談 台灣建築產業4.0-跨域創新發展策略之我見

109年12月7日,奉中華民國土木技師公會全聯會派赴參加內政部建築研究所,聽取專案「建築產業跨域創新發展策略擬訂」期末報告,與會者有各領域專家學者、及建築師公會代表;專案期末報告中,尚有其他專案,但建築產業跨域創新發展策略第一案,係委託由社團法人台灣智慧建築協會執行,從整個構架、建議內容與政策引導,頗獲好評。筆者對該案亦感興趣,因為當中建築產業4.0的策略,就是以預鑄建築(從部分預鑄到全預鑄)為主軸,融入跨領域結合PMIS+BIM、建築數據、智慧建材並建構雲端管理平台等。換句話說,建築產業4.0係綜合智慧建築及綠建築銀級標章為基礎的昇華體,構想是將載體投射到預鑄建築體上實現,這是近年少見具宏觀性的策略,但如何在政策上跟上國家發展的浪潮,更上層樓,值得深思。以下謹就『建築產業4.0-跨域創新發展策略』各面向,提出看法供參考。

策略的主旋律:智慧營造

建築產業4.0的發軔,有其時代背景,諸如,營建科技含金量低也轉型遲緩、缺專業工匠變成常態、國外營建擴展受限、COVID-19肆虐下的經濟困頓、法規一例一休,及新技術、新規範的限制等等,都面臨需要一個大的轉變。

外在環境催逼更是嚴峻,在國內營建產值占GDP 2.5%,相對於推動i-construction的英國是6%,日本是5.5%,而美國的營建產值占GDP 亦達4.0%,因此台灣營造業亟需發展,何其急迫。因此,內政部建築研究所政策引道下,提出「建築產業跨域創新發展策略擬定」綱要,委託專業機構做研究,希望臂助營造業。

建築產業4.0策略,建構在預鑄建築載體上,預鑄建築在台灣至少有30年以上的發展史,早期由日本引進,近年本土化發展迅速,如其中翹楚的潤弘精密,運用大量的新科技、新材料與專利工法,在部分預鑄到全預鑄建築上,從螺箍筋柱、梁柱剛性接頭、大小梁接頭、預製KT樓板及預鑄外牆防漏工法上,都有自動化高度實踐的成果,稱之以智慧營造。

策略翅膀之一:建築數據中心

建築數據中心,參考國外文獻如 Munoz-La et al.(2020),注重在參考其建築4.0的特性、效益與屬性、分析建築4.0特性與需求、演譯適配的方法論與技術框架等八個面向,並與國內遠傳電信、中華電信、華碩、研華等機構互動,已在智慧環境+能源管理、5G+智慧建築、智能物流各面向,發展各具特色的5G智慧管理、房屋行銷、安全防護、機房建置等各管理面向。

策略翅膀之二:建築BIM+PMIS

台灣建築BIM模型,在一定規模的建築,已有相當之成果,但軟體都還為國外大廠所壟斷。報告中指出,不含教育訓練、軟硬體、協同平台費用及每年保固費等,僅導入BIM 的人力成本,在496~926元/坪。從基本的建築、結構、機電、增至中階的景觀、及高階的室內裝修等,費用不斐。

有鑑於此,國內廣大基層中小型建築,如何在有限容積面積下,加載BIM的費用,發展國家型的BIM軟體,供中小型工程使用,值得主管官署思考。

專案管理資訊系統(Professional Management Information System-PMIS )的發展,近幾年來有長足的進度,已呈現百家爭鳴的局面,本土化最成功者厥為 PMIS-CECI,係由世曦工程顧問公司(CECI) 所發展的,本土化、最親民;在使用價格上最具彈性,且有多功能的疊加技術,並與時俱進。

策略翅膀之三:智慧建材

智慧建材,源於新材料,納入智慧建築中,轉化為智慧建材與新工法。對建材發展的技術成熟度,以美國NASA所建構的採購制度(Technology
Readiness Level,TRL)為衡量標準,以達到技術準備度TRL達到6以上,為採購等級,TRL也表現在材料研發成果轉化為商品的指標,有其時代意義。

策略翅膀之四:智慧管理雲平台

智慧管理雲平台,簡單說,就是所有建築物中設備資料,做到效率監控,與人員管理的可視化呈現;整合設備具七大類,諸如;對講機(門口與室內),PBX錄音系統,包含空氣溫度、溼度、空氣品質的BA圖控,攝影鏡頭IPCAM,影像儲存AVR,包含燈光、窗簾、紅外線、瓦斯、門磁及手機等的可視化呈現。

標竿案例

研究團隊也對營建署提供一個基地(新北市樹林),模擬以智慧建築4.0所楬櫫的標的,規劃基地建案,並以現有綠建築及智慧建築銀級標準,做統包規劃。

導入智慧建造成本

研究報告的建築結構成本分析的組成,以現有的共同性質預算編列基準、場鑄建築市場價格、場鑄+PC預鑄外牆構造、預鑄梁柱構造及全預鑄建築等四種型態,經訪查,列舉其不同建造型態的建設成本,如以共同性質預算編列基準102,714元/坪為基底,場鑄建築市場價漲升約+55.4%;場鑄+PC預鑄外牆構造漲升約+63.5%;預鑄梁、柱構造漲升約+72.1%;全預鑄建築漲升約+79.8%。報告中,並沒有深入探討各建築類型,因相關工期節省、品質、安全提升及後續維護等費用降低等,全生命週期綜和效益,量化後,再加總作比較,有點可惜。

其他如導入BIM作業人工建置成本、智慧建材成本、智慧管理雲成本等,全預鑄建築構造的漲升更高,約為+88.43%。

策略導入

整個計畫的下半期,研究團隊就國內潛在符合智慧建築4.0標竿產業,尋訪與紀錄,由於標竿產業遍及五大產業聚落,就其發表文獻與實際操作,做研究與實地訪談,探究其產業是否有符合建築產業4.0所揭櫫的標竿,類似TRL達到 6以上的技術水平。

團隊籌組

研究策略中所界定的建築跨領域新團隊,有一個夢幻名單,涵蓋建築數據中心、BIM+PMIS、智慧營造、智慧建材、智慧管理雲平台等,從一開始的設定研究與訪視企業,總數為177家,到期末研究報告,列出39家標竿企業,加上專家學者計5位,事涉產業間競合關係,留待報告發表後,合縱連橫。

建議與感想

一、簡報中有一份表單,分析場鑄建築及預鑄建築成本分析比較,以直接成本列出。建議以全生命週期(包括工期節省、品質、安全提升及後續維護等費用降低),來看待智慧(預鑄)建築,綜和效益量化後相關成本比較值,對公、私部門的採行抉擇,智慧(預鑄)建築推廣上,具有前瞻性。

二、政策方面,建議鼓勵私部門採用智慧(預鑄)建築。簡報中有提到以放寬容積獎勵部分,建議:可不受現有都更或危老容獎條例最高限制,以外加方式呈現。

三、智慧(預鑄)建築,將會面臨最大、最複雜的狀況(多重替代工法),所以營造+設計(工程顧問)的整合,顯然為一個重要課題,也是營造轉型的契機,這是一個未來有實際需求的導入,政策、制度或法規等因應上,就應該有前瞻的做法。

四、預鑄建築物(土木營建),在設計規範方面,應建置『單一專章規範』,完整檢討納入整備成獨立專章。而在規範建置方面,建議: 除營建研究院外,也宜納入中國土木水利工程學會。

智慧建築的主要載體,預鑄建築發展至今,早期利基於工期縮短快速建成、時間即金錢的思考,隨著預鑄營造業者自有技術的提升,擴大營運規模,近年營建人工成本急遽上漲、及政策的鼓勵,其有成為主流的趨勢,亦為樂見。

文末,想到建築工程,因有「建築法」依峙,建築研究與推廣,日新月異;而土木技師引頸期盼的「土木工程法」,還在審查中飄搖,前途未卜...,不禁喟嘆!

其實,土木工程提倡預鑄化與自動化,發軔甚早,如潛盾機搭配的預鑄環片與預鑄節塊工作井的因地制宜,大型橋梁如早期的高速鐵路的預鑄全跨預鑄箱型梁、晚近的金門大橋的上構預鑄節塊吊裝...,都是土木營建預鑄化、自動化的案例。筆者體認到:晚近土木工程,在科技上運用專案管理系統 PMIS,整合BIM技術與新工法、新材料,建構智慧整合設計與施工一體的數據化平台,足以蛻化為智慧型土木工程,必將會有新作為與風貌,我們期待「土木工程法」早日立法通過,土木人更能造福國家、社稷。

【本文稿經由台灣省土木技師公會技師報同意轉載;未經允許請勿任意轉載】

 


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