| □黃斌修／恆揚工程顧問有限公司 負責人、土木技師 □黃斌書／昌譽營造股份有限公司 總經理 □蘇文麒／國立宜蘭大學建築與永續規劃研究所 |
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全球工程市場因為 BIM 的引入，使得競爭更為全面而且激烈，例如世界先進國家已將BIM技術融合於工程採購招標系統之中，不具備BIM能力的廠商無法參與投標，而且隨著統包工程契約的日益興盛，不具備BIM能力的供應商也無法打入統包工程的供應鏈之中。 國內也逐漸重視BIM導入，公共工程委員會目前已組成BIM推動平台，並擇定各類別公共建設的示範案例，結合各界力量加以推動因應，以期藉由推廣BIM 來提升國內營建產業生產力與國際競爭力。本文係以工程結構及施工設計角色協助傳統營造廠商於新標進行，由傳統營造導入BIM技術之過程與效益，以及後續發展之探討。 |
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一、前言 本案前期較以往傳統不同之處為規劃施工階段導入電腦輔助設計，利用SAP進行橋體結構及施工階段應力分析並以Tekla軟體進行三維施工圖繪製最後匯入Sketch-up中建立整體地形環境與施工項目，後續以渲染軟體進行模型彩現與合成作為視覺景觀評估分析資料，利用以上方式可以從傳統2D圖面發展為3D圖面，不論是對上(業主方)對內(工務與決策管理層)與對下(專業廠商)皆能提升溝通效率、較以往精確的數量計算與施工決策，與降低以往專業2D審圖人員的計算缺漏或溝通障礙。二、本案介紹 座落於淡水河與基隆河交會口的關渡水岸公園(圖1)，近年來由於附近中港河碼頭河道逐漸淤積造成船隻停靠不易，同時日益增加的遊客人潮也造成通行不易，部分設施亦有老舊問題，因此，本處著手進行改善及周邊整體景觀改造，並於河口增設自行車觀景橋，希望能夠在保有傳統的自然文化特色前提之下，讓關渡水岸呈現全新的風貌，更提升當地遊憩品質。 為提供更優質的親水空間，擴建中港河碼頭旁既有的階梯廣場，採用不同色調的石材舖面，拼貼出夕陽與舢舨船隻的意象，並且在廣場旁打造一艘等比例舢舨模型，便利民眾拍照留念及了解該區域的捕魚歷史，與相鄰的關渡宮互相輝映印證歷史的軌跡。 為了全面解決人車爭道問題，於中港河口設置自行車跨橋串連兩岸自行車道(圖2)，充分解決關渡宮前人車衝突、動線交織的問題，也藉由橋上寬廣的視景眺望及欣賞日夜不同的水光山色。 (二)工程內容 本改善工程依施工範圍分別為中港河碼頭及周邊環境改造、中港河自行車橋新建及關渡碼頭周邊環境改善及中港河自行車橋設施及環境改善工程等3項工程。主要施作內容為：河道清淤、增設浮筒碼頭、灘地公園、階梯廣場、救難碼頭改善及龍舟委員會外牆美化、關渡水岸公園地坪鋪面改善、增設自行車跨橋及棧道(圖3)。   三、BIM應用於本案工程與管理 (一)BIM簡介建築資訊模型(Building Information Modeling，BIM)應用在營建生命週期各階段裡，BIM字義上說明了「模型」與「資料庫」是兩大基礎。建模能將CAD 2D圖面轉變成視覺化3D圖像，降低讀圖門檻與錯誤。以往營建產業中各個專業角色間的溝通，僅透過平面資料的傳遞來進行，由於各個角色對於平面圖資的解讀不同，容易產生版本與設計資訊不同步之窘境(圖4)。(江英二, 李萬利, & 蘇瑞育, 2011)BIM字義(郭榮欽&謝尚賢, 2011) 1.Building －建築或建築物。廣義的說，應該涵蓋所有工程結構物。它指的是我們生活中的【實體空間】，以本文所提技術層面來分，較偏工程技術。 2.Information －資訊。指對實體空間之工程結構物的相關資料或行為，在【虛擬空間】做數位表達的資訊技術。它是BIM的核心所在，尤其是幾何與非幾何兩種資訊的關聯關係。 3.Modeling －塑模。這是最多人誤解的字，許多人都誤以為是指幾何建模或建築模型。其實，Modeling是來自資訊技術中物件導向技術的專有術語，簡單的說，是「物件化」的意思，就是將實體空間的實物(例如柱子)之屬性(例如斷面尺寸、材質)及行為(例如上下端相連的樑或柱，或側面是否有牆的判斷準則等)，用物件導向技術將此關係在虛擬空間組構起來，叫「物件化」。由於，將其翻譯為建模，容易被聯想為幾何建模，才主張為塑模。  美國建築師學會(The American Institute Of Architects，AIA)發表AIA E202-2008，針對BIM在工程全生命 週期發展從初步規劃、細部規劃、細部設計、施工到竣工，定義模型相對應細緻程度，分為LOD(Level Of Detail)100到500共5個等級(圖5、6)。各階段模型應包含的細緻度內容及該階段參與專業領域如圖所示。從初步規劃到竣工的流程，模型細緻度是在相同資料庫不斷累積資訊而來。   據統計美國營建業2003年與1964年做生產力比較後竟然不升反降，僅為40年前(1964年)時的80%。當科技業的進程都在跳躍式發展時，營建生產力不升反降的主要原因之一可能在於工程日趨複雜，分工太細但整合無力。 複雜設計需要介面整合(CSD, Combined Service Drawing)及土木結構機電整合(SEM, Structure, Electric and Mechanic)等跨專業領域的整合檢核，在時間緊迫且僅在CAD 2D操作時，是需要資深專業繪圖人員才能勝任的任務，公司往往從簡或流於表面，設計階段產生的問題，傳遞至發包施工階段就衍生變更設計、重工、浪費等問題；施工階段橫向未完全整合的情形。近年來，國內產業界也曾推動以工程管理資訊系統(e-CMIS)為核心的協同作業平台，嘗試解決部分問題，但是工程管理資訊系統的資訊，缺少了即時3D真實尺寸的模型作為載具，使得資訊的識別、傳遞、加值與其他作業發生困難。(許俊逸, 徐景文, 林傑, & 李文欽, 2014.10) 對於未來設計趨勢，產生更多非幾何形如：平行四邊形、三角形、圓形等以外的有機型設計，一般專業廠商報價時會因花較多時間處理圖面以及擔心做錯而將報價金額提高。本案施作階梯廣場時(圖7、8、9)，因先前寄給廠商的2D圖面較不易理解，以至於鋼筋與模板廠商不清楚完成面樣貌，便於報價時加上過多損料費與人工費用產生高報價格，經過檢視3D模型(圖10)與討論之後，廠商得以精算數量，以減少不精準報價情形發生。     1.橋體橋型之決策 本案因位於河口處係當地景觀視覺之重點亦為當地宗教活動及廟宇之正向位置，其對整體當地視覺衝擊影響甚鉅。另因該橋樑係連接兩岸自行車道之串聯，其行車需求標準之規劃，更影響其橋體曲線之決定，再加上橋下既有漁民漁船之捕撈活動且其潮位變化亦達2公尺以上，其橋下淨高及墩位淨距之要求亦影響當地漁民之生計。 綜上述幾點之研議考量，如何創造低量體又能形成另一觀光亮點，係本橋型之設計重點。經多次研商及模擬，採用鋼構曲線型樑結構，降低視覺深厚度之原則。並採3單元鋼橋系統，主跨第二單元採3跨連續(39+83+50.06)併於該單元第二跨規劃人行觀景斜坡道及瞭望基隆河及淡水河之平台，將觀光亮點移至瞭望台上增加遊憩功能，並採類降板方式處理，使其正視及側視橋型量體，除不影響原環境視覺衝擊外更引發曲線結構變化之光暈律動。 2.現地收方測量製作DTM地形模型與控制點位做套疊 DTM(Digital Terrian Model)數值地形模型，泛指任何以數值化(digital)的方式來展現3D空間地形起伏變化的狀況。其應用範圍相當廣泛，在地形分析上可用來進行坡度坡向計算、等高線製作，土木工方面用來做挖填方計算、坡地或道路開挖，災害評估方面可用在災害崩塌容積計算，其他常見可用來做三度空間展示等等。(國立中央大學太空及遙測中心) 收方測量後將數據輸入電腦中以建立DTM地形模型，CAD 2D控制點位圖做套疊(圖11)，確認各個測量點座標否有偏移，如無偏移便將繼續下一項流程(圖12)。  早先，在BIM觀念尚未建立前，台灣工程界便使用Tekla軟體，主要使用Tekla進行3D視覺化的設計。以台塑六輕建廠時，做新舊施工流程比較，其中運用Tekla的工程組於施工前先行於電腦中發現與排除衝突，因此減少工程延宕因素，縮短工期，展現與傳統施工流程不同層級之效益。(黃敏怡, 2012.08) 本案橋樑斷面設計依前述考量排水與河口漲潮時漁民舢舨船尚能通行之原則，故除基礎橫剖面洩水坡度之外橋樑縱剖面豎曲線設計，以往以2D常規計算(圖13、14)與繪製鋼板裁片圖，難免有些複雜，並導入施工階段行為分析吊組裝之臨時邊界條件溫度效應，檢討出拱度及溫度變形量導入預拱分析再運用Tekla(圖15、16)進行建模計算，並以直接輸出鋼板裁片圖與組裝圖以及數量計算表，交付工廠切割製作。 (1)分析結構平面    本案因位處河口，又位於觀光人潮聚集之處，其施工動線及相關之作業空間不足，故如何研議施工工法及吊裝順序，相形重要，故採施工順序模擬可提前降低及預先發現問題之推演。本專案參與各項獎項之評比，其每月例行性會報以及對外發表場合多，需要較多的工程示意圖，因此3D模型渲染也是後續操作項目，透過調整鏡頭與材質擬真，輸出光影材質較為逼真的畫面，作為簡報與書面介紹封面及內容(圖17、18)。   本案軟體使用流程彙整(圖19)，由前期設計圖以SAP進行組立支撐結構分析，以確保施工時無誤差，確認現場施工方案抵定後將AutoCad2D設計圖導入Tekla繪製鋼橋3維橋體模型後接續產出鋼結構細部設計圖與鋼板裁片圖，供工廠製作裁切加工。 在Tekla繪製鋼橋3為橋體模型時同時與現地測量後以Civil3D處理後之地形模型先後導入Sketchup進行3D模型整合以及碰撞檢視，檢查是否有施工衝突之處，排除問題後可做擬真渲染，本案使用Thea Render渲染3D模型，渲染後影像檔可匯入Photoshop做為最終3D擬真示意圖與視覺分析圖。  《未完待續》 |
