최근 도시물순환 회복을 위한 저영향개발(LID) 기법 적용에 대한 관심이 증가함에 따라, LID 계획 설계 및 시공, 유지관리 등에 활용할 수 있는 건축정보모델(BIM)에 대한 관심이 증가하고 있다. 이에 따라 본 논문에서는 LID 기법의 계획 및 설계공정 단계에서 BIM의 적용가능성과 활용방안을 검토하고자 2D기반의 설계도서를 통해 산출된 LID 시설물의 물량과 BIM 모델링에서 산출된 LID 시설물의 물량을 자동으로 비교하는 모듈을 개발하여 2D기반 산출물량과 비교검토하였다. BIM 기반 LID 시설물량 자동검토 모듈을 개발하기 위해서 연구대상지를 선정하고, BIM 모델링을 통해 물량산출표를 추출하였다. 추출된 물량산출표를 2D 기반의 물량산출표와 비교하기 위한 알고리듬을 작성하고, 작성된 알고리듬을 프로그램화해 산출된 물량의 비교 검토를 실시하였다. 대상지에 적용된 LID 시설물의 모델링을 완료하고, LID 시설물량 자동검토 모듈을 이용해 2D 기반 설계도서의 물량산출표와 BIM기반 물량산출표의 비교 검토를 실시하여, 좀 더 정확한 물량산출을 진행하였다. 또한 산출된 결과 중 재료의 물량 오차율이 ${\pm}30%$를 벗어나는 시설물들의 오차발생 원인을 분석하여 LID 시설물량 자동검토 모듈의 정확도를 검토하였다. LID 시설물량 자동검토 모듈을 통해, 설계도서를 기반으로 한 물량 산출과정에서 발생할 수 있는 오류들을 조기에 발견하고 수정할 수 있을 것으로 보이며, BIM 기반 LID 시설물 종합 관리 시스템 구축의 기반을 마련할 수 있을 것으로 판단된다.
최근 도시물순환 회복을 위한 저영향개발(LID) 기법 적용에 대한 관심이 증가함에 따라, LID 계획 설계 및 시공, 유지관리 등에 활용할 수 있는 건축정보모델(BIM)에 대한 관심이 증가하고 있다. 이에 따라 본 논문에서는 LID 기법의 계획 및 설계공정 단계에서 BIM의 적용가능성과 활용방안을 검토하고자 2D기반의 설계도서를 통해 산출된 LID 시설물의 물량과 BIM 모델링에서 산출된 LID 시설물의 물량을 자동으로 비교하는 모듈을 개발하여 2D기반 산출물량과 비교검토하였다. BIM 기반 LID 시설물량 자동검토 모듈을 개발하기 위해서 연구대상지를 선정하고, BIM 모델링을 통해 물량산출표를 추출하였다. 추출된 물량산출표를 2D 기반의 물량산출표와 비교하기 위한 알고리듬을 작성하고, 작성된 알고리듬을 프로그램화해 산출된 물량의 비교 검토를 실시하였다. 대상지에 적용된 LID 시설물의 모델링을 완료하고, LID 시설물량 자동검토 모듈을 이용해 2D 기반 설계도서의 물량산출표와 BIM기반 물량산출표의 비교 검토를 실시하여, 좀 더 정확한 물량산출을 진행하였다. 또한 산출된 결과 중 재료의 물량 오차율이 ${\pm}30%$를 벗어나는 시설물들의 오차발생 원인을 분석하여 LID 시설물량 자동검토 모듈의 정확도를 검토하였다. LID 시설물량 자동검토 모듈을 통해, 설계도서를 기반으로 한 물량 산출과정에서 발생할 수 있는 오류들을 조기에 발견하고 수정할 수 있을 것으로 보이며, BIM 기반 LID 시설물 종합 관리 시스템 구축의 기반을 마련할 수 있을 것으로 판단된다.
Recently, Discussion about BIM based LID (Low Impact Development) facilities management system is activated because interest of LID technique for urban water cycle restoration is increasing. For this reason, this paper developed the auto-checking module of the BIM (Building Information Model) based ...
Recently, Discussion about BIM based LID (Low Impact Development) facilities management system is activated because interest of LID technique for urban water cycle restoration is increasing. For this reason, this paper developed the auto-checking module of the BIM (Building Information Model) based supply output table. This module will be the foundation of the BIM based LID facilities total management system. The research order is composed like next follows: (1) Select target area, (2) Make BIM model of LID facilities and extract supply output table, (3) Develop comparison module, (4) Analysis results. As a result, the authors made 27 LID facilities and developed the supply output table comparison automation module. So, the authors could find differences of 2D design documents based supply output table and BIm based supply output table. So, the authors made an improvement suggestion of the design plan and could construct foundation of the BIM based LID facilities total management system.
Recently, Discussion about BIM based LID (Low Impact Development) facilities management system is activated because interest of LID technique for urban water cycle restoration is increasing. For this reason, this paper developed the auto-checking module of the BIM (Building Information Model) based supply output table. This module will be the foundation of the BIM based LID facilities total management system. The research order is composed like next follows: (1) Select target area, (2) Make BIM model of LID facilities and extract supply output table, (3) Develop comparison module, (4) Analysis results. As a result, the authors made 27 LID facilities and developed the supply output table comparison automation module. So, the authors could find differences of 2D design documents based supply output table and BIm based supply output table. So, the authors made an improvement suggestion of the design plan and could construct foundation of the BIM based LID facilities total management system.
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문제 정의
이에 따라 본 논문에서는 실제 2D 설계도서를 통해 산출된 LID 시설물의 물량과 BIM 모델링에서 산출된 LID 시설물의 물량을 자동으로 비교하는 알고리듬 구축 및 구축된 알고리듬을 이용한 모듈을 개발하고자 한다. 또한 개발된 모듈을 통해 실제 대상지 의 2D 및 3D기반의 설계도서의 산출물량을 비교 검토를 통해 모듈의 활용성을 확인하고, LID 시설물의 설계 방법 및 과정에서 발생할 수 있는 오류 등을 검토하여, LID 시설물량 자동검토 모듈의 개선점을 제시하고자 한다.
본 논문에서는 MATLAB을 이용해 실제 2D 설계도서의 LID 시설물 산출물량과 BIM 모델링의 LID 시설물 산출물량을 비교하는 알고리즘을 구축하고, 구축된 알고리즘을 이용한 LID 시설물량 자동검토 모듈을 개발하였다. 또한 개발된 모듈을 이용하여 대 상지의 2D기반 LID 물량산출표와 3D기반 LID 물량 산출표의 비교 검토를 실시하였다.
또한 본 모듈의 실행을 위해서 MATLAB으로 제작된 스크립트 파일 외에 필요한 파일은 BIM 데이터에서 추출된 물량산출표(txt format), 설계도서기반 물량산출표(excel format), LID 시설물 목록(excel format)의 세 종류이다. 본 논문에서는 사용자가 수행하는 프로세스를 최소한으로 하기 위해 입력데이터의 경우 별도의 편집 없이 사용하는 것을 목표로 하였다.
연구에서는 LID 시설물량 자동검토 모듈을 통해 2D 설계도서기반의 물량산출표에서 발생할 수 있는 오류 유형을 다음의 네 가지로 분류해 보고자 한다.
이에 따라 본 논문에서는 실제 2D 설계도서를 통해 산출된 LID 시설물의 물량과 BIM 모델링에서 산출된 LID 시설물의 물량을 자동으로 비교하는 알고리듬 구축 및 구축된 알고리듬을 이용한 모듈을 개발하고자 한다. 또한 개발된 모듈을 통해 실제 대상지 의 2D 및 3D기반의 설계도서의 산출물량을 비교 검토를 통해 모듈의 활용성을 확인하고, LID 시설물의 설계 방법 및 과정에서 발생할 수 있는 오류 등을 검토하여, LID 시설물량 자동검토 모듈의 개선점을 제시하고자 한다.
대전광역시 유성구에 위치한 한국토지주택공사 토지주택연구원(Table 1)은 최근 도시물순환 회복을 위한 저영향개발(LID) 기법 적용의 시범사업을 위해 부지 내에 28개의 LID 시설물을 신설하였다. 이에 따라 본 논문에서는 토지주택연구원의 설계도서를 기반으로 LID 시설물의 BIM 모델링(Figure 2)을 수행하고, BIM 기반 LID 시설 물량 자동 검토 모듈을 개발하는데 있어, 한정된 부지 내에 다양한 LID 시설물이 밀집되어 있는 토지주택연구원이 연구 대상지로 적합하다고 판단하였다.
가설 설정
Construction researcher(2016) 에서 제시하는 호박돌의 중량은 1,800~2,000 (kg/m3 )이며 자연석의 중량은 화강암으로 가정할 때, 2,600~2700(kg/m3 )이다. 이에 따라 본 눈문에 서는 호박돌과 자연석의 중량을 상기 값의 평균인 1,900(kg/m3 )과 2,650(kg/m3 )으로 가정하였다.
제안 방법
둘째, BIM 제작도구(Revit)을 이용해 LID 시설물을 모델링 한 뒤 이에 대한 물량을 텍스트 파일로 추출한다.
그러나 실제 BIM 모델링에서 사고석과 자갈을 일일이 나누어 모델링을 하는 것은 많은 시간이 소요된다. 따라서 본 논문에서는 사고석과 자갈을 하나의 레이어로 작성하였으며, 대신 해당 레이어의 특성에 사고석과 자갈의 비율(3.5:6.5)에 대한 정보를 입력하였다.
대상지에서 모델링 대상이 되는 LID 시설물은 총 28개로, 해당 시설물은 기존의 라이브러리가 존재하지 않거나, 비슷한 유형이 있더라도 비정형의 LID시 설물의 특성상 적용 불가하다. 따라서, LID시설물의 라이브러리 활용을 위해 새로이 최소크기의 단위 유닛을 작성하여 모델링 하였다. LID 시설물의 재료 및 단위는 Table 2와 같다.
본 논문에서는 MATLAB을 이용해 실제 2D 설계도서의 LID 시설물 산출물량과 BIM 모델링의 LID 시설물 산출물량을 비교하는 알고리즘을 구축하고, 구축된 알고리즘을 이용한 LID 시설물량 자동검토 모듈을 개발하였다. 또한 개발된 모듈을 이용하여 대 상지의 2D기반 LID 물량산출표와 3D기반 LID 물량 산출표의 비교 검토를 실시하였다. 비교 검토 결과, 2D기반 설계에서 발생 가능한 시설물 및 재료의 부정합, 규격 오류, 산정식의 오류 및 산출물량 누락 등의 문제들을 발견하였고, 발견된 문제에 대해 직접계 산, 표, 수량 확인 등을 통해 LID 시설물량 자동검토 모듈이 기존의 2D 설계도서 기반 물량산출표의 오류를 검토할 수 있음을 확인하였다.
Figure 7은 띠녹지(band-like green place)의 모델이다. 띠녹지의 경우, 수평부재와 수직부재가 다양하게 혼합되어 있으며, 독립된 유닛의 성격을 가지기 때문에 바닥유형이 아닌 패밀리 유형으로 모델링하였다.
본 논문에서는 MATLAB 2016를 이용하여, BIM 기반 LID 시설 물량 자동 검토 모듈을 개발하였으며 알고리즘은 Figure 10과 같으며 총 세 가지의 프로세스로 구분된다.
셋째, MATLAB을 이용하여 BIM 기반 물량산출표와 2D 설계도서 기반 물량산출표를 비교·검토할 수 있는 모듈 개발한다.
최종적으로 도출된 산출된 물량의 비교결과는 Table 4와 같으며, 오류가 발생한 시설물의 경우 state 항목에서 error 로 표시된다. 오류가 발생한 시 설물 및 재료의 검토결과는 다음과 같으며, 산정에 오류가 발생한 시설물 또는 재료의 경우 직접계산을 통해 오류부분을 확인하였다.
빗물저류공간의 부 직포 (nonwovens)는 수평으로 깔려 있지 않고, 쇄석골재 (crushed stone aggregate)를 3면에서 둘러싸고 있다. 이럴 경우 부직포를 단일한 하나의 바닥객체로 모델링하는 것이 어렵기 때문에, 둘러싸는 양측면의 부직포를 별도의 바닥객체로 모델링하였다.
Figure 8의 상단 그림은 설계도면을 따라 모델링한 LID 시설물과 지형사이에 레벨이 부합하지 않아 틈이 생긴 것을 보여준다. 이에 따라 LID 시설 객체의 하위 요소 수정 기능을 통해 주변 지형과 레벨포인트가 정밀 하게 부합되도록 객체 내부의 하위 구성 요소별로 레벨값을 수정하였다(Figure 8 하단).
첫째 , 설계도서에서 인공습지 (constructed wetland)의 쇄석골재(crushed stone)의 자연석의 위치가 명확하게 기재되어 있지 않아, BIM 데이터와 2D기반 산출 데이터 간에 차이를 확인하였다.
첫째, LID 시설물의 하위요소를 수정한다. Figure 8의 상단 그림은 설계도면을 따라 모델링한 LID 시설물과 지형사이에 레벨이 부합하지 않아 틈이 생긴 것을 보여준다.
대상 데이터
또한 본 모듈의 실행을 위해서 MATLAB으로 제작된 스크립트 파일 외에 필요한 파일은 BIM 데이터에서 추출된 물량산출표(txt format), 설계도서기반 물량산출표(excel format), LID 시설물 목록(excel format)의 세 종류이다. 본 논문에서는 사용자가 수행하는 프로세스를 최소한으로 하기 위해 입력데이터의 경우 별도의 편집 없이 사용하는 것을 목표로 하였다.
이와 같은 방법으로 경계석(boundary stone), 띠녹지(band-like green place)와 빗물저류통(rainwater storage tank) 을 제외한 24개의 시설물에 대한 모델링을 완료하였다. 경계석의 경우 설계도면에서 그 형태가 구체적으로 정의되지 않았기 때문에, 본 논문의 모델링 과정에선 제외하였다.
첫째, LID 시설물이 다수 설치되어 물량 검토를 수행할 수 있는 대상지를 선정한다.
이론/모형
2D 설계도서를 기반으로 LID 시설물을 모델링 하였으며, Figure 3은 Revit 2015로 모델링한 빗물정원D (rain garden D)의 모델이다. 또한 Figure 4는 식생도랑B (vegetation swale B)의 모델이다.
모델링 저작 도구는 Revit 2015를 사용했으며, 물량표 산출의 편의성과 통일성을 위해 대부분의 객체를 바닥유형으로 모델링하였다. 레빗의 객체 제작방식은 벽·지붕·바닥·MEP 등과 같은 건축요소별로 그 유형이 나누어져 있으며, 레빗에서 정의하는 유형에 포함되지 않는 건축요소는 별도의 패밀리 유형을 통해 제작하게 된다.
성능/효과
넷째, 2D 설계도서 기반 산출물량에서 포트가든 (fort garden)과 빗물저류공간(rainwater storage)의 물량이 BIM 데이터와 차이가 있어 산출표를 확인 한 결과, 산출물량의 일부분이 누락되어 있음을 확인하였다.
다섯째, 동일 시설물 내 동일 재료물량 합산: BIM 저작도구에서 모델링 된 LID 시설물들은 동일한 시설물일지라도 여러 객체로 나누어 모델링되기 때문에, 각 객체별 데이터가 산출표에 기재되어 데이터의 양이 증가한다. 따라서 작업의 효율성과 데이터의 가 독성을 증가시키기 위해 동일 시설물 내 동일 재료물량을 합산하여 표기한다.
둘째, 식생도랑A (vegetation swale A), 빗물관리 주차장(rainwater management parking lot)의 설계도서에 기재된 단위수량이 규격 및 안전율 등을 고려하여 직접 계산한 값보다 높게 설정되어, 2D기반 산출데이터와 BIM 데이터 간의 물량 차이가 90% 이상 발생하였다.
또한 개발된 모듈을 이용하여 대 상지의 2D기반 LID 물량산출표와 3D기반 LID 물량 산출표의 비교 검토를 실시하였다. 비교 검토 결과, 2D기반 설계에서 발생 가능한 시설물 및 재료의 부정합, 규격 오류, 산정식의 오류 및 산출물량 누락 등의 문제들을 발견하였고, 발견된 문제에 대해 직접계 산, 표, 수량 확인 등을 통해 LID 시설물량 자동검토 모듈이 기존의 2D 설계도서 기반 물량산출표의 오류를 검토할 수 있음을 확인하였다.
셋째, 설계도서상의 자갈도랑(gravel swale), 투수블럭(permeable block)을 규격 및 안전율 등을 고려하여 직접계산 결과, 2D 설계도서의 물량산출식에 일부 오류가 있을 것으로 검토되었다.
이후 2D 설계도서 기반 산출물량과 BIM 기반 산 출물량의 차이를 백분율로 나타내었으며, LID 시설물에 적용가능한 오차율이 정해져 있지 않아 임의의 오차율을 ±30%로 가정하여 이를 벗어나는 재료의 경우 오류 메시지를 띄우는 것으로 설정했다.
첫째, 설계도서의 정보(규격, 지형, 정합성 등)가 불명확하여 설계자의 자의적 해석이 개입되는 경우, 둘째, 설계도서의 단위수량에 오류가 있는 경우, 셋째, 2D 설계도서에서 물량산출표를 작성하는 과정에서 계산이 잘못된 경우, 넷째, 2D 설계도서에 산출물량이 누락되는 경우이다.
첫째, 필요한 데이터 선별: 텍스트 파일은 많은 정보를 담고 있으며, 이중 물량 산출에 필요한 데이터만은 선별한다(시설물, 재료, 면적, 부피)
후속연구
넷째, 물량산출표의 비교·검토 결과를 분석하여, 개발된 모듈의 의의와 한계점 도출한다.
둘째, BIM의 가장 큰 특징은 정보의 흐름, 즉 정보의 발생과 연계, 연동 가능한 데이터와 지속적인 활용 가능성이다.
또한 본 논문에서 개발한 모듈은 BIM 기반의 물량 산출표를 통해 2D 설계도서 기반 물량산출표의 오류를 파악할 수 있어 LID 설계 물량 산출에 대한 검보정의 기능을 할 수 있을 것으로 보이며, BIM 기반 LID 시설물 종합 관리 시스템 구축에 활용할 수 있을 것으로 보인다.
현재 BIM은 물량산출뿐만 아니라 공정관리, 에너지 시뮬레이션 분야 등 그 활용분야가 점차 넓어지고 있으며, 실제 건축도서 납품과정에서는 BIM 모델의 제출이 점차 의무화되어가고 있는 추세이다. 이에 따라 LID 계획 분야에도 BIM의 도입을 통해 설계과 정의오류를 최소화할 수 있는 방법론 및 실무에서 사용할 수 있는 활용방안을 마련할 필요가 있을 것으로 판단된다.
BIM 기법의 주요 핵심기술은 2D의 도면을 3D로 형상정보로 시각화하며, 이러한 모델 데이터(건물객 체정보)를 통해 각 부재별 정보인 재질, 규격, 비용, 물량, 시공방법, 시공순서 등의 각종 정보를 건설 전 단계에 활용할 수 있다는 것이다. 입력된 정보에 따 라 재료의 선택, 견적관리, 시공관리, 유지관리 등의 다양한 공종에서 의사결정을 할 수 있는 기반 데이터 및 정량적 근거자료로 활용할 수 있다. 또한 시공 및 유지관리상 활용되는 도면의 추출(시각화)과 도서상에 담겨져야 하는 물리적 데이터의 정보화를 통해 건축, 토목, 조경, 기계, 전기 등 다분야 협업의 효율성을 높일 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
저영향개발이란?
왜곡된 도시물순환을 회복하기 위해 저영향개발 (LID, Low Impact Development)은 도시 계획 및 개발과 연계하여 불투수면을 최소화하고, 침투 및 저류 기능을 높여 도시 내 물순환 개선을 통한 도시 침수 예방, 비점오염원 저감 및 도시경관 개선을 하는 기법으로 국내에 적용이 되고 있다(Lee & Kim 2016). 서울시의 경우 “서울시 물순환 회복 및 저영향개발 기본 조례”를 제정하여 각종 개발사업에 저영향개발 기법이 적용될 수 있도록 하여, 빗물분담량에 따라 빗물관리 계획 및 설계 등의 적정성 여부를 검토하여 원인자가 빗물유출을 저감할 수 있도록 하였다.
BIM 기법의 핵심 기술은 무엇인가?
BIM 기법의 주요 핵심기술은 2D의 도면을 3D로 형상정보로 시각화하며, 이러한 모델 데이터(건물객 체정보)를 통해 각 부재별 정보인 재질, 규격, 비용, 물량, 시공방법, 시공순서 등의 각종 정보를 건설 전 단계에 활용할 수 있다는 것이다. 입력된 정보에 따 라 재료의 선택, 견적관리, 시공관리, 유지관리 등의 다양한 공종에서 의사결정을 할 수 있는 기반 데이터 및 정량적 근거자료로 활용할 수 있다.
LID 시설물량 자동검토 모듈은 어떤 일에 활용될 수 있는가?
또한 본 논문에서 개발한 모듈은 BIM 기반의 물량 산출표를 통해 2D 설계도서 기반 물량산출표의 오류를 파악할 수 있어 LID 설계 물량 산출에 대한 검보정의 기능을 할 수 있을 것으로 보이며, BIM 기반 LID 시설물 종합 관리 시스템 구축에 활용할 수 있을 것으로 보인다.
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