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郭榮欽 國立臺灣大學土木工程學系工程資訊模擬與管理研究中心 執行長 概念源起 資訊技術應用新思維 BIM 不是一套軟體，「Building Information Modeling」一詞，始自 2002 年 2月 Autodesk 公司發表的 4525081 號[1]之標題，該文揭櫫了 Autodesk 在公元 2000 年後針對建築產業資訊技術的應用軟體發展提出之新策略新思維。該文所謂的建築資訊模型解決方案有三個特點：
物件導向崛起 BIM契合新時代
Autodesk 以 AutoCAD 軟體崛起於工程業界，其 DWG 檔案格式已儼然成為業界標準。但資訊界自 60 年代以來，物件導向技術蓬勃發展，成為軟體工程的主流，至今不墜，由物件導向技術所架構之產品資訊，可以更貼近自然界實體事物(包括屬性與行為)的描述，也讓人類在應用這樣的資訊架構來模擬與管理實體事物，更能在電腦的虛擬世界中擬真地傳達具邏輯意義的事物與行為。80 年代，許多應用軟體開始採取物件導向技術，Graphisoft 公司的 ArchiCAD 就是用物件導向技術組構建築物的元組件(如梁柱牆板門窗等)，讓操作者在虛擬空間蓋房子(Virtual Building)，這和 AutoCAD 以點線面元素讓工程專業人員自行組繪傳統 2D 或 3D 工程幾何圖是完全不一樣的。AutoCAD 繪的工程幾何圖是給經過工程養成教育者所看，對電腦本身而言，只是一群點線面元素的組合而已，很難自我表達建物空間內涵；而用物件導向技術所架構的建築資訊模型，其梁柱牆板元組件所定義的資訊，經由電腦可以了解其關聯的資料及構件間互相的關係。也因此，只要電腦效能許可，物件導向技術架構的建築資訊模型，就可推而廣之的描述建築物冗長生命週期中許許多多的資訊，這在技術上是可行的。Bentley 公司在90年代也併購Triforma軟體，加速其相關工程軟體邁向物件導向技術的陣營，強調「整合專案模型(Integrated Project Models)」。 Autodesk 自知其 AutoCAD 軟體不易從原有的系統窠臼下脫胎換骨，就在2000 年前夕，併購 Revit 軟體，全面調整其在建築產業之資訊技術的應用軟體發展策略，才有「Building Information Modeling」白皮書的宣示。美國建築產業評論家 Jerry Laiserin 在 2002 年中 [2]，在其部落格發表多篇文章，呼籲其他工程繪圖軟體廠商接受「Building Information Modeling」術語，並簡稱「BIM」，作為工程資訊物件化、模型化的新世代統稱。這非凡的訊息，不但激發著名工程軟體廠商一致朝 BIM 理念發展的熱情，更觸動了全世界營建產業界長久以來所期待追求工程資訊處理之理想境界，並盼從 BIM 技術徹底改善營建之生產效能，來呼應人類節能減碳永續發展之時代使命。 新理念遍地開花 衝擊營建業 從 90 年代初以來，物件導向技術的建築產品資訊理論及實務已逐漸蓬勃發展，雖沒有使用 BIM 的稱呼，但其概念與實作應用，早已有跡可循，漸漸形成趨勢，直到 BIM 術語的出現，工程業界及公私工程機構才加快腳步，統整此醞釀多年的技術與概念，在短短十年間，BIM 的新技術、新理念就在全世界工程產業間遍地開花，衝擊整個營建產業的傳統思維。 前面針對「BIM」一詞冗長的背景說明，目的在闡述：BIM 不是單指一套軟體，BIM 是一種新興理念的術語，是一些技術的統稱，它原從軟體廠商為其產品在營建產業之資訊應用發展策略定位而生，卻因而引發全世界營建產業界，包括產官學研等，凝聚出空前的產業改革聲浪。由於 BIM 涵蓋的理念與技術層面是工程結構體整個生命週期龐大的資訊產出與應用、管理。許多人從蒐集到的部分 BIM 相關訊息，容易產生對 BIM 不完整的印象，甚至誤導。比方說，有人蒐集到 buildingSMART International 組織(簡稱 bSi)的北美分會 buildingSMART alliance(簡稱 bSa)，和非官方的 National Institute of BUILDING SCIENCES(簡稱NIBS，國家建築研究院)機構合作研擬之 NBIMS-US 標準，其聚焦在解決 BIM相關軟體間資訊交互操作性的交換標準，只是整體 BIM 技術的一部分而已，bSi國際聯盟所研發的 IFC、IDM、IFD 等標準，亦同樣為提供工程資訊模型的交換格式建立標準在努力，這個機構之資料文獻固然都很重要，但以「工程技術」和「資訊技術」來歸類的話，這些資料文獻則較偏資訊技術端，是軟體廠商更甚於工程人所關心者。如以工程業界為主體考量，我們所關心的 BIM 技術議題，包括 BIM 技術導入工程各階段的推動策略、配套改革、技術融入、作業流程的調整、工程資訊管理、資訊載體與輔助工具、相關法規、合約、查核、評審、工程教育、人力培植等等，全部都會因為 BIM 技術而受衝擊，這些才是工程人當下應該關注的焦點。 窺探BIM門道 爬梳各式資料 近十年來，BIM 技術已是全世界各國營建產官學所最關注的議題，四面八方的相關文獻資料有如潮湧，有來自政府、組織、廠商、個人文章等，其中包括標準、導引、手冊、論文、案例、評論、教學、論壇、活動、新聞、廣告等等，這也造成大家不容易梳理，枉費工夫仍不得其門而入的現象。為了因應 BIM 技術潮流，我國工程界應該關注與蒐集的國外相關資訊，大致整理歸類如下： 1. 政策性 政策宣示是一個國家要想將 BIM 技術在該國的營建產業鏈全面動起來最為首要的動作。英國是最為經典的例子，2011 年 5 月，內閣辦公室(UK CabinetOffice)提出政府營建政策[3]後，旋即與民間組織合組 Client BIM Mobilisation and Implementation Group，積極推動整個政府採用 BIM 的佈局，包括英國政府 (Her Majesty’s Government，HMG)、皇家建築學會(Royal Institute of British Architects，RIBA)、國家建築法規會(National Building Specification，NBS)、營建產業協會(Construction Industry Council，CIC)、英國標準學會(British Standards Institution，BSi)，以及學術單位、軟體廠商等，一起規劃英國從傳統 2D 轉型到 BIM 的推動進程，強調「軟着陸」(Government Soft Landings)，逐步推行，預計到 2016 年，全國公共工程將全面採用 BIM。 新加坡也是值得借鏡的國家，該國從 1995 年開始推動 CORNET 卅年長期計畫，主推政府 e 化，其自動化建築法規審查已聞名於世，為配合推動該國全面轉型到 BIM，新加坡政府在 2012 年 5 月亦提出 BIM 指引手冊 [4]，2013 年 8 月，出第二版 [5]，並成立基金會，實質補助導入 BIM 之公司或工程專案者。 美國聯邦總務署(GSA)，也從 2003 年推出 3D-4D-BIM 計畫 [6]，提出 Series 01-08 指引手冊。 美國陸軍 [7]、退伍軍人事務部 [8]也都積極制定 BIM 與 COBie24]等標準規範。中國住房和城鄉建設部在 2011 年 5 月 18 日公布「2011-2015 年建築業資訊化發展綱要」[9]，正式宣示在十二五期間加速推動 BIM 的決心，並在2013 年 12 月 15 日公布「建築工程資訊模型應用統一標準(中華人民共和國國家標準)(徵求意見稿)」[10]，這些資料相當值得我國政府當局參考。 還有相當多國家，由政府帶頭推行 BIM 政策或發表指引手冊，包括日本、韓國、芬蘭、挪威、荷蘭、澳洲等。這些國家皆是從政府的立場出發，推展 BIM方面的策略宣示作為，也因政府登高一呼，才有許多地方政府、學校、民間組織等，紛紛提出 BIM 相關之使用指引，這也相對促使軟體廠商及整個營建產業鏈上下游製造商及廠商，通通積極跟進，如此相輔相成，形成正向的推動力量。可以預測，一向古老而保守的營建產業，應該在未來數年內，會從生產本質上造成相當大的改變。 2. 工程技術 BIM 的技術應該可歸納成工程端與資訊端，工程技術指的是以工程為主體考量，將 BIM 技術導入後的作法調整；由於 BIM 本身仍充滿資訊本質，因此，雖以工程考量為出發點，資訊技術仍可能如影隨形。以建築物或工程結構物而言，BIM 資訊是可以涵蓋其整個生命週期，包括規劃、設計、發包、施工、營運、維護等階段，目前，全世界的工程運作制度幾乎都採 DB(Design-Build)或DBB(Design-Bid-Build)，偶而亦有 CMAR (Construction Management at Risk)或IPD (Integrated project delivery)。在這幾種架構下要執行 BIM，已有許多地方政府、學校、民間組織等的指引手冊出爐，包括地方政府(如紐約市政府 [14])、學校(如美國南加大 [15])、建築師公會(如英國英國皇家建築師學會 [16]、美國建築師學會 [17]) 、營造公會 [18]等，這部分的資料相當多，甚至南美的巴西、智利、阿根廷，東南亞的馬來西亞與印度、中東等都有 BIM 文獻。 軟體廠商自知 BIM 非單純屬於資訊技術問題，也積極提出從工程立場為出發點的參考文件，例如 Autodesk 的 BIM 部署計畫 [19]，Autodesk 除了將主要焦點集中在其 BIM 系列軟體的資訊技術功能上，但也不時提出許多工程實務應用的說帖。 3. 資訊技術 以資訊技術作為出發點，探討其在 BIM 方面的發揮，大致可分為雲端與非雲端，雲端代表的是軟硬體一起的服務，非雲端則為軟硬體各自考量的傳統運作(雖然亦有網路)。雲端運算的特質相當符合 BIM 技術在工程專案上的應用需求，尤其在協同作業上。Autodesk 將其近年所推之雲端 BIM 解決方案 – BIM Cloud 360 稱為第二世代 BIM；加上軟體大廠微軟亦極力推 Azure 雲端系統，都在宣告資通訊產業雲端世代的到來，許多軟體大廠皆已意識到隨著虛擬主機技術飛躍進步，及行動設備將軟體市集化(store)、消費商品化後，傳統軟體市場必然大幅萎縮，也代表傳統資訊業從最早軟硬體一起服務之 mainframe、minicomputer 時代，進到個人電腦時代之軟硬體各自分開的服務，再來到充分運用網際網路之資通訊軟硬體同時服務的雲端時代，也是巨集資料(Big Data)處理技術時代。由此可見，Autodesk 的動向最受矚目者為其每年約五月時辦理的下年度產品發表會，以及年底的 Autodesk University(簡稱 AU 大會，歷時數天)[23]，都是相當具有指標性的動向宣示，其資料文獻之多，參與的第三方軟體夥伴(Third Party)之眾，再輔以龐大的課程教學、Youtube 影片等，真可謂雷霆萬鈞，其勢難擋。許多資料調查顯示，該公司的 BIM 系列產品目前在全球多數國家的市佔率皆獨占鰲頭，其整體技術動向對 BIM 應用的廣度深度都具有決定性影響，應該高度重視。 Bentley 公司在 2013 年中宣布「CONNECT Services」[20]，引進微軟 Asure技術，正式擁抱雲端，為進一步提升其既有之 BIM 產品在協同作業過程的流暢性而努力。BIM 在協同作業方面的應用，應該是目前所有軟體廠商面臨營建業界一致反映所碰到的最大瓶頸，大家似乎都已逐漸對採用雲端運算來解決此困境，視為較佳選擇方案方面取得共識，因為，Graphisoft 也在 2014 年 3 月 25 日 [21]那天在日本東京宣布全新的BIMcloud，企圖在公共和私有雲端環境中實現完全整合的 BIM 協同工作流程。著名 AECbyte 作家 Lachmi Khemlani[22]就認為Autodesk 雖然最早邁入雲端，擁有相關工具也最多，但相對於 Graphisoft 的IMcloud，似乎仍只是基本的解決方法而已。 談到資訊技術，當然還是以軟體工具所提供不斷提升的功能為首務，另外必須 提 及 的 就 是 十 多 年 來 致 力 於 模 型 資 訊 交 互 操 作 性 的 buildingSMART International(簡稱 bSi)，這個國際聯盟組織最著名的成就即制定 IFC 資料模型格式標準，以及晚近所推的資料流程標準 IDM(Information Delivery Manual)、模型視域定義的標準 MVD(Model View Definition)、資料字典 IFD (BuildingSMART Data Dictionary)等標準 [24]。這些標準的內容是高度的資訊技術，在軟體平台間的資料交換，以及建築模型檢測與分析的作業方面，在資訊技術開發的底層，佔有不可或缺的重要地位。工程人員除非需要一起參與 BIM 資訊工具研發工作，否則，應該不必過度深入此方面的技術層面。 建築資訊塑模 全方位詮釋 最後，對「Building Information Modeling」這個術語，再做一次簡單的闡述： 1.Building －建築或建築物。廣義的說，應該涵蓋所有工程結構物。它指的是我們生活中的【實體空間】，以本文所提技術層面來分，較偏工程技術。 2.Information －資訊。指對實體空間之工程結構物的相關資料或行為，在【虛擬空間】做數位表達的資訊技術。它是BIM的核心所在，尤其是幾何與非幾何兩種資訊的關聯關係。 3.Modeling －塑模。這是最多人誤解的字，許多人都誤以為是指幾何建模或建築模型。其實，Modeling是來自資訊技術中物件導向技術的專有術語，簡單的說，是「物件化」的意思，就是將實體空間的實物(例如柱子)之屬性(例如斷面尺寸、材質)及行為(例如上下端相連的樑或柱，或側面是否有牆的判斷準則等)，用物件導向技術將此關係在虛擬空間組構起來，叫「物件化」。由於，將其翻譯為建模，容易被聯想為幾何建模，才主張為塑模。 因此，「Building Information Modeling」－建築資訊塑模，是企圖用資訊技術，在虛擬的數位世界，以更接近實物事實現象與行為的方式來描述、應用、管理的一種技術與思維。 參考文獻
(本篇刊載於營建知訊376期67-74頁)
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發佈時間
三月 2023
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