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| 研究生： |
黃昱穎 Yu-Ying HUANG |
|---|---|
| 論文名稱： |
3D管線資料圖資應用於道路工程-以桃園市為例 3D Pipeline Map Data on Road Engineering -The Case of Taoyuan City |
| 指導教授： |
林志棟
Jyh-Dong LIN 陳世晃 Shih-Huang CHEN |
| 口試委員: | |
| 學位類別： |
碩士 Master |
| 系所名稱： |
工學院 - 土木工程學系 Department of Civil Engineering |
| 論文出版年： | 2020 |
| 畢業學年度： | 108 |
| 語文別： | 中文 |
| 論文頁數： | 109 |
| 中文關鍵詞： | 管線圖資建置 、圖資更新 、三維地理資訊系統 、三維圖資 |
| 外文關鍵詞： | 3D pipeline map data, update pipeline diagram, 3D Geographic Information System, 3D cartographic data |
| 相關次數： | 點閱：9 下載：0 |
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台灣屬於經濟發展中國家，各項公共建設皆為蓬勃發展中，國內道路挖
補頻繁，又因地下管線設置年代久遠造成圖資不正確，常致於施工中挖損管線造成工程進度延宕、影響完工品質、增加社會成本及公共安全等問題，故如何藉由資料蒐集整合、圖資補正、圖資更新、建置屬性及位置正確的管線資料庫成為重要的課題，且因應三維地理資訊系統的發展，如何將既有的二維圖資導入中要的屬性資料並轉換為三維圖資，再將圖資系統應用於公共工程，是本研究主要的課題。
本研究在二維圖資系統建置後，研擬出三維圖資之作業規範，將管線圖
資藉由既有二維圖資添加屬性資料後轉匯成三維圖資，同時利用圖資更新、透地雷達測量及開孔調查驗證其正確性，並研究未實測之管線衝突分析及校正方式，藉此建置出桃園市三維管線圖資。
最後為了使圖資是完整且豐富並且因應桃園市各大公共工程逐步導入
3D BIM 設計，結合BIM 模型與3D GIS 達到智慧城市之效益。
Taiwan is a developing country that many public constructions are booming and the domestic roads are digging and repairing frequently. The cartographic data of underground pipelines is not correct due to the age of the underground pipelines.
The cartographic data of underground pipelines is not correct resulted in many problems such as construction delay, the quality of the construction project, increasing social costs and influencing public security. Therefore, how to collect
data, revise pipeline diagram, update pipeline diagram, build pipeline database
with correct attributes and position becomes an important issue. In response to the
development of the 3D geographic information system, we must to import the required attribute data and convert 2D cartographic data into 3D cartographic data, and then apply the cartographic data system to public projects is the main topic of the research.
In the study, we establish 3D work specifications after the establishment of 2D cartographic data, and pipeline cartographic map data is transferred to 3D cartographic data by adding attribute data from 2D cartographic data. At the same time, with updating pipeline diagram, ground-penetrating radar and opening survey are used to verify its correctness, and study the unmeasured pipeline conflict analysis and correction methods to build a 3D pipeline map data of Taoyuan City.
Finally, in order to make the map information complete and plentiful. In response to major public projects combined BIM and 3D Geographic Information System will gradually to achieve a smart city in Taoyuan.
目錄
摘要 ............................................................................................................................................. i
ABSTRACT ............................................................................................................................... ii
誌謝 ........................................................................................................................................... iii
目錄 ........................................................................................................................................... iv
表目錄 ...................................................................................................................................... vii
圖目錄 ..................................................................................................................................... viii
第一章 緒論 .............................................................................................................................. 1
1.1 研究背景與動機 ........................................................................................................ 1
1.2 研究範圍與目的 ......................................................................................................... 2
1.3 研究方法 ..................................................................................................................... 2
1.4 研究流程 ..................................................................................................................... 3
第二章 文獻回顧 .................................................................................................................... 5
2.1 管線圖資及道路挖掘對路面影響分析 ..................................................................... 5
2.1.1 管線圖資對道路之影響 ............................................................................... 5
2.1.2 道路挖掘對路面品質之影響 ....................................................................... 6
2.2 桃園市道路挖掘法規探討 ......................................................................................... 8
2.2.1 桃園市道路挖掘管理自治條例探討 ........................................................... 9
2.2.2 桃園市挖掘作業相關法規探討 ................................................................. 10
2.3 公共設施管線資料標準探討 ................................................................................... 10
2.3.1 公共設施管線資料標準 ............................................................................. 11
2.3.2 GML 與XML ............................................................................................... 13
2.4 台灣三維地理資訊發展現況 ................................................................................... 14
2.4.1 三維地理資訊 ............................................................................................. 14
2.4.2 BIM 與GIS 結合 ......................................................................................... 16
第三章 桃園市道管資訊中心系統現況 .............................................................................. 18
3.1 公共管線資料庫建置 ............................................................................................... 18
3.1.1 系統功能及環境架構 .................................................................................. 19
3.1.2 後台管理系統 .............................................................................................. 22
3.2 地下管線圖資現況 ................................................................................................... 24
3.2.1 公共管線資料庫 ......................................................................................... 24
3.2.2 圖資補正資料庫 .......................................................................................... 26
3.2.3 圖資更新資料庫 .......................................................................................... 27
3.3 小結二維圖資系統現況 .......................................................................................... 29
第四章 維生管線三維圖資建置方式 .................................................................................... 31
4-1 3D 圖資蒐集及建置 ................................................................................................. 31
4.1.1 三維公共管線資料格式與作業規範 ......................................................... 31
4.1.2 三維模型樣板 ............................................................................................. 35
4.1.3 三維管線資料建置 ...................................................................................... 37
4-2 圖資正確性及合理性............................................................................................... 49
4.2.1 外業抽測 ...................................................................................................... 49
4.2.2 透地雷達檢測 .............................................................................................. 55
4.2.3 開孔調查 ...................................................................................................... 58
4.2.4 3D Mesh ........................................................................................................ 60
4.3 衝突分析及修正方式 ............................................................................................... 62
4.3.1 拓樸分析 ...................................................................................................... 62
4.3.2 公共設施管線附屬設施修正 ...................................................................... 64
4.3.3 圖資衝突處理 .............................................................................................. 66
4.3.4 三維即時衝突分析 ...................................................................................... 71
4.4 小結三維圖資建置成果 ........................................................................................... 72
第五章 3D 圖資導入2D 系統應用 ..................................................................................... 74
5.1 3D 系統整合應用 ..................................................................................................... 74
5.1.1 導入3D 審查功能 ....................................................................................... 74
5.1.2 三維圖資轉匯 ............................................................................................. 76
5.1.3 3D 公共設施管線展示平台 ......................................................................... 82
5.2 BIM 模型整合 .......................................................................................................... 83
5.2.1 社會住宅模型整合 ...................................................................................... 83
5.2.2 共同管道BIM 模型整合 ............................................................................. 87
第六章 結論與建議 ................................................................................................................ 91
6.1 結論 ........................................................................................................................... 91
6.2 建議 ........................................................................................................................... 92
參考文獻 .................................................................................................................................. 94
表目錄
表2-1 挖掘案件數量統計 ......................................................................................................... 7
表2.2 2D 與3D 定義方式 ...................................................................................................... 15
表3.1 桃園市挖掘案件整合率 .............................................................................................. 19
表3.2 底圖資料來源 .............................................................................................................. 21
表4.1 公共管線資料庫圖資圖層編碼 .................................................................................. 31
表4.2 三維模型元件資料庫 .................................................................................................. 36
表4.3 共同屬性合理性檢核規則表 ...................................................................................... 39
表4.4 管線屬性合理性檢核規則表 ...................................................................................... 40
表4.5 人手孔屬性合理性檢核規則表 .................................................................................. 42
表4.6 消防栓屬性合理性檢核規則表 .................................................................................. 43
表4.7 開關閥屬性合理性檢核規則表 .................................................................................. 43
表4.8 管線相接設施值域合理性檢查表 .............................................................................. 44
表5.1 管線圖資格式規定 ...................................................................................................... 78
表5.2 桃園高鐵青埔特定區共同管道管線圖資說明 .......................................................... 88
圖目錄
圖1.1 研究流程圖 .................................................................................................................... 4
圖2-1 桃園市平鎮區中豐路南勢二段道路改善工程破管 .................................................... 6
圖2-2 桃園市桃園區經國路道路改善工程道路掏空 ............................................................ 8
圖2.3 屬性資料之編碼方式 .................................................................................................. 12
圖2.4 圖例樣式說明 .............................................................................................................. 12
圖2.5 編碼格式範例 .............................................................................................................. 13
圖2.6 推動發展3D GIS 必要性之統計圖 ............................................................................ 16
圖2.7 推動發展3D GIS 需要性之統計圖 ............................................................................ 16
圖3.1 桃園市道管中心組織架構圖 ...................................................................................... 18
圖3.2 系統功能架構圖 .......................................................................................................... 20
圖3.3 系統環境架構圖 .......................................................................................................... 21
圖3.4 KPI 展示 ........................................................................................................................ 22
圖3.5 案件執行資訊－管理者群組 ...................................................................................... 23
圖3.6 案件執行資訊－管線單位群組 .................................................................................. 23
圖3.7 圖資更新資訊 .............................................................................................................. 24
圖3.8 管線資建置流程圖 ...................................................................................................... 25
圖3.9 圖資補正自動化檢核 .................................................................................................. 26
圖3.10 圖資更新程序 ............................................................................................................ 28
圖3.11 桃園市道管資訊中心功能示意圖 ............................................................................ 30
圖4.1 新增參數效果示意圖 .................................................................................................. 33
圖4.2 公共管線建模系統分類圖 .......................................................................................... 34
圖4.3 三維模型樣版檔示意圖 .............................................................................................. 35
圖4.4 三維管線資料庫建置流程圖 ...................................................................................... 38
圖4.5 圖資值域合理性檢核 .................................................................................................. 39
圖4.6 圓管示意圖 .................................................................................................................. 45
圖4.7 方管示意圖 .................................................................................................................. 45
圖4.8 人手孔示意圖 .............................................................................................................. 46
圖4.9 方孔方向性示意圖 ...................................................................................................... 46
圖4.10 消防栓模型示意圖（左：地上式，右：地下式） ................................................ 47
圖4.11 消防栓於3D 公共設施管線展示平台 ..................................................................... 47
圖4.12 人手孔碰撞示意圖 .................................................................................................... 48
圖4.13 管線與人手孔碰撞示意圖 ........................................................................................ 48
圖4.14 管線碰撞與修正示意圖 ............................................................................................ 49
圖4.15 自主查核表 ................................................................................................................ 54
圖4.16 圖資更新外業抽查流程圖 ........................................................................................ 55
圖4.17 透地雷達探測作業流程圖 ........................................................................................ 56
圖4.18 透地雷達探測內業處理流程圖 ................................................................................. 57
圖4.19 透地雷達與公共設施管線資料庫套匯 .................................................................... 58
圖4.20 透地雷達與開挖後實地資料套匯 ............................................................................ 58
圖4.21 開孔作業流程圖 ........................................................................................................ 59
圖4.22 人孔展開圖（孔號 H5-5） ...................................................................................... 59
圖4.23 現場開孔調查 ............................................................................................................ 60
圖4.24 3D Mesh 產製過程 ..................................................................................................... 62
圖4.25 普光街3D Mesh 模型 ............................................................................................... 62
圖4.26 拓樸規則－不能與其他要素相交或是內部接觸 .................................................... 63
圖4.27 拓樸規則－必須被其他要素的端點覆蓋 ................................................................ 64
圖4.28 CopyAngle 修正過程 ................................................................................................. 65
圖4.29 人手孔旋轉角修正示意圖 ........................................................................................ 66
圖4.30 管線合理化修正流程 ................................................................................................ 67
圖4.31 檢視管線移動型態 .................................................................................................... 68
圖4.32 判別管線類型 ............................................................................................................ 68
圖4.33 是否屬於管溝 ............................................................................................................ 69
圖4.34 修正與其他單位管線之碰撞 .................................................................................... 69
圖4.35 管線與設備之相對位置 ............................................................................................ 70
圖4.36 依道路方向修正其管線 ............................................................................................ 70
圖4.37 管線合理化 ................................................................................................................ 71
圖4.38 衝突與交會分析 ........................................................................................................ 72
圖5.1 圖資更新設施種類欄位 .............................................................................................. 74
圖5.2 圖資更新二維三維模式轉換 ...................................................................................... 75
圖5.3 圖元屬性及GIS 圖台工具箱 ...................................................................................... 75
圖5.4 圖資設施屬性及節點空間座標 .................................................................................. 76
圖5.5 GML 匯入與匯出介面 ................................................................................................. 79
圖5.7 IFC 格式示意圖 ............................................................................................................ 80
圖5.8 Revit 轉換流程圖 ......................................................................................................... 81
圖5.9 Revit 操作示意圖 ......................................................................................................... 82
圖5.10 展示平台功能列表 .................................................................................................... 83
圖5.11 中路二號公宅細設內外模型 .................................................................................... 84
圖5.12 BIM 模型管線與GIS 圖資連接示意圖 .................................................................... 85
圖5.13 排水系統引進管與下水道管線相接示意圖 ............................................................ 85
圖5.14 給水系統引進管與自來水管線相接示意圖 ............................................................ 86
圖5.15 弱電系統引進管與電信管線相接示意圖 ................................................................ 86
圖5.16 共圖管道圖台展示 .................................................................................................... 87
圖5.17 管線屬性示意圖 ........................................................................................................ 88
圖5.18 共同管道內外管線未合理相接 ................................................................................ 88
圖5.19 共同管道與公共管線相接修正後示意圖 ................................................................. 90
〔1〕 廖吳章(民89)。挖掘道路維護管理方法之研究(碩士論文)。取自臺
灣博碩士論文系統。（系統編號 088CHPI0015028）
〔2〕 陳文德(民94)。台灣地區道路管理維護精進策略之研究-以桃園縣為
例(碩士論文)。取自臺灣博碩士論文系統。（系統編號
093NCU05015082）
〔3〕 陳錦珍(民100)。道路管線挖填品質管理之探討(碩士論文)。取自臺
灣博碩士論文系統。（系統編號 099TIT05653053）
〔4〕 任怡賓(民103)。提升管線工程與路平施工整合機制之研究－以臺北
市市區道路為例(碩士論文)。取自臺灣博碩士論文系統。（系統編號
102NCU05015120）
〔5〕 林鶴斯(民105)。建築資訊模型導入地下管線管理與精進道路養護之
策略研究(碩士論文)。取自臺灣博碩士論文系統。（系統編號
104NCU05015016）
〔6〕 桃園市公共設施管線圖資更新維護作業要點(民105 年11 月15
日)。
〔7〕 桃園市道路挖掘施工維護管理要點(民106 年5 月10 日)。
〔8〕 桃園市道路挖掘管理自治條例(民105 年9 月21 日)。
〔9〕 內政部營建署(民109)。公共設施管線資料標準(第二版)。(編
號:NGISTD-ANC-028-2020.01.13)，未出版。
〔10〕 內政部建築研究所(民107)。城市共同管道3D-GIS 與BIM-IFC 資
訊交換與操作機制研擬。未出版。
〔11〕 國家發展委員會(民107)。三維地理資訊發展策略研析案期末報告書。未出版。
〔12〕 張引玉、謝尚賢(民107)。BIM 與GIS 整合應用回顧與展望。營建
知訊，425，61-66。
〔13〕 許家成、王世復、李信志、鍾萊(民99)。三維地下管線建模及
3D-GIS 整合應用，中華技術期刊，112，170-183。
〔14〕 郭榮欽、謝尚賢(民99)。BIM 概觀與國內推行策略，土木水利，
第37 卷，5，8-20。
〔15〕 陳昌楙(民108)。建築資訊模型(BIM)於維護管理階段之運用機制-以桃園市社會住宅為例(碩士論文)。取自臺灣博碩士論文系統。（系統編號 107NCU05015043）
〔16〕 陳振宏(民102)。整合IFC 於BIM 資料擷取與檢核之研究(碩士論文)。取自臺灣博碩士論文系統。（系統編號 101TIT05653057）
〔17〕 陳雅信(民98)。IFC 建築空間資料轉換至CityGML 之研究(碩士論
文。取自臺灣博碩士論文系統。（系統編號 098NCTU5015032）
〔18〕 彭冠穎(民106)。應用非破壞性檢測法於腐蝕鋼筋握裹強度之評估
(未出版之碩士論文)。中華大學，新竹市。
〔19〕 黃仁皇(民104)。整合BIM 技術與GIS 概念於設施管理之研究(碩士論文)。取自臺灣博碩士論文系統。（系統編號 103KUAS0653041）
〔20〕 桃園市政府養護工程處【桃園養工處】(民109)。108 年度桃園市
3D 公共設施管線測量暨系統功能維護及資料建置委託服務案期末報
告書。未出版。
〔21〕 桃園養工處(民109)。109 年度桃園市3D 公共設施管線測量暨系統功能維護及資料建置委託服務案期初報告書。未出版。
