본 논문에서는 높은 풍량을 갖는 임펠러 형상 최적 설계를 위하여, 블레이드 형상이 임펠러의 성능에 미치는 영향을 파악하였다. 먼저 임펠러 성능에 큰 영향을 미칠 것이라 판단되는 블레이드 개수, 각도, 길이를 설계변수로 선정하고, 실험계획법에 의거하여 정한 설계 수준에 따라 각기 다른 27가지 임펠러 형상을 설계하였다. 그리고 블레이드 형상 변화에 따른 임펠러 성능변화를 예측하기 위해 ANSYS CFX로 유동해석을 진행하였다. CFD 결과, 블레이드 개수 50개, 각도 $6^{\circ}$, 길이 5 mm 조합의 임펠러 형상에서 가장 높은 풍량이 발생되었다. 마지막으로 해석 결과를 바탕으로 3D프린터를 이용하여 기존 임펠러 형상과 시험군 임펠러 형상을 제작하였고, 블로워의 토출구에서의 유량을 측정하여 CFD 결과와 비교하는 검증 실험을 진행하였다.
최근 우리나라는 기후변화로 인한 이상기후 현상으로 호우 및 홍수 등에 의한 수재해를 예방하기 위한 설계빈도 적용방안 개발이 필요하다. 과거 지방하천의 일률적인 설계빈도의 적용 및 간접·주관적인 하천의 중요도와 지역특성에 대한 등급의 결정은 하천사업의 효율적 관리와 수행에 있어서 저해요소로 작용되어 왔다. 또한, 미래 기후변화 시나리오에 따라 하천의 중요도 및 계획 규모가 적절히 적용되어야 한다. 본 연구는 충청남도의 492개 지방하천에 대하여 유역특성(유역면적, 형상계수), 하천특성(하도경사, 수계 및 하천차수, 배수영향 구간), 이상강우 특성(이상강우 발생빈도, 시가화 침수면적)에 대한 현재 설계빈도에 대한 적절성을 평가하였다. 설계빈도에 대한 정량적 추정은 베이즈 이론을 활용하여 가중치를 산정한 후 최적분포형을 선정하였다. 최적분포형의 중앙값을 일반적인 지방하천의 설계빈도인 80년 빈도로 설정하고 상·하위 0.5%가 각각 100년, 50년 빈도로 가정하여 492개 지방하천을 평가하였다. 이상강우의 발생빈도와 시가화 침수면적에 따라 하천의 설계빈도가 높게 산정되는 것으로 분석되었다. 미래 기후변화 시나리오를 적용할 경우 현재 설계빈도(설계수명)에 대한 시나리오별 미래 재현기간을 산정하여 미래 설계빈도에 대한 위험도를 평가하였다. 13개 기후변화 시나리오의 대표농도경로 4.5와 8.5를 분석한 결과, 평균 3.2%, 12.8%의 위험도가 증가하는 것으로 분석되었다. 본 연구결과는 객관적인 지방하천의 적정 설계빈도 결정방안을 제시하였으며, 미래 계획홍수량 증가로 인하여 효율적인 토지이용이 제한될 것으로 예상됨에 따라 하천사업의 예산절감 및 우선순위 결정 등에 활용 가능할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 공학설계 최적화 문제 해결을 위한 혼합 메타휴리스틱(Hybrid Meta-heuristic) 접근법을 제안된다. 공학 설계 최적화 문제는 다양한 형태의 변수를 가지며, 복잡한 제약조건들하에서 그 최적해를 구하는 문제로 이미 많은 기존 연구들을 통해 다양한 접근법들이 개발되어져 왔다. 하지만 그 효율성은 아직까지 크게 개선되지 못하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 이러한 효율성을 개선하기 위한 새로운 접근법을 제안한다. 제안된 혼합 메타휴리스틱 접근법은 탐색 공간에 대한 전역적 탐색을 위해 유전알고리즘(Genetic Algorithm: GA) 접근법, 지역적 탐색을 위해 변동이웃탐색(Variable Neighborhood Search: VNS) 접근법과 언덕오르기(Hill Climbing: HC) 접근법을 혼합(GA-VNS-HC)하였다. 사례 연구에서는 다양한 형태의 공학설계 최적화 문제를 이용하여 본 연구에서 제안한 GA-VNS-HC 접근법의 우수성을 입증하였다.
BIM은 최근 공공 및 민간 발주자에 의해 활용이 점차 확대 시행 되고 있으며, 설계사무실에서도 BIM을 도입하고자 하고 있다. 이런 흐름에 발맞추어 학부교육에서 BIM의 교육이 필요함을 인지하고, 현재 진행되고 있는 국내 BIM 교육의 현황을 파악하여 학부교육에서 이루어질 수 있는 설계교육 프로세스의 개선을 도출하고자 하였다. 기존에 건축공학 교육과정에 BIM을 활용하여 구조, 시공, 설비의 각 요소의 핵심이 반영된 종합적인 설계가 가능하게 하고자 한다. 3D 중심의 설계를 통하여 구조설계교육을 강화하고 BIM 도구를 활용하여 공정 및 적산을 연계한 시공 CM교육을 강화하고 친환경 사전분석을 통해 친환경설계 교육을 이루도록 설계교육 프로세스를 개선하고자 한다.
전세계적으로 다양한 산업영역에서 디지털전환을 통한 새로운 가치 창출을 하고 있다. 특히 건설산업의 설계분야에서는 기존 CAD를 이용한 설계방식을 BIM(Building Information Modeling) 설계로 전환하고 있으며 국토부에서는2025년부터 BIM 설계 의무화를 추진하고 있다. 그러나 건설산업영역에서는 BIM 설계방식을 대응하기 위하여 노력하고 있으나 현실적으로 BIM 설계가 가능한 인력을 구하기 어려운 상황이다. 본 논문에서는 건설산업의 지하시설물 토목 설계분야에서 BIM 설계가 가능하도록 효율적인 업무 프로세스 개선 방안에 대하여 소개하고 BIM 설계 전문 인력 양성을 위한 방법론을 제안한다.
4차 산업혁명의 시대를 맞아 인공지능, 빅데이터 및 사물인터넷 등의 기술을 다룰 융합적 창의력을 갖춘 고급 공학인력을 양성할 필요성이 더욱 커지고 있다. 본 논문에서는 4차 산업시대를 위한 융합적 창의력을 갖춘 실무형 공학인재를 육성하는데 필요한 산학협력을 기반으로 하는 설계 중심의 새로운 공학교육 방안들을 제시한다. 기존의 공학교육혁신 활동의 장단점을 분석하고 교육 제도 및 교육환경의 요구조건에 대해 경험을 바탕으로 실제적인 필요 요소를 제시한다. 산학 협력 환경 마련을 위한 방안, 종합설계실 구축과 설계교육 운영 방안, 산학협력 기반의 교육 운영 방안, 종합설계 관리를 위한 공학인증 운영 시스템 구축 방안들을 다룬다. 특히 정부의 지원과 협력 방안에 대해서 기존의 활동에 대한 분석과 함께 새로운 역할을 제시하며 혁신적 공학교육의 핵심 요소인 효과적인 설계 교육을 학습자 중심의 교육방법론을 접목하여 수행하는 방법에 대하여 논한다. 제안하는 방안들은 대부분 저자의 교육 현장에서 그 필요와 효과가 검증된 것들이다.
현재 우리나라의 건설공사 설계기준은 총 50종(설계기준 21종, 시공기준 29종)으로 관리부서가 통합되어 있지 않아 여러 가지 문제점이 발생하고 있다. 그 문제점으로 설계기준 간에 내용이 중복 또는 상이하여 사용상의 불편함이 있다. 현재 사용자가 직접 설계서를 작성 시 산재된 관련 기준을 일일이 확인하여야 하는 번거로움이 발생하고 있다. 또한, 건설기준 정비체계가 미흡하며 국외의 설계기준을 실 검증과정 없이 도입하여 우리나라 특성에 맞는 건설공사 설계기준이 반영되지 못하는 경우가 생기고 있다. 본 연구에서는 하천 댐 설계기준 및 하천 표준시방서를 관련 있는 타 분야 설계기준 및 시방서(설계기준 5종, 시방서 7종)와 상충 및 중복되는 항목을 조사, 비교하였다. 그리고 조사, 비교된 내용들을 수정 및 보완하여 '건설공사 설계 시공기준 표준화' 기획단계시 기준간의 통일성, 편의성을 고려하여 구성된 코드체계기준 중 수자원분야 표준코드체계 기준에 적용하였다.
본 연구는 대표적인 해외 MOOC 플랫폼으로부터 5개 이상의 우수 공학 강좌를 선정하여 수업을 관찰하고 강좌 구성요소를 분석함으로써 공통된 이러닝 설계전략을 도출하고자 하였다. 거시적 플랫폼 설계전략과 미시적 콘텐츠 설계전략을 찾아 국내 공학교육에서의 이러닝 강좌 설계에 대한 방향과 시사점을 제시하였다. 빠르고 효율적으로 제작된 짧은 콘텐츠 제공에 비해 학습자 참여와 다양하고 맥락적인 학습경험을 지원하는 교수-학습 전략 구현이 주된 경향으로 나타나고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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