透過案例演練學習BIM：應用篇

謝尚賢
國立臺灣大學土木工程學系教授
國立臺灣大學土木工程學系工程資訊模擬與管理研究中心主任

郭榮欽
國立臺灣大學土木工程學系工程資訊模擬與管理研究中心執行長
國立臺灣大學土木工程學系兼任副教授

莊明介
國家地震工程研究中心資訊技術組助理研究員
國立臺灣大學土木工程學系電腦輔助工程組博士生

郭瀚嶸
國立臺灣大學土木工程學系電腦輔助工程組博士生

蔡沅澔
國立臺灣大學土木工程學系電腦輔助工程組博士生

周敬淳
國立臺灣大學土木工程學系電腦輔助工程組碩士生

陳以文
國立臺灣大學土木工程學系電腦輔助工程組博士生

推薦序一

雖然BIM技術在建築領域使用日趨普及，但大部分的使用案例除了視覺化運用和碰撞檢查外，均未能在設計效率、施工執行等生產力價值提升得到普遍認可。主要是目前大部分專案使用BIM技術，仍然還停留在模型建置資訊細節、初步3D視覺效果及討論之使用。

如果能從如何由BIM精益設計、營建等方面來分析，結合建築實務、專案管理的經驗和案例，規劃全生命週期有效率的BIM應用架構系統，以BIM技術所提供的豐富資訊、各種向度多元的運用工具，來協助分析及制定有效的設計方案、構造及工法，達成縮短工期、降低工程變更、提高工程品質等目的，應是產業界殷切期盼的歸途。

現今業界各種BIM軟體，雖然都粗淺涵蓋了一些強大的應用功能及工具，但綜觀目前臺灣的教學課程及書籍，大部分都還集中在模型建置推廣，能夠深入淺出介紹BIM的分析功能及應用層面的出版品，相對就較為缺乏。
《透過案例演練學習BIM：應用篇》是國立臺灣大學土木工程學系之「工程資訊模擬與管理研究中心」（以下簡稱臺大BIM研究中心）為推動BIM技術教學需要，自2014年以來製作撰寫的系列教科書中的第三冊，主要著重在BIM 模型之工程實務應用，以工程生命週期為軸，依序講述結構設計分析、建築能耗分析、工程數量估算、工程進度管理與BIM的協同作業應用。

臺大BIM研究中心此次出版的第三冊《應用篇》，與坊間書籍不同之處在於其講述BIM知識架構及實務流程時，邏輯簡要且清楚；而在介紹各種分析、應用之前，亦會先做概述或導讀，對於想要達成的目標也會清楚說明，同時比較傳統做法與現在的BIM作業流程有何不同，並使用案例逐步帶領讀者進行實際操作。本人按書依序操作，輕易地便能完成作業，相信所有讀者必然也能得到同樣的成果。此外，第五章的協同作業部分，目前市面上較少書籍深入探討。書中從作業流程到檔案分享進入到雲端的運用，亦是非常值得閱讀的一個章節。

感謝臺大BIM研究中心謝尚賢教授及郭榮欽教授，長期以來無私地在產、官、學界推動BIM技術；期待藉由BIM技術應用越來越成熟，讓使用者得到良好的投資報酬率，得以正向循環促成營建產業逐步升級，與其他製造業並肩踏入工業4.0的時代浪潮中。

這是一本深入淺出，兼具BIM學理概念和實務操作的好書，非常值得推薦給學校老師、學生及實務界讀者採用，極具參考價值，相信大家都能從中獲益。

李孟崇（衛武資訊（股）公司總經理）

推薦序二

國內以BIM為主的書籍參考資料相對較少，能有臺大土木工程學系工程資訊模擬與管理研究中心（以下簡稱臺大BIM研究中心）所出的書籍作為教學之用，實屬不易。尤其到了第三本《應用篇》，就是要證明BIM的應用才是BIM功能發揮的表現──能開始應用才能讓設計成為更符合人類的需求，而非只是為BIM而BIM。所有努力的最終目的都是為了建設出完美的建築物。

本書首先介紹結構設計與BIM的關係，結構分析軟體的成果通常與最終結構施作成品（無論是鋼結構或是鋼筋混凝土結構）有一段距離，畢竟結構分析是在力學上的求解過程，其結構設計成果還需要一些轉換程序方能表現在BIM模型中，目前資訊的交換是其中一項重要課題。至於要完全以BIM來呈現分析的結果，則是仍需繼續努力的目標。

必須承認的是，BIM的分析引擎不論是結構分析或耗能分析，都屬於數值模擬，操作者必須先具備該項專業知識才能進行分析，否則將無法判讀分析結果的正確與否。本書的第二部分提供了耗能分析的需求計畫，可讓讀者更進一步追尋耗能與綠建築專業領域知識的方向。

估算的應用則是BIM一項直覺化的效益，前提是建模的內涵必須能表現出估算的數化與量化，但如此的認定會牽動的是商業行為（如採購、發包），而非工程的施工行為。成本等於數量與單價的相乘，因此每一商業個體所需的分項明細表會牽動估算模式，進而改變對BIM元件的深化程度。

估算的主軸為金額，而4D的主軸則在於時程管理的精進。在建立BIM 4D時，必須考慮其應是可被管理的模型。4D的最大效益在於表現時間控管，且同時能表現3D空間尺度。過去傳統甘特圖可以看出工地主管對於一個專案的計畫能力，而一旦進入4D的BIM模擬，就能更進一步看出工地主管調度配置的能力。因此，4D不僅僅是一個可動的模型動畫而已，其背後所隱含的是工程專案的價值判斷。

相對於機械電子類，建築土木行業的設計類別不一定比較多，其大致可分為建築、結構、機電三大類，各領域設計者最大的問題就在於對其他領域的設計往往一知半解，但各類設計的介面卻是相當複雜多樣。BIM的協同作業與碰撞檢測，無疑是回饋給設計師群，找尋彼此衝突性的良好方案。建築土木與其他機械電子製造業最大的不同在於「人」，因此需要一位BIM模型的管理者角色，作為彼此間的溝通橋梁，而BIM的協同作業與碰撞檢討也就在其中具有相當的重要性。雖然如此思考是正向的，但在實務上，機械電子類的設計是以機器在製造，成果與其設計之間幾乎無差異，但建築土木類的設計則是由人在製造，成果的差異較大。BIM可以解決設計者之間的差異，未來也期待能完全解決製造者與設計成果之間的差異。

過去在進入BIM領域時，通常要透過簡體書或原文書來學習。難得臺大BIM研究中心能在臺灣扮演領頭羊的角色，撰寫系列書籍，使學界或業界能有一個學習方向。本系列的第三冊即為一個分水嶺，前二冊為BIM的建置教學，本書則為BIM的應用。建模能力的訓練完成後，即是應用的開始，結構與耗能分析需要具備專業的本職學能後再進入BIM，而後續管理層面的BIM應用則更要持續累積經驗與智慧，方能使BIM的發展擁有無限的可能。因此本書可謂成為「匠」或「師」的分水嶺。

郭可侯（根基營造股份有限公司資深協理）

推薦序三

營建產業具有高投資金額、高風險及高度不確定性等特性，因此，專案執行過程中只要稍有疏失，極可能就會讓業主蒙受損失。然而，建築專案的開發過程需要高度仰賴不同領域的專家之間的協同合作，以克服複雜的設計與工程問題。傳統的2D設計方法難以完整地傳達建築師設計思維，且通常設計階段時程緊湊，缺乏足夠的專業整合時間，致使設計文件常發生錯、漏、碰、缺等問題。到了施工階段，營造廠如果在施工前沒有做好完善的清圖與施工介面整合，施工過程亦常衍生現場管線碰撞、圖說錯誤或資訊不足等問題，導致重工、返工、現場施工單位衝突，而直接影響工程品質、進度及產生成本上的損失。

近十多年來，國際營建產業新興BIM應用技術，以物件導向的3D幾何模型搭配元件資料庫系統，有助於建築物生命週期資訊履歷的保存與無縫傳遞，降低傳統作業流程因資訊斷層而產生的成本浪費。此外，BIM技術提供3D可視化模擬，有助於設計與施工過程之專業溝通整合，提供機電系統施工前整合套圖，預先排除管線衝突問題，避免傳統設計錯、漏、碰、缺等缺失困擾。參數化的BIM 3D幾何模型於設計階段可輔助節能優化設計、材料數量精確之核算檢討，並且可以配合IT技術進行4D（+時間軸）、5D（+資金流）、6D（+設施管理）等深化技術應用。諸多BIM技術應用之好處，促使先進國家紛紛將BIM納入公共工程之契約規範要求。

在世界各國之BIM技術發展推波助瀾之下，近年來國內部分公共工程亦開始將BIM納入契約工作範疇。然而，由於BIM技術學習門檻高，業界導入時皆聚焦於如何建模，卻忽略BIM效益發揮之重點在於如何用模。結果導致多數BIM專案建模與工作流程分離，業主花錢採購漂亮的BIM模型，卻未發揮預期的效益。

臺大BIM研究中心為國內BIM教育研究之領導單位，對於BIM技術教育推廣不遺餘力。自2009年成立以來，已經成功翻譯許多重要之國外BIM參考資料，出版《Revit在建築工程的應用》、《Revit在結構工程的應用》、《Revit在機電工程的應用》、《工程專案應用建築資訊模型之契約附件範本與解說》、《透過案例演練學習BIM：基礎篇》、《機電篇》等教學書籍，並配合線上e-learning課程提供動態的教學環境。對於業界有心學習BIM技術者，提供了完善的BIM教學資源。

《透過案例演練學習BIM：應用篇》一書，分別從結構分析與設計、綠建築節能設計、工程數量估算、4D工程進度管理、協同作業與碰撞檢測等方面介紹BIM應用功能（BIM Use），針對時下普遍被業界應用之BIM Use進行解說，進一步教導BIM應用之核心技術，有助於業界的理解，進而發揮BIM預期效益。本書將帶領國內BIM技術發展從建模提升到用模之層級，促使BIM專案發揮預期效益，值得向業界推薦。

陳清楠（陳清楠建築師事務所主持建築師）

推薦序四

最近這幾年BIM的技術不論是在軟體的發展上或是功能上都有長足的進步，也有越來越多的設計案，會在設計合約或是工程施工合約中，提出BIM建模服務的要求，建模的主要目的在於空間管理與衝突檢討，甚至可以直接利用BIM發展設計圖面，而對於空間特別複雜的特殊建築而言，BIM建模更是設計上非常重要的工具，得以達成過去2D作業不可能展現的細節。

這本以BIM實務應用為主題的中文書籍，內容包含了結構分析設計、綠建築、數量計算、工程進度、協同作業與衝突檢討等幾個章節，以一棟實際的建築物為主要核心資料庫，配合外掛軟體，匯出給其他不同的專業程式作為輸入檔案，減少重複建模的作業浪費與人為錯誤。

以結構設計來說，BIM軟體的功能並不在合理地模擬結構行為，所以要把BIM作為結構分析的輸入來源，勢必需要使用者在轉換過程中自行完成許多必要的設定，書中以CSI-ETABS為範例，實際演練轉換過程中必須注意的細節，然後才能得到合理的結構行為。目前實務界以BIM模型作為結構分析來源的經驗並不常見，主要的原因是BIM模型來源通常是其他設計單位建立，結構工程師可能會擔心模型轉換後會有很難被檢驗出的錯誤，而結構設計又必須面對公共安全的責任，所以各公司在結構分析設計ETABS建模上，一定也設有自己的內規來確保模型的正確性。從這個角度來看，本書的實例應用也是在建立一個轉換的規則上，藉此得到符合預期結構行為的模擬，已經可以說是BIM直接應用於結構分析的起手式。

目前綠建築設計與空間衝突的檢討工作，主要是由建築師來完成，在以Revit為平台的BIM建模上，建築的BIM已經可以發展到細部剖面圖的程度，無論日照分析與節能，或是環境風場等應用，也都有對應的工具來執行，甚至在工程初期設計階段就已經可以進行節能的應用分析。

書中第三章以BIM進行工程數量的計算，可以得到條列式的數量計算報表的成果，可以算是數量計算的初步應用範例，然而在工程實務上卻還有一段路要走。數量與價金本來就是很不好處理的苦差事，現在公共工程執行過程只要出現5%的數量計算誤差，設計單位可能就要挨罰。只能說期待有朝一日「人」都不必實際去執行數量計算，只要建立夠詳細的BIM資料庫，工程數量就可以自動產生。如此一來，電子領標時，主辦機關可以提供BIM檔案，廠商只要按一個鍵盤按鍵就可以計算出數量。目前市面上已經有把每一支鋼筋都輸入到BIM的工具軟體，許多公司與研發單位也都在進行相關研發，相信總有一天完整的3D BIM可以很快地轉換成3D製造圖與3D撿料應用，配合自動化的加工流程，把人為錯誤與浪費降到最低，把最值得給「人」做的工程判斷留給「人」。

本書中的應用實例操作，不論是對有經驗的設計師、工程師或是初學者，都可以從中得到啟發與入門之鑰。

栗正暐（群策工程顧問股份有限公司負責人／結構技師）

作者序（摘錄）

俗話說：「工欲善其事，必先利其器」，此話一點不假。本系列書籍之《基礎篇》與《機電篇》，主要就在於讓學習者先建立基本觀念及認識手上的工具，並牛刀小試，磨利要用來完善工作的器具。然而，第三冊《應用篇》則較為不同。由於BIM的應用層面廣泛，且未來還有可能繼續擴展，學習者和使用者如若未有此般認識，很可能白白浪費了BIM的價值。因此，手上有了工具、也懂得基本的使用方法之後，還要了解如何應用在各種不同的專業情境，如此才能發揮其最大的效益。而這也是《應用篇》希望達成的目的。

就學習BIM而言，《應用篇》也可說是學習分流的開端。本書第一章的結構分析與第二章的能源分析屬於較為專門的領域，適合有興趣及從事此專業的人士閱讀學習；而第三章的工程數量估算與第四章的工程進度管理，則仍屬於土木工程的基礎應用，至於第五章的協同作業與碰撞檢測，則屬於操作面上的應用議題，對於使用BIM技術進行專案管理的學習者來說，也是一定會遭遇到且無可迴避的狀況。因此，本書可說是集合了現今BIM的主要應用課題，剖析其梗概並介紹其用法，讀者可自行挑選所需的主題來學習。

謝尚賢、郭榮欽

推薦序
作者序
本書使用說明

第一章　應用BIM模型於結構分析與設計
1.0　導讀
1.1　結構分析，從BIM開始
1.2　數值模型，就在BIM模型裡
1.3　結構設計，在BIM結束

第二章　綠建築節能設計應用
2.0　導讀
2.1　綠建築節能設計與BIM
2.2　節能分析與BIM
2.3　擬定節能分析策略
2.4　案例模型介紹
2.5　案例分析

第三章　工程數量估算
3.0　導讀
3.1　簡介工程估算
3.2　調整BIM模型
3.3　擷取數量資訊
3.4　製作工程表單

第四章　工程進度管理應用
4.0　導讀
4.1　工程進度排程與4D模擬簡介
4.2　軟體安裝與模型準備
4.3　對應工作與項目
4.4　視覺化結果呈現

第五章　協同作業與碰撞檢測應用
5.0　導讀
5.1　模型整合與協同作業流程
5.2　區域檔案共享式的協同作業
5.3　雲端檔案共享式的協同作業
5.4　BIM模型的碰撞檢測

參考文獻