台灣世曦總工程師 林曜滄 (攝影/洪政偉)

高雄鳳山車站改建工程早在蓋好之前,站長就能透過數位世界中的鳳山車站,思考日後巡查設備的路線和維護方式,每一臺機電設備、冷氣、電扶梯,不只看起來模樣相似,連每一臺設備各自的廠牌、型號都和真實世界相同。

這就是近10年來,各國政府公共工程極力想要達成的新境界,不只蓋一棟真實大樓,還要靠IT技術,打造出一棟一模一樣的數位建築。這就是3D建築資訊模型(Building Information Modeling,簡稱BIM)技術。虛擬世界中的一條線、一個方塊,都代表了真實的一段管線,一個通風口,一臺機電設備。

一棟建築從規畫、設計到施工,需要非常多不同專業技師,從建築外觀、結構、機電、管線等面向進行規畫與設計,早期以2D的電腦繪圖(CAD)為主流,但近十年來,進一步走向參數化的3D模型建構技術,也就是BIM,直接整合不同專業設計到同一個視覺化的模型中,來取代多張2D平面設計圖紙,不再像從前靠想像來建構空間概念。

透過BIM來呈現實體建築的虛擬分身,工程師可以先在虛擬世界中進行設計、模擬、除錯、出圖、施工排序,最後再進入實體施工階段來付諸實踐,也就是說,BIM是一種虛實整合的技術。

美國是BIM技術發源地,不只在營造業視為關鍵技術,美國官方機構GSA也從2007年起,要求接受GSA設計經費資助的主要專案,需將BIM納入設計流程。而BIM技術也在2010年之後,逐漸被歐洲、英國、法國、德國等國重視,這股浪潮吹進亞洲後,中國、日、韓、星等國政府也開始力推,如新加坡2014年從公部門工程帶頭實施,2016年韓國更要求5億韓元(約臺幣1,300萬元)公共工程必用。

BIM技術在臺灣

BIM模型在建築維運過程中累積的資料,資料價值可能在50年後才會發揮到最大。─── 台灣世曦總工程師 林曜滄。攝影/洪政偉

臺灣同樣在建築、工程界開始少數採用,近10年來開始普及,政府更帶頭積極在公共工程領域來推廣,如行政院公共工程委員會在2014年建立公共工程運用BIM推動平臺,而交通部後來更要求10億元以上的建築工程、20億元以上的土木工程必須導入BIM,就是要讓更多國內工程相關廠商,越來越熟悉BIM的作業流程。

台灣世曦是早期率先導入BIM的工程顧問公司之一,2006年起,開始在幾項工程案規畫設計時用BIM輔助,例如高雄鐵路地下化美術館站公共工程,而後,更在2010年特別成立BIM中心,培育BIM設計人才,也建立一套制度化的管理流程,來進行BIM協同整合。當年,自家總部大樓改裝時,更用BIM來進行IT機房的虛擬設計和施工驗證,才打造出新世代的節能機房。隔年,台灣世曦開始應用BIM到更多工程施工上,例如臺北捷運萬大線,就是第一個將BIM列入契約的公共工程。

台灣世曦總工程師林曜滄指出,BIM最大的優勢,在於模擬出建築或公共工程的3D模型,來直觀呈現各項專業設計整合時可能遇到的衝突,並提早排除,以免施工過程中大幅變動設計,浪費許多施工時間與成本。

像高鐵後來新蓋的苗栗站,發包施工前三個月,導入BIM來進行工程檢討,負責監造的世曦,從3D模型中發現許多需要改善的衝突點,不僅節省了20%施工後的設計變更費用,不需敲除現場隔間重新施工,工期甚至能提早兩個月進行實地勘查。「BIM能為業主控制風險。」林曜滄點出了打造數位分身的應用價值。

而台灣世曦近年承包的桃園第三航廈的設計(又稱為T3專案),更是靠BIM實現跨國協同合作的典型例子。

T3專案的建築師來自臺灣、英國、香港,分散在世界各地。為了協同建立第三航廈的3D建築資訊模型,所有資料的共享、提交、發布、歸檔在同一個雲端環境,每兩周進行一次模型交換與整合,甚至連檔案命名、模型資訊的拆分、資料交換與管理、協同作業的流程,都得遵循同一套BIM設計規範。林曜滄表示,設計單位花很多時間來理解與改變現行作業流程,也頻繁與協作單位溝通,來建立起共同作業的標準。

在這個大型跨國專案執行過程,台灣世曦幾乎全部的部門都出動,共同參與設計與整合。因此,經過這次大練兵之後,台灣世曦決定更進一步,推動BIM設計流程自動化來減少人力,從2017年起,開始用客製化IT資訊系統或外掛程式,來優化設計流程。

林曜滄舉例,透過電腦自動作業,目前捷運工程的BIM設計,能根據業主需求,直接在作業軟體輸入相關參數,來調整空間配置,甚至能利用資料庫帶出參數來自動配置,像收票出入口系統就是如此,不需依賴手工修改。

結合BIM走向視覺化維運管理

近年來,BIM不只用於設計、施工階段,林曜滄說,許多人已經開始意識到,BIM模型延伸應用到維運管理,除了能更有效地維護設施,延長使用年限,其中累積的維運資訊,更是整個建築生命週期的價值,「一項工程建起來可能要3~5年,但後續的維運管理還有50~100年,資料價值可能在50年後才會發揮到最大。」他強調。

所以,像美國早在2007年,就提出了施工營運資訊交換標準COBie(Construction Operations Building Information Exchange),來規範工程施工到移交給營運單位所需的資訊交換標準,希望在施工時,就將設備資訊依照COBie格式建檔到BIM模型中,結合3D模型視覺化,以利後續的維運管理。後來,這個標準不但成長為全球商業軟體共同遵循的國際公認標準之一,更成為英國、美國的建築資訊交換標準。

不過,要實際應用COBie標準到實際工程中,仍為一大挑戰。不僅因COBie標準近2~3年才開始被臺灣的公共工程採用,臺灣也沒有發展出能承接的BIM模型與COBie資料格式的維運管理系統。林曜滄指出,大多工程仍習慣在竣工時交付紙本或光碟資料,用一筆筆數位資訊來管理建築,還沒有用3D模型視覺化設施資訊的概念。

2012年,台灣世曦決定以自家內湖總部大樓為試驗場域,自己來打造一套BIM設施維運管理平臺,稱為V3DM(Visual 3D Facilities Management Platform),花了6年,2018年才開始使用。這個平臺不只可用於建築,後來,還導入到兩個土木工程專案上,八卦山隧道和新的臺鐵鳳山車站。

在導入台灣世曦總部大樓的過程中,由於大樓不是全新的建築,所以,得先重新打造出BIM模型,才能逐一放入設施資訊,比如冷氣的廠牌、型號、規格、價格、使用手冊等,都是以COBie格式建檔,嵌入到虛擬設施在BIM模型中的對應位置。

在虛擬世界建檔後,為了增加維運作業的效率,在真實世界中,台灣世曦也在大樓每一個實體設施、設備上,都貼上了QR Code貼紙。巡檢人員只要利用手上的行動裝置App,快速掃碼就能直接取得記錄在BIM模型中的設備詳細資訊,還能線上回報設備狀態。

而且,不只樓管例行巡檢,就連大樓租戶的員工,若發現冷氣故障等設備問題,也能使用報修App,自己掃描QR Code來向管理部報修。管理部收到訊息後,可以直接從BIM模型調出需維修的冷氣位置,再通知維修廠商來處理。維修完成後,維運人員也能用App回報給中控系統,來更新保養維修紀錄。

而八卦山隧道,也是舊工程重新以BIM來維運管理的典型案例,在通車15年後才導入,目標要透過更有效率的日常巡檢作業,來維護隧道安全。林曜滄表示,為了建立起八卦山隧道的BIM模型與設施設備資訊,台灣世曦投入大量人力場勘,不僅將所有空間與設備重新編碼,總共貼了2,000多片的RFID標籤,還把公路總局的養護表單全部電子化,改為以手機巡檢App來報修,取代傳統的紙本巡檢流程。

臺鐵鳳山車站改建案則和前述兩個案子不同,打從專案啟動,就打算實現BIM生命週期管理,從設計、施工到維運管理都導入。所以,在車站竣工時,也直接用設計施工用的BIM模型與COBie格式的設施資訊來交付。因此,早在施工階段,就同步考量日後營運所需,來整理驗收文件與資訊,將所有的設備編列了系統化且獨一無二的ID,方便日後管理識別之用。

林曜滄表示,儘管數位交付初期所需要準備作業成本增加,但縮短了鳳山車站從竣工到營運的時間至少10%,還能大幅降低以往工程資訊斷鏈的問題。

而且,由於每一筆維運資訊都能被數位化記錄下來,林曜滄表示,「這些資料長期累積下來很有價值,比如設備壞掉的頻率,可以成為採購的參考。」未來,除了靜態的維運資料,BIM更能結合感測器來蒐集動態數據資料,進一步用於大數據分析。比如台灣世曦正在開發智慧節能AI系統,要透過蒐集大樓中的溫濕度、CO2、用電量等資訊,來自動調節空調的溫度與出風量,達成智慧節能效果,最快在今年底就能上線。

圖為3D建築資訊模型BIM在實際工程中的舉例。台灣世曦設計出建築物的BIM模型,預先排除施工衝突點,在施工過程中,也讓工程人員能根據視覺化的資訊,來進行溝通與施作。圖片來源/台灣世曦

臺灣BIM維運作法剛起步,推廣仍為一大挑戰

不過,應用BIM來維運建物的作法,臺灣才剛起步,加上建物維運的效益無法被立即看見,在推廣過程中,仍遭遇許多挑戰。尤其舊建築或工程要導入時,可能要先花費百萬元重新打造BIM模型、收集設施設備資訊,才能用於後續的維運,就算是新建物能直接延用設計階段的BIM模型,還是需要整理設施資訊並以COBie格式來建檔,導致前置作業的成本增加,這些因素都會影響業主導入意願。

因此,林曜滄表示,目前台灣世曦鎖定含金量高的新建築,或是政府出資的公共工程或公宅來推廣。因為新建築能直接延用設計施工階段的BIM模型,導入門檻較低,未來也還有較長時間的維運效益,而政府出資的公共工程,對後續營運、設施安全性有更高的要求,較容易推廣。

當BIM運用到維運管理端,林曜滄認為,可以發展成智慧建築視覺化的維運管理模式,甚至進一步實現智慧城市,但現階段仍需要建立BIM維運的共同標準,更有待進一步普及,「還有很長一段路要走。」他說。

CTO小檔案

林曜滄

台灣世曦總工程師

學歷:臺灣大學土木工程學系碩士

經歷:1985年進入中華顧問工程司,擔任橋梁工程師職務,2005年上任第一結構部副理,2007年台灣世曦成立後,承接中華顧問工程司,林曜滄也從2007年起,一路升職第一結構部經理、協理,而後又升職整個土建事業群的資深協理,2016年10月,則上任成為總工程師至今。

公司檔案

台灣世曦

● 成立時間:2007年

● 主要業務:土木工程顧問,負責工程的設計與監造

● 員工數:2,000人

● 董事長:施義芳

● 總經理:李順敏

公司大事紀

● 1969年:台灣世曦公司前身財團法人中華顧問工程司成立

● 2006年:BIM技術開始用於工程設計(高雄鐵路地下化美術館車站)

● 2007年:因應法律變更,成立台灣世曦公司,繼受中華顧問的業績、業務、人員

● 2008年:開始對外承辦BIM業務計畫(臺肥公司土地開發案)

● 2010年:率先業界成立BIM整合中心

● 2011年:公共工程契約開始要求納入BIM(臺北捷運萬大線)

● 2012年:海外計畫開始使用BIM(雅加達捷運CP106標細部設計)

● 2014年:成立BIM技術發展委員會

● 2017年:公司各部門全面發展3D設計自動化

● 2018年:自行開發完成BIM協同作業平臺(Common Data Environment);將自行開發的3D設施維運管理平臺V3DM,正式用於總部大樓的維運管理

● 2019年:完成八卦山隧道V3DM維運管理系統建置,並結合App行動巡檢

● 2020年:申請ISO 19650 BIM國際標準認證


Advertisement

更多 iThome相關內容