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문제 정의
- 본 연구에서는 준설매립분야의 BIM 기반 구축을 위하여 준설토 투기장 설계 시 필요한 상부 및 하부 구조물을 대상으로 BIM Library를 작성하였으며, 이렇게 작성된 Library의 통합관리가 용이하도록 준설매립 전용 Library Browser를 개발하였다.
- 본 절에서는 개발된 준설매립전용 Library 및 Browser를 이용하여 설계 효율성을 증가시킬 수 있는 가이드라인을 제시하였다.
- 이에 본 연구에서는 준설매립분야의 상부 및 하부구조물을 대상으로 가변성 확보가 용이한 전용 파라메트릭 Library를 구축하였으며, 개발된 Library의 통합관리가 용이하고 BIM 기반의 3D-CAD와 연동 가능한 Library Browser를 개발하였다.
제안 방법
- (1) 현장조건별 비정형화된 구조물을 사용하는 토목구조물의 특성을 고려하여 주요 단면의 제원을 매개변수로 하여 프로젝트 조건별 단면의 가변성을 확보할 수 있도록 기초사석, 사석경사제, 케이슨 및 블록 등의 상부 구조물과 심층혼합처리, 다짐말뚝, 고압분사 및 준설치환 등의 하부지반개량 공법에 대한 준설매립 전용 Parametric Library를 개발하였다.
- 실제 측량된 데이터(ASCII 파일) 및 고도 값이 포함된 지형도를 이용하여 지형정보가 반영된 3차원 표면을 모델링하고, 평면 및 구조물 선형 계획을 작성한다. Browser에 탑재된 사석경사제 Library를 로드하여 표준횡단을 생성하고 3D 코리더를 모델링한다. 3D 코리더는 2차원 단면인 표준횡단 Library의 기준점 한 개와 선형 계획선을 연동하여 계획된 선형을 따라 2차원 객체를 연속 생성하여 3차원 형상으로 만드는 방법으로써, 향후 선형계획 변경 시 평면에서 선형선을 이동하면 표준횡단 Library와 자동으로 연동되어 3D 코리더를 작성하게 된다.
- 여기서는 DCM 하부기초 3D 모델링에 대하여 설명하도록 한다. DCM 배열은 상부 구조물 형식에 따라 달라지고, DCM 지지층 역시 불규칙하므로 그 부분에 대하여 중점적으로 고려하여 모델링을 수행한다. 먼저 Library Browser에서 DCM Family Library를 로드한 후 Array 명령어를 이용하여 DCM 배열을 배치하고, 프로젝트로 내보내기 한다.
- NET Framework 4.0” 환경에서 “C#” 언어를 이용하여 작성하였으며, “Autodesk ObjectARX” 패키지를 이용하여 Fig. 4의 단계로 Plug-In 하여 Autodesk사의 Civil 3D와의 연동이 가능하도록 개발하였다.
- 준설토 투기장 설계 시 고려 가능한 상부구조 형식인 사석경사제, 안벽 및 방파제 기초사석, 케이슨 구조 및 블록 구조에 대하여 이상의 방법으로 작성된 상부구조물의 Library는 Table 1과 같다. 구조물 설계 시 법선 방향으로 연속성을 가지는 사석경사제, 안벽 및 방파제식 기초사석은 표준횡단 Library 작성법을 이용하여 단면작성 시 고려 가능한 기초사석, 피복석 및 상치콘크리트 등의 구조가 일체화되도록 계획하였으며 단면 폭, 높이, 두께, 기울기 등을 주요 변수로 선정하여 단면 변화 시에도 가변성이 확보되도록 Library를 구성하였다.
- 개량 길이는 추후 상･하부를 지표면으로 잘라내기 할 것이므로 실제 개량 길이보다 길게 작성한다. 다음으로 Civil 3D에서 3차원으로 작성된 DCM 개량 대상 원지반과 DCM 지지층을 객체로 추출하여 3D Solid로 만들고, dwg 파일로 저장한다. Revit의 내부편집 매스에서 CAD 가져오기를 이용하여 앞서 저장한 dwg 파일을 불러들인 뒤 내부편집 매스를 완료하고 프로젝트 창에서 수정 탭의 절단을 이용하여 DCM객체를 지표면 Solid로 잘라내기 하면 Fig.
- 다짐말뚝 Library는 SCP 공법 및 GCP 공법을 대상으로 작성하였으며, 고압분사 공법은 RJP, FJS 등의 공법을 대상으로 상·하부의 직경이 다른 변단면 개량체 조성 시에도 모델링이 용이하도록 단면 변수를 선정하였다.
- 또한 Civil 3D Library 및 Revit Library 메뉴는 각각의 프로그램 실행기능, 기 작성된 Library를 프로젝트 파일에 로드하는 내보내기 기능, 신규 Library 작성 기능으로 구성되어 있어 프로젝트 수행 시 기존에 작성된 Library를 작업 창에 간편하게 로드할 수 있고, 필요 시 수정 및 신규 제작이 가능하도록 개발하였다.
- DCM 배열은 상부 구조물 형식에 따라 달라지고, DCM 지지층 역시 불규칙하므로 그 부분에 대하여 중점적으로 고려하여 모델링을 수행한다. 먼저 Library Browser에서 DCM Family Library를 로드한 후 Array 명령어를 이용하여 DCM 배열을 배치하고, 프로젝트로 내보내기 한다. 개량 길이는 추후 상･하부를 지표면으로 잘라내기 할 것이므로 실제 개량 길이보다 길게 작성한다.
- Civil 3D를 이용한 물량산출 자동화 과정은 다음과 같다. 물량산출을 원하는 구간에 대한 횡단면을 계획하고, 지표면과 구조물의 경계면을 설정한다. 횡단면을 작성하면 자동으로 각 단면에 해당하는 지형 및 구조물 형상과 물량 산출표가 작성되며, 물량산출 역시 3D 코리더 형상과 자동 연동되므로 선형 계획 및 구조물 단면 변경 시 자동으로 물량이 변경되어 산출된다.
- 본 연구에서 개발된 Library 및 Browser의 설계적용 가이드라인은 Civil 3D 및 Revit Structure로 구분하여 제시하였다.
- 본 연구에서는 BIM 기반의 3D-CAD 상용프로그램인 Autodesk Civil 3D를 이용하여 파라메트릭 Library를 작성하였다. 작성된 Library는 크게 표준횡단 Library 및 Family Library로 구분된다.
- 상기 작성된 준설매립 전용 Library의 통합관리가 용이하고 신규 Library 작성 시 업그레이드가 가능하며, BIM 기반 3D CAD와의 연동이 가능하도록 준설매립 전용 Library Browser를 개발하였다. Browser는 “Microsoft.
- 먼저 Civil 3D를 이용한 3차원 모델링 과정은 다음과 같다. 실제 측량된 데이터(ASCII 파일) 및 고도 값이 포함된 지형도를 이용하여 지형정보가 반영된 3차원 표면을 모델링하고, 평면 및 구조물 선형 계획을 작성한다. Browser에 탑재된 사석경사제 Library를 로드하여 표준횡단을 생성하고 3D 코리더를 모델링한다.
- 이러한 반복 작업은 인력, 시간 및 비용을 지속적으로 소모시킴으로써 프로젝트 효율성을 떨어뜨리고 설계비용을 증가시키는 문제점을 유발한다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 수많은 기술자들이 반복 작업을 줄일 수 있는 다양한 프로그램을 개발하여 설계에 적용하고 있는 실정이며, 본 연구에서도 준설매립분야의 프로젝트 효율성 증대를 위해 BIM 기반의 준설매립전용 Library Browser를 개발하였다. 개발된 Browser를 통해 신규 Library의 작성 및 관리가 가능하고 탑재된 준설매립전용 Library를 활용한 파라메트릭 모델링으로 손쉽게 3차원 구조물을 모델링할 수 있다.
- 6과 같이 DCM 배치가 모두 완료되면 물량산출을 하고자 하는 Solid 객체를 선택한 후 유형특성 창의 ID 데이터에서 주석항목에 원하는 주석을 입력한다. 이후 일람표/수량의 필드, 필터, 정렬/그룹화 등을 이용하여 일람표를 작성한다. 이를 이용하면 전체적인 체적 및 개량 길이 등에 대한 수량산출은 물론 Fig.
- 표준횡단 Library를 생성하는 방법은 크게 두 가지로 구분된다. 첫 번째 방법은 Civil 3D 내에서 표준횡단 Library 형상을 폴리라인으로 작성하는 방법이다. 이 방법을 이용할 시 Library 생성은 간편하나 도구 팔레트에 추가할 수 없어 다른 프로젝트에서의 재활용이 어려운 단점이 있다.
- 불연속적 개별 객체의 특성을 지닌 케이슨 및 블록구조는 Family Library 작성법을 이용하여 작성하였다. 케이슨구조는 그 형식이 매우 다양하기 때문에 격실 제원에 따라단면 폭, 높이 및 길이 등을 주요 변수로 하여 단면의 가변성을 확보하였으며, 블록 구조는 현재 항만 구조물 설계 시 많이 적용되고 있는 와록 블록, 이글루 블록에 대하여 단면 가변성이 확보되도록 Parametric Library를 작성하였다.
이론/모형
- 준설토 투기장의 하부 기초처리 공법으로 많은 적용사례를 가지고 있는 굴착치환공법, 심층혼합처리공법, 다짐말뚝공법 및 고압분사공법에 대하여 작성된 하부구조물 Library는 Table 2와 같다. 법선 방향으로 연속적으로 시공되는 굴착치환공법은 굴착 폭, 기울기를 주요변수로 선정하여 표준횡단 Library 작성법을 적용하였으며, 그 외의 지층 면에 수직으로 시공되는 불연속적 개량공법은 Family Library 작성법을 이용하여 작성하였다. 심층혼합처리공법은 각 개량체의 직경, 길이, 개량체간 중첩 폭을 주요 변수로 하여 개량 체의 가변성을 확보하였다.
- 불연속적 개별 객체의 특성을 지닌 케이슨 및 블록구조는 Family Library 작성법을 이용하여 작성하였다. 케이슨구조는 그 형식이 매우 다양하기 때문에 격실 제원에 따라단면 폭, 높이 및 길이 등을 주요 변수로 하여 단면의 가변성을 확보하였으며, 블록 구조는 현재 항만 구조물 설계 시 많이 적용되고 있는 와록 블록, 이글루 블록에 대하여 단면 가변성이 확보되도록 Parametric Library를 작성하였다.
성능/효과
- 이러한 문제점을 개선하기 위하여 수많은 기술자들이 반복 작업을 줄일 수 있는 다양한 프로그램을 개발하여 설계에 적용하고 있는 실정이며, 본 연구에서도 준설매립분야의 프로젝트 효율성 증대를 위해 BIM 기반의 준설매립전용 Library Browser를 개발하였다. 개발된 Browser를 통해 신규 Library의 작성 및 관리가 가능하고 탑재된 준설매립전용 Library를 활용한 파라메트릭 모델링으로 손쉽게 3차원 구조물을 모델링할 수 있다.
후속연구
- (2) 본 연구에서 개발된 Parametric Library를 준설매립전용 Library Browser를 이용하여 통합 관리하고 BIM 기반의 Civil 3D 프로그램과 연동함으로써 준설매립 분야의 BIM 활용 효율성이 더욱 증대될 것으로 판단된다.
- (3) Parametric Library의 설계적용 가이드라인을 통해 단순작업의 최소화, 모델링 시간단축 및 정확한 물량산출 등이 가능함으로써 설계효율 향상 및 정확성 개선에 기여할 것으로 사료된다.
- (4) 본 연구의 준설매립전용 Library Browser 개발과 연계하여 향후 BIM 기반의 Analysis Browser를 개발함으로써 준설매립분야의 일원화된 모델링 및 해석 시스템의 구축이 가능할 것으로 사료된다.
- 자동 생성된 리본은 “BIM Library, Slope Stability Analysis, Settlement Analysis, DCM Analysis”로 서브메뉴가 구성되어 있으나, 본 논문에서는 현재 개발 완료된 “BIM Library”에 대해서만 설명하고 그 외에 Analysis 메뉴에 대해서는 향후 연구성과에 대해서 발표할 예정이다.
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