[營建知訊轉載]BIM 與城市 3D 模型整合運用之機會與挑戰(2022.03)

詹瀅潔 國立臺灣大學土木工程學系 助理教授／BIM 中心副主任

內政部推出三維國家底圖服務 

越來越多的城市正在創建城市 3D 模型，用以輔助在城市規劃過 程中，以視覺化方式來呈現各種不同的方案，以及所需的各種情境模 擬，許多城市期待能進一步達成數位孿生及智慧城市應用的目標。內 政部國土測繪中心亦推出三維國家底圖的服務，提供各縣市的三維近 似化建物模型給大家進行運用（如圖一所示）。
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​目前多數的城市 3D 模型並不是直接使用各個建物的 BIM 模型 轉化生成的，而是透過點雲測量、空拍測量等方法建構，因為許多既 有建物並沒有 BIM 模型的存在。若在設計階段中便將 BIM 模型整合 進城市 3D 模型中，則能更準確的分析建物對附近環境的影響，同時​亦可針對環境做出當下最佳化的設計。有許多研究已開始討論如何整 合運用 BIM 與城市 3D 模型，以下將介紹一些 BIM 與城市模型結合 在學術領域所發展出的有趣應用，並討論 BIM 與城市 3D 模型整合的 困難所在。

BIM 與城市 3D 模型整合 評估噪音、風場等影響

Deng,Cheng[1]等人將 BIM 模型與 3D GIS 城市模型進行整合 後，用以評估室外交通噪聲對新建建物的室內環境影響，希望能透過 這類預先模擬，達成更好的室內聲學設計。3D GIS 可以提供室外噪 音音源，以及城市幾何型態等相關資訊，而 BIM 模型則能提供室內 建材的細節及建物幾何資訊；這些資訊都是聲學計算時所需的必要訊 息。此外，有許多學者則是利用 BIM 模型與城市 3D 模型的整合，進 行新建建物對當地微氣候、風場[2]、日照[3]、建築物，整合太陽能運 用（如圖二所示）等相關影響的評估，讓設計人員能夠進行設計調整， 以相應地減少因微氣候及紊流所造成的相關損害[4,5]，同時也能調整 遮陽設計，並分析太陽能系統的效益。
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從 IFC 轉換到 CityGML 格式 挑戰仍多

前述提到目前的城市 3D 模型並非直接從 BIM 模型轉化而成，但 因 BIM 模型與城市 3D 模型都是以 3D 為基礎，若能將竣工後的 BIM 模型整合入既有的城市模型中，或許可以達到比定期測量更新更好的 效果，同時亦可保留更多的細節資訊。然而實務上，不管是要在設計 階段進行整合分析，或是直接將竣工後的 BIM 模型整合到既有的城 市 3D 模型之中，都免不了有其挑戰。 目前已經有多種商業和開源（open source）工具，都可將 BIM 模 型整合到城市 3D 模型中，但這類的整合還是有一定的困難度與複雜 度，因為 BIM 模型所攜帶的訊息及定義方法，與一般城市 3D 模型所 用的定義方式及架構都有所不同，要如何從 BIM 模型常用的交換格 式（IFC）轉換到城市 3D 模型常用的 CityGML 格式，常是最讓大家 頭痛的地方，而這樣的挑戰不只是在模型所攜帶的資訊上，還包含了 幾何的轉換，以及模型細緻度不同（LOD）的問題。在 Noardo, Arroyo Ohori[7] 2019 年的研究中顯示，若在 BIM 模型建構階段沒有遵循一 定的規則，在將 IFC 轉化為 CityGML 之後，幾乎都需要重新調整或 是檢視是否有不符之處，增加了許多額外的負擔。為了解決這些問題， CityGML 也不斷地在進化，在 2021 年 9 月時發佈了 3.0 的概念模型 標準（https://docs.ogc.org/is/20-010/20-010.html）。相信未來隨著越來 越多城市模型的應用，模型間的標準將更趨成熟。

然而，從另一個角度來看，目前城市模型常用的 CityGML 是以 GIS 應用為基礎所發展出來，在許多應用上的問題反而是，常用的模 擬工具或模擬方法不直接支援 CityGML 格式，需要額外的工具支援 3D 模型間的轉換，甚至手動輸入資料。此外，不同應用所需的細節 不同，要如何創造一個城市模型能涵蓋不同的需求，但又不會讓資料 量大到找不到真正所需的資訊，是一個相當嚴峻的挑戰。舉例來說， 圖三是進行微氣候模擬時所需要的模型，除了 3D 建物幾何形狀以外， 也常需要植物等綠化之 3D 資訊的細節。 

參考文獻 

1. Deng, Y., J.C. Cheng, and C. Anumba, A framework for 3D traffic noise mapping using data from BIM and GIS integration. Structure and Infrastructure Engineering, 2016. 12(10): p. 1267-1280.
2. Delavar, M., et al. Automated BIM-based process for wind engineering design collaboration. in Building Simulation. 2020. Springer.
3. Salimzadeh, N., F. Vahdatikhaki, and A. Hammad. BIM-based surfacespecific solar simulation of buildings. in ISARC. Proceedings of the International Symposium on Automation and Robotics in Construction. 2018. IAARC Publications.
4. Wong, N.H., S.K. Jusuf, and C.L. Tan, Integrated urban microclimate assessment method as a sustainable urban development and urban design tool. Landscape and urban planning, 2011. 100(4): p. 386-389.
5. Ignatius, M., et al. Virtual Singapore integration with energy simulation and canopy modelling for climate assessment. in IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. IOP
​6. Gros, A., et al., Simulation tools to assess microclimate and building energy–A case study on the design of a new district. Energy and Buildings, 2016. 114: p. 112-122.
7. Noardo, F., et al. GeoBIM benchmark 2019: design and initial results. in International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences-ISPRS Archives. 2019. ISPRS.

轉載自營建知訊第470期，頁75-79。