如今 BIM 已經越來越廣泛的被採納為工程及建築的標準,土木工程師們也正在思考並找尋一個 BIM 於該領域範疇中代表性的角色。

相信經常和結構技師與建築師合作的土木工程師們對 BIM 並不陌生,儘管 BIM 對於設計橋樑與高速公路等基礎建設而言仍是一個全新的領域,但兩者之間高度的相關性讓 BIM 也不可否認的將對於土木工程師越來越重要。BIM 是基於正確且可靠的資訊所構成,並整合了設計階段、施工階段與營運階段的全生命週期流程。因此不僅限於建築施工,BIM 對建造任何類型的基礎建設都有助益。BIM 可以被視為是一個具有一致性及協同性,並且將所有的資訊數位化的專案管理流程。因此其最大的好處在於它不存在重複相同的資訊。BIM 是一個持續在更新的集中資料庫模型,其資訊流的整合自一開始敷地的測量,直到後來的設計施工直到最後的營運維護階段都將持續運作。


圖片來源 | Hourigan Construction 網站

BIM 與土木工程師

將 BIM 的流程整合於道路與高速公路設計,在一開始就需要具備放樣座標線以及可靠的專案相關設計資訊,才能夠產出一個智慧化的道路 3D 模型。道路物件的設計不單只是點、線、面而已,其物件與物件之間的關係是不同屬性的資訊之間的動態性連結。舉例來說,設計道路中可能會遇到需要道路條件修正,如垂直曲線與坡度,而且修改道路條件後,其他相關的設計物件也會自動更新,並且讓設計端能夠更直覺地看出修改前後的影響。如此一來,BIM 促進了設計方案的評估過程,身為設計流程的一部分,土木工程師可以借助資訊化的模型執行模擬與分析並得到一個施工性、穩定性及安全性最佳化的設計成果。最後,透過 BIM 的流程,設計交付成果可以直接地從資訊模型中產出,交付成果不僅包含了 2D 的施工文件,而是模型本身其豐富的資訊可以被運用在數量計算、工序排程、工程放樣以及竣工檢核,甚至是到後期的營運及維護階段。

以工程放樣的例子來說,數位放樣點在內頁作業中被設定到模型當中,而到現場後可以直接傳送到全測站儀器當中。全測站儀器的功能為,當大量的放樣座標點位被放到其器當中,就沒必要再從 2D 的 CAD 甚至是紙本施工圖規劃出放樣點位。這個流程讓現場與內頁作業之間的連結變得更有效率,正確性也更高,甚至可以透過這樣的方式將竣工驗收的資訊回傳至內部作業。具備 3D 視覺化以及其分析功能模型對於道路與高速公路的設計而言並不是一項新的技術,但過去傳統上以圖說為主的作業方式,讓設計分析與文件管理變成資訊不連續的流程,以致讓評估作業變得相當昂貴且沒有效率。透過 BIM 的動態連結的設計、分析其文件管理,當影響專案績效的能力提高,而設計變更的成本又降低時,大多數的道路設計作業可以直接地進入到細部設計階段。這讓土木工程師可以把時間花在評估各個方案之間,並且最佳化該設計方案,而不是浪費時間在整合施工文件上。


圖片來源 | AECbyte 網站

自動化機械導向的應用可以自 BIM 模型當中獲得相當大的助益,模型中的物件支援連結特定種類儀器的位元屬性封包。而高精度的鋪路機需要參數化的模型,當執行機械運作時,才能夠如參數化模型一般鋪設出平面與線型等現場作業。BIM 運用在道路與高速公路設計最直接的好處在於生產力及效率能夠獲得提升,而產出一個更加出色的設計方案,施工與設計之間的資訊為動態性連結,因此花在方案評估、執行設計變更與產出施工文件的時間將大幅的減少。這對交通機關而言特別重要,因為它可以縮短締結契約前的時間,並讓專案在可以預測的時程之內提早完成。除了生產力及效率提升之外,BIM 將視覺化、模擬性以及分析的功能加入道設計流程當中,進而促進了道路設計最佳化作業。相當多的準則如同施工性、道路安全性與穩定性可以被加入 BIM 最佳化設計流程當中。

施工性

工程師通常會以規範做為設計的準則,並非以施工性作為第一考量,但是錯誤的設計論述,會產生出說明不清的施工文件,造成開始施工後工期延遲、設計變更以及釋疑文件的產生。舉例一個具備橋樑與交流道的典型高速公路,若其預算為一億歐元,一般而言,約莫 7~8% 的預算將會被投入到設計階段當中。透過一個更加具有生產力的流程,減少的設計階段 35% 的預算約為兩百六十萬歐元,而因考慮較佳的施工性又能夠進而減少 15% 的施工費用約一千四百萬歐元。這些省下來的工程預算也不會另外造成工程疏失所引起的訴訟。考慮到施工性的設計方案可以減少讓錯誤變成麻煩的機率。富含資訊的 BIM 模型能夠讓機器指引的資訊擷取與竣工物件的建模達到更高的境界。透過以 CAD 作為基礎的模型,改善工地現場的生產力,並且屏除過去傳統的放樣作業模式。然而 BIM 模型提供了和精密物件工作的能力,也提升了竣工資訊精細程度。其中擷取的資訊不僅包含點位,還包含了鋪面等壓制層等、材料資訊、地下管道設施,打造出一個富含大量資訊的模型,並做出進一步的應用。BIM 模型可以同時被上傳到由機械自動控制的應用方式裡,跨系統的共享資訊,將重工的機率降到最低。

道路安全

分析駕駛通過或剎車以確保安全的目測距離,是設計道路時的重要因素。過去傳統的分析乃是透過數學演算道路輪廓的垂直曲率,但這樣的方式,無法將如水平的道路形式及視覺死角都計算到其中。整合互動式的視覺化以及視距模擬到設計流程中,可以讓土木工程師快速的分辨出道路的幾何條件,是否符合其安全視距設計參數,其參數包括剖度、曲率以及視覺死角等隔閡、水溝與植栽。
相較過去以圖面為主的作業流程,BIM 的優勢在於可以將其豐富的資訊延伸應用到設計端、分析與現場的解決方案模擬情況。舉例來說,交通機關正在增加使用 3D 模型與附加 GPS 機械指引現場施工機具之應用方式。其助益在於可以提升生產力與精度並且減少測量及其儀器操作成本,還可以防止延長工作時數。


圖片來源 | AECbyte 網站

 

原文連結 | Construction Global 網站
首圖來源 | Construction Global 網站
文章編輯 | 謝一銓(Ed Hsieh)

儘管過去已有相當多數位化的流程運用在輔助土木工程的設計與規劃,但比起建築工程而言,土木工程涵蓋的面積以及其牽涉到現地作業又更加的廣闊,所需要的資訊又更加繁瑣。透過 BIM 的特性可以將設計方案預先模擬及視覺化,使其評估的準備流程化繁為簡。隨著大數據時代的來臨,或許在未來所擷取到的地理及水文資訊可以透過簡單的分享傳遞,讓土木工程在設計上可以有更多的資訊可供參考並且得到一個可量化的最佳方案。相信土木工程依然可以透過資訊化的方式而得到相當大的助益。

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