台大谢尚贤：浅谈BIM应用工具

序曲

CAD与BIM之异同

可能有不少人刚开始接触BIM(BuildingInformationModeling)这个名词时，会以为它只是一套新的3DCAD软件，因为从视觉的静态呈现上来看，他们的确十分相似，而就软件工其的发展来说,BIM塑模(Modeling)工具的确也可算是CAD工具的进阶发展。但是,为什么在许多场合，特别强调BIM工具与CAD工其之不同(或异同)笔者觉得主要有以下两点考虑:

1.在土木工程领域里，大家长期以来所熟悉的CAD工其多只是几何造型的建构与设计工具，而所产出的几何模型，也都是点、线、面的集合体，其与工程实体的对应皆须由人来赋予及解读。然而，今日BIM塑模工具则是强调对象他的参数模型建构，不仅能把与工程实体对象一一对应的虚拟对象组合起来以建构出3DBIM模型，亦能透过所谓的参数他塑模(ParametricModeling)技术,让工具用户轻易地调整模型对象或其集合体的几何参数(例如，长、宽、高等)及几何参数间之关连性(例如相等、等比例、相邻、相切等)，来完成模型的建构与修改工作。

2.不若CAD模型多指几何模型，BIM模型除了前述的对象他参数几何模型外，更重视对象属性信息(例如型号、材质、物理性质等)之建立与管理,以利模型生命周期中的各种应用，因此有区隔之必要。

BIM象征新技术新思维

此外，BIM技术虽是以BIM模型为基础，但并不仅只是BIM模型的建构技术，而是涵盖整个营建设施从规划设计、建造、营运维护，一直到拆除的生命周期中，所对应BIM模型之建构及全生命周期信息管理与应用技术。因此，BIM应用工具涵盖了在工程生命周期中建构、管理、与应用BIM模型时所需的各类工具。BIM技术并不只是软件，它除了代表了一个新时代建筑营建产业技术应用与服务提供的新思维，也是一套管理与应用产品与制程信息的新技术。当然，工欲善其事，必先利其器，且工具之发展也可看成是技术进步之指标之一，因此自有其不可忽视之重要地位。

塑模、设计与成果展示

塑模工具需求保留各阶段版本关联

谈到BIM技术之应用，常常大家第一个想到的就是BIM模型的建立，因为BIM模型不仅是BIM技术应用不可或缺之信息整合中心，也是BIM应用成果其体呈之重要载体。然而针对不同的使用者与不同的应用需求，各式各样的BIM塑模(Modeling)工具就产生了。在这里我们用「塑模」而不用「建模」来突显BIM模型与CAD模型在建构上的逻辑与实质内容皆有所不同。以下分两点来讨论对BIM塑模工具之需求与目前BIM软件的发展现况:

1.建筑土木工程在不同的生命周期中(例如:规划、初步设计、细部设计、施工、营运维护等)，对于工程信息有不同详细程度之需求，因此BIM模型之发展多会分成不同阶段，并对模型组件之信息详细程度有不同要求。也会透过专业分工，由不同的专业人士(例如:建筑师、结构技师、空调技师、机电技师等)来负责不同阶段之模型发展、修改与维护工作。因此，实际应用上，在不同的工程阶段，BIM模型并不是一个单一的数字模型，也不是所有的人都在一个模型中工作，而会是随着工程阶段的推进，产生一系列BIM模型版本，而理想的情况是希望在这些版本间的信息关联与演他过程都能被保存与应用。

在3D几何模型的建构技术应用上，又必须结合如

B-Rep(BoundaryRepresentation)与CSG(ConstructiveSolidGeometry)等技术，来因应BIM模型在对象化、参数化、与自由曲面(Free-formSurface)上之需求，更增加了发展泛用型塑模软件之难度。于是，目前的BIM塑模工具多是针对不同的专业人士来发展专属工具或在朝向泛用型工具的发展努力中先进行一些功能上的客制化。虽然目前有IFC(IndustryFoundationClass)信息交换标准来协助BIM信息在不同软件工具间之抛转，但由于各软件自身信息结构之复杂度及对IFC标准之支持程度不同，实务上仍是会碰到不少问题而需另外以人工补救。

至于维持一系列演他发展下来的BIM模型版本间的连结性与一致性，难度就更高了，这在单一软件供货商自家的系列产品中都还不易实现，但较有机会，而要不同软件供货商之工具间也能做到，那就更不用提了。

2.BIM塑模的情境可概分为两种。第一种是在最理想的BIM应用情境中用来进行从无到有的建筑(或设施)设计活动，此时BIM塑模工具为专业的设计工具，应、要能提供在3D数字空空间中产生、定位、关联、修改模型组件之各项功能。由于目前的工具应用界面多还是2D的屏幕视窗，因此如何让使用者能轻易地在平面的窗口画面中点选及定位3D物件，便是工具是否好用的重要关键之一。SketchUp软件在这方面展现了不错的能力，它目前只是几何模型的建构工具，至于一些在台湾常用的BIM塑模软件，则还是多倚赖透过平面视图来协助空间定位，甚至对象选取，操作上易产生错觉与误解，尤其是对初学者，所以还有相当多的进步空间。此外，虽说是从无到有的设计，但也常需要参考其它已完成之设计(例如机电设计得参考建筑及结构设计成果)，因此不同专业之BIM设计工具间的信息抛转或参照，也是必须重视之议题。第二种情境则为针对已经存在的建筑(或设施)实体(即已完工使用)或设计(即完成设计但尚未施工)进行塑模工作。此时又可分成两种情形:

•有可供参考的2D图面信息:

通常这些图面是以纸本或CAD电子图文件的方式存在，因此塑模者就根据图文件中的信息来建构BIM模型。若有2DCAD图档(例如平面图、立面图、与剖面图等)则可利用大多数BIM塑模软件提供的功能来先汇入这些CAD图当成参考底图，以利抓取精确的坐标与尺寸信息来协助建模。

•无可供参考的2D图面信息:

此时就必须先进行测量工作来掌握建筑物(或设施)的各组件尺寸与坐标信息，再进行塑模工作。而量测工作，除了利用传统的测量仪器以外，近年来也有许多利用雷射扫描技术来取得对象表面点云信息，再以之当成参考信息，或透过一些将点云信息转换为几何对象之辅助工具，来协助几何模型的建构。由于雷射扫描只能取得表面的点云信息，且以自动他方式从点云中撷取几何形状之技术还处于研发阶段，虽然一些塑模工具也有提供一些能处理点云之功能，但这方面之应用还不普遍。

从BIM应用实务上来说，因为目前从生命周期一开始就导入BIM的案例还较有限，且相对于现有建筑物修(扩)建与使用维护之应用来说，新建工程之BIM应用相对有限，因此对于第二种塑模情境之需求(即对现存建筑实体或设计之塑模)反而较高。若能有效整合量测工具与BIM塑模工具来快速且低成本地完成模型建构，将会让BIM技术的应用更加普及。

检视模型成果两种途径

过去CAD工具之工程应用虽也需要一些工程专业知识，但或许除了建筑造型与空间设计以外，还不能算是专业的工程设计工具，只能算是表达设计成果的绘图工具。然而，今日BIM设计工具已经是专业设计工具，使用者必须具备足够之专业知识与经验，才能正确且精准地操作及建构出具有工程应用价值之模型。一旦BIM设计模型完成，设计成果便可以透过多种的3D模型展示(例如:利用不同视角、透视、隐藏部分对象等方式)或搭配可从3D模型自动产出之2D平面、立面、剖面图等来呈现。此外，由于是专业设计工具，自然要具有一些能辅助专业设计之智能(Intelligence)，使用者在操作上当然也要符合一定之设计逻辑。因此，使用者操作接口设计之亲和性与直觉性、辅助设计功能之智能他与自动化程度、基本设计对象库之完整度、及工具所能提供的客制他与扩充性弹性，例如:所开放之API(ApplicationProgrammingInterface)功能是否强大，都是评估BIM设计工具优劣之重要指标。

除了在BIM设计工具中可以展示设计成果以外，还可以用BIM模型检视器(ModelViewer)来检视BIM模型成果。就类同于PDF文件阅读器(Reader)般，BIM模型检视器也是只能用来检视BIM模型及属性数据，但不能修改模型信息，而且也多是可免费自由下载的。此类检视器通常能读取多种模型档案格式，并能将分别读进来的多个档案中的模型整合呈现，也让使用者在模型中注记文字，甚至进行碰撞检查、营建过程动态、展示、与BIM模型内之定点环场浏览或查走(WalkThrough)。近年来，由于网络与手持装置(例如手机与平板计算机等)之进步，也已有一些可在手持装置中执行的BIM模型检视器。相信配合云端技术的发展，将来要随时随地检视BIM模型成果会越来越容易。