[營建知訊轉載] 遠端BIM檢討平台 開發新利基 康仕仲、吳宗翰、吳丰(2016.07)

遠端BIM檢討平台 開發新利基

康仕仲 國立臺灣大學土木工程學系 教授
吳宗翰 國立臺灣大學土木工程學系 博士生
吳丰 國立臺灣大學土木工程學系 碩士生
本文簡介康仕仲教授研究團隊，近期所發展的遠端建築資訊模型檢討平台（Virtual BIM Reviewer，VBR）。此平台利用遊戲引擎將BIM模型導入虛擬實境中，使用者可身歷其境觀看模型，並在虛擬環境中與其他人的分身溝通，進行BIM模型的檢討。本文主要介紹研發的背景、平台的主要功能，以及未來發展的潛力，希望能藉此拋磚引玉，提升BIM在工程實務上的價值。
VBR 應用 實現遠距交叉溝通營建產業專案的複雜度高，需要結合各種不同專業的團隊，透過專業分工來完成。在營建專案中，這些專業團隊通常隸屬於不同公司、位於不同地區，有時甚至是橫跨國與國之間的遠距合作；由於營建專案的特性，時程通常相當緊迫，前一個項目的延宕，會直接影響到後續項目，進而拖累整個專案進度。

因此，遇到問題的時候，通常彼此會透過遠端溝通工具來進行立即性的討論。過去當營建產業仍是圖紙化時代時，最常見的方式就是透過電話進行口頭討論，然而口頭討論常會出現難以理解對方描述的情形，因此往往需要耗費很多時間。
隨著 BIM 技術的興起，營建產業的資訊邁向數位化，可以透過網路於遠端分享平面圖，甚至以三維模型輔助溝通。圖一展示透過遠端會議軟體 (Sococo) 進行討論的畫面。圖中可以看到，其中一位使用者的電腦畫面正在分享 BIM 模型，各專業團隊彼此之間可以直接根據設計的BIM模型，搭配文字或語音來進行溝通討論。過程中如需觀看其他使用者的電腦畫面時，則可透過點選下方的螢幕選單來切換，藉此完成遠端的溝通討論。单击此处进行编辑.

雖然BIM的導入配合遠端會議軟體，可以解決口頭描述造成誤會的問題，提升遠端討論的效率，但仍是有很大的改善空間。首先，使用者們只能夠觀看一位特定使用者的電腦畫面，而畫面中的模型僅能由螢幕分享者來操控，其他使用者並無法自主的瀏覽模型，如此一來則限制了其他使用者瀏覽模型的自由，降低其他使用者對模型的理解度。此外，使用者是用建立模型的視角來觀看模型，該視角可稱之為上帝視角，而儘管上帝視角可讓使用者如堆積木般地快速建立模型，但卻無法提供建築空間的真實感受，容易忽略掉許多空間感受性的問題。最後，使用者仍是使用文字或語音等方式來作溝通，依然有空間再發展更多其他討論工具。
綜上所述，遠端 BIM 模型檢討是營建產業必然的趨勢，然而現行的 BIM 工具多是用於建立或修改模型，並無法幫助使用者進行真正有效的溝通討論，使用者們僅能使用一般的通訊軟體，透過畫面分享、語音溝通等方式來進行遠端 BIM 模型檢討。有鑑於此，本研究團隊結合 BIM 與虛擬實境技術，利用遊戲引擎建立一虛擬實境式的線上討論平台－VBR，可讓身處各地的使用者們進入相同的虛擬環境中進行遠距溝通。VBR 提供使用者各自的虛擬替身，藉由操控虛擬替身來探索環境，並與其他使用者互動，進行遠端 BIM 模型檢討。
虛擬實境檢核模型 呈現新設計本研究團隊使用Unity3D遊戲引擎與HTC Vive虛擬實境設備來發展VBR。在VBR中，使用者可戴上虛擬實境的頭戴式顯示器，以取得身歷其境的立體視覺。該立體視覺是透過模擬人類左右兩眼的視差，分別產生左右兩眼的成像畫面，並投射到使用者的雙眼來達成。透過立體視覺來讓使用者直接體驗真實的建築空間感受，將可更快速找到需要被改善的設計議題，幫助 BIM 模型檢討的進行。圖二顯示出使用者頭上戴著虛擬實境立體成像顯示器，雙手拿著虛擬實境的控制器，分別模擬使用者的左右手，而使用者左右眼所看到的畫面則如圖三所示。

圖一 BIM 配合遠端會議軟體進行遠端討論

圖二 使用者穿戴虛擬 圖三 虛擬實境設備提供立體視覺：左眼成像（左圖）；右實境設備 眼成像（右圖）
此外，VBR還包含了「環境設置」、「設計檢核」、「方案討論」等三個功能。「環境設置」幫助使用者將要討論的 BIM 模型匯入至虛擬環境，並連結BIM模型中的工程資訊；「設計檢核」能幫助使用者在虛擬環境中探索模型，並找出所需討論的設計問題點；「方案討論」則是幫助使用者與其他使用者進行溝通討論，共同決定新的設計方案。
在此簡介此三項功能如下：
l 「環境設置」：
使用者們先將 BIM 模型匯出成「資料庫」與「FBX 模型」兩種格式，接著將「FBX 模型」匯入至「VBR」中重現，然後進行基本的物理性質設定（主要是設定物體的邊界）。完成後將再度確認 VBR 可讀取到資料庫中的物件屬性資訊，並將其顯示於畫面中（圖四）。在此，以 FBX 模型中所儲存的物件 ID為索引值，再從一開始使用者匯出的資料庫中搜索物件的屬性，擷取資訊至 VBR 中顯示給使用者。

圖四 VBR 中顯示 BIM 模型元件資訊

l 「設計檢核」：
VBR 提供地圖工具來讓使用者確認自己所在的位置，在使用者確認自己的位置以後，就可以使用移動工具，透過鍵盤、滑鼠或是虛擬實境控制器等硬體裝置，操控自己在虛擬環境中的虛擬替身進行移動。必要時，使用者可以使用傳送工具，將虛擬替身傳送到指定的位置，達到快速檢核的目的。當使用者到達想要的位置後，使用者可以基於使用測量工具所獲得空間中的距離、資訊擷取工具所獲得 BIM 模型中的物件屬性資訊，以及沉浸式的體驗感受，再結合其專業知識來判斷該項設計是否通過檢核。若是使用者發現有需要討論的議題，則可使用標籤工具，將設計議題的描述與負責人等資訊記錄下來，提供後續方案討論時參考。
圖五是使用者正在建築物的外圍進行外牆設計檢核時之畫面，淺綠色的線從使用者的所在位置射向他正在關注的位置。由圖中可看出使用者正在觀看建築物的外牆，而在觀看過外牆後，使用者認為建築物的外牆太過灰暗，因此在外牆上建立一標籤作為紀錄，並在標籤中註明是由「Wu」這位使用者所建立，同時指定由「建築師」來回答此設計議題，而標籤的主旨是「Color」，描述內容則是要求建築師將該面牆的顏色調亮。該標籤將會直接顯示於模型上，並簡單顯示該標籤的主旨（圖六）。

圖五 使用者正在觀看建築物的外牆設計单击此处进行编辑.

圖六 VBR 的標籤工具：標籤資訊（左圖）；標籤位置（右圖）

l 「方案討論」：
使用者可以根據設計檢核中所記錄的標籤資訊，開始進行方案討論。首
先使用邀請工具召集與該設計議題之相關人員進行討論，接著使用雷射工
具明確指出需討論之處，並使用聊天工具進行方案的討論。必要時，可使
用畫面分享工具，讓其他使用者看到特定使用者畫面下所發現的問題。接
著雙方可提出設計方案，透過材質置換工具或是位置調整工具來呈現新的
設計方案。
圖七是使用者們根據先前所留下的標籤，使用邀請工具召集相關使用者來到建築物外的畫面，相關人員於是開始對外牆設計進行方案討論。本圖顯示出「建築師」的使用者畫面，而畫面上的「Wu」人形，則是當時留下標籤的使用者。雙方可透過文字或語音，再搭配上材質置換工具來調整外牆材質（圖八）。

圖七 使用者們進行方案討論時的畫面

圖八 VBR 的材質置換工具

目前VBR中除可使用材質置換工具外，也可以讓使用者進行位置調整。圖九即呈現出使用者正利用位置調整工具，將辦公室內之沙發椅從右搬至左。

圖九 VBR 的位置調整工具：移動前（上圖）；移動後（下圖）

三重效益 提升模型檢討效率
經初步測試，目前發現VBR的展示方式具有三大效益：
自由探索： VBR 提供虛擬替身，使用者可自由操控自己的虛擬替身來探索虛擬環境，獲取各自關注的資訊，不像過去使用一般通訊軟體，僅能獲得螢幕分享者的畫面與資訊。而當探索環境的自由度提高後，則可及早發現更多需要檢討的設計議題。
身歷其境： VBR 讓使用者以第一手的視角來探索環境，再搭配上虛擬實境技術所提供的視覺模擬，給予使用者身歷其境的感覺。而藉由直接體驗建築空間的真實感受，使用者可更快速地找到需改善的設計議題，提升模型檢討的效率。
討論快速： VBR 提供許多輔助討論的工具，使用者可透過邀請工具來快速召集設計議題的相關人，縮短討論前的準備時間。此外，可透過雷射工具直接指出需討論的問題點，加速討論的進行。而透過材質置換與位置調整工具，則可快速呈現新的方案。有了以上這些工具，使用者們將可更有效率地達成溝通與討論。
探索問題及時修正 平台具潛力本文分享開發中的遠端 BIM 模型檢討平台－VBR，其可讓身處各地的使用者透過網路連線進入同一個虛擬環境中，各自操縱虛擬替身來探索環境，並與其他使用者互動，進行遠端模型檢討。透過VBR的虛擬替身，大大增加了使用者探索空間的自由，同時利用虛擬實境技術，體驗未來建築物中的真實空間感，幫助使用者在設計階段即能早期發現更多需要檢討的議題。而在發現須檢討之設計議題後，使用者可透過 VBR 的溝通討論工具，在虛擬環境中快速討論新的設計方案，有助於提升BIM模型檢討之效率。

VBR 提供遠端 BIM 模型檢討的新方式，若讀者欲嘗試 VBR，歡迎來信：vbr@caece.net，也歡迎參考 VBR 網站，關注最新資訊：vbr.caece.net。

(本篇刊載於營建知訊402期第59-66頁)