文/徐雪芬、張如彣

結構設計隨著建築設計不斷地滾動發展，面對日趨規模龐大且複雜繁雜的設計過程，BIM團隊要如何協同專案大團隊有效率且正確的執行結構發展及更改作業才能使BIM技術能夠充分展現它的價值? Autodesk Revit自動化應用功不可沒。

結構設計BIM執行所遭遇的問題及痛點

一、超高層建築且規模龐大、外觀複雜造型

近年超高層建築大多伴隨變斷面造型設計，例如上海中心大廈就是典型的例子，超高層建築的結構設計較一般建築複雜，因建物高度增加需要結構承載的風力及地震力等也大幅增加，需要多種斜撐設計才能符合結構需求，也增加結構模型建置的難度。結構樓版也需配合各層變斷面造型調整，另外在建物遇特殊造型時例如不同的角度傾斜或斜坡，結構柱會使用複斜形式設計以適應建築物的結構需求與設計需求。

專案執行過程中需要配合設計單位滾動式的修正模型，在修正過程中追蹤結構圖資的變更與針對每個元件間的檢討，需要耗費人力逐一確認、檢核，確保BIM模型與圖說的正確性，透過修正後的模型提供團隊BIM整合檢討的結果或成果資訊。總結因超高層且規模龐大與建物複雜造型設計，結構模型建置與執行課題有：

1. 結構斜撐需要配合不同樓高與結構詳圖要求建置困難
2. 結構樓版需逐層依據變斷面造型建置
3. 配合特殊造型不同角度傾斜或斜坡，結構柱採多層單斜或複斜配置建置困難，而相接的結構梁也因軟體限制不易建置
4. 耗費人力逐一確認結構圖資變更並且修正元件
5. 耗費人力逐一檢核每個元件以確保模型符合結構設計

二、結構斜撐建置課題

結構斜撐的建置需依結構技師提供的詳圖進行作業，斜撐的WP(Working Point)大多是對角的工作點。而在模型建置時通常依據梁中心、梁邊作為基準線，無法依據對角的點位進行斜撐放置。另外如果遇到設計未定案而樓層高度不斷地修正時，斜撐構件的中心線也會因樓高不同而有所調整，需人工去繪製每支斜撐構件的中心線，非常耗時且會有建置錯誤的風險。

圖1. 斜撐構件中心與WP關係示意

三、變斷面設計樓版建置課題

Revit軟體在建立樓版元件時需人工描繪樓版邊界線，而面對超高層且變斷面設計的建物，每層樓版不同造型，如使用原始方式執行，將耗費人力進行模型建置。

圖2. 超高層變斷面範例

四、結構複斜柱及相連接梁的建置課題

斜柱可以分為單斜柱及複斜柱，複斜柱相較於直柱及單斜柱建置較為困難，需要考慮柱子的位置、角度、斜率與構件相互之間的連接，一般建置方式需要在每一個構架立面繪製X向、Y向的座標，再透過手繪的輔助線建置與反覆地調整，複斜柱的建置需從兩個構架立面來確認，也因參數定義問題也需重複性的調整才能趨近於設計，若建築設計為超高樓層則需要耗費更多的人力進行模型建置。

除了複斜柱建置外，相連接的結構梁也因複斜柱，導致建置較難將梁鎖點至複斜柱中心，造成模型建置困難。如遇到超高樓層且設計未定案，則需要反覆的先修正複斜柱再修正相連接的梁，若不考慮自動化的開發將耗費人力與成本反覆重工建置。

圖3. 結構柱形式說明

五、逐一追蹤與確認結構圖資變更並且修正元件

結構模型建置時，會依據結構圖資內容進行模型建置，當取得結構圖資時我們需要檢查變更的部分，再將變更的部分調整至模型中，當設計尚未定案時，會不斷的調整結構尺寸，導致需要重複性的確認這些變更資訊，單一專案所涵蓋的結構構件數量至少上千根，如何確保每次更新圖資時可以快速且正確的更新到模型，這是一件需要耗費人力的事情。

圖4. 結構圖資資訊示意

六、逐一檢核每個元件以確保結構模型符合結構設計

針對鋼結構設計在平面圖上結構技師僅會繪製單線圖，往往疏忽結構鋼梁與鋼柱邊緣尺寸的檢核，主要為了確保鋼構有足夠的空間進行安裝、連接和焊接等作業，當遇到建築物規模較大時，將耗費人力進行模型的檢核，往往檢核速度比不上修改設計的速度。

圖5. 結構單線與雙線圖示意

Autodesk Revit自動化的應用如何解決問題及痛點

前章節歸納總結因超高層且變斷面造型設計，結構模型建置與檢核的課題，包含配合超高層設計多層設置斜撐，斜撐需要配合不同樓高進行建置、配合超高層設計且變斷面造型樓版建置、結構複斜柱與相連之梁建置、追蹤結構圖資變更與檢核模型等課題，我們透過自動化的開發，降低重工作業。

一、超高層斜撐建置解決方法

為降低重工與模型建置錯誤，本案透過Dynamo自動計算斜撐構件之中心線，先手繪製連接兩點的WP直線，再透Dynamo輸入梁深，Dynamo依據資料計算出此斜撐構件的中心線，而建置模型時再將斜撐元件對齊斜撐構件之中心線即可，此作業方式降低繁複的作業，並且可確保模型的正確性。

圖6. 斜撐中心線自動化流程

圖7. 斜撐構件中心與WP角點連線3D模型示意

二、變斷面設計樓版建置解決方法

為降低重工與確保模型建置符合變斷面設計，我們透過自動化開發據設計單位提供的Global Form資訊萃取至excel，將資料整合後透過dynamo生成曲面控制的模型，之後依據此控制模型自動化生成各層變斷面的樓版。

圖8. 自動化漸縮樓版建置流程

三、結構複斜柱及外相連接梁的解決方法

為提高效率以及正確性，衛武資訊開發了自動化外框柱定位線的程式，在執行本案時依結構技師提供點位座標及高程等資訊，將各個結構柱的資訊輸入，便可自動生成斜柱的斜率輔助線，後續再將結構柱與其對齊即可。

圖9. 自動化生成外框柱定位線流程

外框梁的建置需基於正確的斜柱後，透過自動化生成柱心到柱心的細部線，再將外框梁與細部線對齊，便可以確保此梁位在正確的位置上，也解決了前章節提出外框梁因斜柱而產生的建模問題。

圖10. 自動化生成外框梁定位線流程

四、逐一追蹤與確認結構圖資變更並且如實修正元件的方法

我們透過結構底圖比對自動化的開發，萃取更新板結構圖資資訊例如結構編號、結構尺寸等，我們透過自動化程式將結構編號自動填入構件中，減少重工。後續再透過自動化程式將圖資資訊自動比對模型資訊，當程式發現有不同時，模型構件會顯示成黃色，再依據顯示進行模型的修正，降低人工比對的時間。

圖11. 自動化追蹤圖資變更檢核模型資訊與圖資一致性

五、逐一檢核每個元件以確保結構模型符合結構設計的方式

依據施工單位提供的檢核需求進行自動化程式的開發，自動化程式會搜尋BIM結構模型中的鋼柱與鋼梁構件，再以將檢核需求進行檢核，當不符合檢核需求時構件會呈現黃色，此自動化可以降低人工檢核比對的時間。

圖12. 自動化檢核鋼柱與鋼梁邊緣大於可施工尺寸

效益與結論

透過自動化執行可綜合以下優點：

    1. 提升建置與檢核BIM模型的效率：自動化可以快速的處理大量的資料與複雜的計算，節省時間與人力成本。
    2. 降低人為錯誤的發生：自動化過程中使用的是程式化的邏輯和算法，相對於人工操作，可以準確地執行建置和檢核的任務，降低錯誤的風險。
    3. 數據交換與共享：再不同軟體間透過數據交換及萃取數據使用，例如可將模型的資料匯出其他格式，或者將外部資料匯入模型中，增強團隊間的協作提高專案執行效率。
      BIM團隊在面對超高層與複雜設計以及高頻率修改且複雜的設時，自動化的應用可以增加團隊執行的效率且增加公司的競爭力。又因建物外觀複雜設計，結構設計變得更為複雜，若單靠人工建置此模型，將耗時費力也無法確保模型正確性，透過結構自動化開發，可大幅提高工作效率，更可以快速地配合設計的變更作修改，又能確保BIM的正確性，自動化執行在本案扮演著關鍵的角色。