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制造业靠BIM实现建筑数位分身,RFID取代传统的纸本巡检流程

来源:RFID世界网

3D建筑资讯模型,简称BIM,近十年来已经融入台湾各大工程的设计施工流程中,发展日臻成熟。为了发挥BIM更大价值,现在也开始有工程,将设施资讯建档到BIM模型中,来发展视觉化的维运管理作业

高雄凤山车站改建工程早在盖好之前,站长就能透过数位世界中的凤山车站,思考日后巡查设备的路线和维护方式,每一台机电设备、冷气、电扶梯,不只看起来模样相似,连每一台设备各自的厂牌、型号都和真实世界相同。

这就是近10年来,各国政府公共工程极力想要达成的新境界,不只盖一栋真实大楼,还要靠IT技术,打造出一栋一模一样的数位建筑。这就是3D建筑资讯模型(Building Information Modeling,简称BIM)技术。虚拟世界中的一条线、一个方块,都代表了真实的一段管线,一个通风口,一台机电设备。

一栋建筑从规画、设计到施工,需要非常多不同专业技师,从建筑外观、结构、机电、管线等面向进行规画与设计,早期以2D的电脑绘图(CAD)为主流,但近十年来,进一步走向参数化的3D模型建构技术,也就是BIM,直接整合不同专业设计到同一个视觉化的模型中,来取代多张2D平面设计图纸,不再像从前靠想像来建构空间概念。

透过BIM来呈现实体建筑的虚拟分身,工程师可以先在虚拟世界中进行设计、模拟、除错、出图、施工排序,最后再进入实体施工阶段来付诸实践,也就是说,BIM是一种虚实整合的技术。

美国是BIM技术发源地,不只在营造业视为关键技术,美国官方机构GSA也从2007年起,要求接受GSA设计经费资助的主要专案,需将BIM纳入设计流程。而BIM技术也在2010年之后,逐渐被欧洲、英国、法国、德国等国重视,这股浪潮吹进亚洲后,中国、日、韩、星等国政府也开始力推,如新加坡2014年从公部门工程带头实施,2016年韩国更要求5亿韩元(约台币1,300万元)公共工程必用。

BIM技术在台湾

BIM模型在建筑维运过程中累积的资料,资料价值可能在50年后才会发挥到最大。─── 台湾世曦总工程师林曜沧。摄影/洪政伟

台湾同样在建筑、工程界开始少数采用,近10年来开始普及,政府更带头积极在公共工程领域来推广,如行政院公共工程委员会在2014年建立公共工程运用BIM推动平台,而交通部后来更要求10亿元以上的建筑工程、20亿元以上的土木工程必须导入BIM,就是要让更多国内工程相关厂商,越来越熟悉BIM的作业流程。

台湾世曦是早期率先导入BIM的工程顾问公司之一,2006年起,开始在几项工程案规画设计时用BIM辅助,例如高雄铁路地下化美术馆站公共工程,而后,更在2010年特别成立BIM中心,培育BIM设计人才,也建立一套制度化的管理流程,来进行BIM协同整合。当年,自家总部大楼改装时,更用BIM来进行IT机房的虚拟设计和施工验证,才打造出新世代的节能机房。隔年,台湾世曦开始应用BIM到更多工程施工上,例如台北捷运万大线,就是第一个将BIM列入契约的公共工程。

台湾世曦总工程师林曜沧指出,BIM最大的优势,在于模拟出建筑或公共工程的3D模型,来直观呈现各项专业设计整合时可能遇到的冲突,并提早排除,以免施工过程中大幅变动设计,浪费许多施工时间与成本。

像高铁后来新盖的苗栗站,发包施工前三个月,导入BIM来进行工程检讨,负责监造的世曦,从3D模型中发现许多需要改善的冲突点,不仅节省了20%施工后的设计变更费用,不需敲除现场隔间重新施工,工期甚至能提早两个月进行实地勘查。「BIM能为业主控制风险。」林曜沧点出了打造数位分身的应用价值。

而台湾世曦近年承包的桃园第三航厦的设计(又称为T3专案),更是靠BIM实现跨国协同合作的典型例子。

T3专案的建筑师来自台湾、英国、香港,分散在世界各地。为了协同建立第三航厦的3D建筑资讯模型,所有资料的共享、提交、发布、归档在同一个云端环境,每两周进行一次模型交换与整合,甚至连档案命名、模型资讯的拆分、资料交换与管理、协同作业的流程,都得遵循同一套BIM设计规范。林曜沧表示,设计单位花很多时间来理解与改变现行作业流程,也频繁与协作单位沟通,来建立起共同作业的标准。

在这个大型跨国专案执行过程,台湾世曦几乎全部的部门都出动,共同参与设计与整合。因此,经过这次大练兵之后,台湾世曦决定更进一步,推动BIM设计流程自动化来减少人力,从2017年起,开始用客制化IT资讯系统或外挂程式,来优化设计流程。

林曜沧举例,透过电脑自动作业,目前捷运工程的BIM设计,能根据业主需求,直接在作业软体输入相关参数,来调整空间配置,甚至能利用资料库带出参数来自动配置,像收票出入口系统就是如此,不需依赖手工修改。

结合BIM走向视觉化维运管理

近年来,BIM不只用于设计、施工阶段,林曜沧说,许多人已经开始意识到,BIM模型延伸应用到维运管理,除了能更有效地维护设施,延长使用年限,其中累积的维运资讯,更是整个建筑生命周期的价值,「一项工程建起来可能要3~5年,但后续的维运管理还有50~100年,资料价值可能在50年后才会发挥到最大。 」他强调。

所以,像美国早在2007年,就提出了施工营运资讯交换标准COBie(Construction Operations Building Information Exchange),来规范工程施工到移交给营运单位所需的资讯交换标准,希望在施工时,就将设备资讯依照COBie格式建档到BIM模型中,结合3D模型视觉化,以利后续的维运管理。后来,这个标准不但成长为全球商业软体共同遵循的国际公认标准之一,更成为英国、美国的建筑资讯交换标准。

不过,要实际应用COBie标准到实际工程中,仍为一大挑战。不仅因COBie标准近2~3年才开始被台湾的公共工程采用,台湾也没有发展出能承接的BIM模型与COBie资料格式的维运管理系统。林曜沧指出,大多工程仍习惯在竣工时交付纸本或光碟资料,用一笔笔数位资讯来管理建筑,还没有用3D模型视觉化设施资讯的概念。

2012年,台湾世曦决定以自家内湖总部大楼为试验场域,自己来打造一套BIM设施维运管理平台,称为V3DM(Visual 3D Facilities Management Platform),花了6年,2018年才开始使用。这个平台不只可用于建筑,后来,还导入到两个土木工程专案上,八卦山隧道和新的台铁凤山车站。

在导入台湾世曦总部大楼的过程中,由于大楼不是全新的建筑,所以,得先重新打造出BIM模型,才能逐一放入设施资讯,比如冷气的厂牌、型号、规格、价格、使用手册等,都是以COBie格式建档,嵌入到虚拟设施在BIM模型中的对应位置。

在虚拟世界建档后,为了增加维运作业的效率,在真实世界中,台湾世曦也在大楼每一个实体设施、设备上,都贴上了QR Code贴纸。巡检人员只要利用手上的行动装置App,快速扫码就能直接取得记录在BIM模型中的设备详细资讯,还能线上回报设备状态。

而且,不只楼管例行巡检,就连大楼租户的员工,若发现冷气故障等设备问题,也能使用报修App,自己扫描QR Code来向管理部报修。管理部收到讯息后,可以直接从BIM模型调出需维修的冷气位置,再通知维修厂商来处理。维修完成后,维运人员也能用App回报给中控系统,来更新保养维修纪录。

而八卦山隧道,也是旧工程重新以BIM来维运管理的典型案例,在通车15年后才导入,目标要透过更有效率的日常巡检作业,来维护隧道安全。林曜沧表示,为了建立起八卦山隧道的BIM模型与设施设备资讯,台湾世曦投入大量人力场勘,不仅将所有空间与设备重新编码,总共贴了2,000多片的RFID标签,还把公路总局的养护表单全部电子化,改为以手机巡检App来报修,取代传统的纸本巡检流程。

台铁凤山车站改建案则和前述两个案子不同,打从专案启动,就打算实现BIM生命周期管理,从设计、施工到维运管理都导入。所以,在车站竣工时,也直接用设计施工用的BIM模型与COBie格式的设施资讯来交付。因此,早在施工阶段,就同步考量日后营运所需,来整理验收文件与资讯,将所有的设备编列了系统化且独一无二的ID,方便日后管理识别之用。

林曜沧表示,尽管数位交付初期所需要准备作业成本增加,但缩短了凤山车站从竣工到营运的时间至少10%,还能大幅降低以往工程资讯断链的问题。

而且,由于每一笔维运资讯都能被数位化记录下来,林曜沧表示,「这些资料长期累积下来很有价值,比如设备坏掉的频率,可以成为采购的参考。」未来,除了静态的维运资料,BIM更能结合感测器来搜集动态数据资料,进一步用于大数据分析。比如台湾世曦正在开发智慧节能AI系统,要透过搜集大楼中的温湿度、CO2、用电量等资讯,来自动调节空调的温度与出风量,达成智慧节能效果,最快在今年底就能上线。

图为3D建筑资讯模型BIM在实际工程中的举例。台湾世曦设计出建筑物的 BIM模型,预先排除施工冲突点,在施工过程中,也让工程人员能根据视觉化的资讯,来进行沟通与施作。图片来源/台湾世曦

台湾BIM维运作法刚起步,推广仍为一大挑战

不过,应用BIM来维运建物的作法,台湾才刚起步,加上建物维运的效益无法被立即看见,在推广过程中,仍遭遇许多挑战。尤其旧建筑或工程要导入时,可能要先花费百万元重新打造BIM模型、收集设施设备资讯,才能用于后续的维运,就算是新建物能直接延用设计阶段的BIM模型,还是需要整理设施资讯并以COBie格式来建档,导致前置作业的成本增加,这些因素都会影响业主导入意愿。

因此,林曜沧表示,目前台湾世曦锁定含金量高的新建筑,或是政府出资的公共工程或公宅来推广。因为新建筑能直接延用设计施工阶段的BIM模型,导入门槛较低,未来也还有较长时间的维运效益,而政府出资的公共工程,对后续营运、设施安全性有更高的要求,较容易推广。

当BIM运用到维运管理端,林曜沧认为,可以发展成智慧建筑视觉化的维运管理模式,甚至进一步实现智慧城市,但现阶段仍需要建立BIM维运的共同标准,更有待进一步普及,「还有很长一段路要走。」他说。


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