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系統識別號 U0002-0209201823444100
中文論文名稱 基於建築資訊模型(BIM)之視覺化多維度品質查核系統之開發與應用
英文論文名稱 Development of BIM-based and Visualized Multi-dimensional Construction Quality Management System
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 土木工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 106
學期 2
出版年 107
研究生中文姓名 羅紹誠
研究生英文姓名 Shao-Cheng Lo
學號 606380391
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2018-07-05
論文頁數 156頁
口試委員 指導教授-蔡明修
委員-謝尚賢
委員-王人牧
中文關鍵字 建築資訊模型(BIM)  施工資訊管理  整合  虛擬實境(VR)  擴增實境(AR)  系統開發 
英文關鍵字 Building Information Model(BIM)  Construction Information Management  Integration  Virtual Reality(VR)  Augmented Reality(AR)  System Development 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 營建工程隨著新技術及新工法之發展,工程內容之質量與多樣性劇增,專案更越趨複雜。營建業者與學者也不斷使用新的資訊科技(Information Technology),以提供工程團隊更精確及實用之工程資訊,達成掌控整體專案之目標。近年來建築資訊模型(Building Information Modeling, BIM)技術之發展迅速,各先進國家都將其列為目前重要之工程技術,紛紛制定相關之規範或參考手冊,作為未來推動BIM之基礎。綜觀多數研究成果,目前產官學界對BIM之應用仍侷限於建築模型之建立,而對於如何將BIM推廣至工程生命週期各階段之資訊管理,因受限於建模軟體之限制,資訊整合仍屬不易,故目前仍處測試與觀望之階段。此外,如何將BIM之3D空間視覺效果帶入各階段資訊管理之應用中,也是以往資訊管理系統發展不擅長之處。
針對上述以BIM作為資訊整合載體(Information Integrator),並發展以3D模型為基礎之使用者介面(3D-model-based User Interface)之需求,本研究以建立BIM之多維度資訊整合(Multi-dimensional Information Integration)應用為目的,結合虛擬實境(Virtual Reality, VR)及擴增實境(Augmented Reality, AR)視覺化技術與資料庫整合方法,提出「視覺化多維度資訊整合架構」。此架構發揮VR之異地同時溝通及AR虛實整合的互補功能,提供使用者在辦公室(in-house)及工作現場(on-site)合適之3D模型操作介面,進而透過此3D視覺化介面提供混合式資料庫(Hybrid Database)之資訊。
為證明「視覺化多維度資訊整合架構」之可行性與適用性,本研究以一實際工程專案之BIM 3D模型及品質管理資訊為案例,利用「視覺化多維度資訊整合架構」建構該專案之「視覺化多維度品質查核系統」,提供同時適合內業與外業管理之視覺化資訊管理功能。而最後本研究之實驗結果發現VR與AR確實提供使用者操作3D模型介面上的互補需求,相互彌補了VR不適合現場操作(on-site operation)及AR只適合提供局部性功能之不足。同時,透過混合式資料庫之實作,也實現用BIM 3D模型整合多維度資訊之方便性。
英文摘要 Projects in the construction industry are becoming increasingly large and complex, with new construction technologies, methods, and the like developing rapidly. Furthermore, owners of construction projects are making increasingly diverse sets of demands while all related laws and regulations undergo rapid change. The construction project management information is also distributed over the project stakeholders' information management systems. Even the development of the building information model (BIM) technology brings an excellent platform for holding the diverse information through the whole construction project, integrating the heterogeneous database crossing the different phases is still a tough challenge. Meanwhile, the information access environments of the users are also complicated due to the maturity construction project. A proper but convenient user interface bringing the information to both the construction site and the in-house office is the essential issue for improving the utility of the information integrated with the BIM model.
This study proposes the visualized multi-dimensional information integration framework (VMDIIF) to illustrate a roadmap for integrating the heterogeneous construction information databases into the BIM models and representing the BIM-based integrated information with virtual reality (VR) and augmented reality (AR) technologies. Following the VMDIIF, we successfully integrated the BIM model with the external project information database and developed the BIM-based visualized quality management system. The system was tested and validated using a real building construction project. The users confirmed two primary benefits using the visualized quality management system. First, the BIM model is well connected with the quality management information in the legacy information system; second, the information with the visualized BIM model can be as well as presented to the users in the office via VR user interface and the users in the construction site via AR user interface. Summarily, the empirical result of this study not only addresses a feasible mechanism for connecting BIM models with external databases but also illustrates that combining VR and AR user interfaces is necessary for the construction project management.
論文目次 目錄
圖目錄 IV
表目錄 XI
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 3
1.3 研究流程與方法 5
1.4 研究範圍與限制 8
第二章 文獻回顧 9
2.1 相關研究發展 9
2.1.1 BIM 3D模型相關應用 9
2.1.2 現今營建管理系統發展 13
2.2 系統開發技術 17
2.2.1 Unity遊戲引擎 17
2.2.2 虛擬實境技術 20
2.2.3 擴增實境技術 23
2.3 小結 29
第三章 視覺化多維度資訊整合架構設計 31
3.1 混合式資料庫 32
3.2 系統維護管理模組 36
3.3 視覺化多維度資訊應用程式 41
3.3.1 視覺化多維度資訊應用程式架構 41
3.3.2 視覺化多維度資訊應用程式開發流程架構 44
第四章 視覺化多維度品質查核系統開發 53
4.1 系統分析 54
4.1.1 品質查核系統維護管理模組功能需求分析 54
4.1.2 視覺化多維度品質查核應用程式功能需求分析 55
4.2 系統設計 60
4.2.1 品質查核混合式資料庫設計 60
4.2.2 品質查核系統維護管理模組功能設計 65
4.2.3 視覺化多維度品質查核應用程式功能設計 71
4.3 系統實作 83
4.3.1 建立品質查核系統維護管理模組 84
4.3.2 建立視覺化多維度品質查核應用程式 87
第五章 系統功能展示與驗證 93
5.1 品質查核系統維護管理模組基本功能展示 93
5.2 品質查核系統維護管理模組品質查核功能展示 98
5.3 視覺化多維度品質查核應用程式基本功能展示 100
5.3.1 虛擬實境應用程式 100
5.3.2 擴增實境應用程式 106
5.4 視覺化多維度品質查核應用程式品質查核功能展示 111
5.4.1 虛擬實境應用程式 111
5.4.2 擴增實境應用程式 115
5.5 系統驗證 121
5.5.1 視覺化多維度品質查核應用程式影像處理效能 121
5.5.2 擴增實境應用程式模型錨定點放置功能之精準度 123
第六章 系統實測與討論 125
6.1 研究案例說明 125
6.2 系統實測 127
6.2.1 專案資料設定 129
6.2.2 BIM構件與工作項目進行串聯 129
6.2.3 檢查任務建立 130
6.2.4 施工檢查點建立 131
6.2.5 進行施工檢查與填寫自主檢查表 132
6.2.6 進行自主檢查表檢驗 134
6.2.7 填寫缺失改善表 135
6.2.8 進行施工缺失檢驗 137
6.2.9 檢驗表格存於系統提供監造單位備查 138
6.3 施工品質管理流程差異分析 139
6.3.1 傳統施工自主品質查核流程 139
6.3.2 使用系統之施工自主品質查核流程 140
6.4 使用者體驗分析 142
6.4.1 問卷設計 142
6.4.2 問卷結果 143
6.5 討論 145
第七章 結論與建議 147
7.1 結論 147
7.2 後續研究建議 149
參考文獻 151

圖目錄
圖1.1研究流程圖 5
圖2.1虛擬實境技術3I示意圖 20
圖2.2 Reality-Virtuality Continuum示意圖(Milgram & Kishino, 1994) 24
圖3.1視覺化多維度資訊整合架構(VMDIIF)圖 31
圖3.2混合式資料庫架構圖 32
圖3.3 Revit模型資料匯入BIM 3D模型資料庫流程圖 34
圖3.4 Sequel Pro資料庫管理軟體畫面 34
圖3.5系統維護管理模組三層式架構圖 36
圖3.6 HTML程式碼範例圖 38
圖3.7 CSS程式法範例圖 38
圖3.8 JS程式碼範例圖 39
圖3.9 PHP程式碼範例圖 39
圖3.10視覺化多維度資訊應用程式三層式架構圖 41
圖3.11 Unity遊戲引擎場景之BIM 3D模型圖 42
圖3.12視覺化多維度資訊應用程式開發流程架構圖 44
圖3.13 BIM 3D模型前處理流程圖 45
圖3.14未材質標準化之BIM模型圖(黃健倫,2017) 46
圖3.15材質標準化之BIM模型圖(黃健倫,2017) 46
圖3.16第一人稱角色控制器資源包(Package)示意圖 48
圖3.17虛擬實境應用程式畫面 48
圖3.18 Unity ARKit Plugin擴增實境開發套件 49
圖3.19擴增實境應用程式之虛擬平面 50
圖3.20 Unity遊戲引擎場景新增HitCube物件 51
圖3.21擴增實境應用程式選擇錨定點之UI 51
圖3.22擴增實境應用程式之套疊BIM 3D模型 52
圖4.1視覺化多維度品質查核系統開發流程圖 53
圖4.2品質查核系統維護管理模組使用案例圖 54
圖4.3視覺化多維度品質查核應用程式使用案例圖 56
圖4.4角色權限示意圖 60
圖4.5品質查核混合式資料庫實體關聯圖 61
圖4.6 BIM 3D模型資料庫之管理式資料表 63
圖4.7 model_element資料表 63
圖4.8工作項目管理循序圖 66
圖4.9自主檢查項目管理循序圖 67
圖4.10協力廠商管理循序圖 68
圖4.11使用者管理循序圖 69
圖4.12 BIM專案工作項目串聯管理循序圖 70
圖4.13使用者登入功能循序圖 71
圖4.14構件基本屬性顯示功能循序圖 72
圖4.15模型圖層顯示功能循序圖 73
圖4.16事件點管理功能循序圖 74
圖4.17會議記錄點管理功能循序圖 76
圖4.18 BIM 4D模擬功能循序圖 76
圖4.19模型錨定點放置功能循序圖 77
圖4.20施工檢查點管理功能循序圖 80
圖4.21施工自主檢查功能循序圖 81
圖4.22施工缺失改善功能循序圖 82
圖4.23 BIM專案工作項目串聯管理功能之UI 85
圖4.24視覺化多維度品質查核虛擬實境應用程式開發之場景 88
圖4.25視覺化多維度品質查核虛擬實境應用程式之UI預製物件 88
圖4.26視覺化多維度品質查核擴增實境應用程式開發之場景 90
圖4.27視覺化多維度品質查核擴增實境應用程式之UI預製物件 90
圖5.1品質查核系統維護管理模組首頁 93
圖5.2工作項目管理功能模組 94
圖5.3新增功能選項頁面 94
圖5.4修改功能選項頁面 94
圖5.5刪除功能選項頁面 94
圖5.6自主檢查項目管理功能模組 95
圖5.7新增功能選項頁面 95
圖5.8修改功能選項頁面 95
圖5.9刪除功能選項頁面 95
圖5.10協力廠商管理功能模組 96
圖5.11新增功能選項頁面 96
圖5.12修改功能選項頁面 96
圖5.13刪除功能選項頁面 96
圖5.14使用者管理功能模組 97
圖5.15新增功能選項頁面 97
圖5.16修改功能選項頁面 97
圖5.17刪除功能選項頁面 97
圖5.18工作項目串聯管理功能模組 98
圖5.19 Unity WebGL功能畫面 98
圖5.20串聯工作項目功能面板 99
圖5.21添加串聯工作項目資料後之功能面板 99
圖5.22串聯工作項目估能之刪除功能選項面板 99
圖5.23刪除串聯工作項目資料後之功能面板 99
圖5.24使用者登入功能面板 101
圖5.25 VR應用程式功能主畫面 101
圖5.26會議功能模組之UI 101
圖5.27日期選擇功能面板 102
圖5.28查詢後之場景(2018/02/12) 102
圖5.29查詢後之場景(2018/03/22) 102
圖5.30查詢後之場景(2018/05/01) 102
圖5.31選擇模型構件 103
圖5.32構件基本屬性顯示 103
圖5.33圖層顯示功能面板預設狀態 103
圖5.34隱藏空調系統模型 103
圖5.35事件點管理功能面板 104
圖5.36事件點物件 104
圖5.37查看事件點 104
圖5.38會議紀錄點管理功能面板 105
圖5.39會議記錄點物件 105
圖5.40查看會議紀錄點 106
圖5.41使用者登入功能面板 106
圖5.42 AR應用程式功能主畫面 106
圖5.43事件功能模組之UI 107
圖5.44模型錨定點放置功能面板 107
圖5.45模型錨定點選擇功能面板 107
圖5.46顯示專案模型 108
圖5.47鎖定專案模型 108
圖5.48選擇實際構件 108
圖5.49構件基本屬性顯示 108
圖5.50圖層顯示功能面板預設狀態 109
圖5.51顯示消防泡沫系統模型 109
圖5.52事件點管理功能面板 110
圖5.53選擇事件點 110
圖5.54查看事件點 110
圖5.55選擇會議記錄點 111
圖5.56查看會議記錄點 111
圖5.57施工檢查點物件 112
圖5.58施工檢查點功能面板 112
圖5.59場景中之模型構件改變顏色 112
圖5.60選擇工作項目功能面板 113
圖5.61施工自主檢查功能面板 113
圖5.62自主檢查表功能面板 113
圖5.63施工缺失改善功能面板 114
圖5.64缺失改善表功能面板 114
圖5.65施工缺失改善功能面板狀態更新 114
圖5.66缺失改善表功能面板檢驗人員更新 114
圖5.67新增施工檢查點功能面板 116
圖5.68選擇施工檢查點 116
圖5.69施工檢查點管理功能面板 116
圖5.70場景中之模型構件顯示並改變顏色 116
圖5.71選擇實際構件 117
圖5.72選擇工作項目功能面板 117
圖5.73施工自主檢查功能面板 118
圖5.74自主檢查表功能面板 118
圖5.75新增自主檢查表功能面板 118
圖5.76新增自主檢查表後之施工自主檢查功能面板 118
圖5.77施工缺失改善功能面板 119
圖5.78缺失改善表功能面板 119
圖5.79輸入缺失改善之註記 119
圖5.80缺失改善現場拍照上傳 119
圖5.81 缺失改善相簿照片上傳 120
圖5.82缺失改善表功能面板註記及照片更新 120
圖5.83施工缺失改善功能面板狀態更新 120
圖5.84缺失改善表功能面板檢驗人員更新 120
圖5.85實際桁架結構 123
圖5.86擴增實境桁架結構模型套疊 123
圖5.87模型套疊長度 124
圖5.88模型套疊寬度 124
圖5.89模型套疊高度 124
圖6.1使用案例之BIM 3D模型 125
圖6.2施工自主品質查核流程圖 126
圖6.3使用系統之施工自主品質查核流程圖 128
圖6.4工作項目資料設定 129
圖6.5自主檢查項目資料設定 129
圖6.6協力廠商資料設定 129
圖6.7使用者個人資料設定 129
圖6.8 Unity WebGL功能畫面 130
圖6.9完成串聯之串聯工作項目功能面板 130
圖6.10 VR應用程式功能主畫面 131
圖6.11會議紀錄點管理功能面板 131
圖6.12會議記錄點物件 131
圖6.13 AR應用程式功能主畫面 132
圖6.14會議紀錄點物件 132
圖6.15會議紀錄點管理功能面板 132
圖6.16施工檢查點管理功能面板 132
圖6.17施工檢查點物件 132
圖6.18 選擇工作項目功能面板 133
圖6.19施工自主檢查功能面板 133
圖6.20新增自主檢查表功能面板 133
圖6.21新增自主檢查表後之施工自主檢查功能面板 133
圖6.22 施工檢查點管理功能面板 134
圖6.23場景中之模型構件顯示 134
圖6.24自主檢查表功能面板 135
圖6.25完成檢驗後之自主檢查表功能面板 135
圖6.26場景中之模型構件顯示並改變顏色 136
圖6.27 施工缺失改善功能面板 136
圖6.28 缺失改善表功能面板 136
圖6.29輸入缺失改善之註記 136
圖6.30缺失改善現場拍照上傳 136
圖6.31缺失改善相簿照片上傳 136
圖6.32場景中之模型構件改變顏色 137
圖6.33缺失改善表功能面板 137
圖6.34施工缺失改善功能面板狀態更新 138
圖6.35缺失改善表功能面板檢驗人員更新 138
圖6.36場景中之模型構件根據檢驗後狀態改變顏色 138

表目錄
表2.1 BIM 3D模型相關應用之研究 9
表2.2現今營建管理系統發展之相關研究 13
表2.3 Unity遊戲引擎開發相關應用之研究 18
表2.4虛擬實境技術相關應用之研究 21
表2.5擴增實境技術相關應用之研究 24
表4.1視覺化多維度品質查核系統之開發環境 83
表4.2視覺化多維度品質查核應用程式PHP程式語言功能表 91
表5.1視覺化多維度品質查核應用程式基本功能展示之設備規格 100
表5.2虛擬實境應用程式影像處理效能驗證之設備規格 121
表5.3虛擬實境應用程式影像處理效能驗證結果 122
表5.4擴增實境應用程式影像處理效能驗證之設備規格 122
表5.5擴增實境應用程式影像處理效能驗證結果 123
表5.6施工設計圖與擴增實境模型套疊尺寸比較統計表 124
表6.1傳統施工自主品質查核流程各項作業花費時間統計表 139
表6.2使用系統之施工自主品質查核流程各項作業花費時間統計表 140
表6.3使用者體驗問卷之評分結果統計表 143
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[41] 郭哲瑜 (2014),「整合BIM與雲端運算以建立行動維護管理系統」,碩士論文,國立交通大學土木工程系所。
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[43] 陳逸儒 (2014),「應用Unity3D建立模擬營造工地危害辨識教學訓練」,碩士論文,國立交通大學土木工程系所。
[44] 陳其豐 (2017),「建築資訊模型(BIM)的專案整合管理之應用研究」, 碩士論文,淡江大學管理科學學系企業經營碩士在職專班。
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[47] 黃匍豪 (2011),「三維擴增實境式之施工作業模擬」,碩士論文,國立臺灣科技大學營建工程系。
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[51] 劉鏡明 (2014),「可攜帶式雲端監控暨建築管理系統」,碩士論文,聖約翰科技大學電機工程系碩士班。
[52] 黎冠德 (2014),「以建築資訊模型為基礎之設施報修系統之研究」,碩士論文,國立雲林科技大學營建工程系。
[53] 蕭景華 (2016),「建築資訊模型對於營建產業之效益探討」,碩士論文,國立臺灣科技大學營建工程系。
[54] 蕭銘宏 (2016),「Unity遊戲動畫系統的探討與實作」,碩士論文,逢甲大學 應用數學系碩士班。
[55] 賴淑貞 (2014),「應用Unity軟體模擬火災疏散時間之研究-以一般教室為例」,碩士論文,中華大學營建管理學系碩士班。
[56] 賴永山 (2017),「結合BIM與擴增實境技術於消防安全設備檢測之應用」,碩士論文,國立高雄大學創意設計與建築學系碩士班。
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[58] 羅承頤 (2013),「建築資訊模型應用於碼頭設施之維護管理系統研究」,碩士論文,國立臺北科技大學土木與防災研究所。
[59] 羅啟三 (2017),「應用BIM建構居家空間室內智慧履歷」,碩士論文,中原大學建築研究所。
[60] 蘇柏仰 (2017),「營建工程評估選用BIM應用(BIM Uses)架構與流程之研究」,碩士論文,國立中央大學營建管理研究所。
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