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重振台灣火車頭產業地位,營建業如何用數位轉型邁向建築4.0?

台灣經濟的火車頭產業是哪一個產業呢? 從行政院主計處2016年國內關聯表中可見端倪,營建工程領先其他產業,投資的向後關聯性達2.09,這代表營建業每投入1萬元,就能帶動其他產業創造2.09萬元以上的產值。

營建業-產業轉型-建築 圖片來源:shutterstock
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然而,雖然營建業是火車頭產業,台灣營建產值卻遠遠落後先進國家50%以上。根據主計處統計,營建業對台灣GDP的貢獻僅佔2.5%,遠低於推動智慧營造(i-construction) 的先進國家,例如英國的營建產值佔GDP 6.0%,日本佔5.7%,美國營建產值的貢獻相對低,仍達GDP的4.0%。

內政部建築研究所所長王榮進點出其中差異,「先進國家已走向技術密集,台灣營建產業還是勞力密集為主。未來勢必得升級走向技術密集的產業,才能提高營建產值對台灣GDP的貢獻。」

內政部建築研究所所長王榮進認為,營建產業必須升級技術密集產業,邁向建築4.0。

此外,王榮進表示,台灣面臨高齡化、少子化的衝擊,讓營建業受勞力短缺的衝擊更甚其他產業。台灣營建產業勢必得轉型升級,王榮進說,「借鏡英國、日本在營建業數位轉型的做法,政府參考工業4.0,積極協助國內營建產業走向建築4.0。」

台灣必須邁向技術密集的建築4.0

為推動建築產業轉型升級,建研所正在規劃「建築產業數位轉型」計畫,範圍包含建築數據中心、建築資訊建模(BIM)、智慧管理雲平台、智慧營造以及智慧建材等五大技術面向。

王榮進指出,建築4.0的概念,主要是涵蓋規劃設計、施工、使用到維護管理,讓建築物的全生命週期全面升級。

「透過建築資訊建模(BIM)技術讓建築設計走向數位化,有系統儲存設計過程中的資料。」王榮進說明,3D電腦模擬能讓業者、施工者和將來的使用者清楚了解建築物完成後的外觀和內部空間細節,也能具體呈現材料和顏色,減少設計與建築物落成的期待落差。

現場澆置施工常受到環境天氣、施工者施工的精準度影響。智慧營造,能讓建築物的構件在環境可控制的工廠製作,並利用各種智慧化設備協助施工,提高營建業的施工品質與施工安全,又能縮短工期,提升效益。王榮進指出,一般傳統RC現場澆置工法建造一層樓約14天,如果改用預鑄工法大概7-8天可完成。

此外,為讓建築從規劃設計、施工、使用到維護管理各階段均能獲得確保運轉順利甚至達到優化之目的,如何能即時提供與確保各階段所產生的大量數據,讓建築生命週期各階段之智慧化技術及系統進行分析決策實為首要,而建築數據中心肩負此一任務,堪稱是最重要的智慧核心基礎之一。王榮進認為,建築生命週期各階段若能藉由大量數據的自動蒐集、儲存及分析,同時有效的在各階段予以整合運用,提出最佳化運轉及決策建議,才能真正達到落實建築產業數位轉型之目的。

當建築興建完成進入使用階段時,結合高科技設備和資通訊技術的智慧建材,透過感測技術,將其所產生或蒐集到的相關數據,運用物聯網技術,除了即時回傳建築數據中心進行儲存外,更可立即提供後端數據分析決策作出滿足各種不同需求相對應的改變,例如能讓建築物主動感測環境天候的變化與人員的使用狀況,還能透過物聯網自動傳遞資訊並提供服務,亦即可以根據日照、溫度,控制窗簾、燈光及冷氣等,提供人員最舒適節能的室內環境即為一種智慧應用整合後的使用情境。王榮進強調,智慧建材是推動建築數位轉型之神經元件,透過結合物聯網及人工智慧運算,提供符合需求的智慧生活應用服務,不只提高便利性外,同時也達到更加節能等目的,甚至還能讓台灣廠商將智慧建材外銷,擴大經濟效益。

由於建築生命週期長達50年以上,因此除了有好的規劃設計、施工外,最重要的還是要有好的維護管理,這棟建築物才能永續發展。王榮進表示,智慧化時代的來臨,5G、IoT、AI、大數據等技術的興起,運用資訊化及數位化的管理除可減少書面資料保存不易與浪費外,並可有效縮短維護管理問題的即時反應與處理時間。因此,建置智慧管理雲平台的數位化管理流程,使建築設備運轉數據、管理流程資料與BIM模型之建築物資料相互關聯,強化資料的互動性,可以有助於提高設施管理的品質,並可降低營運階段人力成本與人為錯誤的可能性。若是建築發生設施設備的故障問題,必須立即進行維護排除,即可藉由雲端連結建築數據中心,即時獲取建築規劃設計及施工階段的相關資訊,藉由BIM模型的虛擬3D建築物資料,讓外包維修或管理單位人員,可遠端立即清楚掌握事件發生點及遠端研議處理解決方式,並即時協助排除問題,減少人員往返及等待維修所浪費之時間成本,將可大幅提升整體維護管理的服務品質。

打造產業可通用的BIM平台

台灣建築中心董事長周光宙表示,「台灣營建產業對數位化的投入太少、也太慢。我們必須推動營建產業數位轉型,才能趕得上時代的潮流,從設計端就要導入建築4.0,讓台灣躋身先進國家的行列。」

台灣建築中心董事長周光宙認為,推動營建產業的數位轉型,需要建置BIM平台。

目前業界有許多數位軟體工具,可以協助產業進行升級。台灣常見BIM應用包括基地現況建模、成本估算、設計優化、3D 整合協作、結構分析、施工系統設計、綠能及防災模擬分析、設施建物運維等工作項目,都有相應的軟體可以應用。

為了積極推動台灣建築產業數位轉型,建築中心也在近兩年與3D設計、工程軟體的領導廠商Autodesk簽訂MOU,陸續開發台灣本土化的BIM元件庫,並共同推廣BIM軟體與課程。

台灣過去的專案管理只在現場以紙本記錄,沒有資訊化,若要推動數位化建築設計,並串聯施工端,將是一大難題。周光宙指出,大公司多半已採用數位專案管理系統(PMIS),但也面臨許多不同專案管理系統之間,跨專案分析的困難。此外,超過5人以上的台灣建築師事務所不到15%,小企業難以負擔資訊化系統的成本。

周光宙說,「從設計端就投入數位化,需要開放的平台,我們要投入建置BIM平台!例如Autodesk的BIM360,能當作產業共構的平台,也能讓一般人使用。」

目前台灣正努力推動建築產業數位轉型,除了逐步進行BIM的基礎研究及標準訂定;也透過公共工程如社會住宅等從設計、施工到維護管理全程要求使用BIM;地方政府推動無紙化,導入BIM,蒐集所有的建築製造資訊,大數據便扮演要角:公共工程金質獎也已把BIM納入得獎的指標。

知名軟體公司Autodesk的BIM360雲端平台,可滿足營建工程專案管理及協作需求

邁入建築4.0的挑戰:跨域、技術整合

王榮進認為,台灣發展建築4.0最大的挑戰在於,傳統的營建業要跨界整合高科技產業,要讓跨領域的專家互相溝通整合,需要產業界和學研界攜手合作。

其次,也將面臨技術整合的問題,AI、5G、BIM技術需要大量教育訓練。以BIM為例,涵蓋建築設計、營造施工、電機等相關人員,希望成立BIM訓練中心,培養師資,提供人員的技術培訓;也希望透過各產業聯盟進行最新技術交流,發展跨域整合合作,開發新設備和技術。

政府正推動營建業數位轉型的相關政策,由政府、學校先行,只要超過2億的公共工程,都要申請智慧建築標章。未來建立示範應用案例,讓產業界了解數位轉型的效益,擴大營建業邁向建築4.0,期盼營建業成為真正引領台灣經濟的火車頭。

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