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【節錄】應用BIM建構居家空間室內智慧履歷

作品

論文名稱【節錄】應用BIM建構居家空間室內智慧履歷

作者羅啟三

校院名稱中原大學

指導教授倪晶瑋、曹拯元

口試委員陳夏宗、謝明燁

口試日期2017年7月19日

學位類別碩士

系所名稱建築研究所

論文出版年2017

關鍵詞BIM、參數式物件導向、室內設施管理與維護




摘要
建築資訊模型(Building Information Modeling,簡稱BIM)的新概念新技術,具有高效能、高精度、同步化的技術變革,且具有連結3D即時分析的能力,對於建築生命週期之規劃、設計、施工、營運、維護管理與拆除,提供最佳的技術整合與訊息記錄。然而,目前BIM的概念與技術,仍普遍以建築應用為主,在室內設計領域與居家空間智慧履歷應用極少。因此,本研究企圖為住安問題提供一份居家智慧履歷證明;其功能如房屋所有權狀與健保卡一樣,記錄居家空間所有資訊,包含:完整室內裝修材料、管線設備、保固合約、竣工圖與相關維護文件。

主要研究目的為:如何導入BIM於室內設計領域,建構室內空間從設計、模擬、發包、施工到竣工之專案紀錄,產出一份完整的竣工圖說,亦即,建立一份「居家空間室內智慧履歷」,做為居家多方面管理應用之依據。

研究方法為:將BIM導入二個住宅專案,建構模擬分析,針對不同階段建立完整的分析圖說,再經由比較、討論,得到以下3點結論:(1)室內設計領域建構智慧履歷之目的;(2)室內設計所需之智慧履歷內容與交付項目;(3)建築與室內設計領域BIM合約成本比較,最終證明BIM應用於室內設計領域是可行的。

一、緖論
本研究主要在探討BIM應用於室內設計領域與建構居家空間智慧履歷之可行性,居家空間智慧居家履歷不同於建築物設施維護管理的定義,二者之間在於設計營造端與維護使用端的差別。建築生產履歷呈現營建產業全生命周期的規劃設計、營造施工、營運維護過程完整的資料紀錄;具有公開性透明化與標準化,包含建築、結構、機電、能源分析、裝修材料、設備器材與竣工圖說完整一致,可隨時被檢驗與調閱參考,且供給永續未來營運維護設施管理的一份重要數位化文件。而居家空間室內智慧履歷則是延續其資源將可用資訊篩選後,再結合居家私有空間建構新的BIM專案資訊,取得一份完整居家空間智慧履歷,如同建築物所有權狀與健保卡一樣,直接交付給與使用者作為居家設施資產證明,更可結合物業管理以利後續的延伸應用與營運維護。

食安問題需要食物完整的生產履歷,而住安問題也需要一份居家智慧履歷證明;其主要功能如同房屋所有權狀與健保卡一樣,記錄著居家設備的所有資訊,包含完整室內面積、裝修材料、管線配置、產品設備、保固合約、與全套施工圖(圖 1)。

而這些資訊有效減少對居家空間隱藏在天花板、地板、牆內的管線路,所無法眼視目測預期之潛在危險性。當檢修技術人員要維修居家設備,BIM智慧履歷可以提供這些產品使用說明資訊與設備保固合約期限之重要資料證明,且可記錄居家安全之重點檢修紀錄,達到居家空間永續生命周期最佳目的。

基於上述研究背景與動機,本研究主要目的如下:
1.探討國內以BIM新概念、新技術,導入室內設計領域之應用。
2.藉由二個案例建構BIM在室內設計領域之標準作業流程。
3.分析比較傳統CAD與創新BIM技術之差異性。
4.找出BIM技術應用在室內設計領域,從設計、模擬、施工、竣工到維護管理,應有之圖資內容及文件的專案紀錄(圖 2)。




二、文獻回顧
經由國內外相關文獻回顧,包括「住宅設施管理應用」、「建築物設施管理系統」、「電子履歷系統之建置」、「建築物生產電子履歷與設施管理系統」分析整理出以下幾點未臻完美的條件內容:
1.分析相關文獻多數以BIM建築設施管理系統做研究方向,並無針對室內居家設施管理來分析與建置。

2.目前文獻有針對電子履歷系統建置之相關研究,但僅限於建築工程施工階段,而並未擴充到使用端的延續,如《建築工程施工階段電子履歷系統之建置》(郭哲瑜,2009)。

3.所有BIM模型元件資訊,都普遍應用於整個營造施工端所能解析之部分,如建築基本元素、品類、結構樑柱樓板、門窗等,並無針對使用端之裝修設備設施材料應用,因此無法有效率傳達BIM元件資訊模型對於使用端確切需要之各項設備、期限、空間、能源分析等的明細表單。

4.並未提供居家空間使用端設備元件,應用科技化行動裝置連結,立即查詢相關設備管線資料,因而無法達到完善的生活化管理維護之目的。

5.雖有列出詳細綱要碼與文件碼,且僅對公共工程為使用範圍,但未能完全盡述相關室內能源與元件產品、使用期限耐久性與能源解析性質等。

三、BIM案例建構與比較
依BIM專案的流程執行計劃,收集不同案例資料之差異性,針對兩個不同格局之大小坪數案例,依標準作業程序(Standard Operating Procedures, SOP)進行BIM的專案建構,專案模型主要以室內居家空間案例為研究分析主題。透過現有建築、結構元素來賦予新的室內設計構思,以Revit建立居家室內空間BIM模型,最終可作為本研究的成果分析比較與結論。

1.    案例1(電梯大樓住宅)



本案為電梯大樓住宅舊屋單層裝修設計案,以Revit程式工具技術平台依住屋現況格局之基本元素、面積、樓板、梁柱、廁所、門窗等,依客戶需求重新賦予室內空間設計規劃,從設計施工到最後完工所產出的竣工圖說,包含自訂元件族群深化度。

而本專案主要特色在於以BIM模型整合機電,裝修材料與設備資訊,模擬取得各項圖說、數量明細、面積與裝修材料,包含一切專案完整資訊,完成BIM專案交付之程序。




2.案例2(新建工程毛胚屋裝修)



本案為新建工程毛胚屋裝修設計案,針對建案事前依客戶之需求討論規劃設計進行客變圖之消防、機電、給排水、弱電及相關管線進行異動變更,到建案完成毛胚交屋,整個過程進行BIM室內裝修案例之研究討論。首先取得本案之區域位置圖,專案執行前將案例2(新建大樓)BIM建築3D模型設定空間體積匯出gbxml後,經由Ecotect讀取,取得相關房間與表面分析之數據,未來可作空間體積能源、全年耗電量、空調節能省電、日照陰影、太陽熱輻射、通風氣流等,各種模擬分析(圖5至圖8)。



3.BIM專案施工前碰撞衝突檢討
室內空間專案設計,整合機電、結構施工前可以利用BIM模型做衝突檢討,發現問題即時修正避免施工階段發生不可預期之嚴重損失,完工後可針對隱藏式的管線有所參考依據,未來維護管理更方便(圖 9)。



四、結果與討論
1.BIM專案分析與討論
本研究主要以BIM概念與技術應用在室內設計領域,而重點則以建構居家空間室內智慧履歷為最終目的。彙整第二章文獻分析與第三章案例分析,針對BIM應用室內設計領域列舉本章節之討論重點如下: 
(1)目前BIM的新概念、新技術,仍普遍以建築應用為主,而在室內設計領域應用極少,經由相關文獻彙整分析其優缺點,討論比較建築與室內應用BIM之差異,提出國內以BIM導入室內設計領域與實務之應用,藉由二個案例建構擬定BIM標準作業流程,進行實際演練分析其專案執行前後可能遇到之困境,作為本研究之重點依據。

(2)以BIM導入室內設計領域,分析比較傳統CAD與創新BIM技術之差異性,同時針對建築與室內應用BIM建構之模型比較,在不同階段有不同LOD之詳細等級需求,以及BIM模型智慧產權合約制定等;藉由章節討論驗證BIM應用於室內裝修之可行性與實質效益,取得未來競爭之絕對優勢,創造更多的室內產業價值。

(3)如何應用BIM技術建構室內空間從設計、模擬、發包、施工到竣工的專案紀錄,彙整BIM的竣工模型與相關文件,完工驗收以IPD專案交付方式呈現給居家空間使用者,而最終之目的,則是以BIM專案完整資訊產出一份居家空間室內智慧履歷,做為居家使用者必備之數位證明文件,提供未來設施設備進行維修服務與營運管理之用途,甚至可延伸物業管理與更多方面之應用。

2.室內設計領域,BIM模型LOD等級之呈現
在室內設計廚具設備BIM模型LOD等級之呈現方面,可如圖10所示   
(1)LOD 100-200:設計階段呈現櫥櫃流理台,包含元件名稱尺寸數量。

(2)LOD 300-400:施工階段呈現施工細部大樣與圖資,符合法規之施工規範,元件組裝資訊與廠商名稱、材質、尺寸、數量、位置方位。

(3)LOD 500:完工驗收竣工呈現之櫥櫃流理台,為竣工後現況與BIM模型一致,包含機電、空調管路、設備,符合未來設施管理所需之資訊。




3.BIM專案竣工圖說與相關文件



4.BIM應用在室內設計領域之優勢
研究結果分析BIM應用在室內設計領域之優勢如下:
1.BIM的視覺化模擬優勢
2.BIM做為與業主溝通的強力工具
3.BIM做為工班與廠商合作的互動介面
4.BIM使隱藏式設備管線明眼可見
5.BIM可協同整合創造更大獲利價值

甚至,可再多元化延伸如下:
(1)全套施工圖說與竣工圖的完整記錄,可作維修檢測更精準參考之依據
(2)消防、保全智慧監控系統之延伸應用
(3)晶片掃描或QR-Code數位條碼連結雲端查詢資訊
(4)BIM模型未來結合AR 、VR、 MR更多面向虛擬世界結合,利用VR瀏覽室內居家空間場景,竣工後可以VR瀏覽居家隱藏式之管線設備
(5)可供居家無障礙空間老人長照2.0之延伸智慧監控系統與應用管理
(6)房屋買賣產權移轉之最佳完整重要權狀證明文件
(7)未來居家維護、營運管理更加方便(圖 12)



5.綜合結果分析
經由二個不同格局之大小坪數案例,進行BIM的專案建構,不同階段所得之成果分析比較與驗證,呈現所有相關資料(如圖13)。



五、結論與建議
本研究主要秉持以「應用BIM建構居家空間室內智慧履歷」之理念,分析住安問題之居家空間智慧履歷。「居家空間室內智慧履歷」如同建築物所有權狀與健保卡一樣,記錄著居家空間、設施設備與檢修紀錄,保固合約和使用維護;包含空間面積、裝修材料、管線配置、產品設備、保固合約、檢修紀錄與全套竣工圖等所有資訊。藉由BIM之新概念新技術,導入室內設計領域,共同創建居家空間智慧履歷。經由案例模擬分析實際驗證結果,證明其可行性優勢與未來效益。研究結果得知:室內設計領域之智慧履歷,對居家空間設施使用與維護管理有其必要性,除可避免維修所造成之誤鑿壁體或樓板問題協助個人居家安全維護之目的外,未來更可結合物業管理達到居家智慧生活永續發展。

本研究經前述章節之探討與案例建構模擬分析驗證,得到以下結論:

1.室內設計領域建構智慧履歷之重要性:
(1)解決居安常見問題:居家裝修材料常有無法預見之甲醛、防火等級、抗震、耐固、且有危害人體安全問題,而智慧履歷則詳細記載這些材料資訊。減少對居家空間隱藏在天花板、地板、牆內的管線路,所無法眼視之潛在危險性。BIM精確視覺化呈現室內設備管線位置,有效解決居家常見住安問題。

(2)居家完整資訊記錄:以BIM技術應用在室內設計領域、從設計、模擬、發包、施工、竣工到後續維護管理,呈現「居家空間室內智慧履歷」完整區域面積、裝修材料、管線配置、產品設備、保固合約、與全套竣工圖,整合各項之圖說內容及專案紀錄。

(3)維護檢修重要依據:居家空間智慧履歷提供專業工程維修人員查核檢驗更換零件或維修的參考依據,解決居家一些看不見隱藏設備管線之正確位置,減少無法預期毀損之結果。 

(4)居家產權證明文件:BIM專案完整資訊產出一份居家空間室內智慧履歷,做為居家使用者必備之數位證明文件,提供實際運作性能、資產管理。

(5)未來延伸更多應用:未來結合雲端資料庫與行動手持裝置立即查詢元件相關資訊,發現設備元件機電管路異常故障時,立即透過雲端線上報請檢測維修,達到未來智慧化生活服務管理與使用維護,提供未來設施設備進行維修服務、防災保全與營運管理之用途,甚至可延伸更多方面之應用。

2.智慧履歷所需交付之項目:
在室內設計領域檢視其BIM建構之智慧履歷所需內容資料
以IPD(Integrated Project Deliver, IPD)專案交付方式之項目如下:
(1)專案施工圖(室內設計)
(2)BIM-3D模型(專案交付IFC、NWD格式檔案)
(3)相關設備規格與規範說明
(4)施工紀錄(照片或影片)
(5)設備產品使用手冊與證明文件
(6)設備保固合約
(7)檢測維修紀錄:包含管線位置、瓦斯、開關、總電源開關箱等。
(8)相關產品網站連結
(9)BIM智慧履歷紙本手冊、DVD光碟或USB行動碟與雲端儲存媒體
(10)交付對象:設計師、居家使用者或物業管理。

3.後續研究建議:
本研究彙整相關文獻,經由案例分析討論與實例驗證結果,建構出一份居家空間智慧履歷。未來,期許經本研究之拋磚引玉效果能帶動後續研究者,在以下各項繼續鑽研:
(1)擴展至不同室內空間領域:現階段仍處BIM導入室內設計領域之困境期,因此本研究案例分析與模擬驗證,僅限一般居家空間為例,建議後續研究可從居家空間,擴展到更多不同室內空間領域之商業空間、辦公空間、醫療空間、文教空間或整個社區環境。

(2)協同建構深化元件與管理:在室內設計領域BIM相關元件大幅欠缺,期許生產製造商建構自家產品,依不同LOD等級完整資訊之模型元件,置入合乎本土化施工規範說明文件及更多資訊。建議利用BIM模型深化元件分類與資料庫管理方式,結合智慧管理系統發揮更多室內設計領域之應用。

(3)明訂模型標準與智慧產權:分析目前室內裝修材料與設備族群繁雜,針對BIM模型建構更需要詳細等級制訂,以利於室內設計模型更符合BIM專業標準要求。而如何使元件庫受到保護將是一個重要議題,強烈建議明訂BIM模型智慧產權合約,逐一條例提出更多模型標準之訂立與規章,才能有更多的智慧產權保障。

(4)未來結合雲端與延伸應用:以BIM之新技術優勢,建議善用BIM模型數位化資訊整合智慧管理系統,結合行動裝置(掃描QR-Code數位條碼)或晶片卡,透過智慧管理系統連結雲端做相關資訊查詢與即時檢測維修,推展至更多面向的延伸應用,可望進入居家空間智慧生活全民化的新里程,同時更利於BIM導入室內設計領域之未來優勢。

六、參考資料
1.李秉穎 (2013),〈美國BIM標準代碼連結臺灣地區營建資訊之可行性研究〉,中華大學碩士論文。
2.林淑芬(2014),〈BIM技術在住宅設施管理應用模式之研究〉,臺北科技大學土木工程系(碩士在職專班)論文。
3.郭哲瑜(2009),〈建築工程施工階段電子履歷系統之建置〉,中華大學/營建管理研究所碩士論文。
4.張國章 (2016) ,(建築生產履歷),台灣BIM未來研討會。
5.張詠翔 (2015) ,〈BIM導入學校類建築設施管理之研究-以小學綠建築能源設備管理為例〉,國立臺北科技大學設計學院/建築與都市設計研究所碩士論文。
6.謝定亞(2010),《台灣BIM首航-綠建築設計與BIM實際導入經驗分享》序文, Autodesk、聯強國際。
7.簡士凱(2011),〈使用BIM建立建築物設施管理系統〉,中華大學營建管理學系碩士班論文。
8.羅啟三(2010),BIM在室內設計業應用Revit 提升生未來競爭力《台灣BIM首航-綠建築設計與BIM實際導入經驗分享》P.101, Autodesk、聯強國際。
9.羅啟三(2016),〈應用BIM建構(居家空間)智慧履歷之研究〉,台灣建築學會第二十八屆建築研究所成果發表會小論文發表。
10.羅啟三(2017),《BIM技術與趨勢》,台灣建築資訊模型協會專刊,P.53, 城邦印書館。

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