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
目前，決定建築工程各工項所需資源（人工、材料及設備）的流程通常為使用預先建立的資料庫為各工項分配所需資源，並使用資源分配方法（例如，分析方法和啟發式方法）做資源分配。 但是，這個過程無法保證為各工項做最佳資源分配，因為各建築工程各工項都有其不同的工程目標及限制條件，現有的資源分配流程有其使用限制。
目前建築業界所使用的商業排程軟體，各工項資源分配及施工時間皆由使用者依經驗或過往工程資料估計而得，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。
3D BIM(Building Information Modeling,建築資訊模型)本身具有相當豐富的工程基本資訊(例如：元件代號、種類、面積、體積、材料、空間面積等資料)，但是BIM模型並未包含任何施工順序相關資訊。
依據維基百科，「目前有大量的工具應用了人工智慧，其中包括搜尋和數學最佳化、邏輯推演。」。
綜上，本研究研發一應用BIM及AI (Artificial Intelligence，人工智慧)之建築工程資源分配及時程規劃系統，該系統可以自動產製各種可能的工項資源分配組合及時程規劃選項，並依使用者設定的最佳化目標及工程條件，從中自動挑選出最佳的資源分配組合及時程規劃選項。
二、研究方法及過程
本研究擬蒐集及探討分析國內外包含BIM、營建工程資源分配、營建工程主要影響參數、空間規劃、電腦數值模擬分析方法等相關文獻，並依文獻資料研提一應用BIM及AI之建築工程資源分配及時程規劃系統，供國內辦理相關研究之參考。
三、重要發現
本研究研發一應用BIM及AI (Artificial Intelligence，人工智慧)之建築工程資源分配及時程規劃系統，該系統可以自動產製各種可能的工項資源分配組合及時程規劃選項，並依使用者設定的最佳化目標及工程條件，從中自動挑選出最佳的資源分配組合及時程規劃選項。
本系統同時考慮和整合大多數重要的施工影響因素（例如:工項排程、成本估算，空間分配、各工種數量分配，各型設備數量分配及材料管理），並應用具有數值模擬分析功能的AI技術分析並求取最佳解，如此可使工程資源分配及時程規劃接近最佳化。 本系統進行模擬分析過程的計算參數包含：（1）各工項所需資源相關的工作數量；（2）整個工程每日各資源數量限制；（3）整個工程的可用空間；（4）工程目標（例如: 整個工程最短施工工期、最少施工成本、最長施工工期條件限制之最少施工成本等）；（5）工程限制條件（例如，施工工期不可多於500工作日）；（6）各資源單位成本；（7）各工項的最大資源生產率；（8）各工項所需資源種類；（9）各工項各資源所需的空間位置；（10）各工項所需資源數量比率限制；（11）各工項各資源所需工作面積；（12）符合工項施工網絡關係圖之各工項施作優先順序；（13）銀行年利率；（14）加價百分比等（圖4.2）。其中，各工項所需資源相關的工作數量可藉由作者研發之「工作分解結構及資料庫系統」工作分解結構功能直接從3D BIM模型匯入本系統（請參見本所106年度「應用BIM於建築工程之資源分配及時程規劃策略」研究成果報告），無需人工逐項輸入。
本系統模擬計算分析後產出的資料包含：（1）各工項資源分配；（2）施工期間各空間動態分配；（3）決定各工項施工時間之主要資源生產率；（4）整個工程各資源及各空間利用率；（5）各工項施工時間及施工起迄時間；（6）整個工程施工時間、施工起迄時間及施工成本的計算（包含工程成本現值計算）；（7）材料管理和採購期程規劃；（8）整個工程施工時間、施工成本、施工成本現值等風險性分析。此外，本系統可讓使用者依假設狀況做結果預測分析，並可依據工程不可預見的臨時狀況（例如:變更設計、材料交付延遲等）即時安排調整各工項資源分配及時程規劃。
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及AI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，詳細說明請參考下面章節。
四、主要建議事項
建議一
立即可行建議—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
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
立即可行建議—拓展結合BIM及AI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
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
3D 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。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。
依據維基百科，「目前有大量的工具應用了人工智慧，其中包括搜尋和數學最佳化、邏輯推演。」。AI (Artificial Intelligence，人工智慧)應用為目前及未來世界各國重要的研究趨勢，但是AI在建築工程施工階段與維護管理階段方面的應用，仍屬起步階段，未來有非常大的發展潛力，建議加強AI於本國工程施工階段與維護管理階段資源分配及時程規劃之研究，並將研究成果於國內業界推廣。
建議三
立即可行建議—拓展結合BIM與資料庫管理應用於建築工程施工階段及維護管理階段之研究
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3D 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及維護管理階段所需之全部資訊(例如：施工階段之工項施工順序、工項起迄時間、施工成本控管及材料採購控管，及維護管理階段之設施管理等相關資訊)，所以需要於工程施工階段及維護管理階段另增加一資料庫管理系統，以補足3D BIM模型本身不足之處。
綜上，建議拓展結合BIM與資料庫管理應用於工程施工階段及維護管理階段之研究，以符工程施工階段及維護管理階段之實際需求。

At present, the process of assigning activity duration and the resources (labor, material, and equipment, etc.) required for each activity are executed manually and based on personal experiences or pre-established database, in using the commercial scheduling softwares used by the construction industry. However, each project has different restrictions (for example, number of work classes, number of equipments, number of materials, construction scope, construction efficiency, etc.) and different objectives (for example, minimum project duration, minimum project cost, minimum project cost with project duration limit, etc.), personal experiences or pre-established database are not definitely suitable for new projects. Moreover, the resource allocation methods (for example, analytical methods and heuristics) used to allocate resources for each activity cannot guarantee the optimal resource allocation for each activity.
According to Wikipedia, "Many tools are used in AI, including versions of search and mathematical optimization, artificial neural networks, and methods based on statistics, probability and economics." AI is applied in the developed system, which uses the techniques of search and mathematical optimization, artificial neural networks, and methods based on statistics, probability and economics.
Building information modeling (BIM) has been recognized as a revolutionary change for its applications in the entire lifecycle of a construction project. However, the applications of BIM within the construction domain still have a lot of potential.
In summary, this research presents a resource planning and scheduling system with applications on BIM and AI (Artificial Intelligence). This system can automatically produce various options for resource distribution and activity scheduling, and find the optimal resource distribution and activity scheduling according to restrictions and objectives assigned by users.