系統識別號 | U0002-0209201823444100 |
---|---|
DOI | 10.6846/TKU.2018.00060 |
論文名稱(中文) | 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 |
論文名稱(英文) | Development of BIM-based and Visualized Multi-dimensional Construction Quality Management System |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 土木工程學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Civil Engineering |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 106 |
學期 | 2 |
出版年 | 107 |
研究生(中文) | 羅紹誠 |
研究生(英文) | Shao-Cheng Lo |
學號 | 606380391 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
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 |
關鍵字(中) |
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 |
關鍵字(英) |
Building Information Model(BIM) Construction Information Management Integration Virtual Reality(VR) Augmented Reality(AR) System Development |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
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. |
第三語言摘要 | |
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 |
參考文獻 |
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