[논문]건축설계교육에서 다중의미를 가진 형태 모델링에 관한 BIM의 효율성에 관한 연구

홍승완; 조민정

doi:10.13161/kibim.2016.6.1.018

건축설계교육에서 다중의미를 가진 형태 모델링에 관한 BIM의 효율성에 관한 연구
A Study on the Efficiency of BIM on the Multi-Semantic Form Modeling in Architectural Design Education 원문보기

Journal of KIBIM = 한국BIM학회논문집, v.6 no.1, 2016년, pp.18 - 24

Abstract ▼ AI-Helper

While the advantages of BIM stem in the automatic and efficient assembling amongst the given, single semantic-embedded objects, it is still unknown the efficiency of BIM for developing the form that has more than one functions. To investigate the research question, in an authentic design course, the participants (N=38) assessed the efficiency of BIM when they designed a shop with the single semantic-embedded objects and multi-semantic objects. Independent T-tests reveal that in BIM, the use of the single semantic-embedded objects is statistically more efficient than that of multi-semantic objects (p<0.01). As the reason, in interviews, the participants reported that they had to split down the planned multi-meanings and assign only one meaning to one form in order to utilize the automatic assembling of BIM. Thus, they spent much effort and time for re-coordinating the match between the forms and multi-semantics. The findings of this study highlight the further directions of BIM in order to suit for the empirical practices of architects.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 실증적 비교실험을 통하여 1.1 에서 기술한 연구의 목적을 달성하고자 한다. 연구의 절차는 다음과 같은 3단계로 분류된다.
본 연구는 현재 BIM 시스템에서 형태와 의미의 대응관계가 건축형태 모델링에 어떠한 효율성을 보이는지 실증적 사례비교를 통해 분석하였다. 본 연구를 통한 새로운 발견은 다음과 같다.
예를 들어, 기존연구에서는 전문가 사이의 의사교환을 매개하는 일종의 필터링 시스템이 제안되기도 하였다. 이 시스템에서 연구자들은 의미가 부여되지 않은 중립적인 형태와 객체에 전문가들의 직업영역에서 자주 사용되는 의미를 자동으로 부여하는 시스템을 개발함으로써 건설부품 혹은 객체에 대해 발생할 수 있는 오역을 최소화시키고자 하였다(Lee et al., 2014; Oh et al., 2015). 또 다른 연구의 방향은 건설부품에 부여된 다양한 이름을 추론하여 부품과 의미를 정확히 조합하고 일괄적인 관리를 가능케 하는 시스템을 개발하는 것이다.
이 연구의 목적은 건설재료와 부품의 물리적, 의미적 속성을 보다 정확하게 연산하여 산출 물량예측의 정밀도를 높이는데 있다(Lee, Kim, & Yu, 2013).
이에 본 연구는 BIM 도구를 사용하여 학생들이 다중의미를 가진 형태를 모델링할 경우, 단일의미를 기반으로 하는 모델링과 비교하여 어떠한 효율성을 가지는지에 대해 분석하고자 한다. 이를 통해 현재 BIM의 설계교육 적용 범위를 예측하고 BIM 도구의 후속 개발 방향을 제언하고자 한다.
문헌고찰에서 설명하였듯이, 실제 건축설계교육과 설계실무에서는 의미와 기능을 분리하기 힘든 형태를 다루는 경우가 빈번하다. 이에 본 연구의 목적은 (1) 설계자가BIM 도구를 사용하여 다중의미와 기능을 가진 형태를 설계하였을 때 얻는 효율성을 보다 실증적인 방법을 통해 측정, 분석하는 것이다. 이를 위해 (2) 실제 건축설계교육에서 학생들이 BIM 도구를 사용하여 다중기능을 가진 형태를 모델링하는 경우의 효율성을 측정, 분석하고, (3) 이를 단일의미를 가진 객체를 사용하여 모델링하는 경우의 효율성과 비교한다.

가설 설정

∙ 가설: BIM 시스템에서 설계자가 다중의미를 염두에 둔 형태를 모델링할 경우의 효율성과 단일의미를 가진 객체를 모델링할 경우의 효율성은 서로 차이가 없다.

제안 방법

(1) 비교실험: BIM 도구를 활용한 실제 수업에서 참가학생들에게 각각 단일의미를 가진 객체와 다중기능과 의미를 염두에 둔 형태를 이용하여 모델링 과제를 수행하게 한다. 이때 체험한 효율성을 수치적으로 표기하게 하고 그 이유를 서술하게 한다.
(3) 분석결과고찰: 인터뷰 기술내용과 설계내용을 검토하여 통계적인 분석결과의 이유를 추론하고 타당성을 고찰한다.
본 연구의 BIM 설계 과제는 총 3주에 걸쳐 진행되었으며 참가학생들은 5층 규모의 상업시설을 설계하였다. 건물의 일부는 다중의미와 기능을 가지고 있으며(예를 들어 파사드는 외벽임과 동시에 계단), 나머지 부분은 벽, 바닥 등 family 형식의 단일의미를 기반으로 한 객체를 조합하여 모델링하였다.
참가학생은 총 38명이며 국내 I대학의 건축설계전공 2학년 학생들이다. 과제종료 후 학생들은 설문지를 통하여 BIM에서 각각 다중의미와 단일의미를 가진 형태 및 객체를 모델링하였을 경우에 소요되는 시간, 조작을 위한 노력 등을 복합적으로 고려하여 모델링의 효율성을 수치적으로 기입하였다. 정량적인 분석을 위해 7단계의 리커트 척도(1=매우 비효율적이다, 7=매우 효율적이다)가 사용되었다.
또한 인터뷰 형식의 질문을 통해 과제에 사용된 BIM 도구가 어떻게 다중의미를 가진 형태를 모델링하는 과정에 도움 혹은 불편함을 주었는지, 그 이유와 학생들의 BIM 사용과정 등을 기술하게 하였다.
본 연구의 BIM 설계 과제는 총 3주에 걸쳐 진행되었으며 참가학생들은 5층 규모의 상업시설을 설계하였다. 건물의 일부는 다중의미와 기능을 가지고 있으며(예를 들어 파사드는 외벽임과 동시에 계단), 나머지 부분은 벽, 바닥 등 family 형식의 단일의미를 기반으로 한 객체를 조합하여 모델링하였다.
본 연구의 데이터는 학생들이 리커트 척도를 통해 기입한 정량적 데이터와 수치적 기입에 관련한 이유 및 BIM도구를 사용할 때 체감한 효율성과 불편함을 기술한 정성적 데이터로 분류된다. 정량적 데이터는 SPSS(Statistical Package for the Social Science)의 독립표본 t-test를 통해 분석되었다.
(2014)은 현재 BIM 시스템의 형태와 의미의 일대일 대응관계가 실제 설계과정에 비하여 경직된 자료구조라는 의견을 제기하였다. 이 문제를 해결하기 위한 하나의 해결책으로서, 인공지능을 가진 가상의 사용자로 하여금 건축물의 형태를 사용하고 분석하게 하여 그 잠재적인 기능과 의미를 발견하게 하는, 이른바 형태(form)-기능(function)-사용(use) 모델을 제시하였다. 또한 Lee(2010)는 Gibson의 지원성을 컴퓨터 연산모델로 응용하여 건축공간의 의미를 조정하여 가상 사용자의 행동을 시뮬레이션하는 이론적 모델을 제안하였다.
이에 본 연구의 목적은 (1) 설계자가BIM 도구를 사용하여 다중의미와 기능을 가진 형태를 설계하였을 때 얻는 효율성을 보다 실증적인 방법을 통해 측정, 분석하는 것이다. 이를 위해 (2) 실제 건축설계교육에서 학생들이 BIM 도구를 사용하여 다중기능을 가진 형태를 모델링하는 경우의 효율성을 측정, 분석하고, (3) 이를 단일의미를 가진 객체를 사용하여 모델링하는 경우의 효율성과 비교한다. 이를 통해 (4) BIM의 형태와 의미의 대응관계 시스템이 다중의미를 가진 형태의 모델링에도 적합한 도구인지를 추론하고 그 적용범위를 예측한다.
이를 위해 (2) 실제 건축설계교육에서 학생들이 BIM 도구를 사용하여 다중기능을 가진 형태를 모델링하는 경우의 효율성을 측정, 분석하고, (3) 이를 단일의미를 가진 객체를 사용하여 모델링하는 경우의 효율성과 비교한다. 이를 통해 (4) BIM의 형태와 의미의 대응관계 시스템이 다중의미를 가진 형태의 모델링에도 적합한 도구인지를 추론하고 그 적용범위를 예측한다.
해당 과목에서 참가학생들은 다중의미를 가진 형태를 Rhinoceros 3D를 활용하여 창안한 후(Figure 1), BIM 도구인 Autodesk Revit 의 model-in-place로 그 형태를 불러들이고, family category 지정을 통하여 외벽, 바닥, 창호 등의 의미를 부여하였다(Figure 2). 이후, 참가자들은 객체간의 자동적인 조합과 의미기반의 적산 등을 수행하였다. 또한, 참가학생들은 과제수행 중 Revit에서 단일의미를 가진 객체를 제작 및 조합하는 과정도 병행하였으며(Figure 3), 이를 통해 다중의미를 가진 형태를 모델링하는 과정과 단일의미를 가진 객체를 조합하는 과정을 모두 체험하였다.
인터뷰 등의 정성적 데이터는 통계적인 분석내용의 원인을 추정하는데 활용되었다. 특히 상업시설설계에서 사용한 BIM 도구가 다중의미를 가진 형태 모델링에 효율적이었는지 혹은 그렇지 않은지, 그 이유는 무엇인지 분석하는데 사용되었다. 또한 그 이유가 여러 학생들에게서 나타나는 공통적인 답변인지, 혹은 특이한 현상인지를 검토하는데도 활용되었다.
본 연구의 데이터는 BIM 도구를 활용하여 비선형 건축물을 설계하는 디지털디자인 과목의 수업 및 과제를 통해 수집되었다. 해당 과목에서 참가학생들은 다중의미를 가진 형태를 Rhinoceros 3D를 활용하여 창안한 후(Figure 1), BIM 도구인 Autodesk Revit 의 model-in-place로 그 형태를 불러들이고, family category 지정을 통하여 외벽, 바닥, 창호 등의 의미를 부여하였다(Figure 2). 이후, 참가자들은 객체간의 자동적인 조합과 의미기반의 적산 등을 수행하였다.

대상 데이터

본 연구의 데이터는 BIM 도구를 활용하여 비선형 건축물을 설계하는 디지털디자인 과목의 수업 및 과제를 통해 수집되었다. 해당 과목에서 참가학생들은 다중의미를 가진 형태를 Rhinoceros 3D를 활용하여 창안한 후(Figure 1), BIM 도구인 Autodesk Revit 의 model-in-place로 그 형태를 불러들이고, family category 지정을 통하여 외벽, 바닥, 창호 등의 의미를 부여하였다(Figure 2).
본 연구의 범위는 설계 스튜디오 및 디지털디자인 수업에서 발생하는 디자인 결과물(authentic case study)들을 수집, 분석하였으므로 연구결과의 적용범위는 건축설계교육에 한정한다.
참가학생은 총 38명이며 국내 I대학의 건축설계전공 2학년 학생들이다. 과제종료 후 학생들은 설문지를 통하여 BIM에서 각각 다중의미와 단일의미를 가진 형태 및 객체를 모델링하였을 경우에 소요되는 시간, 조작을 위한 노력 등을 복합적으로 고려하여 모델링의 효율성을 수치적으로 기입하였다.

데이터처리

(2) 통계적 분석: 비교실험에서 수집한 효율성 측정값을 독립표본 t-test를 이용하여 분석한다.
본 연구의 데이터는 학생들이 리커트 척도를 통해 기입한 정량적 데이터와 수치적 기입에 관련한 이유 및 BIM도구를 사용할 때 체감한 효율성과 불편함을 기술한 정성적 데이터로 분류된다. 정량적 데이터는 SPSS(Statistical Package for the Social Science)의 독립표본 t-test를 통해 분석되었다. 독립표본 t-test는 두 비교대상에 관한 평균의 차이가 우연히 발생하였을 확률이 1%(p-value＜0.

성능/효과

(1) 외부 모델링 소프트웨어에서 family categories로 저장하여 불러오거나, BIM 도구에서 직접 생성한 형태에 하나의 의미만 지정할 수 있으므로, 다중의미를 가진 형태를 의미의 개수만큼 개별분할하거나 복사하는데 시간과 노력이 소모되었다.
(2) 계획상에서는 하나의 형태에 여러 가지 기능과 의미가 있었지만, 자동조합 및 적산 등의 기능을 사용하기 위하여 BIM 시스템에서는 하나의 의미만 지정하여 모델링을 수행하였다는 경우가 37%로 가장 많았다. 이렇게 단일의미가 부여된 형태만으로 모델링할 경우, 참가학생들은 원안에서 계획했던 형태와 기능간의 다양한 탐구가 어려웠다고 보고하였다.
(3) 학생들은 건축적인 의미를 가진 객체를 자동적으로 조합하는 연산규칙이 획일적이라고 기술하였다. 예를 들어, 계단은 바닥과 연산관계를 가지고 있으며, 외벽 및 다른 건축적 의미를 가진 객체와는 연산규칙이 없어 자동적인 조합 및 적산 등에 제약이 있었다고 보고하였다.
∙ 결과: BIM 도구를 통해 다중의미를 가진 형태를 모델링할 경우, 단일의미를 내재한 형태 및 객체 모델링에 비하여 효율성이 낮다.
셋째, 현재 BIM 시스템은 형태와 의미의 단일대응관계뿐만 아니라, 의미와 의미 사이의 연산규칙도 실제설계과정에 비하여 제한적이다.

후속연구

결론적으로, 현재 BIM 시스템은 하나의 건축적인 의미가 내재된 객체를 모델링하거나 건축적 의미들 사이의 조합이 통상적인 규칙을 따르는 경우 그 효율성이 보장되지만, 실제건축설계 교육과 설계실무에서 자주 다루어지는 다양한 의미를 가진 형태를 모델링하는 과정에는 그 한계를 보인다.
본 연구의 한계는 참가자의 수에 따른 수집된 데이터의 내적 타당성과 일관성이 취약한데 있다. 그러나 통계적인 발생확률(p-value)이 .
이에 본 연구는 BIM 도구를 사용하여 학생들이 다중의미를 가진 형태를 모델링할 경우, 단일의미를 기반으로 하는 모델링과 비교하여 어떠한 효율성을 가지는지에 대해 분석하고자 한다. 이를 통해 현재 BIM의 설계교육 적용 범위를 예측하고 BIM 도구의 후속 개발 방향을 제언하고자 한다.
첫째, 현재 BIM 시스템은 단일의미를 가진 객체간의 모델링에 우수한 효과를 보이지만, 다중의미를 가진 형태를 모델링할 경우, 작업 효율성이 낮고 형태와 기능 및 의미 사이의 다양한 조합을 시도하는데 제약이 된다.
향후 연구에서 단일형태에 부여된 다중의미를 효율적으로 조합하는 BIM 시스템의 이론적인 틀을 제시하고자 하며, 이러한 시스템을 제안하기 위해서는 본 연구의 사례비교와는 별도로 체계적이고 정밀한 비교실험이 요구된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	BIM의 전제는 무엇인가?	BIM의 전제는 형태를 가진 객체가 건축적인 기능과 의미 (semantic-embedded objects)를 가지고 있으며, 건축적인 의미관계와 규칙에 따라 형태 간의 자동적이고 효율적인 조합과 모델링(automatic assembling)이 이루어진다는 것이다(Kalay, 2004; Eastman et al., 2011).
	BIM 시스템에서 객체와 의미가 일대일 대응관계가 되어야 하는 이유는?	BIM의 생산성은 건축적 의미를 가진 객체를 자동적으로 조합하고 그 복잡한 관계를 관리하는 기능과 밀접한 관련이 있다. 현재 BIM 시스템에서 객체와 의미는 일대일 대응관계(single function-embedded objects)이며, 이 관계가 전제되어야 BIM의 장점인 객체간의 자동적인 조합과 관리가 가능해진다(Cho et al., 2013; Ham & Son, 2015).
	BIM 시스템의 객체-의미 간 일대일 대응관계가 건축설계교육과 설계 실무에 적합하지 않은 이유는?	그러나 건축설계교육과 설계실무에서는 단일객체가 하나 이상의 다중 의미와 기능을 가지는 경우가 자주 관찰되며(Norman, 2013; Kalay et al., 2014), 비정형 건축물과 같이 하나의 형태가 외벽, 창호, 지붕 등의 다중 의미를 가지고 있는 설계 사례가 확산되고 있는 추세이다. 또한, 최근 BIM 연구에서는 전문가 사이의 협업을 전제로 형태에 의미를 자동으로 부여하는 시스템이 소개되고 있지만(Lee et al.

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Norman, D. (2013). The Design of Everyday Things: Revised and Expanded Edition, Basic Books.
Oh, M. H., Lee, J. W., Hong, S. W., Jeong, Y. W. (2015). Integrated System for BIM-based Collaborative Design, Automation in Construction, Vol. 58, pp. 196-206.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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