인공지능 알고리즘 적용을 통한 건축 마감 설계 자동화 시스템 개발에 관한 연구 A Study on the Development of Automation System for Architectural Finishing Design Using Artificial Intelligence Algorithm원문보기
Building Information Modeling (BIM)은 디지털화된 건설 데이터를 통합 관리함으로써 업무의 효율성 및 생산성 제고에 기여할 수 있다는 점에서 실무 도입을 적극 추진하고 있다. 그러나 국내 중소규모 건축설계사무소의 경우 BIM 도입에 따른 비용의 부담, 운용역량 부족 등의 문제로 성과품 납품에 난항을 겪고 있다. 더욱이, 현재의 BIM 설계 방식은 전환설계 방식으로 수행됨에 따라 업무의 이원화에서 오는 비효율적인 작업은 많은 시간과 비용을 요구하고 있으며, 잦은 설계 변경이 발생하는 상황에서 실무자의 대응성을 저해하고 있는 실정이다. 특히, 계획설계 단계에서 중간 및 실시설계 단계로 전환하는 과정에서 건축 마감 상세설계 업무가 요구되고 있으나, 단순 반복의 노동집약적인 업무가 주를 이루는 마감 설계 업무 특성상 잦은 설계 변경과 방대한 작업량으로 인해 빈번한 설계 오류를 유발하고 있다. 이는 곧 성과품의 품질 저하 및 업무의 생산성 악화로 이어지게 된다. 이에 따라, 실무 차원에서 ...
Building Information Modeling (BIM)은 디지털화된 건설 데이터를 통합 관리함으로써 업무의 효율성 및 생산성 제고에 기여할 수 있다는 점에서 실무 도입을 적극 추진하고 있다. 그러나 국내 중소규모 건축설계사무소의 경우 BIM 도입에 따른 비용의 부담, 운용역량 부족 등의 문제로 성과품 납품에 난항을 겪고 있다. 더욱이, 현재의 BIM 설계 방식은 전환설계 방식으로 수행됨에 따라 업무의 이원화에서 오는 비효율적인 작업은 많은 시간과 비용을 요구하고 있으며, 잦은 설계 변경이 발생하는 상황에서 실무자의 대응성을 저해하고 있는 실정이다. 특히, 계획설계 단계에서 중간 및 실시설계 단계로 전환하는 과정에서 건축 마감 상세설계 업무가 요구되고 있으나, 단순 반복의 노동집약적인 업무가 주를 이루는 마감 설계 업무 특성상 잦은 설계 변경과 방대한 작업량으로 인해 빈번한 설계 오류를 유발하고 있다. 이는 곧 성과품의 품질 저하 및 업무의 생산성 악화로 이어지게 된다. 이에 따라, 실무 차원에서 설계 자동화 기술 도입의 필요성이 증대되고 있다. 본 연구에서는 실무적 요구사항을 반영한 규칙 기반의 마감 자동 상세화 모듈을 개발함으로써 마감 상세설계 업무의 비효율적인 작업 프로세스를 개선하고자 하였다. 뿐만 아니라, 인공지능알고리즘을 활용한 공간 자동 정합성 검토 모듈을 추가 구축하여 공간 객체의 속성정보를 활용하는 자동 상세화 프로세스의 정확성을 향상시키고, 모듈의 정상 구동 여부 및 생산성 개선 정도 비교를 통해 개발된 모듈의 실무 효용성을 검증하고자 하였다. 이를 위해 우선적으로 전문가 인터뷰를 수행하여 마감 상세설계 업무 전반의 현황을 분석하였다. 마감 자동 상세화 기술 적용 대상 부재 및 상세화 요구사항을 도출하였으며, 주요 마감 부재를 대상으로 상세화 업무에 투입되는 인력량(man-hr)을 산출하였다. 그 중 과반을 차지하고 실무적 활용도가 높은 바닥, 벽, 천장 부재를 본 연구의 대상으로 삼았으며, 전문가 인터뷰 및 사례 연구(case study)를 통해 주요 마감 설계 오류 사항을 도출하였다. 마감 자동 상세화 모듈 개발에 앞서 마감 적용 공간에 대한 사전 정합성 검토를 수행하는 인공지능 기반의 자동 검토 모듈을 개발하였다. 이를 위해 소규모 건축설계사무소에서 주로 담당하는 주거시설을 대상으로 다층 퍼셉트론(Multi-Layer Perceptron, 이하 MLP)기반의 공간 유형 자동 분류 모델을 구축하였으며, 구축된 모델은 Dynamo 시각적 프로그래밍 환경에 탑재하여 모듈화하였다. 이후 동일한 Dynamo 환경 내에서 규칙 기반 마감 자동 상세화 모듈을 구축하였다. 파라메트릭 모델링 기법을 활용한 설계 자동화 프로세스를 구현하고자 함에 따라 바닥, 벽, 천장 부재 및 공간 객체의 파라미터를 우선적으로 분석하였다. 분석된 파라미터를 토대로 실무 요구사항 및 오류 사항을 반영한 설계 자동화 상세 규칙을 정의하였으며, 그 결과 ‘신규 마감 유형 생성’, ‘바닥, 벽, 천장 마감 자동 모델링’의 기능을 갖는 규칙 기반 건축 마감 자동 상세화 모듈을 개발하였다. 개발된 두 모듈은 일방향성의 데이터 흐름을 가짐에 따라 하나의 통합된 건축 마감 상세설계 자동화 시스템을 구축하였다. 이후 구축된 시스템의 실무 활용성 및 효용성을 확인하기 위해 검증을 수행하였다. 그 결과 시스템을 구성하는 두 모듈이 정상 구동됨을 확인하였고, 수작업 기반의 전통적인 마감 상세설계 방식과의 작업 소요시간 비교를 통해 실무 효용성이 검증되었다. 본 연구는 규칙 기반 건축 마감 자동 상세화 모듈 개발을 통해 수작업 기반의 비효율적인 마감 상세설계 업무 프로세스를 개선하여 생산성 향상에 크게 기여함과 동시에 개발 과정 내 마감 상세설계 업무의 실무적 요구사항 및 오류 사항을 반영하여 실무 활용성 확보하였다는 점에서 의의가 있다. 또한, 마감 자동 상세화 결과의 정확도 향상을 위해 인공지능 알고리즘을 활용한 공간 자동 정합성 모듈을 구축하고 이를 단일화된 시스템 내에서 구현함으로써 실무 접근의 용이성 및 활용성을 확보할 수 있었다.
Building Information Modeling (BIM)은 디지털화된 건설 데이터를 통합 관리함으로써 업무의 효율성 및 생산성 제고에 기여할 수 있다는 점에서 실무 도입을 적극 추진하고 있다. 그러나 국내 중소규모 건축설계사무소의 경우 BIM 도입에 따른 비용의 부담, 운용역량 부족 등의 문제로 성과품 납품에 난항을 겪고 있다. 더욱이, 현재의 BIM 설계 방식은 전환설계 방식으로 수행됨에 따라 업무의 이원화에서 오는 비효율적인 작업은 많은 시간과 비용을 요구하고 있으며, 잦은 설계 변경이 발생하는 상황에서 실무자의 대응성을 저해하고 있는 실정이다. 특히, 계획설계 단계에서 중간 및 실시설계 단계로 전환하는 과정에서 건축 마감 상세설계 업무가 요구되고 있으나, 단순 반복의 노동집약적인 업무가 주를 이루는 마감 설계 업무 특성상 잦은 설계 변경과 방대한 작업량으로 인해 빈번한 설계 오류를 유발하고 있다. 이는 곧 성과품의 품질 저하 및 업무의 생산성 악화로 이어지게 된다. 이에 따라, 실무 차원에서 설계 자동화 기술 도입의 필요성이 증대되고 있다. 본 연구에서는 실무적 요구사항을 반영한 규칙 기반의 마감 자동 상세화 모듈을 개발함으로써 마감 상세설계 업무의 비효율적인 작업 프로세스를 개선하고자 하였다. 뿐만 아니라, 인공지능 알고리즘을 활용한 공간 자동 정합성 검토 모듈을 추가 구축하여 공간 객체의 속성정보를 활용하는 자동 상세화 프로세스의 정확성을 향상시키고, 모듈의 정상 구동 여부 및 생산성 개선 정도 비교를 통해 개발된 모듈의 실무 효용성을 검증하고자 하였다. 이를 위해 우선적으로 전문가 인터뷰를 수행하여 마감 상세설계 업무 전반의 현황을 분석하였다. 마감 자동 상세화 기술 적용 대상 부재 및 상세화 요구사항을 도출하였으며, 주요 마감 부재를 대상으로 상세화 업무에 투입되는 인력량(man-hr)을 산출하였다. 그 중 과반을 차지하고 실무적 활용도가 높은 바닥, 벽, 천장 부재를 본 연구의 대상으로 삼았으며, 전문가 인터뷰 및 사례 연구(case study)를 통해 주요 마감 설계 오류 사항을 도출하였다. 마감 자동 상세화 모듈 개발에 앞서 마감 적용 공간에 대한 사전 정합성 검토를 수행하는 인공지능 기반의 자동 검토 모듈을 개발하였다. 이를 위해 소규모 건축설계사무소에서 주로 담당하는 주거시설을 대상으로 다층 퍼셉트론(Multi-Layer Perceptron, 이하 MLP)기반의 공간 유형 자동 분류 모델을 구축하였으며, 구축된 모델은 Dynamo 시각적 프로그래밍 환경에 탑재하여 모듈화하였다. 이후 동일한 Dynamo 환경 내에서 규칙 기반 마감 자동 상세화 모듈을 구축하였다. 파라메트릭 모델링 기법을 활용한 설계 자동화 프로세스를 구현하고자 함에 따라 바닥, 벽, 천장 부재 및 공간 객체의 파라미터를 우선적으로 분석하였다. 분석된 파라미터를 토대로 실무 요구사항 및 오류 사항을 반영한 설계 자동화 상세 규칙을 정의하였으며, 그 결과 ‘신규 마감 유형 생성’, ‘바닥, 벽, 천장 마감 자동 모델링’의 기능을 갖는 규칙 기반 건축 마감 자동 상세화 모듈을 개발하였다. 개발된 두 모듈은 일방향성의 데이터 흐름을 가짐에 따라 하나의 통합된 건축 마감 상세설계 자동화 시스템을 구축하였다. 이후 구축된 시스템의 실무 활용성 및 효용성을 확인하기 위해 검증을 수행하였다. 그 결과 시스템을 구성하는 두 모듈이 정상 구동됨을 확인하였고, 수작업 기반의 전통적인 마감 상세설계 방식과의 작업 소요시간 비교를 통해 실무 효용성이 검증되었다. 본 연구는 규칙 기반 건축 마감 자동 상세화 모듈 개발을 통해 수작업 기반의 비효율적인 마감 상세설계 업무 프로세스를 개선하여 생산성 향상에 크게 기여함과 동시에 개발 과정 내 마감 상세설계 업무의 실무적 요구사항 및 오류 사항을 반영하여 실무 활용성 확보하였다는 점에서 의의가 있다. 또한, 마감 자동 상세화 결과의 정확도 향상을 위해 인공지능 알고리즘을 활용한 공간 자동 정합성 모듈을 구축하고 이를 단일화된 시스템 내에서 구현함으로써 실무 접근의 용이성 및 활용성을 확보할 수 있었다.
Building Information Modeling (BIM) is actively promoting practical introduction in that it can contribute to improving work efficiency and productivity by integrating and managing digitalized construction data. However, in the case of small and medium-sized architectural design offices in Korea, it...
Building Information Modeling (BIM) is actively promoting practical introduction in that it can contribute to improving work efficiency and productivity by integrating and managing digitalized construction data. However, in the case of small and medium-sized architectural design offices in Korea, it is difficult to deliver performance products caused by problems such as the burden of costs and lack of operational capabilities due to the introduction of BIM. Moreover, as the current BIM design method is performed as a conversion design method, inefficient work resulting from dualization of work requires a lot of time and cost, and degrades the responsiveness of designers in situations where frequent design changes occur. In particular, the detailed design of interior finishing required in the transition from the Schematic Design (SD) to the Design Development (DD) and Construction Document (CD) stage is frequently resulting in design errors due to the characteristics of the finishing detailed design, which is mainly inefficient and repetitive labor-intensive tasks. This problem leads to poor quality of design results and deterioration of work productivity. Therefore, This study attempted to develop a rule-based automatic finish detailing module to solve practical problems arising from the BIM-based finishing detailed design process. In addition, by developing an artificial intelligence-based automatic space integrity check module, it was intended to preemptively secure the integrity of the space for finishing application and improve the accuracy of the finish detailing results. Finally, we developed an integrated automation system for architectural finishing detail design that implements automatic space integrity checking and finish detailing, and the built system was applied to real BIM models to validate practical effectiveness. For the purpose of it, interviews with design experts were conducted to analyze the overall status of the detailed design work process. Elements and requirements for finish detailing were derived to be applied to the automatic finish detailing module, and the man-hr of the main finish elements input to the detailing work was calculated in charge of the design offices. As a result, ‘floor, wall, and ceiling’ were subjected and targeted for the scope of the study, and representative errors that frequently occur in practice were investigated through expert interviews and case studies Prior to the development of the automatic finishing module, an artificial intelligence-based automatic space integrity check module was established to review the pre-integrity of space objects. An MLP-based model was established for residential facilities mainly in charge of small architecture offices. The pre-trained model was modularized by embarking it in the Dynamo visual programming environment. After that, a rule-based module for automatic finish detailing was built. It was intended to implement a design automation process using parametric modeling techniques. Accordingly, parameters of floor, wall, ceiling, and space object were analyzed and design automation rules were defined reflecting practical requirements and errors. As a result, a rule-based module with functions of ‘creating new finish types’ and ' ‘automatic modeling of floor, wall, and ceiling finishes’ were developed. As a consequence, an integrated automation system for architectural finish detailed design was established as the two developed modules have a one-way data flow. The system was validated to secure practical usability and utility by reviewing whether the modules were fully functional and comparing the operation time by the detailed design work process of the conventional manual-based method with by the automation system-based method.
Building Information Modeling (BIM) is actively promoting practical introduction in that it can contribute to improving work efficiency and productivity by integrating and managing digitalized construction data. However, in the case of small and medium-sized architectural design offices in Korea, it is difficult to deliver performance products caused by problems such as the burden of costs and lack of operational capabilities due to the introduction of BIM. Moreover, as the current BIM design method is performed as a conversion design method, inefficient work resulting from dualization of work requires a lot of time and cost, and degrades the responsiveness of designers in situations where frequent design changes occur. In particular, the detailed design of interior finishing required in the transition from the Schematic Design (SD) to the Design Development (DD) and Construction Document (CD) stage is frequently resulting in design errors due to the characteristics of the finishing detailed design, which is mainly inefficient and repetitive labor-intensive tasks. This problem leads to poor quality of design results and deterioration of work productivity. Therefore, This study attempted to develop a rule-based automatic finish detailing module to solve practical problems arising from the BIM-based finishing detailed design process. In addition, by developing an artificial intelligence-based automatic space integrity check module, it was intended to preemptively secure the integrity of the space for finishing application and improve the accuracy of the finish detailing results. Finally, we developed an integrated automation system for architectural finishing detail design that implements automatic space integrity checking and finish detailing, and the built system was applied to real BIM models to validate practical effectiveness. For the purpose of it, interviews with design experts were conducted to analyze the overall status of the detailed design work process. Elements and requirements for finish detailing were derived to be applied to the automatic finish detailing module, and the man-hr of the main finish elements input to the detailing work was calculated in charge of the design offices. As a result, ‘floor, wall, and ceiling’ were subjected and targeted for the scope of the study, and representative errors that frequently occur in practice were investigated through expert interviews and case studies Prior to the development of the automatic finishing module, an artificial intelligence-based automatic space integrity check module was established to review the pre-integrity of space objects. An MLP-based model was established for residential facilities mainly in charge of small architecture offices. The pre-trained model was modularized by embarking it in the Dynamo visual programming environment. After that, a rule-based module for automatic finish detailing was built. It was intended to implement a design automation process using parametric modeling techniques. Accordingly, parameters of floor, wall, ceiling, and space object were analyzed and design automation rules were defined reflecting practical requirements and errors. As a result, a rule-based module with functions of ‘creating new finish types’ and ' ‘automatic modeling of floor, wall, and ceiling finishes’ were developed. As a consequence, an integrated automation system for architectural finish detailed design was established as the two developed modules have a one-way data flow. The system was validated to secure practical usability and utility by reviewing whether the modules were fully functional and comparing the operation time by the detailed design work process of the conventional manual-based method with by the automation system-based method.
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