中 華 大 學 碩 士 論 文
應用 BIM 工具模擬鋼筋混凝土住宅施工程序 之實證研究
Experiences of Using BIM Tools for Simulation of Construction Sequences of a Residential
Reinforced Concrete Building
系 所
別：土木工程學系碩士班
學號姓名：M09904010 黃懷德 指導教授：邱垂德 博士 徐增興 博士
中 華 民 國 101 年 8 月
i
摘 要
工期掌控是建築專案中相當重要的一環，現代化的進度管理乃以完善的施工計 畫，搭配即時動態的排程技術來執行，慣用的電腦輔助排程，雖具有連結各類圖資以 進行工項及資源的時空最佳化運算能力，然因人腦對二維圖資產生的時空思維侷限，
規劃分析人員較難掌控工項活動與建築元件的空間關係，也與建築設計及施工模型缺 乏連結，以致於難排又不易使用。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，若再與施工時間順序結合，更可形 成所謂的4D施工模擬，很容易找出施工中可能發生的時間及空間衝突，提昇進度管 理的績效；目前，雖已有可執行4D施工模擬的BIM整合平台提出，但與工程實證經驗 相關之論述仍嫌不足，分析工具也因缺少用戶的需求回饋而不易將功能提昇。本研究 以一鋼筋混凝土大樓之標準層施工為探討對象，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，將建商規劃之傳統施工程序，改用Navisworks整 合完成4D施工模擬，進行視覺化時間與空間衝突評估，再與實際施工狀況對照，也 模擬提出縮短工期方案，對照用傳統排程工具提出的方案，綜合分析BIM工具在施工 程序模擬的可能效益，也嚐試提出現用軟體工具的不足處。研究結果顯示利用現有 BIM工具進行4D施工模擬，很容易掌握各施工活動與建築元件在工地的時空關係，確 保規劃出正確的施工程序，對提昇進度管理能力有正面的效果，所用整合分析軟體在 編修、拆解、合併不同物件的能力，及提供使用者撰寫定義高階不同工項間的邏輯關 係的功能上，則仍有不小的進步空間。
關鍵字：視覺化、建築資訊模型、4D 排程、施工模擬
ii
Abstract
Construction planning and scheduling is an important part of modern project management. Conventional methods, which use bar charts to link activities and time to calculate the critical paths and float values, do not adequately capture the spatial components related to these activities, nor do they link directly to the design or building elements. Scheduling is therefore a manually intensive task, and only specialized individuals thoroughly familiar with the project and how it will be constructed can determine whether this schedule is feasible. Recently, the application of Building Information Modeling (BIM) creates not only a parametric 3D model but also a complete set of design documents stored in an integrated database. Linked with construction schedule, a 4D scheduling could be produced to improve construction planning and scheduling. Although there are several 4D scheduling tools provided and relative benefits have been proofed through a few projects, there’s a lack of practical experience using BIM based 4D scheduling, which make the tools difficult to be accepted and improved by the feedback of users. This particular study tried to obtain more BIM experiences by using BIM based scheduling on the construction of the typical floor of a 12-story reinforced concrete domestic building. The 3D architecture, structure, and MEP models of the typical floor are integrated with bar charts to create a 4D animation to visually show the connection of building elements, space, and time. It has been shown that 4D scheduling by using current BIM tools could be used to connect building components with activities visually and spatially. It is easy to understand and positively assure feasibility of the scheduling so as to improve construction management. The 4D scheduling tool need to provide capabilities of reorganizing or creating custom groupings of components or geometric entities and allow users to define logical high-level task-to-task type relationships so that construction process changes can be made with minimum effort, by changing the rules governing the schedule, rather than by disconnecting the logical relationships between the detailed tasks.
Keywords: Visualization, Building Information Modeling (BIM), 4D Scheduling,
Virtual Design and Construction (VDC)
iii
誌 謝
承蒙恩師 邱垂德博士在懷德碩士班求學期間，對於懷德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，使懷德獲益匪淺，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，為懷德一生的典範，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，給予懷德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、工地陳致成主任及韓定勳工程司，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，致上最高的謝意。
研究所求學期間，感謝學長姊景田、文俊、理成、偉成、家豪、思捷、顯硯、豎 程、奕軒、士種、貽明的協助與指導，同窗好友玉國、峻豪、正豐、宇芬、泱達、國 嘉、適任、宗達、家豪、紀宏、泰羽、家洋、欣祐、佳慶，學弟妹泯鋒、鎧帆、楷彤、
楷婷相互扶持與鼓勵，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，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。
黃懷德 謹致於中華大學 2012.8
iv
目 錄
摘 要 ... i
Abstract ... ii
誌 謝 ... iii
圖目錄 ... vi
表目錄 ...xi
第一章 緒論 ... 1
1.1 研究背景 ... 1
1.2 研究動機 ... 1
1.3 研究目的 ... 2
1.4 研究方法流程與論文架構 ... 2
第二章 文獻回顧 ... 4
2.1 建築資訊模型 ... 4
2.2 施工模擬 ... 7
2.3 UNIFORMAT Ⅱ ... 13
第三章 研究流程與分析方法 ... 20
3.1 研究流程 ... 20
3.2 實證個案與使用工具 ... 21
3.3 三維模型建置與整合 ... 23
3.3.1 三維模型建置 ... 23
3.3.2 建置結構模型 ... 25
3.3.3 建置機水電模型 ... 27
3.3.4 建置施工場址與設施模型 ... 29
3.3.5 整合分析軟體之使用 ... 30
3.4 模擬分析重點 ... 31
3.4.1 施工模擬方法與範圍探討 ... 31
3.4.2 提出具時空合理性的縮短工期計畫 ... 35
3.4.3 由元件自動輸出工期的方法 ... 39
第四章 鋼筋混凝土住宅的施工模擬 ... 45
4.1 施工模擬範圍與方法探討 ... 45
4.2 以空間關係模擬縮短工期計畫 ... 61
4.3 以模型依元件輸出數量估算工期 ... 80
4.4 整合軟體之應用探討與改進建議 ... 90
v
第五章 結論與建議 ... 95
5.1 結論 ... 95
5.2 建議 ... 96
參考文獻 ... 97
附錄一 施工排程表 ... 100
vi
圖目錄
圖 1.1 本研究流程圖 ... 3
圖 2.1 以 4D 視覺化的方式描述空間屬性 ... 9
圖 2.2 吊裝 4D 動畫模擬 ... 10
圖 2.3 吊裝溝通協調會 ... 10
圖 2.4 四維模擬施工示意圖 ... 11
圖 2.5 四維施工模擬動畫示意圖………..12
圖 2.6 UNIRMAT II 第二層群組元件分類 ... 16
圖 2.7 UNIFORMAT II 第三層個別元件分類 ... 18
圖 2.8 UNIFORMAT II 第四層次元件分類示意圖 ... 19
圖 3.1 本研究擬定的研究方法流程與軟體工具示意圖 ... 20
圖 3.2 研究個案彩現圖 ... 21
圖 3.3 電腦硬體設備示意圖 ... 22
圖 3.4 本研究建築模型建置流程圖 ... 24
圖 3.5 本研究結構模型建置流程圖 ... 26
圖 3.6 本研究機水電模型建置流程圖 ... 28
圖 3.7 本研究周邊建物及假設工程模型建置流程圖 ... 29
圖 3.8 本研究 4D 施工排程模擬建置流程圖 ... 30
圖 3.9 本研究施工模擬方法與範圍探討流程示意圖 ... 31
圖 3.10 匯入檔案至整合軟體示意圖 ... 32
圖 3.11 模型元件與工項進行連結示意圖 ... 33
圖 3.12 「配置」中建立模擬顏色示意圖 ... 33
圖 3.13 輸出施工模擬動畫示意圖 ... 34
圖 3.14 本研究提出具時空合理性的趕工計畫流程示意圖 ... 35
圖 3.15 3FL 標準層模型示意圖 ... 36
vii
圖 3.16 現場 3FL 施工進度表示意圖 ... 36
圖 3.17 3FL 工作面劃分示意圖 ... 37
圖 3.18 按照現場進度表及工區劃分的施工模擬(工項 2)示意圖 ... 37
圖 3.19 工項 2 搭設鷹架的趕工計畫示意圖 ... 38
圖 3.20 趕工計畫的使用空間示意圖 ... 39
圖 3.21 本研究元件分類法估算工期流程示意圖 ... 40
圖 3.22 標準層元件分類示意圖 ... 41
圖 3.23 鋼筋及模板匯出數量示意圖 ... 42
圖 3.24 工料分析表示意圖 ... 43
圖 3.25 排定工程進度表示意圖 ... 43
圖 3.26 將 project 檔案匯入 Navisworks 示意圖 ... 44
圖 4.1 本研究案例地下室開挖與支撐工項對應之模擬元件示意圖 ... 47
圖 4.2 本研究案例基礎工程與地下室施工對應之模擬元件示意圖 ... 48
圖 4.3 本研究案例上部結構對應之模擬元件示意圖 ... 50
圖 4.4 Revit Architecture 設定三種塗層示意圖 ... 51
圖 4.5 Revit Architecture 設定四種塗層示意圖 ... 51
圖 4.6 三種材質牆體匯入 Naviswoks 示意圖 ... 52
圖 4.7 四種材質牆體匯入 Naviswoks 示意圖 ... 52
圖 4.8 Navisworks Timeliner 顏色配置 ... 52
圖 4.9 工項對應任務類型示意圖 ... 53
圖 4.10 本研究案例外牆打底及鋁窗安裝對應之模擬元件示意圖 ... 54
圖 4.11 本研究案例第 28 工項對應之模擬元件示意圖 ... 55
圖 4.12 本研究案例窗玻璃安裝對應之模擬元件示意圖 ... 55
圖 4.13 本研究案例第 31 工項對應之模擬元件示意圖 ... 56
圖 4.14 本研究案例第 32 工項對應之模擬元件示意圖 ... 56
viii
圖 4.15 本研究案例第 33 工項對應之模擬元件示意圖 ... 57
圖 4.16 本研究案例第 35 工項對應之模擬元件示意圖 ... 57
圖 4.17 本研究案例第 36、38 工項對應之模擬元件示意圖 ... 58
圖 4.18 本研究案例 8F 施作的 4D 模擬與現場施工照比較圖 ... 59
圖 4.19 本研究案例結構體完成的 4D 模擬與現場施工照比較圖 ... 60
圖 4.20 標準層施工進度表示意圖 ... 61
圖 4.21 工區劃分示意圖 ... 62
圖 4.22 工項 2(搭設鷹架)施作 1 區及 2 區... 63
圖 4.23 工項 2(搭設鷹架)施作 3 區及 4 區... 63
圖 4.24 縮短工期計畫將工項 2 在四個工區同時施作 ... 63
圖 4.25 工項 4(綁紮柱主筋)施作 1 區及 2 區... 64
圖 4.26 工項 4(綁紮柱主筋)施作 3 區及 4 區... 64
圖 4.27 縮短工期計畫將工項 4(綁紮柱主筋)在四個工區同時施作 ... 64
圖 4.28 工項 5(拆組柱牆模板及綁紮牆筋)施作柱箍筋及繫筋... 65
圖 4.29 工項 5(拆組柱牆模板及綁紮牆筋)施作 1 區外模板、1 區牆筋及 2 區外模板 ... 65
圖 4.30 工項 5(拆組柱牆模板及綁紮牆筋)施作 1 區內模板及 2 區牆筋... 66
圖 4.31 工項 5(拆組柱牆模板及綁紮牆筋)施作 2 區內模板、3 區外模板及 3 區牆筋 ... 66
圖 4.32 工項 5(拆組柱牆模板及綁紮牆筋)施作 3 區內模板及 4 區外模板... 66
圖 4.33 工項 5(拆組柱牆模板及綁紮牆筋)施作 4 區牆筋及 4 區內模板... 67
圖 4.34 縮短工期計畫將工項 5(拆組柱牆模板及綁紮牆筋)在四個工區同時施作... 67
圖 4.35 縮短工期計畫將工項 5(拆組柱牆模板及綁紮牆筋)在 1、2 及 3 區同時施作 67 圖 4.36 工項 6(拆組樑版模板)施作 1 區樑模板... 68
圖 4.37 工項 6(拆組樑版模板)施作 2 區樑模板... 68
ix
圖 4.38 工項 6(拆組樑版模板)施作 3 區樑模板... 69
圖 4.39 工項 6(拆組樑版模板)施作 4 區樑模板... 69
圖 4.40 工項 6(拆組樑版模板)施作 2 區版模板... 69
圖 4.41 工項 6(拆組樑版模板)施作 1、3 及 4 區版模板... 70
圖 4.42 縮短工期計畫將工項 6(拆組樑版模板)在 1、2 區同時施作... 70
圖 4.43 縮短工期計畫將工項 6(拆組樑版模板)在 3、4 區同時施作... 70
圖 4.44 縮短工期計畫將工項 6(拆組樑版模板)在四個工區同時施作... 71
圖 4.45 工項 8(綁紮樑版筋)施作 1 區樑鋼筋... 72
圖 4.46 工項 8(綁紮樑版筋)施作 2 區樑鋼筋... 72
圖 4.47 工項 8(綁紮樑版筋)施作 3 區樑鋼筋... 72
圖 4.48 工項 8(綁紮樑版筋)施作 4 區樑鋼筋... 73
圖 4.49 工項 8(綁紮樑版筋)施作 1 及 2 區版鋼筋... 73
圖 4.50 工項 8(綁紮樑版筋)施作 3 及 4 區版鋼筋... 73
圖 4.51 工項 10(水電消防配管)施作 1 及 2 區水電配管... 74
圖 4.52 工項 10(水電消防配管)施作 3 及 4 區水電配管... 74
圖 4.53 縮短工期計畫將工項 8(綁紮樑版筋)在四個工區同時施作 ... 74
圖 4.54 縮短工期計畫將工項 8(綁紮樑版筋)在四個工區同時施作 ... 75
圖 4.55 縮短工期計畫將工項 10(水電消防配管)在四個工區同時施作... 75
圖 4.56 工項 11(澆置混擬土)在四個工區同時施作 ... 75
圖 4.57 本案標準層元件分類示意圖 ... 80
圖 4.58 本案標準層之鋼筋綁紮依元件分類示意圖 ... 83
圖 4.59 本案標準層模板元件分類示意圖 ... 85
圖 4.60 本案標準層依元件估算工期排定之工程進度表 ... 87
圖 4.61 在 Navisworks 中匯入 Project 檔案的視窗 ... 88
圖 4.62 Navisworks 施工模擬進度表 ... 88
x
圖 4.63 Navisworks 施工模擬 ... 88
圖 4.64 匯入模型之選擇樹 ... 90
圖 4.65 整棟樑元件都歸類在 NO level 群組中 ... 91
圖 4.66 模型匯入有線與實體 ... 92
圖 4.67 將線全部選取後隱藏 ... 92
圖 4.68 Revit Architecture 設定 3 種塗層示意圖 ... 93
圖 4.69 Revit Architecture 設定 4 種塗層示意圖 ... 93
圖 4.70 3 種塗層牆面與 4 種塗層牆面 ... 94
xi
表目錄
表 2.1 UNIFORMAT II 的分類層級 ... 13
表 2.2 ASTM E1557-09 之建築元件分類表概況 ... 15
表 3.1 使用工具對照表 ... 22
表 4.1 本研究案例傳統排程工項與模擬元件對應表 ... 46
表 4.2 傳統工作項目空間使用狀況 ... 77
表 4.3 趕工工作項目空間使用狀況 ... 78
表 4.4 元件名稱對應表 ... 81
表 4.5 本案標準層排序施工工項與其對應的模擬情形 ... 82
表 4.6 本案標準層之鋼筋綁紮以元件分類數量計算所需工期 ... 84
表 4.7 本案標準層之模板工程以元件分類數量計算所需工期表 ... 86
1
第一章 緒論
1.1 研究背景
工程進度的掌控在建築專案中是相當重要的環節，現階段的進度管理以完整 的施工計畫搭配經驗豐富的人員執行排程工作，雖然具有連結各類圖資以進行工 項及資源的時空最佳化運算能力，然因人腦對二維圖資產生的時空思維侷限，規 劃分析人員較難掌控工項活動與建築元件的空間關係，也與建築設計及施工模型 缺乏連結，以致於難排又不易使用，在施工中發現問題時，才進行檢討與處理的 動作，造成延長工期與成本的增加。
1.2 研究動機
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，若再與施工時間順序結合，可形成所謂的4D施工模 擬，很容易找出施工中可能發生的時間及空間衝突，提昇進度管理的績效，相對 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，更可以 被不同專業領域人員所接受；具體來說，3D模型比起靜態2D圖面更容易於理解，
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瞭 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平台；目前，雖 已有可執行4D施工模擬的BIM整合平台提出，但與工程實證經驗相關之論述仍 嫌不足，分析工具也因缺少用戶的需求回饋而不易將功能提昇。
基於BIM在工程實證方面，本研究應用實際鋼筋混擬土住宅建築專案，透過 BIM工具建立模型，搭配工程進度建置四維模型，提出空間概念在施工排程的重 要性。
2
1.3 研究目的
本研究應用 4D 施工模擬，進行視覺化時間與空間衝突評估，並模擬提出趕 工方案，且嘗試元件分類法估算工期，另擬定施工排程表建置四維模型，綜合分 析 BIM 工具在施工程序模擬的可能效益。綜合本研究的目的有下列四項。
1、應用實際案例建置 4D 施工模擬，嘗試使用軟體的功能，將模型元件與傳統排 程工項做連結，探討模擬的範圍與可行性評估。
2、利用 BIM 在視覺化空間關係的優勢，對照原施工排程方案，進行施工現場時間 與空間的分析，提出具時空合理性的縮短工期計畫，探討施工模擬的可能效益。
3、使用元件分類法將各元件編碼後輸出數量，搭配工率，換算成工期，嘗試直接 運用模型元件自動輸出工期的可行性。
4、以實際案例驗證 4D 施工模擬，並針對工程實務的需求，提出模擬軟體的改善 建議。
1.4 研究方法流程與論文架構
本研究蒐集資料與瞭解實際施工狀況後，確定研究的動機與目的，利用建置 好的模型進行施工模擬探討，在操作過程中整理研究成果，最後將研究成果整理 後提出結論與建議。本研究的研究方法流程如圖 1.1 所示。首先第一章先確認研 究動機及研究目的，並且編排研究流程與論文架構。第二章文獻回顧的部分，先 蒐集建築資訊模型的資料，瞭解建築資訊模型的介紹與應用案例，在整理關於施 工模擬的文獻，以及美國編排的 UNIFORMAT Ⅱ相關文獻及案例。第三章為研 究方法與流程，說明要如何建立三維模型，確認模型的正確性，在加入進度資料 整合成四維施工排程模擬。第四章內容有施工模擬的範圍與方法探討，還有以空 間關係模擬出一個施工計畫，以及利用 UNIFORMAT Ⅱ的概念將建築元件分 類，利用此方法來估算工期，最後提出現有應用軟體工具上的問題。第五章將研 究成果彙整並提出建議。
3 研究動機與目的
文獻探討 實際個案資料蒐集
三維模型建置
實際施工狀況
施工模擬方法與範
圍探討 趕工計畫
結論與建議 軟體功能建議
施工計畫
四維施工模擬分析
自動輸出工期
圖 1.1 本研究流程圖
4
第二章 文獻回顧
2.1 建築資訊模型
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[1]。
BIM 之概念起始於 Autodesk 之“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」[2]。
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)[3]。
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[4]。BIM 利用『數值化』、『參數化』
5
為主要概念，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[5]。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。
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 )[6]，是利用數值模型描述 建築的功能和物理特性的一項技術，是一個共享的資訊平台，可以提供建築在全 生命週期內的可靠決策依據；由於三維(Three 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，甚至於與中鼎工程顧問公司共同開發視覺化 4D 營建管理程式「Construction Direct」及「Erection Direct」[7]，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、及成功應用的案例[8，9，10]，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
6
[11]。在工程界方面，台灣世曦工程顧問公司已導入 BIM 技術，並受台肥公司委 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[12]；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 設計能力並嘗試進行整合，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，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[4，13]。中國土木水利程學會也於 2010 年 10 月發行 的會刊中，推出 BIM 專輯[14]，積極扮演在國內推動 BIM 的重要角色。
7
2.2 施工模擬
在工程專案執行的過程中，工程參與者必須由工程圖說、工作項目、時程等 資訊及其他相關的資訊在腦海中重整，勾勒出建物在時間與空間的相互關係，才 得以執行工程專案[15]。
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平台[16]。
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[17]。
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
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區域的一般民眾)進行宣傳。對於這一類的宣傳活動，可能不需要經由模擬的過 程中查詢模型的相關資訊，使用 4D 動畫就足夠了。但若想分析施工過程可能產 生的影響或衝擊，則必需使用更具互動性的 4D 模型。例如，規劃小組探討不同 施工方法替代方案，以確定最佳的施工順序，這些順序的測試需要一個精度夠高 的 4D 模型，立即查看施工順序改變造成的影響，並進行衝擊模擬分析[18]。
David Heesom and Lamine Mahdjoubi 在名為“Visualization Development for The Virtual Construction Site＂的研究[19]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 2.1 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。
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圖 2.1 以 4D 視覺化的方式描述空間屬性 [19]
邱顯硯於「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」[20]
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 2.2 所示。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 2.3 所示。
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圖 2.2 吊裝 4D 動畫模擬[20]
圖 2.3 吊裝溝通協調會[20]
11
林豎程於「建築資訊模型應用於公部門鋼筋混凝土建築之實證研究」[21]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 2.4 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 2.4 四維模擬施工示意圖[21]
黃文俊於「建築資訊模型在 4D 排程及施工衝突檢查之應用實證」[22]研究 中以鋼筋混擬土住宅建案 3FL 標準層為例，運用 Navisworks 配合施工進度表，
依照工地施工進度表，以柱、牆、樑、板基本施作順序進行施工模擬，並對各構 件細分施工步驟進行模擬，並製作成施工模擬動畫，如圖 2.5 所示， 透過動畫 直覺式的呈現方式，進行施工空間及安全檢查。
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圖 2.5 四維施工模擬動畫示意圖[22]
13
2.3 UNIFORMAT Ⅱ
在使用編碼實踐方面，美國走在其他國家的前列，它建立了 UNIFORMAT Ⅱ 和 MASTERFORMAT 等一些比較完善的工程項目編碼體系。UNIFORMAT Ⅱ應 用於建築工程總前期策劃、圖紙設計、建築施工到建築物拆除等的全過程，它的 編碼結構已經發展到四個層次[23]。分類方法主要採用層級式的建設工程系統構 成元件劃分，對建築元件和相關場地工作進行分解並編碼的標準格式體系，更傾 向於再現工程元件的物理構成方式，並以此來組織設計要求、成本資料以及建造 方法等資訊和資料。
其中，Level1 是最大的元件組，稱為主要元件組， 比如結構、圍護、內部 等；Level2 是 Level1 的組成元件，例如結構包括下層結構、上層結構。；Level3 為進一步分解組成元件的獨立元件，如上層結構的獨立元件包括樓地面結構、屋 頂構造、樓梯。擬定的 Level4 為分解獨立元件到更小的子元件，如標準基礎的 子元件包括牆基、地基、周邊排水和隔離層[24]，如表 2.1 所示。
表 2.1 UNIFORMAT II 的分類層級[24]
Level 1 主群組元件
Level 2 群組元件
Level 3 個別元件
Level 4 次元件 A 基礎 A10 基礎 A1010 一般基礎 牆基、地基
A1020 特殊基礎 牆基、地基 A1030 底板 地基
A20 地下室 A2010 地下室施工 挖掘、支撐
A2020 地下室牆體 周邊排水、隔離層
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在建築設計與施工中採用以建築元件分類標準，源自二次大戰後，在英國 教育部執行的學校重建及擴建計畫，為有效規劃及控制成本而研訂，並進而促 使著名的英國皇家測量師會(Royal Institution of Chartered Surveyors，RICS)制定 統一工程量計算規則，此後 RICS 訓練的權威估價人員在世界各地執行業務且 成效卓著，因此，包括英國、比利時、德國、法國、愛爾蘭、瑞典、丹麥、南 非、日本、荷蘭、香港、加拿大、美國及其它許多大英國協地區，一直都有以 建築元件分類的習慣。針對建築產業界設計與施工之一致性需求，美國材料試 驗學會(American Society of Testing and Materials, ASTM)之 E06.81 建築經濟 (Building Economics)委員會，於 1993 年依照美國 GSA 及 AIA 對建築元件及相 關基地工作之分類共識(當時雖未有標準，但有慣用的 UNIFORMAT)而擬定，
稱為 UNIFORMAT II，編號為 ASTM E1557-93，較新的版本是 2009 年修訂，
標號為 ASTM E1557-97 (Standard Classification for Building Elements and Related Sitework)。UNIFORMAT II 的建築元件分類標準如表 2.2 所示。第一層依次為 下部結構、外殼、內裝、服務、設備裝潢、特殊施工及拆除、及建築基地工作 等 7 大主群組元件(Major Group Elements)，第二層則可做為規劃階段概估預算 的 22 組群組元件(Group Elements)，第三層則為個別元件(Individual Elements) 共 79 類，原始的分類可以多達七層，目前 ASTM E1557-09 列至足以代表元件 細部設計的第四層次元件(Sub-Elements)共 518 項，如表 2.2 所示[25]。
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表 2.2 ASTM E1557-09 之建築元件分類表概況(資料來源：[25]、[26])
第一層主群組元件 第二層群組元件 第三層個別元件 第四層次元件
A 下部結構 A10 基礎
A20 地下室
A1010 一般基礎 A1020 特殊基礎 A1030 地面版 A2010 地下室開挖
A2020 地下室牆體
略
…
…
A2011 地下室開挖 A2012 結構回填夯實 A2013 支撐
略
B 外殼 B10 上部結構
B20 外牆 B30 屋頂
略 略
C 內裝 略 略 略
D 服務 D10 輸送系統
D20 水管
D30 冷暖空調
D40 消防
D50 電力
D1010 昇降機 D1020 手扶梯 D1090 其它輸送機 D2010 衛浴設備 D2020 生活用水管 D2030 污水管 D2040 雨水排水管 D2090 其它水管 D3010 電源供應 D3020 暖氣系統 D3030 冷氣系統 D3040 管線系統 D3050 送風口設備 D3060 主控機 D3070 系統調控 D3090 其它冷暖空調 設備
D4010 噴水頭 D4020 消防栓 D4030 防火專業 D4090 其它防火系統 D5010 電力管線 D5020 照明分支接線 D5030 通信與保全管 線
D5090 其它電力系統 略
E 設備與裝潢 略 略 略
F 特殊施工及拆除 略 略 略
G 建築基地工作 略 略 略
類別總數： 7 類別總數： 22 類別總數： 79 類別總數： 518
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郭宇芬於「以 BIM 模型資訊在設計階段估算建築工程成本之實證研究」[26]
研究中以新竹地區某建設公司之辦公室及集合住宅新建工程為例，將地下兩層，
地上 12 層之混凝土建築物，依照 UNIFORMAT II 第 1 層的 7 項主群組元件中，
所建置的模型，以主結構體及機電管線為主，尚無法以蒐集到的資料建置「設備 與裝潢(E)」、「特殊施工與拆除(F)」、及「建築基地工作(G)」，故只有 A、B、C、
D 共 4 類主群組元件，進入第 2 層群組元件後，則建有 10 類群組元件，如圖 2.6 所示。
圖 2.6 UNIRMAT II 第二層群組元件分類[26]
17
進入第 3 層個別元件後，則建有 18 項個別元件，如圖 2.7 所示，比較重要 的問題在於設計人員是否能給選定的元件正確的編碼，例如 B 外殼在第 2 層有 上部結構(B10 Superstructure)、外牆(B20 Exterior Enclosure)、屋頂(B30 Roofing) 等 3 種群組元件，依序再細分為樓版施工(B1010 Floor Construction)、屋頂施工 (B1020 Roof Construction)、外牆(B2010 Exterior Walls)、外窗(B2020 Exterior Windows)、外門(B2030 Exterior Doors)、屋頂披覆(B3010 Roof Coverings)、屋頂 開口(Roof Openings)等共 7 種個別元件，因沒有設計屋頂開口，故只用到前 6 種 個別元件；如何區分屋頂施工及屋頂披覆?又哪些元件是所謂的樓版施工?以便能 正確將所建置的模型編入正確的編碼，則除了瞭解 UNIFORMAT II 編碼的元件 邏輯性(例如屋頂施工是指撐起屋頂的結構性元件，而屋頂披覆則是功能性元件) 及使用經驗外，也可以參照第 4 層的次元件的內容來加以認定，例如此案例的樓 版施工(B1010)即依照第 4 層的分類法，將所建模型的各部份元件分別編入 6 類 次元件中，如圖 2.8 所示。
18
圖 2.7 UNIFORMAT II 第三層個別元件分類[26]
19
圖 2.8 UNIFORMAT II 第四層次元件分類示意圖[26]
B1010100 地下室樓版施工 B1010200 上部樓版框架-垂直元件
B1010300 上部樓版框架-水平元件 B1010400 上部樓版框架-系統
B1010500 陽台樓版施工 B1010600 車道樓版施工
B1010 樓版施工
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第三章 研究流程與分析方法
本章分別以研究流程、實證個案與使用工具、三維模型建置與整合、及模擬 分析重點共四個小節，說明本研究的流程與分析方法。
3.1 研究流程
本研究以「大硯二宅辦公室及集合住宅新建工程」之建築、結構、及機水 電之二維設計圖說，運用 Autodesk Revit Architecture、Revit Structure、Revit MEP 系列軟體，分別建立建築模型、結構鋼筋模型及機水電模型，三種模型經過視 覺化檢查確認，並與業主討論無誤後，匯入 Navisworks 軟體進行整合，並配合 施工進度表，從地下室開挖、建築結構到裝修工程，進行施工排程模擬，並探 討施工模擬的範圍，另外製作一層標準層的詳細施工程序模擬，以視覺化的方 式，探討空間關係並另外模擬一套施工計畫，還有使用元件分類法搭配工率來 估算工期，驗證此方法的可行性，最後提出軟體使用上的建議，擬定的研究方 法流程與軟體工具示意圖，如圖 3.1 所示。
圖 3.1 本研究擬定的研究方法流程與軟體工具示意圖
21
3.2 實證個案與使用工具
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 層及地下 2 層集合住宅，由陳泰安建築師負責設計。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，如圖 3.2 所示。
圖 3.2 研究個案彩現圖
22
本研究使用之工具軟體如表 3.1 所示，分別由 Revit Architecture 繪製建築模 型，Revit Structure 繪製鋼筋模型，Revit MEP 繪製機水電模型，最後將繪製好的 模型匯入 Navisworks 製作施工模擬進行整合分析，使用之電腦硬體設備處理器 Intel(R)Core(TM)i7、記憶體 8G、64 位元作業系統以及顯示卡使用 NVIDIA Quadro FX1800，如圖 3.3 所示。
表 3.1 使用工具對照表
使用工具 工具用途
Revit Architecture 建築模型 Revit Structure 鋼筋模型 Revit MEP 機水電模型 Navisworks 施工模擬
圖 3.3 電腦硬體設備示意圖
23
3.3 三維模型建置與整合
本研究專案的三維模型包括建築模型、結構模型、及機電模型，乃由中華大 學營建管理系的團隊共同建置，本研究自行建置施工場址與設施模型，並以整合 軟體進行四維施工模擬分析。
3.3.1 三維模型建置
本研究建築模型的建模流程大綱，如圖 3.4 所示，首先建立樓層線，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、樑的位置、
樓版的位置與牆的高度。依本案例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。由於本研 究已取得研究個案的發包圖說，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。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。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。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。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。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。本研究個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，在建立好個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，
24
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。待確認修 改完大硯二宅案的空間衝突後，利用 Revit Architecture「增益集」功能 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。
圖 3.4 本研究建築模型建置流程圖
25
3.3.2 建置結構模型
結構模型的建模步驟大綱，如圖 3.5 所示，首先依據 CAD 圖設定各構件之保 護層，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。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。依照 CAD 圖 面所示位置利用「垂直/水平於工作平面放置鋼筋」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。再利用「垂直/水平於工作平面放置鋼筋」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。再依照 CAD 圖面所示位置利用「垂直/水平 於工作平面放置鋼筋」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。再利用「垂 直/水平於工作平面放置鋼筋」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。利用「垂直/水平於工作平面放置鋼筋」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。待確認修改完大硯二宅案的空間衝突 後，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。
26
圖 3.5 本研究結構模型建置流程圖
27
3.3.3 建置機水電模型
完成建築模型與結構模型後，使用 Revit MEP 來建製機水電模型，建製的 程序如圖 3.6 所示，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。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。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。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。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。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。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。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。待確認修改完大硯二宅此案的空間衝突後，再來是利用 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平管線分類，
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。
28
圖 3.6 本研究機水電模型建置流程圖
29
3.3.4 建置施工場址與設施模型
圖 3.7 為周邊建物及假設工程模型大綱，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 清楚呈現本研究個案所在地與鄰近建物的相對關係，及現場施工所需空間。在結 構工程中，模板佔相當重要的角色，本研究為了以標準層模擬施工程序，在 3FL 建築模型外圍另外繪製厚度 3 公分的柱、樑、版、牆及樓梯，設定木頭材質來示 意模板。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 過工地提供資料，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。確認各項機具及假設工程尺寸規格 無誤後，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。
圖 3.7 本研究周邊建物及假設工程模型建置流程圖
30
3.3.5 整合分析軟體之使用
4D 施工排程模擬步驟大綱，如圖 3.8 所示，建製的三維模型確認無誤後，將 建立好的建築、結構、機電模型與周邊建物匯入 Navisworks 軟體中，模型匯入 完成後，將建商提供的施工進度表 project 檔案匯入「Timeliner」，完成前置準備 工作。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。在裝修模擬方面，
利用「Timeliner」中的「配置」功能，設定模型模擬的結束外觀顏色，藉此可 在同一個模型呈現出打底與貼磚後的差異。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。在 Revit Architecture 中，在 3F 建築模型外圍建置 3 公分的牆與樓板，
來示意各元件的模板，再匯入 Navisworks 軟體。利用建置好的模型與時間做一 層標準層詳細的工程順序模擬，藉由視覺化的方式綜合分析其中效益。
圖 3.8 本研究 4D 施工排程模擬建置流程圖
31
3.4 模擬分析重點
依照本研究擬定的目的，模擬分析的重點分為施工模擬範圍與方法探討、提 出具時空合理性的趕工計畫、由元件自動輸出工期的方法，最後彙整過程中的經 驗與提出建議。
3.4.1 施工模擬方法與範圍探討
施工模擬方法與範圍探討的研究流程，如圖 3.9 所示，將建立好的建築、結 構、機電模型、施工場址及設施模型匯入 Navisworks 軟體中，模型匯入完成後，
再匯入施工進度表及新增細部工作項目，完成前置準備工作。再利用軟體功能將 模型元件與工項做連結，設定模型模擬的結束外觀顏色，藉此可在同一個模型呈 現出打底與貼磚後的差異，完成後輸出施工模擬動畫，經由實際操作來探討模擬 的範圍。本研究依照次程序，分成以下 4 點詳細說明。
圖 3.9 本研究施工模擬方法與範圍探討流程示意圖
32
1、 檔案匯入
將建置好的模型匯入 Navisworks 軟體中進行整合後，再匯入建商提供的施工 進度表，再搭配實務新增細部的工作項目，即完成準備的工作，檔案匯入示 意圖，如圖 3.10 所示。
圖 3.10 匯入檔案至整合軟體示意圖
33
2、 附加選擇集
待模型與進度匯入軟體時，選取模型與相對應的工作項目進行連結，如圖 3.11 所示，圖中綠色亮顯為選取的元件，然後在「Timeliner」選項中選擇相對應 的工作項目進行「附加選取項目」，將進度的時間與模型的空間進行連結。
圖 3.11 模型元件與工項進行連結示意圖
3、 設定模擬顏色
在裝修模擬方面，利用「Timeliner」中的「配置」功能，如圖 3.12 所示，設 定模擬的結束外觀顏色，藉此可在同一個模型呈現出打底與貼磚後的差異，
藉此方法提升模擬的範圍。
圖 3.12 「配置」中建立模擬顏色示意圖
34
4、 施工模擬動畫
模擬完成後，設定動畫視角與影片時間，輸出動畫之後探討模擬方法與範圍 的可行性評估，如圖 3.13 所示。
圖 3.13 輸出施工模擬動畫示意圖
35
3.4.2 提出具時空合理性的縮短工期計畫
將研究流程彙整如圖 3.14 所示，本研究以 3FL 標準層為探討對象，首先整 理需求的檔案，參照工地現場的施工進度表，並將施工區塊按照現場工作順序劃 分工區，施作標準層的詳細施工模擬，並利用視覺化的方式，提出具時空合理性 的縮短工期計畫，最後進行空間上的分析探討。本研究將此流程分成以下 5 點詳 細說明。
圖 3.14 本研究提出具時空合理性的趕工計畫流程示意圖
1、 3FL 模型檔
本研究以 3FL 為探討對象，將需要的建築、鋼筋、水電、設備模型整理後，
完成前置作業工作，如圖 3.15 所示。
36
圖 3.15 3FL 標準層模型示意圖
2、 參照現場進度表與工區劃分
模型準備妥當後，參考建商提供的現場施工進度表，如圖 3.16 所示，以及 因為現場空間上的限制，將工作面依照實際施工程序劃分工作區塊，如圖 3.17 所示，作為施工模擬的依據。
圖 3.16 現場 3FL 施工進度表示意圖
37
圖 3.17 3FL 工作面劃分示意圖
3、 模擬 3FL 詳細施工步驟
按照進度表的工作項目，以及劃分好的工區，製作詳細的 3FL 施工模 擬，圖 3.18 為工項 2 的搭設鷹架，按照 1、2 區的步驟施作。
圖 3.18 按照現場進度表及工區劃分的施工模擬(工項 2)示意圖
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4、 提出縮短工期計畫
原計畫的施工模擬施作完成後，透過視覺化的方式，查看是否有提前施工的 空間，三維空間的輔助下，擬定一套施工計畫，圖 3.19 為工項 2 搭設鷹架擬定 施工計畫的流程。
圖 3.19 工項 2 搭設鷹架的趕工計畫示意圖
5、 空間分析
將所有工項按照上述的方式，擬定好趕工計畫之後，整理施工空間的使用區 域，探討空間與時間上的合理性，如圖 3.20 所示。
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圖 3.20 趕工計畫的使用空間示意圖
3.4.3 由元件自動輸出工期的方法
元件分類法估算工期步驟大綱，如圖 3.21 所示，以標準層為例，將元件依 照元件分類法進行拆解，並分別輸出鋼筋及模板數量，搭配合理的工率來估算工 期，如模型正確及完整，搭配統一且合理的工率，可更精確的掌握工期，而且藉 由視覺化的審閱，較容易察覺施工上的細節，提高施工的效率。本研究將此一程 序，分成 5 點詳細說明如下。
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圖 3.21 本研究元件分類法估算工期流程示意圖
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1、 元件分類
依照元件分類法將標準層模型進行拆解動作，如圖 3.22 所示，柱歸類於編號 B1010200 上部樓板框架-垂直元件，樑歸類於編號 B1010300 上部樓板框架-水平 元件，樓板歸類於編號 B1010400 上部樓板框架-版系統，陽台樓板歸類於編號 B1010500 陽台樓板施工，外牆歸類於編號 B2010100 外牆施工，樓梯歸類於編號 C2010100 普通樓梯。
圖 3.22 標準層元件分類示意圖
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2、 輸出鋼筋及模板數量
本研究將繪製好的鋼筋及模板模型匯出數量，如圖 3.23 所示，依照元件分別 輸出，匯整到 Excel 中做資料整理的動作。
圖 3.23 鋼筋及模板匯出數量示意圖
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3、 搭配工率
數量輸出後，搭配工料分析法中的工率，如圖 3.24 所示，藉由公式換算出各 元件的鋼筋與模板施工所需的天數。
圖 3.24 工料分析表示意圖 4、 排定工程進度表
將計算所得的天數加上施工常態如模版放樣、水電放樣、水電配管、搭設鷹 架、放置保麗龍球及澆置混擬土各 1 天，施作工程進度表，如圖 3.25 所示。
圖 3.25 排定工程進度表示意圖
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5、 匯入 Navisworks
將排定好的施工進度表匯入 Navisworks 中，如圖 3.26 所示，藉由視覺化的 施工排程模擬，進行施工排程的可行性分析。
圖 3.26 將 project 檔案匯入 Navisworks 示意圖
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第四章 鋼筋混凝土住宅的施工模擬
本章節呈現針對鋼筋混擬土住宅樓的施工模擬成果，有施工模擬範圍與方法 探討、以空間關係模擬施工計畫、以模型依元件輸出數量估算工期及整合軟體之 應用探討與改進建議，共四節說明本研究成果。
4.1 施工模擬範圍與方法探討
本研究使用一幢地下 2 層地上 12 層的鋼筋混擬土住宅樓為探討對象，該專 案的傳統施工進度甘特圖，如附件一所示，工作項目從土方開挖、結構工程至裝 修工程共 53 項；將本研究建置的三維模型，連結至對應的工項，可得表 4.1；表
中「對應模型元件」欄中所謂「可建」，是指研究人員判斷可以建置，但在本案
中受限於時間與資源而未建置者，大都是建築細作及設備安裝類，如電梯工程、
窗框及外牆防水、鋁窗框塞水路、中庭植栽施作、浴廁防水及壁磚、油漆、天花 板工程、及廚具及衛浴安裝等，共 14 項，且其中的廚具及衛浴設備部份，本研 究採用的建模軟體已內建有衛浴設備，但仍缺廚具的模型而尚未能方便地建置；
本案傳統的進度甘特圖，將「春節」、「消防檢查」、「使照申請及取得」、「申請送 水電瓦斯」、「內部清潔及交屋」等 5 項行政事務工作列入，這些行政事務工作較 難有相對應的模型元件。
本案的第 1 項工作項目為開挖地下室所需的「擋土支撐」，可以軟體繪製成 排的 H 型鋼模擬，在以 Navisworks 軟體做 4D 整合模擬時，綠色亮顯代表正在 施工的元件，如圖 4.1(1)所示；第 2 項工作項目為「土方開挖及整地」，主要是 開挖二層深約 9 公尺的地下室空間，實際施工狀況主要包括開挖及水平支撐，可 細分為 5 個工項，第 1 項為第一次開挖，如圖 4.1(2)所示，以軟體繪製長方體模 擬土方，在以 Navisworks 軟體做 4D 整合模擬時，紅色亮顯為正在拆除(開挖移 除)的元件，第 2 項為施作第一層水平支撐，如圖 4.1(3)所示，精確繪製 H 型鋼 樑代表水平支撐，第 3 項為第二次開挖，如圖 4.1(4)所示，第 4 項為施作第二層
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水平支撐，如圖 4.1(5)所示，第 5 項為第三次開挖，如圖 4.1(6)所示，移除紅色 的土方後，即準備進行基礎施工。在敷地地形正確匯入的先決條件下，以上模擬 開挖的土方量可有一定的精確度。
表 4.1 本研究案例傳統排程工項與模擬元件對應表
編號 工作項目 對應模型元件 編號 工作項目 對應模型元件
1 擋土支撐 本案已建 28 外飾工程 本案已建
2 土方開挖及整地 本案已建 29 鋁窗框塞水路 可建
3 大底(FS 版)RC 本案已建 30 玻璃安裝 本案已建
4 筏基水箱(BS 版)RC 本案已建 31 玻璃欄杆安裝 本案已建
5 B1FL,RC 本案已建 32 2~12MF 背面格柵安裝 本案已建
6 1FL,RC 本案已建 33 鷹架拆除 本案已建
7 1MF,RC 本案已建 34 中庭植栽施作 可建
8 2FL,RC 本案已建 35 屋頂防水隔熱工程 本案已建
9 3FL,RC 本案已建 36 內牆輕隔間 本案已建
10 4FL,RC 本案已建 37 室內門框安裝 本案已建
11 5FL,RC 本案已建 38 內牆泥作打底及粉刷 本案已建
12 6FL,RC 本案已建 39 浴廁防水及壁磚 可建
13 7FL,RC 本案已建 40 浴廁天花板工程 可建
14 8FL,RC 本案已建 41 內部地磚施作 可建
15 9FL,RC 本案已建 42 內牆油漆工程 可建
16 10FL,RC 本案已建 43 室內門片安裝 本案已建
17 11FL,RC 本案已建 44 廚具及衛浴安裝 可建
18 12FL,RC 本案已建 45 污水設備施作 可建
19 12MFL,RC 本案已建 46 消防檢查 難有
20 R1FL,RC 本案已建 47 使照申請及取得 難有
21 R2FL,RC 本案已建 48 二次裝修工程 可建
22 PRFL,RC 本案已建 49 地下室 EPOXY 地坪工程 可建
23 電梯工程 可建 50 地下室停車場設備(含天花板) 可建
24 外牆泥作吊線打底 本案已建 51 申請送水電瓦斯 難有
25 鋁窗安裝 本案已建 52 鐵捲門安裝 可建
26 春節 難有 53 內部清潔及交屋 難有
27 窗框及外牆防水 可建
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(1)工項 1 擋土支撐 (2)工項 2-1 第一次開挖
(3)工項 2-2 施作第一層水平支撐 (4)工項 2-3 第二次開挖
(5)工項 2-4 施作第二層水平支撐 (6)工項 2-5 第三次開挖
圖 4.1 本研究案例地下室開挖與支撐工項對應之模擬元件示意圖
本案第 3 項工作項目為「大底 FS 版」，也就是基礎層的大底基版施作，如 圖 4.2(1)所示，本研究地下室部分繪製有鋼筋模型與建築模型，故以此構件為模 擬對象，與實際施工狀況對應，將繪製好的模型依序向上施作；大底基板完成後 繼續施作第 4 項工作項目「筏基及 BS 版」，從基礎地樑到基礎頂板，先綁紮鋼 筋之後澆置混擬土，如圖 4.2(2)所示，圖 4.2(3)為筏式基礎鋼筋綁紮示意圖，基 礎工程完成後施作地下室結構體第 5 項工作項目「B1FL」，結構體施工的鋼筋綁 紮從垂直向的柱牆施作，如圖 4.2(4)所示，再施作水平向的樑版，如圖 4.2(5)所 示，完成後澆置混擬土；第 6 項工作項目為「1FL」，同樣使用上述施工方式，
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如圖 4.2(6)所示。
(1)工項 3 大底 FS 版施作 (2)工項 4 筏基及 BS 版施作
(3)工項 4 筏基及 BS 版鋼筋完成圖 (4)工項 5 B1FL 柱牆樑版施作
(5)工項 5 B1FL 樑版施作 (6)工項 6 1FL 柱牆樑版施作，RC
圖 4.2 本研究案例基礎工程與地下室施工對應之模擬元件示意圖
本案第 7 項工作項目「1MFL，RC」到第 22 項「PRFL，RC」為上部結構 體部分，依實際施工狀況，將軟體繪製好的鷹架按照樓層施工依序向上搭設，搭 配鋼筋模型與建築模型，本案 1 樓挑高，因結構的需求設計有 1MFL 腰樑，第一 階段先從 1FL 施作至 1 樓腰樑位置，如圖 4.3(1 所示)，再施作到 2 樓頂版，如圖 4.3(2)所示，3FL 至 11FL 為相同格局，如圖 4.3(3)所示，3FL 標準層的詳細施工 程序探討，請參閱本研究 4.2 節，12FL，如圖 4.2(4)，建築師設計為樓中樓，夾
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層 12MFL，如圖 4.3(5)所示，RFL 分為三部分，分別為 RFL 機房位置，如圖 4.2(6) 所示，R1FL 為電梯機房，如圖 4.2(7)所示，PRFL 為造型挑空樑，如圖 4.2(8)所 示。
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(1)工項 7 施作至 1 樓腰樑 (2)工項 8 施作至 2 樓頂版
(3)工項 9 施作至 3 樓頂版 (4)工項 18 施作至 12 樓頂版
(5)工項 19 施作至 12 樓夾層頂版 (6)工項 20 頂樓機房施作
(7)工項 21 施作電梯機房及頂樓外牆 (8)工項 22 造型挑空樑施作
圖 4.3 本研究案例上部結構對應之模擬元件示意圖
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在裝修模擬方面，使用 Revit Architecture 軟體的塗層功能可在模型元件上設 定材質，本研究將一牆體設定 3 種材質與 4 種材質，如圖 4.4 及圖 4.5 所示，匯 入 Navisworks 時，軟體解讀後同樣顯示最外層的材質效果，元件也不會因為設 定塗層的多寡而有所差異，如圖 4.6 及圖 4.7 所示，本研究嘗試應用 Navisworks 軟體的「Timeliner」配置頁籤中的任務類型功能，如圖 4.8 所示，將混擬土施工 結束時以白色外觀顯示，外牆打底施工結束時以黃色外觀顯示，外牆壁磚施工結 束以模型材質呈現，然後在各工項的任務類型欄位中選取對應的項目，如圖 4.9 所示，應用此方法可清楚的呈現出由混擬土至粉刷貼磚的視覺動態。
圖 4.4 Revit Architecture 設定三種塗層示意圖
圖 4.5 Revit Architecture 設定四種塗層示意圖
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圖 4.6 三種材質牆體匯入 Naviswoks 示意圖
圖 4.7 四種材質牆體匯入 Naviswoks 示意圖
圖 4.8 Navisworks Timeliner 顏色配置
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圖 4.9 工項對應任務類型示意圖
應用上述方法，本案第 24 項工作項目為「外牆泥作吊線打底」，依實際施工 狀況模擬，由 2FL 開始施工，依序向上施工，給予模型結束外觀顏色，打底完 成以黃色示意。在結構體施做至 11FL 時，樓下已有足夠的空間可以進行後續的 裝修工程，本案原規劃在裝設電梯(工項 23)的同時，排定由低層向上進行外牆泥 作吊線打底(工項 24)，再接「鋁窗安裝」(工項 25)，實際施工時，則因鋁窗安裝 速度為每層 2 天，快過外牆泥作吊線打底(每層 3 天)，為避免二工項產生施工上 的空間衝突，先施做速度較快的鋁窗安裝，再施做外牆泥作吊線打底，如圖 4.10 所示。
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工項 24 2FL 外牆泥作吊線打底 工項 24 打底完成示意圖
(1)工項 25 2FL 鋁窗安裝 (2)工項 25 鋁窗安裝完成
圖 4.10 本研究案例外牆打底及鋁窗安裝對應之模擬元件示意圖
本案第 28 項工作項目為「外飾工程」，也就是外牆貼灰色面磚，以電腦模擬 施工程序時，則依照前述說明，給予外牆「施作完成」時的外觀顏色為原材質顯 示，如圖 4.11 所示，施工時間為 24 天。
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工項 28 外飾工程 工項 28 外飾工程完成
圖 4.11 本研究案例第 28 工項對應之模擬元件示意圖
本案第 30 項工作項目「玻璃安裝」，屬於窗戶的玻璃安裝工程，同樣以繪製 好的窗戶模擬，由 2FL 開始依序向上施作，如圖 4.12 所示，施工時間為 10 天。
(1)工項 30 2FL 玻璃安裝 (2)工項 30 玻璃安裝完成
圖 4.12 本研究案例窗玻璃安裝對應之模擬元件示意圖
