KR102131138B1 - system and method predicting energy expenditure based on machine learning using 2D drawing - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기계학습 기반의 에너지 소요량 예측 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 2차원인 2d도면을 이용한 기계학습 기반의 에너지 소요량 예측 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a system and method for predicting energy requirements based on machine learning, and more particularly, to a system and method for predicting energy requirements based on machine learning using 2D drawings that are two-dimensional.
최근 지구 온난화로 인한 기후 변화에 의해 건물에서의 에너지 소비량과 이산화탄소 발생량 등이 증가하고 있으며, 이러한 에너지 소비량 및 이산화탄소 발생량 등을 감소시키기 위한 다양한 노력들이 이루어지고 있다.Recently, due to climate change due to global warming, energy consumption and carbon dioxide generation in buildings are increasing, and various efforts have been made to reduce such energy consumption and carbon dioxide generation.
특히, 정부는 건물 에너지 이용 효율을 향상시키기 위해 건물의 설계도서를 통하여 난방, 냉방, 급탕 등의 에너지 소비량과 이산화탄소 발생량을 평가하여 에너지 성능에 따라 등급으로 인증하는 제도를 시행하고 있다.In particular, in order to improve the efficiency of building energy use, the government evaluates the energy consumption of heating, cooling, hot water, etc., and the amount of carbon dioxide generated through the design book of the building, and implements a system for certifying according to energy performance.
이에, 건물을 건축 또는 리모델링하기에 앞서 건물 에너지 성능을 예측하는 것이 요구되고 있다.Accordingly, it is required to predict building energy performance before building or remodeling the building.
이를 위해 일정 조건에 따라 건물이 소비하는 에너지량이나 분포, 추이 등을 시뮬레이션하기 위한 프로그램 등이 개발되었으나, 이러한 프로그램은 사용이 복잡하고, 어렵기 때문에 프로그램을 사용할 수 있는 전문가가 필요하다는 문제점이 있다.To this end, programs for simulating the amount of energy consumed by buildings, distribution, trends, etc. have been developed according to certain conditions. However, since such programs are complicated and difficult to use, there is a problem that an expert who can use the programs is needed. .
아울러, 기존 저층 주거 건물의 에너지 성능을 시뮬레이션하기 위한 프로그램에서는 타 2D 도면 작성 프로그램을 사용하여 도면을 작성하고, 복잡한 외피 전개도 등을 작성하며 열관류율 등을 입력해야 건물의 에너지 소요량을 시뮬레이션할 수 있으므로, 작업이 매우 복잡하고 번거로워 업무의 효율성이 매우 저하되는 문제가 있었다. In addition, in the program for simulating the energy performance of existing low-rise residential buildings, it is possible to simulate the energy requirements of the building by creating drawings using other 2D drawing creation programs, creating complex envelope development drawings, and inputting heat permeation rates, etc. There was a problem in that the work efficiency was very complicated and cumbersome, and the efficiency of the work was very low.
또한, 최근에는 3차원 기반의 BIM(Building Information Modeling)정보을 바탕으로 효과적이고 정확한 건물 에너지 시뮬레이션 하는 방법이 제안되고는 있으나, 이러한 방식의 경우, 3차원 기반의 BIM정보를 모델링하고 구축하는데에 과도한 업무가 부과되어야 하는 것은 물론 시간과 비용 등도 과다하게 투입이 될 수 있어 결과적으로 업무 효율성 저하로 이어지는 문제가 있었다. In addition, recently, an effective and accurate method for simulating building energy based on 3D-based BIM (Building Information Modeling) information has been proposed, but in this case, excessive work is required to model and build 3D-based BIM information. In addition to having to be charged, time and money can be excessively charged, resulting in a decrease in work efficiency.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 창안된 것으로서, 복잡하고 구축이 힘든 BIM정보를 이용하지 않고 건물기본입력정보와 2D 모델링 도면입력정보를 바탕으로 기계학습에 필요한 기계학습모델인자를 구성하고, 이 기계학습모델인자와 대표 연면적 변수별 에너지 소요량 데이터베이스 기반으로 기계학습을 수행하여 해당 건물의 에너지 소요량을 예측하도록 하여, 저층주건건물에 대한 에너지 소요량 예측을 간소화하고 업무 효율성을 높일 수 있는 2차원 도면을 이용한 기계학습 기반의 에너지 소요량 예측 시스템 및 방법을 제공하는데 목적이 있다. The present invention was devised to solve the conventional problems as described above, and does not use complex and difficult to construct BIM information. It is a machine learning model factor required for machine learning based on basic building information and 2D modeling drawing input information. By constructing and performing machine learning based on this machine learning model factor and energy requirements database for each representative gross variable, it is possible to predict the energy demand of the building, simplifying energy demand forecasting for low-rise residential buildings and improving work efficiency. The objective is to provide a system and method for predicting energy requirements based on machine learning using two-dimensional drawings.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 2차원 도면을 이용한 기계학습 기반의 에너지 소요량 예측 시스템은, 사용자로부터 건물에 대한 건물기본정보로 이루어진 학습모델 입력인자를 입력받는 건물기본정보 입력모듈; 사용자에 의해 2D 모델링 도면작성이 이루어질 수 있도록 2D 모델링 작성툴을 제공하며, 작성된 2D 모델링 도면의 각 실에 대해 실 용도별로 색상정보를 설정하고, 각 실의 층고높이정보를 수치적으로 입력받으며 실에 설치된 창높이정보를 수치적으로 입력받아 2D 모델링 도면정보를 생성하도록 구성되는 2D 도면 작성모듈; 상기 2D 모델링 도면정보를 바탕으로 학습모델 추출인자를 추출하는 추출모듈; 대표 연면적에 따른 변수별 에너지 소요량 정보가 저장된 대표 연면적에 따른 변수별 에너지 소요량 데이터 베이스; 상기 건물기본정보 입력모듈로부터 수신된 상기 학습모델 입력인자와 상기 추출모듈로부터 수신된 상기 학습모델 추출인자를 포함하는 기계학습모델인자를 구성하고, 상기 학습모델인자와 상기 대표 연면적에 따른 변수별 에너지 소요량 정보를 매칭하고, 상기 학습모델인자와 매칭된 대표 연면적에 따른 변수별 에너지 수요량 정보를 기반으로 기계학습을 수행하여 해당 건물에 대한 에너지 수요량을 산정예측하는 에너지 소요량 예측모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다. A machine learning-based energy demand prediction system using a two-dimensional drawing of the present invention for achieving the above object includes: a building basic information input module that receives a learning model input factor consisting of basic building information from a user; Provides 2D modeling creation tools to enable users to create 2D modeling drawings, sets color information for each room in each 2D modeling drawing, and numerically inputs floor height information for each room. A 2D drawing creation module configured to generate 2D modeling drawing information by numerically receiving window height information installed in the window; An extraction module for extracting a learning model extraction factor based on the 2D modeling drawing information; An energy requirement database for each variable according to the representative total area, in which energy requirement information for each variable according to the representative total area is stored; Constructing a machine learning model factor including the learning model input factor received from the building basic information input module and the learning model extraction factor received from the extraction module, and energy for each variable according to the learning model factor and the representative gross area. It includes an energy demand prediction module that estimates and estimates the energy demand for a building by matching machine requirements and performing machine learning based on energy demand information for each variable according to the representative gross area matched with the learning model factor. Is done.
상기 추출모듈은, 상기 2D 도면 작성모듈을 통해 작성된 2D 모델링 도면정보에서 각 실, 각창에 대한 좌표값을 추출하는 좌표추출부와, 상기 좌표추출부에서 추출된 좌표정보와 상기 층고높이정보, 상기 창높이정보를 바탕으로 연면적, 주향, 창면적비, 장단변비를 산출하고, 상기 색상정보를 통해 화장실 개수, 방 개수, 발코니 개수를 산출하도록 구성되어, 상기 연면적, 주향, 창면적비, 장단병비, 화장실 개수, 방 개수, 발코티 개수로 이루어진 상기 학습모델 추출인자를 획득하는 인자계산부;를 포함하도록 구성될 수 있다 .The extraction module includes a coordinate extraction unit for extracting coordinate values for each room and each window from 2D modeling drawing information created through the 2D drawing creation module, coordinate information extracted from the coordinate extraction unit, and the floor height and height information. Based on the window height information, it is configured to calculate the total floor area, the main area, the window area ratio, and the long and short constipation, and calculate the number of toilets, the number of rooms, and the number of balconies through the color information. It may be configured to include; a factor calculation unit for obtaining the learning model extraction factors consisting of the number, number of rooms, the number of balcoty.
상기 학습모델 입력인자는 건물용도, 준공연도, 지역, 건물위치, 재실 스케줄, 재실자 수로 구성되며, 상기 학습모델 추출인자는 연면적, 주향, 창면적비, 장단변비, 화장실 개수, 방 개수, 발코니 개수으로 구성될 수 있다. The learning model input factors include building use, completion year, area, building location, occupancy schedule, and number of occupants. The learning model extraction factors are gross area, circumference, window area ratio, long and short constipation, number of toilets, number of rooms, number of balconies Can be configured.
한편, 본 발명의 2차원 도면을 이용한 기계학습 기반의 에너지 소요량 예측방법은, a) 건물기본정보 입력모듈이 건물에 대한 건물기본정보로서 건물용도, 준공연도, 지역, 건물위치, 재실 스케줄, 재실자 수로 구성된 학습모델입력인자를 입력받는 단계; b) 2D도면작성모듈이 사용자에 의해 2D모델링 도면을 작성하고, 작성된 2D 도면상의 각 실에 대해 용도별 색상정보를 설정하고, 각 실의 층고높이정보, 각창의 창높이정보를 입력받는 단계; c) 추출모듈이 상기 b) 단계에 의해 작성된 2D 모델링 도면정보를 통해 학습모델추출인자를 획득하는 단계; d) 상기 학습모델 입력인자와 상기 학습모델 추출인자를 기계학습에 필요한 기계학습모델인자로 구성하고, 상기 기계학습모델인자와 대표 연면적 변수별 에너지 소요량 정보를 매칭하고, 상기 기계학습모델인자와 매칭된 대표 연면적 변수별 에너지 소요량 정보로 기계학습을 수행하여 해당 건물에 대한 에너지 소요량을 산정 예측하는 단계;를 포함하도록 구성될 수 있다. On the other hand, the method for predicting energy requirements based on machine learning using the two-dimensional drawing of the present invention includes: a) The basic building information input module is the basic building information for the building, such as building use, completion year, area, building location, occupancy schedule, and occupant Receiving a learning model input factor composed of numbers; b) the 2D drawing creation module creates a 2D modeling drawing by the user, sets color information for each use on each 2D drawing, and receives the floor height information of each room and window height information of each window; c) the extraction module obtaining a learning model extraction factor through the 2D modeling drawing information created in step b); d) The learning model input factor and the learning model extraction factor are configured as machine learning model factors necessary for machine learning, matching the machine learning model factor and energy requirement information for representative gross area variables, and matching the machine learning model factor. It can be configured to include; performing the machine learning with the energy requirements information for each representative gross area variable to estimate and estimate the energy requirements for the building.
상기 c) 단계는 상기 추출모듈이 상기 2D 모델링 도면정보의 형상정보를 통해 각 실에 대한 좌표를 추출하고, 추출된 좌표정보, 층고높이정보, 창높이정보를 바탕으로 연면적, 주향, 창면적비, 장단변비를 산출하며, 상기 색상정보를 통해 화장실 개수, 방개수, 발코니 개수를 산출하여, 상기 연면적, 주향, 창면적비, 장단변비, 화장실 개수, 방개수, 발코니 개수로 이루어진 상기 학습모델 추출인자를 획득하도록 구성될 수 있다. In step c), the extraction module extracts coordinates for each room through shape information of the 2D modeling drawing information, and based on the extracted coordinate information, floor height information, and window height information, the total area, circumference, and window area ratio, Calculate the long and short constipation, calculate the number of toilets, the number of rooms, and the number of balconies through the color information, and extract the learning model consisting of the total area, circumference, window area ratio, long and short constipation, number of toilets, number of rooms, number of balconies Can be configured to obtain.
상기한 바에 따르면, 본 발명은 복잡하고 구축하기 어려운 3차원 BIM정보를 이용할 필요 없이, 입력받은 건물 기본 정보 및 2D 모델링 도면정보를 바탕으로 기계학습모델에 필요한 학습모델인자를 획득하고, 이 획득된 학습모델인자와 대표 연면적 변수별 에너지 소요량 정보를 기반으로 기계학습을 수행하여 건물의 에너지 소요량을 산정예측할 수 있는 방식으로서, 에너지 소요량 예측의 편의성을 향상시킬 수 있으며, 에너지 소요량 예측 업무에 소요되는 시간을 대폭 단축하여 업무효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. According to the above, the present invention acquires the learning model factors necessary for the machine learning model based on the input basic building information and the 2D modeling drawing information, without the need to use complex and difficult to build 3D BIM information. This is a method to estimate the energy demand of a building by performing machine learning based on learning model factors and energy requirement information for representative gross area variables. It can improve the convenience of energy demand forecasting, and the time required for energy demand forecasting. It has the effect of greatly reducing the work efficiency.
아울러, 본 발명은 별도의 타 2D도면 작성프로그램을 사용하지 않아도 되고 복잡한 외피 전개도 등을 작성하거나 열관류율을 입력하는 번거롭고 시간이 많이드는 업무과정을 현저히 줄일 수 있어 에너지 소요량 예측의 업무 효율성을 향상시킬 수 있으며, 보다 간결하고 편의성 높은 에너지 소요량 예측이 이루어질 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention can significantly reduce the cumbersome and time-consuming work process of creating a complex envelope development or inputting a heat permeation rate without using a separate 2D drawing creation program, thereby improving the work efficiency of energy demand forecasting. There is an effect that a more concise and convenient energy demand prediction can be made.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차원 도면을 이용한 기계학습 기반의 에너지 소요량 예측 시스템의 블록구성도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차원 도면을 이용한 기계학습 기반의 에너지 소요량 예측 시스템의 전체프로세스 개념도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차원 도면을 이용한 기계학습 기반의 에너지 소요량 예측방법의 흐름도이다. 1 is a block diagram of a system for predicting energy consumption based on machine learning using a two-dimensional drawing according to an embodiment of the present invention,
2 is a conceptual diagram of a whole process of a system for predicting energy requirements based on machine learning using a 2D drawing according to an embodiment of the present invention,
3 is a flow chart of a method for predicting energy demand based on machine learning using a two-dimensional drawing according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.The present invention can be applied to various changes and can have various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in detail for carrying out the invention. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B can be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components. For example, the first component may be referred to as a second component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the second component may be referred to as a first component. The term and/or includes a combination of a plurality of related described items or any one of a plurality of related described items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When an element is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that other components may be directly connected to or connected to the other component, but there may be other components in between. It should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that no other component exists in the middle.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, terms such as “include” or “have” are intended to indicate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, and that one or more other features are present. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains. Terms, such as those defined in a commonly used dictionary, should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application. Does not.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 2차원 도면을 이용한 기계학습 기반의 에너지 소요량 예측 시스템 및 방법을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a system and method for predicting energy requirements based on machine learning using a two-dimensional drawing according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3 with reference to the accompanying drawings.
아래에서 설명되는 2차원 도면을 이용한 기계학습 기반의 에너지 소요량 예측 시스템 및 방법은 아래 설명되는 각 구성요소와 이의 동작을 실행할 수 있는 소프트웨어 및/또는 소프트웨어를 포함하는 컴퓨터와 같은 하드웨어적 구성을 통해 구현될 수 있음은 해당 기술분야의 당업자라면 충분히 이해할 수 있을 것이다. The system and method for estimating energy requirements based on machine learning using the two-dimensional drawings described below are implemented through hardware components such as a computer including software and/or software capable of executing each component and its operations described below. It will be understood by those skilled in the art.
도 1을 참조하면, 본 발명의 2차 도면을 이용한 기계학습 기반의 에너지 소요량 예측 시스템(100)은 건물 기본 정보 입력모듈(110), 2D 도면 작성모듈(120), 추출모듈(130), 대표연면적 변수별 에너지 소요량 데이터베이스(140), 에너지 소요량 예측모듈(150)을 포함하도록 구성된다. Referring to Figure 1, the machine learning-based energy
본 발명의 에너지 소요량 예측 모듈(150)은 딥 러닝과 같은 기계학습 모델을 이용해 해당 건물에 대한 에너지 소요량을 산정하여 예측하도록 구성되며, 이때, 에너지 소요량 예측 모듈(150)에서의 기계학습모델에 필요한 기계학습모델인자는 아래의 표1과 같이 13개의 기계학습모델인자로 구성된다. The energy demand prediction module 150 of the present invention is configured to calculate and predict energy demand for a corresponding building using a machine learning model such as deep learning, and at this time, it is necessary for the machine learning model in the energy demand prediction module 150 Machine learning model factors are composed of 13 machine learning model factors as shown in Table 1 below.
기계학습모델에 필요한 13개의 기계학습모델인자는 건물 에너지 소요량에 영향을 미치는 인자들이며, 해당 건물의 실 형상에 관한 정보를 포함하여 건물의 기본정보들을 포함하고 있다. The 13 machine learning model factors required for the machine learning model are factors that affect the building energy requirements, and include basic information about the building, including information about the actual shape of the building.
본 발명에서 13개의 기계학습모델인자는 6개의 학습모델입력인자(번호 1~6, 건물용도(A), 준공연도(B), 지역(C), 건물위치(D), 재실 스케줄(E), 재실자 수(E))와, 7개의 학습모델 추출인자(번호7~13, 연면적(G), 주향(H), 창면적비(I), 장단변비(J), 화장실 개수(K), 방 개수(L), 발코니 개수(M))로 구성될 수 있으며, 6개의 학습모델 입력인자는 건물기본정보 입력모듈(110)을 통해 사용자로부터 입력받도록 구성되며, 7개의 학습모델 추출인자는, 2D도면 작성모듈(120)을 통해 사용자에 의해 작성되어진 해당 건물의 2D 모델링 도면정보에서 추출 및 추출정보를 바탕으로 산출되도록 구성된다. In the present invention, 13 machine learning model factors are 6 learning model input factors (numbers 1 to 6, building use (A), completion year (B), area (C), building location (D), and occupancy schedule (E)). , Number of occupants (E), and 7 learning model extraction factors (numbers 7 to 13, total area (G), circumference (H), window area ratio (I), long and short constipation (J), number of toilets (K), rooms Number (L), number of balcony (M)), 6 learning model input factors are configured to be input from the user through the building basic
건물 기본 정보 입력모듈(110)은 사용자로부터 건물용도(A), 준공연도(B), 지역(C), 건물위치(D), 재실 스케줄(E), 재실자 수(E)로 구성된 건물기본정보를 입력받도록 구성되며, 이 입력받은 건물기본정보는 학습모델 입력인자로서 에너지 소요량 예측모듈(150)에 전달하도록 구성된다. Building basic
2D 도면 작성모듈(120)은 사용자에 의해 해당 건물에 대한 2D 모델링 도면작성이 이루어지도록 2D 도면 작성툴을 제공한다. 2D 도면 작성모듈에 의해 작성된 2D 모델링 도면 정보에는 대상 실(room), 창(windoe)에 대한 형상정보가 포함되도록 구성될 수 있다. 또한, 2D 도면 작성모듈(120)은 작성한 2D 모델링 도면의 각 실에 대해 화장실, 방, 발코니와 같은 실 용도별 색상을 설정하는 색상설정부와, 각 실의 층고높이를 수치적으로 입력하는 층고높이 입력부와, 실에 설치된 창 높이를 수치적으로 입력하는 창높이 입력부를 더 포함하도록 구성될 수 있다. The 2D
이에 따라, 2D 도면 작성모듈(120)을 통해 작성된 2D 모델링 도면정보에는 상기에서 언급한 형상정보와 더불어 각 실에 설정된 색상정보, 각 실의 층고높이정보, 실에 설치된 창높이정보가 포함되도록 구성될 수 있다. Accordingly, the 2D modeling drawing information created through the 2D
추출모듈(130)은 2D 도면 작성모듈(120)을 통해 작성된 2D 모델링 도면정보으로부터 7개의 학습모델 추출인자를 추출하도록 구성될 수 있다. The
구체적으로, 추출모듈(130)은 2D 도면 작성모듈(120)을 통해 작성된 2D 모델링 도면정보에서 각 실, 각 창에 대한 좌표값을 추출하는 좌표추출부(132)와, 이 좌표추출부(132)에서 추출된 좌표정보, 층고높이정보, 창높이정보를 바탕으로 연면적(G), 주향(H), 창면적비(I), 장단변비(J)를 산출하고, 색상정보를 통해 화장실 개수(K), 방개수(L), 발코니 개수(M)를 산출하여, 연면적(G), 주향(H), 창면적비(I), 장단변비(J), 화장실 개수(K), 방개수(L), 발코니 개수(M)로 구성된 7개의 학습모델 추출인자를 획득하는 인자계산부(134)를 포함하도록 구성된다. Specifically, the
기존 건물 에너지 시뮬레이션 모델에서 2D 정보를 추출했던 일부 연구들은 실에 대한 기본적인 좌표나 길이 정보만을 추출하였기 때문에 기계학습모델에 필요한 학습모델인자를 추출하는 것이 불가능하였으나, 본 발명의 추출모듈(130)은 좌표추출부(132)가 2D 모델링 도면정보에서 각 실 및 각 창에 대한 좌표정보를 추출하고, 이 추출된 좌표정보와 2D 모델링정보에 포함된 층고높이정보, 창높이정보, 색상정보를 바탕으로, 기계학습모델에 필요한 7개의 학습모델 추출인자(번호7~13, 연면적(G), 주향(H), 창면적비(I), 장단변비(J), 화장실 개수(K), 방 개수(L), 발코니 개수(M))를 산출하여 추출할 수 있다. Since some studies that extracted 2D information from the existing building energy simulation model extracted only basic coordinates or length information about the room, it was impossible to extract the learning model factors necessary for the machine learning model, but the
표 2는 추출모듈(130)이 2D 모델링 도면정보로부터 추출한 7개의 학습모델 추출인 자 및 추출방법을 나타낸다. Table 2 shows seven learning model extraction factors and extraction methods extracted by the
대표연면적 변수별 에너지 소요량 데이터베이스(140)은, 대표 연면적에 따른 에너지 소요량 정보가 저장되도록 구성되며, 에너지 소모량 예측모듈(150)에 대표 연면적에 따른 변수별 에너지 소요량 정보를 제공하도록 구성된다. The
에너지 소요량 예측모듈(150)은 기계학습모델이 구출되어 기계학습을 수행하는 기계학습실해부(152)를 포함하고 있으며, 구축되어진 기계학습모델을 통해 해당 건물에 대한 에너지 소요량을 예측하도록 학습할 수 있다. The energy demand prediction module 150 includes a machine
구체적으로, 에너지 소요량 예측모듈(150)은 건물기본정보 입력모듈(110)로부터 6개의 학습모델입력인자(건물용도(A), 준공연도(B), 지역(C), 건물위치(D), 재실 스케줄(E), 재실자 수(E))를 수신하고, 추출모듈(130)로부터 7개의 학습모델 추출인자(연면적(G), 주향(H), 창면적비(I), 장단변비(J), 화장실 개수(K), 방 개수(L), 발코니 개수(M)))를 수신하며, 대표연면적 변수별 에너지 소요량 데이터베이스(140)로부터 대표 연면적에 따른 변수별 에너지 소요량 정보를 수신하도록 구성된다. Specifically, the energy requirement prediction module 150 includes six learning model input factors (building use (A), completion year (B), area (C), building location (D), from the building basic information input module 110), Receiving schedule (E), number of occupants (E), and extracting seven learning models from the extraction module 130 (Gross Area (G), Perimeter (H), Window Area Ratio (I), Long-term Constipation (J)) , The number of toilets (K), the number of rooms (L), the number of balconies (M)), and is configured to receive energy requirement information for each variable according to the representative floor area from the
다음으로, 에너지 소요량 예측모듈(150)은 6개의 학습모델입력인자와 7개의 학습모델추출인자를 포함하는 13개의 기계학습모델인자들을 바탕으로 대표 연면적 변수별 에너지 소요량 정보와 매칭하고, 13개의 기계학습모델인자와 매칭된 대표 연면적 변수별 에너지 소요량 정보를 기계학습실행부(152)에 삽입하여 기계학습이 이루어지게 함으로써 해당 건물에 대한 에너지 소요량을 예측 산정하고, 예측된 해당 건물에 대한 에너지 소요량은 디스플레이부에 출력되어 표시되도록 구성될 수 있다. Next, the energy demand prediction module 150 matches energy demand information for each representative floor area variable based on 13 machine learning model factors including 6 learning model input factors and 7 learning model extraction factors, and 13 machines The energy requirements for each building are inserted into the machine
이처럼, 본 발명은 복잡하고 구축하기 어려운 3차원 BIM정보를 이용할 필요 없이, 입력받은 건물 기본 정보 및 2D 모델링 도면정보를 바탕으로 기계학습모델에 필요한 학습모델인자를 획득하고, 이 획득된 학습모델인자와 대표 연면적 변수별 에너지 소요량 정보를 기반으로 기계학습을 통해 건물의 에너지 소요량을 산정예측할 수 있는 방식으로, 에너지 소요량 예측의 편의성을 향상시킬 수 있으며, 에너지 소요량 예측 업무에 소요되는 시간 또한 대폭 단축되어 신속성을 확보할 수 있다. As described above, the present invention acquires the learning model factors necessary for the machine learning model based on the input basic building information and the 2D modeling drawing information, without the need to use complex and difficult to construct 3D BIM information, and the acquired learning model factors Based on the energy requirement information for each of the representative gross area variables, it is possible to estimate the energy requirements of buildings through machine learning, thereby improving the convenience of estimating energy requirements, and the time required to estimate energy requirements is also significantly reduced. Speed can be secured.
특히, 본 발명은 별도의 타 2D도면 작성프로그램을 사용하지 않아도 시스템내에 2D 도면 작성모듈이 구비되어, 편리한 2D모델링 도면이 가능하여, 에너지 소요량 예측의 업무 효율성을 높일 수 있게 된다. In particular, the present invention is provided with a 2D drawing creation module in the system without using a separate 2D drawing creation program, thereby enabling convenient 2D modeling drawing, thereby improving work efficiency of energy demand prediction.
한편, 도 3을 참조하여, 2차원 도면을 이용한 기계학습기반의 에너지 소요량 예측 방법에 대해 설명한다. Meanwhile, with reference to FIG. 3, a method for predicting energy consumption based on machine learning using a 2D drawing will be described.
도 3을 참조하면, 건물 기본 정보 입력모듈(110)이 사용자에 의해 건물용도(A), 준공연도(B), 지역(C), 건물위치(D), 재실 스케줄(E), 재실자 수(E)으로 구성된 건물 기본 정보를 입력받는다(S101). Referring to FIG. 3, the building basic
여기서, 건물용도(A), 준공연도(B), 지역(C), 건물위치(D), 재실 스케줄(E), 재실자 수(E)로 구성된 건물기본정보는 기계학습모델에 필요한 6개의 학습모델 입력인자로서 사용된다. Here, the basic information of buildings consisting of building use (A), year of completion (B), area (C), building location (D), occupancy schedule (E), and number of occupants (E) is required for the machine learning model. Used as a model input factor.
다음으로, 2D 도면 작성모듈(120)이 사용자에 의해 2D 모델링 도면을 작성하고, 2D 도면 상의 각 실에 대한 용도별 색상정보를 설정하며, 각 실에 대한 층고높 및 각 창에 대한 창높이정보를 입력받는다(S02). Next, the 2D
이에 따라, 작성된 2D 모델링 도면정보에는 해당 건물에 대한 각실, 각창을 나타내는 형상정보와, 각 실에 대한 용도별 색상정보, 각 실에 대한 층고높이정보, 각 창에 대한 창높이정보가 포함될 수 있다. Accordingly, the created 2D modeling drawing information may include shape information representing each room and each window for the corresponding building, color information for each use for each room, floor height information for each room, and window height information for each window.
다음으로, 추출모듈(130)이 상기 2D 모델링 도면정보의 형상정보를 통해 각 실에 대한 좌표를 추출하고, 추출된 좌표정보, 층고높이정보, 창높이정보를 바탕으로 연면적(G), 주향(H), 창면적비(I), 장단변비(J)를 산출하며, 색상정보를 통해 화장실 개수(K), 방개수(L), 발코니 개수(M)를 산출하여, 연면적(G), 주향(H), 창면적비(I), 장단변비(J), 화장실 개수(K), 방개수(L), 발코니 개수(M)로 이루어진 7개의 학습모델 추출인자를 획득할 수 있다(S103). Next, the
다음으로, 에너지 소요량 예측모듈(150)이 건물기본정보 입력모듈(110)로부터 6개의 학습모델입력인자(건물용도(A), 준공연도(B), 지역(C), 건물위치(D), 재실 스케줄(E), 재실자 수(E))를 수신하고, 추출모듈(130)로부터 7개의 학습모델 추출인자(연면적(G), 주향(H), 창면적비(I), 장단변비(J), 화장실 개수(K), 방 개수(L), 발코니 개수(M)))를 수신하며, 대표연면적 변수별 에너지 소요량 데이터베이스(140)로부터 대표 연면적에 따른 변수별 에너지 소요량 정보를 수신한 다음, 개의 학습모델입력인자와 7개의 학습모델추출인자를 포함하는 13개의 기계학습모델인자들을 바탕으로 대표 연면적 변수별 에너지 소요량 정보와 매칭하고, 13개의 기계학습모델인자와 매칭된 대표 연면적 변수별 에너지 소요량 정보로 기계학습을 실행하여 해당 건물에 대한 에너지 소요량을 예측산정한다(S104). 이렇게 예측된 건물에 대한 에너지 소요량은 디플레이부에 출력될 수 있다. Next, the energy requirement prediction module 150 inputs six learning models from the building basic information input module 110 (building use (A), completion year (B), area (C), building location (D), Receiving schedule (E), number of occupants (E), and extracting seven learning models from the extraction module 130 (Gross Area (G), Perimeter (H), Window Area Ratio (I), Long-term Constipation (J)) , Receives the number of toilets (K), the number of rooms (L), the number of balconies (M)), receives energy requirement information for each variable according to the representative gross area from the
이상 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described with reference to the above embodiment, those skilled in the art can understand that the present invention can be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. There will be.
110...건물 기본 정보 입력모듈
120...2D 도면 작성모듈
130...추출모듈
132...좌표추출부
134...인자계산부
150...대표 연면적 변수별 에너지 소요량 데이터베이스
150...에너지 소요량 예측모듈
152...기계학습실행부110...building basic information input module
120...2D drawing creation module
130...extraction module
132...Coordinate extraction unit
134...Factor
150...Representative energy requirement database by gross area variable
150...Energy requirement prediction module
152...Machine Learning Executive
Claims (5)
사용자에 의해 2D 모델링 도면작성이 이루어질 수 있도록 2D 모델링 작성툴을 제공하며, 작성된 2D 모델링 도면의 각 실에 대해 실 용도별로 색상정보를 설정하는 색상설정부, 각 실의 층고높이정보를 수치적으로 입력받는 층고높이입력부, 실에 설치된 창높이정보를 수치적으로 입력받는 창높이입력부를 포함하도록 구성되어, 상기 실 용도별로 색상정보, 상기 층고높이정보 및 상기 창높이정보를 포함하는 2D 모델링 도면정보를 생성하도록 구성되는 2D 도면 작성모듈;
상기 2D 모델링 도면정보를 바탕으로 학습모델 추출인자를 추출하는 추출모듈;
대표 연면적에 따른 변수별 에너지 소요량 정보가 저장된 대표 연면적에 따른 변수별 에너지 소요량 데이터 베이스;
상기 건물기본정보 입력모듈로부터 수신된 상기 학습모델 입력인자와 상기 추출모듈로부터 수신된 상기 학습모델 추출인자를 포함하는 기계학습모델인자를 구성하고, 상기 학습모델인자와 상기 대표 연면적에 따른 변수별 에너지 소요량 정보를 매칭하고, 상기 학습모델인자와 매칭된 대표 연면적에 따른 변수별 에너지 수요량 정보를 기반으로 기계학습을 수행하여 해당 건물에 대한 에너지 수요량을 산정예측하는 에너지 소요량 예측모듈;을 포함하며,
상기 추출모듈은,
상기 2D 도면 작성모듈을 통해 작성된 2D 모델링 도면정보에서 각 실, 각창에 대한 좌표값을 추출하는 좌표추출부;
상기 좌표추출부에서 추출된 좌표정보와 상기 층고높이정보, 상기 창높이정보를 바탕으로 연면적, 주향, 창면적비, 장단변비를 산출하고, 상기 색상정보를 통해 화장실 개수, 방 개수, 발코니 개수를 산출하도록 구성되어, 상기 연면적, 주향, 창면적비, 장단병비, 화장실 개수, 방 개수, 발코티 개수로 이루어진 상기 학습모델 추출인자를 획득하는 인자계산부;를 포함하며,
상기 학습모델 입력인자는 건물용도, 준공연도, 지역, 건물위치, 재실 스케줄, 재실자 수로 구성되며,
상기 학습모델 추출인자는 연면적, 주향, 창면적비, 장단변비, 화장실 개수, 방 개수, 발코니 개수으로 구성되는 것을 특징으로 하는 2차원 도면을 이용한 기계학습 기반의 에너지 소요량 예측 시스템.
A building basic information input module that receives a learning model input factor consisting of basic building information about a building from a user;
Provides a 2D modeling creation tool so that users can create 2D modeling drawings, and a color setting unit that sets color information for each room in each 2D modeling drawing created numerically. It is configured to include an input height height input unit and a window height input unit for numerically inputting window height information installed in a room, and 2D modeling drawing information including color information, the floor height height information, and the window height information for each room use. 2D drawing creation module configured to generate;
An extraction module for extracting learning model extraction factors based on the 2D modeling drawing information;
An energy requirement database for each variable according to the representative total area, in which energy requirement information for each variable according to the representative total area is stored;
Constructing a machine learning model factor including the learning model input factor received from the building basic information input module and the learning model extraction factor received from the extraction module, and energy for each variable according to the learning model factor and the representative gross area. It includes; energy requirements prediction module that estimates and estimates the energy demand for the building by matching the required information and performing machine learning based on the variable energy demand information according to the representative gross area matched with the learning model factor.
The extraction module,
A coordinate extraction unit for extracting coordinate values for each room and each window from the 2D modeling drawing information created through the 2D drawing creation module;
Based on the coordinate information extracted from the coordinate extracting unit, the floor height information, and the window height information, calculate the total area, circumference, window area ratio, and long and short constipation, and calculate the number of toilets, the number of rooms, and the number of balconies through the color information. It is configured to be, including the factor of calculating the learning model extraction factors consisting of the total area, circumference, window area ratio, pros and cons ratio, number of toilets, number of rooms, number of balcoty;
The learning model input factors include building use, completion year, area, building location, occupancy schedule, and number of occupants.
The learning model extraction factor is a machine learning-based energy demand prediction system using a two-dimensional drawing, characterized in that it consists of a total area, circumference, window area ratio, long and short constipation, number of toilets, number of rooms, and number of balconies.
b) 2D도면작성모듈이 사용자에 의해 2D모델링 도면을 작성하고, 작성된 2D 도면상의 각 실에 대해 용도별 색상정보를 설정하고, 각 실의 층고높이정보, 각창의 창높이정보를 입력받는 단계;
c) 추출모듈이 상기 2D 모델링 도면정보의 형상정보를 통해 각 실에 대한 좌표를 추출하고, 추출된 좌표정보, 층고높이정보, 창높이정보를 바탕으로 연면적, 주향, 창면적비, 장단변비를 산출하며, 상기 색상정보를 통해 화장실 개수, 방개수, 발코니 개수를 산출하여, 상기 연면적, 주향, 창면적비, 장단변비, 화장실 개수, 방개수, 발코니 개수로 이루어진 학습모델 추출인자를 획득하는 단계;
d) 상기 학습모델 입력인자와 상기 학습모델 추출인자를 기계학습에 필요한 기계학습모델인자로 구성하고, 상기 기계학습모델인자와 대표 연면적 변수별 에너지 소요량 정보를 매칭하고, 상기 기계학습모델인자와 매칭된 대표 연면적 변수별 에너지 소요량 정보로 기계학습을 수행하여 해당 건물에 대한 에너지 소요량을 산정 예측하는 단계;를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 2차원 도면을 이용한 기계학습 기반의 에너지 소요량 예측 방법.
a) the building basic information input module inputting a learning model input factor consisting of building use, completion year, area, building location, occupancy schedule, and number of occupants as basic building information for the building;
b) the 2D drawing creation module creates a 2D modeling drawing by the user, sets color information for each application on the created 2D drawing, and receives floor height information of each room and window height information of each window;
c) The extraction module extracts the coordinates for each room through the shape information of the 2D modeling drawing information, and calculates the total area, circumference, window area ratio, and long-term constipation based on the extracted coordinate information, floor height information, and window height information. And calculating the number of toilets, the number of rooms, and the number of balconies through the color information to obtain a learning model extraction factor consisting of the total area, circumference, window area ratio, long and short constipation, number of toilets, number of rooms, and number of balconies;
d) The learning model input factor and the learning model extraction factor are configured as machine learning model factors necessary for machine learning, matching the machine learning model factor and energy requirement information for representative gross area variables, and matching the machine learning model factor. A machine learning-based energy demand prediction method using a two-dimensional drawing, characterized in that it is configured to include; performing a machine learning with energy requirements information for each representative gross area variable to estimate and estimate the energy demand for the building.
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KR102581396B1 (en) * | 2022-10-21 | 2023-09-21 | 황명식 | Server for evaluating the energy performance of building and program for evaluating the energy performance of building |
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