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문제 정의
- , 2012). 따라서 본 연구에서는 모듈러 교각에 대한 정보 모델 구축 절차를 단계별로 체계적으로 분석하여 문제점을 해결함으로써 향상된 정보모델 구축 프로세스를 제시하였다. 프로세스 구축을 위하여 IDEF(Integration Definition)의 IDEFΦ 기능 모델링 방법(Fuction Modeling Method)을 활용하였다.
- 본 연구에서는 모듈러 교량의 교각을 대상으로 BIM 기반의 정보모델을 구축하고 설계단계에서 활용 가능한 인터페이스 모듈을 개발하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 연구에서는 설계 단계에서 3D 모델 간의 정보 교환을 원활하게 수행하고 3D 모델 라이브러리를 활용하여 모델 정보를 지속적으로 관리할 수 있는 인터페이스 모듈 개발을 목표로 하였다. Figure 1과 같이 3D 모델 라이브러리 구축을 위하여 프로세스를 세분화하였으며 형상, 속성, 조합정보를 정의하고 파라메트릭 모델을 생성하였다.
- 최종적으로 Pilot Test를 통해 전체 시스템을 검증하고 보완하였다. 이를 통해 모듈러 교각의 표준화와 품질을 향상시키고, 효율적인 의사소통을 통해 설계 업무 프로세스의 효율성을 높이고자 하였다.
제안 방법
- (1) 정보 모델 구축을 위하여 3차원 형상 변수들을 정의하고 변수들의 구속조건을 부여하여 입력 값을 최소화하였다. 이를 통하여 3차원 파라메트릭 모델을 생성하였으며, 생성된 모델의 속성과 조합관계를 정의하고 최종적으로 다양한 프로젝트에 활용 가능한 모델 라이브러리를 구축하였다.
- 3.2절에서 정의한 PBS와 LOD를 바탕으로 부재별 형상 정보를 정의하였다. 형상 변수는 크게 독립변수와 종속변수로 구분하였으며, 독립변수는 입력된 값을 독립적으로 받아들여 형상을 구속하고 종속변수는 다른 변수와 연관되어 일정한 관계식에 구속된다.
- 본 연구에서는 설계 단계에서 3D 모델 간의 정보 교환을 원활하게 수행하고 3D 모델 라이브러리를 활용하여 모델 정보를 지속적으로 관리할 수 있는 인터페이스 모듈 개발을 목표로 하였다. Figure 1과 같이 3D 모델 라이브러리 구축을 위하여 프로세스를 세분화하였으며 형상, 속성, 조합정보를 정의하고 파라메트릭 모델을 생성하였다. 생성된 파라메트릭 모델을 통하여 Part 모델의 라이브러리를 구축하였다.
- 속성 정보는 level, 재료, 강도, 물량 등으로 정의하였다. PBS를 바탕으로 level을 결정하였으며 철근을 추가하였다. 재료는 크게 콘크리트, 강재, 철근으로 나누고 각각의 특성을 고려하여 분류하였다.
- Figure 14와 같이 라이브러리의 모델을 Interface Module을 통해 Import하여 3D 조합모델을 생성하였으며 조합 모델의 Parameter 와 x, y, z 좌표 데이터를 활용하여 Figure 15와 같이 도면과 물량을 산출하였다. Pilot Test를 통하여 정보 교환의 정확도와 활용성을 확인하였으며 형상 정보 간 DB 연동성을 점검하였다.
- (2) 정보 모델 인터페이스 모듈 개발을 통하여 Excel, AutoCAD, Microstation 등의 이종 소프트웨어와 데이터 교환이 가능케 하였다. 데이터 교환뿐만 아니라 설계에 필요한 단계를 포함하는 모듈을 개발하여 교각 전체 모델을 생성하였으며, 단면검토, 도면, 물량산출 기능을 추가하여 활용성을 높였다.
- BIM기반 정보 모델의 핵심은 정보의 저장, 관리, 활용에 있다. 따라서 본 연구에서는 Database를 활용하여 인터페이스 모듈에서 생성되는 형상, 속성, 기하학적 위치 데이터 등을 DB에 저장하여 프로젝트 참여자 누구나 쉽게 확인할 수 있고, 설계와 제작단계에서 재사용이 가능하도록 통합 DB를 구축하였다(Kim et al., 2014). 하부구조의 DB는 사용자의 활용과 관리가 쉽고, Microstation과 호환성이 좋은 Microsoft사의 MS Access를 이용하였다.
- 따라서 PBS(Product Breakdown Structure) 정의를 통하여 구조물을 구성하는 부품들을 Tree 구조 형식으로 세분화하고 부품간의 모자관계(Parent-Child Relationship)를 정의하였다. 또한 3D 모델의 활용 정도에 따라 포함된 정보의 수준을 명확하게 하기 위하여 정보의 상세 수준을 나타내는 LOD(Level of Development)를 고려하여 모델링하였다.
- 모듈러 교각의 분류는 Figure 4에서 정의한 바와 같이 Module, Sub Module, Part, Component level로 세분화 하였으며 각각의 표준 모듈 분류체계는 구조성능, 조합관계 등을 고려하여 정의하였다. 또한 LOD는 AIA Document E202-2012 기준을 바탕으로 Figure 5와 같이 LOD 300 수준까지 활용되도록 정의하였으며, 모듈러 교각의 정보 모델을 형상, 속성, 조합, 개략적인 비용을 포함하는 수준으로 구축하였다.
- 인터페이스 모듈은 Microstation V8i의 VBA를 활용하여 개발되었으며, 기본 설계 단계에서 활용 가능하도록 Figure 11(a)와 같이 인터페이스를 구성하였다. 또한 설계단계에서 필요한 교량 기본 정보와 3D 조합 모델을 생성할 수 있으며, 생성된 모델의 형상 데이터를 바탕으로 부분적으로 단면 검토가 가능하도록 하였다. 최종적으로 생성된 모듈의 도면을 자동으로 추출하는 기능을 포함하고 있다.
- 재료는 크게 콘크리트, 강재, 철근으로 나누고 각각의 특성을 고려하여 분류하였다. 또한 앞서 정의한 형상 변수를 통하여 물량 산출식을 결정하였다. 이러한 변수 정의와 계산식을 통하여 설계된 재원에 따라 수량을 산출하고 별도의 절차 없이 간단하게 물량을 확인할 수 있게 하였다.
- 이러한 프로세스 분석을 통하여 정보의 누락과 조직적, 절차적 오류를 찾아 수정하였으며, 정보 모델 구축 전체 흐름을 쉽게 확인할 수 있었다. 또한 하나의 기능을 수행하기 위하여 요구되는 소프트웨어, 정보, 기준 등을 명확하게 제시하였다.
- 대상 구조물은 프리캐스트 콘크리트 모듈러 교량의 높이 15m의 모듈러 교각이다. 먼저 모듈 라이브러리 인터페이스를 통해 필요한 교각 모듈을 부재별로 생성하였으며, 이를 활용하여 15m 높이 교각의 조합 모델을 생성하였다. Figure 14와 같이 라이브러리의 모델을 Interface Module을 통해 Import하여 3D 조합모델을 생성하였으며 조합 모델의 Parameter 와 x, y, z 좌표 데이터를 활용하여 Figure 15와 같이 도면과 물량을 산출하였다.
- 모듈러 교각의 분류는 Figure 4에서 정의한 바와 같이 Module, Sub Module, Part, Component level로 세분화 하였으며 각각의 표준 모듈 분류체계는 구조성능, 조합관계 등을 고려하여 정의하였다. 또한 LOD는 AIA Document E202-2012 기준을 바탕으로 Figure 5와 같이 LOD 300 수준까지 활용되도록 정의하였으며, 모듈러 교각의 정보 모델을 형상, 속성, 조합, 개략적인 비용을 포함하는 수준으로 구축하였다.
- 명명 순서는 PBS를 기준으로 ‘Module_Sub-Module_Part&Component_Variable(Type)’ 순서로 변수 이름을 결정하였다. 모든 부재들의 변수를 정의하였으며, 변수를 최소화하기 위하여 상관관계를 도출하였다.
- Figure 1과 같이 3D 모델 라이브러리 구축을 위하여 프로세스를 세분화하였으며 형상, 속성, 조합정보를 정의하고 파라메트릭 모델을 생성하였다. 생성된 파라메트릭 모델을 통하여 Part 모델의 라이브러리를 구축하였다. 인터페이스 모듈 개발을 위하여 데이터 변환 범위를 선정하고 모듈을 설계하였으며 Microstation의 VBA(Visual Basic Application)를 활용하여 사용자가 쉽게 모듈을 이용할 수 있도록 UI(User Interface)를 개발하였다.
- 또한 앞서 정의한 형상 변수를 통하여 물량 산출식을 결정하였다. 이러한 변수 정의와 계산식을 통하여 설계된 재원에 따라 수량을 산출하고 별도의 절차 없이 간단하게 물량을 확인할 수 있게 하였다.
- 정보 모델 인터페이스는 Part 모델 라이브러리의 3D 모델을 인터페이스를 통하여 Microstation으로 불러오고 모델의 정보들은 다시 Excel, AutoCAD에 활용될 수 있는 데이터로 변환하는 역할을 한다. 이러한 정보 흐름을 바탕으로 사용자가 쉽게 프로그램을 사용할 수 있도록 GUI기반으로 인터페이스를 개발하였다.
- (1) 정보 모델 구축을 위하여 3차원 형상 변수들을 정의하고 변수들의 구속조건을 부여하여 입력 값을 최소화하였다. 이를 통하여 3차원 파라메트릭 모델을 생성하였으며, 생성된 모델의 속성과 조합관계를 정의하고 최종적으로 다양한 프로젝트에 활용 가능한 모델 라이브러리를 구축하였다.
- 생성된 파라메트릭 모델을 통하여 Part 모델의 라이브러리를 구축하였다. 인터페이스 모듈 개발을 위하여 데이터 변환 범위를 선정하고 모듈을 설계하였으며 Microstation의 VBA(Visual Basic Application)를 활용하여 사용자가 쉽게 모듈을 이용할 수 있도록 UI(User Interface)를 개발하였다. 인터페이스 모듈은 4단계에 거쳐 전체 조합 모듈을 생성하고 데이터 교환이 가능하도록 하였으며 DB 라이브러리 구축을 통하여 정보를 생성, 저장 할 수 있게 하였다.
- 인터페이스 모듈 개발을 위하여 데이터 변환 범위를 선정하고 모듈을 설계하였으며 Microstation의 VBA(Visual Basic Application)를 활용하여 사용자가 쉽게 모듈을 이용할 수 있도록 UI(User Interface)를 개발하였다. 인터페이스 모듈은 4단계에 거쳐 전체 조합 모듈을 생성하고 데이터 교환이 가능하도록 하였으며 DB 라이브러리 구축을 통하여 정보를 생성, 저장 할 수 있게 하였다. 최종적으로 Pilot Test를 통해 전체 시스템을 검증하고 보완하였다.
- PBS를 바탕으로 level을 결정하였으며 철근을 추가하였다. 재료는 크게 콘크리트, 강재, 철근으로 나누고 각각의 특성을 고려하여 분류하였다. 또한 앞서 정의한 형상 변수를 통하여 물량 산출식을 결정하였다.
- 인터페이스 모듈은 4단계에 거쳐 전체 조합 모듈을 생성하고 데이터 교환이 가능하도록 하였으며 DB 라이브러리 구축을 통하여 정보를 생성, 저장 할 수 있게 하였다. 최종적으로 Pilot Test를 통해 전체 시스템을 검증하고 보완하였다. 이를 통해 모듈러 교각의 표준화와 품질을 향상시키고, 효율적인 의사소통을 통해 설계 업무 프로세스의 효율성을 높이고자 하였다.
- 최종적으로 구축된 정보 모델 인터페이스 모듈을 Pilot Test를 통하여 검증하였다. 대상 구조물은 프리캐스트 콘크리트 모듈러 교량의 높이 15m의 모듈러 교각이다.
- 하부구조의 조합 모델을 구축하기 위하여 우선 Sub-module별 조합관계를 정의하였다. Figure 7(a)는 Coping 모듈의 조합 관계를 나타낸 것으로 Wing left, Wing Right, Middle, Connect, Pipe Vertical, Anchor 요소의 조합을 나타내고 있다.
대상 데이터
- 최종적으로 구축된 정보 모델 인터페이스 모듈을 Pilot Test를 통하여 검증하였다. 대상 구조물은 프리캐스트 콘크리트 모듈러 교량의 높이 15m의 모듈러 교각이다. 먼저 모듈 라이브러리 인터페이스를 통해 필요한 교각 모듈을 부재별로 생성하였으며, 이를 활용하여 15m 높이 교각의 조합 모델을 생성하였다.
- , 2014). 하부구조의 DB는 사용자의 활용과 관리가 쉽고, Microstation과 호환성이 좋은 Microsoft사의 MS Access를 이용하였다. Figure 12와 같이 인터페이스 모듈에서 생성된 기하학적 위치 데이터는 ASCII파일 형태로 변환하여 DB에 저장된다.
이론/모형
- 프로세스 구축을 위하여 IDEF(Integration Definition)의 IDEFΦ 기능 모델링 방법(Fuction Modeling Method)을 활용하였다.
성능/효과
- (2) 정보 모델 인터페이스 모듈 개발을 통하여 Excel, AutoCAD, Microstation 등의 이종 소프트웨어와 데이터 교환이 가능케 하였다. 데이터 교환뿐만 아니라 설계에 필요한 단계를 포함하는 모듈을 개발하여 교각 전체 모델을 생성하였으며, 단면검토, 도면, 물량산출 기능을 추가하여 활용성을 높였다.
- (3) 통합 Database 구축을 통하여 정보들을 저장, 관리하고 이력을 확인할 수 있었으며 데이터의 중복을 최소화하고 일관성을 확보할 수 있었다. 또한 데이터의 통합 관리를 통하여 설계뿐만 아니라 시공과 유지관리 단계에서 활용 가능할 것으로 사료된다.
- 각각의 Activity 들은 하위 단계로 세분화하였으며 총 3단계의 계층구조로 나누었다. 이러한 프로세스 분석을 통하여 정보의 누락과 조직적, 절차적 오류를 찾아 수정하였으며, 정보 모델 구축 전체 흐름을 쉽게 확인할 수 있었다. 또한 하나의 기능을 수행하기 위하여 요구되는 소프트웨어, 정보, 기준 등을 명확하게 제시하였다.
후속연구
- (4) 본 연구를 통하여 향후 시공과 유지관리 단계에서 활용 가능한 정보 모델 인터페이스 모듈을 개발할 수 있는 기반을 마련하였다.
- (3) 통합 Database 구축을 통하여 정보들을 저장, 관리하고 이력을 확인할 수 있었으며 데이터의 중복을 최소화하고 일관성을 확보할 수 있었다. 또한 데이터의 통합 관리를 통하여 설계뿐만 아니라 시공과 유지관리 단계에서 활용 가능할 것으로 사료된다.
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