中華民國內政部建築研究所中華民國內政部建築研究所

一、研究緣起
建築工程營建管理中最基本，但也是最耗時及易產生人為錯誤的部分就是各類資料的輸入，及因應各種不同管理需求及不同形式的資料轉換、計算及報告輸出，故須一合適的建築工程營建資料管理系統。
ERP (Enterprise Resource Planning，企業資源規劃管理)系統整合企業內部財務會計、製造、進銷存等資訊流，並透過系統設定的商業邏輯判斷計算產出管理資訊，提供給管理階層做正確即時的管理情報分析。傳統ERP系統著重在持續規律運作的材料進貨、生產製造、銷貨數量、庫存數量管理的層面，與建築工程營建管理涉及進度、工項及資源管理範圍，並以預定進度成本收入來作為實際進度成本收入管理基礎，及同一資源於不同進度隸屬於不同工項的產業特性不同，故傳統ERP系統難以適用於建築工程營建管理。另外，建築工程營建資料管理的最大難題在於難以即時取得各種不同需求管理所需的基礎數據，隨著建築資訊建模 (BIM)技術的成熟，可藉由BIM取得主要工程項目管理所需的即時基礎數據。
本計畫研擬一建築工程ERP系統架構及研發一雛型系統，並整合BIM及筆者先前研發之工作分解結構系統(於本研究中與「建築工程ERP系統」整合成「工作分解結構及建築工程ERP系統」)[1]及資源分配及時程規劃系統[2]，成一應用BIM於建築工程ERP系統架構，及研發一整合型的雛型系統。
二、研究方法及過程
本研究蒐集及探討分析國內外包含建築工程施工階段所需管理項目及範圍、BIM及ERP系統等相關文獻及商用軟體，並據以研擬一建築工程ERP系統架構及研發一雛型系統，並整合BIM及筆者先前研發之工作分解結構系統(於本研究中與「建築工程ERP系統」整合成「工作分解結構及建築工程ERP系統」)[1]及資源分配及時程規劃系統[2]，成一應用BIM於建築工程ERP系統架構，及研發一整合型的雛型系統，供國內後續發展相關系統參考。
另本研究以一Autodesk Revit軟體建置之8層樓高宿舍大樓之BIM模型為實際案例，研訂如何自BIM匯出資料及使用資料格式，經「工作分解結構及建築工程ERP系統」[1]依工項需求重新整合這些資料，供後續「資源分配及時程規劃系統」[2]分析計算，並藉由「工作分解結構及建築工程ERP系統」自動執行工程的預算管理、進度管理、人力管理、材料管理、設備管理、空間管理、工項管理、採購管理、會計管理、供應商管理、估驗計價管理及行政作業管理功能，及自動產製相關報告。
三、重要發現
本研究計畫研提一應用BIM於建築工程ERP系統自動化之資源分配、時程規劃、營建管理及資料庫管理之整合系統架構，此架構涵蓋三個主要系統或軟體：（1）BIM建模軟體;（2）工作分解結構及建築工程ERP系統;（3）資源分配及時程規劃系統。此架構主要執行步驟如下：（1）自BIM模型獲取BIM非幾何資訊；（2）於「工作分解結構及建築工程ERP系統」依工項彙整出各工項數量及空間等基本運算資料；（3）於「資源分配及時程規劃系統」自行設定工程目標及工程限制條件，透過系統自動發展出近乎最佳的資源分配、時程規劃及營建管理計劃；（4）於「工作分解結構及建築工程ERP系統」匯入「資源分配及時程規劃系統」分析結果及輸入工程基本資料後，自動執行工程的預算管理、進度管理、人力管理、材料管理、設備管理、空間管理、工項管理、採購管理、會計管理、供應商管理、估驗計價管理及行政作業管理功能。
根據研究結果，本研究有四項建議，建議一為持續研究及推廣應用BIM於工程施工階段與維護管理階段；建議二為拓展結合BIM與離散事件模擬(Discrete-Event Simulation, DES)技術應用於建築工程施工階段資源分配及時程規劃之研究；建議三為拓展結合BIM與ERP應用於建築工程施工階段之研究；建議四為拓展結合BIM、DES技術及ERP應用於建築工程營建管理之研究，詳細說明請參考下面章節。
四、主要建議事項
建議一
持續研究及推廣應用BIM於建築工程施工階段與維護管理階段：立即可行建議
主辦機關：行政院公共工程委員會、內政部營建署、內政部建築研究所
協辦機關：財團法人臺灣建築中心、財團法人臺灣營建研究院
在公共工程委員會、本所、財團法人臺灣建築中心、財團法人臺灣營建研究院、各機關學校BIM中心及BIM軟體廠商共同努力推廣下，BIM於工程規劃設計階段之應用在本國已逐漸成熟。相對的，BIM於本國工程施工階段與維護管理階段之應用範圍仍較小，大部分稍具規模工程僅應用於施工階段之4D、虛擬實境及碰撞檢查，尚屬CAD應用範圍，僅少數大型工程或高科技廠建置會搭配基本BIM模型資料管理，故建議加強BIM於本國工程施工階段與維護管理階段之深層應用研究，並將研究成果於國內業界推廣。
建議二
拓展結合BIM與離散事件模擬(Discrete-Event Simulation, DES)技術應用於建築工程施工階段資源分配及時程規劃之研究：立即可行建議
主辦機關：行政院公共工程委員會、內政部營建署、內政部建築研究所
協辦機關：財團法人臺灣建築中心、財團法人臺灣營建研究院
BIM模型本身具有相當豐富的工程基本資訊，但是BIM模型並未包含任何施工順序相關資訊，所以需要一工項時程規劃系統提供工項排程功能。傳統工項時程規劃系統決定各工項所需時間時常靠經驗或過往工程資料估計，然而每個工程都有其不同的工程條件(例如：工班數量、機具數量、材料數量、施工範圍、受限施工環境之施工效率等) 及不同最佳化目標(例如：最短施工時間、最低施工成本、有施工時間限制之最低施工成本等)，經驗或過往工程資料無法保證能適用於新的工程。
另外，傳統資源最佳化技術主要包括數學方法和啟發式方法。然而，數學模型由於公式複雜可能導致求得局部最佳解[3,4]。啟發式模型則是在不同情況下具有不同的有效性，因此無法適用於所有的工程案例。此外，使用者也無法針對給定的工程案例事先知道適用於何種啟發式模型。所以，啟發式模型無法保證獲得最佳解。啟發式模型不一致的解決方案已經導致商用工程管理軟體於資源調度功能間巨大分歧[5]。
電腦數值模擬分析是為真實系統設計一數學邏輯模型並在電腦上對該模型進行實驗的過程[6]。過程模擬的目標涵蓋生產力提升、風險分析、資源分配和現場規劃等範圍。經由對構成該過程之活動本身及活動間順序關係精確表示於模型中，建模者可以預估該過程最後成果的相關資訊和於某特定時間內完成該過程的機率。由於營建工程所需資源包括笨重且昂貴的設備，透過電腦數值模擬分析可以檢視各種可能的資源動態空間規劃選項，並從中挑選出最佳的資源動態空間規劃。施工建模需要使用各模型所定義的建模元素來表達及組成施工過程。電腦數值模擬分析可應用於動態性模擬分析施工過程隨時間產生的變化。
應用離散事件模擬(Discrete-Event Simulation, DES)技術於電腦數值模擬分析為協助使用者於施工管理過程中迅速做出決策分析的利器之一。精確建立施工過程模型後，可利用電腦數值模擬分析出較佳的替代方案及優化相關資源的動態空間規劃。然而，在建築業中應用電腦數值模擬分析技術於施工管理的案例幾乎很難找到，主要原因為電腦數值模擬分析技術的複雜性和建築業人員缺乏該技術的相關知識，另一個可能的原因為需要針對不同的營建管理目標開發不同的電腦數值模擬模型。由於通常不同的工程會有不同的工項及工項間網絡關係，導致不同的工程需要使用不同的電腦數值模擬模型。另外，目前工程管理一般皆使用要徑法（ Critical Path Method ，CPM）技術做排程、時程控制，然而應用要徑法技術的電腦軟體與應用電腦數值模擬技術的電腦軟體間並不相容，因此想同時應用這兩種技術仍存在一個很大的技術門檻，也導致幾乎很難找到應用電腦數值模擬分析技術於建築業施工管理做排程、時程控制的案例。
綜上，建議研究開發一可匯入及應用BIM工程基本資訊，並與實際建築工程施工管理系統有極高相似性、可視覺化，且可靈活應用於不同工程與適用於不同施工管理目標的資源分配及時程規劃電腦數值模擬分析系統，以利將DES技術轉移到施工管理實際應用層面。
建議三
拓展結合BIM及ERP應用於建築工程施工階段之研究：立即可行建議
主辦機關：行政院公共工程委員會、內政部營建署、內政部建築研究所
協辦機關：財團法人臺灣建築中心、財團法人臺灣營建研究院
資料準備是營建管理過程中非常重要的工作之一，並且是最耗時間及最困難的工作之一。雖然BIM模型本身具有相當豐富的工程基本資訊，但是BIM模型並無法提供工程施工階段所需之全部資訊(例如：施工階段之施工成本控管及材料採購控管等相關資訊)，ERP可以促使建築施工管理流程自動化，補足BIM模型本身不足之處。
綜上，建議拓展結合BIM及ERP應用於工程施工階段之研究，以符工程施工階段之實際需求。
建議四
拓展結合BIM、DES技術及ERP應用於建築工程營建管理之研究：立即可行建議
主辦機關：行政院公共工程委員會、內政部營建署、內政部建築研究所
協辦機關：財團法人臺灣建築中心、財團法人臺灣營建研究院
如建議二及建議三所述，拓展結合BIM與DES技術應用於建築工程施工階段資源分配及時程規劃之研究，及拓展結合BIM與ERP應用於建築工程施工階段之研究，皆有其實際需求。為能提升應用效率，上述功能各資料間移轉須能儘量自動化或半自動化，故建議研發整合上述功能成一完整系統。
綜上，建議拓展整合BIM、DES技術及ERP功能成一完整系統，應用於建築工程營建管理之研究，使上述功能各資料間移轉能儘量自動化或半自動化，以提升應用效率。

The most basic and time-consuming part of construction management is the input of various types of information, and different forms of data conversion in response to various management needs. It is also prone to human error for different forms of data conversion, calculation and report output due to the various management needs. Therefore, it is necessary to build a data management system for construction projects.
The ERP (Enterprise Resource Planning) system integrates a company’s information flows of accounting, manufacturing, and inventories. It develops the management information through the business logic set in the system, and helps the construction manager to make decisions on construction management issues. The traditional ERP system focuses on material management, manufacturing management, sales management and inventory management. However, construction management involves schedule management, activity management, and resource management. The actual progress is based on the administrative price estimation of scheduled progress. Moreover, the characteristic of construction management, the same resource belongs to different activities at different times, is very different from the characteristic of traditional ERP system. Thus, the traditional ERP system cannot be applied to construction management. The biggest problem of construction management is that it is difficult to obtain the data required for various management needs in real time. With the maturity of building information modeling (BIM) technology, obtaining the data required for various construction management needs in real time can be achieved by BIM.
The project develops a construction ERP system framework, and develops a prototype system. Moreover, an integrated framework and an integrated prototype system, called Application of BIM to Construction ERP System, was developed by integrating BIM, a construction ERP system, a work breakdown structure system, and a resource distribution and schedule planning system.