Algorithm of Level-3 Digital Model Generation for Cable-stayed Bridges and its Applications

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(1)DOI: https://doi.org/10.13161/kibim.2019.9.4.041. Level-3 사장교 디지털 모델 생성을 위한 알고리즘 및 활용 Algorithm of Level-3 Digital Model Generation for Cable-stayed Bridges and its Applications 노기태1), 당고손2), 심창수3) Roh, Gi-Tae1) · Dang Ngoc Son2) · Shim, Chang-Su3) Received October 31, 2019; Received December 06, 2019 / Accepted December 19, 2019. ABSTRACT: Digital models for a cable-stayed bridge are defined considering data-driven engineering from design to construction. Algorithms for digital object generation of each component of the cable-stayed bridge were developed. Using these algorithms, Level-3 BIM practices can be realized from design stages. Based on previous practices, digital object library can be accumulated. Basic digital models are modified according to given design conditions by a designer. Once design models are planned, various applications using the models are linked the models such as estimation, drawings and mechanical properties. Federated bridge models are delivered to construction stages. In construction stage, the models can be efficiently revised according to the changed situations during construction phases. In this paper, measured coordinates are imported to the model generation algorithms and revised models are obtained. Augmented reality devices and their applications are proposed. AR simulations in construction site and in office condition are tested. From this pilot test of digital models, it can be said that Level-3 BIM practices can be realized by using in-house modeling algorithms according to different purposes. KEYWORDS: Digital Model, Cable Stayed Bridge, Data-driven Engineering, Algorithm, Level-3 BIM 키 워 드: 디지털 모델, 사장교, 데이터 기반 엔지니어링, 알고리즘, 레벨 3 BIM. 1. 서 론. 5D 정보를 갖고 활용할 수 있어 pBIM (proprietary BIM)이라고 부른다. Level-3 BIM은 몇 가지 추가적인 특징을 갖는 것으로. 1.1 연구의 배경 및 목적. 요약될 수 있다.. BIM(Building Information Modeling)이 통용되는 용어로 자. •전생애주기 및 비즈니스 관리 기능 (CO2 포함). 리잡기 전에는 가상설계 및 건설 (VDC; virutual design and. •다른 기술을 활용할 수 있는 연동성 (IoT). construction)이 3차원 시각화를 중심으로 활용되었다. BIM이 건. •분석이 가능한 빅데이터로의 연계. 설산업에 활용되는 용도로부터 단계를 나누면 3차원 시각화, 모. •문서없는 계약과 지불 시스템. 델 기반의 협업과 절차의 혁신, 정보 가치 인식과 서비스 연계로. •지적재산권을 보호하는 데이터. 볼 수 있다. 영국에서 정의하는 BIM 성숙도를 보면 현재 건설사. •새로운 서비스와 시장 창출 (스마트 시티, 그리드, SNS). 업에서 공식적인 문서는 2차원 도면이고 BIM 모델은 참조의 역. •파일 기반의 의사소통에서 완전한 객체 모델 기반의 기술로. 할을 하고 있다. 이는 Level-2 BIM이라고 정의한다. 이 기술 성 숙도에서는 3차원 모델에 데이터를 추가하는 방식으로 4D 혹은. 전환 이러한 단계도 몇 가지 이행 단계로 구분하고 있는데 Level- 3A는. 1). 학생회원, 중앙대학교 토목공학과, 석사과정 ([email protected]) 학생회원, 중앙대학교 토목공학과, 박사과정 ([email protected]) 3) 정회원, 중앙대학교 토목공학과 교수, 공학박사 ([email protected]) (교신저자) 2). 한국BIM학회논문집 9권 4호 (2019) 41.

(2) 기존의 Level-2 모델의 개선, Level-3B는 새로운 기술과 시스템. 털 정보의 생성과 이용에 관한 생애주기 가치 (Life-cycle digital. 과의 연계, Level-3C는 새로운 사업 모델의 개발, Level-3D는. information value)에 대한 가치 평가가 필요하다. 운영 및 유지. 세계 시장에서의 기술 우위 확보를 통한 이익창출로 보고 있다.. 관리 단계에 디지털 모델이 적용되기 위해서는 정보의 플랫폼으. (HM Government, 2015). 로서 디지털 모델의 구성과 정보 체계가 수립되어야 한다. 케이. 영국 정부는 2016~2020년 사이에 건설생산성 향상을 통해. 블 교량과 같은 특수교를 대상으로 이러한 BIM 기반 유지관리시. 1.7억 파운드를 절감하는 것을 목표로 하고 있다. 이 목표를 위. 스템이 개발되었고 실 적용한 사례가 있다 (Shim et al. 2017). 적. 해서는 정보의 흐름이 핵심이고 활용 목적이 없는 성과물을 최. 절한 모델 체계와 정보체계에 의해 유지관리 이력이 축적되면 교. 소화하는 노력이 필요하다. 최근에 Thames Tideway Tunnel. 량을 구성하는 각 객체의 이력 모델이 통합될 수 있다. 이렇게 네. 사업에서 모델 기반의 설계 성과물 제출이 시도되었다. 이를 통. 트워크 혹은 국가 수준으로 통합된 정보는 데이터 분석을 통해서. 해 설계 성과품 제출과 변경에 대한 대응이 효율적으로 되었고. 유사 구조물의 미래 성능을 예측할 수 있는 디지털 트윈 모델로. 프로젝트 팀사이이 연계가 향상되었다. 개선점도 있지만 두 번. 정의될 수 있다. 노후교량에 대한 유지관리 이력으로부터 부재단. 의 게이트 의견조회에서 다수의 참가자들이 이러한 정보전달체. 위 혹은 교량 단위의 디지털 트윈 모델의 개발은 초기 단계로 이. 계가 모델기반으로 전환하는 것에 긍정적인 평가를 제시하였다.. 루어지고 있다 (Shim et al., 2018b).. (Gaunt,2017).. 이 논문에서는 Level-3 BIM 기반의 기술 확보를 위해서 콘크. 교량 분야에 BIM 기술이 도입된 이후로 주도 설계 검토와 사. 리트 사장교에 대해서 데이터로부터 모델을 생성하고 이러한 데. 전 시공 검토를 위한 시뮬레이션 영역에서 기술 적용이 이루어져. 이터가 다른 기술이나 절차에 활용될 수 있도록 하는 사장교 디. 왔다 (Shim et al., 2012). 형상 정보를 활용한 간섭 검토를 비롯. 지털 모델 정의를 제시하였다. Figure.1에는 Level-3 수준으로. 한 설계 적정성과 물량산출, 도면산출 등 성과물 효율화에 집중. 형성된 모델을 통하여 실제 교량의 전 생애주기에 적용되어질 수. 되어 왔다. 이후 구조물 모듈화와 연계되면서 비정형 설계, 거푸. 있는 사례들을 제시해놓았다. 설계 및 시공단계의 실무에서의 경. 집 설계, 사전 조립 및 시공 분야에 확대 적용되고 있다 (Shim et. 험지식을 포함하고 반영할 수 있는 모델 정의에 대한 기존 연구. al., 2017; Shim et al., 2018a). 최근에 활용되기 시작한 가상현실. 가 미비하여 현장에서의 모델 변경에 신속하게 대응하고 변경요. 과 증강현실 기술과 결합한 기술적 개발과 시도가 이루어지고 있. 인과 관리 사항을 반영한 모델 정의를 제시하였다. 사업의 각 단. 다 (Park et al., 2018).. 계별로 모델의 수준과 정보 요구사항이 다르고 이에 대응하기 위. 실제 해외 사례를 보면 디지털 기술 기반의 프로세스 개선은 생애주기를 기반으로 이루어져야 효과를 극대화할 수 있다. 디지. 한 기술적 방안을 고려하기 위해 통합 모델 생성 과정에서 염두 에 두어야하는 요소와 그 요소의 절차에 대해 서술하였다.. Figure 1. Concept of Level-3 digital models. 42 Journal of KIBIM Vol.9, No.4 (2019).

(3) 2. 사장교의 디지털 모델 정의. 수 있다. 이러한 형상변화에 즉각 대응할 수 없는 디지털 모델은 시공 관리 차원에서 활용성에 제약이 발생한다. 따라서, 모델의. 2.1 디지털 모델 요구사항. 생성 알고리즘에서 각 단계별로 검측되는 위치와 이에 따른 형상. 디지털 모델은 모델의 활용 목적에 부합하게 생성되어야 하고. 변화가 연동되도록 모델을 계획해야 한다. 보강거더 타설, 측량,. 각 단계별로 변화될 수 있는 형상과 정보를 담을 수 있어야 한다.. 케이블 가설, 계측, 조정으로 이어지는 절차에 따라 교량의 형상. 형상모델의 관점에서 보면 콘크리트 사장교는 시공 중과 시공 완. 변화가 반영될 수 있어야 한다. 보정된 형상들이 최종적으로 완. 료 후에 콘크리트의 건조수축, 크리프 그리고 케이블 변위에 따. 공 시 As-built 모델이 되고 준공 성과물로 제출된다.. 른 케이블의 장력 변화로 인한 처짐 등과 같은 이유로 인해 처. 운영 및 유지관리 단계에서는 케이블 교량마다 설정되는 지침. 짐이 발생하게 되는데 이와 같은 이유로 인해 콘크리트의 캠버. 의 사항들을 반영한다. 특히, 점검 단위에 따라 모델 인벤토리가. (Camber) 관리가 중요한 기술적 이슈이고 이로 인해 3차원 모델. 설정되어야 하고 손상과 보수 및 보강 이력이 모델에 탑재될 수. 형상이 변하는데 이를 기존의 방식대로 모델링할 경우에는 신속. 있도록 정보 혹은 모델 면 정의가 이루어져야 한다. 모니터링 시. 한 반영이 어렵다. 모델링 시 각 단계별로 반드시 고려해야 하는. 스템은 별도의 데이터베이스를 활용하는 것이 일반적이기 때문. 사항을 Table 1에 정리하였다.. 에 이를 표출하는 수단으로 디지털모델이 사용될 수 있다. 손상. 설계 단계에서는 교량의 종단 및 평면 선형에 기반한 모델 생. 의 정량화 데이터가 축적되면 시간에 따른 교량 구조물의 노후화. 성이 매우 중요하다. 선형 기반의 모델링이 이루어져야 설계 변. 를 파악할 수 있고 이러한 데이터에 기반한 평가가 가능하게 된. 경에 대응이 용이하고 추후 모델 기반의 초기 계획에 활용할 수. 다. 네트워크 기반의 데이터의 상호 교환 및 분석이 가능하게 되. 있다. 모델의 수준을 LOD(Level of Detail) 300~350으로 설정. 면 교통 네트워크상의 자산관리가 종합적으로 가능해지게 되는. 하는 경우에는 물량 산정의 수준이 모델 분할의 근거가 될 수 있. 데 이를 위해서는 객체와 정보의 고유한 식별 코드가 부여되어야. 다. 어떤 객체 단위까지 물량 산정을 할지를 정하면 모델의 구성. 한다. (Shim et al., 2018b).. 과 수준을 정할 수 있다. 해석 연동은 모델의 정보에서 해석에 직 접 활용되거나 변환 과정에서 생성되는 정보를 포함해야 하고 선 형기반의 모델이 이에 대응하기에 용이하다. 디지털 모델을 설계 성과품으로 제출하게 되면 시공 단계에서 일부 활용이 되는 것 이 유리한데 이를 위해서는 가설 단계를 고려한 모델 구분이 이. Table 1. M ajor consideration of digital models for cablestayed bridges Phase. Major consideration. Design. Alignment, Analysis, Quantity, Construction Steps, Design review. Construction. Construction method, Geometry control plan, Tolerance, CDE, Deliverable. O&M. Inspection, maintenance activity, monitoring, assessment, asset management. 루어지는 것이 필요하다. 구성 객체별로 활용될 수도 있고 좌표 기반으로 검측을 고려한 알고리즘을 사전에 반영 모델은 시공단 계에서의 활용도가 매우 높게 된다. 설계와 시공을 일괄로 진행 하는 사업에서는 초기 단계에서 이러한 설계와 시공을 위한 디지 털 모델의 연계를 고려하는 것이 바람직하다. 설계 단계에서 활 용된 디지털 모델은 최종적으로 설계 검토를 위해 활용된다. 도. 2.2 디지털 모델 인벤토리 및 정의. 면 및 수량의 적정성을 검토할 수 있고 설계 이슈가 있는 부위. 사장교의 디지털 모델은 교량의 형식에 따라 달라질 수 있지. 에 대한 상세 검토가 가능하다. 이러한 사항은 MVD(Model View. 만 전생애주기동안의 모델의 활용 목적을 포괄할 수 있도록 설정. Definition)을 사전에 고려해서 전자도면화 혹은 viewer의 사전. 해야 한다. 특히, 시공단계의 주요 공정 구분과 유지관리단계에. 작업을 필요로 한다.. 서의 점검 단위를 고려해야 한다. 인벤토리 체계는 parent-child. 시공단계에서의 모델링 고려사항은 설계, 공사, 공무, 품질, 안. 관계로 설정되어야 하고 각 객체는 고유의 코드를 분류체계에 근. 전관리에서 요구되는 사항을 반영하는 것이 필요한데 이 논문에. 거해서 부여받아야 한다. 현재 각 케이블 교량은 유지관리 지침. 서는 구조물 자체에 국한하여 모델 정의를 수행하였다. 가시설,. 이 있고 이 지침에서 명칭에 대한 정의가 통일성이 있게 이루어. 장비 및 자재, 인력의 동선 등에 대한 모델링은 추가적인 사항으. 져 있어서 이를 참고하여 부여한다.. 로 별도로 정의될 수 있다. 시공법에 따라서 모델의 분할과 디지. 콘크리트 사장교에 대한 모델 인벤토리를 교량 전체에 대해서. 털 시공성 검토 부위가 달라질 수 있다. 콘크리트 사장교에서는. Figure.2 (a)에 제시하였다. 세부적으로 콘크리트 보강형에 대한. 형상관리계획서가 가장 중요하다. 3차원 디지털 모델은 해석 모. 인벤토리를 Figure. 2(b)에 제시하였다.. 델이 아니기 때문에 장력변화에 따라 변화되는 보강형의 캠버나. 디지털 모델의 활용성을 확대하기 위해서는 각 객체의 독립성. 검측에 의해 주어지는 주탑 형상을 바로 반영하는데 한계가 있을. 뿐 아니라 상호 연관성에 대한 고려가 필요하다. Plug-in-play. 한국BIM학회논문집 9권 4호 (2019) 43.

(4) (a) Inventory of a cable-stayed bridge. (b) Inventory and LOD of the stiffening girder Figure 2. Model inventory. 개념의 모델링과 모델 수정 용이성, 타 사업에의 활용 용이성이. 과 근본적으로 다른 접근법이다. 실제 실무에서 이루어지는 형상. 고려되어야 한다.. 과 정보에 관련된 의사소통과 정보전달체계가 고려되어야 한다.. 사장교 디지털 모델에 대한 정의는 형상측면에서는 LOD와 정. 사장교와 같이 형상의존성이 큰 구조물에 대해서는 시공과정에. 보 측면에서 LOI(Level of Information)로 구분하여 이루어져야. 서의 형상변화를 측량값에 따라 즉시 연동시켜서 수정하는 작업. 한다. 모델 정의는 어떤 목적으로 활용할 것인가에 따라 달라야. 이 난해하다.. 하고 이는 지금까지 2차원 도면을 3차원 모델로 전환하는 모델링. 44 Journal of KIBIM Vol.9, No.4 (2019). 예를 들어 콘크리트 보강형의 모델을 보면 기본 단면이 있고.

(5) 이 단면이 선형에 따라서 형상 및 위치의 변화를 가지게 된다. 또. 예를 들어, 알고리즘을 제작하는데 앞서 먼저 고려해야할 사. 한, 시공 시 검측의 기준점이 존재하고 이 기준점이 목표 선형. 항은 교량의 종단 및 평면 선형이다. 선형의 형상에 따라 보강형,. 과 연계된다. 디지털 모델을 생성할 때 이러한 연계와 필수 고려. 주탑의 위치 그리고 케이블의 좌표가 정해지기 때문에 설계 수정. 사항이 포함되어 모델이 만들어져야 이후 수정이 용이하게 된다.. 에 빠르게 대처하기 위해서는 선형의 구속 조건이 우선이다. 그. 보강형을 이루는 구성요소도 LOD에 따라서 선택할 수 있도록 알. 러기 위해선 선형 형상에 변동이 생기면 교량의 구성을 이루는. 고리즘을 구성해야 활용성이 향상될 수 있다. Figure. 3에 콘크리. 각 구조물의 위치도 자동적으로 변화가 생기도록 선형과 각 부재. 트 보강형에 대한 통합모델과 활용목적별 LOD가 다른 모델 수준. 들을 서로 구속을 시켜주어야 한다.. 을 제시하였다.. Figure 4. Process of Model Integration. 보강형의 경우 각 세그먼트의 앞-뒤 단면을 선형에 구속시키 기 위해 구속 기준점을 설정해주어야 한다. 그에 앞서 먼저 선형 으로부터 보강형과 구속될 기준점 절대좌표를 세그먼트 단면의 수만큼 추출한다. 그 후, 추출된 좌표를 각 보강형 세그먼트 단면 의 상부 슬래브 중심점으로 삼아 모든 절점을 기준점 중심으로 부터 평행이동하여 보강형 단면의 형상을 제작한다. 절점을 위한 Figure 3. Digital model of a stiffening girder. 평행이동 시에 설정하는 치수는 모든 단면의 형상을 수렴할 수 있도록 상수 및 변수로 삼아 설계자의 Input Data의 값에 의해. 2.3 디지털 모델 생성 알고리즘. 단면 모양이 결정되도록 알고리즘을 생성한다. 생성된 모든 2D. 현재까지의 BIM 모델 생성이 변수모델링에 기반해도 엔지니어. 단면을 3D-Solid로 생성하기 앞서, 모든 보강형 단면이 교축 방. 링 실무를 고려하지 않은 경우가 많다. 대부분 물량 산정이나 간. 향과 벡터 내적(Inner product) 시에 값이 0이 될 수 있도록 회전. 섭검토, 공정 시뮬레이션 등의 기능 수준에서 모델이 정의되고. 을 시킨 후, 이웃한 단면의 같은 점끼리 연결하여 3D-보강형 전. 작성되었다. 앞서 설명한 바와 같이 Level-3 수준의 디지털 모델. 체 계를 생성한다.. 을 생성하기 위해서는 공학적인 고려가 모델의 생성절차에 반영. 주탑의 경우 주두부가 되는 보강형의 기준점을 주탑의 수만큼. 되어야 한다. 평면선형과 종단선형이 주요한 구속조건으로 설정. 추출한 후, 그 점을 기준으로 하여 주탑의 상부구조 및 하부구조. 되어야 하고 기본 단면의 치수들이 측량 기준점을 근거로 정의되. 의 중심축을 설정한다. 이 축으로부터 주탑 상부 그리고 하부 기. 어야 한다. 각 객체들이 상호간의 관계를 master-slave 측면에. 둥부의 세그먼트의 수 및 기초부와 코핑부 중심 기준점을 추출하. 서 구속조건으로 설정된다. 예를 들면 케이블 요소는 장력에 따. 고 추출된 점을 각 부재의 단면의 중심점으로 삼아 각 절점을 평. 라 길이가 변하고 주탑과 보강형에 정착되어 있다. 따라서, 양쪽. 행이동한다. 이 과정에서도 변수와 상수를 기반으로 모델링을 하. 정착부 좌표와 케이블 요소는 상호 구속되어 있고 장력에 따라서. 여 Data값에 따라 값이 설정되도록 알고리즘을 만든다. 생성된. 케이블의 길이는 변하게 되는데 이는 연결된 구조물들의 변위와. 단면을 원하는 설계에 맞춰 회전을 한 후, 이웃하고 있는 단면과. 도 연관되는 문제이다. 디지털 모델은 해석 모델이 아니기 때문. 서로 같은 점끼리 연결하여 3D 객체를 생성한다.. 에 이를 모델 생성 알고리즘에서 좌표기반으로 설정해서 측량 결. 케이블은 도면에서 실제 형상 관리를 하는 케이블의 기준점인. 과를 즉시 반영해서 모델 수정이 되도록 기존의 파라메트릭 모델. W.P.G(Bearing Point on the Girder), W.P.P(Bearing Point on. 링 알고리즘에서 좌표 기능을 추가된 알고리즘을 설정해야 한다.. the Pylon), W.P.C(Working Point on the Deck), W.P.B(Working. 한국BIM학회논문집 9권 4호 (2019) 45.

(6) 케이블계를 좌표기반으로 모델링을 한 후, 상대좌표의 기준점을 절대 좌표계로 평행이동하는데 일반적으로 기준점은 교량 선형의 중심점 아래 혹은 위를 기준으로 삼아 좌표값을 제공한다. 상대좌 표계를 통해 생성되어진 절대좌표계로 변환 후 모델을 선형 축 방 향에 맞게 회전을 시켜 실제 교량 모델과 일치하도록 한다. 사장교의 경우를 예로 들면 각각 생성된 모델을 통합하기 위한 절차가 필요하다. 가장 중요한 것은 선형을 기반으로 각 디지털 모델을 통합해야 한다는 것이다. 보강형 모델은 이러한 선형과 의 통합을 위한 기준점을 설정하였고 이를 참조점으로 모델 생성 을 하였다. 주탑의 경우에도 주탑 중심선을 근거로 모델을 생성 하였고 시공중 검측 측량 좌표로부터 형상 변경이 가능하도록 하 였다. 케이블 모델은 주탑과 보강형을 연결하는 부재이기 때문에 시공중 혹은 공용중에도 형상 변화가 가능해야 한다. 이를 위해 서 케이블 요소를 가이드 파이프 구간내는 고정 길이로 고려하고 가이드 파이프 끝점 사이는 변동 길이로 설정하여 이에 대응하도 록 하였다. Figure. 4에 이러한 개념을 도식화하여 제시하였다.. Figure 5. Model generation algorithm. 최종적으로는 생성한 모델을 통합하는 과정으로 이 단계에서 Point of Pylon outside)을 기준으로 상대 좌표계로 제공된다. 이. 는 각 기준점을 서로 구속하는 절차가 필요하다. 보강형 세그먼. 좌표들은 케이블 양 끝 단면의 중심점 좌표 및 보강형 및 주탑 밖. 트의 기준점, 주탑 세그먼트의 기준점 그리고 케이블 모델링에. 으로 노출되는 끝단 주변으로 지정되기 때문에 케이블 모델링을. 사용되는 좌표를 서로 구속하여 하나의 기준점이 이동으로 인해. 하는데 있어 추후 모델을 다른 용도를 사용하기 위해서는 필수적. 변경될 시에 다른 값 또한 자동적으로 값의 변화가 생기도록 설. 으로 사용해야하는 측점이다.. 정해주어야 한다.. 다음 과정으로는 보강형, 주탑 및 선형의 경우는 절대 좌표로. Figure. 5에 위에서 언급한 절차를 정리하였다. 이러한 알고리. 생성되기 때문에 추후에 절대좌표로 바꿔주는 알고리즘이 필수적. 즘은 모델의 변경 가능성과 활용 목적에 부합하도록 사전에 미리. 이다. 우선, 제공되는 케이블 좌표 및 각 부재의 치수를 통해 전체. 정의되어야 한다.. Figure 6. Model delivery plan. 46 Journal of KIBIM Vol.9, No.4 (2019).

(7) 2.4 데이터와 모델 전달 체계. 시하여 데이터의 수집 가공의 용이성을 높여야 한다. 이러한 문. 모델 기반의 엔지니어링 절차를 수립하기 위해서는 모델 자체 에 대한 계획을 수립하고 프로젝트 진행 후에 하나의 모델 세트. 서들은 모델에 연결될 수 있도록 전자문서화되고 문서 코드 체계 가 연계된다.. 가 생성되도록 모델 전달 체계를 구성할 필요가 있다. 디지털 모. PAS(Publically available specification) 1192-2(BSI-British. 델은 3가지 형태의 정보를 갖게 된다. 단계별로 모델의 활용목적. standard institute, 2013)에서 제시한 정보전달체계를 참고하여. 에 따라 설정되는 형상에 대한 LOD와 정보에 대한 LOI에 의해. Figure. 6에 나타낸 바와 같이 하나의 모델은 여러 가지 용도에. 형상모델과 EIR(Employer’s Information Requirement)에 의한. 따라 형상과 정보 생성이 달라질 수 있는데 교량이 경우에는 선. 정보모델이 연계되어 작성된다. 모델로부터 다양한 형태의 성과. 형 구조물로 유사한 형태의 모델 객체가 반복되는 사례가 많다.. 물이 생성되는데 이는 정형화할 수 있는 경우에는 템플릿으로 제. 따라서, 이러한 모델들은 통합 모델 정의 및 각 부재의 알고리즘. Figure 7. BIM USE of Stiffening Girder. Figure 8. BIM USE of cable. 한국BIM학회논문집 9권 4호 (2019) 47.

(8) 를 통해 모델을 생성하고 모델 생성과정에서 이용된 변수값들은. BIM 솔루션을 활용하거나 코딩을 통해 세그먼트 도면 생성을 자. 해석, 수량산출, 기계제작 및 가공, 인양 및 가설계획 등에 필요. 동으로 연계할 수도 있다.. 한 Dataset로 활용된다. 시공이 완료되면 이러한 3가지 모델과. 케이블 요소는 주탑과 보강형의 형상과 위치 변화에 따라 길이. 관련된 정보들이 준공 정보로 제출된다. 이를 통해 발주자는 디. 가 변하게 된다. 좌표 기반의 알고리즘으로 제작된 케이블은 무. 지털 자산을 축적하게 되고 설계 및 시공자는 각각 완성된 형태. 응력장을 기준으로 초기 형상을 정의할 수 있고 시공 중 및 형상. 의 지적자산을 보유하게 되어 추후 유사 과제에서 바로 활용하여. 과 위치 변화 등과 같은 사유로 인해 발생하는 신장량은 계산을. 생산성과 리스크를 줄일 수 있게 된다.. 통하여 케이블에 작용하는 장력값이 제공되도록 연계할 수 있다.. 모델 전달체계와 구체적인 내용은 PEP(project execution. 해석을 통해서 장력을 계산하는 값과 비교하면 Figure. 8에 보인. plan), BEP(BIM execution plan), MIDP(Master information. 바와 같이 동일한 값을 얻을 수 있다. 시공 중에는 장력이 지속적. delivery plan)에 반영되어 제시되어야 한다. 이를 통해 하나의 사. 으로 변화되고 이를 측량으로 형상 계측을 통해 보정을 해나가는. 업주체들이 동의한 형태의 정보교환과 경험자산의 축적이 가능해. 과정을 거치게 된다. 이러한 변화는 설계팀에서 해석을 통해서. 지고 디지털 모델 자체가 공식적인 근거자료의 역할을 하게 되어. 지원하게 되고 BIM 모델의 알고리즘에서 좌표 변화를 직접 반영. 현재의 2차원 도면과 문서의 상당부분을 대체할 수 있게 된다.. 하여 모델 업데이트를 할 수 있다.. 건설과정에서 발생하는 설계변경, 형상 오차 등을 반영하는 것 이 가능한 모델이 활용되면 As-built BIM 모델이 실제 상황을 포 함하여 준공 성과물로 제시될 수 있다.. 3.2 시공단계 설계 활용 시공 단계에서 BIM 모델 활용의 가장 큰 기술적 과제는 변화. 특히, CDE(common data environment)와 같은 사업관리 시. 하는 현장 여건과 상황을 얼마나 빠르게 반영하는 가에 있다. 현. 스템 내에 단계별로 저장되고 공유되면 전체 건설과정을 디지털. 재의 검측과정과 시공오차 보정, 가시설을 포함한 공사계획의 수. 로 전환한 디지털 공사지 형태의 자료가 생성될 수 있다. 이는 운. 정을 BIM 모델에 반영하고 이를 사전시공 차원에서 검토하고 리. 영 및 유지관리 단계에서 유용한 정보가 될 뿐 아니라 설계나 시. 스크를 최소화할 수 있도록 해야 한다. 좌표와 각 객체들 사이의. 공을 담당하는 기술자에게도 좋은 사례가 될 수 있다.. 물리적 관계를 기반으로 하는 생성 알고리즘은 이러한 요구에 부 합할 수 있다. 사전시공은 공사계획에 따라 4D 시뮬레이션을 하는 것이 일. 3. 디지털 모델의 활용. 반적인 실무인데 최근에 활용이 증가하고 있는 증강현실 기반 의 기술 적용이 생성된 모델을 기반으로 가능하게 된다. Figure.. 3.1 Level-3 BIM 설계 활용. 9에 나타난 바와 같이 특정 공정에 대한 공사계획에 따라 모델. 알고리즘 기반의 모델 정의와 생성은 모델 생성에 사용된 수. 을 수정하고 이에 가설 구조물을 추가하여 현장에서 기 시공. 학적 변수를 활용하여 설계 단계에서 요구되는 다양한 검토와 데. 된 부분에 겹쳐서 추후 시공과정을 시각화하거나 사무실에서. 이터 생성에 활용될 수 있다. Figure. 7과 Figure. 8에 각각 보강. 이 시공과정을 공사 관계자들이 공유할 수 있는 활용이 가능하. 형과 케이블 요소들이 이 논문에서 제시한 형태로 정의되면 설계. 다. 이 논문에서는 마이크로소프트의 홀로렌즈를 용해서 주탑. 단계에서 물량 산출이나 간략한 길이와 장력간의 관계 설정 등에. 부 시공계획을 반영하여 상업용 프로그램 Fuzor virtual design. 활용될 수 있는 예를 나타내었다.. construction(2019)와 오픈 소스 프로그램 Unity(2019)를 사용. 기본적으로 3D 모델링 기능이 가능한 프로그램에서는 좌표 기. 하여 시각화하는 적용을 시도하였다. Figure. 9(a)에는 주탑부. 반의 프로그램으로서 자체 내에서 단면의 넓이 및 부피 등과 같. 의 목업 시험체를 대상으로 디지털 모델을 변환한 후에 spatial. 은 기본적인 산수에 의해 생성되어질 수 있는 값들을 제공하고. anchor를 설정하여 가상의 모델과 실제 구조물을 매칭하는 과정. 있다. 그렇기에 이 기능들을 이용하여 보강형 객체는 모델의 상. 을 구현하였다. 이 과정에서 교량과 같은 긴 선형구조물이나. 세 수준에 따라서 단순한 콘크리트 물량 산출이 가능할 수 있고. 주탑과 같은 높은 구조물의 경우에 anchor의 간격 설정이. 철근은 기존 경험을 바탕으로 비율로 계획 수량을 추정할 수 있. 5~10미터 내외에서 지속적으로 이루어저야 하고 참조 타겟이. 을 것이다.. 추가로 유용함을 밝혔다. Figure.9 (b)에서는 AR 장비와 네트워. 모델의 상세수준이 높아지면 철근 수량이나 덕트 등의 정착관. 크를 활용하여 동시공학적 협업이 가능한 환경 구축을 시도하였. 련 수량이 포함될 수 있다. 이러한 객체 모델은 세그먼트 제작을. 다. 모델의 변환과 시뮬레이션의 효율성이 높게 나타났고 현장의. 위한 거푸집이나 인양 계획을 위한 장비 선정을 위한 중량 산정. 시간적 제약에도 불구하고 사전 시공성 검토에 효과적으로 적용. 등에도 활용이 가능하다. 2차원 도면 생성을 위한 연계는 기존의. 할 수 있을 것으로 평가된다.. 48 Journal of KIBIM Vol.9, No.4 (2019).

(9) 위치, 좌표계 등을 고려하여야 실제 현장에서의 형상변경을 실시 간으로 반영할 수 있고 As-built 모델을 정확하게 생성할 수 있다. 3) 변수값들과 형상 생성 알고리즘, 형상간의 관계설정을 통한 모델링은 데이터로부터 물량 산정, 간략한 해석 등의 데이터 분 석이 가능함을 확인하였다. 특히, 사장교의 핵심 요소인 케이블 부재에 대한 디지털 모델 정의는 신장량과 장력과의 관계가 간략 하게 평가될 수 있고 설계 결과와 유사함을 확인하였다.. 4) BIM 기술의 현장적용에서 제약사항으로 대두되는 것이 모 델의 활용성을 개선하기 위해 생성된 모델의 변환 과정을 통해 증강현실 장비로 시각화하여 현장 인력의 이해도를 증진시키는 등의 사전시공 기술을 디지털화하는 가능성을 실증하였다. (a) Detail mapping by spatial anchors. 새로운 기술의 적용은 그 효과를 정량화하고 내재화하는 것이 중요하다. 추후 지속되는 연구에서 이러한 기술 적용이 사장교 건설 사업에 미치는 영향을 정량적으로 평가할 필요가 있다.. 감사의 글 본 연구는 국토교통부 연구개발사업(19SCIP-B119960-04) 에 의해 수행되었습니다.. (b) Real-time collaboration. References. Figure 9. AR application for construction phases BSI (2013). PAS 1192-2 Specification for information management for the capital/delivery phase of construction. 4. 결론. projects using building information modelling. Fuzor Virtual Design Construction(VDC) 2019.. 이 논문에서는 현재의 Level-2 BIM 실무를 개선하기 위해서 3차원 디지털 모델에서 실무를 시작할 수 있도록 하는 모델 정의. HM Government (2015). Digital Built Britain, Level 3 Building Information Modeling - Strategic Plan.. 및 생성 알고리즘, 이를 활용한 설계 및 시공 실무의 사례를 제시. Lee, K. M., Lee, Y. B., Shim, C.S., Park, K.L. (2010). Bridge. 하였다. Level-3 모델은 모델의 활용성 차원에서 데이터분석이. Information models for construction of a concrete box-. 나 타 분야 기술로의 연계가 중요하다. Digital Transformation을. girder bridge, Structure and Infrastructure Engineering, pp.. 가능하게 하기 위한 모델링 정의가 부재한 상황에서 사용자의 모. 1-17.. 델 요구사항과 활용을 고려한 모델 정의를 제시하였다. 연구로부 터 도출된 주요 결론은 다음과 같다.. Gaunt, M.(2017). BIM Model-based design delivery, Tideway East, England, UK, Smart Infrastructure and Construction, 170(SC3), pp. 50-58.. 1) 알고리즘 기반의 디지털 모델링이 설계 변경이나 현장에서. Park, S. J. Dang, N. S., Kang, H. R., Shim, C. S. (2017).. 의 형상 변경에 따른 모델 변경의 신속성과 효율성을 확보할 수. Design and Constructability Improvement of 3D Concrete. 있음을 확인하였다.. Formworks through Analysis of Construction Applications, Journal of Korea Institute of Building Information Modeling,. 2) 모델링의 변수 정의에서 형상관리의 기준점이나 측량 좌표. 7(1), pp. 1-8.. 한국BIM학회논문집 9권 4호 (2019) 49.

(10) Park, S. J., Dang, N. S., Youn D. S., Lon, S., Shim C. S. (2018).. Shim, C. S., Lee, K. M., Kang, L. S., Hwang, J, Kim, Y. H.. Pre-construction Simulation of Precast Bridge Piers and. (2012). Three-Dimensional Information Model-based Bridge. Quality Management using Augmented Reality, Journal of. Engineering in Korea. Structural Engineering International.. Korea Institute of Building Information Modeling, 8(1), pp.. 22(1), pp. 8-13.. 15-23.. Succar, C. (2009). Building information modelling framework. Ralph, G. K., John, I. M. (2013). The Uses of BIM : Classifying. : A reasearch and delivery Foundation for industry. and Selecting BIM Uses. TheComputer Integrated. stakeholders, Automation in Construction, 18(1), pp. 357-. Construction Research Group at Pennsylvania State, Version 0.9. 375. Unity 5.6.1f1 (64-bit), 2019.. Shim, C. S., Dang, N.S., Park, S.J. (2018a). Three-Dimensional. Vanlande, R., Nicolle, C., Cruz C. (2008). IFC and building. Information Delivery for Design and Construction of. lifecycle management, Automation in Construction, 18(1),. Prefabricated Bridge Piers, Structural Engineering. pp. 70-78.. International, 28(1), pp. 6-12.. Yabuki, N., Shitani, T. (2003). An IFC-Based Product Model. Shim, C. S., Jeon,C. H., Kang, H. R., Dang, N. S., Lon, S.. for RC or PC Slab Bridges, Proceedings of the CIB W78's. (2018b). Definition of Digital Twin Models for Prediction of. 20th International Conference on Information Technology. Future Performance of Bridges, Journal of Korea Institute of. for Construction, Waiheke Island, New Zealand, pp. 463-. Building Information Modeling. 2(2), pp. 13-22.. 470.. Shim, C. S., Kang, H. R, Dang, N. S, Lee, D. K. (2017). Development of BIM-based bridge maintenance system for cable-stayed bridges. Smart Structures Systems. 20(6), pp. 697-708.. 50 Journal of KIBIM Vol.9, No.4 (2019).

(11)