中 華 大 學

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博 士 論 文

營建技術創新方案產生模式之研究

A Model Used for the Generation of Innovative Construction Alternatives

系 所 別： 科技管理博士學位學程 學 號 姓 名： D 0 9 6 0 3 0 0 4 吳 誌 銘 指 導 教 授： 余 文 德 博 士

鄭 紹 材 博 士

中華民國 101 年 8 月

摘 要

過去有關營建技術創新之方法，多偏向施工性改善以及流程模擬方面之研究，此 種方式受限於工程人員過去的知識與經驗，導致技術創新幅度有限。本研究提出營建 技術創新方案產生模式(簡稱 MUGICA 模式)，其中包含兩項技術創新方法流程，一 為系統化技術創新流程模式(簡稱 STIP 模式)，另一項為具技術自我演化功能的創新 構想自動化產生模式(簡稱 MAGIA 模式)。STIP 模式整合根原因分析、功能模型分析、

TRIZ、電腦輔助創新等工具所建立之系統化創新流程；MAGIA 模式為針對構想產生 與選擇階段，將目標技術所建立之功能模型轉換為演化樹，提供基因演算法進行演化 以產生構想達到自動化創新的效果；最後再發展電腦雛形系統並以四個實證案例驗證 MUGICA 模式為可行。本研究之主要研究成果包括：(1)建立一套可分析與呈現營建 技術之模型語言；(2)應用基因演算法建立技術創新的目標函數設定；(3)建構營建技 術創新方案產生模式與流程。對於MUGICA 未來研究建議包括：(1)未來可針對不同 技術領域或需求設立不同之目標函數，例如綠色設計、環境友善度設計等；(2)針對 兩項以上或更複雜之技術系統進行應用；以及(3)發展更系統化方式將演化結果以實 體模型進行呈現。

關鍵字：營建技術、系統化創新、自動化創新、構想產生

ABSTRACT

Previous research on the innovation of construction technologies includes constructability analysis and process simulation. Such approaches were limited to existing processes or innovator’s experiences and knowledge, thus are essentially incremental. This research proposes a Model Used for the Generation of Innovative Construction Alternatives (MUGICA) for innovation of construction technologies, which contains two models: a Systematic Technology Innovation Process (STIP) and a Model for Automated Generation of Innovative Alternatives (MAGIA). The STIP model integrates roots cause analysis, function modeling, TRIZ, and computer aided innovation (CAI) to provide a systematic approach for effective construction innovation. The MAGIA model adopts previous technological information stored in the public patent databases as the design knowledge for building the function model of target technology; it is then translated into a genetic operation tree (GOT) for evolution with GA; finally, a computer prototype system was developed for the MUGICA. Four construction technologies are selected as case studies to demonstrate the feasibility and potential of the proposed method for automated innovation of construction technologies. Major results of the current research include: (1) a modeling language for representing construction technologies; (2) an appropriate objective function for guidance of technology innovation; and (3) proposes a model used for the generation of innovative construction alternatives. Future directions for research include:

(1) a more suitable fitness function is needed to reflect the objectives set up by the user, e.g., the more sustainable or green solutions; (2) a more powerful computational algorithm is desired, e.g., an algorithm to tackle evolutions of inter-species of candidate innovative alternatives; (3) a more systematic approach for model realization to replace the current manual approach.

Key Words: Construction technology, Systematic innovation, Automatic innovation,

誌 謝 辭

學如逆水行舟，不進則退，此千古名言佳句在博士班就讀期間有深深的體會。能 夠畢業最要感謝指導教授余文德老師與鄭紹材老師的悉心指導。不論在為人處世及待 人接物，或是研究與教學上的治學精神，從兩位恩師以身作則的態度上獲益良多。多 次地給予誌銘不斷自我挑戰以及增加國際視野的機會與歷練，並在誌銘研究感到挫 折、停滯不前時仍給予關心、包容與鼓勵，感激之情永銘於心。本論文能得以完成，

亦要感謝口試委員王維志教授、楊智斌教授、曾惠斌教授、鄭明淵教授、鄭道明教授、

李順敏協理對於論文審查的意見與指導，使本論文能夠更加嚴謹與完整。

在研究所期間，承蒙太多人的協助與照顧。感謝系上邱垂德老師、蕭炎泉老師、

楊錫麒老師、吳福祥老師、謝錦龍老師等以及現任中央大學營管所教授楊智斌老師，

與老師們一起執行研究是件充實與快樂的事。感謝本校校長沙永傑博士，您時常的分 享人生經驗以及關心與鼓勵，給予誌銘正面向上的態度及力量；也提供創新創意與發 明的舞台，藉由參加多次的發明展使誌銘在學期間過的更加精采。感謝本校林錦煌老 師、賀力行老師、莊英慎老師、賴以軒老師、田慶誠老師與明新科大劉馨隆老師等教 導，讓誌銘能學習到不同角度的思考與專業。感謝本校各處室職員包括秘書室美惠、

菁怡；研發處藍組長、雅慧、美燕姐；建築與規劃學院彭建華老師、前任秘書淑琴、

美惠以及現任秘書珮娟、本系助理雅嵐與吳婕；工管系助理青珊、科管系俐苓等常提 供行政上的協助。感謝中華萃思學會榮譽理事長沙永傑博士、蘇錦夥理事長、林均燁 老師、黃崑智學長、林信宏學長等先進，能與大家一起參與國內與兩岸推廣TRIZ 是 誌銘的榮幸。感謝研究所博士班成員包括紹松學長、國武學長、志魁學長、鼎鈞學長、

佩倫、業明、榮彬、然量等；交大博班紹偉、智瑋、小黑、汎儀等；研究所眾多的學 弟妹們包括浩榕、詩婷、郁詞、雅芳、阿德、偉志、泰旭等；好友家均、為民、阿益、

奕達、祥員等。感謝新家華建設壘球隊偉文、釗學、煌學、志欣、芳村、馬少、立德 等，很高興加入你們，使誌銘能在研究之餘能在球場上持續接觸喜愛的棒壘球。

最後，由衷感謝父親吳南海先生與母親葉雪蓮女士、摯愛鳳蘭及其家人、以及三 位姐姐安琪、惠琪、嘉琪與姊夫們。感謝您們同意與支持誌銘繼續攻讀博士學位，經 過多年寒暑，漫長的等待已開花結果。如今在熟悉的A318 研究室望著窗外的綠意，

美好的一仗已經結束，剩下的是滿心感激。

吳誌銘 謹誌(2012/8/21)

目 錄

摘要 ... i

ABSTRACT ... ii

誌謝辭 ... iii

目錄 ... iv

表目錄 ... vi

圖目錄 ... viii

第一章 緒論 ... 1

第一節 研究背景 ... 1

第二節 研究動機 ... 3

第三節 研究問題 ... 4

第四節 研究目的 ... 4

第五節 研究範圍限制與假設 ... 5

第六節 研究方法與流程 ... 6

第七節 論文架構 ... 8

第二章 文獻回顧 ... 9

第一節 營建產業與營建技術 ... 9

第二節 營建技術創新相關研究 ... 13

第三節 系統化創新方法與電腦輔助創新 ... 27

第四節 自動化構想產生方法 ... 41

第五節 小結 ... 45

第三章 系統化技術創新流程建立 ... 47

第一節 系統化技術創新流程基本架構 ... 47

第二節 問題定義/機會辨識 ... 50

第三節 根原因分析/機會分析 ... 52

第四節 目標技術與功能模型分析/概念定義 ... 54

第五節 功能模型修正/構想產生 ... 58

第六節 評估/構想選擇 ... 61

第七節 小結 ... 63

第四章 創新構想自動化產生模式 ... 64

第一節 研究問題 ... 64

第二節 分析方法 ... 65

第三節 創新構想自動化產生模式內容 ... 69

第四節 案例測試 ... 74

第五節 小結 ... 80

第五章 營建技術創新方案產生模式發展與應用 ... 81

第一節 營建技術創新方案產生模式架構說明 ... 81

第二節 電腦輔助系統介面發展需求與架構說明 ... 82

第三節 案例測試 ... 84

第四節 小結 ... 108

第六章 研究結果討論 ... 109

第一節 系統化技術新流程討論 ... 109

第二節 營建技術創新方案產生模式討論 ... 111

第七章 結論與建議 ... 117

第一節 結論 ... 117

第二節 研究貢獻 ... 117

第三節 建議 ... 118

參考文獻 ... 120

附錄A ... 130

附錄B ... 132

附錄C ... 134

附錄D ... 135

表 目 錄

表 1 營建業市場策略架構 ... 10

表 2 技術採用之影響因素 ... 16

表 3 營建業創新之潛在架構分析 ... 18

表 4 不同創新類型於執行特定作業時之特性 ... 22

表 5 專案與企業評估創新準則項目 ... 23

表 6 創意產生方法類型與內容 ... 33

表 7 研究課題與未來可執行方向歸納與彙整 ... 46

表 8 電腦輔助創新過程與研發專案管理概念階段之關係 ... 48

表 9 不同電腦輔助工具階段對應之相關工具與方法 ... 49

表 10 功能模型相關名詞與說明 ... 55

表 11 功能模型元件與連結關係說明 ... 56

表 12 人手孔目標技術功能模型說明表 ... 57

表 13 人手孔目標技術矛盾定義與解答 ... 59

表 14 人手孔新技術方案之比較表 ... 62

表 15 人手孔目標技術元件重要性與相關性分析表 ... 75

表 16 人手孔目標技術基因串編碼 ... 76

表 17 改善時間浪費與強度之工程特性所對應之發明原則統計 ... 76

表 18 基因演算最佳化設定組合分析 ... 77

表 19 人手孔結構演化後之基因串以及功能總值 ... 78

表 20 系統功能說明表 ... 83

表 21 電梯直井開口護欄之功能元件重要分析 ... 86

表 22 電梯直井開口護欄基因串編碼 ... 87

表 23 改善靜止物體面積工程特性所對應之發明原則統計 ... 87

表 24 電梯直井開口護欄演化後之基因串以及功能總值 ... 88

表 25 電梯開口安全護欄新技術方案比較表 ... 89

表 26 砌磚鏝刀之元件重要性以及問題相關表 ... 91

表 27 砌磚鏝刀之基因串編碼 ... 92

表 28 改善移動物體面積工程特性所對應之發明原則統計 ... 92

表 29 砌磚鏝刀演化後之基因串以及功能總值 ... 93

表 30 砌磚鏝刀新技術方案比較表 ... 94

表 31 混凝土養護之元件重要性以及問題相關表 ... 97

表 32 混凝土養護作業技術之基因串編碼 ... 97

表 33 改善作用於物體的有害因子所對應之發明原則統計 ... 98

表 34 演化後之混凝土養護作業基因串解碼 ... 99

表 35 混凝土養護作業新技術方案比較表 ... 100

表 36 施工架元件重要性與相關性分析表 ... 103

表 37 施工架技術系統基因串編碼 ... 104

表 38 改善物體的適應性所對應之發明原則統計 ... 104

表 39 施工架踏板演化後之基因串以及功能總值 ... 105

表 40 電梯直井開口護欄演化後之基因串以及功能總值(次佳解) ... 106

表 41 施工架踏板方案簡化設計評估表 ... 107

表 42 本研究案例創新結果分析 ... 112

表 43 模式使用者分析比較表 ... 115

表 44 自動化構想產生方法比較表 ... 116

圖 目 錄

圖 1 研究流程圖 ... 7

圖 2 建築與營建專案之參與者 ... 10

圖 3 營建業與製造業之過程差異圖 ... 11

圖 4 營建問題解決研究理論基礎 ... 19

圖 5 不同規模營造廠之創新模型 ... 21

圖 6 修改後之價值分析流程圖 ... 25

圖 7 新產品發展過程 ... 28

圖 8 創造性問題解決流程 ... 29

圖 9 創新問題解決理論(TRIZ)問題解決流程 ... 29

圖 10 應用最終理想解之問題定義策略 ... 30

圖 11 價值工程與功能分析一覽圖 ... 32

圖 12 功能分析系統技術(FAST)示意圖 ... 32

圖 13 電腦輔助設計創意架構 ... 34

圖 14 電腦輔助創新軟體分類 ... 35

圖 15 電腦輔助創意產品設計功能圖 ... 36

圖 16 系統化問題解決流程 ... 36

圖 17 電腦輔助創新與新產品發展層級階段 ... 37

圖 18 基因演算法搜尋解答方案示意圖 ... 38

圖 19 結合專利與電腦輔助創新之產品研發流程 ... 38

圖 20 創新迴避設計方法與流程 ... 40

圖 21 系統化專利迴避設計流程 ... 41

圖 22 功能模型與創新概念產生之過程 ... 42

圖 23 基因演算法為基礎之產品家族設計流程 ... 43

圖 24 產品組合基因編碼方式 ... 44

圖 25 以基因演算法為基礎之產品最佳化設計流程 ... 45

圖 26 電腦輔助創新結合研發專案概念產生階段之關係 ... 49

圖 27 系統化技術創新流程架構 ... 50

圖 28 人手孔提昇工法說明圖 ... 51

圖 29 人孔蓋經重車輾壓後破壞 ... 52

圖 30 人孔蓋經重車輾壓破壞而下陷 ... 52

圖 31 根原因分析示意圖 ... 53

圖 32 人手孔結構破壞根原因分析圖 ... 54

圖 33 傳統人手孔結構剖面圖 ... 57

圖 34 人手孔傳統技術之功能模型 ... 57

圖 35 道路人手孔修正後之功能模型圖 1 ... 59

圖 36 道路人手孔方案一之示意圖 ... 59

圖 37 道路人手孔修正後之功能模型圖 2 ... 60

圖 38 道路人手孔方案二之示意圖 ... 60

圖 39 道路人手孔修正後之功能模型圖 3 ... 61

圖 40 道路人手孔方案三之示意圖 ... 61

圖 41 道路人手孔方案一(預鑄概念之剖面示意圖) ... 63

圖 42 道路人手孔方案一(預鑄概念之立體圖) ... 63

圖 43 創新構想自動化產生模式 MAGIA 應用範圍 ... 64

圖 44 基因演算法求解流程圖 ... 66

圖 45 運算樹模型示意圖 ... 67

圖 46 運算樹模型分析之示意圖 ... 67

圖 47 缺乏矛盾訊息下的積極或消極問題解決模式 ... 68

圖 48 創新構想自動化產生模式(MAGIA)流程圖 ... 70

圖 49 將 SAO 結構轉換為樹狀結構示意圖 ... 72

圖 50 將功能模型轉換為運算樹結構示意圖 ... 72

圖 51 以 SAO 進行染色體編碼示意圖 1 ... 72

圖 52 以 SAO 進行染色體編碼示意圖 2 ... 72

圖 53 字罩式母代交配示意圖 ... 74

圖 54 染色體編碼轉換為 SAO 示意圖 ... 74

圖 55 人手孔技術運算樹模型示意圖 ... 75

圖 56 人手孔技術演化過程圖 ... 78

圖 57 人手孔技術演化後之功能模型圖 ... 78

圖 58 使用摻料概念之功能模型 ... 79

圖 59 使用預鑄概念之功能模型 ... 79

圖 60 營建技術創新方案產生模式 MUGICA 架構 ... 81

圖 61 創新構想自動化構想產生模式系統介面 ... 83

圖 62 設定 GeneHunter 連結欄位 ... 84

圖 63 設定 GeneHunter 演化參數欄位 ... 84

圖 64 電梯直井開口一般護欄示意圖 ... 85

圖 65 電梯直井材料運送作業災害根原因分析圖 ... 85

圖 66 電梯直井開口一般護欄功能模型圖 ... 86

圖 67 電梯直井開口護欄系統之運算樹模型 ... 87

圖 68 電梯直井開口護欄技術演化過程圖 ... 88

圖 69 護欄系統演化後之功能模型 ... 88

圖 70 新電梯直井開口護欄技術之功能模型 ... 89

圖 71 新安全護欄使用示意圖 ... 90

圖 72 一般砌磚鏝刀示意圖 ... 90

圖 73 一般砌磚鏝刀使用不方便之根原因分析 ... 91

圖 74 一般砌磚鏝刀之功能模型 ... 91

圖 75 砌磚鏝刀之 SAO 運算樹模型 ... 92

圖 76 砌磚鏝刀之演化過程圖 ... 93

圖 77 砌磚鏝刀解碼後之功能模型 ... 94

圖 78 砌磚鏝刀新技術方案之功能模型 ... 94

圖 79 砌磚鏝刀新技術方案之示意圖 ... 95

圖 80 混凝土濕治養護示意圖 ... 95

圖 81 混凝土水化後品質不佳根原因分析 ... 96

圖 82 混凝土濕治養護功能模型圖 ... 96

圖 83 砌磚鏝刀之 SAO 運算樹模型 ... 97

圖 84 混凝土養護作業技術演化過程圖 ... 98

圖 85 混凝土養護作業技術演化後之功能模型 ... 99

圖 86 新混凝土養護作業技術之功能模型 1 ... 100

圖 87 保留水份方法之科學效應圖 ... 100

圖 88 新混凝土養護作業技術之功能模型 2 ... 100

圖 89 新混凝土養護方法之示意圖 ... 101

圖 90 一般施工架踏板外型 ... 102

圖 91 一般施工架使用情形 ... 102

圖 92 施工架不安全之根原因分析 ... 102

圖 93 一般施工架踏板之功能模型 ... 103

圖 94 施工架系統之運算樹模型 ... 103

圖 95 施工架踏板技術演化過程圖 ... 105

圖 96 施工架踏板演化後之功能模型圖 1 ... 105

圖 97 施工架踏板演化後之功能模型圖 2 ... 106

圖 98 新施工架踏板技術之功能模型 ... 106

圖 99 新施工架踏板技術之組合示意圖 ... 107

圖 100 新施工架踏板技術之使用與調整示意圖 ... 107

圖 101 本研究探討之技術創新範圍與層級 ... 109

第一章 緒論 第一節 研究背景

營建業於產業中向來扮演工業發展火車頭之角色，其投資與興建可帶動其它產業 同時發展(如鋼鐵業、運輸業等)，因此常被作為政府創造就業機會及經濟成長之政策 (Gann, 1997; Seaden, 2003；余俊彥，2007)。但隨著國內工程與建築內需市場逐漸飽 和，並於2002 年加入世界貿易組織 WTO(World Trade Organization)後，國外廠商可 透過共同投標方式承攬國內之公共工程(王明德、王吉杉，2007；余俊彥，2007)，使 得國內營建市場競爭更形激烈。在此內外競爭雙重壓力下，創新研發的產品價值提供 營建業提昇競爭力的另一個方向(陳錦宗，2003)，並可對於企業、產業、社會等產生 明顯的潛在效益(Blayse & Manley, 2004; Slaughter, 1998)。營建產業雖常被歸於傳統產 業類別，但有別於一般傳統製造業之產品製造特性，以及生命週期較一般產品生命週 期還長。另一方面，營建市場需要滿足業主的需求(owner demands)，或是施工階段時 常有設計階段未考量到之問題需解決(Li & Love, 1998; Nam & Tatum; 1992)。加上營 建業之生產率均低於製造業以及全工業之平均(行政院主計處，2010)，著實有進步與 發展的空間。因此營建業廠商若可同時滿足業主需求、解決施工問題以及提高生產力 等將可產生競爭之優勢。

然而營建業技術之研究發展、創新環境以及生產力相較其他產業顯得緩慢 (Holmen, Pedersen & Torvatn, 2005; Ioannou & Liu, 1993; Koskela & Vrijhoef, 2001;

Nam & Tatum, 1988; Nam & Tatum, 1997; Toole, 1998)，其特性可歸納為產業保守、戶 外生產、過多小型企業、分包或轉包、技術發展遲緩、忽略研究發展、法規與標準的 要求、供應鏈不完整等(Blayse & Manley, 2004; Manseau, 2005; Nam & Tatum, 1988;

Seaden, 2003; Toole, 1998)。上述特性限制營建業產品的發展(Nam & Tatum, 1988)，但 也提供企業取得競爭優勢的潛在機會(Haan, Voordijk & Joosten, 2002)。由過去許多成 功的企業發展經驗得知，投入技術研發(Manley, McFallan & Kajewski, 2009)與增加營 建技術創新能力形成的差異化能產生企業之競爭優勢(Tatum, 2005)。隨著近年營建工 程逐漸朝向國際化、大型化與複雜化，加上材料資源及人力的縮減，營建設計與施工 之相關成本也因此水漲船高。為改進上述問題，營建業有必要建構一套結構化與系統 化之方法，針對創新技術導入的辨識、評估與應用進行改進。如此，將可加速技術移

轉之過程，以提昇設計與施工時的效率與效益。企業可依據自身的條件推動研究與發 展的方向，提昇技術創新的速率與效率。但營建業技術的投資為高成本與高風險，其 風險不僅包括施工時的安全性，亦包括結構完成後的替換或維修的難易度(Chang, Hancher, Napier & Kapolnek, 1988; Haan et al., 2002; Ioannou & Carr, 1988; Ioannou &

Liu, 1993; Manseau, 2005; Nam & Tatum, 1988; Slaughter, 1998; Yu & Lo, 2009)。

關於技術競爭所產生之優勢，技術進展與導入新技術推動已被廣泛視為改善企業 或產業競爭定位的主要動力。藉由新技術以改進施工品質與效率、降低成本與風險、

增加設計與施工之整合程度等方向，發展特定專業技術可增加企業之競爭優勢 (Ioannou & Liu, 1993; Nam & Tatum, 1992)。然而技術進展效益端賴技術採用的程度，

營建產業需要促進技術創新的速率，以提昇生產率與國際競爭力(Mitropoulos &

Tatum, 2000)。國外營建創新研究學者 Tatum & Nam 指出營建作業過程或產品的創新 與施工有密切之關係。許多成功的營建創新過程中，「技術」扮演關鍵的角色，企業 可增加設計與施工的整合度，並持續針對新技術進行研究與發展，提昇創新與競爭之 優勢(Nam & Tatum, 1988; Nam & Tatum, 1992)。

本 研 究 將 營 建 技 術 創 新 文 獻 之 成 果 與 觀 點 ， 分 成 早 期(1990 以 前 ) 、 中 期 (1991~2000)、近期(2001~迄今)探討。早期多著重企業內部之組織與流程角度談論營 建創新所需要之問題(problems)與需求(demands)(Nam & Tatum, 1988; Nam & Tatum, 1989; Tatum, 1986; Tatum, 1987)並強調營建新興技術之分類、導入、應用之重要性 (Chang et al., 1988; Ioannou & Carr, 1988)，但並無涉略營建技術創新之流程或方法；

中期談論到營建技術創新的類型(Slaughter, 1998; Slaughter, 2000)、不同企業規模的技 術與研發策略(Nam & Tatum, 1997)，或是針對現有新技術工法的採用評估與選擇 (Chao & Skibniewski, 1995; Skibniewski & Chao, 1992; Slaughter, 1991; Yu &

Skibniewski, 1999a; Yu & Skibniewski, 1999b)近期則以新概念伴隨著新方法產生相關 理論，如專利資訊以及創新問題解決理論TRIZ 等，使得過去營建業探討營建技術創 新僅著墨於概念的詮釋與評估逐漸朝向具體化，如技術分析與定位(Yu & Lo, 2009)、

營建工程技術創新(Mohamed & AbouRizk, 2005)、應用 TRIZ 分析營建工程技術 (Teplitskiy, 2005)、價值工程(Mao, Zhang & AbouRizk, 2009; Zhang, Mao & AbouRizk, 2009)、知識管理(Mohamed & AbouRizk, 2005; Zhang, Mao & AbouRizk, 2009)等。因 此未來營建技術之發展應朝向創新流程資訊化與自動化，以提昇營建業之品質與生產 力等，並降低相關施作成本與時間等為目標，進而提昇營建業之競爭力與優勢之機會。

第二節 研究動機

如何發展一套有效之營建技術創新方案產生模式，進而提昇創新流程之系統化與 自動化之能力，目前仍少有研究進行探討。由過去研究可得知營建技術的發展與擴散 會隨著科技和市場的改變而進行調整與改善(Goodrum & Hass, 2004; Tatum, Vorster &

Klingler, 2006)，許多具創新性的技術亦多為現有技術的組合(Nam & Tatum, 2002;

Salter & Gann, 2003)，其中最常使用的創新方法為腦力激盪或交談對話方式。(Laborde

& Sanvido, 1994; Mao, Zhang & AbouRizk, 2009; Salter & Gann, 2003)。但前述方式之 缺點為無法有效提供解決問題的明確方向，導致所產生解決方案之創新性與有用性有 限(Zhang & AbouRizk, 2009)。另 Laborde and Sanvido(1994)指出研發階段初期好的技 術創新概念不易產生的問題，因此營建技術創新之相關研究仍有待加強。

一般工程問題解決的流程包括問題定義、發展不同的概念解答、採取喜好的設 計、實體加工與細部設計等，各階段皆具有不斷反覆(iterative)與重疊(overlapping)的 交互作用的現象(Hacker, 1997)，若能減少或縮短前述現象將可提昇產品研發之速度與 機會。然而產品研發階段中又以產品概念階段最為重要，該階段將引導後續產品或流 程主要研發方向(Rochford, 1991)。另一方面若能有效利用相關知識文件與工具，將可 縮短對技術研究與發展的時間。知識文件可包括專業期刊、書籍、專利資訊等(Chang et al., 1988)，其中又以專利資料所揭露的內容與價值最為豐富，可提供各種產業尖端 且具商業價值的技術，研發人員若能善用將可節省可觀的技術研發之時間與經費(夏 文龍，1998)。

近 年 來 隨 著 資 通 訊 技 術 與 電 腦 輔 助 工 具 的 進 展 ， 包 括 電 腦 輔 助 設 計 CAD(Computer Aided Design)、電腦輔助工程 CAE(Computer Aided Engineering)、模 擬軟體、網際及區域網路、線上資料庫等，使營建業設計作業過程提供重要的改變 (Salter & Gann, 2003)。許多文獻提及電腦輔助創新 CAI(Computer Aided Innovation) 於研發流程之應用，使CAI 繼 CAD 與 CAE 等之後，成為新興的電腦輔助技術(Hüsig

& Kohn, 2009; Leon, 2009)。

因此，如何建立適用於營建業特性之問題解決流程，並整合不同研發工具、知識 及電腦輔助創新技術，建構一標準化之系統化技術創新流程，將創新構想產生過程系 統化與自動化以提高研發效率，為值得研究與探討之課題。

第三節 研究問題

本研究之研究背景與動機描述與歸納出「營建產業特性與現況」、「營建技術創新 研究現況發展趨勢」、「電腦輔助技術發展與趨勢」後，歸納下述二項研究問題：

一、營建工程技術目前少有快速且有效的方法進行分析與改善

過去談論營建技術創新之研究多偏向於組織管理層面(Kangarl & Miyatake, 1997;

Slaughter, 2000)、研發管理階段之說明(Abd El Halim & Haas, 2004; Bonasso, 2007;

Chang, Hancher & Napier, 1988)、或是營建作業管理(Halpin, 2006)。然而研發過程中 各階段之問題解決方法多透過個人經驗加上腦力激盪等方式進行(Salter & Gann, 2003)。上述方式為非結構與非系統化的方式執行研發作業，鮮少文獻探究不同研發 階段應採取何種的工具與方法之應用，形成創新過程方法無法標準化之情形。加上營 建技術問題具有不易描述與呈現的特性，著實有必要發展營建問題之解決理論(Li &

Love, 1998)。因此若於營建技術分析上建立標準化共同語言、流程以及技術分析的方 法，對於未來相關人員進行技術之創新內容將較有一致的認知，為本研究第一項研究 問題。

二、營建技術創新少有探討自動化產生創新構想之研究

創新構想的產生為研發專案中重要的階段，影響往後產品與技術發展的方向甚 鉅。相關研究雖已提出營建技術構想來源與產生之原則與方向(Nam & Tatum, 1989;

Nam & Tatum, 1992; Tatum, 1984; Tatum, 1986; Tatum, 1987)。但營建工程問題容易被 過去經驗與知識所束縛，形成無法跳脫思考框架之情形。此外，許多構想產生方式(如 腦力激盪、水平思考等)存在著不易收斂以及選擇之情形(Li & Love, 1998)。因此如何 針對欲改善之技術，自動化地提供有效的創新構想，為技術創新之另一大課題，亦為 本研究欲解決之第二項研究問題。

第四節 研究目的

基於前述研究問題，本研究針對營建技術研發作業提出一營建技術創新方案產生 模 式 (Model Used for the Generation of Innovative Construction Alternatives, MUGICA)，能於解決營建技術問題與創新作業時，透過系統化技術創新流程與自動 化構想產生方法，提高技術研發人員技術發展與創新時之效率，研究目的歸納如下：

一、系統化技術創新流程之建立

建立系統化技術創新流程(Systematic Technology Innovation Process, STIP)。以研 發專案管理中產品概念階段為基礎，並參考國內外文獻對於產品研發流程以及電腦輔 助創新之觀念與工具，並以營建技術特性為對象歸納系統化技術創新流程。並提出分 析營建技術之方法、模型與流程，改進目前營建技術創新過程缺乏系統方法之缺點。

二、創新構想自動化產生模式之建立

建立創新構想自動化產生模式(Model for Automated Generation of Innovative Alternatives, MAGIA)。參考生物學物競天擇與適者生存的概念，應用於營建技術之發 展，使技術能進行自我演化方式以產生新構想之概念，達到可針對欲改善之目標技術 系統中之元件，透過最佳化方法自動化地產生創新構想，提昇研發過程中產品概念階 段的有效性以及技術創新之層級。

第五節 研究範圍限制與假設

為能使本研究之發展更加明確，進行以下的研究範圍限制與假設：

一、營建技術創新之標的與發展階段

創新可泛指對於技術、材料、方法、組織、流程與管理等。本研究於創新之標的 上，以針對營建工程技術進行創新，並以裝置技術為分析範圍，對於組織與流程等管 理之議題暫不包括。至於創新與研究發展之流程考量上，本研究僅針對探討產品概念 產生階段，對於產品發展與上市階段，非本研究所探討之範圍。

二、技術創新方案自動化之定義

本研究所稱營建技術創新方案自動產生模式，其中｢自動化｣乃指產品或技術設計 過程中，從問題定義、技術分析、構想產生、構想選擇等階段，可全部或部分藉由電 腦輔助計算或分析方式，縮短各階段所需之時間，進而減少人員與時間的投入者稱之。

三、技術系統元件重要性與問題相關性分析原則

本研究假設於裝置模型系統中各元件之重要性與相關性之方式，元件重要性由元 件間輸入與輸出之連結關係數量進行判斷，連結關係數量越多表示該元件之重要性越 高。元件相關性則以元件與技術問題之相關性者進行加權，作為技術創新自動化構想 產生模式之基礎。

第六節 研究方法與流程

本研究營建技術創新方案產生模式MUGICA 之研究流程如圖 1 所示，相關研究 方法包括文獻回顧、模式建立與驗證、案例驗證、電腦介面雛形系統開發，分述如下：

一、文獻探討

蒐集過去針對營建技術創新相關理論與模式之國內外文獻，並經由分析後作為本 研究營建技術創新方案產生模式可執行之基礎與參考依據。

二、系統化技術創新流程

參考國際研發專案管理與電腦輔助創新工具作為流程之基礎，針對產品概念階段 內之流程進行整合應用，建立系統化技術創新流程(Systematic Technology Innovation Process, STIP)。

三、創新構想自動化產生模式

針對營建技術之特性與限制為基礎，以功能模型、TRIZ、基因演算法與運算樹，

建 立 創 新 構 想 自 動 化 產 生 模 式(Model for Automated Generation of Innovative Alternatives, MAGIA)。

四、電腦介面雛形系統開發

以本研究所建立之 STIP 與 MAGIA 模式，建構成營建技術創新方案產生模式 MUGICA，並應用 GeneHunter 軟體建立一可供本研究 MUGICA 模式使用之電腦雛形 介面，並驗證模式之可行性。

五、案例驗證

前述之各階段完成後，本研究以四個營建技術創新案例，驗證本研究 MUGICA 模式，並測試模式是否可針對技術問題進行改善，並自動化地產生技術創新方案。

圖 1 研究流程圖

第七節 論文架構

本研究營建技術創新方案產生模式之論文架構與內容共分成七章，相關章節與內 容分別敘述如下：

一、第一章 緒論

敘述本研究之研究背景、研究動機、研究目的、研究方法與流程等。

二、第二章 文獻回顧

針對營建產業相關特性、營建創新相關課題、系統化創新方法及自動化構想產生 方法等內容進行蒐集與探討發展現況，並歸納可持續投入研究之課題與方向。

三、第三章 系統化技術創新流程建立

本章敘述以結合研發專案管理中之概念發展階段以及電腦輔助創新工具，歸納成 系統化技術創新流程 STIP，並輔以一實際案例進行說明，並作為後續章節創新方法 與流程之基礎架構。

四、第四章 創新構想自動化產生模式建構

本章以第三章STIP 流程中構想產生以及構想選擇階段之內容，並以構想產生自 動化為目標，建構創新構想自動化產生模式(MAGIA)。整合相關工具與技術包括功能 模型、基因演算法、運算樹、TRIZ 等，並使用第三章之測試案例進行 MAGIA 可行 性之驗證。

五、第五章 營建技術創新方案產生模式發展與應用

本章結合STIP 與 MAGIA 建構營建技術創新方案產生模式 MUGICA，另為達到 電腦輔助創新目的與電腦處理資訊之優勢，建立可供本研究使用之電腦雛形介面，並 透過四個案例驗證模式之可行性

六、第六章 討論

本章節所歸納與討論之內容包括第三章系統化技術創新流程 STIP、第四章自動 化構想產生模式 MAGIA、以及第五章營建技術創新方案產生模式 MUGICA 發展與 應用等，討論實際執行之過程與測試結果，並針對研究範圍與假設之合理性進行討論。

七、第七章 結論與建議

本章提出研究結論、研究貢獻與後續可研究之方向。

第二章 文獻回顧

第一節 營建產業與營建技術

一、營建產業特性概述

營 建 產 業 產 品 特 性 為 固 定 性(immobility) 、 複 雜 性 (complexity) 、 耐 久 性 (durability) 、 產 品 昂 貴 (costliness) 與 高 度 的 社 會 責 任 (high degree of social responsibility)、高失敗的風險性(high risk of failure)等，相關特性形成營建業無法大量 生產(業主需求不一)、具地區性(如雇用當地人工與下包商)、季節性(季節、氣候、溫 度等)、封閉的系統(如建築法規與工會)、設計必須與施工分開等之現象(Nam & Tatum, 1988)。營建工程生命週期從最開始之規劃設計、施工、完工、使用到維護等階段，

較一般產品生命週期還長。另一方面，營建市場亦多為由業主需求(owner demands)，

在其施工階段又常有工地現場問題(construction site problem)需解決(Nam & Tatum, 1992)。此外營建業的投資通常也是高成本及高風險，其風險不僅包括施工時本身的 安全性，亦包括當建築結構完成後的替換或是維修的困難程度。營建業在設計以及施 工等階段高度受相關法規規定，因此法規與規範通常被視為營建技術創新的限制 (Manseau, 2005)。在營建工程施工時之考量因素與變異情形也與一般製造業有所差 異。營建產業之生產力角度而言，依據國內行政院主計處(2007)針對工業部門生產力 之年增率，得知營建業年增率亦遠低於製造業以及總工業之平均，並且受產業以及經 濟景氣的影響而呈現不穩定的現象。

此外，營造廠商之經驗、技術、資源與經營策略的不同，形成一種市場的區隔機 制，其中包含(1)工程類別與產品型態；(2)工程規模；(3)地理區位；(4)顧客群體與發 包方式；(5)廠商核心能力等影響(江克慧，2002)。Bernsteiand and Lemer (1996)列舉營 建工程生命週期中相關之利害關係人，得知營建產業中業主方面主要與政府部門、公 司企業、材料製造商與供應商；設計者方面則以專業技師、作業人員、營造廠商等有 關連；使用者方面則包含最終之使用者等，可得知營建產業關係人所涉略之層面甚廣。

Gann and Salter (2004)針對營建產業特性的相關參與者的組成如圖 2 所示，可得 知營建產業為以管理/控制的制度架構下與技術支援基礎上進行交互作用，包括供應 網路、專案企業與使用者。

圖 2 建築與營建專案之參與者 Note from Gann & Salter, 2004

Haan, Voordijk and Joosten (2002)說明過去營建產業於市場上的競爭多以價格方 式取決。然而近幾年不同的新技術以及規範產生，使得營建業的競爭轉向多樣性，除 價格考量外亦包括產品或技術的差異性。並針對營建業市場策略與核心能力之關係進 行探討，以設計者、承包商、製造商三種角色以探討市場(market)、策略(strategy)、

能力(capability)、條件(conditions)等。由表 1 可得知設計者主要為由內而外產生需求，

並且最具風險性；承包商因受設計者影響導致需求最具不確定性；製造商則需依功能 性多樣化以符合設計之需求。

表 1 營建業市場策略架構 營建業市場策略架構

設計者 承包商 製造商

市場  客製化的創新設計  住宅標準低成本產品  低成本標準化 策略  向前整合

 外包

 向後整合

 外包

 向前整合

 類似於整合

能力

 創新：新設計

 生產：同時設計與生產

 行銷：將顧客需求轉移至 標準產品。

 生產：製造獨特的產品以 大量生產。

 生產：彈性應用標準元 件。

 行銷：顧客的指示

條件

 內部：多功能的設計團隊 與專業制度。

 外部：分層系統

 內部：技術標準化

 外部：分包商嚴謹的流程 與需求標準化。

 內部：標準化的技術結構

 外部：類似於整合

結論

 需求具風險

 住宅內減少複雜的專案 的不確定性

 從內/外部的創新投入

 內部團隊協調外部作業

 需求具不確定性

 以系統化的施工過程與 標準減少不確定性

 專業產品多樣化與分包 商的長期合作關係

 功能性需求

 以標準化量測與模組化 材料減少不確定性。

 專業產品多樣化，與分包 商的長期合作關係 Note from Haan, Voordijk & Joosten, 2002.

Halpin(2006)提出營建業與製造業之差異如圖 3 所示，可得知在付款方面製造業 通常為產品製造完成後統一付款，營建業則是分為設計與施工分別付款；在生產方 面，製造業多為模組化設計，經確認組件後即可製造後銷售，營建業則為最終設計後 開始施工，並於完工後交付業主。

圖 3 營建業與製造業之過程差異圖 Note from Halpin, 2006.

二、營建技術內容概述

「技術(technology)」一詞，Susskind(1973)定義為將材料製作成滿足依其需要的 實際物品的成果。有關於「營建技術(或稱施工技術)」Nam and Tatum(1989)定義為有 關於施工時所需之施工方法、施工過程、施工機具設備、與材料等。Halpin(2006)則 定義為於營建施工現場中透過施工方法或技術，並使用材料或是元件的興建作業。美 國商業圓桌會議(Business Roundtable)(1982)將營建技術定義為執行施工作業時結合 施工方法、資源、施工項目、專案之技術。

「營建技術創新」可定義為新材料或新施工技術的組合(Barrett, Sexton & Lee, 2008)。Toole(1998)針對住宅產業之技術創新，認為營建技術創新對組織於設計與施 工階段應用之新技術，並有效減少施作成本與增加施作時的效率、改善企業過程(如 增加組織彈性)以增進住宅生活空間(living space)之程度。Slaughter(1998)認為營建創 新為實際於過程、產品或是系統，採用新穎的作法而達到明顯的改變與改善，並對於 現行制度上產生重要的發展與改變。

在營建工程管理應用上，Halpin and Woodhead(1976)以營建作業管理之層級分 類，包含組織層級(organizational)、專案層級(project)、活動層級(activity)、作業層級 (operation)、施工流程層級(process)、工作作業層級(work task)，其中最底層之工作作 業層級之內容包含基層現場作業單元、作業人員的知識與技術、勞工作業等三項。

Mohamed and AbouRizk (2005)提出現今營建業需對於營建技術提出系統化的改 善，目前面臨到兩項主要問題，一為創造並提供企業環境以啟動(motivates)或是採用 (adopts)創新方案；二為結構化與系統化管理技術知識以及特定之需求以產生創新解 答。該研究亦說明營建產業相關企業若執行技術創新作業的兩項重要發展應用方向。

有關營建技術的分類，Tatum(1988)建議營建創新需建立營建作業技術的分類，進而 建置營建技術分類系統，其中包含(1)材料與設備的資源(material and equipment resources) ； (2) 施 工 應 用 的 資 源 (construction-applied resources) ； (3) 施 工 過 程 (construction process)；(4)專案的需求與限制(project requirements and constraints)。

營建產業之產品以及技術上之限制與一般製造業皆有差異，Nam and Tatum (1989) 提出營建技術發展可歸納成三種類型，分別為(1)物件的技術－包括所有需要使用或 操作的製品，如五金、建材等；(2)過程的技術－包括材料的組裝、操作、測試、維 護等作業；(3)知識的技術－如相關經驗值與公式等。說明營建技術需針對材料、設 備、資源、工法等進行分類，經分類後可藉此找出各技術或作業之元素(element)以及 屬性(attributes)，可供量測技術的變化以及分析特定的作業，可作為營建施工技術潛 在創新改善之機會。

此外，Ioannou and Carr(1988)將建築新技術(advance building technology)進行有效 分類並使用，並依據建築結構物系統將其分成板(Floor, F)、屋頂(Roof, R)、結構 (Structure, S)、牆(Wall, W)、五金類(Miscellaneous, M)五大類，發展成包含 151 項技 術之先進建築技術(Advanced Building Technology, ABT)系統。在建築技術文件化建議 需包含技術名稱、分類、應用、描述、效益、限制、特定問題、修復、成本、資產、

聯絡資訊，透過建立上述資訊後可協助廠商之設計與施工時導入與瞭解新技術之應 用。Ioannou and Liu(1993)基於 ABT 的架構以及營建技術資訊系統之複雜性等，持續 發 展 一 套 名 為 「 進 階 營 建 技 術 系 統(Advanced Construction Technology System, ACTS)」，該系統利用電腦資訊化優點，將資料以關鍵字標準格式建檔。相關新興營 建技術內容包括土木、建築、機電、儀器設備、機械設備、管線系統等，針對各項目 中之技術進行分類、文件化、儲存、修正等，以提供承包商、設計人員、業主等，以 改進營建施工時之效率與效益等。

第二節 營建技術創新相關研究

一、營建技術發展緩慢與限制原因

營建技術發展緩慢與限制原因分析，Chang, Hancher and Napier (1988)認為美國營 建產業缺乏提供新興營建技術之資訊之彙整、管理、交流之平台。使營建產業潛在使 用者無法得知相關資訊，導致營建業採用新技術之發展緩慢，造成生產率無法提昇、

施工時間延遲與預算超出的情形。並建議需要發展一套機制協助定義新的建築技術，

並可評估其潛在影響與效益。

Holmen, Pedersen and Torvatn (2005) 指出營建產業中如工程顧問業、建設公司、

營建廠或小包，常透過競標方式獲得之工作。因此對於技術或材料之考量需要以發展 成熟之規格或標準品進行成本計算與競爭。並認為營建產業技術研發與創新多發生於 材料以及施工機具廠商之產業，營造施工廠商較不投入新技術之研發。

Blayse and Manley(2004)探討影響營建創新之六項關鍵因素包括(1)顧客與製造 商；(2)生產的結構；(3)產業內個體與企業間以及產業與外部單位之關係；(4)採購系 統；(5)規範與標準；(6)組織資源的本質與品質。

Cushman, Nam and Tatum (1992)認為營建業之採用新技術或是技術移轉之障礙為 (1)營建相關規範；(2)營建產業多為保守主義；(3)企業組織的障礙。

Bernstein and Lemer(1996)歸納出營建創新的障礙分成一般障礙、產業結構特性、

產業文化等三項因素，說明如下：

(一)一般障礙

(1)侵權責任、處理訴訟與高花費的保險。

(二)產業結構特性

(1)無單一政府單位部門掌管營建的所有程序；(2)有限的營建市場內存在許多的中 小企業；(3)許多的法規與標準；(4)設備與元件的使用期限長；(5)設計與營建市場 受景氣因素影響。

(三)產業文化因素

(1)公部門採購政策多以最省成本(最低標)為目標而非是最佳成效(最有利標)為目 標；(2)勞工或是同業常有分裂或是對立的看法；(3)私人企業不願意針對實驗性、

研究與發展等較長期的利潤進行投資；(4)強烈依賴過去的經驗，抱持著如果沒發

生就不處理的態度；(5)公部門人員普遍抱持著責任逃避的態度。

Nam Gasiorowski and Tatum (1991)以整合高強度混凝土創新度入工程案例中進 行探討，得知美國營建產業創新的五項主要障礙，包括(1)傳統合約實務傾向從施工 作業中分解(disintegrate)設計作業；(2)嚴格的產業與社會爭議等不利條件；(3)建築規 範的限制；(4)缺乏研究與發展；(5)其它如營建創新支持者的條件與限制因素。

由上述可知，造成營建產業技術發展緩慢的原因，本研究分成內在問題以及外在 問題，內在問題主要在於營建產業無提供新技術之資訊交流平台，導致無法將資訊傳 遞於潛在的使用者。另一方面以技術使用者角度而言，多採用穩定以及固定之產品，

並不願嘗試採用新技術之保守心態；外在問題則包括產業環境下的條件，如規範與標 準的限制、採購系統等。另外，營建技術創新的限制，受限到營建產業之特性，主要 由政府部門以及產業界(產業競爭、低價標、規範影響、不願投資等)的影響，經由不 斷地循環產生限制營建技術之發展。

二、營建創新之影響與考量因素

創新對於企業以及社會之影響，由1912 年經濟學家熊彼得(Schumpeter)將創新概 念導入經濟學，用以解釋企業的利潤來源。並認為創新為建立一新的生產函數，把一 種從沒有過關於生產要素與生產條件的新組合引入生產體系。其中新組合可能包括新 產 品 、 新 技 術 、 新 市 場 等( 王 飛 龍 、 陳 坤 成 ， 2008) 。 有 關 於 營 建 創 新 之 意 義 Slaughter(1998)認為實際的使用於過程、產品、或系統上重要改變與改進，對於制度 的發展上具新穎性的改變，或是於過程間帶來新的方法、想法或使其產生變化。營建 創新相關技術與設計可包括材料、元件、系統、工法、設備、管理及其它相關領域，

透過創新可增加營建技術作業的可行性。Tatum(1989)針對營建產品創新定義為將新 的想法變成一新的組件(component)構造產品並具有經濟、功能或技術的價值。

Bossink (2004)經由文獻回顧與專家訪談後得知刺激與促進營建創新過程中的角 色可包括政府單位(authorities)、顧客/業主(clients)、建築師(architects)、顧問公司 (consultants)與營建廠商(contractors)。

Slaughter (1998)提出營建創新需符合營建產業之條件與環境進行修正，相對於製 造業創新模式其考量因素包括：

1.營建機具與設備為大型化、複雜化、施工期間長、組織多為不同團隊建立，在此條 件下不易整合進而形成營建創新的限制；

2.若當有創新的產品需要測試，最可靠的試驗數據是從全尺寸試驗中獲得，但全尺寸 試驗通常昂貴且非常耗時，有時相關實驗設備及場地需要特定的地方才能取得；

3.營建設備機具產品的使用期限相當長(部份特定設備可使用長達五十年左右)，不同 於製造業產品，營建除原有產品外，亦必須考量到產品的替換、修復、修正以達成 延長設備機具的使用壽命；

4.營建設備機具社會與政策的考量，因為部分機具會影響到勞工安全、健康，或是對 於環境造成污染，為考量設備機具生命週期，因此需對於相關規範進行瞭解。

Manley et al. (2009)後續提出澳洲營建企業策略與創新產出間之關係，以員工、

市場、技術、知識與關係(relationship)五項構面進行探討，得知需滿足創新產出重要 相關條件為(1)研發的投資(investing in R&D)；(2)專案的合夥與聯盟；(3)確保專案的 經驗可轉移至後續之企業流程(ensuring project learnings are transferred into continuous business process)；(4)國際營建最佳實務的觀察(monitoring international best practice)；

(5)聘用新畢業生(recruiting new graduates)。

Toole (1998)針對營建創新作業需考量五項因素，包括(1)最終產品的考量(the end products vary considerably)；(2)生產過程的時間與環境條件的關聯(long time frame and wide range of conditions associated with the production process)；(3)最終產品需考量許多 交互作用與子系統(the end products of the task consist of many interacting parts and/or dynamic subsystems)；(4)施工作業需要高度隱含的知識與技術(the task requires high levels of tacit knowledge and skills)；(5)施工作業需要與大量的實體交互作用(the task requires interaction with a large number of diverse entities)。

Toole (1998)歸納文獻中提及廠商是否採用新技術的影響因子，包括(1)建築師或 設計單位；(2)銀行；(3)建材製造商；(4)建材零售商；(5)開發者；(6)買家；(7)當地建 設與規劃的政府機構；(8)房地產經紀人；(9)分包商；(10)本地或國際的公會。

Mitropoulos and Tatum(2000)探討驅動營建企業採用新資訊技術動力，包括競爭優 勢、過程問題、技術機會、外部需求為四項主要驅動企業採用新技術之動力。經探討 八項營建專案採用新技術(包含 CAD 等資訊技術)之特性後，相關影響項目及趨勢如 表2 所示，可得知競爭優勢隨時間增加而遞減外，其餘三項指標皆由時間增加而遞增。

表 2 技術採用之影響因素 技術採用之影響因素

驅動創新動力 創新動力影響因子 隨著時間趨勢走向

競爭優勢 核心技術

競爭對手的採用

遞減

過程問題 供應因子

需求因子 部門成長

遞增

技術機會 技術成本

技術的可利用性 互補技術的可利用性

遞增

外部需求 業主需求

規範

競爭對手的使用

遞增

Note from Mitropoulos and Tatum, 2000.

Slaughter(1993)於其研究中發現建築商提昇技術創新可從解決工地現場問題中產 生，後續並明確地整合元件創新於建築系統中，且不僅可從營建廠本身獲得創新的技 術，亦可從材料元件製造商或供應商中獲得。

Tatum(1987)以施工性改善作為出發點，考量以專案計畫(project plan)、工地現場 配置(site layout)、施工方法(construction method)的選擇作為施工性改善考量之因素，

提供可針對技術與成本等創新改善的機會。

Nam and Tatum(1988)建議未來營建技術發展之長遠目標應朝向(1)克服固定生 產，例如模組化生產；(2)找出控制複雜性的方法；(3)替代沈重與龐大的材料；(4)減 少營建產品的成本；(5)發展以減輕社會責任負擔的方法。

由上述可知，營建技術所考量到之因素甚多，除產業特性因素外，Manley et al.(2009)認為營建企業若要產生技術上之優勢，對於技術研究與發展的投入是不可或 缺的重要因素。此外本研究技術創新考量可參考 Slaughter(1993)以及 Tatum(1987)所 提出對於施工作業現場所產生的問題與施工性的考量，為營建創新之主要考量因子。

另外Slaughter(1998)所歸納之營建技術實驗與測試需要高成本的投入，因此反映出前 端的產品或技術構想階段更為重要；Nam and Tatum(1988)所提及的營建技術未來發展 為值得創新與改善參考之方向。

三、營建創新構想來源

一般企業中之研發專案之創新構想來源，Rochford(1991)以企業進行研發管理上 之機會辨識(opportunity identification)階段，探討創新構想來源，分成內部資源與外部 資源，相關內容如附錄一所示，可得知1990 年代左右之創新方法仍需靠研發團隊成 員之腦力激盪等非系統化之方法進行構想的產生。

有關於營建新技術定義與辨識的來源，早期Chang et al. (1988)說明可利用(1)期 刊蒐尋；(2)相關規範與報告；(3)相關實驗測試報告；(4)美國專利與商標局；(5)專業 雜誌；(6)專家訪談等蒐集與瞭解營建之新興技術。

Ioannou and Liu (1993)針對營建技術之內容，可藉由(1)圖書館相關指標；(2)研究 期刊；(3)研討會論文集；(4)專業雜誌；(5)專利；(6)產品型錄；(7)製造商的資料等 7 項來源協助辨識技術之內容與分類。

Salter and Gann (2003)透過調查後歸納說明創新構想來源，包括顧客或業主、競 爭對手、大專院校、公司內的其它部門、顧問公司等。

Nam and Tatum (1989)探討營建產品創新的過程中的四項驅動因素，包含(1)業主 需求(owner’s demands)；(2)問題(problems)；(3)設計者的技術庫(designer’s bank of technology)；(4)承包商之施工技術(contractor’s process technology)，並探討上述四項 因素之本質特性與類型。

Tatum (1984) 有鑑於營建工程逐漸趨向大型化與複雜化之趨勢，需要以創新工法 以改善工程專案的成效。並以核電廠專案為例，分別探討六項新技術與新工法的應 用，提出營建創新所需要共同的條件外，並說明營建創新的類型方向包括(1)改變施 工方法或順序；(2)特定技術的擴展或發展新的應用；(3)提昇與擴大先前方法；(4)以 達到相同功能與降低成本下進行設計的改變，類似於價值工程；(5)簡化設計需求與 施工作業；(6)規劃時改變營建工法以適合更多的工程技術；(7)替代材料或設備的使 用。

Tatum (1986)針對營建業創新之潛在架構(potential mechanisms)進行優勢與劣勢 之分析，如表 3 所示，並探討營建創新之需求包含(1)發展營建作業技術分類；(2)探 討營建創新基本的結構；(3)辨識出營建技術長期發展的策略。

表 3 營建業創新之潛在架構分析 營建業創新之潛在架構分析

類別 內容

優 勢

專案組織 每項營建架構皆為獨立之專案，並且每項專案作業皆需

要建立與解散。許多創新之研究者主張此優勢之具有自 主權之優勢。

需求與挑戰 營建專案提供高度的需求與挑戰，每項營建專案皆包含

獨特的環境與需求。此條件提供了促使創新的動力。

設計與施工的整合 當營建專案組織提供設計與施工的整合，可於早期的經 驗評估，考量到營建設備規劃時以簡化施工過程的需求 與降低成本，此優勢提供人員高度參與規劃設計過程，

可提供早期創新的研究。

低資本投資 營建企業為典型的低資本投資的產業，提供企業高彈性

以適應新技術條件。當營建企業高度投資(如土木營造 廠)，技術的進展以漸進式的方式投資，如自動控制設備 對於傳統各項設備之生產力與品質具顯著的改善。

人員的能力與經驗 大部分的營建企業皆具有有經驗之技術人員，此類人員 與工程師能提供深度的知識關於良好生產作業的方法。

強調過程 營建的本質為強調於過程而非設備，模仿的極限障礙，

技術的新過程單元於專利限制外可快速地擴展，此優勢 可適應與漸進式的改進，也可能阻止創新。

工法的變異 營建施工方法本身提供改善的彈性，製造過程並無嚴格

限制，事實上每項專案獨特的組成作業使用不同的施工 方式，此情形提供了機會可針對過去施工方式進行改善。

劣 勢

勉強投資 低資本的營建產業多已針對自動化進行投資，當有新技

術出現時可減少多種類型專案的作業彈性，專案經理可 能會拒絕此優點，此外若無法以專利保護新施工過程之 技術，可能會形成停止投資之情形。

競爭的條件 營建產業的區域性與專業分工，競爭條件可能限制取得

新技術與相關金融風險，當企業維持適當的市場佔有率 (區域或特定技術)，迫使承擔創新的風險減少。

制度化的架構 營建業制度化的架構常成為創新的界限，此架構大多包 含多數的營建企業，契約的法律的背景、風險與責任的 處理、影響的控制、人力組織等，上述因素提出反對技 術的應用。

季節性與經濟的週 期循環

營建業高變異性的作業量限制資本投資與資金額度，形 成受到經濟周期的市場反應。

供應者的角色 美國營建產業大部分之供應商相對於其他產業並無創造 技術的優勢，不確定的市場促使供應商並無對於營建機 具及設備的投入。

Note from Tatum, 1986.

Tatum (1987)針對營建施工性之施工方法選擇與改進之原則，包括(1)消除不需要 的施工作業；(2)結合操作作業與元件；(3)改變施工順序；(4)簡化需要之操作元件。

Nam and Tatum (1992)針對探討十項營建技術創新工程案例進行探討，發現 31 項 的創新構想多來自於現有或是「過去已知技術的引用」(佔 26 件)，少數為產業外的 技術引用或是純發明。並說明問題(problems)為營建技術創新之母以與業主需求引導 創新的看法，並歸納出營建技術發展的特徵(patterns of technology development)與研發 領導策略(R&D- Based on Leadership Strategy)。營建技術發展特徵包括(1)應用已知的 技術於新的領域中；(2)結合不同的已知技術；(3)增加已知技術的強度形成複合的結 構；(4)降低已知技術的成本。研發領導策略包括(1)過程技術精密化；(2)僱用具技術 能力的人員以及完善的訓練；(3)熟悉當地的材料、設備以及相關實務；(4)使用重要 的材料；(5)建立創新的文化。

Li and Love (1998)提出由於營建問題具有非結構性的本質(ill-structure nature)，因 此具有多變以及不確定的特性，提出一套營建問題解決理論(theory of construction problem solving)，主要由認知科學(cognitive science)及決策支援系統(decision support systems)所組成，其示意圖如圖 4 所示，認知科學主要協助解釋人員對於營建問題解 決之行為，並建議後續需提昇人員解決營建技術問題經驗知識的實務之機制；決策支 援系統可提供理性的結構化問題解決流程，並建議未來朝向如何於問題解決過程中導 入 知 識 之 應 用 ， 如 相 似 度 學 習(Similarity Based Learning, SBL)以及說明式學習 (Explanation Based Learning, EBL)等之應用。

營建問題解 決理論

決策支援系 統營建問題 解決模型 認知科學營

建問題解決 模型

圖 4 營建問題解決研究理論基礎 Note from Li and Love, 1998.

Salter and Gann(2003)探討工程設計創新構想來源，針對國際 Arup 工程顧問公司 人員進行訪談(n=112)，針對設計作業的構想來源經調查後得知(回應百分比 70%以上)

同事間的交談(84.0%)、其他專案的作業(81.2%)、先前經驗(73.2%)等三項為工程設計 者主要的構想來源。反之，多數人員認為顧客為主要創新的驅動者，卻無法提供設計 者創新的構想(37.7%)，在反應與顧客面談時，多數想法多為複雜與技術上之問題。

在設計的作業動機上，解決問題(87.5%)、專業技術(82.2%)、創造機會(82.2%)等，為 設計作業的動機。在設計時問題解決的方法上，公司內同事間的交談(88.4%)、描繪 於紙張上討論(83.0%)，上述則為設計者最有效用以解決設計問題的方法，在 CAD 等 程式討論設計僅9.8%人員使用。在創新設計的發展障礙，不足的時間(75.9%)則為多 數設計者反應為主要的限制。

由上述多項研究可知，許多探討營建技術或設計之構想產生之來源與方式，除 Nam and Tatum(1989)所提出包含業主需求、問題、設計者的技術庫以及承包商之施工 技術皆可能創造需求來源。Chang et al. (1988)與 Ioannou and Liu(1993)所提出相關技 術之知識文件，其中以專利所揭露之內容最豐富與最前端；此外 Tatum(1984)提出營 建創新六項新技術與新工法的應用方向，Tatum(1987)所提出四項之營建施工性之施 工方法選擇與改進原則，以及Nam and Tatum(1992)所提出營建技術創新的組合方式 進而產生新技術，皆可作為營建技術創新可考量之方向。其中應用過去的已知技術於 新技術領域之方式，也符合Li and Love (1998)所提及之決策支援系統 DSS 進行營建 技術創新之基本概念。另外Salter and Gann(2003)的研究歸納出許多構想多由同事間 交談所產生，此方式具有不易將技術具體或系統地描繪，屬於非結構性的產出；另外 不足的時間也是影響構想產生來源的重要因子。因此營建技術創新構想來源需具備結 合過去的知識或經驗，並透過電腦資料庫的應用，針對明確的技術發展目標進(如消 除不需要之施工作業/元件、合併施工作業等)而產生營建技術創新的構想，進而縮短 技術所發展之時間，為營建創新所需之基本條件。

四、營建創新之流程與模式

有關於營建創新之流程與模式，早期 Tatum (1987)針對先進的(advanced)施工技 術對於業主需求與施工設施的設計改變、廠商於海外的競爭力。並以數個新施工方法 描述營建業廠商創新的過程，包含辨識出針對創新有利機會、創造出創新的環境、發 展需要的能力、提供新的施工技術、實驗與改進、執行等。

Chang et al.(1988) 認 為 營 建 業 發 展 必 要 建 立 一 套 系 統 化 方 法 (systematic methodology)，透過標準化流程，包括辨識(identify)、評估(evaluate)、導入(introduce)

等，以確保當新技術完成開發後的評估與採用的依據。並可透過以技術影響因子包括 成本/效益、風險、可行性進行新技術的衡量與分析。

Laborde and Sanvido(1994)透過與六家導入新技術(包括軟體或施工技術)的個案 廠商進行訪談，認為一般企業導入新技術需經過定義、評估、採用、以及回饋等四階 段，並彙整不同大小規模營建廠導入創新技術的模式如圖5 所示，可得知在定義以及 評估階段，小型營造廠考量之因素較少，大型營造廠較多；在執行以及評估階段，小 型營造廠取決於企業總裁，大型營造廠則由專案團隊以及團隊領導決定。

a.小型營造廠之創新模型 b.大型營造廠之創新模型 圖 5 不同規模營造廠之創新模型

Note From Laborde & Sanvido,1994.

Slaughter(1998, 2000)認為營建技術創新可提供企業、產業以及社會的潛在優點，

提出五種針對營建產業創新的模式與類型。企業可透過衡量自身的條件，採取適合的 創新模式，五項模式與類型分別為：

(一)漸進式(incremental)創新

為針對現有之系統做小幅度改進的創新，其創新的元件較無牽涉到其它單元，其 創新概念的改變亦不高。

(二)模組式(modular)創新

為對系統中的元件作本質上的改變，但不影響系統中其它元件的功能。

(三)架構式(architectural)創新

亦為小改變的創新，但其幅度較漸進式為大，需要系統中其它元件的配合以執行 其功能。

(四)系統式(system)創新

為概念上的根本改變，並且同時改變其它連接的單元以達到其功能。

(五)激烈式(radical)創新

為一全新的概念或方法。並應用上述五種營建創新模式導入企業專案中，如表4 所示，提供企業選擇適當之營建創新模式。

表 4 不同創新類型於執行特定作業時之特性 不同創新類型於執行特定作業時之特性

創新 類型

交付的時間 點

專案團隊內 的協調

特別的 資源

管理的組織 層級

管理的 類型

管理的 能力

漸進式 任何時間 無 無 所在地改善 通報 特定的產品

與流程

架構式 設計/選擇 無 概念改變 設計層級 通報與覆審 技術能力

模組式 設計至執行 階段

團體間影響 互補改變 受影響的系

統層級

通報、同 意、復審

系統能力 系統式 概念設計階

段

全體專案成 員

整合創新 高階工程管

理層級

專案範疇、

同意、複審

技術與系統 的能力 激烈式 技術可行性

階段

相關的高階 管理組織

突破 高階管理層

級

專案目標與 範疇

專業技術的 能力 Note from Slaughter, 1998.

有鑑於上述五類營建創新模式，Slaughter(2000)指出不同企業規模包括資源、能 力等應有不同之發展策略，發展營建創新可遵循六項階段，包括(1)定義階段；(2)評 估階段；(3)企業內部支持階；(4)準備階段；(5)實際執行階段；(6)執行後之評估階段。

Slaughter 並提到發展創新之評估準則可分為專案式以及公司企業兩類進行評估，相關 評估準則如表5 所示。

表 5 專案與企業評估創新準則項目 專案與企業評估創新準則項目

專案式 公司企業

評 估 項 目

1. 成本

2. 設備長期的效能 3. 施工成效

4. 工期(設計、規劃、施工) 5. 技術的可行性

6. 勞工安全 7. 環境影響 8. 失效的風險 9. 執行的複雜度

1. 企業名聲影響 2. 特有的能力 3. 新市場

4. 現有能力的協調與利用 5. 現有能力的改善 6. 適當的效益 7. 有效的使用創新 8. 期初支持的規模大小 Note from Slaughter, 2000.

Abd El Halim and Haas(2004)將營建問題解決所產生的發明至商業化的創新過 程，區分為五個階段：

(一)問題定義階段(problem identification)

問題定義階段內容包括(1)問題是否具有獨特性與重要性；(2)許多解答嘗試採用 但並不成功；(3)資料是否充分；(4)必要的回顧與分析先前的作業；(5)找出問題的根 本原因。

(二)分析研究(analytical investigation)

分析研究階段內容包括(1)發展基礎模型；(2)敏感度分析；(3)於實驗室中模擬與 模型驗證。

(三)發展解決方案(development of a solution)

發展解決方案階段內容包括(1)初步雛形製作；(2)評估控制條件；(3)實驗室中模 型重新定義與分析驗證；(4)全尺寸模型的設計圖說；(5)全尺寸模型的組裝。

(四)建立全尺寸模型(establishing validity of full-scale prototype)

建立全尺寸模型階段包括(1)訊息與結果的宣傳散佈；(2)合作對象的找尋；(3)估 計所需成本；(4)組織團隊與測試全尺寸模型；(5)各種測試計畫。

(五)商業化實現(commercial realization)

商業化實現階段內容包括(1)面對與解決各種障礙；(2)發展夥伴或財務關係等；

(3)發展商業化模型；(4)初步行銷與銷售。

Kangarl and Miyatake (1997)指出，日本除少數營建業有導入技術創新的觀念外，