최근 표준으로 등록된 IFC(Industry Foundation Classes)4는 건축시설의 형상요소 표현에 한정될 뿐 도로, 교량 및 터널 등의 토목시설에 대한 형상표준을 정의하고 있지 않아 여전히 토목 형상모델의 교환을 위한 상호운용성에 제약이 있다. 특히 도로시설은 중심선형에 따라 모델링되는 선형적 특성을 가지며, 프로젝트 별로 형상이 서로 상이하여 표준화된 도로정보모델을 구축하는 것이 곤란하다. 따라서 본 연구에서는 도로의 형상정보모델 개발을 위해 3차원 설계 프로세스 관점에서 도로를 구성하는 구조요소 및 속성을 도출하는 것이 목적이다. 이를 위해 본 연구는 도로설계를 위해 활용되는 도로설계편람, 지침, 시방서 및 기하설계 기준 등의 정보를 분석하여 도로 구조물의 형상 요소와 속성을 추출한다. 도출된 형상은 엔티티(Entity) 항목으로 정의하고 가상 도로모델을 통해 정의된 도로 형상모델의 위계구조를 검토한다. 도출된 도로의 세부 구조 요소 및 속성은 인프라 분야의 BIM(Building Information Modeling)환경을 구축하기 위한 3차원 형상정보로 활용되며, 도로의 구체적인 형상, 타입 및 속성을 세분화하여 도로분야의 IFC로 확장하기 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.
최근 표준으로 등록된 IFC(Industry Foundation Classes)4는 건축시설의 형상요소 표현에 한정될 뿐 도로, 교량 및 터널 등의 토목시설에 대한 형상표준을 정의하고 있지 않아 여전히 토목 형상모델의 교환을 위한 상호운용성에 제약이 있다. 특히 도로시설은 중심선형에 따라 모델링되는 선형적 특성을 가지며, 프로젝트 별로 형상이 서로 상이하여 표준화된 도로정보모델을 구축하는 것이 곤란하다. 따라서 본 연구에서는 도로의 형상정보모델 개발을 위해 3차원 설계 프로세스 관점에서 도로를 구성하는 구조요소 및 속성을 도출하는 것이 목적이다. 이를 위해 본 연구는 도로설계를 위해 활용되는 도로설계편람, 지침, 시방서 및 기하설계 기준 등의 정보를 분석하여 도로 구조물의 형상 요소와 속성을 추출한다. 도출된 형상은 엔티티(Entity) 항목으로 정의하고 가상 도로모델을 통해 정의된 도로 형상모델의 위계구조를 검토한다. 도출된 도로의 세부 구조 요소 및 속성은 인프라 분야의 BIM(Building Information Modeling)환경을 구축하기 위한 3차원 형상정보로 활용되며, 도로의 구체적인 형상, 타입 및 속성을 세분화하여 도로분야의 IFC로 확장하기 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.
Since IFC (Industry Foundation Classes) 4 is based on the representation of 3D elements for an architecture project, and does not define standardized shapes for civil projects such as roads, bridges, and tunnels etc, it has limitations in securing interoperability for exchanging a shape information ...
Since IFC (Industry Foundation Classes) 4 is based on the representation of 3D elements for an architecture project, and does not define standardized shapes for civil projects such as roads, bridges, and tunnels etc, it has limitations in securing interoperability for exchanging a shape information model for the civil projects. Besides, since road facilities have a linear reference, which is modeled along the center alignment, it is difficult the designers to create a standardized 3D road model. The aim of this study is to configure structure elements and their attribute for a road in the perspective of 3D design for developing a shape information model for the road. To solve these issues, this study analyzes the design documents, which consist of a road design handbook, guide, specifications and standards, and then extract shape elements and their attributes of road structures. Such shape elements are defined as an entity item and we review a hierarchical structure of a road shape defined by a virtual road model. The detailed elements and their attributes can be utilized as a 3D shape information model for constructing BIM (Building Information Modeling) environment for Infrastructures. Besides, it is expected that the suggested items will be utilized as a base data for extending to IFC for a road subdividing the detailed shapes, types and attributes for road projects.
Since IFC (Industry Foundation Classes) 4 is based on the representation of 3D elements for an architecture project, and does not define standardized shapes for civil projects such as roads, bridges, and tunnels etc, it has limitations in securing interoperability for exchanging a shape information model for the civil projects. Besides, since road facilities have a linear reference, which is modeled along the center alignment, it is difficult the designers to create a standardized 3D road model. The aim of this study is to configure structure elements and their attribute for a road in the perspective of 3D design for developing a shape information model for the road. To solve these issues, this study analyzes the design documents, which consist of a road design handbook, guide, specifications and standards, and then extract shape elements and their attributes of road structures. Such shape elements are defined as an entity item and we review a hierarchical structure of a road shape defined by a virtual road model. The detailed elements and their attributes can be utilized as a 3D shape information model for constructing BIM (Building Information Modeling) environment for Infrastructures. Besides, it is expected that the suggested items will be utilized as a base data for extending to IFC for a road subdividing the detailed shapes, types and attributes for road projects.
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문제 정의
이러한 이슈를 해결하기 위해 최근 도로분야에서도 BIM환경의 운용에 적합한 정보모델 표준을 개발하는 추세이며, 토목분야 BIM의 확산을 위한 정보모델 도입을 요구하므로, 도로의 3차원 모델을 표준화된 체계로 상호운용성을 확보하는 측면에서 도로시설의 정보모델 표준을 구축하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 국도건설공사를 대상으로 도면의 납품체계 구축에 대한 3차원 정보모델로 활용할 수 있는 도로의 표준 형상정보체계를 구축한다.
본 연구에서는 3차원 도로설계정보의 상호운영성을 확보할 목적으로 도로의 형상정보모델 구축하기 위해 도로의 기하구조에 관한 세부 형상과 각 형상의 다양한 속성을 분류하였다. 이를 위해 다양한 도로설계정보를 분석하여 도로의 횡단구조, 평면 및 종단선형의 주요 형상요소와 세부 속성을 도출하였다.
본 연구의 목적은 도로분야의 정보모델표준인 IFC를 확장하기 위해 토공을 제외한 도로시설의 구성요소 및 속성을 도출하여 도로 정보모델 구조를 구축하는 것이다. 이를 위해 도로시설의 정보분류체계를 참조하여 도로구조물의 부위별 분류 위계를 확인하고 도로분야 관련 편람, 지침 및 기준 등을 참조하여 공통된 도로형상요소를 추출한다.
제안 방법
도로선형에 관한 기하구조들의 형상 표현을 위해서 횡단면, 평면선형, 종단선형으로 구분하고, 각 형상분류에 관한 세부정보는 형상요소(Level 1), 형상종류(Level 2), 설계지침(Level3)으로 구분한다 [Fig. 3].
도로에서 횡단면 구성요소들의 형상분류는 ‘도로의 구조·시설기준에 관한 규칙’[8], ‘도로설계기준’[7], ‘도로설계편람’[6]을 기초하여 Table 1과 같이 형상요소, 형상의 종류 및 설계지침 등으로 구성하였다.
공간정보는 구성요소들의 객체의 기본적인 형상을 포괄하는 기능적 공간정보이며, 위치정보는 도로선형에서 횡단면 객체들의 설치위치, 기점 및 시·종점을 나타내는 좌표정보로 개별, 구간 및 전체형상을 구분하는데 활용된다. 또한 개별형상 및 구간형상정보에서는 사용된 공법 및 재료 등에 따라 다양한 형상들이 구성될 수 있으므로 이러한 형상타입정보를 개별 및 구간형상에 속성정보로 부여할 수 있도록 개별형상타입으로 구성하였다.
본 장에서는 도로선형 형상이 동일한 단면 내에서 상호 위계와 연관성을 유지하여 모델링되도록 형상을 세분화하였다. Fig.
우선, 국내 건설정보의 표준체계를 파악하기 위하여 다양한 건설정보를 상호 공유하고 교환할 목적으로 개발된 도로분야 작업분류체계와 통합건설정보 분류체계를 분석한다. 그런 다음 도로분야 설계도서인 기준·요령·편람 등을 분석하여 도로선형의 기하구조 요소를 도출하여 상세 형상을 분류한다.
Level 3는 각 Entity의 Attribute항목으로 정의된다. 이 외에도 상기의 분류구조에 따라 평면선형에 대하여 직선, 원곡선 및 완화곡선과 종단선형의 종단직선과 종단곡선에 대한 형상, 기하, 타입 및 설계요소 등을 분류하였다. 이와 같이 정의된 형상요소 및 속성들은 IFC의 확장을 위한 주요 Entity로서 활용된다.
또한 표준상세시공도면의 세부 형상 요소를 분류하고 형상별 다양한 특성정보를 분류할 수 있어야 한다. 이러한 측면에서 본 연구에서 제시하는 도로의 형상정보 분류 방법론은 도로의 새로운 형상요소의 추가를 용이하게 할 수 있으며, 교량이나 터널 등도 제시된 방법론에 따라 손쉽게 확장할 수 있는 토대를 마련한다. 본 연구는 국내의 도로설계 요소에 적합하도록 표준 기하구조를 기준으로 정의하고 있으나, 국제 표준으로서의 수준을 갖기 위해서는 해외에서 참조하고 있는 표준화된 도로 기하구조의 반영이 요구된다.
본 연구에서는 3차원 도로설계정보의 상호운영성을 확보할 목적으로 도로의 형상정보모델 구축하기 위해 도로의 기하구조에 관한 세부 형상과 각 형상의 다양한 속성을 분류하였다. 이를 위해 다양한 도로설계정보를 분석하여 도로의 횡단구조, 평면 및 종단선형의 주요 형상요소와 세부 속성을 도출하였다. 이는 개략적인 3차원 모델을 활용하여 연구에서 구성된 형상요소의 분류구조에 따라 시설, 부위 및 속성을 표현하는 3차원 형상으로 표현되었다.
본 연구의 목적은 도로분야의 정보모델표준인 IFC를 확장하기 위해 토공을 제외한 도로시설의 구성요소 및 속성을 도출하여 도로 정보모델 구조를 구축하는 것이다. 이를 위해 도로시설의 정보분류체계를 참조하여 도로구조물의 부위별 분류 위계를 확인하고 도로분야 관련 편람, 지침 및 기준 등을 참조하여 공통된 도로형상요소를 추출한다. 그런 다음 도로의 형상별 특성을 나타내는 주요 속성(Attributes)을 도출한다.
이를 위해 본 장에서는 ‘도로의 구조·시설기준에 관한 규칙’[8], ‘도로설계기준’[7], ‘도로설계편람’[6]을 통해 설계기준과 도로의 구조 및 기능 등을 분석하여 도로선형의 기하구조 요소들을 형상정보로 표현할 수 있도록 도로 형상분류체계를 제시한다.
연구에서 구성된 형상요소는 도로의 3차원 모델링에 따른 3D설계정보의 납품 관점에서 정의되고 있다. 제시된 도로시설 구성요소 분류는 기존 KOSDIC 형태의 2D 기반 도면납품체계를 IFC 형태의 3D기반 납품체계로의 변화시킬 수 있는 도로분야 정보모델 표준 구성을 위한 기초모델로 활용하게 된다. 이는 도로분야 BIM지침 및 가이드라인 개발을 위해 발주처에서 납품받는 성과품의 신규 납품목록 구성을 위해 활용될 수 있다.
즉, 동일한 단면을 가지는 개별형상들이 결합하여 구간형상을 구성하고, 이러한 구간형상들이 결합하여 구간 전체의 형상을 표현하는 방식으로써 상위레벨에서 하위레벨의 정보들을 참조, 취합하여 형상을 구성할 수 있도록 하였다. 이와 같이 구분을 위한 기준 정보로서 형상구성요소별로 공간정보와 위치정보를 포함한다.
도로에서 횡단면 구성요소들의 형상분류는 ‘도로의 구조·시설기준에 관한 규칙’[8], ‘도로설계기준’[7], ‘도로설계편람’[6]을 기초하여 Table 1과 같이 형상요소, 형상의 종류 및 설계지침 등으로 구성하였다. 특히 본 연구에서는 횡단면의 구성요소에 도로 선형단면과 토공부 단면을 모두 포함하지 않고, 도로의 선형과 토공의 형상을 구분할 수 있도록 도로 횡단면을 노면의 구성요소로 한정하였다. 이러한 이유는 도로선형과 토공 업무에서 사용하는 정보의 종류가 상이함으로 형상을 구분하여 설계정보를 관리하는 것이 효과적일 것으로 판단하였기 때문이다.
이러한 선형과 횡단면의 구성요소는 상기에 참조된 정보를 기반으로 형상정보를 추출하고 있으며, 관련 설계정보를 참조하여 공통된 단면요소를 추출한다. 평면선형과 종단선형은 일반적으로 동일한 형상요소를 구성하므로 기하정보의 표현에 중점을 두고 분석한다. 특히 도로를 구성하는 절·성토 구간의 토공부분은 도로의 기하구조 항목에 포함되지 않으므로 연구에서 제외한다.
대상 데이터
연구에서 구성하는 도로의 형상분류는 국도건설공사를 대상으로 하고 있으며, 형상분류의 범위는 도로형상의 3차원 설계모델의 생성과 이를 통해 설계정보의 납품을 위한 형상요소 추출을 범위로 한다. Fig.
전자의 세 항목은 주로 도로구조의 세부시설 및 부위형상 요소를 도출하고 후자의 마지막은 주로 각 형상별 주요한 특성항목인 속성을 도출한다. 이러한 자료를 기반으로 작성된 도로공학원론[10]과 최신도로공학[11] 교재를 참조하였다.
이론/모형
도로시설의 구성요소는 주로 선형적 관계를 갖는 횡단면 구조를 결정하는 단면 형상요소와 공장제작을 통해 설치가 가능한 객체 형상요소의 두 가지로 구분할 수 있다. 도로의 설계정보는 국토교통부에서 발간한 도로설계편람[6], 도로설계기준[7], 도로의 구조 및 시설기준에 관한 규칙[8] 및 도로공사 표준시방서[9]를 참조한다. 전자의 세 항목은 주로 도로구조의 세부시설 및 부위형상 요소를 도출하고 후자의 마지막은 주로 각 형상별 주요한 특성항목인 속성을 도출한다.
후속연구
그런 다음 도로분야 설계도서인 기준·요령·편람 등을 분석하여 도로선형의 기하구조 요소를 도출하여 상세 형상을 분류한다. 그리고 향후 IFC의 IfcCivilElement 확장에 활용될 수 있도록 도로선형의 형상구성 IFC Entity를 도출한다.
횡단면 형상모델은 사용자가 차로, 중앙분리대 등의 횡단면 구성요소들을 부분적으로 선택하고, 이들에 관한 공간정보 및 위치정보를 입력하여 구성할 수 있는데, 횡단면 구성요소별 형상타입을 우선 결정함으로써 횡단면 구성요소들의 공간정보와 위치정보는 각각의 형상타입에 따라 다르게 적용될 수 있다. 기본적인 기하구조형상을 따르되 1차적으로 확장된 도로 구성요소를 참조하므로 향후 추가되는 Entity의 경우 검증을 과정을 통해 신규 적용이 가능할 것이다.
이를 통해 도로의 종·횡단 선형과의 연계를 갖도록 형상간의 참조체계를 구축할 수 있다. 이는 향후 도로시설에 대한 형상정보모델의 개발시 최근 표준으로 등록된 IFC4[5]를 기반으로 다양한 유스케이스에 따라 도로분야뿐만 아니라 교량이나 터널 등에 대한 추가 Entity 확장을 위한 기반정보로 활용될 수 있다.
본 연구는 국내의 도로설계 요소에 적합하도록 표준 기하구조를 기준으로 정의하고 있으나, 국제 표준으로서의 수준을 갖기 위해서는 해외에서 참조하고 있는 표준화된 도로 기하구조의 반영이 요구된다. 향후 형상정보모델 표준인 IFC4를 토대로 새로운 토목 구조물의 형상정보모델을 신속하게 확장할 수 있는 기초정보로 활용될 것으로 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
중앙분리대란?
2) 중앙분리대: 중앙분리대는 안전하고 차량의 원활한 교통 확보를 위해 차로의 통행방향별 분리와 측방 여유를 확보하기 위한 시설로서 도로의 중앙부에 설치된다. 이는 분리대와 측대로 구성되고 분리대의 폭은 측방여유폭과 시설대폭을 고려하여 결정되며, 측대는 설계속도에 따라 결정된다.
차로은 어떻게 구성되어 있는가?
1) 차도: 차도는 차량의 통행이 직접적으로 이루어지는 부분으로 차로들로 구성되며, 그 기능에 따라 차로의 형태가 구분된다. 차로는 차로수와 차로폭 요소로 구성된다. 차로수는 도로의 구분 및 기능, 지형상황, 설계시간 교통량, 설계 서비스 수준 및 차로수 등을 고려하여 결정된다.
도로분야와 토목분야에서 BIM를 확산, 개발 도입하려는 이유는?
그러나 도로는 일부 설계 소프트웨어 개발사나 유럽 및 일본들이 자체적인 도로정보모델을 요구하고 있으나 이는 국제 표준을 통한 통합된 상호 운용성 확보에 제약이 있다. 특히 국내에서는 과거 2D도면 표준을 위한 STEP(Standard for the Exchange of Product Model Data)기반의 도면교환표준을 개발한 바 있으나 3차원 모델의 형상표준 개발은 선진국에 비해 상당부분 뒤쳐져 있는 것이 현실이다.
참고문헌 (11)
Kim, B. G., Integration of a 3-D bridge model and structured information of engineering documents. Ph. D. Dissertation, Yonsei University, 2010
Yabuki, N., Azumaya, Y., Akiyama, M., Kawanai, Y., and Miya, T., Fundamental study on development of a shield tunnel product model. Journal of applied computing in civil engineering 16. pp. 261-268, 2007
Park, J. N., Development of an information model based on IFC for NATM tunnel structures, Master's Thesis, Yonsei University, 2008
Arthaud, G. and Lebegue, E., IFC-Bridge V2 data model-Edition R7. IAI, 2007
buildingSMART International [Internet]. IFC4 release summary, Available From: http://www.buildingsmart-tech.org/, 2013
Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, Road Design Handbook, 2012
Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, Road Design Standard, 2012
Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, Protocol for Structure and Facility Standard of Road. 2012
Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, Standard Specifications for Road, 2009
Min, W, Principles of Road Engineering, Kumi Publishers, 2011
Kwon, H. J. and Jin, M. S., The latest Road Engineering, Kimundang Publishers, 2011
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