KR100580125B1 - 건설 공사를 위한 프로세스/그래픽 통합연계 시뮬레이션방법 - Google Patents

건설 공사를 위한 프로세스/그래픽 통합연계 시뮬레이션방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 건설공사의 시공계획 시에 시뮬레이션을 통하여 시공과정을 수행하여 봄으로써 최적의 건설장비 조합 선정, 장비 운용계획 수립, 시공성 검토 및 건설공사의 불확실성을 해소하게 하고 이를 효율적으로 운용할 수 있도록 된 건설공사를 위한 프로세스/그래픽 통합연계 시뮬레이션 방법을 제공함에 있다.
이에 본 발명은 건설 프로세스에 대한 수학/통계적 시뮬레이션 모델을 구축하는 프로세스 모델링단계와, 구축된 모델의 각 사건에 대한 결과를 구하는 단계, 상기 결과를 분석하여 원하는 데이터를 얻는 단계를 포함하는 프로세스 시뮬레이션과정과, 시각화 프로그램을 통해 그래픽 객체를 생성하는 그래픽 모델링단계와, 그래픽 시뮬레이션을 위해 상기 그래픽 객체의 동작을 지시하는 스크립트 생성단계, 상기 데이터를 스크립트의 입력값으로 하여 그래픽 객체의 움직임을 시각화하는 단계를 포함하는 그래픽 시뮬레이션과정을 포함하는 건설 공사를 위한 프로세스/그래픽 통합연계 시뮬레이션 방법을 제공함에 있다.
프로세스 모델링, 그래픽 모델링, 시각화

Description

건설 공사를 위한 프로세스/그래픽 통합연계 시뮬레이션 방법{Process And Graphic Simulation Method for Planning and Construction Processes}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건설 공사를 위한 프로세스/그래픽 통합연계 시뮬레이션 방법의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 건설 공사를 위한 프로세스/그래픽 통합연계 시뮬레이션 방법의 순서도이다.
도 3과 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 건설 공사를 위한 프로세스/그래픽 통합연계 시뮬레이션 방법의 프로세스 및 그래픽 모델링 과정을 구체적으로 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 프로세스 모델링에 의해 구축된 프로세스 모델을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 프로세스 시뮬레이션 결과로 시간에 따른 로더의 상태변수의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 프로세스 시뮬레이션 결과로 시간에 따른 트럭의 상태변수의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 프로세스 시뮬레이션 결과에 따라 얻어진 텍스트화일을 도시한 도면이다.
도 9, 도 10 및 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 프로세스 시뮬레이션 결과와 연계된 그래픽 시뮬레이션의 시각화된 상태를 도시한 화면이다.
본 발명은 시뮬레이션 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건설 공사에 있어서 시뮬레이션을 가시화시킬 수 있도록 된 프로세스/그래픽 통합연계 시뮬레이션 방법에 관한 것이다.
일반적으로 3차원 그래픽 시뮬레이션은 건설공사의 시공계획을 위해서 매우 유용하게 쓰일 수 있으나, 장비 및 작업의 종류에 따라 적용상의 한계를 가지고 있는 실정이다.
예컨대, 크레인과 같이 고정된 위치에서 기하의 형태가 분명한 정형의 물체를 인양하여 새로운 곳에 위치시키는 방식(Pick-and-Place)의 시공과정의 경우 3차원 모델을 이용한 그래픽 시뮬레이션이 매우 강력한 도구가 된다. 이는 크레인의 위치 선정, 크레인 방식 선정, 크레인의 대수 선정 등에 대한 의사결정시 가장 중요한 것이 기하적인 분석이기 때문이다.
또한 플랜트시설물의 배관공사와 같이 협소한 공간에서 다수의 부재를 시공하게 되는 경우에는 건설 매니퓰레이터와 같은 장비를 이용해서 어느 부위를 먼저 공사를 하느냐를 결정하는 문제와 이에 따른 장비의 위치선정 등의 기하적인 운용계획의 수립의 문제로 귀결되어지기 때문이다.
그러나 예컨대 토공과 같이 비정형의 물체를 다루는 경우에는 그래픽 시뮬레이션의 적용에 한계를 갖게 된다.
예로서 토공의 경우 장비의 조합인 도저, 굴삭기, 덤프 등의 운용에 대한 시뮬레이션을 위해서 원 지반에 대한 그래픽 모델을 수정하여 작업 후 변화된 지반의 형태에 대한 대략적 시각화 등은 가능하나 변화가 심한 토질조건과 토사와 장비와의 복잡한 상호작용 등을 고려해 볼 때 굴삭 되는 토사의 양을 그래픽 모델을 이용하여 정확히 산정하는 방식의 분석에는 큰 의미를 두기 힘들기 때문이다.
이와 같은 경우에는 사용되는 장비의 작업시간, 대기시간, 작업용량 등의 수치적 데이터에 근거하여 공정전체의 생산성에 대한 분석을 하게 되는 수학/통계적 프로세스 시뮬레이션이 그 장점을 보인다. 수학/통계적 시뮬레이션은 프로세스 모델 구축의 어려움 등으로 건설 분야에서의 활용이 매우 제한되어 있는 실정이다.
이에 최근들어 모델링을 용이하게 할 수 있는 방안에 대한 연구가 다양하게 이루어지고 있다.
그럼에도 불구하고 수치적으로 표현되는 컴퓨터 시뮬레이션의 결과는 건설사업 의사결정자들에게 확신을 주는데 상당한 어려움을 수반한다.
이를 극복하기 위하여 Huang 등은 시뮬레이션 진행시 프로세스 모델의 각 노드(node) 색상을 시간의 변화와 작업 상태에 따라 바꾸어 줌으로써 이에 대한 시각적 입증을 시도하였다.[Huang and Halpin 1993]
만일 수치적으로 표현되는 수학/통계적 시뮬레이션 결과를 3차원 그래픽 애니메이션을 이용하여 장비의 움직임과 자재의 흐름으로서 보여줄 수 있다면, 이는 그래픽 시뮬레이션의 기능을 확장시키는 것이며 수학/통계적 시뮬레이션이 갖는 치명적 약점을 보완해주는 것이다. Kamat과 Martinez는 이러한 주제로 연구하여 수학/통계적 시뮬레이션의 결과를 3차원 그래픽으로 시각화하는 시스템을 개발하였다.[Kamat and Martinez 2001]
또한 현재의 건설 그래픽 시뮬레이션 시스템에는 건설장비나 재료의 물리적인 특성을 고려하는 모델을 포함하고 있지 않다. 그래픽 시뮬레이션을 통해서 시공과정을 현실과 유사하게 표현하기 위해서는 장비 및 재료의 하중, 속도 및 가속도 등의 물리적 특성을 분석할 필요가 있다. Hendrickson과 Rehak은 가상현실 방식의 건설시뮬레이션을 위한 물리적 모델의 필요성을 제안하고 있으며[Hendrickson and Rehak 1993], Beliveau와 Dal은 건설장비 시뮬레이션에 물리적 모델을 반영하는데 필요한 이론적인 기초작업 즉 모델링 이슈들에 대해 정리하였다.[Beliveau and Dal 1994]
그러나 장비의 변형, 지반상태, 기상조건 등의 물리적 현상을 고려한 복잡하고 많은 시간이 소요되는 모델링 과정이 요구되며, 실시간 해석이 가용치 않게 되므로, 물리적 모델을 반영한 그래픽 시뮬레이션을 비현실적으로 만들고 있다. 이러한 물리적 모델링과 연관된 어려움에도 불구하고, 크레인 작업과 같은 시공과정처럼 물리적 특성을 동시에 고려하여야만 합리적으로 묘사할 수 있는 경우가 있다. 크레인 붐(Boom)을 움직였을 때 나타나는 케이블과 자재의 추진동(Oscillation)은 시공성 증진 및 작업의 안전을 위해서 고려되어져야 한다.
현재 건설 그래픽 시뮬레이션 시스템은 이러한 물리적인 특성을 고려하는 모 델을 포함하고 있지 않다. 크레인 케이블의 추진동에 관한 연구는 몇 건 찾아볼 수 있는데, Abdel-Rahman 등은 크레인 케이블의 물리적 모델링에 관한 연구들을 정리하고 콘트롤 방법들을 보여준 바가 있다.[Abdel-Rahman et al. 2003]
Chin 등은 복합 좌표계를 사용하는 방법으로 크레인 케이블의 동적 거동을 수학적으로 해석을 시도하였다[Chin et al. 1998]. 또한 타워 크레인의 동적 거동에 관여되는 물리적 특성들을 고려한 것으로 Jerman 등의 연구를 볼 수 있는데 운동을 모델링 하는데 라그랑지 방정식을 사용하였음이 주목할 점이다.[Jerman et al. 2004]
이에 본 발명자는 앞서 언급한 건설 프로세스에 있어서 프로세스 시뮬레이션과 그래픽 시뮬레이션의 한계들을 극복하여 프로세스 시뮬레이션 결과의 시각화를 통해 신뢰성을 확보함과 더불어 물리적 특성이 고려된 현실과 유사한 그래픽 시뮬레이션을 구현할 수 있도록 된 건설 프로세스/그래픽 통합연계 시뮬레이션 방법의 개발을 시도하였다.
본 발명은 상기와 같은 시도 하에 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 건설공사의 시공계획 시에 시뮬레이션을 통하여 시공과정을 수행하여 봄으로써 최적의 건설장비 조합, 장비 운용계획, 시공성 검토 및 건설공사의 불확실성을 해소하게 하고 이를 효율적으로 운용할 수 있도록 된 건설공사를 위한 프로세스/그래픽 통합연계 시뮬레이션 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 비정형 물체를 다루는 공사에 있어서도 프로세스 시뮬레이 션의 출력을 분석하여 그 결과가 그래픽 시각화로 표현될 수 있도록 된 건설공사를 위한 프로세스/그래픽 통합연계 시뮬레이션 방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 물리적 모델링이 고려된 보다 현실적이고 정확한 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있도록 된 건설공사를 위한 프로세스/그래픽 통합연계 시뮬레이션 방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 건설공사에 대한 프로세스 모델링을 구하고 이를 시뮬레이션하여 결과 값을 얻는 프로세스 시뮬레이션과정과, 건설공사에 대한 그래픽 모델링을 구하고 상기 결과 값을 연계하여 이를 시각화하는 그래픽 시뮬레이션과정을 포함한다.
상기 프로세스 시뮬레이션 과정은 해당 건설 프로세스에 대한 수학/통계적 시뮬레이션 모델을 구축하는 단계와, 구축된 모델의 각 사건에 대한 결과를 구하는 단계, 상기 결과를 분석하여 원하는 데이터를 얻는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 그래픽 시뮬레이션과정은 시각화 프로그램을 통해 그래픽 객체를 생성하는 단계, 그래픽 시뮬레이션을 위해 상기 그래픽 객체의 동작을 지시하는 스크립트 생성단계, 상기 프로세스 시뮬레이션 과정을 통하여 얻어진 데이터를 스크립트의 입력 값으로 하여 그래픽 객체의 움직임을 시각화하는 단계를 포함한다.
이에 따라 수치적으로 표현되는 수학/통계적 시뮬레이션 결과를 그래픽 애니메이션을 이용하여 가시화할 수 있게 되어 시뮬레이션의 결과를 이해하는 데 용이함을 제공하고 더불어 신뢰성을 높일 수 있게 된다.
여기서 상기 수학/통계적 시뮬레이션은 불연속사건 시뮬레이션 프로그램인 SIGMA(Simulation Graphical Modeling and Analysis)를 통해 이루어짐이 바람직하다.
또한, 상기 불연속사건 시뮬레이션 프로그램의 구축과정은 구성 요소들의 속성을 식별하는 단계와, 상태 변수들을 확정하는 단계, 사건을 식별하는 단계 및 사건들 사이의 관계를 상세 화하는 단계를 통해 이루어질 수 있다.
또한, 상기 시각화 프로그램은 가상현실 프로그램 개발 환경인 WorldUP　(EAI-Sense8 Prodects) 프로그램을 통해 이루어짐이 바람직하다.
또한, 상기 시각화 프로그램을 통한 그래픽 모델링은 장비, 자재 등의 그래픽 객체간의 상호작용을 위한 객체지향 모델로 구축되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건설 공사를 위한 프로세스/그래픽 통합연계 시뮬레이션 방법의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 건설 공사를 위한 프로세스/그래픽 통합연계 시뮬레이션 방법의 순서도이며, 도 3과 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 건설 공사를 위한 프로세스/그래픽 통합연계 시뮬레이션 방법의 프로세스 및 그래픽 모델링 과정을 구체적으로 나타낸 순서도이다.
도시된 바와 같이 본 실시예에서 건설 프로세스 시뮬레이션 방법은 필요로 하는 건설 공사를 시각적으로 시뮬레이션하기 위하여 불연속사건 시뮬레이션 프로그램인 SIGMA(Simulation Graphical Modeling and Analysis system)와 가상현실 프로그램 개발 환경인 WorldUP　의 연계를 통하여 이루어진다.
이에 본 시뮬레이션 방법은 상기 불연속사건 시뮬레이션 프로그램을 통해서 프로세스를 모델링하고(S100), 이 프로세스에 대한 시뮬레이션 결과에 따른 데이터를 도출해 내는(S110 ~ S120) 프로세스 시뮬레이션과정과, 가상현실 프로그램 개발 환경인 WorldUP　을 통해서 그래픽 객체를 모델링하고(S130), 상기 시뮬레이션 결과에 따른 데이터를 그래픽 객체에 반영하여(S140 ~ S150) 그래픽 객체의 움직임을 만들어내는(S160) 그래픽 시뮬레이션과정을 포함한다.
본 실시예에서는 상기 프로세스 모델링을 위해 불연속사건 시뮬레이션 프로그램인 SIGMA가 사용되었는데, 이는 프로세스 모델링이 간편한 편이고 텍스트(text)화일 형태의 결과물을 얻을 수 있어 다른 프로그램의 입력값으로 이용하기 용이하게 때문으로, 특별히 이에 한정되지 않으며 필요한 요구조건을 만족하는 한 다른 프로그램 또한 사용가능하며 신규 개발도 가능하다 할 것이다.
좀더 상세하게 상기 프로세스 모델링과정(S100)은 해당 건설 프로세스에 대한 시나리오를 작성하는 과정(S200)과, 작성된 시나리오에 대한 구성요소와 그 속성을 식별하는 과정(S210), 상태변수들을 확정하는 과정(S220)과, 사건 식별과정(S230) 및 사건관계를 상세화하는 과정(S240)을 거친다.
상기 시나리오 작성 과정(S200)은 해당 건설 공사의 성격 등에 따라 상이해지며 특별히 한정되지 않는다.
또한, 상기 구성요소와 그 속성을 식별하는 과정(S210)은 시스템 내에서 고유하거나 일시적인 구성요소를 구별하고 각 구성요소의 속성을 구분하는 과정으로 이해할 수 있다.
또한, 상기 상태변수들을 확정하는 과정(S220)에서 상태변수는 시스템의 각 구성요소의 상황을 나타내주는 변수들로 이해할 수 있다.
또한, 상기 사건이라 함은 구성요소들의 상태가 변화하는 것으로 정의할 수 있다.
상기의 프로세스 모델링과정(S100)을 통해 시간에 따른 사건 발생과 상태 변수의 변화를 계산하여 최종적으로 시뮬레이션 결과를 도출해 낼 수 있고, 이렇게 도출된 결과를 분석하여 최종적으로 필요로 하는 데이터를 얻을 수 있게 된다.(S110 ~ S120)
한편, 상기 프로세스 모델링 결과를 그래픽으로 시각화하기 위한 그래픽 시뮬레이션 과정을 살펴보면, 먼저 가상현실 프로그램 개발 환경인 WorldUP　을 이용한 그래픽 모델링 과정을 통해 그래픽 객체를 생성하게 된다.(S130)
상기 그래픽 모델링과정(S130)은 도면 등의 작업 정보를 분석하는 과정(S300)과, 지형을 모델링하는 과정(S310), 장비를 모델링하는 과정(S320)을 통해 이루어진다.
여기서 그래픽 모델링에서 지형 모델은 CAD를 이용할 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다.
또한 상기 장비의 모델링(S320)은 장비, 재료 등의 작업 환경에 관한 객체지 향 모델 구축으로, 장비에 의해 다루어지는 재료들과 더불어 장비의 움직임에 영향을 받는 그 하부 요소들을 고려하여 각 부분이 상호작용하게 모델을 구축하게 된다.
그래픽 모델이 구축되어 그래픽 객체가 생성되면 상기 프로그램을 통해 그래픽 객체의 움직임을 제어하는 스크립트를 생성한다.(S140)
상기 WorldUP　(EAI-Sense8 Products)은 3차원 가상현실 응용 프로그램을 만들기 위한 소프트웨어 개발 및 제작 환경을 제공한다. 프로그램이 제공하는 편리한 사용자 인터페이스를 통해 그래픽 객체를 생성하고, 베이직스크립트(Basicscript) 언어를 사용하여 스크립트를 작성하여 그래픽 시뮬레이션을 위한 객체의 동작을 추가하게 된다. 이 스크립트들은 프로세스 시뮬레이션 프로그램(SIGMA)의 결과가 시각화에 반영될 수 있도록 작성하게 된다.
본 실시예에서는 상기 그래픽 모델링을 위해 WorldUP　(EAI-Sense8 Products)프로그램이 사용되었는데, 이는 상기 프로그램이 3차원 가상현실 응용 프로그램을 만들기 위한 소프트웨어 개발 및 제작 환경을 제공으로 건설공정의 시각화 구현에 적합하기 때문으로, 특별히 이에 한정되지 않으며 필요한 요구조건을 만족하는 한 다른 프로그램 또한 사용가능하며 신규 개발도 가능하다 할 것이다.
따라서 프로세스 시뮬레이션을 통해 얻은 결과를 그래픽 객체의 움직임을 정의하는 스크립트 파일의 입력값으로 사용할 수 있게 되며, 상기 프로그램을 통해 스크립트를 그래픽 객체와 연결시킴으로써 최종적으로 움직이는 영상을 만들 수 있게 된다.(S150 ~ S160)
[실시예]
이하 실시예에서는 프로세스 시뮬레이션의 결과를 시각화하기 위한 대상을 토공작업으로 한정하여 토공작업에 따른 프로세스/그래픽 통합연계 시뮬레이션 방법을 설명하도록 한다.
토공작업에 관한 건설 프로세스 시뮬레이션의 결과를 얻기 위하여 SIGMA를 사용하였으며, 이 프로그램은 불연속사건 시뮬레이션 모델을 만들어서 결과를 얻어내는데 있어 대화식의 접근 방법을 제공해 준다. 위에서 언급한 바와 같이 먼저 시나리오를 작성하고 구성요소들과 속성의 식별, 상태변수들의 확정, 사건의 식별 그리고 사건들 사이의 관계 상세화의 과정을 거쳐서 토공 프로세스의 불연속사건 시뮬레이션 모델을 구축하였다.
도 5는 상기한 과정을 거쳐 구축된 토공작업에 관한 간략한 시뮬레이션 모델을 도시하고 있다.
상기한 도면을 참조하면, 먼저 토공은 다량의 비정형 물체를 한 곳에서 다른 곳으로 운반하는 전문화된 건설 분야이다. 토공 프로세스는 크게 상차(Load), 운반(Haul), 하차(Dump) 그리고 복귀(Return)의 4가지 작업으로 분류할 수 있다.
1. 시나리오 작성
우선 토공 작업에 대한 간단한 시나리오를 작성하였으며, 상기 시나리오는 우선 한 대의 로더(Loader)와 여섯 대의 덤프트럭이 사용되고, 각 작업의 평균 소요 시간은 장비의 작업속도와 이동거리 등을 고려하여 독립균등분포 형태에 따라 가정할 수 있는 데 본 실시예에서는 로더에 4.75분, 운반에 21분, 덤프에 3.5분 그 리고 복귀하는데 19분이 소요되는 것으로 분석되었으며, 로더와 덤프트럭의 조합을 조절하면서 다양하게 분석한다.
그리고 덤프트럭은 작업을 함에 있어 FIFO(First-In-First-Out) 규칙을 따라서 운행하여, 덤프트럭 간의 순서는 바뀌지 않는 것으로 하였다.
2. 구성요소와 속성 식별
시스템에서 고유하거나 일시적인 구성요소와 구성요소들의 속성은 다음과 같이 구분하였다. 바로 이러한 구성요소의 속성식별에 있어 본원 발명이 이루고자 하는 건설공사 프로세스에 건설장비의 상태나 토사와 같은 재료의 물리적특성이 반영된다고 할 수 있다.
로더: 작업시간, 상태변수, 용량
트럭: 단계별 작업시간, 상태변수, 작업용량
3. 상태변수 확정
시스템 요소들의 상황을 나타내주는 상태변수들이 필요하며, 상태변수를 아래와 같이 정하였다.
로더의 상태(Loader: 0/1=busy/idle)
적재를 위해 기다리는 트럭의 수(Truck)
4. 사건 식별
구성요소들의 상태가 변화하는 것을 사건이라 정의하였으며, 토공작업과 관련하여 다음과 같은 사건들이 발생할 것으로 가정하였다.
상차: 시작 단계에서 트럭들은 상차작업을 위해 대기 중이며, 로더는 기다리는 트럭 중 하나에 토사를 상차시키기 시작한다.
운반: 토사가 적재된 트럭은 운반을 시작한다.
로더대기: 상차가 끝나고, 로더는 대기상태로 돌아간다.
하차: 트럭이 사토지점에 토사를 하차시키기 시작한다.
복귀: 하차가 끝나고, 트럭은 상차지점으로 돌아온다.
트럭대기: 상차지점으로 돌아온 트럭은 로더와 다른 트럭이 상차작업 중이면 대기한다.
5. 사건 관계 상세화
사건들 간의 관계에 따라 다음과 같이 상태변수의 변화를 초래하게 된다.
상차: 상차작업에 따른 로더의 상태변수, 로더(Loader)=0(busy), 로더를 기다리는 트럭의 수, 트럭(Truck)=트럭(Truck)-1, 상차에 이어서 운반이 계획되어 있다.
운반: 운반에 이어서 하차가 계획되어 있다.
로더대기: 상차작업 후, 로더의 상태변수, 로더(Load)=1(idle), 만일 트럭(Truck)>0이면 상차가 즉시 시작된다.
하차: 하차에 이어서 복귀가 계획되어 있다.
복귀: 복귀에 이어서 트럭대기가 계획되어 있다.
트럭대기: 복귀하여 대기하는 트럭의 수, 트럭(Truck)=트럭(Truck)+1, 만일 로더(Loader)>0이면 상차가 시작된다.
SIGMA 프로그램 상에서 상기의 과정을 거쳐 토공작업의 프로세스 모델이 구축되면 모델을 시뮬레이션 수행하여 몇가지 결과를 얻게 된다.
도 6과 도 7은 시간에 따른 상태변수 로더와 트럭의 변화를 잘 나타내고 있 다.
상기 도면에서와 같이 본 시뮬레이션을 통해 로더나 트럭이 어느 시간에 대기 상태로 돌아가는지를 알 수 있다.
도 6에서 화살표로 표시된 부분 사이의 로더 상태변수가 1이라는 것은 로더가 대기 상태에 있음을 의미하는 것으로, 트럭의 상태변수를 나타내는 도 7에서 화살표로 표시된 같은 시간에서 결과를 보면 상태변수가 0이므로 상차 지점에 한 대의 트럭도 없음을 알 수 있다.
그리고 도 8은 상기 토공 작업의 프로세스 모델을 시뮬레이션 하여 그 결과에 따라 얻어진 텍스트 화일의 일부를 도시하고 있다.
상기 도면의 텍스트 화일에는 상태변수 및 초기조건을 포함하는 프로세스 시뮬레이션 모델의 정보부터 각 사건의 시작 시간과 시간에 따른 상태변수의 상태를 보여주는 결과가 나타나 있다.
여기서 얻게 되는 각 사건, 즉 토공 작업에서의 상차, 운반, 하차 그리고 복귀 작업의 시작 시간들과 그들의 관계로부터 각 작업의 소요 시간을 구해 낼 수 있다. 예컨대, 한 대의 트럭은 상차 작업 후에는 운반 작업을 하게 되므로 운반이 시작되는 시간에서 상차가 시작되는 시간을 빼줌으로써 상차 작업 소요 시간을 얻을 수 있다.
다음 표 1은 작업의 시작 시간으로부터 소요시간을 구하는 과정을 표로 나타낸 것이며, 바로 이러한 결과데이타가 후술되는 바와 같이 각각의 그래픽 객체들의 움직임을 정의하기 위한 스크립트의 입력 값으로 활용된다.
[표 1]
작업명 작업소요시간 표현 계산 과정
상차(LOAD1) LD1 LD1 = HAUL1-LOAD1
운반(HAUL1) HD1 HD1 = DUMP1-HAUL1
하차(DUMP1) DD1 DD1 = RETURN1-DUMP1
복귀(RETURN1) RD1 RD1 = TRWLD2-RETURN1
총합(TOTAL1) TD1 TD1 = LD1+HD1+DD1+RD1+TD1
한편, 상기 프로세스 모델링 결과를 그래픽으로 시각화하기 위한 그래픽 시뮬레이션 과정을 살펴보면 다음과 같다.
상기 SIGMA를 통해 얻은 텍스트 파일은 가상현실 프로그램 개발 환경인 WorldUP　을 이용한 그래픽 모델링 시 스크립트를 이용해 불러들여지고, 상기 스크립트는 시뮬레이션 시간과의 비교를 통해서 해당 시간에 그래픽 객체들이 하여야 할 동작을 정의하게 된다.
또한, 동적인 토공 프로세스를 프로세스 시뮬레이션을 통해 얻어진 결과를 연계하여 트럭, 로더 그리고 토사의 흐름을 효과적으로 시각화 할 수 있도록 스크립트들이 작성되었다.
본 실시예에서 그래픽 시뮬레이션의 지형 모델은 CAD를 이용해 실제 지형과 유사한 모형을 만든 뒤 프로그램 상에 불러 들였으며, 이동되는 토사의 시각화를 위하여 로드와 덤프 지점에 흙더미의 개략적 모형을 만들고 이들의 스케일(Scale)을 조정하여 표현하는 방법을 사용하였다.
또한, 토공 작업에서 작업시간, 대기시간 등의 수치로 나타나는 시뮬레이션 결과를 효과적으로 시각화하기 위해서 장비, 재료, 작업환경 등에 관한 객체지향 모델을 적용하였다. 따라서 장비에 의해 다루어지는 재료들과 더불어 장비의 움직임에 영향을 받는 그 하부 요소들을 고려하여 각 부분이 상호 작용하게 모델링되었 다.
예컨대, 장비인 로더의 경우 로더의 몸체에 설치되는 팔과 이 팔의 선단에 설치되는 버킷, 버킷에 담겨지는 토사들이 하부 요소로 구성되며, 로더는 하위 요소인 로더의 팔이 상차 작업을 위해 들어올려진다면 로더의 팔의 끝에 설치된 버킷도 올려짐과 동시에 버킷에 담겨 있는 토사도 동일하게 움직여야 한다. 따라서 객체지향 모델을 적용함으로서 상기와 같이 각 객체인 하부 요소들이 상호 연관되어 작용할 수 있게 되는 것이다.
객체지향 모델링을 통해 그래픽 객체들이 생성되면 상기 프로그램을 통해 그래픽 객체의 움직임을 제어하는 스크립트를 생성하고, 상기 프로세스 시뮬레이션을 통해 얻어진 텍스트 화일을 상기 스크립트의 입력 값으로 하여 상기 그래픽 객체들의 움직임을 정의하게 된다.
즉, 상기 프로세스 시뮬레이션에서 얻어진 상차, 운반, 하차, 복귀 각각의 시작시간 등의 결과로부터 작업시간이 산정되었으며, 산정된 작업시간은 텍스트 파일로 저장되어져 각각의 그래픽 객체들의 움직임을 정의하기 위한 스크립트의 입력 값으로 활용된다.
상기 그래픽 객체들의 움직임은 WorldUP　에서 베이직스크립트(Basicscript) 언어를 사용해 정의된다. 특정 작업시간 안에 하나의 객체를 이동시키기 위해서는 위치와 소요시간에 대한 정보가 정의되어야만 한다.
다음의 의사코드는 예 1과 같이 한 객체를 t2의 시간동안 (x0, y0, z0)의 위치에서 (x2, y2, z2)의 위치로 이동시키는 예의 일부이다.
[예 1]
t0(x0,y0,z0)==>t1(x1,y1,z1)==>t2(x2,y2,z2)
T= Simulation Time
set obj = Truck1
dim pos as vect3d
If T<=(t1-t0) then
obj.gettranslation pos
pos.x = x0+(x1-x0)/(t1-t0)*T
pos.y = y0+(y1-y0)/(t1-t0)*T
pos.z = z0+(z1-z0)/(t1-t0)*T
obj.settranslation pos
End if
If (t1-t0)<T<=(t2-t0)
obj.gettranslation pos
pos.x = x1+(x2-x1)/(t2-t1)*(T-t1)
pos.y = y1+(y2-y1)/(t2-t1)*(T-t1)
pos.z = z1+(z2-z1)/(t2-t1)*(T-t1)
obj.settranslation pos
end if
여기서 T, t0, t2는 각각 시스템의 시간, 이동이 시작되는 시간, 이동이 끝나는 시간(연속되는 동작의 시작 시간)이며, t1은 출발지점과 도착지점의 중간점이라 할 수 있는 (x1,y1,z1)에 객체가 도달했을 시의 시간이다.
토공 시뮬레이션에서 장비들의 평면 좌표가 위와 같은 방법으로 연속적으로 갱신된다. 더불어 본 실시예에서는 이동경로에 맞게 장비가 회전하여 진행 방향이 맞도록 하였다.
도 9는 최종적으로 상기한 과정을 통해 시각화된 토공 작업의 전체적인 모습을 잘 예시하고 있으며, 도 10과 도 11은 토공 작업의 상차와 하차 작업 장면을 예시하고 있다.
상기 도시된 화면에서와 같이 불연속 사건 시뮬레이션 프로그램인 SIGMA의 출력으로부터 얻어진 작업시간을 기준으로 토공작업시 로더, 트럭 등의 작업모습과 토사의 이동 모습이 WorldUP　 프로그램을 이용하여 시각화될 수 있게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 토공과 같은 건설 공사에 대해 먼저 시공과정을 가시적으로 확인하여 봄으로써 최적의 건설장비 조합, 장비 운용계획 수립, 시공성 검토 및 건설공사의 불확실성을 해소하게 함으로서 이를 효율적 으로 운용할 수 있게 된다.
또한, 비정형 물체를 다루는 공사에 있어서도 수학/통계적 시뮬레이션의 출력을 분석하여 그 결과를 그래픽 시각화로 표현될 수 있도록 하여 결과에 대한 확신성을 높일 수 있게 된다.
또한, 물리적 모델링이 고려된 보다 현실적이고 정확한 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있게 되어 신뢰성을 높일 수 있게 된다.

Claims (6)

  1. SIGMA(Simulation Graphical Modeling and Analysis)를 포함하는 수학/통계적 시뮬레이션인 불연속사건 시뮬레이션 프로그램을 통해,
    건설 프로세스에 대한 시나리오를 작성하는 단계와,
    건설 프로세서상의 건설공사 프로세스에 건설장비의 상태나 토사와 같은 재료의 물리적특성이 반영된 구성 요소들의 속성을 식별하는 단계와,
    상기 구성요소의 상황을 정해주는 상태 변수들을 확정하는 단계와,
    구성요소의 상태가 변화하는 사건을 식별하는 단계 및 상기 상태변수의 변화를 정해주는 사건들 사이의 관계를 상세화하는 단계를 거쳐,
    최종 상태변수 및 초기조건을 포함하는 건설 프로세스 시뮬레이션 모델의 결과치로부터 각 사건의 시작시간과 시간에 따른 상태변수의 상태를 보여주는 결과데이타(작업시간)를 추출하는 단계를 포함하는 프로세스 시뮬레이션과정과;
    가상현실 프로그램 개발 환경인 WorldUP　(EAI-Sense8 Prodects) 프로그램을 포함하는 시각화 프로그램을 통해 그래픽 객체를 생성하되, 각 객체간의 상호작용을 위한 객체지향 모델로 구축되는 그래픽 모델링단계와, 그래픽 시뮬레이션을 위해 상기 그래픽 객체의 동작을 지시하는 스크립트 생성단계, 상기 결과데이터(작업시간)를 스크립트의 입력값으로 하여 그래픽 객체의 움직임을 시각화하는 단계를 포함하는 그래픽 시뮬레이션과정을 포함하는 건설 공사를 위한 프로세스/그래픽 통합연계 시뮬레이션 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 그래픽 모델링 단계는 도면 등의 작업 정보를 분석하는 단계와, 지형을 모델링하는 단계, 장비를 모델링하는 단계를 포함하는 건설 공사를 위한 프로세스/그래픽 통합연계 시뮬레이션 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
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