臺大謝尚賢：淺談BIM應用工具

序曲

CAD與BIM之異同

可能有不少人剛開始接觸BIM(BuildingInformationModeling)這個名詞時，會以為它只是一套新的3DCAD軟件，因為從視覺的靜態(tài)呈現(xiàn)上來看，他們的確十分相似，而就軟件工其的發(fā)展來說,BIM塑模(Modeling)工具的確也可算是CAD工具的進階發(fā)展。但是,為什么在許多場合，特別強調(diào)BIM工具與CAD工其之不同(或異同)筆者覺得主要有以下兩點考慮:

1.在土木工程領域里，大家長期以來所熟悉的CAD工其多只是幾何造型的建構與設計工具，而所產(chǎn)出的幾何模型，也都是點、線、面的集合體，其與工程實體的對應皆須由人來賦予及解讀。然而，今日BIM塑模工具則是強調(diào)對象他的參數(shù)模型建構，不僅能把與工程實體對象一一對應的虛擬對象組合起來以建構出3DBIM模型，亦能透過所謂的參數(shù)他塑模(ParametricModeling)技術,讓工具用戶輕易地調(diào)整模型對象或其集合體的幾何參數(shù)(例如，長、寬、高等)及幾何參數(shù)間之關連性(例如相等、等比例、相鄰、相切等)，來完成模型的建構與修改工作。

2.不若CAD模型多指幾何模型，BIM模型除了前述的對象他參數(shù)幾何模型外，更重視對象屬性信息(例如型號、材質、物理性質等)之建立與管理,以利模型生命周期中的各種應用，因此有區(qū)隔之必要。

BIM象征新技術新思維

此外，BIM技術雖是以BIM模型為基礎，但并不僅只是BIM模型的建構技術，而是涵蓋整個營建設施從規(guī)劃設計、建造、營運維護，一直到拆除的生命周期中，所對應BIM模型之建構及全生命周期信息管理與應用技術。因此，BIM應用工具涵蓋了在工程生命周期中建構、管理、與應用BIM模型時所需的各類工具。BIM技術并不只是軟件，它除了代表了一個新時代建筑營建產(chǎn)業(yè)技術應用與服務提供的新思維，也是一套管理與應用產(chǎn)品與制程信息的新技術。當然，工欲善其事，必先利其器，且工具之發(fā)展也可看成是技術進步之指標之一，因此自有其不可忽視之重要地位。

塑模、設計與成果展示

塑模工具需求保留各階段版本關聯(lián)

談到BIM技術之應用，常常大家第一個想到的就是BIM模型的建立，因為BIM模型不僅是BIM技術應用不可或缺之信息整合中心，也是BIM應用成果其體呈之重要載體。然而針對不同的使用者與不同的應用需求，各式各樣的BIM塑模(Modeling)工具就產(chǎn)生了。在這里我們用「塑模」而不用「建?！箒硗伙@BIM模型與CAD模型在建構上的邏輯與實質內(nèi)容皆有所不同。以下分兩點來討論對BIM塑模工具之需求與目前BIM軟件的發(fā)展現(xiàn)況:

1.建筑土木工程在不同的生命周期中(例如:規(guī)劃、初步設計、細部設計、施工、營運維護等)，對于工程信息有不同詳細程度之需求，因此BIM模型之發(fā)展多會分成不同階段，并對模型組件之信息詳細程度有不同要求。也會透過專業(yè)分工，由不同的專業(yè)人士(例如:建筑師、結構技師、空調(diào)技師、機電技師等)來負責不同階段之模型發(fā)展、修改與維護工作。因此，實際應用上，在不同的工程階段，BIM模型并不是一個單一的數(shù)字模型，也不是所有的人都在一個模型中工作，而會是隨著工程階段的推進，產(chǎn)生一系列BIM模型版本，而理想的情況是希望在這些版本間的信息關聯(lián)與演他過程都能被保存與應用。

在3D幾何模型的建構技術應用上，又必須結合如

B-Rep(BoundaryRepresentation)與CSG(ConstructiveSolidGeometry)等技術，來因應BIM模型在對象化、參數(shù)化、與自由曲面(Free-formSurface)上之需求，更增加了發(fā)展泛用型塑模軟件之難度。于是，目前的BIM塑模工具多是針對不同的專業(yè)人士來發(fā)展專屬工具或在朝向泛用型工具的發(fā)展努力中先進行一些功能上的客制化。雖然目前有IFC(IndustryFoundationClass)信息交換標準來協(xié)助BIM信息在不同軟件工具間之拋轉，但由于各軟件自身信息結構之復雜度及對IFC標準之支持程度不同，實務上仍是會碰到不少問題而需另外以人工補救。

至于維持一系列演他發(fā)展下來的BIM模型版本間的連結性與一致性，難度就更高了，這在單一軟件供貨商自家的系列產(chǎn)品中都還不易實現(xiàn)，但較有機會，而要不同軟件供貨商之工具間也能做到，那就更不用提了。

2.BIM塑模的情境可概分為兩種。第一種是在最理想的BIM應用情境中用來進行從無到有的建筑(或設施)設計活動，此時BIM塑模工具為專業(yè)的設計工具，應、要能提供在3D數(shù)字空空間中產(chǎn)生、定位、關聯(lián)、修改模型組件之各項功能。由于目前的工具應用界面多還是2D的屏幕視窗，因此如何讓使用者能輕易地在平面的窗口畫面中點選及定位3D物件，便是工具是否好用的重要關鍵之一。SketchUp軟件在這方面展現(xiàn)了不錯的能力，它目前只是幾何模型的建構工具，至于一些在臺灣常用的BIM塑模軟件，則還是多倚賴透過平面視圖來協(xié)助空間定位，甚至對象選取，操作上易產(chǎn)生錯覺與誤解，尤其是對初學者，所以還有相當多的進步空間。此外，雖說是從無到有的設計，但也常需要參考其它已完成之設計(例如機電設計得參考建筑及結構設計成果)，因此不同專業(yè)之BIM設計工具間的信息拋轉或參照，也是必須重視之議題。第二種情境則為針對已經(jīng)存在的建筑(或設施)實體(即已完工使用)或設計(即完成設計但尚未施工)進行塑模工作。此時又可分成兩種情形:

•有可供參考的2D圖面信息:

通常這些圖面是以紙本或CAD電子圖文件的方式存在，因此塑模者就根據(jù)圖文件中的信息來建構BIM模型。若有2DCAD圖檔(例如平面圖、立面圖、與剖面圖等)則可利用大多數(shù)BIM塑模軟件提供的功能來先匯入這些CAD圖當成參考底圖，以利抓取精確的坐標與尺寸信息來協(xié)助建模。

•無可供參考的2D圖面信息:

此時就必須先進行測量工作來掌握建筑物(或設施)的各組件尺寸與坐標信息，再進行塑模工作。而量測工作，除了利用傳統(tǒng)的測量儀器以外，近年來也有許多利用雷射掃描技術來取得對象表面點云信息，再以之當成參考信息，或透過一些將點云信息轉換為幾何對象之輔助工具，來協(xié)助幾何模型的建構。由于雷射掃描只能取得表面的點云信息，且以自動他方式從點云中擷取幾何形狀之技術還處于研發(fā)階段，雖然一些塑模工具也有提供一些能處理點云之功能，但這方面之應用還不普遍。

從BIM應用實務上來說，因為目前從生命周期一開始就導入BIM的案例還較有限，且相對于現(xiàn)有建筑物修(擴)建與使用維護之應用來說，新建工程之BIM應用相對有限，因此對于第二種塑模情境之需求(即對現(xiàn)存建筑實體或設計之塑模)反而較高。若能有效整合量測工具與BIM塑模工具來快速且低成本地完成模型建構，將會讓BIM技術的應用更加普及。

檢視模型成果兩種途徑

過去CAD工具之工程應用雖也需要一些工程專業(yè)知識，但或許除了建筑造型與空間設計以外，還不能算是專業(yè)的工程設計工具，只能算是表達設計成果的繪圖工具。然而，今日BIM設計工具已經(jīng)是專業(yè)設計工具，使用者必須具備足夠之專業(yè)知識與經(jīng)驗，才能正確且精準地操作及建構出具有工程應用價值之模型。一旦BIM設計模型完成，設計成果便可以透過多種的3D模型展示(例如:利用不同視角、透視、隱藏部分對象等方式)或搭配可從3D模型自動產(chǎn)出之2D平面、立面、剖面圖等來呈現(xiàn)。此外，由于是專業(yè)設計工具，自然要具有一些能輔助專業(yè)設計之智能(Intelligence)，使用者在操作上當然也要符合一定之設計邏輯。因此，使用者操作接口設計之親和性與直覺性、輔助設計功能之智能他與自動化程度、基本設計對象庫之完整度、及工具所能提供的客制他與擴充性彈性，例如:所開放之API(ApplicationProgrammingInterface)功能是否強大，都是評估BIM設計工具優(yōu)劣之重要指標。

除了在BIM設計工具中可以展示設計成果以外，還可以用BIM模型檢視器(ModelViewer)來檢視BIM模型成果。就類同于PDF文件閱讀器(Reader)般，BIM模型檢視器也是只能用來檢視BIM模型及屬性數(shù)據(jù)，但不能修改模型信息，而且也多是可免費自由下載的。此類檢視器通常能讀取多種模型檔案格式，并能將分別讀進來的多個檔案中的模型整合呈現(xiàn)，也讓使用者在模型中注記文字，甚至進行碰撞檢查、營建過程動態(tài)、展示、與BIM模型內(nèi)之定點環(huán)場瀏覽或查走(WalkThrough)。近年來，由于網(wǎng)絡與手持裝置(例如手機與平板計算機等)之進步，也已有一些可在手持裝置中執(zhí)行的BIM模型檢視器。相信配合云端技術的發(fā)展，將來要隨時隨地檢視BIM模型成果會越來越容易。