[營建知訊轉載] 淺談BIM應用工具（二）：塑模、設計與成果展示 謝尚賢 (2012.12)

賢  國立臺灣大學 土木工程學系教授兼工程資訊模擬與管理研究中心主任
 
 
塑模工具需求  保留各階段版本關連 
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談到BIM技術之應用，常常大家第一個想到的就是BIM模型的建立，因為BIM模型不僅是BIM技術應用不可或缺之資訊整合中心，也是BIM應用成果具體呈現之重要載體。然而針對不同的使用者與不同的應用需求，各式各樣的BIM塑模（Modeling）工具就產生了。在這裡我們用「塑模」而不用「建模」來突顯BIM模型與CAD模型在建構上的邏輯與實質內容皆有所不同[1]。以下分兩點來討論對BIM塑模工具之需求與目前BIM軟體的發展現況：

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1. 建築土木工程在不同的生命週期中（例如：規劃、初步設計、細部設計、施工、營運維護等），對於工程資訊有不同詳細程度之需求，因此BIM模型之發展多會分成不同階段[2]，且對模型元件之資訊詳細程度有不同要求。也會透過專業分工，由不同的專業人士（例如：建築師、結構技師、空調技師、機電技師等）來負責不同階段之模型發展、修改與維護工作。因此，實際應用上，在不同的工程階段，BIM模型並不是一個單一的數位模型，也不是所有的人都在一個模型中工作，而會是隨著工程階段的推進，產生一系列BIM模型版本，而理想的情況是希望在這些版本間的資訊關連與演化過程都能被保存與應用。
   此外，在3D幾何模型的建構技術應用上，又必須結合如B-Rep (Boundary Representation)與CSG（Constructive Solid Geometry）等技術[3]，來因應BIM模型在物件化、參數化、與自由曲面（Free-form Surface）上之需求，更增加了發展泛用型塑模軟體之難度。於是，目前的BIM塑模工具多是針對不同的專業人士來發展專屬工具或在朝向泛用型工具的發展努力中先進行一些功能上的客製化。雖然目前有IFC（Industry Foundation Class）資訊交換標準[3]來協助BIM資訊在不同軟體工具間之拋轉，但由於各軟體自身資訊結構之複雜度及對IFC標準之支持程度不同，實務上仍是會碰到不少問題而需另外以人工補救。
   ​至於維持一系列演化發展下來的BIM模型版本間的連結性與一致性，難度就更高了，這在單一軟體供應商自家的系列產品中都還不易實現，但較有機會，而要不同軟體供應商之工具間也能做到，那就更不用提了。
2. BIM塑模的情境可概分為兩種。第一種是在最理想的BIM應用情境中用來進行從無到有的建築（或設施）設計活動，此時BIM塑模工具為專業的設計工具，應要能提供在3D數位空間中產生、定位、關連、修改模型元件之各項功能。由於目前的工具應用介面多還是2D的螢幕視窗，因此如何讓使用者能輕易地在平面的視窗畫面中點選及定位3D物件，便是工具是否好用的重要關鍵之一。SketchUp軟體在這方面展現了不錯的能力，只是它目前只是幾何模型的建構工具，至於一些在臺灣常用的BIM塑模軟體，則還是多倚賴透過平面視圖來協助空間定位，甚至物件選取，操作上易產生錯覺與誤解，尤其是對初學者，所以還有相當多的進步空間。此外，雖說是從無到有的設計，但也常需要參考其他已完成之設計（例如機電設計得參考建築及結構設計成果），因此不同專業之BIM設計工具間的資訊拋轉或參照，也是必須重視之議題。第二種情境則為針對已經存在的建築（或設施）實體（即已完工使用）或設計（即完成設計但尚未施工）進行塑模工作。此時又可分成兩種情形：

 

• 有可供參考的2D圖面資訊：
  通常這些圖面是以紙本或CAD電子圖檔的方式存在，因此塑模者就根據圖檔中的資訊來建構BIM模型。若有2D CAD圖檔（例如平面圖、立面圖、與剖面圖等）則可利用大多數BIM塑模軟體提供的功能來先匯入這些CAD圖當成參考底圖，以利抓取精確的座標與尺寸資訊來協助建模。
• 無可供參考的2D圖面資訊：
  此時就必須先進行測量工作來掌握建築物（或設施）的各元件尺寸與座標資訊，再進行塑模工作。而量測之工作，除了利用傳統的測量儀器以外，近年來也有許多利用雷射掃描技術來取得物件表面點雲資訊，再以之當成參考資訊，或透過一些將點雲資訊轉換為幾何物件之輔助工具，來協助幾何模型的建構。由於雷射掃描只能取得表面的點雲資訊，且以自動化方式從點雲中擷取幾何形狀之技術還處於研發階段，雖然一些塑模工具也有提供一些能處理點雲之功能，但這方面之應用還不普遍。

從BIM應用實務上來說，因為目前從生命週期一開始就導入BIM的案例還較有限，且相對於現有建築物修（擴）建與使用維護之應用來說，新建工程之BIM應用相對有限，因此對於第二種塑模情境之需求（即對現存建築實體或設計之塑模）反而較高。若能有效整合量測工具與BIM塑模工具來快速且低成本地完成模型建構，將會讓BIM技術的應用更加普及。
 
檢視模型成果  兩種途徑
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過去CAD工具之工程應用雖也需要一些工程專業知識，但或許除了建築造型與空間設計以外，還不能算是專業的工程設計工具，只能算是表達設計成果的繪圖工具。然而，今日BIM設計工具已經是專業設計工具，使用者必須具備足夠之專業知識與經驗，才能正確且精準地操作及建構出具有工程應用價值之模型。一旦BIM設計模型完成，設計成果便可以透過多種的3D模型展示（例如：利用不同視角、透視、隱藏部分物件等方式）或搭配可從3D模型自動產出之2D平面、立面、剖面圖等來呈現。此外，由於是專業設計工具，自然要具有一些能輔助專業設計之智慧（Intelligence），使用者在操作上當然也要符合一定之設計邏輯。因此，使用者操作介面設計之親和性與直覺性、輔助設計功能之智慧化與自動化程度、基本設計物件庫之完整度、及工具所能提供的客製化與擴充性彈性，例如：所開放之API（Application Programming Interface）功能是否強大，都是評估BIM設計工具優劣之重要指標。
除了在BIM設計工具中可以展示設計成果以外，還可以用BIM模型檢視器（Model Viewer）來檢視BIM模型成果。就類同於PDF文件閱讀器（Reader）般，BIM模型檢視器也是只能用來檢視BIM模型及屬性資料，但不能修改模型資訊，而且也多是可免費自由下載的。此類檢視器通常能讀取多種模型檔案格式，並能將分別讀進來的多個檔案中的模型整合呈現，也讓使用者在模型中註記文字，甚至進行碰撞檢查、營建過程動態展示、與BIM模型內之定點環場瀏覽或查走(Walk Through)。近年來，由於網路與手持裝置(例如手機與平板電腦等)之進步，也已有一些可在手持裝置中執行的BIM模型檢視器。相信配合雲端技術的發展，將來要隨時隨地檢視BIM模型成果會越來越容易。
 
參考文獻
1. 謝尚賢 (2012)，”淺談BIM應用工具（一）：序曲”，營建知訊，第358期，第63-64頁。   
2.謝尚賢 (2012)，”BIM之技術應用中LOD意謂詳細度或完整度”，營建知訊，第352期，第60-61頁。
3.  C. Eastman, P. Teicholz, R. Sacks, and K. Liston (2011). BIM Handbook: A Guide to Building Information Modeling for Owners, Managers, Designers, Engineers, and Contractors, 2nd Edition, John Wiley & Sons, Inc., U.S.A.
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