(文章分享)推介BIM理論與應用 @ 提華設計 TIFA Design

一、什麼是BIM?
　BIM 為 Building Information Modeling (建築資訊模型)之簡稱，或許對於大多數人而言，BIM 這個急速竄紅的新名詞還很陌生，在浩如煙海的網際網路世界裡，能夠查到許多眾說紛紜的解釋，以及下列幾點說法，有部份人認為是使用某個軟體，諸如 Autodesk Revit、Bentley Architecture、Graphisoft ArchiCAD 等，或者是將三維模型賦予詳盡的物件屬性、規格資料等，又或許以上幾種解釋仍然不能詮釋 BIM 完整的涵義，因此BIM 到底是什麼?而 BIM 又能夠實際做些什麼?本文希望能藉由各個專業領域的論點說明及整理，能夠幫助大家更理解什麼是 BIM，及其相關理念。
　在說明 BIM 是什麼之前，首先要了解一下建築業的作業流程，及其生態中所存在的一些問題，我們通常都知道房屋是由業主，或投資商出資興建建築物，由建築師繪製設計圖，再由工料測量師依照設計圖計算所需費用，最後由承包商依照設計圖營建施工，但往往在所有建造工期結束後卻發生問題，比較常會遇到承包商依照設計圖完工之後，卻還是必須打穿牆面、切開管線後追加一些額外的裝修費用，經常在豪華飯店或百貨大樓裡，總有些地方會掛著「注意階梯」、「小心頭部」等警示標語，社區住宅裡總是有些房間夏天悶熱、有些冬天寒冷，甚至有些工程剛完工，卻又面臨要拆除，至於像是水管爆裂時，相關設計單位也得耗費多時，才能找到閥門將其關閉等。至於像遇到需要變更設計時，每變更一次就要再花一次費用。然而這些隨之升高卻事先未能預見的費用，都並不是像地震、風災等，不可抗拒的自然災害因素所引起的，而是在什麼都正常的情況下所產生的費用。
　但為什麼該預留的洞口不存在，或者是口徑不敷使用，是否是在施工時發生了錯誤，或者是設計圖不夠周延。若假設原先的設計圖是錯的，也絕非表示設計師不夠專業、不夠認真，但對於絕大部分的設計師而言，卻也是不想發生的挑戰。

設計圖問題
　然而設計的圖紙發生這些錯誤的原因為何?可能性有很多，大致可從幾個方面來看。首先是各行其事，工程設計所牽涉到的項目包括建築、結構、照明、電力、電信、空調、給排水、消防等等，但這些專業之間的分工是清晰的，合作是模糊的，各自獨立項目的圖紙都是對的，合在一起時卻是有問題的。沒有一個專門的職位負責多個專業的協調，有的只是專業協調會，開會的時候都各自認真的檢視著自己的圖紙，但最後的結果是，每套項目的圖紙依然有問題。
　其次是紙上談兵，設計和施工在學校裡是兩個不同的專業，也許設計師認為施工人員理論水平欠缺，而施工人員卻認為，設計師的設計是紙上談兵，實際可能發生的問題是，依照設計師的圖紙，有些內容在施工的時候是做不出來的，即便是做的出來，也得耗費九牛二虎之力，於是就得請設計師修改圖紙，修改完成後，再依照新的設計圖紙重新施工。
　第三種可能為變更頻繁，所謂變更就是在原始的圖紙上做整形，整形完後必須記住哪些是修改過，哪些是未經修改的，否則可能變成一片混亂，甚至到了無法收拾的地步
　然而建築物是依照設計圖所建造出來的，但設計圖紙的項目與數量卻又非常之多，每個項目的設計圖紙甚至多達數十張，若在修改頻繁的狀況下，每張圖紙都要逐一重複修改，勢必耗費大量的工時。雖然藉由電腦軟硬體設備快速的發展，這方面問題已由專業繪圖軟體，獲得相當大幅度的改善。但參與相關設計的部門及人員眾多，相互之間的溝通與協調，也並非想像中的完善，因此在不斷持續變更設計的同時，若無法有效率且正確的持續修訂圖紙，發生混亂或錯誤的設計將是可預見的。
BIM 功用
　在建築流程中，業主出資請建築師設計建築圖樣，再由承包商照圖施工，卻在施工過程中發現，機電工程與土木建築發生衝突，此時只好暫停施工，等建築師修改完圖紙，待工料測量師重新計算後，業主卻只能繼續追加預算，才能夠繼續完成施工，但造成的金錢損失、工期的延誤等等問題卻已是事實，建築工程不能按照時程準時完工，是絕大多數業主與承包商的夢饜。
- 有什麼方法能夠減少追加預算?
- 　　如何保證各項工程按時完工?
- 　　如何把設計方案，依照實際情況真實的模擬出來?
- 　　如何把不合理或不可行的設計方案，都預先檢測出並即時修改?
- 　　如何立即得到任何一個變更對成本影響的分析?
- 　　如何動態記錄所有的變更，得到一個與實際建物一致的資訊模型，並用於後續數十年的營運管理?
　大家都在問如何解決以上問題時，BIM 就是解決這類問題的最佳方案。因此總結來說，軟體只是 BIM 的一種工具，而建築物的資訊模型可視為 BIM 的結果之一，然而具體的 BIM 到底是什麼呢? 有個貼切的說法，即是將 BIM 稱為「BIM 諮詢師」，該說法有個有趣的論述(何關培2010):　
　　BIM = 讓業主預見未來的水晶球 = 降低成本 + 節省時間 + 提升品質
　　要實踐上述目標，沒有 BIM 軟體很難做到，沒有 BIM 專業人員絕對做不到，故:
　　BIM = BIM 專業人員 + BIM 軟體，又因 BIM 專業人員肯定會使用 BIM 專業軟體。
　　因此，BIM = BIM 專業人員。假如，我們把BIM專業人員稱之為 BIM 諮詢師，則:
　　BIM 就等於 BIM 諮詢師。

　然而提到 BIM 專業諮詢師，必然會有人問 BIM 諮詢師，應該具備何種條件，才能做 BIM 諮詢師? 當然不懂 BIM 專業的人是無法做 BIM 諮詢師，並且可能將 BIM 說成是虛擬實境，就像 BIM 可以做 CAD 做的事，但是 BIM 並不是 CAD。因此，若設計師學會 BIM 就可以做 BIM 諮詢師。但這裡必須特別注意的是，設計師不能直接做為 BIM 諮詢師，因為 BIM 諮詢師的其中一項重要工作，就是找出設計圖的錯誤，所以，如果設計師做為 BIM 諮詢師的結果，就好像會計與審計不分的情況，故 BIM 諮詢師應該是一個，獨立專業的諮詢服務部門。

二、BIM的建築資訊交換標準
　第一、資料交換工程艱鉅，當我們將 BIM 導入工程項目、企畫的過程中必定會遇到一件事，即 BIM 必須交換整合建商、原料供應商，以及各項規劃、測量、消防、會計、營運等，非常多部門的資訊，並且在不同階段從策劃、施工、營運與拆除，其中所橫跨的生命周期，時間亦非常之長久，加上整個建築生命周期內所有參與人員，使用的軟體數量可能多達上百種，因此在這非常多元的環境中，多方面的資訊如何做正確，及有效的傳遞與溝通，勢必是一件非常艱鉅的工程。
　第二、軟體升級數量龐大，對應措施費時耗力。如果在涉及的軟體數量比較少的情況下，由下示意圖(1)可以用來表達各軟體之間的資料交換方式。但這種方式當涉及的軟體達到一定的數量之後，檔案資料之間的相互交換，會使成本以幾何級數的增加，例如只要有一個軟體的資料格式，由於版本升級等原因進行了變動時，所有其他軟體和該軟體之間相對應的方式，就必須同步進行更新。

圖(1) 個軟體之間直接進行資訊交換

工業基礎類別 (IFC)
為了更方便有效的解決，上述軟體之間資料交換問題，需開發一個所有軟體都支援的資料標準格式，使軟體之間的資料交換，皆由該資料標準交換來完成，如下示意圖(2)所示，因此國際組織 IAI(Industry Alliance for Interoperability) 機構提出了一套建築資料整合標準 IFC (Industry Fundation Classes)，對於一般 BIM 用戶而言，並不需要特別關注「工業基礎類別」這個翻譯，只需要知道 IFC 是BIM 資訊交換標準格式就可以了。IFC 是一種開放性資料格式，作為資訊的交換以及共享、使用於整個營建管理上，藉由該標準定義門、窗、牆、燈具、家具等實質物件，以及空間、結構等一些抽象概念，以物件資料庫的方式來處理資料內容，讓所有參與方在各階段使用不同軟體產生出的資料，能夠相互流通、應用與整合。

圖(2) 由共同支援的標準格式進行資訊交換
資訊交付手冊 (IDM)
IDM 的全名為 Information Delivery Manual，同樣對於 BIM 的用戶而言，我們需要知道的是什麼是IDM?以及為什麼需要 IDM 就可以了。由前面敘述可以知道為了實現 BIM 的價值，要做到不同成員、軟體產品之間的資訊交換，必須建立一個公開的資料交換標準格式 IFC，但由於這種資訊交換，涉及的項目種類繁多、項目的階段之複雜，及項目生命周期時間跨度之大，但往往資訊的交換，只針對某個具體項目中的一個項目來進行交換，或是只對於某幾個工作流程中的參與方，及應用軟體來進行交換，因此不需要也不可能在每一次資訊交換時，都把整個 IFC 的所有內容都搬出來。那麼在每一個類似這樣的資訊交換動作，究竟需要 IFC 裡面的哪些內容?這就是 IDM 要完成的事情。故，從事某一個具體項目，或某個具體工作的參與方，則以 IDM 來定義各自工作所需要的資訊交換內容，然後利用 IFC 標準格式來進行交換。
另外在這裡要順便說明什麼是 MVD(Model View Definition) 模型視圖定義，在這裡只需要簡單的了解，MVD 主要功能是將 IDM 的一般語言，轉換成 IFC 電腦語言的一個手段就可以了。
國際字典框架 (IFD)
由於全球的自然語言具有多樣性和多義性，所以為了確保不同國家、地區、語言和文化背景的資訊提供者，與資訊的使用者之間，對同樣一個訊息有完全一致的解讀，因此 IFD(International Framework for Dictionaries) 就是將每一個訊息及術語，都給予一個全球唯一的識別碼 GUID，這樣能夠使得 IFC 裡面的每一個資訊，都有一個唯一的識別碼與之相連，當提供一個需要交換的 GUID 資訊時，得到的訊息就只會是唯一的，至於不同背景的使用者，用什麼語言及名詞來描述，或命名此訊息就變得不重要了。
IFD 的官方資料中有一個說明例子，在普通的字典或辭典裡，挪威語的 "dor" 和英語裡的 "door"，同樣都是被翻譯成"門"的意思。若是運用在非技術語言的譯文是勉強可以的。但同樣用在進行建築營造資訊交換時，就有待商榷。因為，實際挪威語的 "dor" 是指"門框"的意思，應該翻譯成英語的 "doorframe"，而英語的 "door"，指的是"一扇門"的意思，兩者之間是有所差異的。

三、BIM應用
　美國 buildingSMART 聯盟組織 2009 及 2010 發佈的 BIM Project Execution Planning Guide，在 BIM 項目規劃、設計、施工和運用階段，歸納出 25 種應用如下表(1):
表(1) BIM Project Execution Planning Guide

　在房價高漲與綠色環保意識抬頭的今日，城市規劃中主要的關鍵指標，例如容積率、建蔽率、建築密度、綠建築指標等，這些都密切影響著居住者的健康、舒適度及生活品質，但也說明了在一定的指標限制下，如何能夠得到最有利於城市居民生活的規劃方案?對於這些問題，BIM 城市規劃諮詢能夠提供傳統 GIS 與 CAD 技術條件下，幾乎無法得到的科學參考依據。
　由於傳統 CAD 技術支援有限，因此，多數建築設計的功能計算，都僅以合乎規範為要求而已，只有極少數資金充足、指標性的建築物等，才可能進行較完整的建築功能分析。另外，在此必須先說明，質量和功能是兩個不同的概念，一般所說的質量是指施工質量，即實際建築物對設計文件要求的完整度。然而在先天不足後天難補的情況下，一個功能不怎樣的建築規劃設計，施工質量再好也稱不上是好的建築。BIM 建築性能諮詢能夠使建物在有限的造價、工期等條件下，進行必要的建築性能分析。因此， BIM 建築性能諮詢，可達成主要如下之分析工作：