서 론

연구의 목적

최근 건물 에너지 소비에 큰 영향을 미치는 창세트의 에너지 성능에 대한 관심이 증대되고 있다. 창세트를 통해 손실되는 에너지를 저감하기 위해 산업통상자원부에서는 2012년 7월부터 ‘창세트 에너지소비효율등급 표시제도’를 시행하고 있다. 이후, 시험에 소요되는 비용 및 시간 감소를 위해 창세트의 에너지소비효율등급 결정 기준 중 하나인 열관류율을 ISO 15099에 따른 소프트웨어(THERM, WINDOW 등)를 이용한 시뮬레이션으로 평가할 수 있도록 개정하였다(산업통상자원부, 2012). 해당 규정에 따라 창세트 기본모델에서 유리 두께, 유리 종류, 유리 코팅, 충진 가스, 충진 단열재, 창호 핸들이 변경되는 경우 시뮬레이션을 활용한 성능 평가가 가능하게 되었다. 그러나 시험에 비해 상대적으로 낮지 않은 시뮬레이션 비용과 함께 시뮬레이션에 대한 인식 부족의 이유로 시뮬레이션이 아직 활성화되지 못하고 있다. 이에, 2015년 3월에는 창세트 시뮬레이션의 활성화를 위한 공청회를 통해 창세트 관련 효율관리기자재 운용규정(산업통상자원부 고시 제2015-37호)을 개정하였다. 개정된 규정에 따르면 유리사양, 개폐되는 부분의 면적, 열교차단재가 기본모델에서 변경되는 경우에도 시뮬레이션으로 평가할 수 있도록 적용 범위를 확대 하였다.

하지만 이러한 노력에도 불구하고 현재 시뮬레이션평가법의 활용은 기대에 미치지 못하고 있는 실정이다. 창세트의 시뮬레이션 평가는 정확성을 확보해야 할 뿐만 아니라, 유리와 프레임의 조합에 따라 열관류율을 간단하고 신속하게 평가할 수 있어야 한다(이용준 외, 2016). 그러나 현재의 창세트 시뮬레이션은 수작업으로 수행됨에 따라 분석 시간이 증가하며, 이는 곧 단가 상승으로 이어진다. 뿐만 아니라 모델링 과정에서 형상정보 오차 및 물성정보 입력의 오류 등으로 평가 결과의 신뢰성에 대한 문제도 발생한다. 특히, 프레임 모델링의 경우 창세트 상세도를 바탕으로 창세트를 구성하는 프레임의 모서리를 평가자가 하나하나 그려야 할 뿐만 아니라, 하나의 창세트에 해당하는 다수의 단면을 수작업으로 모델링하기 때문에 이로 인한 업무 비효율성에 따른 생산성과 분석 결과의 신뢰성 저하가 가장 큰 문제로 제기된다.

한편, Building Information Modeling (BIM) 설계가 확산됨에 따라 BIM 설계를 지원하는 라이브러리도 다수 구축되고 있다. BIM 라이브러리는 건물을 구성하는 부재에 대한 형상과 속성정보를 포함하는 BIM 객체의 체계적인 집합을 의미한다(신지혜 외, 2016). BIM 설계 시에는 형상과 속성정보를 포함하고 있는 기 구축된 BIM 라이브러리를 활용한다(최동권과 김재정, 2014). BIM 라이브러리 구축 대상으로는 주로 창세트, 기둥, 벽, 문과 같이 재활용성이 높은 객체로 선정하게 된다(신지혜 외, 2016). 이와 같은 건축분야 라이브러리의 경우 국내·외에서 다양한 공유 시스템을 개발하여 활용하고 있으며, 부재 제작업체들이 직접 BIM 라이브러리를 공유하고 검색하는 기능도 제공하고 있다(문현석 외, 2016). 아직 창세트 열관류율 시뮬레이션에 창세트 BIM 라이브러리를 활용하는 방법이 제시되지는 않았으나, 창세트 BIM에 포함된 형상정보를 활용하면 현 방식의 시뮬레이션 과정에서 발생하는 생산성 및 신뢰성 저하를 개선할 수 있다.

이에 본 연구에서는 창세트 BIM으로부터 형상정보를 추출하고, 이를 창세트 열관류율 시뮬레이션 프로그램에 입력 가능한 형태로 자동 변환하는 방안을 제안하고자 한다. 이를 통해 창세트 열관류율 시뮬레이션의 생산성과 신뢰성을 향상시킬 뿐만 아니라, 창세트 열관류율 시뮬레이션 활성화에 기여하고자 한다.

연구의 범위 및 방법

현재 BIM 설계 도구에서 공통적으로 지원하는 개방형 파일 형식은 Industrial Foundation Classes (IFC)이다. 이에 본 연구에서는 BIM 설계 도구 활용의 확장성을 고려하여 개방형 BIM을 IFC 파일로 한정한다.

창세트 열관류율 시뮬레이션 프로그램은 KS F 3117에 따라 THERM을 대상으로 한다. THERM은 창세트 형상정보 입력을 위해 그림 형식인 BMP, 도면 형식인 DXF, 그리고 자체 형식인 THMX를 지원한다. 이중 THMX 파일은 창세트 열관류율 시뮬레이션에 필요한 모든 정보를 포함하므로, 본 연구에서는 THERM 입력 형식을 THMX 파일로 한정한다.

본 연구의 목적을 달성하기 위한 연구 방법은 다음 Figure 1과 같다. 첫째, 창세트 열관류율 시뮬레이션에 필요한 형상정보를 정의한다. 둘째, 개방형 BIM인 IFC 파일로부터 창세트의 형상정보를 추출하기 위한 방법을 제안한다. 셋째, IFC 파일에서 추출한 형상정보를 THMX 파일에 적합하게 변환하기 위한 방법을 제안한다. 마지막으로 제안한 방법의 생산성과 신뢰성을 검증하기 위한 파일럿 테스트를 수행한다.

Figure 1.

Research process

창세트 시뮬레이션을 위한 형상정보 정의

창세트 유형별 단면 종류 분석

창세트 열관류율 시뮬레이션 프로그램인 THERM에서는 캐드에서 불러온 DXF 형식의 창세트 단면도를 모델링하여 열관류율을 분석한다. 이때 창세트의 유형별로 요구하는 단면 종류가 다르기 때문에, 창세트 유형에 따라 각기 다른 단면도를 모델링하여 분석한다. THERM에서는 창세트 유형을 고정창, 프로젝트 창, 여닫이창, 오르내리창, 미닫이창 등 총 다섯 가지 유형으로 구분한다(LBNL, 2014).

창세트 열관류율 시뮬레이션에 요구되는 단면은 미닫이창을 예로 들었을 때 Head, Sill, Jamb, Meeting Rail로 구분되며, 창세트에서 각 단면의 위치는 Figure 2와 같다. 창세트의 상단에 위치한 부재는 Head로 정의하며, 하단과 측면 부재는 각각 Jamb과 Sill로 정의한다. 오르내리창이나 미닫이창과 같이 두 프레임이 맞닿는 위치의 부재를 Meeting Rail로 정의한다. 미닫이창을 예시로, Meeting Rail의 단면은 좌측 창의 우측 부재와 우측 창의 좌측 부재의 형상을 모두 포함한다.

Figure 2.

Cross section type in case of horizontal slider

Table 1은 각 창세트 유형별로 열관류율 시뮬레이션에 요구되는 단면을 정리한 결과이다. 고정창, 프로젝트 창, 여닫이창은 공통적으로 Head, Sill, Jamb의 세 가지 단면을 필요로 한다. 오르내리창, 미닫이창의 경우에는 Head, Sill, Jamb에 더해 Meeting Rail에 대한 단면을 요구한다. 또한 오르내리창은 Jamb을 상단에 위치하는 Jamb을 Jamb Upper로, 하단에 위치한 Jamb을 Jamb Lower로 구분하여 입력한다.

Table 1. Required cross section for each window set type

THMX 파일 요구 형상정보 정의

THERM의 입력 형식인 THMX에는 창세트 열관류율 시뮬레이션에 필요한 정보인 형상, 자재, 경계조건 등을 모두 포함한다. 이 중 형상정보는 THMX 파일 내에서 ‘Polygons’ 항목에 입력된다. 창세트 열관류율 시뮬레이션을 위해 ‘Polygons’ 항목에서 요구하는 형상정보는 Table 2와 같다. 폴리곤(Polygon)은 창세트를 구성하는 부재들 중 하나를 의미하며, 각각의 폴리곤마다 ‘Polygon ID’, ‘Material Name’, ‘Nsides’, ‘Type’, ‘Units’, ‘Point Index’, ‘X’, ‘Y’를 포함한다.

Table 2. Required geometry information in THMX file

‘Polygon ID’는 창세트를 구성하는 부재를 인식하기 위한 번호를 의미하며, 창세트를 구성하는 부재마다 각기 다른 번호를 부여받는다. ‘Material Name’은 해당 부재를 구성하는 자재명을 나타내며, ‘Nsides’는 부재의 형상을 표현하기 위한 변의 개수를 의미한다. 또한 ‘Type’은 부재의 유형을 나타내며, ‘Units’는 형상을 구성하는 꼭짓점 좌표를 나타내는 단위를 의미한다. ‘Units’는 인치 또는 밀리미터 중에 하나를 선택하여 입력한다. ‘Point Index’는 부재의 형상을 나타내는 꼭짓점의 순서를 나타내는 숫자이다. ‘Point Index’는 서로 연결된 꼭짓점 간에 순차적으로 0부터 시작하여 1 단위로 증가한다. ‘X’와 ‘Y’는 꼭짓점의 X좌표와 Y좌표를 나타내며, 하나의 ‘Point Index’에는 하나의 ‘X’와 ‘Y’를 포함한다.

창세트 BIM의 형상정보 추출

창세트 BIM 형상정보 표현 유형 정의

BIM에서는 객체의 형상을 평면 또는 다수의 평면 집합인 솔리드(solid)로 표현한다(Kota et al., 2014). 이는 IFC에서 ‘Body SweptSolid Geometry’, ‘Body Brep Geometry’, ‘Body CSG Geometry’ 등의 다양한 표현 방식으로 객체의 형상에 따라 결정되어 IFC 파일에 저장된다(Ma et al., 2015). 창세트의 경우 목재 프레임, 유리와 같이 단순한 형상도 있는 반면에, 복잡한 형상도 존재한다. IFC 파일에서 창세트의 단순한 형상은 ‘Body SweptSolid Geometry’ 방식으로, 복잡한 형상은 ‘Body Brep Geometry’ 방식으로 표현된다.

‘Body SweptSolid Geometry’는 Figure 3과 같이 특정 형상의 평면을 일정 깊이만큼 연속시키는 표현 방식이다. 이는 하나의 면이 개방된 형상(a), 직육면체 형상(b), 가운데 빈 공간이 존재하는 경우(c) 등 세 가지 표현방식으로 구분된다. 각 방식은 면의 꼭짓점 좌표와 깊이의 길이로 표현되는 것은 동일하나, 각 유형에 따라 IFC 파일 내에 저장되는 엔티티가 다르다.

Figure 3.

Representation type of ‘Body Swept-Solid Geometry’

‘Body Brep Geometry’ 방식을 통한 형상정보는 Figure 4와 같이 객체를 구성하는 면을 삼각형의 집합으로 구분한 후, 개별 삼각형의 꼭짓점 좌표로 형상을 표현한다. 해당 방식을 통해 직육면체와 같은 단순한 형상이 아닌, 곡면이나 상세한 형상 정보를 표현할 수 있다.

Figure 4.

Representation type of ‘Body Brep Geometry’

BIM 형상정보 정의 방법에 따른 형상정보 추출

‘SweptSolid’ 방식의 형상정보 추출

IFC에서 형상정보는 국부좌표계에서의 좌표를 전체좌표계로 변환하여 추출 가능하다(Deng et al., 2016). 국부좌표계에서의 좌표를 IFC 파일에서 추출하는 방법은 형상정보 표현 방식마다 다르다. ‘SweptSolid’ 방식의 형상 정보 추출 과정을 살펴보면(Figure 5), Ifc-WindowStyle은 창세트의 스타일을 정의하는 엔티티이며, 형상정보를 포함하고 있다. IfcWindowStyle에서 IfcRepresentationMap과 IfcShapeRepresentation을 순차적으로 참조할 수 있으며, IfcShapeRepresentation 엔티티에는 해당 객체의 형상정보 유형이 ‘Swept Solid’인지 ‘Brep’인지에 대한 정보를 포함하고 있다. IfcShapeRepresentation에서는 IfcExtrudedAreaSolid를 참조할 수 있으며, 해당 엔티티에는 평면을 정의하는 형식과 함께 깊이를 저장하고 있다.

Figure 5.

Extraction of geometry information from ‘SweptSolid’

평면을 정의하는 형식이 IfcRectangleProfileDef인 경우 IfcRectangleProfileDef 엔티티 내에 도형 원점의 좌표, 가로, 세로의 길이가 포함되어 있다. 평면을 정의하는 형식이 IfcArbitraryProfiledefWithVoids인 경우 IfcPolyLine을 참조하여 IfcCartesianPoint 엔티티에 포함된 도형을 구성하는 꼭짓점의 좌표를 추출할 수 있다. IfcArbitraryClosedProfileDef인 경우에도 IfcPolyLine을 참조하여 IfcCartesianPoint 엔티티에 포함된 도형을 구성하는 꼭짓점의 좌표를 추출할 수 있다. 추출한 평면의 형상에 깊이 값을 고려함으로써, 창세트의 3차원 형상정보를 추출할 수 있다.

‘Brep’ 방식의 형상정보 추출

Figure 6은 ‘Brep’ 형식의 형상정보 추출 과정을 나타낸다. IfcShapeRepresentation를 통한 형상정보 유형 파악까지는 앞서 서술한 ‘Swept Solid’ 형식의 형상정보 추출 방법과 동일하다. IfcShapeRepresentation에서 형상정보의 유형이 ‘Brep’이면, IfcShapeRepresentation에서 IfcFacetedBrep, IfcClosedShell을 순차적으로 참조하면 도형을 분할한 삼각형의 목록을 추출할 수 있다. 도형을 분할한 삼각형 목록에 따라 IfcFace, IfcFaceOuterBound, IfcPolyLoop를 순차적으로 참조하면 IfcCartesianPoint에서 삼각형을 구성하는 세 개의 꼭짓점에 대한 좌표 값을 추출할 수 있다. 창세트를 구성하는 모든 삼각형의 꼭짓점 좌표 값을 추출함으로써 ‘Brep’ 방식으로 저장된 창세트의 형상정보를 추출하는 것이 가능하다.

Figure 6.

Extraction of geometry information from ‘Brep’

IFC 형상정보의 THMX 변환

형상정보 변환 알고리즘 제안

앞서 분석하였다시피 THMX 파일에서 형상정보는 부재의 외곽선을 구성하는 꼭짓점의 X좌표와 Y좌표로 표현한다. IFC 파일에서 ‘SweptSolid’ 형식의 경우 형상정보를 부재의 단면 외곽선에 대한 꼭짓점과 깊이를 저장하기 때문에 THMX 파일로의 직접적인 매핑이 가능하다. 그러나 ‘Brep’ 형식의 경우 부재를 구성하는 삼각형의 꼭짓점 집합으로 구성된다. 따라서 ‘Brep’ 형식에서 추출한 형상정보를 부재의 외곽선을 구성하는 꼭짓점의 좌표로 변환하기 위한 추가적인 방법이 요구된다.

Figure 7은 IFC에서 ‘Brep’ 형식으로 저장된 형상정보를 THMX로 변환하기 위해 제안한 ‘Brep’ 형상정보 단순화 알고리즘을 도식화 한 결과이다. 그림의 좌측과 같이 ①번 삼각형을 대상으로 할 때, 부재의 외곽선을 구성하는 변은 초록색으로 표시된 변이다. 빨간색 변의 경우에는 부재의 외곽선을 구성하는 변이 아니기 때문에 제거가 필요하다. 빨간색 변의 경우에는 초록색 변과 다르게 ①번 삼각형과 ②번 삼각형이 공유하고 있다. 본 연구에서는 이에 착안하여 삼각형을 구성하는 변 중에서 인접한 삼각형과 공통으로 포함하는 변을 제외하고 다른 삼각형과 겹치지 않은 변에 해당하는 꼭짓점을 순차적으로 도형의 외곽선을 따라 추출하는 방법을 제안한다.

Figure 7.

Algorithm for geometric information mapping

이를 위해서 첫째, 부재의 형상을 구성하는 모든 삼각형을 대상으로 삼각형을 구성하는 세 개의 꼭짓점을 두 개의 꼭짓점을 포함하는 세 개의 변으로 변환한다. 둘째, 단순화를 시작할 삼각형을 임의로 선택한다. 셋째, 선택된 삼각형을 구성하는 세 개의 변 중 동일한 변을 포함하는 삼각형이 존재하는지 도형을 구성하는 모든 삼각형을 대상으로 확인한다. 만약 동일한 변을 포함하는 삼각형이 존재하는 경우, 해당 변을 제외한 나머지 변을 구성하는 꼭짓점을 저장한다. 이 과정이 종료되면 그림의 오른쪽과 같이 타 삼각형과 중복되는 변이 제거된다. 이후 ①번 삼각형을 구성하는 꼭짓점을 공유하는 삼각형을 다음 삼각형으로 하여 앞의 과정을 반복수행하면 도형 내부의 변은 제거되고 부재의 외곽선을 구성하는 꼭짓점의 좌표를 순차적으로 추출하는 것이 가능하다.

단면 생성 방안

창세트를 구성하는 유리와 프레임 구분

IFC 파일에서 추출한 형상정보는 3차원 형상이나, THMX 파일에서 요구하는 형상정보는 2차원 단면에 대한 형상이다. 이에, IFC 파일에서 추출한 3차원 형상정보를 바탕으로 창세트 유형에 따른 단면을 생성해야 한다. 각각의 단면은 2.1에서 언급하였다시피 Head, Sill, Jamb, Meeting Rail로 구분되며 특정 위치의 프레임에 대한 단면만을 요구한다. 따라서 요구 단면에 따른 절단 위치를 정의하기 위한 방안이 필요하다.

본 연구에서는 요구 단면에 따른 절단 위치를 정의하기 위해 유리의 좌표정보를 활용한다. 유리를 기준으로 추출해야 하는 각 부재들의 단면을 살펴보면, 상단에 위치한 부재들은 Head, 하단에 위치한 부재들은 Sill로, 좌측 또는 우측에 위치한 부재들은 Jamb으로 구분이 가능하기 때문이다. 유리의 좌표정보를 활용하기 위한 첫 단계는 창세트를 구성하는 부재들 중 유리와 프레임을 구분하는 것이다. 창세트의 경우 유리와 프레임의 두께를 비교하면 유리의 두께가 가장 얇은 것으로 나타난다. 따라서 창세트를 구성하는 부재들 중 두께가 가장 얇은 부재를 유리로 결정하고 나머지는 프레임으로 결정한다.

창세트 유형에 따른 단면 생성

창세트 유형에 따른 단면은 앞서 분류한 유리를 기준으로 생성한다. Figure 8은 Head와 Sill에 대한 단면 생성 방법을 예시로 나타낸다. 그림과 같이 Head의 경우 측면도를 기준으로 유리 중심의 Z 좌표 보다 큰 Z 좌표인 꼭짓점을 추출한다. 반면 Sill의 경우 측면도를 중심으로 유리 중심의 Z 좌표보다 작은 Z 좌표인 꼭짓점을 추출한다. 이와 같은 방식으로 Jamb의 경우 유리 중심의 X 좌표보다 큰 X 좌표인 꼭짓점을 추출한다. Meeting Rail은 두 창의 사이에 존재하는 꼭짓점들을 모두 추출한다. 이를 통해 IFC 파일로부터 추출한 3차원 형상 정보로부터 Head, Sill, Jamb, Meeting Rail의 2차원 단면에 대한 형상을 나타내는 꼭짓점의 좌표를 추출할 수 있다.

Figure 8.

Algorithm for generating cross section

파일럿 테스트

파일럿 테스트 대상 창세트 모델링

본 연구에서 제안한 방법의 성능을 검증하기 위해 창세트 BIM을 대상으로 파일럿 테스트를 실시하였다. 파일럿 테스트 대상은 IFC에서 창세트 형상을 저장하는 형식인 ‘SweptSolid’ 방식과 ‘Brep’ 방식이 모두 포함되도록 선정하였다. 해당 창세트 BIM은 Autodesk® Revit®의 기본 라이브러리와 인터넷에 공개된 창세트 BIM 라이브러리를 활용하였다. Figure 9는 파일럿 테스트에 활용된 창세트를 나타낸다. Figure 9(a)와 (b)는 고정창이며 (a)는 단순한 형상으로, (b)는 복잡한 형상으로 모델링되어 있다. Figure 9(c)와 (d)는 각각 오르내리창과 미닫이창인 창세트로, 목재로 이루어진 단순한 형상이다. 창세트 유형 중 프로젝트 창과 여닫이창은 고정창과 동일한 단면을 요구하므로, 테스트에서 제외하였다.

Figure 9.

Window sets for pilot test

Autodesk® Revit®과 같은 BIM 설계 도구에서는 창세트의 상세 단면을 나타내기 위해 상세 뷰 기능을 제공한다. 상세 뷰 기능은 모델의 특정 부분에 상세도가 나타나도록 하는 기능이다. 이 기능을 이용하면 BIM 모델을 상세히 작성하지 않아도 상세 뷰를 통해 지정된 단면의 상세를 확인할 수 있다. 현재 인터넷에 공개된 창세트 BIM 라이브러리는 상세 뷰 기능을 통해 창세트의 상세도를 확인하도록 되어있다. 그러나 상세 뷰 기능은 3차원 형상정보를 포함하는 것이 아니기 때문에, 본 연구에서는 창세트 BIM으로부터 형상정보를 추출하기 위해 상세 뷰를 바탕으로 프레임의 상세 모델링을 수행하였다.

또한 라이브러리인 경우 Autodesk® Revit®에서는 패밀리로 저장 된다. 패밀리 상태에서는 IFC 파일로의 저장이 불가능하다. 이에 본 연구에서는 새로운 프로젝트를 생성하여 벽과 창을 모델링 한 후, 창에 앞서 모델링 한 창세트 패밀리를 불러왔다. 벽과 창이 포함된 프로젝트를 IFC 파일로 저장함으로써 창세트 BIM의 IFC 파일을 생성하였다.

파일럿 테스트 결과

파일럿 테스트를 위해 선정된 창세트를 대상으로 본 연구에서 제안한 형상정보 추출 방법을 적용한 결과는 Table 3과 같다. 파일럿 테스트 대상 중 고정창 두 개의 경우 Head, Sill, Jamb에 대한 단면을 나타내며, 오르내리창과 미닫이창의 경우 Head, Sill, Jamb, Meeting Rail에 대한 단면을 보여준다. 그림에서 오르내리창의 Jamb은 Upper Jamb과 Lower Jamb 중 Upper Jamb을 예시로 보여준다. 고정창-1과 고정창-2의 결과에서 살펴볼 수 있듯이, 단순한 형상뿐만 아니라 복잡한 형상에 대해서도 창세트 BIM으로부터 단면 형상이 추출된 것을 확인할 수 있다. 또한 단면 유형별로도 형상정보를 자동으로 추출할 수 있다. 해당 결과를 통해 창세트 열관류율 시뮬레이션에서 요구하는 창세트 유형에 따른 단면의 형상정보를 IFC 파일로부터 자동으로 추출 가능함을 알 수 있다.

창세트 BIM에서 추출한 형상정보의 THMX 파일 매핑 결과는 Figure 10과 같다. Figure 10은 Figure 9(b)의 고정창-2를 대상으로 창세트 BIM으로부터 Sill 단면에 대한 형상정보를 추출하여 THMX 파일로 저장한 결과를 예시로 보여준다. <Polygons> 항목 아래에 창세트의 형상정보가 포함되어 있으며, <Point index>에 따라 부재의 단면을 구성하는 X좌표와 Y좌표가 저장되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이는 기존 IFC 파일에 저장되어 있는 형상정보가 THMX 파일에서 요구하는 형태로 변환되었음을 의미한다. <Polygons>는 창세트를 구성하는 부재의 수만큼 존재한다. 자재정보는 유리와 프레임만 구분하였으며, 앞서 유리와 프레임을 분류한 결과에 따라 자재를 구분하였다. 프레임을 구성하는 부재는 하나의 재료로 통일하였으며, 단위는 mm로 설정하였다.

Table 3. Results of geometry information extraction from window set BIM

Figure 10.

Example of THMX file

제안된 방법으로 THMX 파일에 매핑된 형상정보가 창세트 열관류율 시뮬레이션 프로그램인 THERM에서 활용 가능한지에 대한 호환성 검증을 실시하였다. Figure 11은 THMX 파일을 THERM에 불러온 결과로 하늘색은 유리를, 초록색은 프레임을 나타낸다. 그림에서 확인할 수 있듯이 IFC 파일에서 프레임을 구성하는 부재의 상세한 형상을 그대로 추출하였다. 뿐만 아니라, 도면을 불러온 후 도면에 따라 사용자가 부재를 구성하는 꼭짓점을 일일이 지정해주는 과정이 필요 없어 창세트의 형상정보 입력을 위한 추가적인 노력을 요구하지 않는다. 형상정보의 정확성을 검증하기 위해 2차원 단면도를 불러와서 수작업으로 작성한 모델과 BIM에서 자동 추출한 모델을 비교한 결과, 소수점 반올림으로 인한 오차를 제외하고는 일치하는 것으로 나타났다.

Figure 11.

Result of inputting THMX file to THERM

결 론

본 연구에서는 창세트 형상정보를 창세트 열관류율 시뮬레이션 프로그램에 자동으로 입력하기 위해, 개방형 BIM인 IFC 파일로부터 창세트의 형상정보를 추출하고, 이를 시뮬레이션 프로그램인 THERM에 입력 가능한 형태인 THMX 파일로 자동 변환하는 방안을 제안하였다. 연구의 주요 결과는 다음과 같다.

(1)공인 창세트 열관류율 시뮬레이션 프로그램인 THERM의 입력 파일형식인 THMX에서 요구하는 형상정보를 분석하였다. THMX 파일 내에서 형상정보는 ‘Polygons’ 항목에 저장되며, 부재의 외곽선을 따라 순차적으로 ‘Point Index’와 꼭짓점의 X좌표와 Y좌표를 저장한다. 해당 형상정보는 창세트 유형에 따른 단면에 따라 각각 입력되어야 한다.

(2)IFC 파일의 창세트 BIM 형상정보 표현방법에 따른 형상정보 추출 방법을 제안하였다. IFC 파일에서 창세트의 단순한 형상은 ‘Body SweptSolid Geometry’ 방식으로, 복잡한 형상은 ‘Body Brep Geometry’ 방식으로 표현된다. ‘Body SweptSolid Geometry’ 방식은 평면을 구성하는 꼭짓점과 깊이로 형상정보를 표시한다. 반면, ‘Body Brep Geometry’ 방식은 창세트를 구성하는 평면을 삼각형의 집합으로 구분하고, 개별 삼각형을 구성하는 꼭짓점으로 형상정보를 표시한다. IFC에서 각 방식에 따라 형상정보를 추출하기 위한 엔티티를 정의함으로써 창세트의 형상정보를 추출하였다.

(3)IFC 파일에서 추출한 창세트 BIM의 형상정보를 THMX 파일에서 요구하는 형태로 변환 하는 방법을 제안하였다. ‘SweptSolid’ 형식의 경우 형상정보를 부재의 단면 외곽선에 대한 꼭짓점과 깊이를 저장하기 때문에 THMX 파일로의 직접적인 매핑이 가능하다. 반면, ‘Body Brep Geometry’ 방식의 경우 삼각형의 꼭짓점으로 형상정보를 저장하기 때문에, THMX에서 요구하는 꼭짓점의 형태로 변환하였다. 또한 Head, Sill, Jamb 등의 특정 부위에 해당하는 꼭짓점들을 추출하기 위해 유리와 프레임을 구분하고 구분된 결과에 따라 단면에 적합한 꼭짓점을 추출하였다.

(4)본 연구에서 제안한 방법의 생산성과 정확성을 검증하기 위해 파일럿 테스트를 수행하였다. 파일럿 테스트 대상으로 선정된 창세트의 IFC 파일에 제안한 방법을 적용함으로써 자동으로 형상정보를 추출하고 이를 THMX 파일에서 요구하는 형태로 변환하여 THERM에 입력하였다. 또한 수작업으로 작성한 단면과 형상을 비교 한 결과, 소수점 반올림으로 인한 오차 외에는 일치하는 것으로 나타났다.

본 연구에서 제안한 방법은 창세트 열관류율 시뮬레이션에 필요한 형상정보를 자동으로 입력할 수 있기 때문에 시뮬레이션의 생산성을 증가시킬 수 있다. 특히, 일부분만 변경하여 시뮬레이션을 수행하는 창세트 시리즈 모델의 특성 상, 변경된 부분에 대한 반복 작업이 감소할 것으로 기대된다. 또한 창세트 프레임 모델링 과정에서 평가자의 실수에서 오는 형상정보의 오차가 발생하지 않기 때문에, 시뮬레이션 결과의 신뢰도를 확보할 수 있다.

본 연구에는 창세트 열관류율 시뮬레이션의 자동화를 위해 시뮬레이션 시 가장 큰 비중을 차지하는 창세트의 형상정보 추출만을 범위로 하였다. 그러나 창세트 열관류율 시뮬레이션을 위해서는 창세트의 형상정보 뿐만 아니라 속성정보 및 경계조건도 필요로 한다. 이에 향후 연구에서는 창세트의 속성정보와 경계조건을 창세트 BIM에서 자동으로 추출할 수 있는 방법에 대한 연구를 추가로 진행할 계획이다.