臺灣博碩士論文加值系統

機電設備具有元件種類多元且單價高、施作介面複雜、修改困難度高等特性，但其現行施作及查核作業的進行仍多依賴2D平面圖及經驗輔助，缺乏精度的作業方式容易因人為判讀錯誤、資訊傳遞不及時等原因產生錯誤，造成後續作業的延誤、成本增加等問題。因此，如何在機電設備施作及查核階段確保作業之正確性是一重要課題。隨著科技發展，越來越多工程專案導入建築資訊模型(BIM)做為資訊整合平台，利用其元件資訊參數化及視覺化的特性輔助生命週期各階段的作業。整合的資訊及視覺化模型在現地卻有取用不方便的疑慮，國外因此開始嘗試引進擴增實境技術來解決此問題。擴增實境技術能透過光學投影疊加虛擬模型於實體環境上，不但解決BIM資訊取用不易的困難，更允許使用者依需求開發功能輔助現地作業進行。然而，現有常見的擴增實境功能常未考慮現地作業流程需求，未能提供有效輔助而流於模型展示。
為解決現行作業流程易出錯、BIM於現地應用不便及現有擴增實境功能不合實際需求等問題，本研究首先用IDEF0解析機電設備施作及查核作業流程及資訊需求，再利用分析結果建構資訊傳遞模式及發展擴增實境功能架構，進一步建置具備作業所需資訊的BIM模型，最後開發整合BIM與擴增實境之應用程式輔助現地施作及查核作業，期望藉此降低作業因人為因素出錯的機會、提升BIM於現地的使用效益及增進機電設備的施作及查核作業成效。

Firefighting is one of the most important features of the mechanical, electrical and plumbing system. The firefighting system can keep assets and human safe from the danger of fire. Any malfunction of the system caused by improper assembly could lead to tremendous loss. Therefore, it is essential for on-site engineers to assure and inspect the assembly of the MEP system during construction.
This study proposes a framework combining Augmented Reality (AR) and BIM to provide a real-time and intuitive way with enriched information contained in BIM for performing the on-site assembly and inspection of the MEP system. Firstly, the required information and on-site scenarios are analyzed to establish BIM specifications for the development of this study according to the need of the assembly and inspection operation. The BIM model and information are then exported to Unity, and AR development platform, to develop functions based on the needs defined. Finally, and AR app is developed and deployed to HoloLens, and AR device, to support the assembly and inspection of the MEP system. An on-site case is employed to validate the proposed framework. The result shows with the help of the merely developed AR app, the proposed approach can efficiently support the assembly and inspection of the MEP system.

目錄
摘要 i
Abstract ii
誌謝 v
目錄 vi
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1研究背景與動機 1
1.2研究目的 2
1.3研究範圍與限制 3
1.4研究流程 4
1.5論文架構 6
第二章 問題陳述與文獻回顧 7
2.1 研究問題陳述 7
2.1.1 機電設備施作及查核流程問題 7
2.1.2 BIM資訊在現地取用及應用之困難 8
2.1.3 現有AR功能不符合使用需求 9
2.2 建築消防系統 10
2.2.1 消防系統介紹 10
2.2.2 消防系統施作及查核流程 12
2.3 建築資訊模型(BIM) 15
2.3.1 BIM在機電設備的應用 15
2.3.2 應用BIM於施作及查核 20
2.4 擴增實境 22
2.4.1擴增實境介紹 22
2.4.2擴增實境於工程上的發展 24
2.4.3結合擴增實境與BIM的應用 25
2.5 小結 30
第三章 研究方法 32
3.1 需求分析工具 32
3.1.1 專家訪談 32
3.1.2 IDEF0 33
3.2 BIM建模工具 35
3.2.1 Autodesk Revit 2018 35
3.3 擴增實境開發工具 37
3.3.1 Microsoft HoloLens 37
3.3.2 Mixed Reality Toolkit (MRTK) 38
3.3.3 Unity 2017 39
3.3.4 Microsoft Visual Studio 2017 40
第四章 發展符合作業需求之擴增實境應用模式 41
4.1 解析機電設備之施作及查核作業 43
4.1.1 解析施作及查核作業流程及內容 43
4.1.2 解析擴增實境發展流程資訊需求 44
4.2 發展擴增實境應用程式架構 46
4.2.1 解析現地施作及查核情境 46
4.2.2 建立應用程式功能架構 48
4.3 BIM模型建置 51
4.3.1 定義BIM元件建置標準 51
4.3.2 解析應用程式資訊需求 52
4.3.3定義元件資訊整合方式 56
4.3.4建立元件資訊建置及傳遞模式 57
4.4 擴增實境應用程式開發 59
4.4.1 發展施作查核功能模組 59
4.4.2 賦予模型元件功能模組 60
4.5發展施作及查核作業流程 61
4.6 小結 62
第五章 案例驗證 63
5.1 案例說明 63
5.2 BIM模型建置 65
5.2.1 消防設備模型建置 65
5.2.2 模型資訊建置及匯入 66
5.3 Unity 擴增實境功能開發 68
5.3.1 撰寫施作及查核功能模組 68
5.3.2 擴增實境應用程式匯出 77
5.4 整合擴增實境及BIM之施作及查核作業流程 78
5.5 小結 81
第六章 結論與建議 83
6.1結論 83
6.2未來研究之建議 84
參考文獻 87
附錄 訪談紀錄 91

表目錄
表2.1 公共工程施工綱要規範及編碼目錄 11
表2.2 基本及延伸屬性定義【李康勁，2011】 16
表2.3 研究驗證結果【Zhiliang Ma,2018】21
表2.4 受測者分組模式【Jad Chalhoub,2018】 26
表2.5 作業結果比較【Jad Chalhoub,2018】27
表2.6 施作前(上)及施作後(下)問卷結果統計 27
表2.7 各情境花費時間比較【Michael Chu,2018】29
表2.8 受測者體驗統計【Michael Chu,2018】 29
表4.1 施作及查核作業流程工作內容 43
表4.2 現地施作及查核作業情境解析 47
表4.3 施作作業資訊 53
表4.4 查核作業資訊 55
表4.5 擴增實境功能資訊需求分析 55
表4.6 BIM元件資訊需求 56
表4.7 開發之功能模組 59
表5.1 衝突造成原因示意圖 81
表6.1 本研究架構與現有研究之差異 84

圖目錄
圖1.1 本研究之流程圖 5
圖2.1 消防工程設備分類架構【各類場所消防安全設備設置標準】 11
圖2.2 消防工程施工程序圖【國立成功大學理學教學大樓水電空調工程監造計書】 13
圖2.3 消防工程施作及查核作業流程圖【國立成功大學理學教學大樓水電空調工程監造計書】14
圖2.4 BIM於工程全生命週期之應用【Hergunsel, 2011】 15
圖2.5 機電元件層級【李冠文，2009】16
圖2.7 以BIM為基礎輔助機電系統佈設設計及施作架構圖【Jun Wang et al.,2016】17
圖2.9 輔助機電設備營運管理系統功能架構 18
圖2.10 施作模型建置與傳遞流程【Zhen-Zhoung Hu,2018】19
圖2.11 智慧系統之功能架構【Zhen-Zhoung Hu,2018】19
圖2.12 施作品質檢驗流程【LiJuan Chen et al.,2014】20
圖2.13 研究提出之系統架構【Zhiliang Ma,2018】21
圖2.15 現實-虛擬連續區【Milgram,1994】22
圖2.16 擴增實境架構【Oliver Bimber,2005】 23
圖2.17 影像式(左)及光學式(右)顯示器原理【Azuma,1994】23
圖2.18 精確度(左)、架設時間(中)、測量時間(右)比較【Do Hyoung Shin,2010】24
圖2.19 擴增實境輔助為儀查核之作業流程【Ying Zhou,2017】25
圖2.20 不同作業方式花費時間比較【Ying Zhou,2017】 25
圖2.21 建置之兩組BIM模型【Jad Chalhoub,2018】26
圖2.23 資訊呈現模式對作業過程之影響【Jad Chalhoub,2018】27
圖2.26 研究提出之缺失查核流程【Oh Seong Kwon,2014】28
圖2.27 擴增實境呈現之資訊【Michael Chu,2018】29
圖3.1 IDEF0標記法【FIPS，1993】33
圖3.2 IDEF0之階層分解結構【施宇，2014】34
圖3.3 HoloLens設備外觀及內建感測器 37
圖3.4 MRKT內含資源列表 39
圖3.5 Unity開發介面 39
圖4.1 研究架構圖 42
圖4.2 IDEF0資訊發展環境圖(A0) 44
圖4.3 IDEF0 A1~A5資訊發展環境圖 45
圖4.4 擴增實境功能架構圖 48
圖4.5自主檢查表 54
圖4.6 BIM元件資訊建置流程 57
圖4.7 元件資訊傳遞流程 58
圖4.8 加入元件屬性欄之腳本 60
圖4.9 發展之輔助施作及查核作業模式 61
圖5.2 案例BIM模型外觀 65
圖5.3 B2F消防系統模型 66
圖5.4 B2消防泵浦室模型 66
圖5.3 驗證用之輕量化模型 67
圖5.4 Show ID 產生的資訊欄位 67
圖5.5 Revit產出之資訊明細表(部分) 67
圖5.6 3ds Max操作介面 68
圖5.7 模型未指定材質前(左)與指定材質後(右)比較 69
圖5.8 泵浦室平面圖及門口位置 69
圖5.9 Unity起始位置(相機圖示)設定 69
圖5.10 Unity模型元件階層圖 70
圖5.11 語音指令辨識腳本程式碼(部分) 71
圖5.12 手勢辨識及元件互動腳本程式碼(部分) 72
圖5.13 管元件屬性資料腳本 73
圖5.14 機械設備元件屬性資料腳本 73
圖5.15 管配件元件屬性資料腳本 73
圖5.16 資料圖取腳本程式碼(部分) 74
圖5.17 設定之資料呈現格式 74
圖5.18 包含物件偵測腳本程式碼(部分) 75
圖5.19 空間劃分示意圖 75
圖5.20 自動產生之元件統計列表 75
圖5.21 變更材質腳本程式碼(部分) 76
圖5.22 設計之勾選表單畫面 76
圖5.23 Unity匯出設定介面 77
圖5.24 查核衝突點示意圖 80

英文文獻
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