[논문]Scan-to-BIM 관련기술 특허동향 분석연구

유정원; 변나향

doi:10.5762/kais.2020.21.12.107

Scan-to-BIM 관련기술 특허동향 분석연구
Analysis Study on Patent for Scan-to-BIM Related Technology 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.21 no.12, 2020년, pp.107 - 114

유정원 (선문대학교 건축학부) , 변나향 (충북대학교 건축학과)

초록
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기계, 디자인, 중공업 분야에서 많이 사용되어오던 역설계 기법이 최근 건설 산업분야에 BIM(Building Information Modeling) 기반 역설계 기법인 Scan-to-BIM 기술로 적극적으로 도입되기 시작하였으며, 그동안 비효율적인 부분들을 개선하기 위한 알고리즘, 시스템, 장비 등의 개발이 이루어지면서 기술의 확장성이 더욱 커지고 있다. 본 연구에서는 객관적인 자료에 근거한 특허 분석을 통하여 한국, 미국, 유럽, 일본의 Scan-to-BIM 관련 기술 동향을 파악하여 한국 Scan-to-BIM 기술의 올바른 방향을 모색하고자 한다. 건설 산업기술 특허분석관련 선행 연구 분석, Scan-to-BIM 기술에 대한 이론적 고찰과 관련 선행연구 고찰, WIPSON 특허검색시스템을 사용한 한국, 미국, 유럽, 일본 네 국가의 관련 기술에 대한 공개된 특허 문헌을 검색하여 정보를 수집, 검증과정 및 유효 특허 추출이 이루어졌으며, 도출된 유효 특허 데이터를 이용하여 특허출원 연도별 동향, 국가별 동향, 그리고 국제특허분류(IPC: International Patent Classification) 코드를 통한 기술별 동향, 상위 20위 주요출원인 및 출원 주체 종류, 패밀리 특허 동향 등을 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Technologies related scan-to-BIM for BIM-based reverse engineering techniques are beginning to be actively introduced in the A.E.C. industry, and the scalability of the technology is growing considerably. This study uses patent analysis based on objective data to find the right direction for Korean Scan-to-BIM technology by identifying the trends in Korea, the United States, Europe, and Japan. This was done using the WIPSON patent search system to find previous research on patent analysis related to building technology, theoretical consideration of scan-to-BIM technology, and published patents. We collected information, verified the process, and extracted valid patents. We used the effective patent data to analyze the annual trend of patent applications, national trends, and technological trends through the International Patent Classification (IPC) code, the types of the top 20 major applicants, and family patent trends.

주제어

표/그림 (11)

표 Table 1. Trend of research associated with patent analysis in architectural technology
그림 Fig. 1. Pre-research trend of Scan-to-BIM by year
그림 Fig. 2. No. of patents of USA, Europe, Korea, Japan by year (2001~2018)
표 Table 2. Scope of patent analysis
표 Table 3. Phases to extract valid patent data
그림 Fig. 3. Main IPC class trend and emergence in USA, Europe, Korea, Japan by year
그림 Fig. 4. Main top 10 IPC sub class ratio
표 Table 4. Entry year of IPC sub class technology (Top 10)
표 Table 5. Major applicants, national, and division (Top 4)
그림 Fig. 5. National distribution chart for top applicants
그림 Fig. 6. Number of family for patents by country

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 세계적으로 발전하고 있는 레이저 스캐닝 기술과 BIM을 연계한 Scan-to-BIM 산업 기술개발 동향을 파악하기 위하여 객관적인 데이터 중 하나인 특허정보를 분석하여, Scan-to-BIM 기술 분야에 대하여 실질적이고 유의미한 연구개발 방향을 제시하는 것을 목적으로 한다.

제안 방법

기술별 특허 동향을 파악하기 위해서 본 연구에서 도출된 유효특허 데이터에서 국제 특허분류 (IPC: International Patent Classification) 메인코드 클래스(class)와 서브클래스(sub class)를 기준으로 분석하였다. 국제 특허분류(IPC)는 특허정보에 대하여 국제적으로 통일된 분류를 하기 위한 수단으로 해당 특허의 기술이 어떤 분야에 속하는지 알 수 있으며 특허가 포함하는 기술을 파악할 수 있다.
기술분석 방법은 본 연구 특허 조사분석을 위한 검색식을 작성하여 관련 특허를 도출(Phase 1), 중복 특허 제거 등 노이즈 제거(Phase 2), 전문가의 검증과정을 거쳐본 연구와 무관한 특허를 제거(Phase 3)하는 3단계 과정을 거쳐 유효 특허를 도출하였다 [Table 3]. 본 연구에서 도출된 공개 및 등록된 유효특허는 총 160건으로 이 중에서 한국이 25%를 차지하였고 나머지는 미국 45%, 유럽 21%, , 일본 10% 등으로 나타났다.
셋째, 국내외 Scan-to-BIM 기술 동향 분석을 위해 WIPS(Worldwide Intellectual Property Services)사의 WIPSON 검색엔진과 WINTELIPS 프로그램을 활용하여 공개된 특허정보를 수집하였다. 넷째, 수집된 특허 데이터에서 유효 특허를 추출한 후, 이를 기반으로 특허 동향을 정량적으로 분석하였다.
다음으로 해당 기술을 보다 상세히 살펴보기 위하여 IPC 서브클래스(sub class) 기준의 분석을 실시하였다. 그 결과 상위 10개의 기술이 도출되었으며, 10개 IPC의 각 내용 및 최초 출원 시기는 Table 4와 같다.
다음은 해당 기술이 국제적으로 얼마나 권리를 갖고있는지 파악할 수 있는 패밀리 특허 분석이 이루어졌다. 특허가 국제적으로 효력을 갖기 위해서는 해당 국가에 특허를 진행해야 하며, 자국에서 출원한 특허를 기초로 해외 여러 국가에 출원하는 경우, 원출원과 관련된 모든 특허를 ‘패밀리 특허’라고 한다.
둘째, Scan-to-BIM 기술에 대한 이론적 고찰과 관련 선행연구 고찰이 이루어졌다. 셋째, 국내외 Scan-to-BIM 기술 동향 분석을 위해 WIPS(Worldwide Intellectual Property Services)사의 WIPSON 검색엔진과 WINTELIPS 프로그램을 활용하여 공개된 특허정보를 수집하였다.
둘째, Scan-to-BIM 기술에 대한 이론적 고찰과 관련 선행연구 고찰이 이루어졌다. 셋째, 국내외 Scan-to-BIM 기술 동향 분석을 위해 WIPS(Worldwide Intellectual Property Services)사의 WIPSON 검색엔진과 WINTELIPS 프로그램을 활용하여 공개된 특허정보를 수집하였다. 넷째, 수집된 특허 데이터에서 유효 특허를 추출한 후, 이를 기반으로 특허 동향을 정량적으로 분석하였다.
우선 미국, 유럽, 한국, 일본 4개 국가의 IPC 클래스 (class) 기준의 분석을 실시하였다. 상위 IPC 클래스 5개는 G06(산술논리연산, 58.
첫째, 건축기술과 관련된 특허분석관련 선행 연구를 분석하였다. 둘째, Scan-to-BIM 기술에 대한 이론적 고찰과 관련 선행연구 고찰이 이루어졌다.
2018년까지로 한정한 이유는 특허를 출원하여 공개되기까지 18개월 이상의 기간이 소요되기 때문이다. 특허검색은 WIPS (Worldwide Intellectual Property Services)사의 WIPSON 검색엔진과 WINTELIPS 프로그램을 활용하였으며, 특허 제목, 요약, 대표청구항을 그 검색 범위로 하였다. 특허를 검색하기 위한 검색식 키워드는 본 연구 2.
특허검색은 WIPS (Worldwide Intellectual Property Services)사의 WIPSON 검색엔진과 WINTELIPS 프로그램을 활용하였으며, 특허 제목, 요약, 대표청구항을 그 검색 범위로 하였다. 특허를 검색하기 위한 검색식 키워드는 본 연구 2.2에서 도출된 3D scanning, BIM, LiDAR, 레이저 스캔, 자동화 알고리즘, MEP, 고건축, 품질관리, 유지관리, 드론기술 등을 근간으로 하였다.

대상 데이터

건설 산업분야의 Scan-to-BIM 관련 선행 연구 동향을 분석하기 위하여 국내 Scan-to-BIM 관련 논문 총 88편의 논문(건축 역설계, 3D 스캐닝 건축응용, PCD, Scan-to-BIM을 활용한 구조, 시공, 공정, 품질 관리 등 포함)을 조사하였으며, 분석 결과 연도별 선행연구 경향은 Fig. 1과 같이 나타났다. 역설계 개념이 건설 산업에 대두되어 도입된 이후 3D 모델링 데이터 구축을 위한 연구가 시작된 것은 2000년부터인 것으로 파악되었으며, 연도별 추이를 살펴보면 2000년부터 나타난 관련 연구가 서서히 증가하여 2016년 급격히 늘어났으며, 2019년부터 그 수가 더 늘어나 증가 추세에 있다.
둘째, 현장 3D 스캐닝 작업 시행, 3차원 좌표 성분을 갖는 점군 데이터 (Point Cloud Data, 이하 PCD)를취득 (Data Collection 단계). 셋째, 데이터의 정합 (Registration), 정렬(Alignment), 통합(Merging) (Data Assorting 단계).
먼저 조사 대상국은 한국, 미국, 유럽, 일본이며, 검색 년 도는 출원일 기준 2018년 12월까지 출원 공개 및 등록된 자료를 검색 범위로 하였다. 2018년까지로 한정한 이유는 특허를 출원하여 공개되기까지 18개월 이상의 기간이 소요되기 때문이다.
본 연구는 특허동향 분석 중 정량분석에 대해서만 수행되었으며, 국가 범위는 BIM 기술이 시작되고 기술연구가 가장 활발하게 이루어지고 있는 미국, 유럽과 우리나라와 건설 산업과 성향이 비슷한 일본, 그리고 한국, 네 개 국가를 분석 대상으로 하였으며, 중국의 경우는 BIM 기술분야에서 아직은 선진국 대열에 포함되지 않아 이번 연구에서는 제외하였다.

성능/효과

Scan-to-BIM 기술과 관련된 기술 특허 중 가장 많은 특허를 출원한 주체들을 분석한 결과 상위 20개 중 9개 주체가 미국, 6개 주체가 한국으로 분석되었다[Table 5]. 또한 이들의 출원 주체 종류를 살펴보면 미국은 기업의 비중이 대부분이며, 한국은 기업, 연구기관, 대학교 등 다양성을 보여주고 있다.
관련 연구 키워드별 비율은 3D scanning(34%), BIM(24%), 자동화 알고리즘(5%), MEP(5%), 고건축 (5%), 품질관리(4%), 유지관리(3%), 드론기술(3%), 안전진단(2%), 기타(10%) 순으로 나타났으며, 기타에는 센서, 증강현실, 역설계 지침, 리모델링, 연구동향, LOD, 구조분석, 비정형 외장패널 등이 포함된다.
국가별 특허 건수 비율은 미국 45%, 한국 24%, 유럽 21%, 일본 10% 순으로 나타났으며, 미국이 가장 높은 상승 그래프를 나타내며 최다 특허 보유국으로 파악되었다.
기술별 특허 동향을 파악하기 위한 IPC 클래스(class) 기준 분석결과로 상위 5개가 도출되었으며, G06(산술 논리연산, 58.5%), G01(측정, 시험, 22.6%), H04(전기통신기술, 4.4%), E04(건축물, 2.5%), G05(제어, 조정, 2.5%) 순으로 그 종류와 비율이 분석되었다.
또한 주요 상위 20 출원인을 파악하여 국가와 주체의 종류를 분석하였으며, 주요출원인별 국가분포도에서는 미국, 유럽, 일본은 다양한 국가의 출원인이 해당 출원에 공동 참여한 반면, 한국은 출원 참여인이 단독 자국인인 비율이 상당히 높게 나타났다. 또한 패밀리 특허의 비율과 패밀리 국가 수를 분석한 결과 패밀리 특허 존재 비율은 유럽(97%), 미국(87%), 일본(40%), 한국(18%) 순으로 한국은 출원된 특허 기술이 국제적으로는 권리를 행사하지 못하는 소극적 출원 양상이 파악되었다.
또한 주요출원인별 국가분포도를 살펴보면 미국, 유럽, 일본은 다양한 국가의 출원인이 해당 출원에 공동 참여한 반면, 한국은 출원 참여인이 단독 자국인인 비율이 상당히 높은 결과로 나타났다[Fig. 5].
상당히 높게 나타났다. 또한 패밀리 특허의 비율과 패밀리 국가 수를 분석한 결과 패밀리 특허 존재 비율은 유럽(97%), 미국(87%), 일본(40%), 한국(18%) 순으로 한국은 출원된 특허 기술이 국제적으로는 권리를 행사하지 못하는 소극적 출원 양상이 파악되었다. 패밀리 국가 수의 비교에서도 한국은 미국, 유럽, 일본과 대조적으로패밀리가 있어도 1개 국가로 지정한 비율이 85%로 분석되었으며, 유럽은 가장 패밀리 국가 수를 적극적으로 많이 포함하고 있는 것으로 분석되었다.
거쳐 유효 특허를 도출하였다 [Table 3]. 본 연구에서 도출된 공개 및 등록된 유효특허는 총 160건으로 이 중에서 한국이 25%를 차지하였고 나머지는 미국 45%, 유럽 21%, , 일본 10% 등으로 나타났다.
특허가 국제적으로 효력을 갖기 위해서는 해당 국가에 특허를 진행해야 하며, 자국에서 출원한 특허를 기초로 해외 여러 국가에 출원하는 경우, 원출원과 관련된 모든 특허를 ‘패밀리 특허’라고 한다. 분석결과 우선, 각 국가별로 패밀리 특허 존재 비율을 살펴보면 유럽(97%), 미국(87%), 일본(40%), 한국(18%) 순으로 나타났다. 즉 한국은 자국에만 특허 권리를 한정하는 특허의 비율이 82%로 대부분의 출원된 특허 기술이 국제적으로는 권리를 행사하지 못하는 소극적 기술방어 양상이 파악되었다.
나타났다. 이후 응용단계로서 PCD로부터 취득된 3차원 데이터를 역설계, 시공 공정관리, 품질관리, 구조 조사, 증강현실, 드론을 이용한 데이터 취득 등 그 기술 응용범위가 넓혀져 가는 것이 파악되었다.
또한 패밀리 특허의 비율과 패밀리 국가 수를 분석한 결과 패밀리 특허 존재 비율은 유럽(97%), 미국(87%), 일본(40%), 한국(18%) 순으로 한국은 출원된 특허 기술이 국제적으로는 권리를 행사하지 못하는 소극적 출원 양상이 파악되었다. 패밀리 국가 수의 비교에서도 한국은 미국, 유럽, 일본과 대조적으로패밀리가 있어도 1개 국가로 지정한 비율이 85%로 분석되었으며, 유럽은 가장 패밀리 국가 수를 적극적으로 많이 포함하고 있는 것으로 분석되었다.
즉 한국은 자국에만 특허 권리를 한정하는 특허의 비율이 82%로 대부분의 출원된 특허 기술이 국제적으로는 권리를 행사하지 못하는 소극적 기술방어 양상이 파악되었다. 패밀리 특허 중에 특허가 포함하는 국가 수를 비교해보면 한국은 미국, 유럽, 일본과 대조적으로 패밀리가 있어도 1개 국가로 지정한 비율이 85%로 분석되었으며, 반면 유럽은 가장 패밀리 국가수를 적극적으로 많이 포함하고 있는 것으로 분석되었다.
한국, 미국, 유럽, 일본에서 출원 공개 및 등록된 총 1860건의 특허를 수집하여, 유효 특허 데이터 160개를 대상으로 특허 동향을 정량분석한 결과, Scan-to-BIM 기술 특허는 2000년 중반부터 모든 나라에서 특허 건수가 증가하기 시작하였으며, 2016~2017년에 최대치를 나타냈으며, 그 이후 약간 주춤하는 모습이 파악되었다. 그러한 가운데 한국은 유일하게 2016년 이후에도 계속해서 상승그래프를 나타내고 있으며, 이는 본 연구 2.

후속연구

(2017)은 BIM 기술의 융·복합 수준 분석을 그 목표로 한 연구이다. 따라서 BIM 기반 역설계 기술 관련 특허동향 연구는 진행된 바가 없으므로, 본 연구에서 도출된 결과 및 자료는 향후 관련 산업 및 연구개발에 있어 실질적이고 유의미한 정보와 방향성을 제시할 수 있을 것이다.
본 연구는 한국, 미국, 유럽, 일본 4개 국가의 특허 동향 분석을 통해 Scan-to-BIM 산업 기술개발 동향을 파악하였으며, 본 연구의 결과는 Scan-to-BIM 기술의 발전 방향 추론 및 연구 분야 도출과 한국 특허 전략 설정에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

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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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