[營建知訊轉載]淺談元宇宙與土木工程教育 謝尚賢(2021.12)

​謝尚賢  國立臺灣大學土木工程學系教授兼系主任
國立臺灣大學土木工程學系 BIM 研究中心主任

疫情加速數位技術發展與應用

轉眼間，這一次的COVID-19疫情已經在全球肆虐了將近兩年，目前也還難預期何時將會結束。在疫情期間，為了減少或完全避免人與人的實體接觸，有許多的溝通與互動活動被迫轉進數位空間來進行，尤其是學校的線上教學及透過網路的居家上班（Work from home）對大家的日常生活衝擊最大，但也加速了相關數位技術的發展與應用體驗。目前看來，在後疫情時代，人類的活動將會有更大的比例在數位空間中或透過數位空間來進行，而且各類的社會與經濟活動的型態與模式也因之而正逐漸改變，未來的人居環境（Built Environment）將不可避免地同時涵蓋實體物質世界與數位虛擬世界，也因此元宇宙（Metaverse）這個字眼，最近成為大家談論的熱門話題，而它與土木工程會有什麼關連呢？土木工程教育又應為下一代的土木工程師做什麼樣的準備呢？本文試圖拋磚引玉，提供一些淺見供大家參考。

元宇宙數位虛擬世界與實體世界同步存在

因為網路上已經有不少介紹元宇宙這個字詞的來源與意義的文章，我們就不在此重複，但是我們得先討論一下目前元宇宙的定義。根據維基百科[1]，元宇宙是：

「一個持久化和去中心化的線上三維虛擬環境。此虛擬環境將可以通過虛擬實境眼鏡、擴增實境眼鏡、手機、個人電腦和電子遊戲機進入人造的虛擬世界。…元宇宙包括物質世界和虛擬世界，一個獨立運作的經濟系統，以及化身和數位資產在元宇宙不同部分的可轉移性。元宇宙將會是去中心化的（沒有中央統管機構），將有許多公司和個人在元宇宙內經營自己的空間。元宇宙的其他特色包括數位持久化和同步，這意味著元宇宙中的所有事件都是實時發生的，並具有永久的影響力。元宇宙生態系統包含了以使用者為中心的要素…」。
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雖然目前尚不存在一個與實體物質世界唯一對應的元宇宙，但目前大家對元宇宙的共識是，此數位虛擬世界具有與實體物質世界一樣的持久性，且是共時同步存在的，人類實體物質世界的數位孿生（Digital Twin）應會是元宇宙的一部份，再加上可以無限延伸的數位空間，且為了讓人類在元宇宙中有與在實體物質世界中一樣的擬真體驗，因此實體物質世界中的物理與化學定律都會被如實模擬。當然，要創造出前述的元宇宙世界還有許多的軟硬體技術待突破，也有一些社會、心理健康與法律的議題待解決，但因是能驅動下一波新科技與新經濟體系發展的願景想像，便成了邁向後疫情時代的熱門話題。

BIM與3D GIS整合 建構土木工程數位孿生

這些年來，在工業4.0的浪潮中，土木工程也在往虛實整合應用的元宇宙道路上有了些進展。最近十多年來的BIM（Building Information Modeling）技術發展與應用，再整合3D GIS（Geographical Information System）技術來於數位虛擬世界中建構出對應實體物質世界人居環境的數位孿生，讓工程師團隊於營造施工前，就能掌握可能發生的問題與風險，及早準備因應，並完善設計整合與施工協作，同時為營運維護階段的需求做好準備。未來在元宇宙中，工程師應會被要求設計及實作多個解決方案，並讓使用者先體驗試用，最後才選定要在實體物質世界實現的方案，進行實體物質建造。由於有精確完美的施工規劃與執行，以及於設計時就能對後續使用及維護的各種情境有精準的分析模擬，對地球資源的有效運用、節能、減碳、減廢等面向都會有更大的進步，也會更環保永續。
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土木工程是建造與維護人居環境最主要的專業領域，由於未來的人居環境會同時涵蓋實體物質世界與數位虛擬世界，因此土木工程師也必須於提供專業服務時，同時考慮兩個世界的相互為用，及在兩個世界中都要能提供專業服務。例如，在元宇宙時代，每個人的生活空間將會有實體物質空間與數位虛擬空間兩部分，實體的部分僅會有在實體世界生存所必須的物件，例如食物、水、禦寒衣物等，數位的部分則可存放如獎牌、獎盃等在實體世界中不必需，但在數位空間中展示並無損其價值之物件，且其真實性與唯一性之認證，可透過如區塊鏈（Block Chain）及NFT（Non-fungible token）等技術達成，以節省自然資源之消耗。

此外，數位經濟將會越來越重要，土木工程師也必需能在數位虛擬但擬真的世界中提供專業服務，創造價值，並取得報酬，因此，土木工程師的數位相關素養、思考與技術也必須與時俱進，土木工程領域的數位轉型（Digital Transformation）也必須更加緊腳步。

土木工程教育應加強元宇宙觀學習機會

過去三十年來，雖然資通訊的軟硬體技術突飛猛進，但是土木工程教育在相關技術及應用的著墨，還是受限於傳統領域課程的龐大時數，而難以有較大的成長與改變，更不用說相關必修課程本就十分有限，選修課程也受限於師資人力而難以多元全面。學生也因沒有足夠的引導，而認知到這些知識與技術的重要性，即使電機資訊領域有開授相關課程，學生也不知或不敢去選修，或選修後未能有效與土木專業知識整合。由於沒有足夠具備數位轉型能力的畢業生進入業界，帶動業界的數位轉型，及創造適合這些人才發揮的環境，即使好不容易培養了一些人才，更難以在薪資劣勢的條件下留住人才，產業的競爭力便更難提升。近年來，許多的建築土木工程相關科系都已開授BIM與數位營建（Digital Construction）相關課程，對土木營建產業的數位轉型已見初步成效，但還有許多需持續努力的地方，而且對於元宇宙中工程師所需要的數位素養、思考與技能，也應開始讓工程師及在校學生多瞭解，並多提供一些學習的機會。
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參考文獻

1. 維基百科，「元宇宙」，https://zh.wikipedia.org/wiki/元宇宙，存取時間：2021年12月14日。

轉載自營建知訊第467期，頁92-95。