行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
應用先進資訊科技輔助營建工程團隊協同設計之研究(第 3 年)
研究成果報告(完整版)
計 畫 類 別 ： 個別型
計 畫 編 號 ： NSC 96-2628-E-011-009-MY3
執 行 期 間 ： 98 年 08 月 01 日至 99 年 07 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立臺灣科技大學營建工程系
計 畫 主 持 人 ： 陳鴻銘
計畫參與人員： 碩士班研究生-兼任助理人員：朱奕齊 碩士班研究生-兼任助理人員：王宇翔 碩士班研究生-兼任助理人員：嚴景瀛
碩士班研究生-兼任助理人員：&；#63988；震亞 碩士班研究生-兼任助理人員：&；#63988；揚 碩士班研究生-兼任助理人員：楊濬承
碩士班研究生-兼任助理人員：蔡至禹 碩士班研究生-兼任助理人員：莊坤霖 博士班研究生-兼任助理人員：侯權鍵
報 告 附 件 ： 出席國際會議研究心得報告及發表論文
處 理 方 式 ： 本計畫涉及專利或其他智慧財產權，2 年後可公開查詢
中 華 民 國 99 年 11 月 08 日
行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告
應用先進資訊科技輔助營建工程團隊協同設計之研究
Application of Advanced Information Technology for Collaborative Design Teamwork in Construction Engineering
計畫編號：NSC 96－2628－E－011－009－MY3 執行期間： 96 年 8 月 1 日至 99 年 7 月 31 日
主持人：陳鴻銘 國立台灣科技大學營建工程系副教授
營建產業是一個歷史悠久的傳統產業，其產業特色是其產品(建築物)具有特殊化 與客製化的特性，各個建築物均可視為特製的產品，此特性使得建築營建工程(A/E/C, Architecture/Engineering/Construction)運作流程中的各個階段，由土地的取得、規劃、
設計、發包、施工，以至於使用維護等，皆需有許多不同職種的專業人員團隊之參 與及合作，例如建築師、結構工程師、空調工程師等。因此，一個營建專案是集眾 人之力完成，透過協同合作的方式將建築物設計完成。以施工圖說為例，其通常是 經由圖 1 之程序由不同的團隊協同所產生。
圖 1 施工圖說之製作發展流程
在如此繁複的建築設計開發流程中，由於無法由單領域之專業人員獨自完成一 項專案計畫，而需要整合各領域之團隊來共同協調合作以獲得基於多重領域考量之 最理想的設計，為了達到此一目標，各領域團隊間即形成了各種不同型態的跨領域 合作關係。營建工程跨領域團隊之協同合作，傳統上的作業形式，是於會議室中集 會，同時針對設計物之模型、圖說、施工規劃排程、動畫等之設計資料作面對面的 討論與修改，此設計活動乃為一種處理大量且多元資訊的活動。
「協同合作設計」是由某領域之團隊或多個跨領域團隊針對某個專案進行設 計、討論與決策等行為，想當然爾，個體與群體間彼此的充分溝通與協調是不可或
缺的。就營建工程而言，參與之各領域團隊通常是分散於各地，跨國界的團隊合作 亦是國際化的趨勢，對於跨領域團隊間的協同合作問題，網際網路亦應是支援彼此 間遠距即時溝通，以及設計資料交換與整合之最佳媒介。因此針對營建工程跨領域 團隊間協同合作之特性，本計畫提出以網路為基礎之跨領域團隊協同設計模式，以 及支援所提模式之網路式跨領域團隊協同設計平台。
近年來，性能設計的概念已被導入各領域的設計中，其基本是以分析模擬的方 式對所提設計方案進行檢驗，依分析結果不斷修正設計以達到最適的設計方案，而 設計上要綜合考量設計物的各種性能，即需能將某設計中的方案以各種不同領域的 分析程式進行各種不同性能的評估，例如耐震分析、成本分析、空調分析等，再基 於不同性能的評估結果經整體考量做出設計上的修正；要達成有效率的性能設計需 設計與各種不同領域之分析系統整合，然而目前各領域主流的分析軟體大多皆獨立 發展其所屬領域相關的功能，由於這些主流分析軟體分屬不同公司的產品，均發展 多年，各自的技術與功能繁多，研發團隊各有專精，故彼此系統間整合不易。故本 計畫用 XML 技術應用於系統之整合上，以電腦自動化的方式達成設計與各類分析 系統之主動式整合，提出多領域的性能評估平台系統原型，以期讓各領域的設計專 家均能於此平台上，對共同的設計選用各自領域的分析程式達成其所負責的性能分 析工作，並於此平台上直接整合評估結果。
此外，營建工程跨領域團隊之協同合作，傳統上的作業形式，是於會議室中集 會，同時針對設計物之模型、圖說、施工規劃排程、動畫等之設計資料作面對面的 討論與修改，此設計活動乃為一種處理大量且多元資訊的活動，然而，網路式的系 統是以執行於電腦上的程式視窗為使用者彼此溝通的介面，若以此一模式達成網路 式跨領域團隊協同，並不容易，因為於侷限的電腦螢幕上並不容易同時傳達多種型 態的設計資料，電腦視窗系統的操作模式與傳統跨領域協同合作之工作模式並不相 符，除了會影響溝通的效率與品質，更難以被已習慣傳統協同作業的使用者適應接 受，此外，此模式受限於以電腦為溝通之唯一管道，亦難以營造身歷其境之合作討 論氣氛。故本計畫研究應用無所不在計算的概念與技術，使其透過網路彼此連線的 多媒體電腦設備整合至傳統的協同設計會議環境中，其為了要使網路式跨領域團隊 協同合作能真正被接受實現，讓網路式跨領域團隊協同設計平台所聯結的是地理上 遠距的空間，使得遠距的人員只要各自於所屬空間中以傳統的協同模式工作即可完 成遠距的討論，使得設計師的傳統集會討論發展成為「同時異地」的分散式合作模
式，不但可打破了地域的限制，在某些層面上更可跨越國際性與文化上的差異。
本計畫所建置之系統平台雖主要是針對建築物的設計階段，但還可延伸成為設 計物之生命週期維護管理平台，除了可將系統平台所整合的設計資料，持續傳承給 後續的施工與維護階段的人員做有效的使用，並可將後續階段所產出的施工與維護 相關資料，依照與設計階段同樣的模式，儲存整合成為一個可代表實際設計物於各 種生命週期階段的虛擬模型，並進一步地使對實際設計物的管理與維護，可經由其 虛擬模型管控的模式來達成。故針對建物營運維護階段，本計畫整合各類的監測設 備以及監測網路(Sensor Network)技術，對設計物做即時的監測，並整合所建置的監 測設施與本計畫所提出的系統平台，以監測設計物之實際狀態，並即時地於系統平 台上的虛擬模型以適當方式之圖型化呈現，且維護管理人員可即時地於系統平台上 以監看虛擬模型的模式，對實際設計物進行實質的監控，必要時，也能以點選模型 元件的方式，立即地自資料庫查詢所選元件之相關的設計、施工以及監測歷史資料。
1 網路式營建工程跨領域團隊協同合作模式與平台
由於跨領域團隊合作所完成的營建工程設計，不同領域的設計所需維護與處理 的設計參數並不完全相同，雖某些設計參數是可由某團隊依其專業決定，但許多的 參數是需要一個以上的團隊協調訂定之。由於不同領域的設計團隊通常於不同的地 點工作，故協同的方式多半是各團隊分頭進行各自的設計再嘗試予以整合，此設計 整合的模式不但同時需統整的設計參數繁多，且同時尚需對於具有衝突之設計參數 作協調與修改，由於許多設計參數具有設計上的相依性，實為難以有效率且完善處 理的工作。故本計畫應用與整合網際網路與資料庫等技術，於營建工程跨領域團隊 之協同合作上，提出跨領域團隊協同合作設計模式及發展混合主從式架構與同儕式 架構之網路式跨領域協同合作設計平台。並於此一混合式網路架構下研擬及規劃適 當的網路傳輸架構與跨團隊權限控制規則，使得跨領域之設計團隊能透過網路連線 共同合作完成跨領域模型以達成設計上之整合，實現跨領域團隊透過網路共同建立 單一的多領域模型之協同合作模式，以提昇協同合作的品質與效率。
在 A/E/C 團隊跨領域之合作關係下，團隊間的溝通與資訊的分享都極為重要，
近年來電腦輔助設計技術已提供相關設計專案之模型圖說資料，可使各領域設計者 對其設計做更準確、複雜且擬真實的設計呈現，但跨領域團隊合作的設計專案是由 不同領域之專業人員設計所完成，因此需維護與處理的設計參數並不完全相同，例
如結構設計需基於設計物的幾何尺寸與構件的力學行為，而節能設計需基於建築空 間的幾何配置與建案所處地點的環境等，故需設定之設計參數繁多，雖某些設計參 數是可由某團隊依其專業決定，但許多的參數是需要一個以上的團隊協調訂定之。
由於不同領域的設計團隊通常於不同的地點工作，故協同的方式多半是各團隊分頭 進行各自的設計再嘗試予以整合，此設計整合的模式不但同時需統整的設計參數繁 多，且同時對於具有衝突的設計參數之協調與修改，由於許多設計參數具有設計上 的相依性，實為難以有效率且完善處理的工作。故有可能基於設計整合的需求研究 建立一個整合各領域設計資訊的建築設計系統，此系統需能將不同領域的設計資訊 或參數整合為單一的多領域模型，此模型之構成資訊或參數是依其相關性整合於單 一資料庫中，且可依需求以各種不同領域的表現方式視覺化呈現，不同領域的設計 者可於此系統平台上有效率地整合設計資訊。
因此，針對營建工程的跨領域團隊之協同設計作業，本計畫提出跨領域團隊透 過網路共同建立單一的多領域模型之協同合作模式，其概念如圖 2 所示，基於設計 整合的需求而研究建立一個整合各領域設計資訊的設計系統，此系統需能將不同領 域的設計資訊或參數整合為單一的多領域模型，而跨領域的團隊則是以共同完成單 一個模型的方式達到設計參數之整合與一致，此模型基本上是以 3D 型態的方式呈 現，透過系統介面之輔助合作協調溝通以共同完成此跨領域模型以達成設計整合。
圖 2 跨領域團隊透過網路共同建立單一的多領域模型之協同合作模式
此一網路即時合作的建模模式下，是基於跨領域團隊共同建立單一的多領域模 型之協同合作模式之概念，是讓跨領域團隊於虛擬的空間中，各自均基於其專業分 工所負責的設計建模工作，彼此分工、合作與協調，於設定場景內不斷建構發展中 之共同模型需其負責決定的屬性參數之工作模式所協力完成，最終調整出一個最後 能完全代表或模擬實際設計物的模型，設計上如有任何的衝突或不合，可由系統偵 測並於 3D 的模型上呈現，並經協調後排除，此一協同設計的過程有如於虛擬的空 間中模擬完成設計物的建造，由於設計上的衝突均以於此虛擬建造的過程中被發現 並排除，未來的施工即是單純地將此虛擬的模型實現。
本計畫基於協同合作平台需考量設計團隊之間角色彼此相互關係的不同，研擬 出適當的網路傳輸架構，讓跨領域之設計團隊能以高效率、高彈性、高延展性、容 易使用的方式，共同合作完成合作式的設計。營建工程跨領域團隊協同合作設計的 過程中，會有兩種形式的協同，分別是跨領域團隊成員間的協同，例如結構工程師、
建築師、與營建工程師間的協同合作，以及同領域團隊成員間的協同，例如參與同
一建築設計案的建築師間的協同合作。就兩類協同合作的特性而言，跨領域團隊成 員間的協同是較偏向非同步即時的，除了於設計初期針對初始設計方案做討論外，
通常的協同模式是某領域之設計團隊完成了所有需負責的設計或設計變更後，再將 結果整體交付給下一個其他領域的設計團隊，然而，同領域團隊成員間的協同是較 偏向同步即時的，通常的協同模式是將設計團隊所需負責的設計工作分配給團隊成 員同時進行，合作的過程中，團員間需頻繁地溝通以掌握整體的進度以及讓彼此的 設計能夠整合。故本計畫所發展之網路式協同合作平台能同時支援上述兩類之協同 模式，針對此兩模式之特性以及其間的整合，其最適之網路連線架構為整合傳統的 主從式連線架構與新興的同儕式連線架構之模式。
主從式(Client-Server)架構最基本的連線模式為一中央伺服器(Server)連結多個客 戶端(Client)，如圖 3 左所示，在此一架構下，客戶端間所傳輸之訊息，皆須以伺服 器作為其溝通之橋樑。主從式架構之優點在於易於製作、維修與更新，客戶端可透 過伺服器豐富之硬體及系統資源執行各種複雜之運算，且運算資料統一儲存於伺服 器，因此易於維持資料之一致性與安全性，亦方便管理所有連線之使用者；而其主 要之缺點在於所有使用者在使用時皆必須連線至特定之伺服器，才能夠與其他使用 者傳遞訊息，且伺服器必須接收與傳遞所有使用者之訊息，伺服器若未採取分散流 量之處理機制時，則在使用者眾多時會因網路資源不足而造成使用效率降低。
同儕式(Peer-to-Peer, P2P)架構最主要的特徵就是其組成之所有成員皆為具備伺 服器與客戶端功能之同儕節點(peer)，因此所有成員皆具備與其他成員直接連線溝通 之能力，其連線模式如圖 3 右所示。其優點為節點間不需透過伺服器而能夠相互連 線傳遞資訊，因此能夠分散網路傳輸流量而提高傳輸效率，且節點間的連線方式也 更具彈性，資料亦能夠分散儲存於各節點中；但缺點在於因資料以分散的方式儲存，
因此在資料搜尋與資料一致性必須透過一些機制來達成，且連線之節點不易於管 理，因此安全性及互信問題之處理不易。
圖 3 主從式架構 vs. 同儕式架構
對於非同步即時的跨領域團隊合作，依其作業上之特性，採用主從式的網路架 構，由專案資料庫伺服器提供各團隊一個可透過網路存取的資料交換與管理中心，
以達成團隊間設計資料的有效交換與維持資料的一致性。然而對於同步即時的同領 域團隊合作，依其資訊傳輸效率、分散處理之計算平均分工、系統之容錯、以及連 線組成團隊的便利性等作業上之特性，則採用同儕式的網路架構，此乃是基於即時 協同系統於穩定性、自主性、延展性與便利性上之考量。
故本計畫所研擬之混合主從式架構與同儕式架構的網路式跨領域協同合作平 台，為針對營建工程跨領域團隊協同合作設計所發展與建置，如圖 4 所示。其各個 團隊均需有一部代表團隊的主機，這些代表主機需隨時開機上線，依主從式的網路 架構連線至一個負責跨領域團隊間協同的中央伺服器，此伺服器以資料庫有效安全 地儲存管理跨領域團隊所共同建立的多領域模型以及相關圖說等文件資料，以集中 的方式對設計資料做一致性的管理，另一方面，各個領域的團隊成員，則隨時可使 用各自的工作電腦，依同儕式的網路架構，直接或間接地連線至其所屬團隊的代表 主機，這些工作主機，可隨時依需要上線或離線，不會影響到其他任何主機的運作。
圖 4 混合主從式架構與同儕式架構的跨領域團隊協同合作網路
1.1 系統功能運作機制
本計畫所開發之平台的重要關鍵運作機制為「模型元件使有權限機制」與「模 型元件回饋機制」。此為了達成營建工程跨領域團隊協同合作設計之設計資料的一致 性、共享性與即時性，可使營建工程各跨領域團隊能各自均基於其專業分工所負責 之設計建模工作，彼此分工、合作與協調，於平台內不斷建構發展與調整共同模型 所需之屬性參數，能有效率地協力完成並最終調整出一個最後能完全代表或模擬實 際設計物的多領域模型。
1.1.1 系統上線機制
建構多領域模型需仰賴多個領域的團隊來參與，各個團隊於使用本設計系統 前，其團隊之代表工作主機(Local server)必須先憑藉所屬團隊的帳號與密碼透過中央 資料伺服器(Global server)的驗證來登入，以識別為何種團隊上線操控使用系統來參 與設計及建模，並且可讓中央資料伺服器規範該團隊是否可修改目前的多領域模型 元件，如目前的設計階段非該團隊所負責，則多領域模型會以透明的方式來表示，
以保持使用操控多領域模型元件的唯一性並確保多領域模型於各團隊之間的一致 性。在同領域之 P2P 網路架構下，各個團隊均有屬於代表之工作主機(Local server)，
該工作主機為團隊內使用者間連線之根部(root)，因此各個使用者(peer)之間相互連線 建構出同儕式(P2P)網路架構，而於此架構之精神下，任一使用者均需能隨時加入或 退出團隊。各個使用者如欲上線加入團隊參與設計工作，除了直接輸入網路位址與 通訊埠指定連線對象外，系統還能夠以適用於區域網路之 IP 群播方式搜尋並提供目 前連線團隊中所有有開啟伺服端功能之節點清單，使用者可任選其一，並連線於其 下，使得與其他使用者連線方式變得更加方便。其團隊代表工作主機與團隊內使用 者登入連線機制，如圖 5 所示。
圖 5 系統上線機制
1.1.2 多領域模型架構
營建工程專案之多領域模型通常由一些基礎建築構件所組合而成，如：柱、樑、
牆、版，其屬於兩層式架構。本計畫為了提升營建工程基於網路式跨領域協同合作 設計多領域模型之建構流程的效率與資料傳輸的速度，在元件與多領域模型之間加 入子模型階層，故本計畫之多領域模型架構為三層式架構，第一層為元件，第二層 為子模型，第三層為模型，如圖 6 所示。第一層之元件為一般的建築構件，例如：
柱、樑、牆、版；第二階層之子模型為由元件所建構出的建築單元空間，例如：房 間、樓層等；第三階層為全部子模型之集合而所建構形成的整體多領域模型。
圖 6 多領域模型架構
營建工程之專案主要屬於跨領域團隊協同合作設計的工作，故會有不同領域的 專業人員參與專案之整體及細部的設計。在整個規劃設計流程中，跨領域的專業人 員依據專案之設計的要求與規範，憑藉所屬領域的專業知識來協同設計及建構所代 表的多領域模型，故專案之多領域模型彙集各個領域之專業的設計屬性與參數。在 網路式營建工程跨領域協同合作設計的流程中，跨領域團隊之間會頻繁地相互交換 多領域模型，而多領域模型能詳實地記載許多大量的各領域之設計資訊，因此一個 營建專案的多領域模型之資料量是非常龐大，如果以整體模型為基礎之方式作為網 路傳輸的單位時，會因許多的資料量造成網路傳輸較重之負擔而造成資料同步的遲 緩；再者，各領域團隊於營建專案設計時，一般會花費較多的時間琢磨於模型中之 某個建築單元的設計上。因此，本計畫提出位於元件與模型之間的子模型階層，將 多領域模型切割成數個子模型，可減低多領域模型於設計流程之資料交換量；而某 個領域團隊所欲設計之多領域模型不用一定要等到位於上階段團隊完成全部所屬之 設計後才能交付，如上階段團隊已經完成某些子模型之設計時，可以將這些子模型 先行交付給下階段的團隊來設計，以提升網路式營建工程跨領域協同合作設計的效 率。
本計畫所提出之網路式營建工程跨領域協同合作設計的模式與原型系統的多領
域模型建構模式是基於此三層式架構，可由系統介面選取欲建構的元件，進而將這 些元件組合成為子模型，數個子模型集合而成為整體多領域模型，未處於正在編輯 之子模型會以透明色表示。當各領域團隊間需做大量模型資料之網路傳輸是以子模 型為單位透過各領域之代表伺服器(Local Server)與中央伺服器(Global Server)相互交 換，作為傳遞之媒介。此外，本計畫規劃多領域模型三層式架構之控制規則如下：
(1) 建築元件同一時間必須只能隸屬某一個子模型。
(2) 建築元件可依據各領域團隊的任一台工作主機之需求轉變該團隊擁有權限 之任一所屬的子模型。
(3) 各領域團隊的任一台工作主機可依據需求將所指定的建築元件定義歸納成 為新的子模型。
(4) 各領域團隊的任一台工作主機於編輯模型時，必須先選擇欲編修且擁有權限 的子模型。
(5) 各領域團隊之代表工作主機做多領域模型之權限轉移時，可選擇以子模型為 單位做轉移。
(6) 系統介面會以實體顏色顯示正在編修的子模型，而處於未編修狀態的子模型 會以透明顏色顯示。
1.1.3 模型元件使有權限機制
本平台的系統運作是基於「線上即時」的同步協同模式，即於所有連線於此平 台的工作主機上，均提供一個同步即時的 3D 的視窗介面，呈現共享的虛擬設計工 作空間，所有連線的使用者可共同的於此視窗中的虛擬空間進行設計工作，並即時 的看見所有連線成員工作的進展，透過系統所提供的線上即時通訊工具溝通協調整 合出共同建立的多領域模型，使用者可於任意選擇的視點，從不同的角度與距離檢 視多領域模型之發展與更新，使用者如欲對使用連線的工作主機對共同的多領域模 型做操作修改，則須由模型元件使用權限管理機制來控制。
本計畫所規劃之跨領域團隊模型元件使用權限控管機制如下：
(1) 所有依同儕式架構連線至某代表主機之同領域團隊的工作主機，對共同的多 領域模型之增修，均具有相同的權限。
(2) 一個專案所包含的多領域模型構成之多個元件及元件屬性之增修權限可屬 於不同團隊所有，而單一的元件及元件屬性之增修權限，同時只能被某一個
團隊所擁有。
(3) 某模型構成元件之增刪權限，一開始為此元件建立者所屬團隊所共同擁有。
(4) 模型構成元件屬性(如其尺寸、位置、材料等)之增刪修改權限，一開始為其 初始設定者所屬團隊所共同擁有。
(5) 擁有權限團隊的任一台工作主機均可對所屬的元件或元件屬性直接進行增 刪修改，其他未擁有權限團隊的工作主機則不可以直接修改。
(6) 某元件或元件屬性的控制權限，可由擁有權限團隊中的任一台工作主機指定 轉移給另一個團隊。
(7) 未擁有權限團隊的工作主機對某元件或屬性所做的修改，則需要有某擁有權 限團隊的工作主機審核同意後，方能生效。
(8) 未擁有權限團隊的工作主機於系統上只能觀看元件之屬性表，而無法編輯修 改，且元件的顏色以透明的方式來呈現，可用於識別可操作與否之元件權限。
(9) 具有待審核同意之修改的模型構成元件，會於 3D 之圖形介面上提示給擁有 權限團隊的成員注意，需由其中一位成員選擇接受或拒絕後，提示才會關閉。
(10) 構成多領域模型之數個元件，其屬性之增修權限分屬各個不同領域團隊所擁 有，其各團隊所屬的元件之屬性值分別儲存於專屬該團隊之專案元件檔案 中，因此屬於一個專案之完整多領域模型是所有參與的團隊之專屬的元件檔 案所組合而成。
(11) 當某一團隊成員欲上線編輯或觀看目前專案之設計進度，其中央管理伺服器 會依照團隊名稱給予該團隊之專屬檔案以供編輯，而其餘團隊之專屬檔案皆 以唯讀的方式整合成為虛擬檔案，提供給該登入團隊成員觀看。
至於基於同儕式的網路架構所彼此連線的同領域團隊成員，則基於同儕式架構 的原則，彼此間並沒有主從之分，所有同領域團隊成員同時均具有相同的權限，以 同步即時分工合作的方式，平行化的同時工作，對共同建立的多領域模型新增設計 物件或屬性資料，並基於對物件上鎖解鎖(lock-based)的工作機制下，對於具有權限 的物件或屬性，進行修改或審核其他團隊成員的修改要求。
跨領域團隊模型元件使用權限控管機制概念，如圖 7 所示。
圖 7 跨領域團隊模型元件使用權限控管機制
1.1.4 模型元件資料同步機制
網路合作式設計主要是針對大型的設計問題，故需儲存與管理由各領域團隊間 或同領域團隊內各個使用者間所產生的設計資料與溝通資料，針對此一需求，需研 擬於分散式的架構下有效的資料儲存管理模式。跨領域團隊協同設計主要分為團隊 間與團隊內使用者間兩個部分，對於團隊間採用主從式網路架構，主要由某中央資 料伺服器提供各領域團隊一個可透過網際網路存取的資料交換與管理中心，以掌控 各領域團隊所設計產生的多領域模型資料，對於團隊內使用者間採用同儕式網路架 構，其中並無中央資料庫伺服器，設計資料是經網路交換而分存於各節點上，然而 設計模型資料卻必須一致，故另需研擬維持各連線節點資料一致性之機制。
在資料儲存形式方面，群組成員名單與設計資料皆以字串之方式傳輸及存取，
除了方便系統之管理外，各種型態之資料也能夠與字串做轉換，惟字串所佔容量較 大，使傳輸效率降低。使用者與合作設計之模型構成元件，均含有獨立之編號(ID) 以判斷其身分，使用者之編號方式為其網路位址加上與其他使用者連線所使用之通 訊埠，以字串的方式表示；模型元件之編號方式則為建立模型之使用者編號加上流
水號，此一設計將所產生模型元件編號不致與其他使用者所產生的模型元件編號相 同。在資料一致性方面，因所有連線之節點需要儲存相同的設計模型以看見相同之 設計模型，因此使用者在設計模型時，必須不斷傳遞其所新增及修改之模型元件資 料給其他節點，以維持資料之一致性，如圖 8(a)所示。使用穩定之 TCP 傳輸方式可 避免傳輸資料錯誤或遺失，任何連線出問題之節點需退出團隊再重新加入。新加入 節點與其他節點在連線前，會預先清除其所有資料以防止有私有設計資料而造成與 其他節點資料不一致；新節點連線後隨即由其所連線上之節點接收所有現有線上設 計資料，使之與其他節點資料一致。
然而在跨領域團隊間，當擁有權限團隊所負責設計的多領域模型資料更新時，
其所屬之代表工作主機會把此最新的多領域模型資料上傳更新至中央資料伺服器，
使得其他團隊可即時地獲得最新之多領域模型設計資料，如圖 8(b)所示。而團隊內 的代表工作主機則可集中管理設計資料，將最新的設計資料傳送至所需之各個使用 者節點，以便於群組成員相互討論。
圖 8 模型元件資料同步機制
1.1.5 模型元件資料傳輸機制
跨領域與同領域之間的網路式即時協同合作設計的環境，團隊和團隊之間或團 隊內使用者之間需頻繁地透過網路交換多領域模型設計資料，因此不論是中央資料 伺服器、各團隊之代表工作主機或團隊內之各個使用者節點(peer)會在同一時間接收 並處理不同來源之資料。因此，本計畫所提之系統對於不同來源資料之接收與處理 方式採用多執行緒(multithread)的方式處理，中央資料伺服器、各團隊之代表工作主 機與各個使用者節點之間可同時接收不同來源之資料並分別處理，且不同的處理程 序並不會被彼此影響，如圖 9 所示。網路合作式系統常需在同一時間接收並處理不 同 來 源 之 資 料 ， 本 系 統 對 於 不 同 來 源 資 料 之 接 收 與 處 理 方 式 採 用 多 執 行 緒
(multithread)的方式處理，使用者同一時間可同時接收不同來源之資料並分別處理，
且不同的處理程序並不會被彼此影響。
在跨領域團隊間，各模型元件資料的傳遞皆由中央資料伺服器統一管理，各領 域團隊內皆有一台隨時保持上線之代表工作主機，負責傳送即時的模型資料給予中 央資料伺服器與接受中央資料伺服器所傳遞之最新的模型資料。在同領域團隊間，
為了達成即時設計的目的，在使用者對於設計模型之各種改變與更新，都必須在適 當時機傳送給其他使用者，故必須考慮透過網路更新其他使用者資料之頻率。若更 新頻率過於頻繁，會造成網路資源之浪費，使更新與使用效率降低；更新頻率過低 則無法達成即時之目的。更新時機設在使用者建立新模型元件與釋放模型元件使用 權時更新其模型是較佳之時機，因使用者取得模型元件使用權後才能做模型元件之 修改，故使用者於取得使用權前皆不需做模型之更新。
圖 9 模型元件資料傳輸機制
1.1.6 模型元件回饋機制
非擁有模型元件的使用權限之團隊，如欲對此元件做相關的修改，需對擁有該 元件使用權限之團隊提出使用權限轉移或建議修改屬性值之要求，以利於各團隊之
間依據本身的專業領域針對元件作有效地溝通，方可達到最適之設計。本計畫所規 劃之跨團隊模型元件權限回饋機制如下：
(1) 非擁有使用權限團隊對一個元件只能提出一種請求或建議修改屬性清單。
(2) 非擁有使用權限團隊內之成員可隨時修改或取消對元件的權限轉移請求或 屬性建議修改之要求。
(3) 非擁有使用權限團隊內之成員在修改或取消對元件的權限轉移請求或屬性 建議修改之要求時，因考慮到團隊間兩位以上使用者同時對元件請求之情形 機率較低，故並不需要用於上鎖解鎖(lock-based)的工作機制中。
(4) 非擁有使用權限團隊可同時對元件提出使用權轉移及建議屬性值修改之請 求。
(5) 被請求之元件於擁有使用權限團隊的系統顯示介面中，會被標以「＊」號，
以利團隊使用者來識別。
(6) 擁有使用權限團隊對被要求之元件有絕對的控制權，因此該團隊對於元件的 請求，可以用接受、拒絕及擱置等三種方式處理。
(7) 擁有使用權限團隊使用者的工作主機必須對元件取得使用權後，方才能處理 元件的請求事項。
(8) 擁有使用權限團隊對於屬性值的修改建議，可利用核取方塊來決定所接受同 意修改的屬性項目。
(9) 擁有使用權限團隊對於元件之請求已選擇了接受或拒絕之處理，此一處理事 件會立即寫入回饋事件檔中，可供提出要求之團隊來查詢所請求或建議之元 件處理的最新狀態。
(10) 各個團隊皆有專屬之回饋事件檔，其檔案只記錄所屬團隊過去曾經對於非擁 有編輯與修改權限之元件所提出的請求或建議之擁有權限團隊所回覆的結 果。
(11) 當非擁有使用權限團隊對該元件提出請求或建議時，此請求或建議會傳送到 中央管理伺服器，透過中央管理伺服器即時地將此請求或建議傳送到擁有使 用權限團隊的工作主機。
(12) 當擁有使用權限團隊收到請求或建議並予以拒絕後，此拒絕的訊息會立即傳 送至中央管理伺服器。而中央伺服器收到此訊息後，將即時地傳送此訊息至 提出請求或建議的團隊之工作主機並將此訊息寫入該團隊之回饋檔案。
(13) 當擁有使用權限團隊收到元件屬性值修改之建議並予以同意修改後，該元件 新的屬性值會傳送至中央伺服器，中央伺服器會重新更新非擁有使用權限團 隊的唯讀虛擬檔案並傳送至所有參與此專案的團隊之工作主機。而此同意修 改元件屬性值之建議的訊息同時會立即寫入提出建議的團隊之回饋事件檔。
(14) 當擁有使用權限團隊收到元件使用權轉移之請求並予以同意後，該元件新的 擁有使用權限團隊資訊會傳送至中央伺服器，中央伺服器會立即將此元件屬 性資訊從原本擁有使用權限團隊之專屬元件檔案予以刪除，並隨即將此元件 屬性資訊新增至新的擁有權限團隊之專屬元件檔案。此外，中央伺服器會重 新更新非擁有使用權限團隊的唯讀虛擬檔案並傳送至所有參與此專案的團 隊之工作主機。
跨領域團隊模型元件使用權限回饋機制概念，如圖 10 所示：
圖 10 跨團隊模型元件使用權限回饋機制
1.1.7 網路連線機制
在混合主從與同儕式網路架構之下，其跨領域團隊協同合作需先連線至中央資 料伺服器。首先，各領域團隊內之代表工作主機需先登入中央資料伺服器，以驗證 為何種領域團隊上線使用設計系統平台。其最新版本之整體多領域模型資料皆儲存 於中央資料伺服器，而中央資料伺服器於一定的時間隨時與各領域團隊代表之工作 主機溝通連線，將工作主機內的設計檔案資料更新至最新版本。代表工作主機於固
定的時間會將多領域模型資料上傳至中央資料伺服器，隨後中央資料伺服器將此多 領域模型資料廣播傳送給其他團隊之代表工作主機。因此每個領域團隊內需時常保 持一台隨時上線(always on-line)代表工作主機，來負責與中央資料伺服器溝通、接受 與傳送模型資料，如該代表工作主機突然離線時，其所屬領域團隊內需有其他工作 主機隨時頂替成為代表工作主機，如圖 11(a)所示。該主機成為代表工作主機時，需 重新驗證團隊名稱，以利中央資料伺服器更新目前所連線之各個領域團隊的代表工 作主機名單與 IP Address。而該團隊之新的代表工作主機，經驗證後隨即將團隊內目 前最新的多領域模型資料上傳給中央資料伺服器，以更新目前中央資料伺服器的模 型資料，隨後中央資料伺服器立即將此更新過之多領域模型資料檔案廣播至其他團 隊之代表工作主機，以求資料之即時性。如此可彌補原本代表工作主機突然離線所 造成模型資料無法即時上傳所造成資料不一致之錯誤。
在同領域團隊內之各個成員連線是採用 P2P 架構。當一新上線節點加入與群組 連線時，其他已上線節點需要將此新上線節點加入其群組成員名單中，而新上線節 點之群組成員名單也需要其他已上線節點之資訊，因此需要更新群組成員名單之機 制。此名單更新只需要將新上線節點之資料沿樹狀結構路徑傳遞給其他已上線節 點，而新上線節點再向其所連線之節點取得其他已上線節點資料即可達成。但本系 統考量不正常斷線可能發生，使用上述機制將造成其他已上線節點均未將其資料於 群組成員名單中移除之情形，因此採用無論當有節點加入或離開時，各節點皆重新 取得所有其他節點名單之機制。
至於某上線節點者欲離線時，連線於其下節點修復連線之機制，如圖 11(b)所示，
本系統採用先改向欲離線節點目前所連線之上層節點連線，若無上層節點時，則由 使用名單中排列順序較前之同層節點成為新連線根部節點，改相其連線的模式，當 遇到完全無法修復連線之情況時，此節點則是以單機的模式運作，模型資料並不會 遺失。
圖 11 網路連線機制
1.2 系統架構與功能
本計畫所提出之系統平台主要整合了 CAD、網路通訊與 Web 連接三個主要程式 的功能，而系統架構為四階層架構，如圖 12 所示。主要第一層為登入驗證團隊身份 之 LoginWebCADSystem；第二層為可切換系統介面風格之 WebCadSystem；第三層 為掌管全系統之檔案輸入輸出及網路連線權力之 CadSystem；第四層為負責三維繪 圖視窗之 CadFrame、會議視窗之 CommunicateFrame、及網路連線狀態與資料傳輸 之 WebSystem 模組。而 CadFrame 所包含的 CADJPanel 物件與各項模型元件物件，
為三維繪圖系統環境之核心，其掌握所有三維模型輸入及輸出之權力，與團隊間使 用各項模型元件之權限控管機制。
圖 12 系統架構圖
基於所提之系統架構與系統需求，本計畫所提的系統平台功能實作如下所述。
LoginWebCADSystem 類別為本系統之入口類別，基於跨領域團隊協同設計，需界定 為何種領域團隊成員使用系統，以識別所登入的團隊名稱可確保經由新產生的模型 元件使用權限屬於該團隊所有，或對於現有存在的哪些模型元件使用權限可給予該 團隊編輯使用，哪些模型元件非該團隊可使用編輯，而只能觀看。如欲使用此系統 之團隊使用者必須輸入該團隊名稱與密碼，待驗證通過後，方可登入使用系統。其 相對應之類別關係與使用者介面如圖 13 所示。
圖 13 LoginWebCADSystem 類別關係與使用者介面圖
WebCadSystem 僅由 CAD 系統(CadSystem)單一類別所聚合而成，主要功能是開 啟 CadSystem 並 儲 存 與 記 錄 團 隊 登 錄 之 名 稱 及 設 定 系 統 介 面 之 視 窗 風 格 (look-and-feel)，其餘無包含任何重要之系統控制流程。CadSystem 類別是系統之核 心類別，掌控使用者所操作之視窗介面，CadSystem 由選單(JMenuBar)、工具列 (JToolBar) 、 網 路 系 統 (WebSystem) 、 CAD 視 窗 (CadFrame) 、 會 議 視 窗 (CommunicateFrame) 、 搜 尋 伺 服 器 對 話 框 (FindServerDialog) 與 登 入 對 話 框 (LoginDialog)等類別所聚合而成。CadSystem 所搭載的類別其均有相對應之所屬功 能，選單和工具列提供開啟視窗、載入與儲存物件檔案、網路連線與斷線、以及更 改系統介面視窗風格設定；CadFrame 提供使用者觀看與編輯操作模型物件之設計視 窗，並包含主要控制三維繪圖類別的 CADJPanel 類別；CommunicateFrame 可顯示對 話內容及使用者名單並包含網路白板類別 DrawCanvas，以提供系統使用者可與其他 使用者作為溝通之媒介；WebSystem 類別可提供控制網路連線方式與訊息的傳輸；
FindServerDialog 與 LoginDialog 類別提供使用者與其他使用者連線時輸入相關之設 定使用。其相對應之類別關係與使用者介面如圖 14 所示。
圖 14 CadSystem 類別關係與使用者介面圖
CadFrame 類別是使用者繪製、修改與控制操作模型元件之三維繪圖介面，其功 能主要為記錄顯示團隊名稱以識別該團隊使用者所能編輯與操控之模型元件，以及 設定 CAD 視窗的版面、初始大小、模型元件屬性與模型元件名單之設定。其相對應 之類別關係與使用者介面如圖 15 所示。而此類別之主要成員為顯示三維模型之 CADJPanel 物件，其物件包含各個模型元件之類別，為了跨領域團隊協同合作設計，
針對每個模型元件附加團隊權限控管，以達到模型元件於單一時間為單一團隊所使 用之目的。
圖 15 CadFrame 類別關係與使用者介面圖
CommunicateFrame 類別代表使用者用來相互溝通之視窗介面，其主要功能為設 定視窗的版面、初始大小以及使用者名單，並包含 DrawCanvas 物件為簡易式的網路 白板物件。其相對應之類別關係與使用者介面如圖 16 所示。
圖 16 CommunicateFrame 類別關係與使用者介面圖
WebSystem 物件包含了所有與網路通訊相關之參數成員及方法，WebSystem 類 別 實 際 執 行 使 用 者 間 網 路 連 線 時 ， 其 相 對 應 之 類 別 關 係 如 圖 17 所 示 。 FindServerDialog 包含了使用 IP 群播方式連線之 MulticastSocket；WebSystem 則是使 用者資料格式 UserFile、儲存下層所有使用者連線 Socket 資料之 Hashtable、向上層 使用者連線之 Socket、提供下層使用者連線之 ServerSocket、以及提供其他使用者使 用 IP 群播(IP multicast)方式搜尋之 MulticastSocket 等物件之聚合。
圖 17WebSystem 類別關係與使用者介面圖
2 導入性能設計概念－以 XML 技術為基礎之設計與分析系統主動式整合
目前各領域主流的分析軟體大多皆獨立發展其所屬領域相關的功能，由於這些 主流分析軟體分屬不同公司的產品，均發展多年，各自的技術與功能繁多，研發團 隊各有專精，故彼此系統間整合不易，而近年來市場上亦有因應整合需求所提出跨 領域的分析軟體，但牽涉到不同領域知識與技術的整合，這些軟體所整合的領域並 不多，僅限於各種「場」分析之耦合，且其功能上與使用者的接受度上均難與各領 域獨立發展之主流分析軟體匹敵，故基於系統整合而重新開發跨領域的分析軟體並 不可行，如何運用資訊科技以整合各領域現有的主流分析軟體，為實現分析系統整 合必須達成的需求。
此外，各領域主流的分析軟體其使用上雖主要皆是以提供使用者適用於所屬領 域操作之圖形介面的方式，但其大多也都有提供以文字資料檔的方式並定義分析模 型的方式，故應有可能透過建立各分析程式模型檔的方式達成系統之整合，但採用 此方法需解決不同分析軟體之檔案格式不同問題，雖然每套分析軟體對於其文字資 料檔的定義方式都有不同，但均有其各自的規則，故應有可能以程式自動的方式，
依照各種性能分析程式之模型參數以及資料檔格式，自整合的多領域設計資訊中，
擷取分析相關資料並轉換成為各種性能分析程式之分析模型檔案，以達成整合各種
領域之性能分析系統之目的。若以此整模式進行各領域系統之整合，使用者則需依 轉換軟體之輸入檔格式不同製作不同的轉換工具。
目前 IAI（International Alliance for Interoperability）組織嘗試提出一套儲存各領 域設計資料之公用檔案格式 IFC（Industry Foundation Classes），並期待營建領域各種 商用系統共同支援該一標準，若各類設計與分析軟體皆願意支援此公用標準格式，
營建領域之各種商用系統將有可能達成資訊整合，但此方法卻存在著一個問題，即 各類分析設計軟體業者並非由同一軟體廠商開發設計而成，若要統一其檔案格式即 需各類分析軟體業者的配合或由有力之相關單位主動提倡要求軟體業者配合方能達 成有效的整合，此種整合方法由於被動且無強制力，因此成效有限。
而 XML（Extensible Markup Language）技術即是一可將資訊結構化儲存，並依 定義好的轉換規則將資訊格式化為各種不同文字檔格式的技術，故於系統之整合 上，其整合多領域設計之資料以一自訂標準化的方式利用 XML 技術加以包裝後儲 存，因為 XML 擁有自我描述能力與結構化之特性，在跨平台、分散式或是不同領 域的環境中，能夠提供一種中立、標準的交換格式，其之後處理可以自訂之轉換規 則定義於 XSLT（Extensible Stylesheet Language Transformation）「可擴展樣式表轉換 語言」文件，對於所存文字資料進行儲存格式的轉換，可將多領域之設計資訊依針 對各種分析軟體之文字資料檔格式所定義之轉換規則，擷取所需資訊並轉換即格式 化為各種分析軟體之文字資料檔格式，如此不同分析軟體所需之分析資料可透過於 此標準之轉檔機制以 XML 格式儲存之多領域設計資訊轉換為各種領域中各種分析 程式的模型檔案，以達到不同領域之性能分析與設計系統之整合，此種轉檔整合模 式非常易於擴充，與新的分析軟體整合只需為設計元件添加此分析所需新增的參 數，再基於其分析輸入檔格式為其定義一份 XSLT 文件作為該軟體轉換檔案格式工 具即可，對於同一領域的分析，也可在此模式下以提供多個 XSLT 轉換的方式同時 整合多個分析軟體，此整合模式可讓各領域的專家們於其所屬領域中選擇使用其所 熟悉或偏好使用的分析程式，以便能在自己習慣的操作環境中進行工作，而不須為 了系統整合再學一套新的系統，提供多個選擇。
本計畫以 XML 技術應用於系統之整合上，建立一多領域之設計與分析整合系統 平台，其基於本計畫已發展之網路式營建工程跨領域團隊協同合作設計系統平台，
供跨領域的設計人員合作建立設計模型，以及提出一個以 XML 技術整合工程專案 生命週期內各種性能分析軟體之模式。其首先透過網路式營建工程跨領域團隊協同
合作設計系統平台，讓各領域間之專家能在此平台上進行線上即時性溝通合作，線 上即時合作具有立即就問題進行討論的便利性，因此能有效率地將多領域的設計模 型討論建構出來，多領域模型的建構方式是，基於系統介面呈現經初步討論而建構 的 3D CAD 模型，各領域之專家能透過此系統上之參數設定功能，分別設定各自領 域之設計參數，而跨領域的共同參數則須協調而共同決定。多領域的設計模型初步 完成後即可將模型資訊存檔為 XML 格式，並透過 XSLT 轉檔技術將檔案轉成各領域 性能分析軟體之分析輸入檔，由各領域的專家使用其習慣之分析軟體上同時進行多 領域的性能分析工作，再基於各種分析結果對初始設計進行修正。
此多領域之設計與分析整合系統平台之核心系統為自行開發的一個網路式營建 工程跨領域團隊協同合作設計系統平台，此系統需能將不同領域的設計資訊或參數 整合為單一的多領域模型，而跨領域的設計則是以共同完成單一個模型的方式達到 設計參數的整合與一致，其模型基本上是以 3D 虛擬實境的方式呈現，構成資訊或 參數是依其相關性整合於模型元件中，不同領域的設計者可於此系統平台上有效率 的整合設計資訊，並透過系統介面之輔助合作協調溝通以共同完成此跨領域模型的 模式達成設計整合。此系統是將所欲建構與維護的多領域模型，以物件導向技術模 組化為構件，並賦予構件各領域之參數設定，即可組合而成為一多領域的模型，並 運用電腦繪圖的技術建置符合各領域需求之建模與模型顯示介面。於此階段，本計 畫基於各領域設計之需求釐定出此多領域的模型所需具備的各種設計參數，並據以 設計物件導向程式內部模型之資料結構，以及系統介面之各種操作與模形呈現模 式。所發展提出之設計系統平台可將建構調整中的多領域模型基於現有的參數輸出 成 XML 檔，再進一步地研擬提出將 XML 格式之設計資訊轉換成各類分析軟體輸入 檔格式轉換規則(XSLT)之制定的標準作業程序，基於標準作業程序所制定出的各類 轉換規則，即可藉由 XML 之資料格式轉換機制將模型檔案格式由 XML 檔轉換成各 領域專家所欲操作性能分析軟體之輸入檔格式，達成與分析系統之整合，使各領域 的專家們可選擇使用其所熟悉之軟體系統對現有設計進行所屬領域詳細的性能分 析，並基於分析的結果修正調整現有的設計，經過重複上述的設計、分析、評估、
調整的步驟，即可產生跨領域性能考量下最適之理想設計。
至於對建物設計需進行那些性能之評估，本計畫初步先是以結構安全性、防火 性能及工程成本等三種考量作為建物整合性性能評估之主要指標，以系統實作證明 所提整合模式之可行性，使用者後續仍可視需求基於本計畫所研擬建議之標準作業
程序，繼續擴充增添新的性能評估軟體之 XSLT 轉換。本計畫先針對幾種性能評估 分析軟體之分析檔案格式進行深入了解，如：結構分析用之 ETABS 軟體、火災動力 模擬之 FDS (Fire Dynamic Simulator)軟體、公共工程經費電腦估價系統 PCCES 軟體 等，並分別依其輸入檔案格式制定專屬的 XSLT 轉換，制定完成後，使用本系統所 做的任何建築設計模型均能依這些 XSLT 轉換的定義，轉換為其所對應之性能評估 分析檔案，而檔案轉換後即可直接匯入各自分析軟體中進行詳細的性能分析，依各 自的性能指標如：結構安全性、防火性能或工程成本考量，對設計物進行設計分析 調整的步驟，經由重覆的進行設計分析調整步驟，即可構成一綜合各種性能考量之 設計產品。其此研究概念如圖 18 所示，本系統平台開發是以網路式營建工程跨領域 團隊協同合作平台為此系統之核心，基於支援跨領域設計整合之目標，新增提供各 種具實體意義的建模模組元件如：樑、柱、版、牆等，並為各元件提供各領域相關 之基本參數設定，以供建立多領域之模型，再以 XML 技術使程式主動轉換產生各 分析軟體輸入檔的方式，達成設計與分析系統自動化整合。
圖 18 以 XML 技術為基礎之設計與分析系統整合概念圖
2.1 系統功能需求分析
由系統開發之角度規劃此一系統整合平台，首先針對其整體功能目標進行系統 需求分析，提出一系統整合平台所需具備之功能作為系統規劃設計之依據，以進一 步提出系統運作機制規劃並予以開發實作。
本系統整合平台利用網路式營建工程跨領域團隊協同合作系統之已開發完成的 基本 3D 繪圖功能，延續添增新的模型元件，經由欲整合之專業設計分析軟體中，
逐一剖析各個軟體之檔案格式內容，從中找出其文件規則，往後可藉由此文件規則 訂定欲顯示之樣版格式；在剖析文件規則過程中，可由其軟體檔案格式中再找出一 些屬於該軟體內較重要且有意義之參數，使其成為本系統平台中添增元件時之相關 屬性值，讓各個元件擁有自己專屬的、多種領域的及特殊的屬性質，而不再僅僅是 一個幾何圖形的呈現；當模型元件擁有跨領域的資料後，就要設法從這共享的工程 元件資料中作資料擷取轉換處理，而設計系統整合平台則是要有能力處理系統間之 資料篩選與轉換的問題。
2.1.1 跨領域模型
經由解析工程資訊於專案生命週期間之資訊及流向，可發現一般營建專案之工 程資訊，乃源自於專案的構想、規劃、設計、施工、維護至拆除等各階段中之工程 圖檔與工程合約上延伸之資訊，然而現今使用之工程圖說大部分仍為 2D 平面資訊，
僅侷限於幾何圖形的表示，未能考慮到幾何圖形資料背後所真正隱含之資訊，以致 於專案人員無法依據圖說確切掌控整體工程狀態，因此專案之合作即須仰賴各工程 人員之專業經驗才能降地成本減少衝突發生；現階段設計除了傳統使用 2D 圖檔來 傳遞工程資訊外，也越來越多的工程參與者體認到 3D 模擬所帶來的便利性，而這 些 2D 與 3D 圖形皆是要表達真實世界中的同一個實體，透過模擬真實情境的工程環 境中建立 3D 模型，不僅讓具有豐富經驗的工程人員便於設計審圖，即使初次踏入 工程之專案人員也能輕易上手，目前坊間也越來越多支援 3D 之 CAD 軟體 (AutoCAD、MicroStation Triforma、Autodesk Revit)，雖然各系統間之資料轉換不易，
但 3D 模型是現階段最適合用來傳遞各項工程資訊的工具。
工程專案進行過程中，大多由不同領域之專業人員共同進行合作設計，在整合 各界資訊時，即使採用 3D 模型配合網路式合作設計之方式進行專案設計開發，倘 若一網路合作式系統無提供增加各領域之相關資料，充其量也只是一呈現設計物幾
何圖形外表之模擬或作為元件間之碰撞檢測之模擬罷了，因此若要真的整合跨工 種、跨領域的資訊，此系統就必須能提供多種領域之使用者在此系統上有多元化的 參數設定，供各領域之專家共同為設計物設定其所屬領域之參數，因此本計畫使用 3D 模型來做為傳遞跨領域資訊的主要元件，於其中增加結構領域、工程估價領域及 熱能通風性能評估等領域之相關屬性值，供各領域專家共同為設計物作各自所屬之 分析設計，藉由跨領域的各種性能評估分析，建構符合使用者需求之設計物，因而 形成一融合各種面向評估後之設計產物，將會比以往以單一導向設計之設計更多元 化。
2.1.1.1 具實體意義之建模元件
在真實世界裡建築設計物皆是由個別的建築元件所組成，如：梁、柱、版、牆…
等，為了使模型元件能模擬出接近人類真實世界的物件，本計畫採用物件導向語言 來建構模型，其技術包含：(1)物件、(2)類別、(3)繼承、(4)封裝、(5)多型等重要觀 念，每個元件底下都包含著其特定的屬性值及方法，屬性定義的是物件的各種資料，
而方法則是在描述真實世界中的行為，藉由此技術提高系統與元件的擴充性。
本計畫欲整合之三項系統中，結構分析軟體 ETABS 與火災動力模擬 FDS 軟體 皆為使用電腦繪圖模擬技術之分析設計系統，而工程估價軟體 PCCES 為採用文字介 面之資料庫儲存資料內容，因此本系統須能提供具實體意義之 3D 模型創建，以供 ETABS 與 FDS 等軟體作電腦模擬之轉換，並能將 3D 模型之資訊轉為計算資源項目 之文字介面，供 PCCES 估價使用，藉由本系統 3D 繪圖平台快速建構 3D 模型之功 能，提供使用者一易於設計之操作介面。
本系統中所建構之跨領域模型包含了梁、柱、版與牆，其中梁與柱除了受力種 類或方向不同，基於設計方便暫時將此兩物件視為相同，而每個模型元件皆包含各 自的資料，以基本 3D 模型所需之資料即包含物件本身之幾何資訊，如物件之尺寸：
長、寬、高，及其座標面向之位置等，皆是建構 3D 物件的基本資訊。
2.1.1.2 元件具多領域之屬性參數
在建立跨領域模型(又稱多維度模型，Multidimensional Model)前，須先了解各領 域使用之專業分析軟體，本計畫在整合設計分析軟體上已成功整合三種不同領域之 工具，此三種專業軟體分別有商業之「結構分析模擬軟體」ETABS、美國國家標準
技術局(NIST)所開發的「火災動力模擬」FDS (Fire Dynamic Simulator)及由行政院公 共工程委員會委託財團法人中華顧問工程司開發完成的「公共工程經費電腦估價系 統」(簡稱 PCCES)，整合前須先了解各套系統如何操作使用，經過一段時間摸索與 資料蒐集後，對各系統有了基本之了解，即可進行解析軟體資訊及流向之階段了。
維度代表的意思為分析事情之角度，本系統在研究解析各領域軟體資訊及資料 流向之流程時，即透過其匯出或儲存之檔案內容，從中進行資訊之剖析並取得相關 資訊成為本系統中之模型參數，這使得可為自己之系統模型新增該領域之參數值，
為系統再添增一維度之資料。本計畫結合多領域之系統，透過各領域專家對專案之 設計進行多種角度之分析，經由不斷的討論修正分析，為設計物作出最合適的調整，
共同完成一最佳之設計作品。本電腦輔助原型系統以跨領域模型的基本概念，經由 對欲整合之領域作各元件屬性的剖析後，針對其各種面向，如幾何屬性、材料屬性、
工程項目、資源數量…等，整理出足以涵蓋各面向之跨領域屬性資訊，再將分析所 得之資訊賦予模型元件，使其形成具備各種領域所需資訊之跨領域物件導向元件。
本系統以物件導向方式建置之跨領域模型，經由解析軟體檔案之資訊後，在這 些資訊中篩選參數使其成為模型元件之屬性值，將此資訊與 3D 幾何資訊結合後，
即可完成本系統之跨領域模型設計，本系統預設元件包含樑柱、版、牆等，透過文 字輸入或下拉選單方式填選模型屬性值，各元件之屬性值如圖 19 所示。
圖 19 元件相關屬性之示意圖
2.1.1.3 共享元件資料
專案在設計分析階段時常會遇到在過程中需添增需求、變更設計、修改設計或 對設計物做細部調整等步驟，變更後的資訊必須在適當的時機傳送給其他需要的使 用者，因此一個好的設計整合平台應該具備對需求變動時的即時反應。欲達到跨領 域之整合即使沒有使用網路即時合作，也可透過一共享元件使各領域資料達到同步 與一致性，當專案先由一位專業人員進行設計時，其能先針對其所屬領域設定模型 參數，爾後再將此檔案交給其他領域之使用者，接獲檔案後之其他領域使用者即可 不必再自行建立模型，利用上一位使用者建立之模型，直接為模型設定其所屬領域 之相關參數，即可減少每個領域最初設計時之建模時間，同時也可保有先前其他領 域使用者所設定之參數。
2.1.1.4 預設元件參數
除了物件本身之基本 3D 資訊外，本系統賦予物件一些預設之參數設定，使用者 建立模型前可先透過預設參數之設定指定以後新增之元件所擁有的屬性值，藉由預 設元件參數功能能加快使用者建立模型與設定參數之速度。本系統在材料種類中提 供一組預設混凝土及一組預設鋼筋材料之物理特性，包含其單位體積質量、重量、
楊氏系數、包申比、熱膨脹係數、抗壓強度等，若無經過修改創立模型時即具有此 屬性值。
2.1.1.5 新增修改元件參數
當預設參數值已無法滿足使用者之需求時，使用者可透過新增參數之功能為模 型元件設立新參數，此新參數會記錄於記憶體中，成為預設參數的一員，往後使用 者可在預設參數中找到新增之參數設定；本系統也提供修改元件參數之功能，當使 用者點選欲修改之模型元件後，即可透過右鍵之快速選單點選模型元件屬性值，當 選擇新增屬性功能時，即可直接為欲修改之元件進行特殊參數設定，並將修改後之 參數新增於預設參數中；倘若使用者欲修改預設屬性清單中之屬性值，同樣也可透 過滑鼠右鍵之快速選單點選所有擁有該屬性之一的模型，透過修改功能為原先擁有 該屬性之所有元件更新屬性值。
2.1.2 支援程式自動化設計資訊轉換處理
XML 擁有自我描述能力與結構化之特性，在跨平台、分散式或是異質性的環境
中，能夠提供一種中立、標準的交換格式，因此後處理以 XSLT 進行文字資料檔的 轉換，可將多領域模型之構成資訊依針對各種分析軟體之文字資料檔格式所定義之 XSLT，擷取所需資訊並轉換即格式化為各種分析軟體之文字資料檔格式，如此不同 分析軟體所需之分析資料可透過於此標準之轉檔機制以 XML 格式儲存之多領域模 型轉換為各種領域中各種分析程式的模型檔案，除了可達到不同領域之性能分析與 此設計系統之整合，亦可達到讓各領域的專家們可於其所屬領域中選擇使用其所熟 悉或偏好使用的分析程式，以便能在自己習慣的操作環境中進行工作。
2.1.3 以 XML 為設計資料之存檔格式
XML 是一種文件標示語言，使用者可依自行定義之標式語言定義資料內容，將 此資訊以結構化方式儲存，此結構化技術特別適合在管理、顯示和組織資料上，但 XML 文件其實只是單純的在定義和描述資料而已，當瀏覽一份 XML 文件，其實只 會看到其文字資訊內容並不具任何意義，因此一個完整的 XML 架構，即須搭配 XML 相關技術才能展現出使用者想要的各種資訊，XML 可用的技術其實相當多，如：提 供語法檢查的文件資料驗證技術 DTD 和 XML Schema，XML 資料查詢的 XPath 和 XQuery，XML 資源連結的 XLink 和 XPointer，檔案顯示輸出與文件轉換技術的 XSL-FO 和 XSLT 等，若能有效的利用 XML 提供之技術，即可提高系統間資訊之傳 遞交換。
由於本原型系統供跨領域之使用者合作設計，設計物資訊繁雜，因此在檔案儲 存之資料結構方面，以利於自行定義標籤之 XML 語言作為檔案存檔格式，其結構 化儲存特性將有利於系統資訊之管理，再加上其可使用之技術相當多，更便利於與 其他軟體系統整合與資料交換。
2.1.4 XML Schema 資料結構驗證
本計畫製作之 XML Schema，定義了 XML 文件中之標籤名稱、標籤順序、標籤 屬性及屬性型態…等，由於系統之 XML 檔案讀取與 XML 檔案轉換之功能皆須通過 檔案有效性驗證之機制，因此檔案格式須經由嚴謹之定義，才可確定 XML 文件是 否符合系統之讀取或轉換之需求，如此才可將檔案匯入本系統或將資訊轉換給不同 平台之軟體使用，圖 20 為本系統檔案有效性驗證之基本架構圖。
