[논문]건축정보모델링 방식에 의한 숭례문 부재 개발과 3D 복원

안은영

doi:10.9717/kmms.2012.15.3.408

[국내논문] 건축정보모델링 방식에 의한 숭례문 부재 개발과 3D 복원
Development of Architectural Components for Soong-Rye Gate And 3D Restoration with Building Information Modeling 원문보기

멀티미디어학회논문지 = Journal of Korea Multimedia Society, v.15 no.3, 2012년, pp.408 - 416

초록
AI-Helper

최근에 문화콘텐츠에 대한 관심이 높아지면서 문화적 가치가 높은 고건축에 대한 3차원 복원이 활발하게 이루어지고 있으며 최근에는 새로운 IT기술과 장비를 활용하여 디지털 복원작업이 이루어지고 있다. 3D 스캐너를 이용한 3차원 복원방식은 외관에 관한 매우 정교한 데이터를 확보할 수 있지만 대용량의 데이터를 처리해야 하고 목가구에 대한 세부 정보의 부재로 인해 디지털 콘텐츠로 활용하는데 제약이 따른다. 우리나라의 전통 목조건축은 특성상 연결부재의 사용과 이들간의 결구방식이나 축조방법은 그 시대의 건축문화를 알아보는 중요한 자료이다. 따라서 본 연구에서는 목가구 방식에 의한 설계 도구를 개발하여 3차원 디지털복원은 물론, 기존의 방법에서 간과되었던 결구방식이나 축조방법에 대한 유용한 정보를 실시간으로 한 눈에 보여줄 수 있는 콘텐츠를 제작할 수 있는 새로운 방식의 3D 복원방법을 제안한다.

Abstract ▼ AI-Helper

As increasing interests for cultural content, 3D restoration about the valuable traditional architectures is in progress, nowadays. Digital restoration is generally performed with using new IT technology and equipments such as 3D scanner. From the view points of making better use of the 3D data, the methodology for 3D restoration leaves much room for improvement. When using 3D scanner, it is possible to get precise 3D data for exterior of the building but huge data size and insufficient information for the wooden intra structure might be obstacles for using them as a source of various digital contents. In traditional wooden structure, the binding rules for corresponding architectural components are important factor for realizing the architectural culture at that times. In this paper, we develop a design tool and architectural components reflecting the wooden intra structure. Moreover, we propose a new 3D restoration method from the design tool, which is good for making contents offering useful information for processes of construction and binding rule in a real time just at a glance.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

표 1에 나타난 바와 같이 공포를 구성하는 부재의 종류와 수는 전체 건물의 87%정도를 차지할 정도로 비중이 높다. 따라서 본 논문에서는 공포부를 중심으로 부재 개발방법을 설명한다.
본 논문에서는 문화적 의미를 갖는 고건축의 3차원 복원에 있어서 시스템적인 접근을 통해 목조건축의 내부 결구방식을 내포하는 3차원 복원이 가능하도록 설계모듈과 부재를 개발하였다. 공포부 설계 모듈을 구현하고 이를 이용하여 2000년도 숭례문 실측자료를 기반으로 숭례문의 목조부분을 3D 형태로 복원하였다.
제공과 첨차가 십자 형태로 짜여져 기둥과 수평부재 사이에 받침목의 역할로서 지붕부를 받쳐 주는 중요한 역할을 한다. 본 논문에서는 제공과 첨차에 대해서 부재 표현방식을 설명하는데, 공포를 구성하고 있는 그 이외의 부재들로 비슷한 과정을 거쳐 개발된다.

제안 방법

Windows XP 운영체제 환경에서 3D 설계 CAD 프로그램인 ArchiCAD 12버전을 개발 플랫폼으로 하여 제공되는 스크립트 언어로 구현하였다. 남대문 부재중에서 축부, 가구부, 공부를 주요 부재로 하는 한국전통건축 부재설계모듈을 개발하였으며, 공포부 주요부재와 모듈을 구현하였다.
본 논문에서는 문화적 의미를 갖는 고건축의 3차원 복원에 있어서 시스템적인 접근을 통해 목조건축의 내부 결구방식을 내포하는 3차원 복원이 가능하도록 설계모듈과 부재를 개발하였다. 공포부 설계 모듈을 구현하고 이를 이용하여 2000년도 숭례문 실측자료를 기반으로 숭례문의 목조부분을 3D 형태로 복원하였다. 구현된 3D 설계시스템 상에서 디지털 복원을 하는 경우에 반복적이었던 전통건축 설계 작업에 있어서 효율적인 설계가 가능하고 복원된 디지털 데이터를 활용하여 다양한 콘텐츠를 개발하는 것이 용이하다.
Windows XP 운영체제 환경에서 3D 설계 CAD 프로그램인 ArchiCAD 12버전을 개발 플랫폼으로 하여 제공되는 스크립트 언어로 구현하였다. 남대문 부재중에서 축부, 가구부, 공부를 주요 부재로 하는 한국전통건축 부재설계모듈을 개발하였으며, 공포부 주요부재와 모듈을 구현하였다. 그림 17과 18은 3D CAD 설계시스템 상에서 제안된 설계 모듈을 이용하여 숭례문의 결구방식에 따라 3차원 복원하는 과정을 보인 것이다.
숭례문 3차원 설계에 있어서 작업의 대부분이 공포부의 설계에 소요된다는 점을 감안하면 반복적인 작업을 줄일 수 있도록 부재설계 방식을 개선할 필요가 있다. 본 장에서는 2장에서 분석한 내용을 토대로 제공, 첨차, 주두, 소로를 주요 부재로 하는 공포부 설계모듈을 개발함에 있어서 출목의 개수나 마감의 형태, 연결부재에 따라서 부재의 모양을 다양하게 생성할 수 있도록 부재를 설계한다. 즉, 부재를 3차원으로 형상모델링 하는 것이 아니라 템플릿 방식의 부재를 생성하여 속성 값에 의해 모양과 특성이 제어될 수 있도록 설계한다.
부재의 쓰임새와 형태, 변형부재의 유형 등을 고려하여 부재에 대한 템플릿을 설정하고 템플릿의 멤버변수의 속성값에 따라 하나의 부재에 대한 다양한 변형 부재를 생성할 수 있도록 한다. 이를 위하여 부재별 속성, 조립 방식 및 부재간의 연계성을 파악하여 부재에 관한 멤버 변수의 타입과 개수를 결정하고 부재 생성방법을 스크립트로 기술한다.
반복이 끝나는 마감부의 모양과 출목 수에 따라 각각의 제공의 형태로 나누어지게 된다. 이러한 점에 착안하여 숭례문 건축부재의 많은 부분을 차지하고 있는 제공부재를 파라미터 방식에 의해 설계하여 출목에 따른 치목과 마감의 모양을 자유롭게 지정할 수있도록 설계한다. 이 방식에 의해 비슷한 여러 개의 제공을 하나로 표현하는 것이 가능하며 사용자는 마감형태에 대한 속성 값 설정에 따라 자유롭게 부재를 생성하는 것이 가능하다.
또한 제안한 설계 모듈은 BIM을 지원하는 툴을 사용하여 개발함으로써 기존의 3D복원과는 달리, 복원된 고건축에 대한 4D 데이터를 제공할 수 있어 활용 범위가 매우 넓다. 이를 검증하기 위해서 역사적으로 의미가 크다 할 수 있는 숭례문을 대상으로 제안된 방식으로 시스템을 개발하고 전통목조건축 가구부의 특성 및 실측치수와 결구 방식을 반영한 3D 형상을 복원, 이를 가상공간을 구성하여 다양한 건축정보를 제공함으로써 그 활용 가능성을 점검하였다.
본 장에서는 2장에서 분석한 내용을 토대로 제공, 첨차, 주두, 소로를 주요 부재로 하는 공포부 설계모듈을 개발함에 있어서 출목의 개수나 마감의 형태, 연결부재에 따라서 부재의 모양을 다양하게 생성할 수 있도록 부재를 설계한다. 즉, 부재를 3차원으로 형상모델링 하는 것이 아니라 템플릿 방식의 부재를 생성하여 속성 값에 의해 모양과 특성이 제어될 수 있도록 설계한다. 설계된 부재를 이용하여 직관적인 방식에 의한 3차원 설계가 가능하도록 하기 위해 먼저, 연결 부재들간의 관계성을 고려하여 부재의 속성 변수들을 설정한다.
하층포 초·이제공의 외단은 쇠서형이며 이제공 위에 올라간 보의 머리는 삼분두 형태로 치목하였다. 초제공의 내단은 교두형이며 이제공의 내단은 마구리를 사절하고 밑면은 쌍을자(雙乙字)로 치목하였다. 제공의 외부에는 모두 공안이 있으며 내부에는 초제공에만 공안이 있다.
템플릿 형태로 설계된 제공 부재는 제안된 설계시스템에 라이브러리로 등록되어 건축정보모델링(Building Information Modeling) 방식의 목구조 조립형 모델링을 수행할 수 있도록 구성된다. 제안된 설계 시스템에서 제공하는 도구상자 중에서 삼제공 부재를 선택하고 제공의 설치 위치에서 선을 그리듯이 마우스를 클릭한 상태에서 다음 위치로 드래그하면 13에서와 같이 제공 부재 변수 설정을 위한 대화상자가 활성화된다.
하층포 초·이제공의 외단은 쇠서형이며 이제공 위에 올라간 보의 머리는 삼분두 형태로 치목하였다.

성능/효과

표 3은 건축부재에 대한 3차원 표현방식과 제안된 방식을 비교한 것이다. 남대문을 구성하는 제공의 부재 수는 총 12종 242개인데 기존의 3차원 모델링 방식에 의하면 초제공의 경우에는 제공의 내외단의 마감형태에 따라 총 15종의 초제공부재가 필요하지만 제안된 방식은 파라미터 방식을 사용함으로 인해 1개의 제공 부재 템플릿만으로 15종의 초제공부재를 생성하는 것이 가능하다. 또한 기존의 방식은 초제공을 제외한 나머지 제공부재에 대해서도 출목의 개수에 따라 적어도 3개의 부재를 생성하여야 하지만 제안된 방식은 제공 부재 템플릿으로부터 파라미터 설정 값에 의해 출목의 개수를 조절하여 생성하는 것이 가능하다.
또한 3차원 데이터를 이용한 콘텐츠 제작 및 활용 측면에서 효용성이 매우 낮다. 따라서 본 연구에서는 공포부 설계에 있어서 공포부에 대한 다각적이고 체계적인 분석을 통해서 템플릿 형식의 설계방식을 제안함으로써 다포형식에서 반복적으로 나타나는 공포 설계를 보다 효과적으로 설계하도록 지원한다. 제안된 방식에 의하면 반복적 작업을 수반하지 않고도 수작업에 의한 실측값을 파라미터 변경만으로 설계에 반영할 수 있으며 개발된 부재를 다양하게 활용하는 것이 가능하다.
남대문을 구성하는 제공의 부재 수는 총 12종 242개인데 기존의 3차원 모델링 방식에 의하면 초제공의 경우에는 제공의 내외단의 마감형태에 따라 총 15종의 초제공부재가 필요하지만 제안된 방식은 파라미터 방식을 사용함으로 인해 1개의 제공 부재 템플릿만으로 15종의 초제공부재를 생성하는 것이 가능하다. 또한 기존의 방식은 초제공을 제외한 나머지 제공부재에 대해서도 출목의 개수에 따라 적어도 3개의 부재를 생성하여야 하지만 제안된 방식은 제공 부재 템플릿으로부터 파라미터 설정 값에 의해 출목의 개수를 조절하여 생성하는 것이 가능하다. 또한 기존의 부재 표현방식은 생성된 부재에 대해 두께, 너비, 길이 등의 기본정보를 수정할 수 있는데 반하여 제안된 방식은 속성정보의 설정에 따라서 여러 가지 조합과 변형이 가능하다는 장점을 갖는다.
또한 기존의 방식은 초제공을 제외한 나머지 제공부재에 대해서도 출목의 개수에 따라 적어도 3개의 부재를 생성하여야 하지만 제안된 방식은 제공 부재 템플릿으로부터 파라미터 설정 값에 의해 출목의 개수를 조절하여 생성하는 것이 가능하다. 또한 기존의 부재 표현방식은 생성된 부재에 대해 두께, 너비, 길이 등의 기본정보를 수정할 수 있는데 반하여 제안된 방식은 속성정보의 설정에 따라서 여러 가지 조합과 변형이 가능하다는 장점을 갖는다. 확장성 측면에서도 제안된 방식은 기존의 형상모델링과는 달리 속성 값의 조합에 의해 변형부재를 생성하는 것이 가능하다.
구현된 3D 설계시스템 상에서 디지털 복원을 하는 경우에 반복적이었던 전통건축 설계 작업에 있어서 효율적인 설계가 가능하고 복원된 디지털 데이터를 활용하여 다양한 콘텐츠를 개발하는 것이 용이하다. 또한 제안한 설계 모듈은 BIM을 지원하는 툴을 사용하여 개발함으로써 기존의 3D복원과는 달리, 복원된 고건축에 대한 4D 데이터를 제공할 수 있어 활용 범위가 매우 넓다. 이를 검증하기 위해서 역사적으로 의미가 크다 할 수 있는 숭례문을 대상으로 제안된 방식으로 시스템을 개발하고 전통목조건축 가구부의 특성 및 실측치수와 결구 방식을 반영한 3D 형상을 복원, 이를 가상공간을 구성하여 다양한 건축정보를 제공함으로써 그 활용 가능성을 점검하였다.
따라서 본 연구에서는 공포부 설계에 있어서 공포부에 대한 다각적이고 체계적인 분석을 통해서 템플릿 형식의 설계방식을 제안함으로써 다포형식에서 반복적으로 나타나는 공포 설계를 보다 효과적으로 설계하도록 지원한다. 제안된 방식에 의하면 반복적 작업을 수반하지 않고도 수작업에 의한 실측값을 파라미터 변경만으로 설계에 반영할 수 있으며 개발된 부재를 다양하게 활용하는 것이 가능하다. 2장에서는 숭례문의 공포를 중심으로 숭례문의 가구부 특성을 분석하고, 3장에서는 공포부 설계모듈의 구조와 개요에 대해서 설명한다.
그림 20은 정밀실측조사보고서를 바탕으로 실제 가구부의 모양과 치수를 적용하여 복원하고 3D형태로 복원된 3D 데이터에 단청 및 재질 등을 적용한 결과이다. 제안된 방식은 건축정보에 대한 다양한 정보를 제공할 수 있는 BIM(Building Information Modeling)[7-9]을 기반으로 하여 개발되었기 때문에 건물 외관에 대한 3차원 공간을 구성함을 물론이고 그림 21에 보이는 바와 같이 가상공간을 통해 건물의 내부를 자유롭게 이동하면서 유용한 건축정보를 다양하게 제공하는 것이 가능하다.
또한 기존의 부재 표현방식은 생성된 부재에 대해 두께, 너비, 길이 등의 기본정보를 수정할 수 있는데 반하여 제안된 방식은 속성정보의 설정에 따라서 여러 가지 조합과 변형이 가능하다는 장점을 갖는다. 확장성 측면에서도 제안된 방식은 기존의 형상모델링과는 달리 속성 값의 조합에 의해 변형부재를 생성하는 것이 가능하다. 그 외에도 제안된 방식은 BIM설계를 기반으로 하고 있기 때문에 설계건축에 대한 내·외부 정보의 제공은 물론, 결구방식이나 부재의 특성 등에 대한 다양한 정보를 포함하고 있기 때문에 콘텐츠 제작을 위한 원천 소스로의 활용도가 매우 높다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	숭례문이란 무엇인가?	숭례문은 도성을 지키는 성문으로 조선 태조 3년(1394년)에 한양천도가 거론되는 시점에서 시작하여 태조 5년에 시공하고 태조 7년에 완공되어 지금까지 전해지는 우리나라 조선의 역사를 고스란히 담고 있는 국보 1호이다. 태조실록(太祖實錄)에서 기우제, 기청제 의식에 관한 기록이 있으며 나중에는 종루를 설치하고 국가의 시책을 발표하거나 왕이 참관하는 국가적 행사의 장소로도 사용되었다.
	숭례문의 형태는 어떠한가?	이러한 역사적 의미 외에도 본래 남대문이 가진 건축학적 용도는 외부의 침투로부터 수도를 보호하는 성문으로 방어에 용이한 구조로 축조되었다. 숭례문은 내부가 잘보이지 않는 폐쇄적인 형태로, 정면(하층) 5칸, 측면 2칸의 중층(重層)으로 구성되어 현존하는 성문 건물로서는 가장 규모가 크다[1]. 또한, 숭례문은 임진왜란 이후에 소실되었던 고려시대의 주심포형식과 조선시대의 간포형식을 모두 가지고 있는 조선 초기의 다포집 양식이며 고려시대의 주심포형식에서 조선시대의 다포형식으로 넘어가는 변천사를 보여주는 성문으로 시대적, 건축적으로 큰 가치를 지니고 있다[2].
	태조실록에 기록된 내용에서 숭례문은 어떤 장소로 사용되었는가?	숭례문은 도성을 지키는 성문으로 조선 태조 3년(1394년)에 한양천도가 거론되는 시점에서 시작하여 태조 5년에 시공하고 태조 7년에 완공되어 지금까지 전해지는 우리나라 조선의 역사를 고스란히 담고 있는 국보 1호이다. 태조실록(太祖實錄)에서 기우제, 기청제 의식에 관한 기록이 있으며 나중에는 종루를 설치하고 국가의 시책을 발표하거나 왕이 참관하는 국가적 행사의 장소로도 사용되었다. 이러한 역사적 의미 외에도 본래 남대문이 가진 건축학적 용도는 외부의 침투로부터 수도를 보호하는 성문으로 방어에 용이한 구조로 축조되었다.

참고문헌 (9)

숭례문 정밀실측조사보고서, (주)삼성건축사사무소, pp.65-267, 2006.
장기인, 목조(한국건축대계), 보성각, pp. 173-326, 2005.
오성근, 이현민, 안은영, "숭례문에 대한 변형이 용이한 부재의 개발과 가구방식에 의한 3D 복원," 한국멀티미디어학회 추계학술대회논문집, 제 13권 2호, pp. 219, 2010.
김왕직, 알기쉬운 한국 건축 용어 사전, 동녘, pp. 110-137, 2007.
장기인, 한국건축대계, 보성각, pp. 173-324, 2003.
김동현, 한국목조건축의 기법, 발언, 2008.
김인한, "BIM 적용에 따른 건설분야의 변화 및 동향," CAD&Graphics, pp. 100-101. 2008.
ArchiCAD 12 GDL Reference Manual, Graphisoft, pp. 31-114, 2009.
David Nicholson-Cole, The GDL Cookbook 3, Marmalade. 2003.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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