항만 BIM 데이터의 상호운용성 확보를 위한 IFC 표준 개발
Development of IFC Standard for Securing Interoperability of BIM Data for Port Facilities
DOI: https://doi.org/10.13161/kibim.2020.10.1.008
문현석1), 원지선2), 신재영3)
Moon, Hyoun-Seok1) · Won, Ji-Sun2) · Shin, Jae-Young3)
Received December 18, 2019; Received March 31, 2020 / Accepted March 31, 2020
ABSTRACT: Recently, BIM has been extended to infrastructures such as roads and bridges, and the demand for BIM standard development for ports is increasing internationally. Due to the low level of utilization of classification system and drawing standards compared to other infrastructures, and the closed nature of national security facilities, ports have insufficient level of connection and sharing environment among external systems or users. In addition, since the standardization of data for port facilities is not made, it is still necessary to establish an independent DB for each system and to ensure interoperability of data between these systems since it does not have a shared environment among similar data. Therefore, the purpose of this study is to develop and verify IFC, the international standard for BIM, in order to cope with the BIM environment and to be commonly used in the design, construction, and maintenance of port facilities. To this end, we build a standard schema with port-specific Express Notation according to buildingSMART International's standard development methodology. First, domestic and international reference model standards were analyzed to derive components such as space and facilities of port facilities. Based on this, the components of the port facility were derived through the codification, categorization, and normalization process developed by the research team. This was extended based on the port BIM object classification system developed by the research team. Normalization results were verified by designers and associations. Then, IFC schema construction was based on Express-G data modeling based on IFC 4 * 2 Candidate, which is a bridge candidate standard based on IFC4 (ISO16739), and IFC 4 * 3 Draft, which is developed by buildingSMART International. The final schema was validated using the commercialized validation tool. In addition, in order to verify the structural verification of the port IFC schema, the transformation process was verified by converting the caisson model into a Part21 file. In the future, this result will not only be used as a delivery standard for port BIM products, but will also be applied as a linkage standard between systems and a common data format for port BIM platforms when BIM is used in the maintenance phase. In particular, it is expected to be used as a core standard for data exchange in the port maintenance stage.
KEYWORDS: Building Information Modeling, Port, IFC(Industry Foundation Classes), Common Data Environment, Schema 키 워 드: 건설정보모델, 항만, 산업기초클래스, 공통데이터환경, 스키마
1. 서 론
BIM(Building Information Modeling)은 건설 생애주기 데이 터의 상호 운용성을 확보하기 위한 일종의 디지털 표준화 기 술이다. 최근 이러한 BIM 기술은 도로, 교량 외에 항만 분야 에 까지 확장되고 있다. 이미 네덜란드 TU/e는 로테르담 항만 에 대해 GIS(Geographical Information System)와 연계한 항만
IFC(Industry Foundation Classes)표준 구축(SiSi et al., 2014) 을 수행한 바 있다. 또한 중국 Gaolan항만은 이미 설계, 시공 단 계에서 상용 S/W를 기반으로 항만물류까지 고려한 BIM을 적용 (Autodesk 2017)하였다. 이러한 사례들은 여전히 항만 BIM 표준 을 제대로 적용하지 못하고 있고, 로테르담항의 경우도 일부시설 (IfcQuay 등)에 대해서만 개발하여 연구차원에서 접근하였을 뿐 표준화의 대상 시설 범위가 한정되어 있다.
1)정회원, 한국건설기술연구원, 국가 BIM 연구센터, 공학박사 ([email protected]) (교신저자)
2)정회원, 한국건설기술연구원, 미래융합연구본부 건설자동화연구센터, 수석연구원 ([email protected])
3)정회원, 한국건설기술연구원, 미래융합연구본부 건설자동화연구센터, 전임연구원 ([email protected])
항만유지관리시스템(POMS) 및 항만 CALS 등의 시스템은 별 도의 자체 데이터베이스(Database)를 구축·관리하고 있어 시스 템 간 유사 데이터의 공유·교환·관리체계를 보유하고 있지 못 하다. 즉 항만 시설은 국가보안시설로 분류되어 있어 시스템 등 도 철저한 보안관리 체계로 운영되고 있어 표준의 적용이나 외부 시스템과의 연계 등 항만 디지털화 체계의 도입에 여전히 한계가 있다. 이들 시스템들은 여전히 2D이미지, 도면, 수치 등의 단편 화된 데이터 형식을 다루고 있을 뿐 BIM 환경으로 전환되기 위한 준비가 미흡한 실정이다. 또한 향후 인프라 분야 BIM 의무화가 이루어질 경우 항만시설의 모든 성과품은 BIM 표준의 형태로 제 출받도록 해야 하는데 이와 관련된 국제표준이 공개되지 않았다.
대부분의 항만표준은 기존 건설 CALS체계로부터 도출된 분류 체계, 도면교환표준 등이 활용되고 있으나 BIM전환을 위해서는 BIM기반의 표준체계를 구축하는 것이 필수적이다. 전세계적으로 모든 인프라 시설의 BIM 표준은 IFC4(ISO16739, 2013)에 기반하 여 확장될 것이므로, 항만시설도 모든 대상시설을 포함하는 항만 BIM 표준인 IFC 표준을 개발해야 한다. 따라서 연구에서는 현재 buildingSMART International(이하 bSI)을 통해 공개된 IFC4를 기반으로 확장된 IfcBridge Candidate 후보표준(buildingSMART International, 2019)과 IfcRoad Draft 표준을 토대로 항만 BIM 표 준인 IfcHarbour_K 스키마(Schema)를 구축하고 이를 검증하는 것이 목적이다.
이를 위해 국내외 BIM관련 참조표준 및 국내의 항만관련 설계 기준, 도면표준, 법규 등을 참조하여 항만 공간, 시설, 부재 및 부 품 등의 구성요소를 도출하였다. 그런 다음 bSI의 국제표준 개 발 방법론과 목록화-범주화-정규화 과정을 포함하는 항만 BIM 형상표준 개발 방법론이 구성되었다. 목록화 과정에서는 연구팀 이 개발한 항만 BIM 객체분류체계(안)을 기반(Moon et al., 2018) 으로 확장되었다. 특히 제시된 방법론을 통해 도출된 정규화 결 과는 각 형상구성 요소가 어느 IFC 엔티티에 해당되는지를 정의 하였다. 구성요소별 엔티티 정의는 IFC 공통-공유-신규 항목으 로 도출하였고 최종 매핑결과는 IFC4의 아키텍처(Architecture) 구조에 따라 Express-G Notation을 활용하여 항만 IFC 스키마 (vex)인 IfcHarbour_K V1.0을 개발하였다. 이는 Express Data Modeling(EDM)툴을 통해 문법을 검증하였고, 실제 사례인 케이 슨에 대한 Part-21파일 작성을 통해 변환된 스키마 구조를 검증 하였다.
본 연구는 향후 항만 BIM 성과품의 납품 포맷으로 적용될 뿐 만 아니라 항만관련 시스템의 독립된 DB가 표준화된 데이터 연 계체계를 확보할 수 있을 것이다. 또한 항만 유지이력관리를 위 한 디지털 표준화 체계로의 전화를 위한 기초표준으로 적용될 수 있을 것으로 기대한다.
2. 국내외 표준개발 동향 분석
2.1 국내 BIM 표준개발 동향
국내는 2000년 초반부터 건축분야의 BIM 관련 표준개발(Kim et al., 2005)이 진행되었다. 이후 토목분야에서의 BIM 표준개발 필요성에 따라 연세대는 일부 연구차원에서 교량, 터널(Park et al., 2007) 등의 IFC 표준 개발을 선행적으로 진행한 바 있다. 또 한 최근 철도분야 BIM 연구를 통해 철도, 신호, 통신, 궤도 등을 포함한 IFC표준(Seo et al., 2016)을 개발하여 철도 BIM 플랫폼 에 적용한 바 있다. 특히 최근 한국건설기술연구원은 2015년 교 량, 터널, 토공 등 도로 선형시설에 대한 BIM 표준인 Infra IFC 표 준(Moon, 2017)을 개발한 바 있다. 이를 통해 도로분야의 BIM 표준 적용 가능성을 검토하였고 표준 변환기 및 뷰어 개발을 통 해 도로분야 IFC가 성과품으로 활용 가능한지의 적정성을 평가 한 바 있다. 이후 Infra IFC에서 교량 및 터널을 제외한 도로자체 에 대한 IFC만을 분리하여 bSI에 2016년에 bSI SPEC(publicly accessible SPECification)으로 제안 및 공개(buildingSMART International, 2016)되었다. 그런 다음 한국건설기술연구원은 bSI InfraRoom을 통해 2016년 공식적인 제안서 제출 및 승인 후 2017년부터 독일, 스웨덴, 핀란드, 중국 등 8개국이 참여하는 한 국 주도의 IfcRoad WG을 구성하여 본격적으로 국제표준을 추진 하고 있다. 현재 전체 Phase 1, 2 단계 중 마지막 단계인 2단계 를 완료 중에 있으며, 2020년 상반기 IfcRoad Candidate 표준을 공개 예정에 있다.
국내에서 진행된 대부분의 토목분야 BIM 표준 개발은 연구차 원에서 수행되었으며, 항만분야에 대한 BIM 관련 표준개발 시도 는 없는 것으로 파악되었다. 국내의 경우에는 향후 해양수산부의 스마트항만 전환계획에 따라 BIM기반의 항만관리 체계를 도입할 것으로 기대되므로 항만 BIM 관련 표준체계를 선제적으로 구성 하는 것이 필요하다.
2.2 국외 BIM 표준개발 동향
해외에서는 토목분야 BIM 표준과 관련하여서는 2007년부터 프랑스 주도의 국제표준 그룹을 통해 교량에 대해 IFC Bridge의 데이터 모델 개발이 진행된 바 있다. 그러나 이는 국제표준화까 지는 이루어지지 못하고 기술보고서를 발간하여 교량시설이 IFC 로 확장될 수 있다는 가능성을 확인하는데 그쳤다. 이후 2013 년에 IFC가 공식적으로 국제표준(ISO16739)으로 등록되면서 토 목(Civil)분야에 대한 IFC를 확장할 수 있도록 하는 국제적 공감 대가 확산되면서 본격적으로 토목분야 BIM 표준개발을 추진하 기 시작하였다. 이러한 노력의 일환으로 그 동안 건축분야 표준 만 담당하던 bSI가 인프라 분야 BIM 표준을 개발할 수 있도록 InfraRoom이 발족되었으며, 교량의 IfcBridge에 대한 표준을 먼
저 개발하게 되었다. 이후 2016년에 한국에서 제출한 도로분야 BIM 표준인 IfcRoad가 제안되어 공식적인 표준화 프로젝트로 착 수하게 되었다. 비슷한 시기에 철도분야의 BIM표준인 IfcRailway 가 별도 Room구성을 통해 중국 주도로 진행되어 오고 있다. 이 외에도 지하시설을 포함한 터널에 대한 IfcTunnel 프로젝트가 2019년부터 착수되었다. 또한 중국의 주도로 항만과 수로에 대 한 IfcPort & Waterway라는 표준을 영국의 Cardiff Univ.와 함께 개발 중이다. 그러나 인프라 시설은 선형, 지형뿐만 아니라 비슷 한 시설을 다양한 형태로 공유하고 있다. 이를 하나의 인프라 코 어표준으로 정의하기 위해서 인프라 시설의 공통사항을 담는 공 통 스키마(Common Schema) 개발 프로젝트가 진행 중이다. 교 량과 철도는 이미 bSI를 통해 2019년에 후보(Candidate) 표준으 로 발표되었으며, 공식표준 승인을 위해 검토 중이다. 향후 도로, 항만, 철도, 터널 등에 대한 표준이 2020년까지 완성되면 인프라 시설의 BIM 표준을 대표하는 IFC5가 ISO16739의 개정버전으로 2021년 이후에 도출될 것으로 기대한다.
2.3 항만 BIM 표준 개발 방향
설명한 바와 같이 bSI를 통해 일부 항만에 대해 중국 주도의 BIM표준을 개발하고 있다. 그러나 이는 참여국가(중국, 영국, 네 덜란드 등)가 적고 개발하는 시설의 범위가 해상 중심의 선박시 설, 수문, 갑문 등 주요 대형 시설에만 중점을 두고 있어 항만 의 세부 구성시설은 계류, 외곽, 임항교통 시설 등 다양한 시설 을 포함하고 있지 않은 것으로 나타났다. 향후 중국이 주도하는
항만 BIM표준에 본 연구에서 개발하는 IfcHarbour_K 표준이 반 영될 수 있도록 기여할 수 있을 것이다. 두 표준이 비슷한 개발 방법론을 따르고 있으나 연구에서는 국내 항만에 좀 더 적합한 공간 및 시설 유형을 포함하는 BIM 표준을 개발하는 것에 중점 을 두고 있다. 중국 주도의 IfcPort&Waterway가 한국의 항만시 설 유형을 반영하고 있지 않으므로 향후 표준 완료시 항만시설 을 추가 확장하는 방식으로 활용할 수 있을 것이다. 다만 본 연 구는 추가 확장 전 이미 bSI에서 발표한 IfcBridge Candidate 와 IfcRoad Draft를 기초로 하여 한국의 항만시설에 특화된 IfHarbour_K를 개발한다.
2.4 항만 BIM 표준 개발 절차 구성
연구에서는 항만 BIM 표준인 IFC를 개발하기 위해 다음의 세 부 절차를 구성하였다. 이를 위해 개발절차는 상기의 Figure 1 과 같이 목록화-범주화 1, 2단계-정규화 단계로 구성하였다.
목록화 단계는 위계구조의 관계에서 항만시설의 공간 및 시설 별 세부 구성요소가 무엇인지 정리하는 단계이다. 본 단계에서 는 국내외 항만 및 BIM관련 참조모델의 분석을 통해 항만의 공 간 및 시설의 구성요소를 도출한다. 범주화 2단계는 항만 BIM 객체분류체계를 기반으로 공간, 시설, 부위 및 유형에 대한 범 주화 단계를 수행한다. 정규화 단계는 도출된 항만 구성요소들 이 IFC 엔티티로 매핑되기 위해 용어의 표준화를 수행하는 과정 을 거친다. 이러한 과정을 통해 IFC체계에 맞도록 항만 구성요 소에 대한 엔티티를 구조화하여 엑셀템플릿으로 구성한다. 이는 Figure 1. Port IFC development outline for port facilities
EDMvisualExpress 도구를 활용하여 국제표준인 ISO10303-11 의 EXPRESS Notation 방식으로 IfcHarbour_K의 스키마 모델링 을 수행하게 된다. 이후 문법의 유효화 과정을 통해 스키마를 검 증하게 되고 최종 EXPRESS-G 모델과 EXPRESS 스키마 파일 인 ‘.vex’ 및 ‘.exp’파일을 작성한다. 또한 작성된 IfcHarbour_K 스키마 구조에 맞도록 Part21 파일을 매뉴얼 코딩(Coding)을 통 해 케이슨 형상에 대한 IFC 파일 작성으로 스키마를 최종 검증 하였다.
3. 항만 BIM 관련 참조모델 분석
3.1 항만 BIM 객체분류체계 개요
연구에서 개발하는 IfcHarbour_K는 항만 시설의 구성요소 도 출 및 분석을 위해서 연구팀이 2018년에 구성한 항만 BIM객체분 류체계(Moon et al., 2018)를 기반으로 확장한다. 이는 국제표준 인 ISO12006-3의 객체지향 분류체계를 기반으로 개발된 것이다.
이는 항만의 공간, 시설, 부위 및 재료 등에 대한 세부 구성요소 를 확인하여 IFC 엔티티로 정의 가능한 항목을 도출하는 베이스 라인이다.
Figure 2에서 구성한바와 같이 ISO12006-3:2007(객체지향 정보프레임워크: Framework for object-oriented information)
의 스키마 구조도를 보면 xtdRoot의 하위에 Object, Actor, Activity 등이 Relationship에 의해 상호 연결되는 위계를 갖는 다. 즉 xtdRoot는 xtdObject, xtdRelationship, xtdCollection 의 추상적 Supertype으로 정의된다. xtdObject는 subject(사 물), Activities(프로세스), Actors, Units, Values와 Properties 로 구분된다. 여기서 객체를 정의하는 스키마는 xtdSubject이고 xtdObject의 하위유형으로서 물리적 또는 논리적 객체가 될 수 있음을 정의한 것이다.
항만 BIM객체분류체계는 단순히 파셋(Facet)의 조합이 아닌 고유의 시설결과물(Result)과 이를 구성하기 위해 하위단위시설 및 시설요소와 부재/부품 등을 조합하는 형태를 포함하고 모든 시설요소에 공통적으로 사용되는 공유 객체를 조합할 수 있도록 구성해야 한다
즉 xtdSubject는 항만시설 목적물 즉, 시설물을 나타내는 (F) FACILITY, 이를 구성하는 단위시설분류인 (U) UNIT와 시설부 위 구성품으로 (E) ELEMENT의 조합을 통해 목적물을 구성하 도록 한다. 이는 하위 구성품의 조합을 통해 단위시설을 구성하 고 이러한 다수의 단위시설이 모여 시설목적물을 생성하는 개 념을 준용한다.(Nam et al., 2017) 이와 같이 위계방식의 정의는 xtdSubject 내에서 객체관점으로 분류할 수 있도록 하고 있고 위 계구조는 국내 및 해외의 분류체계를 참고한다.
Figure 2. ISO12006-3 Architecture
3.2 국내 항만관련 참조 정보 분석 1) 국내 참조정보 대상 정의
국내 항만시설의 유형은 항만법(Korea Ministry of Government Legislation, 2018) 제2조에 상세하게 구분되어 있어 이를 참조 하여 항만의 법적 공간 및 구성 시설에 대한 유형을 도출하였다.
또한 기존 항만시설의 공종별 작업분류체계를 정의한 코드표준 이 선정되었다. 이를 통해 공간, 시설물 등의 위계개념을 파악하 였다. 특히 BIM의 항만시설의 설계정보를 다루므로 대표적인 설 계기준인 항만 및 어항설계기준(MOF, 2016)을 반영하였다. 이를 통해 항만시설의 설계 구성요소 및 세부 설계변수 등을 확인할 수 있었다. 이외에도 항만도면을 수집하였으며, 항만 CALS의 도 면교환표준(PortCALS, 2019)을 참고하였다. 이에 따라 항만설계 의 도면화 수준 파악과 설계 요소를 확인할 수 있었다. 이러한 과 정을 통해 항만 공간, 시설유형, 세부 시설 구성요소, 부재, 장비 및 속성을 파악하였다.
2) 참조정보 분석을 통해 항만 구성요소 도출
항만법은 항만법 시행령 및 시행규칙을 하위에 두고 있다. 이 는 항만시설의 목적, 정의, 시설범위, 항만 구분 등이 포함되어 있고 항만기본계획 수립 및 내용을 기술하고 있다. 항만시설의 범위를 다루는 법규로는 제시된 항만법과 항만시설 기준에 관한 규칙이 있다. 항만시설은 항만법 제2조 5항에서 다루고 있는데 항만구역 안의 시설과 항만구역 밖의 시설로 구분된다. 항만시설
은 크게 기본, 기능, 지원, 항만친수, 항만배후단지 및 주변지역으 로 정의된다. 그러나 항만을 구성하는 시설은 기본시설 항목에서 정의할 수 있다. 기본시설은 크게 수역, 외곽, 계류 및 임항교통 시설로 구분된다. 수역시설은 형상으로 정의하지 않지만 공간으 로 구분할 수 있다. 나머지는 항만을 구성하는 대표 시설 및 구성 요소로 정의할 수 있다. 여기서 외곽과 계류시설에 항만을 구성 하는 대표시설로 구분한다. 임항교통시설은 이미 bSI를 통해 교 량, 철도, 도로 등의 IFC 표준이 후보표준으로 발간되었거나 초안 수준으로 도출되었으므로, 최종 표준으로 공개될 때 그대로 활용 하는 것이 가능하다.
Facility Detailed structures Space Facility
Basic Port Facility
Harbor
Facility Sea route, Mooring basin, Small ship basin, Turning Basin etc. ○
Outer wall Facility
Breakwater, Groyne, Wave breaker, Tide Embankment, Training Dike,
Lock Gate, Revetments etc. ○
Port Traffic
Facility Road, Bridge, Railway, Track,
Canal etc. ○
Mooring
Facility Quay wall, Wharf, Landing pier,
Floating pier, Quay, Ramp etc. ○ Table 1. Taxonomy of basic facilities by Port Law
Figure 3. Derivation of elements by analysis of port design guideline
그리고 항만분야 작업분류체계(WBS)는 건설정보분류를 도입 한 건설공정관리 분류체계(MLIT 2018)이다. 이는 2013년 ‘하천·
항만분야 작업분류체계 개발 및 건설사업정보화(CALS) 표준 지 원도구 유지보수’ 사업의 일환으로 개발되었다. 이후 국토부와 해 수부가 분리되면서 개정이 되고 있지 않아 초기 개발된 작업분류 체계를 그대로 활용한다. 항만분야 작업분류체계는 항만의 공간 유형 정의, 시설 구성요소를 도출하는데 활용하였다.
항만은 건설기준의 효율적 관리를 위해 항만법 제29조, 건설 기술진흥법 제44조에 근거하여 항만 및 어항 기술기준(설계기준, 표준시방서)을 2017년 개정 고시하였다. Figure 3의 항만 설계기 준의 코드체계는 ‘KDS 64 00 00:2017’으로 구성되어 있다. 앞 의 64는 항만구분을 나타내는 대분류, 00~99는 명칭을 나타내 는 중분류, 그 다음 00~99는 세부 명칭을 나타내는 코드로 정 의된다. 중분류는 총 22개로 구성되며, 수역·외곽·연안보전·
계류·어항·항로표지시설 등으로 분류된다. 소분류는 총 27개 로 중분류별 항목을 세분화하여 코드로 부여하였다. 이러한 코드 체계를 참고하여 항만 및 어항 설계기준의 항만시설 항목을 분류 하였다. 이에 따라 수역시설 6종, 외곽시설 19종, 계류시설, 29종, 임항교통시설 6종, 항로표지 10종 총 70종을 도출하였다. 이를 정 리하여 24개의 객체형식을 도출하여 이를 항만 BIM 객체분류체계 에 반영하였다.
또한 항만의 공간 및 시설분류를 위해 ‘oo항만공사’에서
‘00~09’까지 수행한 243개 사업들의 대표도면과 기술문서를 수 집 및 분류하였다. 주로 이들 사업은 신항만 건설보다는 기존 항 만시설의 준설, 보수 및 축조 등 확장 사업이 주를 이루고 있다.
이의 도면과 기술문서 등 설계준공도서 분석을 통해 다음과 같이 시설을 분류하였다. 항만시설은 항만특화시설과 일반토목시설로 구성되고, 건축, 설비, 조경 등 복합시설로 이루어진다.
항만 토목시설은 수역, 외곽, 계류, 임항교통, 항만친수 및 기타 시설로 구성된다. 일반토목시설은 출입문, 펜스, 배수로, 포장 등이 해당하며, 건축은 임항창고, 여객터미널 등이 이에 해당된다. 기계 설비는 방진망, 하역장비 등이 있으며, 가로등, 조명탑, 변전소 등 전기설비도 포함된다. 이외에 조경시설등도 고려될 수 있다.
마지막으로 건설 CALS 준공도면 표준의 분석을 통해 항만시 설을 분류하였다. 이는 도면의 구성을 우선하고 있다. 이의 분석 을 통해 수역시설, 방파제 등의 외곽시설, 안벽, 물양장 등 계류 시설, 도로, 철도 등 임항교통시설이 있다. 그리고 선착장, 체육공 원을 포함하는 친수시설, 오폐수처리장 등 공해방지시설과 포장, 상하수도 및 상부시설을 포함하는 택지도시개발 시설이 있다. 이 외에도, 항로표지 등의 항만 부대시설이 구성된다.
3.2 해외 BIM 관련 참조모델 분석
해외에서는 도로, 철도 등 인프라 시설의 디지털 3차원 모델의 상호운용성 확보를 위해 국가별로 구축하는 자체 표준과 형상기하 를 공통적으로 다루는 국제표준 수준의 참조모델이 널리 활용되고 있다. 이러한 참조모델은 특정 시설에 국한되지 않고, 모든 시설에 공통적으로 활용 가능하도록 하는 기하요소의 처리를 위한 형상 표준에 중점을 두고 있다. 그러나 대부분의 경우 광범위한 대상으 로 구역, 경계, 자표 및 기하 등의 구분을 다루고 있으며, 일부 도 로, 배수, 선형 등의 공간적 구획을 형상 명칭으로 정의하고 있다.
항만의 공간 및 시설의 구성요소 도출을 위해 국내뿐만 아니라 해 외의 참조모델을 분석함으로써 토목분야의 형상을 어떻게 다루고 있어 어떠한 형상으로 구성되고 있는지 확인이 필요하다. 이를 위 해 Figure 4에서 대표적인 해외 참조모델인 LandXML, CityGML, Port Facility General Architecture. Equipment Electrical Landscape
Basin Facility
Sea Route Gate Toilet Container Electrical Landscape Turning
Basin Fence Warehouse Dustproof net Street
lamp Windproof
Outer Wall Facility
Revetments Drain Passenger terminal Unloading
equipment Lighting
tower
Breakwater Pavement Building Heavy
water Lighting Facility
Mooring Facility
Quay Wall Fender Complex
Rest Area Incoming
cable
Wharf Wastewater
treatment plant Substation
Landing
Pier Yard
Dolphin Dredging
Docking facilities Site
composition
Superstructure
Other
Facility Arena
Harbor waterfront
facilities
Waterfront
space
Port Traffic
Facility Road
Table 2. Classification of port facilities by As-Designed outcomes
Figure 4. Reference model analysis and element deduction
InfraGML 및 Inframodel4를 조사 분석하였다.
1) LandXML: LandXML은 도로나 토공 등 지형, 선형시설의 형상 및 측량정보를 기하적으로 다루기 위해서 미국에서 개발된 XML기반의 디지털 데이터 교환표준이다. LandXML은 특정 시설 을 분류하고 있지 않으나, 표준의 범위가 지형을 포함하는 시설 을 다루고 있어 도로, 선형 등의 시설요소가 일부 기하정보의 형 태로 구성되어 있다. 이는 크게 프로젝트 정보 및 좌표를 다루는 COGO data, 각 형상의 기하를 다루는 Geometry Data 및 측량정 보를 다루는 Survey Data로 구성된다. 주로 선형(Alignment), 경 계(Boundary), 연석(Curb), 배수로(Ditch), 장치(Equipment), 구역 (Parcel) 등 항만관련 공간적 구획 등의 요소가 정의되어 있다.
2) CityGML: CityGML은 모든 GIS(Geographical Information System) 와 연관된 지형, 도시, 건축, 교통 등에 관련된 시설의 좌표, 기하, 형상 등을 XML기반으로 구성한 데이터 표준이다.
주로 도시모델링과 같은 GIS분야에 널리 활용되며, OGC(Open Geospatial Consortium)에 의해 개발된 국제표준이다. CityGML 은 건물(Building), 지형활용(Land Use), 교통(Transportation), 식생(Vegetation), 물(Waterbody)과 같이 항만에서 활용 가능한 공간적 유형을 정의하고 있다.
3) InfraGML: InfraGML은 OGC에서 토목시설의 GIS기반 표 현과 데이터 교환을 목적으로 Bentley의 주도로 2017년 개 발되었다. 이는 인프라 분야의 IFC개발을 위한 기본적 Core
구조를 정의하고 있다. 현재 bSI에서 개발되는 Infra Overall Architecutre는 본 InfraGML에 기반을 두고 있다. 본 표준은 타 표준과는 달리 인프라 시설에 대한 구성요소가 일부 정의 가 되어 있다. InfraGML은 Core, 지형과 관련된 요소를 정의 하는 LandFeatures, 공간 및 시설유형을 정의하는 Facilities and Project, Alignments, Roads, Railways, Survey 및 LandDivision으로 구성되어 있다. 여기서 LandFeature 중에서 LandSurface, Facilities and Project에서 Facility, FacilityPart, Physical Element 등이 항만의 공간구성에 활용될 수 있다.
4) Inframodel4: Inframodel4는 핀란드에서 자체 인프라 BIM 표준을 확보하기 위해서 LandXML을 기반으로 확장된 지역 (Local) 표준이다. 그러나 LandXML에서 표현하고 있지 않은 인 프라 시설 및 기하형상 요소를 포함하고 있다. 공간적으로 구역 및 구획을 정의하는 경계(Boundary), 구획(Parcel), 구역(Zone) 등이 구성되어 있다. 시설로는 교량(Bridge), 도로(Roadway), 구 역절성토(ZoneCutFill) 등이 있고, 배수로(Ditch), 말뚝(Pile) 관련 배수시설, 이 외에도 도로표지(Road Sign) 등의 형상이 정의되어 있다.
3.3 항만 BIM 객체분류체계 기반 범주화 및 정규화
항만시설의 구성요소를 목록화하기 위해 1차 베이스라인으로 서 2018년도에 연구팀이 개발한 항만 BIM 객체분류체계(Moon
Figure 5. Procedural development method for deriving elements of port facilities
et al., 2018)를 참조하였다. 이는 국내외 참조모델 분석을 통해 분 객체분류체계에서 누락된 시설유형 항목을 보완함과 동시에 항만시설의 구성요소를 정규화 하는데 활용된다.
국내의 참조자료를 통해 분석된 공간 및 시설유형 목록은 기 정의된 객체분류체계의 항목과 매핑체계를 구성하였다. 객체분류 체계의 각 분류항목을 기준으로 유사하는 경우 동일 위치에 매핑 하였고, 추가되는 경우는 분류항목 아래에 별도의 행을 추가하여 유형으로 정의하였다. 해외 참조모델 분석 단계는 ①참조모델별 연관요소 확인, ②확인된 연관요소의 목록화, ③목록화 결과의 공간, 시설, 부재, 부품 등의 구성요소로 정리의 3단계로 구성한 다. 이와 같이 3단계로 도출된 각 참조모델 별 공간, 시설, 부재, 부품 등의 구성 요소는 항만 BIM 객체분류체계에 1:1 방식으로 매 핑(Mapping)하였다. 동일한 구성요소 명칭은 객체분류체계의 해 당 위치에 배치하였으며, 객체분류체계의 상위항목 하위의 타입 이나 신규 구성요소로 추가되는 경우에는 객체분류체계의 해당 목록 하위에 위치하도록 정리하였다.
상기의 국내외 참조문서 및 참조모델 목록화 결과를 통해 항만 BIM 객체분류체계 기반의 항만의 공간, 시설 등 구성요소를 범주 화하였다. 이는 누락된 항만 BIM 객체분류체계를 보완하였을 뿐 만 아니라 항만 BIM 형상표준인 IFC 엔티티 정의를 위한 기본 템 플릿으로 활용하다.
이러한 최종 범주화 결과를 기반으로 항만 BIM 형상표준의 세 부 엔티티로 정의되기 위해 공간, 시설, 부위, 부품 등의 위계를 갖도록 2차 범주화 과정을 수행하였다. 기존 항만 BIM 객체분류 체계를 직접적으로 항만 IFC의 엔티티의 매핑 정의가 용이하지 않다. 따라서 객체분류화 같은 조합개념을 갖지 않고 1~3단계의 위계로 단순 분류하였다.
이때 Figure 5와 같이 국문명칭과 영문명칭에 대하여 정규화 를 수행하였다. 정규화 과정은 향후 IFC 엔티티의 명칭을 표준화 하여 국제적으로 통용될 수 있는 용어로 재정의 하였다. 이를 위 해 1차적으로 해양수산부에서 발간한 항만용어사전(MOF, 2017) 을 참조하여 비표준화된 용어를 재정의하였다. 이렇게 도출된 1 차 정규화 결과의 검토를 위해 한국항만협회와 엔지니어링사의 실무팀을 대상으로 2주간 2차 정규화 용어검토를 수행하였다. 이 와 같은 최종 단계를 통해 도출된 각 항만시설의 구성요소 명칭 으로 향후 국내외 표준화 단계에 제안될 것이다.
4. 항만시설의 IFC 구조 정의
4.1 인프라 분야 IFC 기초 정의 구조
IFC엔티티의 정의는 ISO16739(IFC4)에 기반한다. 인프라분 야의 IFC는 IFC4 Architecture의 구조에 따라 확장된다. 다음 Figure 6은 인프라 분야 IFC 체계의 구조를 나타낸 것이다.
인프라 IFC는 엔티티의 정의 및 구조체계를 표준화하기 위해 IFC Overall Architecture(OA)를 기반으로 하고 있다. OA에서는 인프라 시설의 위계구조를 정의하고 공간과 시설의 관계 및 표현 방식에 대해 구성하고 있다. 모든 인프라 시설에 대한 IFC 정의 시 표현구조로 이를 따르도록 한다. 여기에는 공간구조, 기하표 현, 부재분류 구조 및 분류코드와 링크드 데이터(Linked Data)를 포함하고 있다. 연구에서는 공간구조의 분류 및 정의, 부재 및 타 입 부분을 준수한다. 특히 인프라 시설은 대부분 중심선형을 갖 는다. 이는 설계 및 시공의 참조기준이 되므로 매우 중요하다. 설 계에서 중심선형을 사전 결정하는 것은 노선을 설정하는 핵심이 다. 이를 위해 IFC4는 Overall Architecture위에 IfcAlignment 1.1 이 탑재되어 있다. 선형을 갖는 인프라 시설이 추가될 경우 이 미 구축된 IfcAlignment를 참조하여 모델링한다. 마지막으로 모 든 인프라 시설은 공유가 가능한 시설이 포함된다. 이런 시설 은 주로 유사 공간, 토공, 지반정보 등이 해당된다. bSI에서는 IfcAlignment 1.1의 기반위에 인프라 공통 시설을 상위레벨에서 사전 정의 할 수 있도록 Common Schema가 구축된다. 이를 토 대로 항만과 같은 특화 구조물에 대한 시설별 IFC 엔티티가 정의 될 수 있다. 여기에 도로, 교량, 터널 등의 IFC 구조가 정의된다면 인프라 분야의 통합된 IFC체계로 구성될 수 있다.
4.2 항만 BIM 표준 개발 절차
항만 BIM 표준인 IFC는 IfcHarbour_K로 명명한다. 여기서 ‘_
K’는 한국에서 항만 BIM 표준을 위해 새롭게 정의된 IFC 엔티티 를 의미한다. 항만 BIM 표준인 IFC 스키마의 데이터 모델링을 수 행하기 전 정규화 결과를 기반으로 IFC 체계에 맞도록 위계구조 를 정의해야 한다. 정규화 결과는 IFC구조에 맞추지 않았기 때문 에 최종 IFC 베이스라인을 설정한다. 이는 항만 구성요소의 정규 화 결과에 대하여 IFC 매핑을 위한 참조 IFC로 정의한다. 위계구 조 설정을 위한 초기 베이스라인은 IfcBridge 4×2 Candidate와 IfcRoad 4×3 Draft를 활용한다. Figure 7은 IfcHarbour_K에 대 한 확장 접근 방식을 제시한다.
정규화된 항만 구성요소의 위계 정의는 IFC 베이스라인을 기준으로 항만구성요소별 공간, 시설, 부재, 부품 등의 IFC 위 계를 검토하는 것이다. 이러한 과정에서 기존 IFC 엔티티와
Figure 6. IFC entity structure in infrastructure
의 공통적으로 활용 가능한 것, 기존 엔티티의 사전정의유형 (PredefinedType)으로 추가하여 공유 가능한 것, 마지막으로 항 만을 위한 신규 엔티티로 구분하여 선정하였다. 그런 다음 1차적 으로 정의한 IFC Architecture에 기반한 위계구조에 따라 각 항 만 구성요소들이 어떠한 IFC 엔티티로 매핑될 수 있는지를 검토 하였다. 이때 공간은 Overall Architecture와 Common Schema 의 구조를 따랐으며, 시설, 부위, 부재 등은 시설의 공통적 표현 이 가능하도록 단순화할 수 있도록 하였다. 전체 항만 구성요소 는 IFC 엔티티 매핑 결과에 따라 Express-G Notation에 의해 최 종 IfcHarbour_K에 대한 데이터 모델링이 수행될 수 있다.
4.3 항만 BIM 공간 구조화
Figure 8은 항만시설의 공간적 구조의 정의방식에 따른 공간 위계 구성을 설정한 것이다. 항만시설의 공간은 최상위 시설 공 간, 구조물별 공간으로 구분되고, 이는 IfcFacility와 IfcFacilityPart 에 의해 정의된다. 항만은 항만공간에는 방향공간, 해측, 육측 을 구분하는 지리적 공간이 정의되는데 이는 IfcSpatialZone의 PredefinedType으로 구성된다. 그리고 항만법 제2조 5항에 따라
수역, 외곽, 계류, 임항 교통 시설 등으로 구분된다. 이외에도 항 만 서비스, 배후 공간 등이 항만의 주요 공간 영역으로 구분된다.
Figure 9에서 이들은 IfcFacility의 IfcHarbour_K에 대한 PredefinedType으로 표현된다. 특히 IfcFacilityPart관점에서의 항만 공간은 IfcHabourPart_K로 정의된다. 이는 항만시설단위공 간을 나타내는 IfcHabourFacilityPart_K, 항만 수역내 부유시설 공간을 나타내는 IfcFloatingElementPart_K, 그리고 항만의 상 부슬라브 아래의 공간과 위 공간을 구분하는 수직적 공간구분 을 나타내는 IfcVerticalHabourPart_K로 구분된다. 또한 해측, 육상, 내항 및 외항항로, 항내구역과 항외구역을 위치정보(좌표) 를 갖는 경계 공간으로 활용하기 위해 IfcPositioningElement의 Subtype으로 IfcBoundarySpaceZone_K라고 정의하였다. 그리 고 항만과 관련된 새로운 시설공간 관점에서 환경, 조경 등의 공 간을 IfcFacility하위에 IfcEnvironment_K 및 IfcLandscape_K를 정의하였다. 이에 대한 IfcFacilityPart는 IfcEnvironmentPart_K와 IfcLandscapePart_K로 구성된다. 이와 같이 항만의 주요 공간에 대해 공간 구조화를 수행하였고 이는 IFC 구조에 따라 데이터 모 델링이 수행된다.
Figure 9. Spatial IFC schema for port in terms of IfcFacility (2/2) Figure 7. Expansion Procedures of IFC Standards for Port
Figure 8. Definition of spatial structure of port BIM
4.4 항만 BIM 구조 및 부재의 IFC 엔티티 정의
항만의 주요시설은 호안, 방파제, 방사제, 방조제, 잠제, 파제 제, 도류제, 이안제, 돌제, 제방, 수문, 갑문 등을 구성하는 외곽시 설이 있다. 그리고 계류시설에는 안벽, 물양장, 선양장, 소형선부 두, 잔교(부잔교), 도교, 돌핀 등이 있다. 이들은 항만 시설의 주 요 구조물에 해당되므로 신규 엔티티를 구성하거나 기존 IFC내의 엔티티와 공통 활용 또는 PredefinedType으로 공유하게 된다.
특히 수문, 갑문의 경우에는 다수의 부품에 의한 조립된 완성품 으로 볼 수 있어 부재조합객체를 나타내는 IfcElementAssembly 의 PredefinedType으로 추가할 수 있다. 이의 대표적인 구성요 소로는 교량의 교대(Abutment), 거더(Girder) 등이 있다. 상기 의 외곽시설과 계류시설의 시설유형은 시설부재공간을 나타내 는 IfcHarbourPart_K를 신규 Entity로 추가하고 이의 서브타입 인 IfcHarbourFacilityPart_K의 PredefinedType으로 정의된다.
예를 들어 안벽(Quaywall)은 IfcHarbourFacilityPartTypeEnmu_
K의 PredefinedType인 QUAYWALL_K로 추가된다. 그리고 부 표, 정박지, 폰툰, 등대플랫폼, 이동형부두 등은 부유식 시설요 소로 구분되므로 IfcFloatingElement_K의 PredefinedType으 로 정의된다. 특히 항만은 하부시설 및 상부시설을 구분하므 로 IfcVerticalHarbour_K의 PredefinedType으로 교량과 같이 SUPERSTRUCTURE_K 및 SUBSTRUCTURE_K가 추가된다.
항 만 덮 개 블 록 ( C O V E R I N G _ B L O C K _ K ) 및 콘 크 리 트 (CONCRETE)는 슬라브(Slab)의 일종이므로 기존 IfcSlab의 PredefinedType으로서 신규로 추가될 수 있다. 또한 케이슨 의 흉벽, 격벽은 벽체의 일종이므로 IfcWall의 PredefinedType 으로 추가된다. 특히 항만은 지반뿐만 아니라 파랑 및 해일 에 대한 위험을 보강하기 위해 설치되는 보강매트, 보강블 럭, 보강큐브 등이 있다. 이들은 기존 보강부재를 나타내는 IfcReinforingElement의 하위에 보강매트의 종류인 필터매트 등 은 IfcReinforcingMatType_K의 PredefinedType으로 추가된 다. 그리고 소파블록, 피복블록 등은 IfcReinforcingBlocKType_
K의 PredefinedType으로 추가될 수 있다. 또한 테트라포드, 쿼 드러포드와 같은 보강 입방체의 경우 IfcReinforcingCubeType_
K의 PredefindType으로서 TETRAPOD_K, QUADRIPOD_K 등 이 추가된다. 항만시설 보호를 위해 펜더, 범퍼, 충격흡수재 등은 모두 펜더(Fender)의 타입이므로 IfcElementComponent 하위에 IfcFender_K의 PredefinedType으로 추가한다. 또한 해상환경 보호를 위해 방진망, 방풍재 등은 IfcEnvironmentalProtection_K 의 PredefinedType으로 정의된다.
마지막으로 항만의 운영을 위한 자원구성요소는 별도로 정 의되어 있지 않으며, 기존 정의된 IfcConstructionResource 만으로는 정의 범위가 달라 별도의 항만운영관련 자원요소로 서 IfcOperationResource_K를 추가하였다. 항만 운영장비
는 시공장비의 범주에 포함되지 않으므로 여기 Subtype으로 IfcOperationEquipmentResource_K의 PredefinedType으로 정 의되었다.
4.5 항만 IFC의 공간 및 시설 간 Semantic 연계
연구에서 정의한 IfcHarbour_K는 현재 bSI의 국제표준인 인프 라 분야의 IFC에 대한 공간, 시설의 공통 Architecture를 따른다.
공간은 IfcFacility, IfcFacilityPart에 의해 정의되고, 시설은 기존 엔티티를 공유, 공통활용 및 신규 정의하게 된다. IFC구조에서는 공간과 공간의 연결은 IfcRelAggregates, 공간과 구조물 및 부재 요소간의 연결은 IfcRelContainedInSpatialStructure의 연결형 엔 티티를 통해 연계된다. 이는 공간과의 연결인지, 공간과 부재간 은 연결인지를 구분할 수 있다. 그림은 IfcHarbour_K에 대한 공 간-공간, 공간-부재간의 연결 예를 나타낸 것이다.
예를 들어 항만 IFC에서는 IfcProject-IfcSite-IfcHarbour_
K - I f c H a r b o u r P a r t _ K는 공 간 간 의 연 결 이 므 로 상 호 간 IfcRelAggregates로 연계된다. 또한 IfcHarbourPart_K의 시설 공간을 구성하는 세부 부재 및 구조물 요소간의 연계는 부재가 공간적 구조에 포함 및 집합되어 연결되는 관계이므로 IfcRelC ontailedInSpatialStructure로 연결된다. 예를 들어 IfcFender_
K는 IfcHarbourPart_K와 IfcRelContailedInSpatialStructure 로 연결될 수 있다. 특히 각 부재 엘리먼트(Element)의 속성은 부재 엔티티와 Pset을 연결함으로써 정의할 수 있으므로 이는 IfcRelDefinesByProperties라는 속성 연결형 엔티티에 의한 연계 된다.
5. 항만시설의 IFC 데이터 모델링
5.1 항만 IFC 데이터 모델링 방법
항만 IFC의 스키마 정의는 Express-G 모델링 언어와 Express Notation(ISO10303-11)으로 구성된다. 항만 IFC 스키마
Figure 10. IFC entity mapping and data modeling procedures for port elements
인 Express-G 모델링 그래프를 표현하는 IfcHarbour_K.vex 파 일과 VEX파일의 스키마 코드를 표현하는 Express 언어가 적용 된 IfcHabour_K.exp로 구성된다. 본 IfcHabour_K의 스키마 파일 구성을 위해 EDM VisualExpress 6.0을 활용하였다(Figure 10).
우선 IfcHarbour_K의 확장을 위해 베이스라인이 되는 IFC 초기 스키마를 선정하고 입력해야 한다. 이를 위해 연구에서 는 이미 언급한 바와 같이 현재 bSI를 통해 표준화가 진행 중인 IfcBridge 4×2 Candidate와 이를 기반으로 확장된 IfcRoad 4×
3 Draft를 IfcHabrour_K의 베이스라인으로 선정하였다. 이를 입 력하면 EDM의 왼쪽 창에 베이스라인 스키마의 엔티티, Select Type, Defined Types, Enumeration Types 등이 목록화된다.
여기서 최종 IFC 구조에 따라 설정된 정규화 및 IFC 매핑 결과 표를 참고하여 각 항만 IFC Entity를 확장하게 된다. 기존 Entity 의 하위에 Subtype으로 엔티티를 정의하기 위해서는 왼쪽 트리 에서 해당 상위 Entity를 오른 쪽 캔버스 화면으로 드래그앤 드 랍을 수행하면 해당 엔티티와 연관된 그래프가 나타난다. 이때 Create Entity를 선택하면 하나의 신규 엔티티를 입력하게 되고 생성된 신규 엔티티와 상위 엔티티 연결을 수행한다. 이렇게 되 면 기존 엔티티 하위에 신규 항만 엔티티를 추가할 수 있다. 또 한 기존 엔티티 내에 유형을 신규로 추가할 경우에는 대상 엔티 티에 대한 Type엔티티와 PredefinedType으로 연결된 유형목록 (TypeEnum) 엔티티를 확인할 수 있다. 여기서 해당 엔티티 내에
항만의 신규 Type을 추가할 수 있다. 이를 위해서 TypeEnum 엔 티티를 선택하여 항만 부재 유형에 대해 세부 TypeEnum을 추가 하면 신규 생성될 수 있다.
이 와 같 이 정 규 화 되 고 I F C 엔 티 티 체 계 로 구 조 화 된 엑 셀 템플릿을 기반으로 반복적인 항만 신규 Entity 추가→연 결→TypeEnum추가의 과정을 통해 최종 IfcHabour_K의 EXPRESS-G 모델을 완성할 수 있다. 그런 다음 이의 문법 및 유 효성 검토를 위해 EDM을 통해 보고서 및 유효화(Reports and Validation) 기능을 활용하여 최종 스키마 파일 작성 전에 오류 및 경고를 검토하게 되며, 오류가 있을 경우 해당 엔티티를 수 정하여 오류나 경고가 없음이 확인되면 최종 IfcHabour_K를 완 성한다. 최종단계에서 EXPRESS-G 모델 파일인 VEX 포맷과 EXPRESS 스키마 포맷인 EXP 파일로 저장한다.
5.2 항만 IFC 데이터 모델
다음의 예는 상기의 IfcHabour_K의 생성과정을 통해 작성된 EXPRESS-G 모델 및 EXPRESS 스키마를 나타낸 것이다.
1) 항만 공간의 IFC 스키마
다음은 항만의 공간에 대한 IFC구조를 EXPRESS-G 및 EXPRESS 스키마 코드로 표현한 것이다. 그림과 같이 공간 은 IfcFacility하위에 IfcHarbour_K가 타 시설과 같은 수준으 로 모델링 되어 있는 것을 확인할 수 있으며, 그림의 오른쪽은 IfcHarbour_K에 정의된 항만공간 유형을 PredefinedType으로
Figure 11. IFC schema of structures and elements for port
신규 추가한 것이다. 예와 같이 컨테이너 항, 조선소 등이 Type 으로 추가되었음을 확인할 수 있다.
2) 항만 구조물 및 부재의 IFC 스키마
F i g u r e 1 1 은 항 만 의 시 설 및 부 재 에 대 한 I F C 구 조 를 EXPRESS-G 및 EXPRESS 스키마 코드로 표현한 것이다. 그림 과 같이 항만 구조물 및 부재는 IFC의 구조에서 IfcElement의 하 위에 대부분 정의되며, 부품단위는 IfcElementComponent하위 에 기존 엔티티 내에 PredefinedType으로 Enum을 추가하거 나 신규 Type엔티티로 정의하여 항만 부재 및 부품 유형에 대한 Predefined Type으로 구성할 수 있다. 예를 들어 IfcFender_K는 IfcElementComponent(ABS)의 Subtype으로 신규 정의되며, 이 는 항만 펜더, 방충재 등을 정의하는 공통 엔티티로 구성되었다.
이에 대한 세부 유형들은 IfcFenderType_K의 Enum으로 그림과 같이 추가되었음을 확인할 수 있다.
5.3 항만 IFC 데이터 모델 유효성 검증
Figure 12 개발 된 IfcHarbour_K의 모델링 방식과 그러한 결 과의 문법에 대한 유효성을 검토하는 절차를 나타낸 식이다.
IfcHarbour_K의 EXPRESS 스키마는 국제표준인 ISO10303- 11에 근거하여 표현된다. 이러한 스키마는 EDM을 통해 EXP파 일에 대한 문법의 유효성을 검증할 수 있도록 하는 기능을 포 함하고 있다. 앞에서 구축된 VEX 및 EXP 파일을 작성하기 전 EXPRESS 스키마의 문법에 대한 유효성을 검증하였다. 이를 위 해 EDMvisualExpress의 Reports and Validation을 실행하면, 현재 작성된 IfcHarbour_K의 최종 스키마 목록이 나타난다. 이때
체크박스를 통해 선택하고 EXPRESS 스키마를 컴파일하면 그림 과 같이 오류와 경고가 없음을 나타내는 아이콘으로 전환되면서, EXPRESS 스키마 소스코드가 화면에 나타나게 되고 최종 문법검 증을 완료하게 된다. 이는 IfcHarbour_K가 EXPRESS notation에 따라 적절하게 모델링 되었음을 의미한다.
6. 항만 BIM IFC의 Part21 검증
본 연구에서는 항만 BIM 표준인 IfcHarbour_K를 Express Notation을 구축하였다. 그러나 Express 스키마는 일종의 항만 형상 구성요소에 대한 데이터 정의 방식이므로 이를 기반으로 생성되는 ifc의 확장자를 갖는 파일의 검토가 필요하다. 이를 위 해 연구에서는 항만 케이슨을 대상으로 IfcHarbour_K에 기반한 Part21 파일을 생성하였다. 이는 항만 케이슨을 IFC로 변환된 기 초파일을 활용하여 매뉴얼 코딩을 수행하였다. 이에 따라 범용 뷰어를 통해 작성된 ifc파일을 뷰잉함으로써 정의된 케이슨에 대 한 IFC 스키마가 적절하게 구성되었는지의 확인이 가능하다. 이 를 기반으로 후속단계에서는 본격적으로 BIM S/W에서 설계된 항만 BIM 모델을 연구팀이 개발한 IfcHarbour_K 표준으로 작성 될 수 있도록 하는 변환기를 개발할 것이다. 이 후 개발된 IFC 에 대해 구체적 변환 검증을 수행할 것이다. 본 장에서는 어떻게 IfcHarbour_K 파일을 검증하는지에 대한 절차적 방법론을 제시 하고 있다.
Figure 13에서 항만 IFC 스키마의 검증 절차는 Part 11 EXPRESS로 정의된 스키마 구조에 따라 인스턴스(Instances)
Figure 12. Development and validation process of IfcHarbour_K
를 입력하고 P21 파일로 구현하는 과정에서 개발된 스키마의 연 결 및 구성을 확인하는 과정으로 진행된다. 일반적으로 IFC 파일 인 P21 파일은 스키마를 지원하는 변환기를 통해 생성된다. 현 재 항만 IFC 스키마를 지원하는 변환기의 개발은 3차년도에 계 획되어 있으므로 올해는 Autodesk Revit, ALL PLAN과 같은 상 용 소프트웨어의 IFC 컨버터를 통해 생성된 P21 파일을 Raw 데 이터로 활용하고자 한다. 상용 소프트웨어를 통해 변환된 P21파 일을 개발한 항만 IFC 스키마 구조와 관계(Relationship), 상속 (Inheritance)에 따라 수정하고 데이터 항목에 대한 인스턴스를 입력하는 직접 코딩 방식으로 검증을 수행하였다.
7. 결론 및 고찰
최근 BIM은 도로 및 교량과 같은 인프라로 확장되었으며 항 만에 대한 BIM 표준 개발 요구가 국제적으로 증가하고 있다. 다 른 인프라에 비해 분류 시스템 및 도면 표준의 사용 수준이 낮 고 국가 보안 시설의 폐쇄된 특성으로 인해 항만은 외부 시스템 또는 사용자 간의 연결 및 공유 환경 수준이 충분하지 않다. 또 한, 항만 시설에 대한 데이터의 표준화가 이루어지지 않기 때문 에, 각 시스템마다 독립적인 DB를 구축하고 유사한 데이터간에 공유 환경이 없기 때문에 이들 시스템간에 데이터의 상호 운용 성을 확보 할 필요가 있다. 따라서 본 연구는 BIM 환경에 대응
하고 항만 시설의 설계, 건설 및 유지에 일반적으로 사용되도록 BIM의 국제 표준 인 IFC를 개발하고 검증하는 것이다. 이를 위해 buildingSMART International의 표준 개발 방법론에 따라 항만 시설의 Express Notation을 사용하여 표준 스키마를 구축하였다.
우선 항만 시설의 공간, 시설 등의 구성 요소를 도출하기 위해 국 내외 표준 모델 표준을 분석 하였다. 이를 바탕으로 항만 시설의 구성 요소는 연구팀이 개발 한 목록화, 범주화, 정규화 과정을 통 해 도출되었다. 이는 연구팀이 개발한 항만 BIM 객체 분류 시스 템을 기반으로 확장되었다. 정규화 결과는 설계사와 협회에 의해 검증되었다. 그런 다음 IFC 스키마 구성은 IFC4 (ISO16739)를 기 반으로하는 교량 후보 표준 인 IFC 4×2 Candidate를 기반으로 하는 Express-G 데이터 모델링과 buildingSMART International 에서 개발 한 IFC 4×3 Draft를 기반으로 하였다. 최종 스키마는 상용화 된 검증 도구를 사용하여 검증되었다. 또한 항만 IFC 스 키마의 구조적 검증을 검증하기 위해 Caisson 모델을 Part21 파 일로 변환하여 변환 프로세스를 검증하였다. 앞으로 이 결과는 항만 BIM 제품의 전달 표준으로 사용될 뿐만 아니라 BIM이 유지 보수 단계에서 사용될 때 시스템 간의 연결 표준 및 항만 BIM 플 랫폼의 공통 데이터 형식으로도 적용될 것이다. 특히, 항만 유지 보수 단계에서 데이터 교환의 핵심 표준으로 사용될 것으로 기대 한다.
Figure 13. Verification of Port IFC Schema
감사의 글
이 논문은 2020년 해양수산부 재원으로 한국해양과학기술진 흥원의 지원을 받아 수행된 연구(생애주기별 항만시설 통합 운영 관리를 위한 BIM 기반기술 개발)입니다.
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