[논문]오픈 소스 BIM서버를 활용한 비용 효과적인 GIS기반 BIM 객체 가시화 시스템 아키텍처 설계

강태욱; 홍창희

doi:10.12672/ksis.2014.22.1.045

오픈 소스 BIM서버를 활용한 비용 효과적인 GIS기반 BIM 객체 가시화 시스템 아키텍처 설계
GIS-based BIM Object Visualization System Architecture Design using Open source BIM Server Cost-Effectively 원문보기

한국공간정보학회지 = Journal of Korea Spatial Information Society, v.22 no.1, 2014년, pp.45 - 53

강태욱 (ICT Lab, Korea Institute of Construction Technology) , 홍창희 (ICT Lab, Korea Institute of Construction Technology)

초록
AI-Helper

본 연구의 목적은 오픈소스 BIM서버를 활용해 GIS(Geographic Information System)기반으로 BIM(Building Information Modeling)객체를 가시화하는 비용 효과적인 시스템 아키텍처를 디자인하는 것이다. 최근 세계적으로 GIS와 BIM을 기반으로 시설물 관리 등을 효과적으로 구현하기 위한 연구가 진행되고 있다. 관련 연구에서 GIS와 같은 이기종 시스템과 연계가 가능한 BIM서버가 개발될 필요성이 부각되고 있다. 이런 관점에서 오픈소스 BIM서버는 비용 및 유지보수성 측면에서 효과적인 대안이 될 수 있다. 본 연구는 오픈소스 BIM서버를 활용한 GIS기반 BIM객체 가시화 시스템의 아키텍처를 디자인한다. 이를 구현하기 위해 BIM서버 관련 연구 동향을 분석하고, 최근 해외에서 활용되기 시작한 오픈소스 기반 BIM서버인 bimServer의 구조를 분석한다. BIM서버에 저장된 BIM객체의 데이터인 형상 및 속성을 GIS 상에 가시화할 수 있는 방안을 도출하고 아키텍처를 제안한다. 마지막으로 제안된 아키텍처의 적용성을 보이기 위해 시스템을 구현하고 결과를 도출한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to design the GIS (Geographic Information System)-based BIM (Building Information Modeling) Objects Visualization System (OVS) Architecture by using Open source BIM Server Cost-Effectively. Recently, the studies related to the facility management using GIS and BIM are being researched world-widely. In this studies, it's important to develop the BIM Server to link the heterogeneous system such as GIS and represent GIS-based BIM objects. To implement it, the trends in related studies were reviewed and the open source-based BIM server architecture was analyzed. And then the architecture considering the BIM server was designed to represent the geometry and property of the BIM object which was stored in BIM server. Lastly, the system by using the proposed architecture was developed.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

디자인된 아키텍처를 바탕으로 GIS-based BIM OVS를 개발해 적용성을 시험해 보았다. GIS클라이언트는 WWJ(World Wind Java)를 활용하였으며 오픈소스 bimServer를 활용해 BIM객체들을 관리하도록 하였다.
본 연구 목적은 오픈소스 기반 BIM서버를 이기종 GIS 클라이언트 시스템과 연계해 GIS기반 BIM객체 가시화 시스템을 개발하는 것이다. 본 연구에서는 최근 해외에서 활용되기 시작한 오픈소스 기반 BIM서버인 bimServer의 구조를 분석한 후 GIS와 연계하기 위한 아키텍처를 설계한다.
본 연구는 비용효과적인 GIS기반 BIM객체 가시화 시스템을 개발하기 위해 오픈소스 BIM서버를 효과적으로 연계하는 방법과 아키텍처를 제안하였다. 이를 위해 최근 해외에서 활용되기 시작한 오픈소스 기반 BIM서버인 bimServer의 구조를 분석하여 이를 아키텍처 설계에 활용하였으며, 아키텍처의 적용성을 확인하기 위해 GIS기반에 BIM객체를 가시화하는 시스템을 개발하고, 이를 통해 BIM객체가 BIM서버를 통해 GIS와 효과적으로 가시화되고 통합될 수 있음을 보였다.
본 연구에서는 오픈소스 BIM서버를 이용해 비용 효과적으로 GIS기반에 BIM객체를 가시화하는 방법과 시스템을 개발한다.
본 연구 목적은 오픈소스 기반 BIM서버를 이기종 GIS 클라이언트 시스템과 연계해 GIS기반 BIM객체 가시화 시스템을 개발하는 것이다. 본 연구에서는 최근 해외에서 활용되기 시작한 오픈소스 기반 BIM서버인 bimServer의 구조를 분석한 후 GIS와 연계하기 위한 아키텍처를 설계한다. 아키텍처의 적용성을 확인하기 위해 GIS기반에 BIM객체를 가시화하는 시스템을 개발한다.

제안 방법

4장에서 설계된 아키텍처를 바탕으로 개발된 BIM OVS의 메뉴를 통해 로드된 BIM건물 객체들을 가시화하고 속성정보를 질의해 보았다.
4장의 Figure 7에 정의된 유스케이스 시나리오를 테스트하기 위해 건축 구조 및 MEP(Mechanical, Electronic, Plumbing) 객체 모델이 포함된 IFC파일을 bimServer에 업로드하였다. 업로드 된 IFC파일은 객체에서 형상 정보는 경량화된 파일로 변환되어 서버에 저장된 후, GIS클라이언트 상에 가시화된다.
GIS클라이언트는 WWJ(World Wind Java)를 활용하였으며 오픈소스 bimServer를 활용해 BIM객체들을 관리하도록 하였다. BLF변환기는 OpenCASCADE를 활용해 개발하였다. bimServer로부터 최적화된 BIM객체의 형상들을 관리하기 위한 BLF Cache File DB는 별도로 개발하였다.
디자인된 아키텍처를 바탕으로 GIS-based BIM OVS를 개발해 적용성을 시험해 보았다. GIS클라이언트는 WWJ(World Wind Java)를 활용하였으며 오픈소스 bimServer를 활용해 BIM객체들을 관리하도록 하였다. BLF변환기는 OpenCASCADE를 활용해 개발하였다.
Figure 8은 이를 표현한 시퀀스 다이어그램이다. OptimizeBIMObject()함수를 호출하면 내부적으로 현재 등록된 bimServer의 객체들을 열거하고 각 객체에 포함된 B-Rep형상정보를 메쉬변환기를 이용해 메쉬를 생성한다. 본 연구에서 메쉬변환기는 오픈소스인 OpenCASCADE를 사용하였다.
이를 위해 최근 해외에서 활용되기 시작한 오픈소스 기반 BIM서버인 bimServer의 구조를 분석하여 이를 아키텍처 설계에 활용하였으며, 아키텍처의 적용성을 확인하기 위해 GIS기반에 BIM객체를 가시화하는 시스템을 개발하고, 이를 통해 BIM객체가 BIM서버를 통해 GIS와 효과적으로 가시화되고 통합될 수 있음을 보였다. 또한, 이를 바탕으로 BIM서버 개발자에 대한 설문 조사를 통해 BIM서버 개발 시 오픈 소스를 이용하지 않는 직접 개발 방식과 오픈 소스 기반 개발 방식과의 차이를 비교하여 시사점을 도출하였다.
본 장에서는 bimServer를 본 연구 목적에 맞게 활용하기 위하여 아키텍처를 분석한다. 아키텍처 분석 대상은 bimServer의 컴포넌트 프레임웍 구조, 웹서비스 구조, 프로젝트 관리 구조, 파일 호환성, 정보 질의 방법 등이다.
시스템 아키텍처는 UML(Unified Modeling Language)를 사용하여 활용 관점을 정의하기 위한 유스케이스(Use-case) 디자인, 처리 순서를 정의하기 위한 시퀀스(Sequence) 디자인, 시스템 구성요소를 정의하기 위한 컴포넌트(Component) 디자인 및 컴포넌트 내 객체와 관계를 정의하기 위한 클래스(Class) 디자인을 통해 시스템의 동적, 정적 아키텍처를 정의하도록 한다.
본 연구에서는 최근 해외에서 활용되기 시작한 오픈소스 기반 BIM서버인 bimServer의 구조를 분석한 후 GIS와 연계하기 위한 아키텍처를 설계한다. 아키텍처의 적용성을 확인하기 위해 GIS기반에 BIM객체를 가시화하는 시스템을 개발한다. 이를 통해 제안된 방법이 BIM객체 가시화를 위해 BIM서버가 비용 효과적으로 구현되어 활용될 수 있음을 보인다.
bimServer에 BIM객체를 등록한 후, BIM객체 최적화 유스케이스를 수행하기 위해, 형상을 경량화된 메쉬 파일 형식으로 변환한다. 액터가 정보를 질의할하면 bimServer의 웹서비스 기능을 이용해 객체 정보를 검색한다. BIM객체의 시각화는 형상과 속성 정보 시각화 유스케이스로 나뉘며, 형상은 앞서 경량화된 형상 메쉬파일을 이용하고 속성 정보는 bimServer의 질의 웹서비스를 이용해 처리한다.
오픈소스를 사용하지 않고 BIM서버를 구현할 때 노력과 오픈소스 기반 bimServer를 이용해 BIM서버를 구현할 때 비용 차이를 추정해 보기 위해 BIM서버 개발 경험이 있는 5년 이상의 중급 개발자를 대상으로 하여 5점 척도를 이용해 설문을 하였다. 다만, 현실적으로 BIM서버 개발 경험이 있는 개발자 표본수를 확보하기 어려워, 실제 설문에 참여한 개발자는 7명임을 밝힌다.
사용자가 시설물 관리의 목적으로 GIS클라이언트 상에서 BIM객체를 가시화하고 조작할 때 매번 각 객체의 형상을 메쉬 형태로 변환한다면 시스템 응답속도가 너무 떨어진다. 응답속도를 높이기 위해 BIM객체들을 최적화한다. 최적화를 위해 BIM객체의 형상 정보를 추출해 경량화된 메쉬 파일(BLF)로 저장한다.
국내 BIM서버에 관련된 연구로는 ORDB(Object Relationship Database)를 이용한 IFC(Industry Foundation Classes)모델 서버 개발을 통한 효율적인 BIM 데이터 교환에 대한 연구가 있다[5]. 이 연구에서는 데이터 공유 및 교환을 위해 IFC 스키마를 ORDB로 맵핑하여 BIM서버를 개발하였다. BIM서버 기반 BIM통합정보시스템 프레임워크에 관한 연구[1]에서는 협업이 가능하도록 BIM정보를 활용하기 위해 BIM서버를 고려한 프레임웍을 설계하고 개발하였다.
응답속도를 높이기 위해 BIM객체들을 최적화한다. 최적화를 위해 BIM객체의 형상 정보를 추출해 경량화된 메쉬 파일(BLF)로 저장한다. 이 BLF는 BIM객체를 쿼리하여 형상을 가시화할 때 사용한다.

대상 데이터

오픈소스를 사용하지 않고 BIM서버를 구현할 때 노력과 오픈소스 기반 bimServer를 이용해 BIM서버를 구현할 때 비용 차이를 추정해 보기 위해 BIM서버 개발 경험이 있는 5년 이상의 중급 개발자를 대상으로 하여 5점 척도를 이용해 설문을 하였다. 다만, 현실적으로 BIM서버 개발 경험이 있는 개발자 표본수를 확보하기 어려워, 실제 설문에 참여한 개발자는 7명임을 밝힌다. 설문 항목은 설계된 유스케이스를 구현하는데 필수적인 기능인 7개 기능을 Table 4와 같이 정의하였다.
본 장에서는 bimServer를 본 연구 목적에 맞게 활용하기 위하여 아키텍처를 분석한다. 아키텍처 분석 대상은 bimServer의 컴포넌트 프레임웍 구조, 웹서비스 구조, 프로젝트 관리 구조, 파일 호환성, 정보 질의 방법 등이다.

이론/모형

OptimizeBIMObject()함수를 호출하면 내부적으로 현재 등록된 bimServer의 객체들을 열거하고 각 객체에 포함된 B-Rep형상정보를 메쉬변환기를 이용해 메쉬를 생성한다. 본 연구에서 메쉬변환기는 오픈소스인 OpenCASCADE를 사용하였다.

성능/효과

두 개발 방식의 차이는 평균 1.4 차이로 나타났으며, 각 기능 별 평균 개발 기간이 약 3주가 차이나는 것을 의미한다. 이는 개발자가 BIM서버 개발 시 OD방식이 DD방식에 비해 상대적으로 개발 노력이 적다고 인식하는 것을 알 수 있다.
이는 개발자가 BIM서버 개발 시 OD방식이 DD방식에 비해 상대적으로 개발 노력이 적다고 인식하는 것을 알 수 있다. 또한, OD방식이 IFC파서 개발 시 효과가 가장 크고, 사용자 응용 목적에 따라 다를 수 있는 GUI 기능에 해당하는 F7은 효과가 1.0으로 낮음을 알 수 있다.
세 번째, OD방식은 DD방식에 비해 별도의 학습 시간이 필요하다. 대부분의 오픈소스는 상용 SW라이브러리에 비해 사용자 매뉴얼 등 관련 문서가 매우 부족하다.
본 연구는 비용효과적인 GIS기반 BIM객체 가시화 시스템을 개발하기 위해 오픈소스 BIM서버를 효과적으로 연계하는 방법과 아키텍처를 제안하였다. 이를 위해 최근 해외에서 활용되기 시작한 오픈소스 기반 BIM서버인 bimServer의 구조를 분석하여 이를 아키텍처 설계에 활용하였으며, 아키텍처의 적용성을 확인하기 위해 GIS기반에 BIM객체를 가시화하는 시스템을 개발하고, 이를 통해 BIM객체가 BIM서버를 통해 GIS와 효과적으로 가시화되고 통합될 수 있음을 보였다. 또한, 이를 바탕으로 BIM서버 개발자에 대한 설문 조사를 통해 BIM서버 개발 시 오픈 소스를 이용하지 않는 직접 개발 방식과 오픈 소스 기반 개발 방식과의 차이를 비교하여 시사점을 도출하였다.
Figure 11, 12는 IfcSlab와 IfcFlowSegment에 대한 객체와 속성정보가 GIS클라이언트 위에서 통합적으로 가시화된 모습을 보여준다. 통합된 가시화를 위해 활용한 컴포넌트는 오픈소스를 활용한 것으로 별도의 컴포넌트 구입비용은 없었으며, 개발에 들어간 노력은 오픈소스를 분석하고 설계한 유스케이스를 구현하는 데 필요한 사용자화(Customization) 비용뿐이었다.

후속연구

향후 제안된 아키텍처를 바탕으로 GIS에서 수만 개 이상의 대용량 BIM객체를 BIM서버에서 질의할 때 발생할 수 있는 성능 저하 문제를 확인하고 개선점을 연구할 계획이다. 본 연구에서 제안한 효과를 이를 바탕으로 도시 차원의 시설물 객체들을 BIM객체로 변환해 GIS상에서 실시간으로 객체를 가시화할 수 있는 효과적인 방법에 대해 연구할 계획이다.
아키텍처의 적용성을 확인하기 위해 GIS기반에 BIM객체를 가시화하는 시스템을 개발한다. 이를 통해 제안된 방법이 BIM객체 가시화를 위해 BIM서버가 비용 효과적으로 구현되어 활용될 수 있음을 보인다.
첫 번째, 응용 목적에 완벽히 부합하는 오픈소스를 찾기 어려우므로 좀 더 상세한 사용자화 비용 분석과정이 필요하다.
향후 제안된 아키텍처를 바탕으로 GIS에서 수만 개 이상의 대용량 BIM객체를 BIM서버에서 질의할 때 발생할 수 있는 성능 저하 문제를 확인하고 개선점을 연구할 계획이다. 본 연구에서 제안한 효과를 이를 바탕으로 도시 차원의 시설물 객체들을 BIM객체로 변환해 GIS상에서 실시간으로 객체를 가시화할 수 있는 효과적인 방법에 대해 연구할 계획이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	bimServer란?	bimServer[4]는 다중 사용자간 형상관리를 지원하는 오픈소스 기반 BIM 모델 협업 서버이다. 기본적으로 버클리 파일 DB(Database)상에서 동작하므로 일반적인 RDBMS(Relational Database Management System)에 비해 BIM파일을 등록하거나 인출하는 등의 연산속도가 빠르고 다양한 응용 도구와 연계를 할 수 있도록 웹서비스(Web service)를 지원한다.
	BIM서버 개발을 위한 필수적인 요구사항은 무엇인가?	BIM서버 개발을 위해서는 몇 가지 필수적인 요구사항을 만족해야 한다. BIM서버는 BIM객체를 보관 및 관리하고 클라이언트가 필요한 정보를 질의할 수 있는 기능을 포함해야 한다. 또한, 다중 사용자가 접속해 BIM객체에 대한 CRUD(Create, Read, Update, Delete)연산을 수행하였을 경우 Checkin, Checkout등을 통한 형상관리(Configuration Management)와 단위작업의 트랜잭션(Transaction)이 처리되어야 한다. 또한, GIS에서 수많은 BIM객체를 관리하고 표현하기 위해서는 적절한 질의 성능을 가지고 있어야 한다.
	bimServer의 역할은 무엇인가?	bimServer는 IFC파일을 데이터베이스로 관리할 수 있도록 지원해주는 오픈소스기반 BIM서버이다. bimServer는 BIM Data store로써 역할을 하며 협업 지원을 위한 형상관리 기능을 지원한다. 다양한 모델러 및 시스템과 연동을 위해 약 470개(1.

참고문헌 (10)

Cho, J. K; Kim Y. S; Mha Y. K, 2013, A Framework of Server-Based BIM System for Architectural Design firm, Korea Institute BIM Society, 3(2):10-19.

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El, M. R; Rezoug, M; Hijazi, Ihab, 2013, Integrating and Managing BIM in GIS, Software Review, International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, XL-2(W2):31-34.
Hwang, J. R; Kang, T. W; Hong, C. H; A Study on The Correlation Analysis Between IFC and CityGML for Efficient Utilization of Construction Data and GIS Data, Korea Spatial Information Society, 20(5):49-56.

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Jakob, B; Leon, V. B; Ruben, D. L; Pim, D. H, 2010, An open source IFC Model Server, Proceedings of the CIB, 27(78):1-8.
Jeong, J. Y, 2011, A study of efficient BIM data exchange and sharing, Yonsei University.
Kang, T. W; Hong, C. H; Hwang, J. R; Choi, H. S. 2012, The External BIM Reference Model Suggestion for Interoperability Between BIM and GIS, Korea Spatial Information Society, 20(5):91-98.

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Lee, G; Jeong, J. Y; Won, J. S; Cho, C. Y; You, S. J; Ham, S. I; Kang, H. S. 2014, Query Performance of the IFC Model Server Using an Object-Relational Database Approach and a Traditional Relational Database Approach, Journal of Computing in Civil Engineering, 28(2):210-222.

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Tomo C, 2011, A review and outlook for a Building Information Model(BIM): A multi-standpoint framework for technological development, Advanced Engineering Informatics, 25(2):224-244.

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Umit I, 2012, Design patterns for BIM-based service-oriented architectures, Automation in Construction, 25:59-71.

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Yoon, S. W; Kim, B. G; Choi, J. M; Gwon, S, W, 2013, A Prototype BIM Server based viewer for Cloud Computing BIM Services, Korea Society of Civil Engineers, 33(4):1719-1730

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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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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