[營建知訊轉載] 再談COBie(上)

再談COBie(上) 

 

郭榮欽   國立臺灣大學 土木工程學系工程資訊模擬與管理研究中心執行長
      國立臺灣大學 土木工程學系兼任副教授
         國立臺灣科技大學 建築系兼任副教授
 
短短五年  COBie獲國際認同
 

在2002年BIM術語出現後,2005年12月,美國即成立一個專門為促進BIM發展而制定國家建築資訊模型標準(NBIMS)的團隊。其中一個小組的任務就是透過BIM的實踐,試圖在工程專案的設計與施工階段,擷取能供竣工移交到營運、維護及資產管理階段所需的資訊,這就是COBie(Construction Operation Building Information Exchange,施工營運建築資訊交換)的由來。美國太空總署(The National Aeronautics and Space Administration,簡稱NASA)和白宮科學技術政策辦公室(White House Office of Science and Technology Policy,簡稱OSTP)從2005年開始提供這個COBie研發專案的前兩年補助款。國家建築科學研究所(National Institute of Building Sciences,簡稱NIBS)的設施維護和營運委員會(The Facility Maintenance and Operations Committee,簡稱FMOC)組成一個專案團隊,成員包括設計師、建築商、業主、試俥代理商,以及軟體公司等,共同研商從工程施作期間到移交給營運所需的資訊交換的要求,可見美國政府對此標準建立的重視程度。從2005年到2009年的短短五年之間,COBie已從最初的構想成長為全球商業軟體中所共同遵循實施的國際公認標準。

 
 
COBie研發專案係由美國陸軍工兵軍團實驗室的工程研究與開發中心-建築工程研究實驗室所領導,主持人為E. William(Bill) East博士。2007年8月公佈COBie第一版[01],圖一為該版封面,第一版所規劃的電子試算表工作表有29個之多,後來不斷修正,目前COBie為2.4版,電子試算表已減為19個工作表(參考NBIMS-US_V3_4.2_COBie_Annex_A) [02]。
2008年7月,許多buildingSMART聯盟的會員一致支持COBie規範成為國際版本,同時將COBIE重新正名為COBie,以統一各類資訊交換標準的命名。在2009年12月,COBie團隊正式發布了COBie和設施管理移交模型視域定義格式的國際標準。 FM Handover MVD即為buildingSMART International所發布之第二個官方MVD文件。2015年7月 美國國家BIM標準NBIMS-US V3 [02]公佈,在4.2節即為COBie標準專章,亦稱COBie 2.4版,為目前COBie標準最新之官方文件。

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圖一  COBie標準的第一版封面[01]

COBie現在也被授權使用在英國的公共建築專案中,英國政府在2011年提出營建產業策略白皮書,其BIM工作團隊同年亦提出BIM策略報告書[03],其附錄12特別說明使用COBie在土木工程與基礎設施的技術規範,這是英美兩國比較不一樣的特色之一,英國在2012年,由BIM Task Group公佈”COBie UK 2012”[04],並強調COBie優於傳統的三個策略意義,即(a)可重複使用性(Re-usability)、(b)可檢測性(Checkability)、(c)可交互操作性(Interoperability),如圖二所示。2014年9月英國標準協會(British Standards Institution,簡稱BSI)公佈BS1192-4:2014標準[05],專門規定COBie的執行細節。
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圖二  COBie資料優於傳統文件的三個策略原因[04]
Bill East在WBDG網站[06] COBie首頁上,針對COBie有較詳細的闡釋,並整理出完整的參考資料。文中提到,COBie是設施管理人員所需的資訊在生命週期中擷取和交付的一種資訊交換規範。 COBie可以在設計、施工和維護軟體中,以及簡單的電子試算表中查閱。無論工程專案規模多大、技術多複雜,COBie都能適用。傳統上,營建工程專案竣工驗收並辦理移交時,施工經理會向設施經理交付一箱箱滿滿的文件資料(可能也包含數位光碟),這些資料原被預設是可以輔助設施管理者,直接引用到設施營運、維護、以及追踪建築物內的資產之用;然而,往往在建築物已進駐使用數月,甚至數年之後,這些資料才逐步被整理成可沿用的資訊。
為何需要COBie?若以業主的立場來看,尤其像政府擁有龐大公有資產的大業主,又不能限制工程採用單一BIM塑模工具,也不能限制FM管理工具,想要改善長期資產管理的低效能與成本浪費,最好的方式就是趁BIM的推動,規範竣工移交BIM模型之非幾何資訊轉換標準,形成BIM非幾何資訊集散樞紐,對需要進行龐大資產管理的業主而言,非常必要。
 
COBie特色  因應維管所需
 
  到目前為止,國內外許多工程業界,對COBie仍存有誤解或不清楚。COBie主要係因應工程結構物長期營運維護所需而生,具幾項主要的特色,說明如下:
1. 聚焦在BIM模型所含「空間」與「設備」之非幾何資訊:
COBie特別聚焦在有實施BIM之工程,在工程專案竣工(也包括設計階段完成時)移交時,針對設施營運維護團隊所提出之需求(必須在事前合約明定),從BIM模型萃取出「空間」與「設備」相關之非幾何模型資訊(萃取的時機依合約訂定之里程碑)。BIM模型含工程專案之幾何與非幾何資訊,無論是透過「匯出(Export)」或其他方式萃取COBie規定的資訊,COBie的內容都只是BIM模型的一部分,亦稱BIM模型的子集(Subset)。
2. COBie資訊內容繫接有幾何模型元件的識別碼:
    從BIM模型萃取的「空間」與「設備」元組件之基本資訊,亦同時繫接其原幾何模型元件的識別碼(ID或GUID)與其在模型中之座標值,以及必要之分類編碼、屬性等,這提供營運階段在管理與查詢相關「空間」與「設備」元組件時,有機會循該繫接識別碼(ID或GUID)回溯原模型對應之幾何元件。但COBie資料不能被回復成原模型,因它並未帶出原幾何模型的所有圖形資訊。
3. COBie只有定義資料的綱要(Schema)
    COBie只有定義資料的綱要(Schema),並沒有定義資料的內容,如同資料庫(Database)中資料表(Table)的欄位定義(如SQL DDL),或像XML Schema(XSD),資料內容應另外在業主資訊需求書(Employers Information Requirements,簡稱EIRs,為工程合約之附件)中制訂,並納入合約中要求承攬廠商以及設計師執行,不同用途與性質的工程專案,EIRs內容自然不同。
4. COBie以三種資料格式呈現:
    COBie允許三種可選擇的交換格式。這些格式包括STEP元體檔案格式((ISO 10303-21))、ifcXML格式和SpreadsheetML格式。對於COBie-標準的用途,在這些格式之間是沒有差別的。目前這三種格式中以SpreadsheetML格式最受歡迎。 SpreadsheetML是一種對應到電子試算表的開放型資料組織的XML Schema,由Microsoft公司所創,開放給任何支援電子試算表的工具軟體使用。由於COBie資料主要為工程竣工移交給營運維護軟體使用,目前營運維護軟體大多以處理關聯式資料庫為主,因此,由BIM模型萃取的COBie資料,大多考慮能產出電子試算表格式,以利進一步轉至各營運維護軟體的資料庫運用。
5. BIM模型匯出COBie格式資訊的管道:
      目前BIM模型匯出COBie格式資訊的管道,主要有兩種:
(1) 許多BIM塑模軟體透過「檔案/匯出」功能產生IFC檔,再經由IFC Viewer軟體,例如,英國諾桑比亞大學所研發的Xbim,芬蘭著名模型碰撞與檢測軟體的Solibri、荷蘭TNO組織研發的BimServer等)轉出電子試算表格式的COBie格式資訊。
(2)直接在塑模工具中匯出電子試算表格式的COBie格式資訊。例如:Revit的COBie Extension)。
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COBie的電子試算表工作表雖有20張(如表一),但第一張「Instruction」沒有實質作用,第20張「PickLists」係配合其他表的某些欄位挑選不同資訊選項用,較具關鍵的工作表應為中間18張表,尤其直接與「空間」及「設備」相關的表最為重要,大致可用圖三表示:
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圖三  COBie綱要結構19張工作表
COBie規範即在確認工程專案每個階段必須擷取和交換的資訊的格式與內容,試圖降低當前用紙本處理的相關浪費。COBie的設計精神是要求設計人員在設計階段需要提供空間佈局、系統列表、設備類型和已命名之設備的位置。而設備製造商須在竣工移交前,添入製造商資料、型號和序列號,並提供製造商製作文件、保修和更換零件資訊。在施工後期之設備試俥(Commissioning)階段,試俥代理商須提供相關工具、培訓和設備要求的作業規劃資料,大家各司其職填入營運維護所需之「空間」與「設備」的非幾何基本資訊,完成統一格式資訊的交換。
許多業界人士都擔憂規定COBie資訊交付會額外增加相關操作人員的負擔,實際上,COBie所要的資料內容,分成下列幾個層次產生後,真正還需要人工在塑模軟體中建置的部分已經少之又少(這才是善用BIM模型優勢最重要也最正確的觀念,非常重要):

 

  1. 在族群元件中預先備妥:

發揮可載入族群元件的運用,會是BIM技術熟化的最重要特徵之一,包括許多模型元件皆由設備製造廠商所提供,將成必然趨勢,以及為工程專案所需,或是設計公司創建自有風格之特製元件,都可預先將COBie規定竣工營運所需的元件屬性欄位,或是合約規定必須繫接之共享參數(包括含既有的值,甚至相關文件的連結)訂定到族群元件中,即可隨操作者塑模時,與創建模型組合在一起。

  1. 模型元件與COBie欄位的映對:

許多COBie欄位名稱可能和塑模軟體所指之元件,在意義上相同,但名稱不同,這可透過映對(mapping),將兩者關係連接起來,則該模型元件既有的屬性值就自然傳給了對應的COBie欄位,這是所有塑模軟體都有支援的功能,包括實作元件(Instance)、類型(Type)、房間或空間(Room、Space)、System(系統)、Zone(分區)等,皆可用映對動作完成,而不須手工建置。這種映對(mapping)動作還可存檔成樣板,供下次類似專案使用,大幅減輕操作程序。

  1. 序列型資料可應用輔助工具達成:

工程施作到某一階段,許多設備安裝完成,同類型設備相當多(例如冷氣機),往往具有連續性系列號碼,或是建築物空間命名與房間代碼都有序列性關係,此類屬性值的建置,利用輔助工具(例如Dynamo)或寫一簡單API介面協助半自動建置,可減輕許多手工建置作業。
 
萃取BIM非幾何資訊  兩種方式
 
從前述COBie的特質可知,任何不同BIM塑模軟體要萃取COBie格式資訊,無論是透過匯出(Export) .ifc檔或其他方式,最後都會轉成電子試算表的檔案,供進一步應用。當初創建COBie標準時,NBIMS-US的團隊就以SpeadsheetML開放規格的資訊交換為宗旨,這也是IAI(International Alliance for Interoperability,國際交互操作聯盟)組織改弦易轍(與改名buildingSMART可能有關),將交互操作性的IFC標準改向針對特定專業需求,作最小化滿足的策略發展,也就是IDM(Information Delivery Manual,資訊交付手冊)[07]、MVD(Model View Definition,模型視域定義)[08]相關技術的發展,COBie就是此項技術發展最具代表性的產物。目前塑模軟體支援匯出COBie的方式有兩種:

1、匯出 .ifc檔再萃取出COBie之電子試算表檔案
這是多數塑模軟體所採取的方式,而COBie旨在萃取BIM的非幾何資訊,其規定之資料綱要(Schema)已確定,因此各種塑模軟體會提供其BIM模型元件與COBie綱要相對應之IFC類別屬性間的映對功能,以利後續萃取IFC的子集,本文僅用Revit塑模工具做解說。
圖四為使用Revit塑模工具所繪製一棟地面六層地下一層建築與機電整合之雙併住宅做測試,利用「匯出」功能,匯出.ifc檔案,Revit的ExportIFC匯出功能可選擇多種IFC標準,其中的「IFC2X3 Extended FM Handover View Setup」是針對COBie的需求所訂定,可提供進一步細部微調匯出選項,但必須先創一新的設定名稱,依專案對匯出資料性質與種類不同而修改設定之微調後,即可進行匯出,因為此匯出動作會包含幾何與非幾何資訊,故模型較大時,匯出時間會較長。

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圖四  建築與機電整合之Revit模型,匯出 .ifc檔
匯出後,可以應用專為.ifc檔案開發之Viewer工具載入觀察,本文應用英國諾桑比亞大學(Northumbria University)所開發之免費開放資源碼的Xbim XPlorer瀏覽器載入前述之 .ifc檔,如圖五所示,Xbim XPlorer本身附有匯出COBie的功能,唯在此處沒有提供進一步元件參數映對的功能,因此,調整萃取選項的功能僅在Revit的ExportIFC匯出設定,惟目前選項功能不多,可以預期未來仍有繼續進化的空間(這可能也是buildingSMART尚未認可的原因)。
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圖五  應用Xbim Xplorer工具載入 .ifc檔案
從Xbim XPlorer匯出之COBie 的電子試算表檔案,如圖六所示,圖六僅為19張工作表之一 – Component的一部分,在第一個欄位「Name」中可以看出整個名稱係由「族群名稱:類型名稱:實作元件ID」所組成。實作元件所在之空間名稱亦可一起匯出。
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圖六  從Xbim Xplorer工具中匯出COBie的電子試算表檔案
從Xbim XPlorer匯出之COBie 的電子試算表檔案,如圖六所示,圖六僅為19張工作表之一 – Component的一部分,在第一個欄位「Name」中可以看出整個名稱係由「族群名稱:類型名稱:實作元件ID」所組成。實作元件所在之空間名稱亦可一起匯出。                          
 (下期待續)
 
 
 
參考文獻
 
1. E. William East, 2007, Construction Operations Building Information Exchange (COBIE), US Army Corps of Engineers.
2. NIBS,buildingSMART alliance,2015/07, National BIM Standard – United States Version 3
3. BIM Task Group, 2011, A report for the Government Construction Client Group. Building Information Modelling(BIM) Working Party Strategy Paper, BIS BIM strategy Report
4. Nicholas Nisbet, 2012, COBie-UK-2012, AEC3 UK Ltd
5. BSI, 2014, Collaborative production of information – Part 4: Fulfilling employer’s information exchange requirements using COBie – Code of practice
6. Bill East, 2016, CONSTRUCTION-OPERATIONS BUILDING INFORMATION EXCHANGE (COBIE), https://www.wbdg.org/resources/construction-operations-building-information-exchange-cobie, WBDG, Updated:10-06-2016
7. buildingSMART alliance,2012, Methodology-Information Delivery Manual – Guide to Components and Development Methods
8. Richard See, 2011, An Integrated Process for Delivering IFC Based Data Exchange, buildingSMART alliance