[中國工程師學會 工程雙月刊轉載] 內政部營建署於營建工程導入建築資訊模型 之推動與應用 丁育群

行政院顧問、內政部營建署前署長/丁育群

關鍵字：BIM、建築資訊模型
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一、    前言

建築資訊模型BIM（Building Information Modeling）近十年來已是全世界各國AEC (Architecture Engineering Construction)產業最關注的議題，運用BIM 的技術與管理，形成策略發展優勢，更是各國政府努力發展的方向如表1。

由於建築資訊模型BIM在全球各地已經蔚成一股不可忽視的趨勢，BIM具有連結3D 建築模型到各種分析工具的能力，可以提高精確度、降低錯誤、同步化設計、提高能源效率、促進永續發展，已經逐步在全世界被廣泛的應用在AEC（Architecture Engineering Construction）產業、以及建築生命週期的專案設計工程整合。

本署有鑒於BIM是目前英美等先進國家相當注重之工作，為加速營建產業升級及與國際接軌，刻正研議推動BIM於各項工程設計、施工、管控及使用管理維護。做法上由本署代辦公有建築物先行導入再逐步推動至民間，以收示範之效。 

二、    BIM的意義與應用

BIM 不僅是一項技術變革，同時也是程序上的變革，美國AIA（American Institute of Architects）建築協會定義BIM為一種建模技術，並連結到建築資料庫，整合建築生命週期的資訊流程(Amodel-based technology linked with a database of project information)，BIM 在設計方法上可被視為一個劃時代的變革，不僅是以參數式設計控制設計的發展、自動維護設計圖面的一致性、進行空間衝突檢查，更重要的是為設計、分析、模擬等不同發展階段提供整合的平台，提供3D 視覺化的基礎。

(一)    建築資訊模型BIM（Building Information Modeling）的意義

建築資訊模型BIM係指在新建設施或經更新之設施生命週期中，為滿足各種使用者的需求，利用數位化、參數化、物件導向化、互操作性公開標準的資訊(圖1)，連動性描述或形容建置模型，以呈現其幾何、物理及功能上特徵的過程或技術。簡言之，即數位化建築3D幾何模型，整合3D繪圖與電腦資料結構元件資訊，建構在「虛擬建築物」的能力上。

(二)    建築資訊模型BIM在生命週期的應用

提升營建工程作業品質導入建築資訊模型，將BIM運用在營建工程之規劃設計階段、施工階段、營運管理階段，可避免錯誤設計、減少變更設計、規劃施工程序縮短工期、提升營建業之資訊化程度。

1.    規劃設計階段：透過3D視覺化之模擬，協助確認使用需求，並進行建築、結構、水電、空調設備及其他相關之界面整合，減少施工中之變更設計。
2.    施工階段：持續深化發展，並進行工程進度4D模擬，以提昇工程管理、進度及品質。
3.    營運管理階段：完工移交使用單位進行後續營運與管理維護之應用，以節省建築設施營運與維護管理成本。

三、    BIM推動執行情形概要

本署為推動BIM於營建工程上之應用，將以循序漸進、邊做邊學的方式，分本署代辦建築工程、本署公共工程及委外研究案等三方面推動，分述如下：

(一)    本署代辦建築工程推動

1.    導入BIM推動情形

本署代辦公有建築工程自民國101年起，將BIM建築資訊模型建置納入施工階段應辦事項，以加強建築工程介面整合，以提升工程進度及施工品質。復於102年試行於規劃設計階段導入BIM建築資訊模型建置，並於103年於規劃設計階段全面導入推動BIM。截止103年6月止，執行中之代辦公有建築工程，已導入BIM之在建工程已達到9件，規劃設計階段導入1件，其餘3件代辦案件將陸續納入推動。

2.    案例執行成果報告--國家運動選手訓練中心整建計畫

本工程於施工階段規定承包商建置BIM模型，利用BIM技術支援各種營建工作流程，讓現場施工者相互間之工作協調能更緊密連結，且在施工前於施工協調會議（週會）時檢討預知各工種施工可能衝突位置，而預先進行干涉碰撞檢查可能發生衝突地方，在成為現場施工問題前，事先利用BIM技術預為檢討與修改衝突問題，讓現場施工問題以最迅速方式讓工程師做正確判定和解決問題。此外，對於現場施工材料使用管控方面，提高材料設備在工廠預製比例，降低工地現場加工的成本、時間及提高準確性，以減少現場廢料垃圾及餘料浪費問題，藉以提升施工階段之專案管理效率。

由於本工程BIM契約範疇建築/結構模型建置LOD200 (建築、結構系統建置應用如圖2、3)原規範僅有公共區及機房區，承包商實際執行為整棟建置。建置項目：含土建模型元件應包括天花板、牆、柱、樑、板、門窗等外觀，及建物結構、大小、形狀、建築配置等項目，作為介面協調及初步衝突碰撞檢討之依據。機電模型建置LOD300 (機電及空調系統建置應用)建置項目：建置污水、給水、排水、空調、電力及消防…等類別之管線及設備，並經相關專業技師提出檢討意見及初步衝突點，提送代辦機關及設計監造單位參考使用。BIM干涉碰撞檢討報告依據BIM模型進行碰撞檢查項目：建築、結構及機電各系統之碰撞檢查如圖4)，例：建築vs.結構、建築vs.機電、建築vs.空調、結構vs.機電、結構vs.空調等。施工計畫及施工進度之擬訂建立4D工程進度模擬使用Microsoft Office-Project及Navisworks Manage建立4D工程進度模擬，作為每月月會進度檢討輔助作業。施工圖輸出及變更設計圖製作利用BIM干涉碰撞檢討結果輸出施工圖及計算部分工種數量。若有變更設計情事時，將由承包商先按變更設計釋疑單提出建議方案，呈送機關及建築師辦理審核作業。

承包商為了整合本工程BIM作業，使檔案儲存方式、軟體使用類別、建置工作進度及建置標準化…等一致性，由土建承包商擔任BIM整合作業小組，提送建築/結構建置模型（LOD 200），施工階段依契約進行機電與空調模型建置作業（LOD 300），完工後提送BIM模型建置作業（LOD 300），俾利保固期間之維修保養使用，加速叫修採購時效性。

3.    訂定本署代辦建築工程BIM建置規範及相關採購招標文件

本署為推動BIM應用於公有建築物於規劃設計及施工階段分別建置相關規範，分述如下：

(1)    技術服務採購招標文件

A.    投標須知於規劃設計原則中：增訂需於規劃設計階段建立3D建築資訊模型BIM，進行整合建築、結構、水電及空調系統等界面管理。

B.    技術服務契約：

 (A)    技術服務契約於委託範圍及項目附件中：增訂需於規劃設計階段建立3D建築資訊模型BIM，進行整合建築、結構、水電及空調系統等界面管理。

(B)    建築工程監造契約中：增訂審定施工廠商依約提出之BIM建置計畫及各項工作成果,監督其執行並召開協調會處理建置 BIM 模型過程中發現之圖面疑義問題。

C.    規劃設計階段BIM建置規範應用程度

(A)    定義及規格：所提交之各3D模型詳細程度，將包含普遍化系統或近似的型體、尺寸、位置、方位，讓使用者可以透過一般執行標準進行分層與系統的分析，達到LOD 200以上。

 (B)    交付成果第一階段(併服務實施計畫書提交)：需敘明使用的軟體、軟體相容性、檔案格式、建置、移轉、資料存取說明及使用3D實體模型方案規劃設計發展與應用說明，並於規劃設計方案定案2個月內提交規劃定案之建築結構3D模型等成果予甲方，交付之模型必須能夠提供甲方查詢、3D展示、碰撞分析或其他相關應用。
 
(C)    交付成果第二階段(併細部設計成果提交)：交付完整建築、結構、水電及空調3D模型，必須能夠提供甲方查詢、3D展示、碰撞分析或其他相關應用，並檢核水電/空調主幹管與建築、結構等衝突檢討，於專家學者聯合審查會前完成，並於後續審查意見一併修正BIM模型。BIM建置成果包括主要工項數量估算，如建築之門窗；結構之柱、梁混凝土；水電消防及空調之冰水主機、水泵、風機、多聯變頻室內外機、冷卻水塔、排煙機、纜架或線槽、泵浦類設備、室內照明燈具、衛生瓷器設備等。(惟工料數量仍應由技術服務廠商核實負責）
 
(D)    招標文件核定後提供包含建築/結構/水電/空調等各系統元素整合資訊之3D建築模型予甲方，並於工程決標後移由施工廠商發展施工階段用之3D建築模型。 

(2)    工程採購招標文件

A.    補充施工說明書：增訂施工廠商應依據設計圖說及本署建築工程BIM建築資訊模型(3D)建置規範，建置BIM建築資訊模型。另本工程已於規劃設計階段建立BIM建築資訊模型，施工廠商可參考後發展施工階段之BIM建築資訊模型。

B.    工程契約BIM延遲履約：增訂乙方依約辦理 BIM 相關作業，應依 BMP時限提送,乙方如未依規定期限提送及改善，應按逾期日數每日按原契約 BIM 項目價金之5‰計算逾期罰款，但其最高額的逾期罰款金額,以不超過 BIM 項目價金為限。

C.    施工階段BIM建置規範應用程度(以建築、水電、空調分開招標為例 )

(A)    技術規格定義：施工廠商所提交之各BIM模型詳細程度，其等級分為LOD100、200、300、350、400及500共6類。

(B)    施工階段BIM模型定義：施工廠商須針對LOD200及300進行BIM模型建置 ，其中各模型建置LOD等級，結構工程、門窗工程為LOD200，外牆工程、裝修工程、機械工程、水電工程及空調工程為LOD300。

(C)    交付項目：
BIM模型建置過程，依據建築施工廠商所提供之建築、結構模型，交由水電施工廠商及空調施工廠商製作套繪。水電施工廠商及空調施工廠商於BIM模型建置過程中如發現圖面疑義部分，須主動告知建築施工廠商、監造廠商及甲方，並由監造廠商甲方召開協調會議，針對圖面具有疑慮部分釋疑。BIM施工階段之執行需配合在BIM模型主體加入施工細部相關製造物件，製作工程工項，工序時程表，並以模型動畫表達，並根據施工過程負責修正工程BIM模型，逐步整合成竣工資料，並建置BIM竣工模型，建置過程中建構資訊工程管理平台，提供監造廠商、代辦機關及洽辦機關進行設計釋疑(RFI)，變更設計…等工程相關流程整合。

BIM建置計畫(BMP)及執行內容：施工廠商於決標後【45】日曆天內，必須提出BIM模型建置及管理BIM建立及協調管理計畫，供監造廠商及甲方了解BIM建置時程。建築施工廠商必須呈交施工階段之BIM建置計畫，標明其使用BIM技術來執行工程相關項目，與協同作業之策略與期程。

4D施工計畫與工程排程：提交與施工進度相一致的進度表。根據施工進度定時更新和彙整BIM模型，進行工項介面衝突檢測及工項施作前的模型沙盤推演。BIM建置之期程安排不得晚於施工進度，並最晚必須於【基礎版施工前完成地下層至2樓樓板之BIM模型建置，其餘部分應於】實際施工進度表前二週完成各項建築、結構、水電、空調之3D衝突檢討，如BIM模型建置延宕導致未在實際施工之前完成衝突檢討之審查流程，施工廠商不得據此延宕工期或施工進度。

BIM模型交付項目：建築施工廠商(含結構工程)須派任具BIM建置經驗之專門人員，協調水電、空調施工廠商所派之偕同人員，負責本案BIM模型之建立，工程施作前協同檢討碰撞干預之影響、排除分析。

碰撞分析報告：提供之碰撞分析成果報告，以表格化方式呈現，並可以網頁動態連結碰撞位置影像及文書作業軟體開啟，供監造廠商及甲方檢視。

模型設計變更：施工廠商於碰撞分析成果提交後，依據實際協調情況進行模型變更作業，並提供甲方相關變更後碰撞分析成果及修正後BIM模型。

3D BIM模型成果：建築施工廠商依據實際作業項目，於專案完成彙整後，需繳交成果光碟。其內容必須提供甲方在毋需另行添購軟體情況下，可以檢視各3D BIM模型，內容須包含：工程項目基本資訊(如:起造人、設計者、營造商、工程金額、時間等相關項目介紹)。依據工項架構建立索引目錄，以利甲方開啟BIM模型並進行展示。溝通協調用之3D檔案，可透過免費瀏覽軟體檢視模型。依據工項架構建置BIM竣工模型，如:建築、結構、水電、空調系統等模型。定案版建築整體3D瀏覽場景及透視圖檔。辦理教育訓練：模型移交說明、使用教學及模型檔案管理，舉辦【5】場課程，每場至少4小時，人數視甲方需求辦理。教育訓練計畫應納入BIM建置計畫書提送，使用之軟體工具需為軟體原廠授權認證合格，無非法使用或侵害智慧財產權之事宜。為利審查履約成果，建築施工廠商應提供甲方使用BIM相關軟體（包含建築、結構、水電、空調等軟體），並協助軟體之建置及維護更新，軟體維護更新期限至工程驗收合格日止。

  (D)    BIM價金之給付：BIM之價金給付為契約價格BIM項目之100%，依BIM模型建置進度辦理分期付款方式，由建築、水電及空調施工廠商提出申請，經監造廠商審定甲方備查後給付。

(二)    本署公共工程推動

本署為使辦理公共工程(市區道路工程及下水道工程)能導入BIM之應用，先以示範案例方式辦理，分述如下：

1.    道路工程

  (1)    生活圈道路交通系統建設計畫─「臺中市西屯區市政路(環中路至工業區一路)開闢工程」案之BIM應用涵蓋「工程模型效益範圍」之「3D工程資訊模型」，以3D模型研擬景觀及路型規劃相關方案，並以視覺化表達，「工程模型效益範圍」係指參考運用到工程與周遭環境相互關係，其範圍為工程路權及兩側路權外至少道路一半距離，若道路前後左右上下空間具有影響本案設計判斷之地貌、地物等位置資料及高程，均應納入設計階段「3D工程資訊模型」內，諸如：土地、建物、道路、排水設施、民生管線（自來水、瓦斯、電力、電信等）及其他構造物等設施。並使用 「3D工程資訊模型」結合大地座標以提供施工放樣檢核，進而完成全線道路虛擬實境巡航檢核、3D視圖、動畫製作、輔助檢核工程數量、土方數量、道路基本法規驗証及提供3級品管工程查核所需資料。

  (2)    民雄鄉民雄陸橋改建工程案之BIM應用：既有民雄陸橋跨越縱貫鐵路，施工期間因工址鄰近民雄市區無適宜道路可供臨時改道，需採半半施工以維持既有道路通行。設計階段，辦理設計BIM模型建置，透過BIM的設計輔助與施工性檢討，預先發現並排除影響工進因子；並模擬交通維持之半半施工構想，透過BIM的視覺化，利用模型動畫與視圖輸出，俾與當地民眾溝通。施工階段，透過施工BIM模型建置，審查施工廠商之施工工序、交通維持計畫及施工進度，並檢討施工廠商繪製之交通維持、重點施工區域及施工界面動畫，以檢核施工計畫之合理性，並便於監造或查核會議展示說明。竣工BIM模型可交由營運管理單位繼續轉化加工，運用於日後管理單位服務應用及設施管理業務。

2.    下水道工程

  (1)    桃園縣楊梅地區污水下水道系統第一期楊梅水資源回收中心新建工程案之BIM應用工項內容包含土木、結構、機械設備、通風空調、電力、電氣及輸水管線等，並要求廠商完成BIM工作執行計畫書、建築結構BIM模型、機電工程BIM模型、BIM圖資管理系統平台及交付竣工3D BIM模型。

  (2)    臺南市永康區水資源回收中心第一期新建工程案於施工規範要求施工廠商應完成BIM模型建置及管理工作執行計畫書、BIM圖資管理系統平台、碰撞分析報告、BIM模型3D展示及BIM教育訓練計畫，其內容包含基礎、結構、槽(池)體、建築(門、窗、裝潢等)、污水及污泥處理設備、廠內聯絡管線及污水及污泥設備聯絡管線、給排水、電力、消防、空調等。

(三)    委外研究案推動

為使施工階段所建置BIM竣工模型可繼續運用於日後接管機關之維護管理業務及將BIM落實於輔助建築執照審查，先以委外研究案方式研擬推動方向及作法，分述如下：

1.    應用BIM輔助建築工程全生命週期之履歷及身份證明之建構

本署專業代辦中央機關建築物工程，自工程規劃設計、招標、施工、驗收接管等全生命週期各階段，係依據「內政部營建署工程專業代辦採購手冊」及本署工務行政有關作業規定辦理。並配合建立公共工程維護管理制度，提供相關項目資料檔案，供洽辦機關接續營運維護。隨著智慧綠建築政策的推動，以及設計施工階段納入BIM專案增多，傳統公共工程維護管理制度，提供相關項目資料檔案，供洽辦機關接續營運維護是否有執行落差？如何在建築物設計、施工階段，就考量未來洽辦機關營運維護所需資訊，導入BIM建構建築工程全生命週期之履歷及身份證明，對建立有效的設施管理機制相當有幫助。

(1)    研究目標

A.    檢視現有導入BIM代辦建築工程，與洽辦機關營運維護所需資訊的適宜性。
B.    探討營運維護系統所需BIM元件資料相容性、深化程度及附加檔案架構。
C.    建立代辦建築工程全生命週期之履歷及身份證明，以提升設施管理效率。

(2)    研究成果

A.    檢視現有導入BIM之規範，並提出建議。
B.    調查洽辦機關之設施營運維護作業模式，以利元件資料深化及附加檔案架構分析。
C.    探討COBie(Construction Operations Building Information Exchange)標準的本土化策略。
D.    建構所採用BIM系統軟體之檔案資料輸出入格式、資料庫架構(包括圖形資料及文字資料)、資料庫聯結模式、搜尋引擎及管理系統的整合性架構等。
E.    示範建構全生命週期內設計、施工、營運維護之履歷及身份證明2種使用類型案例。

(3)    預期效益：維護管理階段利用BIM的設施設備履歷進行資訊維護、實際運作性能、資產管理、防災、空間管理與追蹤等作業，對建築設施營運與維護管理成本將有顯著效益。

2.    研擬建築資訊模型（BIM）落實於建築工程及輔助建築執照審查推動方案(草案，招標中)

BIM技術運用在國內外建築工程之普及率，已有日漸提高之趨勢明顯，其原因不外乎營建工程各種專業間的分工合作運作模式在導入BIM技術後，由過去傳統的線型溝通轉為核心型溝通，建築師、土木工程師、結構工程師與機電空調工程師可在BIM軟體平台環境中同時進行協同整合設計，解決工程設計錯誤導致大量的成本浪費與工期的延遲、整合技術提升營建生產力。推動BIM運用於建築工程規劃、設計、施工等階段工作，為本推動方案目標之ㄧ。

我國建築執照審查及抽查項目涉及都市計畫法、區域計畫法、建築法、建築技術規則及各地方政府所訂相關自治法規等土地及建築管理相關法令規定，按建築法第28條規定建築執照分為建造執照、雜項執照、使用執照及拆除執照4種，另按建造執照及雜項執照規定項目審查及簽證項目抽查作業要點第3點及第5點規定：「建造執照及雜項執照依建築法第三十四條第三項規定應由主管建築機關審查之規定項目，其餘項目應由建築師或建築師及專業工業技師簽證負責」及「主管建築機關對於建造執照及雜項執照之簽證項目，應視實際需要按下列比例適時抽查……」，推動落實BIM運用於輔助建築執照審查，及輔助檢核土地及建築管理相關法令規定，在學界是一個嶄新的研究題目，營建署將藉由分析國內外成功案例、研究成果及相關技術發展，研析輔助建築執照審查面臨之問題，朝向提升行政效能的目標邁進為本推動方案目標之二。

(1)    研究目標

BIM的普及程度已成為影響國家競爭力的重要指標，本方案期能藉由BIM技術推動建築產業朝向高科技化及高生產效益發展，並提高行政效能，達到以下兩點目標：

A.    推動BIM運用於建築工程規劃、設計、施工等階段工作。
B.    推動落實BIM運用於輔助建築執照審查，及輔助檢核土地及建築管理相關法令規定。

(2)    研究成果

A.    蒐集建築工程及輔助建築執照審查之國外發展現況及研究成果，及國內現階段行政院公共工程委員會、內政部建築研究所、臺北市政府、新北市政府、本署建築工程單位等公部門目前已著手研究及推動BIM之相關行政作為及措施。

B.    藉由分析國內外成功案例、研究成果及相關技術發展，研析推動BIM落實於我國建築工程及輔助建築執照審查面臨之問題。

C.    藉由效益分析及可行性分析，提出本案整體發展願景與目標。

D.    規劃推動策略、措施、組織、期程、經費需求及預期成果。

(3)    預期效益：提高建築資訊模型（BIM）普及程度，藉以推動建築產業朝高科技化及高生產效益發展，進而提升國家競爭力。

四、    未來推動方向

BIM新軟體使用須持續推廣與教育訓練，透過實際設計工作邊做邊學習方式，乃為最有效推廣方式。未來將持續朝向下列強化BIM資訊延伸應用方向努力：

(一)    資訊端技術

未來公有建築工程全生命週期BIM的導入運用，應朝向雲端資訊技術之建構，以利統籌管理規劃設計、施工及維護管理等階段之BIM運用，期能建立永續的建築環境並節省政府人力及經費的支出（如圖5）。

(二)    推動輔助建築執照審查，以提高行政服務效率及建築設計品質，加速建築執照審核時效。

五、    結論

建築工程各專業間的合作模式，過去是用傳統的圖面溝通，現在透過BIM的導入，建築工程將以全新的資訊串連模式，進行生命週期的應用管理。在工程實務作業中，規劃設計階段導入BIM，可以透過視覺化的設計，自動調整參數，精確輸出3D圖說，進行跨專業、跨領域的協同和整合，有效進行設計合理性和工程專業界面的檢核，同時進行設計和估價，對工程設計作業效率相當有助益。另外可以結合工程時程資料和3D模型，隨時間的移動，以動態方式模擬工程中不同階段的施工狀態。

BIM對於環境永續發展確實也有實質的效益，應用視覺化設計，可以精確評估空間和室內環境的需求，來進行節能減碳分析設計，提升環境空間使用價值，達到永續發展的目標。另外，建築物施工期間透過BIM設計，可以及早發現設計衝突問題，減低施工期間辦理變更設計的機率，並利用BIM進行工程管理，可以有效避免工程延宕，降低工程成本，提升工程績效與品質。使用階段再利用BIM的設施設備履歷進行資訊維護、實際運作性能、資產管理、防災、空間管理與追蹤等作業，對建築設施營運與維護管理成本有顯著效益。

政府機關已體認到BIM對於環境永續發展的實質效益，未來將朝規劃設計階段、施工階段、營運階段全面導入BIM的目標邁進，以政策推動、制度訂定、營建管理等方向分頭並進，期能建立永續的建築環境。就長期而言，也可以節省很多的社會成本。
 
參考文獻：

1. BIM導入台灣綠建築設計案例實作研究期中報告/內政部建築研究所/民國103年6月/受委託者國立成功大學/研究主持人鄭泰昇。
2. 應用BIM輔助建築設施管理之國內案例探討期中報告/內政部建築研究所/民國103年6月/受委託者國立高雄應用科技大學 土木工程系/研究主持人吳翌禎。

 
(本篇刊載於中國工程師學會 工程雙月刊，第87卷05期：頁10-17)