solve common problems in the architecture industry, which altogether increases efficiency. According to foreign experiences, owners benefit the most from BIM, therefore, when owners promote BIM can generate larger benefits. However, because the public departments are limited by inherent system and regulatory restrictions, so for now, private departments, such as construction firms, have the responsibility to promote BIM, but not many firms in Taiwan are currently implementing BIM. Therefore, we do not have sufficient evidences and arguments that importing BIM can provide effective benefits. In cooperation with a building company, the purpose of this study is to train the company’s employees to use BIM tools and attempt BIM application on a reinforced concrete building case, hoping for a BIM application breakthrough on this pilot case. First, all map data are acquired in the designing stage and with the application of BIM tools, 3D models of the architectural space design and reinforced concrete structural design were constructed. Then the models are checked by visual inspection and the software’s automatic checking program to explore the use and benefits of BIM upon detecting early design issues. Along with the construction company, we discussed the importance of BIM and its ability to replace traditional work, finally proposing strategies for the integration of BIM within construction companies. In this study, when we were turning the two-dimension drawings into three-dimension models, we found forty-five issues. After discussing with the owner and the project manager, we confirmed that sixty-four percent of the issues will require eleven items for RFI (Request for Information) and one CO (Change Order) during the construction phase. Eight of the issues can be detected prior to construction and the time needed to solve these problems

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can be converted to approximately 11,500 NTD while the other three issues wouldn’t have be detected until undergoing construction, which would directly cause a two day delay, essentially losing 32,638NTD. One of the engineering changes will lay waste to 69 custom door frames, which calculates to a loss of 220,800NTD. Therefore, a loss of 265,000NTD can be easily avoided. Furthermore, with the application of BIM, the estimated cost of outsourcing construction drawings can also help save up to 210,000 NTD.

Altogether, BIM allows a save up to 475,000 NTD, which is 0.3% of the direct cost of the project. In this study, the cost for implementing BIM is 20,000 NTD, so the ROI (Return of Investment) would be 116%. We recommend that the building company should implement BIM thoroughly, and review the company’s processes of constructions. Therefore, it can increase the efficiency of construction through 4D simulation and can refer the completion model to the buyer as the basis of facilities management.

Keywords: Building Information Modeling (BIM), Construction Company, Benefit

Analysis

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誌 謝

大學時期,學生懵懵懂懂對於未來還沒有定向,不斷的摸索不同領域來尋找自己 的興趣,大三時的專題課程,啟發學生對於建築的興趣,從此展開了研究的熱忱,進 而踏入研究所。

本論文最終能完成,首先感謝吾師 邱垂德博士,對於學生的提攜與栽培;不論 是在學術研究給予的指導與建議,或是做人處事的態度,並在學生遭遇困難時的不斷 鼓勵,使學生最終能完成碩士論文。在此致上最誠摯的感謝與敬意。

本論文選寫初成,感謝本校鄭紹材博士及台大工程法律及產業發展研究中心王明 德副主任,擔任學生碩士論文口試委員,給予學生論文上巨細靡遺的指正,並惠賜寶 貴建議,使本論文更加詳實完善。在此致上由衷的感謝。

論文研究時期,感謝大硯建設公司謝偉文經理、翁偉哲建築師、陳致成主任、及 俐俐姊等全體員工在專業領域上的熱心協助與指導,使本論文得以順利完成,於此學 生致上最真摯的感謝。

研究所時期,感謝學長姐邱顯硯、黃士種、吳誌銘、傅貽明、林豎程、陳景田、

黃文俊教導學生研究生應有的態度及對於研究的堅持,感謝本校行政助理葉佩娟及張 雅嵐對於學生行政實務及報帳流程的協助,感謝本研究室的夥伴 AD、DD、Dove 在 研究上的建議及勉勵,感謝同窗好友肥 NO、肥嘟、肥菸、肥龍、肥菌、肥熊、肥瞎、

肥鋒、肥樂在課業及生活上的諸多幫忙,於不及備載的好友們也一併獻上萬分感謝。

最後感謝父母親於學習期間的支持與鼓勵,供給學生無憂的生活與心靈上的支 柱,在此獻上無限的感謝。

蔣玉國 謹識 民國 101 年 8 月於中華大學

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目 錄

摘 要 ... i

ABSTRACT ... ii

誌 謝 ... iv

目 錄 ... v

圖目錄 ... viii

表目錄 ... x

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 ... 3

1.4 研究流程與論文架構 ... 4

第二章 文獻回顧 ... 5

2.1 建築資訊模型(BIM) ... 5

2.1.1 BIM 的概念 ... 5

2.1.2 BIM 的工作流程 ... 7

2.1.3 BIM 的優點與缺點 ... 10

2.1.4 BIM 的未來挑戰 ... 12

2.2BIM 導入與應用經驗 ... 14

2.2.1 美國公部門導入狀況 ... 14

2.2.2 新加坡公部門導入狀況 ... 15

2.2.3 香港公部門導入狀況 ... 16

2.2.4 中國大陸公部門導入方法 ... 17

2.2.5 導入 BIM 的流程與困境 ... 19

2.3 BIM 導入的效益評估方式 ... 21

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2.3.1 由避免圖說錯誤產生的效益 ... 21

2.3.2 由減少資訊需求產生的效益 ... 24

2.3.3 由減少變更產生的效益 ... 25

2.3.4 用投資報酬率計算導入效益 ... 27

2.4 營建產業與導入現況 ... 30

2.4.1 建設公司的營運方式 ... 30

2.4.2 建設公司導入 BIM 的方式 ... 31

2.4.3 建設公司 BIM 的工作流程 ... 33

2.4.4 建設公司導入 BIM 的優點 ... 36

第三章 個案 BIM 的導入分析 ... 38

3.1 研究流程與方法 ... 38

3.2 建設公司導入 BIM 之方法 ... 40

3.2.1 建設公司組織架構 ... 40

3.2.2 擬定 BIM 應用計畫 ... 43

3.2.3 軟硬體資源使用 ... 44

3.2.4 BIM 軟體教育訓練 ... 45

3.3 案例實證 ... 47

3.3.1 個案介紹 ... 47

3.3.2 協同作業 ... 47

3.3.3 建立 BIM 建築模型 ... 49

3.3.4 建立 BIM 結構模型 ... 50

3.4 分析步驟與驗證方法 ... 51

第四章 研究成果 ... 52

4.1 避免圖說錯誤產生的效益 ... 52

4.1.1 統計圖面轉換議題 ... 52

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4.1.2 分析 RFI 量 ... 57

4.1.3 分析 CO 量 ... 64

4.2 導入 BIM 的投資報酬率計算 ... 66

4.2.1 改變工作流程之直接效益計算 ... 66

4.2.2 減少 RFI 之直接效益計算 ... 67

4.2.3 減少 CO 之直接效益計算 ... 68

4.2.4 本案導入 BIM 的投資報酬率 ... 69

4.3 建設公司導入 BIM 的實證經驗彙整 ... 71

4.4 建設公司的 BIM 應用流程與建議 ... 75

五、結論與建議 ... 80

5.1 結論 ... 80

5.2 建議 ... 81

參考文獻 ... 82

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圖目錄

圖 1.1 研究流程圖 ... 4

圖 2.1 BIM 作業模式 ... 7

圖 2.2 BIM 資訊交換模式 ... 9

圖 2.3 最佳化衝突更正 ... 22

圖 2.4 美國科羅拉多大學丹佛第二健康科學中心 ... 24

圖 2.5 中國上海市上海中心 ... 25

圖 2.6 上海中心 BIM 模型整合提出之衝突議題 ... 26

圖 2.7 美國業主投資 BIM 的 ROI ... 28

圖 2.8 企業導入 BIM 的程度 ... 33

圖 2.9 BIM 工作流程及交換資訊 ... 35

圖 3.1 本研究與建設公司合力導入 BIM 之流程 ... 39

圖 3.2 建設公司組織架構 ... 40

圖 3.3 建設公司工作流程圖 ... 42

圖 3.4 本研究協同作業設定流程圖 ... 48

圖 3.5 本研究建築模型建置流程圖 ... 49

圖 3.6 本研究結構模型建置流程圖 ... 50

圖 4.1 透視圖與立面圖不一致之問題 ... 53

圖 4.2 結構平面圖與結構構件尺寸表不一致之問題 ... 53

圖 4.3 立面圖與結構構件尺寸表不一致之問題 ... 54

圖 4.4 構件遺漏之問題 ... 54

圖 4.5 編號遺漏之問題 ... 55

圖 4.6 構件衝突之問題 ... 56

圖 4.7 無法順利接合之問題 ... 56

圖 4.8 結構平面圖與剖面圖尺寸不一致 ... 58

圖 4.9 門窗表詳圖遺漏及參照樣式 ... 59

圖 4.10 門窗表詳圖遺漏之問題 ... 59

圖 4.11 貳層大樑 CG3 尺寸遺漏之問題 ... 60

圖 4.12 地下車道樑遺漏之問題 ... 60

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圖 4.13 地下車道樑遺漏之問題 ... 61

圖 4.14 結構構件尺寸表與立面圖不一致之問題 ... 61

圖 4.15 北向立面造型牆頂部支撐圖說不一致示意圖 ... 62

圖 4.16 平面圖門尺寸與門窗詳圖不一致之問題 ... 62

圖 4.17 平面圖門尺寸與門窗詳圖不一致之問題 ... 63

圖 4.18 一樓腰樑與樓梯衝突示意圖 ... 64

圖 4.19 軟體自動干涉檢查之報告 ... 65

圖 4.20 門與牆衝突之問題 ... 65

圖 4.21 本案三維模型及透視圖 ... 71

圖 4.22 鋼筋模型視圖 ... 72

圖 4.23 建設公司導入 BIM 之工作流程 ... 77

圖 4.24 建設公司應用 BIM 之工作流程 ... 79

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x

表目錄

表 2.1 BIM 能解決的問題或帶來的價值 ... 11

表 2.2 導入 BIM 的評估事項 ... 32

表 2.3 BIM 普及情勢預測 ... 36

表 3.1 本研究與建設公司合擬之 BIM 專案目標 ... 43

表 3.2 建設公司軟硬體資源介紹 ... 44

表 3.3 硬體資源介紹 ... 45

表 3.4 軟體資源介紹 ... 45

表 3.5 軟體培訓課程內容 ... 46

表 3.6 本研究建案資料 ... 47

表 4.1 二維圖面轉成三維模型產生之議題 ... 52

表 4.2 施工現場發現議題及解決辦法 ... 57

表 4.3 施工現場 RFI 耗費時間 ... 58

表 4.4 導入 BIM 改變工作流程之直接效益 ... 67

表 4.5 解決 RFI 之人力成本 ... 67

表 4.6 RFI 影響工期之人力及管理成本 ... 68

表 4.7 減少 CO 之直接效益 ... 69

表 4.8 本研究投資 BIM 的直接報酬率計算 ... 69

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第一章 緒論

本章說明本研究之背景與動機、研究目的、及流程方法和本論文之架構。

1.1 研究背景與動機

建築工程所要完成的是三度空間的實體,因受制於建築法規,必需在有法律效益 的契約文件中,附加許多圖說;這些圖說以往受限於製圖工具,只能以二維圖面表達 三維的建物,因此需要不同視角的許多圖面來表達,但這種用線條表示的方式很容易 出現錯誤,在解讀上只有受過專業訓練的工程人員可以判讀,目前電腦也無法自動解 讀。

資訊科技(Information Technology, IT)的進步快速,電腦可以便捷的使用三維工 具,並取代傳統二維表達方式;使建築資訊模型(Building Information Modeling, BIM) 為近年來發展成熟且風行世界之資訊技術,以物件導向為概念,通過不同專業軟體的 協作能力,在設計層面上,可以減少許多衝突及繪圖上的失誤;在施工層面上,通過 虛擬施工模擬,可優化施工排程,在進行危險工作時,預先規劃人員的配置確保施工 安全;透過關聯性資料庫,可自動提取工程數量的資訊及提昇建物資訊流通應用等,

有效提昇營建產業之效率,但在國內建設公司中較少有實際應用之案例,甚至許多公 司都還沒開始導入。

當建築師事務所完成設計,需由建設公司內部部門重新繪製施工圖,並檢查圖面 及錯誤修正,在交由施工單位現場算料,再次檢查圖面,確保圖面的正確性,此種做 法極為耗費人力,雖經過多次檢查可以減少圖面問題,但製圖人員能力不一時,也常 發生因解讀不同而衍生出新的圖面問題。

最近幾年,國外已有不少應用 BIM 的實例,結果顯示 BIM 的最大獲益方為業主;

國內雖已起步,但案例還很少,尤其是身為業主的建設公司,沒有實際應用之案例,

對於導入 BIM 所能產生的效益,尚未有足夠的論證。本研究嚐試與新竹地區的建設 公司合作,探討建設公司 BIM 導入的流程及方法,並以該公司興建中的鋼筋混凝土 大樓為實證案例,透過公司員工 BIM 軟體教育訓練,並在設計階段應用 BIM 工具分 別製作建築空間設計及鋼筋混凝土結構設計的三維數值模型,預先解決實際施工時可

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能遭遇之問題,在其過程中探討可能產生之議題及效益,最後綜合歸納探討應用 BIM 工具後可能取代的傳統工作及衍生的工作流程議題。

1.2 研究目的

本研究嚐試在建設公司導入 BIM 工作模式,以一實際案例進行驗證,設計階段 將建築師的圖面,應用 BIM 建模工具製作三維模型,並進行衝突檢查,將發現之問 題與建設公司共同探討,並根據發現之問題估計可能造成的損失及衍生的制度議題,

研究的目的有下列四項。

1. 利用二維圖面轉三維模型之過程,找出圖面問題,並交由建設公司在施工前 進行修正,避免造成實際損失,最後嚐試估計其效益。

2. 利用衝突檢查提前發現二維圖面不易察覺之問題,並導入各專業模型進行整 合分析,預先發現衝突,驗證可以預先解決之施工問題的效益。

3. 利用 BIM 在實證案例的應用及改變建設公司傳統工作所產生之效益,及導 入 BIM 所需花費之成本,估算建設公司導入 BIM 的投資報酬率。

4. 透過案例實證經驗,與建設公司探討 BIM 可能取代之傳統作業,最後綜合 歸納建設公司應用 BIM 的工作流程。

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1.3 研究範圍與限制

本研究與新竹地區某建設公司合作,嘗試導入 BIM 工作流程並共同探討在設計 階段投資 BIM 所產生之效益,在設計階段取得該公司計畫興建鋼筋混凝土大樓工程 之相關圖資,並與公司設計部門及施工單位充份溝通,互相瞭解,培訓設計部門參與 BIM 軟體教育訓練,並提供 BIM 實際應用之建議,工地主任並同意於工地現場參觀,

清楚工地施工之情況,故得以進行,因本研究受限於工程時程及研究人員掌握的軟體 功能,整理出下列的研究範圍與限制。

1. 受限於建模時間,本研究僅針對一實際案例進行實證,因此無法評估 BI 應用 於其他類型建案所產生之效益。

2. 受限於建模軟體,無法建置假設工程、模板等模型,因此無法與實際工程進 行比對。

3. 因現有制度及時間關係,本研究在設計階段只能取得完整的建築圖與結構 圖,其他圖面並未整理完全,故本研究無法預先探討其它圖面之問題。

4. 本研究在設計階段利用二維圖資轉三維模型之過程,進而提出圖面相關之議 題,已在實際施工前進行討論及修正,而可能造成之工程變更之議題,因實 際工程中沒有發生,且牽扯廣泛的成本議題,因此無法有效評估在設計階段 預先解決施工現場可能遭遇之問題所產生的效益。

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1.4 研究流程與論文架構

本研究採用個案實證研究方法,研究流程如圖 1.1 所示,先確認研究目的與範圍,

做為本論文之第一章,再整理相關文獻為第二章,將目標案例之圖說蒐集整理、建立 三維模型,並對合作建設公司人員進行培訓,共同探討二維轉三維的相關議題,逐一 整理記錄,彙整為第三章,最後則分析所得的資料,計算本案建設公司導入 BIM 的 投資報酬率,及相關導入的議題與建議,寫成第四章,第五章則是彙整研究成果並提 出結論與建議。

建立三維建築、

結構模型

效益評估

本研究案例建築 圖說資料蒐集

YES

NO

導入及工作規劃

問題或議題整

第一章 緒論

第二章 文獻回顧

第三章 研究方法與流程

第四章 研究成果

第五章 結論與建議 研究動機、目

的、範圍

文獻回顧

投資報酬率分析

結論與建議 建設公司導入及 應用BIM流程建議

與建設公司確認 模型之正確性

圖 1.1 研究流程圖

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第二章 文獻回顧

2.1 建築資訊模型(BIM)

藉由電腦強大計算能力輔助工程師進行複雜的規劃與設計,一直是電腦發明以來 的應用方向,目前工程設計採用電腦輔助設計與繪圖(Computer Aided Design and Drafting, CADD),以提升工作效率及解決問題。

BIM 是目前一個較新的技術和方法,主要使用資訊技術表達建物幾何、物理、

及功能資訊,以支援專案生命週期建設、營運、管理決策的技術、方法或者過程。

2.1.1 BIM 的概念

美國喬治亞理工學院的Eastman教授,自1970年以來,一直在其論述中採用製造 業的「產品模型」即指「資訊模型」的觀點,當時受限於當時的電腦與科技技術,並 無法迅速發展;在1999年的著書中,認定「建築資訊模型」就是「建築產品模型」,

認為BIM是「為設計與施工而數位化模擬建築物,讓模型性質與屬性成為工程計畫之 紀錄資訊」,強調建築產品也應像製造業的產品一般,在正式生產之前的產品規劃設 計階段,有相當充足嚴謹的「產品模型」,要像飛機汽車般,先用原型機進行完整的 設計測試(Prototyping),在仔細規劃後,才上生產線大量生產[1]。美國建築師學會 (American Institute of Architects, AIA)則將BIM定義為「以模型為根基且連結至建物資 料庫的技術」(a model-based technology linked with a database of project information )[2],

是利用數值模型描述建築的功能和物理特性的一項技術,是一個共用的資訊平臺,可 以提供建築在全生命週期內的可靠決策依據。將BIM的模型(Model)加上「ing」而展 現「動態模擬」意義者,則是獲選為美國建築師學會會士(Fellow of AIA)的Autodesk 公司的策略專家暨建築師Bernstein,後續再由Laiserin宣傳推廣及進行標準化[3]。

營建產業涵蓋許多不同的專業,所使用的軟體也不盡相同,為了促進不同專業軟 體 間 的 協 作 能 力 , 軟 體 大 廠 間 成 立 「 國 際 協 作 聯 盟 (International Alliance of Interoperability, IAI)」(最近更名為buildingSMART),為AEC產業製訂的開放式標準「工 業基礎分類」(Industry Foundation Class, IFC),搭起不同專業軟體的溝通橋樑[4] ,使 得設計圖與資料之流通更加順暢,再加上物件導向和參數化資料庫技術,使得虛擬的 三維物件具有許多的參數,並定義物件間相互關係,若有一物件改變,則透過參數化

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定義的物件間關聯性,正確地自動改變受到影響的其它物件;且因這些三維的物件可 以被機器解讀,工程師可利用此模型自動檢查物件在空間的衝突,而進行虛擬設計及 施工(Virtual Design and Construction, VDC)[5];如今電腦科技的提升,BIM正式進入 各大工程領域,現正引發AEC產業一次史無前例的改變[6]。

3D技術是當前最夯的資訊科技,而BIM不僅僅是3D模型而已,模型中必須包含 大量的工程專案資訊,如三維模型與資料庫相關聯,且由不同的設計者或使用者,在 不同的建物生命週期階段,不斷持續的建立更新模型、獲得資訊、修改模型或更新資 訊。建築資訊模型擁有「數值化」與「參數化」之特性[7],透過這兩點特性,使得 參與專案的工程人員,可以清楚的瞭解到整個建築專案的內容,並且建築資訊模型非 但是由眾多的數值來描述建築專案,同時也是一個眼睛能夠直接看的到、視覺化的3D 模型,因此沒有受過訓練的業主或是一般人,也能夠直接的感受到由建築師所設計的 成果。也使得參與建築專案的工程人員,可以輕易的由模型中提取各部分元件的數量 或屬性,也可以針對各項工作給予不同的定義。例如建築物外觀、空間關係、地理資 訊、建築物元件數量與屬性、相關廠商資料以及工程圖說、採購細節、環境條件、提 送程式與建築物品質規範等[1]。一言以蔽之,即給予三維的模型各種不同的定義與 屬性。有了這些定義與屬性以後,即可便於使用者查詢、修改、提取、使用。

而除了設計者以外,建築資訊模型可傳遞給往後承接的團隊,接手的團隊不再依 靠大量的圖型資料或是檔案來瞭解建築專案,而是依據三維的建築資訊模型,直接透 過模型來瞭解建築專案的內容,包括建築設計的成果、數量計算的明細表以及成本、

工作排程進度等資料。由於避免了從二維圖說轉換成三維建築物之中的理解過程,因 此較能保證所有參與的團隊對於建築專案的認知是一致的。也對建築專案的協作與溝 通有良好的影響。工程團隊透過模型與專案資訊的連結,預先瞭解工程在現地施工時 可能會發生之問題與困難,事先改變預定計畫或施工路徑等,降低建築專案的風險,

以及減少工程變更的成本。

建築資訊模型可讓各團隊可使用同一個模型來進行溝通,以及針對各團隊之專業 領域,負責該團隊之工作。各團隊完成之工作藉由模型整合,模擬完整建築專案的過 程。若有發生衝突與問題,也可在建築資訊模型上發現。工程相關人員即可免去傳統 套圖的困擾,也不必再參考各種煩雜的圖說資料,利用三維的建築資訊模型,即可清 楚的瞭解各項相關資訊。

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2.1.2 BIM 的工作流程

使用BIM的軟體進行設計作業,可以得到一個3D模型以及其背後眾多的參數與屬 性。市面上繪製3D的軟體有很多,但他們與BIM是完全不同的,一般的3D繪圖軟體,

只是將原始的設計資料轉換為3D的模型,設計作業在建構3D模型之前就已經完成。

而BIM則是提供設計者一個三維設計的方式,等同於在電腦裡頭進行設計作業,

在三維模型建立完成時,設計完成了,數量計算也結束了。各種建築元件的資訊,都 在建立模型時就早已定義清楚,只要在模型內點選該物件,就可以得到詳細的資料。

除了設計作業以外,BIM主要的功能是可以提供各專業團隊一起使用建築資訊模 型。在傳統的作業流程中,各專業團隊分別接收前面單位的圖說資料,並發揮各自所 長,做好自己份內的工作,但只要建築專案稍微複雜,參與的團隊重多,溝通介面整 合的問題馬上浮現,每個團隊都必須個別面對其他的專業團隊,如此一來不論是文書 的往返或是溝通整合都是不易處理的問題。

BIM改善了這個問題,如下圖2.1所示,各團隊都使用同一個三維數值模型來進 行各專業的分析、設計工作,每個團隊都只要運用模型做好自己份內的工作,其他團 隊就能在模型上看到成果,即使是發生了變更的問題,模型上也會馬上反應給各團隊。

BIM使得團隊之間的溝通與介面問題單純化,也省去了文書往返的時間,增加了溝通 協作的效率[8]。

圖 2.1 BIM 作業模式[8]

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在建築全生命週期的概念上,指整個建築資訊交流活動是由市場營建最基層需求 資訊,探討到前端開發設計以及規畫階段,美國國家在政策上也推動標準資訊交換IFC 為範本。由於BIM所涵蓋的資訊過於龐大,在跨建築物生命週期中,需要在正確的時 間將正確的資訊交付於正確的人,仔細定義每一次交付所需的幾何、屬性、細緻度 (Level of detail, LOD)、材料與處理需求,以確保資訊順暢傳遞,在這一個方向的完整 總結報告就是「資訊交付手冊(Information Delivery Manual, IDM)」。現今全球化的趨 勢,許多重點工程的各參與方來自不同的國家,所以為了確保不同的使用者,對同樣 一個訊息有完全一致的解讀,「國際字典框架(International Framework for Dictionaries, IFD) 」就是將每一個訊息及術語,都給予一個全球統一的識別碼,這樣能夠使得 IFC 裡面的每一個資訊,都有一個唯一且全球通行的識別碼供其他不同背景使用者辨識,

因此通過IFD將可使資訊全球統一,減少溝通及認知可能出現的錯誤。IFC、IFD及IDM 為BIM的三大支柱,以確保多專業間資訊傳遞的順暢並能夠將資訊正確使用,而主要 的概念是推動一個完整且整合性的建築全生命週期的資料應用與傳遞,如圖2.2所示 中心以BIM模型概念為基礎,以IFC+IFD為BIM系統的統一交換格式檔案傳遞資訊給 各個應用領域,IDM為資訊交付的依據[9]。

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圖 2.2 BIM 資訊交換模式[本研究依參考文獻 9 整理]

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2.1.3 BIM 的優點與缺點

BIM是利用3D模型連結資料庫來描述建築建造生命週期資訊的一項技術,導入 BIM技術後,建築師、結構技師、機電技師、及其它工程師,甚至業主本身,可以同 時使用同一個BIM模型,且不同的使用者透過3D視覺化的方式檢視建築資訊,除了能 獲得尺寸、位置、相對空間關係等資訊,還可以連結資料庫得到材質、數量、成本等 資訊,相較傳統圖說,BIM有以下優勢:

1. 透過 3D 模型清楚傳達設計理念,降低溝通不良的情況發生,提升設計品質。

2. 模型中各項資訊可直接傳遞使用,不需重複輸入資料,減少人為疏失,可提升工 作效率。

3. 利用 3D 模擬驗證設計,降低工程施作之風險,消除不必要時間和材料之浪費,

可降低成本。

4. 建築生命週期的設計,施工和營運階段的資訊可以用於日後的設施管理。

變更設計是目前工程進行中經常會發生的作為,幾乎沒有一件工程能避免變更設 計,尤其規模越大的工程,變更設計的機率愈高;美國在BIM技術、流程及成果已經 相當成熟,應用現在已經成熟的IT科技,在實際施工前,先以精確的三維模型在電腦 上虛擬建成,並針對可能出現的問題及衝擊,事先進行模擬分析,改變以往在施工進 行中倉促應變的做法,事先解決問題而不產生衝突與爭議,進而提昇營建產業的效率 與產值。這種能力也激發營建產業重新思考,也許可以在進場施工前,以BIM技術在 電腦中進行模擬演練,發現潛在衝突和問題,因而有機會解決以往視為常態的變更設 計及聯帶產生的諸多問題,理想上充分的發揮BIM的功能,突破現有的「二維視圖擬 真度不足」、「工程資訊交換介面太多」等工程上關鍵性的障礙,提昇營建產業的效 率[10],並實現「變更設計不在施工現場發生,而是事先在電腦上完成」的精實營建 (Lean Construction)。匯集美國採用BIM的許多專案的經驗,主要效益來自建物各元件 在整合的環境中具有精確的幾何數據,具體而言,主要的效益流程快效率高、設計得 更好、掌控全生命週期資訊及環境數據、生產品質較佳、自動化組裝、顧客服務較佳、

提供生命週期資訊等七項優點,在美國Stanford大學的設施工程整合中心(Center for Integration of Facility Engineering, CIFE)對32個採用BIM的專案的統計分析,結果顯示 使用BIM可將未列在預算中的變更量減少達40%以上、建造成本估算的準確度在3%

以內、成本估算所需時間縮短了80%、因事先進行衝突檢查而約省了10%契約金額及

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11

平均工期縮短超過7%等五項較為具體的BIM效益[11]。

中國大陸,BIM也在營建產業蓬勃發展,2011中國工程建設BIM應用研究報告中,

針對政府部門、業主、設計、施工、監理、營運等營建業的主管部門進行BIM技術普 及和應用情況的抽樣調查,以及BIM專業人員對調查結果進行統計分析,結果指出 BIM給專案帶來的建築物三維視覺化和多專業協同、管線整合與碰撞檢查、工程量統 計以及施工進度模擬與控制得到受訪者的廣泛認可,如表2.1所示[12]。

表 2.1 BIM 能解決的問題或帶來的價值[12]

BIM 能解決的問題或帶來的價值 對專案的整體價值 建築三維可視化、三維導覽

促進多專業協同合作、避免各階段交接過程中的資料遺失 控制並降低專案成本

利於業主進行質量控制、決策、提升房底產開發水準 提高專案管理精細度及實施效率

縮短工期

力於工程檔管理、資訊管理、知識管理、數據能重複利用 設計階段的價值 管線整合與碰撞檢查;設寄錯漏碰缺檢查

方案階段的調整和優化

利於多維度建築的參數化設計

方便施工圖設計和出圖,提高施工圖品質;設計施工圖多 種協助;效果圖和施工的同步性

提高設計和圖紙的品質,減少設計變更 節能分析、可持續發展

BIM確實能為業主帶來許多益處,但在企業導入BIM的初期投資較大,並且過程 會比預期的困難,因為使用BIM工具的門檻較高,在現有從業人員中較難普及,高階 的電腦設備較為昂貴,在加上BIM的出現正在改變傳統營建產業固有的制度流程,觸 及到利益重新分配的問題,在加上資訊透明化,打破傳統工程中的灰色地帶,使的部 分專業人士抵抗力較大;在舊有的體制與觀念,配合新的技術與新程序,最後的成果 可能不如理想,而且在BIM技術還不成熟下的成果,只是在電腦中的虛擬產物可信度 並不高,往往使用BIM軟體的人還沒有非常豐富的工程經驗,無法很明確的找出問題 所在,因此需要一段不算短的磨合期,才能獲得使用BIM較為完整的效益[10]。

BIM可以說是工程界的希望,規模越大的工程,造成的缺失與瑕疵,似乎呈放大 的趨勢,其間接或直接對工程品質的傷害,以及對業主造成的損失,實在難以估計。

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12

變更設計與預算追加減的程度常令人瞪目結舌,有些可能是正常的變更與追加減,但 不可否認的,有許多的追加減變更係來自人為過失的補救及互相掩飾缺失的作為。這 些損失,最後極大多數皆是由業主來承擔;所以,業主應該會處心積慮地避免工程的 進行會走到這一步。如果以BIM技術的本質來看待工程界常見之技術性困擾,逐條推 敲的化,似乎BIM技術應用的徹底,則傳統上經常遇到的工程困境,大部分都可以改 善或免除。

2.1.4 BIM 的未來挑戰

BIM毋庸置疑的是代動營建產業變革及未來發展的利器,現今仍面對許多發展上 的障礙,在技術面,目前成本分析及時程管理軟體還不夠健全,無法良好的將模型直 接應用至實際施工;現有的工程技術人員普遍缺乏使用BIM軟體的能力,而具有軟體 能力者反而缺乏豐富的施工經驗,並且BIM軟體的培訓門檻較高,對於慣用2D的設計 人員有一定的難度,而複雜模型的創建甚至需要經過軟體的二次開發能力,無形中提 高的應用難度;工程通常考慮到成本及營運的急迫性,所以普遍存在設計週期短,工 期緊湊的情況,BIM在初期過程中不可避免的會存在技術障礙,可能導致無法按期完 成設計任務,因為往往軟體開發商沒有對工程有充足的瞭解,使得BIM軟體在使用 上,有些許不符合工程的習慣性用法,目前軟體開發商正積極參與標地性建案,透過 戰略合作方式,瞭解軟體現有的缺失,並與已改進。

在法規方面,對於設計者及建模者智慧財產權的保護沒有明確的條款,在協同設 計的工作模式下,如果業主想要提出設計不當之訴訟,而建築師沒有辦法指認責任歸 屬,必須概括承受;由於 BIM 影響到現有的工作模式,無法確定建築資訊模型的建 置及責任歸屬,觸及到利益重新分配的敏感問題,而且資訊透明化造成部分專業人士 的反抗,雖可搭配 IPD 的工作流程,但目前還是缺乏實際實施的案例。

缺乏統一的 BIM 標準及明確的工作細則,無法有效將不同專業進行整合,造成 效益的降低,在歐美先進國家的政府單位已開始或規劃在 3-5 年內,要求其國內的公 共工程必須採用 BIM,美國為最鮮明的代表,並推動 BIM 的國家標準 NBIMS (National BIM Standards),目前已進入第二版之修訂。在亞洲,韓國與中國大陸的政府亦有類 似的規劃,並鼓勵國內工程界採用,例如中國大陸的住房和城鄉建設部於 2011 年 5 月所頒布的「2011-2015 年建築業資訊化發展綱要」中,特別強調要採用 BIM。相對

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13

於歐美等發達國家,國內 BIM 的應用於發展比較後,還未建立或導入 BIM 標準,

政府與企業如何推動 BIM 標準的應用都將成為今後的挑戰,目前台北市政府建管單 位亦委外進行以 BIM 技術導入建管自動審圖之可行性研究,而台北市捷運局,已在 契約中規定要提供 BIM 模型,並決定在新的工程專案正式規定採取 BIM 技術輔助工 程的推動[13]。

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14

2.2BIM 導入與應用經驗

由於 BIM 將為營建產業帶來全面性的改變,許多議題將針對現有制度造成衝擊,

因此在推行 BIM 上,將遭遇許多困難,若由公部門開始推動,將使 BIM 流程能更快 的普及,本節針對美國、香港、新加坡、及中國大陸公布門推行 BIM 之狀況及遭遇 之困難加以說明。

2.2.1 美國公部門導入狀況

美國總務管理局(U.S. General Services Administration)堪稱近代使用BIM的先驅。

由於其傑出設計計畫的發展,吸引了全球眾多的優秀建築產業人才,競爭的結果使得 建築工程越來越複雜,超過工程預算與期限的工程越來越多。美國總務管理局管理370 億平方英尺的土地,並負責所有的美國非軍事的公共工程新建。為了改變現有工程的 效率,美國總務管理局公部門建築(Public Building Service, PBS)的總建築師辦公室 (Office of Chief Architect, OCA)於2003年投入了110億美元的資金開始進行全國性的 3D-4D-BIM計畫,在全面使用BIM之前,美國總務管理局先實施了既有建築物能源分 析、建築物現代化工程、新建築物等9項前導性的工程計畫。在前導性的工程計畫中 進行各項BIM的個別元件測試,其中包括3D雷射掃瞄、3D空間模擬、4D施工過程模 擬等[9]。

美國總務管理局的全國3D-4D-BIM的計畫在最初的10個測試專案以能夠降低成 本,同時提高了工程品質準確性和效率,結果顯示採用BIM不僅是可行的,也能在短 時間實現。這些測試案例的經驗成果充份顯示視覺化、密切合作、模擬、及最佳化,

在滿足顧客、設計方、施工方、及計畫本身需求上,所發揮的高效率;GSA因此而決 定逐步全面採行3D, 4D, 及BIM技術。由2007年度開始,凡是接受聯邦設計基金補助 的建案,GSA都要求將空間計畫BIM送到OCA,並由PBS委員會及總建築師審查,有 系統地推動公部門採用BIM技術[14]。

美國總務管理局鼓勵所有建案採用成熟的3D, 4D, 及BIM技術,並將建築企業與 研究團隊結合,進行3D、4D及BIM的綜合應用,其中包括美國建築師學會,相關的 總承包商,國家科學研究院和測試技術,以增加BIM在建築行業專業人士的認知與能 力。且包括成立知識社群及發行一系列的BIM手冊,由BIM的概述、空間計畫、能量

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15

分析、4D時程一直道設施管理等,使得美國其他政府部門也開始採用BIM,並且鼓勵 私人建築企業開始著手導入BIM及探討企業流程的改變。

美國總務管理局作為一個龐大的建築業主和美國人民的財務管家,一直在尋求建 築資訊模型的使用規範及業務流程,使大量減少能源使用、降低材料的要求、降低工 程事故和變化訂單的大幅減少,在施工過程中已經在建築設計,施工,運營和管理流 程的改進貢獻顯著的節省。

2.2.2 新加坡公部門導入狀況

新加坡自1982年開始有使用AI plan checking(人工智慧計畫審批)的構想,新加 坡建設與房地產網路(COnstruction and Real Estate NETwork, CORENET)於1995年成 立,其目的為建築業的改變,精簡零散的工作流程,從而實現工期、品質及生產效率 的改善,以BIM技術為基石推動無縫銜接管理及專案資訊或跨不同平台的交付和整合。

鼓勵新加坡的建築業使用BIM並在2004年開始推動應用CORENET的電子計畫審批系 統 (e-PlanCheck System)進行工程專案的審圖,2010年新加坡公共工程面以BIM設計 施工,並計畫2015年所有公司建築必須以BIM送審及興建,處理與建築物整個生命週 期專案文件相關的議題,包括:都市設計審議、建築設計審查、結構設計審查、臨時 施工許可、消防安全、法令完成證書、定期結構檢查等項。將營建產業從傳統的二維 設計發展至BIM的數字圖形化建模,使專案資訊更容易獲取,成為一個可攜式的資料 庫,在建築生命周期中逐步豐富建築資訊模型的屬性,能將BIM的應用從設計階段至 拆遷階段達成CORENET無縫銜接的工程管理及資訊整合之目的[15]。

新加坡政府建置電子提交系統(e-Submission System)及電 子 計 畫 審 批 系 統。電子提交系統是一個政府對企業的網路入口,提供企業所有建築相關資訊服務,

一次解決所有問題。而電 子 計 畫 審 批 系 統使建築業不完整的工作流程,得以 重新設計、效率化,使得改善繁複的往返作業時間、品質和生產力。

新加坡政府推動 BIM 產生的效益有如下[16]:

1. 透過網路遞交:降低印刷、機構間資訊來返的成本。

2. 全天候皆可遞交:省時、較長時間的遞交窗口。

3. 數位簽名和電腦加密:負責、公正、安全性。

4. 數個參與單位:一次解決所有問題,具便利性。

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16

5. CAD 繪圖標準:提升資訊交換、自動化。

6. 電子政府:多部門電子提交、全天候的線上資料查詢、趨向 IAI 的綜合計畫 檢驗。

7. 電子商務:以 BIM 為主的 CORENET 政府採購系統,提供建築業的電子採 購環境,建立公司部門夥伴關係,達到合作性的專案管理、互通性的電子採 購、業界 IT 標準和良好的作業規範。

8. 參與使用單位成效調查:

a. 享受到成本節省的好處:印刷成本 72%、運輸成本 81%、時間節省 65%

複印文件貯藏成本 54%、人力節省 44%。

b. 非常適應、喜愛 CORENET 電子提交系統。

c. 再也不想遞交複印文件。

2.2.3 香港公部門導入狀況

香港建築業對 BIM 技術的應用一直走在世界前沿。目前己經完成從概念到實用 的轉變,處於全面推廣階段。香港房委會(Hong Kong Housing Authority)自 2006 年起,

已率先使用 BIM 於公部門建案。利用 BIM 令設計視像化,並逐步推展至各個階段,

使整個建築生命週期,由設計到建立文件、建築以至設施管理的連串業務相關者相繼 受惠。通過在不同專案試行和正式採用 BIM,藉此優化設計、改善協調和減少建築 廢料,從而提升建築品質,由於制訂標準、擬備指引和設立組件資料庫,有助建立模 型、管理電子檔案,以及促進系統使用者之間的溝通,是成功推行 BIM 的重要因素,

因此房委會制訂 BIM 的內部標準,並在網站上提供有關的使用指南、組件庫設計指 南和參考資料[17]。

由於房委會大力推動 BIM 應用於實際工程,並已在超過 19 個公共工程中的不同 階段應用了 BIM 技術。目前在全港八十二座地鐵車站中,己經完成了二十多座的 BIM 建模,開發商、建築總承包商、設計公司的三方技術交流會己經成為一種成熟的 BIM 模式,並達到相當高的協調程度和工作效率,是 BIM 模式建立並市場化的重要標誌,

香港房屋署推動 BIM 產生的效益有如下[18]:

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17

1. 開發商將是 BIM 技術的最大受益方, 是 BIM 市場推動的主體。從房屋署和其它 一些示範項目中可以證明,在應用 BIM 理念較為成熟的建築項

目中,總造價可以降低 25%~30%。

2. BIM 銷售不僅是簡單的軟體銷售,而應當是包括軟體在內的全面多維資訊服務 的銷售,是建築產業中的一個新環節,並最終使古老的建築行業煥發青春的光 輝。

3. B IM 標準應當是一個開放的綜合體系。它的研究和制定極其重要,是全面推廣 B IM 的重要基礎,也是佔領市場的核心手段之一。

2.2.4 中國大陸公部門導入方法

中國大陸目前 BIM 的應用以由設計公司為主,主要由中國的兩大行業協會,中 國勘查設計協會、中國建築學會在普及、推廣 BIM 的工作,使得政府及行業協會越 來越重視 BIM 的作用,各類 BIM 諮詢公司、培訓機構開始興起。2011 年 5 月中國大 陸住房與城鄉建設部專門針對建築業發展制定「2011~2015 年建築業信息化發展綱 要」,又稱十二五發展計畫,主要針對調整優化產業結構、加強技術進步和創新、推 動建築節能減排、強化品質安全監管、規範建築市場秩序等方面,提出了一系列的任 務及對應的政策措施,目標將建築業總產值提升 15%以上,近 6000 項的綱要共有 9 處涉及到 BIM 技術,充分表示 BIM 在中國大陸未來建築業資訊化發展中的重要地位,

以下為綱要中 BIM 的有關部份及內容[20]:

1. 總體目標:”十二五”期間,實現建築企業資訊系統的普及應用,加快建築資訊模 型、基於網路的協同作業等新技術在工程中的應用,推動資訊化標準,促進具有 自主知識產權軟體的產業化,造就建築企業在資訊技術的應用達到國際先進國家 水平。

2. 設計檢查:完善提升企業管理系統,強化設計檢查資訊資源整合,逐步建立資訊 資源的開發、管理及應用體系。推動基於 BIM 技術的協同設計系統建設與應用,

提高工程檢查問題分析能力,提升檢測監控分析水平,提高設計集成與智能化程 度。

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18

3. 專業資訊技術應用:加快推廣 BIM、協同設計、移動通訊、RFID、虛擬現實、

4D 專案管理等技術在設計檢查、施工和工程專案管理中的應用、改進傳統的生 產與管理模式,提升企業的生產效率和管理水平。

4. 應用系統:

a. 推動 BIM 技術、基於網路的協同工作技術、提升和完善企業綜合管理平 台,實現企業資訊管理與工程項目資訊管理的整合,促進企業設計水平 和管理水平的提高。

b. 研究發展基於 BIM 技術的整合設計系統,逐步實現建築、結構、水暖電 等專業的資訊共享及協同。

5. 設計階段:探索研究基於 BIM 技術的三維設計技術,提高參數化、可視化和性 能化設計能力,並為設計施工一體化提供技術支持。

6. 施工階段:

a. 在施工階段展開 BIM 技術的研究與應用。

b. 推動 BIM 技術從設計階段向施工階段的應用延伸,降低資訊傳遞過程中 的流失。

c. 研究基於 BIM 技術的 4D 專案管理資訊系統在大型複雜工程施工過程中 的應用,實現對建築工成有效的可視化管理。

中國大陸需要大規模的城市化發展,住房及公共設施的大量需求,因此為新建建 築帶來了前所未有的需求,加上中國大陸的各種專業都集合在設計院中,通過政府的 影響力及行業競爭,從 2008 北京奧運到 2010 上海世博會所建造的各種壯觀建築,有 許多代表性的 BIM 案例。通過 BIM 模型為基礎的設計,開始帶動中國大陸生產製造 業的預製技術,並向其他國家大規模的出口建築預製構件。目前因人類大量開發自然 資源,造成許多環境議題,可持續發展是不可忽略的議題,中國大陸以有多起具標地 性的建築,朝永續發展的方向前進,由於在 BIM 的三維模型中,能夠容易進行可持 續性發展的設計,並且分析的可信度高,因此 BIM 技術被列為促進中國大陸營建產 業發展的重要工具[19]。

(32)

19

2.2.5 導入 BIM 的流程與困境

國際營建產業之專業人士普遍有一共識,認為BIM技術的發展對營建產業的商務 模式與產業文化會有深遠的影響,而持續發展的結果,業主會是明顯的實質受益者。

政府是公共工程的最大業主,我國公共工程若能積極導入BIM技術,對政府在公共工 程的品質要求、進度掌控、成本降低、以及永續發展方面,都應會有極大的助益。

但目前BIM的推動也遭遇許多困境需要去克服,Eastman的著書中提到,在BIM 的推動上將面臨許多障礙[6]:

1. 技術面。

2. 權利與義務面。

3. 法規面。

4. 現存商業模式。

5. 現有人力資源抗拒改變。

6. 大量專業人員需要教育訓練。

在推動BIM的過程中,涉及到合法性的東西就會有很多挑戰,比如關於誰擁有設 計,建造,分析資料,誰將支付費用以及誰對其專案精確性負責等問題。例如BIM模 型的建立者及設計者需要專利法或其他相關法令來保護其著作權;在現有的體制下若 材料設備商基於商機而將產品模型交由某專案採用,可能違反原設計建模者之授權範 圍;需要相關單位來主導營建資訊的管理及正確性,但這樣需要增加許多額外的成 本;因為協作設計整合分析的工作方式,使得原階段性的責任變得模糊不清,若業主 提出設計不當的訴訟,建築師很可能無法舉證其責任歸屬,而需概括承受;目前三維 模型的成本分析和時程管理軟體發展尚未完善,可能發生不同軟體產出不同的結果,

必須先在合約中明確規定[6]。

中國大陸也正處於BIM的蓬勃發展階段,在推動BIM的過程中遭遇的困難主要有 缺乏人才、BIM綜合性太強門檻高、管理和技術手段不健全、軟體不成熟、上級不知 道BIM、社會對BIM的認知力有限、建築市場普遍使用較落後的施工技術和工藝、資 金制約、需足夠複雜的專案才能體現價值、現場工作難與模型一致並且跟進不易、業 主對其價值的認可度需要買單才能實現、對傳統工藝流程需要一個適應過程、需要一 個超級軟體、就其過程管理理想和現實相差很遠且人員素質不協調、BIM的大環境不 成熟且無標準等15項因素[12],因此中國大陸政府也開始進行BIM的推動及標準化,

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20

為求透過BIM進而提升營建產業的效率及產值。

許多軟體公司一窩蜂地投入在部份量化議上,並未將BIM視作完整的流程來開發 軟體工具,且尚未有明確的BIM執行細則供遵循,BIM在提供協同合作新方法的同

時,也給各個參與方的發展帶來了新的問題,需要有BIM流程標準並依該標準擬定實

施準則;

BIM在設計以及建造階段等各個過程的改善對於減少問題有著十分重要的意 義。但是相對於傳統實踐方法,使用BIM同樣會在很大程度上改變專案各參與方之間 的相互關係。以及需要在建築師,承包商以及其他設計要素之間的更早階段的合作,

造成傳統工作模式的變革,及利益分配的問題,例如在業主、設計專業工程師、及施 工廠商間,應由哪一方負責開發及使用建築資訊模型、開發及使用所需的成本應該如 何分攤,一直都還有爭議。

BIM技術的使用也將會使建設資訊的整合早於設計階段。可以協調設計建造等各 階段綜合的設計建造公司會在BIM的應用中獲利最大。最重要的變化是公司面臨使用 BIM技術為了協同合作分享建築模型作為各個工作階段的基礎.這個改變將會需要時 間和教育培訓的投入,這個同樣適用於任何關於技術和工作流程方面的改變。

最後是來自執行方面挑戰,用BIM技術來代替傳統2D、3D CAD環境比簡單的使 用新軟體、培訓以及升級硬體要複雜的多。通常,對BIM持有疑問的管理者级别越高,

不接受BIM的可能性越大。使用BIM的最大障礙来源于高级管理人员是否会决定採用 BIM。這反映了幾個因素,站在高級管理層的角度,他們會更關注於採用BIM而付出 的成本與付出是否合理、作為業內經驗豐富的行家,習慣性地以某種特定的方式做 事,因此在接受新技術獲得改變的過程中會猶豫不決。從另一個層面而言,初級員工 接受難度最小。部分原因在於初級員工很少扮演決策者的角色。同時,在行業內希望 不斷提升技能的年輕員工更加樂於嘗試新的工具和方法,並可能已經在大學階段接觸 過建築資訊模型的部分內容。而一個公司要使用BIM取代原有的作業模式,還需要詳 細的計畫及明確的投資報酬率,保證成功及回報[19]。

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21

2.3 BIM 導入的效益評估方式

BIM所能產生的實際效益不容易評估,因建築專案人事時地物皆不相同,本研究 通過文獻收集、整理,得知常見評估方式為統計減少圖說錯誤、減少資訊需求、減少 變更訂單等指標,並探討導入BIM的投資報酬率。

2.3.1 由避免圖說錯誤產生的效益

由於建築工程所要完成的成品都是三度空間中的實體,在早期受限於平面紙張表 達工具的限制,只能以二維的圖面,如平面圖、立面圖搭配透視圖,展現建築設計的 成果。工程師們必須從這些二維的圖面裡,重新建構出建築師的設計成果,然而在二 維與三維的轉換中,常容易產生設計與理解上的疏漏、衝突與錯誤[20]。

美國 GM 身為汽車工業的龍頭之一,本就著重精實生產,也較能接受 BIM;在 密西根 Flint 的 V6 引擎廠房擴建計畫,以 DB 法委託 Ghafari Associates 擔任 BIM 團 隊中的諮詢顧問。

所有團隊成員使用三維數值模型進行溝通,藉由 BIM 的良好溝通介面。藉由 BIM 工具同步進行設計、工程分析、施工分析管理,可正確地在要徑上趕工,並取消傳統 的 2D 紙本圖說,如圖 2.3 使用 BIM 模型工具產生的電子模型及訂單,也同時改變團 隊工作執行的流程,省掉許多分包商重覆繪製平面配置、流程規劃、審查、核可的時 間,且因土建、鋼構、機電設備商,同時以同一個三維模型進行工作,經由碰撞檢查 及即時預鑄資訊的生產,有效的提升效率。除了隨時更新修正 BIM 模型資訊外,所 有關係人代表每週固定的會議也檢討這些修正工作並加以確認。事後證實,這些即時 修正更新 3D 模型及其資訊的工作,是成功的主因。

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圖 2.3 最佳化衝突更正

由設計到施工無縫銜接,即時送料組裝生產使工地井然有序,效率高沒有廢料,

現場工作人員少、士氣高、安全性及工程品質亦相對提高。

由於自動化的衝突檢查約節省了 3~5%總經費,採用 3D 模型且免除許多二維圖 說及溝通時間,約節省額外的 2~4%;更因而在本來就很緊的工期內提早 5 周(12.5%) 完工;GM 基於保密不願公佈節省的經費,但設計公司及各承包商都明確地表示採用 BIM 流 程 相 當 值 得 , 是 業 主 與 承 商 間 雙 贏 的 典 範 。 並 獲 AIA 頒 發 2006 年 Design/Delivery Process Innovation Using BIM 獎[21]。

香港太古地產在港島東中心建案中,驅動採用 BIM 及建物生命週期管理系統,

以期能在設計、施工、及運營的流程中,降低成本、縮短工期、及減少浪費。業主提 出採用 BIM 的要求時,已經處在細部設計的階段,因此,港島東中心的 BIM 模型開 始時,是由 2D 及有限的 3D 資訊轉化而來。其中建築、結構、機水電、及與其相交 的所有元件,甚至最後的建築裝修面、工地後勤配置、及地下服務設施、管線等,最 後都建置成 BIM 模型。轉化為 BIM 模型後,開始依照團隊協定的模型信息細緻度,

進行效率更好、精度更高的各個部件設計與採購,從而降低了成本。團隊在各個階段 使用 BIM 的衝突檢查功能,在發包採購前,共辨識並解決超過 2000 項設計衝突,衝

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23

突檢查報告成為加強團隊各方協作的主要依據。

在韓國採用首爾市區重建的 D3 城,由六個高及中高層建築組成,投資金額達 172 億新台幣,工期為四年,主要由承包商 Daesung 決定採用 BIM 來進行有效的工程管 理。Daesung 聘請專業的 BIM 諮詢團隊,首先將設計單位的二維圖紙轉為 BIM 模型,

在二維轉三維的過程中,詳細記錄每一個設計錯誤,並將錯誤發生的原因歸類,確定 每一個錯誤,在沒有使用 BIM 的情況下,都會潛在造成該工程的進度和品質的影響。

韓國採用首爾市區重建的 D3 城,由六個高及中高成建築組成,投資金額達 172 億新台幣,工期為四年,主要由承包商 Daesung 決定採用 BIM 來進行有效的工程管 理。Daesung 聘請專業的 BIM 諮詢團隊,首先將設計單位的二維圖紙轉為 BIM 模型,

在二維轉三維的過程中,詳細記錄每一個設計錯誤,並將錯誤發生的原因歸類,確定 每一個錯誤,在沒有使用 BIM 的情況下,都會潛在造成該工程的進度和品質的影響。

D3 城在 BIM 的設計驗證過程中總共找出 709 個設計錯誤[22]。

國內雖已開始採用 BIM 但還未普及,較具代表性的案例為中國土木水利協會 BIM Award 之一的衛武營藝術文化中心建築裝修水電工程,總樓地板面積高達 4 萬 6 千坪美麗宏偉的建築,建築外表為自由曲面的表現方式,運用多項全台灣首見的建築 工法,因此在工程技術上需要除了必須考慮室內的聲學效果外,還需使用到造船工業 的鋼表皮技術,因此身為承包商建國工程決定導入 BIM 來解決技術上的難題,將二 維圖面轉成三維模型,並進行各專業的整合,結果顯示每一層樓都出現 200 個以上的 圖面議題,並將 BIM 應用於樓板檢討、機電系統整合、數量估算、特殊造型檢討、

確保施工圖面一致性、衝突檢測等[23]。

埔里工務段辦公大樓新建工程探討採用 BIM 工具及流程的效益,將所有工程發 包的文件圖資,應用 BIM 建模軟體轉製成三維模型,經由與建築師以及業主會報研 討,確認模型之正確性,在二維圖面轉換至三維模型時,共計發現了 63 項議題,與 建築師會報後,發現大約 73%(本案中共 46 處)的問題確認會在日後按圖施工時出現,

這些問題已經經由三維建模及視覺化檢查而消除,充份顯示三維模型的功效,證實 BIM 在建築工程之應用有視覺化溝通、檢核圖面問題[24]。

(37)

24

2.3.2 由減少資訊需求產生的效益

由於建築工程為一多專業的綜合體,並受限圖說的表達方式,在工地現場經常出 現許多議題,這些議題都需要該專業人士來決定,稱之為資訊需求(Request for Information, RFI),往往許多專業人士或是有決定權力者並不在施工現場,所以需要 將不同的議題處通過各種方式傳遞給不同專業的負責人,有許能夠即時解決,但牽扯 多專業的複雜問題甚至需要經過多方會議來達成共識,無形中花費許多人力及時間,

藉由 BIM 能夠減少資訊需求,提升工作效率進而產生效益。

由於 BIM 的所能產生的實際效益太難評估,因為建築專案幾乎沒有相同的案例,

建造時的人事時地物皆不相同。美國科羅拉多大學丹佛健康科學中心新建第二研究中 心,如圖 2.4,由於緊鄰類似設計的第一研究中心,得以用 BIM 手法流程來與用傳統 流程完成的第一研究中心對照結果發現資訊需求降低了 37% [25]。

圖 2.4 美國科羅拉多大學丹佛第二健康科學中心[25]

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2.3.3 由減少變更產生的效益

營建產業逾期超支品質不如預期,計畫當參考到現.場再變更設計,似乎是常態。

而「工程變更」定義甚廣,如變更計劃、增減工程數量、取消全部或一部契約所定之 工程計劃、增加任何契約原定工作範圍以外之工程、變更原有設計、增減工作之數量、

施工期間遇到不可預料狀況之必要變更、業主或工程師指示錯誤所致之變更、工程性 質變更等情事。變更來源可分為自然、人為、經濟與其他等四種因素,變更設計之原 因則可分為「業主新需求」、「設計不當考量不周」、「異常工地狀況」、「通常事變」、「不 可抗力」、「廠商疏失」及施工錯誤[26]。

中國上海市的上海中心,如圖 2.5,作為上海未來的標誌性建築,總投資高達 695 億新台幣,預計 2014 年完工,已可持續發展的理念,希望在建築的全身命周期,實 現高效率的資源應應用,並將環境影響降到對低。此案例過於複雜,不僅是它本身的 高度,它的科技含量也極為複雜,而專案流程採用傳統的 DBB 模式,不同參與方在 不同階段加入,身為業主的上海中心大廈建設發展有限公司與 Autodesk 簽署戰略合 作協議,通過建築資訊模型,有效提升專案管理水準,從而提高建築品質,降低管理 成本,實現綠色科技與建築融合的目標。

彩現透視圖 工程現況

圖 2.5 中國上海市上海中心

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業主為因應成本控制難度大、資訊量大及有效傳遞資訊困難、行業整體生產力較 低等主要問題,而制定 BIM 的應用目標,分別是提高設計品質、進行施工管理、營 運維護管理。將 BIM 建築模型跟設計、投資採購、建造、營運發生關係,它是作為 一個公共資訊平台在互相傳遞資訊。針對設在計階段的複雜體系、不同系統的整合、

碰撞檢測;在投資採購的材料統計、招投標管理,因為使用 BIM,在機電安裝在招 標時,投標單位明確,分包商所負責的機電設備管線部分,以 BIM 模型作為計算依 據,使得此案再整個工程量計算的時候不會出現非常多的人為的偏差。而建造方面主 要應用在施工方案的探討、4D 施工模擬,施工現場監控,營運階段設備資訊維護,

空間使用變革等。並以業主身分硬性要求承包商、設備供應商必須採用 BIM,可以 把 BIM 拿過來進行交流。在總包、分包、設備、供應當中要求總包商、承包商、設 備供應商必須採用 BIM。透過共用的 BIM 模型交流,使各總包、分包、設備廠商深 化設計和 BIM 團隊之間全方位溝通,如圖 2.6,通過 BIM 的模型可預先找出設計錯 誤之議題,設計人員必須先將這些議題修正,在交由總承包商進行整合,經過大量的 協作,再提交到整合平台,由業主和總承包商一起進行評價,來保證 BIM 模型的品 質,確保現場出現的錯誤越低越好,也少變更設計及重工的風險[12]。

空間桁架衝突 樓梯間淨高不足

圖 2.6 上海中心 BIM 模型整合提出之衝突議題 [12]

從建築生命周期的角度出發,在上海中心專案應用基於 BIM 的工程資訊管理系 統,將幫助業主更好的控制工程品質、進度、費用,確保專案的成功實施,獲得完整 的資訊,將專案全生命周期內的技術及經濟指標最佳化。上海中心大廈建設發展有限 公司未來預計將完成的 BIM 應用於上海中心的營運維護上,方便業主或使用者可通 過可視化的管理,對所有設施於空間進行良好的規劃,可保證業主投資 BIM 的有效

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回報,並使得此建案更具有資產價值。並獲 AIA 頒發 2010 年 Design/Delivery Process Innovation Using BIM 獎[12]。

美國科羅拉多大學丹佛健康科學中心的第二研究中心是一個顯著的案例,除了前 文提到的 RFI 降低 37%之外,變更訂單(Change order, CO)降了 32%,該專案的管理 階層認為,光這兩個數字就足以彌補投資在 BIM 上的花費;在工期方面,本專案比 預計提早 2 個月完工,因為採用 BIM 流程技術,工期縮短約 6 個月;依照機械分包 商的統計,歸功於虛擬設計及施工,該分包部份人力與工時都節省了約 50%[25]。

2.3.4 用投資報酬率計算導入效益

使用 BIM 確實能為業主帶來許多益處,但使用 BIM 的門檻較高,高階的電腦設 備較為昂貴,使企業導入初期投資較大,並且較難立即看到成效,McGraw Hill 在 2009 年 8 月對北美地區上千家 AEC 公司的網路問卷調查報告,如圖 2.7,指出以使用 BIM 技術的公司中約有 63%認為投資 BIM 的投資報酬率(Return on Investment, ROI)為正 值,但也有 20%認為打平,17%甚至認為不敷成本;深入分析發現,認為 ROI 為負 值的公司大都是剛採行 BIM,對 BIM 技術還不熟練,一旦累積夠多經驗後,大都轉 變成正的 ROI 值,在稱得上是 BIM 專門公司的族群中,超過 50%認為 ROI 值超過 25%,而只有 5%的公司認為 ROI 為負值,其中專業建築師及工程師認為投資在 BIM 的報酬率是打平或是負值,承包商及業主則大都感受到 BIM 帶來的正收益,其中 70%

的業主認為投資 BIM 的效益為正值,因為這個原因,在美國越來越多的業主要求設 計及施工單位使用 BIM[25]。

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圖 2.7 美國業主投資 BIM 的 ROI[25]

為了評估 BIM 所帶來的實際效益,佛羅里達大學的研究,透統計三對類似建案,

每個對造組中的合約金額、工期、交付形式、合約型態、總樓地板面積、用途及工法 皆相似的兩組,分為投資 BIM 及不投資 BIM 進行比較,主要比較製圖及變更訂單等 直接成本,在加上工期展延造成的間接成本,計算總節省金額與投資 BIM 的花費進 行比較,得出結果 ROI 分別為 16.2%, 36.7%, 及 376%,主要差別在於間接利益,採 用 BIM 的直接獲利反應在減少變更上,間接獲利則在於 RFI 大量降低後的工期縮短 上;分析案例中,ROI 最高者的直接獲利約為 0.26%, 由於縮短 10%工期而間接獲利 約 1.9%,使得 ROI 超過 300%,證實了業主投資 BIM 的高回報率,無論專案的規模 和範圍,使用 BIM 能夠顯著的節約成本[27]。

然而,至今大部分的分析結果,都只有投資回報率的報告,沒有提供有關投資回 報率數據收集的細節和分析方法。韓國採用首爾市區重建的 D3 城,由六個高及中高 成建築組成,投資金額達 172 億新台幣,工期為四年,主要由承包商 Daesung 決定採 用 BIM 來進行有效的工程管理。Daesung 聘請專業的 BIM 諮詢團隊,首先將設計單 位的二維圖紙轉為 BIM 模型,在二維轉三維的過程中,詳細記錄每一個設計錯誤,

並將錯誤發生的原因歸類,確定每一個錯誤,在沒有使用 BIM 的情況下,都會潛在 造成該工程的進度和品質的影響。D3 城在 BIM 的設計驗證過程中總共找出 709 個設

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計錯誤,並分析每一個錯誤對工程造成的影響並歸類,分別為設計衝突、圖說不一、

資訊遺漏,並針對工程影響進行詳細分析,57%造成直接影響使工程成本增加,。但 間接成本很難被估計,如避免工期展延、法律糾紛、及品質退化,此研究採用蒙地卡 羅模擬,將 BIM 統計的錯誤數,計算使用 BIM 減少重工投資回報率,結果得出的投 資 BIM 的整體回報率為 22%~335%。排除這些預先設計錯誤,而 BIM 的其他優點,

如防止工期延誤,不必要的索賠和訴訟,以及潛在的品質問題。皆難以拿出合理的數 據,來量化這些額外的節約的成本,因為這些問題是由於各種複雜的原因,不僅是設 計上的錯誤,還牽扯許多因素,如使用不同的施工方法和設備、工人的數量、品質管 理等。然而,此研究提出另一公式計算防止工期延誤所帶來的成本節約,分別假定工 期展延一週及一個月,計算結果得出的投資回報率高達 247%及 699%。證實使用 BIM 防止工期延誤有著更大的回報率[22]。

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