[논문]건물 방재 분야 정보의 상호운용성을 위한 데이터모델 개발에 관한 기초연구

황병주; 김장욱; 김태훈

doi:10.5392/jkca.2019.19.04.030

건물 방재 분야 정보의 상호운용성을 위한 데이터모델 개발에 관한 기초연구
A Preliminary Study on the Development of Data Model for Interoperability of Information in Building Disaster Prevention 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.19 no.4, 2019년, pp.30 - 40

황병주 ((주)웨이버스) , 김장욱 ((주)웨이버스) , 김태훈 (한국건설기술연구원)

초록
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도시 규모의 변화와 건설기술의 발전으로 생활공간이 입체적으로 확장되고 있다. 그러나 초고층 건물의 등장으로 대변되는 건설기술의 발전에도 불구하고 인구가 밀집되는 고층 건물에 대한 방재 피해는 오히려 높아질 수 있다. 이와 같은 상황을 해결하기 위해서는 현실세계를 실시간으로 제어하고 예측할 수 있는 디지털 트윈기술이 대안이 될 수 있으며, 이를 위해 이미 구축된 공간정보들을 적극적으로 활용할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 정보들을 건물 방재 분야에 재활용하고, 향후 생산되는 다양한 정보들이 방재분야에 활용될 수 있도록 표준화된 데이터 모델을 제공하고자 한다. 이를 위해 대표적인 도시정보 모델인 CityGML 표준을 방재 분야로 확장한 데이터모델을 개발하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

As the urban scale changes and the construction technology develops, the living space is being expanded in three dimensions. However, despite the development of construction technology represented by the appearance of skyscrapers, damage to high - rise buildings with dense population can be rather high. In order to solve such a situation, digital twin technology that can control and predict the real world in real time can be an alternative, and it is necessary to utilize pre-constructed spatial information actively. Therefore, this study aims to provide a standardized data model for using existing such information as well as various information produced in the future to the building disaster prevention field. To this end, we developed a data model that extends the CityGML standard, a representative city information model, to disaster prevention.

주제어

표/그림 (11)

표 표 1. 방재 관련 법제도 현황
그림 그림 1. 소방활동 정보카드(부분 발췌)
표 표 2. 국내 화제안전기준 현황
그림 그림 2. 건물방재를 주요 구성요소 도출(부분 발췌)
그림 그림 3. OGC CityGML UML Package
그림 그림 4. OGC CityGML Building Model(OGC CityGML 표준 발췌 )
그림 그림 5. CityGML Building과 본연구의 건물방재 구성요소간의 관계 비교
표 표 3. CityGML 구성요소와 건물방재 구성요소 비교표(부분 발췌)
그림 그림 6. Core CityGML ADE for Building Disaster
그림 그림 7. _AbstractBuilding ADE
그림 그림 8. Storey ADE, Facility ADE

AI 본문요약
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문제 정의

일반적으로 데이터모델을 작성할 때, 각 요소들은 의미와 속성, 관계성을 고려한 복잡한 구조로 작성되어 있으나 소방활동 정보카드는 정보 작성의 편의를 위해 항목들이 단순하게 나열되어 있다. 따라서 본 연구에서는 방재업무에 필요한 건물 구성요소를 도출하고 구조화하기 위해 소방활동 정보카드의 항목에 대해 항목분류, 특성별 계층화, 정규화의 과정을 거쳤다. 150여개의 정보들은 [그림 2]와 같이 7개 항목으로 분류하였으며, 이 중 소방활동과 직접적인 관련이 없는 소방훈련 항목들은 필터링하여 건물 기하정보, 건물 속성정보, 시설물 정보, 소방정비이력, 화재발생 현황 등의 5개 항목으로 분류하였다.
건축물 방재를 위한 주요 항목 및 기준은 다수의 법령과 보고서에서 다루고 있으며, 특히 소방방재청훈령으로 지정된 소방활동 정보카드에는 소방본부나 소방서에서 화재의 경계·진압 및 인명구조 등을 위해 필요한 필수정보들이 명시되어 있다. 따라서 본 연구에서는 소방활동 자료조사를 위해, 소방서 등 실제 현장에서 활용되는 소방활동 정보카드의 정보들을 방재 구성요소 선정을 위한 기초자료로 활용한다.
본 연구에서는 앞선 연구를 통해 건물 방재를 위한 구성요소를 도출하였으며, 이 중 CityGML과의 비교분석을 통해 확장 가능한 항목을 선정하여 건물 방재 모델을 개발하였다. [그림 6]은 건물방재 모델을 표현하기 위한 상위클래스들을 정의한 모듈이다.
반면 정부는 지속적으로 공간정보 구축사업을 추진하고 있으나 소방훈령으로 명시되어 있는 소방활동자료조사 카드는 아직 공간정보 기반으로 관리되고 있지 않고 있다. 이러한 상황에서 본 연구에서는 막대한 비용을 소비하여 구축된 공간정보를 건물방재분야에 적극 활용할 수 있는 표준기반의 데이터모델을 개발하였다. 공간정보표준은 국토공간정보인프라를 구성하는 5대 요소 중 하나로서 국토정보 산업을 촉진시킬 수 있으며, 데이터와 서비스를 위한 상호운용성을 확보하는 기반을 제공하게 된다[12], 본 연구는 기존에 각 분야에서 구축하고 있는 소방정보와 공간정보를 결합하고, 국제표준인 CityGML을 확장하여 표준에 적합한 건물 방재 모델을 제안하는데 의미가 있다.
이를 위해 본 연구에서는 이미 구축된 다양한 정보들을 건축물 방재분야에 재활용하고, 향후 생산되는 다양한 정보들이 방재분야에 활용될 수 있도록 표준화된 건물 방재 데이터모델을 제안하고자 한다. 모델링은 복잡한 현실 세계를 추상화, 단순화, 명확하게 하기 위해 일정한 표기법으로 표현하는 기법을 의미한다.
그러나 BIM은 건물모델만을 다루고 있으며, 도시모델에 대한 포괄성과 방재분야에 대한 확장성 측면에서 CityGML이 더 적합하다[7]. 즉 본 연구는 건물의 방재를 위한 모델을 제안하며, 향후 전체 도시모델로의 확장이 가능한 CityGML의 건물 모델을 기반으로 방재 모델을 한다.
또한 3장에서는 도출된 방재 구성요소와 도시모델표준인 CityGML을 비교 분석하여 CityGML을 확장하기 위한 방안을 마련한다. 최종적으로 CityGML 표준에 명시된 Extension 방법론에 따라 건물 방재 데이터모델을 개발하는데 본 연구의 목적이 있다.

제안 방법

따라서 본 연구에서는 방재업무에 필요한 건물 구성요소를 도출하고 구조화하기 위해 소방활동 정보카드의 항목에 대해 항목분류, 특성별 계층화, 정규화의 과정을 거쳤다. 150여개의 정보들은 [그림 2]와 같이 7개 항목으로 분류하였으며, 이 중 소방활동과 직접적인 관련이 없는 소방훈련 항목들은 필터링하여 건물 기하정보, 건물 속성정보, 시설물 정보, 소방정비이력, 화재발생 현황 등의 5개 항목으로 분류하였다.
특히 최근에는 3차원 실내공간정보 구축사업을 다양한 공간정보가 구축되고 있으며, 공간구조화 된 층정보와 설비정보는 시뮬레이션이나 다양한 분야에서 활용이 가능하다. 따라서 소방활동카드에서 층별 소방시설 개수만을 정리하였으나, 본 연구에서는 각 객체를 공간모델로 정의하였으며, 그에 따라 층별 소방시설은 속성정보로 정의하지 않고, 응용(Application) 단계에서 계산될 수 있도록 정의하였다.
본 연구에서는 건물방재 구성요소를 정의하였으나 CityGML에서 활용할 수 있는 건물속성 element는 소수에 불과한 것을 확인할 수 있다. 매칭할 수 있는 항목은 CityGML의 구성요소로 활용하고, 매칭되지 않는 항목은 CityGML 표준의 문법에 따라 추가 확장하고자 한다.
먼저 ‘09년부터 ’14년까지 건물 밀집지역을 대상으로 3차원 공간정보를 구축하였다.
generics 모듈은 스키마의 변형 없이 CityGML의 프레임워크 내에서 정보관리가 가능하다는 장점이 있으나, 데이터의 이름(name), 유형(type), 다형성(multiplicities) 등이 구체적으로 정의되지 않는 한계가 있다. 본 연구는 선행연구와 달리 국제표준인 CityGML의 ADE개념을 활용하여 건물 방재 분야의 데이터모델 개발하며, 이를 위해 사용자 정의 객체 및 속성을 모델링하였다. CityGML 표준문서의 부록으로 소음관리와 Ubiquitous Network Robots Services를 위한 ADE 예제를 제공하고 있다.
[그림 6]은 건물방재 모델을 표현하기 위한 상위클래스들을 정의한 모듈이다. 본 연구에서는 CityGML의 Building Model을 기반으로 모델을 확장한다. 이후 본 연구에서 제시하는 모델에서 노란색 클래스다이어그램은 CityGML 표준에 정의된 모델, 붉은색 클래스다이어그램은 CityGML을 확장한 모델을 나타낸다.
본 연구에서는 먼저 방재·소방 관련 주요 법률과 지침을 기반으로 방재를 위한 주요 데이터 구성요소를 도출한다.
먼저 ‘09년부터 ’14년까지 건물 밀집지역을 대상으로 3차원 공간정보를 구축하였다. 서울특별시 등 전국 59개 시에 대해 LOD(Lovel of Detail) 4 수준의 공간정보를 구축하였으며, 세종시 등 17개 시군에는 LOD3~4 수준의 공간정보를 구축하였다. 또한 ‘12년부터는 건물외관뿐 아니라, 건물 실내공간에 대한 연구사업이 추진되었으며, 주요 지하철 역사 26건, 공항 2건, 컨벤션 센터 1건을 포함하여 대형화된 복합건물에 대해 실내공간정보를 구축하기도 하였다.
이를 위해 본 연구에서는 소방활동자료조사 카드를 기반으로 중요한 건물방재 구성요소를 도출하였으며, CityGML 구성요소간의 비교분석을 통해 CityGML표준에 적합한 ADE 모델을 제안하였다. 특히 단순정보로 구성된 소방활동자료조사 카드의 정보를 도시모델의 공간개념으로 확대하여 적용하였으므로, 향후 다양한 건물 방재 시뮬레이션에도 활용될 것으로 기대된다.
모델링은 복잡한 현실 세계를 추상화, 단순화, 명확하게 하기 위해 일정한 표기법으로 표현하는 기법을 의미한다. 특히 모델의 경쟁력을 강화하고, 상호운용성을 향상시키기 위해 건물에 대한 모델링을 제공하는 CityGML 표준을 확장하여 건물 방재 모델을 제안한다. 본 연구에서는 먼저 방재·소방 관련 주요 법률과 지침을 기반으로 방재를 위한 주요 데이터 구성요소를 도출한다.

대상 데이터

이후 본 연구에서 제시하는 모델에서 노란색 클래스다이어그램은 CityGML 표준에 정의된 모델, 붉은색 클래스다이어그램은 CityGML을 확장한 모델을 나타낸다. 특히, 붉은색 클래스 다이어그램 중에서 Room과 IntBuildingInstallation, _AbractBuilding는 표준에 정의되어 있으나, 기존 모델로는 방재요소를 표현할 수 없으므로, 모델을 상속받아 확장하였다. 나머지 요소들은 클래스를 새로 추가하여 정의하였다.

성능/효과

따라서 본 연구에서는 건물방재 구성요소 중 CityGML Building 모델의 Element와 의미적으로 같은 항목을 [표 3]과 같이 1:1로 매칭하였다. 본 연구에서는 건물방재 구성요소를 정의하였으나 CityGML에서 활용할 수 있는 건물속성 element는 소수에 불과한 것을 확인할 수 있다. 매칭할 수 있는 항목은 CityGML의 구성요소로 활용하고, 매칭되지 않는 항목은 CityGML 표준의 문법에 따라 추가 확장하고자 한다.
본 연구에서는 CityGML의 Building Model을 기반으로 모델을 확장한다. 이후 본 연구에서 제시하는 모델에서 노란색 클래스다이어그램은 CityGML 표준에 정의된 모델, 붉은색 클래스다이어그램은 CityGML을 확장한 모델을 나타낸다. 특히, 붉은색 클래스 다이어그램 중에서 Room과 IntBuildingInstallation, _AbractBuilding는 표준에 정의되어 있으나, 기존 모델로는 방재요소를 표현할 수 없으므로, 모델을 상속받아 확장하였다.

후속연구

이를 위해 본 연구에서는 소방활동자료조사 카드를 기반으로 중요한 건물방재 구성요소를 도출하였으며, CityGML 구성요소간의 비교분석을 통해 CityGML표준에 적합한 ADE 모델을 제안하였다. 특히 단순정보로 구성된 소방활동자료조사 카드의 정보를 도시모델의 공간개념으로 확대하여 적용하였으므로, 향후 다양한 건물 방재 시뮬레이션에도 활용될 것으로 기대된다.
향후에는 이 모델을 기반으로 한 Instance document로 건물 방재 분야에 실증하고, 다양하고 복합재난상황 및 도시모델 전체에 활용할 수 있는 모델로 확장하는 응용연구가 진행되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	디지털 트윈의 중요성이 높아지고 있는 이유는?	공간정보구축사업의 확산과 건설기술의 발전과 같이 기술은 나날이 발전하고 있음에도 건물에 대한 방재 피해는 여전히 높은 수준이다. 이러한 상황에서 현실세계와 가상세계가 서로 동기화하여 방재상황을 모니터링하고 예측하여 현실세계를 제어할 수 있는 디지털 트윈의 중요성은 높아지고 있다.
	CityGML이란?	공간정보는 2000년대 들어와 본격적으로 다양한 분야에 활용되기 시작하였으며, 이에 따라 공간정보의 표준도 매우 중요한 역할로 대두되었다. CityGML은 국제표준기구인 ISO(International Standard Organization) 표준이면서, OGC(Open Geospatial Consortium) 표준인 GML(Geography Markup Language) 표준의 응용 스키마로 구현된 표준이다[5]. CityGML은 3D 도시모델을 표현·저장·교환하기 위한 XML 기반의 3차원 데이터모델이며, OGC 표준으로 제정되어 있다.
	‘재난 및 안전관리 기본법’에서는 재난을 어떻게 분류하고 있는가?	‘재난 및 안전관리 기본법’에서는 재난을 자연재난과 사회재난으로 분류하고 있으며, 자연재난은 태풍, 홍수, 호우, 강풍 등으로 세분류하고, 사회재난은 화재, 붕괴, 폭발, 교통사고 등으로 세분류하고 있다. 이 중, 건물에 나타나는 재해는 크게 붕괴와 화재로 구분할 수 있으며, 일반적으로 두 가지 재난이 동시에 발생한다.

참고문헌 (12)

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김은희, 여혜진, 이여경, 건축물 안전강화를 위한 합리적 정책방향 연구, 건축도시도시공간연구소, 2016.
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강혜영, 황정래, 이지영, "CityGML ADE를 이용한 실내공간 데이터모델 개발에 관한연구," 한국고간정보학회지, 제21권, 제2호, pp.11-21, 2013.
송민선, 김민수, 이상호, "건물 침수피해 정보관리를 위한 개방형 정보모델의 응용방안," 한국전산구조공학회논문집, 제27권, 제6호, pp.565-572, 2014.

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E. Arco, "AN INTEGRATED APPROACH FOR POLLUTION MONITORING: SMART ACQUIREMENT AND SMART INFORMATION," ISPRS Annals of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Volume IV-4/W1, 2016.
박종택, 최병남, 서기환, 이영주, 사공호상, 한국형 공간정보인프라 모델정립 및 글로벌화 전략 연구, 국토연구원, 2009.

저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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