行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
建築資訊模型於捷運結構設施維護管理之研究與應用 研究成果報告(精簡版)
計 畫 類 別 ： 個別型
計 畫 編 號 ： NSC 100-2221-E-011-143-
執 行 期 間 ： 100 年 08 月 01 日至 101 年 07 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立臺灣科技大學研究發展處
計 畫 主 持 人 ： 嚴崇一
公 開 資 訊 ： 本計畫可公開查詢
中 華 民 國 101 年 10 月 31 日
中 文 摘 要 ： 臺北捷運系統之淡水線、文湖線木柵段通車營運至今已逾 10 年，其主要結構體將逐漸進入維修的高峰期。然而國內目前 在捷運結構體之維護管理上，多承襲橋梁維護管理之做法，
未有完整深入規劃之維護管理機制， 面對未來日益嚴峻之維 護管理工作，實有不足之處。建築資訊模型(Building Information Modeling, BIM)為近年來備受矚目之建築、土 木與營建產業之新興工具，主要係以 3D 的 CAD 為基礎，利用 物件化之建築元件模擬真實世界中之建築物構件。各元件可 結合資料庫，並儲存該建築物構件之相關資訊。因此本研究 以生命週期維護管理之觀念為理論基礎，研擬捷運設施維護 管理之三個循環五個步驟，然後探討捷運 BIM 模型之建構方 式與流程，最後規劃並發展出實務上可應用之維護管理系統 雛形。
中文關鍵詞： 建築資訊模型、捷運、生命週期維護管理、設施維護管理 英 文 摘 要 ： The MuZha Line of Taipei Metro Rapid Transit System
has been operated for more than 10 years. The
structures of the civil work will gradually reach the peak time frame of maintenance. In addition, the major metropolitans at Taiwan, including Taipei City, New Taipei City, Taoyuan County, Taichung City,
Kaohsiung City, all are planning or constructing new lines within the next few years. Therefore, the maintenance of the MRT system will become a major task in the near future. The current maintenance mechanism for the MRT structure components is following the concept of bridge maintenance work.
There is no specifically designed system for the MRT structure elements. Facing the challenge of
maintenance and sustainability, it is urgent to develop a maintenance strategy and system based on the concept of Life Cycle Management for MRT
structure system. On the other hand, Building Information Models (BIM) has become an emergent
technology in AEC industries. BIM utilizes the 3D CAD objects to simulate the real word building elements and with the ability to maintain the life cycle information for a building. BIM is an ideal tool and platform to develop a life cycle management system.
英文關鍵詞： BIM, MRT, Life Cycle Management, Maintenance and
Management
I
目錄
目錄 ... I 圖目錄 ... II
摘要 ... 1
Abstract ... 1
一、前言 ... 1
二、研究目的 ... 2
三、文獻探討 ... 2
四、研究流程與方法 ... 3
五、成果與建議 ... 4
參考文獻 ... 11
圖目錄
圖 1 研究流程圖 ... 3
圖 2(a) 生命週期維護管理循環與作業流程圖 ... 4
圖 2(b) 作業流程與系統對應圖 ... 4
圖 3 捷運結構體構件分解樹狀圖範例 ... 4
圖 4 結構元件庫範例圖 ... 5
圖 5 範例段潛盾隧道模型建立過程 ... 6
圖 6 潛盾隧道 BIM 3D 模型 ... 7
圖 7 高架橋梁 BIM 3D 模型 ... 7
圖 8 捷運結構維護管理資料倉儲 ... 8
圖 9 捷運結構維護管理資料倉儲表單架構 ... 8
圖 10 應用系統功能模組架構圖 ... 9
圖 11 基本資料管理模組 ... 9
圖 12 檢視成果管理模組-成果展示與統計 ... 9
1
摘要
臺北捷運系統之淡水線、文湖線木柵段通車營運至今已逾 10 年，其主要結構體將逐漸 進入維修的高峰期。然而國內目前在捷運結構體之維護管理上，多承襲橋梁維護管理之做 法，未有完整深入規劃之維護管理機制， 面對未來日益嚴峻之維護管理工作，實有不足之 處。建築資訊模型(Building Information Modeling, BIM)為近年來備受矚目之建築、土木與營 建產業之新興工具，主要係以 3D 的 CAD 為基礎，利用物件化之建築元件模擬真實世界中 之建築物構件。各元件可結合資料庫，並儲存該建築物構件之相關資訊。因此本研究以生命 週期維護管理之觀念為理論基礎，研擬捷運設施維護管理之三個循環五個步驟，然後探討捷 運 BIM 模型之建構方式與流程，最後規劃並發展出實務上可應用之維護管理系統雛形。
關鍵字：建築資訊模型、捷運、生命週期維護管理、設施維護管理
Abstract
The MuZha Line of Taipei Metro Rapid Transit System has been operated for more than 10 years. The structures of the civil work will gradually reach the peak time frame of maintenance. In addition, the major metropolitans at Taiwan, including Taipei City, New Taipei City, Taoyuan County, Taichung City, Kaohsiung City, all are planning or constructing new lines within the next few years. Therefore, the maintenance of the MRT system will become a major task in the near future. The current maintenance mechanism for the MRT structure components is following the concept of bridge maintenance work. There is no specifically designed system for the MRT structure elements. Facing the challenge of maintenance and sustainability, it is urgent to develop a maintenance strategy and system based on the concept of Life Cycle Management for MRT structure system. On the other hand, Building Information Models (BIM) has become an emergent technology in AEC industries. BIM utilizes the 3D CAD objects to simulate the real word building elements and with the ability to maintain the life cycle information for a building. BIM is an ideal tool and platform to develop a life cycle management system.
Keywords：BIM, MRT, Life Cycle Management, Maintenance and Management
一、前言
台北捷運系統之淡水線、文湖線木柵段通車營運至今已逾 10 年，其主要結構體將逐漸
進入維修的高峰期。此外，國內各主要都會區，包括台北市、新北市、桃園縣、台中市、高
雄市等在未來 10 數年中，亦將規劃興建各式捷運系統。然而國內目前在捷運結構體之維護
管理上，多承襲橋梁維護管理之做法，未有完整深入規劃之維護管理機制，此外，亦缺乏如
臺灣橋梁管理系統(Taiwan Bridge Management System, TBMS)般之管理工具，面對未來日益
嚴峻之維護管理工作，實有不足之處。針對國內目前許多已營運通車及陸續規劃興建之捷運
系統，對於土木結構物之維護管理作業的支援相對較少，且多為一般性目視巡查與反應式維
護，並未針對捷運結構體設施，建立一套有效管理模式、機制與系統，來決定各設施進行維
護管理之優先序與維護方式，進行設施維護管理規劃，並以成本效益分析為基礎，編列合理 化之維護管理經費，維持其原有功能與確保安全性。因此，面對複雜之捷運結構設施維護管 理工作，相關制度之研擬與維護管理系統之開發實為一大挑戰。
建築資訊模型（Building Information Modeling, BIM）為近年來備受矚目之建築、土木、
與營建產業新興工具。建築資訊模型以 3D CAD 為基礎，用物件化之 3D 建築元件模擬真實 世界中之建築物構件。各元件可結合資料庫以儲存該建築物構建之相關資訊。因此，建築資 訊模型可以用來儲存與展示整個建築物全生命週期從規劃、設計、興建、到營運維護等各階 段之資訊。
由於國內之業主單位，以台北捷運工程局為首，已著手研擬從規劃、設計階段導入建築 資訊模型，後續更將延伸至施工管理階段及維護管理階段，可預見以建築資訊模型為基礎之 維護管理系統，為國內捷運未來必然發展之趨勢。因此本研究將探討如何將生命週期維護管 理之概念融入以建築資訊模型為基礎之管理系統。
二、研究目的
本研究主要之研究目的主要可分為 ：(1)探討以全生命週期概念為中心之捷運結構設施 維護管理策略；(2)建立捷運結構設施之 BIM 模型，包含 3D 元件庫與 3D 模型，以及對應之 BIM 模型；(3)探討 BIM 應用於捷運結構設施維護管理之做法，結合圖形與非圖形資訊，將 捷運結構物設施維護管理資料庫、檢監測作業、維修等維護管理作業、維護策略相關分析與 評估資訊，導入建築資訊模型，利用其 3D 視覺化管理判面，資料資訊化等優點，促進結構 設施維謢管理系統之發展，並探討其可行性及優缺點。
三、文獻探討
(王宇翔，2008)研究提出一個 3D 視覺化的設施維護管理模式，並實作原型系統驗證其 可行性。此模式採用 3D 的模型呈現出設施的樣貌，並能讓使用者依據關切的主題，切換不 同尺度或是改變視點檢視，再以點選模型的方式查詢出資訊。針對設施維護管理的相關資 訊，研擬提出適當的視覺化呈現模式，如使用顏色來表示溫度、數字表示人員數量等，讓使 用者能依據不同的需求直覺地操作及查詢並觀看及理解資訊；在資訊方面，則是整合使用資 料庫、監測技術及維護相關方法理論，有效地儲存並處理有關設施不同面向的資訊，以輔助 維護管理相關之決策。另外，在系統的擴充性上，則是使用物件模組化技術，針對土木建物 設施研擬提出含維護相關屬性之建模模組，可供組成各種不同設施，發展之系統不只針對單 一設施，且可以重複利用。此研究是以一建築設施為例提出三維視覺化之設施維護管理模 式，舉凡住宅、學校、醫院、橋樑、水庫、港埠及隧道等皆可能為維護之對象，並著重系統 實做，未針對某一管理模式進行探討。
(李宜謙，2010)研究主要是在探究 BIM 之概念與技術於建築物之設備維護管理之應用，
透過 BIM 模型及軟體功能管理作業進度與品質，提出 BIM 導入於物業設備維護管理作業之
應用模式並實際導入於作業中，並探討 BIM 導入於物業設備維護管理之應用性及可能遭遇
3
之困難，以及分析 BIM 概念為物業設備維護管理作業帶來之效益。
此外，在業界亦有許多發展成熟之商用軟體，其中美商 ARCHIBUS 為全生命週期資產 施與物業管理整合之牛耳，ARCHIBUS 為全球排名第一且市占率最高的整體資產與設施管 理系統平台(TIFM / Total Infrastructure & Facilities Management)，全球許多大型企業、房地 廠、醫療、金融、政府、交通、學校等皆採用 ARCHIBUS 做為資產及設施管理的解決方案。
ARCHIBUS 不但已與 AutoCAD®、Revit®建築環境之圖檔與 BIM 資料庫整合，雙向連結至 資產設施與物業管理系統之數據上，同步更新每個環境，改善準確度與生產力；同時其各功 能模組也可與 ESRI 地理資訊管理系統(GIS)做緊密整合。ARCHIBUS 將功能納入建築資訊模 型(Building Information Modeling, BIM)，改善建築全生命週期管理。
ARCHIBUS 不僅提供全面性的整合解決方案，並且能在最短的時間內有效且正確地評 估和檢視企業或組織內部，分析最有益的戰略決策，創造最佳投資報酬率(ROI)；永續性全 生命週期模式的效益評估與再利用價值，有效監控與管理專案的時間和成本，將提升整個企 業或組織的生產效率和利潤。
四、研究流程與方法
整個研究計劃執行之流程如圖 1 所示，在確立研究目的後，搜集維護管理與 BIM 相關 文獻後，進行捷運結構設施維護管理機制之探討，並建立相關 BIM 模型，最後探討整合應 用之方法。研究方法主要透過文獻搜集分析及專家訪談探討維護管理之機制、然後經由系統 分析研擬資料庫與系統平台架構。
圖 1 研究流程圖
五、成果與建議
5.1 研究成果
本研究之研究成果可歸納成以下數點摘要說明:
(一) 捷運結構設施維護管理機制
綜合生命週期維護管理之相關理論，並參考國外實行之維護管理機制，本研究歸納出圖 2(a)所示之捷運結構設施生命週期維護管理 3 循環與 5 步驟之作業流程圖，然後再據此 歸納出對應之資料庫與系統功能圖，如圖 2(b)所示。此二圖為後續發展之理論基礎。
回饋
維護管理策略規劃
工作規劃 檢監測 成果評估 維護管理 損壞/劣化
程度評估 維護管理技術
效能評估 基本資料
歷史紀錄
矯正維修
維護策 略修正 維護管 理策略
循環Ⅰ 循環Ⅲ 循環Ⅱ
設計 修正
功能調整階段 營運階段
損壞/劣化 影響評估
圖 2(a) 生命週期維護管理循環與作業流程圖 圖 2(b) 作業流程與系統對應圖
(二) 捷運結構設施 BIM 模型
捷運結構設施維護管理未來若欲與 BIM 進行結合，首先需建立結構體之 3D BIM 模型。
為方便未來能針對既有之捷運路線有系統的建置 BIM 模型，本研究將探討建置之作業流程。
Step1:依照構件拆解原則拆解出結構分解樹狀架構:
文山內湖線 (BR)
metro
B1-B2 B1-B2-ST01-U
B2-B1-ST01-D
B2-B1-DL01-DU
B2-B1-VD01-DU
B1-B2-ST01-U-SEC01 B1-B2-ST01-U-SEC02 B1-B2-ST01-U-SEC...
B2-B1-ST01-D-SEC01 B2-B1-ST01-D-SEC02 B2-B1-ST01-D-SEC…
B1-B2-DL01-DU-CC
B1-B2-DL01-DU-AP
B1-B2-VD01-DU-AB01
B1-B2-VD01-DU-P0101
B1-B2-VD01-DU-S0101
B1-B2-ST01-U-SEC01-0001 B1-B2-ST01-U-SEC01-0002 B1-B2-ST01-U-SEC01-…
B2-B1-ST01-D-SEC01-0001
B2-B1-ST01-D-SEC01-…
B2-B1-ST01-D-SEC01-0002
B1-B2-DL01-DU-CC-Top B1-B2-DL01-DU-CC-Right B1-B2-DL01-DU-CC-Left B1-B2-DL01-DU-CC-Floor B1-B2-DL01-DU-CC-Sidewalk B1-B2-DL01-DU-CC-SUB
B1-B2-DL01-DU-AP-Floor B1-B2-DL01-DU-AP-Sidewalk B1-B2-DL01-DU-AP-SUB B1-B2-DL01-DU-AP-Right B1-B2-DL01-DU-AP-Left
B1-B2-VD01-DU-AB-Wall B1-B2-VD01-DU-AB-Right wing wall B1-B2-VD01-DU-AB-Left wing wall B1-B2-VD01-DU-AB-SW B1-B2-VD01-DU-AB-SUB
B1-B2-VD01-DU-P-Pier B1-B2-VD01-DU-P-Bearing B1-B2-VD01-DU-P-SUB
B1-B2-VD01-DU-S-Deck B1-B2-VD01-DU-S-Sidewalk B1-B2-VD01-DU-S-SUB
SA1 SA2 SA3 SB1 SB2 SK I W Others
B1-B2-VD01-DU-P-Foundation ST：Shield Tunnel
DL：Day Lighting VD：Viaduct U：Up Line D：Down Line
DU：Up and Down Line in one Section A1~3：Segment A1~3
SB1~2：Segment B1~2 SK：Segment K
圖 3 捷運結構體構件分解樹狀圖範例
5
Step 2: 建立結構構件之元件庫
Autodesk Revit(包含 Architecture 及 Structure)為結合設計及資訊管理之 BIM 軟體，可支 援建築專案之相關設計圖面及明細表之管理，並可提供有關專案中設計之範圍、數量及階段 的資訊，本研究將以 Autodesk Revit 為建模工具，建置族群元件庫。本研究以文湖線大直站 至劍南路站為範例，共建立潛盾隧道 6 個元件(含 2 個標準斷面及 4 個異型斷面)、高架段 47 個元件(含 8 種墩柱型式、4 種樁帽型式、2 種支承型式及 1 種剪力箱)。另外出土段及高架段 大梁部分，因為無法重複使用，直接引用內建族群元件客製，並未建立元件。
圖 4 結構元件庫範例圖
Step 3: 利用元件庫配合 2D 竣工圖建立 3D 模型
3D 模型之建立方法是以 2D 竣工圖為底圖，將建立之元件調整尺寸後依其正確位址放於 竣工圖上，然後加上高程，並逐一連結便可建立 3D 模型。圖 5 為範例段(文湖線大直站~劍 南路段站)潛盾隧道段模型之建立流程。圖 6 為完成後之潛盾隧道模型，圖 7 為範例段高架 段之模型。
圖 5 範例段潛盾隧道模型建立過程
7
圖 6 潛盾隧道 BIM 3D 模型
圖 7 高架橋梁 BIM 3D 模型
(三) BIM 模型於捷運結構設施維護管理之應用
關於 BIM 模型，除了 3D 模型外，更重要的是其後端所聯結之資料屬性，因此本研究
提出「捷運結構物維護管理資料倉儲」之概念並進行規劃，主要分成八大資料群組，其概
念示意如圖 8 所示。其中即涵蓋了基本路線資料、周遭環境背景資料、監測相關資料、檢
測相關資料、歷史維護紀錄相關資料、維護資源管理相關資料、工程預算規劃及績效評量
相關紀錄內容等。整個資料倉儲以拆解後之構件為中心與其他資料庫進行整合，透過獨一
之構件編號(ID)為聯結之主鍵，將整個資料倉儲串接起來，另外也藉由此 ID 與 BIM 3D 模
型進行聯結。本研究共規劃出 6 個子資料庫共 112 個表單，如圖 9 所示。
圖 8 捷運結構維護管理資料倉儲
圖 9 捷運結構維護管理資料倉儲表單架構
受限於研究時程，本研究將應用之系統範圍縮限至支援執行例行巡檢作業之相關系統 功能與模組。以下為本研究提出之系統功能模組(圖 10):
1. 基本資料模組：此模組主要功能為管理各結構構件之基本資料，此外也利用此模組 管理所有與檢修人員相關之基本資料及管理單位資料；另外損壞態樣及維修模式之 資料亦透過此模組進行資料、照片、附屬檔案之管理。
2. 檢視管理模組：此模組提供維護作業之相關輔助功能，包括紀錄所有檢視任務排程 資訊及檢視成果資料，並可提供任務排程及成果資料的管控、查詢與統計分析。
3. 檢視執行模組：此模組將輔助現場檢視作業之執行，故本研究規劃開發方便於現場
執行之行動模組，裝置於平板電腦或智慧型手機上，方便現場檢測人員於現場使
用，並達到詳實記錄問題所在之目的。檢測行動模組具備以下之功能：(a)可從檢視
管理模組中取得檢測任務；(b)記錄劣化界面，需包含劣化位置、敘述及照片；(c)
可於現場拍攝損壞影像儲存於行動裝置中，並同時與劣化紀錄資料串連； (d)最後
將行動裝置上之檢測資料，於檢視作業執行完成後，透過介面自動上傳至後端資料
庫中，與任務資料進行整合的工作。
9
4. 審核評估模組：未來可利用此模組針對檢視任務之成果資料進行審核評估的工作。
圖 10 應用系統功能模組架構圖
本研究同時與國外 AM/FM 大廠 ARCHIBUS 合作，利用其 Web 平台開發應用系統之 基本資料管理模組與檢視管理模組，而檢視執行模組則開發於 iPad 上。成果畫面如圖 11~
圖 14 所示。
圖 11 基本資料管理模組
圖 12 檢視成果管理模組-成果展示與統計
圖 13 檢視成果結合 BIM 模型
圖 14 檢視執行模組
11
5.2 結論與建議
本研究結合理論與實務，探討如何應用 BIM 於捷運設施維護管理作業上。本研究首 先蒐集國內外生命週期維護管理之理論，提出維護管理落實的三個循環及五個作業流程，
並據此規劃出資料倉儲與作業系統之架構。然後本研究以台北捷運文湖線大直站到劍南路 站為範例，進行 BIM 模型之建置研究，研提元件庫與建置流程。最後在以 ARCHIBUS 為 基礎，發展出檢測作業之應用程式，並與 BIM 模型進行結合。未來相關成果，可應用於 捷運結構設施之維護管理上。另外，針對未來之研究與應用，本研究提出以下幾點建議:
1. 建議應於設計階段即直接導入 BIM，以保有結構設施更加完整之資料。另外建議捷 運局應建立本身 BIM 相關標準，以防未來採用 BIM 之設計方式後，因無固定之建 立標準，而產生無法整合之問題。
2. 針對已興建完或興建中之路段，若未採用 BIM 之設計，建議可使用 3D 雷射掃描以 更快速取得符合現況之結構模型。未來亦可針對工程問題拍照後結合 3D 模型作成 記錄，對於過去資料可予以紀錄，並結合檢查及維護管理系統。
3. 未來可利用 3D 雷射掃描及 3D 環景技術結合影像自動辨識技術，發展一套半自動 化/自動化之檢視作業系統，以代替臺北大眾捷運公司現行之平時檢查工作，以減 輕基層人員之工作負擔，改善現有人力不足之問題。
參考文獻
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國科會補助計畫衍生研發成果推廣資料表
日期:2012/10/31
國科會補助計畫
計畫名稱: 建築資訊模型於捷運結構設施維護管理之研究與應用 計畫主持人: 嚴崇一
計畫編號: 100-2221-E-011-143- 學門領域: 營建管理
