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문제 정의
- 정규화란 실세계에서 발생하는 데이터를 수학적인 방법에 의해 구조화시켜 체계적으로 데이터 관리할 수 있도록 하는 이론이다.(이춘식, 2007) 따라서 본 연구는 건축 마감 공사에 대한 물량산출시 3차원 데이터 모델의 활용도를 높이기 위한 방안으로 정규화를 통한 3차원 데이터 모델 구축 및 활용방안을 제안하는 것을 목적으로 한다. 연구의 진행은 다음과 같다.
- 하지만 원하는 정보들을 모두 모델링으로 표현하는 것은 프로젝트 규모가 커질수록 한계가 있기 마련이고 축척된 정보의 양 또한 많아져 관리하기가 힘들어 진다. 이러한 문제를 해결하고자 본 연구에서는 정규화를 통한 3차원 데이터 모델 구축 및 활용성 향상 방안을 제시하였다. 정규화 과정을 고려하여 ○○기숙사 건물을 대상으로 3차원 데이터 모델을 구축해본 결과 실제 프로젝트에 사용되었던 작업 방식보다 객체의 수가 1/3정도 감소되었으며,이에 따라 소요시간도 단축되었다.
- (김성아, 2009) 따라서 견적업무에 3차원 데이터 모델의 활용도를 높이려면 견적 전문가가 원하는 형태로 데이터가 추출될 수 있도록 3차원 데이터 모델이 구축되어야 하고, 설계가 상세화 됨에 따라 기하급수적으로 증가하는 3차원 데이터 모델 정보를 어떻게 저장, 관리, 가공할 것인가에 대한 정보관리 체계가 있어야 한다. 이에 본 연구에서는 견적업무에 3차원 데이터 모델이 효과적으로 활용될 수 있도록 데이터 정규화를 통한 3차원 데이터 모델 구축 및 활용성 향상 방안에 대하여 제시하고자 한다.
제안 방법
- (1)3차원 데이터 모델 기반 견적산출에 대한 기존 연구 현황조사를 통해 BIM의 활용정도와 한계를 분석한다.
- (2)최근 발주된 BIM기반 건설 프로젝트를 대상으로 BIM활용 범위에 대하여 사전 인터뷰를 실시한다.
- (3)문헌조사와 사전인터뷰를 토대로 견적 업무에 BIM 데이터가 어떠한 형태로 활용되고 있는지 분석한다.
- (4)정규화를 통한 3차원 데이터 모델 구축 및 활용성향상 방안에 대하여 제안한다.
- (5)정규화는 엔티티타입을 오브젝트별로 분석하는 방법이 아닌 개별 데이터를 이용한 수학적인 접근 방법을 통해 분석한다. <그림 2>는 엔티티타입,엔티티,속성,속성 값에 대한 관계를 도식화 한 것이다.
- <그림 6>은 벽체타입의 하나의 예시이다. 구체역할을 하는 벽체를 D1이라는 고유번호로 지정하고 하나의 엔티티로 형상 모델링을 진행한다. 이 D1이란 벽체의 기본재료는 일반 석고보드THK12.
- 국내 BIM환경 프로젝트에서의 3차원 데이터 모델 활용 정도와 이에 따른 만족도를 조사하기 위해 최근에 BIM기반으로 진행된 용인시민체육공원 조성사업 설계시공일괄입찰공사,서울대학교병원 지하복합진료공간사업 임대형 민간사업,전력거래소 건립 프로젝트 설계단계에 참여한 경험이 있는 ○○ 종합 건축사사무소 BIM설계팀 15명을 대상으로 각각의 설계단계가 완료된 시점에서 인터뷰를 실시하였다. BIM데이터는 건축,구조,기계설비,전기,토목 등 다양한 분야에서 사용되었으며 크게 도면추출,간섭체크, 시공 시뮬레이션,설계 대안검토,견적 산출 업무에 활용되었다.
- 다음은 각각 완성된 모델을 통해 데이터 추출을 진행 하는 실험을 실시하였다. 각각의 모델에서 추출된 물량 일람표는 1안의 경우 물량 데이터들이 정리가 되지 않은 상태로 추출이 되어 원하는 형태로 재가공하는 작업이 필요했으며 물량의 정확성을 확인하기 위해서 모델과의 비교 검토과정이 반복적으로 진행이 되었다.
- 첫 번째는 견적에 필요한 요소 들을 모두 모델링에 반영하는 방식으로 진행하였고,두번째는 본 논문에서 제안한 정규화를 고려하여 모델링을 진행하였다. 두 가지 방식을 통해 1)모델링 소요시간과 객체의 수 비교,2)견적 데이터 추출 소요시간과 이에 따른 물량의 정확성을 비교분석하는 것을 목적으로 각각의 모델 및 추출데이터가 견적작업에 미치는 영향을 분석하였다. 작업자는 총 4명으로 실제 프로젝트 3차원 데이터 모델링 수행경험이 다수인 고급 기술자 2명과 모델링 수행경험 2~3회 있는 초급자 2명이 투입되었다.
- 즉 숙련된 3차원 데이터 모델 설계자의 경우 이미 정규화에 대한 개념이 확보된 상태에서 각각의 객체를 엔티티타입으로 선정하여,새로운 엔티티타입으로 분리될 때도 각 속성의 집합 개념과 종속성 개념을 적용하여 분리시켜 나간다. 두 번째는 정규화 방법을 프로젝트에서 적절하게 활용하기 위해 오브젝트별로 엔티티타입을 분석해 가면서 각각의 오브젝트가 적절하게 도출되었는지 또는 더 분리되어야 하는지를 정규화 규칙에 대입하여 검증하는 것이다. 또한 단계별로 작업이 수행된 이후에 정규화 규칙에 의해 모든 엔티티타입을 검증하는 작업이 필요하고,이상이 있는 경우에는 정규화 규칙을 적용하여 엔티티타입을 정제해 나가도록 한다.
- 두 번째는 정규화 방법을 프로젝트에서 적절하게 활용하기 위해 오브젝트별로 엔티티타입을 분석해 가면서 각각의 오브젝트가 적절하게 도출되었는지 또는 더 분리되어야 하는지를 정규화 규칙에 대입하여 검증하는 것이다. 또한 단계별로 작업이 수행된 이후에 정규화 규칙에 의해 모든 엔티티타입을 검증하는 작업이 필요하고,이상이 있는 경우에는 정규화 규칙을 적용하여 엔티티타입을 정제해 나가도록 한다. <그림 8>은 공간기준으로 분리한 건축모델의 데이터 정규화 진행 과정을 도식화 한 것이다.
- <그림 12>는 첫 번째 방법으로 모델링을 수행한 결과물이다. 숙련자1인과,초급자1인이 투입되었으며,견적에 필요한 모든 부재에 대하여 모델링을 실시하였고,정규화 과정을 고려하지 않고 진행하였다. 이 방법은 실제 국내 프로젝트에서 수행되었던 모델링 방법과 동일한 방법이다.
- 따라서 필요시 상세 마감까지도 모델링에 표현을 하지만,객체의 증가로 인해 대용량 파일 운영 시 설계 변경 등에 빠르게 대처하기 어려운 단점이 예상된다. 이러한 문제점들을 실제 국내 프로젝트에서는 어떻게 반영이 되었는지에 대한 활용도 및 만족도를 파악하기 위해 사전 인터뷰를 실시하였다. 인터뷰 결과를 토대로 견적업무에 적합한 모델링 구축방안과 데이터 추출방법을 제시하였다.
- 이러한 문제점들을 실제 국내 프로젝트에서는 어떻게 반영이 되었는지에 대한 활용도 및 만족도를 파악하기 위해 사전 인터뷰를 실시하였다. 인터뷰 결과를 토대로 견적업무에 적합한 모델링 구축방안과 데이터 추출방법을 제시하였다.
- 첫 번째 실험 참가자와 실력이 비슷한 숙련자1인과,초급자 1인이 투입되었다. 첫 번째 실험에서 모든 부재를 모델링으로 표현한 것과 달리 두 번째 실험에서는 정규화 과정을 고려하여 견적에 필요한 정보를 형상정보와 속성정보로 나누어 모델링에 반영하였다. 숙련자의 경우 1시간 30분이 소요되었으며 초급자의 경우 2시간 30분이 소요되었다.
- 실험은 같은 대상을 놓고 두 가지의 방법으로 모델링을 수행하였다. 첫 번째는 견적에 필요한 요소 들을 모두 모델링에 반영하는 방식으로 진행하였고,두번째는 본 논문에서 제안한 정규화를 고려하여 모델링을 진행하였다. 두 가지 방식을 통해 1)모델링 소요시간과 객체의 수 비교,2)견적 데이터 추출 소요시간과 이에 따른 물량의 정확성을 비교분석하는 것을 목적으로 각각의 모델 및 추출데이터가 견적작업에 미치는 영향을 분석하였다.
대상 데이터
- 특히 건축마감의 경우 실의 용도에 따라 많은 타입의 객체가 생성되어 소요시간이 지연되는 가장 큰 원인이었다. 객체의 개수는 바닥 10개,천장 16개,벽 81개,최종 마감재(문,걸레받이, 커튼박스 등)및 기타 69개,총 176개의 객체가 생성되었다. 이는 ○○기숙사 건물에 6인실이 총 52개인 것을 고려하면 실제로 생성되는 객체의 수는 9152개에 해당된다.
- 본 연구에서 제안한 데이터 정규화 과정의 효과를 검증하고자 ○○기숙사 6인실은 대상으로 파일럿 테스트를 시행 하였다. 실험은 같은 대상을 놓고 두 가지의 방법으로 모델링을 수행하였다.
- 이같이 첫번째 실험에 비해 소요시간이 단축된 이유는 구조 부재의 경우 첫 번째 실험과 큰 차이가 없이 진행되었으나 건축마감의 경우 객체의 생성 개수의 양을 최소화하기 위해서 모델링을 수행하는 대신 관계성을 가지고 있는 벽,천장,바닥 등의 구조 부재에 속성 정보 값으로 입력을 해주었기 때문이다. 생성된 객체의 수는 바닥 10개, 천장 8개,벽 37개,최종 마감재 및 기타 11개로 총 66개가 생성되었다. ○○기숙사 건물에 6인실이 총 52개인 것을 고려하면 총 생성 개수가 3434개로 첫 번째 방법에 비해 5720개가 감소한 수치이다.
- 두 가지 방식을 통해 1)모델링 소요시간과 객체의 수 비교,2)견적 데이터 추출 소요시간과 이에 따른 물량의 정확성을 비교분석하는 것을 목적으로 각각의 모델 및 추출데이터가 견적작업에 미치는 영향을 분석하였다. 작업자는 총 4명으로 실제 프로젝트 3차원 데이터 모델링 수행경험이 다수인 고급 기술자 2명과 모델링 수행경험 2~3회 있는 초급자 2명이 투입되었다. 검증을 수행하기 위해 사용된 프로그램 도구(Tools)는 다음과 같다.
- <그림 13>은 본 논문에서 제안한 정규화 과정을 고려 하여 모델링을 수행한 결과물이다. 첫 번째 실험 참가자와 실력이 비슷한 숙련자1인과,초급자 1인이 투입되었다. 첫 번째 실험에서 모든 부재를 모델링으로 표현한 것과 달리 두 번째 실험에서는 정규화 과정을 고려하여 견적에 필요한 정보를 형상정보와 속성정보로 나누어 모델링에 반영하였다.
데이터처리
- (5)제안된 3차원 데이터 모델 구축 방법론을 파일럿 테스트(PilotTest)를 통해 검증 한다.
성능/효과
- (2)모델링의 상세 수준 :설계 초기 단계에는 모델링의 수준이 미비하여 견적작업이 잘 이루어 지지 못하였다. 또한 설계가 어느 정도 진행된 후에는 모델링 정보의 양이 증가하여 견적작업에 필요한 데이터를 빠르게 추출하지 못하고, 설계에 반영이 안 된 부재의 경우 정보가 많이 누락되었다.
- 견적업무에서의 BIM 기반의 3차원 데이터 모델 활용의 가장 큰 장점은 기존 2D CAD의 결과물에 비해 보다 빠르고,정확하게 물량 검토가 가능하며 이에 따라서 시공성과 연계된 공사비,공사 기간 등을 단축하여 더욱 좋은 건설 프로세스를 구축할 수 있다는 점이다. 단 3차원 데이터 모델링의 정확한 완성도가 요구되고,견적업무에 필요한 데이터를 효과적으로 추출하여 활용할 수 있을 시에만 가능하다.
- 하지만 그 오차 값 또한 ±5% 내외의 미세한 차이이므로 설계단계에 적용되는 할증률 안에 존재한다. 따라서 정규화를 통해 3차원 데이터 모델링 구축을 최적화 하였으며,출력 데이터 또한 견적업무에 바로 활용할 수 있었던 두 번째 실험이 첫 번째 실험에 비해 더 효과적이라는 것이 검증 되었다.
- 정규화 과정을 고려하여 ○○기숙사 건물을 대상으로 3차원 데이터 모델을 구축해본 결과 실제 프로젝트에 사용되었던 작업 방식보다 객체의 수가 1/3정도 감소되었으며,이에 따라 소요시간도 단축되었다. 반면 출력 데이터의 물량 값은 견적내역업무에 바로 활용할 수 있을 정도의 정확성을 보여 실제 프로젝트에 사용되었던 작업 방식보다 견적작업에 활용도를 높일 수 있다는 것을 증명하였다. 본 연구의 결과는 BIM 모델링에 있어서 어떠한 정보를 어떠한 방법으로 입력하는지에 따라 출력 데이터도 달라진다는 것이다.
- 반면 출력 데이터의 물량 값은 견적내역업무에 바로 활용할 수 있을 정도의 정확성을 보여 실제 프로젝트에 사용되었던 작업 방식보다 견적작업에 활용도를 높일 수 있다는 것을 증명하였다. 본 연구의 결과는 BIM 모델링에 있어서 어떠한 정보를 어떠한 방법으로 입력하는지에 따라 출력 데이터도 달라진다는 것이다. 따라서 견적업무에 필요한 데이터를 빠르고,정확하게 출력하기 위한 데이터 정규화 기준을 제시함에 있다.
- 실제 물량 값을 기준으로 봤을 때 천장과 바닥의 수평 부재들에 대해선 값이 일치하거나 허용오차 ±5% 이내의 범위에서 근소한 차이를 보였다.
- BIM데이터는 건축,구조,기계설비,전기,토목 등 다양한 분야에서 사용되었으며 크게 도면추출,간섭체크, 시공 시뮬레이션,설계 대안검토,견적 산출 업무에 활용되었다. 인터뷰 결과 건축분야의 경우 대안검토와 도면추출 업무에 3차원 데이터 모델의 활용 만족도가 높았던 반면, 견적산출 업무는 비교적 낮은 것으로 조사되었다.
- 이러한 문제를 해결하고자 본 연구에서는 정규화를 통한 3차원 데이터 모델 구축 및 활용성 향상 방안을 제시하였다. 정규화 과정을 고려하여 ○○기숙사 건물을 대상으로 3차원 데이터 모델을 구축해본 결과 실제 프로젝트에 사용되었던 작업 방식보다 객체의 수가 1/3정도 감소되었으며,이에 따라 소요시간도 단축되었다. 반면 출력 데이터의 물량 값은 견적내역업무에 바로 활용할 수 있을 정도의 정확성을 보여 실제 프로젝트에 사용되었던 작업 방식보다 견적작업에 활용도를 높일 수 있다는 것을 증명하였다.
- 정규화를 통한 3차원 데이터 모델이 기존 3차원 데이터 모델과 가장 큰 차이점은 기존에 비해 모델구축의 소요시간과 크기를 최소화 하는 반면,추출되는 데이터의 정확성을 높일 수 있다는 것이다. 이를 위해서는 데이터 관리의 체계적인 규칙성이 요구된다.
후속연구
- 견적업무에서의 BIM 기반의 3차원 데이터 모델 활용의 가장 큰 장점은 기존 2D CAD의 결과물에 비해 보다 빠르고,정확하게 물량 검토가 가능하며 이에 따라서 시공성과 연계된 공사비,공사 기간 등을 단축하여 더욱 좋은 건설 프로세스를 구축할 수 있다는 점이다. 단 3차원 데이터 모델링의 정확한 완성도가 요구되고,견적업무에 필요한 데이터를 효과적으로 추출하여 활용할 수 있을 시에만 가능하다. 하지만 원하는 정보들을 모두 모델링으로 표현하는 것은 프로젝트 규모가 커질수록 한계가 있기 마련이고 축척된 정보의 양 또한 많아져 관리하기가 힘들어 진다.
- 따라서 견적업무에 필요한 데이터를 빠르고,정확하게 출력하기 위한 데이터 정규화 기준을 제시함에 있다. 향후 설계단계에서 구축된 BIM 데이터들이 일회성 결과물이 되지 않고 견적 내역서,시공단계의 기성관리,공정시뮬레이션과도 연계하는 방안에 대한 연구가 계속 진행되어야 하며,활용도 높은 데이터베이스 모델링을 위해 더욱 체계적인 규칙성과 정규화 작업에 대한 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.
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