모듈러 강교량 상부모듈의 조립체계 정의를 통한 IFC 기반의 부품정보 표현방법 IFC-based Representation Method of Part Information in Superstructure Module of Modular Steel Bridge with Assembly System원문보기
모듈러 강교량 제작, 조립, 설계, 시공단계에서 상부모듈의 부품정보를 효율적으로 제공하고 교환하기 위하여 BIM(Building Information Modeling) 프로젝트에서 정보교환을 위하여 사용하는 국제표준인 IFC 모델을 활용한 부품정보 라이브러리 구축방법을 제시하였다. 모듈러 강교량의 상부모듈을 구성하는 부품정보를 IFC 모델로 표현하기 위하여 의미론적인 관점에서 기존 IFC 모델에서 부품정보를 표현할 수 있는 엔티티와 모듈러 강교량의 구성요소를 매칭하여 적용하였으며, 구성요소의 역할을 구분하기 위하여 매칭한 엔티티의 타입을 적용하거나 사용자정의 타입으로 정의하였다. 또한, 부품 정보 라이브러리에서 부품 및 조립품의 정보를 해당단계에서 효율적으로 제공하기 위하여 조립체계를 네 단계의 상세수준(LoD)으로 구분하여 정의하였으며, 이를 IFC 모델로 표현하기 위하여 새로운 속성정보를 정의하였다. 마지막으로, IFC 모델과 매칭하여 정의한 정보를 실제 모듈러 강교량 상부모듈에 적용하여 IFC 기반의 시범 라이브러리 정보를 생성하였다.
모듈러 강교량 제작, 조립, 설계, 시공단계에서 상부모듈의 부품정보를 효율적으로 제공하고 교환하기 위하여 BIM(Building Information Modeling) 프로젝트에서 정보교환을 위하여 사용하는 국제표준인 IFC 모델을 활용한 부품정보 라이브러리 구축방법을 제시하였다. 모듈러 강교량의 상부모듈을 구성하는 부품정보를 IFC 모델로 표현하기 위하여 의미론적인 관점에서 기존 IFC 모델에서 부품정보를 표현할 수 있는 엔티티와 모듈러 강교량의 구성요소를 매칭하여 적용하였으며, 구성요소의 역할을 구분하기 위하여 매칭한 엔티티의 타입을 적용하거나 사용자정의 타입으로 정의하였다. 또한, 부품 정보 라이브러리에서 부품 및 조립품의 정보를 해당단계에서 효율적으로 제공하기 위하여 조립체계를 네 단계의 상세수준(LoD)으로 구분하여 정의하였으며, 이를 IFC 모델로 표현하기 위하여 새로운 속성정보를 정의하였다. 마지막으로, IFC 모델과 매칭하여 정의한 정보를 실제 모듈러 강교량 상부모듈에 적용하여 IFC 기반의 시범 라이브러리 정보를 생성하였다.
IFC-based representation method of part library for superstructure module of modular steel bridge is proposed. The library is capable of efficiently offering and exchanging part information in process of manufacture, assembly, design, and construction of modular steel bridge. Entities, representing ...
IFC-based representation method of part library for superstructure module of modular steel bridge is proposed. The library is capable of efficiently offering and exchanging part information in process of manufacture, assembly, design, and construction of modular steel bridge. Entities, representing physical part information in IFC model, are matched semantically with parts of the superstructure module for representation of part information with IFC model. Either types of matched entities are applied in order to verify the role of each part, or new types are defined as a user-defined types. In addition, assembly system has been classified and defined into 4 levels of LoD(Level of Detail) to provide appropriate part information efficiently from the part library in each step of the process. Then, new property is defined for representing the LoD information with IFC Model. Finally, IFC-based test library of modular steel bridge is generated by applying the matched entities and entity types to the actual the superstructure module of modular steel bridge.
IFC-based representation method of part library for superstructure module of modular steel bridge is proposed. The library is capable of efficiently offering and exchanging part information in process of manufacture, assembly, design, and construction of modular steel bridge. Entities, representing physical part information in IFC model, are matched semantically with parts of the superstructure module for representation of part information with IFC model. Either types of matched entities are applied in order to verify the role of each part, or new types are defined as a user-defined types. In addition, assembly system has been classified and defined into 4 levels of LoD(Level of Detail) to provide appropriate part information efficiently from the part library in each step of the process. Then, new property is defined for representing the LoD information with IFC Model. Finally, IFC-based test library of modular steel bridge is generated by applying the matched entities and entity types to the actual the superstructure module of modular steel bridge.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서, 본 연구에서는 기존 IFC 모델을 기반으로 필요한 부분에 대한 정보를 속성으로 정의하여 모듈러 강교량 상부 모듈의 구성부품 및 조립체계 정보를 표현하는 방법을 제시하였다. 모듈러 교량은 국토해양부에서 2010년부터 건설기술혁신사업의 일환으로 ‘모듈러 교량 기술개발 및 실용화 연구단’(RIST, 2010)을 구성하여 교량을 구성하는 표준 모듈을 개발하기 위한 연구개발사업으로, 모듈러 교량의 제작, 조립, 설계, 시공 시 효과적인 정보의 공유, 검색, 제공을 위하여 모듈에 대한 부품정보 라이브러리 구축에 대한 연구를 포함하고 있다.
반면, 속성집합을 확장하는 방법은 기존의 IFC 모델을 사용하여 필요로 하는 새로운 정보를 표현하는 것이 가능하므로 실제 프로젝트에 바로 적용이 가능하다. 따라서, 본 연구에서는 모듈러 강교량에 대한 상세수준을 IFC 기반으로 표현하기 위하여 새로운 속성집합을 정의하였다. 새로이 정의한 속성집합을 표 1에 나타내었다.
IfcSlab 엔티티는 구조물의 수직상의 공간을 에워싸는 구조물 요소로 바닥 또는 지붕과 같은 요소를 포함하며 균열이 발생하는 것을 특히 유의해야 하는 구조물에 적용할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 슬래브와 의미상 가장 유사한 IfcSlab 엔티티로 슬래브의 정보를 표현할 수 있도록 하였다. 또한, IfcSlab 엔티티의 타입을 정의하기 위한 IfcSlabType 엔티티에서 슬래브의 역할을 정의하기 위하여 사전에 정의된 ‘Floor’를 슬래브의 타입으로 적용하였다.
본 연구에서는 모듈러 강교량의 제작, 조립, 설계, 시공단계에서 모듈러 강교량을 구성하는 모듈 및 모듈 구성요소들의 정보와 조립관계를 효과적으로 제공하고 공유하기 위하여 모듈러 강교량 상부모듈의 조립체계를 상세수준(LoD)으로 정의하였으며, 이를 건설분야에서 활용되는 국제표준인 IFC 모델로 표현하기 위한 방법을 제시하였다. 본 연구에서 정의한 상세수준은 조립체계에 따라 부품단위에서 조립되어 상부구조가 형성되는 단계까지의 총 4단계(Level 0, Level 1, Level 2, Level 3)로 정의하였으며, 이는 모듈러 강교량의 여러 협업단계 중 해당단계에서 필요한 정보만을 효과적으로 제공할 수 있게 한다.
제안 방법
3장에서 IFC 모델 기반으로 정의한 모듈러 강교량의 부품 및 조립체계 정보를 적용하여 시범 라이브러리 정보를 생성하였다. IFC 모델 기반의 시범 라이브러리 정보생성을 위하여 IFC 포맷을 지원하는 Autodesk 사의 Revit Structure 환경에 API를 개발하였다. API는 크게 두 가지로 모듈로 구성되어있다.
또한, IfcPlate 엔티티는 일반적으로 강(steel), 금속재료(metallic material), 유리판(glass pannle)으로 구성되어 있는 파트를 의미한다. 따라서, 플레이트의 정보를 IfcPlate 엔티티와 매칭하여 표현할 수 있도록 하였다. 또한, 모듈러 강교량 내에서 부품의 역할을 구분해 주기 위하여 매칭한 엔티티인 IfcPlate 엔티티에 타입을 적용하였다.
또한, IfcFastener는 IfcMechanicalFastener를 하위타입으로 가지며, 이는 IfcMechanicalFastenerType에서 기존에 정의되어 있는 ‘Bolt’ 및 ‘Nut’ 타입으로 적용하였다.
또한, IfcSlab 엔티티의 타입을 정의하기 위한 IfcSlabType 엔티티에서 슬래브의 역할을 정의하기 위하여 사전에 정의된 ‘Floor’를 슬래브의 타입으로 적용하였다.
따라서, 플레이트의 정보를 IfcPlate 엔티티와 매칭하여 표현할 수 있도록 하였다. 또한, 모듈러 강교량 내에서 부품의 역할을 구분해 주기 위하여 매칭한 엔티티인 IfcPlate 엔티티에 타입을 적용하였다. IfcPlate 엔티티의 타입을 적용하기 위한 엔티티는 IfcPlateType 엔티티로 플레이트의 역할을 정의할 수 있는 사전에 정의된 타입이 없으므로 사용자정의로 타입을 ‘Plate’로 정의하여 적용하였다.
본 연구에서 정의한 상세수준은 조립체계에 따라 부품단위에서 조립되어 상부구조가 형성되는 단계까지의 총 4단계(Level 0, Level 1, Level 2, Level 3)로 정의하였으며, 이는 모듈러 강교량의 여러 협업단계 중 해당단계에서 필요한 정보만을 효과적으로 제공할 수 있게 한다. 또한, 본 연구에서는 기존 IFC 모델의 엔티티를 모듈러 강교량의 구성요소와의 매칭을 통하여 모듈러 강교량의 부품 및 조립품 정보표현방법을 정의하였으며, 조립체계에 따른 상세수준 정보의 표현을 위하여 속성집합을 새로이 정의하였다. 정의한 방법을 실제 모듈러 강교량 상부모듈에 적용하여 IFC 파일을 생성한 결과, 입력한 정보가 오류 없이 IFC 파일로 생성되었음을 확인할 수 있었다.
또한, 조립장소 속성에 대하여 바닥판 모듈 및 거더 모듈은 공장제작이므로 기존에 정의된 ‘Factory’를 적용하였다.
또한, 조립품의 상세수준 정보를 표현해 주기 위하여 속성집합 내에 ‘Assembly_Level’속성을 정의하여 상세수준인 Level 0, Level 1, Level 2, Level 3로 구분하여 설정할 수 있도록 하였다.
마지막으로, Level 3의 상부구조의 경우 최종 조립된 조립품의 타입을 사용자정의로 하여 ‘Super_Structure’ 타입으로 정의하여 적용하였으며, 상부구조는 현장에서 모듈을 조립하여 생성되는 구조물로 조립장소 속성에 대하여 ‘Site’를 적용하였다.
모듈러 교량은 국토해양부에서 2010년부터 건설기술혁신사업의 일환으로 ‘모듈러 교량 기술개발 및 실용화 연구단’(RIST, 2010)을 구성하여 교량을 구성하는 표준 모듈을 개발하기 위한 연구개발사업으로, 모듈러 교량의 제작, 조립, 설계, 시공 시 효과적인 정보의 공유, 검색, 제공을 위하여 모듈에 대한 부품정보 라이브러리 구축에 대한 연구를 포함하고 있다. 본 연구에서 대상으로 하는 모듈러 강교량 상부모듈의 구성부품 및 조립체계 정보를 IFC 모델로 표현하기 위하여 기존 IFC 모델이 제공하는 항목과 의미 및 역할이 유사한 모듈러 강교량의 구성부품을 매칭하여 적용하였으며, 조립체계정보를 표현하기 위하여 속성정보를 정의하여 적용하였다. 본 연구의 프로세스를 그림 1에 나타내었다.
그림 12는 부품정보를 입력하기 위한 입력상자를 보여준다. 부품의 형상을 생성한 후 생성된 부품을 선택하면 해당 부품의 타입을 선택할 수 있도록 하였으며, 그와 동시에 부품단계에서의 상세수준인 Level 0이 자동으로 부여될 수 있도록 하였다.
일반부품에 해당하는 부품은 바닥판 모듈을 구성하는 플레이트, 슬래브, 스터드, 포켓과 거더 모듈을 구성하는 주형, 스터드가 있다. 이러한 일반부품들의 정보를 IfcBuildingElement 엔티티의 하위 엔티티와 매칭하여 의미와 기능이 가장 유사한 엔티티로 표현할 수 있도록 하였다. 그림 7에 일반부품과 IfcBuildingElement 엔티티의 하위 엔티티와의 매칭관계를 나타내었다.
주형과 스터드의 구분을 위하여 IfcMemberType에서 주형은 ‘Main_Girder’로 타입을 정의하였으며, 스터드는 ‘Stud’로 타입을 정의하여 구분할 수 있도록 하였다.
성능/효과
생성된 IFC 파일을 살펴보면 본 연구에서 정의한 포켓의 부품타입인 ‘Pocket’이 IfcWallType으로 표현되어 있음을 확인할 수 있으며, 포켓에 해당하는 상세수준 정보인 Level 0이 본 연구에서 새로 정의한 ‘Assembly_LoD’ 속성집합으로 표현되어 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 본 연구에서는 기존 IFC 모델의 엔티티를 모듈러 강교량의 구성요소와의 매칭을 통하여 모듈러 강교량의 부품 및 조립품 정보표현방법을 정의하였으며, 조립체계에 따른 상세수준 정보의 표현을 위하여 속성집합을 새로이 정의하였다. 정의한 방법을 실제 모듈러 강교량 상부모듈에 적용하여 IFC 파일을 생성한 결과, 입력한 정보가 오류 없이 IFC 파일로 생성되었음을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 적용한 방법은 기존 IFC 모델에 새로운 엔티티를 추가하여 확장하는 개념이 아닌 기존 모델을 활용하는 연구로 실제 프로젝트에서 바로 적용하여 활용할 수 있을 것이라 기대할 수 있다.
후속연구
본 연구에서 적용한 방법은 기존 IFC 모델에 새로운 엔티티를 추가하여 확장하는 개념이 아닌 기존 모델을 활용하는 연구로 실제 프로젝트에서 바로 적용하여 활용할 수 있을 것이라 기대할 수 있다. 또한, 이후 모듈러 강교량의 형상정보 재료 정보 등과 같은 프로젝트에서 요구되는 정보의 정의를 위한 추가적인 방법연구를 통하여 모듈러 강교량의 제작, 조립, 설계, 시공단계에 걸쳐 필요한 정보를 효율적으로 제공하고 교환할 수 있을 것이라 기대할 수 있다.
정의한 방법을 실제 모듈러 강교량 상부모듈에 적용하여 IFC 파일을 생성한 결과, 입력한 정보가 오류 없이 IFC 파일로 생성되었음을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 적용한 방법은 기존 IFC 모델에 새로운 엔티티를 추가하여 확장하는 개념이 아닌 기존 모델을 활용하는 연구로 실제 프로젝트에서 바로 적용하여 활용할 수 있을 것이라 기대할 수 있다. 또한, 이후 모듈러 강교량의 형상정보 재료 정보 등과 같은 프로젝트에서 요구되는 정보의 정의를 위한 추가적인 방법연구를 통하여 모듈러 강교량의 제작, 조립, 설계, 시공단계에 걸쳐 필요한 정보를 효율적으로 제공하고 교환할 수 있을 것이라 기대할 수 있다.
그림 15는 모듈러 강교량 상부모듈에 대한 정보를 입력한 IFC 파일로 모듈러 강교량 상부모듈의 타입인 ‘Steel_Module’ 정보가 입력되었으며, 해당 상세수준인 Level 2가 입력되어 있음을 확인할 수 있었다. 이렇게 생성된 모듈러 강교량 상부모듈 구성요소들의 부품정보는 건설분야에서 표준으로 활용되는 IFC 포맷을 통하여 모듈러 강교량 상부모듈의 제작, 설계, 조립, 시공단계에서 원활히 제공될 수 있으며, 협업업체와의 부품정보 교환을 원활하게 할 수 있을 것이라 기대할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
IFC 모델의 기본구성은 어떻게 구분되어 있는가?
IFC 모델의 기본구성은 그림 5에 나타낸 바와 같이, 크게 물리적으로 존재하는 대상을 의미하는 객체(object), 객체간의 관계 및 객체와 특성간의 관계를 정의하는 관계성(relation), 특성집합을 표현하기 위한 특성(property)으로 구분되어 있으며, 세부적인 표현방법 지원을 위한 자원(resource)을 제공한다. 모듈러 강교량을 구성하는 요소들은 객체의 정보표현을 위한 IfcObjectDefinition 엔티티의 하위 엔티티(entity)에 의하여 정의될 수 있다.
조립체계에 따른 상세수준을 구분한 것을 설명하면?
이와 같이 여러 부품의 조립에 의하여 구성되는 모듈러 강교량 상부모듈에 대하여 제작, 조립, 설계, 시공단계에 걸쳐 해당 단계에서 필요한 부품정보를 검색 및 조회하는데 용이하게 하기 위하여 조립체계에 따른 상세수준(LoD: Level of Detail)을 정의하였다. 그림 4에 나타낸 바와 같이 상세수준을 총 네 단계로 Level 0에서 Level 3으로 구분하였다. Level 3은 모듈러 강교량 상부구조의 최상위 수준으로 여러 모듈의 조립으로 이루어진 모듈러 강교량 상부구조의 정보를 포함하는 수준이며, Level 2는 하나의 모듈 정보를 표현하기 위한 단계이다. Level 1은 Level 2에 해당하는 모듈의하위모듈인 바닥판 모듈과 거더 모듈의 정보제공을 위한 단계이며, 최하위 단계인 Leve 0은 하위모듈인 바닥판 모듈과 거더 모듈을 구성하는 최하위 부품정보의 제공을 위한 단계이다. 즉, 바닥판 모듈을 구성하는 플레이트, 포켓, 스터드, 슬래브와 거더 모듈을 구성하는 주형 및 스터드가 Level 0에 해당된다.
모듈러 강교량 상부구조의 세그먼트를 구성하게 되는 하나의 상부모듈은 어떻게 구분할 수 있는가?
모듈러 강교량 상부구조의 세그먼트를 구성하게 되는 하나의 상부모듈은 크게 바닥판 모듈과 거더 모듈, 하위 모듈 및 모듈간의 연결을 위한 연결부로 구분할 수 있다. 그림 2에 모듈러 강교량의 상부모듈을 구성하는 하나의 단위인 모듈러 강교량 상부모듈의 전체형상을 나타내었으며 그림 3에 모듈러 강교량 상부모듈을 구성하는 하위모듈인 바닥판 모듈과 거더 모듈의 상세 구성요소를 나타내었다.
참고문헌 (13)
강인석, 문진석, 권중희 (2008) 가상건설기법에 의한 철도역사 시설물 시공시뮬레이션 기능 구축, 한국철도학회 논문집, 11(15), pp.433-524.
김성훈, 이상호, 남상혁, 선오영 (2011) 토목시설물에 대한 BIM기반 공사관리 기법 연구, 한국전산구조공학회 논문집, 24(4), pp.463-470.
빌딩스마트협회 (2011) BIM 표준라이브러리 시범버전(v.0.9), Available at: http://www.buildingsmart.or.kr/.
이진훈, 이지훈, 김효진, 이상호 (2008) 강교 부재의 상세 설계정보 표현을 위한 IFC기반의 데이터모델 확장, 한국전산구조공학회 논문집, 21(2), pp.253-263.
AutodeskSeek (2012) Product Libraries, Available at: http://seek.autodesk.com/.
ecoScorecard (2012) SmartBIM, Available at: http://ecoscorecard.com/.
Lee, S.H., Kim, B.G., Kim, H.J. (2008) A New Strategy for IT-based National Asset Management of Civil Infrastructure in Korea, The 3nd International Workshop on Lifetime Engineering of Civil Infrastructure(IWLCE`08), Japan, pp.41-55.
Lee, S.H., Jeong, Y.S. (2006) A System Integration Framework Through Development of ISO 10303- based Product Model for Steel Bridge, Automation in Construction, 15(2), pp.212-228.
NBS(National Building Specification) (2012) National BIM Library, Available at: http://www.thenbs.com/.
RevitCity (2012) Elevator Revit Family, Available at: http://www.revitcity.com/.
RIST (2010) 건설기술혁신사업 '모듈러교량 기술개발 및 실용화' 연구개발계획서, RIST.
Yabuki, N., Lebegue, E., Gaul, J., Shitani, T., Zhantao, L. (2006) International collaboration for developing the bridge product model IFC-Bridge, proceeding of the XIth International Conference on Computing in Civil and Building Engineering (ICCCBE-XI), Canada, pp.1927-1936.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.