[논문]도로분야 BIM 형상 표준 검증도구 개발

문현석; 조근하

문제 정의

본 고에서는 토목시설 즉 도로, 교량, 터널, 토공, 부대 및 배수 등에 대해 통합된 BIM 활용을 지원하기 위해 Infra IFC 포맷을 개발하고 이의 작성, 변환 및 검토를 위한 상용 BIM 설계 S/W를 기반으로 형상 변환 및 시각화 도구를 국내외 최초로 개발하였다. 이를 국내의 BIM 표준 도입과 함께 3차원 납품 포맷의 변환 및 검증을 지원할 수 있다.
연구팀이 개발하는 도로분야의 IFC 포맷은 1차적으로 국제 공통의 도로분야 BIM표준을 개발하는 것과 함께 국내의 3차원 납품표준 포맷으로 활용할 목적으로 개발되었다. 이러한 과정에 필요한 형상, 속성, 프로세스 등의 공통 항목을 정의하였으며, 다수의 국제 IFC 전문가의 검증을 거쳐 2015년 말 최종 IFC4 기반의 IfcRoad 포맷 개발을 완료하였다.
그림 1은 Revit의 개발체계만을 표현하고 있으나 Civil 3D와의 큰 차이는 도로, 토공의 형상 변환을 위해 Revit API가 아닌 Civil 3D API를 활용한 것이다. 이를 통해 도로의 각 세부 Assembly에 대한 도로 모델 데이터 조회 및 추출을 가능하도록 하였다.

제안 방법

구조물 모델 변환기는 공간적 구성요소와 물리적 구성요소인 Spatial Element와 Physical Element를 별도의 인터페이스로 구성하였다. 사용자 측면에서 확인할 수 있는 변환기의 주요 기능은 프로젝트 정보 입력, 매핑 테이블 구축, 공간적 구성 요소 정보 입력, 물리적 구성 요소 정보 입력 및 Pre-Checking을 통해 출력 기능을 수행할 수 있다.
따라서 Spatial Element 와 Physical Element를 별도의 인터페이스로 구현하지 않고 하나의 인터페이스에서 처리할 수 있도록 구성하였다. 다만, Civil 3D에서는 선형정보를 추가로 포함할 수 있으므로, 이에 대한데이터 확인용으로 Alignment 인터페이스를 추가하였다. 이를 위해 본 연구팀이 개발한 2015년 bSI에서 개발한 IfcRoad 스키마 뿐만 아니라 이를 공간적으로 정의 및 구분하는 IfcAlignment V1.
도로 모델 변환기는 Revit과 달리 공간적/물리적 구성요소의 위상체계를 자동으로 추출할 수 있다. 따라서 Spatial Element 와 Physical Element를 별도의 인터페이스로 구현하지 않고 하나의 인터페이스에서 처리할 수 있도록 구성하였다. 다만, Civil 3D에서는 선형정보를 추가로 포함할 수 있으므로, 이에 대한데이터 확인용으로 Alignment 인터페이스를 추가하였다.
토목 시설 요소는 상용 설계 S/W에 보유하고 있는 일반모델을 대상으로 매핑의 용이성을 확보하기 위해 패밀리 인스턴스별로 IFC 엔티티와 매핑 하기 위한 인터페이스 모듈을 개발하여 보다 효과적으로 매핑 관계를 정의할 수 있도록 하였다. 또한 도로의 복잡한 공간위계를 정의할 수 있도록 별도의 공간 위계 구성 인터페이스를 구현하였다.
본 고에서는 개발된 IfcRoad 포맷으로의 작성, 변환, 검토를 수행하기 위해 특화된 도구가 필요하므로 상용 S/W에서 운용 가능한 Add-in을 개발하였으며, 실제 프로젝트 모델을 대상으로 개발된 IFC 포맷으로 변환 및 정보 교환의 기술적 타당성 검토를 수행하였다.
이후 Civil 3D 상에서 Corridor Build 명령을 수행하면 횡단 구성 요소 Type을 참조하여 실제 계산된 도로 구성요소를 생성한다. 본 과업에서는 포장층, 측구, 사면과 같은 요소들은 Shape과 Link로 표현되는 객체는 물리적 구성요소로 매핑하고, 이들의 상위 객체들은 모두 공간 객체로 구분하였다.
본 장에서는 토목 구조물 형상 모델과 도로, 선형 및 토공 형상 모델의 인프라 BIM 표준 변환기를 통해 추출된 Infra BIM 표준 검수를 위해 Infra BIM Viewer를 개발하였다. 주요 기능으로는 출력된 Infra IFC 파일의 시각적 가시화 (IfcAlignment 포함), Section View 및 제원 검토, 시뮬레이션 등의 형상검토 기능, 공사일정 및 공사비 검토 기능을 개발하였다.
0을 스키마에 통합하여 반영하였다. 사용자 측면에서 확인할 수 있는 변환기의 주요 기능은 Revit 모듈에서 구현한 기능과 거의 유사하나 Alignment 데이터 구조에 따른 기하형상 정보 테이블을 생성하는 방식을 공간 구조를 정의하는 특화 방식으로 개발하였다.
ifc’ 파일로 변환되는 과정을 거친다. 여기서 교량이나 터널 등 구조물의 경우는 Autodesk Revit, 도로, 선형 및 토공의 경우 Autodesk Civil 3D 용 Add-in을 개발하였다.
다만, Civil 3D에서는 선형정보를 추가로 포함할 수 있으므로, 이에 대한데이터 확인용으로 Alignment 인터페이스를 추가하였다. 이를 위해 본 연구팀이 개발한 2015년 bSI에서 개발한 IfcRoad 스키마 뿐만 아니라 이를 공간적으로 정의 및 구분하는 IfcAlignment V1.0을 스키마에 통합하여 반영하였다. 사용자 측면에서 확인할 수 있는 변환기의 주요 기능은 Revit 모듈에서 구현한 기능과 거의 유사하나 Alignment 데이터 구조에 따른 기하형상 정보 테이블을 생성하는 방식을 공간 구조를 정의하는 특화 방식으로 개발하였다.
사용자는 먼저 Revit을 실행하고 구조물 모델을 구축하거나 이미 구축된 모델을 불러온 후 Revit 상에서 변환기를 실행시킨다. 이후 변환기 프로그램에 의해 모델의 정보를 추출하여 각 사용자 인터페이스를 초기화하여 사용자에게 제공하게 되는데, Revit에서 제공하는 패밀리 인스턴스 단위로 추출된 테이블 상에서 매핑 엔티티를 설정하게 되며, Civil 3D 와는 달리 공간 구성체계를 사용자 정의에 의해 수행할 수 있도록 하였다. 이후 사용자는 각 사용자 인터페이스의 기능을 이용하여 IFC에 추가로 내보낼 데이터(Pset or Qset 등)를 추가한 후 Pre-checking을 수행한다.
이후 변환기 프로그램에 의해 모델의 정보를 추출하여 각 사용자 인터페이스를 초기화하여 사용자에게 제공하게 되는데, Revit에서 제공하는 패밀리 인스턴스 단위로 추출된 테이블 상에서 매핑 엔티티를 설정하게 되며, Civil 3D 와는 달리 공간 구성체계를 사용자 정의에 의해 수행할 수 있도록 하였다. 이후 사용자는 각 사용자 인터페이스의 기능을 이용하여 IFC에 추가로 내보낼 데이터(Pset or Qset 등)를 추가한 후 Pre-checking을 수행한다. 이후 Pset 또는 Qset 등의 데이터가 없거나 proxy 요소의 경우 리스트 형태로 사용자에게 보고하고, 사용자 검토 후 최종 IFC 파일을 Export하게 된다.
본 장에서는 토목 구조물 형상 모델과 도로, 선형 및 토공 형상 모델의 인프라 BIM 표준 변환기를 통해 추출된 Infra BIM 표준 검수를 위해 Infra BIM Viewer를 개발하였다. 주요 기능으로는 출력된 Infra IFC 파일의 시각적 가시화 (IfcAlignment 포함), Section View 및 제원 검토, 시뮬레이션 등의 형상검토 기능, 공사일정 및 공사비 검토 기능을 개발하였다. 그림 6은 연구팀에서 개발한 Infra IFC Viewer를 나타낸 것이다.
그러나 도로분야 IFC의 경우 bSI에서 개발한 IfcAlignment를 포함한 보다 복잡한 위계 구조를 표현해야 하며, 카테고리를 기준으로 하는 기존 상용 툴의 매핑 방식에 제약사항이 있다. 토목 시설 요소는 상용 설계 S/W에 보유하고 있는 일반모델을 대상으로 매핑의 용이성을 확보하기 위해 패밀리 인스턴스별로 IFC 엔티티와 매핑 하기 위한 인터페이스 모듈을 개발하여 보다 효과적으로 매핑 관계를 정의할 수 있도록 하였다. 또한 도로의 복잡한 공간위계를 정의할 수 있도록 별도의 공간 위계 구성 인터페이스를 구현하였다.

대상 데이터

본 연구에서 구현한 구조물 모델 변환기 모듈은 크게 사용자 인터페이스 모듈과 사용자가 Revit 및 Civil3D를 이용하여 작성한 구조물 설계 데이터를 추출하는 모듈로 구성되어 있다. 사용자 인터페이스는 BIM 설계 S/W 내에서 Docking UI 구현을 위해 WFP를 이용하여 개발되었고, Revit 및 Civil 3D의 모델 체계를 나타내는 트리 구조와 트리 구조를 선택했을 때에 나타나는 속성에 대한 데이터 테이블 등으로 구성되어 있다.
본 연구에서 구현한 구조물 모델 변환기 모듈은 크게 사용자 인터페이스 모듈과 사용자가 Revit 및 Civil3D를 이용하여 작성한 구조물 설계 데이터를 추출하는 모듈로 구성되어 있다. 사용자 인터페이스는 BIM 설계 S/W 내에서 Docking UI 구현을 위해 WFP를 이용하여 개발되었고, Revit 및 Civil 3D의 모델 체계를 나타내는 트리 구조와 트리 구조를 선택했을 때에 나타나는 속성에 대한 데이터 테이블 등으로 구성되어 있다. 또한 형상 변환의 핵심인 본 연구에서 개발한 Infra IFC 엔진과 .

성능/효과

Pre-check를 하기 위한 사전 조건은 Spatial Element 및 Physical Element가 생성되어야 하며, 각각 Attribute 및 Property Set Value 등이 입력되어야 한다. 모든 과정이 완료 되면 저장공간 할당, 공간 및 물리요소 정보입력, 문서내의 모든 요소정보 확인, 입력된 요소정보와 문서 내 요소정보 비교하여 사용자가 입력한 요소정보와 문서 내 공간적, 물리적 정보를 포함한 모든 요소의 정보를 비교하여 누락된 경우와 Attribute 값이 없는 경우, Property Set 값이 없는 경우를 선별하여 사용자의 최종 검토를 확인한다.

후속연구

최근 연구팀은 국토교통부와 함께 BIM 표준으로의 납품 및 실무 도입을 확산하기 위해 발주자 BIM 가이드라인 개발하고 있다. 본 도구의 활용은 BIM 데이터 작성, 활용 및 납품 가이드에 핵심 내용으로 포함될 것이다. 현재 국내에서 도로분야 BIM 표준의 개발로 하천, 철도및 항만 등에서도 이의 도입을 위한 연구가 수행중이거나 신규 과제 공고 예정에 있다.
현재 국내에서 도로분야 BIM 표준의 개발로 하천, 철도및 항만 등에서도 이의 도입을 위한 연구가 수행중이거나 신규 과제 공고 예정에 있다. 향후 개발된 도구 들은 타 시설의 표준 개발을 지원할 수 있을 뿐만 아니라 국가 공통의 표준화된 변환 및 시각화 검토를 위한 핵심도구로 활용될 수 있을 것이다. 또한 도로분야 BIM 형상 표준이 국제표준으로 인정되면 개발도구의 범용성이 좀 더 확대될 수 있다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	대부분의 BIM 저작도구는 어떤 매핑 테이블을 내장하고 있는가?	대부분의 BIM 저작도구는 자체적으로 구조물 구성요소의 타입별로 IFC 엔티티를 정의한 매핑 테이블을 내장하고 있다. IFC 변환 처리는 이와 같은 매핑 테이블에 의해 IFC로 변환되는데 위계 구조를 표현하는 방식에 있어 일반적으로 빌딩 구조물에 특화된 빌딩, 층, 공간, Zone 등의 위계 구조로 출력된다.
	NATM 및 TBM 터널에 대한 IFC 포맷의 문제점은?	이외에도 일본(2007) 및 독일(2013)에서 NATM 및 TBM 터널에 대한 IFC 포맷을 개발한 바 있다. 그러나 이들 포맷은 개별 특정 형식의 구조물에 대해서만 적용 가능하여 다양한 형태를 포함하는 토목시설의 특성상 공통된 표준 형상을 정의하기 어려웠다.
	Infra BIM Viewer의 주요 기능은?	본 장에서는 토목 구조물 형상 모델과 도로, 선형 및 토공 형상 모델의 인프라 BIM 표준 변환기를 통해 추출된 Infra BIM 표준 검수를 위해 Infra BIM Viewer를 개발하였다. 주요 기능으로는 출력된 Infra IFC 파일의 시각적 가시화 (IfcAlignment 포함), Section View 및 제원 검토, 시뮬레이션 등의 형상검토 기능, 공사일정 및 공사비 검토 기능을 개발하였다. 그림 6은 연구팀에서 개발한 Infra IFC Viewer를 나타낸 것이다.

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