1. 서론
1.1 연구의 배경 및 목적
최근 미국, 영국, 일본 등은 스마트 건설기술 개발에 투자 를 확대하고 있고(Mun, 2018), 국내에서도 건설산업의 스 마트화에 대한 관심이 점차 증가함에 따라 국토교통부는 스 마트 건설 핵심기술을 개발하기 위해 스마트 건설기술 로 드맵을 수립하였다(Ministry of Land, Infrastructure and transport, 2018). 스마트 건설기술 개발 사업에서 도로, 단 지, 간척지 등의 토공에 대한 건설장비 자동화 및 관제 기술
의 핵심은 3차원 BIM (Building Information Modeling) 모 델이며, 이 3차원 모델은 드론, RTS (Robotic Total Station), UAV (Unmanned Aerial Vehicle) 등을 활용한 사진측량으 로 포인트 클라우드 데이터 PCD (Point Cloud Data)를 획득 한 후 컴퓨터 매핑(mapping) 프로그램을 사용하여 디지털 화된 3차원 지형으로 변환해서 시공 시 이를 활용하는 기술 이다(Kim, 2020).
BIM 기술은 전 세계적으로 토목, 건축분야 등에서 실무 에 점차 적용되고 있고 관련 연구도 활발히 진행되고 있다 (Cho, 2016). 특히 BIM 기술은 토공, 교량공, 터널공 등과 같 이 여러 공정이 동시에 진행되는 토목공사 현장에서 공정을 효율적으로 관리하는데 효과적이다(Lee, 2016). 그런데도 국 내 토목현장에서는 BIM 기술을 교량공, 터널공 등 일부 공 정에만 제한적으로 적용하고 그나마 토공사에는 적용하지 않는 경우가 더 많다(Cho, 2016). 택지개발, 도로건설의 경우 토공사 비율이 크기 때문에 BIM 3차원 모델링 기술을 활용 하면 절토(切土) 및 성토(盛土) 구간의 토공량을 빠르고 정
* Corresponding author: Shim, Ho, Ph.D., Former Invited Professor of the Department of Civil and Environmental Engineering of Hanyang University, Acroriverpark 100-904, Sinbanporo 15gil 19, Serchogu, Seoul, Korea.
E-mail: [email protected] Received April 29, 2021: revised - accepted May 25, 2021
택지조성공사 BIM을 위한 비탈면 3차원 모델링 효율화 방안에 관한 연구
권용규1ㆍ하다현2ㆍ김정환3ㆍ서종원4ㆍ심호5*
1
한양대학교 건설환경공학과 석사과정ㆍ
2한양대학교 건설환경공학과 석사과정ㆍ
3한국교통대학교 사회기반공학전공 조교수ㆍ
4
한양대학교 건설환경공학과 교수ㆍ
5전 한양대학교 건설환경공학과 초빙교수
A Study on the Improvement of 3D Slope Modeling for BIM Designing Site Construction
Kwon, Yongkyu1, Ha, Dahyun2, Kim, Jeonghwan3, Seo, Joonwon4, Shim, Ho5*
1
Graduate Student ,Department of Civil and Environmental Engineering, Hanyang University
2
Graduate Student ,Department of Civil and Environmental Engineering, Hanyang University
3
Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Korea National University of Transportation
4
Professor, Department of Civil and Environmental Engineering, Hanyang University
5
Former Invited Professor, Department of Civil and Environmental Engineering, Hanyang University
Abstract : Recently, interest in Building Information Modeling (BIM) has increased globally, and 3D modeling is a start for the application of BIM at construction sites. However, while many studies have been conducted on the efficiency of 3D modeling focused on civil facilities, there is a lack of research on the earthwork BIM. In particular, since 3D slope often has complex shapes depending on the ground models, the efficiency method for 3D slope are needed. This study analyzed the interfaces and procedures of other software to find out what functions users need. Then the functions to enter intervals between 3D faces, select multiple ground models, and improve the interface are reflected on the developed system and is able to efficiently perform modeling with only five steps, and reduce the number of clicks and inputs. As a result of conducting the test to verify the efficiency, using the developed system made skilled users complete modeling at least 1.8 times faster and unskilled people at least 2.4 times faster than using other software. This is expected to perform 3D slope modeling more efficiently, as well as to contribute to the activation of future BIM adoption for housing construction projects.
Keywords : BIM, 3D Slope Modeling, Earthwork, Parameter Management
확하게 산정하고 현장의 지질조건, 지장물상태, 공정간 간섭 등에 효율적으로 대처할 수 있다. BIM 3차원 모델로서 국내 에서 개발한 e-BIM 모델러와 해외 Autodesk사에서 제공하 는 Civil 3D는 택지개발, 도로건설을 위한 설계에 최적화되 어 자동 설계가 가능한 단계에 이르렀고 토공량 산정, 시뮬 레이션과 설계 오류 검토와 같은 기능들을 제공한다.
그런데 BIM 3차원 모델링 기술을 토공사에 적용해서 공 사효율을 높이기 위해서는 여전히 개선해야 할 문제점들이 남아 있다. 3차원 모델링 소프트웨어는 사용자 입장에서 인 터페이스(Interface) 구성이 복잡하거나, 도움말 정보가 부 족하다. 특히 토공사를 위한 3차원 모델의 경우, 비탈면 부 분의 상세도가 중요한 요소인데도 기존의 소프트웨어는 사 용자가 정보입력 시 비탈면의 상세정보를 다루기에 적합한 메뉴로 구성되어 있지 않아 정보입력 및 모델완성에 시간이 많이 든다는 문제가 있다(Her, 2012).
이에 본 연구에서는 비탈면 설계기준을 고찰하여 3차원 모델링을 위한 파라미터를 도출하고 기존 토목 BIM 소프트 웨어의 문제점을 진술한 후 비탈면 3차원 모델링을 보다 효 율적으로 수행할 수 있는 방안을 제시하고자 한다. 본 연구 는 사용자 인터페이스를 개선하고 모델링 파라미터를 효율 적으로 입력하는 방법을 찾는데 그 목적이 있다.
1.2 연구의 범위 및 방법
본 연구의 시간적 범위는 관련 분야 연구물이 많지 않아 2000년 이후를 중심으로 정했고 공간적 범위는 국내뿐 아 니라 해외 문헌도 검토하였다. 또한, 연구의 내용적 범위는 BIM 3차원 모델 중 토공 비탈면 모델에만 한정하였고, 이에 선행하는 지형모델 생성, 패드(Pad)모델 생성, 그리고 토공 비탈면 모델 생성에 후행하는 토공량 분석 과정 등은 제외 하였다.
연구방법은 첫째, 토공 비탈면 3차원 모델을 작성하기 위 한 파라미터를 도출하기 위해 건설공사 비탈면 설계기준과 택지조성공사 실시설계도서 사례를 검토하였다. 둘째, BIM 토공 비탈면 3차원 모델링 기술의 문제점을 파악하기 위해 해외 Autodesk 사의 Civil 3D와 국내에서 개발된 e-BIM 모 델러를 선정하여 기능과 프로세스를 분석하였다. 특히, 프로 세스마다 비탈면 3차원 모델을 작성하기 위해 필요한 기능 을 세부적으로 구분하고 작업 시마다 클릭 및 입력횟수 등 을 분석하였다. 이를 통해 불필요한 기능, 더 필요한 기능, 일 부 개선이 필요한 기능들을 찾아냈다. 셋째, 문제 있는 기능 들을 개선한 모델을 만든 후 동일한 현장조건에서 토공 비 탈면 3차원 모델링을 할 때 개선 전 모델과 개선 후 모델의 작업 클릭 수, 입력횟수, 소요시간을 비교 분석하였다. <Fig.
1>은 본 연구의 연구과정을 흐름도로 정리한 것이다.
2. 비탈면 설계기준 및 설계사례 고찰
2.1 비탈면 설계기준 고찰
구 국토해양부가 만든 건설공사 비탈면 설계기준 (Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2016)에 따르면 비탈면의 형태는 크게 쌓기비탈면과 깎기비탈면으 로 구분된다. 그리고 비탈면 설계 시 원지반의 조건, 흙 재 료의 특성 등을 고려해서 안정적인 경사와 소단을 결정하여 야 한다. 쌓기비탈면의 경우 기초지반의 지지력, 쌓기 재료 의 특성, 침하 특성, 다짐 방법, 주변 환경조건 등을 고려하여
<Table 1>과 같이 비탈면의 경사를 결정한다. 그리고 깎기 비탈면의 경우 <Table 2>의 설계기준에 따라 비탈면의 경사 를 결정한다. 그런데 흙 재료가 구간마다 다르고 일부 암반 구간에는 불연속면이 있는 경우도 있다. 또한, 비탈면이 높 을수록 흙 재료 특성에 대한 조사가 어렵기 때문에 비탈면 경사를 설계하기 어렵다. 한편, 일정한 간격마다 지질조사, 현장답사를 하고 실내실험을 거쳐 구간별 지질조건과 비탈 면 높이를 찾아내고 설계기준에 따라 비탈면의 경사를 설계 하더라도 실제 시공단계에서 당초 설계단계에서 고려하지 못한 상황들이 발생할 경우 추가 조사를 해서 설계를 변경 해야 한다.
Fig. 1. Research Flow
Table 1. The standard for designing filling slope Material Height
(m)
When there are no fixed facilities (highways, rails)
When there are fixed facilities (building, house)
SW, GW, Rock
0~5 1:1.5 1:1.5
5~10 1:1.8 1:1.8~1:2.0
>10 Check Required Check Required
SP, GP
0~5 1:1.8 1:1.8
5~10 1:1.8~1:2.0 1:2.0
>10 Check Required Check Required
Table 2. The standard for designing cutting slope
Material Height (m) Slope
SW, SP(sand) - >1:1.5
SM(sandy loam) <5 1:0.8~1:1.0
5~10 1:1.0~1:1.2
SP(sandy loam) <5 1:1.0~1:1.2
5~10 1:1.2~1:1.5
SM(sand with gravel) <10 1:0.8~1:1.0
10~15 1:1.0~1:1.2
SC(sand with gravel) <10 1:1.0~1:1.2
10~15 1:1.2~1:1.5
ML, MH, CL, CH 0~10 1:0.8~1:1.2
GM, GC <5 1:1.0~1:1.2
5~10 1:1.2~1:1.5
Rock - 1:1.0~1:1.2
2.2 택지조성공사 비탈면 설계사례 고찰
토공 비탈면 3차원 모델 개선을 위해 여러 형태의 비탈면 이 있는 부산의 OO택지조성공사 설계사례를 검토하였다. 검 토 결과 공사구역 대부분이 위에는 사질토(砂質土), 아래에 는 연약점토(軟弱粘土)가 쌓인 지반조건을 가지고 있다. 따 라서 기초지반은 지지력이 약하고 일부 구간은 흙 속에 물 이 포함되어 있어 택지조성 후 지반침하가 우려되는 상황 이다. 설계는 지형을 역학적 특성에 따라 4개 구역으로 나 누었다. 교량을 건설할 일부 구간에는 흙을 단단히 압밀(壓 密)하기 위해 교량건설 전 흙을 쌓아 선행재하(先行載荷)하 는 성토구간(盛土區間)이 있고 각 성토(盛土)구간에는 쌓기 비탈면이 있다. 또한, 일부 구간에는 흙을 깎는 절토(切土)구 간이 있고 깎기비탈면이 있다. 쌓기비탈면의 경사는 1:1.5,
1:1.8, 1:2.0의 3가지 경사로 설계되었고 깎기비탈면의 경사 는 1:1.5로 설계되었다<Fig. 2>.
3. 토목 BIM S/W 기능 및 프로세스 분석
토목 BIM 3차원 모델링에 자주 쓰이는 국내에서 개발한 e-BIM 모델러, 그리고 해외 Autodesk 사의 Civil 3D로 토공 비탈면 3차원 모델링의 기능과 프로세스를 분석하고 문제점 을 도출하였다. 비탈면 3차원 모델링은 3차원 지형모델 생 성, 패드(Pad) 모델 생성, 비탈면 3차원 모델 생성, 토공량 분 석 등의 과정을 거치는데 본 연구에서는 비탈면 3차원 모델 생성 프로세스만을 대상으로 분석하였다.
3.1 e-BIM 모델러 비탈면 모델링 기능과 프로세스 분석 국내에서 개발한 e-BIM 모델러는 국내 설계기준을 프로 그램 내부에 탑재하여 국내 건설공사에서 토공 3차원 모델 을 쉽게 작성할 수 있도록 만든 소프트웨어다(Kim, 2019).
그리고 프로그램에 탑재된 GUI (Graphic User Interface) 는 별도 명령어 입력 없이 마우스 클릭으로 기능을 수행할 수 있어, 비전문가라 하더라도 큰 어려움 없이 프로그램을 사용할 수 있다. e-BIM 모델러는 항공측량으로 얻은 PCD 와 같은 3차원 지형데이터를 활용해서 3차원 모델링을 수 행할 수 있고(Kim, 2020), 특히 비탈면 모델링에 필요한 절 토 및 성토에 대한 경사, 비탈면이 생성되는 방향, 비탈면 내 부 및 외부 경계와 같은 형상 파라미터를 지정할 수 있다 (Construction Control Center, 2018). 또한, 비탈면 안전을 위해 비탈면 중간에 설치하는 소단(小段)의 정보를 입력함 으로써 소단이 포함되는 비탈면을 자동으로 작성할 수 있 다. 프로그램에 탑재된 인터페이스 용어는 ‘경사 설정’, ‘비탈 면 모델링’과 같이 간단하게 구성되어 있고, 설정값에 비탈 면 정보를 입력하고 비탈면 모델링을 곧바로 수행할 수 있 기 때문에 프로그램 사용자는 소프트웨어 구성에 대한 별도 의 매뉴얼 없이도 쉽게 사용할 수 있다<Fig. 3>.
e-BIM 모델러에서 비탈면 3차원 모델링을 수행하기 위 해서는 ‘경사 설정’ 메뉴를 클릭(click)한 후 성토 및 절토 비
Fig. 2. The example for the slope design Fig. 3. The interface of e-BIM Modeler
탈면 기울기와 높이를 입력하고, 다음으로 ‘비탈면 모델링’
메뉴를 클릭한 후 패드(Pad) 선택, 비탈면 방향, 모델의 외 부 경계, 모델의 색상을 차례대로 선택 및 입력하는 등 총 8 단계의 프로세스를 거친다. 이 과정은 <Fig. 4>와 같다. ‘경사 설정’ 메뉴를 클릭하는 것부터 모델에 색상을 입히는 것까 지 프로세스를 세세하게 구분하여 열기, 선택, 닫기 등에 필 요한 클릭 및 입력하는 횟수는 <Table 3>에 정리해 두었다.
STEP 1에서는 ‘설정’ 메뉴 클릭, ‘경사 설정’ 메뉴 클릭 등 총 2회 클릭이 필요하다. STEP 2의 경우 깎기비탈면과 쌓기비 탈면의 경사를 입력하기 위해 클릭과 입력이 각 2회씩 필요 하다. STEP 3의 경우 절토, 성토 등 비탈면 종류별로 비탈면 높이를 입력하기 위해 2회 클릭, 2회 입력을 해야 하고, 높 이 입력이 완료되면 ‘경사 설정’이 끝나기 때문에 ‘경사 설정’
창을 저장하고 닫기 위해 추가로 3회의 클릭이 더 필요하다.
STEP 4의 경우 ‘토공 작성’ 메뉴 클릭 1회, ‘비탈면 작성’ 메 뉴 클릭 1회가 필요하다. STEP 5는 기준지형 선택을 위해 클릭 2회, STEP 6은 패드 선택을 위해 클릭 1회, STEP 7은 생성 방향을 결정하기 위해 클릭 3회가 필요하며, 마지막으 로 STEP 8은 모델의 색상을 지정하기 위해 색상 번호를 1회 입력하고 확인을 1회 클릭하면 된다. 결과적으로 e-BIM 모 델러로 비탈면 모델링을 수행하기 위해서는 8단계에 걸쳐 총 18회의 클릭과 5회의 입력이 필요하다.
분석결과 e-BIM 모델러 프로그램으로 비탈면 모델링을 하려면 보완해야 할 몇 가지 문제점이 있다. 첫째, 비탈면 3 차원 모델링을 구성하는 3차원 면이 10m 간격으로 생성되 도록 제한되어 있다. 이러한 제한 때문에 가파른 언덕이나 절벽과 같이 기준지형이 10m 이하의 간격에서 급격하게 변 화한다면 지형과 부합하는 비탈면 모델링을 할 수 없고, 따
라서 비탈면 모델 형상과 토공량이 실제와 차이가 나게 되 는 원인이 된다. 둘째, 비탈면이 형성되는 기준지형을 하나 만 선택할 수 있도록 제한되어 있다. 그래서 현장 시공 시 하 나의 비탈면 구간에서 여러 지질(地質)상태 등이 발견되어 당초 설계 때와 다르게 비탈면 기울기를 여러 가지로 변경 해야 하거나 기준지형이 변경되는 경우에는 기준지형을 여 러 개로 분리해서 처음부터 다시 설정해야 하므로 작업량이 많아진다. 즉 하나의 비탈면 3차원 모델을 위해 기준지형을 다수로 변경해서 지정해야 한다면 사용자가 앞서 분석한 8 단계의 과정을 기준지형의 수만큼 반복해야 하기에 비탈면 전체를 모델링하기 위해 필요한 시간이 많아진다. 셋째, 기 존에 입력한 비탈면의 경사 조건을 저장하는 기능이 없다.
따라서 설계조건이 변경될 때마다 조건을 다시 입력하는 작 업을 반복해야 하는 번거로움이 있다.
3.2 Civil 3D 비탈면 모델링 기능과 프로세스 분석 Autodesk사의 Civil 3D 프로그램은 토목공사를 위한 BIM 전문 소프트웨어로 도로, 철도 및 관로 등 선형기반 설계에 최적화되어 있다. 그리고 Civil 3D는 GUI뿐만 아니라 명령 어를 통해 작업하는 CLI (Command-Line Interface) 기능도 가지고 있는 소프트웨어다(Autodesk, 2020). Civil 3D 내에 는 택지조성공사의 비탈면 3차원 모델을 위한 ‘정지 작업’과 도로공사의 비탈면 3차원 모델을 위한 ‘코리더’ 기반 비탈면 모델링 기능이 나누어져 탑재되어 있다. 본 연구의 목적은 프로그램 사용자가 효율적으로 비탈면 모델링을 할 수 있도 록 프로그램을 개선하는 것이므로 사용자가 비교적 익히기 쉽도록 택지조성공사의 비탈면 3차원 모델을 위한 ‘정지 작 업’을 사용하여 분석하였다. ‘정지 작업’을 사용한 비탈면 모 델링은 기준지형, 수평거리, 표고 등을 기준으로 작성할 수 있고 깎기비탈면 및 쌓기비탈면의 경사와 비탈면이 생성되 는 방향을 지정하여 작성한다<Fig. 5>.
Fig. 4. Process for slope modeling of e-BIM Modeler
Table 3. The count of click and input for every step of e-BIM Modeler
(Unit : Times)No Process Click Input
1 Open ‘slope setting’ 2 -
2 Input the value of cut and fill slope 2 2 3 Input the value of both slope heights 5 2
4 Open ‘slope modeling’ 2 -
5 Select the ground model 2 -
6 Select the pad line 1 -
7 Select the direction of slope 3 -
8 Input the color of slope 1 1
Sum 18 5
Civil 3D의 ‘정지 작업’을 사용한 비탈면 3차원 모델링 프 로세스는 먼저 ‘정지 작업’ 메뉴를 클릭해서 비탈면을 작성 하기 위한 방법을 설정하고 패드(Pad), 경사, 생성 방향, 기 준지형 등을 차례로 선택하는 총 7단계로 이루어진다. 이 과 정은 <Fig. 6>과 같다. e-BIM 모델러와 같은 방법으로 각 프 로세스에 필요한 클릭 수와 값을 입력하는 횟수를 분석할 목적으로 GUI 기반으로 작업할 때와 CLI 기반으로 작업할 때로 구분하여 작업결과를 <Table 4>와 <Table 5>와 같이 각각 정리하였다. 단, 스타일 이름 지정 등의 부수적인 프로 세스는 제외하였다.
GUI 기반으로 작업할 때 STEP 1은 ‘정지 작업’ 메뉴를 클 릭하고 ‘정지 작성도구’를 열기 위해 총 2회의 클릭이 필요 하다. STEP 2는 기준지형을 선택하기 위해 창을 열고 모델 을 지정하기까지 총 4회의 클릭이 필요하다. 비탈면 생성 방 법은 ‘지형 기준’, ‘표고 기준’, ‘상대표고 기준’, ‘수평거리 기 준’으로 구분되어 있는데 STEP 3은 비탈면 모델링을 위해 일반적으로 사용되는 ‘지형 기준’을 선택하고 설정 창을 열 기까지 총 4회의 클릭이 필요하다. STEP 4는 깎기비탈면 과 쌓기비탈면의 기울기를 설정하기 위해 클릭과 입력이 각 각 1회씩 필요하다. 그리고 설정값을 고정하기 위해 클릭 2 회가 더 필요하다. 설정값을 고정하지 않으면 비탈면 작성 중 경사를 다시 입력해야 하는 번거로움이 있기 때문이다.
STEP 5는 패드(Pad)로부터 기준지형까지 맞닿는 교점을 이 은 경계선을 형성하는 과정이며, 이를 수행하기 위해 메뉴 를 드롭다운(Dropdown)하고 기능을 클릭하기 위해 2회의 클릭, 패드를 선택하기 위해 1회의 클릭이 필요하다. STEP 6은 패드 중 전체 길이에 대해서 모델링할 것인지, 패드의 일부를 선택하여 모델링할 것인지를 선택하는 과정으로 전 체 길이를 선택한다면 1회의 클릭, 일부를 선택한다면 더 많 은 클릭이 필요하다. 마지막 STEP 7은 패드라인과 STEP 5 에서 생성한 경계선을 외부 경계로 하여 TIN (Triangular Irregular Network)을 형성하는 과정이며 3회의 클릭이 필 요하다. 결과적으로 Civil 3D로 비탈면 모델링을 수행하기 위해서는 <Table 4>와 같이 7단계에 걸쳐 총 21회 이상의 클릭과 2회의 입력이 필요하다. 한편, CLI 기반으로 명령어 를 입력하여 작업하면 <Table 5>와 같이 7단계에 걸쳐 총 16회 이상의 클릭과 5회의 입력이 필요하다.
Table 4. The count of click and input for every step of Civil 3D based on GUI
(Unit : Times)
No Process Click Input
1 Open ‘grading’ 2 -
2 Select ground model 4 -
3 Open ‘setting’ 4 -
4 Set slope parameters 4 2
5 Create grading feature line 3 -
6 Set the range of pad for modeling more than 1 -
7 Create grading surface 3
Sum more than 21 2
Table 5. The count of click and input for every step of Civil 3D based on CLI
(Unit : Times)
No Process Click Input
1 Open ‘grading’ - 1
2 Select ground model 4 -
3 Open ‘setting’ 4 -
4 Set slope parameters 4 2
5 Create grading feature line 1 1
6 Set the range of pad for modeling more than 1 -
7 Create grading surface 2 1
Sum more than 16 5
분석결과 다음과 같은 사실을 확인할 수 있었다. 첫째, Civil 3D ‘정지 작업’을 사용한 비탈면 모델링은 e-BIM 모델 러로 비탈면 모델링을 할 때보다 1단계 적은 7단계의 과정 만 거치면 작업을 끝낼 수 있어 더 효율적이다. 그러나 사용 자가 입력해야 하는 명령어는 비숙련자에게 친숙하지 않은
Fig. 6. Process for slope modeling of Civil 3D
Fig. 5. The interface of Civil 3D
용어로 구성되어 있어 사용하기 어렵다. 둘째, 3차원 지형을 기준으로 비탈면을 모델링 할 때, e-BIM 모델러와 다르게 3차원 면이 1m~10m 간격마다 자동으로 생성될 뿐만 아니 라 기준지형의 변곡점을 반영하여 생성되기 때문에 기준지 형과 거의 일치하는 모델이 만들어진다. 셋째, Civil 3D ‘정지 작업’을 사용한 비탈면 모델링 기능은 e-BIM 모델러와 마찬 가지로 기준지형을 하나만 선택할 수 있다. 다만 현장 시공 시 지질조건 등이 변경되어 기준지형을 세부적으로 분리하 고자 할 때 기존 설계한 기준지형을 그대로 두고 세부적으 로 변경작업을 할 수 있는 기능이 있어 처음부터 기준지형 만들기를 다시 해야 하는 e-BIM 모델러와는 다르게 효율적 이다. 넷째, Civil 3D ‘정지 작업’을 사용한 비탈면 모델링 기 능은 Step 4에서 쌓기비탈면과 깎기비탈면의 기울기를 설정 한 후 이를 저장할 수 있는 기능이 있어 이러한 기능이 없는 e-BIM 모델러에 비해 효율적이다.
4. 토공 비탈면 3차원 모델링 시스템 개발
4.1 비탈면 모델링 파라미터 및 개선사항 도출 건설공사 비탈면 설계기준, 실제 비탈면 설계사례를 고 찰한 결과, 토공 비탈면 3차원 모델링 시스템을 위해 필요 한 파라미터는 비탈면의 경사, 비탈면 생성 방향, 기준지형 이다. 그리고 추가적으로 비탈면 3차원 면의 생성 간격은 3 차원 모델의 품질과 토공량의 정확도에 중요한 요소가 되기 때문에 필요한 파라미터로 판단된다. 고찰결과를 토대로 토 공 비탈면 3차원 모델링 시스템을 사용자 입장에서 더 효율 적으로 만들기 위해 다음과 같은 개선사항을 도출하였다.
첫째, e-BIM 모델러의 경우 비탈면 3차원 모델링을 구성 하는 3차원 면이 10m 간격으로 생성되도록 제한되어 있어 지형이 급격하게 변하는 곳에서는 비탈면 모델 형상과 토공 량이 실제와 차이가 나게 된다. 따라서 비탈면 3차원 모델링 을 구성하는 3차원 면의 간격을 더 촘촘히 지정할 수 있어야 한다. 둘째, 비탈면 조건을 다수 입력 및 지정해야 하는 경우 토공 비탈면 3차원 모델링 프로세스를 반복적으로 수행해 야 하기 때문에 작업효율이 떨어진다. 따라서 기준지형을 여 러 개 입력할 수 있고 각 기준지형마다 모델링 파라미터를 입력할 수 있는 시스템이 필요하다. 셋째, e-BIM 모델러의 경우 기존에 입력한 비탈면의 경사 조건을 저장하는 기능이 없어 설계조건이 변경될 때마다 조건을 다시 입력하는 작업 을 반복해야 하는 번거로움이 있다. 따라서 비탈면 3차원 모 델링을 위해 이미 입력한 파라미터를 저장 및 관리하는 기 능이 필요하다. 넷째, 앞서 살펴본 바와 같이 토공 비탈면 3 차원 모델링 소프트웨어는 비숙련자가 기능을 사용할 때 순 서가 복잡하고 익숙하지 않은 용어가 많아 작업효율이 떨어
진다. 따라서 사용자가 기능을 사용할 때 이해하기 쉬운 용 어와 순서로 프로그램을 개선해야 한다.
4.2 토공 비탈면 3차원 모델링 효율화 작업흐름도 토공 비탈면 3차원 모델링 프로세스 중 효율성을 저해하 는 요인은 파라미터 입력 과정과 기준지형 선택 과정이다.
따라서 비탈면 3차원 모델링의 효율을 높이기 위해 비탈면 파라미터를 입력하는 과정에서 클릭 및 입력횟수를 줄이는 프로그램 개선이 필요하다. 또한, 다수의 기준지형을 선택할 수 있도록 프로그램을 개선하고, 각 지형마다 비탈면 파라미 터 조건을 별개로 입력하고 저장할 수 있는 시스템이 필요 하다. 본 연구에서는 이와 같은 2개의 기능을 기존 프로그램 인 e-BIM 모델러에 추가하여 프로그램을 개선하였고, 그 작 업흐름은 <Fig. 7>과 같다. 물론 기능 추가 시 작업하기 편리 하게 3차원 면의 생성간격 입력 기능과 인터페이스 개선도 병행한다.
4.3 비탈면 3차원 면 간격 입력 기능 추가
본 개발 시스템에서는 이전 비탈면 모델링 기능에서 누락 되어 있는 비탈면 3차원 면이 생성되는 간격을 사용자의 입 력을 통해 조절할 수 있는 기능을 추가하였다. 본 기능을 사
Fig. 7. Workflow for slope modeling by proposed process
Fig. 8. The interface for setting parameters
용하여 지형이 급격하게 변하는 구역에서 대해서도 비탈 면 3차원 모델이 개선 전보다 더 정확하게 생성할 수 있다.
<Fig. 8>과 같이 비탈면 조건에서 생성간격을 조절할 수 있 으며 최소 1cm까지 촘촘히 생성할 수 있다. 또한, 4.4절에서 추가하는 기능인 여러 개의 기준지형마다 각기 다르게 지정 할 수 있도록 기능을 추가하였다.
4.4 기준지형 다수 선택 및 조건 지정 기능 추가 앞서 분석한 내용에서 알 수 있듯이, 기존 비탈면 모델링 시스템은 기준지형을 하나만 선택할 수 있기 때문에 여러 개의 기준지형에 대해 비탈면 모델링을 수행할 때 작업효율 이 떨어진다. 이에 비탈면 3차원 모델링을 생성할 때 다수 의 기준지형을 선택할 수 있고, 각 기준지형마다 모델링 파 라미터를 입력할 수 있는 기능을 추가하였다. 본 기능을 통 해 하나의 기준지형이 SW (Soil Well-graded), GP (Gravel Poorly-graded), 교량과 같은 고정 시설물이 있는 구역으로 나뉘어져있기 때문에 비탈면 모델링 파라미터가 달라지는 경우 <Fig. 9>와 같이 시스템 내에서 하나의 기준지형 내에 필요한 구역을 작성하고 각 구역에 대해 비탈면의 경사, 생 성간격을 입력할 수 있다.
4.5 모델링 파라미터 관리용 데이터베이스 구축 본 개발 시스템에서는 비탈면 모델링을 위해 경사 조건, 기준지형과 같은 파라미터는 BIM 도면과 연계하여 프로젝 트 단위로 관리할 수 있는 데이터베이스 파일로 저장한다.
이는 설계변경이 발생하였을 때, 프로젝트에 저장되어 있는 데이터베이스 파일에서 닫힌 경계의 좌표와 경사 설정을 수 정하고 비탈면 3차원 모델링 기능을 수행하면 빠르게 모델 이 수정이 가능하도록 시스템을 설계하기 위함이다. 즉, 사 용자가 소프트웨어 화면에서 직접 닫힌 경계를 선택하여 수 정하지 않더라도 데이터베이스 파일의 좌표를 변경하여 변 경된 사항을 반영할 수 있고, 경계를 추가하거나 경사 설정 을 입력할 때도 데이터베이스 파일에서 새로운 행을 추가하 여 정보를 입력하면 된다. <Fig. 10>는 데이터베이스를 기반 으로 비탈면 파라미터를 반영하는 아키텍처다.
시스템 내부에 데이터베이스를 구축하기 위해 오픈소스 인 SQLite를 사용하였다. SQLite는 내장 가능한 오픈소스 데 이터베이스로 비탈면 3차원 모델링 시스템 개발에 사용된 C 언어로 작성되어 호환성이 우수하고 일반적인 SQL로 쿼리 가 가능하다는 장점이 있다(Lv, 2009). 데이터베이스의 개체 는 3차원 좌표를 가지고 있는 ‘Point’, 2개 이상의 Point로 구 성된 집합인 ‘PointSet‘, 기준지형을 분할하기 위한 경계의 좌표로 구성된 ’GroundAreaPoints’, 경계의 좌표로 기반으 로 생성된 닫힌 경계인 ‘Polygon’로 구성되어 있다. 위 개체 는 경사가 변화하는 구역을 별도로 지정한 ‘GroundArea’를 구성한다. 또한, 3차원 면의 생성간격인 ‘ProbeSpacing’과 기준지형에 해당하는 비탈면 경사인 ‘AreaSlope’가 있으며 이들은 ‘GroundArea’와 함께 비탈면 3차원 모델을 형성하도 록 구성되어 있다. <Fig. 11>은 시스템 내에 구축한 데이터 베이스의 개체 관계를 표현하는 다이어그램이다.
4.6 인터페이스 개선
본 효율화 방안을 반영한 비탈면 3차원 모델링 시스템의 메인 페이지는 <Fig. 12>에서 보이는 바와 같다. 메인 페이 지에 배치되어 있는 기능은 비탈면 기준지형을 작성하기 위 해 원지형 파일 삽입, 원지형 서피스 모델 생성 기능과 비탈 면 기준선과 기준지형에 대한 경사가 변하는 구역을 구분하 는 경계를 삽입하고 작성하기 위한 도면 삽입 기능으로 구 성되어 있다. 비탈면 생성을 위해 원지형 서피스 모델을 생 성하고 비탈면을 생성할 기준선, 경사가 변하는 구역의 닫힌
Fig. 9. Set parameters for modeling a 3D slope
Fig. 10. An architecture of the developed system
Fig. 11. System ERD (Entity Relationship Diagram)
경계를 모두 삽입 또는 작성하였다면 비탈면 작성을 위한 파라미터를 입력할 수 있다. 닫힌 경계를 지정하지 않는 전 구역에 대해서 반영할 설정 기능은 화면 상단에 배치하였 고, 닫힌 경계를 지정한 구역에 대한 구역의 이름, 비탈면의 경사, 3차원 면이 생성되는 간격은 프로그램 내 별도의 탭인
‘Project Files’를 통해 설정할 수 있다. 비탈면 모델링을 위 한 기준지형의 서피스 모델을 작성하고 조건의 입력을 마친 뒤 메인 페이지의 비탈면 생성 기능을 통해 곧바로 비탈면 3 차원 모델을 작성할 수 있도록 구성하였다.
4.7 개발 시스템 프로세스 분석
본 연구에서 개발한 시스템에서는 기준지형을 분할하기 위한 영역을 생성하는 기능을 추가하여 분할 구역과 분할되 지 않은 구역으로 구분한다. 이를 통해 일반적인 구역에 대 해서는 ‘경사 설정’ 기능을 통해 모델링 파라미터를 입력하 고, 분할된 구역에는 구역 이름과 모델링 파라미터를 입력 할 수 있게 하였다. 이를 통해 <Fig. 13>과 같이 기본 파라미 터 설정, 패드라인 선택, 기준지형 분할 및 파라미터 설정을 통해 비탈면 3차원 모델을 생성할 수 있다. <Table 6>은 개 발한 시스템의 프로세스에 필요한 클릭 및 입력횟수를 정리 한 결과다. STEP 1에서는 ‘경사 설정’ 메뉴를 열고 닫기 위 해 2회의 클릭과 더불어, 경사 및 3차원 면의 간격을 설정하 기 위해 2회의 클릭과 2회의 입력이 더 필요하다. STEP 2에 서는 패드를 선택하기 위해 1회의 클릭이 필요하다. STEP 3 는 기준지형을 분할하는 단계이며 분할이 필요하지 않으면 생략해도 되며, 영역 생성을 위해 기준지형을 분할해야 한 다면 영역 생성을 위해 다수의 클릭이 더 필요하다. STEP 4 는 STEP 3를 수행하였을 시, 각 영역에 대한 파라미터를 입 력하는 과정으로 영역에 대한 ‘경사 설정’ 메뉴를 열고 닫기 위해 영역 별로 2회의 클릭과 2회의 입력이 필요하다. STEP 5는 ‘정지 작성’ 기능을 수행하는 단계이며 1회의 클릭으 로 수행할 수 있다. 개발한 시스템에서는 앞 절에서 분석한 e-BIM 모델러와 Civil 3D와 달리 5단계에 걸쳐 최소 5번의 클릭과 2회의 입력만으로도 모델링을 수행할 수 있도록 프
로세스를 간소화하였다. 단, 기준지형을 다수로 입력해야 하 는 경우 STEP 3와 STEP 4에 필요한 클릭과 입력의 횟수가 증가된다. 예를 들어, 기준지형을 3개로 분할해야 하는 경우 STEP 3에서는 기준지형을 분할하기 위해 최소 3회의 클릭 이 분할해야 하는 개수만큼 필요하므로 최소 9회의 클릭이 더 필요하고 STEP 4에서는 클릭 2회 및 입력 2회가 분할해 야 하는 개수만큼 필요하기 때문에 클릭 6회 및 입력 6회가 더 필요하지만 본 시스템은 기준지형을 동시에 반영하여 모 델링을 수행할 수 있기 때문에 STEP 1, STEP 2, STEP 5의 과정이 반복하지 않아 비탈면 3차원 모델링 작업의 효율성 을 증가시킬 수 있다.
Table 6. The count of click and input for every step of the developed system
(Unit : Times)
No Process Click Input
1 Set defalut slope parameters 4 2
2 Select the pad line 1 -
3 Create the regions on ground models
0 or
more than 3 -
4 Set slope parameters of the regions
0 or 2*
(the number of regions)
0 or 2*
(the number of regions)
5 Create 3D slope 1 -
Sum more than 6 more than 2
5. 개발한 시스템 적용결과 및 비교분석
5.1 설계사례 적용결과
본 연구에서 개발한 시스템을 앞서 택지조성공사 설계사 례를 통해 확인하였던 복잡다단한 비탈면 3차원 모델링에 적용하였다. 비탈면 생성을 위한 기준지형은 무인 항공촬영 으로 촬영을 통해 제작한 포인트 클라우드의 일부를 발췌하 여 차량, 구조물과 같은 노이즈를 제거하고 3m 간격으로 서 브샘플링을 수행한 뒤 작성된 서피스 모델을 사용하였다. 사
Fig. 12. The interface of modeling software
Fig. 13. Process for slope modeling of the developed system
례에서는 하나의 패드에 대해서 SW, GP와 그 외 구역과 교 량이 건설될 구역인 총 4개의 구역에 대해 쌓기비탈면의 경 사가 변경되었다. 비탈면 모델링을 위해 교량 건설 구역, GP 구역, SW 구역, 그 외 구역에 대해 쌓기비탈면 경사는 각각 1:2, 1:2, 1:1.8, 1:1.5였으며, 깎기비탈면의 경사는 1:1.5로 동일하였다. 기준지형은 급경사가 없는 지형이었으므로 3 차원 면의 생성 간격을 3m로 입력하였다. <Fig. 14>는 비탈 면 모델링 파라미터를 소프트웨어 내에서 입력한 데이터베 이스 파일이다. 소프트웨어 내에서 입력한 모델링 조건은 프 로젝트를 저장할 때 데이터베이스 파일 형태로 저장되며,
<Fig. 14>와 같이 데이터베이스 테이블을 통해 조건정보를 확인할 수 있다. 또한, 데이터베이스 파일 내에서 조건을 추 가하거나 수정한 뒤, 프로젝트를 오픈하여 모델링 작업을 수 행하면 변경된 조건정보가 반영된다. <Fig. 15>는 설정한 조 건을 바탕으로 비탈면 3차원 모델링이 수행된 결과다.
5.2 소프트웨어 별 모델링 프로세스 및 소요시간 분석 을 통한 효율성 검증
본 연구에서 개발한 시스템은 다수의 기준지형과 각 지형 의 비탈면 파라미터를 개별적으로 입력하여 비탈면 모델링 을 수행함에 있어 신속하게 3차원 모델링을 수행할 수 있도 록 설계되었다. 이에 개발한 시스템의 효율성을 검증하고자 실제 비탈면 모델링 프로세스에 필요한 클릭 및 입력횟수와 시간을 측정하고 앞서 분석한 e-BIM 모델러와 Civil 3D의
모델링 프로세스에 반드시 필요한 클릭 및 입력횟수를 산정 하였고, 모델링을 위해 소요되는 시간을 측정하여 분석
하였다. 효율성 검증을 위해 본 연구에서는 각 소프트웨 어마다 동일한 패드와 기준지형을 사전에 준비하였고, 설계 도면의 비탈면의 경사와 방향, 분할 구역은 통일하였다. 단, e-BIM 모델러의 비탈면 생성 간격은 10m로 제한되어 있기 때문에 개발한 시스템의 생성 간격도 10m로 하였지만, Civil 3D의 경우 생성 간격이 자동적으로 계산되기 때문에 이를 생략하였다. 그리고 e-BIM 모델러의 경우 비탈면이 생성되 는 범위를 조정할 수 없기 때문에 분할구역을 고려하여 4개 의 도면을 미리 준비하여 모델링 프로세스 이외 작업에 소 요되는 시간은 최소화였다<Table 7>. 검증을 위해 모델링에 는 숙련자 5명, 비숙련자 5명으로 총 10명이 참여하였으며 모든 참여자에게 e-BIM Modeler, Civil 3D와 개발한 시스템 을 활용하여 동일한 프로세스로 비탈면 3차원 모델을 작성 할 수 있도록 교육하고 소프트웨어 별로 3회씩 모델링을 수 행하였다. 숙련자는 토공 BIM 소프트웨어를 2년 이상 다루 어 모델링 시스템에 익숙한 사람으로 구성되어 있고, 비숙련 자는 토목 BIM 소프트웨어의 경험이 6개월 이하의 모델링 시스템에 익숙하지 않은 사람으로 구성되어 있다. 본 모델링 수행에 있어 반드시 필요한 클릭 및 입력의 횟수는 <Table
Fig. 14. The database file for modeling a 3D slope
Fig. 15. The result of the 3D slope model
Table 7. Conditions of modeling for each software Software
Condition e-BIM Modeler Civil 3D Developed system
Pad Same Same Same
Ground model Same Same Same
Slope Same Same Same
Spacing 10m Auto-computed 10m
Regions 4(each drawing) 4 4
Table 8. The necessary count of click and input for test modeling by each software
Software
Type e-BIM Modeler Civil 3D Developed system
Click 72 39 40
Input 20 22 14
8>과 같으며 효율성 검증 시험에서 사용자의 불필요하거나 실수로 인해 정정하는 클릭 및 입력횟수는 산정하지 않았으 나, 소요시간을 측정할 때는 사용자의 실수도 포함되어 있 다. 또한, <Table 8>에서 알 수 있듯이 3개의 소프트웨어에 서 입력횟수는 본 연구에서 개발한 시스템에서 14회로 가 장 적지만, 클릭 횟수는 Civil 3D에서 39회로 가장 적다. 이 는 개발한 시스템에서는 분할 영역 전체를 시스템에서 직접 그려야하므로 분할 영역이 많고 형상이 복잡할수록 클릭 횟 수가 많아지기 때문이다. 그러나 클릭 및 입력횟수의 합계 를 고려하면 본 연구에서 개발한 시스템의 경우 총 54회이 며 이는 e-BIM 모델러를 사용할 때 필요한 92회보다 41.3%
만큼 감소하였고, Civil 3D를 사용할 때 필요한 61회보다 11.5%만큼 감소하였음을 알 수 있다.
본 효율성 검증시험에서 참여한 사용자가 모델링을 완료 하기까지 소요된 시간과 소요시간 변화율은 <Table 9>와 같 으며, 본 결과를 그래프로 나타낸 결과는 <Fig. 16>과 같다.
1회 비탈면 모델링을 수행할 때 숙련자의 경우 e-BIM 모 델러를 사용하여 작업할 때 평균 소요시간 185.34초로 가 장 많은 시간이 필요했으며, 비숙련자의 경우 Civil 3D가 평 균소요시간 237.6초로 가장 많은 시간이 필요했다. 이는 숙 련자가 대체적으로 Autodesk 사의 AutoCAD 혹은 Civil 3D 를 사용한 경험이 있기 때문에 인터페이스가 가장 익숙하 고 e-BIM 모델러가 익숙지 않기 때문으로 보인다. 그리고 두 집단 모두 평균 소요시간 107.56초, 138.33초로 본 연구에 서 개발한 시스템을 사용할 때 모델링을 가장 빨리 수행하는 것으로 확인되었다. 이는 비탈면 모델링 기능의 인터페이스
를 개선하여 클릭 및 입력횟수를 줄이고, 여러 개의 기준지 형 별로 비탈면 파라미터를 입력하여 반복 작업을 줄였기 때 문인 것으로 판단된다. 또한, 2회차 모델링의 소요시간 변화 율을 살펴보면 본 연구에서 개발한 시스템을 사용할 때 숙련 자, 비숙련자 모두 35.55%와 39.54%로 가장 큰 감소율을 보 였는데 이는 사용자가 모델링 프로세스와 인터페이스를 빠 르게 습득하였기 때문으로 판단된다. 이와 달리 Civil 3D의 2
Table 9. The total time and average for modeling by every round and the rate of change compared to the previous round
(Unit : Second)
Software
User Type
e-BIM Modeler Civil 3D Developed System
1
stround 2
ndround 3
rdround 1
stround 2
ndround 3
rdround 1
stround 2
ndround 3
rdround
Skilled
A 184.60 161.32 158.72 158.94 122.15 121.9 102.36 69.39 56.21
B 186.01 170.53 159.73 152.11 118.93 120.87 110.64 76.12 63.89
C 197.07 158.48 154.36 163.98 118.37 117.29 102.51 66.98 69.38
D 187.07 178.66 162.62 164.46 122.97 124.24 103.56 57.56 74.35
E 171.97 162.23 154.59 163.39 119.73 124.52 118.71 76.53 76.53
Sub-average 185.34 166.24 158.00 160.58 120.43 121.76 107.56 69.32 68.07
Rate of change compared to
the previous round - -10.31% -4.96% - -25.00% 1.11% - -35.55% -1.79%
Average 169.89 134.26 81.65
Unskilled users
F 236.55 218.34 192.19 242.09 226.71 191.03 139.25 77.75 80.48
G 243.78 203.67 196.94 236.92 220.76 201.65 147.4 95.5 84.21
H 237.25 206.62 192.23 237.47 226.37 198.07 137.13 84.44 83.55
I 224.77 210.58 203.59 234.3 227 210.54 125.05 77.92 79.24
J 236.27 203.4 202.94 237.22 221.86 216.05 142.83 82.55 83.55
Sub-average 235.72 208.52 197.58 237.60 224.54 203.47 138.33 83.63 82.21
Rate of change compared to
the previous round - -11.54% -5.25% - -5.50% -9.38% - -39.54% -1.71%
Average 213.94 221.87 101.39
Fig. 13. Process for slope modeling of the developed system
a) Skilledb) unskilled users
회차 모델링의 경우 숙련자의 소요시간 변화율은 25%인 반 면, 비숙련자는 5.5%에 그쳤는데 이는 비숙련자가 2회차에 도 불구하고 Civil 3D의 비탈면 모델링 인터페이스와 프로세 스에 익숙해지지 않기 때문에 1회차와 비교하였을 때 평균 소요시간이 큰 차이가 없는 것으로 보인다. 마지막으로 3회 차의 소요시간 변화율은 숙련자, 비숙련자 모두 본 연구에서 개발한 시스템에서 가장 작은 값을 보였다. 이는 같은 모델 링을 2회 수행하였을 때, 사용자가 개발 시스템의 모델링 프 로세스와 인터페이스에 대한 이해도가 이미 높은 상태이기 때문에 3회차 소요시간이 2회차와 크게 다르지 않음을 의미 한다. 그리고 Civil 3D의 경우에는 숙련자는 3회차에 오히려 소요시간이 약 1초 증가하였는데, 이는 소요시간에 사용자 의 실수가 포함되어 있기 때문으로 판단된다. 이와 달리, 비 숙련자는 2회차 보다 3회차에 Civil 3D의 모델링 프로세스와 인터페이스에 더 익숙해지기 때문에 3회차의 소요시간 감소 율은 9.38%로 2회차의 소요시간 감소율보다 더 크다.
본 효율성 검증 시험 결과는 다음과 같이 종합할 수 있다.
첫째, 개발한 시스템은 간단한 인터페이스로 구성되어 사용 자가 비교적 이해하기 쉽고, 기능 개선을 통해 불필요한 반 복작업을 줄였기 때문에 모든 회차의 평균 소요시간을 비교 하였을 때 타 소프트웨어보다 모델링 시간을 단축시킬 수 있다. 특히 숙련자가 개발한 시스템을 사용하여 비탈면 모 델링을 3회 수행할 때는 e-BIM 모델러를 사용할 때보다 약 2.3배만큼 빠르고 Civil 3D를 사용할 때보다 약 1.8배만큼 빨 랐다. 그리고 비숙련자가 개발한 시스템을 사용하여 비탈면 모델링을 3회 수행할 때는 e-BIM 모델러를 사용할 때보다 2.4배만큼 빠르고 Civil 3D를 사용할 때보다 약 2.5배만큼 빨 랐다. 둘째, 개발 시스템을 사용하여 모델링을 수행할 때 2회 차, 3회차의 평균 소요시간이 거의 같으며 1회차보다 크게 감소하였음을 알 수 있다. 이는 개발 시스템의 경우, 타 소프 트웨어와는 달리 사용자가 2회차 만에 모델링 프로세스와 인터페이스에 완전히 익숙해진다고 볼 수 있다. 셋째, 각 소 프트웨어의 숙련자와 비숙련자 간 3회차 평균소요시간의 차 이를 살펴보면 e-BIM 모델러의 경우 39.58초, Civil 3D의 경 우 81.71초, 그리고 개발 시스템의 경우 14.14초로 개발 시스 템에서 가장 작은 차이를 보였다. 이는 개발 시스템을 사용 할 때 숙련자와 비숙련자 간의 비탈면 모델링 수행 능력의 격차를 가장 많이 해소할 수 있음을 의미한다.
6. 결론
택지조성공사의 토공사 BIM을 위한 3차원 모델링은 2D 설계의 정확성을 검토하고 토공물량을 계산하여 공사비 및 공사기간의 오차를 줄일 수 있기 때문에 많이 활용되고 있
다. 그중에서도 비탈면 모델은 기준지형과 부합하는 형상을 가져야 하고, 주변 모델과 충돌하지 않아야하므로 정합성 측 면에서 중요하고, 비탈면 모델은 부지 및 도로의 설계고도와 지반의 지지력 및 재료 등을 고려하여 결정되기 때문에 복 잡다단한 형상을 가지고 있다. 이에 본 연구에서는 국내외 토공 설계 전문 소프트웨어의 비탈면 모델링 기능의 인터페 이스와 절차를 분석하고 건설공사 비탈면 설계기준을 검토 하여 비탈면 설계 방식 및 파라미터를 분석하여 효율적인 비탈면 3차원 모델링 기능을 위해 필요한 인터페이스 개선 사항과 요구사항을 도출하였다. 이를 바탕으로 3차원 지형 모델을 폴리곤을 활용하여 분할하고 각 분할 구역에 해당하 는 모델링 파라미터를 입력함으로써 비탈면 3차원 모델링을 효율적으로 수행할 수 있고, 모델링 파라미터를 데이터베이 스 파일로 저장 및 관리하고 이를 기반으로 모델링을 작성 할 수 있는 시스템을 개발하였다.
개발한 시스템의 효율성을 검증하기 위해 e-BIM 모델러 와 Civil 3D와 비탈면 모델링 작업을 수행하여 모델링에 필 요한 클릭 및 입력횟수의 합계와 소요시간을 비교하였다. 분 석결과, 필요한 클릭 및 입력횟수는 e-BIM 모델러를 사용 할 때보다 41.3%, Civil 3D를 사용할 때보다 11.5%만큼 줄일 수 있었다. 그리고 개발한 시스템을 사용하여 비탈면 모델링 을 수행하면 e-BIM 모델러를 사용할 때보다 최소 2.3배만 큼, Civil 3D를 사용할 때보다 최소 1.8배만큼 빠르게 완료할 수 있었다. 또한, 개발한 시스템의 모델링 인터페이스와 프 로세스를 개선하여 사용자가 2회차에 시스템을 쉽게 사용 할 수 있음을 확인하였고, 모델링 작업을 3회 수행하면 숙련 자와 비숙련자 간 작업속도의 격차가 줄어드는 것을 확인할 수 있었다.
그러나 본 연구에서 개발한 시스템은 모델링을 위해 필요 한 파라미터를 사용자가 직접 입력, 지정하는 시스템으로서 국내외 설계조건을 반영하여 자동적으로 모델이 작성될 수 있는 기능은 반영되지 않았다. 다양한 설계도서와 비탈면 3 차원 모델링 사례를 통해 복답다단한 비탈면을 모델링할 수 있도록 더 많은 파라미터를 확립하여 시스템을 보완할 필요 가 있다.
현재 BIM 소프트웨어가 기술적으로 고도화됨에 따라 기 능의 원리와 절차가 복잡하고 사용자의 전문성이 요구되고 있어 전문교육을 제공받지 않으면 3차원 모델링을 수행하기 어렵고, BIM 설계사와 관리자(시공사, 발주처 등)의 의사소 통이 어려운 점은 국내 토공현장에서 BIM이 활성화되지 않 는 이유다. 본 연구에서 개발한 비탈면 3차원 모델링 시스템 은 타 소프트웨어보다 효율적인 모델링 과정을 반영하고 사 용자 인터페이스를 개선하였으며 데이터베이스 기반으로 형상 파라미터를 저장하고 이를 기반으로 모델링을 수행할
수 있는 시스템을 구성하였다. 본 시스템은 복잡다단한 비탈 면 모델링을 빠르게 작성하고 공사 중 발생하는 설계변경사 항을 빠르게 반영하여 3차원 모델링 작성 시간을 단축시킬 수 있는 시스템이 될 수 있을 것이고 향후 건설공사의 BIM 3차원 모델을 도입의 활성화에 기여할 것으로 기대된다.
감사의 글
이 논문은 2021년도 정부(과학기술정보통신부)의 재원으 로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임(No. NRF- 2019R1A2C2006577)
References
