서 론

연구의 배경 및 목적

현재 국내에서는 건축물의 에너지성능과 관련된 다양한 기준들이 마련되어 있다. 각각의 기준들에서는 건축물의 에너지성능을 평가하기 위해 건축, 기계, 전기, 신재생 분야 등에서 많은 정보들을 요구하고 있다. 그 중 외피전개도는 모든 기준에서 공통적으로 요구하는 정보로서, 외기에 직접 또는 간접 면하는 외벽, 창호, 지붕, 바닥에 대한 부위별 정보를 포함하고 있다. 열관류율, 부위별 면적 등을 포함한 외피전개도는 건축물의 에너지절약설계기준(이하 에너지절약설계기준)의 평균열관류율 산출하거나 건축물 에너지효율등급 인증기준(이하 에너지효율등급 인증기준)의 연간 1차에너지 소요량을 계산하기 위한 자료로 활용되고 있다. 이처럼 외피전개도는 건축물의 에너지성능을 평가하기 위한 중요한 정보로 사용되고 있을 뿐만아니라 필수적인 정보로 활용되고 있다.

이러한 외피전개도를 활용한 건축물 에너지성능에 관심이 집중되는 이유는 온실가스 감축을 위한 저에너지 건물설계에 대한 관심이 증대되고 있기 때문이다(최준우와 박철수, 2016). 이에 따라 저에너지 건물설계를 위한 건축물의 에너지 성능평가가 설계과정에서 반복적으로 수행되고 있다. 반복적인 건축물의 에너지 성능평가는 많은 시간과 노동력이 요구되기 때문에, BIM을 설계 초기단계부터 적극적으로 활용하여 저에너지 건물설계를 위한 건축물의 에너지 성능평가를 자동화하기 위한 연구가 진행되고 있다(김가람과 유정호, 2012; 최중식과 김인한, 2014; 김창민 외, 2017). BIM을 활용하게 되면 데이터의 공유 및 재사용으로 인해 외피전개도의 작성시간과 노력을 줄일 수 있고, 설계 변경에 대한 대응력을 향상 시킬 수 있다. 또한, 건축 재료의 물성치를 그대로 사용하기 때문에 정보의 신뢰성과 정확성의 향상을 기대할 수 있다.

한편 BIM을 활용한 외피전개도 자동추출에 앞서 다음과 같은 문제점들이 예상된다. 첫째, 건축물의 에너지성능과 관련된 기준들 중에서 외피전개도 작성방법을 나열하고 있는 것은 에너지절약설계기준과 에너지절약형 친환경주택의 건설기준(이하 친환경주택 건설기준) 두 가지 뿐이고, 외벽의 길이 산정방식 등 서로 다른 작성조건을 가지고 있다. 둘째, 외피전개도 작성 기준이 최소한의 설명과 예시만을 나타내고 있어 평가기관 및 검토자가 요구하는 정보에서 차이점이 발생하고 작성자에 따라서도 요구정보를 다르게 표현하고 있다. 이러한 이유들로 외피전개도의 요구정보가 표준화되지 못하고 작성자들에게 혼란을 일으키는 상황이 발생되고 있다.

본 연구에서는 외피전개도의 사례분석을 통하여 외피전개도의 요구정보를 도출하고, 해당 정보를 기반으로 IFC를 활용하여 표준화된 외피전개도 출력기술을 제시하고자 한다. 이를 통하여 BIM기반의 외피전개도 자동추출에 앞서 외피전개도의 요구정보를 분석하고 표준화하는 것이 필수적임을 제시하고자 한다.

연구의 방법 및 범위

본 연구의 방법은 국내 현행기준들을 분석하여 각 기준에서의 건축물 에너지성능 평가방법 및 외피전개도의 제출근거와 작성방식에 대해 알아보았다. 또한, 사례분석을 통해 외피전개도에 표현되는 정보들을 도출하여 차이점을 분석하였고, 해당 정보들을 IFC에서 바로 추출 가능한지에 대한 검토를 하였다. 이를 통해 국내 현행기준에서의 에너지성능평가 프로그램인 ECO2 및 ECO2-OD에 필요한 외피전개도에 대한 표준화된 출력기술을 개발하였다.

연구의 기초자료는 친환경건축물 컨설팅사(이하 컨설팅사), 설계사무소, 건축물 에너지성능 평가기관(이하 평가기관)의 외피전개도로, 총 10개 업체로부터 2015년 1월부터 2018년 4월 사이에 입수한 것이다. 5개의 컨설팅사와 3개의 설계사무소는 연구에 대한 설명을 하고 제공 받았으며, 2개의 평가기관 자료는 간접적으로 수집하였다. 3개 기관을 선정한 이유는 첫 번째, 컨설팅사의 경우 발주처 혹은 건축주 등으로부터 친환경건축물 계획 및 인증 등에 관한 용역을 받아 외피전개도 가장 많이 작성하는 곳이다. 두 번째, 설계사무소의 경우 컨설팅사 다음으로 외피전개도를 많이 작성하는 곳으로서 입면도 또는 단열계획도 등에 표현하여 작성한다. 마지막으로 평가기관은 지자체 등의 허가권자로부터 에너지성능에 관한 업무를 위임받아 평가하는 기관으로서 실제 외피전개도를 검토하는 곳이다. 일반적으로 평가기관에서는 외피전개도를 공개하고 있지 않으며, 공개하는 경우에도 일부 사례만 발췌하여 공개하기 때문에 많은 사례를 수집하기에는 한계가 있었다. 따라서 본 연구에서는 각 업체별로 3개씩의 사례를 수집하여, 총 30개의 사례를 분석하는 것으로 연구의 범위를 한정하였다.

연구의 목적을 달성하기 위한 연구절차는 Figure 1과 같으며, 구체적인 단계별 내용은 다음과 같다. 첫째, 건축물 에너지성능 평가를 위한 기준들의 현황분석을 하여 각 기준에서의 평가방법과 외피전개도의 작성근거에 대해 알아본다. 둘째, 사례분석을 통해 외피전개도에 표현되는 정보들을 도출하고 해당 정보의 작성방법을 분석한다. 셋째, IFC에서의 추출 방안에 대한 기준을 정립하고 요구정보별 IFC 포함여부를 검토한다. 넷째, 외피전개도의 표준화 출력기술을 개발한다.

Figure 1.

Research process

건축물의 에너지성능평가 기준 현황분석

에너지절약설계기준

에너지절약설계기준(국토교통부고시 제2017-71호)에서는 건축주가 연면적의 합계가 500㎡에 이상인 건축물에 대해서 건축허가 등을 신청하는 경우 에너지 절약계획서를 제출하도록 하고 있다. 에너지 절약계획서란 에너지절약설계기준에 따른 에너지 절약 설계 검토서를 첨부한 것을 말한다. 에너지 절약 설계 검토서는 의무사항, 에너지성능지표(Energy Performance Index, 이하 EPI), 건축물 에너지소요량 평가서로 구분된다,

EPI 평가항목 중에 건축부문 1~3번 항목은 외벽, 지붕 및 바닥의 평균 열관류율을 산출하여 해당하는 범위에 만족하는 경우 배점을 취득하게 된다. 여기서의 평균열관류율은 세부 부위별로 열관류율값이 다를 경우 이를 면적으로 가중평균하여 나타낸 것을 말한다. 해당 평균열관류율을 계산하기위한 근거서류로 외피전개도를 제출해야 한다.

친환경주택 건설기준 기준

친환경주택 건설기준(국토교통부고시 제2017-442호)에서는 사업계획승인을 받은 30세대 이상의 공동주택을 건설하는 경우 총 에너지사용량 또는 총 이산화탄소배출량을 절감할 수 있는 친환경 주택으로 건설하도록 하고 있다. 친환경 주택의 설계조건은 친환경주택 건설기준 제7조 제1항 또는 제2항 두 가지 평가방식 중에 선택하여 적용할 수 있다.

두 가지 평가방식 중에서 제1항의 설계조건은 단지 내의 단위면적당 1차에너지소요량을 평균전용면적에 따라 절감할 수 있도록 설계하여야 한다. 총 에너지절감률은 단지단위로 평가하고 평가항목에 대한 주택의 단위면적당 1차에너지소요량의 절감률 평가는 친환경주택 성능평가 프로그램(이하 ECO2-OD)을 활용하여 적합여부를 평가할 수 있다. 건축주 등은 ECO2-OD의 정보입력을 위해 외피전개도를 제출해야 하고, 건축부문에 필요한 부위 및 방위에 따른 열관류율과 면적을 확인하기 위한 용도로 활용된다.

에너지효율등급 인증기준

에너지효율등급 인증기준(국토교통부고시 제2017-76호)에서는 냉방 또는 난방 면적이 500㎡ 이상인 건축물 등을 대상으로 건축주 등이 평가기관의 장에게 신청서를 제출하여 건축물 에너지효율등급 인증을 신청할 수 있다.

건축물 에너지효율등급 인증의 기준은 ISO 13790 등 국제규격에 따라 난방, 냉방(냉방설비가 설치되지 않은 주거용 건물은 제외), 급탕, 조명, 환기 등에 대해 종합적으로 평가하도록 되어있다. 1+++등급부터 7등급까지의 10개 등급 구분되어 있고 종합평가 프로그램(이하 ECO2)으로 산출된 연간 단위면적당 1차 에너지소요량에 따라 등급이 결정된다.

인증을 신청하려는 건축주등은 ECO2 분석을 위해 열관류율 및 면적, 방위 등이 표현된 외피전개도 등을 인증관리시스템을 통하여 해당 평가기관의 장에게 제출하여야 한다.

녹색건축인증(G-SEED) 기준

녹색건축 인증기준(국토교통부고시 제2016-341호)에서는 건축법에서 정의하는 모든 건축물을 대상으로 건축주 등이 평가기관의 장에게 신청서를 제출하여 녹색건축인증을 신청할 수 있다. 녹색건축인증의 기준은 7개의 전문분야와 40개의 인증항목으로 구성되어 있다. 그 중 에너지성능분석과 직접적인 관련이 있는 항목은 “2.1 에너지 성능” 항목이고 세 가지 평가방법에 따른 배점을 적용하고 있다. 평가방법은 다음과 같다.

⋅평가방법1 : 에너지성능지표(EPI)를 적용한 경우

⋅평가방법2 : 건축물 에너지효율등급을 적용한 경우

⋅평가방법3 : 에너지절약형 친환경주택의 건설기준을 적용한 경우

건축주 등은 세 가지 평가방식 중 선택하여 해당 평가방법의 근거자료로 외피전개도를 제출해야 한다.

건축물의 에너지성능평가 기준 현황분석

기준에 따라서 평가방식과 도출하고자 하는 결과값은 다르지만 근거서류로서 외피전개도를 제출해야 한다는 점은 공통된 사항을 확인하였다. Table 1은 기준별로 평가방식 및 결과값, 외피전개도의 필요 유무에 대해 비교한 표이다.

Table 1. Comparison table by standard

공통적으로 네 가지 기준 모두에서 에너지성능을 분석하기 위해 외피전개도를 요구하고 있는 것으로 나타났다. 녹색건축인증은 다른 세 가지의 평가방법 중 선택하여 적용하므로 본 연구에서는 에너지절약설계기준, 친환경주택의 건설기준, 에너지효율등급 인증기준의 사례를 조사하여 요구정보를 검토하도록 한다.

사례사업의 선정 및 외피전개도 요구정보 도출

사례사업의 선정

본 연구에서는 외피전개도의 사례사업을 선정하기 위해서 에너지절약설계기준, 친환경주택 건설기준, 에너지효율등급 인증기준 세 가지에 대해서 주거 5개, 비주거 5개로 구분하여 선정하였다. 다만, 친환경주택 건설기준은 주택법의 하위법령으로서 주거시설에만 해당하므로 주거부문만 10개를 선정하여 총 주거 20개, 비주거 10개를 대상사업으로 선정하였다. 여기서 녹색건축인증 기준은 세 가지 기준 중 하나를 선택하여 적용하므로 별도의 사례를 수집하지 않았다. Table 2는 사례사업에 대해 주거 및 비주거로 구분한 수를 나타낸 것이다.

Table 2. Case numbers based on criteria

외피전개도 요구정보 도출

Figure 2는 에너지절약설계기준 해설서에 예시로 나온 외피전개도의 형태이다. 해당사례를 분석하기 위해 예시와 같이 외피전개도에 표현된 모든 정보들을 리스트화 시켰고, 해당 정보에 대해 각 사례에서 표현된 빈도수를 파악하였다.

Figure 2.

Planar figure of the building envelope sample of energy saving design guide

모든 사례를 분석한 결과 외피전개도에 표현되는 정보들은 외벽 면적, 창 및 문 면적, 지붕 면적, 바닥 면적, 실명, 부위별 성능내역서 부호, 치수선, 방위, 부위별 면적집계표로 총 9가지의 요구정보를 포함하고 있었다. Table 3은 각 사례에서의 항목별 표현 빈도수를 나타낸 것이다. 모든 사례에서 표현되고 있는 정보는 외벽 면적, 창 및 문 면적, 지붕 면적, 바닥 면적, 부위별 성능내역서 부호이고 실명, 치수선, 방위, 부위별 면적집계표의 경우 일부 사례에서는 표현되고 있지 않았다. 사례에서 표현되지 않았던 요구정보들은 일부 실이나 부위에서 누락된 정보들이 아닌 건물 전체에서 누락된 경우를 의미한다.

Table 3. Case survey amount based on criteria

일부 사례에서 빈도수가 다르게 나타나는 이유들은 세 가지 이유로 분석하였다. 첫째, 실명의 경우 주거와 비주거의 용도별 특성 때문이다. 주거는 대부분 단위세대 타입에 따라 조닝을 구분하여 에너지성능분석을 실시하고 비주거의 경우 실명에 따라 조닝을 구분하여 에너지성능분석을 실시한다. 비주거에서 실명에 따른 조닝은 모든 실에 대해서 필수적이지만, 주거의 경우 단위세대 타입 명을 도면명에서 표기하기 때문에 일부 사례에서는 별도로 작성하지 않는 것을 확인하였다. 둘째, 방위의 경우 외피전개도의 활용성이 기준에 따라서 달랐다. 에너지절약설계기준에서는 외피전개도를 평균열관류율 산정하는데 활용하는데, 평균열관류율 산출 시 방위에 대한 조건이 반영되지 않기 때문에 해당 기준에서의 사례가 극히 적은 것으로 확인되었다. 반면에 친환경주택 건설기준 및 에너지효율등급 인증기준에서는 ECO2 또는 ECO2-OD를 활용하여 에너지요구량을 분석하므로 방위정보가 필수정보임을 확인할 수 있었다. 셋째, 치수선 및 부위별 면적집계표는 평가자의 검토방식에 따라 달랐다. 평기기관에 질의답변에 따르면 추출한 외피전개도의 면적을 검토하기 위해 치수선을 표현해 주어야 한다고 한다. 하지만, 일부 평가자의 경우 면적집계표 등을 통해 검토방안을 대체한다고 한다. 따라서 사례에서 조사된 모든 정보들은 특정 사례에서 조금씩의 차이를 갖지만, 각각의 기준에서 필요에 의해 작성되는 자료이므로 모두 필수적인 요구정보로 판단하였다. 본 자료를 통하여 외피전개도 자동추출에 앞서 외피전개도 요구정보의 표준화가 선행돼야 함을 제안하고 외피전개도의 필수정보를 추출하는 근거자료로 활용하고자 한다.

요구정보에 따른 외피전개도 작성방법

(1) 외벽 면적

Table 4, 5에서는 기준 및 사례에서 나타난 외벽의 높이와 폭에 대한 작성방법을 나타낸 것이다. 우선 각 기준에서 제시하고 있는 작성방법으로는 에너지절약설계기준의 경우 외벽 높이는 층고를 기준으로 하였고, 폭은 중심선을 기준으로 하고 있다. 반면에 친환경주택 건설기준에서는 높이는 천장고, 폭은 안목치수에 벽체두께를 포함한다고 나와 있으며, 에너지효율등급 인증기준에서는 별도의 작성방법이 있지 않았다. 사례에 나타난 작성방법을 보면 에너지절약설계기준 및 친환경주택건설기준은 기준에서 제시하는 작성방법과 동일하게 나타났고, 에너지효율등급에서는 에너지절약설계기준과 동일한 형태의 작성방법으로 표현되었다.

Table 4. Guide for wall height

Table 5. Guide for wall width

(2) 창 및 문 면적

Table 6은 창 및 문의 면적에 대한 작성방법을 기준 및 사례에서 나타낸 것이다. 에너지절약설계기준에서만 “창 및 문 전개도의 경우에는 창틀 외각을 기준으로 한다”라는 작성기준이 있었고, 이외의 기준들에서는 작성방법이 나와 있지 않았다. 사례에서는 세 가지 기준 모두에서 창 프레임을 포함한 면적으로 확인 되었다.

Table 6. Guide for windows and doors area

(3) 지붕 및 바닥 면적

Table 7은 지붕 및 바닥 면적에 대한 작성방법을 기준 및 사례에서 나타낸 것이다. 에너지절약설계기준에서는 중심선을 기준으로, 친환경주택건설기준에서는 안목치수가 기준이었고 에너지효율등급 기준에서는 별도의 조건이 없었다. 사례에서는 기준에서의 작성방법을 따랐고 에너지효율등급 기준은 중심선을 기준으로 작성한 것을 확인할 수 있었다.

Table 7. Guide for roof and floor area

(4) 부위별 성능내역서 부호

Table 8은 부위별 성능내역서 부호의 작성방법을 기준 및 사례에서 나타낸 것이다. 에너지절약설계기준에서는 벽체, 창 및 문의 종류는 부위별 성능내역서의 기호로 구분하게 나타나있었고 이오의 기준에서는 언급되지 않았다. 사례에서는 세 가지 모든 기준에서 성능에 따라 부호로 구분하여 작성된 것을 확인할 수 있었다.

Table 8. Guide for sign of function specification per part

(5) 실명

Table 9은 부위별 성능내역서 부호의 작성방법을 기준 및 사례에서 나타낸 것이다. 각 기준에서 실명을 작성하는 방식은 없었지만, 사례를 통해 에너지절약설계기준과 에너지효율등급 인증기준에서는 존에 따라서 실명을 작성하고 친환경주택 건설기준에서는 타입에 따라 실명을 작성하는 것으로 확인되었다.

Table 9. Guide for room name

(6) 치수선

외피전개도의 치수선도 작성방식에 관한 기준은 없었고, 사례분석을 통해 약 80%이상에서 치수선을 확인할 수 있었다. 필수적인 요구정보는 아니기 때문에 모든 사례에서 확인되진 않았지만, 외벽과 창 및 문의 면적을 확인하기 위한 용도로서 반드시 작성해야 하는 정보로 유추 할 수 있었다.

(7) 방위

각 방위의 범위는 정북방향을 0도 기준으로 북향은 337.5° 이상 22.5° 미만, 북동향은 22.5° 이상 67.5 미만, 동향은 67.5° 이상 112.5° 미만, 남동향은 112.5° 이상 157.5° 미만, 남향은 157.5° 이상 202.5° 미만, 남서향은 202.5° 이상 247.5° 미만, 서향은 247.5° 이상 292.5° 미만, 북서향은 292.5° 이상 337.5° 미만으로 구분하여 8방위 형태로 구성한다.

(8) 부위별 면적산출표

부위별 면적산출표는 부위별 성능내역서의 부호에 따른 면적의 합계를 나타낸 표이다. 기준별로 구분하거나 주거 및 비주거로 분류하여 비율을 확인해보아도 큰 특징을 나타내지 않았다. 이는 평가자의 검토사항을 간편하게 하기 위해 작업자의 선택적인 요구보로 유추 할 수 있었다.

기준별 외피전개도 작성방법

외피전개도의 요구정보에 따라 작성방법을 알아보았다. 에너지절약계획서와 친환경주택건설기준에서의 가장 큰 차이점은 외벽, 지붕, 바닥 면적의 작성기준이었고, 에너지효율등급 인증기준은 모두 에너지절약계획서의 기준을 인용하여 작성한다는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 사례사업에서 조사된 모든 요구정보를 필수정보로 판단하고 에너지절약 설계기준과 친환경주택 건설기준 두 가지 기준에 대해서만 BIM을 활용한 자동추출 방안을 고려하도록 한다.

개방형 BIM에서의 정보 추출 가능 여부 분석

IFC의 정의 및 버전 설정

현재 건설 분야에서는 다양한 BIM 소프트웨어를 사용하고 있고 각각의 BIM 소프트웨어는 고유의 저장형식을 가지고 있어서 소프트웨어 간의 정보호환이 안 되는 문제점이 있다.

BIM 소프트웨어 간의 정보 호환에 따른 문제를 해결하기 위해 buildingSMART에서 IFC를 개발하였다. IFC는 개방형 BIM의 표준포맷으로 하드웨어 및 소프트웨어에 종속되지 않고 BIM 정보의 공유 및 교환이 가능하다. IFC는 1994년에 개발이 시작되어 2016년 7월 15일에 공개된 ‘IFC4 Addendum 2’버전까지 출시됐다. 본 연구에서는 IFC의 최신 버전인 ‘IFC4 Addendum 2’를 기반으로 외피전개도 정보관리 기술을 개발하고자 한다.

기준별 외피전개도 요구정보 IFC 포함여부 검토

Table 10은 에너지절약 설계기준과 친환경주택 건설기준에서의 외피전개도 요구정보를 IFC에 포함하고 있는지에 대한 여부를 검토한 표이다. 검토 결과 공통적으로 부위별 성능내역서와 부위별 면적집계표 및 치수선이 포함 되지 않았고, 친환경주택 건설기준에서의 외벽 높이와 길이가 IFC 정보에 없는 것으로 확인되었다.

Table 10. Result of review of planar figure of the building envelope requirement information by criteria including IFC

○ : Include IFC

X : Without IFC

외피전개도 표준화 출력기술 개발

외피전개도 표준화

지금까지의 분석에 따르면 외피전개도 요구정보는 작성방법에 따라 상이하며 각 기준에서 도출하고자 하는 결과값에 따라 차이가 나는 것으로 확인되었다. 또한 일부 정보들의 빈도수가 다르게 나타나면서 외피전개도 요구정보에 혼란을 야기하고 있다. 또한 건축물의 에너지성능분석, 외피전개도 자동추출에 대한 관심이 급증하는 추세를 고려할 때 외피전개도 요구정보의 표준화는 매우 중요한 절차로 판단되므로 다음과 같은 표준화를제안하고자 한다.

(1)사례사업에서 조사된 9가지 요구정보는 모두 필요에 의하여 작성된 정보이므로 모두 표준화 모형에 반영한다. 요구정보에 따른 세부 정의는 Table 11과 같이 구성하였다.

Table 11. Standardization of planar figure of the building envelope requirement information

(2)외피전개도 작성기준은 에너지절약 설계기준과 친환경주택 건설기준 두가지로 구분하고 외벽, 지붕, 바닥면적 세 가지 요구정보는 기준에 따라 선택하여 적용할 수 있도록 한다.

(3)창 및 문의 면적은 창틀을 포함한 면적으로 산출한다. 실명은 타입 및 존에 따라서 작성되도록 한다. 부위별 성능내역서 부호는 서로 다른 재료의 특성을 갖는 단면형상에 따라 구분된 부호로 정하여 사용한다. 치수선은 작성된 외피전개도의 부위별 성능내역서 부호에 맞춰 기입한다. 방위는 대지 내에서의 도면의 방향을 고려해 표현한다. 부위별 면적집계표는 부위별 성능내역서 부호에 따라 해당 외피전개도의 모든 면적을 합산하여 하나의 표로 나타낸다.

외피전개도 표준화 모형 및 출력기술 제안

사례분석을 통해서 외피전개도의 요구정보 뿐만 아니라 출력방식이 사례마다 다르다는 점을 확인하였다. 외피전개도를 작성하는 기관 또는 작성자에 따라서 출력방식이 다르다 보니 작성자 이외의 사람이 외피전개도를 파악하는데 불편함을 겪고 있고, 평가기관에서도 검토시간이 오래 걸리는 문제점이 발생하였다. 따라서 외피전개도 표준화 출력기술을 다음과 같이 제안한다.

첫 번째로 외벽 면적의 출력방법은 다음과 같다. 가장 먼저 IFC에서 부위별 성능내역서의 부호에 따른 외벽 좌표 X,Y값을 추출하고, X좌표의 최대 및 최솟값과 Y좌표의 최대 및 최솟값을 이용하여 외벽의 길이를 산출한다. 부위별 성능내역서의 부호마다 가지고 있는 좌표들 중 (Xmin, Ymin), (Xmax, Ymin), (Xmin, Ymax), (Xmax, Ymax) 4개의 좌표를 설정 후 외피전개도의 기본 라인을 작성한다. 본 연구에서는 사례마다 다르게 나타는 외피전개도의 표준화를 위해 도면에서 반드시 표기하는 A3 용지 크기의 스케일을 활용하기로 한다. Table 12에서는 외벽라인과 외피전개도의 거리를 해당 도면 A3 스케일로 나눈 값들을 분류하였다. 외벽라인에 붙여서 작성하는 경우도 있고, 기준 없이 외피전개도를 작성한 형태도 나타났다. 그 중에서 가장 많은 빈도수를 보이고 있는 범위는 계산 값이 15초과 20이하인 경우로 확인 되었다. 다시 말해서 외피전개도의 위치가 A3 스케일의 역수에 20배를 한 값만큼의 간격을 띄워서 작성한 경우가 가장 일반적이었고 가독성이 좋은 형태로 판단하였다. 따라서 가이드라인1을 A3 스케일의 역수에 20배를 한 값에 천장고 또는 층고 높이를 합산하여 외피전개도가 표현될 위치로 작성한다. 그리고 외벽 좌표 및 길이 데이터를 이용하여 가이드라인1에 맞춘 외벽면적을 작성한다.

Table 12. Distance form wall line to Planar figure of the building envelope

두 번째로 창호 면적 출력방법은 외벽 면적 추출과 동일하게 IFC에서 부위별 성능내역서의 부호에 따른 창호(창 및 문)의 좌표 X,Y값을 산출하고, 가이드라인1에 맞춰 외벽면적과 중첩되게 창호면적을 작성한다. 이때 외벽면적은 창호면적을 제외한 면적으로 추출한다.

지붕 및 바닥 면적의 추출은 동일한 부위별 성능내역서 부호를 갖는 각 좌표를 연결한 폐곡선 형태의 다각형을 작성하여 면적을 산출한다.

치수선은 외피전개도 바깥라인이 되는 가이드라인1에서 스케일의 역수에 5배를 한 값만큼의 간격을 띄워 가이드라인2를 작성한다. 가이드라인2에 맞춰 외벽의 부위별 성능내역서 부호에 맞춰 각각의 치수선을 추출한다. 방위는 도면의 우측 상단에 출력하도록 구성하고, 부위별 면접집계표는 좌측 상단에 출력할 수 있도록 출력한다. Figure 3은 해당 출력기술의 방식을 반영하여 나타낸 표준화된 외피전개도 형태이다. 해당 자료에는 부위별 성능내역서 부호에 따른 외벽 및 창호의 면적과 방위, 치수선, 부위별 면적집계표 등을 포함한다.

Figure 3.

Standardized model of planar figure of the building envelope requirement information

Figure 3은 해당 출력기술의 방식을 반영하여 나타낸 표준화된 외피전개도 형태이다. 해당 자료에는 부위별 성능내역서 부호에 따른 외벽 및 창호의 면적과 방위, 치수선, 부위별 면적집계표 등을 포함한다.

결 론

본 연구에서는 문헌을 통한 기준 분석과 평가기관에 제출 되고 있는 사례들을 통하여 BIM 기반의 외피전개도를 자동추출 하는데 있어서 발생할 수 있는 문제 및 고려사항들에 대해서 서술하였다. 연구의 주요 결과는 다음과 같다.

(1) 국내의 건축물 에너지성능평가와 관련된 기준들은 총 네 가지 기준이 있다. 각 기준들에서 요구하는 외피전개도의 작성기준을 분석한 결과, 외피전개도의 작성기준은 에너지절약설계기준과 친환경주택의 건설기준 두 가지로 구분되는 것으로 나타났다.

(2) 외피전개도 작성 사례들을 분석한 결과 총 아홉 가지의 요구정보들이 표현되었고, 그 중에서 외벽, 지붕, 바닥, 창호의 면적과 부위별 성능내역서 부호는 모든 사례에서 표현되었지만 실명, 치수선, 방위, 부위별 면적집계표는 사례마다 다른 경우를 보여주었다. 이러한 정보들은 외피전개도 작성기준에는 나와 있지 않은 항목들이지만 기준에서 요구하는 결과값을 얻기 위한 필요정보이므로 외피전개도 자동추출 시 포함해야하는 요소로 판단된다.

(3) 에너지절약설계기준과 친환경주택의 건설기준에서의 외피전개도 작성방식은 일부 항목에서 차이를 보였다. 외벽의 경우 에너지절약설계기준은 중심선으로 작성하고 친환경주택 건설기준에서는 안목치수에 벽체두께를 더한 길이를 기준으로 하였다. 지붕 및 바닥은 에너지절약설계기준에서는 중심선으로 친환경주택 건설기준에서는 안목치수로 작성한다.

(4) 외피전개도에 표현되는 아홉 가지 정보들 중에서 IFC를 포함하고 있어서 바로 추출이 가능한 엔티티가 있는 반면 그렇지 않은 정보들도 존재하였다. 부위별 성능내역서 부호, 지붕 면적, 치수선, 부위별 면적집계표와 친환경주택의 건설기준의 외벽 높이와 길이는 IFC를 포함하고 있지 않아 바로 추출이 불가능하였다.

(5) 외벽 등의 최대 및 최소 좌표값 등을 이용하여 가이드라인을 작성하고, 기준에 맞는 높이로 외피전개도를 추출하여 표준화된 외피전개도를 작성할 수 있다. 현재수준에서는 BIM 파일만으로 외피전개도를 자동추출 하는 것은 아직 부족한 수준이다. 따라서 에너지성능분석에 필요한 외피전개도를 자동 추출하기 위해선 다음과 같은 쟁점들이 선행적으로 고려되어야 할 것이다. 첫째, 에너지절약설계기준과 친환경주택 건설기준의 서로 다른 두 가지 평가방식에서 외피전개도를 자동추출 할 수 있도록 해야 한다. 둘째, 사례에서 표현된 모든 항목들을 필수정보로 판단하여 자동추출에 필요한 항목들로 정의한다. 셋째, IFC에서 정보를 포함하고 있지 않은 엔티티들에 대한 알고리즘의 개발이 필요하다.

본 연구에서는 BIM으로부터 외피전개도 작성에 요구되는 정보를 자동으로 추출하는 과정에서 발생할 수 있는 문제 및 고려사항에 대해 제시하였다. 향후 연구에서는 IFC로부터 외피전개도의 요구정보를 추출할 수 있는 방안 및 알고리즘을 제안할 예정이다.