中 華 大 學 碩 士 論 文
建築資訊模型應用於施工作業檢討 -以蘇樂橋吊裝作業為例
Application of BIM in Construction Works—Erection of Su Le Steel Bridge
系 所 別：土木與工程資訊學系碩士班 學號姓名：E09704020 邱顯硯 指導教授：徐增興 博士
中 華 民 國 九十九 年 七 月
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誌 誌 誌
誌 謝 謝 謝 謝
承蒙恩師 徐增興教授在顯硯碩士班求學期間，對於顯硯處事態度的細心指點與 不斷的鼓勵，對於論文研究給于學術上的指導與建議，讓顯硯獲益良多，不僅養成獨 立思考的能力，更獲得許多寶貴的處世待人經驗。恩師認真負責的處事態度及嚴謹的 治學精神，為顯硯一生的典範，在此致上最誠摯的敬意與祝福。
本論文撰寫初成期間，承蒙本校王明德副校長、台灣大學謝尚賢教授、公路總局 材料試驗所陳式毅所長，擔任審核委員，對顯硯論文逐字斧工、巨細靡遺的指正與觀 念澄清，並惠賜寶貴意見，使得本論文得以更加詳實與完備，在此由衷的敬上最誠摯 的謝意。
在求學期間感謝公路總局第一區養護工程處許阿明處長、簡圳銘副處長、復興工 務段孟伯鈞副段長、蔡宗翰工程師、台灣世曦工程顧問股份有限公司王泓文工程師、
鴻建營造股份有限公司陳志源總經理、林炳坤工程師、鄭鄭源工程師、永裕鋼鐵工程 股份有限公司曹副總經理、劉瑞鴻副理，在專業領域上極熱心的教導，支持本研究的 進行並給予最大的協助，使得本論文得以順利完成，在此致上最高的謝意。
論文研究期間，感謝同窗好友景田、奕軒，學弟文俊、玉國、正豐、懷德相互扶 持與鼓勵；學長理成、偉成、家豪、思捷、士種的協助與支持，於不及備載的好友們 也一併獻上千萬分感謝。
最後感謝敬愛的家人，在研究所繁重課業背後支持與鼓勵，讓我無後顧之憂完成 學業在此致上最誠摯的謝意。
邱顯硯 謹致於中華大學土木所
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摘 摘 摘
摘 要 要 要 要
最近這幾年，建築資訊模型(Buildign Information Moedling, 簡稱為 BIM)正引發 營建產業一次史無前例的改變；除了建立三維數值模型外，並利用參數定義物件間相 互關係，若有一物件改變，則透過參數化定義的物件間關聯性，可以自動改變受到影 響的其它物件；工程師尚可利用此模型自動檢查出物件在空間的衝突，進行虛擬設計 及施工。
本文研究目的在以實際進行中的橋樑工程，選擇時程較短的鋼橋吊裝部份，以二 維細設圖用現有 BIM 軟體轉製成三維模型，再搭配吊裝計畫甘特圖，用相關 BIM 軟 體組成四維吊裝模擬，並在實際工地進行吊裝時，詳細紀錄比對真實的吊裝情況，最 後總結探討現有 BIM 軟體的應用效益與相關議題。
在該蘇樂橋改建工程專案團隊的吊裝計畫審核協調會上，本研究以電腦模擬的成 果，展現該鋼橋在吊裝期間的不同時間點的空間狀態，有效地協助該案於正式吊裝之 前，發現吊裝空間衝突，適時調整施工場地、機具、與吊裝步驟，順利於期限內完成 吊裝。總計採用 BIM 技術在三維建模程序中，發現一處二維圖面不易發覺的空間衝 突，即時以延後部份橋台混凝土澆置而避免；在溝通協調會上提出的四項吊裝議題 中，二項為專業吊裝分包商可預見，但苦於無法正確表達，另二項則沒有事先預知，
經由本模擬而提前因應。以本案應用現有 BIM 相關軟體，受過軟體訓練的二位研究 生，雖然沒有現場施工經驗，在三個月內即可完成任務，並且提出可靠的吊裝程序建 議，實證三維模型在模擬分析鋼橋吊裝程序的效益。建議施工團隊充份應用資訊豐富 精確的三維數值模型，以達到精實營建及提高工地安全的效果。
關鍵字 關鍵字 關鍵字
關鍵字: 建築資訊模型、虛擬設計及施工、四維吊裝模擬
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Abstract
In recent years, Building Information Modeling (BIM) has been initiating an unprecedented change in the construction industry. Aside from establishing three-dimensional (3-D) numerical model with the capacity to compute object-oriented parameters, the objects within the model are interconnected through defined parameters. If one object changes, the affected objects are automatically adjusted. Engineers can achieve virtual design and construction by using this model to check not only the integrality of designs and drawings but also the possible collision of objects in space..
The purpose of this study is to verify the effectiveness of using BIM tools by simulating the erection of a steel bridge. By converting the original 2-D detailed drawings into 3-D models and combining with the erection plan (the Gantt chart), a 4-D simulation of steel bridge erection is produced. The erection procedures were checked in the virtual 4-D models and verified with subsequent works in the real field. Based on these results, the effectiveness and benefits of using BIM are discussed.
When the Su Le Bridge project team reviewed the erection plan, the results of the 4-D simulation showed the different space states of the steel bridge at different points in time, effectively pointing out collisions in space that would have been disastrous before any actual hoisting. Necessary adjustments to the construction site, equipment, and lifting steps were made in time, and the lifting was completed smoothly before the deadline. Utilizing BIM technology in the three-dimensional modeling program, we found a particular spatial collision that can not easily be spotted in a two-dimensional drawing. To avoid this conflict, the placement of concrete was rescheduled to later time. Of the four communication and coordination issues raised from reviewing the 4-D models, two are foreseeable by professional sub-contractors, but cannot be correctly expressed. The other two were not foreseen, but was corrected in time through our simulation. Applying existing BIM tools for reviewing the steel bridge erection plan as in this particular case, two trained graduate students, although without any on-site construction experience, completed the tasks in three months, proposed procedural recommendations for reliable hoisting. The benefits of using BIM tools for virtually check, review, and integrate detailed drawings and designs have been clearly demonstrated. Further use of the models is suggested for the development of lean construction.
Keywords: BIM、virtual design and construction、virtual 4-D models
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目 目 目
目 錄 錄 錄 錄
第一章 第一章 第一章
第一章 緒論緒論緒論緒論 ... 1
1-1 研究背景與動機 ... 1
1-2 研究目的... 1
1-3 研究範圍與限制... 2
1-4 研究流程與論文架構... 2
第二章第二章 第二章第二章 文文文文獻回顧獻回顧獻回顧獻回顧 ... 4
2-1 建築資訊模型(BIM) ... 4
2-2 四維施工模擬 ... 5
2-3 國外相關研究 ... 7
2-4 國內相關研究... 9
2-4 蘇樂橋災害改建工程簡介 ... 16
第三章 第三章 第三章 第三章 研究方法與流程研究方法與流程研究方法與流程研究方法與流程 ... 18
3-1 方法與流程... 18
3-2 建立 3D 模型 ... 19
3-3 整合 3D 模型 ... 25
3-43D 模型衝突檢查 ... 31
3-5 吊裝空間評估 ... 33
3-6 製作 4D 動畫 ... 57
第四章第四章 第四章第四章 結果分析與議題結果分析與議題結果分析與議題結果分析與議題討論討論討論討論 ... 60
4-13D 模型衝突狀況討論 ... 60
4-2 吊裝議題討論 ... 68
4-3 吊裝議題與實際施工比較 ... 72
4-4 綜合討論 ... 84
第五章第五章 第五章第五章 結論與建議結論與建議結論與建議結論與建議 ... 91
5-1 結論 ... 91
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5-2 建議... 92 參考文獻
參考文獻 參考文獻
參考文獻 ... 93
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表目錄 表目錄 表目錄 表目錄
表 3-1 本研究預計建立之蘇樂橋模型編號與數量表 ... 20
表 3-2 接頭椿號整理表... 28
表 3-3 吊裝作業範圍整地後地氣形測量數據... 33
表 3-4 台七線樂橋災害修復工程鋼骨工程安裝預定進度表... 39
表 3-5 吊裝步驟鋼樑重量整理表... 40
表 4-1 超高佈設表(直線路段) ... 64
表 4-2 大地座標高程與 3D 模型座標高程比較表(單位MM) ... 66
表 4-7 衝突檢查結果分析表... 84
表 4-8 吊裝議題分析表... 85
表 4-9 吊裝空間評估表... 86
表 4-10 傳統吊裝計畫與 4D 吊裝計畫比較表... 87
表 4-11 空間評估與實際吊裝情形比較表... 88
表 4-12 原吊裝計畫、空間評估後吊裝順序、實際吊裝順序比較表... 89
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圖目錄 圖目錄 圖目錄 圖目錄
圖 1-1 研究流程圖... 3
圖 2-1 蘇樂橋設計的傳統 2D 圖面... 5
圖 2-2 蘇樂橋吊裝的甘特圖... 6
圖 2-3 蘇樂橋吊裝計畫以傳統空間規劃方法示意圖... 6
圖 2-4 由 4D-CAD 軟體截取之操作畫面 ... 8
圖 2-5 以 4D 視覺化的方式描述空間屬性... 9
圖 2-6 使用 BENTLEY MICROSTATION TRIFORMA輸入資料之過程示意圖... 10
圖 2-7A4D2006 軟體介面... 11
圖 2-83D 成果彩現圖... 12
圖 2-9ERECTION DIRECTOR使用者介面 ... 13
圖 2-10 結構元素定義邊界... 14
圖 2-11 移動式起重機和塔式起重機定義邊界... 14
圖 2-12 三個不同粗略跟詳細的計算階段... 15
圖 2-13 三個不同類型的虛擬建築場景... 16
圖 2-14 台七線蘇樂橋災害修復工程之施工總平面圖及鋼橋部分立面圖... 17
圖 3-1 研究流程圖... 18
圖 3-2 各部分組件名稱與概略位置... 19
圖 3-3 橋台... 21
圖 3-4 基座... 21
圖 3-5 蘇樂橋鋼樑的細部設計圖及本研究參照繪製的三維構件... 22
圖 3-6 蘇樂橋斜撐柱的細部設計圖及本研究參照繪製的三維構件 ... 23
圖 3-7 蘇樂橋橫樑的細部設計圖及本研究參照繪製的三維構件 ... 23
圖 3-8TYPE-1 ... 24
圖 3-9TYPE-1-2... 24
圖 3-10TYPE-2 ... 24
viii
圖 3-11TYPE-2-2 ... 24
圖 3-12 桃園端臨時底座... 24
圖 3-13 宜蘭端臨時底座... 24
圖 3-14 地形... 25
圖 3-15 基座開挖... 25
圖 3-16 定義橋樑中心線... 26
圖 3-17 設定工作平面... 26
圖 3-18A1 橋台... 26
圖 3-19A2 橋台... 26
圖 3-20 橋台支承座中心... 27
圖 3-21 橋台支承座中心高程... 27
圖 3-22 設定各接頭椿號... 27
圖 3-23 接頭斷面對齊前一鋼樑... 27
圖 3-24 斜撐柱對齊的方式... 27
圖 3-25 橫樑對齊的方式... 28
圖 3-26F1 基座 ... 29
圖 3-27F2 基座 ... 29
圖 3-28F1 基座 P10 斜撐柱底座頂部 中心點椿號 ... 29
圖 3-29F2 基座 P10 斜撐柱底座頂部 中心點椿號 ... 29
圖 3-30F1 基座 P10 斜撐柱底座頂部 中心點高程 ... 29
圖 3-31F2 基座 P10 斜撐柱底座頂部 中心點高程 ... 29
圖 3-32 等高線之椿號起點... 30
圖 3-33 地形模型放置完成... 30
圖 3-34 桃園端臨時支撐架配置... 31
圖 3-35 宜蘭端臨時支撐架配置... 31
圖 3-36 桃園端臨時底座高程... 31
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圖 3-37 宜蘭端臨時底座高程... 31
圖 3-38 干涉報告... 32
圖 3-39 衝突 1... 32
圖 3-40 衝突 2... 32
圖 3-41 衝突 3... 32
圖 3-42 衝突 4... 32
圖 3-43 衝突 5... 32
圖 3-44 衝突 6... 32
圖 3-45 現地測量成果輸入 EXCEL... 35
圖 3-46 在 EXCEL轉檔至 CAD 檔... 35
圖 3-47 以 CAD 的線段連接平面特徵點 ... 35
圖 3-48 以 CAD 的 3D 環轉檢查特徵點 ... 35
圖 3-49 地形資料匯入 REVIT... 36
圖 3-50 在 REVIT輸入各點位高程 ... 36
圖 3-51 匯入地形模型後的狀況... 36
圖 3-52 未匯入地形模型的狀況... 36
圖 3-53HITACHISUMITOMO SCX2800 ... 37
圖 3-54DEMAGAC395... 37
圖 3-55SCX2800 吊車的各部尺寸 ... 38
圖 3-56AC395 吊車的各部尺寸 ... 38
圖 3-57 以 3DS MAX 模擬 SCX2800 吊車... 38
圖 3-58 以 3DS MAX模擬 AC395 吊車... 38
圖 3-59 步驟 1 吊裝流程圖... 44
圖 3-60 步驟 2 吊裝流程圖... 46
圖 3-61 步驟 3 吊裝流程圖... 48
圖 3-62 步驟 4 吊裝流程圖... 50
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圖 3-63 步驟 5 吊裝流程圖... 51
圖 3-64 步驟 6 吊裝流程圖... 53
圖 3-65 步驟 7 吊裝流程圖... 55
圖 3-66 步驟 8 吊裝流程圖... 56
圖 3-673D 模型匯入 AUTODESK NAVISWORKS MANAGE之情形 ... 57
圖 3-68TIMELINER的任務功能設定情形 ... 58
圖 3-69TIMELINER的配置功能設定情形 ... 58
圖 3-704D 動畫模擬情形... 59
圖 4-1 斜撐柱底部與基座頂端重疊量在 10MM以內 ... 61
圖 4-2GB21 鋼樑支承座中心下翼板底部高程 ... 62
圖 4-3A1 橋台與 GB01 鋼樑發生碰撞 ... 63
圖 4-4A1 橋台頰牆混凝土延後澆鑄之情形... 63
圖 4-5A2 橋台頰牆正常澆鑄混凝土之情形... 63
圖 4-6 椿號 0K+175.262 斷面 LT：←4％，RT：←4％ ... 64
圖 4-7 椿號 0K+161.722 斷面 LT：←2％，RT：←2％ ... 65
圖 4-8 修改鋼樑縱坡使接頭接合... 65
圖 4-9 以軟體量測功能量測 3D 模型各椿號鋼樑接頭之高程示意圖... 66
圖 4-10 吊裝溝通協調會... 68
圖 4-11 桃園端上游側 P11、P12、P13 受臨時支撑架影響吊裝空間 ... 69
圖 4-12 桃園端上游側 P11、P12、P13 重新進行吊裝評估 ... 69
圖 4-13 桃園端下游側 P11、P12、P13 重新評估... 69
圖 4-14 宜蘭端下游側 P11、P12、P13 吊裝空間受限於臨時支撑架... 70
圖 4-15 宜蘭端下游側 P11、P12、P13 重新評估... 70
圖 4-16GB03~GB04 鋼樑受 GA05 影響作業空間 ... 71
圖 4-17GB03~GB04 鋼樑從新評估 ... 71
圖 4-18GA18~GA19 鋼樑受 GB17 影響作業空間 ... 71
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圖 4-19GA18~GA19 鋼樑從新評估... 71
圖 4-20SUMITOMOSC1500 吊車 ... 72
圖 4-21DEMAGAC1200 吊車... 73
圖 4-22 圖桃園端上游側 P11、P12、P13 斜鋼柱吊裝模擬情形 ... 74
圖 4-23 桃園端上游側 P11、P12、P13 斜鋼柱吊裝情形 ... 75
圖 4-24 宜蘭端下游側 P11、P12、P13 斜鋼柱吊裝模擬 ... 76
圖 4-25 宜蘭端下游側 P11、P12、P13 斜鋼柱吊裝 ... 76
圖 4-26 受 GA05 鋼樑影響作業空間... 77
圖 4-27GA05 鋼樑吊裝順序更動... 77
圖 4-28 受 GB17 鋼樑影響作業空間 ... 78
圖 4-29 將 GB17 鋼樑吊裝順序更動 ... 78
圖 4-30GB03~GB04 鋼樑吊裝與 GA18~GA19 鋼樑吊裝 ... 79
圖 4-31SCX2800 吊車，吊臂可能有高度不足難以吊裝之疑慮 ... 80
圖 4-32GB01~GB02、GA01~GA02 鋼樑於台七線上進行吊裝作業 ... 80
圖 4-33GA20~GA21、GB20~GB21 鋼樑於台七線上進行吊裝作業 ... 81
圖 4-34GB01 鋼樑吊裝情形 ... 82
圖 4-35GA21 鋼樑吊裝情形... 83
1
第一章 第一章
第一章 第一章 緒論 緒論 緒論 緒論
1-1 研究背景與動機 研究背景與動機 研究背景與動機 研究背景與動機
鋼橋施工吊裝作業係將工廠中完成之各構件，利用車輛運輸至工地後，再予組 裝，因工地現場安裝之條件遠不如工廠，除吊裝較困難外，危險性也很高，在鋼橋施 工之各項作業中，屬較重要之部分。
傳統專案計畫無法有效整合專案的各項資訊，以往專案計畫的擬定通常仰賴有經 驗的專業人員主觀的判斷，所制定出來的專案計畫，往往不能反應施工現場狀況，不 易滿足專案執行時的資訊需求，當然也就難以有效地落實；工程專案的施工期間通常 處於變動的作業環境，本就很難在施工前精確預測未來可能發生的事件，故施工團隊 必須於施工過程中，依據施工現況或專案需求，隨時調整專案計畫的內容。四維施工 模擬以自然視覺化的內容描述方式，比起傳統的靜態文件說明，更能被不同專業領域 人員所接受，召集各個分包商一起查看四維(Four Dimension, 簡稱為 4D)模型，幫助 參與者隨著時間流逝，共同探討預測哪些工作區域會出現衝突情況，經過一再追問與 澄清的溝通過程中，專案團隊經常可以澄清一些錯誤與誤解，並在正式工作進行調整 施工計畫，以電腦的計算效率，提早發現衝突並予以排除，而能掌握執行計畫的所有 細節，使得擬定的計畫具有有效性、即時性、及主導性。
由於以上理由，本研究嘗試利用 BIM 建模軟體，與虛擬設計及施工(Virtual Design and Construction, 簡稱為 VDC)的觀念，實際導入正在進行中的橋樑工程，於施工前 以 4D 模擬施工的方式，預測吊裝時可能發生的狀況，並與實際吊裝情形做比較，藉 以證明導入 4D 模擬施工的成效。
1-2 研究目的 研究目的 研究目的 研究目的
本研究的主要目的在於以實際進行中的橋樑工程做為應用探討案例，驗證現有 BIM 軟體的功效，並嘗試在導入的過程中找出議題或問題，加以分析探討，總結本 研究的目的有下列項目。
1、 搭配地形、鋼樑、斜鋼柱、臨時支撑架(假設工程)、及吊裝機具為空間評估對 象，以 4D 模型檢查並提出吊裝計畫的空間或時間衝突。
2、 於吊裝前與業主、設計單位、總承包商、吊裝分包商召開吊裝溝通協調會，應
2
用 4D 並提出吊裝議題予以討論，驗證 4D 吊裝模擬在吊裝計畫審核的功效。
3、 與實際鋼橋吊裝進行比較，印證 4D 鋼橋吊裝模擬的真實性，並進行差異分析。
1-3 研究範圍與限制 研究範圍與限制 研究範圍與限制 研究範圍與限制
本研究使用台七線蘇樂橋災害改建工程進行吊裝空間評估案例導入，以地形、鋼 樑、斜鋼柱、臨時支撑架(假設工程)、吊裝機具為評估對象，受限於研究人員使用的 軟體功能，有下列的範圍限制。
1、 3D 建模部分因採用的軟體，沒有內建橋樑元件可供修改使用，所以，除臨時
支撑架、吊裝機具外，鋼樑、斜鋼柱也都必需自行繪製，耗費較多的建模時間。
2、 吊裝空間評估部分，因採用的是 3D 建模軟體，無法做出 4D 動態空間衝突自 動檢查，因此本研究以各構件吊裝至定位時之時間點，做為評估基準，鋼構地 組點至定位點間的空間衝突不在評估範圍內。
3、 吊裝空間評估的方法為先定義吊裝機具工作範圍，先考量吊裝機具作業半徑與 起重能力，再評估吊裝機具與地形、鋼樑、斜鋼柱、臨時支撑架之間，以視覺 檢查是否存在潛在的空間衝突。
1-4 研究流程與論文架構 研究流程與論文架構 研究流程與論文架構 研究流程與論文架構
本研究的流程如圖 1-1 所示。首先敘述研究背景與動機、研究目的、研究範圍與 限制、及研究流程與論文架構，列為第一章。文獻回顧部份以介紹建築資訊模型、4D 施工模擬、並收集相關文獻案例，最後則對應用案例進行基本介紹，列為第二章。第 三章為研究方法與流程，主要說明建立 3D 模型的方法，及如何整合 3D 模型，並對 3D 模進行衝突檢查，再將 3D 模型依吊裝計畫加上時間的原素，以 4D 模擬施工的方 式，評估吊裝計畫作業空間，並提出吊裝空間突衝議題。第四章則為議題討論與分析，
內容包括討論 3D 模衝突點並檢核 3D 模型精度，於吊裝溝通協調會上討論吊裝空間 突衝議題，於吊裝完成後將吊裝議題與實際吊裝情形比較，最後綜合討論 3D 模型衝 突檢查結果、吊裝空間評估結果、吊裝議題與實際施工比較結果。最後則是彙整研究 成果並提出建議寫成第五章。
3 3D模型 衝突檢查 文獻回顧
建立3D模型
討論衝突點 並予以更正
3D模型精度檢核
吊裝空間評估
吊裝空間 衝突檢查
4D施工模擬 吊裝議題討論
並重新評估
衝突
沒衝突
衝突
沒衝突
與實際吊裝情形比較 研究動機、目的、
範圍與限制
結論與建議
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 議題討論與分析
第五章 結論與建議
圖 1-1 研究流程圖
4
第二章 第二章
第二章 第二章 文獻回顧 文獻回顧 文獻回顧 文獻回顧
本章文獻蒐集整理部份，先說明建築資訊模型之定義及發展優勢，再整理四維施 工模擬的文獻，並分別列出國外及國內的相關研究成果，最後一節則將本研究用來驗 證的專案，做簡要的介紹。
2-1 建築資訊模型 建築資訊模型 建築資訊模型 建築資訊模型(BIM)
依照美國建築師學會(American Institute of Architects, 簡稱為 AIA)之定義，建築 資訊模型(Building Information Modeling, 簡稱 BIM)乃指「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 )[1]，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 享的資訊平台，可以提供建築在全生命週期內的可靠決策依據；由於三維(Three Dimention, 簡寫為 3D)模型是當前最夯的資訊科技，相關學者認為 BIM 不僅僅只是 3D 模型而已，要能達到 AIA 定義的內涵，前提是要與資料庫相關聯，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。
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，相較於傳統的圖說，BIM 有下列優勢：
1、 透過 3D 模型可清楚傳達設計理念，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，施工和運營階段的資訊可以用於日後的設施管理。
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2-2 四維施工模擬 四維施工模擬 四維施工模擬 四維施工模擬
傳統的施工計畫使用文字描述描述 2D 圖，如圖 2-1 所示，沒有受過專業訓綀不 容易理解，甘特圖如圖 2-2 所示，可以描述工作項目的先後順序，但僅能表達工作項 目名單及順序，無法視覺化的表達工作區域三維空間和時間的變化。傳統的空間規劃 方法，如圖 2-3 所示，必需使用很多的表格與圖面再用文字描述說明，但往往只能考 慮水平方向的空間可行性，無法發現垂直方向的潛在衝突，沒有適當的工作區域規 劃，將造成空間衝突的發生，工作可能因此中斷，導致生產力下降。
圖 2-1 蘇樂橋設計的傳統 2D 圖面[2]
6
圖 2-2 蘇樂橋吊裝的甘特圖[3]
圖 2-3 蘇樂橋吊裝計畫以傳統空間規劃方法示意圖[4]
將一般施工流程的規劃時間資訊(例如以甘特圓表達的施工程序)結合 3D 模型，
即成為所謂四維(4D)施工模擬；由於結合了建築構件與建築活動，隨著時間的進展，
建築的各個構件按照預定計畫出現或消失在 3D 模型中。永久性的建築構件，將出現 在施工過程中，並一直到專案完成。假設工程或施工機具，則只會出現在特定的時間，
然後消失[5]。
比起傳統的靜態文件說明，4D 施工模擬以自然視覺化的內容描述方式，更能被 不同專業領域人員所接受；具體來說，3D 模型比起靜態 2D 圖面更易於理解，而 4D 施工模擬以動畫的方式描述施工過程，同樣比傳統進度甘特圖更易於理解。在溝通的
7
過程中省去解釋的時間，以往可能要花一天才能作出的決策，現在只要一個小時，充 份展現溝通的效率。專案團隊常常由不同專業領域的成員所組成，這些成員除了有不 同專業領域外，文化背景也可能不同，甚至使用的語言也可能不同，以視覺化的 4D 模型進行溝通，不會因為這些的種種不同造成認知的差異，4D 施工模擬提供了多元 文化的專案團隊一個很好的溝通平台[6]。
4D 施工模擬也可用以對專案團隊以外的關係人(例如居住在專案位址鄰近區域 的一般民眾)進行宣傳。對於這一類的宣傳活動，可能不需要經由模擬的過程中查詢 模型的相關資訊，使用 4D 動畫就足夠了。但若想分析施工過程可能產生的影響或衝 擊，則必需使用更具互動性的 4D 模型。例如，規劃小組探討不同施工方法替代方案，
以確定最佳的施工順序，這些順序的測試需要一個精度夠高的 4D 模型，立即查看施 工順序改變造成的影響，並進行衝擊模擬分析[7]。
傳統施工計畫常因紙本圖說的資訊受限，在依計畫執行時，常受限於許多的細節 而失去主導性，而計畫變更的修改更新緩慢而失去即時性，終始傳統施工計畫的可靠 度不佳，而有「計畫趕不上變化」的抱怨。若將 4D 施工模擬應用於施工前的施工計 畫審查，由於採用 3D 模型及精細的時間與空間關係，再加上視覺化的優勢，擬定計 畫的工程人員，大都可以掌握大部份的細節，提高施工計畫的主導性、及時性、和可 靠度，使施工能「按照計畫施工，進度掌控更順利。4D 施工模擬過程中，可以很清 楚了解專案項目範圍和時間表，召集各個分包商一起查看 4D 模型，幫助參與者預測 哪些工作區域會出現衝突情況，經過一再追問與澄清的溝通過程中，專案團隊經常可 以澄清一些錯誤與誤解，而在開工前仍有時間調整施工計畫，提早發現衝突並予以排 除，可提高施工計畫的準確性。由於採用視覺化的有效溝通工具，可以促進團隊協作，
用以改進工作項目的實施策略，有利於改善施工效益，並能夠快速發現並解決時間或 空間衝突。專案團隊將因此而有更多的時間，花在設計更好的產品，組織更有凝聚力，
施工過程更有效率，終使專案邁向成功[8]。
2-3 國外相關研究 國外相關研究 國外相關研究 國外相關研究
Kathleen McKinney[9]等人在名為“Interactive 4D-CAD”研究中，探討 4D 模型的實 用性，認為不僅在視覺方面促進溝通，在施工模擬方面分析工作順序，更期望 4D 模
8
型具互動性，而開發一個 4D-CAD 的軟體工具，如圖 2-4 所示，此軟體具備處理建築 施工的不確定性，解決施工計畫缺乏足夠資訊的問題，並能滿足客戶端對專案關心的 需求，這樣的軟體工具，當然不僅只於產生 4D 動畫，還要能利用 4D 模型查詢相關 屬性。
圖 2-4 由 4D-CAD 軟體截取之操作畫面[9]
David Heesom and Lamine Mahdjoubi[10]在名為“Visualisation Development for The Virtual Construction Site”的研究中，開發了一套 4D 施工模擬的系統，該系統分成 4 個 軟 體 工 具 ， 分 別 是 ResourceMan ， PlantMan ， ClashMan 和 SpaceVis ； 其 中 ResourceMan 是一個可自行編輯的資料庫，內容包含一般資源，例如人力和材料，設 備資源，例如廠房和臨時設備，並覆予每項資源都有不同的空間屬性，例如工作區域 範圍需求，可以視需要將這些資源納入施工進度；PlantMan 主要的功能則是規畫施 工現場每個程序的工作空間，並展示專案在施工中或完成時的情況，協助工作團隊進
9
行溝通，此工具可模擬在進行不同施工程序時，產出空間用量和設備佈局的報告；考 慮到假設工程及臨設備也可能有空間衝突，對生產力有不利的影響，ClashMan 工具 可在 4D 的環境下偵測空間衝突，並以圖形的方式輸出報告，用以查看施工過程潛在 的空間問題；最後則由 SpaceVis 工具進行整合，以 4D 視覺化的方式描述空間分析與 施工過程，如圖 2-5 所示，該文獻作者對此系統未來的發展，提出以下三點建議：
1、建立一個假設工程及臨時設備的網路資料庫，開放由設備製造商將其設備的 模型放在網路上，提供規劃團隊下載使用，除免除團隊為設備建模的困擾外，
也能提高設備擬真的程度。
2、可使用沉浸式 3D 互動模擬環境，使得施工模擬更為逼真。
3、發展 4D 模型的細節層次規範，依據不同需求使用不同層次的模型。
圖 2-5 以 4D 視覺化的方式描述空間屬性[10]
2-4 國內相關研究 國內相關研究 國內相關研究 國內相關研究
鄭介旗[11]在「4D 於困難施工對策研擬應用」研究中，利用一般商業軟體(Bentley Microstation Triforma)，如圖 2-6 所示，使用將老舊建物改建成高樓住宅的工程為探討 案例；因位於人口交通擁擠處，須先拆除舊有地下室再興建新地下室，因基地四週都
10
有結構體，故必須評估施工機具之作業空間是否足夠，且為避免開挖時影響鄰房結構 體，必須詳細考慮施工程序，以避免造成工安事件；該研究以決策樹的方法研擬施工 程序，並提出兩個施工替代方案，再利用 4D 模擬，分別以時程、成本、空間使用性 為考量，比較兩替代方案的優劣；該研究證明消除空間上的模糊性，或增加空間上的 可視性，能夠提高前期規劃的有效性，並建議建立對策研擬機制，利用 4D 模型規劃 合適的施工對策，以降低執行上的風險，也可藉由 4D 模型的更新，掌控施工進度與 完工百分比。
圖 2-6 使用 Bentley Microstation Triforma 輸入資料之過程示意圖[11]
呂明娟[12]在「建築結構工程 4D 模擬系統之研究」中發現，大部分的 4D 模型都 著重於建築設計空間資料與施工排程做結合，未見有結構分析後的空間資料及工程排 程做整合，該研究擴充鋼結構工程 4D 模擬系統[13]，完成一套名為「A4D2006」的 結構工程 4D 模擬系統，如圖 2-7 所示，利用美國國家標準與技術研究院(NIST)所提 供的 CIS/2 鋼結構案例，以 ETABS 鋼筋混凝土結構分析範例檔，使用 Microstation 所自行繪製的簡易建築區塊圖等，三個案例進行系統測試，測試結果顯示該系統能將 結構分析資訊的結構工程(包含鋼結構與 RC 結構)順利整合於建築設計的 3D 模型和 施工時程中，該研究針對該 4D 模擬系統未來的發展提出以下建議：
1、目前系統表示時間進度的方式是以樹狀結構顯示，若能搭配常用的甘特圖來 展示排程進度，則能讓使用者更容易理解。
2、應增加合併構件功能，使複合式建築結構（SRC）能匯入系統內，進行 4D 動 態模擬。
11
3、應整合建築設計軟體（Microstation、AutoCAD）所連結的關連式資料庫，使 建築設計軟體產出的 3D Model ，可以匯入系統，使其能與建築設計軟體所 提供的關連式資料庫做整合，付予建築物屬性資料及構件詳細資訊。
圖 2-7 A4D2006 軟體介面[12]
黃偉訓[14]等人於「建築製圖導向 GIS 化之探討-以 Revit 為探討之工具」研究中，
認為地理資訊系統(GIS)與建築設計領域結合應用仍屬少數，此研究採用 Autodesk Civil 3D 土木設計軟體，處理基地原始資料，產出數值化資料並進行相關環境分析，
如：高程、坡度、坡向等資料，並依據分析資料進行選址，將結果匯入 Autodesk Revit Building 建築設計軟體進行建築設計，完成工期指定、成本估算，並產出完成之 3D 成果彩現圖，如圖 2-8 所示；該研究利用 Revit Building 與 Civil 3D 共通之座標系統，
結合地景及地物，充分展現 3D 立體虛擬環境，並將基地物理環境因素整合至 BIM 模 型中，可提供建築設計、都市計畫之規劃設計階段，有效進行基地配置、空間設計等 工作。
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圖 2-8 3D 成果彩現圖[14]
康仕仲[15]等人於「4D 營建管理系統導入與初步成效分析」研究中，使用一套 由 國 立 台 灣 大 學 與 中 鼎 工 程 股 份 有 限 公 司 所 共 同 研 發 之 4D 營 建 管 理 系 統 Construction Director，實際導入中鼎新大樓新建工程案例的營建管理；此系統包含以 下特色：
1、在工程動態模擬過程中，以顏色區分施工狀態，粉紅色代表在指定的期間之 前就已經完工，紅色代表正在施工中，黃色代表剛完工，藍色代表已完工，
橘色代表尚未施工。
2、透過 4D 模型與成本規劃結合，經由掙值分析法計算出整個專案的執行百分 比。掙值分析法可同時將進度及成本量化，提供管理者一種明確的績效評量 指標。
3、Construction Director 所使用的模型資料可匯出給另一套名為 Erection Director 的吊裝模擬系統來進行吊裝模擬，如圖 2-9 所示，利用虛擬環境模擬吊車操 作，尋找吊車最佳動線，並考量機具碰撞、荷重等影響因素來做出的即時分 析。
13
4、操作員可以在軟體模擬中全程錄製操作過程，以供真實施工時之參考。
該研究建議將 Construction Director 導入實際的工程案例中進行研究，並在使用 與操作過程中，將其管理程式修改擴充以符合國內工程業界的需求，使其更趨於完善 與具實用性。至於有待改進的項目，則至少有以下四點：
1、在建置 4D 模型中發現，很難製作出精細的 3D 物件和假設工程。
2、有部分工作項目(例如申請工程建造許可証)，無法直接對應 3D 模型元件，故 在施工模擬中無法表現出來。
3、3D 模型與時程資訊無法完全自動化連結。
4、樑柱接頭元件無法反應真實工地的情況。
圖 2-9 Erection Director 使用者介面[15]
康仕仲[16]等人在“Collision detection strategies for virtual construction simulation”研究中開發了一個碰撞檢測系統，此系統透過一個碰撞檢測演算法，在 虛擬的三維建築場景中，能識別出靜態甚至是動態施工中的碰撞衝突，此演算法為增 加計算效率將結構元素如樑和柱利用球體和圓柱體來定義邊界，如圖 2-10 所示，將 移動式起重機和塔式起重機分成主體、吊臂、吊纜、吊鉤等四個部分，分別以球體與 圓柱體定義其邊界如圖 2-11 所示，此研究將碰撞檢測方法分成三個不同粗略跟詳細 的計算階段如圖 2-12 所示，測試三個不同類型的虛擬建築場景如圖 2-13 所示，其測 試結果不同的虛擬建築場景，最有效率的碰撞檢測方法並不相同，此研究所開發的碰 撞檢測系統可以有效的計算出虛擬建築場景的碰撞位置和安全的空間距離，雖然此碰 撞檢測系統只計算球體和圓柱體之間的距離，但是很容易應用在不同的可視化虛擬建 築場景中。
14
圖 2-10 結構元素定義邊界[16]
圖 2-11 移動式起重機和塔式起重機定義邊界[16]
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圖 2-12 三個不同粗略跟詳細的計算階段[16]
16
圖 2-13 三個不同類型的虛擬建築場景[16]
2-4 蘇樂橋災害改建工程簡介 蘇樂橋災害改建工程簡介 蘇樂橋災害改建工程簡介 蘇樂橋災害改建工程簡介
北部橫貫公路(台七線)在桃園縣復興鄉沿大漢溪構築，跨越支流蘇樂溪的蘇樂 橋，在 2004 年遭艾莉、納坦颱風夾帶豐沛雨量引發的土石流沖毀，原址堆積大量土 石，橋下淨空不足，鄰近區域邊坡地質不穩定，為避免災害重覆發生並恢復台七線交 通功能，選在下游距原址約 270 公尺處，設計長 175 公尺(50+75+50)之π型鋼橋，如 圖 2-14 所示；該工程由台灣世曦工程顧問股份有限公司負責設計，由公路總局第一 區養護工程處復興工務段負責監造，總承包商為鴻建營造股份有限公司，契約金額為 新台幣 1 億 8,760 萬元，於 2008 年 12 月 10 日開工，預計於 2010 年 7 月 30 日完工；
主要的工作項目(專案範圍)可區分為(1)π型鋼橋：跨度配置 50+75+50=175M，橋寬 10M，(2)基座採直徑 4m、深 10m 井式基礎，(3)橋台採直徑 4m、深 20m 井式基礎，
(4)引道擋土牆總長約 37.5M，及(5)邊坡保護採格梁岩錨護坡。鋼構分包商為永裕鋼 鐵工程股份有限公司[17]。
17
圖 2-14 台七線蘇樂橋災害修復工程之施工總平面圖及鋼橋部分立面圖[17]
18
第三章 第三章
第三章 第三章 研 研 研 研究方法 究方法 究方法 究方法與流程 與流程 與流程 與流程
3-1 方法與流程 方法與流程 方法與流程 方法與流程
本研究使用「蘇樂橋災害改建工程」細部設計圖[3]、鋼構製造圖[2]等 2D 圖面，
利用 Autodesk Revit Architecture 軟體繪製 3D 模型，再利軟體內自動干涉檢查的功能 進行 3D 模型衝突檢查，以確保 3D 模型的代表性，將 3D 模型結合甘特圖並參考吊 裝分包商擬定的吊裝計畫[4]進行吊裝空間評估，將吊裝空間評估結果利用 Autodesk Navisworks Manage 製作成 4D 模擬施工的 4D 動畫，並使用於由業主召集顧問公司、
總承包商、吊裝分包商所召開的吊裝溝通協調會上，本研究再針對吊裝溝通協調會討 論結果，重新評估本研究擬定的 4D 吊裝計畫，最後將 4D 吊裝計畫與實際吊裝情形 進行比較，以証實 4D 吊裝計畫的效益，其流程示意如圖 3-1 所示。
圖 3-1 研究流程圖
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3-2 建立 建立 建立 建立 3D 模型 模型 模型 模型
本研究使用「蘇樂橋災害改建工程」之細部設計圖[3]、鋼構施工圖[2]、吊裝計 畫[4]，利用 Autodesk Revit Architecture 軟體繪製 3D 模型，3D 模型可分為土建部分 之橋台、基座，鋼構部分之斜撐柱、鋼樑、橫樑，臨時支撐架與地形，其概略位置如 圖 3-2 所示，模型編號與數量表如表 3-1 所示，在建立 3D 模型時，因 Autodesk Revit Architecture 軟體並非橋樑專用之軟體，也因蘇樂橋為配合現地地型，並非制式化設 計，因此 Autodesk Revit Architecture 軟體內建之元件無法直接建立模型，本研究使 用族群樣板的方式建立所需 3D 模型，再將各 3D 模型匯入專案加以整合。
圖 3-2 各部分組件名稱與概略位置
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表 3-1 本研究預計建立之蘇樂橋模型編號與數量表
分類 構件 編號 數量
橋台 A1、A2 2
土建
部分 基座 F1、F2 2
GA01~GA21 21
鋼樑
GB01~GB21 21
斜撐柱 P11~P15 20
鋼構 部分
橫樑 F1、F2、F3、F4 36
臨時支撐架 TYPE-1、TYPE-2 6
地型 - 1
合計 109
建立 3D 模型可分為建立橋台、建立鋼橋主構件、建立臨時支撐架、建立地形等 步驟其內容如下。
1、 、 、建立 、 建立 建立 建立橋台 橋台 橋台 橋台、 、 、 、基座 基座 基座 基座
參考細部設計圖[3]於結構基礎族群內建立橋台與基座；橋台建立需注意，於平 面圖觀察橋台，橋台並非垂直於橋樑中心線，且有超高設計如圖 3-3 所示，基座建立 需注意基座底部除井式基礎外並非一個平面，基座背面為非垂直面，其中兩對角成斜 角設計，另外因灌鑄於基座內，為避免不正常干涉檢查，將 P10 建立於基座模型之中，
如圖 3-4 所示。
21
圖 3-3 橋台
圖 3-4 基座 斜撐柱底座 P10
22
2、 、 、建立鋼橋主構件 、 建立鋼橋主構件 建立鋼橋主構件 建立鋼橋主構件
蘇樂橋的鋼構主要由鋼樑、斜撐柱、及橫樑三者組成，但因本研究採用的建模軟 體為建築專業軟體，無法支援這些橋樑構件，必需自行建模；參考業主提供的鋼樑製 造圖[2]，在建模軟體之結構框架族群內，自行建立鋼樑、斜撐柱、及橫樑三種主構 件。由圖 3-5 的鋼樑細部設計圖，可知乃由上翼板、下翼板、腹板、翼板的加勁板、
腹板的加勁板、及隔板所組成，因蘇樂橋有 1％縱坡與預拱之設計，而且上翼板設計 有超高與路拱，建模難度較高，為了降低模型尺寸之誤差，本研究以盡可能滿足鋼樑 與鋼樑間之接頭斷面尺寸進行繪製，由圖 3-5 的繪製成果，可以清楚看出上下翼板及 其加勁板的配置情形，也可看到橫樑接頭。由斜撐柱的細部設計圖可知，組成斜撐柱 的上下翼板不平行，而左右腹板間也不相互平行，且斷面由上至下漸漸縮小，繪製難 度也很高，繪製成果如圖 3-6 所示，由三維的繪製成果，可清楚看到四塊板由上至下 漸縮的設計狀況；該斜撐柱的柱體中心線與水平線夾角為 45°，而且左右兩斜撐柱向 外延伸呈八字型。橫樑建立需注意上下翼板會因位置不同而有不同超高與路拱，因類 型過多鋼構製造圖大多以示意圖表示，對於模型之建立過於煩雜，只要接得上左右兩 側鋼樑或斜撐柱，超高與路拱精度本研究並沒有很考究，如圖 3-7 所示。
圖 3-5 蘇樂橋鋼樑的細部設計圖及本研究參照繪製的三維構件
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圖 3-6 蘇樂橋斜撐柱的細部設計圖及本研究參照繪製的三維構件
圖 3-7 蘇樂橋橫樑的細部設計圖及本研究參照繪製的三維構件
3、 、 、建立臨時支撐架 、 建立臨時支撐架 建立臨時支撐架 建立臨時支撐架
臨時支撐架屬於施工時之假設工程，因吊裝時臨時支撐架將影響吊裝空間，所以 本研究將臨時支撐架一併納入建立模型之項目，臨時支撐架包括 TYPE-1(如圖 3-8)、
TYPE-1-2(如圖 3-9)、TYPE-2(如圖 3-10)、TYPE-2-2(如圖 3-11)、桃園端臨時底座(如 圖 3-12)、宜蘭端臨時底座(如圖 3-13)，依吊裝計畫建立臨時支撐架，臨時支撐架建 立時只需注意主體的長度與寬度，高度部分因吊裝計畫內並無說明，本研究於整合模 型時再另行調整。
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圖 3-8 TYPE-1 圖 3-9 TYPE-1-2
圖 3-10 TYPE-2 圖 3-11 TYPE-2-2
圖 3-12 桃園端臨時底座 圖 3-13 宜蘭端臨時底座
4、 、 、建立地形 、 建立地形 建立地形 建立地形
地形模型建立是利用細部設計圖內之地形等高線與基座開挖平面圖、剖面圖，匯 入 Autodesk Revit Architecture 軟體運用內建敷地功能建立地形模型，如圖 3-14 所 示，利用分割表面的功能進行地形修飾，地形模型建立需注意基座區域開挖表面必需 分開繪製，若不分開繪製將無法描述開挖之情形，基座開挖區域僅能依照設計開挖平 面圖、剖面圖繪製，其開挖時土方崩落量無法估計，因此本研究建立之地形模形與現 地狀況將會有些許差異，如圖 3-15 所示。
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圖 3-14 地形
圖 3-15 基座開挖
3-3 整合 整合 整合 整合 3D 模型 模型 模型 模型
建立完成之橋台、基座、斜撐柱、鋼樑、橫樑，臨時支撐架與地形等 3D 模型，
整合於 Autodesk Revit Architecture 軟體專案中，3D 模型匯入專案前必需先設定專案 基準點、座標、專案參數等，3D 模型再依細部設計圖於專案中進行放置。
1、 、 、建立專案 、 建立專案 建立專案 建立專案
於 Autodesk Revit Architecture 軟體新建專案，設定專案單位為公厘，使用網格 功能定義橋樑中心線、鋼樑中心線，設定橋樑中心線起點椿號：0K+0 座標為 N：
2732740036.0、E：286536227.0、專案北與正北夾角為 116° 07' 31"，如圖 3-16 所示，
設定工作平面高程 GL：0、EL590：590000mm、EL640：640000mm 如圖 3-17 所示。
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圖 3-16 定義橋樑中心線 圖 3-17 設定工作平面
2、 、 、放置橋台 、 放置橋台 放置橋台 放置橋台
將 A1 橋台、A2 橋台匯入專案，依細部設計圖 A1 橋台中心置於椿號 0K+11、高 程 636640mm，如圖 3-18 所示，A2 橋台中心置於椿號 0K+186.48、高程 635007mm 如圖 3-19 所示。
圖 3-18 A1 橋台
圖 3-19 A2 橋台
3、 、 、放置鋼樑 、 放置鋼樑 放置鋼樑 放置鋼樑、 、 、 、斜撐柱 斜撐柱 斜撐柱 斜撐柱、 、 、 、橫樑 橫樑 橫樑 橫樑
將 GA01、GB01 鋼樑匯入專案，放置位置以橋台支承座中心為準，GA01 鋼樑支 承座中心座標為 N2732730238.5、N286534205.6，支承座中心下翼板底部高程為
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636962mm ， 如 圖 3-20 所 示 ， GB01 鋼 樑 支 承 座 中 心 座 標 為 N2732728674.9 、 E286527870，支承座中心下翼板底部高程為 636951mm(如圖 3-21)，將 GA01、GB01 鋼樑右側接頭設定椿號為 0K+18.425，再依細部設計圖各鋼樑長度設定各接頭椿號，
如圖 3-22 所示，GA02~GA21、GB02~GB21 鋼樑由左至右依鋼樑中心線按順序放置 於各椿號，如表 3-2 所示，高程部分以鋼樑接頭斷面為基準對齊前一鋼樑，如圖 3-23 所示，斜撐柱與橫樑同樣採接頭對齊的方式進行放置，如圖 3-24 及圖 3-25 所示。
圖 3-20 橋台支承座中心 圖 3-21 橋台支承座中心高程
圖 3-22 設定各接頭椿號 圖 3-23 接頭斷面對齊前一鋼樑
圖 3-24 斜撐柱對齊的方式
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圖 3-25 橫樑對齊的方式
表 3-2 接頭椿號整理表
鋼樑編號 接頭椿號 鋼樑長(mm) 鋼樑編號 接頭椿號 鋼樑長(mm) GA＆GB02 0K+18.425 9450 GA＆GB12 0K+102.25 7500 GA＆GB03 0K+27.875 8750 GA＆GB13 0K+109.75 7500 GA＆GB04 0K+36.625 8750 GA＆GB14 0K+117.25 8875 GA＆GB05 0K+45.375 8750 GA＆GB15 0K+126.125 8000 GA＆GB06 0K+54.125 8750 GA＆GB16 0K+134.125 8750 GA＆GB07 0K+62.875 8000 GA＆GB17 0K+142.875 8750 GA＆GB08 0K+70.875 8875 GA＆GB18 0K+151.625 8750 GA＆GB09 0K+79.75 7500 GA＆GB19 0K+160.375 8750 GA＆GB10 0K+87.25 7500 GA＆GB20 0K+169.125 8750 GA＆GB11 0K+94.75 7500 GA＆GB21 0K+177.875 -
4、 、 、放置基座 、 放置基座 放置基座 放置基座
將基座 F1、F2 匯入專案中，基座中心置於橋樑中心線，如圖 3-26 及圖 3-27 所 示，F1 基座內 P10 斜撐柱底座頂部中心點置於椿號 0K+36.942，如圖 3-28 所示，高 程置於 613224mm，如圖 3-30 所示，F2 基座內 P10 斜撐柱底座頂部中心點置於椿號 0K+160.058，如圖 3-29 所示，高程置於 612471mm，如圖 3-31 所示。
29
圖 3-26 F1 基座 圖 3-27 F2 基座
圖 3-28 F1 基座 P10 斜撐柱底座頂部 中心點椿號
圖 3-29 F2 基座 P10 斜撐柱底座頂部 中心點椿號
圖 3-30 F1 基座 P10 斜撐柱底座頂部 中心點高程
圖 3-31 F2 基座 P10 斜撐柱底座頂部 中心點高程
5、 、 、放置地形 、 放置地形 放置地形 放置地形
將地形模型與細部設計圖內之地形等高線一起匯入專案，匯入後需注意地形模型 與等高線必需保持重疊，再將地形模型與等高線逆時鐘旋轉 116.1253336°(116°
07'31")，利用等高線之椿號起點，如圖 3-32 所示，將地形模型與等高線移至正確位 置，如圖 3-33 所示。
30
圖 3-32 等高線之椿號起點 圖 3-33 地形模型放置完成
6、 、 、放置臨時支撐架 、 放置臨時支撐架 放置臨時支撐架 放置臨時支撐架
將臨時支撐架 TYPE-1、TYPE-1-2、TYPE-2、TYPE-2-2、桃園端臨時底座、宜 蘭端臨時底座匯入專案，依照吊裝計畫於桃園端 P15 斜撐柱下方放置一組 TYPE-1、
P13 斜撐柱下方放置一組 TYPE-2，如圖 3-34 所示，在此兩組臨時支撐架下方放置桃 園端臨時底座，桃園端臨時底座較低平面，平面高程為 598900mm，如圖 3-36 所示，
於 GA＆GB03 鋼樑下方 F1 基座上方放置一組 TYPE-2，如圖 3-34 所示，宜蘭端 P15 斜撐柱下方放置一組 TYPE-1、P13 斜撐柱下方放置一組 TYPE-2，如圖 3-35 所示，
在此兩組臨時支撐架下方放置宜蘭端臨時底座，宜蘭端臨時底座較低平面，平面高程 為 592200mm，如圖 3-37 所示，於 GA＆GB19 鋼樑下方 F2 基座上方放置一組 TYPE-2，
如圖 3-35 所示。
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圖 3-34 桃園端臨時支撐架配置 圖 3-35 宜蘭端臨時支撐架配置
圖 3-36 桃園端臨時底座高程 圖 3-37 宜蘭端臨時底座高程
3-4 3D 模型衝突 模型衝突 模型衝突檢查 模型衝突 檢查 檢查 檢查
本研究利用 Autodesk Revit Architecture 軟體自動干涉檢查的功能，檢查 3D 模型 是否建立正確及各 3D 構件間是否有衝突發生，檢查結果發現六處衝突，如圖 3-38 所示，衝突 1：F1 基座與桃園端下游側 P15 斜撐柱，如圖 3-39 所示，衝突 2：F1 基 座與桃園端上游側 P15 斜撐柱，如圖 3-40 所示，衝突 3：F1 基座與宜蘭端下游側 P15 斜撐柱，如圖 3-41 所示，衝突 4：F1 基座與宜蘭端下游側 P15 斜撐柱，如圖 3-42 所 示，衝突 5：A2 橋台與 GB21 鋼樑，如圖 3-43 所示，衝突 6：A1 橋台與 GB01 鋼樑，
如圖 3-44 所示，本研究將此 6 個衝突的發生原因及處置方法於第四章再行討論。
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圖 3-38 干涉報告
圖 3-39 衝突 1 圖 3-40 衝突 2
圖 3-41 衝突 3 圖 3-42 衝突 4
圖 3-43 衝突 5 圖 3-44 衝突 6
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3-5 吊裝空間評估 吊裝空間評估 吊裝空間評估 吊裝空間評估
吊裝空間評估是使用構件模型、現地地形模型、吊裝機具模型等 3D 模型加上時 間的元素，利用 Autodesk Revit architecture 軟體整合模型，將模型匯入 3D 模擬空間，
以探討構件在吊裝作業的不同時間點，構件、機具與地形間的相互空間關係；也就是 在吊裝前運用 4D 模擬的方式，搭配機具能力調整構件在吊裝時的空間配置及偵測可 能發生的空間衝突狀況，改善傳統吊裝計畫無法描述現場吊裝細節而流於形式之現 況。
1、 、 、建立吊裝工地現場整地後的地形模型 、 建立吊裝工地現場整地後的地形模型 建立吊裝工地現場整地後的地形模型 建立吊裝工地現場整地後的地形模型
吊裝空間評估必須注意工地因開挖或施工需要之整地造成的現地地形變化，為降 低現地地形模型與實際地形之差異，須測得整地後吊裝作業範圍內之主要地形特徵點 位之座標與高程，再利用測得之座標與高程值在 Autodesk Revit architecture 軟體內繪 製測得地形模型。
於現地測量時，選定工作範圍的地形主要輪廓進行測量，選點原則以測點最少及 能反應地形特徵範圍；本專案之測量點位數據如表 3-3，共計測得 69 個點位。
表 3-3 吊裝作業範圍整地後地氣形測量數據
點號 N E EL 點號 N E EL
1 2732660.329 286547.169 577.560 36 2732630.126 286483.696 589.907 2 2732651.045 286529.683 579.482 37 2732633.546 286476.876 589.711 3 2732644.750 286510.846 582.899 38 2732639.739 286465.630 589.638 4 2732653.180 286522.965 582.636 39 2732616.437 286481.226 592.165 5 2732661.739 286537.686 581.250 40 2732612.255 286479.122 592.156 6 2732664.518 286533.471 584.709 41 2732620.871 286472.218 592.200 7 2732656.142 286517.918 586.216 42 2732612.745 286470.178 592.423 8 2732649.709 286508.769 586.759 43 2732610.235 286479.378 597.775 9 2732651.218 286493.624 587.323 44 2732606.874 286476.677 597.693 10 2732654.798 286460.197 588.401 45 2732615.435 286469.089 597.735 11 2732659.314 286461.025 590.021 46 2732612.379 286466.829 597.891 12 2732657.724 286474.292 590.958 47 2732621.520 286472.403 589.936 13 2732656.329 286501.672 590.508 48 2732616.856 286481.558 590.002 14 2732657.254 286511.468 590.227 49 2732622.818 286463.315 589.867
34
15 2732665.878 286524.288 590.083 50 2732619.605 286471.147 590.025 16 2732676.288 286539.886 589.546 51 2732648.917 286452.720 589.254 17 2732682.397 286537.383 589.644 52 2732650.685 286453.293 589.253 18 2732682.325 286532.536 590.072 53 2732655.771 286456.315 589.421 19 2732681.420 286526.173 590.261 54 2732655.542 286443.826 589.273 20 2732679.367 286518.327 590.423 55 2732647.942 286438.382 589.310 21 2732676.020 286506.056 590.547 56 2732641.922 286428.596 590.765 22 2732675.344 286489.681 591.067 57 2732624.057 286427.283 591.394 23 2732677.744 286484.576 591.494 58 2732624.501 286431.490 590.835 24 2732678.122 286470.094 591.348 59 2732628.054 286443.233 589.595 25 2732676.808 286458.350 591.274 60 2732630.850 286445.537 589.464 26 2732665.837 286450.825 589.582 61 2732654.952 286460.237 588.243 27 2732682.034 286513.755 598.982 62 2732654.006 286464.153 587.934 28 2732693.218 286519.217 600.682 63 2732636.687 286506.000 582.316 29 2732696.343 286508.981 600.662 64 2732641.607 286509.917 582.371 30 2732692.899 286506.387 600.639 65 2732644.102 286509.402 582.575 31 2732688.078 286516.813 600.826 66 2732641.333 286486.727 583.214 32 2732686.427 286504.854 598.987 67 2732649.042 286487.097 583.528 33 2732615.627 286485.582 589.661 68 2732648.552 286457.786 585.949 34 2732619.200 286489.617 589.743 69 2732652.649 286460.831 585.621 35 2732626.816 286489.856 589.861
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吊裝作業範圍的地形模型繪製方法，是先將表 3-3 的測量數據輸入 Microsoft Excel 如圖 3-45 所示，再由 Microsoft Excel 轉檔至 Autodesk AutoCAD 如圖 3-46 所示，
使用 Autodesk AutoCAD 軟體將測得之點位以線段功能連接測點，定義輪廓如圖 3-47 所示，再以 3D 環轉改變視角檢查輪廓是否定義正確如圖 3-48 所示，現地整地地形輪 廓建立完成後將之匯入 Autodesk Revit architecture 軟體內。
圖 3-45 現地測量成果輸入 Excel 圖 3-46 在 Excel 轉檔至 CAD 檔
圖 3-47 以 CAD 的線段連接平面特徵 點
圖 3-48 以 CAD 的 3D 環轉檢查特徵點
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匯入 Autodesk Revit architecture 軟體內之測量資料依座標放置正確位置如圖 3-49 所示，使用編輯地表之功能，輸入點位高程，使用鎖點功能對測量資料進行描繪 如圖 3-50 所示，現地整地地形完成如圖 3-51 所示，圖 3-52 為未繪製現地整地地形供 參考比較，可知相對於圖 3-52，圖 3-51 能清楚描述整地後地形實際情況。
圖 3-49 地形資料匯入 Revit 圖 3-50 在 Revit 輸入各點位高程
圖 3-51 匯入地形模型後的狀況 圖 3-52 未匯入地形模型的狀況
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2、 、 、建立吊裝機具模型 、 建立吊裝機具模型 建立吊裝機具模型 建立吊裝機具模型
吊裝空間評估必須考量吊裝機具尺寸、使用空間、作業半徑、起重能力等，相關 資料可參考吊裝機具使用手冊，本工程專案吊裝分包商主要使用之吊裝機具為：
1. HITACHI SUMITOMO SCX 2800 (最大起重能力 275t)，如圖 3-53 所示。
2. DEMAG AC 395 (最大起重能力 135t)，如圖 3-54 所示 3.
圖 3-53 HITACHI SUMITOMO SCX 2800
圖 3-54 DEMAG AC 395
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吊裝機具模型是依據使用手冊[18][19]上之尺寸，如圖 3-55 及圖 3-56 所示，以依 照吊車主體之長寬高、吊臂長、吊車旋轉軸位置與高度、及吊臂支軸位置與高度，用 Autodesk 3ds Max 進行建模，SCX 280 吊車如圖 3-57 所示，AC 395 吊車如圖 3-58 所 示。
圖 3-55 SCX 2800 吊車的各部尺寸 圖 3-56 AC 395 吊車的各部尺寸
圖 3-57 以 3ds Max
模擬 SCX 2800 吊車 圖 3-58 以 3ds Max 模擬 AC 395 吊車
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3、 、 、彙整模型進行評估 、 彙整模型進行評估 彙整模型進行評估 彙整模型進行評估
本研究依照吊裝分包商擬定之「台七線蘇樂橋災害修復工程鋼骨工程安裝預定進 度表」[4]內容進行排程評估，將該進度表整理如表 3-4 所示，並參考「鋼橋安裝施工 計畫書」[4]內鋼樑重量，如附表 1-1 及表 3-5 所示，配合吊裝機具起重能力，如附表 2-1 及附表 2-2 所示，評估各吊裝步驟吊裝機具作業半徑是否能配合鋼樑重量之起重 能力，及吊臂是否能伸及吊裝位置等。
表 3-4 台七線樂橋災害修復工程鋼骨工程安裝預定進度表
任務名稱 工期(天) 開始時間 完成時間 吊裝前置作(支撑架組裝) 13 99/3/15 99/3/27 斜鋼柱地組 P11、P12、P13 2 99/3/28 99/3/29 1
斜鋼柱吊裝 P11、P12、P13 2 99/3/30 99/3/31 吊裝前置作(支撑架組裝) 6 99/4/1 99/4/6
斜鋼柱地組 P14、P15 3 99/4/7 99/4/9 2
斜鋼柱吊裝 P14、P15 2 99/4/10 99/4/11 3 鋼樑吊裝 GA＆GB06、 GA＆GB16 2 99/4/12 99/4/13 鋼樑地組 GA7~GA15 3 99/4/14 99/4/16 4 鋼樑吊裝 GA7~GA15 1 99/4/17 99/4/17 鋼樑地組 GB7~GB15 3 99/4/18 99/4/20 鋼樑吊裝 GB7~GB15 1 99/4/21 99/4/21 5
橫隔樑吊裝 1 99/4/22 99/4/22 6 鋼樑吊裝 GA＆GB05、 GA＆GB17 2 99/4/23 99/4/24 吊裝前置作(支撑架組裝) 4 99/4/25 99/4/28
鋼樑地組
GA＆GB03~04、GA＆GB18~19 3 99/4/29 99/5/1 鋼樑吊裝
GA＆GB03~04、GA＆GB18~19 2 99/5/2 99/5/3 7
橫隔樑吊裝 1 99/5/4 99/5/4 鋼樑地組
GA＆GB01~02、GA＆GB20~21 3 99/5/5 99/5/7 鋼樑吊裝
GA＆GB01~02、GA＆GB20~21 2 99/5/8 99/5/9 8
橫隔樑吊裝 1 99/5/10 99/5/10
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表 3-5 吊裝步驟鋼樑重量整理表
吊裝步驟 鋼樑編號 鋼樑重量(t)
1 P11、P12、P13 53.5t*4
2 P14、P15 27.5t*4
3 GA＆GB06、GA＆GB16 36t*4
4 GA07、GA15、GA08~GA14 25t、18t、96t
5 GB07、GB15、GB08~GB14 25t、18t、96t
6 GA＆GB05、GA＆GB17 20t*4
7 GA＆GB03~04、GA＆GB18~19 23t、23t
8 GA＆GB01~02、GA＆GB20~21 11t、10t
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步驟 1 可分為宜蘭端臨時支撑架組裝(TYPE-1、TYPE-2)、桃園端臨時支撑架組 裝(TYPE-1、TYPE-2)、桃園端 P11、P12、P13 斜鋼柱吊裝(下游側、上游側)、宜蘭 端 P11、P12、P13 斜鋼柱吊裝(下游側、上游側)等吊裝任務如圖 3-59。所示。
宜蘭端臨時支撑架組裝(TYPE-2)
使用 AC 395 吊車，較遠的 TYPE-2 支 架先吊，吊臂長 60 公尺，作業半徑 17 公尺，吊車起重能力大於 7.5 噸，可順 利完成吊裝任務。
宜蘭端臨時支撑架組裝(TYPE-1)
使用 AC 395 吊車，吊臂長 55 公尺，作 業半徑 11.5 公尺，吊車起重能力大於 9.8 噸，可順利完成吊裝任務。
桃園端臨時支撑架組裝(TYPE-1;TYPE-2)
42
使用 SCX 2800 吊車，吊臂長 67.05 公 尺，作業半徑 34 公尺，吊車起重能力 21.7 噸，可順利完成吊裝任務。
桃園端上游側 P11、P12、P13 斜鋼柱吊裝
使用 SCX 2800 吊車，吊臂長 67.05 公 尺，作業半徑 24 公尺，吊車起重能力 35.2 噸，鋼樑重量 53.5 噸，鋼樑重大於 吊車起重能力，因此必需使用兩部吊車 共同吊裝，但受制於臨時支撑架空間，
無第二部吊車作業空間，此吊裝任務將 被提出成為討論議題一。
桃園端下游側 P11、P12、P13 斜鋼柱吊裝
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桃園端下游側 P11、P12、P13 斜鋼柱吊 裝，使用 SCX 2800 吊車，吊臂長 67.05 公尺，作業半徑 20 公尺，吊車起重能 力 43.7 噸，鋼樑重量 53.5 噸，鋼樑重 大於吊車起重能力，此吊裝任務與上游 側有相同問題將一並成為討論議題一。
宜蘭端下游側 P11、P12、P13 斜鋼柱吊裝
使用 SCX 2800 吊車，吊臂長 67.05 公 尺，作業半徑 28 公尺，吊車起重能力 29 噸，搭配 AC 395 吊車，吊臂長 41 公尺，作業半徑 15 公尺，吊車起重能 力 15.3 噸，合計起重能力 44.3 噸，鋼 樑重量 53.5 噸，鋼樑重量大於兩部吊車 起重能力，吊裝空間受限於臨時支撑 架，導致 SCX 2800 吊車無法縮小作半 徑提升起重能力，此吊裝任務將被提出 成為討論議題二。
宜蘭端上游側 P11、P12、P13 斜鋼柱吊裝
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使用 SCX 2800 吊車，吊臂長 67.05 公 尺，作業半徑 20 公尺，吊車起重能力 43.7 噸，搭配 AC 395 吊車，吊臂長 41 公尺，作業半徑 15 公尺，吊車起重能 力 15.3 噸，合計起重能力 59 噸，鋼樑 重量 53.5 噸，兩部吊車起重能力大於鋼 樑重量，可順利完成吊裝任務。
圖 3-59 步驟 1 吊裝流程圖
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步驟 2 可分為桃園端上游側 P14、P15 斜鋼柱吊裝、桃園端下游側 P14、P15 斜 鋼柱吊裝、宜蘭端下游側 P14、P15 斜鋼柱吊裝、宜蘭端上游側 P14、P15 斜鋼柱吊 裝等吊裝任務如圖 3-60 所示。
桃園端上游側 P14、P15 斜鋼柱吊裝
桃園端上游側 P14、P15 斜鋼柱吊裝，
使用 SCX 2800 吊車，吊臂長 67.05 公 尺，作業半徑 20 公尺，吊車起重能力 43.7 噸，鋼樑重量 27.5 噸，吊車起重能 力大於鋼樑重量，可順利完成吊裝任 務。
桃園端下游側 P14、P15 斜鋼柱吊裝
桃園端下游側 P14、P15 斜鋼柱吊裝，
使用 SCX 2800 吊車，吊臂長 67.05 公 尺，作業半徑 20 公尺，吊車起重能力 43.7 噸，鋼樑重量 27.5 噸，吊車起重能 力大於鋼樑重量，可順利完成吊裝任 務。
宜蘭端下游側 P14、P15 斜鋼柱吊裝
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宜蘭端下游側 P14、P15 斜鋼柱吊裝，
使用 SCX 2800 吊車，吊臂長 67.05 公 尺，作業半徑 12 公尺，吊車起重能力 60.5 噸，鋼樑重量 27.5 噸，吊車起重能 力大於鋼樑重量，可順利完成吊裝任 務。
宜蘭端上游側 P14、P15 斜鋼柱吊裝
宜蘭端上游側 P14、P15 斜鋼柱吊裝，
使用 SCX 2800 吊車，吊臂長 67.05 公 尺，作業半徑 20 公尺，吊車起重能力 43.7 噸，鋼樑重量 27.5 噸，吊車起重能 力大於鋼樑重量，可順利完成吊裝任 務。
圖 3-60 步驟 2 吊裝流程圖
47
步驟 3 可分為 GB06 斜鋼柱吊裝、GA06 斜鋼柱吊裝、GA16 斜鋼柱吊裝、GB16 斜鋼柱吊裝等吊裝步驟如圖 3-61 所示。
GB06 斜鋼柱吊裝
使用 SCX 2800 吊車，吊臂長 67.05 公 尺，作業半徑 16 公尺，吊車起重能力 56.2 噸，鋼樑重量 36 噸，吊車起重能力大於 鋼樑重量，可順利完成吊裝任務。
GA06 斜鋼柱吊裝
使用 SCX 2800 吊車，吊臂長 67.05 公 尺，作業半徑 12 公尺，吊車起重能力 60.5 噸，鋼樑重量 36 噸，吊車起重能力大於 鋼樑重量，可順利完成吊裝任務。
GA16 斜鋼柱吊裝
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使用 SCX 2800 吊車，吊臂長 67.05 公 尺，作業半徑 12 公尺，吊車起重能力 60.5 噸，鋼樑重量 36 噸，吊車起重能力大於 鋼樑重量，可順利完成吊裝任務。
GB16 斜鋼柱吊裝
使用 SCX 2800 吊車，吊臂長 67.05 公 尺，作業半徑 12 公尺，吊車起重能力 60.5 噸，鋼樑重量 36 噸，吊車起重能力大於 鋼樑重量，可順利完成吊裝任務。
圖 3-61 步驟 3 吊裝流程圖
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步驟 4 可分為 GA07 鋼樑吊裝、GA15 鋼樑吊裝、GA08~GA14 鋼樑吊裝等吊裝 任務如圖 3-62 所示。
GA07 鋼樑吊裝
使用 SCX 2800 吊車，吊臂長 67.05+12.2 公尺，作業半徑 15 公尺，吊車起重能力 27 噸，鋼樑重量 25 噸，吊車起重能力大 於鋼樑重量，可順利完成吊裝任務。
GA15 鋼樑吊裝
使用 SCX 2800 吊車，吊臂長 67.05 公 尺，作業半徑 12 公尺，吊車起重能力 60.5 噸，鋼樑重量 18 噸，吊車起重能力大於 鋼樑重量，可順利完成吊裝任務。
GA08~GA14 鋼樑吊裝
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使用兩部 SCX 2800 吊車，吊臂長 67.05 公尺，作業半徑 18 公尺，吊車起重能力 98.6 (49.3+49.3=98.6) 噸 ， 鋼 樑 重 量 96 噸，吊車起重能力大於鋼樑重量，可順利 完成吊裝任務。
圖 3-62 步驟 4 吊裝流程圖
步驟 5 可分為 GB07 鋼樑吊裝、GB15 鋼樑吊裝、GB08~GB14 鋼樑吊裝等吊裝任 務如圖 3-63 所示。
GB07 鋼樑吊裝
使用 SCX 2800 吊車，吊臂長 67.05+12.2 公尺，作業半徑 15 公尺，吊車起重能力 27 噸，鋼樑重量 25 噸，吊車起重能力大 於鋼樑重量，可順利完成吊裝任務。
GB15 鋼樑吊裝
