최근, 가상건설기법 혹은 BIM 도입에 의한 원가절감을 실현하기 위한 노력이 대형 시공사를 중심으로 다양한 분야에 시험 적용되고 있다. 본 연구에서는 가상건설 기법에 의한 토목 프로젝트의 적용사례를 분석하고 그에 따른 원가절감 방안을 분석하여, 향후 적용방향성 및 절차를 제시하고자 한다. 이를 위해 최근에 실제 수행된 토목분야의 가상건설기법 적용 결과를 분석하고 그에 따른 원가측면의 절감효과를 분야별로 평가하였다. 또한 이러한 평가결과를 바탕으로 보다 실질적이고 효과적인 원가절감 결과를 얻기 위해 발주처와 시공사의 단계별 가상건설기법 적용절차를 제시하고자 한다.
가상건설기법은 공사대상 시설물을 설계부터 시공까지 3차원 가상공간에서 시행하여, 가상건설과정에서 실제 공사의 문제점을 해결할 수 있는 기법이다. 본 연구에서는 철도연사 시설물을 가상건설기법으로 시공하는 방법론을 구축하였으며, 구축된 방법론에 근거하여 실제 시스템을 개발하여 호남고속철도의 역사 시공과정에 적용하여 실무 활용성을 검증하였다. 연구에서는 시퀀스다이어그램을 이용한 방법론을 통해 레이아웃 리뷰, 레이어 시뮬레이션 기능을 구축하였다. 이러한 기능은 건설프로젝트 정의의 이해를 돕고 3D 시뮬레이션의 효과를 증진시킬 수 있다. 이러한 가상건설기법은 철도역사 시설물의 시공단계 검증 도구로서 공정관리 시각화와 시공 적정성 판단 등의 도구로 활용될 수 있다.
최근 정보화 기반의 공사관리기법은 기존의 수치적 정보관리에서 VR기반의 시각적 정보관리로 변화되고 있다. 본 연구에서는 토목공사의 기획단계, 설계단계, 시공단계에서 VR시스템을 기반으로 사용할 수 있는 기능에 대해 구현절차를 IDEF0모형으로 제시한다. 연구에서 IDEF0모형은 실제 가상건설시스템의 기능으로 토목공사의 각 단계에 적용시켜 실무활용성을 검증하는데 활용하고 있다. 제시된 기능모형에 근거하여 연구에서는 각 단계별로 VR기반 시뮬레이션 기능들을 개발하였다. 개발된 가상건설시스템은 3D객체기반으로 설계정보의 시각적인 효과를 증진시킴으로서 효율적인 설계안의 검토를 가능하게 할 수 있다.
본 논문은 건설 현장을 출입하는 작업자나 공사차량의 위치추적 및 인식 기법에 관한 것으로, 건설 현장에서 이동체의 위치추적은 안전사고 예방, 사고시 긴급 구난 등의 목적과 함께 불법 차량이 현장을 출입하면서 발생하는 자재 도난 및 사고를 방지하기 위함이다. 이를 실현하기 위해 정보통신기술(IT)을 현장에 접목시켜 건설 현장용 지원시스템을 구축하는 것은 매우 바람직한 융합 기술이다. 본 논문에서는 현장에 적합한 무선통신망을 이용해서 작업자 및 이동 차량의 연속적인 위치를 검출하는 기법을 제안 및 구현하였고, 가상 게이트웨이 구축 및 활용 기법을 제안하여 이동체의 건설 현장 진출입 여부를 판단하는데 활용하였다. 또한 다양한 현장 시험을 통해 제안된 기법들을 검증하였다.
가상건설시스템 개발연구단은 국토해양부와 한국건설교통기술평가원의 지원 하에 설립되었다. 본 연구단은 건설프로젝트의 생산성 향상, 고 부가가치 사업 창출, 해외건설시장에서의 경쟁력 확보라는 목표를 가지고 연구를 수행 중에 있다. 가상건설 시스템은 건축물의 전 생애주기에서 발생되는 정보를 효과적으로 공유할 수 있도록 3D 및 정보 기반의 설계, 엔지니어링, 건설관리 업무를 지원하게 된다. 위의 목표를 달성하기 위해서 연구단은 가상건설시스템 하위에 다양한 기능을 수행하는 모듈들을 개발하는 데에 연구의 초점을 맞추고 있다. 첫째, 3D 기반 구조 설계 설비 및 견적시스템 개발이다. 둘째, 가상현실 기법을 활용한 기획단계에서의 프로세스 시뮬레이션 및 사업성 분석 시스템 개발이다. 셋째, 건설프로젝트에서 다루어지는 모든 정보를 관리할 수 있는 CPLM(Construction Project Life-cycle Management)을 개발하는 것이다. CPLM은 3D 기술과 정보 기반 협업을 통한 의사결정 지원 시스템이다. 이와 같은 본 연구단의 최종목표에 도달하기 위하여 2차 년도에 가상건설 프로토타입 시스템을 개발 완료하였고, 3차 년도 가상건설 시스템의 각 모듈 완성 및 시스템 통합을 목표로 연구를 진행하고 있다. 본 연구는 향후 건설산업에서 필수개념으로 자리잡게 될 BIM의 국가적 차원의 연구라는 점에서 시사하는 바가 크다고 할 수 있다.
최근 건설 사업에서는 다양한 형태의 전산화 도구들을 현장에 적용하기 위한 노력이 진행 되고 있다. 그러나 철도시설과 같은 광역지역을 효율적으로 관리하기 위해서는 VR (Virtual Reality, 가상현실) 기술을 활용한 원격기반의 정보화 기법이 도입될 필요가 있다. 이를 위 본 연구에서는 VR과 Telepresence 기술을 통합한 실시간 현장 원격관리체계 구축 및 AR (Augmented Reality, 증강현실) 연동 방법론을 제안하며, 제시된 방법론의 실무 적용 성을 검토하고 있다. 이러한 가상건설지원 체계는 건설실무자와 시스템간의 실시간 상호작용을 가능하게 하며, 통합된 현장 진도 상황정보를 효율적으로 파악 할 수 있는 도구가 될 수 있을 것으로 기대된다.
지진해일의 발생빈도는 태풍이나 홍수 등의 자연재해와 비교하여 발생빈도가 낮지만 발생 시 큰 피해를 입힐 수 있다. 우리나라 동해안은 일본 서해안에서 발생된 지진해일에 취약하며 특히 강원도 삼척시와 경상북도 울진군 부근은 일본 서해안에서 발생된 지진해일 에너지가 집중되는 위험지역으로 기존 연구에서 확인되었다. 동해를 따라 먼 거리를 전파해오는 지진해일 파의 전파양상은 해저수심의 영향을 받아 변화될 뿐만 아니라 진원지의 발생위치와 각 매개변수의 특성에 따라 대상지역에서의 영향도가 다양하게 나타날 수 있다. 본 연구에서는 일본 서해안에서 과거 발생한 지진원(4건) 및 향후 발생 가능한 가상지진원(71건)을 대상 시나리오로 선정하였으며, 가상지진원자료는 한반도 에너지개발 기구(11건) 및 일본토목학회(60건)에서 제시한 총 71건의 자료를 사용하였다. 동해안 해저수심 영향에 의한 지진해일 파 집중도를 확인할 수 있는 파향선추적 기법 수행을 통해 75건 중 집중도가 높은 41건의 지진원을 선정하였다. 선정된 지진원은 불확실성을 고려하기 위해 많은 연구자들에 의해 사용되고 있는 로직트리기법을 적용하여 총 1,107건으로 생성되었으며, 이에 대해 지진해일 수치해석이 수행되어졌다. 최대 지진해일고 비교 결과, 특정 발생위치에서의 지진원은 타 지진원보다 지진강도가 작음에도 불구하고 울진 원자력발전소에서 최대 지진해일고 결과는 더 크게 나타나는 것으로 확인되었다.
원자력발전소에서는 건설완료 단계에서 기기, 배관 및 각종 지지구조물에 대하여 PSI(Pre-Service Inspection)를 실시하여 시공된 설비의 건전성을 점검하고, 운영중에는 주기적으로 시간의 경과에 따른 취약화 정도를 비과괴검사로 감시 및 평가하는 ISI (In-Service Inspection)를 실시하여 안전성 관련 설비의 건전성을 점검하고 있다. 이 과정에서 방대한 양의 검사데이터가 생산되며 원전 가동년수가 증가함에 따라 검사자원을 체계적으로 관리하고 자동화 할 수 있는 시스템 개발이 필요하게 되었다. 본 논문에서는 PSI/ISI 검사결과 정보관리를 비롯하여 검사 기초자료 관리 및 검사계획 수립, 파괴역학 분식 기능 등을 포함한 Web 기반의 Application 개발 사례를 소개한다. 또한 가상현실 기법을 적용하여 기존의 2차원적 DB 운영을 3차원 가상공간에서 운영할 수 있는 'Touch & Tell' 기법을 개발하고 그 구현방법을 제시한다.
토목 공정 계획은 건설 공정 관리에서 중요한 과제 중 하나이다. 수학적 방법론에 기반을 둔 최적화 기법, 휴리스틱에 기반을 둔 최적화 기법 그리고 행위자 기반의 시뮬레이션 등의 방법론이 건설 공정 관리를 위해 적용되어왔다. 본 연구에서는 가상의 토목 공정 환경을 개발하고, 가상의 토목 공정 환경에서 강화학습을 이용한 시뮬레이션을 통해 토목 공정의 최적 경로를 찾는 방법을 제안하였다. 강화학습에 있어 본 연구에서는 상호작용 하며 서로 다른 행동을 하는 굴삭기와 트럭 에이전트들 에 대해 순차적 학습과 독립적 학습에 기반을 둔 두 가지의 Markov decision process (MDP)를 사용하였다. 가상의 토목 공정 환경에서 두 가지 방법 모두 최적에 가까운 토목 공정 계획을 만들어 낼 수 있음을 시뮬레이션 결과에 따라 알 수 있었으며, 이 계획은 건설 자동화의 기초가 될 수 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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