최근 건축물 에너지효율등급 인증 및 제로에너지건축물 인증에 관한 규칙 등의 제도들을 시행하면서 건축물 에너지 절감에 대하여 많은 노력을 기울이고 있다. 건축물의 효율적인 에너지 사용을 위해서는 에너지 사용량에 영향을 미치는 요소를 분석하고 에너지 사용량, 탄소배출량 등에 대한 예측이 필요기 때문에 건축물에 대한 에너지 해석이 필수적이다. 현재 건축물 에너지 해석을 위하여 건축물의 전 생애주기 동안 생성되는 정보를 모두 담을 수 있는 BIM을 활용하는 연구가 많이 진행되고 있지만, 에너지 해석을 위한 정보의 부족과 불확실성, 에너지 해석 프로그램과의 상호호환성 부족, 기상데이터 활용의 어려움 등 원인으로 인해 현실에 완벽히 적용하기 어려운 상황이다. 따라서, 여러 가지 정보의 수집 및 연계를 통하여 건축물 에너지 해석을 진행하고 효율적인 ...
최근 건축물 에너지효율등급 인증 및 제로에너지건축물 인증에 관한 규칙 등의 제도들을 시행하면서 건축물 에너지 절감에 대하여 많은 노력을 기울이고 있다. 건축물의 효율적인 에너지 사용을 위해서는 에너지 사용량에 영향을 미치는 요소를 분석하고 에너지 사용량, 탄소배출량 등에 대한 예측이 필요기 때문에 건축물에 대한 에너지 해석이 필수적이다. 현재 건축물 에너지 해석을 위하여 건축물의 전 생애주기 동안 생성되는 정보를 모두 담을 수 있는 BIM을 활용하는 연구가 많이 진행되고 있지만, 에너지 해석을 위한 정보의 부족과 불확실성, 에너지 해석 프로그램과의 상호호환성 부족, 기상데이터 활용의 어려움 등 원인으로 인해 현실에 완벽히 적용하기 어려운 상황이다. 따라서, 여러 가지 정보의 수집 및 연계를 통하여 건축물 에너지 해석을 진행하고 효율적인 에너지 관리 방안 및 계획을 수립할 수 있는 에너지 해석관리 플랫폼의 필요성이 증가하고 있다. 디지털 트윈 기술을 활용하면 건축물의 에너지 해석에 필요한 각종 데이터들을 수집 및 연계하여 에너지 해석을 수행할 수 있다. 아울러 건축물의 에너지 사용량 등 데이터를 효과적으로 시각화하는 것을 통하여 효율적인 건축물 에너지 사용계획을 수립하고 에너지 관리의 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 에너지 해석 서비스의 효율성 향상을 위하여 BIM 기반 디지털 트윈을 활용한 건축물 에너지 해석 서비스 프레임워크를 제시하였다.
본 연구의 주요 내용은 다음과 같다. 첫째, 디지털 트윈 기반 건축물 에너지 해석 서비스 및 건축물 에너지 해석에 주로 사용된 분석방법에 대한 문헌고찰을 진행하여 BIM 기반 디지털 트윈을 활용하여 건축물 에너지 해석을 진행하는 필요성을 도출하였다. 둘째, 기존 디지털 트윈 시스템에서의 BIM 정보 활용에 대하여 조사하고 디지털 트윈 기반 건축물 에너지 해석과 관련된 선행연구 및 국내외 현황을 분석하여 문제점을 도출하고, 이에 대한 개선방향을 제시하였다. 셋째, 디지털 트윈 기반 건축물 에너지 해석 서비스 프레임워크에 필요한 데이터 수집을 위하여 EnergyPlus의 입력 파일인 EPW 파일(기상정보), IDF 파일(건축물 에너지 해석에 필요한 건축물 정보)의 구조에 대하여 분석하고, EPW 파일구조와 기상청 공공데이터, IDF 파일구조와 BIM(IFC) 데이터의 매칭을 진행하였다. 넷째, 게임엔진 기반으로 디지털 트윈을 구축하여 위에서 매칭된 각종 데이터들을 연계시켜 건축물 에너지 해석 서비스를 구현할 수 있는 디지털 트윈 프레임워크를 제안한다. 다섯째, 타당성과 실용성을 검증하기 위해 연구에서 제시한 프레임워크를 실제 사례에 적용하여 효과를 분석하고, 연구의 한계점 및 향후 연구 방향을 제시하였다.
본 연구에서는 건축물 에너지 해석 서비스 프레임워크를 제시함으로써, 디지털 트윈을 활용한 각종 데이터의 연계를 통하여 건축물 에너지 해석을 진행하는 방안을 제시하였다. 이와 같이 디지털 트윈의 실시간 시뮬레이션, 모니터링 등의 기능을 활용하여 효율적인 에너지 관리, 에너지 절감 등의 실현 가능성을 기대할 수 있다. 하지만, 에너지 해석 프로그램에서 이용할 수 있는 건축물 HVAC 시스템 또는 구성요소를 BIM 기반으로 구축 및 활용하는 데는 한계가 있다. 향후, BIM 기반 디지털 트윈을 활용한 에너지 해석 서비스의 고도화를 위해서는 건축물의 HVAC 시스템을 에너지 해석 모델로 자동으로 변환하는 연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.
최근 건축물 에너지효율등급 인증 및 제로에너지건축물 인증에 관한 규칙 등의 제도들을 시행하면서 건축물 에너지 절감에 대하여 많은 노력을 기울이고 있다. 건축물의 효율적인 에너지 사용을 위해서는 에너지 사용량에 영향을 미치는 요소를 분석하고 에너지 사용량, 탄소배출량 등에 대한 예측이 필요기 때문에 건축물에 대한 에너지 해석이 필수적이다. 현재 건축물 에너지 해석을 위하여 건축물의 전 생애주기 동안 생성되는 정보를 모두 담을 수 있는 BIM을 활용하는 연구가 많이 진행되고 있지만, 에너지 해석을 위한 정보의 부족과 불확실성, 에너지 해석 프로그램과의 상호호환성 부족, 기상데이터 활용의 어려움 등 원인으로 인해 현실에 완벽히 적용하기 어려운 상황이다. 따라서, 여러 가지 정보의 수집 및 연계를 통하여 건축물 에너지 해석을 진행하고 효율적인 에너지 관리 방안 및 계획을 수립할 수 있는 에너지 해석관리 플랫폼의 필요성이 증가하고 있다. 디지털 트윈 기술을 활용하면 건축물의 에너지 해석에 필요한 각종 데이터들을 수집 및 연계하여 에너지 해석을 수행할 수 있다. 아울러 건축물의 에너지 사용량 등 데이터를 효과적으로 시각화하는 것을 통하여 효율적인 건축물 에너지 사용계획을 수립하고 에너지 관리의 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 에너지 해석 서비스의 효율성 향상을 위하여 BIM 기반 디지털 트윈을 활용한 건축물 에너지 해석 서비스 프레임워크를 제시하였다.
본 연구의 주요 내용은 다음과 같다. 첫째, 디지털 트윈 기반 건축물 에너지 해석 서비스 및 건축물 에너지 해석에 주로 사용된 분석방법에 대한 문헌고찰을 진행하여 BIM 기반 디지털 트윈을 활용하여 건축물 에너지 해석을 진행하는 필요성을 도출하였다. 둘째, 기존 디지털 트윈 시스템에서의 BIM 정보 활용에 대하여 조사하고 디지털 트윈 기반 건축물 에너지 해석과 관련된 선행연구 및 국내외 현황을 분석하여 문제점을 도출하고, 이에 대한 개선방향을 제시하였다. 셋째, 디지털 트윈 기반 건축물 에너지 해석 서비스 프레임워크에 필요한 데이터 수집을 위하여 EnergyPlus의 입력 파일인 EPW 파일(기상정보), IDF 파일(건축물 에너지 해석에 필요한 건축물 정보)의 구조에 대하여 분석하고, EPW 파일구조와 기상청 공공데이터, IDF 파일구조와 BIM(IFC) 데이터의 매칭을 진행하였다. 넷째, 게임엔진 기반으로 디지털 트윈을 구축하여 위에서 매칭된 각종 데이터들을 연계시켜 건축물 에너지 해석 서비스를 구현할 수 있는 디지털 트윈 프레임워크를 제안한다. 다섯째, 타당성과 실용성을 검증하기 위해 연구에서 제시한 프레임워크를 실제 사례에 적용하여 효과를 분석하고, 연구의 한계점 및 향후 연구 방향을 제시하였다.
본 연구에서는 건축물 에너지 해석 서비스 프레임워크를 제시함으로써, 디지털 트윈을 활용한 각종 데이터의 연계를 통하여 건축물 에너지 해석을 진행하는 방안을 제시하였다. 이와 같이 디지털 트윈의 실시간 시뮬레이션, 모니터링 등의 기능을 활용하여 효율적인 에너지 관리, 에너지 절감 등의 실현 가능성을 기대할 수 있다. 하지만, 에너지 해석 프로그램에서 이용할 수 있는 건축물 HVAC 시스템 또는 구성요소를 BIM 기반으로 구축 및 활용하는 데는 한계가 있다. 향후, BIM 기반 디지털 트윈을 활용한 에너지 해석 서비스의 고도화를 위해서는 건축물의 HVAC 시스템을 에너지 해석 모델로 자동으로 변환하는 연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.
Recently, a lot of efforts have been made to reduce the energy consumption of buildings through systems like the certification of building energy efficiency grades and the certification of zero energy buildings. To maintain efficient energy consumption for buildings, analyzing the factors of energy ...
Recently, a lot of efforts have been made to reduce the energy consumption of buildings through systems like the certification of building energy efficiency grades and the certification of zero energy buildings. To maintain efficient energy consumption for buildings, analyzing the factors of energy usage and predicting energy usage and carbon emissions of the buildings is a priority. Following this, energy interpretation for buildings becomes essential. Many studies used BIM which can contain all the information generated during the entire life cycle of a building. However, a lack of information on energy analysis and compatibility with energy analyzing programs and the difficulty in using weather data have made it not completely feasible in the real world. Hence, a platform for energy analysis and management has been increasingly required, which can conduct an energy analysis of buildings, establish plans for efficient energy management, and make schedules through the collection and linkage of various information. By using the digital twin technology, energy analysis can be performed by collecting and linking various data necessary for energy analysis of buildings, and effectively visualized data and hence enhanced energy management can be obtained, because we can establish a plan for efficient energy usage for the buildings thanks to the data. So, the purpose of the current study is to present a framework to provide building energy analysis services using BIM-based digital twins. The main contents of the present study are as follows. First, the necessity of analyzing building energy using digital twins is derived through research on the literature on digital twin-based building energy analysis and methods mainly used for the analysis of existing building energy. Second, the use of BIM information in existing digital twin systems is investigated, prior studies related to energy analysis of digital twin-based buildings and domestic and international status are analyzed, remaining problems in existing cases are derived, and improving directions are presented. Third, to collect data necessary for the framework, the structures of the EnergyPlus input files, namely EPW files (weather data) and IDF files (building data for building energy analysis) are analyzed. Then the EPW files and IDF files are matched with the Korea Meteorological Administration public data and BIM (IFC) data. Fourth, Propose a framework for implementing the analyzing services for the energy of the buildings that can be linked to the various data using digital twin based on a game engine. Fifth, to verify the validity and practicality, the framework presented in the study applies to actual cases. Moreover, ideas for the limitations of the study and future research directions are presented. The framework presented in the current study allows for urban building energy management using the digital twin platform. It is expected to drive to realize energy management and energy reduction through real-time simulation and monitoring of digital twins. However, there are limitations in building HVAC systems or components that can be used by energy analysis programs based on BIM. In order to upgrade building energy analysis services using BIM-based digital twins, Future research should focus on converting the HVAC system of buildings into energy analysis models automatically.
Recently, a lot of efforts have been made to reduce the energy consumption of buildings through systems like the certification of building energy efficiency grades and the certification of zero energy buildings. To maintain efficient energy consumption for buildings, analyzing the factors of energy usage and predicting energy usage and carbon emissions of the buildings is a priority. Following this, energy interpretation for buildings becomes essential. Many studies used BIM which can contain all the information generated during the entire life cycle of a building. However, a lack of information on energy analysis and compatibility with energy analyzing programs and the difficulty in using weather data have made it not completely feasible in the real world. Hence, a platform for energy analysis and management has been increasingly required, which can conduct an energy analysis of buildings, establish plans for efficient energy management, and make schedules through the collection and linkage of various information. By using the digital twin technology, energy analysis can be performed by collecting and linking various data necessary for energy analysis of buildings, and effectively visualized data and hence enhanced energy management can be obtained, because we can establish a plan for efficient energy usage for the buildings thanks to the data. So, the purpose of the current study is to present a framework to provide building energy analysis services using BIM-based digital twins. The main contents of the present study are as follows. First, the necessity of analyzing building energy using digital twins is derived through research on the literature on digital twin-based building energy analysis and methods mainly used for the analysis of existing building energy. Second, the use of BIM information in existing digital twin systems is investigated, prior studies related to energy analysis of digital twin-based buildings and domestic and international status are analyzed, remaining problems in existing cases are derived, and improving directions are presented. Third, to collect data necessary for the framework, the structures of the EnergyPlus input files, namely EPW files (weather data) and IDF files (building data for building energy analysis) are analyzed. Then the EPW files and IDF files are matched with the Korea Meteorological Administration public data and BIM (IFC) data. Fourth, Propose a framework for implementing the analyzing services for the energy of the buildings that can be linked to the various data using digital twin based on a game engine. Fifth, to verify the validity and practicality, the framework presented in the study applies to actual cases. Moreover, ideas for the limitations of the study and future research directions are presented. The framework presented in the current study allows for urban building energy management using the digital twin platform. It is expected to drive to realize energy management and energy reduction through real-time simulation and monitoring of digital twins. However, there are limitations in building HVAC systems or components that can be used by energy analysis programs based on BIM. In order to upgrade building energy analysis services using BIM-based digital twins, Future research should focus on converting the HVAC system of buildings into energy analysis models automatically.
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