BIM 체계를 적용한 현대 한옥건축 모델러 개발에 관한 연구 A Study on the Development of an Intelligent Modeler for Modernized Korean Traditional Buildings using BIM Systems원문보기
In the construction field, there has been a recent and unprecedented increase in the research and development of modernized Korean traditional buildings, This is because, in today's modern society, the basic needs for survival have already been met and more people are now recognizing the importance ...
In the construction field, there has been a recent and unprecedented increase in the research and development of modernized Korean traditional buildings, This is because, in today's modern society, the basic needs for survival have already been met and more people are now recognizing the importance of the identity of our unique culture. It is therefore timeous to consider not just how to preserve and use Korean traditional buildings, but also how to develop them into more industrialized and modernized buildings in a practical way. Recently, the direction has been focused on the industrialization of modernized Korean traditional buildings, including their evolution, and development, as well as on the numerous cases where construction has been delayed. In order to industrialize modernized Korean traditional buildings, we need to standardize their form and actively introduce current IT (Information Technology). In order to achieve this, it is absolutely necessary to change from the CADD (Computer Aided Design and Drafting) system to the BIM (Building Information Modeling) system, which reflects the concept of Virtual Architecture. Therefore, the aim of this study is to discuss the possibilities of using BIM system for industrialization of modernized Korean traditional buildings, extend the foundation of the form library, and develop an intelligent modeler. It is also necessary to exemplify a case model for modernized Korean traditional buildings to which BIM is applied.
In the construction field, there has been a recent and unprecedented increase in the research and development of modernized Korean traditional buildings, This is because, in today's modern society, the basic needs for survival have already been met and more people are now recognizing the importance of the identity of our unique culture. It is therefore timeous to consider not just how to preserve and use Korean traditional buildings, but also how to develop them into more industrialized and modernized buildings in a practical way. Recently, the direction has been focused on the industrialization of modernized Korean traditional buildings, including their evolution, and development, as well as on the numerous cases where construction has been delayed. In order to industrialize modernized Korean traditional buildings, we need to standardize their form and actively introduce current IT (Information Technology). In order to achieve this, it is absolutely necessary to change from the CADD (Computer Aided Design and Drafting) system to the BIM (Building Information Modeling) system, which reflects the concept of Virtual Architecture. Therefore, the aim of this study is to discuss the possibilities of using BIM system for industrialization of modernized Korean traditional buildings, extend the foundation of the form library, and develop an intelligent modeler. It is also necessary to exemplify a case model for modernized Korean traditional buildings to which BIM is applied.
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문제 정의
본 연구는 현대 한옥건축 관련 문헌과 현장 답사를 통한 시공 현황을 조사하여 한국전통건축의 목구조 방식을 분석하고 건축정보모델링(BIM) 정의 및 체계를 정립한다. 이를 통하여 현대 한옥의 합리적인 가구구조 모델러 개발을 위한 구성요소 모델링(Component Modeling) 기법을 제시하고 현대 한옥건축의 산업화를 위한 부재 라이브러리 및 3차원 형상 정보 적용을 제시한다.
본 연구는 현대 한옥건축 관련 문헌과 현장 답사를 통한 시공 현황을 조사하여 한국전통건축의 목구조 방식을 분석하고 건축정보모델링(BIM) 정의 및 체계를 정립한다. 이를 통하여 현대 한옥의 합리적인 가구구조 모델러 개발을 위한 구성요소 모델링(Component Modeling) 기법을 제시하고 현대 한옥건축의 산업화를 위한 부재 라이브러리 및 3차원 형상 정보 적용을 제시한다. 본 연구의 범위는 전라남도청이 한옥시범마을조성사업을 추진 중에 있는 전라남도 영암군 군서면 구림리에 위치한 현대한옥 마을단지를 실험사례로 정하고 “한옥 시공 매뉴얼”1)을 토대로 설계, 시공, 및 유지보수 관리 등을 손 쉽게 제공할 수 있는 건축정보모델링(BIM) 체계의 현대 한옥건축 가구구조 모델러의 기본 틀을 개발하는 것으로 한다.
두 번째로는 현재 한옥설계를 진행하기 위한 CAD 시스템 관련 미들웨어 개발 및 지원은 매우 미비한 상황이다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 본 논문에서는 한옥 건축의 산업화를 위한 건축정보모델링(BIM) 체계를 정립하고 현대 한옥 부재 라이브러리 구축 및 가구구조 모델러를 개발하여 건축정보모델링 체계를 적용한 현대 한옥 건축 모델링 적용사례를 제시하는 것으로 한다.
한옥 가구구조 모델러를 개발하기 위해서 각 부재의 특성과 조립(결구)요소별 알고리즘을 개발하였다. 그 중에서 가장 상관관계가 큰 지붕부의 알고리즘을 제시한다.
제안 방법
APX 파일로 제작 되었으며, 미들웨어를 담당하는 Add-on에 등록되어 ArchiCAD® 시스템의 구동 시에 명령어 등록과 실행 모듈의 관리 하에 일괄적으로 탑재되어 사용자 환경을 제공할 수 있도록 개발하였다.
ArchiCAD® 시스템과 본 개발 소프트웨어의 관계성을 파악하기 위해서 1차적으로 시스템 구조 분석을 진행한다.
GDL명령어 중에서 에서와 같이 CONE CYLIND, EXTRUDE, REVOLVE, VERT 그리고 CONE 등의 명령어7)에 해당 기하형상의 변수를 정의하여 속성 및 형상의 변형이 가능한 부재를 개발하였다.
기반으로 하는 ArchiCAD® 시스템 환경에서 변수형 프로그래밍 언어(GDL; Geometric Description Language) 및 소프트웨어 개발 프로그래밍 함수(API; Application Programming Interface)를 사용하여 건축정보모델링 체계를 적용한 현대 한옥건축 모델러를 개발하였다.
다음으로 ArchiCAD® 시스템에서의 형상정보(2차원, 3차원)를 제공하고 생성하기 위하여 GDL 템플릿을 사용하였으며, GDL(Geometric Description Language)의 명령어와 프로그래밍 문법을 Script로 작성하여 개발 하였다.
현대 한옥건축 모델러는 기본적으로 3차원 목구조방식의 모델링 제작도구로서 <그림 12>에서와 같이 상호간 맞춤 및 이음 결구 관계를 쉽게 파악하여 설계할 수 있도록 해당 위치정보를 자동화처리 하였다. 또한 각 부재를 데이터베이스화하여 표준화 및 규격화를 통한 차후 대량 생산 체계에 적용할 수 있도록 계획하였다. 이 과정에서 단면상세 투상도 정보를 제공 받을 수 있으며, 이를 통하여 한옥의 구조 분석 및 구성요소별 상호 간섭체크를 확인할 수 있다.
<그림 7>에서와 같이 두 가지 유형의 탭 페이지를 구성하여 기본 및 상세 영역으로 정보를 입력할 수 있도록 설계하였다. 또한 한국전통건축의 오금법을 GDL 템플릿에 적용시켜 기둥의 기울기(x, y)를 조절할 수 있도록 구성하였으며, 설계 과정에서 선택적으로 적용할 수 있도록 고려하였다.
위와 같은 연구내용을 토대로 건축정보모델링(BIM) 체계에서 개발이 가능하며, Archi- CAD® 시스템뿐만 아니라 Revit Architecture® 시스템 및 기타 BIM 관련 소프트웨어의 미들웨어 확장도 가능하다. 사례연구도 현대 한옥건축 마을단지조성 자료인 전라남도청에서 제공한 한옥 시공 메뉴얼의 표준형한옥 설계도면을 토대로 실무 환경에 맞는 적용 사례로 구현하였다. 앞으로도 연구가 수행되어야 할 향후 과제는 현재 연구 개발한 한옥건축 모델러는 전통건축방식으로만 구성되어 있어 현대에 중요도가 증가하는 설비의 요소 등이 배제되어 있다.
현대 한옥건축 모델러는 <그림 11>에서와 같이 한옥건축구성요소(Component)별로 구성하였으며, 한옥 시공 공종에 맞도록 도구모음의 순서를 배치하였다. 설계자는 도구상자를 선택하고 각 구성요소별 대화상자의 사용자 환경에서 정보를 입력하여 쉽게 현대 한옥건축 모델링을 제작할 수 있도록 개발하였다.
<그림 7>에서와 같이 두 가지 유형의 탭 페이지를 구성하여 기본 및 상세 영역으로 정보를 입력할 수 있도록 설계하였다. 또한 한국전통건축의 오금법을 GDL 템플릿에 적용시켜 기둥의 기울기(x, y)를 조절할 수 있도록 구성하였으며, 설계 과정에서 선택적으로 적용할 수 있도록 고려하였다.
이러한 한옥의 구조이해와 분석을 통해서 알고리즘을 정립하고 시스템 구조의 규칙성 및 관계성을 고려하여 소프트웨어를 개발하였다.
현대한옥의 목구조방식을 토대로 현대 한옥건축 모델러 개발하였으며, 그 중에서 대표적인 기둥 부재 개발 내용을 예로 제시한다. 현대 한옥건축 모델러는 부재의 유형, 기본치수, 재질 그리고 상세치수를 입력할 수 있도록 GDL 템플릿의 부재 라이브러리와 모델링을 관리할 수 있도록 소프트웨어 미들웨어 개발 도구(SDK)를 함께 적용시켜 사용자 환경(GUI; Graphical User Interface) 체계로 개발하였다.
이러한 과정을 통하여 첫째, 현대 한옥건축 구성요소를 파악함으로서 합리적이고 체계적인 현대 한옥건축의 모델링을 위한 공정 및 지능형 부재 오브젝트를 구축할 수 있게 되었으며 둘째, 현대 한옥건축을 대상으로 사용자(설계자)가 쉽게 현대한옥을 3차원 설계, 부재리스트 그리고 프리젠테이션에 도움을 줄 수 있는 다양한 정보를 제공 받을 수 있었다. 효율적인 건축정보모델링(BIM) 체계를 적용한 현대 한옥건축 모델러를 개발, 구현하여 현대 한옥건축 모델링 적용사례를 제시하였다. 이를 통하여 현대 한옥건축의 산업화 및 표준화를 가능하게 할 수 있는 기본적인 틀을 마련하였다.
대상 데이터
본 논문의 적용사례는 전라남도 영암군 군서면 구림리 현대한옥 마을 조성단지를 대상으로 에서와 같이 현대한옥 모델러 미들웨어를 활용하여 ArchiCAD® 시스템 환경에서 건축정보모델링(BIM) 체계를 활용하여 모델링하였다.
본 연구에서는 주 소프트웨어 개발 언어로 속도와 안정성이 뛰어난 개발언어인 C++을 사용하였다. 소스 제작을 위하여 마이크로소프트사의 개발도구인 Visual Studio .
본 연구의 범위는 전라남도청이 한옥시범마을조성사업을 추진 중에 있는 전라남도 영암군 군서면 구림리에 위치한 현대한옥 마을단지를 실험사례로 정하고 “한옥 시공 매뉴얼”1)을 토대로 설계, 시공, 및 유지보수 관리 등을 손 쉽게 제공할 수 있는 건축정보모델링(BIM) 체계의 현대 한옥건축 가구구조 모델러의 기본 틀을 개발하는 것으로 한다.
현대 한옥건축 모델러는 에서와 같이 한옥건축구성요소(Component)별로 구성하였으며, 한옥 시공 공종에 맞도록 도구모음의 순서를 배치하였다.
성능/효과
시스템 환경에서 변수형 프로그래밍 언어(GDL; Geometric Description Language) 및 소프트웨어 개발 프로그래밍 함수(API; Application Programming Interface)를 사용하여 건축정보모델링 체계를 적용한 현대 한옥건축 모델러를 개발하였다. 이러한 과정을 통하여 첫째, 현대 한옥건축 구성요소를 파악함으로서 합리적이고 체계적인 현대 한옥건축의 모델링을 위한 공정 및 지능형 부재 오브젝트를 구축할 수 있게 되었으며 둘째, 현대 한옥건축을 대상으로 사용자(설계자)가 쉽게 현대한옥을 3차원 설계, 부재리스트 그리고 프리젠테이션에 도움을 줄 수 있는 다양한 정보를 제공 받을 수 있었다. 효율적인 건축정보모델링(BIM) 체계를 적용한 현대 한옥건축 모델러를 개발, 구현하여 현대 한옥건축 모델링 적용사례를 제시하였다.
따라서 <그림 4>에서와 같이 중도리를 기준으로 장연과 단연의 변화에 영향을 미친다. 장연의 물매와 길이 변화는 하도리의 설치 위치에 종속됨을 알 수 있으며, 단연의 물매와 길이 변화는 종도리의 설치 위치에 종속됨을 알 수 있다. 파악된 종속성을 1차로 정의한다.
후속연구
본 연구는 매우 시연성이 있는 연구로 여겨지며 앞으로 한옥건축의 산업화에 중요한 자료가 될 것으로 사료된다.
사례연구도 현대 한옥건축 마을단지조성 자료인 전라남도청에서 제공한 한옥 시공 메뉴얼의 표준형한옥 설계도면을 토대로 실무 환경에 맞는 적용 사례로 구현하였다. 앞으로도 연구가 수행되어야 할 향후 과제는 현재 연구 개발한 한옥건축 모델러는 전통건축방식으로만 구성되어 있어 현대에 중요도가 증가하는 설비의 요소 등이 배제되어 있다. 또한 포괄적인 BIM 체계를 수용하여 한옥의 대량생산 및 산업화가 가능한 CAM(Computer-Aided Manufacturing)으로의 활용면도 모색할 필요가 있다.
이 건축정보기술의 활용에 보다 많은 관심을 가지고 지속적인 관련 연구가 진행되어야 할 것이다. 위와 같은 연구를 기초로 하여 각종 한국전통건축에 대한 종합적인 객체 지향 모델러의 개발과 활용으로 한 차원 높은 수준의 현대 한옥 설계 및 생산시스템의 전형이 마련되어져야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
한옥의 특징은 무엇인가?
한옥은 오랜 시간에 걸쳐 한반도의 풍토와 인문적 여건에 맞게 진화 발전되어 온 우리의 고유한 건축적 문화콘텐츠이다. 최근 한옥건축은 기본적인 삶의 조건들이 해결되어가고, 우리 스스로가 고유한 문화적 정체성을 더욱 더 중요하게 생각하면서, 이전보다 훨씬 중요한 연구와 개발의 대상으로 떠오르고 있다.
BIM의 주요 이점은 무엇인가?
BIM의 주요 이점은 그래픽 요소와 데이터 관리 환경을 지원하는데 있다. BIM은 신속한 의사결정을 돕기 위해서 물량, 비용, 일정 및 자재 목록에 관한 정보를 제공할 뿐만 아니라 구조 및 환경을 고려한 데이터 분석을 가능하게 한다.
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