최근에 각광받고 있는 3D BIM기반 철근 물량 산출 현황을 살펴보면 상용 BIM 도구들이 철근 모델링 기능을 제공하지만 그 기능을 이용해서 철근을 모델링하려고 하면 방대한 양의 모델링 시간이 소요가 되어 현재 실용적으로 사용할 수 있는 BIM 소프트웨어는 없다. 본 연구에서는 BIM 기반 설계 현업에서 실용적인 철근 물량 산출 프로세스를 정리 및 제시하고, 초기설계단계의 단면 정보가 없는 상태에서 기존의 2D방식에 비하여 보다 정확하게 기동, 보, 슬래브, 벽체의 철근 단면 정보를 자동으로 배근해주는 프로그램인 Rebar Automatic Arrangement Program(이하 RAAP)을 개발하였다. 본 연구 결과는 건설프로젝트의 초기 설계단계에서 설계 진행상 구조 부재 단면 설계가 완료되지 않은 상태의 골조 물량 산출 시 적은 노력으로 기존의 2D기반 방식보다 신뢰성을 향상시킨 물량을 산출할 수 있는 기술로 발전시키는데 의미가 있으며, 합리적인 초기 설계단계의 물량 산출 프로그램을 구축할 수 있는 기초 연구로서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
최근에 각광받고 있는 3D BIM기반 철근 물량 산출 현황을 살펴보면 상용 BIM 도구들이 철근 모델링 기능을 제공하지만 그 기능을 이용해서 철근을 모델링하려고 하면 방대한 양의 모델링 시간이 소요가 되어 현재 실용적으로 사용할 수 있는 BIM 소프트웨어는 없다. 본 연구에서는 BIM 기반 설계 현업에서 실용적인 철근 물량 산출 프로세스를 정리 및 제시하고, 초기설계단계의 단면 정보가 없는 상태에서 기존의 2D방식에 비하여 보다 정확하게 기동, 보, 슬래브, 벽체의 철근 단면 정보를 자동으로 배근해주는 프로그램인 Rebar Automatic Arrangement Program(이하 RAAP)을 개발하였다. 본 연구 결과는 건설프로젝트의 초기 설계단계에서 설계 진행상 구조 부재 단면 설계가 완료되지 않은 상태의 골조 물량 산출 시 적은 노력으로 기존의 2D기반 방식보다 신뢰성을 향상시킨 물량을 산출할 수 있는 기술로 발전시키는데 의미가 있으며, 합리적인 초기 설계단계의 물량 산출 프로그램을 구축할 수 있는 기초 연구로서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
In the meantime, looking at the present status of how to estimationte the quantity of rebar based on 3D BIM getting the limelight in these days, commercial BIM tools provide rebar modeling functions however it takes a vast amount of modeling time for modeling of rebar in use of that function hence t...
In the meantime, looking at the present status of how to estimationte the quantity of rebar based on 3D BIM getting the limelight in these days, commercial BIM tools provide rebar modeling functions however it takes a vast amount of modeling time for modeling of rebar in use of that function hence there is no BIM software at present for practical use. Therefore, in this study, we organized and presented a practical rebar quantity estimationtion process in BIM-based design work-site and intended to develop a program named Rebar Automatic Arrangement Program - hereinafter called RAAP - which enables automatic rebar arrangement based on much more precise cross-sectional information of bars in column, beam, slab and wall than the one from existing 2D method under the conditions without any cross-sectional information in the initial design phase. In addition, we intended to establish rebar quantity estimationtion process in the initial design phase through interworking of modeling & quantity estimationtion functions in consideration of joint, anchoring length of BuilderHUB as a BIM software with RAAP. The results from this study are practical in developing a technology that is able to estimationte quantity with more improved reliability than the one from existing 2D-based methods with less effort when the quantity of framework is estimationted in the uncompleted state of cross-sectional design for structural members in the initial design phase of a construction project. And it is expected that it could be utilized as a basic study from which a reasonable quantity estimationtion program can be established in the initial design phase.
In the meantime, looking at the present status of how to estimationte the quantity of rebar based on 3D BIM getting the limelight in these days, commercial BIM tools provide rebar modeling functions however it takes a vast amount of modeling time for modeling of rebar in use of that function hence there is no BIM software at present for practical use. Therefore, in this study, we organized and presented a practical rebar quantity estimationtion process in BIM-based design work-site and intended to develop a program named Rebar Automatic Arrangement Program - hereinafter called RAAP - which enables automatic rebar arrangement based on much more precise cross-sectional information of bars in column, beam, slab and wall than the one from existing 2D method under the conditions without any cross-sectional information in the initial design phase. In addition, we intended to establish rebar quantity estimationtion process in the initial design phase through interworking of modeling & quantity estimationtion functions in consideration of joint, anchoring length of BuilderHUB as a BIM software with RAAP. The results from this study are practical in developing a technology that is able to estimationte quantity with more improved reliability than the one from existing 2D-based methods with less effort when the quantity of framework is estimationted in the uncompleted state of cross-sectional design for structural members in the initial design phase of a construction project. And it is expected that it could be utilized as a basic study from which a reasonable quantity estimationtion program can be established in the initial design phase.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 초기 설계 단계 철근 물량 산출에 있어서 B/H를 활용한 개선된 프로세스를 제시하고자 한다. 이에 대한 상세 내용은 다음과 같다.
또한 BIM 소프트웨어인 BuilderHUB(이하 B/H)의 이음·정착 길이를 고려한 모델링 및 물량 산출 기능과 RAAP를 연동하여 초기설계 단계의 철근 물량 산출 프로세스를 구축하고자 한다.
본 연구에서는 BIM 기반 설계 현업에서 실용적인 철근 물량 산출 프로세스를 정리 및 제시하고, 초기 설계 단계의 단면 정보가 없는 상태에서 최소의 노력으로 기동, 보, 슬래브, 벽체의 철근 단면 정보를 자동으로 배근해 주는 프로그램인 RAAP을 개발하였다. 또한 BIM 소프트웨어인 B/H의 이음·정착 길이를 고려한 모델링 및 물량 산출 기능과 RAAP를 연동하여 초기 설계 단계의 철근 물량 산출 프로세스를 구축하였다.
본 연구에서는 골조공사 비용의 많은 부분을 차지하며, BIM 기술의 기술적 한계로 지적되고 있는 철근공사에 적용되고 있는 상용 BIM도구의 활용도를 분석하였다.
실무에 BIM도입이 어려웠던 문제에 대한 원인으로서 모델링 인력 및 비용 문제, BIM Tool의 기술적 한계, BIM모델 활용의 한계 등이 존재하는 것을 도출하였으며, 이에 따른 해결방안으로서 B/H의 기능으로 이음·정착이 고려된 철근모델링 및 철근 물량 산출 프로세스를 개선하고자 하였고, 본 연구에서 개발한 시스템(RAAP)의 적용을 통해 초기 설계 단계에서 BIM기반 RC구조의 철근 물량 산출 프로세스를 구축하고자하였다.
이에 대해 BIM 소프트웨어의 Open API를 이용하여 개선하고자 하는 연구가 많이 진행되었지만 아직 부족한 부분이 많이 있다. 이에 대해 B/H의 프로세스를 제시함으로 현 프로세스를 개선하고 한다.
이에 본 연구에서는 BIM 기반 설계 현업에서 실용적인 철근 물량 산출 프로세스를 정리 및 제시하고, 초기 설계 단계의 단면 정보가 없는 상태에서 기존의 2D방식에 비하여 보다 정확하게 기동, 보, 슬래브, 벽체의 철근 단면 정보를 자동으로 배근해 주는 프로그램인 Rebar Automatic Arrangement Program(이하 RAAP)을 개발하고자 한다. 또한 BIM 소프트웨어인 BuilderHUB(이하 B/H)의 이음·정착 길이를 고려한 모델링 및 물량 산출 기능과 RAAP를 연동하여 초기설계 단계의 철근 물량 산출 프로세스를 구축하고자 한다.
셋째, 상용 BIM S/W 및 B/H의 초기 설계 단계의 단면 정보가 없을 경우 철근 물량 산출에 있어서 거의 불가능한 실정이다. 초기 설계 단계의 단면 정보를 생성해 주는 프로그램의 개발이 필요하며, 이를 BIM S/W와 연동하여 철근 물량 산출을 가능하게 하고자 한다.
알고리즘 검토 프로세스는 B/H에서 골조 형상 모델링을 해준 후 RAAP로 단면 정보를 생성해 주고 B/H로 이음·정착이 고려된 상세모델 생성 및 물량 산출하는 과정으로 진행된다. 초기 설계 단계의 단면정보가 없는 상태에서의 물량을 산출을 목적으로 하며, 실제 프로젝트의 물량과 오차를 비교한다.
제안 방법
B/H에서 도면 인식을 통한 골조 형상을 모테링 후 RAAP에서 각 부재의 단면 정보를 생성해 주면 B/H에서 철근 모델링 및 물량 산출이 가능한 프로세스로 구성하였다.
이 최소한의 정보로 단면에 들어갈 수 있는 총 철근량 및 선택된 주근의 종류를 최대 몇 개까지 배근할 수 있는지 계산한다. 계산된 철근의 개수를 단면의 비율로 Top/Bottom에 배근되는 개수와 Left/Right에 배근되는 개수를 산정하며, 주근 간격을 계산 및 검토한다. 주근의 간격은 (a) 40mm, (b) 주근의 1.
B/H의 DB에서 슬래브는 두께정보를 받아오고, 수직 및 수평 철근비를 입력받으며, 설계 기준에 따라서 최소 철근비는 2%로 제한한다. 그 후, 단면적과 철근비로 필요한 철근 배근 개수를 계산하고, 이 값을 이용하여 배근 간격을 산정한다. 단위 길이로 배근을 하여 배근 간격을 구하며, 배근 간격은 기준에 따라서 주근 및 부근의 중심간격을 위험 단면에서는 (a) Slab 두께의 2배 이하, (b) 300mm 이하로 제한하며, 기타 단면에서는 Slab의 두께의 3배이하, 또는 450mm이하로 제한한다.
또한 BIM 소프트웨어인 B/H의 이음·정착 길이를 고려한 모델링 및 물량 산출 기능과 RAAP를 연동하여 초기 설계 단계의 철근 물량 산출 프로세스를 구축하였다.
본 연구에서 사용할 B/H는 건물골조의 상세설계와 정밀견적에 특화된 3차원 BIM 소프트웨어로, 다른 BIM 소프트웨어에 비하여 철근의 이음·정착 길이를 고려한 모델링 및 물량 산출이 쉽고 빠르고 가능하여 본 연구의 취지에 맞게 활용할 수 있어서 선정하였다.
본 연구에서의 철근 배근 알고리즘은 B/H에서 철근 배근 및 물량 산출에 필요한 정보를 토대로 구축하였으며, RAAP의 모든 부재는 건축 구조 기준(KBC2009)을 기준에 의해 설계되었다. Fig.
0020으로 제한을 둔다. 철근비로 철근량을 계산하여, 배근 가능한 개수를 산정하고, 배근 간격을 구한다.
대상 데이터
알고리즘을 검증 및 사례 적용을 위한 건물은 서울 근교의 25층 내외의 공동주택으로 Fig. 9와 같이 5동을 선정하였다. 알고리즘 검토 프로세스는 B/H에서 골조 형상 모델링을 해준 후 RAAP로 단면 정보를 생성해 주고 B/H로 이음·정착이 고려된 상세모델 생성 및 물량 산출하는 과정으로 진행된다.
이론/모형
본 연구를 통해 개발된 철근 자동 배근 프로그램 RAAP를 구현한 프로그램 언어는 Visual C#이며, 프로그램은 프로그래밍 플랫폼인 Visual Studio 2015버전을 사용했다.
성능/효과
(2) 부재 단면 크기를 포함한 골조 형상 BIM 모델이 있을 때, 각 부재의 단면에 합리적인 철근비를 가정하여 RAAP로 주근과 보조근들을 배근을 해주고, B/H의 상세 설계 기능을 이용하여, 이음과 정착을 고려한 3차원 배근을 완료한 결과 배근 상세 설계가 완료된 상태의 철근의 물량을 사람의 많은 노력없이 합리적인 물량을 집계할 수 있다.
부재별로 여러 개의 철근비로 계산하여 실제 건물의 물량과 RAAP으로 산출한 물량을 비교하였을 때, 오차가 가장 적은 철근비를 Table 2~Table 6에 나타내었다. 데이터들을 분석한 결과 공동주택의 경우, 모든 부재의 오차율이 최대 5%이내로 들어온 것을 확인하였다. 보와 기둥 부재의 오차율이 큰 것을 확인할 수 있는데, 슬래브와 벽체의 물량에 비하여 보와 기둥의 물량이 적어서 보와 기둥의 오차율이 커도 전체적인 물량에 미치는 영향이 적기 때문에, 초기 설계 단계의 물량을 실시 설계 단계의 물량과 큰 오차없이 산출이 가능했다.
후속연구
(3) 본 연구에서는 공동주택을 대상으로 하였기에 모든 건물에 적용할 수 없는 한계성을 가지고 있으며, 향후 더 많은 건물 유형에 대한 연구가 진행되면 RAAP의 효용성이 극대화될 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 추후 연구에서 부재의 철근비를 기존 통계 데이터 등을 활용하여 철근비 자체를 합리적으로 가정하는 알고리즘에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
(4) 본 연구 결과는 건설프로젝트의 초기 설계단계에서 설계 진행상 구조 부재 단면 설계가 완료되지 않은 상태의 골조 물량 산출 시 적은 노력으로 기존의 2D기반 방식보다 신뢰성을 향상시킨 물량을 산출할 수 있는 기술로 발전시키는데 의미가 있으며, 합리적인 초기 설계 단계의 물량 산출 프로그램을 구축할 수 있는 기초 연구로서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
(3) 본 연구에서는 공동주택을 대상으로 하였기에 모든 건물에 적용할 수 없는 한계성을 가지고 있으며, 향후 더 많은 건물 유형에 대한 연구가 진행되면 RAAP의 효용성이 극대화될 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 추후 연구에서 부재의 철근비를 기존 통계 데이터 등을 활용하여 철근비 자체를 합리적으로 가정하는 알고리즘에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
Architectural Institute of Korea (2009) KBC, Korean Building and Commentary.
Cho, Y.S., Kim, M..R., Hong, S.C. (2013) A Study on Automatic Reinforcement Placement System of Isolated Foundation based on S-BIM, J. Archit. Inst. Korea Struct.& Constr., 29(11), pp.21-28.
Choi, H.C., Lee, Y.J., Lee, S.E., Kim, C.K. (2014) Development of 3-Dimensional Rebar Detail Design and Placing Drawing System, J. Comput. Struct. Eng. Inst. Korea, 27(4), pp.289-296.
Eom, J.E., Lee, J.H., Kim, J.H., Choi, I.S. (2014) An Introduction to a BIM-based Automated Reinforcement Modeling System, J. Comput. Struct. Eng. Inst. Korea, 27(3).
Hong, S.U., Cho, Y.S., Lee, J.H., Hong, S.C. (2011) The Study on Development of Automatic Reinforcement Placing System of Columns for RC Structures based on Parametric Technology, J. Archi. Inst. Korea Struct. & Constr., 27(1), pp.11-18.
Hyundai Development Company (2010) Reinforced Concrete Reinforcement Details.
Information Publishing Group (2010) For beginners C# exercises 200.
Jang, J.W. (2013) The Development of a Rebar Arrangement System for Reinforced Concrete by Applying the Structural BIM-based Lean Design Technique, Master's Thesis, Graduate School of Hanyang University.
Kim, M.S. (2014) Utilizability of BIM Software Tools in the Early Stage of Architectural Design - Concentrated on Comparative Analysis among Major BIM Softwares, Reg. Assoc. Archi. Inst. Korea, 16(6) pp.65-72.
Park, S.H. (2014) C# 5.0 Programming to Stimulate the Brain.
Park, Y.J., Won, S.K., Han, C. H., Lee, J.B. (2011) A Study on 3D BIM Collaborative Approximate Estimating.
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