建構營建企業導入BIM於營運模式之執行架構

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104 學年度第一學期

休假研究期滿報告書

休假研究計畫名稱：

建構營建企業導

⼊BIM於營運模式之執行架構

單位：土木工程學系姓名：馮重偉職稱：副教授中華民國 105 年 10 月 21 日

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摘要營建企業本身需要眾多專業參與者協同作業，經過各種階段性的作業項目與流程來完成營運目標。然而營運模式管理過程中，因多樣資訊類別文件的應用，專案人員和企業內外部的資訊傳遞上，難以維持資訊的整合性及即時性。而不ㄧ致的資料也缺乏檢核系統，難以確認資料內容的正確性，造成參與者的不同解讀。隨著BIM建築資訊模型的發展，雖已可高度滿足模型視覺化，但在工程相關資訊的連結與應用上尚未能滿足營建企業營運的需求，且BIM如未能依使用者資訊需求進行分析，其應用效能往往受限於模型本身建構的內容。因此本計畫將發展營建企業導入BIM於營運模式之執行架構：首先從解析營運模式之需求，並利用資訊整合球，解析不同階段、流程和參與者在營運模式的互動結構，作為開發營運模式BIM元件資訊屬性的基礎，藉此建立功能性多面向之建物元件標準屬性架構並開發BIM元件與元件庫系統，並利用COBie作為資訊交換的基礎，進而建構營建企業導入BIM於營運模式之執行架構。 

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背景及目的

營建AEC(Architecture, Engineering, and Construction)產業在過去近十年內採用建築資訊模型(Building Information Modeling, BIM)工具，已被應用於建築專案全生命週期，包含設計、規劃和施工階段，同時應用BIM模型提供的內容。然而應用BIM模型的內容時，需要要求建模模型的準確性，因此現在BIM發展的方向較著重於模型的視覺實現程度。然而，對於營建企業而言，主要營運的基礎仍是在日常的工程管理應用。為使BIM模型可達成營建企業營運的目標，除了現有的模型視覺實現程度之發展外，還需要加強工程相關資訊在與BIM模型的連結，以及輸入與產出上的應用價值，以便達成資訊應用上即時同步與變更一致之優勢。現有BIM建模軟體雖可高度滿足模型視覺的實現程度，但在工程相關資訊的連結與應用上尚難以滿足營建企業營運的需求。主要限制乃源自於營建產業本身的特性，需要眾多專業分工的參與者協同作業在依不同規模而異，長可數十年短至單月完成的專案時間內，經過各種專案階段性的作業項目與流程，方能完成營建專案的目標。由於營建企業的多重專業部門特性,其公司部門組織架構常以並行運作方式存在，當中執行專案經理通常需要統籌所有專案資訊與資源的運用,以便對營建企業外部客戶及營建企業內部多重專案參與者的各式需求進行回應與整合，同時在專案執行中進行溝通協調與重要決策之例行事項。如此龐大的專案資訊與資源的運用，極需具有專案管理功能的BIM整合工具進行協助處理資料與分析，然而現有的BIM建模軟體及其周邊應用，尚未能夠滿足營建企業導入BIM於營運模式之需求，造成營建企業對於BIM建築資訊模型的功能採取消極之作為。此乃整合資訊系統所需的不單只是元件的屬性資料，還需要能夠整合專案模型與其他的文件資料。現今在營運模式和資訊需求之整合應用上，例如:文件管理系統、合約管理系統等，並未直接支援需求資訊內容與 BIM模型的整合，以致仍須耗費許多時間、人力進行文件資料與BIM模型元件

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的比對與連結。此外，相關研究在資訊整合的作法上，仍多是以另外開發的軟體介面，建立圖文資料的關連性及連結，此種方式對於後續營運模式之資訊系統在功能擴充與資料庫管理上，都造成相當程度的限制，也容易導致需要依據個別專案建立特定的管理系統，而無法普遍通行運用於AEC產業。因此有必要建構符合營建企業營運需求的執行架構。此次研究休假乃分別針對營建專案對於BIM之資訊需求、應用BIM於工程工項之成本估算、以及設施維護之資訊需求分別進行此次休假研究主要在了解營建企業在營運上運用BIM之需求以及不同階段之各參與者之應用需求，而具體完成的目的如下： (1) 營運模式管理IIS 資訊流程解析 (2) 建構BIM成本元件架構 (3) 結合BIM與COBie於設施維護之應用

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研究成果

一、以IIS為基礎建立導入BIM於工程管理之資訊架構在不同的工程專案執行階段，會有不同的角色參與工程，包含有業主、設計單位、承包單位、監造單位、顧問公司等。然而，在過度分工又缺乏有效管控計畫的情形下，時常造成複雜度過高的工程資訊無法有效的整合，最後導致營建工程專案的品質低落、施工進度延遲及成本過度花費等缺失，且在工程執行面上一直都缺乏從承包商、監造廠商、顧問公司到業主的資訊平台運用，因此如何有效的整合各階段之工程資訊，並利用於工程專案管理，實為一重要課題。過去雖有研究致力於分析在工程專案中產生衝突的原因，甚至有不少管理系統為了減少衝突發生而建立，但這些研究沒有考慮到不完善的資訊在工程專案中所扮演的角色，若將工程資訊以資訊需求者的角色做相關的專案資訊傳遞分析，探討不同階段的專案參與者需求，並利用分析資訊結果進行管理，即能協助專案的決策與執行。建築資訊模型(Building Information Modeling, BIM)近年來已漸漸成為在土木營建業的數位化、自動化的重要趨勢，而BIM與傳統的電腦輔助設計軟體的差異在於：(1)大量資訊的交換；(2)整合專業判斷的計算能力；(3)協同作業的架構。因此本研究將利用IIS資訊整合架構的概念結合BIM工具的使用，建立資訊整合模型，並以IDEF0分析法及DSM設計結構矩陣解析各階段專案參與者之資訊交流情形，並將工程專案各階段的參與者與其資訊傳遞情形定義於IIS(Infromation Integration Sphere)資訊整合模型上，使專案參與者相互之間的資訊需求關係更加明確，管理者可從IIS上直接判斷不同時間點時，專案參與者的資訊需求。此資訊需求解析架構能(1)利用IIS表示出工程各階段專案參與者之資訊需求，及該資訊需於何時傳遞至該專案參與者，可清楚說明各階段、作業之責任歸屬。 (2)分析並萃取到需求的工程資訊皆可依據本研究所提出之IIS資訊整合模型，且可以更快速及精確的確認參專案與者的資訊需求傳遞情形，即能夠將複雜之文

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件資訊交換情形，以模型化的方式完整呈現。(3)提升工程專案各階段的管理及不同專案參與者間溝通協調之效益，可透過本研究所提出之IIS資訊整合模式，管理者可由資訊模型中確實掌握到各專案參與者的資訊需求，使工程專案所可能產生的資訊問題、衝突減至最低。部分案例成果如下所示：案例資料：台北市北投區某商業建築新建工程，樓層數：地上四層，地下二層，工期：工程為期389天，此案例之施工階段進行案例之驗證分析，首先將其施工進度排程表以 IDEF0進行流程解析再以DSM分析其資訊需求及衝突情形，最後建立IIS資訊模型架構並導入BIM工具改善其流程。案例IIS資訊整合模型依據IIS分析可了解資訊流衝突，提出解決衝突之之方案 

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案例IIS資訊流衝突案例IIS資訊流改善後型式資訊流應用BIM特性 問題類型問題解決方式 EDF-01 資訊共享性  資料拆分整合性  協同性文件理解需具備專業知識工程限制難以以文件方式實際呈現，業主需求也難以用圖檔即完全表達，業主需具備一定專業知識。 D1 EDF-02 透過_{認是否符合實際需求項目。}2D圖檔與煩雜的文件資料，難以確 D2 EDF-03 資訊共享性  資料拆分整合性  協同性空間衝突無法預測可能在施工時發生空間衝突或重工的問題。 D4 EDF-04 EDF-05 資訊共享性  資料拆分整合性  協同性文件量過大難以處理因文件、圖檔及相關可用資料過於龐雜，待整合、分析的時間可能會過長則易發生人為疏失。 D9 EDF-06 同步性_協同性  _文件無法充份表達實際情況無法得知實際建築進度為何，而根據工程紀錄的百分比進行計價付款。 D8 EDF-07 同步性 _協同性解決方式改善後型式 D1 利用BIM將週遭狀況、自然條件、資源資訊的蒐集、建模與分析，選址最佳化、永續綠建築規劃分析，還可利用BIM/GIS軟體工具處理未來空間資訊之整合應用，建物方位配置之參考。在BIM模型上幾乎可得知工程大部分相關資訊，可以大幅縮減處理時間。 D2 以BIM模型作為基礎，依照分包特性與原則來分析分包工項的資訊內容，並以施工需求作為分析分包項目施工區域的限制條件，有各分包工項的資訊輸入與施工需求的控制條件便能進一步獲得分包施工區域的資訊，對BIM模型內之控制項估計分包工項數量可更詳細的取得分包工項之數量內容。 D4 使用BIM模型可直接透過3D模型方式，進行施工分區、施工方式、施工工序等分析，也可考量物料、機具於工地進駐時間點、空間放置點之安排，並可模擬4D模型以了解其施工進度。 D9 以BIM模型作為基礎，利用BIM軟體及其擴充開發工具，在工程專案設計初期，對3D模型進行一些必要的數量計算程序，產出一套準確的工程數量估算和成本估算，並能快速因應專案可能的變更修改，並將，並將反映之成本增減的影響隨即呈現出來，避免預算超支，以節省時間和金錢的過程。這個過程也可以讓設計人員及時從設計變更中隨時觀察到成本的變化，可以有效遏制因過度修改而造成預算超支。 D8 以BIM模型作為基礎，利用BIM軟體及其擴充開發工具，在工程估驗計價時，可對3D模型真接進行量體資訊的計算，只要將輸入之工項進行排程並設定其施作進度，隨即能產出相對應之估價表，且施工進度可藉由PAD等相關工具隨時隨地紀錄，更能對模型進行4D模擬以掌握建築物之實際完成項目。

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二、利用知識本體論建構智慧化BIM成本元件架構

營建工程多為專案導向，新建工程的投標作業常需重新分析專案現況和大量建案資料，由於備標準備時間有限，實務上，成本工程師僅能以自身工程經驗擬定投標工項種類、數量計算準則和單價制定原則，再根據標單和平面圖說計算工項數量，彙整專案資訊、歷史資料和詢價結果進行單價分析以確立單價，進而完成投標預算書。現行人為估算作業程序費時且效率低，且投標估算結果常與施工執行成本花費產生出入，導致總承包商低估施工成本，輕則壓縮利潤，嚴重時則會影響工程進行。營造業使用BIM工具提升作業效率的情況漸增，以成本估算為例，BIM工具數量計算的功能著實提升計算準確性和效率，為了更有效的應用BIM，相關研究透過建構BIM建模規範釐清模型資訊需求，或是利用資料庫整合BIM與預算項目並發展成本估算應用流程。然而，現行結合BIM的成本估算作業方式始終依靠人為解析參考文件規範並建置模型內容，再利用BIM工具萃取所需資訊，較少探討整合工程知識經驗與成本估算資訊以提升作業效率的相關議題。本研究彙整備標流程、成本工項元件相關性分析和工項語意資訊，應用知識本體論建置成本估算本體模型和SWRL規則語言，藉此整合本體模型與建築資訊模型，以本體模型呈現工項元件關聯性和成本估算資訊推論機制，並利用本體推論機制辨識工項成本資訊和應用於BIM內的相關變數，呈現以工項為基礎的模型元件智慧性，並以IDEF0解析資訊流和應用架構，清楚呈現結合本體論與建築資訊模型於成本估算作業的應用流程。本研究利用知識本體論結構化工程經驗成資料模型，整合BIM與成本估算作業資訊，作為應用BIM於成本估算作業的資訊需求規範，本體模型也能隨工程資料量增加和知識經驗變化而持續修正，進而提供符合現況的工程資訊。部分案例成果 

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三、結合知識本體與BIM於機電設施維護之應用機電設備的重要性如同人體內血管與神經的存在，該如何維持其正常功能便是設備維護管理的重要項目，設備維護主要分為例行性維護與故障緊急維護，後者所需資訊較前者即時且複雜；此外，針對大型機電設備維護更需額外考慮現地施工條件、施工順序、相關資源等因素，再加上施工人員的知識與經驗水平的因素，將直接影響維護作業的品質與效率。目前透過BIM的可視性與元件資訊內容輔助建築中的設計、施工階段已有不少應用與研究，而協助設備維護管理之應用相對較少，其元件所含之設備維護資訊不足；而知識管理方面，有研究利用知識庫與關鍵詞的方式協助維護人員取得相關維護資訊。本體論，起源於哲學上的概念，用於描述物體之間的關聯，近年來亦有研究使用知識本體協助工程專案的知識傳遞。為了解決知識傳遞不易、BIM元件所含設備維護資訊不足、忽略現地施工條件等問題，本研究透過結合知識本體與BIM的方式輔助設備維護之應用。首先以IDEF0 解析發展知識本體流程所需資訊，透過不同資訊解析模式之成果定義本研究知識本體之架構；另一方面，定義BIM的建模標準與COBie的資訊內容，並將兩者以「實例」結合。透過之訊整合的方式輔助判斷現地施工因素並協助傳遞相關知識，並將資訊整合過程中所產出之資訊需求回饋於BIM，以延續該模型的使用性，最後以大型機電設備故障情境驗證之。經過案例驗證與業界回饋得知，結合知識本體與BIM事先判定現地施工條件，並回饋資訊以擴充BIM資訊內容，確實能改善目前機電設備維護作業情形及延續模型的使用性。部分案例成果

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