中華大學 碩士論文 由建築資訊模型提取鋼筋混凝土工程數量之應用實證 Verification of Quantity Takeoff from BIM Based Models of Reinforced Concrete Structure 系所別 : 土木工程學系碩士班 學號姓名 :M09704021 指導教授 : 邱垂德 陳景田 博士 中華民國 100 年 7 月
摘要 工程預算掌控為建築專案能否成功的關鍵因素, 工程估算的核心基礎是工程數量再配以資材單價而成, 由設計圖資中提取工程數量, 是目前工程估價實務中, 最繁雜且最耗費人力的工作 近年來三維設計愈來愈普遍, 不同軟體的協作能力也已逐漸提昇, 更有物件導向及關聯資料庫搭配, 形成所謂建築資訊模型 (Building Information Modeling, 簡稱為 BIM) 工具, 除了在設計及繪圖的層面上, 減少了許多錯誤外, 也可自動提取工程數量的資訊 本研究以建設公司實際進行中的一棟鋼筋混凝土大樓建案做為實證標的, 依照該建案的二維設計詳圖, 應用 BIM 工具製作建築空間模型及鋼筋混凝土結構模型, 經核對檢查消除二維轉三維的問題後, 嚐詴由所建的三維模型中提取工程數量, 並與建設公司的傳統專業估算進行比對, 藉以探討 BIM 工具在工程數量輸出的相關議題 本案的實證經驗顯示, 在混凝土部分 BIM 提取的數量只與傳統專業估算的數量少 0.53%, 但因計算方式的不同, 而有不同構件數量上的差異 在鋼筋部分, 以設計模型提取的數量加上梁柱主筋搭接修正後, 與傳統專業估算的數量差異, 皆在容許損耗以內, 足證以 BIM 設計模型提取的鋼筋數量, 經梁柱主筋搭接修正後, 可達到與傳統估算相同的精度 關鍵字 : 建築資訊模型 工程數量計算 鋼筋混凝土建築 i
Abstract Budget Control, composed mainly of quantity and unit price, is one of the key successful factors of construction projects. Traditional processes for budgeting relies on estimation of quantities by manual interpretation of 2D design drawings, which turns out to be extremely complicated and time consuming in engineering practice. Recently, with the popularity of 3D design, object oriented programming, and agreement of interoperability among software vendors, building information modeling (BIM) would not only be a visualized communication tool for collaboratively design buildings in order to eliminate much of the waste, error, and inefficiency, but also as a base for speeding up the quantity take-off. The aim of this particular study is to verify the quantities of concrete and steel taken off from the BIM models of a 12-story reinforced concrete building by comparison with traditional estimation of the same project. Although the quantity is not automatically taken off, it has been shown that with BIM models, a visualized estimation could be performed rapidly and precisely. The amount of concrete estimated from BIM model is only 0.53% less than that of conventional estimation. With addition of lapped length, the difference of total reinforcement between the two methods is less than the allowable tolerance. Keywords: BIM Quantity Takeoff Reinforced Concrete Building ii
誌謝 承蒙恩師邱垂德博士在景田碩士班求學期間, 對於景田處事態度的指點與教導, 對於論文研究給予學術上的建議與指導, 使景田獲益良多, 不僅於處理課業上的態度, 更獲得許多待人處事的道理 恩師認真負責的處事態度及嚴謹的治學精神, 為景田一生的典範 師恩浩蕩, 如沐春風, 景田將永存於心 本論文撰寫初成期間, 承蒙本校徐增興教授 明新科技大學張家瑞教授 臺北科技大學林祐正教授, 擔任審核委員, 給予景田指證疏漏與觀念澄清, 並惠賜寶貴意見, 使得本論文得以更加詳實完備, 在此由衷敬上最誠摯的謝意 在求學期間感謝大硯建設公司謝偉文經理及工地陳致成主任, 於專業領域給予教導, 支持本研究進行並給予最大的協助, 使得本論文得以順利完成, 至上最高的謝意 感謝同窗好友顯硯 文俊 銍瑋 豎程 貽明 奕軒 士種, 學弟懷德 玉國 正豐 多芬 央達相互扶持與鼓勵 ; 學長理成 偉成 家豪 思捷的協助與指導, 感謝大家陪伴我度過這歡笑 辛苦 收穫的三年 最後感謝敬愛的家人及女友, 在研究所繁重課業背後支持與鼓勵, 讓我無後顧之憂完成學業, 在此至上最誠摯的謝意 陳景田謹致於中華大學 2011.07 iii
目錄 摘要... i Abstract... ii 誌謝... iii 目錄... iv 表目錄... vi 圖目錄... vii 第一章緒論... 1 1.1 研究動機... 1 1.2 研究目的... 1 1.3 研究範圍與限制... 2 1.4 研究方法流程與論文架構... 2 第二章文獻回顧... 4 2.1 建築工程估價... 4 2.1.1 工程估價... 4 2.1.2 估價種類... 4 2.1.3 工程項目之估價... 6 2.1.4 結構工程數量計算公式... 7 2.1.5 電腦在工程估算之應用... 8 2.2 建築資訊模型 (BIM)... 9 2.2.1 BIM 之概念... 9 2.2.2 BIM 應用於 AEC 產業之優點... 10 2.2.3 BIM 模型提取工程數量... 11 2.3 工程估算相關文獻... 13 第三章研究方法與流程... 16 3.1 方法流程... 16 3.2 實證個案... 17 3.3 建築資訊模型建置... 17 3.3.1 建置建築模型... 17 3.3.2 建置結構模型... 24 3.4 驗證方法... 34 第四章結果與討論... 36 iv
4.1 圖面轉換發生之問題... 36 4.1.1 建置建築模型之議題... 38 4.1.2 建置鋼筋模型... 52 4.1.3 小結... 54 4.2 混凝土數量比對... 55 4.2.1 差異比較... 55 4.2.2 構件接合處計算核對... 56 4.2.3 小結... 62 4.3 鋼筋數量比較... 63 4.3.1 差異比對... 63 4.3.2 設計模型與施工模型之差異... 64 4.3.3 小結... 68 4.4 與工地數量差異比較... 68 第五章結論與建議... 71 5.1 結論... 71 5.2 建議... 72 參考文獻... 73 v
表目錄 表 2.1 依精細程度估算之比較表... 5 表 2.2 工程估算難易度... 7 表 2.3 本研究建案專業傳統估算採用之混凝土與鋼筋數量計算公式... 8 表 3.1 大硯二宅辦公室及集合住宅新建工程... 17 表 4.1 二維圖面轉成三維模型產生之議題... 37 表 4.2 本研究建案由 BIM 模型提取與傳統估算的混凝土數量差異比較表... 56 表 4.3 本研究建案專業傳統估算採用之混凝土數量計算公式... 56 表 4.4 本研究建案由 BIM 模型提取與傳統估算的鋼筋數量差異比較表... 64 表 4.5 本研究建案專業傳統估算採用之鋼筋數量計算公式... 65 表 4.6 搭接修正後 BIM 提取數量及傳統估算輸量之差異表... 66 表 4.7 搭接修正後 BIM 提取數量及修正後傳統估算輸量之差異表... 68 vi
圖目錄 圖 1.1 本研究流程圖... 3 圖 2.1 建築生命週期與估價關聯圖... 5 圖 2.2 以一基礎外牆展示 BIM 的建築元件與其組成的層次觀念... 12 圖 2.3 以 BIM 模型為基礎的施工估價與排程流程圖... 12 圖 2.4 埔里工務段辦公大樓結構鋼筋模型視圖... 14 圖 3.1 本研究擬定的研究方法流程示意圖... 16 圖 3.2 本研究建築模型建置流程圖... 18 圖 3.3 在建模軟體設定樓層線示意圖... 19 圖 3.4 在建模軟體匯入 CAD 示意圖... 19 圖 3.5 在建模軟體建立柱示意圖... 20 圖 3.6 在建模軟體建立梁示意圖... 20 圖 3.7 在建模軟體建立版示意圖... 21 圖 3.8 在建模軟體建立牆示意圖... 21 圖 3.9 在建模軟體建立樓梯示意圖... 21 圖 3.10 在建模軟體建立降版示意圖... 22 圖 3.11 在建模軟體進行衝突檢查示意圖... 22 圖 3.12 在建模軟體輸出數量示意圖... 23 圖 3.13 在建模軟體輸出排序與篩選示意圖... 24 圖 3.14 本研究結構模型建置流程圖... 25 圖 3.15 在建模軟體設定保護層厚度示意圖... 26 圖 3.16 在建模軟體設定建立鋼筋與設定錨定長度示意圖... 26 圖 3.17 在建模軟體建立柱鋼筋示意圖... 27 圖 3.18 在建模軟體建立梁鋼筋示意圖... 28 圖 3.19 在建模軟體建立版鋼筋示意圖... 29 vii
圖 3.20 在建模軟體建立牆鋼筋示意圖... 30 圖 3.21 在建模軟體建立樓梯鋼筋示意圖... 31 圖 3.22 結構模型建置完成示意圖... 32 圖 3.23 在建模軟體輸出鋼筋數量示意圖... 33 圖 3.24 在建模軟體輸出篩選鋼筋數量示意圖... 34 圖 4.1 建設公司提供之建築二維圖面... 36 圖 4.2 建設公司所提供之結構二維圖面... 37 圖 4.3 本研究案例中尺寸表與背向立面不一致... 38 圖 4.4 本研究案例中尺寸表與右向立面不一致 (1/3)... 39 圖 4.5 本研究案例中尺寸表與右向立面不一致 (2/3)... 39 圖 4.6 本研究案例中尺寸表與右向立面圖不一致 (3/3)... 40 圖 4.7 本研究案例中尺寸表與右向立面圖不一致... 40 圖 4.8 本研究案例中尺寸表與正向立面圖不一致... 41 圖 4.9 本研究案例中尺寸表與帄面圖不一致... 41 圖 4.10 本研究案例中造型牆間距不一致... 42 圖 4.11 本研究案例中牆面寬度不一致... 42 圖 4.12 本研究案例中窗戶與牆間距不一致... 43 圖 4.13 本研究案例中造型牆樣式不一致... 43 圖 4.14 本研究案例中門窗詳圖與立面圖之不一致... 44 圖 4.15 本研究案例中二維圖面轉三維模型之遺漏問題 (1/3)... 45 圖 4.16 本研究案例中二維圖面轉三維模型之遺漏問題 (2/3)... 46 圖 4.17 本研究案例中二維圖面轉三為模型之遺漏問題 (3/3)... 47 圖 4.18 本研究案例中門與牆碰撞示意圖 (1/2)... 48 圖 4.19 本研究案例中門與柱碰撞示意圖 (2/2)... 48 圖 4.20 門 FD14 D5 D6 D10 D14 門窗詳圖... 49 viii
圖 4.21 本研究案例中門與柱碰撞帄面圖 (1/2)... 50 圖 4.22 本研究案例中門與牆碰撞帄面圖 (2/2)... 50 圖 4.23 本研究案例中樓梯卡樑示意圖 (1/2)... 51 圖 4.24 本研究案例中樓梯卡樑示意圖 (2/2)... 51 圖 4.25 大硯二宅鋼筋混凝土牆配筋標準圖... 52 圖 4.26 本研究案例中牆鋼筋錨定方式不確定... 53 圖 4.27 本研究案例中開口補強筋長度超出牆寬示意圖... 53 圖 4.28 梁配筋圖及帄面圖... 54 圖 4.29 本研究案例中梁箍筋超出梁身示意圖... 54 圖 4.30 本研究建案由 BIM 模型提取與傳統估算的混凝土數量比較圖... 55 圖 4.31 本研究案例中柱混凝土數量比較圖... 57 圖 4.32 大硯二宅三層標示柱結構圖... 58 圖 4.33 本研究以樓層線建置柱示意圖... 58 圖 4.34 本研究案例中梁混凝土比較圖... 59 圖 4.35 大硯二宅三層標示樑結構圖... 60 圖 4.36 本研究以樓層線建置樑示意圖... 60 圖 4.37 本研究案例中版混凝土比較圖... 61 圖 4.38 大硯二宅標示版結構圖... 61 圖 4.39 本研究模型版與柱梁接合處示意圖... 62 圖 4.40 BIM 模型提取之鋼筋數量圓餅圖 ( 左依元件, 右依鋼筋號數 )... 63 圖 4.41 本研究案例由 BIM 模型提取與傳統估算的鋼筋數量比較圖... 64 圖 4.42 搭接修正後 BIM 提取數量及傳統估算輸量之比較圖... 66 圖 4.43 本研究案例 BIM 鋼筋模型視圖例 ( 二樓梁主筋部份特寫 )... 67 圖 4.44 搭接修正後 BIM 提取數量及修正後傳統估算輸量之比較圖... 67 圖 4.45 依工程項目分類之混凝土數量比較圖... 69 ix
圖 4.46 依工程項目分類之鋼筋數量比較圖... 69 x
第一章緒論 1.1 研究動機 建築專案能否成功, 工程預算 ( 成本 ) 掌控為關鍵因素 工程估算之核心基礎就是工程數量再配以單價而成為工程估價, 工程數量計算是工程估價之始, 更是目前工程估價實務中, 最繁雜且最耗費人力的工作 在施工階段的估價, 一般是在建築師完成細部設計後, 將印成紙張形式的 2D 工程圖說, 交由專業工程估價人員根據工程圖中的建築幾何資訊, 以及建築材料資訊, 以人工或電腦輔助軟體從圖中 提取 工程數量 (Quantity Takes-Off, 簡稱為 QTO); 此種作業方式, 因為自動化程度低, 遇有 設計變更 時, 需一再重新計算修改工程數量, 作業相當繁瑣無效率, 常有工程項目漏計或與工程圖說不符合的狀況 近年來因視覺化的 3D 設計愈來愈普遍, 透過 3D 輔助工具建立模型, 以作為實際建築物體的表達, 並藉由 3D 物件導向和參數化資料庫技術之特性, 形成所謂 建築資訊模型 (Building Information Modeling, 簡稱為 BIM), 以參數化定義物件間之關聯性, 在有設計變更時, 能夠正確 即時 自動改變受到影響的物件, 工程數量的資訊, 也很容易由各物件的屬性資料中提取, 自動化的程度提高而減少許多錯誤 根據最近幾年的研究顯示, 應用 BIM 所建立的資訊模型, 大多著重於整合設計及衝突檢查, 較少驗證由 BIM 模型提取數量的精確度 本研究以實際的建築工程專案, 用 BIM 軟體工具建模, 在確認模型建置無誤後, 由 BIM 模型中自動提取鋼筋混凝土工程數量, 經由比對該建案以傳統方法估算的數量, 探討現有 BIM 工具在鋼筋混凝土工程數量輸出之相關議題 1.2 研究目的 本研究嘗詴以進行中之建築工程, 建置三維資訊模型, 並進行視覺化檢查, 從模型中提取混凝土及鋼筋數量與建設公司提供之傳統估算數量及工地數量作比較, 探討驗證應用三維資訊模型進行估算數量之可能效益, 總結本研究之目的為下列項目 1 運用建設公司所提供之相關資料, 建置三維資訊模型, 探討由二維圖面建置三維資訊模型中可能發生之相關議題 2 探討由三維資訊模型中提取之數量與傳統估算數量之差異性, 分析估算之原 1
理, 驗證由三維資訊模型提取數量之效益 3 與工地提供之日報表進料數量比對, 探討由 BIM 提取數量與實際用料之差異性 1.3 研究範圍與限制 本研究經大硯建設公司同意, 取得大硯二宅之相關資料, 並與建設公司充分溝通, 相互瞭解, 工地主任並同意於工地現場參觀, 清楚工地施工之情況, 然受限於工程的時程及研究人員使用之軟體功能, 整理出下列的研究範圍與現制 1 建設公司於本研究進行中, 因時間關係, 只能提供完整的建築圖與結構圖, 其他圖面並未整理完全, 故本研究只建制建築模型及鋼筋模型 2 受限於軟體限制, 無法就假設工程 模板等數量做比對, 只針對此棟大樓之混凝土及鋼筋數量進行比對 3 此工程於 2012 年 7 月完工, 因此本研究與工地現場探討之資料止於 2011 年 5 月 31 日前 1.4 研究方法流程與論文架構 本研究所使用之研究方法流程如圖 1.1 所示 首先確認研究動機 研究目的 研究範圍與限制及編排研究流程與論文架構列為第一章 文獻回顧部份主要是以現今估算模式的方法及進步, 建築資訊模型的介紹 並收集相關文獻案例, 最後則對應用案例進行基本介紹, 列為第二章 第三章為研究方法與流程, 說明如何建立三維模型, 確認模型之正確性, 並從模型中自動提取鋼筋及混凝土數量, 以進行驗證比對 第四章則為數量比較與分析, 內容為與傳統估算數量之比對, 確認數量差異之問題, 再與工地實際運用之數量作比較, 得知差異結果 最後則彙整研究成果並提出建議作為第五章 2
研究動機 目的 範圍 第一章緒論 文獻回顧 第二章文獻回顧 本研究案例建築圖說資料蒐集 建立三維建築 結構模型 問題或議題整理 第三章研究方法與流程 與建設公司確認模型之正確性 NO YES 提取混凝及鋼筋數量明細 第四章數量比較與分析 與傳統估算及工地實際數量相互探討 結論與建議 第五章結論與建議 圖 1.1 本研究流程圖 3
第二章文獻回顧 本章文獻蒐集整理部份, 先說明工程估價之方法與發展, 再介紹建築資訊模型之定義及發展優勢, 最後將相關文獻列出 2.1 建築工程估價 2.1.1 工程估價 營造業從評估到工程承攬, 需經過估價 投標 議價 簽約等工作步驟, 估價作業為工程第一關建, 如何得到一個合理 適當及精確的估價, 有賴初期的工程圖說概估至工程數量計算 單價分析等要項, 亦為後續預算編列及成本分析的依據 [1] 估價一詞從字面解釋即是推測價格之意, 所以面對的情境不同, 相對預估的價格也會有所差異 若依工程生命週期區分, 可將建築工程生命週期分為規劃 設計 投標 施工及驗收等五大階段 由於各階段估價的主軸不盡相同, 所以估價結果亦會有所差異 至於估價結果會產生差異的原因, 包含估價資訊正確性 估價急迫性 工程成本及利潤取捨 工料價格波動 工程變更或計算錯誤等因素所影響 [2] 2.1.2 估價種類 估價於各生命週期的精細程度, 估價種類也有所不同, 說明如下 1 依估價精細程度受限於估價資訊確定性 時間緊迫性及估價目的需求等差異, 可將估價分為概算估價及明細估價, 說明如下 (1) 概算估價 : 估價過程, 沒有針對建物細目詳列價格, 而單純以過去的數據 經驗或草圖, 及進行建物之價格估算 (2) 明細估價 : 估價過程乃依據既有之工程圖說 工程標單及工程現況, 逐一細列出工程數量及價格, 此種估算結果應與實際狀況接近 相關估價敘述如表 2.1[2] 4
表 2.1 依精細程度估算之比較表 概略估價 明細估價 適用時機 預算編列 時間緊迫及建物狀況不明確 底價編列 工程執行 時間充裕及建物狀況明確 適用情境 規劃階段 初步設計階段 投標階段 ( 時間有限 ) 完整設計階段 投標階段 ( 時間充足 ) 施工階段 工程成本控管 估驗階段 價格誤差 ±15-30% ±0-5% 2 依工程生命週期由圖 2.1 顯視建築工程生命週期各階段之估價, 受限於估價資訊的確定性及估價情境需求之限制, 使各階段估價計算結果產生一定程度落差, 然儘管各階段的估價使命不同, 仍屬概算估價或明細估價 [2] 估價時機 資料之完整性 估價屬性 規劃階段估價 不完整 概略估價 設計階段估價 完整 ( 設計 ) 概略估價明細估價 投標階段估價 完整 ( 設計 ) 概略估價明細估價 施工階段估價 完整 ( 施工 ) 明細估價 驗收階段估價 完整 ( 實做實算 ) 明細估價 圖 2.1 建築生命週期與估價關聯圖 [2] (1) 規劃階段估價 : 僅依業主需求, 由以往估價數據 經驗或草圖, 概略推估可 能之建築成本 5
(2) 設計階段估價 : 可分初步設計及完整設計 ; 其中, 初步設計以概算估價為主, 完整設計以明細估價為主 完整設計之估價, 由於設計階段其相關圖說及規範已確定, 所以估價結果可作為工程執行之用 (3) 投標階段估價 : 此階段以概算估價或明細估價為主 一般工程在完成設計後, 請營造商參與工程競標, 相關營造廠商會依據自身掌控資源的能力及業主需求, 計算可行之工程報價 ; 受限招標期限 工程發包模式及估價人力之限制, 使投標階段之估價作業, 多數僅能針對工程標單內之工程項目及數量, 計算可能得標之單價, 無法對設計圖說內之數量進行詳細檢核, 所以多數投標估價無法作為施工經費執行之依據 (4) 施工階段估價 : 以明細估價為主 由於工程投標階段數量計算之依據, 屬於設計數量, 其計算過程並無考量施工過程產生之相關耗損, 所以承包商取得工程承攬權後, 會依據施工方法及可能產生之耗損及施工程序, 計算可能發生之實際施工數量, 藉以作為施工成本控制之用 (5) 驗收階段估價 : 以明細估價為主 由於施工估價數量計算過程依循之數據, 係以施工過程實際發生數量為依歸, 且其實際數量除包含設計數量外, 還包含計算遺漏數量及損耗數量, 若設計數量無誤時, 估驗大多不會給付損耗數量之差值, 除非設計數量計算過程有誤 ( 標單數量低於施工數量 10% 以上 ), 才有可能進行數量差額補貼 2.1.3 工程項目之估價 建築工程大致可分為假設工程 土方工程 結構工程 內飾工程 外飾工程 門窗工程 雜項工程 設備工程 水電工程及營建管銷費, 各工程於估算之難易度不同, 且工程造價比例不同, 依據 [3] 研究得知結構工程 內飾工程及外飾工程估算程度較難, 且結構工程 內飾工程及外飾工程之工程造價較高, 如表 2.2 所示, 故本研究以結構工程為主要目標, 探討其數量之差異性 6
表 2.2 工程估算難易度 [3] 工程項目複雜 困難中等容易 假設工程 土方工程 結構工程 內飾工程 外飾工程 門窗工程 雜項工程 設備工程 水電工程 營建管銷費 由水電公司廠商估算及估價 由高階主管或老闆決定 2.1.4 結構工程數量計算公式 營建工程於各生命週期都需要估價, 估價的依據就是以建物圖說來估算數量, 因而如何確保估算數量的正確, 需要有計算的基準 估算的方法很多種, 個人的習慣 經驗的累積, 都會造成不同的計算方式, 但這些計算方式, 都必頇依照通定的準則來估算 一般來說結構工程就是以混凝土及鋼筋為主, 從基礎澆置大底, 綁紮鋼筋, 各層樓都會因不同的設計圖說造成數量上的差異 本研究依據 [1] 之內容, 探討案例所提供之估算數量, 可得其數量計算公式如表 2.3 7
表 2.3 本研究建案專業傳統估算採用之混凝土與鋼筋數量計算公式 [1] 元件類別傳統估算方式混凝土柱柱長 柱寬 ( 樓高 - 版厚 ) 梁梁淨跨長 梁寬 ( 梁深 - 版厚 ) 版 牆 樓地版面積 版厚 ( 強淨跨長 牆高 - 開口面積 ) 牆厚 鋼筋 柱主筋柱箍筋柱繫筋梁主筋梁腰筋梁斷筋梁箍筋版牆 ( 柱高 + 彎鉤長度 + 搭接長度 ) 主筋數量 鋼筋比重 ( 柱高 + 柱寬 - 保護層厚度 8+ 彎鉤長度 ) ( 柱中央帶長度 / 箍繫筋間距 + 柱頭柱尾長度 / 箍繫筋間距 + 梁柱接頭長度 / 箍繫筋間距 +1) 鋼筋比重 [( 柱長 - 保護層 2+ 彎鉤長度 ) 繫筋數量 +( 柱寬 - 保護層 2+ 彎鉤長度 ) 繫筋數量 ] 箍繫筋數量 鋼筋比重 ( 梁淨跨長 + 錨定長度 + 搭接長度 ) 主筋數量 鋼筋比重 ( 梁淨跨長 + 錨定長度 + 搭接長度 ) 腰筋數量 鋼筋比重 [( 梁上層斷筋長度 + 下層段筋長度 ) 斷筋數量 + 錨定長度 有錨定之斷筋數量 ] 鋼筋比重 ( 梁寬 + 梁深 - 保護層厚度 8+ 彎鉤長度 ) ( 梁中央帶長度 / 箍筋間距 + 梁兩端長度 / 箍筋間距 +1) 鋼筋比重 ( 單位面積之長 / 版筋間距 + 單位面積之寬 / 版筋間距 ) 板總面積 鋼筋比重 ( 單位面積之長 / 牆筋間距 + 單位面積之寬 / 牆筋間距 ) 牆總面積 鋼筋比重 2.1.5 電腦在工程估算之應用 傳統建築估算作業是將圖面資訊以人工解讀, 並以工程數量計算公式逐項加總, 8
或將圖面資訊尺寸整理拆解後, 輸入內建計算公式之估算系統中執行計算工作, 自動化的程度很低, 也缺乏資料庫管理的概念 胡伯鈞 [4] 將建築估算作業模式的發展演進, 從 1980 年至 2010 年, 每 10 年劃分為一個階段, 進入 21 世紀, 由於電腦科技在圖形介面的進展, 才出現物件化及自動化的作業模式,2010 年以後, 則已是採用完備的圖形介面與物件導向程式設計, 現在, 建築估算工具已具有超強的編輯能力 空間解圖能力 與超快的計算速度 電腦在工程估價上的應用乃營建自動化重要的一環, 近年來, 由於工程規模日趨龐大, 當工程完成設計後, 欲進行一套有條紊, 迅速與正確性兼具的估價程序, 以便編訂工程預算書, 籌措財源, 使工程順利進行, 則非使用電腦不可 ; 使傳統估價工作容易錯誤的缺點減至最低 [5] 2.2 建築資訊模型 (BIM) 2.2.1 BIM 之概念 電腦科技發展至今, 為了提升效率, 建築產業也邁向了電腦化之路 從手繪 電腦 2D 繪圖 3D 繪圖, 至西元兩千年以後的 BIM(Building Information Model)[6] BIM 之概念起始於 Autodesk 之 3D 物件導向(object-oriented) AEC-specific CAD"; 其次是美國喬治亞理工學院之 C.M. Eastman 教授於 1970 年代末期所提出之建築物產品模型 (building product model) 30 多年來,Eastman 教授一直致力於著作及講授虛擬設計與施工, 認為 BIM 是 為設計與施工而數位化模擬建築物, 讓模型性質與屬性成為工程計畫之紀錄資訊 [7] BIM 利用 數值化 參數化 為主要概念, 可以不間斷 立即的提供專案設計控管 明細表及成本等相關資訊, 並藉由 參數設變引擎 (Parametric Change Engine) 維持高品質 確實可靠 協調一致的能力 [8] 給予三維模型各構建之定義與屬性, 於修改構建時, 可同時更改提取之相關資訊 9
2.2.2 BIM 應用於 AEC 產業之優點 建築 (Architecture) 工程(Engineering) 營建(Construction) 產業 ( 所謂 AEC 產業 ) 一直都是依賴圖文資料溝通的行業, 紙本文件若有錯誤或漏失, 總是提高成本 展延工期 甚至到契約各方出現履約爭議而提出仲裁或訴訟 審視有效溝通所需的 (1) 溝通意願 (2) 相互瞭解 (3) 合作精神 及 (4) 視覺化, 四項要素 [9] 中, 前三項視個人的主觀思維, 要靠團隊建設與激勵加強, 視覺化則是客觀的技術面, 可以資訊科技補足 藉由電腦強大計算能力輔助工程師進行複雜的規劃與設計, 一直是電腦發明以來的應用方向, 目前工程設計採用電腦輔助設計與繪圖 (Computer Aided Design and Drafting, CADD) 已是必備工作 最近幾年軟體開發商甚至積極整合所謂的 交換標準格式 ( 如 Industry Foundation Class, IFC), 搭起不同專業軟體的溝通橋樑, 使得設計圖與資料之流通更加順暢, 再加上物件導向和參數化資料庫技術, 形成所謂 建築資訊模型 (BIM), 使得虛擬的三維物件具有許多的參數, 並定義物件間相互關係, 若有一物件改變, 則透過參數化定義的物件間關聯性, 正確地自動改變受到影響的其它物件 [10] 藉由 BIM 技術, 導入 AEC 產業, 可依據 [11] 整理所得之優點, 說明如下 1 可在初期充分定義專案導入 BIM 後, 設計者跳過將想法轉為 2D 圖面, 直接進行三維模型建立, 且建立模型時, 必頇將各種元件的資訊, 輸入建築資訊模型內, 故在設計規劃的初期, 團隊就必頇針對專案作完善的規劃 2 促進溝通導入 BIM 後, 設計作業變由三維模型呈現, 透過三維模型, 團隊可方便討論專案問題, 特別對於一些沒受過訓練的人員, 直接視覺化檢視三維模型, 更容易瞭解團隊討論成果 3 確保一致性三維模型建置好後, 各立面圖及其他資訊也同時完成, 當變更設計時, 變更某部 10
位時, 圖面及資訊同時變更, 確保圖面及資訊之一致性, 減少以往發生變更時, 就必頇變更大量圖說 4 預先發現問題建築資訊模型可與其他電腦軟體結合, 預先進行干涉檢查 碰撞分析, 或者是防災規劃等 可在專案未進入施工階段時, 及早發現問題, 進行變更, 避免進入施工階段才出現問題, 降低變更而增加的費用 5 避免人為計算錯誤建築資訊模型背後擁有眾多參數支撐, 完成三維模型後及同時可從軟體本身的功能提取數量, 減低了人為運算錯誤的發生機率 6 全生命週期使用建築資訊模型於各階段皆可運用, 前期設計規劃 結構分析等, 團隊可運用模型來進行施工 完工後, 也可藉由模型連結資訊系統進行管理作業 如日後有改建計畫時, 也可發揮其效用 2.2.3 BIM 模型提取工程數量 美國國家標準與科技研究院 (NIST) 委託 RTI International 與 Logistic Management Institute 對營建業效率之研究顯示, 若從建物生命週期而言, 提供建築管理資訊與標準作業, 每年將可節省美金 158 億元費用 BIM (Building Information Modeling) 是目前主流設計軟體必備功能,3D 模型佔有非常重要之評估輔助功能 傳統設計方法採用實體模型評估, 現今設計者喜用數位化設計工具, 兩者皆有其長處與必要性 設計規劃內容常常變更, 若能藉由建立 2D 空間面積 資產數量與 3D 模型隨時掌控工程預算與內容範疇, 定可維持高品質設計內容 [12] 一般在建模時, 依照建物的設計, 將主結構元件如柱 梁 版 牆及樓梯, 依層別繪製 ; 每項結構元件再依預計採用的施工方法, 逐一將組成各元件材料產品或工項輸入, 如圖 2.2 所示的基礎牆的組成, 有牆粉飾 混凝土 及鋼筋 [13] 因此, 在提取數量時, 先由細設完成的 BIM 模型, 輸出設計數量, 搭配施工圖建入材料及工項 11
後, 才能提取施工數量, 該施工數量搭配資料庫中的材料單價, 則為施工成本, 搭配工率則是排程的依據, 如圖 2.4 所示 這種施工估價流程, 因為以 BIM 模型為基礎 (BIM Based QTO), 減去人工判讀二維施工圖再提取數量的繁複過程, 成就施工估價迅速確實的新境界 圖 2.2 以一基礎外牆展示 BIM 的建築元件與其組成的層次觀念 [13] 圖 2.3 以 BIM 模型為基礎的施工估價與排程流程圖 [13] 依照 Tiwari 等人 (2009)[14] 的報告, 以 BIM 為基礎的 QTO 及估價, 在實務上離自動化的理想還有一段 ; 該報告在總預算美金 3.2 億 ( 約合新台幣 960 億 ) 的醫院新建工程中, 嚐詴在占總經費 15%( 約台幣 144 億 ) 的自行施做部份, 進行導入以 BIM 為基礎的 QTO 及估價探討, 發現可由模型中自動提取 86% 的預算數量, 約有 14% 的預 12
算數量無法由模型中提取, 這些無法由模型中提取的項目, 有些是本來就沒有建在 3D 模型中, 例如臨時支撐, 有些則是必需依工地實況而調整的項目, 例如混凝土路面版的施工縫數量, 有些則是建在 3D 模型中的資訊不足以成就數量估算, 其它則是一些依時間長短而估價的數量, 例如工地貨櫃屋 臨時供電設備 及施工機具等 至於在軟體工具的選擇上, 則有採用與 BIM 建模工具同一系列的搭配軟體, 也可以在現有 BIM 工具上外掛專業的 QTO 與估價軟體, 或是由現有 BIM 工具輸出 IFC 格式的資料, 再計入專業 QTO 與估價軟體進行分析 除了自動解讀提取 BIM 模型中的數量資訊外, 專業的 QTO 與估價軟體, 大都內建有效的單價資料庫, 可以依數量進行總價輸出 圖 2.3 中的所謂元件數量與施工數量差異, 在美國建築師學會的文件中 [15], 有所謂的模型發展規範 (Model Progression Specification), 指出在 BIM 流程中, 建模分析 專案管理 估價 及排程等不同專業工作, 所需的 BIM 模型細緻度或發展程度 (Level of Detail, or Level of Development, 都簡稱為 LOD) 不會相同 這個所謂 細緻度 或 發展程度 不單指幾何形狀, 而是廣義地指 資訊的豐富度 ; 圖 2.3 中的細設 BIM 模型可以視為 AIA 的 LOD300 模型, 經圖中所謂 施工圖 調整後, 則可視為 LOD400 的施工模型 隨著營建專案逐步進展,BIM 模型的資訊愈來愈多, 也就是 LOD 愈來愈高 國內最近的 BIM 相關研究, 較多應用於設計衝突檢查, 較少由 BIM 模型中提取工程數量的論述, 在外掛數量計算程式及連結工程單價資料庫上, 則還在嚐詴階段 依據中華大學團隊在埔里工務段辦公大樓興建案 [16], 同步採用 BIM 工具的經驗, 以現有的工具繪製鋼筋混凝土的模型時, 詳實繪製包括梁柱主筋搭接及版牆角隅補強的所謂施工模型 (LOD400), 需要耗費許多的建模時間, 由於這些模型細節在後續的應用價值不高, 似乎只有在提取數量上的差異, 似可用經驗式補足數量, 免除耗費過多建模的時間 2.3 工程估算相關文獻 陳建佑 [17] 於 建築資訊模型 (BIM) 於工程數量計算差異之研究 - 以建築工程鋼筋作業項目為例 研究中, 建構一數量計算流程, 供估算人員於數量計算時, 依此流程將其所有施工性鋼筋進行計算, 以使數量更為精確, 而 BIM 進行數量計算依據模型 13
元件, 透過物件導向及參數式特性, 將元件長度 形式等資料統計, 建構一檢核流程, 對 BIM 設計模型進行檢核, 藉由此檢核由程提供予軟體開發公司對於 BIM 數量計算增設檢核系統及智慧化配置建議 林熙聖 [18] 於 BIM 建築資訊模式應用於估算作業之研究 - 以房屋結構為例 研究中, 探討在營建階段取得 IFC 檔案後, 利用 BIM 系統為基礎之 ArchiCAD 12 繪圖軟體採用不同構件優先模式建立模型, 以探討其數據讀取所存在的問題, 及結合 IFC 之繪圖軟體自動計算數量, 評估其估算效益與數量正確性 採用一支柱 一片牆的三種組合型態及一個包含筏基層與地面二層加屋突層之建築模型為例, 利用 IFC 產生之數量, 以人工驗算與 AACC 估算軟體進行測詴 證實 IFC 是一種有效率且具準確性的工具 林豎程 [16] 於 建築資訊模型應用於公部門鋼筋混凝土建築之實證研究 研究中, 以公路總局埔里工務段辦公大樓興建工程為實證專案, 應用 BIM 工具分別製作建築空間設計 鋼筋混凝土結構設計如圖 2.4 及機水電配置的三維數值模型, 嘗詴由所建的三維模型中輸出工程數量, 與原建築師的傳統估算作比對, 也搭配廠商擬定的施工排程進行四為施工檢討 經實證顯示, 三維視覺化有效地消除以往常出現圖面不一致 遺漏 衝突或錯誤的問題, 提取之數量也具有很高的精確度, 且可進行三維視覺化的設計查核, 若建置完整的施工模型, 以鋼筋為例, 上可提取不同施工期程的鋼筋類別與數量, 充分驗證 BIM 的視覺化功能在營建專案管理上的可能產生的效益 圖 2.4 埔里工務段辦公大樓結構鋼筋模型視圖 [16] 14
鐘建華 [19] 於 透天住宅成本估算模式之研究 研究中, 分析近年度透天住宅於各主要工程與總工程成本的比例, 並以估算模型修正法及各種統計分析模式, 推導各項工程數量估算方法 於案例測詴中結構體工程的標準差介於 ±2.7%±3.58% 之間, 誤差的大小控制在 6.1% 至 -5.8% 範圍, 外牆粉刷工程標準差為 ±2.47%, 室內裝修標準差介於 ±2.25% 至 ±3.52% 之間, 最大誤差在 7.8% 之內, 運用估算模型尺寸重組及因子修正的方式, 不僅使誤差降低義將誤差極值範圍縮小 楊志偉 [20] 於 英國工程估價制度與導入之研究 研究中, 利用文獻回顧及專家訪談等方法, 擬以探討英國工料測量制度, 分析估價人員所使用標準工程量計量方法及估價作業所考慮之層面 估價人員該具備之專業技能與培訓考照方法, 並歸納分析國內目前估價人員執行估價作業之現況及所造成之缺失, 藉以導入英國工程估價制度之特色, 建立統一工程計算規則及適合國內之工程估價師角色及統一執行估價過程之作法, 改善並加強國內工程造價體制之不足與缺失 15
第三章研究方法與流程 3.1 方法流程 本研究為以該建案實證 BIM 效益的部份成果, 主要目的在提取 BIM 模型中的工程數量, 擬定的研究方法如圖 3.1 所示, 首先取得該工程的建築圖說及結構圖說, 經解讀後, 運用 Autodesk Revit 系列軟體, 建構建築模及鋼筋模, 兩種模型在視覺化檢查確認, 在有疑問處適時以 BIM 模型輸出帄面或剖面圖, 與原設計圖對照釐清, 再從模型中自動提取混凝土與鋼筋的數量, 用以與建設公司所提供的傳統估算數量反覆比對勾稽, 再依照工地日報表中登錄的材料用量比對, 探究其中的差異性, 最後提出由 BIM 模型中提取工程數量應注意的事項 圖 3.1 本研究擬定的研究方法流程示意圖 16
3.2 實證個案 大硯二宅, 基地座落於新竹縣竹北市永興段 554 號地, 為一棟 12 層辦公室及集合住宅, 由陳泰安建築師負責設計 二宅顧名思義就是第二排的家, 和城市維持適當距離, 擁有第一排房子的便利, 卻沒有擁擠 吵雜, 簡潔俐落的斜體框架, 厚實透空的牆體造型, 就像一雙有力的手保護住宅 相關資料如表 3.1 所示 表 3.1 大硯二宅辦公室及集合住宅新建工程 起造人基地地號用地分區基地面基工程造價 大硯建設股份有限公司負責人 : 謝偉文新竹縣竹北市永興段 554 號地壹筆第一種住宅區 1033.22 帄方公尺約 50,447,000 圓整 建蔽率 49.49% 容積率 198.10% 開工日期 完工日期 2011 年 1 月 1 日 2012 年 7 月 31 日 由於大硯二宅預計於 2012 年 7 月 31 日完工, 故本研究與工地日報表核對之數據, 只以 2011 年 5 月 31 日前, 工地各階段所採用的混凝土及鋼筋數量為限 3.3 建築資訊模型建置 3.3.1 建置建築模型 圖 3.2 為建築模型的建模步驟大鋼, 首先建立樓層線定一整棟建物高層後輸入各樓層 CAD 圖, 如無圖面也可於帄面使用網格線繪製模型, 完成後即可依照高層分層建置柱梁版牆與樓梯, 主結構完成後再建置特別構建後, 即可輸出數量 17
圖 3.2 本研究建築模型建置流程圖 1 建立樓層線樓層線為表達樓層高度之依據, 同時也描述了每層柱的起始端與前一層柱的結束端 梁的位置 樓板的位置與牆的高度 依大硯二宅之立面圖所提供之各樓層樓高, 使用軟體 樓層 功能繪製樓層線, 先將樓高定義完成, 才能進行後續的建模作業, 如圖 3.3 所示 18
圖 3.3 在建模軟體設定樓層線示意圖 2 載入 CAD 由於本研究已取得大硯二宅的發包圖說, 故可將其 CAD 檔依樓層使用 匯入 CAD 功能放置於定義好的樓層上, 方便後續作業 在建置柱梁版牆時, 可直接點選圖面或按圖繪製, 達到 按圖施工 的效果, 如圖 3.4 圖 3.4 在建模軟體匯入 CAD 示意圖 3 建立柱 依照 CAD 圖面, 使用軟體 結構柱 功能設定柱類型 尺寸 樓層編號等資訊, 設定完成後依照 CAD 圖面上所示未置放置結構柱, 如圖 3.5 19
圖 3.5 在建模軟體建立柱示意圖 4 建立梁依照 CAD 圖面, 使用專案瀏覽器的族群內之 結構框架 功能設定梁類型 尺寸 樓層編號等資訊, 設定完成後依照 CAD 圖面上所示位置放置結構梁, 如圖 3.6 所示 圖 3.6 在建模軟體建立梁示意圖 5 建立版 依照 CAD 圖面, 使用軟體 結構樓版 功能設定版類型 尺寸 樓層編號等資 訊, 設定完成後依照 CAD 圖面上所示未置放至樓版, 如圖 3.7 所示 20
圖 3.7 在建模軟體建立版示意圖 6 建立牆 依照 CAD 圖面, 使用軟體 結構牆 功能設定牆類型 尺寸 樓層編號等資訊, 設定完成後依照 CAD 圖面上所示未位置放置牆, 如圖 3.8 所示 圖 3.8 在建模軟體建立牆示意圖 7 建立樓梯 依照 CAD 圖面, 使用軟體 樓梯 功能位置繪製樓梯邊緣及豎版線後, 設定樓 梯類型 尺寸 樓層編號等資訊, 完成樓梯建置, 如圖 3.9 所示 圖 3.9 在建模軟體建立樓梯示意圖 21
8 建立降版大硯二宅此案在一樓停車位有設置降版 先利用 族群 建立樓版族群, 繪製樓版輪廓並針對不同高度的樓版加入參數和運算設定後, 在使用 載入族群 匯入原專案設定 CAD 圖所規定之數值放置使用, 如圖 3.10 所示 圖 3.10 在建模軟體建立降版示意圖 9 衝突檢查在建立大硯二宅此案的主結構體後, 利用 自動干涉檢察 功能自動檢查空間衝突, 點選選單內項目可於三維圖面檢視該兩點物件的衝突, 除了可預期衝突的發生及檢討衝突發生的原因提早預定處置方法外, 在事前修改後也可避免數量上的重複計算, 如圖 3.11 所示 圖 3.11 在建模軟體進行衝突檢查示意圖 22
10 數量輸出待確認修改完大硯二宅此案的空間衝突後, 即可利用 明細表 / 數量 功能輸出數量表, 與預算數量作比對, 明細表又可依照柱梁版牆等結構性分別輸出, 並且可以依照明細表內之類型樓層編號做歸類以便對照預算數量表, 如圖 3.12 所示 由於從模型直接輸之數量表過於複雜, 因此可以利用明細表屬性內 排序 / 組成群組 與 篩選 功能給予數量排序與篩選的依據, 並於 排序 / 組成群組 勾選頁尾加總, 方便保留各項數量與預算數量作比對, 如圖 3.13 所示 圖 3.12 在建模軟體輸出數量示意圖 23
圖 3.13 在建模軟體輸出排序與篩選示意圖 3.3.2 建置結構模型 圖 3.14 為結構模型的建模步驟大鋼, 首先依據 CAD 圖設定各構建之保護層與鋼筋號數, 與各構件之鋼筋號數對應之錨定彎鉤長度, 完後即可依各構件分層建置柱梁版牆與樓梯的鋼筋, 建置完成後即可輸出數量 24
圖 3.14 本研究結構模型建置流程圖 1 建立保護層厚度保護層為表達主結構體內鋼筋與外部面最少應有距離, 為的是防止鋼筋之鏽蝕, 依大硯二宅之發包圖面描述柱 梁 版 牆的保護層厚度來設定 依圖面所提供之保護層厚度利用 保護層 功能新件保護層項目並設置保護層距離, 才能進行後續的建模作業, 如圖 3.15 所示 25
圖 3.15 在建模軟體設定保護層厚度示意圖 2 建立鋼筋與設定錨定長度由於各結構體內之鋼筋錨定的長度皆不同, 因此在軟體上依照 CAD 圖面, 利用 鋼筋 功能新建各結構體內之鋼筋類型 造型 錨定的彎鉤長度 樓層部件編號等設定, 才能進行後續放置鋼筋作業, 如圖 3.16 所示 圖 3.16 在建模軟體設定建立鋼筋與設定錨定長度示意圖 26
3 建立柱鋼筋依照 CAD 圖面所示位置利用 垂直 / 水帄於工作帄面放置鋼筋 功能放置已建置好之柱主筋 箍筋 繫筋, 並將有錨定或彎鉤的部分開啟, 依照圖面上之數量進行鋼筋布局, 完成柱鋼筋建置, 如圖 3.17 所示 圖 3.17 在建模軟體建立柱鋼筋示意圖 27
4 建立梁鋼筋依照 CAD 圖面所示位置利用 垂直 / 水帄於工作帄面放置鋼筋 功能放置已建置好之梁主筋 斷筋 腰筋 箍筋, 並將有錨定或彎鉤的部分開啟, 依照圖面上之數量進行鋼筋布局, 完成梁鋼筋建置, 如圖 3.18 所示 圖 3.18 在建模軟體建立梁鋼筋示意圖 28
5 建立版鋼筋依照 CAD 圖面所示位置利用 垂直 / 水帄於工作帄面放置鋼筋 功能放置已建置好之版主筋 角隅補強筋, 並將有錨定或彎鉤的部分開啟, 依照圖面上之數量進行鋼筋布局, 完成版鋼筋建置, 如圖 3.19 所示 圖 3.19 在建模軟體建立版鋼筋示意圖 29
6 建立牆鋼筋依照 CAD 圖面所示位置利用 垂直 / 水帄於工作帄面放置鋼筋 功能放置已建置好之牆主筋 轉角補強筋 開口補強筋, 並將有錨定或彎鉤的部分開啟, 依照圖面上之數量進行鋼筋布局, 完成牆鋼筋建置, 如圖 3.20 所示 圖 3.20 在建模軟體建立牆鋼筋示意圖 30
7 建立樓梯鋼筋依照 CAD 圖面所示位置利用 垂直 / 水帄於工作帄面放置鋼筋 功能放置已建置好之樓梯鋼筋, 並將有錨定或彎鉤的部分開啟, 依照圖面上之數量進行鋼筋布局, 完成樓梯鋼筋建置, 如圖 3.21 所示 待柱梁版牆樓梯之鋼筋建置完成, 使用三為模型進行視覺檢查後, 鋼筋模型即建置完成, 如圖 3.22 所示 圖 3.21 在建模軟體建立樓梯鋼筋示意圖 31
圖 3.22 結構模型建置完成示意圖 32
8 數量輸出待確認修改完大硯二宅此案之鋼筋後, 即可利用 明細表 / 數量 功能輸出數量表, 與預算數量做比對, 並且可以依照明細表內之類型樓層編號作歸類, 以便對照預算數量表, 如圖 3.23 所示 由於模型直接輸出之數量表過於複雜, 因此可以利用明細表屬性內 排序 / 組成群組 與 篩選 功能給予數量排序與篩選的依據, 方便保留各項數量與預算數量做比對, 如圖 3.24 所示 圖 3.23 在建模軟體輸出鋼筋數量示意圖 33
圖 3.24 在建模軟體輸出篩選鋼筋數量示意圖 3.4 驗證方法 本研究以大硯二宅為案例, 此案例於 2011 年 1 月正式開工, 本研究針對 2011 年 5 月 31 日前, 建設公司所提供數量估算資料以及工地實際用料數量作為評估重點 但因建設公司提供的傳統估算數量已將搭接部份計入, 而 BIM 提取之數量並未將其計入, 因此與其探討時應視時加以調整 主要探討項目有三點 1 本研究將大硯二宅之 CAD 圖檔匯入軟體, 建構三維資訊模型, 於建構模型中, 是否有圖面不一致 圖面遺漏標示以及構件衝突等疑問, 檢查其建築圖說之正確性, 若有疑問及與業主會報, 釐清問題 2 確認模型無誤後, 從模型中自動提取混凝土與鋼筋的數量, 與建設公司所提供之傳統估算數量比對, 如差異過大, 依各構件之數量一一比對, 並確認其 34
估算算式, 確認由 BIM 提取數量之效益, 以及傳統估算之正確性 3 將提取出的數量與工地日報表中登錄之材料用量比較, 探討其差異性, 並確 認工地現場施工時用料考慮之因素 35
4.1 圖面轉換發生之問題 第四章結果與討論 本研究與大硯建設公司合作, 取得大硯二宅之建築結構圖說, 如圖 4.1 圖 4.2 所示, 利用電腦輔助軟體 Autodesk Revit Architecture 及 Autodesk Revit Structure 將 2D 設計圖面, 轉換成 3D 建築資訊模型, 於轉換過程中, 發現議題如表 4.1 所示 圖 4.1 建設公司提供之建築二維圖面 36
圖 4.2 建設公司所提供之結構二維圖面 表 4.1 二維圖面轉成三維模型產生之議題 議題類別 議題描述 發生次數 圖說不一致 帄面與立面圖不合 不同向立面之交會處不符 12 建築帄面與結構帄面無法對應之情形, 以及門窗之帄立面與門窗大樣詳圖不合等 遺漏 建物各圖面, 發生該繪製而未繪製之柱 樑 版 3 牆等構件, 以及圖面應標示而未標示之編號 衝突 設計所發生之衝突問題 2 37
4.1.1 建置建築模型之議題 1 圖說不一致此議題乃指同一構件可能於各圖面尺寸不一致, 或是構件尺寸表與圖面尺寸不符, 而造成之議題 與業主匯報後, 乃肇因繪圖人員繪製圖面 圖說時, 未將各圖面仔細核對, 或者於繪圖時筆誤 誤畫等, 下列皆為此案例圖說不一致之狀況 (1) 構件於各圖面與尺寸表不一致各構件於不同圖面所標注的尺寸與尺寸表所標注的尺寸不一致, 於建模時不知依何者為正確尺寸 與業主探討後, 皆以尺寸表之尺寸為基準 如圖 4.3 所示, 屋頂層梁 RB2 尺寸表標注為 50 70 公分, 於背向立面測距梁深時為 100 公分, 與尺寸表不符 圖 4.3 本研究案例中尺寸表與背向立面不一致 如圖 4.4 所示, 屋頂層梁 RG3 尺寸表標注梁編號 RG3 為 90 70 公分, 於帄面圖 測距梁寬為 90 公厘, 但於右向立面圖測距時梁深為 80 公分, 與尺寸表不符 38
圖 4.4 本研究案例中尺寸表與右向立面不一致 (1/3) 如圖 4.5 所示, 屋突二層及屋頂層梁 RG1 RG2 尺寸表標注為 50 70 公分, 於右 向立面圖測距梁深為 80 公分及 90 公分, 與尺寸表不符 圖 4.5 本研究案例中尺寸表與右向立面不一致 (2/3) 39
如圖 4.6 所示, 二層梁 B2 尺寸表標注梁 B2 為 50 80 公分, 於背向立面圖測距梁 深為 70 公分, 與尺寸表不符 圖 4.6 本研究案例中尺寸表與右向立面圖不一致 (3/3) 如圖 4.7 所示, 貳層至拾壹層柱 C2 尺寸表標注為 90 90 公分, 於右向立面圖測 距柱寬為 87.5 公分, 與尺寸表不符 圖 4.7 本研究案例中尺寸表與右向立面圖不一致 40
如圖 4.8 所示, 壹層柱 C5 尺寸標注為 90 90 公分, 於正向立面圖測距柱寬為 110 公分, 與尺寸表不符 圖 4.8 本研究案例中尺寸表與正向立面圖不一致 如圖 4.9 所示, 貳層至屋突一層尺寸表標注 b1 為 30 50 公分, 於帄面圖測距梁 寬時為 35 公分, 與尺寸表不符 圖 4.9 本研究案例中尺寸表與帄面圖不一致 41
(2) 各圖面之尺寸不一致各圖面之間相互對應之尺寸不一致, 於建構模型時不知依何者為正確尺寸, 與業主探討後, 皆以帄面圖為基準 如圖 4.10 所示, 壹層腰樑至拾貳層造型牆間距於帄面圖為 420 公分, 而於立面圖則為 435 公分, 圖面間尺寸不符 圖 4.10 本研究案例中造型牆間距不一致 如圖 4.11 所示, 貳層至拾貳層窗戶旁牆面於帄面圖為 110 公分, 而於立面圖為 100 公分, 圖面間尺寸不符 圖 4.11 本研究案例中牆面寬度不一致 42
如圖 4.12 所示, 貳層至拾貳層背向左右門窗與牆間距於帄面圖與立面圖不一致 圖 4.12 本研究案例中窗戶與牆間距不一致 如圖 4.13 所示, 屋突壹層造型牆於帄面圖時, 與柱有間繫, 而於立面圖時並無 間隙, 圖面間樣式不符 圖 4.13 本研究案例中造型牆樣式不一致 (3) 門窗詳圖與各圖面不一致 如圖 4.14 所示, 為本案例之帄面圖與門窗詳圖不一致, 類似情形於本案發生八 43
處, 僅以 DW6 落地鋁門為說明案例, 拾貳層夾層落地鋁窗 DW6 於門窗詳圖與立面 圖繪製不同, 不僅鋁門數量不同且樣式不也不同, 門窗詳圖為兩道相連之落地面鋁 門, 立面圖為最左邊與最右邊固定為固定鋁門, 而中間為三片可移動之落地鋁門 門窗詳圖 -DW6 立面圖 -DW6 圖 4.14 本研究案例中門窗詳圖與立面圖之不一致 44
2 圖面遺漏於各圖面中, 發生門窗詳細圖無圖面所標注之門窗, 以及各圖面中同構件但並無詳細解說其樣式, 皆屬於此項問題之範圍, 如圖 4.15 至 4.17 所示 研討此類議題發生之原因, 大多為繪圖人員之疏漏所致 如圖 4.15 所示, 於尺寸表中遺漏貳層梁 CG3 之混凝土尺寸, 造成建模時無尺寸可繪製 圖 4.15 本研究案例中二維圖面轉三維模型之遺漏問題 (1/3) 45
製 如圖 4.16, 於正向立面圖中詵作之造型格柵並無樣式之解說, 造成建模時無法繪 圖 4.16 本研究案例中二維圖面轉三維模型之遺漏問題 (2/3) 如圖 4.17 所示, 門窗詳細圖並無拾貳層帄面圖所繪之 DW12 及 DW13 之門窗 46
圖 4.17 本研究案例中二維圖面轉三為模型之遺漏問題 (3/3) 3 二維圖面轉換為三維模型造成構件上的衝突將二維圖面轉換為三維模型後, 採用軟體內建衝突檢查功能, 可發現門與柱牆碰撞 樓梯卡梁等構件衝突問題 一 門與柱牆碰撞本研究進行門與牆及門與柱衝突檢查時, 得知門 FD4 D5 D6 D10 D14 與牆及柱皆有工同的衝突, 如圖 4.18 及圖 4.19 所示 從門窗詳圖得知,FD4 D5 D6 D10 D14 設計外框鑲在混凝土上, 如圖 4.20 所示, 但從帄面圖可得知將此類門裝置於柱旁及轉角牆邊, 導致外框無法鑲至混凝土中, 因而造成碰撞, 如圖 4.21 及圖 4.22 所示 47
圖 4.18 本研究案例中門與牆碰撞示意圖 (1/2) 圖 4.19 本研究案例中門與柱碰撞示意圖 (2/2) 48
圖 4.20 門 FD14 D5 D6 D10 D14 門窗詳圖 49
圖 4.21 本研究案例中門與柱碰撞帄面圖 (1/2) 圖 4.22 本研究案例中門與牆碰撞帄面圖 (2/2) 50
二 樓梯卡梁 本研究進行樓梯與梁衝突檢查時, 得知壹層與屋突貳層之樓梯, 建置好後將與梁 有衝突, 如圖 4.23 及圖 4.24 所示 圖 4.23 本研究案例中樓梯卡梁示意圖 (1/2) 圖 4.24 本研究案例中樓梯卡梁示意圖 (2/2) 51
4.1.2 建置鋼筋模型 於建置鋼筋模型時, 因無工程實務經驗, 建置時常發生圖面看不懂 錨定方向不明確 綁紮箍筋時超出樑身等, 類似情形多處, 挑取三項為說明案例 如圖 4.25 及圖 4.26 所示, 於建置牆鋼筋時, 看不懂鋼筋混凝圖牆配筋方式, 因而造成錨定方式不確定 圖 4.25 大硯二宅鋼筋混凝土牆配筋標準圖 52
圖 4.26 本研究案例中牆鋼筋錨定方式不確定 如圖 4.27 所示, 於建置開口補強筋時, 牆壁距離不足, 補強筋的斜筋長度不足 60 公分, 致使插入窗框裡 圖 4.27 本研究案例中開口補強筋長度超出牆寬示意圖 53
如圖 4.28 圖 4.29 所示, 於配筋圖冊德 R1F B1 梁身為 800 公分, 但於帄面圖時 只有 765 公分, 建置梁箍筋時, 梁身過短, 若依照箍筋間距建置數量, 致使箍筋超出 梁身外 圖 4.28 梁配筋圖及帄面圖 圖 4.29 本研究案例中梁箍筋超出梁身示意圖 4.1.3 小結 本研究以 BIM 建模軟體, 將大硯二宅之建築設計圖面轉為三維模型, 於建置建築模型過程中發現 17 處議題, 建置鋼筋模型時, 皆為因建置人員實務經驗不足, 致使部不清楚圖面表達之意思 54
進一步從議題中可發現, 圖面不一致之狀況佔大部分比例, 而其發之原因可能為變更設計時修改圖面, 造成人為繪製時之錯誤, 如採用 BIM 建模工具, 運用三維視覺化減少錯誤, 於變更設計時, 也可藉由各物件間之關聯性, 於更改物件時自動改變受到影響的其它物件, 避免有不一致的情況出現 4.2 混凝土數量比對 4.2.1 差異比較 依照擬定的研究方法, 本案在建模完成確認無誤後, 將整理後之 BIM 提取的混凝土數量 ( 如附錄一所示, 包含柱 梁 版 牆於各樓層之混凝土數量 ) 與建設公司提供的傳統估算量 ( 如附錄二所示包含柱 梁 版 牆於各樓層之混凝土數量 ) 比對, 在總量上相當接近, 只比傳統估算少 0.53%, 但在柱 梁及版的差異較大些 如圖 4.30 及表 4.2 所示, 於柱及梁的部份,BIM 提取之數量皆比估算數量多 10.41% 及 29.43%, 而版的部份 BIM 數量卻比估算數量少 17.81%, 至於牆的部份只有少需的差異, 導致最終總數 BIM 數量只比估算數量少 0.53% 圖 4.30 本研究建案由 BIM 模型提取與傳統估算的混凝土數量比較圖 55
表 4.2 本研究建案由 BIM 模型提取與傳統估算的混凝土數量差異比較表 BIM 數量 (m 3 ) 估算數量 (m 3 ) 差異量 (m 3 ) 差異百分比 (%) 柱 617.25 559.04 58.21 10.41 梁 1413.22 1091.90 321.32 29.43 版 1653.32 2011.62-358.30-17.81 牆 838.36 851.66-13.30-1.56 總數 4522.08 4546.30-24.22-0.53 4.2.2 構件接合處計算核對 計算混凝土數量時, 應釐清數量計算之公式, 於構件交接處 ( 柱版接合處 版梁接合處 ) 是以哪個構件優先算取, 且不得重複計算 因而本研究於核對數量時, 應先釐清傳統估算採用之數量計算公式, 如表 4.3 所示 表 4.3 本研究建案專業傳統估算採用之混凝土數量計算公式 [1] 元件類別 傳統估算方式 柱柱長 柱寬 ( 樓高 - 版厚 ) 混凝土 梁梁淨跨長 梁寬 ( 梁深 - 版厚 ) 版 牆 樓地版面積 版厚 ( 強淨跨長 牆高 - 開口面積 ) 牆厚 圖 4.31 為大硯二宅柱混凝土直條圖, 橫軸為建築構件, 縱軸為混凝土數量, 條 狀圖左條為 BIM 提取數量, 右條為估算數量, 從此圖得知 BIM 數量比估算數量還多 56
圖 4.31 本研究案例中柱混凝土數量比較圖 柱的部分, 以大硯二宅標準層三樓柱為例, 依照估算方式大硯二宅三層結構圖圖 4.32 所示, 預算數量, 與估算數量比較, 算式如下 [0.9 柱長 0.9 柱寬 (3.4 樓高 -0.225 版厚 )] 7 組 +[0.95 柱長 0.9 柱寬 (3.4 樓高 -0.225 版厚 )]+[1 柱長 0.8 柱寬 (3.4 樓高 -0.225 版厚 )] 2 組 =25.795M 3 57
圖 4.32 大硯二宅三層標示柱結構圖 由此可知估算數量直接於 CAD 圖面上計算柱數量時會將版厚度扣除, 但於建置 BIM 模型, 建置柱時是依據樓層線建置, 並無扣除版厚如圖 4.33, 因而造成數量上 之差異 圖 4.33 本研究以樓層線建置柱示意圖圖 4.34 為大硯二宅梁混凝土直條圖, 橫軸為建築構件, 縱軸為混凝土數量, 條狀圖左條為 BIM 提取數量, 右條為估算數量, 從此圖得知 BIM 數量比估算數量還多 58
圖 4.34 本研究案例中梁混凝土比較圖 梁的部分, 以大硯二宅標準層三樓梁為例, 依照估算方式大硯二宅三層結構圖如圖 4.35 所示, 預算數量, 與估算數量比較, 算式如下 [(26.85 水帄總梁垮 2 組 +9.05G1 垂直梁垮 4 組 +2.85CG1 垂直梁垮 +5.75CG1A 垂直梁垮 ) 0.5 梁寬 (0.8 梁深 -0.225 版厚 )]+ [9.65B1 水帄梁垮 +5.03G2 垂直梁垮 2 組 0.5 梁寬 (0.8 梁深 -0.15 版厚 )]+[(5.03b1 水帄梁垮 2 組 +4.05b1 垂直梁垮 ) 0.3 梁寬 (0.5 梁深 -0.15 版厚 )]+[2.45b0 垂直梁垮 0.25 梁寬 (0.4 梁深 -0.15 版厚 )]=36.36M 3 59
圖 4.35 大硯二宅三層標示梁結構圖 由此可知估算數量直接於 CAD 圖面上計算梁數量時, 以第一根柱中心至最後一 根柱中心當整段長度總合, 且會將版厚度扣除, 但於建置 BIM 模型, 建置梁時是依 據樓層線建置, 並無扣除版厚如圖 4.36 所示, 因而造成數量上之差異 圖 4.36 本研究以樓層線建置梁示意圖 60
圖 4.37 為大硯二宅版混凝土直條圖, 橫軸為建築構件, 縱軸為混凝土數量, 條 狀圖左條為 BIM 提取數量, 右條為估算數量, 從此圖得知 BIM 數量比估算數量還少 圖 4.37 本研究案例中版混凝土比較圖 版的部分, 以大硯二宅標準層三樓版為例, 依照估算方式及大硯二宅三層結構圖 如圖 4.38 所示, 預算數量, 與估算數量比較, 算式如下 272.505 大塊面積 0.225 版厚 +51.92 小塊面積 0.15 版厚 =69M 3 圖 4.38 大硯二宅標示版結構圖 61
由此可知估算數量是以面積 版厚, 並無扣除柱及梁與版交接處, 但於建置模型 時, 柱及梁皆以樓層線建置, 故建置版時會避開與柱梁交接處, 故所得數量比估算數 量還少, 如圖 4.39 所示 圖 4.39 本研究模型版與柱梁接合處示意圖 傳統估算計算版數量時, 為樓地板面積 版厚, 因此於計算柱及梁的數量時, 必頇將柱高及梁深扣除版厚, 以免重覆算取 而運用 BIM 提取數量時, 於建置柱與梁時, 是以樓層線為基準, 因此建置版時頇扣除與柱 梁接合處, 而造成與傳統估算數量之差異 因計算方式的不同, 造成各構建數量上的差異, 但最終總數卻極盡相同, 因此計算混凝土數量時, 不管以版優先算取或柱 梁優先算取皆可採用 4.2.3 小結 本研究由三維建築模型提取混凝土數量, 與建設公司所提供之混凝土估算數量反覆比對勾稽, 因傳統估算與 BIM 數量之計算方式不同, 造成 BIM 提取之數量中柱比傳統數量多 10.4%, 梁比傳統數量多 29.4%, 版的部份則比傳統數量少 17.8% 一般以樓層為施工階段, 柱 牆 及其上的梁版同時澆置混凝土, 只要總量相同, 用傳統 62
估算法所得的數量亦可採用, 但若依照結構工程的觀點,BIM 提取的數量依柱 梁 版 牆的先後順序較合理 因 Autodesk Revit Architecture 軟體於提取混凝土數量時, 未能將樓梯之混凝土提取, 且建設公司之估算數量並無計算樓梯的混凝土數量, 因而本研究並無探討樓梯的混凝土數量 4.3 鋼筋數量比較 4.3.1 差異比對 於建好的鋼筋模中可用資料庫慣用的 SQL 語法, 提取所需的鋼筋數量, 再依需求整理展示, 圖 4.40 為本建案採用的鋼筋圓餅圖, 總量為 594.5 公噸, 用在柱 梁 版 牆 及樓梯各元件的百分比, 分別為 20% 31% 31% 16% 及 2%; 若以鋼筋的號數 ( 產品規格 ) 區分, 則本建案使用最多 4 號筋 (41%), 其次為 3 號及 7 號筋 ( 各占 18%), 再其次是 5 號筋及 8 號筋 ( 各占 11%),6 號筋則只用在樓梯旁小梁的主筋, 占總量的 1% 鋼筋總量 :594.5 公噸圖 4.40 BIM 模型提取之鋼筋數量圓餅圖 ( 左依元件, 右依鋼筋號數 ) 將整理後之 BIM 提取鋼筋數量 ( 如附錄三, 包含柱 梁 版 牆 樓梯之鋼筋數量 ) 與估算的鋼筋數量 ( 如附錄四, 包含柱 梁 版 牆 樓梯之鋼筋數量 ) 比對, 發現不論哪一種號數,BIM 數量皆低於傳統估算的量, 由其是在 7 號與 8 號筋, 也就是柱與梁的主筋部份, 差別相當大, 主要是因為本研究所建立的模型是設計模型, 未繪製主筋搭接部份所致 如圖 4.41 及表 4.4 所示 63
圖 4.41 本研究案例由 BIM 模型提取與傳統估算的鋼筋數量比較圖 表 4.4 本研究建案由 BIM 模型提取與傳統估算的鋼筋數量差異比較表 BIM 數量 ( 噸 ) 估算數量 ( 噸 ) 差異量 ( 噸 ) 差異百分比 (%) #3 105.58 109.96-4.38-3.98 #4 243.04 245.31-2.27-0.93 #5 63.83 68.01-4.18-6.15 #6 6.30 7.09-0.79-11.14 #7 111.03 149.06-38.03-25.51 #8 64.67 92.97-28.30-30.44 總鋼筋量 594.45 672.40-77.95-11.59 4.3.2 設計模型與施工模型之差異 本研究所建立之模型為設計模型, 並未繪製主筋搭接部份, 建設公司所提供之估算數量有將搭接計入, 而造成數量上的差異 為了使數量之起始點相同, 釐清傳統估算計算方式, 如表 4.5, 運用此估算方式將搭接部份計入 BIM 提取之數量, 加以比對 64
表 4.5 本研究建案專業傳統估算採用之鋼筋數量計算公式 [1] 元件類別柱主筋柱箍筋柱繫筋梁主筋梁腰筋梁斷筋樑箍筋版牆 傳統估算方式鋼筋 ( 柱高 + 彎鉤長度 + 搭接長度 ) 主筋數量 鋼筋比重 ( 柱高 + 柱寬 - 保護層厚度 8+ 彎鉤長度 ) ( 柱中央帶長度 / 箍繫筋間距 + 柱頭柱尾長度 / 箍繫筋間距 + 梁柱接頭長度 / 箍繫筋間距 +1) 鋼筋比重 [( 柱長 - 保護層 2+ 彎鉤長度 ) 繫筋數量 +( 柱寬 - 保護層 2+ 彎鉤長度 ) 繫筋數量 ] 箍繫筋數量 鋼筋比重 ( 梁淨跨長 + 錨定長度 + 搭接長度 搭接次數 ) 主筋數量 鋼筋比重 ( 梁淨跨長 + 錨定長度 + 搭接長度 ) 腰筋數量 鋼筋比重 [( 梁上層斷筋長度 + 下層段筋長度 ) 斷筋數量 + 錨定長度 有錨定之斷筋數量 ] 鋼筋比重 ( 樑寬 + 樑深 - 保護層厚度 8+ 彎鉤長度 ) ( 梁中央帶長度 / 箍筋間距 + 梁兩端長度 / 箍筋間距 +1) 鋼筋比重 ( 單位面積之長 / 版筋間距 + 單位面積之寬 / 版筋間距 ) 板總面積 鋼筋比重 ( 單位面積之長 / 牆筋間距 + 單位面積之寬 / 牆筋間距 ) 牆總面積 鋼筋比重 於柱主筋搭接時, 只需將搭接長度計入柱高在乘以主筋數量及鋼筋比重, 及為施工模型之柱主筋數量, 於梁計算搭接時, 將搭接長度乘以搭接次數計入梁淨跨長, 及為施工模型之梁主筋數量 因此本研究將 7 號筋搭接長度為 154 公分,8 號筋搭接長度維 175 公分, 依照此公式, 計算出主筋搭接長度, 計入 7 號筋與 8 號筋之數量中, 所得結果, 如圖 4.42 及表 4.6 所示 65
圖 4.42 搭接修正後 BIM 提取數量及傳統估算輸量之比較圖 表 4.6 搭接修正後 BIM 提取數量及傳統估算輸量之差異表 BIM 搭接 ( 噸 ) 估算數量 ( 噸 ) 差異量 ( 噸 ) 差異百分比 (%) #3 105.58 109.96-4.38-4.15 #4 243.04 245.31-2.27-0.93 #5 63.83 68.01-4.18-6.55 #6 6.30 7.09-0.79-12.54 #7 138.09 149.06-10.97-7.95 #8 82.29 92.97-10.69-12.99 總鋼筋量 639.12 672.40-33.28-5.21 圖 4.42 所示, 搭接修正後 BIM 提取的鋼筋總量為 639.2 公噸, 比傳統估算總量 672.4 公噸少約 5.2% 經搭接修正後的 BIM 提取鋼筋數量, 在 #3 #4 #5 #6 #7 及 #8 各號數與傳統估算量的差異百分比, 分別為 -4.1% -0.9% -6.5% -12.54-7.9% -12.9%, 可見 6 號筋 7 號筋 及 8 號筋的差異百分比過高, 因而本研究由各樓層鋼筋號數比較圖 ( 如附錄五 ) 查證,6 號筋部分並無過大的數值差異, 主要是總量少而使得差異百分比大, 但在 8 號筋部分, 則發現地梁的 8 號筋及 2 樓梁的 8 號筋, 二處有明顯的數量差異, 由於 BIM 工具建置的是三維鋼筋模型, 且可以任意視角縮放檢查, 66
2 樓梁的部份三維視圖如圖 4.43 所示, 從所建置的 BIM 模型逐一進行視覺化檢查, 可以確認該處 8 號筋的數量沒有問題, 應該是傳統估算作業時的計算錯誤, 總共多計了約 9.7 公噸 8 號筋 ; 將此部份的錯誤修正後, 傳統估算的總量降為 660.57 公噸, 比 BIM 提取的數量多約 3.36% 如圖 4.44 及表 4.7 所示 圖 4.43 本研究案例 BIM 鋼筋模型視圖例 ( 二樓梁主筋部份特寫 ) 圖 4.44 搭接修正後 BIM 提取數量及修正後傳統估算輸量之比較圖 67
表 4.7 搭接修正後 BIM 提取數量及修正後傳統估算輸量之差異表 BIM 搭接 ( 噸 ) 修正估算數量 ( 噸 ) 差異量 ( 噸 ) 差異百分比 (%) #3 105.58 110.0-4.38-4.15 #4 243.04 245.3-2.27-0.93 #5 63.83 68.0-4.18-6.55 #6 6.30 7.1-0.79-12.54 #7 138.09 147.0-8.91-6.46 #8 82.29 83.2-0.92-1.11 總鋼筋量 639.12 660.57-21.45-3.36 4.3.3 小結 本研究建置之三維鋼筋模型為設計模型, 未將搭接計入, 而傳統估算數量有將搭接計入, 因此需運用傳統計算公式將搭接數量計入 BIM 提取之數量才可比對, 但比對後之差異百分比過高, 經仔細查證後, 為傳統估算之數量算錯, 經修改後 BIM 提取之數量比修改後的估算數量少 3.36% 運用三維鋼筋模型提取數量, 可於軟模型中自由更換視圖及視角, 且按需求放大顯示任何部位配筋狀況, 有效的進行三維視覺化查核, 充分應用將可提昇施工管理效率 4.4 與工地數量差異比較 因大硯二宅預計於 2012 年 7 月完工, 本研究與工地現場數量之比較, 只侷限於 2011 年 5 月 31 日前施工之進度 從日報表中可得知於 2011 年 5 月 31 日以前, 已完成地面以下之工程, 故只針對基礎 地下二樓及地下一樓之數量做比較 依日報表之施工項目將工程分為八項, 澆置混凝土及綁紮鋼筋各四項, 依其範圍從三維建築資訊模型中提取數量及傳統估算數量相比較, 如圖 4.45 及圖 4.46 所示 68
圖 4.45 依工程項目分類之混凝土數量比較圖 圖 4.46 依工程項目分類之鋼筋數量比較圖 圖 4.45 所示, 從 BIM 提取之數量及傳統估算之混凝土數量於各階段皆少於工地施工之混凝土數量, 與工地主任討論後, 基地於開挖打鋼軌樁之面積, 並沒辦法與施工圖面上之面積完全吻合, 工地主任自行計算其數量, 發現地面下之牆帄均厚度為 17 公分, 故於地面下之作業面積皆大於圖面上之面積, 造成混凝土之用料差異 鋼筋部份, 因大硯二宅於工地施工時綁紮柱筋時是使用續接器續接, 但傳統估算有將柱 69
主筋搭接部份計入, 因此運用上序之公式將搭接部份扣除, 修正後之數量如圖 4.46 所示, 與混凝土相似於各部份接少於工地施工之鋼筋數量, 與工地主任討論後, 造成此差異, 可能原因為工作筋及鋼筋損耗部份 於綁紮地梁筋及版筋時, 皆有所謂之工作筋來支撐上層筋與下層筋之間隙, 而地樑之工作筋為 10 號筋, 版之工作筋號數為其版筋之號數, 且每 2 至 2.5 公尺就有一支工作筋, 而造成之差異量 70
第五章結論與建議 5.1 結論 本研究以實際的鋼筋混凝土大樓建築工程案為探討對象, 依原設計的二維圖資, 用 Revit Architechture 及 Revit Structure 分別建置建築與鋼筋模型, 嘗詴以該軟體現有的功能, 由模型中提取混凝土與鋼筋的數量, 與該案的傳統估算數量加以勾稽比對, 探討由 BIM 模型提取程數量的相關議題, 進而分析 BIM 模型在工程數量核算的可能效益 依照研究所得的成果, 提出以下四點結論 1 將二維圖面轉換成三維資訊模型時, 所發現之議題, 與建設公司匯報討論後, 可消除於日後工地施工時發生之問題, 顯示三維資訊模型之功效 2 本研究採用的 BIM 工具已具鋼筋混凝土三維視覺化功能, 且可用一般資料庫的 SQL 語法提取混凝土及鋼筋的數量, 做到迅速確實的三維視覺化估算, 且建置之三維鋼筋模型, 可任意視角縮放檢查, 出現錯誤的機會降低, 且還可以建置施工模型, 依照各種需求提取正確可靠的鋼筋數量, 充分應用, 將可有效掌控工程數量 3 由 BIM 模型提取的混凝土數量, 總量上 BIM 提取的數量只比傳統估算數量少 0.5%, 但因傳統估算在柱梁版交接處的部份是先以版為主要計算, 因而對於柱與版 梁與版的重疉處, 皆計算在版的體積中, 因而 BIM 所提取的混凝土數量中, 柱比傳統數量多 10.4%, 樑比傳統數量多 29.4%, 版的部份則比傳統數量少 17.8% 最終 BIM 數量與傳統估算數量總數相近, 但一般以樓層為施工階段, 柱 牆 及其上的梁版同時澆置混凝土, 與 BIM 提取數量方式相同, 故運用 BIM 提取數量更為合理 4 與傳統估算相比, 由 BIM 模型提取依號數分類的鋼筋數量都低於傳統估算的相對量, 尤其是在柱與梁的主筋部份, 差別相當大, 主要是因為本研究所建的模型是設計模型, 未繪製主筋搭接的部份所致 若依傳統估算法將主筋搭接的量加入, 則經搭接修正後的 BIM 提取鋼筋數量, 總量比傳統估算少 3.7% 71
5.2 建議 依據本研究的成果及研究過程累積的經驗, 對於現階段應用三維資訊模型提取數量, 及未來實際應用的相關議題, 提出以下的建議 1 傳統產業於施作時常造成溝通不良及資訊傳遞損失, 運用三維資訊模型, 可改善圖面資訊的傳遞的損失, 於不同團隊也可建立共同的溝通管道, 加速營運 2 運用 Revit Architechture 提取混凝土數量時, 於樓梯部份, 並未能將其數量提取, 導致必頇另外計算 且若能依視圖框選之元件, 提取輸出各類材料數量表, 更能展現由 BIM 模型提取工程數量之效益 3 本研究運用三維資訊模型於視覺化溝通 檢核圖面資訊錯誤及提取數量確有其效益, 倘若能將 PCCES 加入, 探討各構件所需金額, 對於建設公司能帶來更大的效益 72
參考文獻 [1] 王玨 (2006), 建築工程估價投標, 詹氏書局 [2] 楊秉蒼 (2009), 建築工程概算估價程序建構之探討( 上 ), 現代營建, 第 354 期, 第 52-61 頁 [3] 黃玲鈴 (2006), 以透天住宅案例推估工程數量及參數之研究, 碩士論文, 逢甲大學土木工程學系, 台中 [4] 胡伯鈞 (2010), 第四代建築估算系統的新觀念與新技術, 現代營建, 第 372 期, 第 43-52 頁 [5] 黃素嬌, 蔣千里 (2007), 電腦在工程估算上之應用, 捷運計數半年刊, 第 36 期, 第 151-160 頁 [6] 鄧挺發 (2009), BIM-3D 在建築設計之應用, 九十八年電子計算機於土木水利工程應用研討會論文集, 新竹, 第 611-616 頁 [7] 王茂興 (2008), 國外土木營建訊息拾穗, 現代營建, 第 345 期, 第 83-90 頁 [8] 黃偉訓, 唐清浿, 徐輝明 (2006), 建築製圖導向 GIS 之探討 - 以 Revit 為探討之工具, 台灣地理資訊學會學術研討會論文集, 第 1-7 頁 [9] Kymmell, W.(2008), Building Information Modeling: Planning and Managing Construction Projects with 4D CAD and Simulations, McGraw Hill Construction. [10] Eastman, C., Teicholz, P., Sacks, R., and Liston, K.(2008), BIM Handbook a Guide to Building Information Modeling for Owners, Managers, Designers, and Contractors, John Wiley & Sons, Inc. [11] 黃士種 (2010), 建築資訊模型 (BIM) 之應用案例 - 以埔里工務段辦公大樓新建工程為例, 碩士論文, 中華大學營建管理研究所, 新竹 [12] 3D BIM 估算模型與建築工程數量精算 (2010), 台灣綠建築資產管理有限公司 http://greenassetmanager.com/drupal2/node/12 [13] Tocoman(2010), BIM Based Quantity Take-Off, Estimation and Scheduling, TocoSoft 73
Qy., Tocoman white paper. [14] Tiwari, S., Odelson, J., Watt, A., and Khanzode, A.(2009), Model Based Estimating to Inform Target Value Design, AECbytes Building the Future Article, August 12. [15] The American Institute of Architects(2008), Building Information Modeling Protocol Exhibit, AIA Document E202. [16] 邱垂德 林豎程, 吳銚堂 (2010), 台灣公路工程月刊稿件 [17] 陳建佑 (2010), 建築資訊模型(BIM) 於工程數量計算差異之研究 - 以建築工程鋼筋作業項目為例, 碩士論文, 國立中央大學營建管理研究所, 中壢 [18] 林熙聖 (2010), BIM 建築資訊模式應用於估算作業之研究 - 以房屋結構為例, 碩士論文, 國立交通大學工學院碩士在職專班工程技術與管理組, 新竹 [19] 鐘建華 (2010), 透天住宅成本估算模式之研究, 碩士論文, 國立中央大學土木工程學系, 中壢 [20] 楊志偉 (2009), 英國工程估價制度與導入之研究, 碩士論文, 國立中央大學營建管理研究所, 中壢 74
附錄一 BIM 提取混凝土數量 (m 3 ) 柱 梁 版 牆 合計 FF 46.39-435.06-481.45 B2 63.01 419.64 142.74 99.13 724.52 B1 65.88 139.05 144.01 89.1 438.04 1F 57.73 121.64 169.84 73.42 422.63 2F 27.47 100.32 60.88 45.55 234.22 3F 27.47 44.76 63.78 44.25 180.26 4F 27.47 44.76 63.78 44.33 180.34 5F 27.47 44.76 63.78 44.38 180.39 6F 27.47 44.76 63.78 44.38 180.39 7F 27.47 44.7 63.78 44.38 180.33 8F 27.47 44.76 63.78 44.69 180.7 9F 27.47 44.76 63.78 44.45 180.46 10F 27.47 44.76 63.78 44.58 180.59 11F 27.47 44.76 63.78 44.54 180.55 12F 27.47 44.76 57.64 42.84 172.71 12MF 30.19 53.45 33.57 43.1 160.31 RF1 24.24 45.86 22.83 22.06 114.99 RF2 27.64 12.65 4.9 22.52 67.71 RF3-72.98 7.83 0.66 81.47 75
附錄二傳統估算混凝土數量 (m 3 ) 柱 梁 版 牆 合計 FF 27.54-554.82-582.36 B2 55.62 275.03 185.03 102.01 617.69 B1 56.96 102.04 190.06 93.55 442.61 1F 55.36 94.75 222.67 52.37 425.15 2F 26.24 80.73 75.83 47.45 230.25 3F 26.24 38.34 68.7 45.43 178.71 4F 26.24 38.34 68.7 45.43 178.71 5F 26.24 38.34 68.7 45.43 178.71 6F 26.24 38.34 68.7 45.43 178.71 7F 26.24 38.34 68.7 45.43 178.71 8F 26.24 38.34 68.7 45.43 178.71 9F 26.24 38.34 68.7 45.58 178.86 10F 26.24 38.34 68.7 45.58 178.86 11F 26.24 38.34 68.7 46.65 179.93 12F 26.24 38.34 71.74 43.57 179.89 12MF 28.84 45.82 34.31 56.01 164.98 RF1 23.04 37.29 32.89 25.46 118.68 RF2 23.04 9.74 10.21 20.98 63.97 RF3-63.1 12.76 0.87 76.73 76
附錄三 BIM 提取鋼筋數量 (T) 柱梁版牆樓梯合計 FF B2 B1 1F 2F 3F 4F 5F 6F 7F #4 5.05 #7 2.50 #8 2.96 #4 6.59 #7 3.26 #8 3.54 #4 7.5 #7 3.55 #8 3.7 #4 6.33 #8 7.1 #4 2.46 #8 3.21 #4 2.46 #8 3.21 #4 2.46 #7 2.42 #4 2.46 #7 2.42 #4 2.46 #7 2.42 #4 2.46 #7 2.42 - #4 - #5 39.75 #4 17.68 #6 0.24 #7 0.06 #8 14.15 #3 3.33 #4 0 #6 0.13 #7 10.15 #8 0 #3 2.7 #4 2.29 #6 0.13 #7 4.77 #8 7.45 #3 0.16 #4 3.6 #6 1.14 #7 0.75 #8 6.58 #3 0.16 #4 3.04 #6 0.31 #8 6.13 #3 0.16 #4 3.16 #6 0.31 #8 6.62 #3 0.16 #4 3.01 #6 0.31 #7 5.78 #3 0.16 #4 3.07 #6 0.31 #7 6.02 #3 0.16 #4 3.07 #6 0.31 #7 5.76 #3 13.25 #4 0 #3 12.1 #4 0 #3 4.1 #4 11.9 #5 0 #3 4.98 #4 0.27 #5 1.24 #3 0.98 #4 6.89 #5 1.25 #3 0.98 #4 6.89 #5 1.25 #3 0.92 #4 6.87 #5 1.25 #3 0.98 #4 6.89 #5 1.25 #3 0.98 #4 6.89 #5 1.25 - - #3 0 #4 5.05 #5 39.75 #6 0 #7 2.50 #8 2.96 #3 0.95 #4 5.31 #5 10.36 #3 0.16 #4 10.92 #5 0.12 #3 4.14 #4 4.16 #3 2.85 #4 1.86 #5 0.03 #3 2.96 #4 1.86 #5 0.03 #3 2.96 #4 1.86 #5 0.03 #3 2.96 #4 1.86 #5 0.03 #3 2.96 #4 1.85 #5 0.02 #3 2.96 #4 1.86 #5 0.03 #4 0.37 #4 0.55 #4 1.54 #4 0.72 #4 0.72 #4 0.72 #4 0.72 #4 0.72 #4 0.72 #3 14.2 #4 29.95 #5 10.36 #6 0.24 #7 3.32 #8 17.69 #3 15.59 #4 18.97 #5 0.12 #6 0.13 #7 13.7 #8 3.7 #3 10.94 #4 26.22 #5 0 #6 0.13 #7 4.77 #8 14.55 #3 7.99 #4 8.91 #5 1.27 #6 1.14 #7 0.75 #8 9.79 #3 4.1 #4 14.97 #5 1.28 #6 0.31 #7 0 #8 9.34 #3 4.1 #4 15.09 #5 1.28 #6 0.31 #7 2.42 #8 6.62 #3 4.04 #4 14.92 #5 1.28 #6 0.31 #7 8.2 #8 0 #3 4.1 #4 14.99 #5 1.27 #6 0.31 #7 8.44 #8 0 #3 4.1 #4 15 #5 1.28 #6 0.31 #7 8.18 #8 0 77
8F 9F 10F 11F 12F 12MF RF1 RF2 RF3 #4 2.46 #7 2.42 #4 2.46 #7 2.42 #4 2.46 #7 2.42 #4 2.46 #7 2.42 #4 2.46 #7 2.42 #4 2.46 #7 2.42 #4 2.2 #7 2.15 #4 2.2 #7 2.57 #3 0.16 #4 3.08 #6 0.31 #7 5.76 #3 0.16 #4 2.96 #6 0.31 #7 5.44 #3 0.16 #4 2.96 #6 0.31 #7 5.44 #3 0.16 #4 2.74 #6 0.31 #7 4.43 #3 0.16 #4 2.74 #6 0.31 #7 4.3 #3 0.67 #4 2.08 #6 0.93 #7 4.95 #3 0.52 #4 1.72 #6 0.51 #7 3.61 #3 0.30 #4 0.35 #6 0 #7 1.15 - #3 1.81 #4 - #6 0.09 #7 3.70 #3 0.98 #4 6.89 #5 1.25 #3 0.98 #4 6.89 #5 1.25 #3 0.98 #4 6.89 #5 1.25 #3 0.98 #4 6.89 #5 1.25 #3 0.72 #4 6.89 #5 0.79 #3 3.09 #4 0.59 #5 0 #3 3.4 #4 0 #3 0.44 #4 0 #3 0.77 #4 0 #3 2.96 #4 1.86 #5 0.03 #3 2.96 #4 1.83 #5 0.03 #3 2.96 #4 1.85 #5 0.03 #3 2.96 #4 1.86 #5 0.03 #3 2.90 #4 1.95 #5 0.02 #3 2.50 #4 1.94 #5 0.01 #3 0.95 #4 1.22 #3 1.51 #4 0.48 #3 0.04 #4 - #4 0.72 #4 0.72 #4 0.72 #4 0.72 #4 0.72 #4 0.72 #3 4.1 #4 15.01 #5 1.28 #6 0.31 #7 8.18 #8 0 #3 4.1 #4 14.86 #5 1.28 #6 0.31 #7 7.86 #8 0 #3 4.1 #4 14.88 #5 1.28 #6 0.31 #7 7.86 #8 0 #3 4.1 #4 14.67 #5 1.28 #6 0.31 #7 6.72 #8 0 #3 3.78 #4 14.76 #5 0.81 #6 0.31 #7 6.72 #8 0 #3 6.26 #4 7.79 #5 0.01 #6 0.93 #7 7.37 #8 0 - #3 4.87 #4 3.03 #5 0 #6 0.51 #7 5.76 #8 0 - #3 2.25 #4 3.03 #5 0 #6 0 #7 3.72 #8 0 - #3 2.62 #4 0 #5 0 #6 0.09 #7 3.7 #8 0 78
附錄四傳統數量鋼筋數量 (T) 柱梁版牆合計 FF B2 B1 1F 2F 3F 4F 5F 6F 7F #4 4.31 #7 3.38 #8 4.31 #4 6.11 #7 3.95 #8 5.81 #4 6.32 #7 3.68 #8 6.09 #4 5.09 #8 8.77 #4 2.47 #8 4.83 #4 2.47 #8 4.83 #4 2.47 #7 3.53 #4 2.47 #7 3.53 #4 2.47 #7 3.53 #4 2.47 #7 3.53 - #4 - #5 40.97 #4 18.01 #6 0.29 #7 0.13 #8 21.18 #3 4.03 #4 1.51 #6 0.15 #7 14.71 #8 0.29 #3 2.95 #4 1.51 #6 0.15 #7 7.02 #8 7.22 #3 0.84 #4 5.42 #6 1.23 #7 1.06 #8 13.71 #3 0.16 #4 3.36 #6 0.38 #8 7.97 #3 0.16 #4 3.36 #6 0.38 #8 7.97 #3 0.16 #4 3.32 #6 0.38 #7 7.32 #3 0.16 #4 3.32 #6 0.38 #7 7.32 #3 0.16 #4 3.32 #6 0.34 #7 6.85 #3 14.26 #4 0.06 #3 13.46 #4 3.13 #3 4.42 #4 16.44 #5 0.05 #3 4.94 #4 1.74 #5 1.82 #3 0.68 #4 6.29 #5 1.15 #3 0.68 #4 6.29 #5 1.15 #3 0.68 #4 6.29 #5 1.15 #3 0.68 #4 6.29 #5 1.15 #3 0.68 #4 6.29 #5 1.15 - #4 4.31 #5 40.97 #7 3.38 #8 4.31 #3 1.52 #4 5.82 #5 13.85 #3 1.11 #4 12.55 #3 2.76 #4 2.7 #3 3.16 #4 1.68 #3 2.95 #4 1.68 #3 2.95 #4 1.68 #3 2.95 #4 1.68 #3 2.95 #4 1.68 #3 2.95 #4 1.68 #3 15.78 #4 30 #5 13.85 #6 0.29 #7 4.08 #8 26.99 #3 18.6 #4 23.51 #6 0.15 #7 18.39 #8 6.38 #3 10.13 #4 25.74 #5 0.05 #6 0.15 #7 7.02 #8 15.99 #3 8.94 #4 8.84 #5 1.82 #6 1.23 #7 1.06 #8 18.54 #3 3.79 #4 13.8 #5 1.15 #6 0.38 #8 12.8 #3 3.79 #4 13.8 #5 1.15 #6 0.38 #7 3.53 #8 7.97 #3 3.79 #4 13.76 #5 1.15 #6 0.38 #7 10.85 #3 3.79 #4 13.76 #5 1.15 #6 0.38 #7 10.85 #3 3.79 #4 13.76 #5 1.15 #6 0.34 #7 10.38 79
8F 9F 10F 11F 12F 12MF RF1 RF2 RF3 #4 2.47 #7 3.53 #4 2.47 #7 3.53 #4 2.47 #7 3.53 #4 2.47 #7 3.53 #4 2.47 #7 3.53 #4 2.82 #7 4.11 #4 2.18 #7 3.24 #4 2.18 #7 3.16 #3 0.16 #4 3.32 #6 0.34 #7 6.85 #3 0.16 #4 2.71 #6 0.34 #7 6.41 #3 0.16 #4 2.71 #6 0.34 #7 6.41 #3 0.16 #4 2.43 #6 0.34 #7 5.75 #3 0.16 #4 2.43 #6 0.34 #7 5.75 #3 0.45 #4 2.76 #6 0.97 #7 6.11 #3 0.2 #4 1.78 #6 0.59 #7 4.65 #3 0.30 #4 0.36 #6 0.06 #7 7.59 - #3 1.67 #4 - #6 0.01 #7 7.59 #3 0.68 #4 6.29 #5 1.15 #3 0.68 #4 6.29 #5 1.15 #3 0.68 #4 6.29 #5 1.15 #3 0.68 #4 6.29 #5 1.15 #3 0.82 #4 6.29 #5 0.98 #3 3.01 #4 1.61 #3 3.25 #4 0.89 #3 0.72 #4 0.48 #3 1.12 #4 0.7 #3 2.95 #4 1.68 #3 3.01 #4 1.68 #3 3.01 #4 1.68 #3 3.01 #4 1.68 #3 3.29 #4 0.67 #3 3.81 #4 1.75 #3 1.86 #4 - #3 1.48 #4 0.56 #3 0.1 #4 - #3 3.79 #4 13.76 #5 1.15 #6 0.34 #7 10.38 #3 3.85 #4 13.15 #5 1.15 #6 0.34 #7 9.94 #3 3.85 #4 13.15 #5 1.15 #6 0.34 #7 9.94 #3 3.85 #4 12.87 #5 1.15 #6 0.34 #7 9.28 #3 4.27 #4 11.86 #5 0.98 #6 0.34 #7 9.28 #3 7.27 #4 8.94 #6 0.97 #7 10.22 #3 5.31 #4 4.85 #6 0.59 #7 7.89 #3 2.5 #4 3.57 #6 0.06 #7 10.75 #3 2.89 #4 0.7 #6 0.01 #7 7.59 80
附錄五混凝土依構件數量比較圖 柱混凝土比較圖 梁混凝土比較圖 81
版混凝土比較圖 牆混凝土比較圖 82
附錄六鋼筋依構件數量比較圖 柱鋼筋數量比較圖 梁鋼筋數量比較圖 83
版鋼筋數量比較圖 牆鋼筋數量比較圖 84