KR101885826B1 - 모델링을 활용한 건축물의 부식 예측 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 모델링을 활용한 건축물의 부식 예측 시스템은 콘크리트로 시공된 건축물에 기후정보를 입력하여 BIM모델로 설계하는 설계서버와, 상기 설계서버에서 설계한 상기 BIM모델을 분다수의 격자모듈로 분할하기 위하여 상기 BIM모델에 격자를 생성하는 격자서버와, 상기 격자서버에서 분할된 상기 격자모듈을 해석하여 상기 건축물의 부식 정도를 예측하는 예측서버와, 상기 예측서버에서 예측한 상기 건축물의 부식 정도를 표출하는 표출서버를 포함할 수 있다.

Description

모델링을 활용한 건축물의 부식 예측 시스템{Corrosion Prediction System Of Building Using Modeling}
본 발명은 모델링을 활용한 건축물의 부식 예측 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 BIM모델을 활용하여 건축물의 부식을 사전에 예측하므로 건축물의 잔존수명을 예측하여 안전사고를 방지할 수 있는 모델링을 활용한 건축물의 부식 예측 시스템에 관한 것이다.
최근에는 점점 높아지는 기온과 이산화탄소(CO2) 농도에 의하여 콘크리트 건축물의 부식 피해를 증가시킨다는 연구 결과가 나왔다. 이는 건물들이 기후변화에 적절히 적응하지 않을 경우 향후 건물 손상과 수리에 지불해야 할 비용이 더 늘어날 것이라는 사실을 의미한다.
빌딩, 다리, 부두 등과 같은 콘크리트 시설물을 지을 때는 골조 내부에 철근을 박아 압력에 견딜 수 있는 힘을 강화시키는 것이 보통이다. 하지만 대기 중 이산화탄소 농도가 높아지고 기온이 상승하게 되면 강화 철근이 부식될 가능성이 높아져 최악의 경우에는 콘크리트 건물 전체에 금이 갈 가능성도 배제할 수 없다.
이와 같이 콘크리트 건물의 콘크리트는 이산화탄소 및 중성화에 의하여 부식이 발생할 수 있다. 이러한 콘크리트의 중성화와 관련된 연구는 주로 중성화의 메커니즘을 파악하는 것에 중점을 두었으며 최종적으로 시간에 따른 중성화 깊이를 예측하는 것을 목표로 하였다. 이 과정에서 콘크리트의 중성화 속도는 콘크리트 배합조건, 콘크리트 외부의 온도, 습도 및 이산화탄소 농도 등에 영향을 받는다는 사실을 파악하고 각각의 변수들과 중성화 속도의 상관관계를 규명하기 위한 실험을 진행하였다. 이 때 콘크리트 균열의 영향을 고려하지 않은 이유는 주로 경험식인 중성화 깊이 예측 식에 균열을 변수로 포함시키기 위한 실험설계가 쉽지 않고 균열이 중성화에 미치는 영향이 크지 않다고 보았기 때문이다.
그러나 이 후 여러 연구에서 콘크리트에 균열이 발생하면 중성화 속도가 가속되고, 이에 따라 철근의 부식이 촉진된다는 가정을 실험을 통해 증명하였다. 균열이 발생할 경우 중성화 속도가 가속되는 이유는 균열부위를 통한 콘크리트 내부로의 이산화탄소 이동속도가 균열이 없는 콘크리트의 공극을 통한 이동속도보다 훨씬 빠르기 때문이다. 이 때 중성화는 균열을 따라 V자 형으로 진행되는 것이 일반적이며, 중성화 깊이가 철근 위치에 도달하면 철근에 부식이 발생하여 균열 폭은 더욱 커지는 효과가 발생한다.
여기서, 콘크리트의 균열은 초기 균열을 비롯하여 시공상의 문제에 의한 균열, 사용환경에 의한 균열 등 여러 가지 종류가 있다. 일반적으로 균열은 여러 요인들의 복합적인 작용으로 변화하기 때문에 이것을 정확하게 제어할 수 있는 방법은 없으며, 이러한 이유로「콘크리트 구조기준」에서는 경험적인 관측 값을 바탕으로 한 허용 균열폭을 제시하고 있다.
이와 같이 콘크리트 건물에서 부식에 따른 균열의 발생은 피할 수 없기 때문에 건물의 부식 정도를 사전에 예측하여 콘크리트 건물의 부식에 따른 안전사고가 발생하는 문제점을 방지하여야 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 건축물의 부식 정도를 시간, 기후 등 다양한 조건을 대입하여 사전에 건축물의 잔존수명을 판단할 수 있는 모델링을 활용한 건축물의 부식 예측 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 건축물을 BIM모델로 모델링하여 다양한 조건들을 대입하여 건축물의 균열 및 부식에 대한 대응책을 마련할 수 있는 모델링을 활용한 건축물의 부식 예측 시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 모델링을 활용한 건축물의 부식 예측 시스템은 콘크리트로 시공된 건축물에 기후정보를 입력하여 BIM모델로 설계하는 설계서버와, 상기 설계서버에서 설계한 상기 BIM모델을 분다수의 격자모듈로 분할하기 위하여 상기 BIM모델에 격자를 생성하는 격자서버와, 상기 격자서버에서 분할된 상기 격자모듈을 해석하여 상기 건축물의 부식 정도를 예측하는 예측서버와, 상기 예측서버에서 예측한 상기 건축물의 부식 정도를 표출하는 표출서버를 포함할 수 있다.
상기 설계서버는 상기 건축물을 3D 파일로 모델링하여 상기 BIM모델을 설계하는 모델링서버와, 상기 모델링서버에서 모델링한 상기 BIM모델을 다수로 그룹화하여 경계선을 설정하는 경계서버와, 상기 모델링서버에서 제작된 상기 BIM모델에 기후, 하중, 시간 중 적어도 하나의 정보를 입력하는 DB서버를 구비할 수 있다.
상기 격자서버는 상기 경계서버에서 다수로 그룹화하여 STL파일로 출력한 상기 BIM모델을 병합하여 FMS파일로 변환하는 변환서버와, 상기 변환서버에서 변환한 상기 BIM모델에 격자를 생성하여 다수의 격자모듈을 지정하는 지정서버를 구비할 수 있다.
상기 예측서버는 상기 격자서버에서 변환된 상기 격자모듈이 부식에 의하여 변동되는 상기 격자모듈의 크기를 해석하는 해석서버와, 상기 해석서버에서 해석된 다수의 상기 격자모듈을 통합하여 상기 건축물의 부식 정도를 추정하는 추정서버를 구비할 수 있다.
상기 해석서버는 상기 격자모듈의 크기에 따른 초기값과 상기 BIM모델에 발생하는 시간, 기후, 하중 중 적어도 하나에 따라 크기가 변화되는 정도를 비교하여 상기 BIM모델의 부식 정도를 해석할 수 있다.
본 발명에 따른 모델링을 활용한 건축물의 부식 예측 시스템에 의하면, 건축물을 설계서버에서 BIM모델로 모델링하고 BIM모델에 다수의 격자모듈을 적용시키므로 정확한 건축물의 부식 정도를 판단할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모델링을 활용한 건축물의 부식 예측 시스템을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 설계서버를 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 경계서버를 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 격자서버를 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변환서버를 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 예측서버를 나타낸 예시도.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표출서버를 나타낸 예시도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 모델링을 활용한 건축물의 부식 예측 시스템에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모델링을 활용한 건축물의 부식 예측 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 모델링을 활용한 건축물의 부식 예측 시스템은 건축물에 기후정보를 입력하여 BIM모델(10)로 설계하는 설계서버(100)와, 상기 설계서버(100)에서 설계한 상기 BIM모델(10)을 다수의 격자모듈(221)로 분할하기 위하여 상기 BIM모델(10)에 격자를 생성하는 격자서버(200)와, 상기 격자서버(200)에서 분할된 상기 격자모듈(221)을 해석하여 상기 건축물의 부식 정도를 예측하는 예측서버(300)와, 상기 예측서버(300)에서 예측한 상기 건축물의 부식 정도를 표출하는 표출서버(400)를 구비할 수 있다.
상기 건축물은 콘크리트 및 철골 등 다양한 형태의 구조물일 수 있다.
이와 같은 상기 건축물을 3D 모델링으로 설계하기 위한 상기 설계서버(100)는 상기 건축물을 3D 파일로 모델링하여 상기 BIM모델(10)을 설계하는 모델링서버(110)와, 상기 모델링서버(110)에서 모델링한 상기 BIM모델(10)을 다수로 그룹화하여 경계선을 설정하는 경계서버(120)와, 상기 모델링서버(110)에서 제작된 상기 BIM모델(10)에 기후, 하중, 시간 중 적어도 하나의 정보를 입력하는 DB서버(130)를 구비할 수 있다.
상기 모델링서버(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 CAD, SolidWorks, SALOME 등과 같이 구조물을 리모델링 할 수 있는 BIM도구로 활용할 수 있으며, 상기 모델링서버(110)를 통해 생성된 BIM모델(10)은 STEP파일로 출력 또는 변환될 수 있다.
상기 경계서버(120)는 상기 모델링서버(110)에서 설계한 BIM모델(10)의 각면을 stl로 추출하도록 경계할 수 있으며, 각면 및 다수의 면을 그룹화하여 다수의 그룹이 생성될 수 있도록 할 수 있다.
그리고 상기 경계서버(120)에서 다수로 그룹화되는 그룹들은 각각 경계선을 설정하여 각각 구획될 수 있도록 할 수 있으며, 경계조건으로 경계각도(zeroGradient)와 고정값(fizxedValue) 두 가지가 제공된다. 이는 비연소면, C0과 순환(cyclic)면, Cyc는 경계각도(zeroGradient) 조건을 부여하고 연소면인 C1은 고정값(fixedValue)으로 고정값인 1을 사용할 수 있다.
또한, 상기 경계서버(120)는 도 3에 도시된 바와 같이 각각의 경계선에 의하여 구획된 다수의 그룹들에 명칭을 부여하여 구분할 수 있다.
상기 DB서버(130)는 상기 BIM모델(10)이 적용되는 위치의 기후 및 시간 그리고 상기 BIM모델(10)에 작용되는 활하중 및 고정하중 등 다양한 하중의 정보를 입력할 수 있다.
상기 격자서버(200)는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 경계서버(120)에서 다수로 그룹화하는 상기 BIM모델(10)을 다수의 격자를 활용하여 구분할 수 있다.
이러한, 상기 격자서버(200)는 상기 경계서버(120)에서 다수로 그룹화하여 stl파일로 출력한 상기 BIM모델(10)을 병합하여 FMS파일로 변환하는 변환서버(210)와, 상기 변환서버(210)에서 변환한 상기 BIM모델(10)에 격자를 생성하여 다수의 상기 격자모듈(221)을 지정하는 지정서버(220)를 구비할 수 있다.
상기 변환서버(210)는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 설계서버(100)에서 추출된 상기 BIM모델(10)의 경계면의 stl파일을 병합하여 FMS파일로 변환할 수 있다.
그리고 상기 변환서버(210)에서 FMS파일로 변환한 상기 BIM모델(10)은 다시 다수의 그룹에 따라 다수의 FMS파일로 조건을 수정할 수 있다.
이와 같이, 다수의 FMS파일로 분할하여 상기 BIM모델(10)에 격자를 생성하는 것은 stl파일을 간편하게 FMS파일로 변환하기 위한 것이며, 변환된 FMS파일을 다시 다수의 그룹화하여 출력한 stl파일과 같이 다수의 FMS파일로 조건을 수정할 수 있다.
예를 들어, 기둥, 벽, 보 등 다수의 구성을 그룹화하여 stl파일로 추출하고 이러한 stl파일을 병합하여 FMS파일로 변환할 수 있다. 그리고 상기 BIM모델(10)에 격자를 생성하기 위하여 FMS파일을 stl파일과 같이 기둥, 벽, 보 등 다수의 구성으로 분할할 수 있다.
상기 지정서버(220)는 상기 변환서버(210)에서 FMS파일로 변환된 상기 BIM모델(10)의 그룹 사이에 격자가 형성될 수 있다.
이와 같이 다수의 격자로 형성된 상기 BIM모델(10)은 다수의 격자모듈(221)로 지정될 수 있으며, 상기 지정서버(220)에서 지정되는 다수의 격자모듈(221)은 다양한 크기로 형성될 수 있다.
상기 격자서버(200)에 의하여 지정되는 상기 격자모듈(221)에 의하여 상기 예측서버(300)에서 각각의 격자모듈(221)의 부식에 의한 격자모듈(221)의 크기를 해석할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 예측서버(300)를 나타낸 예시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표출서버(400)를 나타낸 예시도이다.
도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 예측서버(300)는 상기 격자서버(200)에서 변환된 상기 격자모듈(221)이 부식에 의하여 변동되는 상기 격자모듈(221)의 크기를 해석하는 해석서버(310)와, 상기 해석서버(310)에서 해석된 다수의 상기 격자모듈(221)을 통합하여 상기 건축물의 부식 정도를 추정하는 추정서버(320)를 구비할 수 있다.
상기 해석서버(310)는 상기 격자모듈(221)의 부식에 따른 크기를 해석하기 위하여 시간전진기법(ddtSchemes), 보간기법(interpolation) 등 다양한 수치기법을 활용할 수 있으며, 상기 시간전진기법(ddtSchemes)은 오일러(Euler)기법을 사용하고, 면에서의 값을 계산하기 위해 보간기법(interpolation)은 2차 정확도의 선형(linear)기법을 사용할 수 있다.
그리고 상기 해석서버(310)는 상기 격자모듈(221)의 부식에 따른 크기를 해석하기 위하여 DB서버(130)에서 적용되는 풍향, 해석시간, 연소 속도를 설정하여 격자모듈(221)의 부식정도를 해석할 수 있다.
또한, 상기 해석서버(310)는 해석에 필요한 시간, 출력, port area 이력을 저장하기 위한 controlDict파일 확인 및 수정할 수 있다.
예를 들어, 상기 해석서버(310)가 SMP 병렬을 활용할 경우 SMP core로 사용가능한 코어의 개수를 지정할 경우 종료시간(End time), 시간간격(Time step size), 출력간격(Writer interval), 출력양식(Writer format: ascii/binary), 출력압축(Writer Compression: on/off)으로 수정가능하다.
그리고 추가적으로 위치를 지정할 때는 추가(Add)를 눌러 색인(Index)번호를 부여하고, 타는 면에 수직인 축(Axis)을 선택하고, 위치(position), 삭제도 (Delete)를 입력할 수 있다.
이와 같이, 상기 해석서버(310)는 상기 격자모듈(221)의 크기에 따른 초기값과 상기 BIM모델(10)에 발생하는 시간, 기후, 하중 중 적어도 하나에 따라 크기가 변화되는 정도를 비교하여 상기 BIM모델(10)의 부식 정도를 해석할 수 있다.
상기 추정서버(320)는 상기 해석서버(310)에서 해석한 다수의 상기 격자모듈(221)에 따른 부식 정도를 추정할 수 있다.
이와 같이, 상기 추정서버(320)는 상기 해석서버(310)에서 해석한 부식 정도를 수치화하여 격자모듈(221)의 크기를 추정할 수 있다.
상기 표출서버(400)는 상기 해석서버(310)와 상기 추정서버(320)에서 추정한 상기 격자모듈(221)의 추정 결과값을 그림 및 동영상으로 표출할 수 있다.
이 때, 상기 표출서버(400)는 다수의 상기 격자모듈(221)의 부식 정도가 병합되어 건물의 전체 부식정도까지 표출할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모델링을 활용한 건축물의 부식 예측 시스템에 대해 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니한다. 그리고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
10: BIM모델 100: 설계서버
110: 모델링서버 120: 경계서버
130: DB서버 200: 격자서버
210: 변환서버 220: 지정서버
300: 예측서버 310: 해석서버
320: 추정서버 400: 표출서버

Claims (5)

  1. 건축물에 기후정보를 입력하여 BIM모델로 설계하는 설계서버와,
    상기 설계서버에서 설계한 상기 BIM모델을 다수의 격자모듈로 분할하기 위하여 상기 BIM모델에 격자를 생성하는 격자서버와,
    상기 격자서버에서 분할된 상기 격자모듈을 해석하여 상기 건축물의 부식 정도를 예측하는 예측서버와,
    상기 예측서버에서 예측한 상기 건축물의 부식 정도를 표출하는 표출서버를 구비하고,
    상기 설계서버는 상기 건축물을 3D 파일로 모델링하여 상기 BIM모델을 설계하는 모델링서버와,
    상기 모델링서버에서 모델링한 상기 BIM모델을 다수로 그룹화하여 경계선을 설정하는 경계서버와,
    상기 모델링서버에서 제작된 상기 BIM모델에 기후, 하중, 시간 중 적어도 하나의 정보를 입력하는 DB서버를 구비하고,
    상기 격자서버는 상기 경계서버에서 다수로 그룹화하여 STL파일로 출력한 상기 BIM모델을 병합하여 FMS파일로 변환하는 변환서버와,
    상기 변환서버에서 변환한 상기 BIM모델에 격자를 생성하여 다수의 상기 격자모듈을 지정하는 지정서버를 구비하는 것을 특징으로 하는 모델링을 활용한 건축물의 부식 예측 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 예측서버는 상기 격자서버에서 변환된 상기 격자모듈이 부식에 의하여 변동되는 상기 격자모듈의 크기를 해석하는 해석서버와,
    상기 해석서버에서 해석된 다수의 상기 격자모듈을 통합하여 상기 건축물의 부식 정도를 추정하는 추정서버를 구비하는 것을 특징으로 하는 모델링을 활용한 건축물의 부식 예측 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 해석서버는 상기 격자모듈의 크기에 따른 초기값과 상기 BIM모델에 발생하는 시간, 기후, 하중 중 적어도 하나에 따라 크기가 변화되는 정도를 비교하여 상기 BIM모델의 부식 정도를 해석하는 것을 특징으로 하는 모델링을 활용한 건축물의 부식 예측 시스템.


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