연구의 목적은 3차원역설계 기술을 기반으로 MEP (Mechanical, Electrical and Plumbing) 시설물 유지관리 작업의 효율성을 개선할 수 있는 방안을 도출하는 것이다. 최근, 3차원 이미지 스캔 기반 역설계 기술이 건설, 건축, 구조, 플랜트 분야에서 많이 활용되고 있다. 특히, 객체 수가 많고, 형태가 복잡한 MEP 설비의 경우, 여러 번의 시설물 관리 작업으로 인해 도면과 상이한 경우가 많아, 최근 반도체 공장, 플랜트, 빌딩 MEP 등을 중심으로 많이 활용되고 있다. 3차원 이미지 스캔을 통해 획득된 3차원 포인트 클라우드는 대상물의 정밀한 3차원 정보를 포함하고 있어, 이를 잘 활용한다면, 시설물 관리 등 다양한 유스케이스에 필요한 객체 정보를 추출할 수 있다. 특히, 형태가 복잡한 MEP 시설물 관리 작업의 효율성을 개선할 수 있다. 본 연구에서는 이와 관련된 기술 동향을 조사하고, 이를 기반으로 3차원 역설계 프로세스를 분석한다. 분석한 결과를 바탕으로, MEP 시설물 관리 작업의 개선 방안을 도출하고, 그 효과를 기술한다.
연구의 목적은 3차원 역설계 기술을 기반으로 MEP (Mechanical, Electrical and Plumbing) 시설물 유지관리 작업의 효율성을 개선할 수 있는 방안을 도출하는 것이다. 최근, 3차원 이미지 스캔 기반 역설계 기술이 건설, 건축, 구조, 플랜트 분야에서 많이 활용되고 있다. 특히, 객체 수가 많고, 형태가 복잡한 MEP 설비의 경우, 여러 번의 시설물 관리 작업으로 인해 도면과 상이한 경우가 많아, 최근 반도체 공장, 플랜트, 빌딩 MEP 등을 중심으로 많이 활용되고 있다. 3차원 이미지 스캔을 통해 획득된 3차원 포인트 클라우드는 대상물의 정밀한 3차원 정보를 포함하고 있어, 이를 잘 활용한다면, 시설물 관리 등 다양한 유스케이스에 필요한 객체 정보를 추출할 수 있다. 특히, 형태가 복잡한 MEP 시설물 관리 작업의 효율성을 개선할 수 있다. 본 연구에서는 이와 관련된 기술 동향을 조사하고, 이를 기반으로 3차원 역설계 프로세스를 분석한다. 분석한 결과를 바탕으로, MEP 시설물 관리 작업의 개선 방안을 도출하고, 그 효과를 기술한다.
The objective of this research is to develop a method of improving MEP facility management based on 3D reverse engineering. Recently, 3D image scanning-based reverse engineering has been implemented in the fields of architecture, construction and (manufacturing). In the case where there are many obj...
The objective of this research is to develop a method of improving MEP facility management based on 3D reverse engineering. Recently, 3D image scanning-based reverse engineering has been implemented in the fields of architecture, construction and (manufacturing). In the case where there are many objects and the MEP system is complicated, 3D reverse engineering is applied in semiconductor factories, because facility maintenance works cause the 2D drawing to be different from the original one. The 3D point cloud data obtained from 3D image scanning contains accurate data and can increase the efficiency of complicated MEP facility maintenance works. For this purpose, the present research studied the technology trends and analyzed the process of 3D reverse engineering. Based on the results, a method of improving MEP facility management is established and its effects described.
The objective of this research is to develop a method of improving MEP facility management based on 3D reverse engineering. Recently, 3D image scanning-based reverse engineering has been implemented in the fields of architecture, construction and (manufacturing). In the case where there are many objects and the MEP system is complicated, 3D reverse engineering is applied in semiconductor factories, because facility maintenance works cause the 2D drawing to be different from the original one. The 3D point cloud data obtained from 3D image scanning contains accurate data and can increase the efficiency of complicated MEP facility maintenance works. For this purpose, the present research studied the technology trends and analyzed the process of 3D reverse engineering. Based on the results, a method of improving MEP facility management is established and its effects described.
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문제 정의
이에 연구 범위를 기존 산업단지 내 대부분을 차지하는 MEP시설물에 초점을 맞춰 3차원 역설계 기술을 기반으로 한 효과적인 MEP 시설물 유지 관리 방안을 도출해 보고자 한다. 다만, 이와 관련된 국내 연구는 아직 초기 단계이며, 정량적으로 확인할 만한 사례가 많이 공개되지 않은 분야의 특성을 고려하여, 실무적인 역설계 프로젝트를 진행한 엔지니어링 실무자들을 대상으로 한 전문가 자문을 통해, 연구 내용과 결과를 도출하고자 한다.
문제점이 발생하면 현장팀이 이를 현장에서 발견하기는 어렵다. 따라서 넘겨받은 데이터를 확인하여 후처리팀이 확인하고 현장팀에게 이를 전달하여 작업오류를 수정할 수 있도록 한다. 또한 자동 정합 기능을 사용 시 스피어 타겟과 유사한 형태의 스캔데이터를 타겟으로 잘못 인식하는 경우가 있다.
이는 아직까지 역설계에 대한 관련 연구 및 사례가 미흡하여, 효과적 역설계 결과도출을 위한 기술, 프로세스 등에 초점을 맞춘 연구들이 주로 수행되고 있었다. 본 연구는 기존 MEP 시설물 유지 관리 작업방식에서 나아가, 3차원 역설계 작업결과를 바탕으로 MEP 시설물 유지관리의 효율적 작업을 위한 개선방안을 연구하고 도출한다.
플랜트 배관 역설계를 위해 스캐닝 데이터의 최적화 된 매칭에 관한 연구가 있었다[11]. 이 연구는 3차원 레이저 스캐닝을 이용하여 배관데이터를 취득하고 3차원 설계모델과 형상정보의 매칭 알고리즘을 개발하여 결과를 도출하였다.
비정형 건축물 외장재를 이용한 건축자재 품질 관리 프로세스에 관한 연구가 있었다[2]. 이 연구는 건축자재 품질 관리 관점에서 프로세스를 조사하였다.
리모델링 프로젝트의 역설계 적용을 위한 최적 3차원 레이저 스캐닝 정보 획득 방안에 관한 연구가 있었다[3]. 이 연구는 리모델링 프로젝트 관점에서 스캐닝 정보를 취득하는 방법에 대해 초점이 맞춰져 있다.
이에 연구 범위를 기존 산업단지 내 대부분을 차지하는 MEP시설물에 초점을 맞춰 3차원 역설계 기술을 기반으로 한 효과적인 MEP 시설물 유지 관리 방안을 도출해 보고자 한다. 다만, 이와 관련된 국내 연구는 아직 초기 단계이며, 정량적으로 확인할 만한 사례가 많이 공개되지 않은 분야의 특성을 고려하여, 실무적인 역설계 프로젝트를 진행한 엔지니어링 실무자들을 대상으로 한 전문가 자문을 통해, 연구 내용과 결과를 도출하고자 한다.
가설 설정
1) 1차 스캔이 끝나면 메모리 카드를 교체하여 후처리 팀에 전달한다. 1차로 취득한 스캔데이터로 정합작업을 진행 한다.
2) 현장팀은 2차 스캔을 진행한다. 1차 스캔데이터의 작업진행 파악 한다.
5) 잘못된 배관 구경 : 착오시공에 의한 잘못된 배관 검출이 가능하다.
제안 방법
본 연구에서는 역설계 실무 전문가 자문을 통해, 역설계 프로세스의 3차원 이미지 스캔-데이터 정합-모델링 부분의 단계별 MEP 유지보수 역설계 기술을 조사하고, 각 기술에 대한 문제점으로 3D 이미지 스캔 시간/공간 제약 문제, 3D 역설계 모델링 시 비효율적 수작업, 표준 라이브러리 부족, LOD 수준에 따른 작업 품질 및 비용 등을 도출하였다. 이후 상기 의견들을 바탕으로 배관 유지보수 활용, 효과적 시설물 관리 빅데이터 구축, 시설물 개선 및 교체 기성검수, 설비 변위량 분석 및 사고방지 등의 역설계 기반 MEP 시설물 관리방안을 제시하였다.
본 장에서는 4장의 자문의견 및 이를 토대로 도출한 역설계 작업 시 고려사항을 바탕으로, 현재의 3차원 이미지 스캔 기반 역설계 모델링 작업 시 문제점을 도출하였다.
본 장에서는 BIM 모델링 경험이 있는 역설계 실무 경력이 5년 이상인 전문가 4명의 자문을 통해, MEP 유지보수에 필요한 역설계 기술을 조사하고, 역설계 기술의 문제점 및 고려사항을 도출해 보았다.
본 논문의 연구 방법은 다음과 같다. 우선, 본 연구과 관련된 기술동향을 조사하고, 분석해 본다. 이후, 조사된 기술과 관련 전문가 자문을 통해 시설물 유지관리에 적용할 수 있는 역설계 기술, 문제점 및 프로세스를 분석하고, 이를 고려해, MEP 시설물 유지관리 작업을 개선할 수 있는 유스케이스를 도출해 본다.
본 연구에서는 역설계 실무 전문가 자문을 통해, 역설계 프로세스의 3차원 이미지 스캔-데이터 정합-모델링 부분의 단계별 MEP 유지보수 역설계 기술을 조사하고, 각 기술에 대한 문제점으로 3D 이미지 스캔 시간/공간 제약 문제, 3D 역설계 모델링 시 비효율적 수작업, 표준 라이브러리 부족, LOD 수준에 따른 작업 품질 및 비용 등을 도출하였다. 이후 상기 의견들을 바탕으로 배관 유지보수 활용, 효과적 시설물 관리 빅데이터 구축, 시설물 개선 및 교체 기성검수, 설비 변위량 분석 및 사고방지 등의 역설계 기반 MEP 시설물 관리방안을 제시하였다.
자문 내용은 역설계 프로세스를 구성하는 주요 단계인 3차원 이미지 스캔, 데이터 정합 (Registration), 모델링부분으로 나누어, 각 단계의 목적, 기술 및 문제점을 질문하였다. 자문은 2015년 6월 부터 9월까지 6회 자문이 이루어졌으며, 이런 과정을 통해, 효율적인 역설계 작업에 필요한 고려사항을 도출하였다.
자문 내용은 역설계 프로세스를 구성하는 주요 단계인 3차원 이미지 스캔, 데이터 정합 (Registration), 모델링부분으로 나누어, 각 단계의 목적, 기술 및 문제점을 질문하였다. 자문은 2015년 6월 부터 9월까지 6회 자문이 이루어졌으며, 이런 과정을 통해, 효율적인 역설계 작업에 필요한 고려사항을 도출하였다.
1차 스캔데이터의 작업진행 파악 한다. 후처리 팀이 부족한 스캔데이터를 파악해, 현장팀에게 추가 스캔을 지시한다.
성능/효과
3) 기울어진 배관 : 착오시공 또는 추가설비 설치에 과도한 힘이 서포터에 가해짐에 따라 전체적인 형상이 변형을 일으킨 것을 검출할 수 있다.
본 연구에서 제시된 시설물의 관리 및 사고의 예측, 기성검수, 전환설계와 기존 시설물에 대한 시공 정합성 평가 등의 활용 방안은 MEP 시설물 관리 작업 시간 및 비용 감소 효과를 얻을 수 있다.
후속연구
다만, 본 연구는 3차원 형상 이미지 스캔에 기반을 둔 연구로써 재료 물성 및 유체 특성의 변화를 검출해 시설물 관리 작업 개선에 반영하지 못한 한계가 있다. 향후, 다양한 검출 방법을 연구하고, 그 효과를 정량적으로 분석할 계획이다.
리모델링의 역설계 적용을 위해 3차원 레이저 스캐닝 정보 획득 방안에 대한 연구가 있었다[12]. 이 연구는 역설계 프로세스 가운데 3차원 형상정보 획득을 위한 최적의 포인트 데이터 획득 정밀도를 제한하고 있다.
우선, 본 연구과 관련된 기술동향을 조사하고, 분석해 본다. 이후, 조사된 기술과 관련 전문가 자문을 통해 시설물 유지관리에 적용할 수 있는 역설계 기술, 문제점 및 프로세스를 분석하고, 이를 고려해, MEP 시설물 유지관리 작업을 개선할 수 있는 유스케이스를 도출해 본다. 본 연구의 흐름은 다음 그림과 같다.
다만, 본 연구는 3차원 형상 이미지 스캔에 기반을 둔 연구로써 재료 물성 및 유체 특성의 변화를 검출해 시설물 관리 작업 개선에 반영하지 못한 한계가 있다. 향후, 다양한 검출 방법을 연구하고, 그 효과를 정량적으로 분석할 계획이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
건축 MEP 역설계 지침 개발을 위한 프로세스 기초 연구의 의의는 무엇인가?
건축 MEP 역설계 지침 개발을 위한 프로세스 기초 연구가 있었다[1]. 이 연구는 역설계 지침에 초점을 맞춘 프로세스 기초 조사 연구로, 본 연구인 유지보수 작업 개선 방안 도출과는 차이가 있으나, MEP 역설계 지침 연구 전에 사전 조사 작업으로 의미가 있다.
역설계 기술이 다양한 분야에 적용되고 있는 사례가 늘어가게 된 배경은?
건설 분야에서 3차원 이미지 스캔 기반 역설계 기술이 본격적으로 활용된 것은 몇 년 되지 않았다. 최근 역설계 기술이 건축, MEP, 플랜트 등의 다양한 분야에 적용한 사례가 급격히 늘고 있는 배경에는 BIM (Building Information Modeling) 기술이 공공발주로 의무화되기 시작하고, 스캐닝 결과물인 3차원 포인트 클라우드를 효과적으로 처리하기 위해 필요한 컴퓨터 성능, 수치해석 알고리즘, 보급형 스캐닝 장치의 출현 등이 맞물린 결과이다.
3차원 이미지 스캔 기술은 어떠한 단계인가?
3차원 이미지 스캔 기술은 대상 물체가 가지는 형상 정보를 취득하기 위한 단계이다. 이를 위해 스캐너와 타겟 (Target)을 위치 시켜야 한다.
참고문헌 (12)
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American Institute of Architects, Guide, Instructions and Commentary to the 2013 AIA Digital Practice Documents, 2013.
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S. S. Lee and S. W. Kwon, "A Study on Optimal Laser Scanning method for Reverse Engineering at Interior Remodeling Project", Korea Journal of Construction Engineering and Management, vol. 15, no. 3, pp. 3-11, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.6106/KJCEM.2014.15.3.003
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