최근 IT기술의 발달과 함께 건설 분야와 IT기술의 융합에 맞추어 비정형화와 대형화로 인해 건물의 외형이 다양해지고 있다. 이에 건물을 기존보다 정확하게 표현하면서 시각적으로도 우수한 3차원 공간정보를 구축하기 위해 본 연구에서는 대상 건물을 지상 LiDAR를 이용해 고밀도 점군자료를 취득하였고, 이를 바탕으로 BIM(Building Information Modeling) 기반의 건물 모델을 제작하였다. 이를 각 층별 레이어로 개별 추출하여 높이에 따른 건물 외곽정보들과의 차이점을 확인하였으며, IFC 표준 포맷을 활용한 공개형 BIM을 통해 구조물의 외곽 현황 파악이 가능함을 확인하였으며, 이를 기반으로 하는 새로운 입체지적 및 공간정보 데이터 구축 방안을 제시하였다.
최근 IT기술의 발달과 함께 건설 분야와 IT기술의 융합에 맞추어 비정형화와 대형화로 인해 건물의 외형이 다양해지고 있다. 이에 건물을 기존보다 정확하게 표현하면서 시각적으로도 우수한 3차원 공간정보를 구축하기 위해 본 연구에서는 대상 건물을 지상 LiDAR를 이용해 고밀도 점군자료를 취득하였고, 이를 바탕으로 BIM(Building Information Modeling) 기반의 건물 모델을 제작하였다. 이를 각 층별 레이어로 개별 추출하여 높이에 따른 건물 외곽정보들과의 차이점을 확인하였으며, IFC 표준 포맷을 활용한 공개형 BIM을 통해 구조물의 외곽 현황 파악이 가능함을 확인하였으며, 이를 기반으로 하는 새로운 입체지적 및 공간정보 데이터 구축 방안을 제시하였다.
Recently, along with the development of IT, the non-linearity and enlargement in the response to the combination of the building industry and IT have made a wide variety in outer shapes of the buildings. So buildings need a more accurate representation using visually superior three-dimensional space...
Recently, along with the development of IT, the non-linearity and enlargement in the response to the combination of the building industry and IT have made a wide variety in outer shapes of the buildings. So buildings need a more accurate representation using visually superior three-dimensional space information. Therefore, the study models the shapes of the other buildings in accordance with the heights. Frist of all, we measured the buildings using a Terrestrial LiDAR. Second, we obtained a high-density point cloud date of the buildings. Through this data, we made the BIM model and compared the heights of each floor's outer information layers. And then identified the BIM data status using IFC standards formats. From this data, it proposes a new 3D cadastre and the alternative for the establishment of spatial information.
Recently, along with the development of IT, the non-linearity and enlargement in the response to the combination of the building industry and IT have made a wide variety in outer shapes of the buildings. So buildings need a more accurate representation using visually superior three-dimensional space information. Therefore, the study models the shapes of the other buildings in accordance with the heights. Frist of all, we measured the buildings using a Terrestrial LiDAR. Second, we obtained a high-density point cloud date of the buildings. Through this data, we made the BIM model and compared the heights of each floor's outer information layers. And then identified the BIM data status using IFC standards formats. From this data, it proposes a new 3D cadastre and the alternative for the establishment of spatial information.
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문제 정의
이를 바탕으로 제작한 BIM 모델은 기존의 2차원적인 건물 정보 표현이 갖는 한계를 극복하고, 3차원 시각화를 통해 건물의 현황 파악을 용이하게 만들어 준다는 사실을 확인하였다. 따라서 개방형 BIM을 활용한 건물 정보 구축을 입체적 현황 파악을 위한 새로운 입체지적구축 방안으로 제시하였다.
Free IFC viewer를 사용할 수 있기 때문에 누구나 별도의 S/W를 사용하지 않고도 건물 객체의 길이, 면적, 형태를 파악할 수 있어 정보 교환에서 두드러진 장점을 나타내는 것으로 확인되었다. 따라서 본고는 이러한 방식을 새로운 공간정보 DB 구축 방안으로 제시하였다.
본 논문에서는 지상 LiDAR를 통해 취득한 3차원 점군자료를 바탕으로 대상 건물의 BIM 기반 모델링을 진행하였다. BIM기반으로 제작한 모델은 객체정보 교환 표준포맷인 IFC 데이터로 변환하고 보관하였으며, 이를 통해 3차원 공간정보를 구축하였다.
본 연구는 건물 경계와 가시화 등 다양한 활용이 가능한 구조물의 3차원 공간정보를 구축하기 위해 지상 LiDAR를 이용하여 고밀도 3차원 점군자료를 취득하고 이를 이용하여 BIM 기반으로 건물의 3차원 공간정보 모델을 구축하고자 한다. 특히 입체 지적을 위한 구조물 DB 방법을 구체적인 방법으로 제안하고자 하며, CAD와 같은 2차원 자료보다 시각적 효과가 우수하고 속성 정보가 함께 표현되는 BIM모델을 사용하여 구조물의 3차원 현황을 파악하였다.
본 연구는 지상 LiDAR을 이용하여 취득한 3차원 점군자료를 바탕으로 도시의 가장 많은 영역을 차지하는 건물 객체에 대해 BIM 기반으로 3차원 공간정보를 구축하였으며, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
BIM 모델 제작은 지상 LiDAR로 취득한 점군 데이터를 기본 바탕으로 Autodesk Revit 소프트웨어를 사용하여 수작업으로 진행하였다. BIM으로 제작 시 경계점을 일일이 선택하여 작업하는 방법이 아닌 구조물의 객체에 대한 아이디를 선정해 주어 외벽·내벽, 콘크리트 벽·가벽 등 재질에 대한 정보까지 입력할 수 있고, 기존 방법처럼 정면도, 측면도, 단면도 등 위치에 따른 시각적 표현을 개별로 제작하는 방법이 아닌 건물 전체를 실제 공정과 같게 제작하여 보다 빠른 시간에 건물 모델을 구축할 수 있다.
본 논문에서는 지상 LiDAR를 통해 취득한 3차원 점군자료를 바탕으로 대상 건물의 BIM 기반 모델링을 진행하였다. BIM기반으로 제작한 모델은 객체정보 교환 표준포맷인 IFC 데이터로 변환하고 보관하였으며, 이를 통해 3차원 공간정보를 구축하였다. BIM 기반 모델링은 Autodesk사의 Revit 2015를 사용하였으며, 지상 LiDAR로 취득한 3차원 Point Cloud를 바탕으로 BIM 모델을 제작하였다.
개방형 BIM 환경을 위해서는 BIM 데이터의 표준모델인 IFC 표준으로 파일을 변환하는 작업이 필요하며, 건물정보를 공유하는 데 효과적이다. IFC 파일은 소프트웨어 Revit을 사용하여 제작된 BIM 데이터를 IFC 2x3버전으로 변환하였으며, 사용자가 별도의 비용을 지출하지 않고 사용이 가능한 프리 소프트웨어 중에서 IFC QuickBrowser와 Solibri Model Viewer, Tekla BIMsight를 사용하여 데이터 호환성을 확인하였다. 그 결과 세 개의 Viewer를 통해 건축물의 외형 구조는 모두 확인이 가능하였고, 제작 시 설정된 속성 정보에 대해서 객체의 기본 ID·길이·면적 등의 기본적인 물리적 값이 확인되었음을 알 수 있었다.
먼저 전북대학교 내에 있는 지적 도근점을 기준으로 하여 대상 건물의 외곽선의 좌표점을 취득하였다. 다음으로 지상 LiDAR의 외곽점 포인트 좌표값과 토털스테이션을 이용하여 취득한 좌표값의 차이를 정확도를 기준으로 확인하였으며, [표 1]은 지상 LiDAR와 토털스테이션을 이용하여 취득한 좌표들의 비교를 통해 수평정확도를 검증한 결과이다. 좌표 거리 차의 평균은 0.
특히 입체 지적을 위한 구조물 DB 방법을 구체적인 방법으로 제안하고자 하며, CAD와 같은 2차원 자료보다 시각적 효과가 우수하고 속성 정보가 함께 표현되는 BIM모델을 사용하여 구조물의 3차원 현황을 파악하였다. 또한 BIM 데이터의 중립포맷인 IFC(Industry Foundation Classes)를 이용하여 표준 데이터의 장점인 프리웨어를 이용한 건물공간정보 현황 파악 등의 활용성을 확인하였다.
마지막으로 지상 LiDAR를 이용하여 공간의 정확한 위치정보를 취득하였다. 이를 바탕으로 제작한 BIM 모델은 기존의 2차원적인 건물 정보 표현이 갖는 한계를 극복하고, 3차원 시각화를 통해 건물의 현황 파악을 용이하게 만들어 준다는 사실을 확인하였다.
먼저 전북대학교 내에 있는 지적 도근점을 기준으로 하여 대상 건물의 외곽선의 좌표점을 취득하였다. 다음으로 지상 LiDAR의 외곽점 포인트 좌표값과 토털스테이션을 이용하여 취득한 좌표값의 차이를 정확도를 기준으로 확인하였으며, [표 1]은 지상 LiDAR와 토털스테이션을 이용하여 취득한 좌표들의 비교를 통해 수평정확도를 검증한 결과이다.
지상 LiDAR를 통해 취득한 Point Cloud Data를 기반으로 제작한 BIM 모델의 정확도를 검증하기 위하여 토털스테이션(Total Station)으로 좌표현황측량을 실시하였다. 이에 따라 건물의 외벽을 기준으로 위치현황을 파악하기 위해 TS를 이용한 현황 측량을 실시하였으며, LiDAR 측량 결과의 정확도를 만족하는 기준으로는 지적측량성과에서 경계점등록부 시행 지역에서의 허용 범위 이내를 만족하는 경우로 설정하고 연구를 수행하였다.
지상 LiDAR를 이용하여 전북대학교 공과대학 1호관 전체의 점군자료 취득을 위하여 다음 [그림 2]와 같이 8방향에서 측정하였다. 지상 LiDAR 측량은 상대좌표계를 기준으로 각 방향에서 수행하였으며, [그림 3]은 각 방향에서 취득한 점군자료를 정합한 모습이다.
지상 LiDAR를 통해 취득한 Point Cloud Data를 기반으로 제작한 BIM 모델의 정확도를 검증하기 위하여 토털스테이션(Total Station)으로 좌표현황측량을 실시하였다. 이에 따라 건물의 외벽을 기준으로 위치현황을 파악하기 위해 TS를 이용한 현황 측량을 실시하였으며, LiDAR 측량 결과의 정확도를 만족하는 기준으로는 지적측량성과에서 경계점등록부 시행 지역에서의 허용 범위 이내를 만족하는 경우로 설정하고 연구를 수행하였다.
첫째, 먼저 건축 구조물에 대해 지상 LiDAR를 이용하여 취득한 고밀도 3차원 점군자료를 바탕으로 BIM 기반의 구조물 모델링을 수행하였다.
본 연구는 건물 경계와 가시화 등 다양한 활용이 가능한 구조물의 3차원 공간정보를 구축하기 위해 지상 LiDAR를 이용하여 고밀도 3차원 점군자료를 취득하고 이를 이용하여 BIM 기반으로 건물의 3차원 공간정보 모델을 구축하고자 한다. 특히 입체 지적을 위한 구조물 DB 방법을 구체적인 방법으로 제안하고자 하며, CAD와 같은 2차원 자료보다 시각적 효과가 우수하고 속성 정보가 함께 표현되는 BIM모델을 사용하여 구조물의 3차원 현황을 파악하였다. 또한 BIM 데이터의 중립포맷인 IFC(Industry Foundation Classes)를 이용하여 표준 데이터의 장점인 프리웨어를 이용한 건물공간정보 현황 파악 등의 활용성을 확인하였다.
대상 데이터
BIM 기반 건축물의 3차원 공간정보 구축을 위하여 연구 대상지역으로 전북대학교 공과대학 1호관을 선정하였으며, [그림 1]은 대상 건물을 항공사진으로 본 모습이다. 본 건물은 ‘工大’를 형상화한 형태로 일반 박스형 형태가 아니며, 정면 부분 및 건물 뒷부분은 3층, 중간은 2층으로 구성되어 있다.
넷째, BIM 기반으로 구축한 건물 모델을 국제 표준인 IFC 데이터로 변환하였다. Free IFC viewer를 사용할 수 있기 때문에 누구나 별도의 S/W를 사용하지 않고도 건물 객체의 길이, 면적, 형태를 파악할 수 있어 정보 교환에서 두드러진 장점을 나타내는 것으로 확인되었다.
본 건물은 ‘工大’를 형상화한 형태로 일반 박스형 형태가 아니며, 정면 부분 및 건물 뒷부분은 3층, 중간은 2층으로 구성되어 있다.
이론/모형
BIM기반으로 제작한 모델은 객체정보 교환 표준포맷인 IFC 데이터로 변환하고 보관하였으며, 이를 통해 3차원 공간정보를 구축하였다. BIM 기반 모델링은 Autodesk사의 Revit 2015를 사용하였으며, 지상 LiDAR로 취득한 3차원 Point Cloud를 바탕으로 BIM 모델을 제작하였다. [그림 4]는 취득한 Point Cloud를 기반으로 육안상 확인되는 외벽의 경계를 BIM을 활용해 구성한 것이다.
성능/효과
넷째, BIM 기반으로 구축한 건물 모델을 국제 표준인 IFC 데이터로 변환하였다. Free IFC viewer를 사용할 수 있기 때문에 누구나 별도의 S/W를 사용하지 않고도 건물 객체의 길이, 면적, 형태를 파악할 수 있어 정보 교환에서 두드러진 장점을 나타내는 것으로 확인되었다. 따라서 본고는 이러한 방식을 새로운 공간정보 DB 구축 방안으로 제시하였다.
그 결과 세 개의 Viewer를 통해 건축물의 외형 구조는 모두 확인이 가능하였고, 제작 시 설정된 속성 정보에 대해서 객체의 기본 ID·길이·면적 등의 기본적인 물리적 값이 확인되었음을 알 수 있었다.
둘째, 지상 LiDAR의 측정 데이터를 기존의 현황측량 방식인 T/S를 이용하여 수평정확도를 확인하였으며, 결과값이 허용 범위 이내를 만족함으로써 포인트 데이터 취득이 활용 가능하다는 사실을 확인하였다.
그 결과 세 개의 Viewer를 통해 건축물의 외형 구조는 모두 확인이 가능하였고, 제작 시 설정된 속성 정보에 대해서 객체의 기본 ID·길이·면적 등의 기본적인 물리적 값이 확인되었음을 알 수 있었다. 또한 BIM 모델을 역설계함으로써 프리웨어를 통해 건물에 대한 기본적인 정보와 현황 파악이 가능하였으며, 데이터 교환 포맷인 IFC를 이용한 DB구축은 건축물의 현황 및 기본적인 속성 정보에 대한 공유가 더욱 용이하다는 사실을 확인할 수 있었다. [그림 12]은 IFC Viewer로 확인한 구조물의 BIM 모델과 속성 정보의 모습이다.
셋째, BIM 기반으로 구축된 건물 모델링을 통해 높이별 평면도와 단면도를 비교하여 높이에 따른 위치 차이를 명확하게 확인할 수 있었고, 동시에 외벽 기준으로 높이에 따라 건물 범위가 달라져 입체 지적의 필요성을 확인하였다. 이를 통해 사용자들이 건물 구조와 면적 등을 쉽게 확인할 수 있기 때문이다.
마지막으로 지상 LiDAR를 이용하여 공간의 정확한 위치정보를 취득하였다. 이를 바탕으로 제작한 BIM 모델은 기존의 2차원적인 건물 정보 표현이 갖는 한계를 극복하고, 3차원 시각화를 통해 건물의 현황 파악을 용이하게 만들어 준다는 사실을 확인하였다. 따라서 개방형 BIM을 활용한 건물 정보 구축을 입체적 현황 파악을 위한 새로운 입체지적구축 방안으로 제시하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
항공 측량의 장단점은?
그러나 항공영상과 항공 LiDAR 등의 항공 측량은 광범위한 3차원 공간정보를 취득할 수 있다는 장점이 있으나, 구조물의 공간정보에 대한 정확도가 다소 낮아 정밀한 공간정보를 취득하는 데 부족함이 있다(김경민, 2015). 이에 이경근(2011)은 토목 구조물을 대상으로 3차원 공간정보를 추출 및 모델링하기 위하여 지상 LiDAR를 이용하는 연구를 진행하였고, 안병구(2008)는 지상 LiDAR를 이용해 대상 건물의 고정밀 점군자료를 취득하고, 이를 가시화한 입체 지적도를 제안하는 연구를 진행하였다.
지상 LiDAR의 장점은?
지상 LiDAR는 고밀도의 3차원 포인트 데이터를 바탕으로 일정한 범위를 중첩하여 측량을 실행한다. 이는 적은 측점에서 수mm의 위치 차이까지 취득이 가능한 장비로서 대상물에 레이저 빔을 발사하여 반사되는 왕복 시간 또는 위상차의 계산을 통해 X, Y, Z의 3차원 위치 좌표 성분의 무수히 많은 포인트 데이터로 저장되기 때문에, 기존의 측량기술에 비해 불규칙하고 정형화되지 않은 대상물의 형상 또는 표면에 대해 고해상도의 데이터를 취득할 수 있다는 장점이 있다. 또한 3차원 점군데이터는 격자형이나 불규칙삼각망의 형태로 규칙적이지 않고 비정형적인 대상물에 대해서도 표면 모델링이 가능하여 접근이 힘든 위험지형, 비탈사면, 대형 교량 및 토목구조물, 비정형 건물 등의 측량에 많이 사용된다(김경민, 2015).
건축분야 BIM 적용가이드에서 따른 BIM의 정의는?
BIM은 일반적으로 Building Information Model 혹은 Building Information Modeling으로 많이 일컬어지고 있으며, 국토교통부에서 배포한 건축분야 BIM 적용가이드에 의하면 BIM은 “토목, 건축, 플랜트 등 건설의 전 분야에 있어 시설물 객체의 물리적 및 기능적 특성에 의하여 시설물 수명주기에 의사결정을 하는데 신뢰하는 근거를 제공하는 디지털 모델과 그의 작성을 위한 전반적인 업무절차를 포함하여 지칭한다.”라고 정의된다.
참고문헌 (18)
강태욱 (2011), BIM의 원리, spacetime.
국토교통부 (2010), 건축분야 BIM 적용 가이드, 국토해양부 건축기획과.
김감래, 안병구, 황보상원(2008), 3차원 지적을 위한 건축물 취득에 관한 연구, 한국지적학회지, 제24권 제1호, pp.27-36.
김경민, 김찬용, 최연웅, 조기성 (2014), 공간정보 오픈플랫폼 탑재를 위한 한옥의 BIM기반 3차원 모델링 연구, 학술지"地籍", 한국국토정보공사 공간정보연구원, 제44권, 제2호, pp.91-101.
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