초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 BIM이 기반이 되는 4차 산업혁명 기술 중 하나인‘디지털-트윈(Digital-Twin)’기술을 토공사에 적용하여 토공사의 BIM 적용을 위한 제반 기술을 확보하는 데 있으며, 나아가 자원의 흐름을 고려한 효율적인 공사의 진행을 위하여 건설정보의 시각화뿐만 아니라 작업의 안전과 경제성을 고려한 최적의 작업계획생성 및 종합적인 모니터링 시스템으로 발전시켜 혁신적인 토공 디지털-트윈 프레임워크를 개발하는데 있다. 디지털 트윈은 컴퓨터에 현실 속 사물의 쌍둥이를 만들고 현실에서 발생할 수 있는 상황을 컴퓨터로

□ 연구개요
본 연구는 BIM이 기반이 되는 4차 산업혁명 기술 중 하나인‘디지털-트윈(Digital-Twin)’기술을 토공사에 적용하여 토공사의 BIM 적용을 위한 제반 기술을 확보하는 데 있으며, 나아가 자원의 흐름을 고려한 효율적인 공사의 진행을 위하여 건설정보의 시각화뿐만 아니라 작업의 안전과 경제성을 고려한 최적의 작업계획생성 및 종합적인 모니터링 시스템으로 발전시켜 혁신적인 토공 디지털-트윈 프레임워크를 개발하는데 있다. 디지털 트윈은 컴퓨터에 현실 속 사물의 쌍둥이를 만들고 현실에서 발생할 수 있는 상황을 컴퓨터로 시뮬레이션 함으로써 결과를 미리 예측하는 기술로, 센서 역할을 하는 IoT (사물인터넷)는 지형정보를 수집해 현실과 유사한 디지털-트윈에 전달하고 이를 디지털-트윈 환경에서 여러 시뮬레이션을 통하여 능동형 정보 (Actionable Intelligence) 형태로 제공하거나, AI가 자동으로 반영하게 할 수 있게 하여 건설공사 진척 상황을 합리적으로 관리할 수 있도록 한다. 즉 토공 작업은 기계와 토사로 구분될 수 있는 주요 자원이 비정형적인 동적 흐름을 가지기 때문에 정보의 활용성을 가장 큰 장점으로 하는 BIM 기술이 충분히 활용되기 위해서는 현장으로부터 제공되는 센서 데이터, 이미지 영상 등을 AR, Simulation 기술 등을 통해 자원의 흐름을 인식하여 정보화하고 생성된 정보를 모니터링 및 제어할 수 있는 토공 디지털-트윈 시스템이 필요하며, 이것이 본 연구의 최종목표이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
건축이나 구조분야와 같이 설계된 부재들이 모델링 되어 공정에 따라 Build 되는 개념이 아닌 Update 개념의 토공작업특성을 고려한 객체 및 속성분류체계를 정의하여 설계내용을 객체화 할 수 있는 ‘Earthwork BIM Virtual Model’을 구축하였으며, 4D, 5D 정보를 포함하는 Voxel 모델 기반 토공사의 Operation Level에서 최적화된 작업계획을 생성을 위한 모듈 설계를 하였다. 또한 Real World Scene Image를 활용하여 Virtual BIM Model을 정합하는 증강현실 기술 적용을 위해 2D로 획득되는 실세계 이미지를 분석하여 3차원 좌표계를 갖는 공간모델로 reconstruction 하는 방법 개발하였으며, 이미지에서 객체의 3D 모델을 구축하기 위한 프레임워크(Framework) 개발과 BIM 모델의 명도, 대비 등의 색 보정을 통한 as-built Image와 as-planned 모델 비교 및 토공 디지털 트윈 기본 환경 구축을 수행하였다. 마지막으로 장비에 부착된 GPS 정보 및 이미지 분석을 바탕으로 시뮬레이션 연계를 통해 사용자에게 현실감 있는 디지털 트윈 기반 토공 환경 제공하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구는 비정형 대상물인 지형에 BIM을 적용하여 건설 프로젝트의 종합적 성능을 향상 시킬 수 있도록 토공사의 디지털 트윈 제반 기술을 확보하고 나아가 자원의 흐름을 고려한 효율적인 공사의 진행을 위하여 건설정보의 시각화뿐만 아니라 작업의 안전과 경제성을 고려한 최적의 작업계획 생성 및 종합적인 모니터링 시스템으로 발전시켜 혁신적인 토공 디지털 트윈 프레임워크를 개발하는 것이다. 따라서 본 연구의 가치는 토공과 같은 비정형 동적 작업 환경에서 BIM과 증강현실, 이미지 프로세싱, 프로세스 시뮬레이션 기술을 통합하여 토공사 디지털 트윈을 이루어냄으로써 현재의 토공관리 프로세스를 개선하는데 있다. 본 연구는 궁극적으로 건설 현장에서 BIM 및 증강현실 기술을 적극적으로 활용해 작업자들에게 유용한 토공 정보를 생성하고, 후속 및 타공종 작업에 대한 정보 공유 및 협력을 증대함으로써 건설 공사의 생산성, 안전성 및 작업 품질을 크게 향상시킬 것으로 기대된다. 또한 제 4차 산업혁명에 발전에 발맞추어 BIM, 증강 현실, 시뮬레이션과 등의 고급 IT 기술을 건설분야에 융합하여 선보임으로써 보수적인 건설기술에 대한 인식 전환 및 건설기술의 첨단 고급화를 도모하게 될 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 5
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 5
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 19
• 3) 목표 달성 수준 ... 19
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 20
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 21
• 6. 자체점검표 ... 21
• 7. 참고문헌 ... 21
• 끝페이지 ... 40