Especially for resolving BIM data compatibility issue, as one of recently raised BIM technology issues, has also been improved by using open BIM, representatively using IFC (Industry Foundation Classes) format. As shown in many case studies, usefulness of BIM technology is increasing day by day, and...
Especially for resolving BIM data compatibility issue, as one of recently raised BIM technology issues, has also been improved by using open BIM, representatively using IFC (Industry Foundation Classes) format. As shown in many case studies, usefulness of BIM technology is increasing day by day, and the IFC-based open BIM technology is essential in recent AEC projects where the productive collaboration is of importance. One of current problems in actual projects is that there is a conflict between conventional ways and newly developed BIM ways. Using both conventional and new technologies leads construction workers to having more work loads, consequently the efficiency and productivity of on-site workers have been decreased. Thus, it is strongly necessary to facilitate 3D BIM models to extract and generate 2D precision drawings in automation, especially using open BIM technologies. Some native BIM authoring tools have limitations in there automatic generation of 2D drawings, and there is no standardized mechanism to generate 2D drawings from heterogeneous applications. For this reason, this paper aims to develop an automated stand-alone program to generate 2D drawings in automation using IFC file, totally independent from various BIM authoring tools. By using the application described in this paper, any type of general drawings such as plan, section and elevation can be extracted without additional efforts. The development approach described in this paper, based on the open BIM technologies, has a strong impact to the current process especially in the perspective of enhancing productivity when we need to find out a trade-off in-between conventional and new approaches.
Especially for resolving BIM data compatibility issue, as one of recently raised BIM technology issues, has also been improved by using open BIM, representatively using IFC (Industry Foundation Classes) format. As shown in many case studies, usefulness of BIM technology is increasing day by day, and the IFC-based open BIM technology is essential in recent AEC projects where the productive collaboration is of importance. One of current problems in actual projects is that there is a conflict between conventional ways and newly developed BIM ways. Using both conventional and new technologies leads construction workers to having more work loads, consequently the efficiency and productivity of on-site workers have been decreased. Thus, it is strongly necessary to facilitate 3D BIM models to extract and generate 2D precision drawings in automation, especially using open BIM technologies. Some native BIM authoring tools have limitations in there automatic generation of 2D drawings, and there is no standardized mechanism to generate 2D drawings from heterogeneous applications. For this reason, this paper aims to develop an automated stand-alone program to generate 2D drawings in automation using IFC file, totally independent from various BIM authoring tools. By using the application described in this paper, any type of general drawings such as plan, section and elevation can be extracted without additional efforts. The development approach described in this paper, based on the open BIM technologies, has a strong impact to the current process especially in the perspective of enhancing productivity when we need to find out a trade-off in-between conventional and new approaches.
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문제 정의
다만, 본 논문에서는 기존 3D모델에서 평면도, 단면도, 입면도를 생성하는 연구를 중심으로 기술되었다. 현재 2D도면 자동 생성 프로그램의 도면 생성은 사용자가 선택한 절단면의 뒷부분은 배경색과 동일하게 하여 보이지 않게 숨기는 방법으로 표시하였다.
이에 실무자들은 업무에 부담을 느끼고 있지만 현존하는 BIM모델에서 2D도면 생성 방법은 기술 상세 표현 불가, 생성 도면의 수준 미달로 활용할 수 없고, 또한 생산성을 높이기위한 최적화 기준이나 표준포맷을 활용한 도면 생성 방법에 대한 연구가 미비한 것으로 나타났다. 따라서 본 연구는 표준 포맷인 IFC 구조를 분석하여 저작 도구의 종류와 관계 없이 BIM모델을 뷰잉할 수 있고 BIM도입 수준과 기술 격차에 따른 불편함 없이 누구나 원하는 부위의 도면을 IFC모델에서 생성할 수 있는 개방형 BIM기반 2D도면 자동 생성 프로그램을 개발하였다.
그러나 현재 사용되는 BIM 저작 도구의 도면 생성 모듈은 해당 도구에서만 활용이 가능하여 앞서 언급한 BIM 시설 투자가 어렵거나 실무자의 기술 격차가 있는 경우에는 사용하기 어렵다. 따라서 본 연구의 목적은 인허가 단계에서 설계사의 인허가 담당이 모델 작성이 완성된 후 인허가 제출을 위해 IFC (Industry Foundation Classes) 기반의 도면을 사용하며 향후 인허가권자가 필요한 도면을 자체적으로 추출하여 BIM의 효과를 극대화하고 BIM도입의 과도기인 상황에서 중복 업무를 줄이고 업무 효율을 제고하기 위하여 도면 생성에 필요한 건축물 요소들을 분석하고 이를 2D도면 자동 생성 프로그램으로 구현한 개방형 BIM기반 도면 자동 생성 프로그램을 개발하는 것이다.
본 논문에서는 저작 도구와 상관없이 활용할 수 있는 개방형 BIM의 개념을 적용하였으며, 실무 활용성을 높이기 위해 BIM설계도서 최적화 작성 기준과 연계하여 인허가용 제출 도면을 자동으로 생성할 수 있게 개발하였다. 이를 통해 설계자는 BIM모델 작성 후 인허가용 도면 작성을 위한 이중 작업을 피할 수 있으며, 인허가 담당 공무원, 시공자는 별도의 저작 도구를 구비할 필요 없이 설계자가 보낸 IFC파일을 활용하여 원하는 부분의 도면을 생성할 수 있어 건설 프로세스 전반의 업무를 효율적으로 처리할 수 있다.
본 연구에서 개발된 프로그램은 BIM모델의 작성 후 사용자의 필요에 따라 원하는 부분의 2D도면을 생성하여 활용할 수 있도록 하여, 설계 업무의 중복을 줄이고 요청에 따라 정확한 도면을 생성하게 함으로써 업무의 효율을 높여 생산성을 높이는 것을 목적으로 한다. 본 연구에서 개발된 프로그램은 국제표준포맷인 IFC를 활용한다.
본 연구에서는 BIM 모델에서 2D도면을 생성하기 위해 도면을 나타내는 방법을 도출하고 IFC파일의 정보를 분석하여 설계단계 뿐만 아니라 건설 프로젝트 전반에서 활용 될 수 있는 프로그램을 개발하였다. BIM기술의 발달로 다양한 저작도구가 개발되었고 저작 도구마다 데이터 규격이 달라 BIM의 효율이 저하된다[10].
하지만 본 연구에서는 단면의 절단과 해당 면에서의 단면선 생성 등의 작업이 이루어져야 하므로 삼각망 메쉬를 이용할 경우에는 상대적으로 복잡한 연산이 필요하며, 단면선 이외에 불필요한 선이 발생될 수 있다. 본 연구에서는 단면 형상 생성의 작업이 주로 이루어져야 하므로 다음과 같은 객체 형상 데이터 구조를 만들어 해당 작업이 효과적으로 이루어질 수 있도록 하였다.
제안 방법
입면도를 생성할 경우와 마찬가지로 신속한 단면의 표현을 위해서 화면상에서 단면도를 표시할때는 객체의 단면이 표현되도록 하여 단면의 뒤쪽 객체들은 가려지도록 되어 있는 구조이다. 단면의 생성을 위해서 본 연구에서는 Fig. 4와 같이 단면도의 기준선을 평면상에서 사용자가 원하는 위치에 설정할 수 있는 인터페이스를 제공하여 단면도를 생성하도록 하였다. 현재 단면선은 직선으로만 작성할 수 있다.
이렇게 분리되어 메모리에 저장하면 형상정보인 프레젠테이션 정보에서 솔리드 정보1)를 생성하고 Open Cascade 라이브러리를 활용하여 3D형상 표현을 위한 메쉬(mesh)로 변환한다. 변환된 메쉬 정보를 3D형상으로 가시화하기 위해 Direct X 라이브러리를 이용하여 사용자가 IFC파일을 3D 화면으로 볼 수 있도록 구현한다. 평면도 및 단면도 생성을 위해서는 메쉬 절단(mesh cutting) 알고리즘 등을 통해서 2D 도면을 위한 시각화 화면을 생성한다.
이 정보에는 3D 형상에서는 표현되지 않지만, 문의 개폐 방향 등을 2D 도면에 나타낼 수 있는 정보를 담고 있다. 본 개발 프로그램은 문 객체의 평면도 작성을 위해 해당 속성 정보를 활용한다.
본 연구에서 개발된 개방형BIM기반 2D도면 자동 생성 프로그램은 BIM 설계도서 최적화 작성 기준[9]에 따라 2D도면을 생성할 수 있도록 설계되었다. 이는 향후 건축물 인허가 단계에서 필요한 제출 서류를 IFC 파일에서 본 연구 개발 성과를 이용하여 최적화 기준에 맞게 자동으로 2D도면을 생성하여 제출할 수 있음을 의미한다.
5와 같이 2D 기반의 정보를 포함하고 있는 풋 프린트(Footprint)와 3D정보를 포함하고 있는 Body 정보로 표현된다. 본 연구에서 개발하는 프로그램은 풋 프린트 정보를 활용하여 평면 정보를 신속하게 생성하도록 구현되었다. 하지만 평면도에는 실제 3D형상의 단면만으로는 표현되지 못하는 정보가 있다.
1과 같다. 우선, IFC파일의 시각화를 위하여 IFC정보를 파싱(parsing)하여 객체의 속성정보와 모델의 형상 표현을 위한 프레젠테이션 정보를 구분하는 작업을 진행한다. 이렇게 분리되어 메모리에 저장하면 형상정보인 프레젠테이션 정보에서 솔리드 정보1)를 생성하고 Open Cascade 라이브러리를 활용하여 3D형상 표현을 위한 메쉬(mesh)로 변환한다.
이렇게 클래스화 된 IFC정보 중 솔리드 연산이 필요한 부분에 대한 연산을 수행하는 모듈인 Solid Calculation을 통해 시각화를 위한 데이터로 가동된다. 이를 Visualization 모듈을 통해 컴퓨터 화면에 정보를 시각화 하였다.
개방형BIM은 특정 소프트웨어 또는 제품군에 종속되지 않고 각 소프트웨어 간 정보의 상호 호환성과 상호 운용성을 확보하기 위한 개념이다. 이를 위해 국제 표준 데이터 포맷으로 buildingSMART에서 IFC 포맷을 개발하였으며 지속적인 개발을 거듭하여 2013년에 새로운 버전인 IFC4버전이 ISO16739 표준으로 채택되어 발표되었다[3]. IFC는 건설 산업의 다양한 분야에서 사용되고 있는 BIM 소프트웨어 간의 BIM데이터 교환과 정보 호환을 위한 국제 표준의 중립 파일 포맷이다.
이 때, 메쉬 절단으로 생성된 단면 반대쪽에 남아 있는 선들은 도면 생성을 위해 불필요한 요소이므로 은선 제거 알고리즘을 통해 제거하고 출력용 백터 정보를 생성한다. 이후 생성된 도면에서 필요로 하는 주석 요소(치수, 그리드, 레벨 등)의 작성을 위해 IFC 모델에서 정보를 생성하여 생성된 도면에 가시화 한다.
2 m 기준선에서 절단하여 수직 하방으로 등각 투영된 방법을 사용한다. 평면도 생성의 연산 시간을 단축시키기 위해 단면도 생성 연산 방법과 달리 평면도를 생성할 때 객체들이 가지고 있는 바닥면(bottom face)의 외곽선 등의 정보를 활용하는 방법으로 활용하였다.
이론/모형
본 연구에서 개발된 프로그램은 BIM모델의 작성 후 사용자의 필요에 따라 원하는 부분의 2D도면을 생성하여 활용할 수 있도록 하여, 설계 업무의 중복을 줄이고 요청에 따라 정확한 도면을 생성하게 함으로써 업무의 효율을 높여 생산성을 높이는 것을 목적으로 한다. 본 연구에서 개발된 프로그램은 국제표준포맷인 IFC를 활용한다. 이는 다양하게 사용되고 있는 저작 도구의 보유 여부를 떠나 임의의 사용자가 원하는 위치의 도면을 생성하여 활용할 수 있고, 단계별 주체들의 기술 수준의 차이가 있어도 IFC파일을 활용하여 원하는 부분의 도면을 생성할 수 있다.
성능/효과
7과 같이 2D Scene이 아닌 3D Scene에서 Direct X 3D라이브러리를 이용하여 표현될 수 있도록 하여 빠르게 화면에 나타나도록 한다.2) 단, 아직은 풍부한 2D정보의 표현에는 제약이 많이 향후 개선점이 많은 것으로 사료된다.
또한 IFC파일의 정보를 확인할 수 있는 IFC뷰어로 활용될 수도 있다. IFC를 기반으로 설계된 본 연구의 성과는 저작 도구에서 만들어진 IFC파일의 정확성을 확인하기 위해 3D뷰어와 함께 정보의 위치, 규격 등을 사용자에게 알려주어 표준 포맷 활용에 있어 정보전달의 오류를 줄일 수 있다. 이는 인허가-시공 단계에서 요구 사항을 만족하거나 기술의 차이로 인한 어려움을 해소하기 위함뿐만 아니라 설계과정에서 각 단계의 대안 검토를 위한 각종 BIM검토 도구를 활용할 때 정보의 정확성을 쉽게 검토하기 위해 유용하게 활용될 수 있다.
따라서 관련 실무자는 BIM설계도서 최적화 작성 기준서를 별도로 숙지하지 않고 본 연구의 성과물을 활용하여 인허가에 필요한 도면을 생성 할 수 있게 된다. 따라서 실무자는 BIM모델과 인허가를 위한 2D도면 작성의 중복 작업을 피해 업무의 양을 줄일 수 있고, 기준서에 따라 정확한 인허가 도면을 자동으로 생성함으로써 오류 수정으로 인한 재작업 시간이 줄어들고 나아가 인허가 소요시간도 단축할 수 있다.
본 논문에서는 저작 도구와 상관없이 활용할 수 있는 개방형 BIM의 개념을 적용하였으며, 실무 활용성을 높이기 위해 BIM설계도서 최적화 작성 기준과 연계하여 인허가용 제출 도면을 자동으로 생성할 수 있게 개발하였다. 이를 통해 설계자는 BIM모델 작성 후 인허가용 도면 작성을 위한 이중 작업을 피할 수 있으며, 인허가 담당 공무원, 시공자는 별도의 저작 도구를 구비할 필요 없이 설계자가 보낸 IFC파일을 활용하여 원하는 부분의 도면을 생성할 수 있어 건설 프로세스 전반의 업무를 효율적으로 처리할 수 있다.
하지만 BIM도입 초기인 현재는 2D와 3D프로세스가 공존하여 실무자는 두 프로세스를 만족하기 위해 BIM모델작성과 2D도면을 작성하는 업무 중복이 발생한다[8]. 이에 실무자들은 업무에 부담을 느끼고 있지만 현존하는 BIM모델에서 2D도면 생성 방법은 기술 상세 표현 불가, 생성 도면의 수준 미달로 활용할 수 없고, 또한 생산성을 높이기위한 최적화 기준이나 표준포맷을 활용한 도면 생성 방법에 대한 연구가 미비한 것으로 나타났다. 따라서 본 연구는 표준 포맷인 IFC 구조를 분석하여 저작 도구의 종류와 관계 없이 BIM모델을 뷰잉할 수 있고 BIM도입 수준과 기술 격차에 따른 불편함 없이 누구나 원하는 부위의 도면을 IFC모델에서 생성할 수 있는 개방형 BIM기반 2D도면 자동 생성 프로그램을 개발하였다.
후속연구
또한, 건설 주체별 부분적으로 적용된 BIM기술력의 차이를 극복하여 BIM기술 도입의 연착륙을 도와 건설 산업에서의 BIM활용을 활성화 시킬 수 있을 것으로 사료된다. 따라서 저작 도구의 종류나 BIM 기술 수준에 따라 중복 작업이나 재작업을 피하기 위해 특정 저작 도구를 활용하거나 2D도면과 BIM모델을 별도로 작성해야하는 이전의 프로세스와 달리 개방형BIM을 적용한 2D도면 생성 프로그램을 통해 BIM환경에서 건설 프로젝트의 전체 과정에서 업무 효율과 프로세스를 개선하여 건설 주체의 효율적인 BIM활용을 지원 할 수 있을 것으로 기대한다.
또한 앞서 문 객체의 도면 표현과 같이 3D형상의 단면만으로 2D도면에서 필요한 정보를 모두 얻을 수 없는 경우(그리드, 치수선, 보이드 표현, 공간정보 표시 등)도 IFC파일에서 별도의 정보를 생성하여 표현하는 연구가 계속되어야한다. 또한 인허가 제출을 위해 BIM모델에서 추출된 2D도면의 책임을 명확하게 하기 위한 인허가 제도에 대한 개선 연구도 필요하다.
개방형 BIM기반으로 개발된 2D도면 자동 생성 프로그램은 BIM환경에서 설계-인허가-시공-유지 관리 단계까지 전체 단계에서 활용됨으로써 BIM 모델의 활용 범위를 확대시켜 BIM의 효과를 극대화시킬 수 있다. 또한, 건설 주체별 부분적으로 적용된 BIM기술력의 차이를 극복하여 BIM기술 도입의 연착륙을 도와 건설 산업에서의 BIM활용을 활성화 시킬 수 있을 것으로 사료된다. 따라서 저작 도구의 종류나 BIM 기술 수준에 따라 중복 작업이나 재작업을 피하기 위해 특정 저작 도구를 활용하거나 2D도면과 BIM모델을 별도로 작성해야하는 이전의 프로세스와 달리 개방형BIM을 적용한 2D도면 생성 프로그램을 통해 BIM환경에서 건설 프로젝트의 전체 과정에서 업무 효율과 프로세스를 개선하여 건설 주체의 효율적인 BIM활용을 지원 할 수 있을 것으로 기대한다.
에 따라 2D도면을 생성할 수 있도록 설계되었다. 이는 향후 건축물 인허가 단계에서 필요한 제출 서류를 IFC 파일에서 본 연구 개발 성과를 이용하여 최적화 기준에 맞게 자동으로 2D도면을 생성하여 제출할 수 있음을 의미한다. 따라서 관련 실무자는 BIM설계도서 최적화 작성 기준서를 별도로 숙지하지 않고 본 연구의 성과물을 활용하여 인허가에 필요한 도면을 생성 할 수 있게 된다.
이러한 이유로 BIM발주가 늘어나고 BIM모델 설계를 진행하더라도 계약 조건에는 2D도면 요구와 이에 따른 실무자들의 이중 작업이 계속되고 있는 상황에서 이를 해소하기 위해 2D도면 자동 생성 프로그램이 필요하다. 이를 통해 BIM을 도입한 주체들의 작업량을 줄여 생산성을 제고하고 기술 격차를 줄이는 역할을 통해 BIM도입에 대한 부정적인 요소를 제거할 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
개방형BIM의 도입은 어떤 효과를 기대할수 있는가?
건설 분야 역시 업무 혁신을 위해 개방형 BIM(Building Information Modeling)을 도입하여 생산성과 품질을 높이기 위해 노력하고 있다. 개방형BIM의 도입은 생산성 향상이라는 측면에서 건설 비용의 절감과 업무 자동화를 통한 효율을 높일 수 있어 각 건설 주체는 BIM기술에 대한 긍정적인 효과를 기대하고 있다. 하지만 높은 시설투자비와 실무자 재교육은 새로운 기술의 도입을 가로막고 있다.
BIM이란 무엇인가?
BIM은 건축물의 정보를 전자적 정보로 생성하고 표현하는 것이며 이러한 정보를 활용하여 건축물의 기획, 설계, 엔지니어링, 시공, 유지관리, 해체 등 전 생애주기에 필요한 정보를 획득하고 관리하는 프로세스와 기술을 말한다[1]. BIM을 통하여 건축물과 관련된 정보는 전산화되어 관리되고 활용되며, 이로써 정보의 정확성이나 저장성 등의 컴퓨터가 가진 수많은 장점을 활용할 수 있다.
개방형BIM은 어떤 문제를 해결을 위해 제시되었는가?
BIM을 통하여 건축물과 관련된 정보는 전산화되어 관리되고 활용되며, 이로써 정보의 정확성이나 저장성 등의 컴퓨터가 가진 수많은 장점을 활용할 수 있다. 하지만 건설 산업이 방대하고 복잡하여 건설 주체가 다양하고 분야별로 전산화된 정보를 처리하기 위해 사용되는 소프트웨어도 다양한데, 이러한 소프트웨어 간에 정보를 교환하는 데 있어 정보 누락과 의미 전달 오류가 발생한다[2]. 이에 대한 해결방안으로 buildingSMART에서 제시한 개념이 개방형BIM이다.
참고문헌 (11)
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buildingSMART, http://www.buildingsmart.org
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