KR102583020B1 - Bim 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 - Google Patents
Bim 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 Download PDFInfo
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Abstract
BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 기술이 개시된다. 일 실시예에 따른 BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 방법은, 드릴-블라스팅(Drill-and-Blast)를 통한 터널 시공을 위한 복수 개의 상호 연결된 데이터 모델과 프로젝트 데이터를 결합한 터널 정보 모델링 프레임워크를 구성하는 단계; 및 상기 구성된 터널 정보 모델링 프레임워크를 통해 터널 시공의 프로젝트와 관련된 프로젝트 정보를 지원하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
아래의 설명은 BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크에 관한 것이다.
IFC는 건축분야에서 많은 개발이 이루어져 BIM 적용에 대한 근간을 이루고 있다. 이에 반해 토목분야는 학계, 업계를 중심으로 IFC 및 BIM의 적용성에 대한 연구가 진행 중이다. 현재 사용되고 있는 IFC 기반 정보교환환경을 살펴보면 3D 객체 정보의 손실 및 부정확한 정보전달 등의 문제점이 발생하고 있고, 그나마 토목분야 중 도로, 교량시공에서는 IFC 확장을 위해 활발하게 관련 연구가 이루어 지고 있으나, 터널 시공분야에서의 IFC 확장은 매우 부족한 현실이다.
드릴-블라스트(Drill-and-blast)는 터널 시공 방법 중 가장 일반적인 것으로, 시추주상도, 지질지도, 지진 로그, 지형 조사 등 대량의 데이터를 생성하는 주기적 건설 프로세스이다. 암질, 암반 분류 값, 현장 테스트 기록, 폭발 진동 지진도, 터널 조사 지점 및 사이트 관리 데이터 등은 터널 프로젝트 전(全) 주기 동안 생성된다. 따라서 이해 관계자들간에 공유 해야하는 정보는 터널 시공 프로젝트 기간 동안 유형, 형식, 규모 및 가용성이 다를 수 밖에 없다. 하지만 아직까지 드릴-블라스트(Drill-and-blast) 터널링 프로젝트의 데이터 교환은 여전히 전통적인 프로젝트 관리 및 데이터 교환 기술을 사용하여 수동으로 수행되는 경우가 많아 이해관계자들간의 정확한 정보전달이 잘 이루어지고 있지 않는 현실이다.
BIM에서 필수적인 시각화 도구이지만 아직 드릴에서 연구되지 않은 시공 프로세스 시뮬레이션 터널링 연구 격차와 굴착식 터널 공사에서의 BIM 채택을 꺼리는 점을 고려하고, 암석 지지 모델, 터널 라이닝 또는 지질 암석 모델에만 초점을 맞추고 있는 토목 BIM-IFC를 확장시키기 위해 효율적인 터널 프로젝트 관리를 위한 터널 정보 모델링(Tunnel Information Modeling; TIM) 프레임워크(Framework)를 제공하고자 한다.
드릴-블라스트 터널 정보 모델링 프로젝트의 전체 기간동안 생성된 모든 정보를 연결하기 위한 데이터 정보 모델링 및 통합 데이터의 관리하기 위한 방법 및 시스템을 제공할 수 있다.
토공 설계 및 시공 프로세스와 연계되어 전체적인 토목 시공 프로세스의 의사결정, 평가 및 관리를 지원하는 방법 및 시스템을 제공할 수 있다.
BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 방법은, 드릴-블라스팅(Drill-and-Blast)를 통한 터널 시공을 위한 복수 개의 상호 연결된 데이터 모델과 프로젝트 데이터를 결합한 터널 정보 모델링 프레임워크를 구성하는 단계; 및 상기 구성된 터널 정보 모델링 프레임워크를 통해 터널 시공의 프로젝트와 관련된 프로젝트 정보를 지원하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 데이터 모델은, IFC스키마의 객체, 관계 및 속성 집합 정의를 기반으로 하는 IFC 터널 클래스를 제안하기 위해 연결된 것일 수 있다.
상기 구성하는 단계는, 터널 시공의 프로젝트 프로세스의 전 과정에서 생성되는 이미지, 스프레드 시트 및 텍스트 문서를 포함하는 서로 다른 유형과 서로 다른 파일 형식의 데이터를 데이터 소스 계층에서 수집하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 구성하는 단계는, 상기 프로젝트 프로세스의 중, 타당성 단계에서 현장조사 및 시험 데이터 전기 저항 및 탄성파 굴절법을 이용한 항공 사진, 조사표, 지구물리조사, 보어홀 시추 및 로깅, 현장 및 실험실 시험, 지질조사를 통해 데이터를 수집하고, 상기 프로젝트 프로세스 중, 설계 단계에서 추가적으로 시추공 드릴링 및 로깅, 터널 탐사, 실험실 테스트, 타당성 보고서, 프로젝트 문서 및 터널링 표준에서 데이터를 수집하고, 상기 프로젝트 프로세스 중, 건설 단계에서, 지질도, 표면 코어링 및 로깅, 블라스팅 로그, 현장 테스트, 드릴링, 융합적인 모니터링, 지반 진동 모니터링, 비용, 공정 평가 및 준공 정보 로그를 포함하는 데이터를 수집하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 구성하는 단계는, 드릴-블라스팅(Drill-and-Blast)를 통한 터널 시공을 위한 구성 요소를 모델링하기 위한 적어도 하나 이상의 데이터가 포함된 복수 개의 지능형 모델을 이용하여 상기 데이터 소스 계층을 통해 수집된 서로 다른 유형과 서로 다른 파일 형식의 데이터를 연결하고, 상기 지능형 모델에서 형상 데이터 또는 비형상 데이터가 변경될 경우, 상기 지능형 모델에 상기 변경되는 객체와 관련된 데이터를 업데이트 하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 지능형 모델은, 지표면 및 지반 모델(IfcSurfaceandGroundModel), 드릴 및 블라스팅 모델(IfcBlastingExcavationModel), 지질 암석 모델(IfcGeologicalRockModel), 암석 지지 모델(IfcRockSupportModel) 및 콘크리트 라이닝 모델(IfcConcreteLiningModel)을 포함할 수 있다.
상기 지표면 및 지반 모델(IfcSurfaceandGroundModel)은, IfcSurveyElement, IfcBoreHoleElement 및 IfcRockMassProperties를 포함하는 암석의 지형, 지질학적 특징 및 특성과 관련된 세 가지의 클래스로 분류되고, 상기 IfcSurveyElement는, 터널 위의 지상에 있는 모든 지형 정보와 공간 데이터를 나타내고, 상기 IfcBoreHoleElement는, 암석과 같은 터널 위 지층의 지질학적 데이터를 나타내고, 상기 IfcRockMassProperties는, 지층, 암석의 지질학적 특성과 암석 속성 데이터를 나타낼 수 있다.
상기 드릴 및 블라스팅 모델(IfcBlastingExcavationModel)에서 IfcDrilling Element와 IfcExplosive Element이 도출된 것으로, 상기 IfcDrilling Element는 드릴링 프로세스를 나타내고, 드릴링 메커니즘, 드릴 구멍의 설계 변수 및 드릴링 도구의 정보를 나타내고, 상기 IfcExplosive Element는 블라스팅 프로세스를 나타내고, 폭발물, 블라스트 설계 및 진동 모니터링을 포함하는 2차 작동의 인덱스 속성 정보를 나타낼 수 있다.
상기 지질 암석 모델(IfcGeologicalRockModel)에서 터널 표면 근처의 지질학적 특징과 암질을 설명하기 위해 IfcFaceMapElement 및 IfcRockQualityDesignation이 도출된 것으로, 상기IfcFaceMapElement는 터널 주변의 암석의 지질학적 특징과 상태를 나타내고, 상기 IfcRockQualityDesignation는 암질 지수 평가 및 필요한 자원에 대한 예측을 나타낼 수 있다.
상기 암석 지지 모델(IfcTunnelRockSupportModel)은, IfcRockBoltElement, IfcShotcreteElement, IfcWireMeshElement, IfcLatticeGirderElement 및 IfcConvergenceStationElement를 포함하는 다섯 가지의 클래스로 분류되고, 상기IfcRockBoltElement는 바위 볼트의 지지 설계 및 바위를 안정화하는 유형에 대한 데이터를 나타내고, 상기IfcShotcreteElement는 표면을 안전화시키는데 필요한 숏크리트의 구성, 적용 및 필요한 양을 나타내고, 상기IfcWireMeshElement는 철망의 설계 매개변수를 나타내고, 상기IfcLatticeGirderElement는 격자 거더의 설계 매개 변수와 관련된 데이터를 나타내고, 상기 IfcConvergenceStationElement는 융합 측점의 설계 매개변수와 터널 변형 측정을 나타낼 수 있다.
상기 콘크리트 라이닝 모델(IfcConcreteLiningModel)은, IfcWaterProofingElement, IfcConcreteLiningElement 및 IfcAuxiliaryInstallationElement를 포함하는 세 가지의 클래스로 분류되고, 상기 IfcWaterProofingElement은 배수 및 물의 흐름을 제어하기 위한 설계 측정과 관련된 요소를 나타내고, 상기 IfcConcreteLiningElement은 콘크리트의 구성 및 혼합 설계와 마감된 표면을 안정화하기 위하여 필요한 철근의 설계 측정과 관련된 요소를 나타내고, 상기 IfcAuxiliaryInstallationElement은 터널 운영에 필요한 조명 및 전원 공급 장치와 같은 필수 요소를 나타낼 수 있다.
상기 구성하는 단계는, IFC에 의해 촉진되는 터널 정보 모델링에서 데이터를 교환하여 상호 운용성을 제공하며, IFC를 기반으로 데이터의 구조를 정의하고, 복수 개의 계층과 도메인 모델을 통합하여 드릴-블라스팅(Drill-and-Blast)를 통한 터널 시공의 프로젝트의 의미를 설명하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 구성하는 단계는, 데이터 소스 계층을 통해 수집된 데이터와 멀티 모델러에 구성된 복수 개의 지능형 모델을 사용하여 프로젝트 정보를 분석하기 위한 피드백 정보를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 구성하는 단계는, 드릴-블라스팅(Drill-and-Blast)를 통한 터널 시공을 위한 프로젝트에서 3D 도면, 시각화, 시공 시뮬레이션, 설계 최적화, 충돌 감지, 비용을 포함하는 터널 정보 모델링에 저장된 프로젝트 정보와, 상기 프로젝트 정보에 대한 분석 결과를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 시스템은, 드릴-블라스팅(Drill-and-Blast)를 통한 터널 시공을 위한 복수 개의 상호 연결된 데이터 모델과 프로젝트 데이터를 결합한 터널 정보 모델링 프레임워크를 구성하는 프레임워크 구성부; 및 상기 구성된 터널 정보 모델링 프레임워크를 통해 터널 시공의 프로젝트와 관련된 프로젝트 정보를 지원하는 프로젝트 지원부를 포함할 수 있다.
터널 정보 모델링(TIM) 프레임워크를 통해 IFC 스키마의 개체, 관계 및 속성 집합 정의를 기반으로 하는 IFC-터널 클래스를 제안하여 서로 다른 도메인에 생성되는 터널 시공 정보를 일관성 있는 정보를 참가들한테 제공하여, 참가들이 능동적으로 프로젝트 각 단계에 참여하여 효율적인 의사결정을 내릴 수 있도록 도움을 제공할 수 있다.
향후 큰 범위에서의 건설관리 관제 플랫폼과 접목도 고려하여 도로+교량+터널로 이루어져 있는 고속도로 건설과 같이 대규모 토목 설계 및 시공 프로세스와 연계하여 토목시공 프로세스의 의사결정, 평가 및 관리를 지원하는 플랫폼으로까지 확장시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 터널 정보 모델링 프레임워크 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 터널 정보 모델링 프레임워크 시스템에서 BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 일 실시예에 있어서, 터널 정보 모델링 프레임워크의 계층 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 있어서, 터널 정보 모델링의 프로세스 맵과 정보 흐름을 보여주는 BPMN(Business Process Model and Notation)을 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6은 일 실시예에 있어서, 드릴-블라스트 터널 시공을 위한 전체 IFC 기반 데이터 모델의 시각적 표현을 나타낸 도면이다.
도 7은 일 실시예에 있어서, IFC 기반 드릴-블라스트 터널 구성 요소를 추출하는 지능형 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 있어서, 암석 지지 모델과 IFC 기반 드릴-블라스트 터널 시공을 위한 구성 요소를 추출하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 있어서, 터널 프로파일에 수직인 록 볼트 설치를 위한 시각적 표현을 나타낸 도면이다.
도 10은 일 실시예에 있어서, 드릴-블라스트 터널 LOD를 표현하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일 실시예에 있어서, 드릴-블라스트 프로세스를 위한 5개의 하위 도메인 모델의 하위 집합 정보를 정의하는 지능형 데이터 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 터널 정보 모델링 프레임워크 시스템에서 BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 일 실시예에 있어서, 터널 정보 모델링 프레임워크의 계층 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 있어서, 터널 정보 모델링의 프로세스 맵과 정보 흐름을 보여주는 BPMN(Business Process Model and Notation)을 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6은 일 실시예에 있어서, 드릴-블라스트 터널 시공을 위한 전체 IFC 기반 데이터 모델의 시각적 표현을 나타낸 도면이다.
도 7은 일 실시예에 있어서, IFC 기반 드릴-블라스트 터널 구성 요소를 추출하는 지능형 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 있어서, 암석 지지 모델과 IFC 기반 드릴-블라스트 터널 시공을 위한 구성 요소를 추출하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 있어서, 터널 프로파일에 수직인 록 볼트 설치를 위한 시각적 표현을 나타낸 도면이다.
도 10은 일 실시예에 있어서, 드릴-블라스트 터널 LOD를 표현하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일 실시예에 있어서, 드릴-블라스트 프로세스를 위한 5개의 하위 도메인 모델의 하위 집합 정보를 정의하는 지능형 데이터 모델을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
건축분야에서는 이미 BIM-IFC를 통한 고급 건설 데이터 관리 및 정보 모델링 기술을 효과적으로 사용하지만, 토목분야에서는 여전히 전통적인 프로젝트 관리 기술을 구현하고 있다. 효율적인 토목시공을 위해서 토목 공학의 여러 영역에서 다양한 분야의 지식과 데이터 공유가 필요하다. 특히 터널 시공 방법은 프로젝트의 규모, 유틸리티, 예산, 자원, 지반 조건 및 기간에 따라 매우 다르기 때문에 더욱더 이해관계자들이 커뮤니케이션 오류 없이 정보를 서로 주고 받을 수 있도록 BIM-IFC 구현을 할 필요가 있다. 따라서 많은 양의 데이터를 생성, 공유하고 가공되는 드릴-블라스팅 터널링 프로젝트 전체 기간 동안 생성된 모든 정보를 연결하려면 데이터 정보 모델링 및 통합 데이터 관리가 필요하다.
실시예에서는 드릴링-블라스트(Drill-and-blast)를 통한 터널 시공을 위한 복수 개(예를 들면, 5개)의 상호 연결된 데이터 모델과 프로젝트 데이터를 통합하여 프로젝트 관리, 건설 및 제공을 개선하기 위한 새로운 BIM 기반 다중 모델 터널 정보 모델링(Tunnel Information Modeling; TIM) 프레임워크를 설명하기로 한다. 상기 BIM 기반 다중 모델 터널 정보 모델링 프레임워크를 통해 IFC(Industry Foundation Classes) 스키마(Schema)의 객체, 관계 및 속성 집합 정의를 기반으로 IFC-Tunnel Class를 제안하는 것을 설명하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 터널 정보 모델링 프레임워크 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 터널 정보 모델링 프레임워크 시스템에서 BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
터널 정보 모델링 프레임워크 시스템(100)의 프로세서는 프레임워크 구성부(110) 및 프로젝트 지원부(120)를 포함할 수 있다. 이러한 프로세서의 구성요소들은 터널 정보 모델링 프레임워크 시스템에 저장된 프로그램 코드가 제공하는 제어 명령에 따라 프로세서에 의해 수행되는 서로 다른 기능들(different functions)의 표현들일 수 있다. 프로세서 및 프로세서의 구성요소들은 도 2의 BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 방법이 포함하는 단계들(210 내지 220)을 수행하도록 터널 정보 모델링 프레임워크 시스템을 제어할 수 있다. 이때, 프로세서 및 프로세서의 구성요소들은 메모리가 포함하는 운영체제의 코드와 적어도 하나의 프로그램의 코드에 따른 명령(instruction)을 실행하도록 구현될 수 있다.
프로세서는 BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 방법을 위한 프로그램의 파일에 저장된 프로그램 코드를 메모리에 로딩할 수 있다. 예를 들면, 터널 정보 모델링 프레임워크 시스템에서 프로그램이 실행되면, 프로세서는 운영체제의 제어에 따라 프로그램의 파일로부터 프로그램 코드를 메모리에 로딩하도록 터널 정보 모델링 프레임워크 시스템을 제어할 수 있다. 이때, 프레임워크 구성부(110) 및 프로젝트 지원부(120) 각각은 메모리에 로딩된 프로그램 코드 중 대응하는 부분의 명령을 실행하여 이후 단계들(210 내지 220)을 실행하기 위한 프로세서의 서로 다른 기능적 표현들일 수 있다.
단계(210)에서 프레임워크 구성부(110)는 드릴-블라스팅(Drill-and-Blast)를 통한 터널 시공을 위한 복수 개의 상호 연결된 데이터 모델과 프로젝트 데이터를 결합한 터널 정보 모델링 프레임워크를 구성할 수 있다. 프레임워크 구성부(110)는 터널 시공의 프로젝트 프로세스의 전 과정에서 생성되는 이미지, 스프레드 시트 및 텍스트 문서를 포함하는 서로 다른 유형과 서로 다른 파일 형식의 데이터를 데이터 소스 계층에서 수집할 수 있다. 프레임워크 구성부(110)는 프로젝트 프로세스의 중, 타당성 단계에서 현장조사 및 시험 데이터 전기 저항 및 탄성파 굴절법을 이용한 항공 사진, 조사표, 지구물리조사, 보어홀 시추 및 로깅, 현장 및 실험실 시험, 지질조사를 통해 데이터를 수집하고, 프로젝트 프로세스 중, 설계 단계에서 추가적으로 시추공 드릴링 및 로깅, 터널 탐사, 실험실 테스트, 타당성 보고서, 프로젝트 문서 및 터널링 표준에서 데이터를 수집하고, 프로젝트 프로세스 중, 건설 단계에서, 지질도, 표면 코어링 및 로깅, 블라스팅 로그, 현장 테스트, 드릴링, 융합적인 모니터링, 지반 진동 모니터링, 비용, 공정 평가 및 준공 정보 로그를 포함하는 데이터를 수집할 수 있다. 프레임워크 구성부(110)는 드릴-블라스팅(Drill-and-Blast)를 통한 터널 시공을 위한 구성 요소를 모델링하기 위한 적어도 하나 이상의 데이터가 포함된 복수 개의 지능형 모델을 이용하여 데이터 소스 계층을 통해 수집된 서로 다른 유형과 서로 다른 파일 형식의 데이터를 연결하고, 지능형 모델에서 형상 데이터 또는 비형상 데이터가 변경될 경우, 지능형 모델에 변경되는 객체와 관련된 데이터를 업데이트 할 수 있다. 프레임워크 구성부(110)는 IFC에 의해 촉진되는 터널 정보 모델링에서 데이터를 교환하여 상호 운용성을 제공하며, IFC를 기반으로 데이터의 구조를 정의하고, 복수 개의 계층과 도메인 모델을 통합하여 드릴-블라스팅(Drill-and-Blast)를 통한 터널 시공의 프로젝트의 의미를 설명할 수 있다. 프레임워크 구성부(110)는 데이터 소스 계층을 통해 수집된 데이터와 멀티 모델러에 구성된 지능형 모델을 사용하여 프로젝트 정보를 분석하기 위한 피드백 정보를 제공할 수 있다. 프레임워크 구성부(110)는 드릴-블라스팅(Drill-and-Blast)를 통한 터널 시공을 위한 프로젝트에서 3D 도면, 시각화, 시공 시뮬레이션, 설계 최적화, 충돌 감지, 비용을 포함하는 터널 정보 모델링에 저장된 프로젝트 정보와, 프로젝트 정보에 대한 분석 결과를 제공할 수 있다.
단계(220)에서 프로젝트 지원부(120)는 구성된 터널 정보 모델링 프레임워크를 통해 터널 시공의 프로젝트와 관련된 프로젝트 정보를 지원할 수 있다. 예를 들면, 프로젝트 지원부(120)는 터널 시공의 프로젝트와 관련된 프로젝트 정보를 지원하기 위한 유저 인터페이스를 제공할 수 있고, 제공된 유저 인터페이스를 통해 입력 또는 선택된 명령에 기초하여 프로젝트 정보의 결과를 제공할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 있어서, 터널 정보 모델링 프레임워크의 계층 정보를 설명하기 위한 도면이다.
터널 정보 모델링 프레임워크 시스템(100)은 설계 프로세스부터 시공 프로세스까지 전체 기간동안 생성된 드릴-블라스트 터널링 프로젝트와 관련된 모든 데이터를 연결하기 위하여 데이터 정보 모델링과 통합 데이터의 관리를 수행할 수 있다. 터널 정보 모델링 프레임워크 시스템(100)은 설계 프로세스 및 시공 프로세스와 연계되는 프로젝트 프로세스의 의사 결정, 평가 및 관리를 지원할 수 있다. 터널 정보 모델링 프레임워크 시스템(100)은 드릴-블라스트 터널링 프로젝트에 대한 프로세스의 타당성, 계획 설계, 실시 설계, 시공 및 시운전에 대한 올바른 정보를 제공하기 위한 5개의 LOD를 정의할 수 있다.
터널 정보 모델링 프레임워크 시스템(100)은 드릴-블라스트 터널링 프로젝트를 위한 터널 정보 모델링(TIM)을 제공할 수 있다. 터널 정보 모델링 모델의 설계에 필수적인 구성 요소인 터널 시공의 순서, 시공방법, 시공 요소, 재료, 장비, 행위자 등이 포함되며, 프로젝트의 다양한 측면을 지원한다. 도 3을 참고하면, 터널 정보 모델링의 아키텍처를 나타낸 것으로, 터널 정보 모델링 프레임워크 시스템(100)은 모든 프로젝트 데이터를 포함하는 데이터 소스 계층(310), 전체론 및 객체 지향 모델을 포함하는 멀티 모델러(320), 데이터를 계산 및 분석하는 분석 계층(340), 통합 데이터 인터페이스를 제공하는 통합 계층(330) 및 터널 정보 모델링을 구현하는 응용 계층(350)을 포함할 수 있다.
도 4를 참고하면, 터널링 프로세스에 따라 터널 정보 모델링은 서로 다른 도메인에서 생성된 모든 데이터를 수집하고, 참가자가 동적으로 기여할 수 있도록 하고, 시뮬레이션된 환경을 구축하고, 일관성 정보를 제공하고 중요한 의사 결정을 지원하고 터널링 프로젝트의 모든 단계에서 정책을 관리할 수 있다. 드릴-블라스트는 순환 프로세스이며, 터널 시공 활동은 모든 프로젝트에 대해 대부분 동일하게 유지된다. 제안되는 터널 정보 모델링은 드릴-블라스트 터널링 건설 프로세스에 대한 과학적 지식을 기반으로 한다. 모든 프로젝트에 필요하고 동일한 순서로 수행되는 드릴-블라스트 터널링의 모든 주요 활동과 구성 요소가 고려될 수 있다. 이에, 제안되는 프레임워크는 드릴-블라스트 방법을 사용하는 모든 터널링 프로젝트에 대해 일반화될 수 있다.
데이터 소스 계층(310)은 터널 시공의 프로젝트 프로세스의 전 과정에서 생성되는 이미지, 스프레드 시트 및 텍스트 문서를 포함하는 서로 다른 유형과 서로 다른 파일 형식의 데이터를 수집할 수 있다. 데이터 소스 계층(310)은 타당성 단계에서 지진, 시추공 드릴링 및 로깅, 현장 및 실험실 테스트, 지질 조사 등을 통해 이미지, 스프레드 시트 및 텍스트 문서를 포함하는 다양하고 유형과 형식이 다른 데이터를 수집할 수 있다. 데이터 소스 계층(310)은 설계 단계에서 추가적으로 시추공 드릴링 및 로깅, 터널 탐사, 실험실 테스트, 타당성 보고서, 프로젝트 문서 및 터널링 표준에서 데이터를 수집할 수 있다. 이를 통해 CAD 도면의 형태로 상세한 터널 설계를 개발하기 위한 지침이 획득될 수 있다. 데이터 소스 계층(310)은 건설 단계에서 지질도, 표면 코어링 및 로깅, 발파 로그, 현장 테스트, 드릴링, 융합적인 모니터링, 지반 진동 모니터링, 비용, 공정 평가 및 준공 정보와 같은 현장 정보를 이미지와 스프레드 시트로 저장할 수 있다. 이러한 데이터는 설계자와 프로젝트 관리자가 이미지 및 텍스트 문서로 저장된 터널 분석, 스프레드 시트로 저장된 진동 모니터링 분석, 스프레드 시트 및 이미지로 저장된 터널 굴착 및 지지 평가 분석, CAD 도면으로 저장된 지질도를 수행하기 위하여 활용될 수 있다.
멀티 모델러(320)는 데이터 소스 계층(310)을 통해 수집된 모든 데이터를 연결할 수 있다. 멀티 모델러(320)는 이미 건설 프로젝트에 사용된 멀티 모델 정보 시스템을 기반으로 한다. 멀티 모델러(320)는 다양한 분야의 터널 구성 요소를 포함할 수 있다. 멀티 모델러(320)는 3D CAD 모델에서 발견되는 형상 데이터뿐만 아니라 다양한 터널 요소에 대한 정보를 포함하는 비형상 데이터도 포함하여 프로젝트 모델에 추가적인 차원을 추가할 수 있다. 멀티 모델러(320)는 속성 및 공간 정보를 포함하고, 의사 결정 및 설계 검사/변경을 자동화하고, 설계 일관성을 유지하고, 프로젝트 활동과 통합하여 정보를 동적으로 업데이트하고 시설 관리 측면에서 처리할 수 있다. 멀티 모델러(320)는 형상 데이터 또는 비형상 데이터가 변경되면, 모델의 객체와 관련된 모든 정보를 자동으로 업데이트할 수 있다. 멀티 모델러(320)에는 드릴-블라스트 터널링 프로세스를 수행하는 복수 개(예를 들면, 5개)의 지능형 모델이 포함될 수 있다. 이러한, 지능형 모델은 IFC 표준을 사용하여 상호 운용성, 데이터 표준화 및 참가자 간의 통합을 제공할 수 있다. 공간 및 요소 클래스를 기반으로 하는 기존 IFC 구조의 확장은 드릴-블라스트 구성 요소를 모델링하기 위한 솔루션을 제공할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 드릴-블라스트 터널 시공을 위한 전체 IFC 기반 데이터 모델의 시각적 표현을 나타낸 도면이다. IFC 스키마의 객체, 관계 및 속성 집합 정의를 기반으로 하는 IFC 터널 클래스를 제안하기 위해 연결된 것일 수 있다. IFC4 Х 3 스키마에 따르면 제안한 스키마에는 IfcBorehole과 같은 IFC4 Х 3에 정의된 개별 요소와 공간 구조 요소 중 일부가 있지만 IfcBorehole의 속성과 같은 추가 세부 사항은 아직 부족하다. 실시예의 IFC 기반 데이터 모델은 발파 굴착 (Cyclic 방식)에 사용하며, 물체 및 구조물의 사양과 함께 다섯 부분을 제안한다. IFC 기반 데이터 모델(IFC-Tunnel)은 터널의 기본 공간 구조를 구축하고 모든 요소 간의 계층적 연결을 제공하는 데 사용될 수 있다. 지표면 및 지반 모델(IfcSurfaceandGroundModel), 드릴 및 블라스팅 모델(IfcBlastingandExcavationModel), 지질 암석 모델(IfcGeologicalRockModel), 암석 지지 모델(IfcRockSupportModel) 및 콘크리트 라이닝 모델(IfcConcreteLiningModel)을 포함할 수 있다.
지표면 및 지반 모델(IfcSurfaceandGroundModel)은 IfcSurveyElement, IfcBoreHoleElement 및 IfcRockMassProperties를 포함하는 세 가지의 클래스로 구성될 수 있으며, 암석의 지형 정보, 지질학적 특징 및 특성을 나타낸다. IfcSurveyElement는 터널 위의 지상에 있는 모든 지형 정보와 공간 데이터를 나타낸다. 터널 입구의 위치, 지표면에 존재하는 수역, 지층의 단층선 등 주변환경에 관한 정보를 제공하는 여러 속성을 가지고 있다. IfcBoreHoleElement에 암석과 같은 터널 위 지층의 지질학적 정보가 포함될 수 있다. 보어홀 직경 및 보어홀 간격은 각각 보어홀의 지름과 간격을 설명하는 IfcBoreHoleElement의 속성의 예이다. IfcRockMassProperties에 지층 / 암석의 지질학적 특성과 암석 속성 지정이 포함될 수 있다. BeddingPlanes과 Young'sModulus는 각각 다른 면과 암석 질량의 강성을 나타내는 IfcRockMassProperties의 속성의 예이다. 도 7(a)를 참고하면, 지표면 및 지방 모델의 공간 클래스를 확인할 수 있다.
드릴 및 블라스팅 모델(IfcBlastingandExcavationModel)은 블라스트 설계 정보를 터널 시공 프로세스에 통합하여 효율적이고 상세한 데이터 분석을 제공할 수 있다. 드릴 및 블라스팅 모델에서 발파 굴착 공정을 나타내기 위해 IfcDrillingElement 및 IfcExplosiveElement가 각각 파생될 수 있다. 도 7(b)를 참고하면, 드릴 및 블라스팅 모델에 대한 IFC 스키마를 확인할 수 있고, 암석의 드릴링 및 블라스팅을 위한 공간 요소를 포함하고 있다. IfcDrillingElement는 드릴링 메커니즘, 드릴 구멍의 설계 변수 및 드릴링 도구에 대한 정보를 나타낸다. IfcExplosiveElement는 폭발물, 폭발 설계 및 진동 모니터링과 같은 2차 작업의 인덱스 속성 정보를 나타낸다. IfcDrillingElement의 특성에는 DrillHoleLength와 DrillHoleSpacing이 있으며, 드릴홀의 길이, 드릴-블라스트 설계에 따른 드릴홀 사이의 간격을 의미한다. PowderFactor와 HoleDelay는 IfcExplosiveElement의 속성의 예로써, 암석의 단위 부피를 깨는 데 필요한 폭발물의 파우더 팩터, 동시 층에서 홀의 폭발 중 지연을 나타낸다.
지질 암석 모델(IfcGeologicalRockModel)은 터널 시공 프로젝트에서 가장 중요한 부분이다. 지질 지도는 면 굴착 후와 암석 지지대 설치 전에 수행되며, 터널 시공 단계에서 문서화되며 일반적으로 2D CAD 도면의 형태로 저장될 수 있다. 지질 암석 모델은 드릴 과정에서 발생한 실제 지질 조건에 대한 정보가 포함되어 있다. 이러한 정보는 터널 지지 및 라이닝을 설계하는 터널 엔지니어에 대한 지침을 제공할 수 있다. 지질 암석 모델(IfcGeologicalRockModel)에서 터널 표면 근처의 지질학적 특징과 암질을 설명하기 위해 IfcFaceMapElement 및 IfcRockQualityDesignation이 각각 파생될 수 있다. IfcFaceMapElement는 여러 측점에서 터널 주변 주변의 암석의 지질학적 특징과 상태를 나타낸다. Infilling, DisContinuity-DipDirection, DiscontinuitySpacing은 IfcFaceMapElement의 속성 중 일부이며, 두 층 사이의 주입 재료, 불연속부의 딥 방향 및 계층의 불연속부 사이의 간격에 대한 정보를 제공한다. IfcRockQualityDesignation은 암질 지수 평가 및 필요한 지원에 대한 예측을 나타낸다. IfcRockQualityDesignation의 일부 속성은 RQDValue, Rock Weathering, Joint Set Number로써 암석의 품질을 설명한다.
암석 지지 모델(IfcTunnelRockSupportModel)은 터널 시공 시 설치되는 모든 종류의 암석 지지 모델이 통합되어 실제 상황을 상세하게 표현하고, 설계부터 시공까지 다양한 이해관계자가 암석 정보를 분석할 수 있도록 도와 비용과 일정 등을 추정할 수 있다. 암석 지지 모델은 모든 암석 요소의 매개변수 및 IFC 기반 데이터가 포함된 지능형 객체가 포함될 수 있다. 도 8을 참고하면, 암석 지지 모델은 IfcRockBoltElement, IfcShotcreteElement, IfcWireMeshElement, IfcLatticeGirderElement 및 IfcConvergenceStationElement를 포함하는 다섯 가지의 클래스로 더 분류될 수 있다. 이러한 모든 클래스는 터널의 안정성을 위해 필요한 지원 요소를 나타낸다. IfcRockBoltElement는 바위 볼트의 지지 설계 및 바위를 안정화하는 유형에 대한 정보를 나타낸다. RockBoltSacing 및 RockBoltLength는 지지대의 설계 계산에 따라 암석 볼트와 암석 벨트 사이의 간격을 나타내는 IfcRockBoltElement의 속성의 일부이다. 대부분의 BIM 소프트웨어는 건물 프로젝트를 지원하고 암석 볼트를 터널 기하학 모델에 배치하는 기능이 내장되어 있지 않다. 다시 말해서, 터널링 암 볼트는 일반적으로 터널 원주에 정상적으로 설치되어 정상적인 힘과 전단력을 증가시킨다. 도 9를 참고하면, 터널 기하학에 정상적인 암석 볼트를 통합하고 배치하기 위해 오픈 소스 비주얼 프로그래밍 소프트웨어를 사용하여 개발된 비주얼 프로그램을 나타낸 것으로, 터널 프로파일에 수직인 록 볼트 설치를 위한 시각적인 코딩 및 워크 플로우이다.
IfcShotcreteElement는 표면을 안정시키는 데 필요한 숏크리트의 구성, 적용 및 필요한 양을 나타낸다. 숏크리트의 두께와 숏크리트의 강도는 IfcShotcreteElement의 일부 속성으로 설계 사양을 충족하는 숏크리트의 두께와 숏크리트의 강도에 대한 세부 정보를 제공한다. IfcWireMeshElement는 철망의 설계 매개 변수를 다룬다. IfcWireMeshElement의 일부 속성은 WireMeshDiameter와 WireMeshAperture이며, 와이어의 직경과 메쉬의 개구부 크기에 대한 정보를 제공한다. IfcLatticeGirderElement는 격자 거더의 설계 매개변수와 관련이 있다. LatticeGriderHeight와 LatticeGriderWidth는 IfcLatticeGirderElement의 속성에서 유래한 것으로, 격자 거더의 높이와 너비를 제공한다. IfcConvergenceStationElement는 융합 측점의 설계 매개 변수와 터널 변형 측정을 나타낸다. ConvergenceStation-Location, Surface Diameter, ConvergenceStationSpacing은 IfcConvergenceStationElement의 속성의 예로써, 융합 측점의 위치, 융합 측점 미러의 직경, 융합 측점과 터널 사이의 간격을 설명한다.
콘크리트 라이닝 모델(IfcConcreteLiningModel)은 다른 터널 드릴 활동과 협력하여 콘크리트 라이닝을 관리, 통합 및 계획할 수 있다. 도 9를 참고하면, 콘크리트 라이닝 모델은 IfcWaterProofingElement, IfcConcreteLiningElement 및 IfcAuxiliaryInstallationElement을 포함하는 세 가지의 클래스로 분류될 수 있다. IfcWaterProofingElement는 배수 및 물의 흐름을 제어하기 위한 설계 측정과 관련된 엔티티를 나타낸다. MembraneThickness와 DrainageHoleLength는 IfcWaterProofingElement의 일부 속성으로, 누수를 막기 위한 방수막의 두께와 배수구 길이에 대한 정보를 각각 제공한다. IfcConcreteLiningElement는 콘크리트의 구성 및 혼합 설계와 마감된 표면을 안정화하는 데 필요한 철근의 설계 측정을 다룬다. IfcConcreteLiningElement의 속성 중 일부는 콘크리트 라이닝 두께와 철근 강도에 대한 정보를 제공한다. IfcAuxiliaryInstallationElement는 터널 작동에 필요한 조명 및 전원 공급 장치와 같은 필수 개체를 나타낸다. VentilationDuctDiameter 및 CompressedAirPipePressure은 환기 덕트의 크기에 대한 정보, 관련 장비를 구동하는데 필요한 파이프 압축 공기 압력에 대한 정보를 설명하는 IfcAuxiliaryInstallationElement의 일부 속성이다.
(1)지표면 및 지반 모델(IfcSurfaceandGroundModel)
IFC 표준을 기반으로 구축된 CAD 소프트웨어 모든 정보가 포함되어 있어 실제 표면 및 지반 조건에 대한 디지털 설명을 추가할 수 있다. 공간 및 요소 클래스는 사용 가능한 모든 정보를 저장한다. IfcSurfaceandGroundModel은 각각 암석의 지형 정보, 지질 학적 특징 및 지질 학적 특성을 나타내는 IfcSurveyElement, IfcBoreHoleElement 및 IfcRockMassProperties의 세 가지의 클래스로 구성될 수 있다. IfcSurveyElement는 터널 위의 지상에 존재하는 다양한 엔티티 및 공간 데이터와 관련된 모든 지형 정보를 나타낸다. 터널 입구의 위치, 표면에 존재하는 수역, 지층의 단층선과 같은 주변 환경에 대한 정보를 제공하는 몇 가지 속성이 있다. 터널 위 지층의 지질 정보는 IfcBoreHoleElement에 포함된다. BoreHoleDiameter 및 BoreHoleSpacing은 각각 시추공의 직경과 간격을 설명하는 IfcBoreHoleElement 속성의 예시이며 지층/암석의 지질 학적 특성과 암질 지정은 IfcRockMassProperties에 포함되어 있다. 층리면(BeddingPlanes)과 영률(Young'sModulus)은 각각 다른 평면과 암석 질량의 강성을 나타내는 IfcRockMassProperties 속성의 예시다.
(2)드릴 및 블라스팅 모델(IfcBlastingandExcavationModel)
표준 터널 폭파 기술은 지질 정보를 최소한으로 사용하며 모든 폭파 정보는 다른 일반 터널 시공 작업과 연결되지 않은 스프레드 시트, 이미지 및 그래프에 저장된다. 따라서 발파 parametric 3D 모델이 필요하다. IfcDrillingElement 및 IfcExplosiveElement는 각각 드릴-블라스팅 공정을 나타내는 IfcBlasting 및 ExcavationModel에서 파생된다. 첫 번째는 드릴링 메커니즘, 드릴 구멍의 설계 변수 및 드릴링 도구와 관련된 정보를 나타내며, 두 번째는 폭발물, 폭발 설계 및 진동 모니터링과 같은 2 차 작업의 지수 속성과 관련된 정보를 나타낸다. PowderFactor 및 HoleDelay는 IfcExplosiveElement 속성에는 암석의 단위 부피를 파괴하는 데 필요한 폭발물의 분말 계수를 설명하고, 동시 레이어에서 구멍이 폭발하는 동안의 지연을 나타낸다.
(3)지질 암석 모델(IfcGeologicalRockModel)
IfcFaceMapElement 및 IfcRockQualityDesignation은 지질 암석 모델에서 파생되며, IfcFaceMapElement는 터널 주변 암석의 지질학적 특징과 상태를 나타낸다. Infilling, DiscontinuityDipDirection 및 DiscontinuitySpacing은 IfcFaceMapElement의 일부 속성으로, 각각 두 레이어 사이의 채우기 재료, 불연속의 깊은 방향 및 계층에서 불연속 사이의 간격에 대한 정보를 제공한다. IfcRockQualityDesignation은 암질 지수 평가 및 필요한 지원 예측을 나타낸다. IfcRockQualityDesignation의 일부 속성은 바위의 품질을 설명하는 RQDValue, RockWeathering 및 JointSetNumber를 포함한다.
(4)암석 지지 모델(IfcTunnelRockSupportModel)
암석 지지 모델은 IfcRockBoltElement, IfcShotcreteElement, IfcWireMeshElement, IfcLatticeGirderElement 및 IfcConvergenceStationElement를 포함하는 5개의 클래스로 더 분류된다. IfcRockBoltElement는 바위를 안정화하는 데 필요한 바위 볼트의 지지 설계 및 유형에 관한 정보를 나타내며, RockBoltSpacing 및 RockBoltLength는 지지의 설계 계산에 따라 록 볼트 사이의 간격과 록 볼트의 길이를 나타내는 IfcRockBoltElement의 일부 속성이다. IfcShotcreteElement는 표면을 안정시키는 데 필요한 숏크리트의 구성, 적용 및 필요한 양을 나타내며, ShotcreteThickness 및 ShotcreteStrength는 IfcShotcreteElement의 일부 속성으로, 각각 설계 사양을 충족하기 위해 숏크리트의 두께와 강도에 대한 세부 정보를 제공한다. IfcWireMeshElement는 철망의 설계 매개 변수를 다룬다. IfcWireMeshElement의 일부 속성은 WireMeshDiameter 및 WireMeshAperture로, 각각 와이어 직경 및 메시의 조리개 크기에 대한 정보를 제공한다. IfcLatticeGirderElement는 격자 거더의 설계 매개 변수와 관련이 있다. LatticeGirderHeight 및LatticeGirderWidth는 IfcLatticeGirderElement의 속성에서 가져 오며 격자 거더의 높이와 너비를 제공한다. IfcConvergenceStationElement는 융합 측점의 설계 매개 변수와 터널 변형 측정을 나타낸다.
(5)콘크리트 라이닝 모델(IfcConcreteLiningModel)
IfcWaterProofingElement, IfcConcreteLiningElement 및 IfcAuxiliaryInstallationElement의 세 가지 클래스로 분류될 수 있다. IfcWaterProofingElement는 물의 흐름을 제어하기위한 배수 제어 및 설계 측정을 나타낸다. MembranThickness 및 DrainageHoleLength는 IfcWaterProofingElement의 일부 속성으로, 각각 누출을 막기위한 방수 멤브레인의 두께와 배수 구멍 길이에 대한 정보를 제공한다. IfcConcreteLiningElement는 콘크리트의 구성 및 혼합 설계를 다루고 철근의 설계 측정은 마감 표면에 안정성을 제공한다. IfcConcreteLiningElement 속성의 몇 가지 예에는 각각 콘크리트 라이닝의 두께와 보강 철근 강도에 대한 정보를 제공하는 ConcreteThickness 및 ReinforcementYieldStrength가 있다. IfcAuxiliaryInstallationElement는 터널 운영에 필요한 조명 및 전원 공급 장치와 같은 필수 요소를 나타낸다. VentilationDuctDiameter 및 CompressedAirPipePressure는 IfcAuxiliaryInstallationElement의 일부 속성이다.
통합 계층(330)은 IFC에 의해 촉진되는 터널 정보 모델링에서 정보를 교환함으로써 상호 운용성을 제공할 수 있다. 통합 계층(330)은 IFC를 기반으로 고유한 데이터 구조를 정의하고 다양한 계층, 레이어와 도메인 모델을 통합하며 발파 굴착 터널 프로젝트의 의미를 설명한다. 통합 계층(330)은 4 개의 주요 단계로 구성되며, 각 단계에는 대규모 프로젝트의 여러 데이터 모델을 단일 데이터 모델로 통합하는 여러 절차 단계가 있다. 1 단계는 각 시공 단계에서 범위, 프로젝트 단계, 프로세스 순서 및 필요한 정보를 설명하는 프로세스 맵 개발로 구성된다. 프로젝트 전반에 걸쳐 모든 이해 관계자를 위한 터널 프로세스와 관련된 정보 교환을 위한 기능적 요구 사항이 정의되고 교환 요구 사항이라고 한다. 1 단계에서는 제안된 TIM 프레임워크를 따르는 드릴-블라스트 터널 프로젝트에 대한 일반 워크 플로우(workflow)를 제공한다(도 4). 2 단계에서는 식별된 교환 요구 사항을 MVD 개념이라고하는 정보 패키지 집합으로 구성한다. 드릴-블라스트 터널 방식의 데이터 모델에 대한 표준화된 스키마를 정의하여 업계의 모든 이해 관계자들 사이에서 데이터 구조를 통합한다. MVD의 가장 중요한 역할은 IFC 구현 스키마에서 교환 또는 전송해야 하는 정보 요구 사항을 충족시키는 것이다. 도 11을 참고하면, 터널 정보 모델링을 위한 모든 하위 도메인 모델의 하위 도메인 정보를 정의하는 모델 뷰를 나타낸 것이다. 특정 사용 사례 교환을 위한 MVD는 IDM과 비교하여 검증할 수 있어야 한다. 3 단계에는 터널 정보 모델링 기반의 IFC에 대한 문서 지침 및 모델 스키마 개발이 포함된다. 각 클래스/공간 클래스에 대한 계층적 집계 구조를 정의하고 관계 집계에 따라 구성한다. IFC 객체 기반 모델을 문서화하면 IFC를 통해 데이터를 교환하기 위해 객체 유형 및 객체, 엔티티, 속성 및 연관된 관계의 기하학적 정보를 정의하는 데 도움이 된다.
통합 계층(330)은 여러 도메인의 다른 참가자가 프로젝트의 모든 단계에서 필요한 터널 정보를 보고 획득할 수 있도록 한다. 새로 생성된 패밀리의 매개 변수는 터널 사양 및 IFC 스키마 정의를 기반으로 정의될 수 있다. 4 단계에서는 IFC 기반의 데이터 모델의 구현을 다룬다. IFC는 객체 지향 데이터 모델의 관점에서 정의될 수 있다. 구현에는 다양한 터널링 분야에서 도메인 소프트웨어로 정보 데이터 모델의 가져오기/내보내기를 용이하게 하는 IFC 정의가 포함되어 있다. 통합 계층(330)은 TIM 모델 간 및 다양한 TIM 계층 간의 정보 흐름을 가능하게 한다. 또한 여러 도메인의 여러 참가자가 프로젝트의 모든 단계에서 필요한 터널 정보를 보고 획득할 수 있다. 데이터 모델의 통합은 터널 정보 모델링 기반의 IFC에서 통합 및 데이터 교환을 촉진하기 위한 터널 의미를 정의하는 데이터 모델을 통해 수행될 수 있다.
분석 계층(340)은 데이터 소스 계층(310)의 모든 정보와 멀티 모델러(320)의 지능형 3D 모델을 사용하여 터널 건설의 다양한 측면을 최적화하고 분석하기 위한 피드백과 정보를 제공할 수 있다. 분석 계층(340)을 통해 설계자와 시공 관리자는 시공 단계에서 수집된 새로운 정보에 실시간으로 확인할 수 있으므로 설계 및 시공 절차를 효율적으로 검토할 수 있도록 한다.
응용 계층(350)은 가장 유연한 계층이며 발파 굴착 터널 프로젝트에서 터널 정보 모델링의 출력을 제공할 수 있다. 응용 계층(350)은 3D 도면, 시각화, 시공 시뮬레이션, 설계 최적화, 충돌 감지, 비용 등 터널 정보 모델링의 다양한 엔지니어링 응용 프로그램을 정의한다. 설계부터 시공 단계에 이르기까지 다양한 이해 관계자가 터널 정보 모델링에 저장된 관련 정보를 특정 정보와 함께 제공하여 필요한 정보와 분석 결과를 간결한 형식으로 볼 수 있다.
도 10은 일 실시예에 있어서, 드릴-블라스트 터널 LOD를 표현하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
터널 정보 모델링은 프로젝트의 각 단계에서 작업 또는 지원 결정을 수행하는데 필요한 최소 정보를 결정하기 위해서 서로 다른 LOD 측면에서 5개의 지표를 사용하여 드릴-블라스트 터널링 시공 프로젝트의 기하학적 및 비기하학적 정보의 표현을 지원할 수 있다. 드릴-블라스트 터널링을 위한 LOD는 프로젝트의 각 단계에서 요구되는 적절한 레벨의 기하학적 정보와 비기하학적 정보를 정의한다. 프로젝트의 각 단계에서 필요한 최소한의 정보를 보장하는 동시에 낭비가 될 수 있는 많은 정보를 피할 수 있다. LOD는 터널 시공의 여러 단계에서 필요한 최소한의 정보를 사용하여 동일한 객체의 효율적인 데이터 분석, 의사결정 및 시각화를 가능하게 한다. 또한, 동일한 객체의 서로 다른 LOD에는 점차적으로 결합되고 통합될 수 있는 다양한 정보가 포함될 수 있다. 이에 따라 터널 프로젝트의 성장에 따라 비기하학적 및 기하학적 데이터가 증가함에 따라 터널 모델의 완성도가 증가될 수 있다.
드릴-블라스트 터널 시공의 경우, LOD1 내지 LOD5의 다섯 가지 개발 레벨을 정의하여 프로젝트 단계에 대한 레벨을 제시한다. LOD1의 3D 개념 설계 모델은 타당성 단계에서 표면 지형에 관한 터널의 위치와 깊이가 차지하는 공간을 지정한다. 이러한 정보에는 터널 정렬의 좌표가 포함될 수 있으며 3D 좌표계에서 터널의 위치를 설명할 수 있다. LOD2는 계획 설계 단계에서 프로젝트의 기본 기하학적 표현을 정의한다. LOD2는 보어홀 데이터, 지진 조사, 지형 및 기본 터널 설계 정보를 포함하고 있으며, 지표면, 지표면의 지질 정보, 터널의 기하학 등에 관한 일반적인 지형적 세부 사항을 추가하였다. LOD2에는 기본적인 터널 타당성 분석과 굴착 수량에 대한 정보도 포함되어 있다. 설계 단계에서 LOD3는 터널 폭파, 굴착량, 지질기술정보, 일정, 비용, 계약서류, 암석 질량 지질 상세정보 등을 상세하게 수록하고 있다. LOD3는 홀의 직경과 구멍의 깊이를 가진 블라스트 라운드의 기하학적 구조와 암석의 기하학적 분류에 필요한 모든 지질학적 매개변수를 가진 암석 질량 유형을 보여준다. 또한, LOD3는 프로젝트의 일정과 비용에 대한 모든 상세 정보를 터널 활동과 연결한다. LOD4는 시공 단계 중 드릴-블라스트 터널링의 시공 레벨 구성요소를 제시한다. LOD4는 준공 터널의 정보, 접안 지질정보, 변동주문, 실비, 사업 일정 현황 등을 담고 있다. LOD4는 굴착 프로파일, 실제 지반 상태, 암석 지지대 및 터널 수렴 측면에서 준공 터널 모델을 보여준다. 게다가, 이 단계는 전력, 조명, 환기, 물, 압축 공기, 통신 시스템 등 터널 건설에 필요한 모든 보조 요소들을 보여준다. LOD3의 정보를 고려할 때, LOD4는 정밀한 터널 안정성 분석, 암석 질량 입체 투영 및 시공 시뮬레이션을 추가로 제공한다. LOD5에는 프로젝트의 시운전 단계 중 터널에 대한 최종 구성된 정보가 포함되어 있다. LOD5는 터널의 서비스 유형에 따라 콘크리트 라이닝 및 보조 장치의 최종 기하학적 정보를 나타낸다. 점검이력 정보는 콘크리트 라이닝 시공 중 및 시공 후 보관한다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (15)
- 컴퓨터로 구현되는 BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 시스템에 의해 수행되는 BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 방법에 있어서,
상기 BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 시스템은, 메모리에 포함된 컴퓨터 판독가능한 명령들을 실행하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
상기 적어도 하나의 프로세서는, 프레임워크 구성부 및 프로젝트 지원부를 포함하고,
상기 BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 방법은,
상기 프레임워크 구성부에서, 터널 정보 모델링 프레임워크를 통해 드릴-블라스팅(Drill-and-Blast) 터널링 프로젝트를 위한 프로젝트 데이터를 복수 개의 데이터 모델에 연결함에 따라 드릴-블라스팅을 위한 BIM 기반 터널 정보 모델(Tunnel Information Model)을 제공하는 단계; 및
상기 프로젝트 지원부에서, 상기 제공된 드릴-블라스팅를 위한 BIM 기반 터널 정보 모델을 통해 상기 드릴-블라스팅 터널링 프로젝트에 연계되는 프로세스 또는 프로세스의 프로젝트 정보를 관리하는 단계
를 포함하고,
상기 터널 정보 모델링 프레임워크는, 데이터 소스 계층, 멀티 모델러, 통합 계층, 분석 계층 및 응용 계층으로 구성되고,
상기 멀티 모델러는,
상기 드릴-블라스팅 터널링 프로젝트를 위한 구성 요소를 모델링하기 위해 상기 드릴-블라스팅 터널링 프로젝트의 프로세스를 수행하는 복수 개의 데이터 모델에 상기 데이터 소스 계층을 통해 수집된 수집된 프로젝트 데이터를 연결하고,
상기 복수 개의 데이터 모델은,
지표면 및 지반 모델(IfcSurfaceandGroundModel), 드릴 및 블라스팅 모델(IfcBlastingExcavationModel), 지질 암석 모델(IfcGeologicalRockModel), 암석 지지 모델(IfcRockSupportModel) 및 콘크리트 라이닝 모델(IfcConcreteLiningModel)을 포함하는 BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 방법. - 제1항에 있어서,
상기 복수 개의 데이터 모델은,
IFC스키마의 객체, 관계 및 속성 집합 정의를 기반으로 하는 IFC 터널 클래스를 제안하기 위해 연결된 것인, BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 방법. - 제1항에 있어서,
상기 데이터 소스 계층은,
드릴-블라스팅 터널링 프로젝트의 프로세스 전 과정에서 생성되는 서로 다른 유형과 서로 다른 파일 형식의 이미지, 스프레드 시트 및 텍스트 문서를 포함하는 프로젝트 데이터를 수집하는 BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 방법. - 제3항에 있어서,
상기 데이터 소스 계층에서 상기 드릴-블라스팅 터널링 프로젝트의 프로세스 중, 타당성 단계에서 현장조사 및 시험 데이터 전기 저항 및 탄성파 굴절법을 이용한 항공 사진, 조사표, 지구물리조사, 보어홀 시추 및 로깅, 현장 및 실험실 시험, 지질조사를 수집하고,
상기 드릴-블라스팅 터널링 프로젝트의 프로세스 중, 설계 단계에서 추가적으로 시추공 드릴링 및 로깅, 터널 탐사, 실험실 테스트, 타당성 보고서, 프로젝트 문서 및 터널링 표준을 수집하고,
상기 드릴-블라스팅 터널링 프로젝트의 프로세스 중, 건설 단계에서, 지질도, 표면 코어링 및 로깅, 블라스팅 로그, 현장 테스트, 드릴링, 융합적인 모니터링, 지반 진동 모니터링, 비용, 공정 평가 및 준공 정보 로그를 포함하는 현장 정보를 수집하는 BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 방법. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 지표면 및 지반 모델(IfcSurfaceandGroundModel)은, IfcSurveyElement, IfcBoreHoleElement 및 IfcRockMassProperties를 포함하는 암석의 지형, 지질학적 특징 및 특성과 관련된 세 가지의 클래스로 분류되고,
상기 IfcSurveyElement는, 터널 위의 지상에 있는 모든 지형 정보와 공간 데이터를 나타내고,
상기 IfcBoreHoleElement는, 암석과 같은 터널 위 지층의 지질학적 데이터를 나타내고,
상기 IfcRockMassProperties는, 지층, 암석의 지질학적 특성과 암석 속성 데이터를 나타내는
것을 특징으로 하는 BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 방법. - 제1항에 있어서,
상기 드릴 및 블라스팅 모델(IfcBlastingExcavationModel)에서 IfcDrilling Element와 IfcExplosive Element이 도출된 것으로,
상기 IfcDrilling Element는 드릴링 프로세스를 나타내고, 드릴링 메커니즘, 드릴 구멍의 설계 변수 및 드릴링 도구의 정보를 나타내고,
상기 IfcExplosive Element는 블라스팅 프로세스를 나타내고, 폭발물, 블라스트 설계 및 진동 모니터링을 포함하는 2차 작동의 인덱스 속성 정보를 나타내는
것을 특징으로 하는 BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 방법. - 제1항에 있어서,
상기 지질 암석 모델(IfcGeologicalRockModel)에서 터널 표면 근처의 지질학적 특징과 암질을 설명하기 위해 IfcFaceMapElement 및 IfcRockQualityDesignation이 도출된 것으로,
상기IfcFaceMapElement는 터널 주변의 암석의 지질학적 특징과 상태를 나타내고,
상기 IfcRockQualityDesignation는 암질 지수 평가 및 필요한 자원에 대한 예측을 나타내는
것을 특징으로 하는 BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 방법. - 제1항에 있어서,
상기 암석 지지 모델(IfcTunnelRockSupportModel)은, IfcRockBoltElement, IfcShotcreteElement, IfcWireMeshElement, IfcLatticeGirderElement 및 IfcConvergenceStationElement를 포함하는 다섯 가지의 클래스로 분류되고,
상기IfcRockBoltElement는 바위 볼트의 지지 설계 및 바위를 안정화하는 유형에 대한 데이터를 나타내고,
상기IfcShotcreteElement는 표면을 안전화시키는데 필요한 숏크리트의 구성, 적용 및 필요한 양을 나타내고,
상기IfcWireMeshElement는 철망의 설계 매개변수를 나타내고,
상기IfcLatticeGirderElement는 격자 거더의 설계 매개 변수와 관련된 데이터를 나타내고,
상기 IfcConvergenceStationElement는 융합 측점의 설계 매개변수와 터널 변형 측정을 나타내는
것을 특징으로 하는 BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 방법. - 제1항에 있어서,
상기 콘크리트 라이닝 모델(IfcConcreteLiningModel)은, IfcWaterProofingElement, IfcConcreteLiningElement 및 IfcAuxiliaryInstallationElement를 포함하는 세 가지의 클래스로 분류되고,
상기 IfcWaterProofingElement은 배수 및 물의 흐름을 제어하기 위한 설계 측정과 관련된 요소를 나타내고,
상기 IfcConcreteLiningElement은 콘크리트의 구성 및 혼합 설계와 마감된 표면을 안정화하기 위하여 필요한 철근의 설계 측정과 관련된 요소를 나타내고,
상기 IfcAuxiliaryInstallationElement은 터널 운영에 필요한 조명 및 전원 공급 장치와 같은 필수 요소를 나타내는
것을 특징으로 하는 BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 방법. - 제1항에 있어서,
상기 통합 계층은,
IFC에 의해 촉진되는 터널 정보 모델링에서 연결된 통합 데이터를 교환하여 상호 운용성을 제공하며, IFC를 기반으로 데이터의 구조를 정의하고, 복수 개의 계층과 도메인 모델을 통합하는 BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 방법. - 제1항에 있어서,
상기 분석 계층은,
데이터 소스 계층을 통해 수집된 데이터와 멀티 모델러에 구성된 복수 개의 데이터 모델을 사용하여 드릴-블라스팅(Drill-and-Blast) 터널링 프로젝트의 설계 및 시공 절차와 관련된 프로젝트 정보를 제공하는 BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 방법. - 제1항에 있어서,
상기 응용 계층은,
상기 드릴-블라스팅(Drill-and-Blast) 터널링 프로젝트에서 3D 도면, 시각화, 시공 시뮬레이션, 설계 최적화, 충돌 감지, 비용을 포함하는 터널 정보 모델링에 저장된 프로젝트 정보를 제공하는 BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 방법. - 컴퓨터로 구현되는 BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 시스템에 있어서,
상기 BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 시스템은, 메모리에 포함된 컴퓨터 판독가능한 명령들을 실행하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
상기 적어도 하나의 프로세서는,
터널 정보 모델링 프레임워크를 통해 드릴-블라스팅(Drill-and-Blast) 터널링 프로젝트를 위한 프로젝트 데이터를 복수 개의 상호 연결된 데이터 모델에 연결함에 따라 드릴-블라스팅을 위한 BIM 기반 터널 정보 모델(Tunnel Information Model)을 제공하는 프레임워크 구성부; 및
상기 제공된 드릴-블라스팅를 위한 BIM 기반 터널 정보 모델을 통해 상기 드릴-블라스팅 터널링 프로젝트에 연계되는 프로세스 또는 프로세스의 프로젝트 정보를 관리하는 프로젝트 지원부
를 포함하고,
상기 터널 정보 모델링 프레임워크는, 데이터 소스 계층, 멀티 모델러, 통합 계층, 분석 계층 및 응용 계층으로 구성되고,
상기 멀티 모델러는,
상기 드릴-블라스팅 터널링 프로젝트를 위한 구성 요소를 모델링하기 위해 상기 드릴-블라스팅 터널링 프로젝트의 프로세스를 수행하는 복수 개의 데이터 모델에 상기 데이터 소스 계층을 통해 수집된 수집된 프로젝트 데이터를 연결하고,
상기 복수 개의 데이터 모델은,
지표면 및 지반 모델(IfcSurfaceandGroundModel), 드릴 및 블라스팅 모델(IfcBlastingExcavationModel), 지질 암석 모델(IfcGeologicalRockModel), 암석 지지 모델(IfcRockSupportModel) 및 콘크리트 라이닝 모델(IfcConcreteLiningModel)을 포함하는
BIM 기반 드릴-블라스팅 터널 정보 모델링 프레임워크 제공 시스템.
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