| □黃隆茂／前高鐵專業工程師、中鹿、中鼎、東元聯合承攬CAD副理 □楊定良／大成、大陸、中鼎、東元聯合承攬品保經理 |
|
一、前言 我們常假設工程設計圖說係經層層審查通過，內容應正確無誤，但Vaysburd(2004)引述法國和瑞士的調查報告指出，約有37%的工程缺失或瑕疵是導自設計不良。因此有規模的承包商取得設計圖後的第一件事，就是對設計圖說進行清圖工作，其目的在排除日後工作上可能遭遇的困難，也同時對業主因圖說不明，內容衝突等會造成成本增加和工期延宕，進行索賠之準備。台灣高鐵公司自從2000年引進3D技術迄今，已經有四年的時間，對於3D技術的發展已趨純熟，應用也越來越廣泛，無論是在建築物外觀選擇、檢討測量精度、GIS資料庫建立或是媒體宣傳等，都有相當的成效。 高鐵台中車站S250標自開工以來，便將3D技術應用在營建虛擬施工及工程介面之管理，而且是高鐵六個新建車站中，唯一大量採用3D技術，虛擬施工的工地。利用事前在電腦中模擬設計成品，能有效地解決設計盲點、檢討施工問題，並找出介面關鍵點，使得施工及協調更為順暢。截至目前為止，S250標運用3D技術已經解決約190多個設計議題，修正超過450張設計圖面，檢討內容包括：結構系統問題、測量及排水系統勘誤、空間合理性與否、設計與施工介面整合、柱位校正、建築法規需求及圖面資訊不足等問題，順利克服SRC鋼筋穿孔的挑戰，解決S250與公共工程及C250標間之五大介面問題，目前正處理與台灣新幹線間介面及配合未來廣告需求，由於能夠在施工前便發現這些設計上的錯誤與衝突，大大降低工程延宕及廠商索賠的機會，在提高設計之品質有明顯的助益，3D技術所展現在工程上的貢獻與實力，已受到高鐵公司的重視，若能將該技術應用在更複雜和更普遍的工程領域，發展更完整的技術及應用將指日可待。 二、3D技術的基本需求 3D技術必須在軟、硬體需求和技術層次較高的平台下方能作業，辦公室一般的軟、硬體是無法滿足的，因此必須採購較高階的硬體設備才能符合需求，主要的差別在於增加暫存記憶體容量、加大硬碟空間與採用具有高速圖形運算能力的影像加速卡，其所需的軟體也較為專業。工程師必須具備較高的電腦技能及專業知識方能勝任，要培養一位熟練3D技能的工程師，除需具備基本專業知識之土木或建築工程師外，尚須接受至少兩年的訓練時間以熟悉相關軟體，其中包括接受許多現場施工實際案例的歷練，熟悉現場施工可能遭遇的狀況和困難才能當一位稱職的3D工程師。以下為S250標所採用的硬體設備如附表一所示。
附表一 電腦硬體與相關設備
三、3D模型建立的目的與步驟 （一）3D模型建立的目的S250標建構3D模型的目的，在於承包商施工前的半年甚至一年的時間，便將設計的錯誤或缺圖情形反應給設計者(簡稱AEC，Architect & Engineering Consultant)，讓設計者有足夠時間修正設計圖面，以免承包商在製作施工圖或將要施工時，才發現設計問題，必須停工討論或澄清，造成工程延宕與損失以及求償問題。 （二）3D模型建立步驟
  四、在S250標之實際應用與成果 S250標於2002年8月開始採用3D技術檢討設計圖與介面管理，截至2004年1月份為止（1月份以後之RFI係非採用3D技術），S250標以3D技術發現的問題，共發出約190多封RFI，修正超過450張設計圖面，其中圖面衝突不合與資訊不足需澄清的部分約佔58%（附圖5），對本案會造成嚴重衝擊的結構系統錯誤、結構位置變更或需調整柱位者也有將近25%，比較重大的變更包括：增加了7支柱子和12支梁、校正51支柱位、修正16支樓梯剖面詳圖、改變10面牆厚和超過150支梁的型式與配筋、修正高鐵與公共工程之座標轉換公式、發現5個重大介面議題、調整站前廣場欄杆高度以符合建築法規要求、坡道亮面花崗石改成燒面花崗石、修正車站一樓40%的排水系統高程…等，其成果相當豐碩。以成效而言，運用3D技術，使S250標把問題發掘出來時，讓設計者有充足的時間提供正確的圖面給承包商。S250標所發出的RFI中有85%在該作業施工至少6個月前，便將問題解決；在3~6個月前解決問題的也有8%作業，只有7%在1~2個月前才解決問題，如此，也縮短了承包商清圖的前置作業時程，改善設計圖的品質，大大降低遭受承包商求償的機會。   （一）結構系統問題 本文所探討的結構系統問題，主要是探討結構系統的邏輯、構件型式、外觀不合理或與建築設計不符處，足以影響結構安全或改變配筋型式者。而3D模型建構的程序，依次是以柱、樑、版、牆的順序建立，在建立模型的過程中，同時也檢討結構系統的問題。 以下是本標所發現的幾個重大案例說明：
●案例三 位於車站2樓柱心線4/C-D和A-B位置，緊鄰編號S01和S02樓梯間處，AEC的原始設計係以200mm厚RC牆（非承重牆）與300 mm厚RC牆支撐大面積的樓版（2850mm長x 3000mm寬x 150mm厚和4450mm長x 3000mm寬x 150mm），經設計者確認設計是否得當時，設計者認為有加強其結構系統必要，因此共增加4支300mmx500mm之RC樑（如附圖9和10），在該樓版開始施工9個月前，已經將設計圖修正完畢。  
（二）測量及排水系統勘誤 系統上即使是一個小小疏忽，所造成的影響都相當深遠，因此對於系統問題必須加以檢討，以下是本文所提供的案例  ●案例五 位於車站之基礎，公共工程設計一座排水箱涵穿越該區，當檢視結構立面圖時，該座排水箱涵係位於柱心線31-31a之間（如附圖12），但是採用AEC提供的轉換公式建構3D模型時，我們發現排水箱涵卻座落於剪力牆之外（如附圖13），究其原因才知，AEC將座標系統之轉換公式的正負號摘錄錯誤，導致系統發生嚴重錯誤，幸好在承包商測量作業前即發現該錯誤。   AEC在車站之地面層四周設計排水系統，當我們以這套排水系統建構3D模型時，發現排水設施一覽表中之排水溝長度與高程，有許多衝突地方（如附圖14及15），當檢討卸貨平台區的排水系統時，該區域的排水系統皆有設計衝突現象，因此我們要求AEC檢討地面層全區排水系統，結果發現有154處排水高程錯誤（如附圖16），佔全區約40%，也增加一種集水井型式，在排水溝開始施工15個月前，已將設計圖修正完畢。  
  所謂設計與施工介面整合係指S250標與其他標段如：C250標或公共工程之間的介面，因屬不同合約，所產生的設計問題衝突、介面無法銜接等問題。 ●案例九 高鐵台中車站特定區公共工程（簡稱公共工程）與高鐵台中車站S250標分屬內政部與台灣高鐵公司之不同業主，而公共工程的排水箱涵將埋設在S250標的基礎上方，S250標取得公共工程之設計圖後，便將公共工程與S250標的介面作一檢討，發現公共工程之排水箱涵和污水人孔與S250標之基礎相衝突（如附圖21和22），經過幾次與內政部溝通後，內政部同意變更設計配合S250標，使得該案圓滿解決。  
●案例十一 在S250標月台層的照明燈箱上，台灣新幹線公司 (TSC，Taiwan Shinkansen Co.) 設計了號誌燈、監視器、時鐘、旅客資訊系統、緊急按鈕等核心系統所需的機電設施，S250標為了避免這些設計造成原設計的衝突與景觀上的衝擊，將核心系統的設計建構成3D模型（如附圖24、25、26和27），檢討彼此的設計介面問題。    
●案例十四 設計圖未標明梁或版的型式、結構變化點未提供剖面圖、未提供詳圖等（如附圖31~33），都是很容易辨別的例子。    在3D技術的應用上，除上述七類之外，S250標尚應用在進度管理、簡報內容、樑柱接頭施工檢討、協助澄清施工問題、配合總公司廣告需求及機電設備配置等，詳如以下案例說明。
●案例十八（問題澄清） 承包商有時提出一些樑柱接頭無法施工的疑慮，為了澄清這些疑慮，S250標用3D技術去驗證它們是否真的無法施工（如附圖37和38），結果發現承包商的疑慮是多餘的。   機電設備通常以實用為考量，若機電設備的位置，未事先檢討，常常會破壞建築的美觀與其應有機能，基於這些考量，S250標事先以3D模擬一些機電配置所造成的衝擊（如附圖41），據以決定機電配置是否得當。   五、結論與建議 （一）依據RFI的統計結果，圖面衝突不合與資訊不足需澄清的部分約占58%，這顯示3D技術是一個良好的圖面整合工具。（二）由RFI的成效來看，幾乎100%的問題，在承包商尚未施工前便已發現，讓設計者有足夠的時間修正圖面，大大降低被承包商求償索賠的機會。 （三）結構、測量、排水系統及柱位放樣等問題，雖所佔比例不是最多，若未事先檢討，其影響程度遠大於圖面衝突不合與資訊不足需澄清的問題。 （四）由S250標的3D技術應用成果可以看出，3D技術的應用層面很廣泛，而且成效卓著。 （五）要建立一個正確的車站3D模型，必須花費相當多時間去比對和瞭解設計圖，因此3D工程師也比一般工程師更瞭解圖面，這使得3D工程師在審查承包商的施工圖時，更有效率及正確。 （六）建議高鐵公司依據竣工圖建立車站完工的3D模型資料庫，此有利於未來車站維修、擴建、銜接等參考依據，未來對於車站的導覽也有所助益。 六、未來展望 （一）設計階段之圖面檢討與整合設計圖及介面的檢討，屬於施工前的前置作業，3D技術若能提前在設計階段應用，大部分的問題，都可在設計階段解決，若到施工階段才應用此技術，隨著施工進度的迫切性，沒有充分的時間，完整的應用3D技術，去檢討更詳細的施工問題（如：鋼構及鋼筋之施工性），相當可惜。台灣高鐵未來仍有其他的新增車站設計，若能及早將3D技術應用在設計階段，將可提升工程施工的可靠度與品質。 （二）4D的研究與應用 建立的3D模型，可以當成研究的素材，利用時間參數，結合其他技術或理論，來研究這些參數與建築本身的相互影響，例如營運或商業動線的檢討與規劃、噪音的影響、廣告招牌的視覺效果等，都是值得探討的方向。目前4D的應用，尚在資料蒐集與研究階段，但它將是具影響力且可靠的工具，未來高鐵的營運，與時間有重大的關聯性，如果能發展出可靠的4D模式，對於將來的營運將有相當大的幫助。￭ 參考文獻 1. 黃隆茂，「以營造角度談3D動畫在工程技術上之應用」（上），現代營建，第259期，第41~46頁，臺北 (2001)。2. 黃隆茂，「以營造角度談3D動畫在工程技術上之應用」（下），現代營建，第260期，第35~40頁，臺北 (2001)。 3. 黃隆茂，「3D動畫技術於高鐵計畫之初步應用」，數位營建－營建業電子化資訊科技研討會，臺中 (2002)。 4. 黃隆茂，「以3D作圖實例檢討樑柱接頭之鋼筋施工問題」，內政部營建署營建業電子化南部短期人才培訓班-營建電子資訊策略應用（初級班）講義，高雄 (2003)。 5. John Harding,” S250 Design Support Aims to Ensure a Timely Response to Allow Speedy Progress of Construction within Cost, Quality, and Integration Targets”, THSRC CMD Newsletter, Vol.14 (2003). 6. 黃隆茂，「虛擬施工確保品質」，台灣高鐵大地與建設的對話，第五輯，第29~30頁，臺北 (2003)。 7. Vaysburd, ”Concrete Repair Technology- A Revised Approach is Needed”, Concrete International (2004). |
