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건축 MEP 역설계 지침을 위한 라이다 기반 포인트 클라우드 데이터 자료 구조 및 프로세스 기초 연구
A Basic Study on Data Structure and Process of Point Cloud based on Terrestrial LiDAR for Guideline of Reverse Engineering of Architectural MEP 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.16 no.8, 2015년, pp.5695 - 5706  

김지은 (한국건설기술연구원 ICT융합연구소) ,  박상철 (디솔루션스) ,  강태욱 (한국건설기술연구원 ICT융합연구소)

초록
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최근 국내외 건설 분야에서 건축물 리노베이션 및 유지보수를 위한 BIM 적용이 활발해지는 추세이나, 상당수 기존 건축물이 현 상태를 반영하지 않은 2D 도면을 보유함에 따라 이를 바탕으로 한 BIM 모델 작성이 어려운 상황이다. 따라서 본 연구는 역설계 기술을 활용하고자, 건축 MEP 역설계 지침을 위한 포인트 클라우드 데이터 관련 데이터 구조 및 프로세스를 분석하고, 역설계 지침을 위한 고려사항을 도출하였다. 국내 시장에서 3차원 스캐닝 기술의 활발한 적용을 위해, 프로젝트 수행 초기 단계인 지상 라이다를 이용한 현장에 대한 데이터 취득, 취득 단계에서 얻은 포인트 클라우드 데이터의 기초 처리 및 프로세스 분석에 대해 연구 목적을 두고 있다.

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Recently adoption of BIM technology for building renovation and remodeling has been increased in construction industry. However most buildings have trouble in 2D drawing-based BIM modeling, because 2D drawings have not been updated real situations continually. Applying reverse engineering, this stud...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문은 건축 MEP 역설계 지침을 위한 지상 라이다 기반 포인트 클라우드 데이터 구조 및 프로세스 연구를 위해 건축 역설계를 위한 효과적 3차원 스캐닝 기술 관련 선행연구를 조사․분석하였다.
  • 상기 연구들은 최근 국내에서 이슈가 되기 시작한 건축물 역설계 진행 시 수반되는 3차원 스캐닝 기술의 문제점 개선 및 획득한 데이터의 다양한 효율적 활용기술에 대해 대부분 초점을 맞추고 있다. 본 연구는 국내 환경을 고려한 건축 MEP 역설계 지침을 개발하고자, 기반의 라이다 기반 포인트 클라우드 데이터의 구조분석을 시작으로 데이터 후처리 프로세스, 이를 통한 건축 MEP객체 모델링까지의 전 과정을 살펴보고 향후 역설계 가이드라인을 수립하고자 한다.
  • 국내 시장에서 3차원 스캐닝 기술의 활발한 적용을 위해서는 기존 건축물에 대한 As-Is BIM 모델 작성 및 특히 건축 MEP 분야에서의 역설계 지침 개발이 요구된다. 본 연구는 이를 위한 기반으로, 프로젝트 수행 초기 단계인 지상 라이다를 이용한 현장에 대한 데이터 취득, 취득 단계에서 얻은 포인트 클라우드 데이터의 기초 처리 및 프로세스 분석에 대해 연구 목적을 두고 있다.
  • 본 연구를 통해 건축 MEP 역설계를 위한 지상 라이다 기반 포인트 클라우드 데이터 처리와 관련하여, 데이터 취득과 기초 데이터 처리 부분에 대해 기술의 적정성을 확인하였다. 포인트 클라우드로부터 형상정보를 추출하여 모델링 데이터로 변환하는 과정에는 다양한 변수가 존재하기 때문에, 스캐닝 대상물의 복잡성에 따른 적절한 스캐닝 시간을 설정하고, 특히 용량 측면에서 기초 처리에 노이즈 제거를 통해 원활한 작업 환경을 구축하는 것이 중요하다.
  • 본 연구에서는 해외에서 활발하게 적용중인 지상 라이다를 이용한 BIM 기반 건축 MEP 역설계 분야의 적용 방법에 대해 살펴보고, 이를 지상 라이다에 의한 데이터 수집 단계, 수집된 포인트 클라우드 데이터를 이용하여 모델링을 위한 데이터로 처리하는 단계로 나누어 각 단계별 세부 업무 분야와 세부 업무 분야의 수행 시 발생 가능한 문제점 및 이의 해결방법에 대해 고찰해 보았다.
  • 본 연구의 목적은 건축 MEP 역설계 지침을 위한 포인트 클라우드 데이터 관련 데이터 구조 및 프로세스를 분석하고, 역설계 지침을 위한 고려사항을 도출하는 것이다. 이를 위해서, 해외에서 활발하게 적용중인 지상 라이다를 이용한 BIM 기술을 건축 MEP 역설계 분야로의 적용 방법에 대해 살펴보고 이를 지상 라이다에 의한 데이터 수집 단계, 수집된 포인트 클라우드 데이터를 이용하여 모델링을 위한 데이터로 처리하는 단계로 나누어 각 단계별 세부 업무 분야와 세부 업무 분야의 수행 시 발생 가능한 문제점 및 이의 해결방법에 대해 고찰해 보았다.
  • 본 절에서는 지상 라이다를 이용하여 데이터 취득을 실시하고 이에 대한 후처리를 실시하며 발생 가능한 문제와 이에 대한 해결 방법에 대해 고찰하였다.
  • 포인트 클라우드 데이터의 후처리는 지상 라이다로부터 취득된 데이터를 처리하여 이후 처리 작업에 원활하게 사용할 수 있도록 하는 것이 목적이다. 따라서 후처리 과정은 프로젝트의 목적에 맞추어 실시되어야 하며 최적화된 데이터를 도출 하여 이후 처리 과정에 투입될 인원 및 자원을 최소화 하는데 목적을 두고 실시되어야 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
BIM 적용을 위해 건축물의 3D 도면이 필요한데, 2D 기반의 도면이 대다수라는 문제를 해결하기 위해 선진국에서는 어떤 노력을 하고 있는가? 선진국에서는 이러한 문제 해결을 위해 3차원 스캐닝 기술을 적용한 기존 건축물의 As-Is 3D 모델 구축이 보급되고 있으며, 미국 GSA 등에서는 3D Image scan 지침을 만들어, 역설계 관련 기술 및 프로세스를 보급하기 위해 노력하고 있다[1]. 하지만, 국내는 아직까지 이와 관련된 공식적인 지침이나 기술에 대한 자세한 설명 등이 부재하여, 기술 적용 시 실무적 어려움이 존재한다.
포인트 클라우드 데이터의 후처리를 하는 목적은 무엇인가? 포인트 클라우드 데이터의 후처리는 지상 라이다로부터 취득된 데이터를 처리하여 이후 처리 작업에 원활하게 사용할 수 있도록 하는 것이 목적이다. 따라서 후처리 과정은 프로젝트의 목적에 맞추어 실시되어야 하며 최적화된 데이터를 도출 하여 이후 처리 과정에 투입될 인원 및 자원을 최소화 하는데 목적을 두고 실시되어야 한다.
최근 건축 시장에서 새로운 관심사로 떠오르는 것은 무엇인가? 최근 지속되는 국내 건설 경기의 지속적인 불황으로 건축 시장에서 신축물량은 지속적으로 감소함에 따라 기존 건축물에 대한 리노베이션 및 유지보수에 대한 관심이 증가하고 있다. 이러한 경향은 단순히 신축 시장의 축소에만 기인하지 않으며 미국 등 주요 선진국처럼 리노베이션 관련한 시장의 증가율이 신축 건설 시장의 성장률을 넘어서는 경향과도 일치하는 것이다.
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참고문헌 (14)

  1. GSA, https://sites.google.com/site/bimprinciple/inthe- news/gsabimguidefor3dimaging, 2014. 

  2. S. S. Lee and S. W. Kwon, "A study on optimal laser scanning method for reverse engineering at interior remodeling project", Journal of Korea Institute of Construction Engineering and Management, Vol.15, No.3, pp.3-11, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.6106/KJCEM.2014.15.3.003 

  3. M. N. Lee, A study on scan data matching for reverse engineering for pipes in plant construction, Master thesis, SungKyunKwan University, 2013. 

  4. T. W. Kang, "System Architecture for Effective Point Cloud-based Reverse Engineering of Architectural MEP Pipe Object", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol.15, No.9, pp.5870-5876, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2014.15.9.5870 

  5. J. H. Yoo, A study on reverse design of wooden architectural heritage using terrestrial LiDAR, Master thesis, CheongJu University, 2013. 

  6. H. S. Cho, H. G. Sohn, J. S. Kim and S. K. Lee, "Tunnel Reverse Engineering Using Terrestrial LiDAR", Journal of Korea Society of Civil Engineering, Vol28, No.6D, pp.931-936, 2008. 

  7. J. H. Jeong and H. Joon, "A study of productive indoor structure modeling with point cloud data", Proc. of Korea Institute of Construction Engineering and Managemen, pp.355-356, 2013. 

  8. Y. J. Noh, N. W. Kim, K. B. Yun, K. H. Jung, D. W. Kang and K. D. Kim, "An automatic extraction algorithm of structure boundary from terrestrial LIDAR data", Journal of the institute of electronics and information engineers, Vol.46, No.1, pp.7-15, 2009. 

  9. J. S. Yoon, M. Sagong, J. S. Lee and K. S. Lee, "A detection algorithm for the installations and damages on a tunnel liner using the laser scanning data", Journal of Korea tunnelling and underground space association, Vol.9, No.1, pp.19-28, 2007. 

  10. Leica geo-systems 

  11. Daniel Huber, "The ASTM E57 File Format for 3D Imaging Data Exchange," Proc. of he SPIE, Electronics Imaging Science and Technology Conference (IS&T), 3D Imaging Metrology, Vol.7864A, pp.3-8, January, 2011. DOI: http://dx.doi.org/10.1117/2.1201012.003416 

  12. American Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ASPRS), 

  13. M. Levoy, K. Pulli, B. Curless, S. Rusinkiewicz, D. Koller, L. Pereira, M. Ginzton, S. Anderson, J. Davis, J.Ginsberg, J. Shade, and D. Fulk, "The Digital Michelangelo Project: 3D Scanning of Large Statues", Proc. of ACM SIGGRAPH, pp. 131-144, 2000. DOI: http://dx.doi.org/10.1145/344779.344849 

  14. Leica P20 & Cyclone User Manual, D Solutions Co,. Ltd, 2014. 

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