[營建知訊轉載]透過案例演練學習BIM：TEKLA結構篇發行 柳儒錚、謝尚賢 (2020.1)

柳儒錚  國立臺灣大學 土木工程學系BIM研究中心 專案協理
謝尚賢  國立臺灣大學 土木工程學系系主任兼BIM研究中心主任
 
 
「透過案例演練學習BIM」系列叢書 更加完備
    早在「臺大土木工程資訊模擬與管理研究中心」（以下簡稱臺大BIM中心）成立之初，就與Tekla Structures代理商歐亞電腦保持密切合作，也因此促成了2014年臺大BIM中心與Tekla公司簽署合作備忘錄，成為臺灣第一個授權認證中心，因而開啟了本教材的發展契機。「透過案例演練學習BIM」的系列叢書，一路以來出版過：基礎篇（建築）、機電篇、應用篇、元件篇，尚缺結構相關教材。市面上也僅有教授軟體指令操作的書籍，對於學校學生及結構領域的從業人員來說，想了解結構相關BIM的入門資訊缺乏一套合適教材。在這樣的機緣下，有了「結構篇」的出版，同時使「透過案例演練學習BIM」系列叢書更加完備。

圖一 臺大BIM中心與Tekla公司簽署合作備忘錄

​Tekla Structures結構專門BIM軟體

或許有人會好奇，過往教材都是採用Autodesk體系的工具，為何結構篇會選擇採用Tekla Sturctures而不是Autodesk旗下軟體。一方面是為了讓初學者可以多元體驗到不同的BIM軟體使用，另一方面則是看上了Tekla Structures在結構領域（建築物）的強大功能。在現今市面上，不同的BIM軟體有各自擅長的專業領域。針對不同的領域與用途選定適合的工具，也是BIM應用要面臨的議題。
在談Tekla Structures的歷史前必須先提到一間來自芬蘭的軟體公司Teknillinen laskenta Oy（芬蘭文），意思是「技術運算」（technical computation），縮寫為「Tekla」。該公司成立於1966年，一開始的想法是做為統一各工程部門的電腦程式撰寫辦公室，到了1968年轉型專注於結構工程、道路工程、土方相關的軟體開發上。一直到1993年推出了XSTEEL（Tekla Structures的前身），成為公司最成功的產品，銷售到38個國家，300多家客戶；在2011年則被美國Trimble公司所併購。直到現在，Tekla Structures作為結構專門的BIM軟體，不論是鋼筋幾何建立的自由與方便、鋼構的細節講究（各式參數化接頭、螺栓、焊接等等）、數量計算的方便、製造圖，施工圖等圖說的方便呈現、完全3D的作業環境、高效能的運算展現等，從設計到製造都能加以掌控，在在顯示作為結構領域BIM工具的強大。
 
BIM初學者的徬徨與期待

筆者曾任職於工程顧問公司，當年作為一個BIM的初學者，在學習Tekla Structures時覺得學習曲線是陡峭的，由於當時沒有教材可以參考，只有官網上簡單的互動式網頁操作教學，學完立即上戰場，想當然爾，就犯了許多不必要、甚至是不熟悉而導致的錯誤。比如說，不熟悉工作平面與視圖平面的差異與應用，導致建模時還土法煉鋼的用各種轉角度的方式想將元件移動到正確位置，結果導致元件有些許誤差，而需花費不少時間修正類似的問題；又或者是遇到參數化接頭或鋼筋不知道該在哪個地方設定正確參數，導致尺寸、形式的不合理，只能用試誤法慢慢嘗試。此時若是有教材可以協助在學習初期就建立正確用法與觀念，對工程的理解與BIM實作將有所助益。以下將透過本書的排序一一說明各章節所欲協助初學者學習的面向。
對於BIM初學者來說，了解什麼是BIM，其實是學習BIM的第一步。一般人在第一次聽到建築資訊塑模（Building Information Modeling, BIM）時，其實都不知道這個詞具體代表的意思，有人甚至認為BIM只是個3D模型。若是能有一套講述BIM基本理論的教材，便可讓初學者初步了解BIM的意涵及其中資訊所欲帶來的變革，而建立BIM基本的心態與觀念，在往後的學習歷程上也不會產生諸多誤解。
在結構篇裡第一章便介紹BIM的基本理論，幫助初學者了解BIM的由來及目的，說明BIM在建築生命週期中所扮演之角色並介紹本書所使用之案例。除了結構類型的說明、本案圖說架構介紹外，也幫助初學者理解塑模情境及基本識圖講解，對於沒基礎的初學者而言，相信透過第一章的基本功建立，面對後續的學習定可輕鬆上手。
所謂萬事起頭難，在具備了BIM基本理論及觀念的框架後，在實作上初學者還會面臨的一道課題，就是工具的選擇與初始環境的了解。本書雖然已幫初學者選定了工具，但初學者通常還會需要知道，該如何從該工具開始進行新的BIM專案，這包含了軟體模組的了解與安裝、介面的了解、基本操作功能熟悉、參考圖說、網路資源等。在前置作業準備好後，初學者馬上會面臨實務上第一步該怎麼做？為何這個步驟要這樣執行？遇到狀況該如何排除等等議題。本書在第二章即透過Tekla Structures的模組介紹，幫助初學者快速了解Tekla Structures具備哪些模組及作用；教育版如何進行安裝的說明、網路資源與社群的分享。讓初學者明瞭可以透過何種途徑取得軟體及相關支援；當工具準備齊全，接著便從開始畫面引領初學者進入軟體介面，對整個軟體進行介面、觀念與基本操作的介紹，幫助初學者逐步熟習這套工具。不管學習什麼新工具，帶領初學者往前邁開第一步，並讓其熟悉操作環境，其過程是必不可少的。
 
塑模基本功 從實際案例循序漸進引導入門

從理論上已經理解BIM的重點在於資訊Information，也就是I上，然而建立正確資訊需要的基礎，除了實務觀念與理論外，另一個重點就是塑模的基本功。待了解初始環境的第一步準備好並踏出後，接下來初學者將開始進行塑模基本功的學習。從實際案例出發，每棟建築物的結構都是由基礎開始建立，此時初學者需要知道案例基礎的設計圖說長得如何，柱位、樓層如何配置以利在模型中建置參考基準線。本書於第三章便帶領初學者從案例基礎建立起，引領初學者設定單位、建立案例需要的格子線、準備視圖與工作平面、參考圖資的講解、基礎形式的說明，與混凝土相關的元件介紹、元件的挑選與材料的設定、各元件的參數設定所代表之意義等等。帶初學者一步一腳印地將實際案例地梁基礎建置完成，並且了解混凝土之柱、梁及基腳元件該如何正確使用。

▓上部結構
初學者在了解並完成基礎混凝土建置後，理論上要進行一樓樓板的建置，然在為了方便建模的教學，本書在第四章將樓地板與上部結構之鋼柱建置順序稍作對調，並對此進行了說明。初學者在第四章將開始建立鋼構，先由鋼柱開始，除須了解鋼柱的參數設定意義，斷面規格的選擇及設定、如何移動元件以符合圖說上的設計位置；接著進行混凝土樓地板的建置，並進行第一次的干涉檢查，並說明在遇到干涉問題時該如何透過輔助線、物件切割調整等方式進行處理；在柱、版完成後，跟著建置1樓夾層的鋼梁與其相關設定；接著建置屋頂斜梁、屋頂水平梁、陽台遮陽等元件。至此便完成了案例的初步上部結構。
初學者在完成初步的上部結構後，很自然地會注意到初步的成果與一般見到的鋼構有所落差，比如混凝土內的鋼筋與鋼構接頭之細節該如何處理並未交代。在第五章將先針對地梁、基腳、樓板、柱鋼筋的建立進行說明，初學者將會了解鋼筋的圖說與鋼筋表的判讀，如何依照鋼筋相關的規範設定保護層、主筋，箍筋，頂層與底層鋼筋幾何該如何建立與擺放範圍的設定、鋼筋號數與等級的選定、彎鉤的選擇、鋼筋間距的調整、鋼筋搭接、鋼筋自動建置程式的使用等建置鋼筋之基本功，依照第五章的指引，初學者將完成案例配筋設計成果的模型建置。

▓鋼構接頭
緊接著初學者將要開始建置鋼構接頭，鋼構接頭為鋼結構之重點。在第六章初學者將會了解如混凝土柱接合鋼柱之底板該如何建立、各種案例中不同部位（柱接梁、梁接梁、屋頂斜梁與屋脊梁相接等）半自動接頭程式之使用與介紹、手動建置鋼構接頭之介紹（續接板建置、加勁板建置、螺栓建置、焊接建置等）、各種鋼構接頭的組成細節與參數設定、螺栓的材料與規格選擇，引領初學者透過案例的鋼構接頭設計成果，如實完成正確鋼構接頭之建置。
 
在依照案例圖說完成鋼構廠房之基礎、上部結構、鋼筋與鋼構接頭後，整體BIM設計塑模已完成，接下來對初學者來說，如何應用這個模型是BIM的重點。在第七章便是講述模型該如何使用。初學者在此章將會學習區分設計模型與施工模型的差異、施工前之衝突檢核該如何進行（什麼是CSD與SEM），施工進度如何安排、建置模型的數量該如何提取、不同階段的圖說有什麼分別（設計圖與製造圖）、Tekla的圖說功能該如何使用等等。帶領初學者建立模型可以如何被使用的基本觀念。
最後，初學者在學習BIM一定會面臨的問題，就是市面上除了Tekla Structures之外，還有太多BIM工具，該如何與其他工具進行協作或是拋轉，支援的格式有哪些，衍生的相關應用工具與資源又有哪些，諸如此類的問題都將在第八章得到解答。第八章可以讓初學者了解Tekla Structures與其他工具交互操作之各種格式、可支援的軟體、與國際通用的工業基礎分類（Industrial Foundation Classes, IFC）格式之互動、資料的匯入與匯出、雲端協作平台Trimble Connect的應用介紹等等。幫助初學者更了解Tekla Structures的整合應用面向。
 
學習應用不同BIM軟體 或可帶來新突破

國內一直以來都是Autodesk體系市占率最高，然而世界上的BIM軟體非常多元，不斷有新技術的應用在突破。在踏入BIM領域開始，註定就是一條不斷接觸新工具、學習新方法新觀念的道路。因此，有機會站在不同工具的角度，帶入結構領域的BIM入門學習，相信是個新刺激。BIM作為營建數位化之基礎，其意義代表著虛擬工程，對剛進營建產業的菜鳥來說，是很好的學習工具。本書主要是為學生及BIM初學者而設計，除了教授BIM基礎知識外，也希望初學者可以透過BIM的視覺化，更了解工程的幾何與實務面貌。然而，這本書只是個開始，仍希望各方專業不吝回饋指教，以令本教材持續精進。本書的封面與目錄如下：
 
新書封面及目錄介紹
​
第一章　認識 BIM 與案例演練介紹
1.0　導讀
1.1　BIM 概念
1.2　建築生命週期與 BIM 作業模式
1.3　演練案例介紹
1.4　BIM 塑模情境與基本識圖訓練
1.5　小結

​圖二 透過案例演練學習BIM：TEKLA結構篇封面

 
第二章　塑模前準備
2.0　導讀
2.1　Tekla Structures 模組與功能之介紹
2.2　軟體安裝
2.3　Tekla 相關資源介紹
2.4　使用者介面與基本操作介紹
2.5　模型建置流程
2.6　小結
第三章　模型建置：基礎
3.0　導讀
3.1　工作環境的準備與設定
3.2　建築 RC 基礎之建模
3.3　混凝土柱的建置與物件的複製
3.4　小結
第四章　模型建置：上部結構
4.0　導讀
4.1　鋼柱的建置與物件的移動
4.2　建立混凝土樓板並執行干涉檢查
4.3　鋼梁建置、輔助線物件、物件的切割
4.4　小結
第五章　模型建置：RC 配筋
5.0　導讀
5.1　基礎配筋
5.2　混凝土柱配筋
5.3　混凝土梁配筋
5.4　小結
第六章　模型建置：鋼構接頭
6.0　導讀
6.1　鋼柱接混凝土柱之柱底板（ST1D19）
6.2　一樓夾層之接頭處理
6.3　屋頂層之接頭處理
6.4　小結
第七章　模型應用
7.0　導讀
7.1　衝突檢核
7.2　圖說產出
7.3　4D 模擬
7.4　數量計算
7.5　小結
第八章　整合應用
8.0　導讀
8.1　與其他模型檔案之交互操作
8.2　Trimble Connect 雲端應用——協同作業
8.3　Trimble Connect 雲端應用——檢視模型
8.4　小結
參考文獻
附錄：Tekla Structures 兼容軟體與格式
本書目前可於臺大出版中心、博客來、三民書局、讀冊生活、灰熊愛讀書、國家書店、誠品網路書店通路販售。https://lihi1.com/WUWkq
 
 
參考文獻

1. 柳儒錚等，（2019），《透過案例演練學習 BIM：Tekla結構篇》，臺大出版中心。
2. Tekla-history


3. Tekla- wiki

https://en.wikipedia.org/wiki/Tekla

轉載自營建知訊第444期，頁50-57。