建築資訊模型在 4D 排程及施工衝突檢查之應用實證

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中華大學碩士論文

建築資訊模型在 4D 排程及施工衝突檢查之應用實證

Application of Building Information Modeling on 4D Scheduling and Conflict Checking

系所別：土木工程學系碩士班

學號姓名：M09804007 黃文俊指導教授：邱垂德博士

中華民國 101 年 1 月

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摘要

施工進度控制是建築專案中相當重要的一環，現今的施工排程大多依據二維圖說，空間描述性不足，常發生無法預期之空間衝突，延後建築專案完成時間。三維設計在近年來發展迅速，各種不同軟體之間的整合性也愈來愈高，且以物件導向技術納入各項物件資料庫，形成建築資訊模型(Building Information Modeling, 簡稱為BIM) 工具，若再與施工順序時間結合，更可形成所謂的4D排程，很容易找出施工中發生的設計及空間之衝突，但四維施工模擬對工程所提供的效益評估相關論述仍不足。本研究以一鋼筋混凝土大樓為例，使用BIM工具建置三維建築模型、鋼筋混凝土結構模型及機水電模型，搭配建商提供之施工預定進度，用Navisworks整合完成4D模型，進行視覺化時間與空間衝突評估，再與實際施工狀況實證，並進行量化分析。研究結果顯示利用4D施工排程模擬，可找出施工中所產生的空間衝突，並且透過機具動畫模擬，可事先瞭解機具施工時是否符合所需作業的空間及高度，將可模擬的構件依工地預算表金額進行量化分析，本研究於此案例中在結構工程部分可模擬的百分比為 93.15%，若包含準備及假設工程，可模擬百分比佔預算總金額的42.53%。透過量化分析，可以瞭解四維施工排程在建築專案中的可模擬範圍。

關鍵詞：建築資訊模型、4D 排程、衝突檢查、施工模擬

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Abstract

Engineering schedule control is a very important element in architecture projects and the engineering schedules nowadays are mostly based on the two-dimension drawings with insufficient description abilities of space so as to cause the unpredictable space conflict and delay the completion dates of architecture projects.Three-dimensional design has developed quickly in recent years and the integration between different software become better and better. Moreover, the data base includes every object by the navigation technology and then forms the Building Information Modeling called BIM tool. If BIM combines the engineering orders and times, the four-dimension schedule can form and make us easily to find out the conflict in designs and space. But the dissertations about the benefits which four-dimension construction simulation contributes to engineering are still insufficient.This research takes a reinforced concrete building for example and use BIM tool to construct the models of three-dimension architecture, reinforced concrete structure, machinery, the hydraulic and electricity. The models plus the engineering anticipated schedule provided from the contractor and then the four-dimension model is integrated completely by Navisworks. After the models completed, we process the evaluation of the conflict of visualization time and space and then verify with the practical engineering situations to analyze quantitatively.The research results show that we can find out the space conflict in engineering by the four-dimension schedule simulation and understand the required space and height in engineering in advance by the machinery animation simulation. With the objects which can be simulated, we are able to process the quantitative analyses by the site budget list. The budget which can be simulated in this case is 93.15% and the percentage will be 42.53% if the preparation and supposed engineering works are included. This helps us to understand the scope which can be simulated in architecture projects by four-dimension engineering schedule.

Key words：BIM、4D scheduling、conflict checking、engineering simulation

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誌謝

承蒙恩師邱垂德博士在文俊碩士班求學期間，對於文俊做人處事上細心的指點與教導，對於論文研究給予學術上的建議與指導，使文俊獲益匪淺，不僅養成課業上精益求精的態度，更獲得許多寶貴的待人處事道理。恩師認真負責的處事態度及嚴謹的治學精神，為文俊一生的典範，在此致上最誠摯的感謝與敬意。

本論文撰寫初成期間，承蒙本校徐增興教授及中央大學楊智斌教授，擔任審核委員，給予文俊論文上鉅細靡遺的指正及觀念澄清，並惠賜寶貴意見，使得本論文得以更加詳實完備，在此由衷敬上最誠摯的謝意。

在求學期間感謝大硯建設公司謝偉文經理及工地陳致成主任，在專業領域上熱心指導，支持本研究進行並給予最大的協助，使得本論文得以順利完成，至上最高的謝意。

研究所求學期間，感謝學長理成、偉成、家豪、思捷、顯硯、豎程、奕軒、士種的協助與指導，同窗好友景田、銍瑋、貽明，學弟懷德、玉國、正豐、多芬、泱達、

峻豪相互扶持與鼓勵，於不及備載的好友們，感謝大家陪伴我度過這歡笑、辛苦、收穫良多的研究所時期。

最後感謝敬愛的家人及女友，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，在此至上最誠摯的謝意。

黃文俊謹致於中華大學 2011.12

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表目錄

表 2.1 各分包商構件顏色表[LACCD，2009] ... 12

表 3.1 大硯二宅辦公室及集合住宅新建工程 ... 20

表 3.2 構件顏色分類表 ... 48

表 4.1 間隙碰撞結果分類表 ... 57

表 4.2 施工模擬動畫實際施工時間與播放時間對照表 ... 74

表 4.3 大硯二宅工程總預算表 ... 76

表 4.4 大硯二宅準備及假設工程預算明細表 ... 77

表 4.5 大硯二宅結構工程預算明細表 ... 78

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圖目錄

圖 1.1 本研究流程圖 ... 3

圖 2.1 4D 視覺化空間衝突分析模組之系統架構[吳翌禎、邱彥彰，2010] ... 8

圖 2.2 三維模型基礎協同設計過程[LACCD，2009] ... 10

圖 2.3 BIM 專案各階段之協作互通軟體規劃及交付註記[LACCD，2009] ... 11

圖 2.4 BIM 概念與建助生命週期的資訊應用[李萬利、蘇瑞育，2011] ... 13

圖 2.5 由 4D-CAD 軟體截取之操作畫面[Kathleen McKinney，1996] ... 14

圖 2.6 4D 視覺化描述空間屬性 [David Heesom and Lamine Mahdjoubi，2002] ... 15

圖 2.7 使用 Bentley Microstation Triforma 輸入資料之過程示意圖[鄭介旗，2005] .. 16

圖 2.8 吊裝 4D 動畫模擬[邱顯硯，2010] ... 17

圖 2.9 吊裝溝通協調會[邱顯硯，2010] ... 17

圖 2.10 四維模擬施工示意圖[林豎程，2011] ... 18

圖 3.1 本研究擬定的研究方法流程示意圖 ... 19

圖 3.2 本研究建築模型建置流程圖 ... 21

圖 3.3 在建模軟體設定樓層線示意圖 ... 22

圖 3.4 在建模軟體匯入 CAD 示意圖 ... 22

圖 3.5 在建模軟體建立柱示意圖 ... 23

圖 3.6 在建模軟體建立梁示意圖 ... 23

圖 3.7 在建模軟體建立版示意圖 ... 24

圖 3.8 在建模軟體建立牆示意圖 ... 24

圖 3.9 在建模軟體建立樓梯示意圖 ... 25

圖 3.10 在建模軟體建立降版示意圖 ... 25

圖 3.11 利用建模軟體本身的功能進行衝突檢查示意圖 ... 26

圖 3.12 匯出建築模型示意圖 ... 26

圖 3.13 本研究結構模型建置流程圖 ... 27

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圖 3.14 在建模軟體設定保護層厚度示意圖 ... 28

圖 3.15 在建模軟體設定建立鋼筋與設定錨定長度示意圖 ... 28

圖 3.16 在建模軟體建立柱鋼筋示意圖 ... 29

圖 3.17 在建模軟體建立梁鋼筋示意圖 ... 29

圖 3.18 在建模軟體建立版鋼筋示意圖 ... 30

圖 3.19 在建模軟體建立牆鋼筋示意圖 ... 30

圖 3.20 在建模軟體建立樓梯鋼筋示意圖 ... 31

圖 3.21 結構模型建置完成示意圖 ... 31

圖 3.22 匯出鋼筋模型示意圖 ... 32

圖 3.23 本研究機水電模型建置流程圖 ... 33

圖 3.24 在建模軟體設定保護層厚度示意圖 ... 34

圖 3.25 建立衛生設備示意圖 ... 34

圖 3.26 建立管線與設定管件附件示意圖 ... 35

圖 3.27 設定管徑與高層示意圖 ... 35

圖 3.28 建立管線示意圖 ... 36

圖 3.29 設定洩水坡度示意圖 ... 36

圖 3.30 管線配置完成示意圖 ... 37

圖 3.31 衝突檢查示意圖 ... 37

圖 3.32 在建模軟體匯出管線示意圖 ... 38

圖 3.33 本研究周邊建物及假設工程模型建置流程圖 ... 39

圖 3.34 周邊建物模型建置示意圖 ... 39

圖 3.35 建立機具模型示意圖 ... 40

圖 3.36 建立施工架示意圖 ... 40

圖 3.37 在建模軟匯出模型示意圖 ... 41

圖 3.38 整合衝突檢查示意圖 ... 42

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圖 3.39 設定衝突檢查項目示意圖 ... 43

圖 3.40 設定衝突允許範圍示意圖 ... 43

圖 3.41 檢查衝突結果示意圖 ... 44

圖 3.42 檢查衝突結果示意圖 ... 44

圖 3.43 本研究 4D 施工排程模擬建置流程圖 ... 45

圖 3.44 工項細分圖 ... 46

圖 3.45 建立甘特圖示意圖 ... 46

圖 3.46 附加選擇集示意圖 ... 47

圖 3.47 指定構件顏色示意圖 ... 48

圖 3.48 鋼筋與水管使用顏色示意圖 ... 49

圖 3.49 建立機具動畫示意圖 ... 49

圖 3.50 施工模擬設定示意圖 ... 50

圖 3.51 動畫設定示意圖 ... 50

圖 3.52 施工模擬與現場實證 ... 51

圖 4.1 利用 Revit Architecture 塗層功能繪製模板 ... 52

圖 4.2 模板及牆面繪入 Navisworks ... 53

圖 4.3 在 Navisworks 中將模板塗層隱藏 ... 53

圖 4.4 利用 Revit Architecture 以實體牆面繪製模板 ... 54

圖 4.5 以實體牆面繪製模版匯入 Navisworks 後將模板隱藏 ... 54

圖 4.6 樓版混凝土的模板臨時支撐現場照片 ... 55

圖 4.7 施工空間碰撞檢查分析 ... 56

圖 4.8 間隙碰撞分析結果 ... 57

圖 4.9 樑與牆面接合處示意圖 ... 58

圖 4.10 樑與牆面落差處示意圖 ... 58

圖 4.11 間隙碰撞為 0.15m 處施工空間不足 ... 59

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圖 4.12 施工現場解決碰撞議題示意圖 ... 59

圖 4.13 機水電與混凝土結構碰撞分析 ... 60

圖 4.14 機水電與混凝土結構碰撞檢查結果 ... 60

圖 4.15 機水電與混凝土結構碰撞檢查結果示意圖 ... 61

圖 4.16 機水電與鋼筋結構碰撞檢查分析 ... 61

圖 4.17 機水電與鋼筋結構碰撞檢查結果 ... 62

圖 4.18 機水電與鋼筋結構碰撞檢查結果示意圖 ... 62

圖 4.19 25 噸吊車尺寸示意圖 ... 63

圖 4.20 吊車定格荷重表及吊車作業半徑圖 ... 63

圖 4.21 吊車施工模擬位置及預定吊料位置圖 ... 64

圖 4.22 三樓樓地板及施工架高度示意圖 ... 64

圖 4.23 吊車於三樓吊料模擬臂長及仰角示意圖 ... 64

圖 4.24 六樓樓地板及施工架高度示意圖 ... 65

圖 4.25 吊車模擬臂長及仰角示意圖 ... 65

圖 4.26 25 噸吊車用於六樓吊料產生衝突示意圖 ... 65

圖 4.27 工地現場 120 噸吊車用於六樓吊料圖 ... 66

圖 4.28 施工帄面配置分區圖 ... 68

圖 4.29 柱施工模擬順序示意圖 ... 69

圖 4.30 柱模擬與現場施工對照圖 ... 69

圖 4.31 牆施工模擬順序示意圖 ... 70

圖 4.32 牆模擬與現場施工對照圖 ... 70

圖 4.33 樑施工模擬順序示意圖 ... 71

圖 4.34 樑模擬與現場施工對照圖 ... 71

圖 4.35 版施工模擬順序示意圖 ... 72

圖 4.36 版模擬與現場施工對照圖 ... 72

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圖 4.37 灌漿施工模擬順序示意圖 ... 73 圖 4.38 灌漿模擬與現場施工對照圖 ... 73 圖 4.39 四維施工模擬動畫部分示意圖 ... 75

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第一章緒論

1.1 研究背景

建築專案生命週期相當冗長，從規劃、設計、施工、營運到維護，都需要事先制定完整的計畫與流程，而專案計畫通常需要透過經驗足夠的人員來擬定，在傳統施工排程中，大多以文字配合甘特圖及二維圖面來表達，比起三維圖面來說，空間描述性較為不足，也難以反映出施工現場狀況，往往造成在施工中發生問題時，再召集承包商進行問題檢討與解決，若問題無法解決就必頇進行變更設計，造成工期的延長及人力金錢成本的增加。

1.2 研究動機

三維模型配合施工順序時間可形成所謂的四維模型（Four Dimension，簡稱4D），

透過空間及時間的呈現，更能給人直覺式的感受，3D模型配合預定的施工計畫可將工地現況在電腦中進行模擬，找出施工中會產生的空間設計及時間衝突，在開工前召集各承包商對預先模擬出的衝突問題進行討論，在正式開工前進行設計的變更或是施工計畫的調整，提早發現並排除衝突，讓擬定的施工計畫更具有效率、整合性及完整性。

基於以上的論述，本研究採用實際的建築工程專案，透過BIM軟體工具建立模型，確認模型的完整性及正確性之後，將模型配合預定的施工計畫進行四維的模擬，

並與工地現場比對，討論現行軟體在施工模擬上可模擬的範圍及完整性。

1.3 研究目的

本研究主要以實際進行中的建設專案為探討對象，在建置三維資訊模型後進行檢查，將模型配合預定施工排程進行四維模型模擬，並與現場工地進行實證，瞭解國內現有 BIM 軟體在施工模擬的效益，總結本研究之目的有下列三項。

1、使用建設公司所提供二維圖面及施工進度表，建置四維施工排程模擬，找出施工中的衝突點進行討論。

2、藉由四維施工排程模擬，將模擬結果製作成施工動畫，並將動畫成果以相同視角與工地現場進行比對實證，期望透過直觀且易懂的動畫特性，讓各分包

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商在施工前可以先行討論，針對施工當中的衝突先行檢討進行修正。

3、將施工排程模擬可模擬部分進行量化分析，探討目前 BIM 軟體在施工排程模擬中可模擬的範圍。

1.4 研究範圍與限制

本研究獲大硯建設公司同意，取得大硯二宅相關圖資，並與建設公司充分溝通及相互瞭解，在工地主任同意並親自帶領指導下，進入工地現場觀察並記錄，瞭解工地施工情況，然而受限於工程時程及本研究中所使用的軟體功能，整理出下列的研究範圍與現制。

1、三維建模部分因假設工程中模板支撐部分，顯場除了依照模版支撐工法進行基本配置，仍需依現場施工狀況進行調整及補強，故無法進行模擬，模板部分僅能以牆面假設為模板進行繪製，無法準確與工地現況符合，且在繪製上需耗費較多的工時。

2、施工模擬量化分析部分，因預算表項目無法精確細分各工項金額，故在進行量化分析時，僅能以預算表所列項目進行量化分析。

3、本研究針對建案標準層進行施工排程模擬，工地現場進度已施工至標準層，

故本研究僅能將模擬成果與現場施工狀況進行比對實證。

1.5 研究方法流程與論文架構

本研究所使用之研究方法流程如圖 1.1 所示。第一章首先確認研究動機、研究目的、研究範圍與限制及編排研究流程與論文架構。第二章為文獻回顧部份，主要是現今施工排程模擬相關文獻案例，建築資訊模型的介紹，最後則對應用案例進行基本介紹。第三章為研究方法與流程，說明如何建立三維模型，確認模型之正確性，並將模型配合施工進度進行四維施工排程模擬以進行實證比對。第四章內容則為現有軟體模擬時所產生的問題，透過施工排程模擬找出施工中的衝突再與工地現場比對，並將可模擬部分進行量化分析。最後則彙整研究成果並提出建議作為第五章。

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3 研究動機、目

的、範圍

文獻回顧

本研究案例建築圖說資料蒐集

建立三維建築、結構模型

與建設公司確認模型之正確性

問題或議題整理

NO

施工排程模擬 YES

施工排程衝突檢查

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

第四章結果與討論

第五章結論與建議施工資料

確認施工排程模擬正確性

YES

NO 進行修正

量化分析與工地進行驗證

YES

重新評估衝突

NO

圖 1.1 本研究流程圖

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第二章文獻回顧

2.1 建築資訊模型

建築(Architecture)、工程(Engineering)、營建(Construction)產業(簡稱 AEC 產業) 一直都是依賴圖文資料溝通的行業，紙本文件若有錯誤或漏失，總是提高成本、展延工期、甚至到契約各方出現履約爭議而提出仲裁或訴訟。Kymmell, W.(2008)指出審視有效溝通所需的(1)溝通意願、(2)相互瞭解、(3)合作精神、及(4)視覺化，四項要素中，

前三項是個人的主觀思維，要靠團隊建設與激勵加強，視覺化則是客觀的技術面，可以資訊科技補足。

鄧挺發(2009)指出電腦科技發展至今，為了提升效率，建築產業也邁向了電腦化之路。從手繪、電腦 2D 繪圖、3D 繪圖，至西元兩千年以後的 Building Information Modeling(簡稱 BIM)。

王茂興(2008)提到 BIM 之概念起始於 Autodesk“3D、物件導向(object-oriented)、

AEC-specific CAD＂；其次是美國喬治亞理工學院之 C.M. Eastman 教授於 1970 年代末期所提出之建築物產品模型(building product model)。30 多年來，Eastman 教授一直致力於著作及講授虛擬設計與施工，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」。

Eastman, C., Teicholz, P., Sacks, R., and Liston, K.(2008)指出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)已是必備工作。最近幾年軟體開發商甚至積極整合所謂的「交換標準格式」(如 Industry Foundation Class, IFC)，搭起不同專業軟體的溝通橋樑，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，形成所謂「建築資訊模型(BIM)」，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。

黃偉訓，唐清浿，徐輝明(2006)，說明 BIM 利用『數值化』、『參數化』為主要概

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念，可以不間斷、立即的提供專案設計控管、明細表及成本等相關資訊，並藉由『參數設變引擎』(Parametric Change Engine)維持高品質、確實可靠、協調一致的能力。

給予三維模型各構件之定義與屬性，於修改構件時，可同時更改提取之相關資訊。

Lee, G., Sacks, R., and Eastman(2006)說明，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 )，是利用數值模型描述建築的功能和物理特性的一項技術，是一個共享的資訊帄台，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 Dimension, 簡寫為 3D)模型是當前受最注目的資訊科技，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。

整理美國在 BIM 技術、流程及其展現的成果，可以體認到所謂建築資訊模型 (BIM)，在觀念上就是應用現在已經成熟的 IT 科技之電腦軟體，在實體營建工程展開之前，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 AEC 產業的效率與產值。台灣地區的 IT 產業相當進步，以台灣大學土木系為首的學術界，在工程視覺化技術上也跟緊世界潮流，甚至於與中鼎工程(股) 公司(2010)共同開發視覺化 4D 營建管理程式「Construction Direct」及「Erection Direct」，並分別成功應用在中鼎大樓興建工程及中油大林煉油廠之吊裝工程；在 BIM 技術的推廣教育方面，除深入剖析技術發展過程、BIM 工具介紹、及康仕仲、蔡孟涵(2009、2010)成功應用的案例，也成立研究及教育訓練中心，進行 BIM 技術人力的培訓工作。成功大學陳怡兆(2009)也以專案管理的角度，深入開發多維度專案資訊整合模型，供應用在建築專案施作期程中成本、工期、及品質的決策上。在工程界方面，

李萬利、盧祥偉(2010)提到台灣世曦工程顧問公司已導入 BIM 技術，並受台肥公司委

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託，以 BIM 工具實際執行集合住宅開發案中的成本控制、設計檢討、及資訊整合的工作，充份發揮 BIM 工具的效益；該公司已於 2010 年成立 BIM 中心，並與 Autodesk 公司合贈 BIM 系列軟體給三所大學，以期在教學上造就學生帶著新觀念進入產業服務。中興工程顧問公司最近兩年來，分別由研資部、建築部、結構部、機械部、軌道二部，各別導入 3D 設計能力並嘗詴進行整合，在辦公大樓、高科技廠房、捷運場站都有不少應用經驗，除了擬定完整的 BIM 建模作業流程，對於模型的應用與分析效益，也已有深刻的體認，甚至對於不同 BIM 軟體工具的協同作業(Interoperability)模式進行探討，周頌安、蔣繼忠、鄧挺發、林柏宏、陳志文、林明星、王承順(2009)並已提出「需有 AEC 產業環境、施工廠商、業主或使用者觀念等外部環境之配合，才能發揮 BIM 技術的真正效益」的務實看法建議。中國土木水利學會(2010)，也於 2010 年 10 月發行的會刊中，推出 BIM 專輯，積極扮演在國內推動 BIM 的重要角色。

2.2 衝突干涉檢查

傳統之建築設計以 2D 圖說及規範書來表示所有的營建資訊，大量的設計資訊常使得其他設計者無法快速的一窺全貌，並擷取所需資料以行後續設計，另一方面，如果依建築專案非採 Design-Build 之招標方式，則其設計將無法對設施組成之大小、路徑、安裝等予準確的表達，而界面整合工程師利用上述設計圖說所完成之機電界面整合圖(Combine Service Drawing，CSD)及結構機電界面圖(Structural，Electrical，

Mechanical Drawing，SEM)，將僅供施工參考之用。

林明星、陳俊嘉、李佳錫、鄧新民(2009)指出，目前以 BIM 為核心之 3D 設計軟體，在國外廣泛的使用於複雜的建設專案。3D 設計軟體利用電腦處理大量資訊之功能，將建築造型予以視覺化，在設計與施工階段除可顯著地消除設計與營造單位成員因對 2D 圖說不同的解讀所造成之錯誤，亦提供所有設施的安全資訊，以提升工作的生產力、效率與品質。

美國史丹佛大學的 Center for Integrated Facility Engineering(CIFE)於 2006 年和 2007 年對使用虛擬設計與施工(Virtual Design and Construction，VDC)和建築資訊模型

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(BIM)技術在建築、工程和建造業(AEC)的商業目的調查顯示，VDC 的使用者 85%應用於 3D 衝突檢測，其次為 68%使用於建築設計展示，由此可知 3D 衝突檢測在專案計畫中實為主要應用項目，而產生各專案間之衝突即肇因於各專案間未充分完成應有之界面整合。

吳翌禎、邱彥彰(2010)於「建築資訊模型應用於工作空間衝突分析之研究」研究中將空間衝突類型分為四類，分別是設計衝突、安全上危險、損壞衝突、擁擠，並且考慮工作空間需求會隨著時間的改變而變化，且在同時間也會有不同的空間衝突產生，形成衝突的比率不同亦會造成不同程度的影響。這四類的空間衝突種類定義如下及圖 2.1 所示：

1. 設計衝突：

工程中之分項工程通常分屬不同設計部門，在各自發展設計圖說的狀況下，複雜的建築、結構、水電、環控、消防等設施，在空間配置上常會發生介面衝突。例如，

機電設備設計空間不足安裝空間緊靠結構體、管線交疊造成天花板高度不足等。

2. 安全上衝突：

工區中具有動能或活動中的機具設備與人員的工作空間發生衝突因而產生危險。例如，工程車輛行駛動線上與其他機具衝突、起重機吊裝作業範圍內與其他作業人員空間重疊、挖土機的工作範圍中有其他工項進行等。

3. 損壞衝突：

為執行某工程項目必頇損壞已完成工項，造成重工的情況。例如，設備搬運動線上的通道或門無法讓設備通過必頇拆除。

4. 擁擠衝突：

工作需求空間不足或重疊。例如，物料儲存空間太小造成物料堆置重疊、預計放置物料的地點被佔用等、室內裝修工程材料堆置影響人員通行及物料搬運、施工便道同時有多輛工程車輛進出等。

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圖 2.1 4D 視覺化空間衝突分析模組之系統架構[吳翌禎、邱彥彰，2010]

2.3 施工排程模擬

J. Gao and M. Fischer(2005)說明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。

John Kunz and Martin Fischer(2009)也提到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帄台。

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U.S. General Services Administration(2009)說明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。

David Heesom and Lamine Mahdjoubi(2004)說 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，這些順序的測詴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。

J. Gao & M. Fischer(2005)指出，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。

Los Angeles Community College District(簡稱 LACCD)，LACCD (2009)運用 BIM 技術進行校舍建置，制定出一套 BIM 標準「LACCD Building Information Modeling

(24)

10

Standards」，譯自[邱垂德]，說明三維模型基礎協同設計過程中，在施工設計階段中，

將各行業三維模型整合模擬，進行碰撞檢查分析，導出碰撞報告後召開整合會議進行討論，檢查各項碰撞問題後再進行模型修正，確認無碰撞衝突後才進入施工階段，如圖 2.2 所示。

圖 2.2 三維模型基礎協同設計過程[LACCD，2009]

在此篇文獻中提到，BIM 專案採用各階段之協作互通軟體規劃及交付註記，施工性中設計階段時期就導入 4D 排程及碰撞檢查，並在施工階段中進行施工模擬與視覺化，BIM 專案不再像早期完成規劃設計後直接進入施工階段，使得在施工中遇到問題才進行解決，容易造成變更設計或是工期展延，如圖 2.3 所示。

(25)

11

圖 2.3 BIM 專案各階段之協作互通軟體規劃及交付註記[LACCD，2009]

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12

在此篇文獻中也提到，BIM 專案為了便於識別，在 3D 協調過程中將各分包商之構件以不同顏色區隔，如表 2.1 所示。

表 2.1 各分包商構件顏色表[LACCD，2009]

項目顏色

消防管線紅色

水管(含供排水、汙水管線等) 洋紅色

風管(方形) 藍色

風管(圓形) 石灰綠

電管青色

氣動導管深綠色

水泥灰色

鋼筋褐紫紅色

建物白色

李萬利、蘇瑞育(2011)於「BIM 於商旅大樓興建工程施工階段應用實務」研究中，

說明以富邦 A10 商旅大樓新建案中如何導入 BIM，以新的角色改善工務流程，包含：

視覺化工務溝通、跨專業立體套圖、衝突檢查及空間優化等應用，如圖 2.4 所示。除了提早發現衝突問題，避免設計變更造成工程延宕外，甚至透過空間優化手法提升商業空間使用價值。

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圖 2.4 BIM 概念與建助生命週期的資訊應用[李萬利、蘇瑞育，2011]

Kathleen McKinney(1996)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 模型具互動性，而開發一個 4D-CAD 的軟體工具，如圖 2.5 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。

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圖 2.5 由 4D-CAD 軟體截取之操作畫面[Kathleen McKinney，1996]

David Heesom and Lamine Mahdjoubi(2002)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

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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 2.6 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 2.6 4D 視覺化描述空間屬性 [David Heesom and Lamine Mahdjoubi，2002]

鄭介旗(2005)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 2.7 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，頇先拆除舊有地下室再興建新地下室，因基地四週都有結構體，故必頇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，必頇詳細考慮施工程序，以避免造成工安事件；該研究以決策樹的方法

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16

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 2.7 使用 Bentley Microstation Triforma 輸入資料之過程示意圖[鄭介旗，2005]

邱顯硯(2010)於「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」研究中，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，如圖 2.8。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。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召開吊裝溝通協調會，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，如圖 2.9 所示。

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圖 2.8 吊裝 4D 動畫模擬[邱顯硯，2010]

圖 2.9 吊裝溝通協調會[邱顯硯，2010]

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林豎程(2011)於「建築資訊模型應用於公部門鋼筋混凝土建築之實證研究」研究中，以埔里工務段辦公大樓新建工程為例，將施工廠商的排程利用 Navisworks 製作之部份四維施工模擬，依預定進度製作四維程序模擬圖，進行視覺化檢查。發現虛線圈選處之灰色實體的梁懸空不合理處，如圖 2.10 所示，由於此處同樓層設計有不同高程之樓版面，一般以二維圖說進行排程時，不會注意到這類高程差異。

圖 2.10 四維模擬施工示意圖[林豎程，2011]

2.4 小結

BIM 技術在營建產業發展迅速，現今大多運用於二維圖面轉製三維模型及碰檢檢查部分，大多為了消除二維圖面因空間描述性不足所產生的錯誤，而在施工階段的四維施工排程模擬較少相關論述，故本研究針對四維施工排程模擬部分進行探討，參考相關文所獻闡述的 BIM 技術，並透過排程軟體進行四維施工模擬，針對施工階段的衝突進行碰撞分析，並導出建案標準層完整的四維施工模擬動畫，與工地現場進行實證，透過動畫的表達方式，更能給人直覺式的感受，並藉由工程預算表量化分析本案所模擬範圍，探討四維施工排程在營建產業中可模擬的範圍。

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第三章研究方法與流程

3.1 方法流程

傳統建案流程先由業主及建築師在腦中構思建案，降構想繪製成二維設計圖說，

透過各分包商的施工，最後完成建案。而本研究使用「大硯二宅辦公室及集合住宅新建工程」之建築、結構、及機水電之 2D 設計圖說，運用 Autodesk Revit 系列建模軟體，分別建立建築工程、結構(鋼筋)及機水電工程三種數值模型，透過視覺化檢查並與業主確認模型無誤後，匯入 Navisworks 軟體進行整合，並配合施工進度表，進行施工排程模擬，找出施工中所產生的衝突點進行討論，並與施工現場進行實證，再針對施工排程模擬情形進行量化分析，探討施工排程模擬在 AEC 產業中的可模擬範圍，最後將模擬影片輸出，於施工前召集各承包商進行討論，針對衝突議題事先檢討與改進，擬定的研究方法如圖 3.1 所示。

圖 3.1 本研究擬定的研究方法流程示意圖

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3.2 實證個案

大硯二宅，基地座落於新竹縣竹北市永興段 554 號地，為一棟 12 層辦公室及集合住宅，由陳泰安建築師負責設計。「二宅」原義是指「第二排」的家，和喧囂的城市主幹道維持適當距離，擁有第一排房子的便利，卻沒有擁擠、吵雜；建築外觀採簡潔俐落的斜體框架，厚實透空的牆體造型，就像一雙有力的手保護住宅。相關資料如表 3.1 所示。

表 3.1 大硯二宅辦公室及集合住宅新建工程

起造人大硯建設股份有限公司負責人:謝偉文

基地地號新竹縣竹北市永興段 554 號地壹筆

用地分區第一種住宅區

基地面基 1033.22 帄方公尺工程造價約 50,447,000 圓整

建蔽率 49.49%

容積率 198.10%

開工日期 2011 年 1 月 1 日完工日期 2012 年 7 月 31 日

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3.3 建築資訊模型建置

3.3.1 建置建築模型

圖 3.2 為本研究建築模型的建模流程大綱，首先建立樓層線，定出整棟建物高程後，將各樓層的二維 CAD 圖匯入，若無二維電子圖面，也可於帄面使用網格線繪製模型，完成後即可依照高程，分層建置柱、梁、版、牆與樓梯，主結構完成後再建置特別構件後，經內建的衝突檢查將錯誤修正後，即可匯出模型至 Navisworks 進行施工模擬整合，本研究將此建模流程，分成 10 點詳細說明如下。

圖 3.2 本研究建築模型建置流程圖

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1、建立樓層線

樓層線表達樓層高度之依據，同時也描述了每層柱的起始端與前一層柱的結束端、梁的位置、樓板的位置與牆的高度。依大硯二宅之立面圖所提供之各樓層樓高，

使用軟體「樓層」功能繪製樓層線，先將樓高定義完成，才能進行後續的建模作業，

如圖 3.3 所示。

圖 3.3 在建模軟體設定樓層線示意圖

2、載入 CAD

由於本研究已取得大硯二宅的發包圖說，故可將其 CAD 檔依樓層使用「匯入 CAD」功能放置於定義好的樓層上，方便後續作業。在建置柱梁版牆時，可直接點選圖面或按圖繪製，達到「按圖施工」的效果，如圖 3.4。

圖 3.4 在建模軟體匯入 CAD 示意圖

(37)

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3、建立柱

依照 CAD 圖面，使用軟體「結構柱」功能設定柱類型、尺寸、樓層編號等資訊，

設定完成後依照 CAD 圖面上所示位置放置結構柱，如圖 3.5。

圖 3.5 在建模軟體建立柱示意圖

4、建立梁

依照 CAD 圖面，使用專案瀏覽器的族群內之「結構框架」功能設定梁類型、尺寸、樓層編號等資訊，設定完成後依照 CAD 圖面上所示位置放置結構梁，如圖 3.6 所示。

圖 3.6 在建模軟體建立梁示意圖

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5、建立版

依照 CAD 圖面，使用軟體「結構樓版」功能設定版類型、尺寸、樓層編號等資訊，設定完成後依照 CAD 圖面上所示位置，放置樓版，如圖 3.7 所示。

圖 3.7 在建模軟體建立版示意圖

6、建立牆

依照 CAD 圖面，使用軟體「結構牆」功能設定牆類型、尺寸、樓層編號等資訊，

設定完成後依照 CAD 圖面上所示位置，放置牆，如圖 3.8 所示。

圖 3.8 在建模軟體建立牆示意圖

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7、建立樓梯

依照 CAD 圖面，使用軟體「樓梯」功能，位置繪製樓梯邊緣及豎版線後，設定樓梯類型、尺寸、樓層編號等資訊，完成樓梯建置，如圖 3.9 所示。

圖 3.9 在建模軟體建立樓梯示意圖

8、建立降版

大硯二宅案在一樓停車位設置降版，高度與樓版不同。降版的繪製應先利用「族群」建立樓版族群，繪製樓版輪廓並針對不同高度的樓版加入參數和運算設定後，再使用「載入族群」匯入原專案設定 CAD 圖所規定之數值放置使用，如圖 3.10 所示。

圖 3.10 在建模軟體建立降版示意圖

9、衝突檢查

在建立大硯二宅案的建築設計各部分細節後，應利用 Revit Architecture 本身的「自動干涉檢查」功能，先檢查建築設計本身的空間衝突，點選選單內項目，可於三維圖面檢視該兩點物件的衝突，除了可預期衝突的發生及檢討衝突發生的原因提早預定處置方法外，在事前修改後也可避免數量上的重複計算，如圖 3.11 所示。

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圖 3.11 利用建模軟體本身的功能進行衝突檢查示意圖

10、模型匯出

待確認修改完大硯二宅案的空間衝突後，利用利用 Revit Architecture「增益集」

功能中 Navisworks 設置匯出模型中繼檔，依照不同樓層分層匯出，方便後續於 Navisworks 中進行衝突檢查及施工排程模擬運用，如圖 3.12 所示。

圖 3.12 匯出建築模型示意圖

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3.3.2 建置結構模型

圖 3.13 為結構模型的建模步驟大綱，首先依據 CAD 圖設定各構件之保護層與鋼筋號數，與各構件之鋼筋號數對應之錨定彎鉤長度，完成後即可依各構件分層建置柱梁版牆與樓梯的鋼筋，建置完成後即可匯出至 Navisworks 進行施工模擬整合。本研究將鋼筋混凝土結構的建模流程，分成 8 點詳細說明如下。

圖 3.13 本研究結構模型建置流程圖

1、設定保護層厚度

保護層為表達主結構體內鋼筋與外部面最少應有距離，為的是防止鋼筋之鏽蝕，

依大硯二宅之發包圖面描述柱、梁、版、牆的保護層厚度來設定。依圖面所提供之保護層厚度利用「保護層」功能新件保護層項目並設置保護層距離，才能進行後續的建模作業，如圖 3.14 所示。

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圖 3.14 在建模軟體設定保護層厚度示意圖

2、設定鋼筋與錨定長度

由於各結構體內之鋼筋錨定的長度皆不同，因此在軟體上依照 CAD 圖面，利用「鋼筋」功能新建各結構體內之鋼筋類型、造型、錨定的彎鉤長度、樓層部件編號等設定，

才能進行後續放置鋼筋作業，如圖 3.15 所示。

圖 3.15 在建模軟體設定建立鋼筋與設定錨定長度示意圖

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3、建立柱鋼筋

依照 CAD 圖面所示位置利用「垂直/水帄於工作帄面放置鋼筋」功能放置已建置好之柱主筋、箍筋、繫筋，並將有錨定或彎鉤的部分開啟，依照圖面上之數量進行鋼筋布局，完成柱鋼筋建置，如圖 3.16 所示。

圖 3.16 在建模軟體建立柱鋼筋示意圖

4、建立梁鋼筋

依照 CAD 圖面所示位置利用「垂直/水帄於工作帄面放置鋼筋」功能放置已建置好之梁主筋、斷筋、腰筋、箍筋，並將有錨定或彎鉤的部分開啟，依照圖面上之數量進行鋼筋布局，完成梁鋼筋建置，如圖 3.17 所示。

圖 3.17 在建模軟體建立梁鋼筋示意圖

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5、建立版鋼筋

依照 CAD 圖面所示位置利用「垂直/水帄於工作帄面放置鋼筋」功能放置已建置好之版主筋、角隅補強筋，並將有錨定或彎鉤的部分開啟，依照圖面上之數量進行鋼筋布局，完成版鋼筋建置，如圖 3.18 所示。

圖 3.18 在建模軟體建立版鋼筋示意圖

6、建立牆鋼筋

依照 CAD 圖面所示位置利用「垂直/水帄於工作帄面放置鋼筋」功能放置已建置好之牆主筋、轉角補強筋、開口補強筋，並將有錨定或彎鉤的部分開啟，依照圖面上之數量進行鋼筋布局，完成牆鋼筋建置，如圖 3.19 所示。

圖 3.19 在建模軟體建立牆鋼筋示意圖

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7、建立樓梯鋼筋

依照 CAD 圖面所示位置利用「垂直/水帄於工作帄面放置鋼筋」功能放置已建置好之樓梯鋼筋，並將有錨定或彎鉤的部分開啟，依照圖面上之數量進行鋼筋布局，完成樓梯鋼筋建置，如圖 3.20 所示。待柱梁版牆樓梯之鋼筋建置完成，使用三為模型進行視覺檢查後，鋼筋模型即建置完成，如圖 3.21 所示。

圖 3.20 在建模軟體建立樓梯鋼筋示意圖

圖 3.21 結構模型建置完成示意圖

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8、模型匯出

待確認修改完大硯二宅案的空間衝突後，利用利用 Revit Structure「增益集」功能中 Navisworks 設置匯出模型中繼檔，依照不同樓層分層匯出，方便後續於 Navisworks 中進行衝突檢查及施工排程模擬運用，如圖 3.22 所示。

圖 3.22 匯出鋼筋模型示意圖

3.3.3 建置機水電模型

完成建築模型與結構模型後，使用 Autodesk MEP 來建製機水電模型，建製的程序如圖 3.23 所示；由於本案沒有空調風管，且機水電系統很簡易的繪製在同一張 CAD 圖上，本研究先依該圖，將排水系統、給水系統、及空調系統，將分類整理成三個 CAD 檔，再以 3D 建築模為基準，建置三種系統的各別三維模型，檢查與調整完成後的機水電模型，即可匯出至 Navisworks 進行施工模擬整合。本研究將此一建模程序，

分成 8 點詳細說明如下。

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圖 3.23 本研究機水電模型建置流程圖

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1、建立管線階段

由於大硯二宅機電圖與建築圖或結構圖不同，依用途分為排水系統、供水系統、

空調系統等多個項目，而非只有混凝土或是鋼筋一個項目，因此依照項目所別利用「階段」功能建立各系統之階段，在視圖上可依喜好顯示所需階段，其餘皆可隱藏以便做圖或後續的整理，如圖 3. 24 所示。

圖 3.24 在建模軟體設定保護層厚度示意圖

2、建立衛生設備

在軟體上依照 CAD 圖面利用「衛浴裝置」功能設定衛生設備類型、尺寸、樓層編號等資訊，設定完成後照 CAD 圖面上所示位置放置衛生設備，如圖 3.25 所示。

圖 3.25 建立衛生設備示意圖

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3、建立管線與設定管件附件

在軟體上依照 CAD 圖面利用「管道」功能設定管線類型、與其他管線相交時所使用之管件，設定完成後才可做後續的應用，如圖 3. 26 所示。

圖 3.26 建立管線與設定管件附件示意圖

4、設定管徑與高層

由於埔里工務段辦公大樓新建工程之廢水汙水管皆是明管，因此在軟體上依照 CAD 圖面設定管徑尺寸、樓層編號、放置之高度，設定完成後才可放置管線，如圖 3. 27 所示。

圖 3.27 設定管徑與高層示意圖

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5、建立管線

在軟體上依照 CAD 圖面使用設定好之管線於圖面上繪製管線路徑，並選取衛生設備利用「連接到」功能連接管線與衛生設備，如圖 3. 28 所示。

圖 3.28 建立管線示意圖

6、設定洩水坡度

在立面圖上選取管線後利用「坡度」功能設定最小洩水坡度百分比，如圖 3. 29 所示。再確認管線皆依規定設置管件與洩水坡度並準確連接後，完成配管製圖，如圖 3.30 所示。

圖 3.29 設定洩水坡度示意圖

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圖 3.30 管線配置完成示意圖

7、衝突檢查

在建立完埔管線配置後，利用「進行碰撞檢查」功能自動檢查空間衝突，點選選單內項目可於三維圖面檢視該兩物件的衝突點，可預期衝突的發生及檢討衝突發生的原因提早預訂處置方法於事前修改後，如圖 3. 31 所示。

圖 3.31 衝突檢查示意圖

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8、模型匯出

待確認修改完大硯二宅此案的空間衝突後，利用利用 Revit MEP「增益集」功能中 Navisworks 設置匯出模型，依照不同樓層及垂直水帄管線分類，分別匯出中繼檔，

方便後續於 Navisworks 中進行衝突檢查及施工排程模擬運用，如圖 3.32 所示。

圖 3.32 在建模軟體匯出管線示意圖

3.3.4 建置周邊建物、機具及假設工程模型

圖 3.33 為周邊建物、機具及假設工程模型大綱，透過航照圖以 1:1 比例建置周邊建物及臨時設施，如工務所、廁所、圍籬，再蒐集工地現場所使用機具型號及施工架規格，建置機具及施工架模型，最後匯出 Navisworks 中繼檔供施工模擬整合。本研究將此一建模程序，分成 4 點詳下說明如下。

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圖 3.33 本研究周邊建物及假設工程模型建置流程圖

1、建立周邊建物

透過航照圖將航照圖匯入 Revit Architecture 中，以 1:1 真實比例進行周邊建物模型建置，透過周邊建物模型，可清楚呈現大硯二宅建案所在地與鄰近建物的相對關係，及現場施工所需空間，如圖 3.34 所示。

圖 3.34 周邊建物模型建置示意圖

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2、建立機具模型

由工地蒐集工地現場所使用機具型號，以吊車為例:現場所使用 25 噸吊車型號為 KATO SR-250，於 KATO 官網(http://www.kato-works.co.jp/ )查詢機具規格尺寸，並於 Google 3D 模型庫 3D warehouse(http://sketchup.google.com/3dwarehouse/)搜尋模型，將取得模型由 Google SketchUp 軟體確認尺寸無誤依照吊車型號規格確認尺寸無誤後，

匯入 Revit Architecture 中，依工地現場配置進行建置，如圖 3.35 所示。

圖 3.35 建立機具模型示意圖

3、建立施工架

施工架包含於假設工程當中，僅用於施工當中，在建案完成後即拆除，為了更貼近工地現場狀況，在本論文中也將施工架工項放置於施工模擬當中。透過功地提供資料，運用 Google SketchUp 以真實尺寸繪製施工架後，匯入 Revit Architecture 中，

依工地現場配置進行建置，如圖 3.36 所示。

圖 3.36 建立施工架示意圖

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4、模型匯出

確認各項機具及假設工程尺寸規格無誤後，利用利用 Revit Architecture「增益集」

功能中 Navisworks 設置匯出模型中繼檔，方便後續於 Navisworks 中進行施工排程模擬運用，如圖 3.37 所示。

圖 3.37 在建模軟匯出模型示意圖

3.3.5 整合與衝突檢查

圖 3. 38 為空間衝突檢查步驟大綱，在確認設計、結構與機電三維模型準確無誤後，即可進行，且某些空間衝突是被允許的，因此頇匯入軟體 Navisworks 進行整合與衝突檢查，相較各建模軟體內建的衝突檢查，Navisworks 的跨領域衝突檢查能有較多的設定選項以便排除無意義的碰撞。本研究將此一程序，分成 4 點詳細說明如下。

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圖 3.38 整合衝突檢查示意圖

1、匯入各中繼檔後設定衝突檢查項目

在軟體 Nevisworks 利用「附加」功能輸入各模型中繼檔後，於 Clash Detective 選單內會有各大項選擇樹，選擇樹是依照增益集導出之項目自動編列成各大項目，選擇選單之左項與右項要比較碰撞的項目進行空間衝突檢查，如圖 3. 39 所示。

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圖 3.39 設定衝突檢查項目示意圖

2、設定衝突允許範圍

選擇好空間衝突之項目後，可對空間衝突選項進行設定，可選擇衝突類型與設定忽略衝突許可值，設定完後即可點選「開始」進行空間衝突檢查輸出結果，如圖 3. 40 所示。

圖 3.40 設定衝突允許範圍示意圖

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3、檢視衝突結果

空間衝突檢查結果可點選選單內項目可於三維圖面檢視該兩物件的衝突點，並可以針對是否為無意義碰撞進行忽略，找出實際衝突點，如圖 3. 41 所示。

圖 3.41 檢查衝突結果示意圖

4、實際衝突點與工地現場驗證

將實際衝突點與工地現場進行驗證，與現場施工人員確認衝突點，進行討論解決方案並記錄，如圖 3. 42 所示。

圖 3.42 檢查衝突結果示意圖

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3.3.6 建立 4D 施工排程模擬

圖 3. 43 為 4D 施工排程模擬步驟大綱，在確認建製的三維模型無誤後，即可加入時間軸進行 4D 施工排程模擬。參照工地施工進度表，如附錄一，依時間先後順序建立甘特圖，依甘特圖所建立的工項，將符合工項元件附加入選擇集中，並指定構件顏色，再對機具動畫部分進行設置，最後輸出施工排程模擬影片，並與工地現場實證。

本研究將此一程序，分成 7 點詳細說明如下。

圖 3.43 本研究 4D 施工排程模擬建置流程圖

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1、建立甘特圖

匯入完建築、結構、機電模型後，參照工地預定進度表，如附錄一，並配合工地進度表施工順序，將各構件施工順序細分，進行 4D 施工排程模擬，如圖 3.44，利用

「Timeliner」頁籤新增工項並給予起始結束時間，製成甘特圖，如圖 3.45。如模型之類型名稱與 Microsoft Project 軟體之甘特圖相吻合，經設定也可直接匯入自動生成甘特。

柱

牆

樑

版

立柱筋柱主筋水電配管柱箍筋柱繫筋

牆、柱

外層模板內牆筋牆、柱

外牆筋內層模板

樑主筋樑箍筋樑、牆模板

版下層筋水電配管版上層筋

圖 3.44 工項細分圖

圖 3.45 建立甘特圖示意圖

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2、附加選擇集

於選擇樹裡選擇符合甘特圖中該工項進行時的構件，利用「附加選擇集」功能將構件加入甘特圖裡，選擇的構件於視圖裡會呈綠色，如圖 3. 46。

圖 3.46 附加選擇集示意圖

3、指定構件顏色

本研究各構件顏色參考 LACCD BIMS 文獻中構件顏色分類表，如表 4.2，進行配顏色配置，透過 Presenter 頁籤進行構件顏色配置，如圖 3.47 所示。水管使用洋紅色，鋼筋使用褐紫紅色，透過此分類方式，可以在施工模擬時更清楚顯示各構件模型，

如圖 3.48 所示。

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圖 3.47 指定構件顏色示意圖

表 3.2 構件顏色分類表

項目顏色

消防管線紅色

水管(含供排水、汙水管線等) 洋紅色

風管(方形) 藍色

風管(圓形) 石灰綠

電管青色

氣動導管深綠色

水泥灰色

鋼筋褐紫紅色

建物白色

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圖 3.48 鋼筋與水管使用顏色示意圖

4、建立機具動畫

利用「Animator」頁籤進行施工機具模擬，依照機具移動的先後順序進行動畫設定，最後將設定好的動畫配合施工所需機具時間排入甘特圖中，如圖 3.49 所示。

圖 3.49 建立機具動畫示意圖

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50

5、輸出施工模擬影片設定

利用 TimerLiner 設定排程動畫時間長度，影片需截取之開始結束時間設定，也可將輸出影片配合不同視角轉換進行設定，如圖 3.50 所示。

圖 3.50 施工模擬設定示意圖

6、輸出施工模擬影片

利用「動畫」功能輸出視圖影片，方便後續進行視覺化檢討與施工現場問題，如圖 3.51 所示。

圖 3.51 動畫設定示意圖

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7、施工模擬與現場驗證

將整合完成的施工模擬，與施工現場進行驗證，透過相同視角進行比對實證，顯示施工模擬與現場的完整性，如圖 3.52 所示。

圖 3.52 施工模擬與現場實證

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第四章結果與討論

本章節討論利用 BIM 軟體，針對住宅大樓建案之標準層，進行 4D 施工模擬，除了討論現有軟體在模擬過程中存在的問題外，也透過整合軟體擁有的碰撞檢查功能，

找出依現有施工圖說可能出現的施工衝突並逐一進行分析，最後再將可進行 4D 施工模擬的項目進行量化分析，綜合說明現用 BIM 軟體在施工排程中可模擬的範圍。

4.1 現有軟體功能檢討

現有軟體在施工排程模擬的製作上已有相當程度的完整性，本論文以 Navisworks 2011 版做為 Revit 系列建模軟體的整合工具，將模擬過程中，感受到的軟體功能問題，

計有模版建置問題、模擬支撐問題等兩項值得探討整理，並回報軟體公司參考。

Revit 系列軟體尚未提供建置混凝土的模版工具，但在 Revit Architecture 的牆面繪製功能，可透過塗層功能在牆體外層增加塗層，本研究本想透過此功能進行模板繪製，如圖 4.1 所示，在原本的 RC 牆外指定三公分厚塗層命名為模板進行繪製。

圖 4.1 利用 Revit Architecture 塗層功能繪製模板

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將繪製完成的牆面及模板匯入 Navisworks 後會產生三項實體物件，如圖 4.2 所示。

圖 4.2 模板及牆面繪入 Navisworks

在 Navisworks 中將模板塗層選取後進行隱藏，會產生空心牆情形，故無法使用塗層功能進行模板繪製，如圖 4.3 所示。

圖 4.3 在 Navisworks 中將模板塗層隱藏

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在與資訊軟體公司確認，上述方式無法進行模板繪製後，改為在 Revit Architecture 以實體牆面方式進行模板繪製，繪製完成再後將其匯入 Navisworks 中，同樣可得三項實體物件，如圖 4.4 所示。

圖 4.4 利用 Revit Architecture 以實體牆面繪製模板

在 Navisworks 中將以實體牆面繪製的模板選取進行隱藏，留下的牆主體仍為實體物件，如圖 4.5 所示，可以達到模擬拆除的目的，故採用此方式進行模板繪製。

圖 4.5 以實體牆面繪製模版匯入 Navisworks 後將模板隱藏

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以本住宅大樓案之標準層為例，繪製混凝土結構體含柱、樑、版、牆所需時間約為一個小時，採用此方式繪製模板，因無法直接附加於混凝土結構本身，在工時耗費上需花費約五個小時，多花五倍的建模時間，僅能供模擬混凝土工程的模版組裝與拆模，且不包含管線預留開孔，顯然有改善的必要。

在假設工程模擬中，假設工程包含工地現場臨時項目，如圍籬、工務所、廁所、

施工架、模板臨時支撐等，在施工架部分，為了貼近工地現況，在本研究中依照工地施工架高度繪製模型放入施工模擬中，但僅供示意，無法進行應力分析使用。混凝土模板臨時支撐，如圖 4.6 所示，模版支撐需透過公式計算乘載力後進行基本配置，但仍需針對特定地點進行補強，如：材料臨時堆放處之模板下方，必需進行支撐補強，

故模板臨時支撐仍需依照現場狀況進行調整，無法預先知道位置及數量，不列入本研究模擬範圍。

圖 4.6 樓版混凝土的模板臨時支撐現場照片

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4.2 碰撞檢查

透過 Navisworks 中的碰撞檢查功能，找出在施工排程中的空間衝突，透過軟體的自動碰撞點檢查功能，針對自動檢查出的碰撞點進行分析，排除合理碰撞後，針對碰撞點進行討論，期望能在施工前預先解決問題，節省工時及不必要的變更與浪費。

4.2.1 施工空間檢查

本研究在建模完成確認無誤後，將建置好的模型匯入 Navisworks 中，根據工地施工所預定的排程進度，進行施工排程模擬，透過軟體碰撞檢查功能，針對 3F 標準層做施工空間碰撞檢查。

Navisworks 碰撞檢查功能中，檢查類型分為硬碰撞間隙碰撞兩種，硬碰撞用於檢測兩幾何圖形之間實際相交碰撞，而間隙碰撞用於檢測指定的幾何圖形需與另一幾何圖形具有特定距離。

如圖 4.7 所示，選取 3F 標準層的牆與樑兩項物件進行施工空間碰撞檢查，因現場施工時，需要足夠的施工空間，故選取碰撞類型為間隙碰撞，依照工地現場經驗將施工空間公差擬定為最小可工作空間值 0.50m 進行碰撞分析，分析結果共得到 141 個碰撞數目。

圖 4.7 施工空間碰撞檢查分析

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如圖 4.8 及表 4.1 所示，對 141 個碰撞數目依碰撞距離逐一分析進行分類，經分析結果將碰撞距離分類為 0.00m 及 0.00m~0.50m 兩類，並對此兩類結果進行分析是否為合理碰撞，排除合理碰撞後，找出實際衝突點。

圖 4.8 間隙碰撞分析結果

表 4.1 間隙碰撞結果分類表

間隙碰撞距離碰撞數目

0.00m 89

0.00m~0.50m 52

總計 141

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分析結果顯示，碰撞間隙公差為 0.00m 共 89 處，經逐一分析檢查後判定皆為樑與牆面接合處如圖 4.9 所示，這是構件之間本就應相接的部分，不屬於碰撞，故將其判定為合理碰撞後排除。

圖 4.9 樑與牆面接合處示意圖

碰撞間隙公差在 0.00m 至 0.50m 之間者，共 52 處，經逐一分析檢查後共有 51 處判定皆為牆與鄰近樑落差處，如圖 4.10 所示，將其判定為合理碰撞後排除。

圖 4.10 樑與牆面落差處示意圖

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排除合理碰撞後，位於標準層東側靠近鄰房處之牆面與樑之間隙僅 0.15m，在進行模版作業時因施工空間不足，無法進行施工，如圖 4.11 所示。

圖 4.11 間隙碰撞為 0.15m 處施工空間不足

將此碰撞結果與工地主任討論後，確認此碰撞為現場施工時所產生的問題，工地現場解決方式，將此樑底模版直接封至牆面，在灌漿時直接將 0.15m 間隙灌滿，如圖 4.12 所示。

圖 4.12 施工現場解決碰撞議題示意圖

4.2.2 機水電與混凝土結構碰撞檢查

本小節針對機水電模型及混凝土模型，透過軟體碰撞檢查功能，針對標準層做碰撞檢查。如圖 4.13 所示，選取標準層的機水電及混凝土兩項物件進行施工碰撞檢查，

因需檢查機水電及混凝土兩構件實際相交之碰撞，故碰撞類型選擇硬碰撞，設定公差為 0.00m 進行分析，分析結果共得到 109 個碰撞數目。

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圖 4.13 機水電與混凝土結構碰撞分析

碰撞檢查後結果可得 109 個碰撞點，依據碰撞結果對各碰撞點進行逐一分析，是否為合理碰撞，如圖 4.14 所示。

圖 4.14 機水電與混凝土結構碰撞檢查結果

建築資訊模型在 4D 排程 及施工衝突檢查之應用實證

中 華 大 學 碩 士 論 文