中華大學

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中華大學碩士論文

建築資訊模型於假設工程上之應用探討 The Study on the Application of the Building

Information Model of Suppose Engineering

系所別：土木工程學系碩士班

學號姓名：M09904014 溫隆傑

指導教授：徐增興博士

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摘要

施工架是讓人員能夠安全又方便的進行高架作業的必要設備，因此有工地的地方就有施工架存在，然而施工架卻時常傳出有意外發生，其中因素不乏為安衛必要設備預算不當的被刪減，使工地在使用施工架時缺乏足夠的安全防護，刪減安衛設備預算主要是因現今工程業界不當的惡性投標，導致為了得標使投標者幾乎是在毫無利潤下得到標案，又為了能獲得利潤而將安衛設備預算刪減，有鑑於此，本研究希望提供買賣雙方有一基準點，加上施工架計價時是初估的方式，因此本研究使用 BIM 建模計算的方式以案例 1 與案例 2 做分析，讓施工架具有一個較為精確的計算方式以供業界參考。並將建立完成之施工架構件加入案例 3，藉由對施工架進行衝突檢測與施工模擬，以確定施工架對其他工項的影響。研究結果顯示使用 BIM 計算的數量較案例來得少，而本研究只以施工架之門型立架、交叉拉桿、水平踏板三構件做分析，若將 BIM 計算應用在其他數量龐大的工程材料時將會更有效益，此計算資訊也可做為競標時標價的最低要求。在碰撞檢測方面，研究結果顯示，在不考慮斜籬的前提下，加入施工架後並不影響原有工項的進行過程，且加入施工架後進行的施工模擬動畫，也正確無誤的呈現施工過程。

關鍵字：建築資訊模型、施工架、數量計算、碰撞檢測。

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ABSTRACT

Scaffoldings are essential equipments to safely and conveniently carry out elevated work projects. For this reason, scaffolding can be found at any given worksite; however, scaffolding related accidents are common occurrences. One factor is that cuts are made to necessary health and safety equipment budgets, leading to situations where scaffolding at worksites are used with insufficient safety precautions. Budget cuts for health and safety equipment are often due to the vicious bidding wars currently taking place in the construction industry that result in the lowest bidder making bids with negligible profit margins. Consequently, in order to make a profit, budgets for health and safety equipment are cut. With this in mind, this research tries to provide both contracting parties with a reference point where the additional pricing for scaffolding is part of the preliminary estimate. This research uses a BIM modeling calculation method to analyze 2 cases and provides a more precise method of calculation for scaffolding that can be used as a reference by those in the industry. Furthermore, this research will add constructed scaffolding components to a third case and use clash detection and construction simulation on the scaffolding to determine the effect that the scaffolding will have on the project. The results of the research show that the estimated quantity were lower than traditional methods when BIM calculations were used. Furthermore, the research only analyzed three components including: arch frame scaffolding, cross bracing and walking boards. If BIM model includes all other engineering materials, the estimation will be even more effective.

This calculation information can also be used as a minimum requirement when making bids. With respect to the clash detection, the research results show that without making considerations for inclined hedges, the scaffolding will not affect the engineering project operations. Furthermore, after adding the scaffolding, the construction simulation

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Key Words：building information modeling, scaffolding, quantity calculation, clash

detection.

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誌謝

碩士兩年時光飛逝，承蒙恩師徐增興博士兩年來於學業期間的悉心指導與諄諄教誨，使學生受益匪淺，且於論文研究時不辭辛勞的教導下，才得以順利完成，於此由衷感謝恩師，並致上最深的謝意。

在口試期間，承蒙恩師徐博士增興、組外口試委員張博士智奇及邱博士垂德，

於百忙中撥冗對學生論文作指點，並惠賜諸多寶貴意見，致使本文得以更加完善，在此僅致最高敬意與謝忱。

研究所負笈期間，感謝友人鎮華學長、政翔學長、昆賢學長、順友學長、郁迪學長及國嘉、家豪、適任、宗達、友聖、傑瑋、峻豪、懷德、玉國、沛宏、俊成、竹宴在課業與研究上給予的幫助，在此一併感謝。

最後由衷感謝親愛的父母、弟弟，以及所有關心我的朋友們，使我可以毫無後顧之憂的完成學業，僅將此成果與你們共享，感謝你們。

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表目錄

表 2-1 建築、結構、MEP 之三維模擬圖 ... 14

表 2-2 設計上的空間中衝突點 ... 16

表 2-3 Navisworkss 進行虛擬施工流程圖 ... 16

表 2-4 三維模擬機電管線與消防管線圖 ... 18

表 2-5 空間衝突的種類 ... 21

表 3-1 框式施工架構件尺度表 ... 29

表 3-2 框式施工架交叉拉桿尺度表 ... 29

表 3-3 框式施工架立架尺度表 ... 29

表 3-4 加勁材尺度表 ... 30

表 3-5 水平踏板尺度標準 ... 31

表 3-6 先行扶手框部位用途分類表 ... 39

表 4-1 案例 1.、案例 2.使用方法一、方法二排列方式之代號 ... 50

表 4-2 案例與 BIM 模型之施工架跨數總計 ... 56

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圖目錄

圖 1-1 研究流程圖 ... 4

圖 2-1 工程視覺化工具與相關科技發展圖 ... 8

圖 2-2 常見的 BIM 建模軟體 ... 9

圖 2-3 建築、結構、管線之模型圖 ... 12

圖 2-4 設計衝突示意圖 ... 12

圖 2-5 各階段之團隊組織整體架構圖 ... 14

圖 3-1 案例 1.工程平面圖 ... 25

圖 3-2 案例 1.建築物建立完成示意圖 ... 26

圖 3-3 案例 1.建築物模型外觀圖 ... 26

圖 3-4 案例 2.工程平面圖 ... 27

圖 3-5 案例 2.建築物建立完成示意圖 ... 27

圖 3-6 案例 2.建築物模型外觀圖 ... 28

圖 3-7 立架示意圖 ... 30

圖 3-8 水平踏板示意圖 ... 31

圖 3-9 施工架門型立架模型圖示 ... 32

圖 3-10 施工架交叉拉桿模型圖示 ... 32

圖 3-11 施工架水平踏板模型圖示 ... 33

圖 3-12 一跨距施工架組搭完成模型圖示 ... 33

圖 3-13 施工架組搭最左側示意圖 ... 34

圖 3-14 施工架組搭最右側示意圖 ... 34

圖 3-15 施工架三跨組搭完成示意圖 ... 35

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圖 3-18 案例 1.施工架組搭完成圖示 ... 36

圖 3-19 案例 2.施工架組搭完成圖示 ... 37

圖 3-20 建立明細表流程示意圖 ... 38

圖 3-21 先行扶手框各部位名稱 ... 39

圖 3-22 中部構造平行示意圖 ... 40

圖 3-23 中部構造交叉示意圖 ... 40

圖 3-24 先行扶手框模型 ... 41

圖 3-25 端部護欄模型 ... 41

圖 3-26 扶手框搭設於施工架上之示意圖 ... 42

圖 3-27 案例 3.之專案示意圖 ... 42

圖 3-28 衝突檢測選擇欲檢測物件示意圖 ... 43

圖 3-29 檢視碰撞結果示意圖 ... 44

圖 3-30 紅色亮顯之衝突點示意圖 ... 44

圖 3-31 工項排程輸入示意圖 ... 45

圖 3-32 工項與空間模型連結示意圖 ... 46

圖 3-33 模擬顏色設定示意圖 ... 46

圖 3-34 施工模擬動畫片段示意圖 ... 47

圖 3-35 匯出影片之設定面板圖 ... 48

圖 4-1 案例 1.使用方法一的施工架排列圖 ... 51

圖 4-2 案例 1.使用方法一的交叉拉桿總數 ... 52

圖 4-3 案例 1.使用方法二的施工架排列圖 ... 52

圖 4-4 案例 1.使用方法二的交叉拉桿總數 ... 53

圖 4-5 案例 2.使用方法一的施工架排列圖 ... 54

圖 4-6 案例 2.使用方法一的交叉拉桿總數 ... 55

圖 4-7 案例 2.使用方法二的施工架排列圖 ... 55

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圖 4-8 案例 2.使用方法二的交叉拉桿總數 ... 56

圖 4-9 間距 0.00m 之硬碰撞檢測數目 ... 60

圖 4-10 施工架與地面正常接觸之碰撞示意圖 ... 60

圖 4-11 間距 0.01m 硬碰撞檢測數目 ... 61

圖 4-12 施工架與 1F 地面發生不合理碰撞示意圖 ... 61

圖 4-13 案例 3.西面 1F 右側碰撞檢測結果 ... 63

圖 4-14 案例 3.西面 1F 左側碰撞檢測結果 ... 63

圖 4-15 案例 3.西面 3F 右側碰撞檢測結果 ... 63

圖 4-16 案例 3.西面 3F 左側碰撞檢測結果 ... 64

圖 4-17 施工架與吊車碰撞示意圖 ... 65

圖 4-18 輸入各工項時間示意圖 ... 66

圖 4-19 模擬配置設定面板圖示 ... 66

圖 4-20 施工進度模擬 1F ... 67

圖 4-21 施工進度模擬 2F ... 67

圖 4-22 施工進度模擬 3F ... 67

圖 4-23 施工進度模擬 4F ... 68

圖 4-24 施工進度模擬 5F ... 68

圖 4-25 施工進度模擬 6F ... 68

圖 4-26 施工進度模擬 7F ... 69

圖 4-27 施工進度模擬 8F ... 69

圖 4-28 施工進度模擬 9F ... 69

圖 4-29 施工進度模擬 10F ... 70

圖 4-30 施工進度模擬 11F ... 70

圖 4-31 施工進度模擬 12F ... 70

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圖 4-33 施工進度模擬 R1F ... 71 圖 4-34 施工進度模擬 R2F ... 71

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第一章緒論

1.1 研究背景

假設工程在營造業長期以來被視為屬於臨時性的作業，因此就未對其進行謹慎檢查，導致部分材料、設備即便老舊不堪仍被正常使用，以致經常發生模板倒塌、外牆施工架倒塌而導致人員的重大傷亡意外。在營造業的施工過程中假設工程的使用相當頻繁，以施工架為例，施工過程中一定會有許多需要高架作業的地方，故基本上只要有工程的地方就會有施工架存在，因此對施工架的構造及強度要有一定標準，其須符合 CNS 國家標準所規定之尺度標準來製作，組搭前更須嚴格檢查施工架構件是否仍可使用，以及進行組搭人員的安全教育訓練。施工架管架材料由過去的竹子演變為現今的鋼管材料，在工作台的邊緣也有交叉拉桿、水平桿及端部護欄等防護構件的搭設，

以防止人員在施工架上作業時的跌倒、滑倒與滾落等危險發生，近來更是推廣先行扶手框在施工架上的使用，由此可見國內對於施工架上的安全要求也隨著時代在進步。

在工程計價時施工架之估算方式仍是以計算建築物外牆總面積，然後以總面積做為施工架的計量的依據，由於以此方式的計量準確度有待商榷，而現今營造業在工程中不乏使用 BIM 作為輔助工具，其經建立三維模型後即能準確列出各項物件數量清單，

或許藉由 BIM 能提供施工架等假設工程的另一種更精準的計量方式。國內近年來積極導入 BIM 應用於工程上，如花蓮海洋渡假園區景觀工程、南港 R13 集合式住宅等工程皆是應用 BIM 技術之案例，BIM 的應用範圍非常廣泛，在建築生命週期中不論是設計、施工、營運或維護階段都涵蓋在 BIM 之中，BIM 的分析功能甚多，以碰撞檢測為例，在設計階段就依設計圖建立 BIM 模型，藉由碰撞檢測能發現更多平時不易發覺的設計錯誤，提早的修正設計錯誤，對於工程進行的流暢度能大幅提升。然而國內施工架業界仍缺乏此部分的研究，但相信當國內 BIM 技術日趨成熟與人才培育持續成長茁壯之際，定能更全面的應用 BIM 並從中獲取更大的效益。

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1.2 研究動機與目的

現今營造業在工程招標上常因過度競爭導致惡質化殺價與資源浪費，過度的競標會使競標者惡性循環，造成搶標者是在低利潤甚至毫無利潤的狀況下得標，得標者為了能夠有利潤產生，品管、安衛設備等常常就被當成刪減預算的對象，當這些必要的安慰設備皆消失後，將使施工架上的作業人員置身於不安全的作業環境中，加上施工架計價時的計算方式是以建築物外牆面積做初估，因此若能準確計算所需數量，除了能夠確實得知施工架數量多寡，也將其資訊透明化的公開給招標者與競標者了解，也能為雙方提供一基準點，使雙方可以順利達到一定共識，對於工地安全更提供了多一分的保障。因此在本研究中以 BIM 建模的計算方式來分析使用上的可行性，並建立合乎規範的施工架構建族群，期望建立出完整的族群物件屬性，以供日後的研究方便提取使用其資訊。

本研究主要目的有下列：

1. 為了解傳統的計算式對於數量估算的準確性高低，將建立 BIM 模型做另一計算，將兩者的計算數量做比對，對兩者之間誤差的可能因素做探討。

2. 嘗試建立施工架相關構件之模型，為工程模擬時提供更多資訊，若有進行其他 BIM 分析功能時，能方便提取所需的資料。

3. 將 BIM 計算方法方為兩種，一是以將施工界盡可能的貼近牆面排列，其計算結果應較接近於傳統的面積計算方式排列施工架，另一方法則是以常見的一面外牆搭一排施工架的方式做探討。

4. 對於施工架在工程進行的過程中，是否影響周圍空間或是進行中的工項，將以整合軟體 Navisworks 做碰撞檢測分析。

1.3 研究方法與步驟

藉由蒐集 BIM 相關文獻及案例，以了解 BIM 的使用現況，也一併蒐集施工架相

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型，本研究分為兩部分，第一部分將建好的施工架模型載入專案中作模擬分析，模透過對案例與型之間的數量做比對，以探討造成兩者之間數量差異的原因為何，第二部分藉由使用整合軟體進行施工架的碰撞檢測作探討，最後再將研究成果作一統整提出結論與建議，故本研究步驟如下：

1、蒐集整理 BIM 相關文獻及實際案例。

2、依據 CNS4750 鋼管施工架尺度標準規範建立施工架構件模型。

3、以 Autodesk Revit Architecture 軟體建立明細表進行施工架數量計算。

4、將明細表數量與實際案例數量做檢核。

5、分析造成數量差異之成因。

6、以 Navisworks 軟體進行案例 3.施工架碰撞檢測分析及加入施工架做排程模擬。

7、提出本研究之結論與後續研究之建議。

1.4 研究範圍與限制

施工架包含了支撐型施工架與外牆施工架，而外牆施工架又包含了框式施工架、

系統式施工架以及單管式施工架，各種施工架皆有各自的使用特點，不同的建築外型皆有各自適合的施工架。本研究之研究範圍與限制如下：

1、本研究僅對外牆施工架做探討，不包含支撐型施工架。

2、本研究施工架類型為框式施工架，而鋼管式施工架及系統式施工架不在此研究範圍中。

3、本研究是以施工架主體構件(含門型立架、水平踏板、交叉拉桿三構件)所組成的施工架做模擬，其餘的施工架相關構件不做探討。

1.5 研究流程

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圖 1-1 研究流程圖

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第二章文獻回顧

2.1 建築資訊模型(BIM)

過去人們面對過於繁雜、大量的計算過程皆頭痛不已，而自電腦發明以來，憑藉著電腦強而有力的運算能力，幫助人們減輕負擔並快速的計算出結果，如今應用電腦繪圖作為工程輔助工具，已成為今日工程中不可或缺的一環。在資訊科技的快速進步下，使電腦擁有三維的應用技術，將取代過去二維圖說的表達方式，其透過數字與幾何形狀的表達，為施工團隊達到不言而喻的效果並從中獲取更多的利益，即形成建築資訊模型(BIM)。

2.1.1 BIM 起源與發展

建築資訊模型(BIM)近年來開始在國內逐漸發展成熟，於國內的營造工程上的使用日趨頻繁，而 BIM 的發展根據郭榮欽、謝尚賢(2010)指出，其發展緣由可追朔至 60 年代物件導向技術的發展應用，乃至 80 年代美國喬治理工學院的查爾斯伊士曼 (Charles Eastman)所出版的”Building Product Model”一書，內容包含從建築物設計語彙、

電腦建模的演化過程、資訊交換標準等，談到資訊建模概念、ISO-STEP 與 IFC(Industry Fundation Classes)等，以建築物為中心闡述建築物組構元件之資料模型的理論，此書揭開了 Building Information Model 這個術語啟用之先河。

康仕仲、蔡孟涵(2009)指出國內工程界雖未普遍採用 BIM，但 BIM 相關軟體工具已逐漸齊備，工具的演變由傳統的二維製圖工具開始到三維工具雖耗時較長，但隨著電腦技術的進步，如今應用視覺化的三維繪圖已非常成熟，於工程上也使用加入了專案時間與空間關係的四維模擬的應用，由過去的二維圖形漸漸發展出”多維(nD)”的概念，可了解到軟體開發商們亦積極的開發更快速便利的製圖工具。

康仕仲、蔡孟涵(2010)指出應用 BIM 作為現今施工作業的依據，其應用方式包含

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可從許多學術文獻中發現，應用這些 BIM 的功能來提升工程效率與品質的成功案例。

BIM 在建築生命周期中的設計規劃、營建施工到驗收維護等階段，利用視覺化方式，

可幫助設計者、施工人員及業主了解工程狀況，並幫助彼此使溝通協調更順利。

2.1.2 BIM 概念

BIM 是一種能將設計、規劃、施工及營運維護等不同工程階段之工項，利用電腦繪圖軟體繪出的各工項三維模型，並輸入各物件屬性後，建立出一個如同實物的虛擬三維環境，可再加入其他資訊(如：時間、成本等)做整合，成為一個新的四維、五維甚至更多維的模型資訊，使其可作為工程專案過程的模擬分析(如：施工排程模擬、

成本分析、衝突檢查等功能)，以建立最有效率、最省成本的工程專案。工程專案通常是由各專案團隊間彼此分工合作進行的，而各專案團隊往往是使用自己覺得較好用或熟悉的軟體工具，因此各團隊建立出的檔案格式不盡相同，常有資訊傳遞上的問題產生，因此需要建立一套完整的資訊交換標準。為增進各軟體間的協作能力，國際協作聯盟(International Alliance of Interoperability，IAI) 訂定了營造產業的資訊交換標準

「工業基礎級別」(Industry Fundation Classes，IFC)。依據 Eastman, C., Teicholz, P., Sacks, R., and Liston, K.(2008)指出，資訊交換標準不僅可增進不同軟體間的資料轉換傳輸效率，應用參數化資料庫和物件導向技術，使得三維物件能透過參數化的設定，讓三維物件有了彼此牽連的相互關係，只要更改其中一個物件的參數，而使其他相互關聯的物件參數也能隨著改變。

黃南錃、李萬利、盧祥偉、蘇瑞育(2009)提到國內的營建工程習慣將設計、施工、

營運、維護等各階段分開執行，造成各階段協同作業進行時是在各自的資訊模式進行，

導致有重複轉製現象，而產生了錯誤與差異，而利用 BIM 可使工程團隊將不同階段的資訊串連起來，可有效減少個階段的資訊轉換誤差、工作設計變更及重工狀況的發生。郭榮欽、謝尚賢(2010)指出，從設計、施工到營運及維護階段，中間的資訊交付

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過程的施工圖都完整的交付營運維護單位，則能避免營運維護時諸多的困擾。

建築資訊模型除了擁有三維模型外，每個模型都擁有各別的屬性、性質、數量等資訊，黃偉訓、唐清浿、徐輝明(2006)指出透過建築資訊模型的參數化、數值化特性，

以「參數設變引擎」 (Parametric Change Engine)讓專案設計、成本、明細表等資訊可立即的被修改，並能維持高品質、協調一致的能力。建築資訊模型的三維模型除了能夠顯示眾多的數值資訊外，對於未有經驗的業主或一般人來說，也能透過視覺化的三維模型展示，使其對於工程設計能夠一眼望之，能讓工程人員更透徹的了解工程內容。

因此建築資訊模型從設計者手中傳到各參與的團隊時，各團隊能依據三維模型所提供的資訊進行作業，而不是像傳統的靠著大量圖紙資料做整合來理解工程內容，使各團隊對於工程內容的認知具有一致性，也能預先提防工地現場可能發生問題，事先更改為適用的施工路徑與施工設計等。

2.1.3 BIM 工具

隨著電腦的發明演進，使繪圖技術由過去的二維圖說演變至現今的三維視覺化模型，本小節首先將藉由康仕仲、蔡孟涵(2009)一文，對工程視覺化工具及技術的演進做一簡單的整理敘述。

Sutherland(2003)電腦圖形學先驅 Sutherland 在 MIT Lincoln Laboratory 的 TX-2 上使用向量系統運行 Sketchpad 程序，創造電腦輔助繪圖工具之起源。1980 年代開始，

商業公司開始提供電腦標準化的作業平台以及繪圖標準，Finkelstein(2007)指出在 1982 年 AutoCAD1.0 使用 DOS 模式開發出來，1985 年微軟公司開發 Microsoft Windows 後，AutoCAD 在 1988 年，開始出現了圖形介面的對話框。

在以三維為設計主軸的商業繪圖軟體的開發，揭開了三維繪圖時代的來臨，並推出不同專業領域的繪圖軟體(如：機電、建築、土木)，Bently(2007)於 1986 年 MicroStation 開發了第一個以三維為設計的商用繪圖軟體。Shreiner, et al.(2003) 於

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的三維景象，Polyakov and Brusentsev(2005)同年微軟也推出了 Windows 軟體使用的標準語言 GDI，利用 GDI 指令可將圖形物件呈現並傳送到輸出裝置。Kay and Muder(1996)於 1994 年出現了制定網路上描述三維圖形的格式標準 VRML1.0。

康仕仲、蔡孟涵(2009)指出國內工程界雖未普遍採用 BIM，但 BIM 相關軟體工具已逐漸齊備，工具的演變由傳統的二維製圖工具開始，在 1998 年時由於三維圖形的資料格式不統一，對於三維圖形工具發展是一大限制，於是在 1998 美國 W3C 組織公佈 XML 語法，以解決文件資訊交換間的問題，同年開發出了三維繪圖及渲染軟體 Blender 及 4D Annotator 軟體，於 2000 年 AutoDesk 公司開發了 Revit 軟體，一直到 2007 年的 3Ds MAX 10.0、Revit Structure 及 Revit MEP 等軟體的開發，由二維圖形漸漸發展出 nD 概念的作業環境，可了解到軟體開發商們亦積極的開發更快速便利的製圖工具。

1995 年左右發展出許多的三維繪圖系統，學術界並開始研究四維的電腦繪圖系統，Zerbst(2006)同年微軟在 Microsoft Windows 作業系統開發 3D 繪圖編程介面 Direct 3D，Murdock(2008)於 1996 年推出三維圖形軟體 3Ds MAX 1.0，可在 Win32 和 Win64 平台上運行。到了 1998 年，由於三維圖形資料格式不一致，對於三維圖形工具的發展造成了阻礙，Hunter, et al.(2007)美國 W3C 組織在 1998 年正式公佈 XML 的語法標準，XML 是一種用來定義其它語言的語法系統，可促進不同領域發展各自標準的文件和訊息，以利資訊交換、處理。

2000 年開始三維模型的自動化也慢慢的演進，除了圖像技術更加成熟外，也開始協助檢核設計的變更，Intergraph(2008) 美商 Intergraph 公司於 2000 年開發互動式瀏覽複雜三維模型的軟體 SmartPlant，可協助查核三維模型設計中的缺失，並利用 ScheduleReview 模組提供動態模擬，Dzambazova, et al.,(2007) AutoDesk 公司於 2000 年開發 Revit 軟體，其可使設計變更的修改更為順暢。在三維圖像日趨成熟之際，建築資訊模型及多維的模型概念慢慢浮現，對於視覺化模型的需求是日益漸增，在 2003 年有 Civil 3D 與 ConstructSim 等軟體出現，其共同的特色為視覺化模型。Stine(2007)

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於 2007 年 Revit 也針對結構及管線等不同的營建階段，提出 Revit MEP、Revit Structure 等軟體工具，為了對視覺化呈現更加真實，3Ds MAX 也推出了新版本 3Ds MAX 10.0，

對於刷色及彩現都可達到使用者的不同需求，藉由這些以建築資訊模型概念生成的工具與技術的演進，為工程模擬的進行帶來更多的效益。軟體的演進時間如圖 2-1 所示。

圖 2-1 工程視覺化工具與相關科技發展圖(康仕仲、蔡孟涵，2009)

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何關培(2010)提到 BIM 應用工具類型大致上可分為結構分析、模型衝突檢查、機水電分析、營運管理維護、成本管理、專案設計等軟體，主要常見的軟體如圖 2-2 所示。

圖 2-2 常見的 BIM 建模軟體(何關培，2010)

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2.2 BIM 應用實例

BIM 應用在建築、土木工程、營造業上有著顯著的效果，若從工程的設計規劃之初就利用 BIM 製作三維視圖模型，找出 2D 圖紙上無法看出的衝突，以確定設計上的潛在衝突位置(如：在同一空間位置機電管線與樑、柱、樓板之間的重疊，或與消防管線產生了重疊)，將減少未來施工過程中的錯誤發生機會，避免造成施工過程因設計的錯誤，而一再變更設計進而延宕施工工期，並可降低工程資金及人力的浪費，

以加速工程的進行，也讓業主、設計師、承包商、分包商等能夠彼此互惠。

2.2.1 實際案例一

Salman, A., Abid, N., Johnny, Y.N.M., and Leung, B.H.Y.,(2008)指出現今勞工、

材料等成本的提升，如何在有限的資金預算、有限的空間下，擬定出一個良好的施工進度表，即成了專案團隊們的一大挑戰，因此專案團隊可利用 BIM 技術來節省支出、減少工期以提高生產力與工程品質，藉著繪圖軟體建製建築、結構及管線之物件模型，如圖 2-3 所示，再將三種模型整合為一，透過三維可視化模型進行與 MEP 管線間的衝突檢查外，如圖 2-4 所示，也可應用其他(如：排成模擬、

數量估算、能源分析等)的功能進行深入的分析，精確掌握專案中工程施作材料數量及成本開銷等等，避免浪費並有效管理工程資本。除此之外，在製作構件的三維模型時，若能繪出更細部的部分能夠更有效的找出衝突發生的地方，並可使工程人員觀看時更容易一目了然。

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圖 2-3 建築、結構、管線之模型圖(Salman, A., Abid, N., Johnny, Y.N.M., and Leung, B.H.Y., 2008)

圖 2-4 設計衝突示意圖(Salman, A., Abid, N., Johnny, Y.N.M., and Leung, B.H.Y.,2008)

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2.2.2 實際案例二

AIA BIM AWARDS(2007)的”Interdisciplinary Research Building”指出，專案團隊為了提早做出正確的決策判斷，並有效降低未來施工中所帶來的風險與成本，於是各團隊透過在設計、建築、營運及維護(DBOM)等階段時的密切合作，定期的作團隊的溝通協調，並與業主進行設計上的協商討論，整體團隊架構如圖 2-5 所示，最後建立出能夠在整個專案生命週期中使用的完整模型，並讓該建築物完工後的空間使用者也參與設計規劃的工作。DBOM 團隊在建築時以三維模型為主要媒介，甚至也會取代二維施工圖紙，為了成功的使用 BIM，該團隊發展並維持該有的流程與標準，以確保數據在大量的應用軟體間流動的互操作性，為了管理 BIM 並將其應用在建築生命週期中，承包商建立了設計協調者的角色，以確定設計過程的專案的可施工性，並保障施工過程中的的設計完整性。專案團隊靠著 BIM 對建築、結構、MEP 的三維模擬，

如表 2-1 所示，並進行面對面的溝同協調，可減少 80%的資訊需求量，且專案團隊透過可視化的設計，讓團隊人員理解複雜的空間構造，以提早做出決策來降低成本，再藉著施工性檢討提高團隊發覺潛在問題的效率，以降低重複施工的現象發生，利用數量檢查來調查建材、元件、系統組件及量化的混凝土每個澆置的體積，讓分包商在審查 BIM 工作範圍後能做出準確的競標，加上四維施工模擬來模擬建築排程，以減少建築時間並做好詳細的工作排程溝通，在四維模擬的方式下，此專案已完成的部分能較業主傳統的交付時間表加快 40%的速度。

(27)

圖 2-5 各階段之團隊組織整體架構圖(AIA BIM AWARDS，2007)

表 2-1 建築、結構、MEP 之三維模擬圖(AIA BIM AWARDS，2007)

(28)

2.2.3 實際案例三

AIA TAP BIM AWARDS(2007)的”The Royal London Hospital”，此專案是以建築資訊模型及高協調度的互操作性為原則，來建立一個能夠最大限度降低浪費及風險，並同意使用不同的解決方法來找出最快速有效率的方案。建築師與主要的承建商在考慮所有設計之前，即建立一個共享 BIM 模型資料庫的方式，目的是要在工程設計上尋求更佳的效率，並提供更完善的設施維護管理。為避免工程開始後發生的施工問題，

尤其是在機械、電氣與管路(MEP)方面的問題，過去常會在現地發生未在設計階段被發現的嚴重衝突，因此設計與施工團隊皆使用共同的建模工具，他們共同議定了使用的標準化 Autodesk’s ADT 工具，由中央三維的 CAD 與資料管理團隊做為溝通橋梁，

為了減少建立中央三維與資料管理團隊的風險，這些三維模型透過 ArtrA 工具做連結，

在建立結構與管線模型後，透過 Navisworks 的協調與衝突檢查功能，就可提早發現潛在的問題點，如表 2-2 所示，透過虛擬的工程施工模擬，並擬定出更優化的施工排程表，如表 2-3 所示。此專案也以長期財務利益的考量帶動創新思維，透過新技術幫助建築及營運過程的風險管理，將設計/施工與醫療訊息相互結合，此模型提供設施管理團隊擁有更獨特有力的資源，將氧氣輸送機制加入到同一個資訊系統中，當患者需要接受氧氣輸送時，管理團隊能透過中央數據庫方便做資源分配管理。

(29)

表 2-2 設計上的空間中衝突點(AIA TAP BIM AWARDS，2007)

表 2-3 Navisworkss 進行虛擬施工流程圖(AIA TAP BIM AWARDS，2007)

1. 2. 3.

4. 5. 6.

(30)

7. 8. 9.

10. 11. 12.

13. 14. 15.

16. 17. 18.

19. 20.

(31)

2.2.4 實際案例四

AIA BIM AWARDS(2009)的”University of Colorado - Denver Health Science Center Research Complex II (以下簡稱 RC2)”，由於此案總承包商有相當豐富的工程經驗，因此提供許多過去寶貴的施工經驗給設計團隊及分包商，幫助團隊增加在施工前了解施工可行性，以及發現實際施工上的問題與隨即的解決方案。專案團隊透過虛擬設計與施工(Virtual Design and Construction，VDC)的方式，使用建築資訊模型、CPM 排程表及預算表來建立一個虛擬的建築模型，專案團隊使用 BIM 及 VDC 方法於建設 RC2 的工程上，其主要目標是提高工作效率、優化施工排程，並增進團隊間的溝通協調能力，也可以讓團隊達到整合三維 MEP 配置，如表 2-4 所示，並做四維可視化模型與混凝土澆置等作業之間的協調。為了有效的進行協調工作，此建案的總承包商、建築師及工程團隊是一起使用 Navisworkss JetStream 軟體進行前期的三維協調，於是在設計開發之初就達成建立開放式的共享模型之共識，並成為溝通協調與衝突檢測的主要方法，故所有團隊若能盡早參與設計協調乃是工程進行順暢與否的一大關鍵。

表 2-4 三維模擬機電管線與消防管線圖(AIA BIM AWARDS，2009)

(32)

2.3 BIM 施工模擬

在現今全球人口激增的環境中，如何有效的利用土地成了重點，故產生了台北 101 大樓、東京天空樹等高聳建築物形成，興建這些高樓的工程比起一般住宅相對的複雜龐大，而在大型工程中會牽涉到的專案領域更是廣泛，因此有了多個不同領域的專案團隊共同分工合作。在範圍如此廣大的工程中，管理者要視察整個工程區域範圍去發覺問題所在是件困難的事，因此若能有效利用施工排成模擬的方法，將有利於專案團隊間的對工程未來的預測與決策能更具正確性。

周頌安、蔣繼忠、陳俊嘉(2010)指出 BIM 工具可進行排程模擬、空間規劃、成本分析、衝突檢查、設施維護、數量估算、資源分配等工作，依工程需求目的的不同而執行不同的作業，需求不同時，模型與資訊自然就不全然一樣了，在確定目的與需求後，建築師即可開始建立初步模型，待制定建築與結構模型後，再交由電氣與機械工程師進行 MEP 模型的建置，經會議確定分工及其程後，各專業工程師即可自行進行

(33)

即可偵測模型彼此間發生重疊之處。

吳翌禎、謝尚賢(2008)指出所謂的四維模型是由三維模型 XYZ 軸之基礎，再加上時間軸將模型以動態的三維方式呈現，除了透過四維視覺化的展示施工過程外，還可依不同施工進度及時程在三維模型上標示不同的顏色，表達不同建築物於目前施工進度之狀態。四維的動態展示是以視覺化方式展現各時程背後隱含的意義及模擬施工過程，而不再是以文字或甘特圖的方式表達，使管理者能更進一步的掌握整個工程進度與狀況。

Liston, K., Fischer, M. and Kunz, J. (2001)指出工程專案團隊以往的施工圖是利用圖紙來進行溝通，常常會因各團隊自己對圖紙的認知解釋不盡相同，而產生了工程施工上的不同意見(如：施工方法、施工時程等)，因此對於專案團隊來說，如何有效的溝通與了解，以及讓施工圖說與施工規範能有一致性就成了一個工程是否成功的關鍵。

利用視覺化的四維模型，其能提供施工人員、設計者、監造者的資訊程度較圖紙所能顯示的更為豐富，能提供團隊對工程有更好的描述性、解釋性、評估性與預測性，使團隊間的溝通變得順暢，幫助團隊對於工程執行的決策更加完善，促使工程品質變得更良好。

J. Gao and M. Fischer(2005)指出過去的施工圖是以 2D 圖紙呈現，其所呈現的資訊有限，常會導致施工過程無法依循計畫施作，而延展工期並一再變更原有設計，在三維模型的視覺化中能呈現更精密的空間關係，利用原有的三維模型再加上時間關係產生的四維模型應用在施工前的模擬，將使工程人員更容易了解工程細節，並增加計畫的可靠度與正確性，使工程施工能按計畫執行，且可讓工程進行時可能會發生的危害的區域及早被發現，以便日後施工期間的危害發生率能降至最小。

吳翌禎、邱彥彰(2010)指出對營建業來說，空間是一種有限的資源，不同的工班於同一空間施工會相互衝突，物料推放的空間也常與施工人員的施工空間產生衝突，

因此對於工作空間的需求會隨著工程的過程產生變化，空間衝突的種類可分類為四大項，分別為設計衝突、安全上的衝突、損壞衝突與擁擠，如表 2-5 所示：

(34)

表 2-5 空間衝突的種類(吳翌禎、邱彥彰，2010)

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。

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。

損壞衝突為執行某工程項目必須損壞已完成工項，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須拆除。

擁擠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。

黃文俊(2012)指出傳統施工排成表是以二維圖說及甘特圖表示，而在設計階段常會有設計的變更與修改發生，因此造成圖說常常不一致，若僅以二維圖說與甘特圖做排程編制，由於人腦的思維有限無法將圖說完整的以圖像呈現，故透過建立三維模型來進行衝突檢測，能快速找出設計錯誤的位置，再將各工項時間與三維模型做連結，

以四維排程模擬的方式製作出更有效率的施工排程，以提升施工品質與效率。

黃懷德(2012)指出使用四維施工排程模擬，是以三維模型搭配時間產生空間與時

(35)

案，傳統的工期估算須依靠施工經驗來思考判斷，估算出的結果也未必就如實際施工狀況相同，因此透過四維模擬能較傳統二維平面圖更能清楚看出施工現場的配置分佈，

並且更能掌握工程進度，將人員的配置及機具、物料等的進場配置時間做最有效的安排規劃。

2.4 施工架使用現況

施工架在工地中是一不可或缺的施工器材，其使用上的安全也隨時代在演進，但現今國內施工架的工安意外卻屢見不鮮，主要是台灣未有按圖施工的行為，常會看到施工架上作業人員身上未有安全設備，在組拆施工架時也未依標準程序來搭設，而且許多工地常為了趕工，造成施工架因過度重複使用，使施工架產生了變形、損壞，而在使用時卻未對其做檢查，造成作業人員暴露在危險的環境中。

張智奇、徐增興、陳婉琦(2006)提到交叉拉桿對整體施工架的強度有很大的影響，

若要拆除部分交叉拉桿，應慎重規劃以及進行補強工作，且施工架要做定期的檢查，

施工人員也要做好安全教育訓練，施工架使用過後要檢查是否有損壞變形，以方便進行修復或淘汰，組搭施工架時，施工架的拉桿、橫架及繫牆桿等，當搭建位置不對時容易造成施工架的整體系統失效。

吳水丕、吳熙民、張勝傑(2006)提到施工架作業導致意外事故災害發生的因素，

包含了工作場所文化、不良的作業環境、組織管理、不安全的狀態、不安全的動作、

工作負荷過重、單調性或重複性之工作、工作內容含糊不清等因素。

張智奇(2011)提到框式施工架在國內普遍為營建工地使用，適用於基地平坦與結構內部規則之大型建築工地，其優點是所需要的技術與勞力較少，較少使用在管線維修及特殊形狀之建築。單管式施工架是靠許多特殊接頭組合，因此會因接合組件過多造成本體結構上具有許多潛在的破壞點，使強度不易控制，故現今工地較少使用。系統式施工架具有穩定性高及組拆效率高的優點，舉凡需組立之大型結構物，也可發現

(36)

張篤軍、沈育霖(2009)也提到職業災害類型，主要兩大因素不外乎是人員的「不安全型為」與環境的「不安全狀態」，當兩者同時存在，則人員就等於存在「危害空間」，因此容易造成職業災害的發生。

吳光育(2008)提到在吊料、設置垃圾滑槽等作業之需要，會將外牆施工架的工作台做局部拆開動作，使外牆施工架成為一水平、垂直皆不連續的狀態，使其產生了開口，進而衍生出墜落、倒塌等災害的發生。

潘惟潮(2006)提到中外營造業之專業人員與安全衛生專家皆認為施工架僅是較安全的防墜落設備，施工架為非絕對安全設備，主要是因人員在組搭施工架時，若施工方法不當以及未遵守標準作業程序與法規，並且為使用安全帶等相關防護設備，因此有賴監督人員及作業主管充分監督，並落實各項自主檢察。

龔國嘉(2012)提到現今小型工地多是使用框式施工架，而在使用框式施工架上，

使用的方法普遍不正確，且使用的施工架也都較為老舊及不符合法規，搭設施工架的廠商也非專業之施工架廠商，因此容易導致工人置身於危險環境。

(37)

第三章 BIM 模型建置 3.1 前言

本研究將利用 AutoCAD Revit Architecture 繪圖軟體來作為模擬分析之工具，首先建立 762 型框式施工架主體結構物之族群物件，並繪製出案例 1.、案例 2.之建築物輪廓模型，然後將建築物匯入專案中，接著將施工架主體結構物依序載入專案中進行排列組搭，完成後再建立明細表做數量總計，並與案例 1.、案例 2.中的施工架主體結構需求數量的估算做檢核，以了解本研究方法用於施工架等假設工程作為數量估算的方法，是否符合實際需求，或甚至可能較現今的估算方法更精準且更能節省成本，透過檢視模型也能讓施工人員預先了解建築物主體四周的可用空間範圍，以期規劃出最有效益並兼顧安全的施工架排列方式，或者可以規劃出一個機具、物料或人員能順暢通行的空間。

本研究最後將建立完成的施工架族群透過 Autodesk Navisworks Manage 軟體，利用黃文俊(2012) 「建築資訊模型在 4D 排程及施工衝突檢查之應用實證」之研究所模擬的建案(稱為案例 3.) 做衝突檢查，由於案例 3.原本的施工架僅是示意用途，因此本研究將加入符合 CNS 國家標準尺度的施工架來做模擬，由於國內近年來積極推行先行扶手框的使用，故在本研究中將加入先行扶手框構件一起模擬，然後在案例 3.

原本的專案模型中加入施工架進行衝突檢測，以了解施工過程中，哪些是在施工架使用空間範圍上會有衝突的地方，並可加入施工架的施工時間表來做施工模擬，用以確認是否對其他工項有所影響。

3.2 案例 1.與案例 2.模型建立

由於 Autodesk Revit Architecture 軟體本身的族群資料庫中，並不具有施工架主體結構之物件，因此本研究將依據 CNS4750 的鋼管施工架標準，建立 762 型框式施工架族群模型，分別為門型立架、交叉拉桿及水平踏板之模型。

(38)

3.2.1 建立建築物模型

因只需建築物外觀故以此方式建立建築物模型，透過 AutodeskCAD Revit Architecture 軟體的新建族群功能，選擇公制一般模型選項，然後依照案例 1.、案例 2.之建築平面圖所繪之長度，建立建築物模型，如圖 3-1、圖 3-2、圖 3-4、圖 3-5 所示，而案例 1.共 3 層、樓高 3.75m，案例 2 共 13 層、樓高 3.5m，以擠出方式完成之案例 1.模型如圖 3-3 所示，案例 2.如圖 3-6 所示。

圖 3-1 案例 1.工程平面圖

(39)

圖 3-2 案例 1.建築物建立完成示意圖

圖 3-3 案例 1.建築物模型外觀圖

(40)

圖 3-4 案例 2.工程平面圖

(41)

圖 3-6 案例 2.建築物模型外觀圖

3.2.2 建立施工架主體構件模型

本研究按照案例之施工架型式，並依圖 3-7、圖 3-8 以及表 3-1、表 3-2、表 3-3、

表 3-4、表 3-5 所示之 CNS4750 鋼管施工架標準建立施工架模型，於 AutodeskCAD Revit Architecture 軟體的新建族群物件選項中，選擇公制一般模型選項來新建施工架構件。本研究使用之門型立架尺度為寬度 762(mm)、高度 1800(mm)、管徑 42.7(mm)、

管壁厚度 2.5(mm)，及水平間距為 1800(mm)、垂直間距為 1200(mm)、管徑 21.7(mm)、

管壁厚度 2(mm)之交叉拉桿，及長度為 1800(mm)、寬度為 300(mm)之水平踏板。

(42)

表 3-1 框式施工架構件尺度表

構件尺度(mm) 尺度許可差(mm)

名稱外徑厚度外徑厚度

腳柱及橫材 42.7 2.5

±0.25 ±0.3

加勁鋼材 27.2 2.0

交叉拉桿扣釘 34.0 2.3

交叉拉桿材 21.7 2.0

橫材 42.7 2.5

表 3-2 框式施工架交叉拉桿尺度表交叉拉桿尺度

水平間距垂直間距

1800 1200

1829 1219

註：表 3-2 之間距為交叉拉桿撐開後兩扣釘孔之距離。

表 3-3 框式施工架立架尺度表立架尺度

尺度許可差

寬度高度

600 610 1600 1625 1700

±1.0 750 762 1725 1800

900 914 1600 1625 1700 1200 1219 1725 1900 1925

(43)

圖 3-7 立架示意圖(國家標準：CNS4750)

表 3-4 加勁材尺度表

區分 ^尺寸

L1 L2

寬度為 900 以上，高度為 1800 以下者 300(門型為 170)以

上 1150 以上

寬度為 900 以上，高度維超過 1800 者 300 門型為 170)以上 1150 以上寬度為 600~650，高度維超過 1800 以下

者

170(門行為 110)以上

500(門型為 1150)以上

寬度為超過 650、未滿 900，高度為 1800 以下者

250(門型為 110)以上

500(門型為 1150)以上

註：表 3-4 之 L1 與 L2 是指圖 3-4 左側之立架之尺度。

(44)

附工作板橫架(踏板)標準

1. 須為將工作用板料，長向撐材及短項撐材焊接而成者，或以彎折加工等將工作用板料及長向撐材成為一體後焊接於短向撐材者。

2. 若為 2 個以上之工作用板料時，期間係須在 30mm 以下。

3. 寬度須在 300mm 以上 500mm 以下，長度須在 1850 以下。

4. 若為鋼板製工作用板料時，其厚度須在 1.1mm 以上。

5. 金屬扣所須在工作用板料或短向撐材之四角隅焊接或鉚釘接合者。

6. 若為單板型之金屬扣鎖時，其厚度須在 7.2mm 以上。

7. 金屬扣鎖須具有防止由立架橫材浮起之防脫落鉤。

8. 金屬製之工作用板料，須施以止滑之措施。

圖 3-8 水平踏板示意圖(國家標準：CNS4750)

將 CNS4750 之 762 型框式施工架標準，使用擠出、迴轉等功能，繪出施工架族群(包含門型立架、交叉拉桿、水平踏板)，如圖 3-9、圖 3-10、圖 3-11 所示，再分別最後將門型立架、交叉拉桿、水平踏板等族群物件載入至專案中，組合成一跨完成之

(45)

為例)，則如圖 3-15 所示。

圖 3-9 施工架門型立架模型圖示

圖 3-10 施工架交叉拉桿模型圖示

(46)

圖 3-11 施工架水平踏板模型圖示

圖 3-12 一跨距施工架組搭完成模型圖示

(47)

圖 3-13 施工架組搭最左側示意圖

圖 3-14 施工架組搭最右側示意圖

(48)

圖 3-15 施工架三跨組搭完成示意圖

3.2.3 建立樓層線

新建一個專案後，將所建好的建築物模型匯入專案中，接著建立樓層線(樓層高同案例個別之樓層高)，如圖 3-16、圖 3-17 所示，樓層線表示每層樓的樓板水平面，

其高度等於每個樓層之高度，待模型建出後可了解各樓層所包含的物件。

圖 3-16 案例 1.樓層線繪製完畢圖示

(49)

圖 3-17 案例 2.樓層線繪製完畢圖示

3.2.4 匯入施工架模型

在專案中匯入施工架模型，以規範訂定的距離範圍內，依序將施工架模型排列於建築物四周，再逐層搭起施工架模型，直到高度達建築物之最上層樓板之高度後，即完成施工架組搭作業，如圖 3-18、圖 3-19 所示。

圖 3-18 案例 1.施工架組搭完成圖示

(50)

圖 3-19 案例 2.施工架組搭完成圖示

3.2.5 建立明細表

明細表的建立能夠方便查閱所有的物件屬性，只要物件屬性資料建立的越是詳細，

則當需要提許資料訊息時，則明細表能夠提供更加清楚多元的資訊給予使用者，明細表建立的流程首先是在檢視頁籤點選明細表，選擇新建「明細表/數量」選項，接著選多重品類明細表，明細表名稱可自行修改，加入所需要的欄位(如品類、數量、族群、樓層、成本等)，再依欄位做分類並做數量總計，也可匯至 Excel 中做資料整理，

本研究僅做數量計算，故其他細部屬性並未使用。

(51)

圖 3-20 建立明細表流程示意圖

3.3 案例 3.衝突檢查與施工模擬

3.3.1 日本 JIS 對先行扶手框構造規範

在案例 3.中所加入的施工架，除門型立架、水平踏板及交叉拉桿外，還包含了先行扶手框，由於國內未對先行扶手框制訂規範，因此根據日本 JIS 規範對於先行扶手框所擬訂的標準尺度規格，如圖 3-16、圖 3-17、圖 3-18、表 3-6，建立先行扶手框構件的示意模型。

(52)

一、先行扶手框部位名稱：

圖 3-21 先行扶手框各部位名稱(JIS，2006)

表 3-6 先行扶手框部位用途分類表

名稱用途

圖表示號碼

上部構造

為先行扶手框最上層之扶手，保持工作者的平衡和掛著防止墜落、滾下、跌倒的安全帶的地方

①

中部構造

在先行扶手框的上部和作業床中間設立的部份，防止從作業地板和上部的間隙中墜落、滾下

②

支柱支撐與結合上部構造和中部構造的的地方 ③

掛具將先行扶手框固定於施工架上之金屬零件等等 ④

中部構造上部構造

上部構造支柱

(53)

(2) 上部構造必須跟施工構台平行，且高度必須高於施工構台 90cm 以上。

(3) 中部構造圖如圖 17、18 所示。

a.中部構造位置與施工構台平行之情況。

圖 3-22 中部構造平行示意圖(JIS，2006) H≧90cm，而且 a ≦50cm ， H≧90cm，而且 a'≦50cm

從上部和中部、中部和施工構台之距離在 50cm 以下；但是從腳尖板到扶手距離一體化，從腳尖到扶手距離為 50cm。

b.中部構造之交叉情形：

圖 3-23 中部構造交叉示意圖(JIS，2006)

H≧90cm，而且△ABO，△ACO 所圍成之面積為(S)，S≦0.5 ㎡且其內接圓直徑必須小於 60cm。

(54)

3.3.2 建立先行扶手框模型

本研究建立的先行扶手框之鋼管以方管形狀做模擬，如圖 3-19、圖 3-20 所示，

而先行扶手框搭設於施工架上時的位置，以三跨施工架組搭先行扶手框為例(紅色框架)，如圖 3-所示

圖 3-24 先行扶手框模型

(55)

圖 3-26 扶手框搭設於施工架上之示意圖

3.3.3 匯出施工架模型

在 AutodeskCAD Revit Architecture 建立案例 3.所需的施工架主體構件、先行扶手框及端部護欄後，將建立完成的模型其載入到案例 3.的專案中，如圖 3-21 所示，將施工架沿建築物四周外牆搭建完成後，使用「增益集」頁籤的外部工具選項，即可匯出於 Navisworks 中能夠使用之 nwf 檔。

圖 3-27 案例 3.之專案示意圖

(56)

3.3.4 進行衝突檢測

在 Navisworks 中開起案例 3.中繼檔，接著於「常用」頁籤點選附加施工架的中繼檔，接著將施工架與案例 3.(含有建築之鋼筋、柱、牆、板、管線等)兩者做衝突檢測，如圖 3-22 所示，點選在「常用」頁籤中的 Clash Detective，開啟衝突檢測介面後點選「選擇」頁籤於左側選擇案例 3.，右側選擇施工架，接著可設定衝突類型為間隙衝突或硬衝突，公差的設定以公尺為單位，接著點開始選項即可看到衝突的數量，如圖 3-22、圖 3-23 所示，若有衝突數量產生，則可點選「結果」頁籤來檢視衝突點的位置，點選每一項衝突項目都會以紅色亮顯展示於模型上，如圖 3-24 所示，透過這樣的方式尋找空間中不合理的地方。

圖 3-28 衝突檢測選擇欲檢測物件示意圖

(57)

圖 3-29 檢視碰撞結果示意圖

圖 3-30 紅色亮顯之衝突點示意圖

(58)

3.3.5 輸入計畫起始與結束時間

若要進行施工模擬，在完成衝突檢測確認無誤後，於「常用」頁籤點 TimeLiner 做排程模擬，進入排程介面後，在「任務」頁籤中輸入工項名稱，如圖 3-25 所示，

輸入各工項名稱後，依施工表的時間輸入對應工項的計畫開始與結計畫結束時間，各工項的類型可以在「任務類型」中設定，包含構造、拆除、臨時、混凝土等類型，可隨任務改變類型，接著在附加選擇項目中將各任務與模型空間做連結，被點選的項目其模型物件會以綠色亮顯示，如圖 3-26 所示，若是想改變個物件所呈現的顏色，則可在「TimeLiner」的「配置」頁籤中，選擇要的物件顏色搭配，然後就可改變所要更改的模型物件外觀顏色，如圖 3-27 所示。

圖 3-31 工項排程輸入示意圖

(59)

圖 3-32 工項與空間模型連結示意圖

圖 3-33 模擬顏色設定示意圖

(60)

3.3.6 施工模擬動畫

當計畫時間都輸入完畢且確認無衝突後，即可在「TimeLiner」的「模擬」頁籤點及配置來設定模擬配置，所有配置設定完後可選擇欲模擬的工期段落，將該段落的開始與結束時間輸入即可，再將模擬動畫的播放時間長度輸入完畢後，即可匯出施工模擬的動畫影片，如圖 3-28 所示。若是想將模擬的動畫以影片檔的方式匯出可至輸出頁籤，點選「動畫」，然後設置要匯出的檔案來源及格式等選項，完成後點選確定就能匯出影片檔，如圖 3-29 所示。

圖 3-34 施工模擬動畫片段示意圖

(61)

圖 3-35 匯出影片之設定面板圖

3.4 小結

本研究方法是使用 Autodesk Revit Architecture 建立模型，以及使用 Autodesk Navisworks 做衝突檢測與施工模擬，由於作者對於這兩套軟體完全陌生，因此在撰寫本篇研究論文前，對這兩套軟體摸索了相當長的時間，但今天若是換作成一個具有相當熟練經驗的使用者來建立本研究所需要的模型，應能大幅降低建立模型元件時所花費的時間，對於本研究之目的或許能更加深入分析進而研究結構分析、綠能分析功能等的使用效益。

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第四章應用 BIM 可行性分析

本研究將對外牆施工架於工程計價時的計算數量方式做探討，現今營造工程對於外牆施工架需求數量的計算方式，是使用計算建築物的四周圍外牆表面積做總加的方法，來當作外牆施工架需求數量計算的依據，而這樣的計算方式是否精確，對於其所列出的計價單是否就真正合乎需求，因此本研究藉由 BIM 建模的方式來對案例做檢視。

工程的進行常伴隨著意想不到的阻礙發生，空間衝突就是其中之一，而外牆施工架在工程進行中，其施工空間和其他施工作業空間亦可能會發生衝突的情況，本研究亦將藉由 Navisworkss 的碰撞檢測功能，來確認加入施工架後是否影響其他工項的施工，以及是否會與原模型物件產生碰撞，並透過碰撞檢測得以確認模擬的施工架是否搭設在適當位置，以及將施工架排程加入來模擬工程動畫。

4.1 BIM 計算與案例計算差異分析

本研究之案例 1.與案例 2.是使用「施工架優良廠商評核制度建立之研究」一文中的施工架計價方式，來與本研究的建模計算做一討論，由 AutoCAD Revit Architecture 建立出的施工架模型，在完成所有施工架搭設工作後，即可從明細表功能中詳細列出所有的施工架物件的內容，而我們可以從數量項目做總計後，來查看施工架的總數量是多少，再與案例中的計算數量做檢核，以了解 BIM 建模方式與案例彼此間的差異。

本研究是以上視圖來呈現施工架在建築物四周的排列位置，然後將施工架排列的方法分為兩種，方法一是在不考慮結構強度及周圍環境的影響下，將施工架貼近於建築物周圍，以求得較符合案例中的計算方式之排列方法；方法二是較符合安全使用施工架的方法，即在建築物的四周以一個面搭一排施工架的排列方法，利用此兩種方法來與案例的計算方法做比較。

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為方便在文中敘述，故區分案例 1.與案例 2.的方法一、方法二之排列方式，因此將它們表示為表 4-1：

表 4-1 案例 1.、案例 2.使用方法一、方法二排列方式之代號

方法一方法二

案例 1.

A B

案例 2.

C D

註：A→以方法一排列方式的案例 1.專案模型

B

→以方法二排列方式的案例 1.專案模型

C

→以方法一排列方式的案例 2.專案模型

D

→以方法二排列方式的案例 2.專案模型

4.1.1 案例 1.施工架數量檢核

案例 1.計算方法：

按照圖 3-1 之平面圖所示周長，將其總加後再乘以樓高，然後再乘以實際搭設的樓層數即為估算面積。

案例 1.計算公式：

結構體周長*樓層高度(樓高 3.25m)*搭設樓層數

=((2498+15+58*7+92+1900+75+195+351+675+211+645+390+194+35+625 +550+40+65+852+267+113+745+1088+113+2433+43+30+40+4955+35*3 +70*4+35*4+48*8+47+13)/100*3.25+(4.78*2+2.4*2)*3.25)*3

=2148(m²)

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由於在模型中我們能看到的是元件的數量，而不是如案例以面積為單位的計算方法，因此必須將兩者設為同一單位方可檢核，將施工架數量以「一跨距」為單位表示，

讓人能更清楚知道其數量上的差異，故將兩者的單位皆換算成一跨距作為共通單位，

若將本研究建立的一跨距施工架以交叉拉桿側當作正面來看，一跨距之面積為 1.8m*1.8m。

在案例 1.的模型中，可以從明細表中看到 A 的交叉拉桿構件共有 1248 個，若以 一跨距為單位時，因一跨距會有兩個交叉拉桿，故要將交叉拉桿總數除以 2，才會等 於施工架的總跨距數，因此方法一所建之模型共有 624 跨的施工架；同理 B 所建的 模型共有 1272 個交叉拉桿，等於共有 636 跨的施工架。案例 1.所計算的數量為 2148m²，要換算為施工架跨距數時，則須將總坪方數除以一跨距之面積(1.8m*1.8m)，即為案 例 1.的施工架總跨數，因此案例 1.所估算的施工架數量則約為 663 跨，與 A 所建之 模型共相差 39 跨，其差異值為 5.8%；與 B 所建的模型相差 27 跨，其差異值為 4.1%。

本研究對案例 1.使用 BIM 計算之施工架排列方式，如圖 4-1、圖 4-3，而計算數量所用之交叉拉桿計算結果所列之明細表，如圖 4-2、圖 4-4 所示。

圖 4-1 案例 1.使用方法一的施工架排列圖

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圖 4-2 案例 1.使用方法一的交叉拉桿總數

圖 4-3 案例 1.使用方法二的施工架排列圖

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圖 4-4 案例 1.使用方法二的交叉拉桿總數

4.1.2 案例 2.施工架數量檢核

案例 2.計算方法：

按照圖 3-3 之平面圖所示周長，將其總加後再乘以樓高，然後再乘以實際搭設的樓層數即為估算面積。

案例 2.計算公式：

由於案例 2.僅提供整棟建築之總樓高，故計算公式更改為結構體周長*建築物高度(及樓層高度*搭設樓層數)

=((1620+41*2+100+93+1215+45*2+1620+52*10+1215+93+100)/100)*49.15 =3239(m²)

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從模型中所建的案例 2.施工架，在 C 的明細表可看到共有 1836 個交叉拉桿，即 有總數為 945 跨的施工架；在 D 的明細表則有 1944 個交叉拉桿，即有總數為 972 跨 的施工架，而案例 2.其所計算的施工架總面積為 3239m²，換算為一跨距為單位的施 工架總數，則約為 1000 跨的施工架，因此 C 與案例中所計算的施工架數量差了 55 跨，其差異值為 5.5%；而 D 與案例中所計算的施工架數量差了 28 跨，其差異值為 2.8%。

本研究對案例 2.使用 BIM 計算之施工架排列方式，如圖 4-5、圖 4-7，而計算數量所用之交叉拉桿計算結果所列之明細表，如圖 4-6、圖 4-8 所示。

圖 4-5 案例 2.使用方法一的施工架排列圖

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圖 4-6 案例 2.使用方法一的交叉拉桿總數

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圖 4-8 案例 2.使用方法二的交叉拉桿總數

案例與 BIM 計算之施工架數量以跨數總計於表 4-2，以其計算結果來分析，將分析結果敘述於下。

表 4-2 案例與 BIM 模型之施工架跨數總計面積(m²) 交叉拉桿數施工架跨數案例 1. 2,148 X 663 案例 2. 3,239 X 1,000

A

X 1,248 624

B

X 1,272 636

C

X 1,890 945

D

X 1,944 972

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由 4.1.1 與 4.1.2 小結所得計算結果可以看出，A、B 分別與案例 1.的施工架數量 差異分別為 5.8%、4.1%，而 C、D 與案例 2.的施工架數量差異分別為 5.5%、2.8%，

本研究所得計算結果與案例之數量還算接近，表示使用本研究之方法分析確實能行，

在方法一的搭設是可行的情況下，若以方法一的排列方式來組搭施工架，將會較方法二的排列方式減少更多的施工架使用量，但方法一對於施工架結構體卻明顯不符合強度的需求，尤其是對更高樓層數的建築物來說更是如此，除非開發出具有穩固非一直線排列的施工架之連結器，否則此方法將不適用，且在通行上的安全可能也需要更多的考量。而施工架在搭設上畢竟是要有足夠的安全性存在，施工架屬於臨時建築物，

在組搭完常會因吊料、滑槽或是物料進出的需要而拆除部分踏板、拉桿，因此造成此時的施工架呈現垂直、水平皆不連續的危險開口，且在轉角處的處理也往往是問題所在，一般非大型工地的處理是將突出的施工架內側交叉拉桿拿掉，方便用來與轉角另一排的施工架做連，接使人員方便通行，但交叉拉桿一但拿掉不僅影響結構穩定，連工作台上的作業人員的人身安全皆有會有所影響，好一點的搭設廠商會在轉角處補上安全護欄，較差的甚至不論兩轉角間的施工架是否有相交接觸，就直接在兩排施工架的踏板間再鋪上另一塊踏板做連結，造成此處呈現完全無安全防護狀態，故以方法二的施工架排列方式為標準會是較佳的選擇，使用方法二的排列方式雖較方法一的排列方式多了些施工架的需求數量，卻是能符合施工架結構的強度與穩定性需求，且方法二所計算的施工架數量仍低於案例所計算的數量。

在 BIM 模型之 A、B、C、D 施工架數量計算上會與案例有所差異，其主要影響 因素不外乎是當建築物外牆表面有較多的不規則形狀，而非一直線的平面牆時，則會增加計算建築物外牆表面積的總量，且當建築物的不規則形狀處所占的空間大小，當其在不足以影響人員在施工架上的施工作業，且仍能以建築物一面牆搭一直線排列的施工架之型式時，則案例的計算方法會使計算出的施工架數量比真正的數量需求還要高出許多。以案例 1.與案例 2.為例做比較，案例 1.的建築物外牆相較於案例 2.的建築

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