中華大學

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中華大學碩士論文

建築資訊模型(BIM)之應用研究

─以埔里工務段辦公大樓新建工程為例 A Study on the Application of BIM for Pu-Li

Office Building of Taiwan Highway Bureau

系所別：營建管理研究所學號姓名：M09616012 黃士種指導教授：鄭紹材博士邱垂德博士

中華民國九十九年八月

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i

摘要

目前營建產業的生產力正逐年下滑，而資訊的傳遞被認為是營建業生產力的障礙，

在圖資傳遞的過程中往往耗費太多時間，且各團隊間的圖資檔案常不能互相轉換，有許多的時間便浪費在資訊重建當中。而當工程變更發生時，修改為數眾多的圖面則是浩大的工作，易因人為的失誤產生圖說不一致的問題，且無法保證修正的結果能百分之百傳遞給所有受影響的團隊。近年來，建築資訊模型(Building Information Modeling, 簡稱為 BIM)的發展，則創造了資訊取得與人員溝通的便利性，但國外的工程案例較多，國內的經驗較少，故本研究以國內的工程案例來驗證BIM 的功效。

本研究經由交通部公路總局的協助，取得埔里工務段辦公大樓新建工程發包文件中的所有圖資，應用 BIM 建模軟體轉製成三維模型，經由與建築師以及業主會報研討，

確認模型之正確性，且利用三維建築資訊模型輸出建築圖說與數量明細表，並與建築師所給予之數量計算書做比對，審視建築圖說是否能夠為業界所使用，探討採用 BIM 工具及流程的效益。

本研究在二維圖面轉換至三維模型時，共計發現了 63 項議題，與建築師會報後，

發現大約73%(本案中共 46 處)的問題確認會在日後按圖施工時出現，這些問題已經經由三維建模及視覺化檢查而消除，充份顯示三維模型的功效。而利用 BIM 自動輸出之二維圖面則較為精簡，但在轉為CAD 檔進行加工作業後，即可達成建管單位送審之要求。

在數量計算方面，由軟體產生之明細表，因隨著模型的改變而更動，可得到精確的數字。

在本研究當中合計 BIM 輸出之混凝土總量較建築師計算少了 168.75 立方公尺，總量為建築師估算之92%。

經案例驗證顯示，BIM 在建築工程之應用有視覺化溝通、檢核圖面問題、初步建築圖面產出以及混凝土體積之數量計算等益處，然建築師若能直接以 BIM 進行三維設計作業，則還可省下建模所耗費之時間，以及後續數量計算所耗費之心力。

關鍵字：電腦輔助設計、三維設計、三維視覺化、建築資訊模型BIM

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ii

Abstract

The productivity of Architecture, Engineering, and Construction (AEC) industry have not been growing up with the development of information technology in recent years, due mainly to the information exchange losses in the building life cycle. The application of Building Information Modeling (BIM) would not only create a parametric 3D model but also a complete set of design documents stored in an integrated database both to improve communication between the AEC project teams and eliminate much of the waste, error, and inefficiency.

With the support of Taiwan Highway Bureau, all the detailed drawings and documents were reviewed and the 3D models of the Pu-Li Office Building were established by using Autodesk Revit Architecture software in this particular study. All the problems in regards to transform 2D drawings into 3D models were reviewed together with the design architect and the owner. Some traditional 2D drawings such as plans, sections, and details were auto-generated from the 3D models and checked with the original drawings to insure the applicability of the BIM tool. The quantity of concrete was also taken off the models and compared with those listed in the design documents. All the information above are then analyzed to primarily evaluate the effectiveness of BIM tools for the construction of new office buildings.

A total of 63 items were proposed in regards to transforming 2D drawings into 3D models, within which 73% were assured by the architect to effectively eliminate ongoing construction errors. Although the auto-generated 2D drawings are too simple to be used for construction, they are easily amended by the follow-up drawings. The quantity of concrete taken off the BIM models is about 92% of those listed in the design documents. With these particular experiences of using BIM, it is believed that BIM tools could be used to better manage cost estimate and virtually eliminate much of the waste, error, and inefficiency inherent in today’s AEC industry.

Keywords: Building Information Modeling, 3D Models, Quantity take off, Office

Building

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iii

誌謝

八年了，景物依舊、人事已非。

轉眼間，在新竹已經八年了。大四那一年，為了心目中理想的畢業設計，跟設計老師起了爭執，決定再多留一年，這一年考到了IPMA 的證照。研究所，論文總是找不到有興趣的題目，第三年，終於等到了心目中的理想。大學加研究所念了八年，被戲稱當作醫學院來唸，是否曾經後悔過？我想，我不後悔。

今天能夠在這邊說些感性的話語，要感謝的人實在太多了。首先要感謝的是鄭奕孟老師、陳文成老師以及謝錦龍老師，他們帶我走入了建築的世界，啟發我對建築的思維，

是我人生中的啟蒙恩師。

踏入研究所，在一片徬徨無助中，吳福祥教授接納了我，在他的照顧下，吸收了非常多的相關知識，而後吳福祥教授榮升總務長，業務繁忙。我輾轉來到了鄭紹材博士麾下，在這邊接觸到了創新與專利的領域，然學生愚魯，對於該領域只嘆心有餘而力不足。

在翁紹偉同學的引薦之下，認識了邱垂德博士，在他的帶領之下接觸到了建築資訊模型的領域，讓擁有建築背景的我，欣喜若狂。

感謝三位教授在學生研究所給予的提攜與幫助，沒有他們，就沒有今天的我。也要感謝台灣大學土木系謝尚賢教授與交通部公路總局材料試驗所陳式毅所長給與學生建議與指導，學生受益良多。特別感謝埔里工務段吳銚堂段長以及莊建德建築師給予本研究的協助。

同時也感謝誌銘學長、理成學長、怡君學姐、昀青同學、詩婷同學、紹偉同學、郁詞學妹、相甫學弟，在課業上諸多幫忙，以及研究所同窗思捷同學、顯硯同學、奕軒同學、景田同學、文俊學弟的幫助，最後要感謝竪程哥、蔣哥、白毛哥與懷德哥伴隨我所度過最後這歡笑、淚水、辛苦、收穫的一年。

八年了，歷經許多風風雨雨，終於在這一年要離開新竹了，感謝陪我度過每一天的每一個人，無論是給與稱讚或是責備，無論是有過歡樂或是衝突，無論是曾經的美好或是未來的希望，相信未來一定會更加美好。

黃士種

謹誌於中華大學 2010.08

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iv

目錄

摘要 ... i

Abstract ... ii

誌謝 ... iii

目錄 ... iv

表目錄 ... vi

圖目錄 ... vii

第一章緒論 ... 1

1.1 研究動機 ... 1

1.2 研究目的 ... 1

1.3 研究範圍與限制 ... 2

1.4 研究方法流程及論文架構 ... 2

第二章文獻回顧 ... 4

2.1 營建產業現況 ... 4

2.1.1 建築與管理 ... 4

2.1.2 營建專案流程 ... 5

2.1.3 營建產業的資訊傳遞效率 ... 7

2.2 建築資訊模型(BIM) ... 10

2.2.1 BIM 的概念 ... 10

2.2.2 BIM 的歷史 ... 11

2.2.3 BIM 的作業模式 ... 12

2.2.4 BIM 的優點 ... 13

2.3 BIM 的發展 ... 16

2.3.1 BIM 的發展 ... 16

2.3.2 BIM 的案例 ... 16

2.3.3 BIM 的應用軟體 ... 21

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第三章導入 BIM 之流程 ... 23

3.1 導入 BIM 之方法流程 ... 23

3.2 研究標的 ... 25

3.3 建立三維建築資訊模型 ... 26

3.3.1 軟硬體資源使用 ... 26

3.3.2 三維建築資訊模型建立步驟 ... 27

3.4 分析步驟與驗證方法 ... 35

第四章成果與效益 ... 36

4.1 圖面轉換發生之問題 ... 36

4.2 由 BIM 輸出的二維圖面 ... 77

4.3 由 BIM 輸出的工程數量 ... 80

4.4 BIM 流程在建築工程之應用實證經驗彙整 ... 85

第五章結論與建議 ... 90

5.1 結論 ... 90

5.2 建議 ... 91

參考文獻 ... 92

附錄一建築資訊模型輸出之數量表 ... 95

附錄二埔里工務段 A 棟辦公大樓數量計算書 ... 103

附錄三會議記錄 ... 106

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vi

表目錄

表3.1 埔里工務段辦公大樓新建工程相關資料 ...25

表3.2 硬體資源介紹 ...26

表3.3 硬體資源介紹 ...27

表4.1 本研究將三維模型干涉檢查之問題點 ...86

表4.2 本研究將二維圖面轉成三維模型時產生之議題 ...37

表4.3 混凝土柱數量計算 ...82

表4.4 混凝土柱數量計算(扣除建築師未算部分) ...83

表4.5 混凝土樑數量計算 ...83

表4.6 混凝土版數量計算 ...84

表4.7 混凝土牆數量計算 ...84

附表1.1 由 BIM 轉換成 xls 格式之牆明細表 ...99

附表1.2 由BIM 轉換成 xls 格式之樓版明細表 ...99

附表1.3 由BIM 轉換成 xls 格式之樑明細表 ...101

附表1.4 由BIM 轉換成 xls 格式之柱明細表 ...102

附表3.1 第一次匯報研討之議題 ...106

附表3.2 第二次匯報研討之議題 ... 110

附表3.3 第三次匯報研討之議題 ... 112

附表3.4 第四次匯報研討之議題 ... 115

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圖目錄

圖2.1 生命週期影響力與變更成本 ... 5

圖2.2 營建業生產力指標 ... 7

圖2.3BIM 作業模式 ... 13

圖2.4 美國西雅圖體驗音樂館 ... 17

圖2.5 中國國家體育場 ... 17

圖2.6 中國國家游泳中心 ... 18

圖2.7 美國華盛頓NATIONALSPARK 新運動場 ... 18

圖2.8 美國華盛頓NATIONALSPARK 新運動場透視圖 ... 19

圖2.9 花蓮海洋渡假園區 ... 20

圖2.10 華航園區模擬機大樓 ... 20

圖3.1 本研究方法流程示意圖 ... 23

圖3.2 研究流程圖 ...24

圖3.3 建模步驟流程圖 ...28

圖3.4 建立樓層線示意圖 ...28

圖3.5 建立網格線示意圖 ...29

圖3.6 匯入CAD 之示意圖 ...29

圖3.7 建立柱 ...30

圖3.8 建立樑 ...30

圖3.9 建立樓版 ...31

圖3.10 建立牆 ...31

圖3.11 放置門 ...31

圖3.12 放置窗戶 ...32

圖3.13 建立欄杆 ...32

圖3.14 建立特殊構件 ...32

圖3.15 三維模型彩現圖 ...33

圖3.16 建築資訊模型輸出之CAD 檔 ...34

圖3.17 建築資訊模型輸出之明細表 ...34

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圖4.1 建築師所提供之二維圖面 ...36

圖4.2 三維建築資訊模型示意圖 ...37

圖4.3 本研究以設計圖面轉製為三維模型時發現的衝突問題-1 ...38

圖4.7 平面圖與立面圖不一致之問題 ...42

圖4.8 立面圖與立面圖不一致之問題 ...42

圖4.9 平面圖與結構平面圖不一致之問題 ...43

圖4.10 平面圖不一致之問題 ...43

圖4.11 平面圖與立面圖不一致之問題-1 ...44

圖4.12 平面圖與立面圖不一致之問題-2 ...45

圖4.13 平面圖與剖面圖不一致之問題-1 ...46

圖4.19 立面圖與立面圖不一致之問題 ...52

圖4.20 立面圖與剖面圖之不一致-1 ...53

圖4.24 平面圖與結構平面圖之不一致 ...56

圖4.25 立面圖與結構平面圖之不一致-1 ...57

圖4.28 剖面圖與結構平面圖之不一致-1 ...60

(10)

ix

圖4.35 結構平面圖與結構平面圖之不一致-1 ...66

圖4.36 結構平面圖與結構平面圖之不一致-2 ...67

圖4.37 立面圖與門窗詳圖之不一致 ...68

圖4.38 本研究以設計圖面轉製為三維模型時發現的遺漏問題-1 ...69

圖4.44 本研究以設計圖面轉製為三維模型時發現的繪圖認知問題-1 ...73

圖4.47 二維圖面轉成三維模型時產生之議題圓餅圖 ...76

圖4.48 三維建築資訊模型示意圖 ...77

圖4.49 由BIM 軟體輸出之二維圖面(A 棟二樓平面圖) ...77

圖4.50 由BIM 軟體輸出再轉由 CAD 編修完成之二維圖面 ...78

圖4.51 剖面圖A5-8-1 ...79

圖4.52BIM 輸出之剖面圖 ...79

圖4.53 混凝土數量比較長條圖 ...85

圖4.54 本研究以三維模型干涉檢查時發現的軟體限制問題 ...86

圖4.55 本研究以三維模型干涉檢查時發現的人為疏失問題 ...87

圖4.56 埔里工務段辦公大樓新建工程彩現圖 ...88

附圖1.1BIM 軟體中之牆明細表 ...95

附圖1.2BIM 軟體中之樓版明細表 ...96

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x

附圖1.3BIM 軟體中之樑明細表 ...97 附圖1.4BIM 軟體中之柱明細表 ...98

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1

第一章緒論 1.1 研究動機

建築工程所要完成的成品都是三度空間中的實體，在早期受限於平面紙張表達工具的限制，只能以二維的圖面，如平面圖、立面圖搭配透視圖，展現建築設計的成果。

工程師們必須從這些二維的圖面裡，重新建構出建築師的設計成果，然而在二維與三維的轉換中，常容易產生設計與理解上的疏漏、衝突與錯誤[1]。

為了避免這些錯誤的發生，建築工程不論在規劃、設計或者是施工階段，皆有為數眾多的相關圖說及圖表，用以說明工程現況以及後續規劃，供設計單位、營造單位、

發包單位、監造單位、施工單位等與工程相關的人員進行討論。然而眾多的圖面固然仔細的描述了工程的各個細節，卻也造成了圖面過多的困境，難免也發生圖與圖之間不合的錯誤。同時，一旦工程產生工程變更之需求時，為數眾多的圖面在此時卻變成拖慢進度的累贅。只要有一部分圖面需要更改，可能結構圖、施工圖、水電等圖面皆須跟著修改，眾多的人力便消耗在圖面的修改上，對於工程進度來說，無疑是項利空。

近年來，有所謂建築資訊模型(Building Information Modeling, 簡稱為 BIM)軟體工具，由於採用先進的資訊科技的物件導向資料庫技術，提供完整的資訊供存取應用，加上視覺化三維模型促進溝通，可以有效改善營建產業的效率；然而，經由軟體廠商功能性的介紹較多，也大都是先進國家的案例，國內的應用案例較少，故以國內工程案例實證BIM 的功效，為本研究的主要動機。

1.2 研究目的

本研究嚐試以進行中的建築工程案，將建築師設計的圖面，反向應用 BIM 建模工具，製作建築師設計的電腦三維模型，並進行視覺化檢查，將發現的問題點經由與原設計建築師溝通確認，探討驗證應用三維技術進行建築設計的可能效益。彙整本研究的目的有下列幾項。

1. 將建築師依傳統二維方法設計的詳細圖面，利用 BIM 建模軟體轉繪成三維模型，與業主、建築師、及負責施工的營造公司一起檢視，探討由二維圖面建立建築資訊模型之效益與可能發生之議題。

2. 探討由建築資訊模型所輸出之建築圖面於送交建管單位審核之可行性，以及

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2

透過建築資訊模型溝通之效益。

3. 以經業主及建築師確認的三維模型，用 BIM 軟體具備的自動數量輸出功能，輸出工程詳細表，並與建築師計算發包的數量進行比對探討，以供未來採用BIM 流程之參考。

1.3 研究範圍與限制

本研究因獲交通部公路總局的同意，取得該局第二區工程處埔里工務段新建工程之相關圖資，並與業主、建築師、及承攬營造公司充份溝通，互相瞭解，建築師並同意加入探討 BIM 應用的議題，故得以進行，然受限於該工程的時程及本研究可以掌握的軟體工具，整理出下列的研究範圍與限制。

1. 該工程雖於 2009 年底完成細部設計，但在 2010 年 3 月才發包完成，正式開工，因此本研究的驗證範圍不包括施工部分。

2. 本研究主要採用 BIM 的建模軟體 Revit Architecture，主要為建築師建模所用不包含結構分析之功能，鋼筋混凝土部份也還未取得罝入鋼筋之軟體支援，

故在數量計算驗證的部份，只針對本工程的混凝土數量做比對。

3. 圖面檢查部份，採用軟體本身之干涉檢查功能，進行衝突點之檢驗，然其中部分之問題，因受限於軟體，在沒有其他軟體輔助下，為無法避免之情形。

1.4 研究方法流程及論文架構

本研究所使用之研究方法流程如圖1.1 所示。在確認研究動機、目的、與範圍後，

先進行文獻整理，以便能確認本研究提出來的問題，並嚐試研提解決問題的方法，主要重點在於整理目前國內外對於 BIM 之相關文獻，探討其背景與現況。接下來則說明將BIM 導入埔里工務段之工程，以 BIM 建模工具將二維圖面轉製成三維模型的方法，並將建立之三維模型，與建築師及業主會報研討，最後綜合整理本研究的結論與建議。

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3

圖1.1 研究流程圖

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第二章文獻回顧 2.1 營建產業現況

2.1.1 建築與管理

誠如第一章所述，我們人所生活的環境，是個三維的世界，而建築工程所要完成的成品，則都是三度空間的實體。然建築工程涵蓋範圍廣闊，類型眾多，但什麼叫做建築呢？「凡定著於土地上或地面下具有頂蓋、梁柱或牆壁、供個人或公眾使用之構造物或雜項工作物均稱為建築物」，這是我國建築法第四條對「建築物」的定義，「建築」的解釋，「建」有建設、建造、興建的意思；「築」有構築、築造、構造的意思。

所以「建築」一詞的意思，依字面的解釋，就是有計畫、有方法的實行各種築造工程，

而「建築設計」，也就並非只是畫出一棟建築物[2]。

參與建築專案的人員與團隊很多，至少有業主、建築師團隊、結構技師團隊、土木技師團隊、設備技師團隊、營建管理單位、施工單位等。建築設計的成果，將做為後續營造施工、營運維護的依據，而團隊成員間彼此的溝通合作，與建築專案是否成功息息相關[3,4]。且當建築專案規模龐大、工程複雜時，通常業主單位會委託專業營建管理團隊(Professional Construction Management, 簡稱為 PCM)進入，代替業主在營建團隊中的工作，領導整個團隊，包括各團隊之間的協調、溝通，或是利用現代管理技術為業主控制工程參數，以節省成本、控制工期，以及對工程品質的要求等。PCM 主要的目的是代替業主行使其在建築專案團隊內的工作，然其服務範圍卻很廣闊，包含設計、施工階段的專案管理、成本管理、進度管理等，負責管理與控制一切工程相關事務，包括都市計劃、區域法規、周邊物理環境等，但將業主的工作委託給PCM，

等於需要再另外花費一筆不小的支出，因此通常一般大型工程較常採用[5]。

但營建管理並非只是為了大型工程而出現，其他中小型的工程，同樣需要營建管理，而目前中型工程通常由營造單位負責營建管理的工作，小型工程則直接由建築師事務所負責，但由於術業有專攻，營造單位與建築師事務所在工程管理上，較易受限於專業領域不同之影響，而發生力有未逮之處[6]。

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2.1.2 營建專案流程

建築專案牽扯範圍廣闊、人員複雜、生命週期長，從開發、規劃、設計、發包、

施工、行銷、使用維護等[7]，層面眾多，參與的團隊各有所長、各司其職，導致溝通與介面的整合，需要耗費許多心力。而一旦產生變更設計時，更是各團隊間默契與經驗的考驗。

建築專案從專案開始、建築師設計一直到最後的施工階段、完工驗收等，通常需耗費大量的時間，變更設計發生的時間點將影響整個專案的進度，其中發生的時間點越早、對整個專案的影響越小、變更所需耗費的成本也越小[7]。如下圖 2.1 所示，建築專案初期規劃設計階段大多為紙上作業，變更容易，故影響較小，若在後期施工階段才產生變更，則連帶的後續進入的團隊與施工計畫等皆受到影響，若有已興建之部分需拆除重做，對成本的影響更是巨大。

圖2.1 生命週期影響力與變更成本[7]

早期礙於電腦技術影響，建築從業人員只能以手繪的二維圖面來表達他們的設計構想，必須透過平面圖、立面圖、剖面圖等，來展現建築物在不同面向的外觀與細部設計。然在平面的圖紙上，要詳細表達工程的細節，除了繪圖人員需要有相當的技術水平才能達到，且看圖的人，例如業主，也需要具備讀圖的能力，才能將建築師的設計，透過二維的圖紙展現，在腦海中重新建立影像。

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6

由於一般業主大多非建築相關學科出身，較難從二維的圖面解讀、確認最後實際的成果，往往在進入施工階段後，業主認為設計的成果並非他的想像，與建築師的糾紛、誤會也隨之而來，連帶的利潤與品質也遭受影響[6]。因此現今營造業者與相關從業人員常以實體模型或是樣品屋來表達其設計成果，以減少衝突與糾紛[8]。

在傳統的設計流程當中，平面圖、立面圖、剖面圖等圖面通常非同一個人負責繪製完成，甚至有些建築師事務所會請相關科系的工讀生來繪製，倘若繪圖人員不夠細心或是工讀生水準不足，相當容易產生圖面不一致的錯誤，當後續發生變更設計時，

大量的圖面又必須重新修改。因此，設計單位常需面對大量畫圖工作，圖面修改工作相當繁瑣無效率，雖然目前2D 電腦繪圖技術已將手繪的工作轉至電腦上，繪圖效率已有所提升，但仍無法有效的因應專案中突然產生的大量繪圖工作[6]。

圖面過多的結果，使得相關從業人員常需耗費大量的時間在清繪、套圖等工作，

對於整個專案的解讀，也僅能依靠圖面資訊，在複雜的圖說之中，摸索設計者真正的想法，這種作業方式，容易產生錯誤或是遺漏重要的資訊，對於專案的影響甚巨[9]。

隨著科技的進步，建築技術也不遑多讓，越來越多各具特色的建築問世，例如為了北京奧運而建的鳥巢體育場、水立方游泳館等。這些建築代表著當代的建築科技發展，大多具有複雜度高、整合困難等特性。一個完整的工程專案，在生命週期（含規劃、設計、施工、營運、維修等）各階段必須整合各種專業技術（包含建築、結構、

機電、交通、地工等），面對越來越複雜的工程專案，不論是過去的手繪設計或是將手繪工作轉至電腦的2D設計，皆已無法滿足現階段的需求。

越形複雜的設計，整合一直是最大的問題，實務上，各種工程圖說的製作，同常是由各種不同專業領域的從業人員分別完成，且在各團隊內的工作可能已非固定一人負責繪製，例如建築師團隊負責建築設計、結構技師團隊負責結構分析與評估等。各團隊使用的方法與軟體可能有所不同，圖檔的建置並未考慮到後續的需求或應用。從不同團隊中取得的資訊如何在介面不盡相同的狀態下整合起來，對從業人員來說是一大挑戰。負責整合工作的人員，往往需要耗費許多時間、人力，重複執行工程圖檔審核及繪製的作業，而根據工程圖說所製作的3D模型，通常只是為了展現設計成果而做，其背後並無數值或是參數支撐，無法轉移至其他階段使用，無形中造成了資源的浪費。

而除了原始的設計圖說及合約文件外，建築專案在施工期間仍然會產生各種為數

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不小的圖文資料，且須在各團隊中進行傳遞作業。現今的工程圖說與合約文件等雖然大多以電腦製作，但在資訊的傳遞與交換卻還是以紙本文件為主要的傳遞方式。此種方式已是公認造成提升生產力的障礙，許多軟體廠商致力改善這些問題，但在成果上仍然令人不甚滿意[10]。

2.1.3 營建產業的資訊傳遞效率

由前文可知，營建產業主要是由建築(Architecture)、工程(Engineering)、及營造施工(Construction)三大產業中的不同專業團隊組成，在國外常簡稱為AEC產業，以共同合作的方式完成，隨著產業的進步，專業分工也越來越細，產生的介面整合溝通問題也越多，同時現今對於成本、進度以及品質的要求也越來越精準，從業人員對於管理的工作也越來越複雜且困難。科技的進步帶來各種方便，包含電腦化與資訊化。營建產業想要進步，就必須跟上腳步。在資訊爆炸的時代，如何有效的管理資訊，成為一項重要的課題。而資訊，已經成為一項重要的資源管理。

管理人員必須由眾多的圖文資料解析其工程專案之內容與特性，並詳細考量各層面相互影響之問題，以協助專案的決策與執行。此外在不同團隊間資訊的傳遞以及交換也都會產生大量的資訊，處理如此複雜且大量的資訊，使得資訊管理的地位已與人力、機具、材料、資金等之管理並駕齊驅[11]。

由美國勞工局統計資料整理指出，美國1964~1998年營建業之生產力指標，與所有非農業產業比較，其間差距逐年加大，其他產業之生產力逐年上升，而營建業的生產力則漸漸下滑，如圖2.2所示。

圖2.2 營建業生產力指標[7]

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資訊的傳遞被認為是營建業生產力的障礙，在現今科技進步、網路發達的年代，

以紙本為主的傳遞與交換方式，似乎還停留在上個世紀。

建築物的壽命通常都長達三、四十年以上，甚或更久，諸如北京紫禁城、西班牙聖家堂、義大利比薩斜塔等，都是歷久不衰的經典建築。建築物之所以經典，除了建築師的精心設計外，營造施工團隊的鬼斧神工也是功不可沒。

建築物的生命週期，乃從規劃設計開始，針對業主的需求以及想法進行溝通，以及了解整個建築專案的企劃與設計概念；接著是建築設計，建築師將他從業主方得到的資訊解讀，將設計概念轉為設計成果，可能為二維圖面或三維模型；招標施工，設計好的成果交由營造施工廠商將二維圖面或三維模型轉為真正的建築實體；營運維護，建築物興建完成，交由業主使用與持續性的維修工作、一直到最後壽命終了報廢拆除。

建築師設計後的成果，需要一層一層轉交給後續負責的團隊，例如結構技師團隊、營造施工團隊等，從建築物設計階段開始的資訊，將被大量的重複使用，因此在整個建築生命週期中，資訊能否共享並被有效的利用，將直接影響到建築專案的進行。除了生命週期各階段間的資訊共享及再利用之外，在建築設計階段內的資訊亦須有效地再利用。至目前為止，建築設計階段內資訊重建的情形仍然相當地嚴重[3]。

電腦化與資訊管理已被普遍認為是提升營建產業競爭力及生產力的方法之一 [10]，現今的工程項目常是複雜且龐大的，有效的利用電腦與資訊管理，有助於提升競爭力以及生產力。且資訊管理的重要性，已被認為是其他資源項目管理同等重要。

資訊管理的目的在於幫助管理人員能夠確切的在正確的時間、地點提供正確的資訊，以利其工程之順利推動。隨著科技發展、電腦的普及化，越來越多的管理人員使用電腦來輔助其工作，增加效率。

然而在各種介面不同的作業需求時，管理人員仍需花時間、耗費人力來調整需求不同的資料格式與內容。不僅缺乏效率，且也容易發生遺漏或是錯誤。現地施工階段是最常發生問題的地方，因其作業環境具有分散且動態之特性，各種團隊資訊從多方面匯流而來，資訊大量湧入，成為燙手山芋。

因此，一個建築專案是否能夠成功，與資訊管理息息相關。而資料的定義及資訊的標準若具備準確、一致、與可存取性等特性，則可對資訊的整合運用有所助益[11]，

達成資訊共享的目的，如此一來，相同的資訊便可在只建構一次的狀態下流通，避免

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資源重建的浪費，使資訊能夠有效的再利用，進而提升工作效率。而當整體資訊傳遞與交換的問題改善後，提升生產力與績效的提升也就不是夢想了。

為了確保資料的定義及資訊的標準若具備準確、一致、與可存取性等特性，資料的標準化成為了普遍的共識，許多組織皆投入相當的資源進行研究，其中以ISO與IAI 擁有較為顯著的成果。

ISO的全名為International Standard Organization，國際標準組織，早在1995年即開始了ISO STEP計畫(The STandard for the Exchange of Product model data)，目的是在建立資料表達與國際交換標準格式[12]，此計畫建立了描述各種產品的制度，利用中立的計算機語言來記錄各種產品的資訊，同時將資料儲存、擷取、傳遞及歸檔。因使用的是中立的計算機語言，所以可以達到跨越多重平台及系統應用的能力。

IAI的全名為Industrial Alliance for Interoperability [13]，是一群互相合作的軟體開發商組成的團體，其也擁有類似ISO STEP的計畫，名為IFCs (Industry Foundation Classes)，發展目標也與ISO類似，IFCs所建立的標準可用在營建產業之間的電腦系統做資料處理的轉換，方便使用不同軟體的使用者，可以讀取或使用別的軟體所建立的資料，近年來為了更增加建築的形象，已改名為buildingSMART[10]。許多國際軟體公司為了增加競爭力，大多已取得IFC認證，以利與其他專業軟體之間的整合[7]。

然也有學者認為雖然ISO與IAI的貢獻良多，但其實仍然存在著一些待解決的問題。2003年Froese[14]即指出IFCs是成熟且可靠的格式原型，也已經在某些軟體中，

證明其資訊交換的能力與價值，但在軟體系統的整合以及異質資料之間的轉換甚至擴展到知識管理的範疇，則還有研究的空間。

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2.2 建築資訊模型(BIM)

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2000年以後的BIM(Building Information Model) [7]。

BIM的全名為Building Information Model建築資訊模型，他的概念最早起緣於 Autodesk公司的"3D、物件導向(object-oriented)、AEC-specific CAD"。美國喬治亞理工學院的C.M.Eastman教授，則在1970年代末期，提出了建築物產品模型(building product model)。同時他也制定了建築物資訊模擬手冊(BIM handbook)，其認為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」，開啟了BIM的大門[15]。

雖然早在1970年代，BIM的概念就已經開始萌芽，然受限於當時的電腦與科技技術，在當時並無法迅速發展。一直到2000年以後，電腦科技的提升，BIM正式進入各大工程領域，成為目前各界爭相應用的焦點。

2.2.1 BIM 的概念

依據Chuck Eastman的定義「BIM是以三維數值化建模技術及搭配的物件導向參數式資訊，帶來足以產出、溝通、並分析所設計的建物模型的工作流程」，BIM不是一件事物也不是一種軟體，而是「人的活動」，一種牽涉到廣泛的營建流程改變的活動[16]。

美國建築師協會則定義BIM為「連接工程計畫資訊資料庫之電腦模型技術」，言下之意即利用三維的建築模型與大量數值的資料庫連接來各種工程專案，即『數值化』

與『參數化』。

建築資訊模型擁有『數值化』與『參數化』之特性[6]，透過這兩點特性，使得參與專案的工程人員，可以清楚的了解到整個建築專案的內容，並且因建築資訊模型非但是由眾多的數值來描述建築專案，同時也是一個眼睛能夠直接看的到、視覺化的 3D模型，因此，即使是沒有受過訓練的業主或是一般人，也能夠直接的感受到由建築師所設計的成果。

建築師透過應用建築資訊模型之軟體，可以取代傳統的手繪工作或是電腦2D繪圖，直接進行三維的設計作業。建築資訊模型與一般繪製建築3D軟體的不同之處，

即在其模型背後，是藉由廣大的數值，以及清楚的參數支撐。當建築師完成三維的設

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計作業時，同時也等於已經利用大量的參數完整的描述其設計成果。

BIM不同於傳統的電腦繪圖技術，由於『數值化』與『參數化』的特性，使得參與建築專案的工程人員，可以輕易的由模型中提取各部分元件的數量或屬性，也可以針對各項工作給予不同的定義。例如建築物外觀、空間關係、地理資訊、建築物元件數量與屬性、相關廠商資料以及工程圖說、採購細節、環境條件、提送程序與建築物品質規範等[15]。一言以蔽之，即給予三維的模型各種不同的定義與屬性。有了這些定義與屬性以後，即可便於使用者查詢、修改、提取、使用。

而除了設計者以外，建築資訊模型可傳遞給往後承接的團隊，接手的團隊不再依靠大量的圖型資料或是文件來了解建築專案，而是依據三維的建築資訊模型，直接透過模型來了解建築專案的內容，包括建築設計的成果、數量計算的明細表以及成本、

工作排程進度等資料。由於避免了從二維圖說轉換成三維建築物之中的理解過程，因此較能保證所有參與的團隊對於建築專案的認知是一致的。也對建築專案的協作與溝通有良好的影響。

工程團隊可透過模型與專案資訊的連結，預先了解工程在現地施工時可能會發生之問題與困難，事先改變預定計畫或施工路徑等，降低建築專案的風險，以及減少工程變更的成本。

建築資訊模型可讓各團隊可使用同一個模型來進行溝通，以及針對各團隊之專業領域，負責該團隊之工作。各團隊完成之工作藉由模型整合，模擬完整建築專案的過程。若有發生衝突與問題，也可在建築資訊模型上發現。工程相關人員即可免去傳統套圖的困擾，也不必再參考各種煩雜的圖說資料，利用三維的建築資訊模型，即可清楚的了解各項相關資訊。

2.2.2 BIM 的歷史

率先使用BIM的團隊，證實了使用BIM的效益，然在過去由於受限電腦科技發展的影響，要使用BIM並不是那麼的容易。近幾年來，由於科技的進步與軟體公司的研究，各種BIM的軟體紛紛問世。將BIM導入建築生命流程變的方便了，也因此BIM開始在A/E/C產業產生了很大的影響。但使用BIM，並不只是學習新的軟體。BIM的進入，將帶來新的流程與改變，使用BIM也可能會導致公司文化的變革。

美國總務管理局(U.S. General Services Administration)堪稱近代使用BIM的先

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驅。由於其傑出設計計畫的發展，吸引了全球眾多的優秀建築產業人才，競爭的結果使得建築工程越來越複雜，超過工程預算與期限的工程越來越多。為了改變工程的效率，美國總務管理局於2003年投入了110億美元的資金，開始了3D-4D-BIM計畫[15]。

在全面使用BIM之前，美國總務管理局先實施了既有建築物能源分析、建築物現代化工程、新建築物等9項前導性的工程計畫。在前導性的工程計畫中進行各項BIM 的個別元件測試，其中包括3-D雷射掃瞄、3-D空間模擬、4-D施工過程模擬等。在經過多年的測試以後，美國總務管理局終於在2007年，要求所有的新工程計畫全面使用 BIM。

針對BIM的軟體開發商很多，其下各有不同的BIM軟體，然BIM主要的精神就是希望能夠使資訊快速的在各個團隊之間流動。因此美國總務管理局並不限定工程團隊使用特定的軟體，而是鼓勵開放性的程式標準，如IFC等。

目前已經有越來越多的業主要求營造團隊必須使用BIM，因此導致工程界導入 BIM的潮流。

2.2.3 BIM 的作業模式

使用BIM的軟體進行設計作業，可以得到一個3D的模型以及其背後眾多的參數與屬性。市面上繪製3D的軟體有很多，但他們與BIM是完全不同的，一般的3D繪圖軟體，只是將原始的設計資料轉換為3D的模型，設計作業在建構3D模型之前就已經完成。

而BIM則是提供設計者一個三維設計的方式，等同於在電腦裡頭進行設計作業，

在三維模型建立完成時，設計完成了，數量計算也結束了。各種建築元件的資訊，都在建立模型時就早已定義清楚，只要在模型內點選該物件，就可以得到詳細的資料。

除了設計作業以外，BIM主要的功能就是可以提供各專業團隊一起使用建築資訊模型。在傳統的作業流程中，各專業團隊分別接收前面單位的圖說資料，並發揮各自所長，做好自己份內的工作，但只要建築專案稍微複雜，參與的團隊重多，溝通介面整合的問題馬上浮現，每個團隊都必須個別面對其他的專業團隊，如此一來不論是文書的往返或是溝通整合都是不易處理的問題。

BIM改善了這個問題，如下圖2.3所示，各團隊都使用同一個三維數值模型來進行各專業的分析、設計工作，每個團隊都只要運用模型做好自己份內的工作，其他團

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隊就能在模型上看到成果，即使是發生了變更的問題，模型上也會馬上反應給各團隊。BIM使得團隊之間的溝通與介面問題單純化，也省去了文書往返的時間，增加了溝通協作的效率。

圖2.3 BIM 作業模式[7]

2.2.4 BIM 的優點

使用BIM所帶來的好處很多，經本研究整理維以下八點：

1.可在初期充分定義專案

使用BIM需要進行所謂的3D設計，設計者利用BIM導向的軟體直接進行設計工作。傳統設計作業需由建築師發想、將想法轉為2D圖面、將2D圖面轉為3D模型，營造廠商解讀2D圖面建造屋舍。而導入BIM後，設計者將跳過將想法轉為2D圖面的階段，發想後直接進行三維模型的建立，且在建立模型的同時即必須將各種建築元件的資訊，例如材料、尺寸以及其他相關數據，輸入建築資訊模型內，故在設計規劃的初期，業主與建築師甚或其他團隊就必須開始針對建築專案作完善的規劃，雖然可能增加前期的工作項目，但及早做好整體規劃，可及早發現問題，減輕後續作業的負擔。

2.促進溝通

導入BIM後，設計作業便由三維模型來呈現，透過三維模型，建築師與業主可方

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便的討論建築專案的問題，以及細部的狀況等。特別是對於沒有受過訓練的業主或是一般人，工程圖面或建築圖說對他們來說，要在腦中轉換成建築成果不是件容易的事，除了透視圖與實體模型外，可以由肉眼直接視覺化檢視的三維模型，更容易讓他們了解建築師的設計成果，以及是否達成需求。

另外，當各團隊都使用同一模型進行分工合作時，便沒有圖面傳遞與圖面不一致的問題，也節省了文書往返的時間，就某個角度來說，也就改善了溝通的管道，促進各團隊協作的能力。

3.確保一致性

設計者進行三維設計後，平面圖、立面圖與剖面圖等圖面以及數量計算等，都同時完成了。而當設計者改變了三維模型的某一處時，這些圖面資料都會跟著改變，確保了圖面與數量以及其他參數的一致性。減少過去一旦發生變更，就有大量的圖說要跟著改變而產生的費時費力問題。

且由於各團隊所使用的都是同一個模型，一旦有某個團隊改變了模型的某處，模型會立刻顯現出來，其他團隊可以馬上得知變更的地方，除去傳統因變更沒有通知其他團隊，導致後續發生衝突的問題。

4.避免人為計算錯誤

建築資訊模型背後擁有眾多的參數支撐，設計者在完成三維模型後即同時完成了數量計算。數量計算是利用軟體本身的功能產出，減低了人為運算錯誤的發生機率，

幫助管理人員更易處理或控制成本。

5.方便掌握數據

在前其設計作業時，設計者已經將各項元件定義完備，後續的使用者只要點選建築資訊模型內的任一處，即可得到該處詳細的資訊，對於數據的查詢、擷取、使用都很方便，對於協作的各項團隊是一項利多。除了元件的資料外，數量計算表甚至是排程或者其他相關資訊，也可由建築資訊模型取得。

6.預先發現問題

建築資訊模型可與其他電腦軟體結合，預先進行干涉檢查、碰撞分析，或者是防

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災規畫等。可以在整個建築專案還未進入現地施工階段時，及早發現問題。便可在規劃設計時馬上進行變更，避免進入施工階段時才發現問題，減少工程變更的困擾，減低因變更而增加的費用，增加建築專案成本與時程的管控。

7.全生命週期使用

建築資訊模型可使用的時間很長，除了前期設計規劃、結構分析等，施工團隊可使用模型來進行營造施工。完工後，建築資訊模型也可轉交營運維護單位，利用三維的建築資訊模型連結資訊系統進行管理作業。而日後有改建工程時，建築資訊模型也可發揮其效用。

8.節省紙張需求

各團隊之間利用三維數值模型來作為傳遞溝通的手段。業主與廠商利用三維數值模型溝通，一切事項都在電腦裡面發生，對於紙本作業的需求便減低了。不過目前國內的作業環境，仍然以紙本作業為主，例如建管單位審圖，或是營造廠商施工圖等，

都還對紙本作業有大量的依存性。新加坡的自動審圖機制提供了設計單位可以繳交電子檔案的管道，值得國內借鏡。

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2.3 BIM 的發展

2.3.1 BIM 的發展

隨著美國總務管理局(U.S. General Services Administration)的推動，越來越多的工程團隊投入了BIM的研究與應用。許多美國的公司也有了BIM經理的職務，幫助協調公司內部一切因應BIM所需之改變，進行導入BIM的工作。包括引進軟體、改變公司作業結構與流程、以及員工訓練等。

一般BIM的訓練期間約為三至六個月，BIM的學習曲線較一般軟體長，且較不易上手，故需要較多的時間訓練，包括BIM的概念與程序講授、軟體學習以及實務操作等。

而在美國大學的課程安排方面，則略趨於保守，大多處於觀望階段。包括史丹佛大學在內之許多大學目前在課程安排上並不積極，只在碩士課程才開始加入較多的 BIM與其他相關營建技術。

BIM進入工程界的速度很快，不到兩年的期間，就有許多美國的公司廣泛的使用 BIM。而在台灣，許多的大型建設公司也積極導入BIM，如台灣世曦、中興工程等，

預估近幾年會在台灣的A/E/C產業引起一股風暴[17]。

2.3.2 BIM 的案例

目前世界上已經有許多運用BIM的工程案例，其中最常被提到的就是國際知名建築師Frank O. Gehry位於西雅圖的設計作品體驗音樂館(Experience Music Project)，如下圖2.4所示。

BIM的興起是2000年以後的事情，然西雅圖的體驗音樂館的工程卻早在1997年就已經開始，Frank O. Gehry的特點大多以解構主義為主，設計作品通常不循著一般整齊畫一的梁柱系統，經常造成營造施工廠商的困擾。

雖然在2000年以前，BIM技術尚未成熟，但在西雅圖體驗音樂館的應用上，也花了不少心力，進行設計至施工的全面整合，幫助這座獨具創意的建築物興建完成[7]。

目前國際上有許多應用BIM的案例，例如2008年的北京奧運暱稱鳥巢與水立方的國家體育場與國家游泳中心，如圖2.5與圖2.6所示，都是應用BIM成功的案例。

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圖2.4 美國西雅圖體驗音樂館 Experience Music Project,西雅圖(1997-2000)[7]

圖2.5 中國國家體育場[18]

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圖2.6 中國國家游泳中心[19]

美國華盛頓的Nationals Park新運動場是另一個顯著的案例，如圖2.7、圖2.8所示，

這個擁有41,000座位的棒球場是華盛頓國民隊的主場，工程經費高達6.11億美元。

圖2.7 美國華盛頓 Nationals Park 新運動場[20]

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圖2.8 美國華盛頓 Nationals Park 新運動場透視圖[21]

因為資金調度與契約關係，使得營造團隊僅有兩年的工期可以興建此工程專案。

當時與華府合作的ReStl Designers公司與Thornton Tomasetti公司一致認為需導入BIM 才有機會讓此工程專案在兩年工期內完工。此建案因導入BIM，藉由電腦系統連結資料庫、以及利用三維設計建構結構物與其他相關層面，最終如期完工。

Nationals Park新運動場因導入BIM產生了顯著的效益，除了工期縮短以外，工程團隊在開工前即已經建構三維模型，於施工期間僅被要求提供100個資訊，相較傳統的1,000至10,000個資訊，省去不少麻煩。同時因採用BIM使工程計畫分段，在每一階段完成時，即將現地資訊回饋給三維模型，除了免去干涉碰撞的問題外，最後根據計錄顯示，在施工時需修改或更換的結構鋼量不到2%，與當初預估的10%相差甚遠[15]。

除了國外的案例外，國內也有許多運用BIM的案例。圖2.9為花蓮海洋度假園區 [22]，是台肥公司與台灣世曦合作的BIM案例，台灣世曦在這個案子為台肥公司提供 BIM技術服務，此專案內容包括海岸景觀改造、日式木構建築修復、深層海水應用、

以及工廠變成渡假園區等幾個要點。台灣世曦從細部設計顧問公司取得CAD設計資料，提供業主BIM模型、DDC數量檢查、設計衝突檢查報告、以及預算修正報告等。

其中在數量檢核應用的部分，在景觀、電信方面較原估價金額多了約550萬元，

在設施部分較原估價金額少了約620萬元，在建築整修部分較原估價金額少了約165

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萬元，整體總誤差超過30%，總務差金額逼近新台幣三千萬元。台灣世曦運用BIM技術，為業主省下了大筆的預算，BIM之效益可見一般。

圖2.9 花蓮海洋渡假園區[22]

圖2.10 華航園區模擬機大樓[23]

圖2.10為華航園區模擬機大樓[23]，此為中興工程的導入BIM之案例。在這個案例中，中興工程除了運用BIM視覺化以外，也使用了各種不同領域的BIM軟體，建立各種不同的模型，例如結構、機電、管線等，最後整合在一起，進行干涉檢查與分析。

透過干涉檢查，可以清楚的看到建築結構與管線在建築物內部的情況。

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除上述之案例外，國內外在BIM的導入有增快的趨勢，不論是台灣世曦、中興工程，或是其他建設公司、甚或建築師事務所等，都有越來越多人在使用BIM，顯見這是未來的趨勢。

2.3.3 BIM 的應用軟體

隨著電腦科技的進步，以及BIM的推廣，越來越多的軟體開發商也投入了以BIM 為概念的軟體開發。而伴隨著的交換標準格式IFCs，則可方便使用者在不同的軟體間轉換三維數值模型。

BIM涵蓋的範圍很廣，是全生命皆可以應用的資訊。然一個建築專案在不同階段，所需的工作項目與作業流程、方法皆不同，不同領域的團隊所負責的工作與產出的成果也都不同。一套軟體若能涵蓋全生命週期的工作項目，包括設計、分析、排程、

結構、估價等，那麼這套軟體肯定是非常龐大且耗費資源的。

故各軟體供應商紛紛開發各自的BIM系統，在同一系統的架構下開發對應不同領域的軟體，使的其下的各種軟體可以互相轉換、傳遞，確保建築資訊模型的一致性與便利性。然只在同一系統架構下轉換與傳遞是不夠的，市面上應用BIM的軟體眾多，

無法確保相同建築專案內的團隊都使用同一公司的產品。開放性標準(open standard) 的價值在這個時候就顯現出來了，不同開發商的BIM軟體，可以應用開放性標準的制定，達成在不同軟體之間流通的目的，維持BIM的精神。

市面上以BIM為概念開發的軟體眾多，各開發商各自在不同領域皆有不同功能的軟體開發。此種軟體各有優缺，功能與行行效率差異甚大，價格也有所差距，除了都是以BIM的精神為主軸外，皆有學習曲線長的特性，工程人員較以往的軟體需要花更多時間學習，且BIM之應用軟體大多在建構三維模型初期即要決定各種元件與屬性配置，若無該專業領域的知識或工作經驗，則也較難熟悉軟體的運作[24]。

Frank O. Gehry所使用在華德迪斯奈音樂廳之軟體為法國Dassault Systems公司所開發之CATIA提供CAD/CAM/CAE/PDM之應用系統，是較早起步的BIM概念軟體，

其除了具有工程製圖之功能外，也涵蓋了實體造型、曲面造型、虛擬裝配與工程設計功能等功能，可幫助設計人員快速進行概念設計。早在1990年代就開始設計作業，

Frank O. Gehry採用CATIA套裝軟體，建置4-D網格模型，執行分析與施工時程訂定。

最後於2003年完工，工程經費達1.75億美元[15]。

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目前CATIA套裝軟體已廣泛應用在汽車、航空、醫療器械、機械、造船、消費產品等領域。然在國內卻非營造產業的第一選擇。

市面上較知名的BIM 軟體有 Autodesk 的 Revit 、 Bentley 的 BIM 以及 TEKLA Structures與Scottsdale NavisWorks等。Autodesk公司與Bentley公司旗下皆有為了不同領域如結構、機電、管線等出產之對應產品，TEKLA則以結構為主軸，NavisWorks 則是以排程為主要目的之軟體。除此之外其他還有Archicad、Vico、Digital Project、

DProfiler等軟體每種軟體皆有其各自應用之優越與擅長之領域，但BIM設計邏輯則為共通之概念。除上述軟體外，在建築工程所需之其他領域如地理條件、日照、採光、

節能、氣候、音響…等，目前也逐漸有軟體商研究開發中[7]。

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第三章導入 BIM 之流程

本章針對本研究之研究流程與步驟以及分析方法加以說明，由國內外之建築資訊模型相關文獻整理，探討建築資訊模型在國內營建產業之可行性，利用埔里工務段之案例，導入BIM 方法，採取並行模式，與現行之作業流程進行分析比對。

3.1 導入 BIM 之方法流程

如圖3.1 所示，虛線框選部分為目前建築工程之流程，業主與建築師討論其想法，

建築師將業主的設計需求與設計理念用二維圖面表達，例如平面圖、立面圖、剖面圖等，接著將二維圖面交給下游承包商，包括結構技師團隊、土木技師團隊、機電技師團隊以及營造施工廠商。各團隊各自解讀建築師的圖面，在其基礎上，建立或繪製該團隊所需要之圖面，例如機電技師團隊可能需要機水電圖等。最後將一棟建築物蓋起來。

圖3.1 本研究方法流程示意圖

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本研究由建築師方面取得二維圖面，利用二維圖面建構成三維建築資訊模型，經由與建築師以及業主會報研討，確認模型之正確性，若有錯誤，則須回到上一階段進行修正，歷經數次會報後，確認模型正確，將過程中發現之議題或問題彙整，回報建築師以利其修正建築圖說。

利用三維建築資訊模型輸出建築圖說與數量明細表，審視建築圖說是否能夠為業界所使用，探討圖面之效益。數量明細表則與建築師所給予之量計算書做比對，探究建築資訊模型在數量計算上之效益。本研究之研究流程圖，如圖3.2 所示。

圖3.2 研究流程圖

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3.2 研究標的

本研究因資料取的之便利性，選擇南投縣埔里工務段辦公大樓新建工程做為本研究之案例。

目前的埔里工務段辦公大樓位於埔里鎮中山路2 段 85 號，為一棟超過五十年的老舊建築，雖經過幾次整修，但仍無法遮掩其歷經風霜的外貌。因此，為了改善其建物安全與工作環境，交通部公路總局第二區養護工程處招標，由莊建德建築師事務所得標。工程名稱為埔里工務段辦公大樓新建工程委託規劃設計及監造勞務工作，工程造價約一千六百萬元。相關資料如下表3.1 所示。

表3.1 埔里工務段辦公大樓新建工程相關資料

起造人交通部公路總局

基地地號埔里鎮水頭段0772-0051地號等壹筆用地分區特定農業區/特定目的事業用地基地面基 9373平方公尺

工程造價約16,000,000圓整建蔽率 60%

容積率 180%

開工日期民國99年3月1日完工日期民國100年6月3日

由於埔里工務段辦公大樓新建工程於民國99 年 3 月 1 日開工，預計民國 100 年 6 月 3 日完工，本研究將針對發包之前可取得之資料做為評估之重點。從建築師之角度，探討建築資訊模型在實際執行上之可行性，探究建築師若使用三維建築資訊模型進行設計作業之效益。

另本研究執行期間，尚未習得在混凝土中置入鋼筋的技術，所有鋼筋混凝土構件中皆尚未有鋼筋，機水電部分亦因需採用其它軟體建模而尚未進行，故僅能計算混凝土的數量作為本研究數量計算上之驗證。

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3.3 建立三維建築資訊模型

3.3.1 軟硬體資源使用

BIM 是「人的活動」，不是一件事物也不是一種軟體。為了建構建築資訊模型以利建築/工程/營建(Architecture Engineering Construction, AEC)產業使用，各家廠商紛紛有其對應之軟體上市，例如Autodesk 公司的 Revit、Bentley 公司的 MicroStation、

GRAPHISOFT 公司的 ArchiCAD 等，皆為 BIM 的軟體。

本研究評估軟體操作之熟悉度、軟體取得之便利性以及不同軟體間相互轉換之方便性，故決定選用Autodesk 公司所出版之 Autodesk Revit Architecture 作為本研究導入BIM 之軟體。

Autodesk 公司旗下另一套於建築界應用之軟體 AutoCAD，已經廣為業界所使用，本研究對其操作有相當之熟悉度，且與Autodesk Revit Architecture 為同公司所出版，在檔案之轉換上較無相容性之問題，另本研究於民國九十八年十一月十五日得到 Autodesk 公司之軟體支援，並授與本研究之使用權限，在使用上較無版權之疑慮。

Autodesk Revit Architecture 是專門為「建築資訊模型 (Building Information Modeling,簡稱 BIM)」建立的工具。BIM 是一組整合程序，內含從專案初期的設計到建構，乃至於最後實際作業這一完整過程內的所有整合、可靠的資訊。除此之外本研究也應用了其他的軟體，在此針對本研究所需使用的軟體資源做相關說明，其軟硬體介紹及用途如表3.2 及表 3.3 所示。

表3.2 硬體資源介紹

硬體名稱硬體介紹本研究用途

一般電腦 CPU：INTEL(R)CORE(TM) I72.67GHZ

記憶體：4G 硬碟：1TB

顯示卡：NVIDIAQFX4600

資料處理及三維建模繪圖軟體使用。

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表3.3 硬體資源介紹

軟體名稱軟體介紹本研究用途

AUTOCAD 一般工程繪圖軟體，為目前工程界主要使用的繪圖軟體，包含工程圖、建築圖、地圖及相關應用的數值繪圖軟體。

1.將獲得的資料進行修改與編輯。

2.將由REVIT輸出之圖面編修、加工。

REVIT

ARCHITECTURE 專門為「建築資訊模型」建立的工具。模型內各元件皆連結各式參數，可以增進溝通、模擬設計成品在真實環境中的情況，更可藉由參數了解數量計算等項目。

1.建立三維建築資訊模型。

2.輸出建築圖面與數量明細表。

3DSTUDIOMAX 三維繪圖軟體，可用來建立並編輯三維建物及景觀模型，以及進行相關的三維模型或動畫製作。

1.彩現三維模型。

2.製作擬真動畫。

3.3.2 三維建築資訊模型建立步驟

BIM 是「人的活動」，故軟體的使用除了一定的規則之外，如何操作軟體，皆視個人喜好而定。同樣建立一個模型，每個人可以有不同的方法，所謂條條大路通羅馬，

儘管每個人的方法不盡相同，最後都能達成建立建築資訊模型的目的。

本章節所描述之三維建築資訊模型建立步驟，乃本研究將埔里工務段辦公大樓新建工程由二維圖面轉換成三維模型之過程，並非唯一做法。僅在本章節略分五點步驟描述，詳細步驟如下圖3.3 所示。

1、建立網格及樓層線

建築師繪製建築設計圖、施工圖時，網格以及樓層為其重要之依據，放樣、柱為判斷皆須依賴網格才能讓現場施作人員找到基地上的正確位置。樓層線則為表達樓層高度之依據，同時也描述了樑位置、牆高度以及樓版位置，建築師的設計大多將樓版與樑設計在樓層線之下，而牆則位於樑或樓版的下方，若沒有樓層線，現地施工人員對於樑位置、樓版位置以及牆高度的判斷增加困擾。因此在繪圖的第一步，即為在圖面上建立網格以及樓層線，如圖3.4、圖 3.5 所示。

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圖3.3 建模步驟流程圖

圖3.4 建立樓層線示意圖

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圖3.5 建立網格線示意圖 2、匯入 CAD 檔

由於本研究已取得使用之案例，埔里工務段辦公大樓新建工程圖面之CAD 檔，

故可直接將其 CAD 檔匯入軟體，方便後續作業。將 CAD 檔匯入軟體可方便下一步驟建立柱樑版牆時，可直接點選圖面或按圖繪製。匯入CAD 時應注意單位以及網格線是否與CAD 圖相符，圖 3.6 為匯入 CAD 之示意圖。

圖3.6 匯入 CAD 之示意圖

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3、建立柱樑版牆等元件

將柱、樑、版、牆等構件依圖面放置到模型上，依構件之不同類型選取相符之型式進行繪製工作。

柱與樑應依其位置放置在網格線上，便於日後若有樑柱位置移動時，方便一併修正。柱與樑建構完成後，即可繪製樓版、牆、樓梯、門、窗與欄杆等元件。圖3.7 至圖3.14 為建立各部分構件之示意圖。

圖3.7 建立柱

圖3.8 建立樑

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圖3.9 建立樓版

圖3. 10 建立牆

圖3.11 放置門

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圖3.12 放置窗戶

圖3.13 建立欄杆

圖3.14 建立特殊構件

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4、彩現

彩現圖為視覺化溝通的重要工具，建築師與業主討論其設計時，利用三維模型可與業主討論建物外型、空間意象以及建築師之設計是否達成業主需求等功能。然三維模型在建構時，常因為了減低電腦資源消耗以及模型控制之便利，而採用較為簡易之示意方式，並無表示實際材質於三維模型上。

建築資訊模型可於三維模型上貼附材質，雖在繪圖模型時並未顯示，但可藉由其彩現功能，計算表面材質與光影變化，對於業主來說，更能清楚的了解建案之建築外觀。圖3.15 為本研究案例之三維模型彩現圖。

圖3.15 三維模型彩現圖

5、輸出成 CAD 圖與明細表

在新加坡，目前建管單位已經能接受建築師繳交三維建築資訊模型作為審圖之依據，然而在國內並無類似制度，建築師繳交資料給予建管單位審核時，仍以傳統圖紙或CAD 圖為主，因此建築資訊模型是否能夠輸出成 CAD 圖使用，則是重要的一環。

三維建築資訊模型除各式圖面外，也能輸出數量計算表，方便設計者數量計算。

日後倘若發生變更設計時，數量明細表也能自動改變。圖 3.16 為建築資訊模型輸出之CAD 檔，圖 3.17 為建築資訊模型輸出之明細表。

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圖3.16 建築資訊模型輸出之CAD 檔

圖3.17 建築資訊模型輸出之明細表

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3.4 分析步驟與驗證方法

在建築資訊數值模型確認無誤正確建立之後，本研究將更進一步進行使用效率上之分析驗證。

本研究使用之案例埔里工務段建築工程於2009 年底進行發包，本研究將針對發包之前可取得之資料做為評估之重點。從建築師之角度，探討建築資訊模型在實際執行上之可行性。

建築師主要之工作項目內容為設計埔里工務段新建工程，故本研究從此方向進行探討，主要項目有三。

1、由於本研究為將埔里工務段辦公大樓新建工程之 CAD 圖檔匯入軟體，建構三維建築資訊模型。在三維模型建後完成後，可利用模型自動輸出建築圖說之功能，輸出圖面，如平面圖、立面圖等，將輸出之圖面與建築師方面取得之建築圖說比對，檢查其建築圖說之正確性，若發生疑義與錯誤，則於會報時回報建築師，探究一般繪圖人員於繪製建築圖說時，發生之問題。

2、由於國內建管單位審核圖面時，仍需要一般圖紙或是 CAD 檔，因此本研究將建立完成之建築資訊模型輸出成二維圖面，將二維圖面與建築師討論，探究是否能直接利用三維模型輸出之圖面送交建管單位審核。同時除建管單位所規定之圖面外，現地施工人員，如放樣人員、模版人員等，是否能夠依模型施工，或是依三維模型所輸出之圖面施作，也為本研究探討之議題。

3、除圖面外，數量計算也為建築專案重要之ㄧ環，若無正確之數量計算，則與之息息相關的成本估算也會為之失衡，造成業主或承包商之損失。故本研究將從三維資訊模型自動計算數量之功能，匯出成數量明細表，與建築師所提供之數量計算書作比對，探究其數量計算之效益，以及檢核建築師計算之正確性。

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第四章成果與效益

本研究以埔里工務段新建工程的發包圖說與文件，進行導入 BIM 流程的探討；

主要工作是將二維設計圖轉換為三維 BIM 模型，並經由與業主、建築師、及得標營造廠之深入訪談，探討導入BIM 流程可能產生的效益與問題。

4.1 圖面轉換發生之問題

本研究與埔里工務段之業主及建築師合作，取得埔里工務段辦公大樓新建工程之建築圖說，如圖4.1 所示，利用電腦輔助軟體(Autodesk Revit Architecture)將 2D 的設計圖面，轉換成3D 的建築資訊模型，如圖 4.2 所示，在轉換的過程中，發現了 63 項議題。經由四次與業主及建築師會報，將63 項議題整理如表 4.1 所示。

圖4.1 建築師所提供之二維圖面

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圖4.2 三維建築資訊模型示意圖

表4.1 本研究將二維圖面轉成三維模型時產生之議題

議題類別議題描述發生

次數

與建築師檢討論結果圖說不一

致

平面與立面圖不合、不同向立面與立面之交會處不符、平面圖與結構平面圖無法對應之情形，以及門窗之平立面與門窗大樣詳圖不合等。

36 經建築師確認，確為圖面不一致，並加以修正。

認知差異本研究人員不了解或者對於圖面判讀產生誤判之情形。

17 經建築師指導說明後釐正。

遺漏包括建築物平面、立面與其他圖面等，發生該繪製而未繪製之樑、柱、版、牆或者其他應有之構件，以及圖面應標示而未標示之編號，如門窗編號、樓版編號等，皆屬於此項問題之範圍。

4 經建築師確認後補畫。

衝突設計所發生之衝突問題，例如：

門窗卡樑、坡道上方空間高度不足等。於此研究中發生兩處，其一為A棟之發電機房窗戶與樑重疉，其二為屋頂造型格柵長度不足，無法與牆面接合。

6 確為設計時未發現之圖面衝突。

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由表4.1 可發現，在此次二維圖面轉為三圍模型時，發生的議題可分為四類，分述如下。

1、圖面衝突

此類議題乃指同一區域同時有兩種不同元件，例如窗戶與樑在同一個地方，導致產生元件衝突；或者是某部分之樑柱與牆產生偏移導致無法順利接合之問題；謂之圖面衝突，此類問題之發生可能因設計過程中出現設計變更，然相關之部分卻無連帶修改而產生衝突。日後施工單位於現場施工時，將發生不知該如何施作之問題。此類議題於本研究之案例中共發生四處，如以下所述。

一、A 棟之發電機房窗戶與樑重疉

如圖4.3 所示，由 A 棟一層平面圖可看到該部分有一道 15 公分之牆面，牆上有一鐵捲門SD1 與兩扇窗戶 W8，於西向立面圖得知此兩扇窗戶之高度，而 A 棟夾層結構平面圖上可看到該處有樑 WB1，當本研究建構三維資訊模型時，即可由模型上發現該處窗戶與樑產生之衝突問題。經由與建築師匯報討論後，決定將該窗戶對齊右邊的W8，避免與梁產生之衝突。

A棟夾層平面圖(部分) A棟西向立面圖(部分)

A棟夾層結構平面圖(部分) A棟西向三維模型彩現圖圖4.3 本研究以設計圖面轉製為三維模型時發現的衝突問題-1

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二、屋頂造型格柵長度不足，無法與牆面接合

如圖4.4 所示。由 A 棟頂層平面圖可看到建築師設計之造型格柵，在 A 棟頂層結構平面圖則可看到該處樑位，框選處部分為發生問題處，於兩張圖面上問題並不明顯，經由本研究建立三維資訊模型後，可由彩現示意圖中明顯看到造型格柵左邊部分並未連接到其後方之建物主體，將產生該構件無法施作之情形。建築師討論後，決定延伸該構件，使其能夠連接到後方之建物主體。

A棟頂層平面圖(部分)

A棟頂層結構平面圖(部分)

A棟造型格柵彩現示意圖(部分)

圖4.4 本研究以設計圖面轉製為三維模型時發現的衝突問題-2

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三、B 棟廁所北側牆面與其上方樑位不合

由圖4.5 之結構平面圖可看到框選處牆與樑並未對齊，如此將容易造成現地施工之困擾，如 B 棟三維彩現示意圖所示。與建築師討論後，決定移動該樑之位置，以利作業。

B棟結構平面圖(部分)

B棟三維彩現示意圖

圖4.5 本研究以設計圖面轉製為三維模型時發現的衝突問題-3

中 華 大 學

中 華 大 學 碩 士 論 文