BIM을 유지관리로 활용하는 IFC 확장및 GIS 연계연구 - 기반시설 BIM의교량, 터널중심으로

BIM을 유지관리로 활용하는 IFC 확장및 GIS 연계연구 - 기반시설 BIM의교량, 터널중심으로

• 발행 : 2022. 9.
• 형식 : pdf 17 page
• 출처 : 한국BIM학회
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BIM을 유지관리로 활용하는 IFC 확장 및 GIS 연계 연구 - 기반시설 BIM의 교량, 터널 중심으로 -.pdf

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• 주요 내용

1.1 연구의 배경 및 목적

최근 도시가 발전해 감에 따라 지속 가능한 스마트 도시로 의 다양하고 광범위한 기술이 사용될 수 있도록, 도시 생활의
개선 기술 및 기반시설의 데이터 활용 기술의 대한 능력을 필요로 하고 있다. 이에 BIM(Building Information Modeling)과
GIS(Geographic Information System)의 통합은 스마트 도시에 필요한 데이터 통합, 다양한 기술 분석 및 적용, 도시 관리의 활용할 수 있는 기초 자료가 됨으로 장점으로 작용하게 된다.(Song et al., 2017)

 

그리고 국토부에서는 2018년에는 건설의 4차산업 기술을 활용한 첨단기술(BIM, 드론, 로봇, IoT, 빅데이터, AI 등)과 융합하여 건설 기술을 발전시켜 나아갈 수 있도록 “스마트 건설기술 로드맵”을 발표하였다. 2030년까지 스마트 건설기술에 발전 내용을 설계, 시공, 유지관리 분야를 구분하여 나타내었다. 설계단계에서는 BIM기반 스마트설계의 BIM 적용 표준, 설계 자동화에 대한 목표가 기술되어 있다. 그리고 시공단계에서는 건설기계 자동화 및 통합운영(관제), ICT기반 현장 안전 및 공정관리, BIM 기반의 공사관리에 대한 목표가 나와 있다. 또한 유지관리 단계에서는 IoT 센서 기반 시설물 모니터링 기술, 드론·로봇 시설물 진단, 디지털트윈 기반 시설물 정보통합, AI기반 최적 유지관리 등의 내용으로 로드맵이 작성되어 있다. 이렇듯 BIM이 스마트 건설 기술에 가장 기반이 되고 있는 것을 알 수 있다.(MOLIT, 2018) 건설산업의 설계, 시공, 유지관리 단계에서 BIM 기술이 중요하게 적용됨에 따라, 이런 BIM 데이터를 공간정보분야에서 활용하기 위해 GIS와 연계하려는 노력이 많아지고 있다. Ryu(2016)와 Park et al.(2019)은 BIM과 GIS 정보의 융합은 BIM이 공간정보에 스마트도시, 디지털트윈으로 활용하는 역할에 꼭 필요한 기술이라고 보고 있다. 그리고 Lee et al.(2020)는 디지털트윈이 국토도 시 분야로 확장되기 위해서는 공간정보 분야가 핵심 역할로 수행할 수 있다고 보고 있지만, 아직까지 충분한 연구가 이루어지지 않고 있으므로 향후에는 제조 및 설비, 교통, 시설물, 교량, 발전소 등 다양한 도시 구성요소에 대한 디지털트윈이 구현될 수 있는 기술이 공간정보 중심으로 확장할 것으로 보고 있다. 따라서 Infra 시설의 BIM 데이터가 GIS로 통합할 수 있는 기반을 마련하
는 것은 더욱더 중요해지고 있다고 할 수 있다. 현재 BIM과 GIS는 서로 다른 관점에서 3D 모델을 해석하는 데 사용된다. BIM은 건축 및 건설 관점에서 비용 및 일정과 같은 세부 건물 구성 요소 및 프로젝트 정보에 더 중점을 두며, GIS는 지리학적 관점에서 건물과 그 구성요소의 지리 정보에 중점을 두고 있다. 그리고 서로 다른 두 가지 영역에서 가장 널리 사용되는
데이터 교환 형식으로 BIM의 표준 데이터 모델은 IFC(Industry Foundation Classes)와 GIS 표준 데이터 모델 CityGML(City
Mark-up Language)으로 사용되고 있다.

BIM/GIS의 통합을 위해 IFC와 CityGML을 통합 및 매핑하려는 많은 연구가 이루어지고 있다. 하지만 서로 다른 목적으로 사용되기때문에 데이터 상호 운용성, 불일치 및 의미 정보 손실을 포함한 많은 문제가 발생하며, 그중 가장 큰 문제로는 정보 변환 과정에서 발생하는 데이터 손실이다.(Sani and Rahman 2018; Liu et al., 2017) 그러다보니 데이터 손실 없이 다양한 방법으로 IFC와 CityGML 매핑, 변환하려는 연구가 진행되고 있으며, Figure 1과 같이 실질적으로 도시의 3D모델의 IFC데이터를 CityGML로 자동으로 변환하는 알고리즘 개발이 변환하려는 연구가 진행되기도 하였다.(Stouffs et al., 2018)

 

따라서 스마트도시 운용, 도시의 디지털트윈의 사례 등이 활발하게 발전해 갈수록 BIM과 GIS 두 기술 분야의 상호운용에 대한 부분은 점점 더 중요하게 될 것이다. 그중 IFC와 CityGML에 호환 시 데이터와 정보 손실 없이 변환하는 것이 가장 중요한 부분이라 할 수 있겠다. 이에 본 논문의 연구 목적으로는 교량/터널 구조물의 BIM 데이터가 IFC 표준으로 적용할 수 있는 클래스에 대해 검토하여, 기반시설의 BIM 데이터가 유지관리 측면에서 IFC 표준의 클래스로 관리할 수 있도록 제시하였다. 또한 이런 IFC 데이터가 GIS의 표준인 CityGML로 정보 손실 없이 연계되는 과정의 방법을 제시하여, 공간정보 분야로 기반시설물 관리 시 BIM/GIS 상호운용을 하는데 기초자료로 활용할 수 있도록 하였다.

1.2 연구의 범위 및 방법
BIM과 GIS의 통합은 상호 이익으로 이어지고 다양한 효과를 창출할 수 있을 것으로 보고 있다. 따라서 이와 관련된 연구
가 지속적으로 이어지고 있으며, BIM 및 GIS 데이터 통합으로는 세 가지 방법으로 구분된다. 첫 번째는 BIM 데이터를 GIS 형식으로 변환, 두 번째 접근 방식은 GIS 데이터를 BIM 모델에 전달하는 방법, 세 번째 방식은 BIM과 GIS 간의 양방향 변환 방법이다.(Ding et al., 2020)

본 연구에서는 BIM과 GIS의 통합의 첫 번째 방법인 BIM 데이터를 GIS 형식으로 변환 방법에 대해 제안하려 한다. 특히 건설 분야에서 인프라 시설물인 교량, 터널등의 BIM 데이터 표준을 활용하여, 공간정보의 GIS로 활용할 수 있는 기반을 마련하고자한다.

 

연구방법으로 BIM과 GIS에 표준 모델인 IFC와 CityGML의 데이터 구조를 분석하고, 건설정보에서 활용되었던 BIM의 속성 및 객체 정보를 활용하여 GIS 데이터로 변환할 수 있는 방안을 소개한다. 본 논문의 연구흐름도는 Figure 2와 같으며, 단계별 연구 과정으로는 1단계는 연구의 동향 및 관련 연구사례를 분석하여 본 연구에 타당성과 차별성을 검토하였다. 2단계는 Infra BIM의 지침서를 검토하고 교량과 터널 구조물이 BIM 설계에서 요소별 중요도를 분석하였다. 3단계로는 IFC의 클래스를 분석하여 교량/터널의 BIM 데이터가 IFC로 나타내는 클래스를 알아보고, 기반시설의 BIM 데이터가 유지관리 측면에서 구체적인 IFC 클래스 표준으로 관리할 수 있는 방안을 제시하였다. 4단계로 IFC에서 CityGML으로 변환 시 객체 형상 및 속성 정보가 손실 없이 GIS 단계에서 활용될 수 있는지에 대해서 알아보았다. 즉 기반시설의 설계 데이터인 교량/터널 BIM 모델을 유지관리 활용의 GIS 데이터까지 연계되는 과정을 IFC/CityGML 표준을 이용하여 형상정보와 속성정보의 손실 없이 변환되는 방법을 제시하였다.